CN110194276A - 无人飞行器云台及无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人飞行器及其云台，该云台包括至少一个自由度机构，至少其中一个自由度机构配置有限位结构，限位结构包括设于对应方位支架上且与对应驱动电机输出轴同轴的弧形限位轨道、设于限位轨道上且可沿限位轨道活动的活动件以及一端与对应驱动电机壳体固定连接的阻挡件，限位轨道具有至少一个用于干涉活动件环形运动的限位部；阻挡件另一端与限位轨道共圆，限位部具有容阻挡件通过的穿行通道；或者，活动件具有露出于限位轨道外的露出部分，阻挡件另一端位于露出部分的环形运动轨迹上。本发明可以实现对无人飞行器云台自由度转轴旋转运动的超过+/‑180°的大角度限位，满足无人飞行器及其云台对当前日益广泛的拍摄等操作需求。

Description

无人飞行器云台及无人飞行器

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种无人飞行器云台及采用该无人飞行器云台的无人飞行器。

背景技术

云台是无人飞行器的重要组成部分，可以保持相机等搭载设备在飞行时的稳定性。两轴云台和三轴云台是应用较多的无人飞行器云台，包括俯仰轴、滚转轴以及进一步可增配的偏航轴，每个轴通过一个驱动电机实现自由度的控制，保证相机等搭载设备的正常稳定工作。

目前，对于无人飞行器云台各轴的旋转，一般限制其旋转角度在-180°～180°范围内，常规通过简单的限位挡块实现。这种方式越来越不足以适应当前日益广泛的拍摄等操作需求，而且对于轴的旋转限位控制精度相对低、可靠性相对较差。

发明内容

本发明实施例涉及一种无人飞行器云台及采用该无人飞行器云台的无人飞行器，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种无人飞行器云台，包括至少一个自由度机构，所述自由度机构包括驱动电机以及与所述驱动电机输出轴连接的方位支架，

至少其中一个所述自由度机构配置有限位结构，所述限位结构包括安设于对应方位支架上且与对应驱动电机输出轴同轴的弧形限位轨道、设于所述限位轨道上且可沿所述限位轨道活动的活动件以及一端与对应驱动电机壳体固定连接的阻挡件，所述限位轨道具有至少一个用于干涉所述活动件环形运动的限位部；

所述阻挡件另一端与所述限位轨道共圆，所述限位部具有可容所述阻挡件通过的穿行通道；

或者，所述活动件具有露出于所述限位轨道外的露出部分，所述阻挡件另一端位于所述露出部分的环形运动轨迹上。

作为实施例之一，所述自由度机构有三个，分别为滚转机构、俯仰机构和偏航机构。

作为实施例之一，所述活动件为限位滚珠，所述限位滚珠滚动设置于对应的所述限位轨道上。

作为实施例之一，所述限位轨道包括轨座和可拆卸连接于所述轨座上的压轨，所述压轨顶部设有供所述活动件部分露出或可容所述阻挡件通过的让位槽。

作为实施例之一，所述方位支架上设有与对应驱动电机输出轴同轴的弧形导向轨道，所述限位轨道设置于所述导向轨道上且连接有用于驱动其在所述导向轨道上活动的轨道驱动单元。

作为实施例之一，所述限位轨道侧壁具有有齿段，所述轨道驱动单元包括设于所述方位支架上的驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述有齿段啮合。

作为实施例之一，所述限位轨道上沿自身圆周方向依次设有两个所述限位部，所述活动件位于该两限位部之间，至少其中一所述限位部的安装位置可调；

或者，所述限位轨道上沿自身圆周方向依次设有至少三个所述限位部，所述活动件位于其中两限位部之间，且伸入至所述活动件活动路径上的限位部数量可调。

作为实施例之一，所述限位轨道所对应的圆心角小于360°，于所述限位轨道两端均设有所述限位部。

作为实施例之一，所述驱动电机与对应的方位支架之间夹设有减震板，所述减震板与所述驱动电机壳体固连，所述阻挡件连接于所述减震板上。

本发明实施例涉及一种无人飞行器，包括如上所述的无人飞行器云台。

本发明实施例至少具有如下有益效果：

本发明中，通过采用方位支架上的限位轨道和活动件以及连接于驱动电机壳体上的阻挡件配合，可以实现对无人飞行器云台自由度转轴旋转运动的超过+/-180°的大角度限位，满足无人飞行器及其云台对当前日益广泛的拍摄等操作需求，而且对于自由度转轴的旋转限位控制精度较高、可靠性较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的无人飞行器的一个自由度机构(即驱动电机与方位支架装配)的剖视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的装配有轨座的方位支架的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的装配有限位轨道的方位支架的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的设有导向轨道的方位支架的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的设有阻挡件的减震板的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供一种无人飞行器云台，包括至少一个自由度机构，所述自由度机构包括驱动电机以及与所述驱动电机输出轴连接的方位支架，通过驱动电机1带动对应的方位支架2转动，上述驱动电机1和方位支架2是本领域常规设备，具体结构此处不作赘述。

