CN112722299A - 一种无人机三轴稳定云台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机技术领域。目的在于提供一种无人机三轴稳定云台，包括用于与无人机机身连接的连接机构以及安装在连接机构上的三轴随动机构；所述三轴随动机构包括三个舵机和三个L形的支架，所述舵机分别为第一舵机、第二舵机和第三舵机，所述支架分别为第一支架、第二支架和第三支架；所述第一舵机沿竖向布置在连接机构上，第一舵机的输出端朝下，并与第一支架的一端连接；还包括控制系统，所述第一舵机、第二舵机和第三舵机均与控制系统电性连接。本发明避免云台跟随无人机倾斜，具有成本低、反应灵敏的优势，便于对现有无人机进行自行改造加装。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机三轴稳定云台。
背景技术
战争是无人机发展的头号牵引力，20世纪至今，随着无人机在军用、民用等各领域中的应用潜力逐渐被挖掘，无人机技术得到迅速发展。近年来，随着无人机越来的被大众熟知，已经走进了普通人的生活中。无人机云台是安装在无人机上用来搭载相机等拍摄设备的机械构件，目前一般无人机云台都能满足相机的三个自由度的旋转，每个轴心内都安装有一个云台电机，当无人机倾斜时，会配合陀螺仪给相应的云台电机加上反方向的动力，从而防止相机跟着无人机“倾斜”，进而避免相机抖动。但传统无人机云台要么结构复杂、加工难度大、质量重，导致云台成本急剧上升，要么结构过于简单，无法保证云台工作的稳定性和功能性，同时安全性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机三轴稳定云台，采用舵机控制，成本低，质量轻；结构设计独特，既能保证拍摄相机的稳定性，又能保证安全性，性价比更高，大众消费者更易于接受，从一定程度上促进了无人机摄像的推广和普及。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种无人机三轴稳定云台，包括用于与无人机机身连接的连接机构以及安装在连接机构上的三轴随动机构；
所述三轴随动机构包括三个舵机和三个L形的支架，所述舵机分别为第一舵机、第二舵机和第三舵机，所述支架分别为第一支架、第二支架和第三支架；所述第一舵机沿竖向布置在连接机构上，第一舵机的输出端朝下，并与第一支架的一端连接；所述第二舵机沿前后方向布置在第一支架的另一端上，第二舵机的输出端朝前，并与第二支架的一端连接；所述第三舵机沿左右方向布置在第二支架的另一端上，第三舵机的输出端朝左，并与第三支架的一端连接；所述第三支架另一端的上表面搭载有相机，所述相机通过固定组件与第三支架连接；
还包括控制系统，所述第一舵机、第二舵机和第三舵机均与控制系统电性连接。
优选的，所述连接机构包括并排布置的、横向的上板体和下板体，所述上板体和下板体之间通过减震缓冲组件连接，所述第一舵机设置在下板体上。
优选的，所述上板体和下板体呈方形，上板体和下板体的四个角部之间设置均设置有一个柔性的减震球，所述上板体和下板体之间通过减震球连接。
优选的，所述减震球的上部和下部均设置有连接座，所述减震球内设置有贯穿至两连接座表面的通孔；所述上板体和下板体上与通孔相对的位置设置有紧固螺栓孔，紧固螺栓依次穿过所述上板体上的紧固螺栓孔、减震球上的通孔和下板体上的紧固螺栓孔，并通过紧固螺母锁紧。
优选的，所述上板体和下板体的四条边沿均设置有朝内凹陷的减重缺口，所述上板体的中心设置有圆形的中心孔。
优选的，所述下板体与第一舵机之间、第一舵机的输出端与第一支架之间、第一支架与第二舵机之间、第二舵机与第二支架之间、第二支架与第三舵机之间、第三舵机与第三支架之间均通过连接螺栓和连接螺母构成可拆卸连接。
优选的，所述下板体、第一支架和第二支架上分别设置有与第一舵机、第二舵机和第三舵机相配合的安装口，所述第一舵机、第二舵机和第三舵机卡设在安装口内，且舵机的本体上设置有延伸至安装口两侧的连接边，所述连接边上设置有第一连接孔；所述下板体、第一支架和第二支架位于安装口两侧的位置设置有与第一连接孔对应的第二连接孔，第一连接螺栓依次穿过第一连接孔和第二连接孔，并通过第一连接螺母锁紧。
