CN110562473A - 一种无人机高精度并联指向隔振云台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无人机高精度并联指向隔振云台，包括连接结构、指向隔振模组以及相机模组；所述连接结构包括两个上下对称设置的安装板，两个所述安装板之间连接有四个隔振球；所述连接结构位于上方的安装板固定于无人机上，位于下方的安装板与所述指向隔振模组连接；所述指向隔振模组下部与所述相机模组活动连接，所述相机模组上安装有相机。本发明提供的无人机高精度并联指向隔振云台，能够解决无人机振动对云台的影响问题，采用并联结构使整个装置更加紧凑，同时避免传统串联云台中存在的累积误差的问题，最终提高云台的稳定性和精度。

Description

一种无人机高精度并联指向隔振云台

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种无人机高精度并联指向隔振云台。

背景技术

无人机是一种利用无线电遥控控制或自动导航的无人飞行器，具有体积小，费用低，安全性高等特点，如今广泛应用于航拍、搜救、勘查等领域。但是无人机在飞行过程会出现振动，严重影响拍摄，因此需要增稳云台来保证相机的稳定。在目前的云台设计中，云台一般通过减振零件与机身相连的被动隔振方式，整个云台会相对于无人机运动从而达到缓冲减振的目的，而这种方式有可能在云台重量过大或无人机运动幅度过大时导致减振零件出现问题甚至脱离无人机的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机高精度并联指向隔振云台，以解决上述现有技术存在的问题，能够解决无人机振动对云台的影响问题，采用并联结构使整个装置更加紧凑，同时避免传统串联云台中存在的累积误差的问题，最终提高云台的稳定性和精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种无人机高精度并联指向隔振云台，包括连接结构、指向隔振模组以及相机模组；所述连接结构包括两个上下对称设置的安装板，两个所述安装板之间连接有四个隔振球；所述连接结构位于上方的安装板固定于无人机上，位于下方的安装板与所述指向隔振模组连接；所述指向隔振模组下部与所述相机模组活动连接，所述相机模组上安装有相机。

可选的，所述指向隔振模组包括与所述连接结构的安装板固定连接的圆形结构的上平台，所述上平台边缘上对称分布有三个连接块，三个所述连接块末端均倾斜向下设置，三个所述连接块末端通过第一轴承分别连接有第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链；所述第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链的下部均分别与所述相机模组的侧壁连接；所述第一运动支链和所述第二运动支链结构相同。

可选的，所述第一运动支链包括第一连杆，第一云台电机、第一电刷、第一传动轴、第二连杆、第一挡圈、第一圆柱滑轨、第二轴承、第一音圈电机固定座、第一音圈电机、第一转动轴、第二云台电机以及第一电机座；所述上平台的一个连接块与所述第一连杆一端通过第一轴承相连，所述第一连杆另一端与第一云台电机相连，所述第一云台电机上安装有第一电刷，所述第一传动轴穿设于所述第一云台电机和第一电刷上，所述第二连杆一端与第一电刷配合连接，并与第一传动轴通过螺钉相连，所述第二连杆另一端与所述第一圆柱滑轨相连，所述第一圆柱滑轨远离所述第二连杆的一端与第一挡圈通过螺钉相连，所述第一音圈电机固定座下端通过滑套与第一圆柱滑轨相连，所述第一音圈电机固定座上端与第一音圈电机通过螺钉相连，所述第一音圈电机上端通过转动副与第一转动轴相连，所述第一转动轴上端与第二云台电机相连，所述第二云台电机与第一电机座通过螺钉相连，所述第一电机座与相机安装座的侧壁通过螺钉固连。

可选的，所述第三运动支链包括第三连杆、第三云台电机、第二电刷、第二传动轴、第四连杆、第二挡圈、第二圆柱滑轨、第三轴承、第二音圈电机固定座、第二音圈电机、第二转动轴、第四轴承以及轴承座；所述第三连杆一端与上平台通过第一轴承相连，所述第三连杆另一端与第三云台电机及第二电刷通过螺钉相连，所述第二传动轴与第三云台电机和第二电刷相连，所述第四连杆一端与第二传动轴通过螺钉相连，所述第四连杆另一端与第三轴承相连，所述第二圆柱滑轨一端与第二挡圈通过螺钉相连，另一端与第三轴承相连，所述第二音圈电机固定座一端通过滑套与第二圆柱滑轨相连，另一端与第二音圈电机通过螺钉相连，所述第二转动轴一端与第二音圈电机通过螺钉相连，另一端与第四轴承相连，所述第四轴承与轴承座相连，所述轴承座与相机安装座通过螺钉固连。

