CN113022872B - 执行装置及使用其的无人机机载云台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人机机载云台及其使用的执行装置。执行装置，包括用于固定在吊舱上的固定转盘和用于固定在摄像头上的活动转盘，固定转盘和活动转盘同轴相对设置，固定转盘和活动转盘之间设有减震结构，减震结构包括在圆周方向间隔均布且夹设在固定转盘的边缘和活动转盘的边缘之间的橡胶囊，橡胶囊内充满有MR流体或ER流体。本发明以带有MR或ER流体的橡胶囊形成位于吊舱和摄像头之间的减震结构，一方面利用MR或ER流体可固化的特点，使得摄像头和吊舱之间的相对位置可以锁定；另一方面利用MR或ER流体固化过程非瞬时完成的，所以不存在瞬时锁定的问题，也就避免了摄像头被刚性锁定在吊舱上的问题，减少了锁定过程中冲击力。
Description
技术领域
本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种无人机机载云台及其使用的执行装置。
背景技术
地理信息系统（GIS，GeographicInformationSystem）是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，随着GIS的发展，也有称GIS为“地理信息科学”（GeographicInformationScience），近年来，也有称GIS为"地理信息服务"（GeographicInformationservice）。GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理（简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析）。GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。
现有的GIS技术中应用的实景多采用人工拍摄的方式获得，如工作人员手持摄像设备或者驾车携带拍照设备，深入实地进行实景拍摄，并在拍摄完成后进行实景照片拼合，并将拼合后的实景照片与地标信息进行匹配，再将其他地理信息进行组合，得到GIS数据库，应用在地图演示中。但是，这种实景获取的方式对人为因素要求过高，从而导致了实景获取的过程人力成本太高、效率低下，严重影响相关下游应用领域的快速发展，以致GIS技术的相关应用现状还未大面积的普及。
发明内容
一方面，本发明的目的是提供一种执行装置，包括用于固定在吊舱上的固定转盘和用于固定在摄像头上的活动转盘，固定转盘和活动转盘同轴相对设置，固定转盘和活动转盘之间设有减震结构，减震结构包括在圆周方向间隔均布且夹设在固定转盘的边缘和活动转盘的边缘之间的橡胶囊，橡胶囊内充满有MR流体或ER流体。
优选地，橡胶囊为保龄球瓶形，橡胶囊的小端嵌装在活动转盘上开设的活动嵌槽中，大端嵌装在固定转盘上开设的固定嵌槽中。
优选地，橡胶囊的囊壁采用磁性橡胶材料，橡胶囊内充满ER流体，并且在橡胶囊两端的分别密封固定有内端伸入ER流体、外端从橡胶囊露出的电极；固定嵌槽和活动嵌槽的槽底位置各自设有与所述电极导电连接的滑片导体以及与橡胶囊磁性连接的第三电磁体。
优选地，橡胶囊为与固定转盘同轴的环形，在固定嵌槽和活动嵌槽的槽壁上还嵌装有与橡胶囊的外壁滚动配合的滚珠。
优选地，橡胶囊的腰部内嵌有用于将橡胶囊向两端撑开的弹簧。
本发明的另一目的是提供一种应用于GIS实景图像采集的无人机机载云台，其技术方案如下：
应用于GIS实景图像采集的无人机机载云台，包括搭载于固定翼或旋翼无人机的机腹处的吊舱及其上搭载的摄像头，吊舱包括连接在固定翼或旋翼无人机机腹上的第一支架，第一支架通过第一执行装置连接有用于在第一执行装置驱动下至少相对于第一支架绕前后延伸的轴线转动的第二支架，第二支架上连接有用于驱动摄像头相对于第二支架至少绕左右延伸的轴线转动的第二执行装置，其中，
