CN110531566B - 一种基于压电作动器的长焦距推扫相机装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于压电作动器的长焦距推扫相机装置，属于航拍无人机长焦距推扫相机领域。流线型外壳与无人机通过螺栓紧固连接，承载框架与流线型外壳焊接连在一起，承载框架通过八个抗压伸隔振阻尼器与长筒推扫装置相连，入光玻璃镶嵌在承载框架上，长筒推扫装置前端与可转动隔振平台通过螺栓紧固连接，长筒推扫装置后端与可转动隔振平台紧固连接，两个可转动隔振平台分别固定在承载框架内。优点是结构新颖，采用压电作动器作为动力源进行液压驱动对反射镜角度进行调节，在保证精度的同时减少了装置的重量及能耗，解决角振动及线振动给装置成像带来的影响，通过压电俘能装置为储能蓄电池存入电能，增加续航时间。

Description

一种基于压电作动器的长焦距推扫相机装置

技术领域

本发明涉及一种航拍无人机长焦距推扫相机领域，特别涉及一种基于压电作动器的长焦距航空推扫相机装置。

背景技术

随着科技的不断发展，近年来航拍无人机不断兴起，长焦距航空推扫相机也渐渐进入了人们的视野，长焦距推扫相机是成像系统中用于安放相机、反射镜和固定成像装置的支撑设备，用来保护镜组及控制反射镜转动方向，其广泛应用于工程勘察、军事勘察、灾情勘察、获取情报等实用性航拍方面，在实际应用过程中，由于无人机在飞行过程中自身姿态的不断改变及外界天气等因素的影响，使得像移补偿装置的重要性越发重要，飞行过程中像移补偿装置需具有速度快、精度高、体积小、耗能小的优点，从而才能保证整体光路平稳，提高成像质量，完成无人机轻量化的技术指标，在无人机飞行过程中收到外部与内部的抖动会造成成像模糊的问题，从而影响了航拍成像的质量，并且严重时有可能导致机体损毁。因此，用来安放反射镜和成像装置的长焦距推扫相机装置，其自身的稳定性和是否能及时地进行像移补偿往往会影响航拍成像质量的好坏，近年来国内外的长焦距推扫相机装置发展突飞猛进，而长焦距推扫相机装置具有成像清晰，纵深距离大等优点，国外由于技术封锁，对于其装置内部结构我们了解较少，而国内无人机长焦距航空推扫相机中的补偿系统大多都用音圈电机，而音圈电机作为驱动源的话其本身体积过大，耗电量过多，减少了无人机在空中航拍的工作时间。近年来国内学者对能进行像移补偿的装置或智能材料进行了大规模的探索，其中近几年发展迅速的压电作动器最为突出，因为其本身的物理特性，体积小，作动快，可与液体、气体等流体或是金属相促动，当传感器受到了相应的压力时，传感器会传递给压电装置信号，进而发给压电装置运动命令使压电装置运动或者压电装置促使液体、气体相运动，因此对于不同形式的振动、受力和不同形式的运动命令，可通过给压电装置发送信号使压电装置做出反应以达到减振或调节的目的，并且现有的长焦距推扫相机装置普遍采用固联式长筒框架形式，对此框架形式进行减振难度较高并且减振效果并不好，同时，现有的长焦距推扫相机装置很少专门对镜筒进行温度调节进而在不同温度下保护镜筒。

基于以上原因，现有无人机长焦距推扫相机装置面临的问题有以下几点：

(1)现有长焦距推扫相机装置中大多采用音圈电机对反射镜进行像移补偿，而采用音圈电机作为驱动单元会导致耗电量过大并且质量过重，极大减少了无人机在空中航拍的工作时间，并且加重了无人机整体质量，不利于进行轻量化设计，使无人机难以达到更高更快的技术指标。

(2)现有长焦距推扫相机装置中，普遍采用固联式长筒框架形式，但这种框架形式受到复合振动的影响较大，对于来自载机的摆动和自身的振动，起不到良好的成像效果，严重时可导致整体结构损坏。

(3)现有长焦距推扫相机需要大量电子设备来保证其正常工作，因此存在着大量耗电问题，严重影响整体续航时间，使无人机整体工作效率下降。

(4)现有的长焦距推扫相机装置很少对镜仓进行温度调节，使镜片在温度改变时发生形变，进而影响整体成像质量，且现有装置易忽略外界磁场干扰，严重可导致内部电子元件失效。

发明内容

本发明提供一种基于压电作动器的长焦距推扫相机装置，以解决现有长焦距推扫相机装置在面对角振动和线振动和不同高度的作业时，无法做出相应的姿态补偿、像移补偿和准确调增焦距的问题，减振效果差以及无人机在进行高空作业、姿态调整和不同温度工作过程中耗能过大，续航时间短，无法实现能量转化和无法调整内部温度来保护镜筒的问题。

本发明采取的技术方案是：包括流线型外壳头部、流线型外壳中部、流线型外壳尾部、承载框架顶板、承载框架架身、承载框架筋板、入光玻璃、抗压伸隔振阻尼器、长筒推扫装置、可转动隔振平台，所述的流线型外壳头部与所述的流线型外壳中部和流线型外壳尾部通过卡扣连接，所述的流线型外壳中部与无人机通过螺栓紧固连接，所述的承载框架顶板与所述的承载框架架身通过螺栓紧固连接，所述的承载框架筋板与承载框架架身通过螺栓连接，承载框架架身与流线型外壳中部装配在一起，承载框架架身通过八个所述的抗压伸隔振阻尼器与所述的长筒推扫装置相连，所述的入光玻璃镶嵌在承载框架架身上，所述的长筒推扫装装置前端与所述的可转动隔振平台通过螺栓紧固连接，长筒推扫装置后端与所述的可转动隔振平台通过螺栓紧固连接，两个可转动隔振平台通过螺栓连接分别固定在承载框架顶板上。

