CN109655808A - 一种无人机上激光雷达的安装机构 - Google Patents

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何世雄
李小龙
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Abstract

一种无人机上激光雷达的安装机构，包括安装架，安装架上转动连接有第一转轴，第一转轴上固定有连接座；连接座上转动连接有第二转轴，第二转轴上固定有外框架；外框架内转动连接有第三转轴，第三转轴上固定有供激光雷达安放的内框架；安装架上设置有用于驱动连接座绕第一转轴轴向转动的第一驱动系统，连接座上设置有用于驱动外框架绕第二转轴轴向转动的第二驱动系统，外框架上设置有用于驱动内框架绕第三转轴轴向转动的第三驱动系统，第一转轴、第二转轴与第三转轴两两垂直设置。将激光雷达固定在内框架上，可以消除无人机飞行姿态及振动带来的干扰；实现对激光雷达的角度进行调节，使得激光雷达保持绝对水平，可增加激光雷达对被测物的数据精度。

Description

一种无人机上激光雷达的安装机构
技术领域
本发明涉及无人机与激光雷达技术领域，尤其是涉及一种无人机上激光雷达的安装机构。
背景技术
机载激光雷达测量(LightDetectionandRanging，简称LIDAR)作为一种新兴的空间对地观测技术，在三维空间信息的实时获取方面产生了重大突破。机载激光雷达测量系统集激光扫描仪、全球定位系统和惯性导航系统三种技术于一体，其中，激光扫描仪用于测量激光雷达信号发射参考点到地面激光脚点之间的距离；全球定位系统用于确定激光雷达信号发射参考点的空间位置；惯性导航系统用于测定扫描装置的主光轴状态参数。通过主动发射激光，接收目标对激光光束的反射及散射回波来测量目标的方位、距离及目标表面特性，能够快速获取精确的高分辨率数字地面模型以及地面物体的三维坐标。最近几年，随着相关技术的发展以及社会需求的不断扩大，机载激光雷达测量技术的发展日新月异，实际上已经代表了对地观测领域的一个新的发展方向。机载激光雷达测量在3D城市建模、植被监测、通信线路设计、城市规划和灾害处理等领域都有广泛的应用前景。
现有的激光雷达直接安装在无人机上，无人机飞行过程中容易出现倾斜，导致安装在无人机上的激光雷达出现倾斜。所有的惯性导航系统都存在误差，在惯性导航系统测定激光光束角度误差不变的情况下，激光雷达倾斜时获取的数据差距更大。
发明内容
本发明的目的是提供一种无人机上激光雷达的安装机构，具有使激光雷达保持绝对水平，增加被测物数据精度的优点。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种无人机上激光雷达的安装机构，包括安装架，所述安装架上转动连接有第一转轴，所述第一转轴上固定有连接座；所述连接座上转动连接有第二转轴，所述第二转轴上固定有外框架；所述外框架内转动连接有第三转轴，所述第三转轴上固定有供激光雷达安放的内框架；所述安装架上设置有用于驱动所述连接座绕所述第一转轴轴向转动的第一驱动系统，所述连接座上设置有用于驱动所述外框架绕所述第二转轴轴向转动的第二驱动系统，所述外框架上设置有用于驱动所述内框架绕所述第三转轴轴向转动的第三驱动系统，所述第一转轴、所述第二转轴与所述第三转轴两两垂直设置。
通过采用上述技术方案，将激光雷达固定在内框架上，可以消除无人机飞行姿态及振动带来的干扰；第一驱动系统、第二驱动系统与第三驱动系统中任意两者相互配合，即可实现对激光雷达的角度进行调节，使得激光雷达保持绝对水平，从而使激光雷达射出的激光光束垂直于地面，可增加激光雷达对被测物的数据精度。
本发明进一步设置为：所述第一转轴与所述第二转轴处于同一平面，所述第一转轴与所述第三转轴处于同一平面，所述第二转轴与所述第三转轴处于同一平面。
通过采用上述技术方案，合理地结构设计，便于将激光雷达的重心位于安装机构的中心；且处于同一平面的转轴使得激光雷达调节时，使得激光雷达恢复到绝对水平状态更加容易。
