CN113443155A - 一种三轴光电吊舱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三轴光电吊舱，包括光电成像载荷，滚转组件，所述光电成像载荷安装于该滚转组件的内部；俯仰组件，内部形成有密闭的安装腔，所述滚转组件安装于该安装腔；以及方位组件，并与外接的所需设备连接，并且具有安装槽，所述俯仰组件的两侧连接于该安装槽的内侧壁；本发明设计合理，结构巧妙，用于飞行设备的三轴吊舱，合理的设计俯仰组件、滚转组件和方位组件，实现了光电成像载荷多方向运动，并且俯仰组件、滚转组件均为两端支撑，产品刚度高，冲击、振动环境条件下形变小，吊舱稳定精度高，成像质量好。

Description

一种三轴光电吊舱

技术领域

本发明涉及无人机巡检、航拍、监测、勘查等技术领域，尤其涉及一种三轴光电吊舱。

背景技术

直升机飞行过程中俯仰、偏航、横滚姿态的变化会使光电成像载荷在成像过程产生像旋，为了消除像旋提高成像质量，光电吊舱可采用三轴三框的结构形式，由方位轴系、俯仰轴系、横滚轴系的复合运动对直升机姿态变化引起的像旋进行补偿。

现有的三轴吊舱多用于无人机，为了减轻重量方位框常采用单侧悬臂的结构形式。例如，公开号为CN211685663U和CN208986720U的专利公开的三轴吊舱，滚转框单侧支撑于方位框上，滚转轴与方位轴、俯仰轴成一定夹角；同时专利公开号为CN206871377U和CN206278282U的专利公开的也是滚转框单侧支撑于方位框上，方位轴、俯仰轴、横滚轴三轴正交。

但是上述现有技术滚转框采用单侧悬臂支撑，吊舱外形为非对称形状，各部件连接处过渡不圆滑，直升机飞行带来的空气偏心力矩对吊舱影响较大，且吊舱在冲击、振动的环境条件下易产生较大形变，降低吊舱的稳定精度、成像质量、可靠性。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种设计合理，结构巧妙，用于飞行设备的三轴吊舱，合理的设计俯仰组件、滚转组件和方位组件，实现了光电成像载荷多方向运动，并且俯仰组件、滚转组件均为两端支撑，产品刚度高，冲击、振动环境条件下形变小，吊舱稳定精度高，成像质量好。

本发明是这样实现的，构造一种三轴光电吊舱，包括滚转组件，

光电成像载荷，所述光电成像载荷安装于该滚转组件的内部，并且该滚转组件带动光电成像载荷以Y轴为轴心做滚动转动；

俯仰组件，内部形成有密闭的安装腔，所述滚转组件安装于该安装腔，并通过俯仰组件带动滚转组件以X轴为轴心做俯仰调节转动；以及

方位组件，并与外接的所需设备连接，并且具有安装槽，所述俯仰组件的两侧连接于该安装槽的内侧壁，该方位组件带动俯仰组件以Z轴为轴心做方位调节转动。

所述密闭的安装腔作用在于，其内部的滚转组件免受外部雨水、风沙等伤害。

优选的，所述方位组件包括安装座、方位电机和方位框，所述安装座与外接所需设备连接，所述方位电机的定子与所述安装座固定连接，所述方位电机的转子与所述方位框连接；所述方位框上端插入所述安装座内，在安装座与方位框之间设置有方位轴承；

所述方位框两侧具有相互对称并向下延伸的连接耳，在两个所述连接耳之间形成安装槽，两个所述连接耳分别通过轴承和轴承套安装有俯仰电机轴和俯仰测角轴，其中所述俯仰电机轴连接有安装于连接耳的俯仰电机；其中所述俯仰测角轴通过俯仰轴承和俯仰轴承套安装。

此设置的目的是吊舱外形对称性好，直升机飞行带来的风阻力矩小。

优选的，所述俯仰测角轴设置有限制俯仰组件俯仰转动角度的俯仰限位机构。

优选的，所述俯仰限位机构包括设置于俯仰测角轴的限位柱，和开设于俯仰轴承套并与限位柱匹配用于限制俯仰测角轴转动角度的限位槽。此设置的目的是防止俯仰组件俯仰角度过大扭伤连接线缆。

优选的，所述方位电机的定子上端设置有与定子为一体的连接法兰，该连接法兰通过螺栓与所述安装座连接。此设置的目的是，让方位电机安装于方位轴承内部，充分利用空间，减小方位组件的体积，定制方位电机安装法兰，不需要转接件，减少零件数量，减轻吊舱重量，减少装配时间。