本发明所述的抗压伸隔振阻尼器包括抗拉伸单元、抗压缩单元、连接杆Ⅰ、连接杆Ⅱ、连接杆Ⅲ、连接杆Ⅳ、复位弹簧Ⅰ、外壳，吊耳型夹持结构Ⅰ、圆柱滚子轴承Ⅰ，所述的抗拉伸单元7设置在所述的抗压缩单元上下两侧并与抗压缩单元固联，所述的外壳环扣在抗拉伸单元外侧，所述的连接杆Ⅰ一端通过胶粘固定于抗拉伸单元上，所述的连接杆Ⅰ通过沟槽连接在连接杆Ⅱ内，所述的连接杆Ⅱ与焊接在承载框架架身上的两个吊耳型夹持结构Ⅰ相配合，所述的连接杆Ⅳ通过沟槽连接与连接杆Ⅲ内，所述的连接杆Ⅳ与焊接在长筒推扫装置上的两个所述的吊耳型夹持结构Ⅱ相配合，吊耳型夹持结构Ⅰ内装配有所述的圆柱滚子轴承Ⅰ，所述的复位弹簧Ⅰ设置在连接杆Ⅳ和连接杆Ⅱ上。

本发明所述的抗拉伸单元包括SMA丝Ⅰ、上顶杆、下顶杆、环形压电Ⅰ、压电保护壳Ⅰ、环形压电Ⅱ、压电保护壳Ⅱ、橡胶垫Ⅰ、橡胶垫Ⅱ、挡板Ⅰ、挡板Ⅱ、挡板Ⅲ、挡板Ⅳ，所述的SMA丝Ⅰ一端分别缠绕在固定于挡板Ⅰ上的四个螺栓上，另一端分别缠绕在固定于挡板Ⅱ上的四个螺栓上，所述的SMA丝Ⅱ一端分别缠绕在固定于挡板Ⅲ上的四个螺栓上，另一端分别缠绕在固定于挡板Ⅳ上的四个螺栓上，所述的上顶杆通过胶粘固定在所述的橡胶垫Ⅰ上，所述的下顶杆通过胶粘固定在所述的橡胶垫Ⅱ上，所述的环形压电Ⅰ与所述的压电保护壳Ⅰ固联，压电保护壳Ⅰ通过胶粘固定在外壳与挡板Ⅰ之间，所述的环形压电Ⅱ与所述的压电保护壳Ⅱ固联，压电保护壳Ⅱ通过胶粘固定在外壳与挡板Ⅳ之间。

本发明所述的抗压缩单元包括环形橡胶层、压力传感器、内壳Ⅰ、内壳Ⅱ、支撑杆、压电块、橡胶块，所述的环形橡胶层通过胶粘固定在所述的内壳Ⅱ的内壁上，所述的压力传感器与环形橡胶层固联，所述的内壳Ⅰ与内壳Ⅱ通过轴向连接固联在一起，所述的支撑杆通过胶粘固定于内壳Ⅰ，所述的压电块通过胶粘固定于支撑杆上，所述的橡胶块与所述的压电块固联。

本发明所述的长筒推扫装置包括外筒、压电俘能装置外壳、压电片、金属丝、橡胶球、储能蓄电池Ⅰ、储能蓄电池Ⅱ、圆柱滚子轴承Ⅱ、圆柱滚子轴承Ⅲ、内筒、保温膜、铅层、镜头仓、调焦装置、CCD摄像机、法兰盘Ⅰ、法兰盘Ⅱ、吊耳型夹持结构Ⅱ、圆柱滚子轴承Ⅳ，所述的外筒通过所述的吊耳型夹持结构Ⅱ与八个抗拉伸隔振阻尼器相连，所述的吊耳型夹持结构Ⅱ内装配有所述的圆柱滚子轴承Ⅳ，所述的压电俘能装置外壳固联在外筒内壁上，所述的压电片与所述的金属丝均与所述的压电俘能装置外壳胶粘，所述的橡胶球与所述的金属丝固定连接，所述的储能蓄电池Ⅰ和储能蓄电池Ⅱ通过螺栓连接固定于外筒外壁上，所述的圆柱滚子轴承Ⅱ和所述的圆柱滚子轴承Ⅲ分别装配在所述的内筒与外筒之间，所述的保温膜通过胶粘固定在内筒外壁上，所述的铅层涂抹在内筒内壁上，所述的镜头仓一端与内筒上的凹槽进行紧密配合，另一端与法兰盘Ⅱ通过螺栓连接固定，所述的调焦装置通过焊接固定于内筒内壁上，所述的CCD摄像机与所述的法兰盘Ⅰ通过螺栓连接。

本发明所述的镜头仓包括空心轴盘式电机、反射镜背部支撑板、陀螺仪、转动支架Ⅰ、转动支架Ⅱ、像移补偿装置Ⅰ、像移补偿装置Ⅱ、反射镜镜框、反射镜，所述的空心轴盘式电机通过螺栓连接固定于镜头仓外侧，所述的反射镜背部支撑板与空心轴盘式电机固联，所述的陀螺仪通过胶粘固定在反射镜背部支撑板背部，所述的转动支架Ⅰ和转动支架Ⅱ底端焊接于反射镜背部支撑板上，转动支架Ⅰ和转动支架Ⅱ另一端通过转动轴与所述的反射镜镜框固联，所述的像移补偿装置Ⅰ和所述的像移补偿装置Ⅱ的底部通过焊接固定在反射镜背部支撑板上，像移补偿装置Ⅰ和像移补偿装置Ⅱ另一端通过螺栓连接固定在所述的反射镜镜框背部，所述的反射镜镶嵌在反射镜镜框内。

本发明所述的像移补偿装置包括：连筒、像移补偿装置外壳、橡胶塞Ⅰ、橡胶塞Ⅱ、橡胶块、压电作动器Ⅰ、连接板、连杆、液压油，所述的连筒装配在所述的像移补偿装置外壳内，像移补偿装置外壳通过焊接连接在所述的反射镜背部支撑板上，所述的橡胶塞Ⅰ和所述的橡胶塞Ⅱ装配在连筒内，所述的橡胶塞Ⅱ和橡胶块固联于所述的连杆两端，所述的连接板与所述的连筒密封连接，所述的压电作动器Ⅰ与橡胶塞Ⅰ固联，所述的液压油充满橡胶塞Ⅰ和橡胶塞Ⅱ下方。

本发明所述的调焦装置包括调焦镜、调焦镜镜框、滑块Ⅰ、滑轨Ⅰ、滑块Ⅱ、滑轨Ⅱ、承载台、丝杠、伺服电机，所述的调焦镜镶嵌在所述的调焦镜镜框内，所述的滑块Ⅰ装配在所述的滑轨Ⅰ内，所述的滑块Ⅱ轴向连接在所述的滑轨Ⅱ内，滑块Ⅱ与调焦镜镜框固联，滑轨Ⅱ通过焊接固定在内筒内壁上，所述的承载台通过焊接固定在内筒内壁上，所述的丝杠一端与伺服电机固联，另一端与承载台固联，所述的伺服电机装配在承载台内。