优选的，所述第一舵机、第二舵机和第三舵机的输出端均设置有连接盘，所述连接盘上呈环形均匀设置有若干第三连接孔；所述第一支架、第二支架和第三支架上对应第三连接孔的位置设置有若干第四连接孔，第二连接螺栓依次穿过第三连接孔和第四连接孔，并通过第二连接螺母锁紧。
优选的，所述下板体上还设置有稳压模块，所述控制系统、第一舵机、第二舵机和第三舵机均通过稳压模块与电源电性连接。
优选的，所述第三支架与相机相对的一端的上表面均匀设置有若干防滑条，所述固定组件为固定带。
本发明的有益效果集中体现在：
1、通过三个舵机驱动三个支架跟随无人机姿态转动，进而保证相机姿态的稳定，避免其跟随无人机倾斜，确保了拍摄画面的质量。
2、本发明通过舵机替代传统的无刷电机，舵机具有成本低、反应灵敏的优势，使得本发明总体的造价更低、性能更可靠。
3、本发明结构简单，设计原理和工艺不复杂，便于对现有无人机进行自行改造加装。
4、通过在上板体和下板体之间优选设置减震缓冲组件，通过对震动进行缓冲施放，以防止无人机机体上的振动传递至相机上，进一步防止了相机抖动。
5、下板体与第一舵机之间、第一舵机的输出端与第一支架之间、第一支架与第二舵机之间、第二舵机与第二支架之间、第二支架与第三舵机之间、第三舵机与第三支架之间优选通过连接螺栓和连接螺母构成可拆卸连接，使得云台整体上便于拆卸和安装，十分便于携带。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为图1的俯视图；
图4为第三支架的结构示意图；
图5为图4的俯视图；
图6为图4的左视图；
图7为第一支架的结构示意图；
图8为图7的俯视图；
图9为图1的左视图。
具体实施方式
结合图1-9所示的，一种无人机三轴稳定云台，包括用于与无人机机身连接的连接机构以及安装在连接机构上的三轴随动机构。相机安装在三轴随动机构上，三轴随动机构用于带动相机相对于无人机机身转动，从而调整其角度。所述连接机构作为三轴随动机构的安装基础，其作用在于将三轴随动机构与无人机机身连接，其常用的连接方式可以是螺栓连接、卡接、粘接等，具体连接形式，本领域技术人员可根据实际安装需求进行灵活设计，只要能够起到稳定的固定作用即可。
本发明与传统的无人机云台相比，其不同之处在于，如图1-3所示，所述三轴随动机构包括三个舵机和三个L形的支架，所述舵机分别为第一舵机1、第二舵机2和第三舵机3，所述支架分别为第一支架4、第二支架5和第三支架6。通过三个舵机带动三个支架在三个方向上自由转动，进而实现全角度调节。
本发明所述第一舵机1沿竖向布置在连接机构上，第一舵机1的输出端朝下，并与第一支架4的一端连接，实现第一支架4的周向调节。所述第二舵机2沿前后方向布置在第一支架4的另一端上，第二舵机2的输出端朝前，并与第二支架5的一端连接，实现第二支架5的左右俯仰角度调节。所述第三舵机3沿左右方向布置在第二支架5的另一端上，第三舵机3的输出端朝左，并与第三支架6的一端连接，实现第三支架6的前后俯仰角度调节。所述第三支架6另一端的上表面搭载有相机，所述相机通过固定组件与第三支架6连接，所述的固定组件的具体形式也较多，例如：最简单的固定组件可以就是固定带，利用固定带将相机捆绑在第三支架6上，固定组件也可以是一个安装盒或安装卡等，只要能实现相机的稳定固定即可。在此基础上，为了防止相机滑动，所述第三支架6与相机相对的一端的上表面均匀设置有若干防滑条25，所述防滑条25一般就是橡胶条、硅胶条等摩擦系数较高的材料制成的条状部件，可直接粘贴在第三支架6上表面。
除此之外，本发明还包括控制系统8，所述第一舵机1、第二舵机2和第三舵机3均与控制系统8电性连接，所述控制系统8与无人机的控制器电性连接，利用无人机内置的陀螺仪对无人机姿态进行检测，并据此控制三个舵机的转动。当然，也可以是直接在控制系统8内部配置陀螺仪，直接实现无人机飞行姿态的采集。所述控制系统8一般直接安装在无人机机身上或者安装在连接机构上，其姿态需要与无人机机身保持一致。另外，为了提高舵机及控制系统8供电的稳定性，本发明连接机构，也就是图1中下板体10上还设置有稳压模块24，所述控制系统8、第一舵机1、第二舵机2和第三舵机3均通过稳压模块24与电源电性连接，实现稳定的供电。