该无人飞行器云台可以为单轴云台、双轴云台、三轴云台或其它多轴云台，即上述自由度机构数量可以为1个、2个、3个或其它多个等情形。在其中一个实施例中，该无人飞行器云台包括滚转机构、俯仰机构和偏航机构，具体各自由度机构之间的连接结构此处不作赘述；例如，俯仰机构的驱动电机1装配在滚转机构的方位支架2上，偏航机构的驱动电机1装配于俯仰机构的方位支架2上，该偏航机构的方位支架2用于搭载相机等设备。

各自由度机构中，至少其中一个自由度机构配置有限位结构，用于对对应的方位支架2的转动运动进行限位。具体地：

如图1-图5，所述限位结构包括安设于对应方位支架2上且与对应驱动电机1输出轴同轴的弧形限位轨道4、设于所述限位轨道4上且可沿所述限位轨道4活动的活动件3以及一端与对应驱动电机1壳体固定连接的阻挡件6，所述限位轨道4具有至少一个用于干涉所述活动件3环形运动的限位部；所述阻挡件6另一端与所述限位轨道4共圆，所述限位部具有可容所述阻挡件6通过的穿行通道；或者，所述活动件3具有露出于所述限位轨道4外的露出部分，所述阻挡件6另一端位于所述露出部分的环形运动轨迹上。

可以理解地，上述活动件3被限定地设置于限位轨道4上，以保证其仅产生沿限位轨道4周向上的运动且保证其不会从限位轨道4上脱离。活动件3与限位轨道4可以采用滑块(如弧形滑块)与滑轨配合式结构；本实施例中，优选地，如图1和图3，上述活动件3为限位滚珠3，上述限位轨道4对应配置，该限位滚珠3滚动设置于对应的限位轨道4上。采用滚珠式结构，结构简单而小巧，滚动式结构使其阻力较小，避免卡阻等现象，保证方位支架2转动的稳定性。

对于阻挡件6另一端与限位轨道4共圆的情况，可以理解为该阻挡件6另一端伸至限位轨道4的环形转动轨迹上；对于阻挡件6另一端位于活动件3露出部分的环形运动轨迹上的情况，在限位轨道4随方位支架2转动过程中，该阻挡件6并不与该限位轨道4发生干涉，而仅会与活动件3的露出部分发生干涉。上述两种情况均能实现阻挡件6与活动件3之间的运动干涉，保证对方位支架2的限位效果。

进一步优选地，为方便安装、检修和维护，上述限位轨道4设置为可拆卸式轨道，其包括轨座41和可拆卸连接于所述轨座41上的压轨42，所述压轨42顶部设有供所述活动件3部分露出或可容所述阻挡件6通过的让位槽。该压轨42与轨座41之间的可拆卸连接可以采用螺钉等常规可拆卸结构，该轨座41与对应的方位支架2之间也优选为是可拆卸装配。压轨42与轨座41之间可以围合形成滚动腔，限位滚珠3被限定于该滚动腔内，限位滚珠3与轨座41及压轨42之间均为滚动摩擦，阻力较小。显然地，对于压轨42顶部的让位槽可容阻挡件6通过的情况，上述让位槽的槽宽宜大于阻挡件6的宽度/直径，且宜小于限位滚珠3的直径，避免限位滚珠3从该让位槽中脱离出来。

以上述限位轨道4所对应的圆心角为α。驱动电机1正转时，方位支架2带动活动件3一起转动，当活动件3与阻挡件6接触时，阻挡件6可以推动该活动件3在限位轨道4上运动，直至该活动件3被限位轨道4上的阻挡部干涉而停止转动，可以实现对方位支架2的正转限位；此后驱动电机1反转，方位支架2带动活动件3一起转动180°之后再次与阻挡件6接触，阻挡件6推动该活动件3在限位轨道4上运动，直至该活动件3被限位轨道4上的阻挡部再次干涉而停止转动，可以实现对方位支架2的反转限位，此时，方位支架2的反转角度为180°+α；此后驱动电机1再次正转时，可以理解地，方位支架2的正转角度为180°+α。

