CN207141420U - 一种垂直稳定云台系统及无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种垂直稳定云台系统及无人机，属于无人机领域，垂直稳定云台系统包括云台固定装置、云台减震系统及仪器固定装置；云台减震系统铰接于第一连杆使得云台系统能够实现偏航角度调整，第一连杆与第二连杆铰接使得云台系统能够实现翻滚角度调整，仪器固定装置与第二连杆铰接使得云台系统能够实现俯仰角度调整；云台减震系统包括连接盘及多个减震框，减震框通过支架杆与连接盘连接，减震框沿环形均匀分布于连接盘的周侧。无人机应用上述垂直稳定云台系统。这种系统能够在工作时对搭载其上面的高光谱仪器重量进行感知，实现自动免设置、免操控，让高光谱仪器达到垂直对地摄影的目的。具有重量轻、控制精度高、适用性强的特点。

Description

一种垂直稳定云台系统及无人机

技术领域

本实用新型涉及无人机领域，具体而言，涉及一种垂直稳定云台系统及无人机。

背景技术

目前无人机在各个领域都得到了广泛的应用。无人机上可以搭载多种设备，来实现不同的作用，设备多是通过云台系统固定在无人机上。

云台系统是极为重要的系统。设备例如是摄像机，或者是高光谱成像仪。

高光谱成像仪在无人机上工作时，需要一个较为稳定可靠的工作环境，但是无人机在飞行过程中，由于无人机自身的震动、大气中不稳定气流的作用，以及无人机精度等问题，导致高光谱成像仪处于一个较为不稳定的环境下工作，使得高光谱成像仪不能良好地工作，不能够获得高质量的数据。

实用新型内容

本实用新型提供了一种垂直稳定云台系统及无人机，旨在解决现有技术中垂直稳定云台系统存在的上述问题。

本实用新型实施例是这样实现的：

一种垂直稳定云台系统，包括云台固定装置、云台减震系统及仪器固定装置；所述云台减震系统铰接于第一连杆使得云台系统能够实现偏航角度调整，所述第一连杆与第二连杆铰接使得云台系统能够实现翻滚角度调整，所述仪器固定装置与第二连杆铰接使得云台系统能够实现俯仰角度调整；所述云台减震系统包括连接盘及多个减震框，所述减震框通过支架杆与连接盘连接，所述减震框沿环形均匀分布于所述连接盘的周侧。

优选地，所述减震框为U型结构，减震框的内侧设置有减震球，所述减震球的轴线与连接盘的轴线相平行；所述云台固定装置包括设置于减震框顶部的云台固定孔。

优选地，所述支架杆倾斜设置使得支架杆的外侧端高于其内侧端；所述减震框包括相对立的两块侧板及连接两个侧板的底板，所述侧板平行于连接盘设置，所述底板垂直于连接盘设置；所述底板上开设有穿孔，所述支架杆穿过所述穿孔并连接所述减震球。

优选地，所述减震球的底部固定于位于下方的侧板上，所述支架杆的外侧端具有连接环，所述连接环连接于所述减震球的顶部。

优选地，所述减震框用金属制成，所述减震球用橡胶制成；所述减震框有8个。

优选地，所述侧板为三角形结构，侧板靠近底板的一端较大，所述云台固定孔设置于位于上方的侧板上，同一个侧板上设置有两个云台固定孔，且该两个云台固定孔位于支架杆的正上方。

优选地，所述仪器固定装置包括框架，所述框架为弧形结构，框架的一端连接于第二连杆，框架的底部设置有连接板，所述连接板上设置有相机固定孔；所述框架为空心结构，框架上设置有用于固定数据传输线的孔。

优选地，所述第一连杆及第二连杆均为弧形结构，第一连杆所处平面垂直于第二连杆所处平面；所述云台减震系统与第一连杆、所述第一连杆与第二连杆、所述仪器固定装置与第二连杆之间均设置有伺服电机；所述伺服电机连接有三轴陀螺仪。