本发明所述的可转动隔振平台包括法兰盘Ⅲ、底板Ⅰ、底板Ⅱ、被动减振杆Ⅰ、被动减振杆Ⅱ、被动减振杆Ⅲ、被动减振杆Ⅳ、圆柱滚子轴承Ⅴ，所述的法兰盘Ⅲ通过螺栓固定在承载框架顶板上，所述的底板Ⅰ与法兰盘Ⅱ通过螺栓连接，所述的底板Ⅱ和法兰盘Ⅲ之间装配圆柱滚子轴承Ⅴ，所述的被动减振杆Ⅰ、所述的被动减振杆Ⅱ、所述的被动减振杆Ⅲ和所述的被动减振杆Ⅳ均通过胶粘固定在底板Ⅰ和底板Ⅱ之间。

本发明所述的被动减振杆包括筒盖，压杆Ⅰ，压杆Ⅱ，压杆Ⅲ，山字形缸筒，活塞Ⅰ，活塞Ⅱ，活塞Ⅲ，复合垫片，密闭环，限位挡板，复位弹簧Ⅱ、复位弹簧Ⅲ、作用气体，所述的筒盖与所述的山字形缸筒装配在一起，所述的压杆Ⅰ与筒盖焊接在一起，所述的活塞Ⅰ与压杆Ⅰ胶粘，所述的活塞Ⅱ与压杆Ⅲ胶粘，所述的活塞Ⅲ与压杆Ⅱ胶粘，所述的复合垫片是由金属垫片和橡胶垫片叠合在一起组成，所述的复合垫片分别与所述的活塞Ⅰ、活塞Ⅱ、活塞Ⅲ胶粘，所述的密闭环与所述的复合垫片胶粘，所述的限位挡板设置再所述的山字形缸筒顶部，所述的复位弹簧Ⅱ侧与所述的压杆Ⅱ和压杆Ⅲ固联，另一侧与所述的山字形缸筒顶部固联，所述的复位弹簧Ⅲ与筒盖固联，所述的作用气体位于山字形缸筒内。

本发明的优点是：

(1)像移补偿装置采用两个压电作动器作为动力源进行液压传动，利用压电作动器代替音圈电机，在体积小，质量轻的优点下仍能保证高精度定位，并且利用液压传动增大压电作动器的位移，解决了压电作动器位移的局限性。

(2)采用了新的长焦距推扫相机装置，承载框架通过八个抗拉伸隔振阻尼器与长筒推扫装置外筒相连，并且通过两个可转动隔振平台连接于长筒推扫装置前后，长筒推扫装置分为内外两层，二者间装配有圆柱滚子轴承，当承载框架受到复合振动时，通过八个抗拉伸隔振阻尼器、两个可转动隔振平台和两个圆柱滚子轴承可保证长筒推扫装置内部稳定。

(3)抗拉伸隔振阻尼器和长筒推扫装置均利用压电的特性进行能量俘获，长筒推扫装置外筒内壁安装有压电俘能装置，当外筒转动时，其内部连接在金属丝上的橡胶球会不停往复地撞击周围的压电片进而使压电片发生形变，利用压电地正压电效应将动能转化为电能,当载机为镜筒保温膜提供的能量不足时,俘获的能量便会通过所连接的电线传输给长筒内的镜筒保温膜,维持对长筒内镜筒的温度调控，减少了镜筒保温膜的耗能，延长了无人机的续航时间。

(4)增加镜筒保温膜，可在不同温度下对镜筒温度进行调节，使温度维持在正常区间内，同时利用铅层性质解决外界磁场对内部电子元件产生的影响，拓宽长焦距航空推扫相机的可工作范围。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的承载框架的结构示意图；

