CN204137327U - 一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机，属于航测技术领域。本实用新型包括主控制器、GPS模块、IMU模块、摄像机构和飞行提升机构，摄像机构包括接收机和云台机构；飞行提升机构包括电子调速器、电机和螺旋桨；主控制器的输入端分别与GPS模块、IMU模块的输出端相连，输出端连接电子调速器和接收机，主控制器接收GPS模块和IMU模块反馈的信号并进行处理，再根据处理结果控制电子调速器和接收机动作，电子调速器的输出端连接电机，电机控制螺旋桨以不同转速旋转；接收机的输出端连接云台机构，云台机构用于调节相机的拍摄角度。本实用新型提供的无人机，飞行定位精准度高，相机能够始终保持垂直于大地表面的拍摄角度。

Description

一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机

技术领域

本实用新型属于航测技术领域，更具体地说，涉及一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，微型无人机在远程遥控、续航时间、飞行品质上有了明显的突破，成为了近几年兴起的新的航空遥感手段，被遥感界普遍认为具有良好的发展前景。然而，目前应用的绝大多数无人机并不是为测绘遥感行业而设计的，简单的航模飞机虽然也带有飞行控制系统，也能实现空中的自动驾驶和连续摄影。但是，在飞行作业过程中，由于飞机易受到气流的影响，会产生俯仰、滚转等无规则姿态变化，相机光轴也会随飞机姿态的变化而改变对地垂直入射角，导致出现无法保证拍摄影像准确高度、拍摄角度等问题，无法满足测绘行业应用的要求。此外，无人机机载小型数码相机获取的影像也无法实现影像的即时可测性，仍需要依据专业人员利用测绘软件后期加工获得拍摄物体比例尺。

经检索，中国专利申请号200920107879.4，申请日为2009年5月1日，发明创造名称为：一种无人机正射影像云台，该申请案通过云台的控制装置对相机进行控制，使之在飞行过程中保持相机光轴始终垂直于大地平面，从而提高测绘精度，大量减少飞行作业时间。无人机正射影像云台装配于无人驾驶飞机的底部，相机安装于云台底座上，底座连接云台的X轴控制组和Y轴控制组；X轴控制组和Y轴控制组分别包含依次相连的陀螺仪、电子调速器和伺服器，且陀螺仪依次连接遥控接收机和电源。当无人机飞行时，相机光轴对地入射角会产生偏移，此时陀螺仪检测相机的偏移速率并向电子调速器输出相应的信号，电子调速器控制伺服器作相应转动来输出相反的力矩，以此阻尼相机偏移的发生和延续，并依靠相机重心自然恢复至与地面垂直的状态。

又如中国专利号ZL201220738050.6，授权公告日为2013年7月17日，发明创造名称为：一种航拍飞行器，该申请案包括机舱，所述机舱由顶板和底板构成，所述机舱内的两侧设有四支机臂，所述四支机臂的末端分别设置有螺旋桨；所述螺旋桨连接动力模块，所述动力模块连接电源管理模块和控制模块，所述控制模块分别连接图像传输模块、GPS定位模块和摄像模块，所述机舱的前端设置有云台，所述摄像模块安装在云台上。该申请案通过图像传输模块将视频数据通过3G网络传输给地面控制装置，信号强度好。此外，中国专利号ZL201220587792.3，授权公告日为2013年4月24日，发明创造名称为：双轴陀螺稳定云台；该申请案也公开了一种能稳定机载设备摄录角度的双轴陀螺稳定云台。

上述申请案均为提高测绘精度提出了自己的方案，但上述申请案或结构复杂、制造成本高，实用性差；或功能不够完善，使用效果差，仍需进一步改进。

发明内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于解决现有无人机存在的：1)飞行定位精准度不高，飞行姿态不稳定；2)拍摄图像核心区域误差率高，需后期测算矫正，费时费力的问题，提供了一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机，本实用新型提供的无人机，结构简单，飞行定位精准度高，相机能够根据无人机飞行姿态随时调整，始终保持垂直于大地表面的拍摄角度，同时，经过对飞行器飞行高度的精确把握，其拍摄图像核心区域误差率与实际测量相比低于5％，可广泛用于征迁拆迁房屋面积估算、良田测算等领域。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机，包括主控制器、电源模块、GPS模块、IMU模块、摄像机构和飞行提升机构，所述的摄像机构包括接收机和云台机构；主控制器、电源模块、GPS模块、IMU模块和接收机设置于无人机机体内部，云台机构设置于机体的底部；所述的机体伸出四只机臂，四只机臂围绕机体等间隔设置，且四只机臂的末端均设置有飞行提升机构，所述的飞行提升机构包括电子调速器、电机和螺旋桨；其中，所述的主控制器的输入端分别与GPS模块、IMU模块的输出端相连，主控制器的输出端连接电子调速器和接收机，主控制器接收GPS模块和IMU模块反馈的信号并进行处理，再根据处理结果控制电子调速器和接收机动作，所述的电子调速器的输出端连接电机，电机控制螺旋桨以不同转速旋转；所述的接收机的输出端连接云台机构，云台机构上安装有相机，云台机构用于调节相机的拍摄角度；所述的电源模块为无人机动作供电。

