CN109542125B - 一种测量无人机机载相机振动的激光装置 - Google Patents

一种测量无人机机载相机振动的激光装置 Download PDF

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    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means

Abstract

本发明公开了一种测量无人机机载相机振动的激光装置，包括与无人机主体下部固结的主连杆；玻璃球壳与主连杆下部组成的球铰装置；包裹于球壳部分外表面的激光接收传感器；置于球壳球心的激光发射器；与球壳下部套管连接的小连杆；整个装置上部与无人机机体相连，下部与云台系统相连；无人机机体发生振动时，云台系统将产生加速度，并引起云台连接器上小连杆的转动和摆动，使激光在激光接收传感器上的入射点位置发生变化，从而测量出无人机机载相机振动；本装置可以为无人机机载相机的姿态补偿提供参数依据，配合现有云台系统，可有效降低无人机振动对画面的影响，随着无人机使用场景的拓展，将具有广泛的应用前景。

Description

一种测量无人机机载相机振动的激光装置
技术领域
本发明涉及土木工程振动控制领域，具体涉及一种测量无人机机载相机振动的激光装置。
背景技术
无人机是一种通过无线遥感设备控制的飞行平台。随着科学技术的发展和信息化水平的提高，无人机的一些关键技术问题得到了新的解决方案，促使了无人机技术的迅速发展。如今，民用无人机已被广泛应用于摄影、科研、工程建设、工业和农业生产、新兴产业等领域。相比传统航空航天工业和遥感技术，无人机具有成本低、时效性好、节省人力物力、适用领域广、使用灵活等优势，能够很好地适应各个产业的发展，因此具有广阔的应用前景。
目前，搭载高清相机传感器是无人机最主要的应用方式，但相机在无人机飞行时将会受到气流扰动、无人机体姿态变化等影响，降低了图像质量，对图像采集造成较大干扰。为了获得高质量的影像资料，云台应运而生。相应的云台控制系统、云台控制算法也产生。云台系统通过陀螺仪对云台三轴角速度进行监测，并利用步进电机进行实时姿态补偿，实现相机的持续稳定，有效提高了图像质量。同时云台系统也能通过电机实现高精度的转向，达到主动控制方位的目的。
云台系统通过刚性元件直接连接到无人机机体。无人机工作时由于螺旋桨的高速转动等原因将会产生振动，振动通过刚性元件传递到云台上，此时云台和相机将产生共同的加速度，陀螺仪无法测出这部分振动，云台系统无法实现补偿，导致相机视轴抖动，降低画面质量。因此亟需一种装置来测出机载相机振动，为姿态补偿提供参数依据，从而减少无人机振动引起的画面抖动，进而提高图像采集的质量。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种测量无人机机载相机振动的激光装置，克服了现有云台系统的缺点，使之能够测量出机载相机振动，为姿态补偿提供参数依据，从而提高无人机载相机影像质量。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种测量无人机机载相机振动的激光装置，包括玻璃球壳、激光发射器、激光接收传感器、小连杆、螺栓群、云台连接器、连接机体螺纹杆、主连杆、螺纹套筒。其中，连接机体螺纹杆固定在主连杆上方，玻璃球壳与主连杆组成球铰装置，小连杆上端竖直往上延伸到玻璃球壳球心，激光发射器设置在小连杆顶部，小连杆内部设有导线孔连通激光发射器，小连杆上方设有1-8个激光发射孔，小连杆下端固结于云台连接器上部，所述螺纹套筒设置在云台连接器下部，玻璃球壳往下延伸形成套管包裹在小连杆表面，所述激光接收传感器包裹于玻璃球壳外表面套管的上方2/3面积，小连杆表面的套管和小连杆由螺栓群连接，整个装置上部通过连接机体螺纹杆与无人机机体相连，下部通过螺纹套筒与云台系统相连。套管采用强度较高的钢化玻璃制作，并保证内外表面的光滑，确保玻璃球壳在主连杆内部预留球形空腔内活动自如。
为防止激光通过玻璃层时发生折射，所述激光发射器的安装应严格保证激光束所在直线通过高强玻璃球壳球心，使激光垂直射入玻璃层。
激光发射器为三孔激光发射器，也就是说小连杆上方设有3个激光发射孔。
小连杆的长度可根据需要选择，但应在满足需求的情况下尽量缩短长度，以提高测量精度。
主连杆和小连杆都由不锈钢材料制作，表面做防锈处理。主连杆由两根对称的空心杆沿对称轴用螺栓对接，下部预留球形空腔，底端水平面上预留电线通道孔。小连杆为空心，内部有导线与激光发射器相连。