可选的，所述指向隔振模组以6自由度的并联机构3-RRCPR为基础，其中R代表转动副，C代表圆柱副，P代表移动副；所述并联机构3-RRCPR的第一个转动副、第二个转动副和圆柱副的转轴中心轴线相交于同一点。

可选的，所述第一连杆两端的连接部为向同一方向弯折的倾斜结构，倾角大于90度，且第一连杆一端的连接部与第一云台电机的截面大小相同；所述第二连杆、第三连杆和第四连杆与第一连杆的结构相同。

可选的，所述指向隔震模组的第一运动支链、第二运动支链以及第三运动支链，均匀布置在所述上平台和相机安装座的四周。

可选的，所述轴承座和两个所述第一电机座与相机安装座通过螺钉固连并均匀分布在相机安装座四周，所述相机与相机安装座通过螺栓相连。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明应用于无人机云台上；安装模组下端直接与并联机构相连，减少了误差的累积；并联机构刚度大，结构紧凑，所占空间小；被动减振球与主动减振模组结合，提高了无人机的抗振能力；可以在不改变无人机飞行的轨迹的前提下，改变摄像头的方向和角度，拍摄不同角度和方向的照片和视频。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明装置整机结构示意图；

图2是本发明的第一运动支链的正视图；

图3是本发明的第一运动支链的后视图；

图4是本发明的第三运动支链的正视图；

图5是本发明的第三运动支链的后视图；

图6是本发明的指向隔振模组结构示意图；

图7是本发明的指向隔振模组第二角度的结构示意图；

图8是本发明的指向隔振模组第三角度的结构示意图；

图中：101-安装板；102-隔振球；201-上平台；202-第一轴承；203-第一连杆；204-第一云台电机；205-第一电刷；206-第一传动轴；207-第二连杆；208-第一挡圈；209-第一圆柱滑轨；210-第二轴承；211-第一音圈电机固定座；212-第一音圈电机：213-第一转动轴；214-第二云台电机；215-第一电机座；303-第三连杆；304-第三云台电机；305-第二电刷；306-第二传动轴；307-第四连杆；308-第二挡圈；309-第二圆柱滑轨；310-第三轴承；311-第二音圈电机固定座；312-第二音圈电机：313-第二转动轴；314-第四轴承；315-轴承座；401-相机；402-相机安装座。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种无人机高精度并联指向隔振云台，以解决上述现有技术存在的问题，能够解决无人机振动对云台的影响问题，采用并联结构使整个装置更加紧凑，同时避免传统串联云台中存在的累积误差的问题，最终提高云台的稳定性和精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种无人机高精度并联指向隔振云台，主要安装在无人机下端的安装部上。需要注意的是，无人机可以采用已知的多种无人机结构，安装部可以采用合理的结构即可，此处不再赘述。

如图1-图8所示，本发明的无人机高精度并联指向隔振云台主要包括三大部分：包括连接结构、指向隔振模组以及相机模组；指向隔振模组即并联机构3-RRCPR，相机模组即摄像部分；摄像部分可以是任何的具有拍照和摄像功能的机器。

具体的，如图1所示，在连接机构下面通过螺钉与一个6自由度并联机构3-RRCPR相连；该并联机构由基本机构相同的三条支链组成，三条支链均匀布置在上平台和下平台之间。云台与无人机通过连接结构相连。指向隔振模组安装在连接结构下，相机模组与指向隔振模组相连；连接结构包括安装板101和隔振球102，安装板101有两块且相互平行安装，4个隔振球102通过螺栓均匀安装在两块安装板101之间的四角上。