因此，本实施例中，通过采用方位支架2上的限位轨道4和活动件3以及连接于驱动电机1壳体上的阻挡件6配合，可以实现对无人飞行器云台自由度转轴旋转运动的超过180°的大角度限位，满足无人飞行器及其云台对当前日益广泛的拍摄等操作需求，而且对于自由度转轴的旋转限位控制精度较高、可靠性较好。

可以理解地，通过对限位轨道4的长度进行调整，即调整上述限位轨道4所对应的圆心角为α，可以满足对不同的自由度转轴角位移限位的要求。

在其中一个实施例中，如图1-图4，上述限位轨道4所对应的圆心角小于360°，优选为在限位轨道4的两端分别设置所述限位部，保证对驱动电机1的输出轴11正反转的限位。

在另外的实施例中，上述限位轨道4所对应的圆心角为360°，即该限位轨道4为环形轨道，上述限位部可以仅设置一个，能实现对无人飞行器云台自由度转轴旋转运动的±360°的大角度限位。

限位部的结构可以是设置在限位轨道4端部的挡板，并在挡板上开槽构成上述可容阻挡件6通过的穿行通道，显然地，该挡板上开设的槽宽小于限位滚珠3的直径。

进一步对上述限位结构进行优化，提供如下的可选实施方式：

(1)如图4，所述方位支架2上设有与对应驱动电机1输出轴同轴的弧形导向轨道7，所述限位轨道4设置于所述导向轨道7上且连接有用于驱动其在所述导向轨道7上活动的轨道驱动单元。

其中，上述轨道驱动单元优选安装在方位支架2上，其优选为采用齿轮驱动结构，具体地，如图4，所述限位轨道4侧壁具有有齿段43，所述轨道驱动单元包括设于所述方位支架2上的驱动齿轮81，所述驱动齿轮81与所述有齿段43啮合；该驱动齿轮81可通过轨道动力电机82等驱动；

当然，齿轮齿条机构、蜗轮蜗杆机构等旋转驱动结构都适用于本实施例中。

基于上述结构，可以进一步增大对无人飞行器云台自由度转轴旋转运动的限位角度，举例而言：

驱动电机1正转时，方位支架2带动活动件3一起转动，当活动件3与阻挡件6接触时，阻挡件6可以推动该活动件3在限位轨道4上运动，直至该活动件3被限位轨道4上的阻挡部干涉而停止转动，可以实现对方位支架2的正转限位；此后驱动电机1反转，方位支架2带动活动件3一起转动180°之后再次与阻挡件6接触，阻挡件6推动该活动件3在限位轨道4上运动，直至该活动件3被限位轨道4上的阻挡部再次干涉而停止转动，可以实现对方位支架2的反转限位，此时，方位支架2的反转角度为180°+α，在此基础上，通过上述轨道驱动单元驱动限位轨道4进一步反向旋转(即与驱动电机1的反转方向相同)，可以进一步增大方位支架2的反转角度，显然地，通过上述轨道驱动单元驱动限位轨道4正向旋转时，可以相应地减小方位支架2的反转限位角度。因此，上述结构可以满足不同的自由度转轴角位移限位的要求。

其中，限位轨道4和导向轨道7可以是各自独立的轨道；在另外的实施例中，如图，限位轨道4与导向轨道7结合为一个完整的分体式导轨，限位轨道4和导向轨道7为该分体式导轨的两部分，限位轨道4作为压轨压合在导向轨道7上，通过有齿段43围绕导向轨道7的中心轴转动，促使限位轨道4在导向轨道7上滑动，该结构可进一步减小方位支架2的体积及重量；该限位轨道4与导向轨道7围设形成轨道腔，上述活动件3设置于该轨道腔内；也即，在上述限位轨道4设置为可拆卸式轨道，其包括轨座41和可拆卸连接于轨座41上的压轨42的结构中，该轨座41可作为上述的导向轨道7，压轨42可滑动地设置在该轨座41上。

(2)所述限位轨道4上沿自身圆周方向依次设有多个所述限位部，所述活动件3位于该两限位部之间，至少其中一所述限位部的安装位置可调，例如该限位部是通过螺钉等可拆卸安装在限位轨道4上，或者，在限位轨道4侧壁上开设调节槽，该调节槽沿轨道周向延伸开设而成，该限位部上设有调节螺栓和调节螺母，调节螺栓可滑动地设置于该调节槽上，调节螺母螺接于该调节螺栓上并通过该调节螺母实现调节螺栓与限位轨道4的紧固。