本发明进一步设置为：所述安装架包括设于无人机上的第一板、与所述第一板相互平行的第二板以及设于所述第一板与所述第二板之间的减震件，所述第一驱动系统固定于所述第二板上。
通过采用上述技术方案，当无人机在空中飞行过程中，遇到风力影响时会发生一定角度的倾斜和晃动，减震件有助于对激光雷达起到缓冲的作用，减小激光雷达出现晃动的情况。
本发明进一步设置为：所述减震件为橡胶块，且所述减震件有四个，分别位于所述第一板和所述第二板的四角处。
通过采用上述技术方案，四个减震件可增加安装架的弹性形变，使得激光雷达安装在无人机上更加平稳。
本发明进一步设置为：所述外框架为U形板，所述第二转轴位于所述外框架的中间；所述内框架为U形板，所述第三转轴位于所述内框架的两端。
通过采用上述技术方案，U形的外框架和内框架，将激光雷达包裹在无人机的下方，有利于对激光雷达进行保护，减少激光雷达被碰撞出现损坏的情况。
本发明进一步设置为：所述第三驱动系统包括第一正反电机和第二正反电机，所述第一正反电机与所述第二正反电机分别位于所述内框架的两端。
通过采用上述技术方案，第一正反电机与第二正反电机交替使用，或者第一正反电机与第一驱动系统、第二正反电机与第二驱动系统配合使用，或者第一正反电机与第二驱动系统、第二正反电机与第一驱动系统配合使用，可延长安装平台的使用寿命。
综上所述，本发明的有益技术效果为：将激光雷达固定在内框架上，可以消除无人机飞行姿态及振动带来的干扰；第一驱动系统、第二驱动系统与第三驱动系统中任意两者相互配合，即可实现对激光雷达的角度进行调节，使得激光雷达保持绝对水平，从而使激光雷达射出的激光光束垂直于地面，可增加激光雷达对被测物的数据精度。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的仰视图。
图中，1、安装架；101、第一板；102、第二板；103、减震件；2、第一转轴；3、连接座；4、第二转轴；5、外框架；6、第三转轴；7、内框架；8、第一驱动系统；9、第二驱动系统；10、第一正反电机；11、第二正反电机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种无人机上激光雷达的安装机构，如图1和图2所示，包括安装架1，安装架1上转动连接有第一转轴2，第一转轴2上固定有连接座3；连接座3上转动连接有第二转轴4，第二转轴4上固定有外框架5；外框架5内转动连接有第三转轴6，第三转轴6上固定有供激光雷达安放的内框架7；安装架1上安装有用于驱动连接座3绕第一转轴2轴向转动的第一驱动系统8，连接座3上安装有用于驱动外框架5绕第二转轴4轴向转动的第二驱动系统9，外框架5上安装有用于驱动内框架7绕第三转轴6轴向转动的第三驱动系统；第一转轴2、第二转轴4与第三转轴6两两垂直设置，将激光雷达固定在内框架7上，可以消除无人机飞行姿态及振动带来的干扰。
第一驱动系统8包括固定在安装架1上的第一电机，第一转轴2固定在第一电机的输出轴；第二驱动系统9包括固定在连接座3上的第二电机，第二转轴4固定在第二电机的输出轴；第三驱动系统包括固定在外框架5上的第一正反电机10和第二正反电机11，第一正反电机10与第二正反电机11分别位于内框架7的两端，且第三转轴6分别固定在第一正反电机10的输出轴和第二正反电机11的输出轴上，第一正反电机10与第二正反电机11交替使用，或者第一正反电机10与第一电机、第二正反电机11与第二电机配合使用，或者第一正反电机10与第二电机、第二正反电机11与第一电机配合使用，可延长安装平台的使用寿命。
第一电机、第二电机、第一正反电机10和第二正反电机11都具有防水功能，在淋雨、潮湿和户外的环境中使用，可取得良好的技术效果。第一电机、第二电机、第一正反电机10、第二正反电机11和激光雷达可与无人机内置的蓄电池电性连接，也可在安装机构上外挂电池为第一电机、第二电机、第一正反电机10、第二正反电机11和激光雷达供电，通过无人机的遥控器分别控制其工作。
