CN109863087A - 防振装置及无人飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种对无人飞行器中搭载的小型、轻量的摄像装置发挥优异的减振效果的防振装置、及具备该防振装置的无人飞行器。无人飞行器1中搭载的摄像装置11中安装有防振装置12。防振装置12具备在摄像装置11中安装的内侧固定部15、在无人飞行器1的机身主体2上安装的外侧固定部16、及由橡胶状弹性体形成的多个弹性支持臂17。弹性支持臂17以摄像装置11为中心呈放射状延伸，在三维方向上将摄像装置11弹性支持在机身主体2中。

Description

防振装置及无人飞行器
技术领域
本发明涉及无人飞行器中具备的摄像装置的防振技术。
背景技术
近年来，无人飞行器相关的技术急速发展，利用搭载小型摄影机等摄像装置的无人飞行器轻松地实现了航空摄影。与有人驾驶飞行器相比，这类无人飞行器为小型轻量，为了低输出高效地使其飞行，轻量化显得尤为必要。因此，对于搭载的摄像装置也提出了轻量、小型化的要求。进而，轻量、小型的摄像装置易于受到无人飞行器飞行时的振动或飞行姿态变化的影响，因而其振动对策成为了课题。
作为无人飞行器中搭载的摄像装置的振动对策，例如，日本特开2015-209207号公报(专利文献1)记载了在经由弹性体材料制的中间弹性垫片设置的平板上固定摄像装置的例子。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-209207号公报
发明内容
发明要解决的问题
上述专利文献1记载的技术中，由厚的弹性体形成的中间弹性垫片弹性支持平板或相机等防振对象物，从而起到防振效果。然而，中间弹性垫片是与基于防振对象物的重量的惯性力相应地变形来发挥减振效果。因此，防振对象物为轻量时，中间弹性垫片的硬度调整变得困难，其结果，中间弹性垫片无法针对无人飞行器产生的振动充分地弹性变形，产生如振动易于传递到防振对象物的问题。这种现象在多旋翼直升机式的无人飞行器所需的30Hz左右的低频变得尤为显著。
替代上述由厚的弹性体形成的中间弹性垫片，例如，也可以考虑用软质的凝胶来弹性支持作为被支持体的摄像装置。但根据本发明人的研究，采用足以保持摄像装置程度的硬度的凝胶时，对于上述30Hz左右的低频区域的振动无法发挥充分的减振效果。另一方面，就无法保持摄像装置程度的柔软的凝胶而言，存在着摄像装置的位置精度和耐久性变得不佳、或凝胶本身因重量变形后无法维持形状的问题，难以持续地发挥初始的防振效果。
本发明是鉴于上述现有技术的问题完成的，其目的是提供一种在无人飞行器中搭载，能够适用于对于轻量、小型化有所要求的摄像装置的防振装置。
解决问题的方法
为了实现上述目的，本发明提供以下的防振装置和无人飞行器。
本发明提供一种无人飞行器中搭载的摄像装置用的防振装置，其特征在于，该防振装置具备在所述摄像装置中安装的内侧固定部、在所述无人飞行器的机身上安装的外侧固定部、及由连接所述内侧固定部和所述外侧固定部的橡胶状弹性体形成的多个弹性支持臂，
所述弹性支持臂以所述摄像装置为中心呈放射状延伸，将所述摄像装置弹性支持在所述机身中。
本发明的开发过程中，本发明人对于从下方弹性支持摄像装置的防振结构和从侧面弹性支持摄像装置的防振结构的有效性进行了探讨，这些防振结构以基于防振装置的强度来支持摄像装置的重量为前提，因而欲将其直接用于轻量的摄像装置时，由于摄像装置的重量产生的惯性力小，受到振动时防振装置也无法充分地弹性变形，无法得到所期望的减振效果。并且，就从上方悬挂来弹性支持摄像装置的防振结构而言，摄像装置会像单摆一样摆动，未必能够得到充分的减振效果。进而，就从垂直上方用螺旋弹簧等悬挂摄像装置、在摄像装置的垂直下方配置防振装置的防振结构而言，无人飞行器的机身朝向水平方向时能够起到指定的防振效果，但在机身的姿态大幅变化时无法得到所期望的防振效果。鉴于这些理由，对于本发明的开发过程中探讨的基于上述防振装置的防振结构，得到了难以适用于对于轻量、小型化有所要求的摄像装置的防振的结论。