优选的，所述俯仰组件包括前罩、俯仰框和后罩，所述前罩和后罩分别连接于俯仰框的两侧，并形成在内部具有密闭的安装腔的球形框；

所述前罩的端部设置有透明的光电窗；

俯仰框前后两端分设置有连接端，并且两个所述连接端分别与俯仰电机轴和俯仰测角轴连接，在俯仰电机的作用下带动俯仰组件以X轴为轴心做俯仰调节转动。

具有密闭的安装腔的目的是，让滚转组件位于俯仰组件内部，不受直升机飞行带来的风阻力矩直接影响，对方位电机、俯仰电机、滚转电机力矩要求小，有利于减小电机尺寸、重量，从而减小三轴吊舱总重量。

优选的，所述滚转组件包括滚转框、上滚转座和下滚转座，

所述光电成像载荷固定安装于所述滚转框内；

所述上滚转座通过螺栓与俯仰框的上端连接，所述转框通过上滚转轴承安装于上滚转座内；

所述下滚转座通过螺栓与俯仰框的下端连接；

在所述下滚转座内安装有滚转电机和转接轴，其中转接轴上端与滚转框连接，所述滚转电机固定于所述下滚转座并与转接轴连接；利用滚转电机的作用带动光电成像载荷以转接轴轴线转动。

优选的，所述滚转电机包括定子转接座和滚转转子，其中滚转转子连接于所述转接轴并位于转接座内，所述转接座连接于所述下滚转座。

优选的，所述滚转框设置有限制滚转框转动角度的滚转限位机构。

优选的，所述滚转限位机构包括安装于滚转框的底部的限位螺钉，和开设于下滚转座并与限位螺钉匹配的限位框。此设置的目的是，防止滚转框、光电成像载荷旋转角度过大扭伤光电载荷上的线缆；在下滚转座上设有所需角度的窗口，滚转框对应位置设有限位螺钉，限位螺钉只允许在滚转座上的窗口范围内运动，从而限制滚转框、光电成像载荷的旋转角度。

本发明具有如下优点：

本发明设计合理，结构巧妙，是一种用于飞行设备的三轴吊舱，合理的设计俯仰组件、滚转组件和方位组件，实现了光电成像载荷多方位运动，并且俯仰组件、滚转组件均为两端支撑，产品刚度高，冲击、振动环境条件下形变小，吊舱稳定精度高，成像质量好。

同时本发明吊舱外形对称性好，直升机飞行带来的风阻力矩小，滚转组件位于俯仰组件内部，不受直升机飞行带来的风阻力矩直接影响，对方位电机103、俯仰电机、滚转电机力矩要求小，有利于减小电机尺寸、重量，从而减小三轴吊舱总重量；

本发明的方位电机安装于方位轴承内部，充分利用空间，减小方位组件的体积，定制方位电机安装法兰，不需要转接件，减少零件数量，减轻吊舱重量，减少装配时间。

同时本发明设置有俯仰限位和滚转限位，防止吊舱线缆扭伤，充分利用已有零件，避免增加额外零件，节约成本，限位稳定可靠，可灵活实现不同限位角度。

附图说明

图1是本发明的立体示意图；

图2是本发明拆分状态示意图；

图3是本发明的侧视示意图；

图4是本发明的装配示意图；

图5是本发明方位组件的立体状态示意图；

图6是本发明方位组件的半剖示意图；

图7和图8是本发明方位电机的定子立体示意图；

图9是本俯仰测角轴和俯仰轴承套的配合示意图；

图10是本发明俯仰组件的立体示意图；

图11是本发明滚转组件的立体示意图。

具体实施方式

下面将结合附图1-图11对本发明进行详细说明，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。

如图1和图3所示，一种三轴光电吊舱，包括滚转组件300；

光电成像载荷304，所述电成像载荷304安装于该滚转组件300的内部，并且该滚转组件300带动成像载荷304以Y轴为轴心做滚动转动；

俯仰组件200，内部形成有密闭的安装腔，所述滚转组件300安装于该安装腔，并通过俯仰组件200带动滚转组件300以X轴为轴心做俯仰调节转动；以及

方位组件100，并与外接的所需设备（飞行设备，如直升机、无人机或航拍飞行器）连接，并且具有安装槽1041，所述俯仰组件200的两侧连接于该安装槽1041的内侧壁，该方位组件100带动俯仰组件200以Z轴为轴心做方位调节转动。