无人机机身由于在飞行的过程中，受到旋翼、马达等部件的影响，其会有一定的振动性，这些振动有可能会通过连接机构、三轴随动机构传递至相机上，进而影响相机拍摄的稳定性。为此，本发明更好的做法还可以是，所述连接机构包括并排布置的、横向的上板体9和下板体10，所述上板体9和下板体10之间通过减震缓冲组件连接，所述第一舵机1设置在下板体10上。通过这样的设计后，无人机机体上的振动通过减震缓冲组件的消减施放，就不会传递至相机上，从而保持相机拍摄画面的清晰稳定。所述的减震缓冲组件的具体形式也较多，例如：最简单的减震缓冲组件可以就是设置在上板体9和下板体10之间的橡胶缓冲层，但采用这种方式后，由于整体接触面仍然较大，振动在传递的过程中不易衰减。为此，本发明更好的做法还可以是，所述上板体9和下板体10呈方形，上板体9和下板体10的四个角部之间设置均设置有一个柔性的减震球11，所述上板体9和下板体10之间通过减震球11连接。无人机机身上的振动可传递至上板体9，但在朝下继续传递的过程中，减震球11能够将振动进行快速的缓冲释放，同时这种结构的设计也为舵机的安装提供了空间。
本发明所述的减震球11可通过粘接的形式，直接将其上下两端粘贴在上板体9和下板体10上，但这种方式稳定性相对较差，具有一定的安全隐患，而采用固定连接的方式又不便于拆卸，影响便携性和灵活性。为此，如图1和2中所示，本发明所述减震球11的上部和下部均设置有连接座，所述减震球11内设置有贯穿至两连接座表面的通孔。所述上板体9和下板体10上与通孔相对的位置设置有紧固螺栓12孔，紧固螺栓12依次穿过所述上板体9上的紧固螺栓12孔、减震球11上的通孔和下板体10上的紧固螺栓12孔，并通过紧固螺母13锁紧。
由于上板体9和下板体10主要的作用是作为安装基础和连接基础，因此其重量可适当的进行缩减，为此，如图3中所示，所述上板体9和下板体10的四条边沿均设置有朝内凹陷的减重缺口14，还可以在所述上板体9的中心设置有圆形的中心孔15，中心孔15不仅可以进一步降低上板体9的重量，还可以便于第一舵机1的安装和检修。
在此基础上，本发明还考虑到，云台整体的便携性，也就是说，本发明云台的其他部件也采用可拆卸连接的方式。具体来看，如图1-3中所示，所述下板体10与第一舵机1之间、第一舵机1的输出端与第一支架4之间、第一支架4与第二舵机2之间、第二舵机2与第二支架5之间、第二支架5与第三舵机3之间、第三舵机3与第三支架6之间均通过连接螺栓和连接螺母构成可拆卸连接。可拆卸连接的构成形式可以是如图中所示的螺栓连接的形式，也可以是卡接、卯榫连接等。
本发明中以螺栓连接的形式进行具体介绍：
螺栓连接主要集中在两个部分，一是舵机与下板体10和支架的连接，二是舵机输出端与支架的连接。
前者的具体形式如下：所述下板体10、第一支架4和第二支架5上分别设置有与第一舵机1、第二舵机2和第三舵机3相配合的安装口16，所述第一舵机1、第二舵机2和第三舵机3卡设在安装口16内，且舵机的本体上设置有延伸至安装口16两侧的连接边17，所述连接边17上设置有第一连接孔。所述下板体10、第一支架4和第二支架5位于安装口16两侧的位置设置有与第一连接孔对应的第二连接孔，第一连接螺栓18依次穿过第一连接孔和第二连接孔，并通过第一连接螺母19锁紧。为了提高连接的紧固性，还可以在第一连接螺母19与支架之间、第一连接螺栓18的头部与连接边17之间设置垫圈、垫片、垫环等。
后者的具体形式如下：所述第一舵机1、第二舵机2和第三舵机3的输出端均设置有连接盘20，所述连接盘20上呈环形均匀设置有若干第三连接孔21。所述第一支架4、第二支架5和第三支架6上对应第三连接孔21的位置设置有若干第四连接孔，第二连接螺栓22依次穿过第三连接孔21和第四连接孔，并通过第二连接螺母23锁紧。同理，为了提高连接紧固性，还可以在第二连接螺栓22头部位置。第二连接螺母19与连接盘20之间、第二连接螺栓的头部与支架之间也设置垫圈、垫片、垫环等。
Claims (10)
1.一种无人机三轴稳定云台，包括用于与无人机机身连接的连接机构以及安装在连接机构上的三轴随动机构；