相对来说，本发明的防振装置具有由连接在摄像装置中安装的内侧固定部和在无人飞行器的机身上安装的外侧固定部的橡胶状弹性体形成的多个弹性支持臂，该弹性支持臂以摄像装置为中心呈放射状延伸，从而将摄像装置弹性支持在机身中。多个弹性支持臂由橡胶状弹性体形成，因而对于固定点、即外侧固定部可以在三维方向上各向同性地柔软伸缩。就在轴向伸缩和相对于轴向弯曲的伸缩中呈现不同举动的螺旋弹簧而言，无法期待类似的在三维方向上各向同性地伸缩变形。并且，多个弹性支持臂呈放射状形成，从上方以悬挂的方式、从下方以支撑的方式支持摄像装置，从而以摄像装置为中心在三维方向上弹性支持摄像装置。因此，能够适宜地防振支持在可采取多种飞行姿态的无人飞行器中搭载的小型、轻量的摄像装置。
所述多个弹性支持臂可以等间隔地配置成放射状。由此，在以摄像装置为中心的放射方向上有多个弹性支持臂进行弹性支持，因而无人飞行器采取多种飞行姿态时也能够均衡地防振支持摄像装置。
所述橡胶状弹性体可以是JIS K6253的橡胶硬度为E5～A80的橡胶状弹性体。橡胶状弹性体的硬度为E5以上，因而难以产生耐久性的问题，且难以产生因自重变形的问题。并且，针对重量为1g～70g左右的轻的摄像装置的减振效果优异。
所述内侧固定部、所述多个弹性支持臂及所述外侧固定部可以配置在同一平面上。由此，无人飞行器采取多种飞行姿态时也能够在同一平面上防振支持摄像装置，从而飞行姿态在所述平面内旋转时摄像装置也不会大幅移动，无需在所述平面内设置摄像装置可移动的空间。
所述内侧固定部可以在所述摄像装置的重心位置安装在所述摄像装置中。由此，可以减少因重心位置的偏移导致的防振装置的无效变形，可以更为切实地发挥防振装置的减振效果。
所述多个弹性支持臂可以具有从所述内侧固定部沿着所述无人飞行器的高度方向向上方延伸并从上方悬挂支撑所述摄像装置的上方弹性臂、及从所述内侧固定部向下方延伸并从下方支撑所述摄像装置的下方弹性臂。由此，上方弹性臂可以延伸着支撑摄像装置的荷重，下方弹性臂可以被压缩并从下方支撑摄像装置。因此，即便是软的橡胶状弹性体形成的弹性支持臂也能够分散地发挥支持力，进而适宜地防振支持摄像装置。
所述弹性支持臂可以为波纹状。由此，与弹性支持臂为直线棒状的情形相比，波纹状使得弯曲形状连续，针对轻量的摄像装置能够更为柔软地弹性变形。
并且，本发明提供一种具备机身、在所述机身上安装的摄像装置、及在所述机身和所述摄像装置之间安装的防振装置的无人飞行器，其特征在于，
所述防振装置具有在所述摄像装置中安装的内侧固定部、在所述机身上安装的外侧固定部、及由连接所述内侧固定部和所述外侧固定部的橡胶状弹性体形成的多个弹性支持臂，
所述弹性支持臂以所述摄像装置为中心呈放射状延伸，将所述摄像装置弹性支持在所述机身中。
由此，与在上述防振装置的作用效果中说明的相同，即便是可采取多种飞行姿态的无人飞行器，也能够实现可以适宜地防振支持所搭载的摄像装置的无人飞行器。
所述机身可以为多旋翼直升机。无人飞行器有多种，但采用本发明时，针对近年来在多种用途普及的多旋翼直升机式的无人飞行器，可以适宜地防振支持所搭载的摄像装置。
发明的效果
根据本发明的防振装置，能够适宜地防振支持在可采取多种飞行姿态的无人飞行器中搭载的小型、轻量的摄像装置。因此，本发明的防振装置可以使受到伴随飞行的振动的摄像装置免受振动，可以提高摄像装置的耐久性和静态影像、动态影像的拍摄品质。
根据本发明的无人飞行器，即便是可采取多种飞行姿态的无人飞行器，也能够适宜地防振支持所搭载的小型、轻量的摄像装置。因此，本发明的无人飞行器可以使受到伴随飞行的振动的摄像装置免受振动，可以提高摄像装置的耐久性和静态影像、动态影像的拍摄品质。
附图说明
图1是示意性地表示一个实施方式的无人飞行器的俯视图。
图2是示意性地表示与图1的II-II线剖面相当的机身主体的内部结构的说明图。
图3是图2所示的摄像组件的图4的III-III线剖面图。