第一执行装置包括固定在第一支架上的第一固定转盘及其上固定且输出轴前后延伸的第一电机，第一固定转盘的边缘上固定有绕圆周方向间隔均布且通电回路相对独立的第一电磁体，第一电机通过万向节联轴器连接有与第二支架连接的第一活动转盘，第一活动转盘的边缘上同轴固定有环形且一端磁极与第一电磁体正对的第一永磁体；以及
第二执行装置包括固定在第二支架上的第二固定转盘及其上固定且输出轴左右延伸的第二电机，第二固定转盘的边缘上固定有在圆周方向间隔均布且通电回路相对独立的第二电磁体，第二电机通过万向节联轴器连接有与摄像头连接的第二活动转盘，第二活动转盘的边缘上同轴固定有环形且一端磁极与第二电磁体正对的第二永磁体。
进一步地，万向节联轴器的两端中至少一端设有弹性联轴器。
进一步地，弹性联轴器为爪式联轴器，其弹性件包括同轴设置在两接头之间的套环部和夹设在不同接头相邻两爪部之间的缓冲部，缓冲部为内腔充满MR流体或ER流体的中空结构，各缓冲部的内腔通过套环部内开设的环形通道相互串通。
进一步地，缓冲部内充满ER流体，并且缓冲部为两端封口的圆套筒形，缓冲部的一端设有负电极，环形通道的正对缓冲部和环形通道的相贯位置居中设有正电极。
进一步地，其特征在于，第一固定转盘和第一活动转盘之间和/或第二固定转盘和第二活动转盘之间设置有减震结构。
进一步地，定义第一固定转盘和第二固定转盘中任一个为固定转盘，第一活动转盘和第二活动转盘中任一个为活动转盘，所述减震结构包括呈同轴环形和/或在圆周方向均布的橡胶囊，橡胶囊内充满有MR流体或ER流体。
进一步地，橡胶囊为保龄球瓶形，橡胶囊的小端嵌装在活动转盘上开设的活动嵌槽中，大端嵌装在固定转盘上开设的固定嵌槽中。
进一步地，橡胶囊的囊壁采用磁性橡胶材料，橡胶囊内充满ER流体，并且在橡胶囊两端的分别密封固定有内端伸入ER流体、外端从橡胶囊露出的电极；
固定嵌槽和活动嵌槽的槽底位置各自设有与所述电极导电连接的滑片导体以及与橡胶囊磁性连接的第三电磁体。
进一步地，橡胶囊为与固定转盘同轴的环形，在固定嵌槽和活动嵌槽的槽壁上还嵌装有与橡胶囊的外壁滚动配合的滚珠。
进一步地，橡胶囊的腰部内嵌有用于将橡胶囊向两端撑开的弹簧。
本发明的有益效果：
本发明以带有MR或ER流体的橡胶囊形成位于吊舱和摄像头之间的减震结构，一方面利用MR或ER流体可固化的特点，使得摄像头和吊舱之间的相对位置可以锁定；另一方面利用MR或ER流体固化过程非瞬时完成的，所以不存在瞬时锁定的问题，也就避免了摄像头被刚性锁定在吊舱上的问题，减少了锁定过程中冲击力。
附图说明
图1是本发明无人机机载云台的示意图；
图2是本发明无人机机载云台的减震结构一截面示意图；
图3是本发明无人机机载云台的减震结构另一截面示意图；
图4是本发明无人机机载云台的固定转盘示意图；
图5是本发明无人机的弹性联轴器示意图。
具体实施方式
本发明是基于双目视觉识别技术基础上研发的无人机GIS地图取景系统云台系统，具体而言，就是一种应用于GIS实景图像采集的无人机机载云台，其主要工作原理是：
机载摄像头通过其内置的双目镜头识别目标地区的照片，利用双目相机实时三维重建技术，向上位服务器实时上传目标地区的实景照片，并利用上位服务器计算得出实时照片中景深数据，并根据景深数据，选择无人机是靠近目标地区，还是远离目标地区，以将无人机保持在目标地区上方一固定距离的航道内，同时利用无人机在该航道内拍摄的照片进行拼合，便可以得到与实景接近度最大的GIS实景照片。类似技术可参考大疆的贴近摄影测量技术。
上述内容为对本发明任务场景的解释，而本实施例中无人机机载云台主要针对应用于上述任务场景的云台。参见图1至图5所示，该云台主要由第一支架100、第一执行装置410、第二支架200以及第二执行装置420组成。下面对这些装置进行逐一介绍。其中，