为保证小连杆与玻璃套管之间不发生相对变位而削弱装置减震效果，连接小连杆和套管的螺栓应不少于两个，且应适当增加。
主连杆下部设置有锥形橡胶环，激光接收传感器内胶接于主连杆下部球形空腔内表面。橡胶环可以限制小连杆的摆动幅度，从而对无人机云台起到减震效果。
为保证螺栓群能够紧紧固定住套管和小连杆，螺栓群包括4根带限位块的螺杆、垫圈、螺母、螺杆弹簧，所述螺杆垂直插入小连杆侧面，螺杆尾端设有限位块贴住小连杆侧面，限位块内侧连接螺杆弹簧，所述螺杆弹簧顶住小连杆内部的导线孔，螺栓头部连接垫圈与螺母。
本发明的有益效果是：
本发明通过在玻璃球壳球心布置激光发射器，云台系统通过云台连接器和激光发射器相连，并在玻璃球壳外表面布置激光接收传感器。无人机机体发生振动时，云台系统产生加速度，引起小连杆的转动和摆动，使激光在激光接收传感器上的入射点位置发生变化，从而测量出无人机机载相机振动。激光传感器实时将此变化传到云台控制系统，经特殊算法处理后，将对应的补偿参数反馈至电机，进而使电机转动进行姿态补偿，有效减少画面抖动，从而提高无人机载相机影像质量。另外，本装置安装方便，灵活，具有精度高和便于维护的特点。
附图说明
图1为本发明的正视图及侧视图；
图2为本发明的1-1剖面图；
图3为本发明所述的玻璃套筒与小连杆连接螺栓布置图；
图4为本发明的工作示意图；
图5为本发明在云台摆动时高强玻璃球壳俯视图一；
图6为本发明在云台转动时高强玻璃球壳俯视图二。
附图标记列表：
1，玻璃球壳；2，激光发射器；3，激光接收传感器；4，小连杆；5，螺栓群；5-1，螺杆；5-2，垫圈；5-3，螺母；5-4，螺杆弹簧；5-5，导线孔；6，橡胶环；7，云台连接器；8，连接机体螺纹杆；9，主连杆；10，连接云台螺纹套筒，11，套管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
本发明所述的一种测量无人机机载相机振动的激光装置，包括连接机体螺纹杆8与主连杆9固结，玻璃球壳1与主连杆9下部组成球铰装置，激光接收传感器3包裹于玻璃球壳1上方大部分外表面，玻璃球壳1下方套管11（套管11是玻璃球壳1的“尾巴”，跟玻璃球壳是一体的，像一个倒置的容量瓶一样），激光发射器2置于玻璃球壳球心，小连杆4固结于云台连接器7上部，套管11和小连杆4由螺栓群5连接，橡胶环6固定于主连杆9下部。整个装置上部通过连接机体螺纹杆8与无人机机体相连，下部通过螺纹套筒10与云台系统相连。
为保证套管11与小连杆4连接牢固可靠，先将螺杆5-1在小连杆内放置到位，螺杆弹簧顶住小连杆内部的导线孔5-5，此时将垫圈5-2正确放置，再同时拧紧螺母5-3，最后检查连接质量。
装置安装完成后，首先进行激光校准。如图2所示，在进行装置校准时，竖向激光照射在玻璃球顶部，使竖向激光与任一束水平向激光垂直，并且两束水平激光在同一直线上，校准完成。
校准完成后，进行无人机起飞的其他准备事项。准备完成后无人机即可起飞作业。
如图4和5所示，当无人机发生水平方向的振动，并传递到本装置时，原本相对静止的云台系统会产生水平方向加速度，从而导致小连杆4 的摆动，使激光在激光接收传感器上的入射点位置发生变化，从而测量出无人机机载相机振动。激光传感器实时将此变化传到云台控制系统，经特殊算法处理后，将对应的补偿参数反馈至电机，使电机转动进行姿态补偿，有效减少画面抖动，从而提高无人机载相机影像质量。
如图4和5所示，当无人机发生竖直方向的振动，并传递到本装置时，原本相对静止的云台系统会产生水平加速度，由于下部云台系统为偏心结构，惯性力将导致小连杆4 摆动，使激光在激光接收传感器上的入射点位置发生变化，从而测量出无人机机载相机振动。激光传感器实时将此变化传到云台控制系统，经特殊算法处理后，将对应的补偿参数反馈至电机，使电机转动进行姿态补偿，有效减少画面抖动，从而提高无人机载相机影像质量。
如图6所示，当无人机发生水平面内绕竖直轴的转动，并传递到本装置时，原本相对静止的云台系统会产生加速度，引起小连杆4 的转动，使激光在激光接收传感器上的入射点位置发生变化，从而测量出无人机机载相机振动。激光传感器实时将此变化传到云台控制系统，经特殊算法处理后，将对应的补偿参数反馈至电机，使电机转动进行姿态补偿，有效减少画面抖动，从而提高无人机载相机影像质量。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (6)