图4是图3所示的摄像组件的右视图。
图5是图3所示的防振装置的说明图，分图(a)为分图(b)的V-V线剖面图，分图(b)为防振装置的主视图。
图6是防振装置的变形例1的主视图。
图7是防振装置的变形例2的主视图。
图8是防振装置的变形例3的主视图。
图9是防振装置的变形例4的主视图。
图10是变形例的摄像组件的与图3相当的剖面图。
图11是其他变形例的摄像组件的与图3相当的剖面图。
符号的说明
1 无人飞行器、2 机身主体、2a 壳体、3 螺旋桨、4 臂部、5 控制基板、5a,5b 连接器、6 防振部件、7 电源组、8 摄像组件、8a,8b 摄像组件(变形例)、11 摄像装置、12 防振装置、12a,12b,12c,12d,12e 防振装置(变形例)、13 壳体、14 摄像基板、15 内侧固定部、15b 内侧固定部(变形例)、16 外侧固定部、16a 外侧固定部(变形例)、17 弹性支持臂、17a上方弹性臂、17b 下方弹性臂、17d 弹性支持臂
具体实施方式
参照附图说明本发明的实施方式。此外，对于各实施方式中相同的材质、组成、制造方法、作用和效果等省略重复说明。
图1示出了无人飞行器1的示意俯视图。该无人飞行器1是具有多旋翼直升机式的机身的无人飞行器1。无人飞行器1具备机身主体2，机身主体2具备向侧面突出的具有螺旋桨3的臂部4。螺旋桨3的下方设有旋转驱动螺旋桨3的未图示的电动机。上述的机身主体2、臂部4、螺旋桨3构成本发明的“机身”。
就机身主体2而言，图2示意性地示出了其内部结构，如图所示，在壳体2a中经由柱状的防振部件6设置有控制基板5。控制基板5中，电源组7和摄像组件8经由连接器5a,5b相连。
采用这种结构时，控制基板5通过防振部件6与壳体2a隔开，因而在无人飞行器1飞行时等机身主体2产生的振动难以传递到控制基板5，可以保护控制基板免受振动。
就摄像组件8而言，图3及图4示出了其示意性结构，如图所示，该组件具备摄像装置11、防振装置12及壳体13。摄像装置11具备镜头和装配CMOS等摄像元件的摄像基板14等。该摄像组件8中，在摄像装置11的重心位置安装防振装置12，防振装置12安装在壳体13中并使得摄像装置11位于壳体13的中央部分。由此，在摄像装置11的重心位置安装防振装置12时，能够减少因重心位置的偏移导致的防振装置12的无效变形，能够更为适宜地发挥防振装置12的减振效果。
摄像装置11的重量可以轻为1g～70g的程度。在1g以下重量的轻的摄像装置11的情形，只用防振部件6防振支持摄像装置11时，无法得到对于摄像装置11的充分的减振效果。因此，通过将与轻量的摄像装置11相适应的防振装置12设置在摄像组件8中，能够实现可以适宜地防振支持摄像装置11的摄像组件8。
如图5所示，防振装置12具有在摄像装置11中安装的内侧固定部15、位于该内侧固定部15的外部且在壳体13上安装的外侧固定部16、及连接这些内侧固定部15和外侧固定部16的多个弹性支持臂17。
其中，内侧固定部15位于防振装置12的中央，形成为圆形的环状。形成为环状时，嵌入在外周设有槽的摄像装置11后即可以轻松地将摄像装置11固定在防振装置12上。多个弹性支持臂17从单一的内侧固定部15延伸。因此，通过将内侧固定部15固定在摄像装置11的一次的安装操作，即可以操作性好地一并安装多个弹性支持臂17。
多个弹性支持臂17在同一平面上从内侧固定部15呈放射状延伸。因此，无人飞行器1采取多种飞行姿态时也能够在同一平面上防振支持摄像装置11，从而飞行姿态在所述平面内旋转时摄像装置11也不会大幅移动，无需在所述平面内设置摄像装置11可移动的空间，可以将摄像组件8小型化。各弹性支持臂17相对于相邻的其他弹性支持臂17打开120度，弹性支持臂17彼此被等间隔配置。由此，以等间隔呈放射状配置多个弹性支持臂17时，多个弹性支持臂17在以摄像装置11为中心的放射方向上弹性支持摄像装置11，从而无人飞行器1采取多种飞行姿态时也能够均衡地防振支持摄像装置11。