基于上述结构，两限位部之间的间距可调，即二者之间的轨段所对应的圆心角可调，也即实现了活动件3在限位轨道4内活动量的调节，从而可以满足不同的自由度转轴角位移限位的要求。

(3)所述限位轨道4上沿自身圆周方向依次设有至少三个所述限位部，所述活动件3位于其中两限位部之间，且伸入至所述活动件3活动路径上的限位部数量可调。例如，设置各限位部可拆卸安装在限位轨道4上(可借鉴上述螺钉安装结构)，或者，在限位轨道4上开设调节窗口，限位部滑动地设置在该调节窗口上且滑动方向为对应位置处的限位轨道4径向，从而限位部可以伸出至限位轨道4内或退回至限位轨道4外。

基于上述结构，也可实现活动件3在限位轨道4内活动量的调节，从而可以满足不同的自由度转轴角位移限位的要求。

另外，如图1和图5，所述驱动电机1与对应的方位支架2之间夹设有减震板5，所述减震板5与所述驱动电机1壳体固连，所述阻挡件6连接于所述减震板5上。设置减震板5一方面可以减小驱动电机1震动对方位支架2稳定性的影响，另一方面，可以减小活动件3、限位部和阻挡件6干涉碰撞对方位支架2及驱动电机1稳定性的影响。进一步地，可在阻挡件6上设置橡胶等弹性缓冲部，减缓活动件3、限位部和阻挡件6的碰撞对云台整体稳定性的影响。

实施例二

本发明实施例提供一种无人飞行器，包括上述实施例一所提供的无人飞行器云台。一般地，其还搭载有相机等设备，该相机的搭载结构是本领域常规技术，此处不作赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人飞行器云台，包括至少一个自由度机构，所述自由度机构包括驱动电机以及与所述驱动电机输出轴连接的方位支架，其特征在于：

各所述自由度机构中，至少其中一个配置有限位结构，所述限位结构包括安设于对应方位支架上且与对应驱动电机输出轴同轴的弧形限位轨道、设于所述限位轨道上且可沿所述限位轨道活动的活动件以及一端与对应驱动电机壳体固定连接的阻挡件，所述限位轨道具有至少一个用于干涉所述活动件环形运动的限位部；

所述阻挡件另一端与所述限位轨道共圆，所述限位部具有可容所述阻挡件通过的穿行通道；

或者，所述活动件具有露出于所述限位轨道外的露出部分，所述阻挡件另一端位于所述露出部分的环形运动轨迹上。

2.如权利要求1所述的无人飞行器云台，其特征在于：所述自由度机构有三个，分别为滚转机构、俯仰机构和偏航机构。

3.如权利要求1所述的无人飞行器云台，其特征在于：所述活动件为限位滚珠，所述限位滚珠滚动设置于对应的所述限位轨道上。

4.如权利要求3所述的无人飞行器云台，其特征在于：所述限位轨道包括轨座和可拆卸连接于所述轨座上的压轨，所述压轨顶部设有供所述活动件部分露出或可容所述阻挡件通过的让位槽。

5.如权利要求1所述的无人飞行器云台，其特征在于：所述方位支架上设有与对应驱动电机输出轴同轴的弧形导向轨道，所述限位轨道设置于所述导向轨道上且连接有用于驱动其在所述导向轨道上活动的轨道驱动单元。

6.如权利要求5所述的无人飞行器云台，其特征在于：所述限位轨道侧壁具有有齿段，所述轨道驱动单元包括设于所述方位支架上的驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述有齿段啮合。

7.如权利要求1所述的无人飞行器云台，其特征在于：所述限位轨道上沿自身圆周方向依次设有两个所述限位部，所述活动件位于该两限位部之间，至少其中一所述限位部的安装位置可调；

或者，所述限位轨道上沿自身圆周方向依次设有至少三个所述限位部，所述活动件位于其中两限位部之间，且伸入至所述活动件活动路径上的限位部数量可调。

8.如权利要求1至7中任一项所述的无人飞行器云台，其特征在于：所述限位轨道所对应的圆心角小于360°，于所述限位轨道两端均设有所述限位部。

9.如权利要求1所述的无人飞行器云台，其特征在于：所述驱动电机与对应的方位支架之间夹设有减震板，所述减震板与所述驱动电机壳体固连，所述阻挡件连接于所述减震板上。

10.一种无人飞行器，其特征在于：包括如权利要求1至9中任一项所述的无人飞行器云台。