图3是本发明的流线型外壳的结构示意图；

图4是本发明的抗压伸隔振阻尼器结构示意图；

图5是本发明的抗压伸隔振阻尼器剖面图；

图6是本发明的长筒推扫装置的结构示意图；

图7是本发明的长筒推扫装置的剖面图；

图8是本发明的内筒的剖面图；

图9是本发明的可转动隔振平台的结构示意图；

图10是本发明的抗压伸隔振阻尼器的抗拉伸单元的剖面图；

图11是本发明的抗压伸隔振阻尼器的SMA丝Ⅰ的结构示意图；

图12是本发明的抗压伸隔振阻尼器的SMA丝Ⅱ的结构示意图；

图13是本发明的抗压伸隔振阻尼器的抗压缩单元的剖面图；

图14是本发明的镜头仓的内部的结构示意图；

图15是本发明的调焦装置的结构示意图；

图16是本发明的被动减振杆的剖面图；

图17是本发明的像移补偿装置的剖面图；

附图标记说明：流线型外壳头部1、流线型外壳中部2、流线型外壳尾部3、承载框架顶板4、承载框架架身5、承载框架筋板6、入光玻璃7、抗压伸隔振阻尼器8、长筒推扫装置9、可转动隔振平台10、抗拉伸单元8-1、抗压缩单元8-2、连接杆Ⅰ8-3、连接杆Ⅱ8-4、连接杆Ⅲ8-5、连接杆Ⅳ8-6、复位弹簧Ⅰ8-7、外壳8-8，吊耳型夹持结构Ⅰ8-9、圆柱滚子轴承Ⅰ8-10、外筒9-1、压电俘能装置外壳9-2、压电片9-3、金属丝9-4、橡胶球9-5、储能蓄电池Ⅰ9-6、储能蓄电池Ⅱ9-7、圆柱滚子轴承Ⅱ9-8、圆柱滚子轴承Ⅲ9-9、内筒9-10、保温膜9-11、铅层9-12、镜头仓9-13、调焦装置9-14、CCD摄像机9-15、法兰盘Ⅰ9-16、法兰盘Ⅱ9-17、吊耳型夹持结构Ⅱ9-18、圆柱滚子轴承Ⅳ9-19、法兰盘Ⅲ10-1、底板Ⅰ10-2、底板Ⅱ10-3、被动减振杆Ⅰ10-4、被动减振杆Ⅱ10-5、被动减振杆Ⅲ10-6、被动减振杆Ⅳ10-7、圆柱滚子轴承Ⅴ10-8、SMA丝Ⅰ8-1-1、SMA丝Ⅱ8-1-2、环形压电Ⅰ8-1-3、压电保护壳Ⅰ8-1-4、环形压电Ⅱ8-1-5、压电保护壳Ⅱ8-1-6、橡胶垫Ⅰ8-1-7、橡胶垫Ⅱ8-1-8、挡板Ⅰ8-1-9、挡板Ⅱ8-1-10、挡板Ⅲ8-1-11、挡板Ⅳ8-1-12、环形橡胶层8-2-1、压力传感器8-2-2、内壳Ⅰ8-2-3、内壳Ⅱ8-2-4、支撑杆8-2-5、压电块8-2-6、橡胶块8-2-7、空心轴盘式电机9-13-1、反射镜背部支撑板9-13-2、陀螺仪9-13-3、转动支架Ⅰ9-13-4、转动支架Ⅱ9-13-5、像移补偿装置Ⅰ9-13-6、像移补偿装置Ⅱ9-13-7、反射镜镜框9-13-8、反射镜9-13-9、调焦镜9-14-1、调焦镜镜框9-14-2、滑块Ⅰ9-14-3、滑轨Ⅰ9-14-4、滑块Ⅱ9-14-5、滑轨Ⅱ9-14-6、承载台9-14-7、丝杠9-14-8、伺服电机9-14-9、筒盖10-4-1、压杆Ⅰ10-4-2、压杆Ⅱ10-4-3、压杆Ⅲ10-4-4、山字形缸筒10-4-5、活塞Ⅰ10-4-6、活塞Ⅱ10-4-7、活塞Ⅲ10-4-8、复合垫片10-4-9、密闭环10-4-10、限位挡板10-4-11、复位弹簧Ⅱ10-4-12、复位弹簧Ⅲ10-4-13、作用气体10-4-14、连筒9-13-6-1、像移补偿装置外壳9-13-6-2、橡胶塞Ⅰ9-13-6-3、橡胶塞Ⅱ9-13-6-4、橡胶块9-13-6-5、压电作动器Ⅰ9-13-6-6、连接板9-13-6-7、连杆9-13-6-8、液压油9-13-6-9。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，包括：流线型外壳头部1、流线型外壳中部2、流线型外壳尾部3、承载框架顶板4、承载框架架身5、承载框架筋板6、入光玻璃7、抗压伸隔振阻尼器8、长筒推扫装置9、可转动隔振平台10，所述的流线型外壳头部1与所述的流线型外壳中部2和流线型外壳尾部3通过卡扣连接，所述的流线型外壳中部2与无人机通过螺栓紧固连接，其流线型外形可最大程度减小风阻，保证无人机稳定的飞行姿态，所述的承载框架顶板4与所述的承载框架架身5通过螺栓紧固连接，所述的承载框架筋板6与承载框架架身5通过螺栓连接，承载框架架身5与流线型外壳中部2装配在一起，承载框架架身5通过八个所述的抗压伸隔振阻尼器8与所述的长筒推扫装置9相连，可以实现不同频率振动的调节及保持其航线轴稳定，所述的入光玻璃7镶嵌在承载框架架身5上，为整体结构入光口，所述的长筒推扫装置9前端与所述的可转动隔振平台10通过螺栓紧固连接，长筒推扫装置9后端与所述的可转动隔振平台10通过螺栓紧固连接，两个可转动隔振平台10通过螺栓连接分别固定在承载框架顶板4上，用于隔离无人机所产生的纵向振动。

如图4、图5所示，所述的抗压伸隔振阻尼器8包括：抗拉伸单元8-1、抗压缩单元8-2、连接杆Ⅰ8-3、连接杆Ⅱ8-4、连接杆Ⅲ8-5、连接杆Ⅳ8-6、复位弹簧Ⅰ8-7、外壳8-8，吊耳型夹持结构Ⅰ8-9、圆柱滚子轴承Ⅰ8-10，所述的抗拉伸单元8-1设置在所述的抗压缩单元8-2上下两侧并与抗压缩单元8-2固联，当从承载框架架身5传来角振动，抗压伸隔振阻尼器8可使得长筒推扫装置9维持稳定状态，所述的外壳8-8环扣在抗拉伸单元8-1外侧，外壳8-8可保护内部零件，所述的连接杆Ⅰ8-3一端通过胶粘固定于抗拉伸单元8-1上，用来传导角振动进入抗拉伸单元8-1上，所述的连接杆Ⅰ8-3通过沟槽连接在连接杆Ⅱ8-4内，所述的连接杆Ⅱ8-4与焊接在承载框架架身5上的两个吊耳型夹持结构Ⅰ8-9相配合，所述的连接杆Ⅲ8-5一端通过胶粘固定于抗拉伸单元8-1上，所述的连接杆Ⅳ8-6通过沟槽连接与连接杆Ⅲ8-5内，所述的连接杆Ⅳ8-6与焊接在长筒推扫装置9上的两个所述的吊耳型夹持结构Ⅱ9-18相配合，吊耳型夹持结构Ⅰ8-9内装配有所述的圆柱滚子轴承Ⅰ8-10，所述的复位弹簧Ⅰ8-7分别设置在连接杆Ⅳ8-6和连接杆Ⅱ8-4上，复位弹簧Ⅰ8-7可保证抗压伸隔振阻尼器4受到纵向振动是仍可正常工作。