安装架1包括固定在无人机上的第一板101、与第一板101相互平行的第二板102以及连接在第一板101与第二板102之间的减震件103，第一电机固定在第二板102上；当无人机在空中飞行过程中，遇到风力影响时会发生一定角度的倾斜和晃动，减震件103有助于对激光雷达起到缓冲的作用，减小激光雷达出现晃动的情况。减震件103为橡胶块，且减震件103有四个，分别位于第一板101和第二板102的四角处，四个减震件103可增加安装架1的弹性形变，使得激光雷达安装在无人机上更加平稳。
第一转轴2与第二转轴4处于同一平面，第一转轴2与第三转轴6处于同一平面，第二转轴4与第三转轴6处于同一平面；合理地结构设计，便于将激光雷达的重心位于安装机构的中心；且处于同一平面的转轴使得激光雷达调节时，使得激光雷达恢复到绝对水平状态更加容易。外框架5为U形板，第二转轴4位于外框架5的中间；内框架7为U形板，第三转轴6位于内框架7的两端，U形的外框架5和内框架7，将激光雷达包裹在无人机的下方，有利于对激光雷达进行保护，减少激光雷达被碰撞出现损坏的情况。安装架1、连接座3、内框架7和外框架5均为塑料板或炭纤维板，塑料板或炭纤维板在保证结构强度的情况下，其重量更轻，减小了无人机摄像头安装支架的整体重量，从而使得无人机摄像头安装支架适配性大大提高。
总的工作过程：使用前，将安装机构的第一板101通过螺栓或卡接的方式固定在无人机的底部，并将激光雷达固定在内框架7上。在无人机带着激光雷达进行三维测量前，通过遥控器控制第一电机、第二电机、第一正反电机10或第二正反电机11对激光雷达的角度进行调节，且在云台的作用下，无论无人机出现倾斜或者晃动，使得激光雷达保持绝对水平，从而使激光雷达射出的激光光束垂直于地面，可增加激光雷达对被测物的数据精度。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无人机上激光雷达的安装机构，其特征在于：包括安装架(1)，所述安装架(1)上转动连接有第一转轴(2)，所述第一转轴(2)上固定有连接座(3)；所述连接座(3)上转动连接有第二转轴(4)，所述第二转轴(4)上固定有外框架(5)；所述外框架(5)内转动连接有第三转轴(6)，所述第三转轴(6)上固定有供激光雷达安放的内框架(7)；所述安装架(1)上设置有用于驱动所述连接座(3)绕所述第一转轴(2)轴向转动的第一驱动系统(8)，所述连接座(3)上设置有用于驱动所述外框架(5)绕所述第二转轴(4)轴向转动的第二驱动系统(9)，所述外框架(5)上设置有用于驱动所述内框架(7)绕所述第三转轴(6)轴向转动的第三驱动系统，所述第一转轴(2)、所述第二转轴(4)与所述第三转轴(6)两两垂直设置。
2.根据权利要求1所述的一种无人机上激光雷达的安装机构，其特征在于：所述第一转轴(2)与所述第二转轴(4)处于同一平面，所述第一转轴(2)与所述第三转轴(6)处于同一平面，所述第二转轴(4)与所述第三转轴(6)处于同一平面。
3.根据权利要求1所述的一种无人机上激光雷达的安装机构，其特征在于：所述安装架(1)包括设于无人机上的第一板(101)、与所述第一板(101)相互平行的第二板(102)以及设于所述第一板(101)与所述第二板(102)之间的减震件(103)，所述第一驱动系统(8)固定于所述第二板(102)上。
4.根据权利要求3所述的一种无人机上激光雷达的安装机构，其特征在于：所述减震件(103)为橡胶块，且所述减震件(103)有四个，分别位于所述第一板(101)和所述第二板(102)的四角处。
5.根据权利要求1所述的一种无人机上激光雷达的安装机构，其特征在于：所述外框架(5)为U形板，所述第二转轴(4)位于所述外框架(5)的中间；所述内框架(7)为U形板，所述第三转轴(6)位于所述内框架(7)的两端。
6.根据权利要求5所述的一种无人机上激光雷达的安装机构，其特征在于：所述第三驱动系统包括第一正反电机(10)和第二正反电机(11)，所述第一正反电机(10)与所述第二正反电机(11)分别位于所述内框架(7)的两端。
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