第一支架100为L形，其水平部120呈矩形，并且四角设有呈圆形耳部的连接耳110，各连接耳110上开设有与无人机机腹连接的连接螺孔；竖直部130为比水平部120窄且居中设置的杆状，竖直部130下端一体设置有与第一执行装置410同轴的第一圆环部140，该第一圆环部140的内孔为台阶孔，该台阶孔的大孔段可与第一执行装置410插套配合，小孔段的孔壁上开设有与第一执行装置410连接的螺钉穿孔。
第二支架200为U形，其两端各设有一第二圆环部210，第二圆环部210的结构与第一圆环部140相同，区别在于第二圆环部210用于连接第二执行装置420；其腹部中部一体设置有第三圆环部220，第三圆环部220的结构也与第一圆环部140相同，不同之处在于其连接在第一执行装置410的另一端。
第一执行装置410执行将第二支架相对于第一支架绕前后延伸的轴线进行旋转以及，在其圆周任意位置进行倾斜；第二执行装置420执行将摄像头相对于第二支架绕左右延伸的轴线进行旋转以及，在其圆周任意位置进行倾斜。第一执行装置410和第二执行装置420的结构相同，此处统称为执行装置，该执行装置的作用在于驱动两部件相对运动，并且锁定两者的相对旋转角度和倾角，以实现对摄像头300的位置和倾角控制。因执行装置中选用的驱动部件为电机，所以可适配相应的电机控制技术，如伺服电机技术、步进电机技术等，以通过控制电机转角角度的方式，来实现对角位移的控制；同时，通过控制电磁铁的磁极方向，来实现在不同位置的吸合和排斥，来实现对第一支架100和第二支架200之前的相对倾角控制，从而使得摄像头300始终可处于设定视角方向。而电机的控制量可通过上位服务器分析摄像头300拍摄到的实景照片，选取实景照片中多个要素点而重构实景照片对应目标地区的点云坐标，并以此来选择合适的拍摄角度。下面对执行装置的具体结构进行介绍。
执行装置包括连接在第一圆环部140或第二圆环部210上的固定转盘510以及连接在第三圆环部220或摄像头300上的活动转盘520，固定转盘510上安装有同轴设置的驱动电机，驱动电机的输出轴通过第一弹性联轴器530连接万向节联轴器590连接第二弹性联轴器，第二弹性联轴器的输出端连接在活动转盘520中心。第一弹性联轴器530和第二弹性联轴器结构相同，均为爪式联轴器，该爪式联轴器的弹性件包括同轴设置在两接头之间的套环部531和夹设在不同接头相邻两爪部之间的缓冲部532，缓冲部532为内腔充满MR流体或ER流体的中空结构，各缓冲部532的内腔通过套环部531内开设的环形通道533相互串通。优选地，充满缓冲部532内部的是ER流体，并且缓冲部532为两端封口的圆套筒形，缓冲部532的一端设有负电极534，环形通道533的正对缓冲部532和环形通道533的相贯位置居中设有正电极535。
执行装置还包括同轴固定在活动转盘520边缘上的环形的永磁体和在固定转盘510边缘上沿圆周方向均布的多个第一电磁体540，为保证固定转盘510和活动转盘520的闭合效果，永磁体和第一电磁体540均选用下陷结构，也就是永磁体和第一电磁体540各自嵌入固定转盘510和活动转盘520内，以在表面形成“浅坑”结构。同时，各个第一电磁体540之前的供电回路是相对独立的，从而使得各个第一电磁体540可按照控制指令，在同一时间朝向永磁体不同的电极，以实现对活动转盘520的浮动角度控制。
执行装置还包括位于上述“磁悬浮结构”和联轴器组合体之间的减震结构，该减震结构包括同轴环形的橡胶囊550，橡胶囊550内充满ER流体，而从横截面来说，该橡胶囊550呈保龄球瓶形，橡胶囊550的小端嵌装在活动转盘520上开设的活动嵌槽521中，大端嵌装在固定转盘510上开设的固定嵌槽511中。从材质来说，橡胶囊550的囊壁采用磁性橡胶材料，并且在橡胶囊550两端的分别密封固定有内端伸入ER流体、外端从橡胶囊550露出的电极560，电极560的外露端活动嵌装有导电钢珠。