在防振装置12的外周设置的外侧固定部16是用于将防振装置12固定在壳体13上的部分，形成为比内侧固定部15直径大的同心圆的环状。由于为环状，除了用于在壳体13上固定的固定部以外，还起到使多个弹性支持臂17的顶端彼此保持等间隔的辅助作用。即，即便是柔软的材质也可以抑制弹性支持臂17在延伸方向上的偏移，可以确保对于在内侧固定部15固定的摄像装置11的减振效果。利用外侧固定部16固定在壳体13上时，这里可以用双面胶带来进行。
本实施方式的防振装置12由单一的橡胶状弹性体的成形体形成。多个弹性支持臂17由橡胶状弹性体形成时，相对于固定点、即外侧固定部16，能够在三维方向上各向同性地柔软伸缩。就在轴向伸缩和相对于轴向弯曲的伸缩中呈现不同举动的螺旋弹簧而言，无法期待类似的在三维方向上各向同性地伸缩变形。因此，弹性支持臂17用橡胶状弹性体形成。作为橡胶状弹性体的具体例子，可以列举合成橡胶或热塑性弹性体(TPE)，更为具体地，可以列举硅橡胶或聚氨酯橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶等合成橡胶，或苯乙烯类TPE、烯烃类TPE、聚氨酯类TPE、聚酯类TPE等。
出于减振性的观点，在这些橡胶状弹性体中优选其硬度以JIS K6253的橡胶硬度计为E5～A80的橡胶状弹性体。硬度低于E5时，会导致耐久性不佳，且存在防振装置12因自重变形的问题。并且，超过A80时，会无法得到充分的减振效果。
并且，在摄像装置11和壳体13上安装防振装置12、进而安装到无人飞行器1的状态，换言之，在壳体13的内侧保持摄像装置11的状态，承受摄像装置11的重量后向摄像装置11的垂直上方延伸的弹性支持臂17(上方弹性臂17a)伸展，向摄像装置11的斜下方延伸的两个弹性支持臂17(下方弹性臂17b)被压缩。由此，多个弹性支持臂17呈放射状形成，从上方以悬挂的方式并从下方以支撑的方式支持摄像装置11，从而以摄像装置11为中心在三维方向上弹性支持摄像装置11。因此，能够适宜地防振支持在可采取多种飞行姿态的无人飞行器1中搭载的小型、轻量的摄像装置11。并且，就多个弹性支持臂17而言，通过将对上方弹性臂17a施加摄像装置11的荷重和重力作用的两个下方弹性臂17b设为多个，即便是由柔软的橡胶状弹性体形成的弹性支持臂17b也能够分散地发挥支持力，能够适宜地防振支持摄像装置11。就弹性支持摄像装置11时的上方弹性臂17a的长度而言，与在无人飞行器1安装前的长度相比，优选为超过100％、120％以下的长度。此外，将设置了该摄像装置11时的弹性支持臂17的延伸称为“伸展时延伸”。100％以下时，弹性支持臂17难以延伸，振动变得易于传递。另一方面，超过120％时，摄像装置11的位置精度变差，且防振装置12的耐久性会出现问题。
如上所述，本实施方式中，利用位于防振装置12的中央的内侧固定部15安装在摄像装置11中，利用位于防振装置12的外周的外侧固定部16安装在壳体13上，且连接内侧固定部15和外侧固定部16的多个弹性支持臂17位于这些之间，从而将摄像装置11防振支持在壳体13中。因此，通过防振装置12，飞行时等从壳体13传递到摄像装置11的振动、或因飞行时作用在摄像装置11的惯性力造成的晃动得到减振。因此，可以提高摄像装置11的耐久性，且即便是可采取多种飞行姿态的无人飞行器1，也能够提高小型、轻量的摄像装置11拍摄的静态影像或动态影像的摄影品质。
作为更为具体的优选实施方式，相对于纵+横+高度合计的大小(圆柱状的情形为直径×2+高度)为6cm～11cm、重量为5g～20g的摄像装置11，可以将防振装置12的大小设为内侧固定部15的直径为1cm～3cm、外侧固定部的直径为3cm～5cm、厚度为0.5cm～2cm。
实施方式的变形例
以下，说明上述实施方式的变形例。
防振装置的变形例1
就防振装置12而言，外侧固定部16形成为无端环状(无端环状)，但可以如图6所示的防振装置12a，形成从内侧固定部15伸展的弹性支持臂17的顶端相互独立的外侧固定部16a。此时，呈悬臂梁状延伸的弹性支持臂17的顶端部构成外侧固定部16a。