如图6、图7、图8所示，所述的长筒推扫装置9包括：外筒9-1、压电俘能装置外壳9-2、压电片9-3、金属丝9-4、橡胶球9-5、储能蓄电池Ⅰ9-6、储能蓄电池Ⅱ9-7、圆柱滚子轴承Ⅱ9-8、圆柱滚子轴承Ⅲ9-9、内筒9-10、保温膜9-11、铅层9-12、镜头仓9-13、调焦装置9-14、CCD摄像机9-15、法兰盘Ⅰ9-16、法兰盘Ⅱ9-17、吊耳型夹持结构Ⅱ9-18、圆柱滚子轴承Ⅳ9-19，所述的外筒9-1通过所述的吊耳型夹持结构Ⅱ9-18与八个抗拉伸隔振阻尼器7相连，所述的吊耳型夹持结构Ⅱ9-18内装配有所述的圆柱滚子轴承Ⅳ9-19，所述的压电俘能装置外壳9-2固联在外筒9-1内壁上，所述的压电片9-3与所述的金属丝9-4均与所述的压电俘能装置外壳9-2胶粘，所述的橡胶球9-5与所述的金属丝9-4固定连接，当外筒9-1发生转动时，金属丝9-4上的橡胶球9-5会不停往复地撞击周围的压电片9-3进而使压电片9-3发生形变，从而产生电能，所述的储能蓄电池Ⅰ9-6和储能蓄电池Ⅱ9-7通过螺栓连接固定于外筒9-1外壁上，用于保存压电俘能装置所俘获的电能，所述的圆柱滚子轴承Ⅱ9-8和所述的圆柱滚子轴承Ⅲ9-9分别装配在所述的内筒9-10与外筒9-1之间，可保证内筒9-10不受外界复合振动影响，保持其光路稳定，所述的保温膜9-11通过胶粘固定在内筒9-10外壁上，可使得内部保持温度恒定，所述的铅层9-12涂抹在内筒9-10内壁上，可有效隔绝外界所产生的电磁干扰，所述的镜头仓9-13一端与内筒9-10上的凹槽进行紧密配合，另一端与法兰盘Ⅱ9-17通过螺栓连接固定，所述的调焦装置9-14通过焊接固定于内筒9-10内壁上，通过控制调焦镜9-14-1位置，可达到不同成像要求，所述的CCD摄像机9-15与所述的法兰盘Ⅰ9-16通过螺栓连接。

如图9所示，所述的可转动隔振平台10包括：法兰盘Ⅲ10-1、底板Ⅰ10-2、底板Ⅱ10-3、被动减振杆Ⅰ10-4、被动减振杆Ⅱ10-5、被动减振杆Ⅲ10-6、被动减振杆Ⅳ10-7、圆柱滚子轴承Ⅴ10-8，所述的法兰盘Ⅲ10-1通过螺栓固定在承载框架顶板4上，所述的底板Ⅰ10-2与法兰盘Ⅱ9-17通过螺栓连接，所述的底板Ⅱ10-3和法兰盘Ⅲ10-1之间装配圆柱滚子轴承Ⅴ10-8，当装置受到角振动时能通过可转动隔振平台10维持装置内部光路稳定，所述的被动减振杆Ⅰ10-4、所述的被动减振杆Ⅱ10-5、所述的被动减振杆Ⅲ10-6和所述的被动减振杆Ⅳ10-7均通过胶粘固定在底板Ⅰ10-2和底板Ⅱ10-3之间，可抵消承载框架顶板4传递来的纵向振动。

如图10、图11、图12所示，所述的抗拉伸单元8-1包括：SMA丝Ⅰ8-1-1、SMA丝Ⅱ8-1-2、环形压电Ⅰ8-1-3、压电保护壳Ⅰ8-1-4、环形压电Ⅱ8-1-5、压电保护壳Ⅱ8-1-6、橡胶垫Ⅰ8-1-7、橡胶垫Ⅱ8-1-8、挡板Ⅰ8-1-9、挡板Ⅱ8-1-10、挡板Ⅲ8-1-11、挡板Ⅳ8-1-12，所述的SMA丝Ⅰ8-1-1一端分别缠绕在固定于挡板Ⅰ8-1-9上的四个螺栓上，另一端分别缠绕在固定于挡板Ⅱ8-1-10上的四个螺栓上，当连接杆Ⅰ8-3发生拉伸运动时，通过其记忆合金的特性可抵消从承载框架架身5传递的拉伸位移，所述的SMA丝Ⅱ8-1-2一端分别缠绕在固定于挡板Ⅲ8-1-11上的四个螺栓上，另一端分别缠绕在固定于挡板Ⅳ8-1-12上的四个螺栓上，当连接杆Ⅲ8-5发生拉伸运动时，通过其记忆合金的特性可再次抵消从承载框架架身5传递的拉伸位移，所述的连接杆Ⅰ8-3通过胶粘固定在所述的橡胶垫Ⅰ8-1-7上，所述的连接杆Ⅲ8-5通过胶粘固定在所述的橡胶垫Ⅱ8-1-8上，所述的环形压电Ⅰ8-1-3与所述的压电保护壳Ⅰ8-1-4固联，通过挤压环形压电产生正压电逆效应，从而俘获振动所产生的能量，压电保护壳Ⅰ8-1-4通过胶粘固定在外壳与挡板Ⅰ8-1-9之间，所述的环形压电Ⅱ8-1-5与所述的压电保护壳Ⅱ8-1-6固联，压电保护壳Ⅱ8-1-6通过胶粘固定在外壳8-8与挡板Ⅳ8-1-12之间。

如图13所示，所述的抗压缩单元8-2包括：环形橡胶层8-2-1、压力传感器8-2-2、内壳Ⅰ8-2-3、内壳Ⅱ8-2-4、支撑杆8-2-5、压电块8-2-6、橡胶块8-2-7，所述的环形橡胶层8-2-1通过胶粘固定在所述的内壳Ⅱ8-2-4的内壁上，通过环形橡胶层8-2-1可抵消从承载框架架身5传递的压缩位移，所述的压力传感器8-2-2与环形橡胶层8-2-1固联，所述的内壳Ⅰ8-2-3与内壳Ⅱ8-2-4通过轴向连接固联在一起，所述的支撑杆8-2-5通过胶粘固定于内壳Ⅰ8-2-3，所述的压电块8-2-6通过胶粘固定于支撑杆8-2-5上，所述的橡胶块8-2-7与所述的压电块-2-6固联，压电块8-2-6通过感受压力传感器信号伸长，使橡胶块8-2-7与内壳Ⅱ8-2-4产生摩擦，进而阻止隔振阻尼器7产生压缩位移。