优选地，所述垂直稳定云台系统还包括减震自锁模块、短途运输锁定模块、空中相机保险模块及过热保护模块。

一种无人机，应用上述的垂直稳定云台系统，包括机体，所述垂直稳定云台系统通过云台固定装置连接于机体的下方。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过上述设计得到的垂直稳定云台系统，主要应用于将高光谱成像仪搭载旋翼无人机上，起到仪器与飞机之间的过渡连接，实现仪器在空中工作运行过程中，对仪器起到减震及提高数据获取质量的作用。

该系统能够在通电状态下，对搭载其上面的高光谱仪器重量进行感知，实现自动免设置、免操控，让高光谱仪器达到垂直对地摄影的目的。具有重量轻、控制精度高、适用性强的特点。

无论飞机在空中做何种姿势，保持仪器垂直向下拍照获取数据，因为飞机在天上，风大的话，仪器就不能保持垂直向下，就会影响获取数据的质量。

本实用新型通过上述设计得到的无人机，应用上述云台系统，在航拍过程中能够或得更高质量的数据。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施方式提供的垂直稳定云台系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施方式提供的垂直稳定云台系统的主视示意图；

图3是本实用新型实施方式提供的垂直稳定云台系统的侧视示意图；

图4是本实用新型实施方式提供的垂直稳定云台系统中支架杆与减震框连接的结构示意图；

图5是本实用新型实施方式提供的垂直稳定云台系统中支架杆与减震框连接的俯视示意图。

图标：100-垂直稳定云台系统；110-第一连杆；120-第二连杆；130-连接盘；131-减震框；132-支架杆；133-减震球；134-云台固定孔；135-侧板；136-底板；137-穿孔；138-连接环；140-框架；141-连接板；142-相机固定孔。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例。

本实施例提供了一种无人机，无人机具有机体，机体下方连接有垂直稳定云台系统100。

请参阅图1-图3，垂直稳定云台系统100包括云台固定装置、云台减震系统及仪器固定装置；所述云台减震系统铰接于第一连杆110使得云台系统能够实现偏航角度调整，所述第一连杆110与第二连杆120铰接使得云台系统能够实现翻滚角度调整，所述仪器固定装置与第二连杆120铰接使得云台系统能够实现俯仰角度调整；所述云台减震系统包括连接盘130及多个减震框131，所述减震框131通过支架杆132与连接盘130连接，所述减震框131沿环形均匀分布于所述连接盘130的周侧。

云台固定装置用来将云台系统固定在无人机上。云台减震系统用来减少震动，起到缓冲作用。仪器固定装置用来固定仪器，具体可以是高光谱成像仪。

在航空中，pitch是围绕X轴旋转，也叫做俯仰角。yaw是围绕Y轴旋转，也叫偏航角。roll是围绕Z轴旋转，也叫翻滚角。在本系统中，通过云台减震系统与第一连杆110、所述第一连杆110与第二连杆120、所述仪器固定装置与第二连杆120之间的铰接关系，使得高光谱成像仪能够实现俯仰角、翻滚角及偏航角的调整。具体而言，通过各部件的设置，使得各角度能调节的范围均为±50°。

连接盘130连接在第一连杆110的顶部，多个减震框131连接在连接盘130的侧部，通过减震框131的设置，使得无人机在飞行过程中能够起到减震的作用，使得仪器能够稳定地连接在云台系统的底部。

所述减震框131为U型结构，减震框131的内侧设置有减震球133，所述减震球133的轴线与连接盘130的轴线相平行；所述云台固定装置包括设置于减震框131顶部的云台固定孔134。

如图4及图5所示，支架杆132倾斜设置使得支架杆132的外侧端高于其内侧端；所述减震框131包括相对立的两块侧板135及连接两个侧板135的底板136，所述侧板135平行于连接盘130设置，所述底板136垂直于连接盘130设置；所述底板136上开设有穿孔137，所述支架杆132穿过所述穿孔137并连接所述减震球133。