更进一步地，所述的云台机构包括陀螺仪、X轴电子调速器、Y轴电子调速器、X轴无刷电机和Y轴无刷电机，所述的陀螺仪的输入端与接收机相连，该陀螺仪分别控制X轴电子调速器和Y轴电子调速器动作，所述的X轴电子调速器连接X轴无刷电机，Y轴电子调速器连接Y轴无刷电机，X轴无刷电机和Y轴无刷电机为调节相机拍摄角度提供动力。

更进一步地，所述的相机为佳能S120数码相机。

更进一步地，所述的电源模块采用锂聚合物电池。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机，通过GPS导航定位，IMU准确反馈飞行姿态给主控制器，无人机的飞行定位准确，四只负载飞行提升机构的机臂围绕机体等间隔设置，能够保证无人机在X、Y、Z各轴度上达到稳定的飞行效果；

(2)本实用新型的一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机，通过陀螺仪反馈无人机飞行姿态，驱动X轴无刷电机和Y轴无刷电机控制相机在X、Y两个方向上运动，使相机光轴始终垂直于大地表面，拍摄图像核心区域误差率低于5％，可广泛用于良田测算等领域；

(3)本实用新型的一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机，结构简单、体积小、通电即飞，无需专业人员操作，制造成本低，即拍即得测量结果方便高效，便于推广应用，。

附图说明

图1为本实用新型的一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机的结构框图；

图2为本实用新型中云台机构的结构框图；

图3为本实用新型中微型无人机的俯视示意图；

图4为本实用新型中云台机构的正视图；

图5为本实用新型中云台机构的仰视图；

图6为本实用新型中微型无人机拍摄原理示意图。

示意图中的标号说明：

1、机体；2、云台机构；21、固定支架；211、固定孔；22、X轴无刷电机；23、Y轴无刷电机；24、云台机架；25、相机支架；26、相机；3、拍摄目标；4、电子调速器；5、电机；6、螺旋桨。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例1

结合附图，本实施例的一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机，包括主控制器、电源模块、GPS模块、IMU模块、摄像机构和飞行提升机构，所述的摄像机构包括接收机和云台机构2。主控制器、电源模块、GPS模块、IMU模块和接收机设置于无人机机体1内部，云台机构2设置于机体1的底部。参看图3，所述的机体1伸出四只机臂，四只机臂围绕机体1等间隔设置，能够保证无人机飞行的稳定性。四只机臂的末端均设置有飞行提升机构，所述的飞行提升机构包括电子调速器4、电机5和螺旋桨6。

参看图1，所述的主控制器、GPS模块和IMU模块组成微型无人机的飞行控制机构，主控制器的输入端分别与GPS模块、IMU模块的输出端相连，主控制器的输出端连接电子调速器4和接收机。主控制器是整个无人机控制系统的核心，接收GPS模块和IMU模块反馈的信号并进行处理，再根据处理结果控制电子调速器4和接收机动作。所述的电子调速器4设置有4个，分别设置于无人机的四只机臂上，电子调速器4的输出端连接电机5，电机5控制螺旋桨6以不同转速旋转。值得说明的是，本实施例的电源模块采用锂聚合物电池，该电源模块用于为无人机各机构如主控制器、IMU模块、接收机等供电，图1仅是示意性的描述。

所述的接收机的输出端连接云台机构2，参看图4和图5，云台机构2包括固定支架21、云台机架24和相机支架25。本实施例的固定支架21、云台机架24和相机支架25均采用碳纤维材料制备，碳纤维材料是一种具有很高强度和模量的耐高温纤维，云台机构2的主体支架采用碳纤维材料，能够保证云台机构2体积小、重量轻，使用寿命大大延长。所述的固定支架21为T形结构，该固定支架21的上部开设有固定孔211，云台机构2通过该固定孔211固定于机体1的底部，本实施例中固定孔211沿固定支架21横梁的长度方向间隔设置4个，能够保证云台机构2与机体1之间不因气流等因素发生晃动，保证拍摄图像清晰，不重影。固定支架21的下部固连有X轴无刷电机22，X轴无刷电机22的输出轴又与云台机架24固连，X轴无刷电机22控制云台机架24旋转。所述的云台机架24为U型结构，该云台机架24一端固连有Y轴无刷电机23，另一端对称设置有转轴。所述的相机支架25也为U型结构，该相机支架25的一端与Y轴无刷电机23相连，另一端与云台机架24设置的转轴相连，Y轴无刷电机23控制相机支架25旋转，所述的相机支架25上固连有相机26，本实施例中相机26采用佳能S120数码相机，佳能S120数码相机具有的大广角、多张连拍功能，能够帮助无人机获得更优质、更全面的测绘数据。