如图14所示，所述的镜头仓9-13包括：空心轴盘式电机9-13-1、反射镜背部支撑板9-13-2、陀螺仪9-13-3、转动支架Ⅰ9-13-4、转动支架Ⅱ9-13-5、像移补偿装置Ⅰ9-13-6、像移补偿装置Ⅱ9-13-7、反射镜镜框9-13-8、反射镜9-13-9，所述的空心轴盘式电机9-13-1通过螺栓连接固定于镜头仓9-13外侧，所述的反射镜背部支撑板9-13-2与空心轴盘式电机9-13-1轴向连接，可对反射镜框8-13-8进行大幅度调节，所述的陀螺仪9-13-3通过胶粘固定在反射镜背部支撑板9-13-2背部，用于测量振动产生的位移，并将信号输出给像移补偿装置8-13-6，所述的转动支架Ⅰ9-13-4和转动支架Ⅱ9-13-5底端焊接于反射镜背部支撑板9-13-2上，转动支架Ⅰ9-13-4和转动支架Ⅱ9-13-5另一端通过转动轴与所述的反射镜镜框9-13-8固联，目的在于可固定反射镜但同时又不限制其转动，所述的像移补偿装置Ⅰ9-13-6和所述的像移补偿装置Ⅱ9-13-7的底部通过焊接固定在反射镜背部支撑板9-13-2上，像移补偿装置Ⅰ9-13-6和像移补偿装置Ⅱ9-13-7另一端通过螺栓连接固定在所述的反射镜镜框9-13-8背部，对反射镜框9-13-8进行小幅度调节，所述的反射镜9-13-9镶嵌在反射镜镜框9-13-8内。

如图15所示，所述的调焦装置9-14包括：调焦镜9-14-1、调焦镜镜框9-14-2、滑块Ⅰ9-14-3、滑轨Ⅰ9-14-4、滑块Ⅱ9-14-5、滑轨Ⅱ9-14-6、承载台9-14-7、丝杠9-14-8、伺服电机9-14-9，所述的调焦镜9-14-1镶嵌在所述的调焦镜镜框9-14-2内，所述的滑块Ⅰ9-14-3装配在所述的滑轨Ⅰ9-14-4内，所述的滑块Ⅱ9-14-5轴向连接在所述的滑轨Ⅱ9-14-6内，滑块Ⅱ9-14-5与调焦镜镜框9-14-2固联，滑块Ⅱ9-14-5对调焦镜9-14-1起到支撑及固定的作用，滑轨Ⅰ9-14-4通过焊接固定在内筒9-10的内壁上，所述的承载台9-14-7通过焊接固定在内筒9-10的内壁上，所述的丝杠9-14-8一端与伺服电机9-14-9固联，另一端与承载台9-14-7固联，通过伺服电机9-14-9运动带动丝杠9-14-8实现滑块Ⅱ9-14-5的前后位移，实现调焦的目的，所述的伺服电机9-14-9装配在承载台9-14-7内，为调焦装置9-14实现动力源。

如图16所示，所述的被动减振杆Ⅰ10-4包括：筒盖10-4-1、压杆Ⅰ10-4-2、压杆Ⅱ10-4-3、压杆Ⅲ10-4-4、山字形缸筒10-4-5、活塞Ⅰ10-4-6、活塞Ⅱ10-4-7、活塞Ⅲ10-4-8、复合垫片10-4-9、密闭环10-4-10、限位挡板10-4-11、复位弹簧Ⅱ10-4-12、复位弹簧Ⅲ10-4-13、作用气体10-4-14，所述的筒盖10-4-1与所述的山字形缸筒10-4-5装配在一起，所述的压杆Ⅰ10-4-2与筒盖10-4-1焊接在一起，所述的活塞Ⅰ10-4-6与压杆Ⅰ10-4-2胶粘，所述的活塞Ⅱ10-4-7与压杆Ⅲ10-4-4胶粘，所述的活塞Ⅲ10-4-8与压杆Ⅱ10-4-3胶粘，所述的复合垫片10-4-9是由金属垫片和橡胶垫片叠合在一起组成，所述的复合垫片10-4-9分别与所述的活塞Ⅰ10-4-6、活塞Ⅱ10-4-7、活塞Ⅲ10-4-8胶粘，所述的密闭环10-4-10与所述的复合垫片10-4-9胶粘，所述的限位挡板10-4-11设置在所述的山字形缸筒10-4-5顶部，所述的复位弹簧Ⅱ10-4-12一侧与所述的压杆Ⅱ10-4-3和压杆Ⅲ10-4-4固联，另一侧与所述的山字形缸筒10-4-5顶部固联，所述的复位弹簧Ⅲ10-4-13与筒盖10-4-1固联，所述的作用气体10-4-14位于山字形缸筒10-4-5内，当振动从底板9-2传至压杆Ⅰ10-4-2，带动活塞Ⅰ10-4-6产生向下位移，进而使活塞Ⅱ10-4-7和活塞Ⅲ10-4-8产生向上位移，带动压杆Ⅱ10-4-3和压杆Ⅲ10-4-4运动，令其带动密闭环10-4-10，使之压附于山字形缸筒10-4-5上，形成密闭空间，从而达到减振目的，随后复位弹簧Ⅰ10-4-12复位弹簧Ⅱ10-4-13和带动压杆Ⅱ10-4-3和压杆Ⅲ10-4-4恢复原位，进而使整体恢复至工作前状态。

如图17所示，所述的像移补偿装置Ⅰ9-13-6包括：连筒9-13-6-1、像移补偿装置外壳9-13-6-2、橡胶塞Ⅰ9-13-6-3、橡胶塞Ⅱ9-13-6-4、橡胶块9-13-6-5、压电作动器Ⅰ9-13-6-6、连接板9-13-6-7、连杆9-13-6-8、液压油9-13-6-9，所述的连筒9-13-6-1装配在所述的像移补偿装置外壳9-13-6-2内，像移补偿装置外壳9-13-6-2通过焊接连接在所述的反射镜背部支撑板9-13-2上，所述的橡胶塞Ⅰ9-13-6-3和所述的橡胶塞Ⅱ9-13-6-4装配在连筒9-13-6-1内，所述的橡胶塞Ⅱ9-13-6-4和橡胶块9-13-6-5固联于所述的连杆9-13-6-8两端，所述的连接板9-13-6-7与所述的连筒9-13-6-1密封连接，所述的压电作动器Ⅰ9-13-6-6与橡胶塞Ⅰ9-13-6-3固联，所述的液压油9-13-6-9充满橡胶塞Ⅰ9-13-6-3和橡胶塞Ⅱ9-13-6-4下方，当对压电作动器Ⅰ9-13-6-6进行通电进而使其伸长时，带动橡胶塞Ⅰ9-13-6-3下降进而挤压液压油向连筒另一侧上升，最终带动橡胶塞Ⅱ9-13-6-4、连杆9-13-6-8和橡胶块9-13-6-5向上移动，对反射镜镜框9-13-8进行角度调节，反之则对反射镜镜框9-13-8进行相反角度的调节，从而调节反射镜9-13-9，像移补偿装置Ⅰ9-13-6和像移补偿装置Ⅱ9-13-7结构及工作原理均相同，像移补偿装置Ⅰ9-13-6向上补偿时像移补偿装置Ⅱ9-13-7同时下降，反之同理。