减震球133的底部固定于位于下方的侧板135上，所述支架杆132的外侧端具有连接环138，所述连接环138连接于所述减震球133的顶部。所述减震框131用金属制成，所述减震球133用橡胶制成；所述减震框131有8个。

所述侧板135为三角形结构，侧板135靠近底板136的一端较大，所述云台固定孔134设置于位于上方的侧板135上，同一个侧板135上设置有两个云台固定孔134，且该两个云台固定孔134位于支架杆132的正上方。

支架杆132倾斜设置的方式使得减震框131的顶部位置较高，使得云台系统能够稳定地连接在无人机的底部。

减震框131侧放设置，减震框131的开口朝向侧部，使得减震框131的两个侧板135为水平设置，底板136为竖直设置。

云台固定孔134设置于位于顶部的侧板135上，使得减震框131与无人机之间为刚性连接。减震球133设置在减震框131内侧，减震球133为回转体结构，减震球133的轴线与连接盘130的轴线一致；

在减震框131的侧部设置了穿孔137，使得支架杆132能够穿过穿孔137进入减震框131内部。在支架杆132的端部设置连接环138，通过连接环138连接在减震球133的顶部。

云台系统通过云台固定孔134连接在机体上。

由于支架杆132与减震框131之间无刚性连接关系，使得无人机在工作时，无人机的震动传递给减震框131，受减震框131及减震球133的减震作用使得震动会大幅抵消，不会传输给仪器；仪器的震动也能够通过减震球133及减震框131吸收，不会传递给无人机。使得无人机及仪器均能够稳定地工作，使仪器能够拍摄或记录出更高质量的数据。

云台固定装置：提供云台系统固定在旋翼无人机上的一种连接装置，主要由云台固定孔134和支架杆132组成，共有8组呈等间距圆形分布，每组有2个呈“一”字分布(如图5所示)，该结构设计能够有效防止由固定操作导致的云台角度变化和位置变化，防止最终挂载的云台重心偏移。

U型的金属材质的减震框131和球形橡胶减震球133组成，主要用来抑制云台固定装置吸震后反弹时的震荡及来自高光谱仪器工作时的往复冲击。

所述仪器固定装置包括框架140，所述框架140为弧形结构，框架140的一端连接于第二连杆120，框架140的底部设置有连接板141，所述连接板141上设置有相机固定孔142；所述框架140为空心结构，框架140上设置有用于固定数据传输线的孔。

所述第一连杆110及第二连杆120均为弧形结构，第一连杆110所处平面垂直于第二连杆120所处平面；所述云台减震系统与第一连杆110、所述第一连杆110与第二连杆120、所述仪器固定装置与第二连杆120之间均设置有伺服电机；所述伺服电机连接有三轴陀螺仪。

第一连杆110及第二连杆120均为空心结构，数据传输线穿过空心结构的第一连杆110及第二连杆120，并穿过空心结构的框架140，连接于高光谱成像仪上。

数据传输线采用5.8G频段，框架140为pitch框架140，pitch框架140上设有5.8G数传固定，该装置结构设计能够有效在保证仪器稳定固定的前提下，提供围绕X轴旋转，即仪器可以做俯仰角调整功能。

垂直稳定控制云台系统内部设置有三轴陀螺仪和三轴加速度传感器，三轴陀螺仪和三轴加速度传感器构成惯性测量反馈系统，惯性测量反馈系统控制伺服电机工作，实现俯仰角、偏航角及翻滚角的调整。云台系统通过传感器实时测量的惯性参数的变化量，调整在支撑臂上分布有三个伺服电机扭矩值，分别负责云台前后，左右，上下三个方向的旋转，从而可以实现在无人机飞行运动的过程中，使搭载在无人机上的高光谱仪器拍摄出平稳的画面及获取稳定的数据。