如图4和图6所示，在本实施例中，所述方位组件100包括安装座101、方位电机103和方位框104，所述安装座101与外接所需设备连接，所述方位电机103的定子与所述安装座101固定连接，所述方位电机103的转子与所述方位框104连接；所述方位框104上端插入所述安装座101内，在安装座101与方位框104之间设置有方位轴承102；

所述方位框104两侧具有相互对称并向下延伸的连接耳，在两个所述连接耳之间形成安装槽1041，两个所述连接耳分别通过轴承和轴承套安装有俯仰电机轴108和俯仰测角轴106，其中所述俯仰电机轴108连接有安装于连接耳的俯仰电机109；其中所述俯仰测角轴106通过俯仰轴承105和俯仰轴承套107安装。

如图9所示，在本实施例中，所述俯仰测角轴106设置有限制俯仰组件俯仰转动角度的俯仰限位机构。

在该实施例中，所述俯仰限位机构包括设置于俯仰测角轴106的限位柱1061，和开设于俯仰轴承套107并与限位柱1061匹配用于限制俯仰测角轴106转动角度的限位槽110。

同时所述俯仰限位机构的另一实施方式为，在俯仰测角轴安装限位钉，在所述俯仰轴承套上开设于限位钉匹配的限位框；或是在所述俯仰轴承套上安装限位钉，在所述俯仰测角轴上开设于限位钉匹配的限位框，如图11所示，参考滚转限位机构的结构。

如图7和图8所示，在本实施例中，所述方位电机103的定子1031上端设置有与定子为一体的连接法兰1032，该连接法兰1032通过螺栓与所述安装座101连接。

如图10和图4所示，在本实施例中，所述俯仰组件200包括前罩201、俯仰框2和后罩203，所述前罩201和后罩203分别连接于俯仰框2的两侧，并形成在内部具有密闭的安装腔的球形框；

所述前罩201的端部设置有透明的光电窗2011；

俯仰框2前后两端分设置有连接端，并且两个所述连接端分别与俯仰电机轴108和俯仰测角轴106连接，在俯仰电机109的作用下带动俯仰组件200以X轴为轴心做俯仰调节转动。

如图11和图4所示，在本实施例中，所述滚转组件300包括滚转框301、上滚转座303和下滚转座305，

所述光电成像载荷304固定安装于所述滚转框301内；

所述上滚转座303通过螺栓与俯仰框2的上端连接，所述转框301通过上滚转轴承302安装于上滚转座303内；

所述下滚转座305通过螺栓与俯仰框2的下端连接；

在所述下滚转座305内安装有滚转电机306和转接轴309，其中转接轴上端与滚转框301连接，所述滚转电机306固定于所述下滚转座305并与转接轴309连接；利用滚转电机306的作用带动光电成像载荷304以转接轴309轴线转动。

在本实施例中，所述滚转电机306包括定子转接座307和滚转转子，其中滚转转子连接于所述转接轴309并位于转接座307内，所述转接座307连接于所述下滚转座305。

在本实施例中，所述滚转框301设置有限制滚转框转动角度的滚转限位机构。

在本实施例中，所述滚转限位机构包括安装于滚转框301的底部的限位螺钉310，和开设于下滚转座305并与限位螺钉310匹配的限位框3051；在该实施中，所述限位滚转限位机构另一中实施可以参考图9的俯仰限位机构结构实施。

如图2所示，本发明在使用过程中，利用滚转电机306作为动力源滚转组件转动，从而实现光电成像载荷304以Y轴为轴心做滚动转动；

再通过俯仰电机109作为动力源，带动俯仰组件200转动，俯仰组件再带动滚转组件300转动，从而实现光电成像载荷304以X轴为轴心做俯仰调节转动；

再通过方位电机103作为动力源，带动方位组件100转动，带动方位组件再带动俯仰组件200转动，俯仰组件200再带动转动动滚转组件转动，从而实现光电成像载荷304以Z轴为轴心做方位调节转动，进而实现光电成像载荷多方位的转动。

本发明吊舱外形对称性好，直升机飞行带来的风阻力矩小，滚转组件位于俯仰组件内部，不受直升机飞行带来的风阻力矩直接影响，对方位电机103、俯仰电机、滚转电机力矩要求小，有利于减小电机尺寸、重量，从而减小三轴吊舱总重量；