当无人机因外界或自身因素产生振动时，由于流线型外壳中部2与无人机通过螺栓紧固连接，振动将传递至承载框架架身5及承载框架顶板4上，进而使抗压伸隔振阻尼器8开始工作，解决无人机因转向导致相机产生的轴向偏摆，同时安装于长筒推扫装置9两端的可转动隔振平台10可解决无人机因速度不均产生的轴向振动，且长筒推扫装置9的内筒9-10与外筒9-1间通过圆柱滚子轴承Ⅱ9-8和圆柱滚子轴承Ⅱ8-9连接，在外筒9-1发生轴向转动时可使得内筒9-10依旧保持平稳，使内部光路稳定，与此同时位于镜头仓9-13内的反射镜9-13-9将利用像移补偿装置Ⅰ9-13-6和像移补偿装置Ⅱ9-13-7调节自身角度，缓解像差对成像质量的影响，综上，本装置多方面，多范围的解决了由振动使成像结果不清的问题。

Claims (10)

1.一种基于压电作动器的长焦距推扫相机装置，其特征在于：包括流线型外壳头部、流线型外壳中部、流线型外壳尾部、承载框架顶板、承载框架架身、承载框架筋板、入光玻璃、抗压伸隔振阻尼器、长筒推扫装置、可转动隔振平台，所述的流线型外壳头部与所述的流线型外壳中部和流线型外壳尾部通过卡扣连接，所述的流线型外壳中部与无人机通过螺栓紧固连接，所述的承载框架顶板与所述的承载框架架身通过螺栓紧固连接，所述的承载框架筋板与承载框架架身通过螺栓连接，承载框架架身与流线型外壳中部装配在一起，承载框架架身通过八个所述的抗压伸隔振阻尼器与所述的长筒推扫装置相连，所述的入光玻璃镶嵌在承载框架架身上，所述的长筒推扫装装置前端与所述的可转动隔振平台通过螺栓紧固连接，长筒推扫装置后端与所述的可转动隔振平台通过螺栓紧固连接，两个可转动隔振平台通过螺栓连接分别固定在承载框架顶板上。

2.根据权利要求1所述的一种基于压电作动器的长焦距推扫相机装置，其特征在于：所述的抗压伸隔振阻尼器包括抗拉伸单元、抗压缩单元、连接杆Ⅰ、连接杆Ⅱ、连接杆Ⅲ、连接杆Ⅳ、复位弹簧Ⅰ、外壳，吊耳型夹持结构Ⅰ、圆柱滚子轴承Ⅰ，所述的抗拉伸单元设置在所述的抗压缩单元上下两侧并与抗压缩单元固联，所述的外壳环扣在抗拉伸单元外侧，所述的连接杆Ⅰ一端通过胶粘固定于抗拉伸单元上，所述的连接杆Ⅰ通过沟槽连接在连接杆Ⅱ内，所述的连接杆Ⅱ与焊接在承载框架架身上的两个吊耳型夹持结构Ⅰ相配合，所述的连接杆Ⅳ通过沟槽连接与连接杆Ⅲ内，所述的连接杆Ⅳ与焊接在长筒推扫装置上的两个吊耳型夹持结构Ⅱ相配合，吊耳型夹持结构Ⅰ内装配有所述的圆柱滚子轴承Ⅰ，所述的复位弹簧Ⅰ设置在连接杆Ⅳ和连接杆Ⅱ上。

3.根据权利要求2所述的一种基于压电作动器的长焦距推扫相机装置，其特征在于：所述的抗拉伸单元包括SMA丝Ⅰ、上顶杆、下顶杆、环形压电Ⅰ、压电保护壳Ⅰ、环形压电Ⅱ、压电保护壳Ⅱ、橡胶垫Ⅰ、橡胶垫Ⅱ、挡板Ⅰ、挡板Ⅱ、挡板Ⅲ、挡板Ⅳ，所述的SMA丝Ⅰ一端分别缠绕在固定于挡板Ⅰ上的四个螺栓上，另一端分别缠绕在固定于挡板Ⅱ上的四个螺栓上，SMA丝Ⅱ一端分别缠绕在固定于挡板Ⅲ上的四个螺栓上，另一端分别缠绕在固定于挡板Ⅳ上的四个螺栓上，所述的上顶杆通过胶粘固定在所述的橡胶垫Ⅰ上，所述的下顶杆通过胶粘固定在所述的橡胶垫Ⅱ上，所述的环形压电Ⅰ与所述的压电保护壳Ⅰ固联，压电保护壳Ⅰ通过胶粘固定在外壳与挡板Ⅰ之间，所述的环形压电Ⅱ与所述的压电保护壳Ⅱ固联，压电保护壳Ⅱ通过胶粘固定在外壳与挡板Ⅳ之间。

4.根据权利要求2所述的一种基于压电作动器的长焦距推扫相机装置，其特征在于:所述的抗压缩单元包括环形橡胶层、压力传感器、内壳Ⅰ、内壳Ⅱ、支撑杆、压电块、橡胶块，所述的环形橡胶层通过胶粘固定在所述的内壳Ⅱ的内壁上，所述的压力传感器与环形橡胶层固联，所述的内壳Ⅰ与内壳Ⅱ通过轴向连接固联在一起，所述的支撑杆通过胶粘固定于内壳Ⅰ，所述的压电块通过胶粘固定于支撑杆上，所述的橡胶块与所述的压电块固联。