指向隔振模组包括上平台201、第一运动支链、第二运动支链以及第三运动支链和相机安装座402。第一运动支链包括第一轴承202、第一连杆203，圆形结构的第一云台电机204、第一电刷205、第一传动轴206、第二连杆207、第一挡圈208、第一圆柱滑轨209、第二轴承210、第一音圈电机固定座211、第一音圈电机212、第一转动轴213、第二云台电机214以及第一电机座215；上平台201与第一连杆203通过第一轴承202相连，第一连杆203与第一云台电机204相连，第一云台电机204与第一电刷205相邻，第一传动轴206与第一云台电机204和第一电刷205相连，第二连杆207与第一电刷205相连并与第一传动轴206通过螺钉相连，圆柱滑轨209一端与第二连杆207相连另一端与第一挡圈208通过螺钉相连，第一音圈电机固定座211一端通过滑套与第一圆柱滑轨209相连，另一端与第一音圈电机212通过螺钉相连，第一音圈电机212通过转动副与第一转动轴213相连，第一转动轴213与第二云台电机214相连，第二云台电机214与第一电机座215的侧壁通过螺钉相连相连，第一电机座215上端为矩形结构，下端为半圆形结构，相机安装座402为圆形结构，且相机安装座402的圆形侧壁上均匀分布有三个凸出的连接端；第一电机座215上端的水平的边与相机安装座402凸出的连接端通过螺钉固连在一起。其中，第一电刷和第一云台电机的截面大小相同，二者配合连接，方便第一连杆和第二连杆之间的相对转动。第一音圈电机带动第一电机座可以通过滑套在第一圆柱滑轨上转动，配合第三运动支链和第二运动支链相类似的运动形式，实现相机安装座402的角度调整。

指向隔振模组的第一运动支链与第二运动支链结构组成完全相同。第一轴承202有三个，均匀布置在上平台201的四周，每个轴承分别与一条运动支链相连。

指向隔振模组中的第三运动支链的组成包括第三连杆303、圆形结构的第三云台电机304、第二电刷305、第二传动轴306、第四连杆307、第二挡圈308、第二圆柱滑轨309、第三轴承310、第二音圈电机固定座311、第二音圈电机312、第二转动轴313、第四轴承314以及轴承座315，第三连杆与上平台201通过第一轴承相连，第三连杆303与第三云台电机304和第二电刷305通过螺钉相连，第二传动轴306与第三云台电机304和第二电刷305相连，第四连杆307与第二传动轴306通过螺钉相连，第四连杆307与第三轴承310相连，第二圆柱滑轨309一端与第二挡圈308通过螺钉相连，另一端与第三轴承310相连，第二音圈电机固定座311一端通过滑套与第二圆柱滑轨309相连，一端与第二音圈电机312通过螺钉相连，第二转动轴313一端与第二音圈电机312通过螺钉相连，另一端与第四轴承314相连，第四轴承314与轴承座315侧壁相连，轴承座315结构与第一电机座215结构相同，轴承座315与相机安装座402通过螺钉固连在一起，连接方式与第一电机座215和相机安装座402的连接方式相同。

指向隔振模组的第一运动支链、第二运动支链以及第三运动支链，均匀布置在所述上平台201和相机安装座402的四周。相机模组包括相机401，相机安装座402；两个第一电机座215和轴承座315与相机安装座402通过螺钉固连并均匀分布在相机安装座402四周，相机401与相机安装座402通过螺栓相连。

指向隔振模组以6自由度并联机构3-RRCPR为基础，其中R代表转动副，C代表圆柱副，P代表移动副；并联机构3-RRCPR的三条运动支链的基本机构相同。并联机构3-RRCPR的第一个转动副、第二个转动副和圆柱副的转轴中心轴线相交于同一点。6自由度并联机构3-RRCPR中，第一运动支链和第二运动支链的第二个转动副和支链末端的转动副为驱动；第三运动支链的第二个转动副和支链中的移动副作为驱动，并联机构的工作空间增大。

并联机构具有刚度大、稳定性好以及累积误差小等优点，通过支链的合理布局以及驱动的优选，在电机断电的情况下可以保持摄像机的位置和姿态不发生改变，当电机通电时，减少了调整位置的能量耗费以及位置调整的时间。

实施案例一：

一种无人机高精度并联指向隔振云台是将并联机构结合在了无人机云台上，当无人机在空中进行拍照或者摄像时，摄像机可以通过并联机构的伸缩来灵活调整自己的角度和方位，当无人机降落时，通过云台下的并联机构的调整，可以将摄像机进行收缩，减小整体所占空间并保护摄像机等精密的设备。

实施案例二：

当无人机在空中遇到气流或者说机械的故障，引发了无人机整体的振动时，无人机云台上面的主动隔振模块和隔振球组成减振隔振系统共同作用减缓无人机的振动。根据无人机在空中的振动，首先安装板处的减振球被动的缓冲掉一部分振动，安装在连接组件下方的并联机构通过音圈电机、第二云台电机以及第三云台电机的共同协调驱动下，主动地进行隔振，保持无人机摄像部分的平稳。