本发明的方位电机安装于方位轴承内部，充分利用空间，减小方位组件的体积，定制方位电机安装法兰，不需要转接件，减少零件数量，减轻吊舱重量，减少装配时间。

同时本发明设置有俯仰限位和滚转限位，防止吊舱线缆扭伤，充分利用已有零件，避免增加额外零件，节约成本，限位稳定可靠，可灵活实现不同限位角度。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种三轴光电吊舱，其特征在于：包括

滚转组件（300）；

光电成像载荷（304），该光电成像载荷（304）安装于该滚转组件（300）的内部，并且该滚转组件（300）带动光电成像载荷（304）以Y轴为轴心做滚转运动；

俯仰组件（200），内部形成有密闭的安装腔，所述滚转组件（300）安装于该安装腔，并通过俯仰组件（200）带动滚转组件（300）以X轴为轴心做俯仰调节转动；以及

方位组件（100），并与外接的所需设备连接，并且具有安装槽（1041），所述俯仰组件（200）的两侧连接于该安装槽（1041）的内侧壁，该方位组件（100）带动俯仰组件（200）以Z轴为轴心做方位调节转动。

2.根据权利要求1所述一种三轴光电吊舱，其特征在于：所述方位组件（100）包括安装座（101）、方位电机（103）和方位框（104），所述安装座（101）与外接所需设备连接，所述方位电机（103）的定子与所述安装座（101）固定连接，所述方位电机（103）的转子与所述方位框（104）连接；

所述方位框（104）两侧具有相互对称并向下延伸的连接耳，在两个所述连接耳之间形成安装槽（1041），两个所述连接耳分别通过轴承和轴承套安装有俯仰电机轴（108）和俯仰测角轴（106），其中所述俯仰电机轴（108）连接有安装于连接耳的俯仰电机（109）；其中所述俯仰测角轴（106）通过俯仰轴承（105）和俯仰轴承套（107）安装。

3.根据权利要求2所述一种三轴光电吊舱，其特征在于：所述俯仰测角轴（106）设置有限制俯仰组件俯仰转动角度的俯仰限位机构。

4.根据权利要求3所述一种三轴光电吊舱，其特征在于：所述俯仰限位机构包括设置于俯仰测角轴（106）的限位柱（1061），和开设于俯仰轴承套（107）并与限位柱（1061）匹配用于限制俯仰测角轴（106）转动角度的限位槽（110）。

5.根据权利要求2所述一种三轴光电吊舱，其特征在于：所述方位电机（103）的定子（1031）上端设置有与定子为一体的连接法兰（1032），该连接法兰（1032）通过螺栓与所述安装座（101）连接。

6.根据权利要求2所述一种三轴光电吊舱，其特征在于：所述俯仰组件（200）包括前罩（201）、俯仰框（2）和后罩（203），所述前罩（201）和后罩（203）分别连接于俯仰框（2）的两侧，并形成在内部具有密闭的安装腔的球形框；

所述前罩（201）的端部设置有透明的光电窗（2011）；

俯仰框（2）前后两端分设置有连接端，并且两个所述连接端分别与俯仰电机轴（108）和俯仰测角轴（106）连接，在俯仰电机（109）的作用下带动俯仰组件（200）以X轴为轴心做俯仰调节转动。

7.根据权利要求6所述一种三轴光电吊舱，其特征在于：所述滚转组件（300）包括滚转框（301）、上滚转座（303）和下滚转座（305），

所述光电成像载荷（304）固定安装于所述滚转框（301）内；

所述上滚转座（303）通过螺栓与俯仰框（2）的上端连接，所述转框（301）通过上滚转轴承（302）安装于上滚转座（303）内；

所述下滚转座（305）通过螺栓与俯仰框（2）的下端连接；

在所述下滚转座（305）内安装有滚转电机（306）和转接轴（309），其中转接轴上端与滚转框（301）连接，所述滚转电机（306）固定于所述下滚转座（305）并与转接轴（309）连接；利用滚转电机（306）的作用带动光电成像载荷（304）以转接轴（309）轴线转动。

8.根据权利要求7所述一种三轴光电吊舱，其特征在于：所述滚转电机（306）包括定子转接座（307）和滚转转子，其中滚转转子连接于所述转接轴（309）并位于转接座（307）内，所述转接座（307）连接于所述下滚转座（305）。

9.根据权利要求7所述一种三轴光电吊舱，其特征在于：所述滚转框（301）设置有限制滚转框转动角度的滚转限位机构。

10.根据权利要求9所述一种三轴光电吊舱，其特征在于：所述滚转限位机构包括安装于滚转框（301）的底部的限位螺钉（310），和开设于下滚转座（305）并与限位螺钉（310）匹配的限位框（3051）。

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