1.一种测量无人机机载相机振动的激光装置，其特征在于：包括玻璃球壳、激光发射器、激光接收传感器、小连杆、螺栓群、云台连接器、连接机体螺纹杆、主连杆、螺纹套筒；其中，连接机体螺纹杆固定在主连杆上方，玻璃球壳与主连杆组成球铰装置，小连杆上端竖直往上延伸到玻璃球壳球心，激光发射器设置在小连杆顶部，小连杆内部设有导线孔连通激光发射器，小连杆上方设有1-8个激光发射孔，小连杆下端固结于云台连接器上部，所述螺纹套筒设置在云台连接器下部，玻璃球壳往下延伸形成套管包裹在小连杆表面，所述激光接收传感器包裹于玻璃球壳外表面套管的上方2/3面积，小连杆表面的套管和小连杆由螺栓群连接；
所述测量无人机机载相机振动的激光装置的使用方法，包括以下步骤：
（1）装置上部通过连接机体螺纹杆与无人机机体相连，下部通过螺纹套筒与云台系统相连，
（2）装置安装完成后，进行激光校准：激光发射器竖向发射激光照射在球壳顶部，使竖向激光与任一束水平向激光垂直，并且两束水平激光在同一直线上，校准完成；
（3）校准完成后，无人机起飞作业，
a：当无人机发生水平方向的振动，并传递到本装置时，原本相对静止的云台系统会产生水平方向加速度，从而导致小连杆的摆动，使激光在激光接收传感器上的入射点位置发生变化，从而测量出无人机机载相机振动，激光传感器实时将此变化传到云台控制系统，经算法处理后，将对应的补偿参数反馈至电机，使电机转动进行姿态补偿，有效减少画面抖动，从而提高无人机载相机影像质量；
b：当无人机发生竖直方向的振动，并传递到本装置时，原本相对静止的云台系统会产生水平加速度，由于下部云台系统为偏心结构，惯性力将导致小连杆摆动，使激光在激光接收传感器上的入射点位置发生变化，从而测量出无人机机载相机振动，激光传感器实时将此变化传到云台控制系统，经算法处理后，将对应的补偿参数反馈至电机，使电机转动进行姿态补偿，有效减少画面抖动，从而提高无人机载相机影像质量；
c：当无人机发生水平面内绕竖直轴的转动，并传递到本装置时，原本相对静止的云台系统会产生加速度，引起小连杆的转动，使激光在激光接收传感器上的入射点位置发生变化，从而测量出无人机机载相机振动，激光传感器实时将此变化传到云台控制系统，经算法处理后，将对应的补偿参数反馈至电机，使电机转动进行姿态补偿，有效减少画面抖动，从而提高无人机载相机影像质量。
2.根据权利要求1所述的一种测量无人机机载相机振动的激光装置，其特征在于：所述螺栓群包括4根带限位块的螺杆、垫圈、螺母、螺杆弹簧，所述螺杆垂直插入小连杆侧面，螺杆尾端设有限位块贴住小连杆侧面，限位块内侧连接螺杆弹簧，所述螺杆弹簧顶住小连杆内部的导线孔，螺栓头部连接垫圈与螺母。
3.根据权利要求1所述的一种测量无人机机载相机振动的激光装置，其特征在于：所述主连杆下部设置有锥形橡胶环。
4.根据权利要求1所述的一种测量无人机机载相机振动的激光装置，其特征在于：所述激光发射器为三孔激光发射器，也就是说小连杆上方设有3个激光发射孔。
5.根据权利要求1所述的一种测量无人机机载相机振动的激光装置，其特征在于：所述主连杆由两根对称的空心杆沿对称轴用螺栓对接，下部预留球形空腔，底端水平面上预留电线通道孔。
6.根据权利要求1所述的一种测量无人机机载相机振动的激光装置，其特征在于：所述小连杆为空心，内部有导线与激光发射器相连。
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