防振装置的变形例2
防振装置12中，内侧固定部15形成为无端环状(无端环状)，但可以如图7所示的防振装置12b，形成从无端环状的外侧固定部16向内侧伸展的弹性支持臂17的顶端相互独立的内侧固定部15b。
防振装置的变形例3
防振装置12中，三个弹性支持臂17相互隔开120度的间隔来形成放射状，但也可以如图8所示的防振装置12c，形成六个弹性支持臂17相互隔开60度的间隔呈放射状延伸的形状。并且，不限于该60°，也可以为其他角度。
防振装置的变形例4
防振装置12中，三个弹性支持臂17形成为柱状，但可以如图9所示的防振装置12d，形成波纹状的弹性支持臂17d。与弹性支持臂17为直线棒状的情形相比，采用波纹状时弯曲形状连续，对于轻量的摄像装置11可以更为柔软地弹性变形。
摄像装置11的长度较长的摄像组件8a的情形，如图10所示，可以与该摄像装置11的长度相对应地增大厚度，将防振装置12e形成为在厚度方向上具有高度的柱状。该防振装置12e的平面形状与图5(b)的情形相同，其厚度形成得比图5(a)所示的情形厚。同样，摄像装置11的长度较长的情形，如图11所示的摄像组件8b，可以利用多个防振装置12支持摄像装置11。
防振装置12由橡胶状弹性体的单一的成形体形成，但内侧固定部15、外侧固定部16、多个弹性支持臂17可以采用各自不同的材质。减振效果最大的部位为弹性支持臂17，因而弹性支持臂17可以采用橡胶状弹性体，而内侧固定部15或外侧固定部16可以采用硬质树脂或金属等材质。并且，也可以在弹性支持臂17和弹性支持臂17以外的部位采用材质、硬度等不同的橡胶状弹性体。
上述实施方式中示出了摄像装置11和防振装置12的固定是将内侧固定部15嵌入到在摄像装置11中设置的槽中，壳体13和防振装置12的固定用双面胶带来进行的例子。但不局限于这些固定方法，可以采用各种固定方法。即，可以采用通过粘合剂或双面胶带以外的其他粘合胶带的固定，设置槽等的形状固定，利用融合、磁力等的固定方法等。

Claims (8)

1.一种防振装置，该防振装置是无人飞行器中搭载的摄像装置用的防振装置，其特征在于，具备
在所述摄像装置中安装的内侧固定部、在所述无人飞行器的机身上安装的外侧固定部、及由连接所述内侧固定部和所述外侧固定部的橡胶状弹性体形成的多个弹性支持臂，
所述弹性支持臂以所述摄像装置为中心呈放射状延伸，将所述摄像装置弹性支持在所述机身中。
2.如权利要求1所述的防振装置，其中，所述多个弹性支持臂被等间隔地配置成放射状。
3.如权利要求1或2所述的防振装置，其中，所述内侧固定部、所述多个弹性支持臂及所述外侧固定部被配置在同一平面上。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的防振装置，其中，所述内侧固定部在所述摄像装置的重心位置安装在所述摄像装置中。
5.如权利要求1～4中任意一项所述的防振装置，其中，所述多个弹性支持臂具有从所述内侧固定部沿着所述无人飞行器的高度方向向上方延伸并从上方悬挂支撑所述摄像装置的上方弹性臂、及从所述内侧固定部向下方延伸并从下方支撑所述摄像装置的下方弹性臂。
6.如权利要求1～5中任意一项所述的防振装置，其中，所述弹性支持臂为波纹状。
7.一种无人飞行器，该无人飞行器具备机身、在所述机身上安装的摄像装置、及在所述机身和所述摄像装置之间安装的防振装置，其特征在于，
所述防振装置具有在所述摄像装置中安装的内侧固定部、在所述机身上安装的外侧固定部、及由连接所述内侧固定部和所述外侧固定部的橡胶状弹性体形成的多个弹性支持臂，
所述弹性支持臂以所述摄像装置为中心呈放射状延伸，将所述摄像装置弹性支持在所述机身中。
8.如权利要求7所述的无人飞行器，其中，所述机身为多旋翼直升机。
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