其特征在于：所述三轴随动机构包括三个舵机和三个L形的支架，所述舵机分别为第一舵机(1)、第二舵机(2)和第三舵机(3)，所述支架分别为第一支架(4)、第二支架(5)和第三支架(6)；所述第一舵机(1)沿竖向布置在连接机构上，第一舵机(1)的输出端朝下，并与第一支架(4)的一端连接；所述第二舵机(2)沿前后方向布置在第一支架(4)的另一端上，第二舵机(2)的输出端朝前，并与第二支架(5)的一端连接；所述第三舵机(3)沿左右方向布置在第二支架(5)的另一端上，第三舵机(3)的输出端朝左，并与第三支架(6)的一端连接；所述第三支架(6)另一端的上表面搭载有相机，所述相机通过固定组件与第三支架(6)连接；
还包括控制系统(8)，所述第一舵机(1)、第二舵机(2)和第三舵机(3)均与控制系统(8)电性连接。
2.根据权利要求1所述的无人机三轴稳定云台，其特征在于：所述连接机构包括并排布置的、横向的上板体(9)和下板体(10)，所述上板体(9)和下板体(10)之间通过减震缓冲组件连接，所述第一舵机(1)设置在下板体(10)上。
3.根据权利要求2所述的无人机三轴稳定云台，其特征在于：所述上板体(9)和下板体(10)呈方形，上板体(9)和下板体(10)的四个角部之间设置均设置有一个柔性的减震球(11)，所述上板体(9)和下板体(10)之间通过减震球(11)连接。
4.根据权利要求3所述的无人机三轴稳定云台，其特征在于：所述减震球(11)的上部和下部均设置有连接座，所述减震球(11)内设置有贯穿至两连接座表面的通孔；所述上板体(9)和下板体(10)上与通孔相对的位置设置有紧固螺栓(12)孔，紧固螺栓(12)依次穿过所述上板体(9)上的紧固螺栓(12)孔、减震球(11)上的通孔和下板体(10)上的紧固螺栓(12)孔，并通过紧固螺母(13)锁紧。
5.根据权利要求4所述的无人机三轴稳定云台，其特征在于：所述上板体(9)和下板体(10)的四条边沿均设置有朝内凹陷的减重缺口(14)，所述上板体(9)的中心设置有圆形的中心孔(15)。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的无人机三轴稳定云台，其特征在于：所述下板体(10)与第一舵机(1)之间、第一舵机(1)的输出端与第一支架(4)之间、第一支架(4)与第二舵机(2)之间、第二舵机(2)与第二支架(5)之间、第二支架(5)与第三舵机(3)之间、第三舵机(3)与第三支架(6)之间均通过连接螺栓和连接螺母构成可拆卸连接。
7.根据权利要求6所述的无人机三轴稳定云台，其特征在于：所述下板体(10)、第一支架(4)和第二支架(5)上分别设置有与第一舵机(1)、第二舵机(2)和第三舵机(3)相配合的安装口(16)，所述第一舵机(1)、第二舵机(2)和第三舵机(3)卡设在安装口(16)内，且舵机的本体上设置有延伸至安装口(16)两侧的连接边(17)，所述连接边(17)上设置有第一连接孔；所述下板体(10)、第一支架(4)和第二支架(5)位于安装口(16)两侧的位置设置有与第一连接孔对应的第二连接孔，第一连接螺栓(18)依次穿过第一连接孔和第二连接孔，并通过第一连接螺母(19)锁紧。
8.根据权利要求7所述的无人机三轴稳定云台，其特征在于：所述第一舵机(1)、第二舵机(2)和第三舵机(3)的输出端均设置有连接盘(20)，所述连接盘(20)上呈环形均匀设置有若干第三连接孔(21)；所述第一支架(4)、第二支架(5)和第三支架(6)上对应第三连接孔(21)的位置设置有若干第四连接孔，第二连接螺栓(22)依次穿过第三连接孔(21)和第四连接孔，并通过第二连接螺母(23)锁紧。
9.根据权利要求8所述的无人机三轴稳定云台，其特征在于：所述下板体(10)上还设置有稳压模块(24)，所述控制系统(8)、第一舵机(1)、第二舵机(2)和第三舵机(3)均通过稳压模块(24)与电源电性连接。
10.根据权利要求9所述的无人机三轴稳定云台，其特征在于：所述第三支架(6)与相机相对的一端的上表面均匀设置有若干防滑条(25)，所述固定组件为固定带。
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