本实施例的云台机构2还包括陀螺仪、X轴电子调速器、Y轴电子调速器，所述的陀螺仪与云台机架24保持相对静止，本实施例所用的陀螺仪为高度集成的陀螺仪，该陀螺仪的输入端与接收机相连，陀螺仪分别控制X轴电子调速器和Y轴电子调速器动作，所述的X轴电子调速器连接X轴无刷电机22，Y轴电子调速器连接Y轴无刷电机23，X轴无刷电机22和Y轴无刷电机23为调节相机26拍摄角度提供动力，具体为X轴无刷电机22控制云台机架24旋转，Y轴无刷电机23控制相机支架25旋转，X轴无刷电机22、Y轴无刷电机23可同时或单独动作，控制相机光轴随无人机飞行姿态变化，始终垂直于大地表面。

本实施例的微型无人机工作原理如下：IMU模块采集无人机当前飞行姿态信息传输到主控制器，主控制器根据PID运算调整电子调速器的输出，进而调整电机5驱动螺旋桨6的力矩，从而达到稳定的飞行效果。GPS模块给出无人机准确的定位信息，反馈到主控制器，主控制器根据运算控制无人机飞行到当前指定的位置稳定悬停。同时云台机构2的陀螺仪通过积分运算，驱动X轴电子调速器和Y轴电子调速器同时或单独动作，控制云台机构2的X轴无刷电机22、Y轴无刷电机23旋转，使相机26光轴随无人机飞行姿态变化，始终垂直于大地表面。

飞行过程中，陀螺仪始终自动调整相机26的角度，不需要人工干预，无人机只要到达指定的高度就能拍摄出相应比例的照片。参看图6，针对地面拍摄目标3，搭载佳能S120数码相机的无人机，在飞行高度193米的情况即可拍摄1：500的正射影图像，飞行高度在154米的情况下即可拍摄1：400的正射影图像，飞行高度在116米的情况下即可拍摄1：300的正射影图像。通过大量实际测算，结合佳能S120数码相机的优质性能以及本实施例对无人机的优化设计，无人机拍摄图像核心区域误差率低于5％，不需要后期软件矫正既可广泛用于房屋拆迁成本核算、良田测算、土方面积估算等领域。无人机飞行定位精准度及照片拍摄精度均得到了显著提高。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机，其特征在于：包括主控制器、电源模块、GPS模块、IMU模块、摄像机构和飞行提升机构，所述的摄像机构包括接收机和云台机构(2)；主控制器、电源模块、GPS模块、IMU模块和接收机设置于无人机机体(1)内部，云台机构(2)设置于机体(1)的底部；所述的机体(1)伸出四只机臂，四只机臂围绕机体(1)等间隔设置，且四只机臂的末端均设置有飞行提升机构，所述的飞行提升机构包括电子调速器(4)、电机(5)和螺旋桨(6)；其中，所述的主控制器的输入端分别与GPS模块、IMU模块的输出端相连，主控制器的输出端连接电子调速器(4)和接收机，主控制器接收GPS模块和IMU模块反馈的信号并进行处理，再根据处理结果控制电子调速器(4)和接收机动作，所述的电子调速器(4)的输出端连接电机(5)，电机(5)控制螺旋桨(6)以不同转速旋转；所述的接收机的输出端连接云台机构(2)，云台机构(2)上安装有相机(26)，云台机构(2)用于调节相机(26)的拍摄角度；所述的电源模块为无人机动作供电。

2.根据权利要求1所述的一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机，其特征在于：所述的云台机构(2)包括陀螺仪、X轴电子调速器、Y轴电子调速器、X轴无刷电机(22)和Y轴无刷电机(23)，所述的陀螺仪的输入端与接收机相连，该陀螺仪分别控制X轴电子调速器和Y轴电子调速器动作，所述的X轴电子调速器连接X轴无刷电机(22)，Y轴电子调速器连接Y轴无刷电机(23)，X轴无刷电机(22)和Y轴无刷电机(23)为调节相机(26)拍摄角度提供动力。

3.根据权利要求2所述的一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机，其特征在于：所述的相机(26)为佳能S120数码相机。

4.根据权利要求3所述的一种快速拍摄比例尺正射影图的微型无人机，其特征在于：所述的电源模块采用锂聚合物电池。