5.根据权利要求1所述的一种基于压电作动器的长焦距推扫相机装置，其特征在于：所述的长筒推扫装置包括外筒、压电俘能装置外壳、压电片、金属丝、橡胶球、储能蓄电池Ⅰ、储能蓄电池Ⅱ、圆柱滚子轴承Ⅱ、圆柱滚子轴承Ⅲ、内筒、保温膜、铅层、镜头仓、调焦装置、CCD摄像机、法兰盘Ⅰ、法兰盘Ⅱ、吊耳型夹持结构Ⅱ、圆柱滚子轴承Ⅳ，所述的外筒通过所述的吊耳型夹持结构Ⅱ与八个抗拉伸隔振阻尼器相连，所述的吊耳型夹持结构Ⅱ内装配有所述的圆柱滚子轴承Ⅳ，所述的压电俘能装置外壳固联在外筒内壁上，所述的压电片与所述的金属丝均与所述的压电俘能装置外壳胶粘，所述的橡胶球与所述的金属丝固定连接，所述的储能蓄电池Ⅰ和储能蓄电池Ⅱ通过螺栓连接固定于外筒外壁上，所述的圆柱滚子轴承Ⅱ和所述的圆柱滚子轴承Ⅲ分别装配在所述的内筒与外筒之间，所述的保温膜通过胶粘固定在内筒外壁上，所述的铅层涂抹在内筒内壁上，所述的镜头仓一端与内筒上的凹槽进行紧密配合，另一端与法兰盘Ⅱ通过螺栓连接固定，所述的调焦装置通过焊接固定于内筒内壁上，所述的CCD摄像机与所述的法兰盘Ⅰ通过螺栓连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于压电作动器的长焦距推扫相机装置，其特征在于：所述的镜头仓包括空心轴盘式电机、反射镜背部支撑板、陀螺仪、转动支架Ⅰ、转动支架Ⅱ、像移补偿装置Ⅰ、像移补偿装置Ⅱ、反射镜镜框、反射镜，所述的空心轴盘式电机通过螺栓连接固定于镜头仓外侧，所述的反射镜背部支撑板与空心轴盘式电机固联，所述的陀螺仪通过胶粘固定在反射镜背部支撑板背部，所述的转动支架Ⅰ和转动支架Ⅱ底端焊接于反射镜背部支撑板上，转动支架Ⅰ和转动支架Ⅱ另一端通过转动轴与所述的反射镜镜框固联，所述的像移补偿装置Ⅰ和所述的像移补偿装置Ⅱ的底部通过焊接固定在反射镜背部支撑板上，像移补偿装置Ⅰ和像移补偿装置Ⅱ另一端通过螺栓连接固定在所述的反射镜镜框背部，所述的反射镜镶嵌在反射镜镜框内。

7.根据权利要求6所述的一种基于压电作动器的长焦距推扫相机装置，其特征在于：所述的像移补偿装置包括：连筒、像移补偿装置外壳、橡胶塞Ⅰ、橡胶塞Ⅱ、橡胶块、压电作动器Ⅰ、连接板、连杆、液压油，所述的连筒装配在所述的像移补偿装置外壳内，像移补偿装置外壳通过焊接连接在所述的反射镜背部支撑板上，所述的橡胶塞Ⅰ和所述的橡胶塞Ⅱ装配在连筒内，所述的橡胶塞Ⅱ和橡胶块固联于所述的连杆两端，所述的连接板与所述的连筒密封连接，所述的压电作动器Ⅰ与橡胶塞Ⅰ固联，所述的液压油充满橡胶塞Ⅰ和橡胶塞Ⅱ下方。

8.根据权利要求5所述的一种基于压电作动器的长焦距推扫相机装置，其特征在于：所述的调焦装置包括调焦镜、调焦镜镜框、滑块Ⅰ、滑轨Ⅰ、滑块Ⅱ、滑轨Ⅱ、承载台、丝杠、伺服电机，所述的调焦镜镶嵌在所述的调焦镜镜框内，所述的滑块Ⅰ装配在所述的滑轨Ⅰ内，所述的滑块Ⅱ轴向连接在所述的滑轨Ⅱ内，滑块Ⅱ与调焦镜镜框固联，滑轨Ⅱ通过焊接固定在内筒内壁上，所述的承载台通过焊接固定在内筒内壁上，所述的丝杠一端与伺服电机固联，另一端与承载台固联，所述的伺服电机装配在承载台内。

9.根据权利要求1所述的一种基于压电作动器的长焦距推扫相机装置，其特征在于：所述的可转动隔振平台包括法兰盘Ⅲ、底板Ⅰ、底板Ⅱ、被动减振杆Ⅰ、被动减振杆Ⅱ、被动减振杆Ⅲ、被动减振杆Ⅳ、圆柱滚子轴承Ⅴ，所述的法兰盘Ⅲ通过螺栓固定在承载框架顶板上，所述的底板Ⅰ与法兰盘Ⅱ通过螺栓连接，所述的底板Ⅱ和法兰盘Ⅲ之间装配圆柱滚子轴承Ⅴ，所述的被动减振杆Ⅰ、所述的被动减振杆Ⅱ、所述的被动减振杆Ⅲ和所述的被动减振杆Ⅳ均通过胶粘固定在底板Ⅰ和底板Ⅱ之间。

10.根据权利要求9所述的一种基于压电作动器的长焦距推扫相机装置，其特征在于：所述的被动减振杆包括筒盖，压杆Ⅰ，压杆Ⅱ，压杆Ⅲ，山字形缸筒，活塞Ⅰ，活塞Ⅱ，活塞Ⅲ，复合垫片，密闭环，限位挡板，复位弹簧Ⅱ、复位弹簧Ⅲ、作用气体，所述的筒盖与所述的山字形缸筒装配在一起，所述的压杆Ⅰ与筒盖焊接在一起，所述的活塞Ⅰ与压杆Ⅰ胶粘，所述的活塞Ⅱ与压杆Ⅲ胶粘，所述的活塞Ⅲ与压杆Ⅱ胶粘，所述的复合垫片是由金属垫片和橡胶垫片叠合在一起组成，所述的复合垫片分别与所述的活塞Ⅰ、活塞Ⅱ、活塞Ⅲ胶粘，所述的密闭环与所述的复合垫片胶粘，所述的限位挡板设置再所述的山字形缸筒顶部，所述的复位弹簧Ⅱ侧与所述的压杆Ⅱ和压杆Ⅲ固联，另一侧与所述的山字形缸筒顶部固联，所述的复位弹簧Ⅲ与筒盖固联，所述的作用气体位于山字形缸筒内。