实施案例三：

当无人机向一个方向飞行时，要想拍摄不同角度及方向的照片或者视频时，通过控制并联机构，实现摄像头的方向和角度的改变，拍摄到所需的照片或者视频，不需要改变无人机主体的高度或者改变无人机的方向，从而节约了无人机的能量，节省了时间。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种无人机高精度并联指向隔振云台，其特征在于：包括连接结构、指向隔振模组以及相机模组；所述连接结构包括两个上下对称设置的安装板，两个所述安装板之间连接有四个隔振球；所述连接结构位于上方的安装板固定于无人机上，位于下方的安装板与所述指向隔振模组连接；所述指向隔振模组下部与所述相机模组活动连接，所述相机模组上安装有相机。

2.根据权利要求1所述的无人机高精度并联指向隔振云台，其特征在于：所述指向隔振模组包括与所述连接结构的安装板固定连接的圆形结构的上平台，所述上平台边缘上对称分布有三个连接块，三个所述连接块末端均倾斜向下设置，三个所述连接块末端通过第一轴承分别连接有第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链；所述第一运动支链、第二运动支链和第三运动支链的下部均分别与所述相机模组的侧壁连接；所述第一运动支链和所述第二运动支链结构相同。

3.根据权利要求2所述的无人机高精度并联指向隔振云台，其特征在于：所述第一运动支链包括第一连杆，第一云台电机、第一电刷、第一传动轴、第二连杆、第一挡圈、第一圆柱滑轨、第二轴承、第一音圈电机固定座、第一音圈电机、第一转动轴、第二云台电机以及第一电机座；所述上平台的一个连接块与所述第一连杆一端通过第一轴承相连，所述第一连杆另一端与第一云台电机相连，所述第一云台电机上安装有第一电刷，所述第一传动轴穿设于所述第一云台电机和第一电刷上，所述第二连杆一端与第一电刷配合连接，并与第一传动轴通过螺钉相连，所述第二连杆另一端与所述第一圆柱滑轨相连，所述第一圆柱滑轨远离所述第二连杆的一端与第一挡圈通过螺钉相连，所述第一音圈电机固定座下端通过滑套与第一圆柱滑轨相连，所述第一音圈电机固定座上端与第一音圈电机通过螺钉相连，所述第一音圈电机上端通过转动副与第一转动轴相连，所述第一转动轴上端与第二云台电机相连，所述第二云台电机与第一电机座通过螺钉相连，所述第一电机座与相机安装座的侧壁通过螺钉固连。

4.根据权利要求3所述的无人机高精度并联指向隔振云台，其特征在于：所述第三运动支链包括第三连杆、第三云台电机、第二电刷、第二传动轴、第四连杆、第二挡圈、第二圆柱滑轨、第三轴承、第二音圈电机固定座、第二音圈电机、第二转动轴、第四轴承以及轴承座；所述第三连杆一端与上平台通过第一轴承相连，所述第三连杆另一端与第三云台电机及第二电刷通过螺钉相连，所述第二传动轴与第三云台电机和第二电刷相连，所述第四连杆一端与第二传动轴通过螺钉相连，所述第四连杆另一端与第三轴承相连，所述第二圆柱滑轨一端与第二挡圈通过螺钉相连，另一端与第三轴承相连，所述第二音圈电机固定座一端通过滑套与第二圆柱滑轨相连，另一端与第二音圈电机通过螺钉相连，所述第二转动轴一端与第二音圈电机通过螺钉相连，另一端与第四轴承相连，所述第四轴承与轴承座相连，所述轴承座与相机安装座通过螺钉固连。

5.根据权利要求2所述的无人机高精度并联指向隔振云台，其特征在于：所述指向隔振模组以6自由度的并联机构3-RRCPR为基础，其中R代表转动副，C代表圆柱副，P代表移动副；所述并联机构3-RRCPR的第一个转动副、第二个转动副和圆柱副的转轴中心轴线相交于同一点。

6.根据权利要求4所述的无人机高精度并联指向隔振云台，其特征在于：所述第一连杆两端的连接部为向同一方向弯折的倾斜结构，倾角大于90度；所述第二连杆、第三连杆和第四连杆与第一连杆的结构相同。

7.根据权利要求4所述的无人机高精度并联指向隔振云台，其特征在于：所述指向隔震模组的第一运动支链、第二运动支链以及第三运动支链，均匀布置在所述上平台和相机安装座的四周。

8.根据权利要求4所述的无人机高精度并联指向隔振云台，其特征在于：所述轴承座和两个所述第一电机座与相机安装座通过螺钉固连并均匀分布在相机安装座四周，所述相机与相机安装座通过螺栓相连。