活动嵌槽521和固定嵌槽511正对成组设置有沿圆周方向交替分布的滚珠组和导体组，所述滚珠组是在固定嵌槽511和活动嵌槽521的槽壁上嵌装的与橡胶囊550的外壁滚动配合的滚珠570；所述导体组包括固定嵌槽511和活动嵌槽521的槽底位置各自设有与所述电极导电连接的滑片导体580以及与橡胶囊550磁性连接的第二电磁体，该第二电磁体在通电后，可将橡胶囊550的端部部分磁性吸合在固定嵌槽511和活动嵌槽521的槽底面上，以是的滑片导体和电极的结合更为紧密，同时也实现了对活动转盘520位置锁定的作用。优选地，滑片导体580选用从腹部向两端逐渐变尖的圆缺形。橡胶囊550的腰部比其他部分的壁厚要厚，并且自腰部中央向两端厚度逐渐减小，并在该较厚部分内嵌有用于将橡胶囊550向两端撑开的弹簧551。而在其他实施例中，橡胶囊550也可以是外形呈保龄球瓶形，此时橡胶囊550和固定嵌槽511、活动嵌槽521将实现配对设置，而此时活动转盘520的转角具有相应的极限位置。
Claims (9)
1.执行装置，包括用于固定在吊舱上的固定转盘和用于固定在摄像头上的活动转盘，固定转盘和活动转盘同轴相对设置，其特征在于，固定转盘和活动转盘之间设有减震结构，减震结构包括在圆周方向间隔均布且夹设在固定转盘的边缘和活动转盘的边缘之间的橡胶囊，橡胶囊内充满有ER流体；橡胶囊为保龄球瓶形，橡胶囊的腰部沿其长度方向自中央向两端厚度逐渐减小，橡胶囊的腰部内嵌有用于将橡胶囊向两端撑开的弹簧。
2.根据权利要求1所述的执行装置，其特征在于，橡胶囊的小端嵌装在活动转盘上开设的活动嵌槽中，大端嵌装在固定转盘上开设的固定嵌槽中。
3.根据权利要求2所述的执行装置，其特征在于，橡胶囊的囊壁采用磁性橡胶材料，橡胶囊内充满ER流体，并且在橡胶囊两端的分别密封固定有内端伸入ER流体、外端从橡胶囊露出的电极；固定嵌槽和活动嵌槽的槽底位置各自设有与所述电极导电连接的滑片导体以及与橡胶囊磁性连接的第三电磁体。
4.根据权利要求3所述的执行装置，其特征在于，固定嵌槽和活动嵌槽的槽壁上还嵌装有与橡胶囊的外壁滚动配合的滚珠。
5.无人机机载云台，包括搭载于固定翼或旋翼无人机的机腹处的吊舱及其上搭载的摄像头，其特征在于，吊舱包括连接在固定翼或旋翼无人机机腹上的第一支架，第一支架通过第一执行装置连接有用于在第一执行装置驱动下至少相对于第一支架绕前后延伸的轴线转动的第二支架，第二支架上连接有用于驱动摄像头相对于第二支架至少绕左右延伸的轴线转动的第二执行装置，第一执行装置和第二执行装置均采用如上述权利要求1-4中任意一项所述的执行装置。
6.根据权利要求5所述的无人机机载云台，其特征在于，第一执行装置包括固定在第一支架上的第一固定转盘及其上固定且输出轴前后延伸的第一电机，第一固定转盘的边缘上固定有绕圆周方向间隔均布且通电回路相对独立的第一电磁体，第一电机通过万向节联轴器连接有与第二支架连接的第一活动转盘，第一活动转盘的边缘上同轴固定有环形且一端磁极与第一电磁体正对的第一永磁体；
第二执行装置包括固定在第二支架上的第二固定转盘及其上固定且输出轴左右延伸的第二电机，第二固定转盘的边缘上固定有在圆周方向间隔均布且通电回路相对独立的第二电磁体，第二电机通过万向节联轴器连接有与摄像头连接的第二活动转盘，第二活动转盘的边缘上同轴固定有环形且一端磁极与第二电磁体正对的第二永磁体。
7.根据权利要求6所述的无人机机载云台，其特征在于，万向节联轴器的至少一端连接有弹性联轴器。
8.根据权利要求7所述的无人机机载云台，其特征在于，弹性联轴器为爪式联轴器，其弹性件包括同轴设置在两接头之间的套环部和夹设在不同接头相邻两爪部之间的缓冲部，缓冲部为内腔充满MR流体或ER流体的中空结构，各缓冲部的内腔通过套环部内开设的环形通道相互串通。
9.根据权利要求8所述的无人机机载云台，其特征在于，缓冲部内充满ER流体，并且缓冲部为两端封口的圆套筒形，缓冲部的一端设有负电极，环形通道的正对缓冲部和环形通道的相贯位置居中设有正电极。
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