所述垂直稳定云台系统100还包括：减震自锁模块；短途运输锁定模块、空中相机保险模块，起到保护相机的作用；过热保护模块，起到过热保护作用。

系统具有5-24V宽电压输出接口，可为多种高光谱成像仪进行供电，同时该系统具有无电池设计、可从飞行器取电、内置多套GPS延长线、电源线设计。具有重量轻、控制精度高、适用性强的特点。

该系统能够在通电状态下，对搭载其上面的高光谱仪器重量进行感知，实现自动免设置、免操控，让高光谱仪器达到垂直对地摄影的目的。

在本实施例中，系统尺寸为305*297*232mm，方便加工，方便装配，能够与多种型号的无人机适配；

云台系统重量为1.7kg，所搭载的相机的重量为4.5kg；云台系统质量轻，能够降低无人机的能耗，提升续航能力。

其控制精度能够达到±0.05°。

云台系统设计XT30电源输出接口，连接无人机，直接为相机供电，24V稳定电压。内置相机GPS延长线，有效提升适应能力，提高适用范围。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垂直稳定云台系统，其特征在于，包括云台固定装置、云台减震系统及仪器固定装置；所述云台减震系统铰接于第一连杆使得云台系统能够实现偏航角度调整，所述第一连杆与第二连杆铰接使得云台系统能够实现翻滚角度调整，所述仪器固定装置与第二连杆铰接使得云台系统能够实现俯仰角度调整；所述云台减震系统包括连接盘及多个减震框，所述减震框通过支架杆与连接盘连接，所述减震框沿环形均匀分布于所述连接盘的周侧。

2.根据权利要求1所述的垂直稳定云台系统，其特征在于，所述减震框为U型结构，减震框的内侧设置有减震球，所述减震球的轴线与连接盘的轴线相平行；所述云台固定装置包括设置于减震框顶部的云台固定孔。

3.根据权利要求2所述的垂直稳定云台系统，其特征在于，所述支架杆倾斜设置使得支架杆的外侧端高于其内侧端；所述减震框包括相对立的两块侧板及连接两个侧板的底板，所述侧板平行于连接盘设置，所述底板垂直于连接盘设置；所述底板上开设有穿孔，所述支架杆穿过所述穿孔并连接所述减震球。

4.根据权利要求3所述的垂直稳定云台系统，其特征在于，所述减震球的底部固定于位于下方的侧板上，所述支架杆的外侧端具有连接环，所述连接环连接于所述减震球的顶部。

5.根据权利要求2或3或4所述的垂直稳定云台系统，其特征在于，所述减震框用金属制成，所述减震球用橡胶制成；所述减震框有8个。

6.根据权利要求3或4所述的垂直稳定云台系统，其特征在于，所述侧板为三角形结构，侧板靠近底板的一端较大，所述云台固定孔设置于位于上方的侧板上，同一个侧板上设置有两个云台固定孔，且该两个云台固定孔位于支架杆的正上方。

7.根据权利要求1所述的垂直稳定云台系统，其特征在于，所述仪器固定装置包括框架，所述框架为弧形结构，框架的一端连接于第二连杆，框架的底部设置有连接板，所述连接板上设置有相机固定孔；所述框架为空心结构，框架上设置有用于固定数据传输线的孔。

8.根据权利要求1所述的垂直稳定云台系统，其特征在于，所述第一连杆及第二连杆均为弧形结构，第一连杆所处平面垂直于第二连杆所处平面；所述云台减震系统与第一连杆、所述第一连杆与第二连杆、所述仪器固定装置与第二连杆之间均设置有伺服电机；所述伺服电机连接有三轴陀螺仪。

9.根据权利要求8所述的垂直稳定云台系统，其特征在于，所述垂直稳定云台系统还包括减震自锁模块、短途运输锁定模块、空中相机保险模块及过热保护模块。

10.一种无人机，应用权利要求1-9任一项所述的垂直稳定云台系统，其特征在于，包括机体，所述垂直稳定云台系统通过云台固定装置连接于机体的下方。