CN214729727U - 一种减振结构、惯性测量装置和无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无人机领域，具体而言，涉及一种减振结构、惯性测量装置和无人机。减振结构包括减振底座、第一减振件、第二减振件和第三减振件；第一减振件、第二减振件和第三减振件均在减振底座上，且用于连接同一个待减振件；所述第一减振件的减振方向为x轴向，所述第二减振件的减振方向为y轴向，所述第三减振件的减振方向为z轴向，所述x轴向、所述y轴向和所述z轴向两两垂直。惯性测量装置包括主支架和减振结构；主支架通过第一减振件、第二减振件和第三减振件与减振底座连接；主支架用于安装惯性测量传感器。本实用新型实现了待减振件的多方向减振，提高了减振效果，避免无人机出现姿态不稳等问题出现。

Description

一种减振结构、惯性测量装置和无人机

技术领域

本实用新型涉及无人机领域，具体而言，涉及一种减振结构、惯性测量装置和无人机。

背景技术

近年来，中国无人机制造业快速发展，无人机在军事侦察、地质测绘、气象减灾、电力巡查、个人消费等领域得到广泛应用。无人机主要是通过机载的各种传感器来感知飞机状态，再通过飞控系统实现控制和自主导航。其中，IMU(惯性测量单元)是核心传感器之一，内部包含三轴加速度计和三轴陀螺仪，用于测量无人机的三轴加速度(accx，accy，accz)和角速度(gyrox，gyroy，gyroz)，在无人机导航中有着很重要的作用。

由于无人机飞行过程中，电机、桨叶、机体结构等零部件存在振动，会对IMU采样的数据产生噪声，当噪声较大时，不利于IMU感知真实运动，造成飞机不稳定，姿态差等现象。所以，为了实现稳定平顺的飞行，需要对IMU单元进行减振设计，再结合硬件滤波、软件滤波，才能得到较真实的飞机运动信息。

现有技术中的减振结构，只能进行单一方向减振调整，减振效果不佳，使无人机容易出现姿态不稳等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种减振结构、惯性测量装置和无人机，其能够提供多方向减振，提高减振效果，避免无人机出现姿态不稳等问题出现。

本实用新型的实施例是这样实现的：

第一方面，本实用新型提供一种减振结构，包括减振底座、第一减振件、第二减振件和第三减振件；

所述第一减振件、所述第二减振件和所述第三减振件均设置在所述减振底座上，且所述第一减振件、所述第二减振件和所述第三减振件用于连接同一个待减振件；

所述第一减振件的减振方向为x轴向，所述第二减振件的减振方向为y轴向，所述第三减振件的减振方向为z轴向，所述x轴向、所述y轴向和所述z轴向两两垂直。

在可选的实施方式中，所述减振底座包括底板、第一侧板和第二侧板；

所述第三减振件设置在所述底板上，所述第一减振件设置在所述第一侧板上，所述第二减振件设置在所述第二侧板上。

在可选的实施方式中，所述底板上设置有连接结构，所述连接结构用于对所述底板的安装位置进行固定。

在可选的实施方式中，所述第一侧板与所述底板之间设置有第一加强筋；

所述第二侧板与所述底板之间设置有第二加强筋。

在可选的实施方式中，所述第一减振件的数量、所述第二减振件的数量和第三减振件的数量均为多个，所述减振结构的6个模态频率(ω_ax,ω_ay,ω_az,ω_gx,ω_gy,ω_gz)：

三轴线振动频率：

ω_ax,ω_ay,ω_az,<ω_j1,ω_j2；

三轴角振动频率ω_gx,ω_gy,ω_gz,>ω_0max+10hz；

其中，ω_ax,ω_ay,ω_az,ω_gx,ω_gy,ω_gz分别为所述减振结构的六个模态频率，ω_j1,ω_j2分别为减振底座的一阶、二阶模态频率，ω₀为动力系统的激励频率的最小值，ω_0max为动力系统的激励频率的最大值。

第二方面，本实用新型提供一种惯性测量装置，包括主支架和前述实施方式任一项所述的减振结构；

所述主支架通过所述第一减振件、所述第二减振件和所述第三减振件与所述减振底座连接；

所述主支架用于安装惯性测量传感器。

在可选的实施方式中，所述主支架上设置有至少一个配重块。

在可选的实施方式中，所述配重块与所述主支架之间的连接方式包括螺栓连接、卡接、焊接或铆接中的至少一种。

在可选的实施方式中，所述主支架分别以xy平面、xz平面和yz平面为对称面对称设置。

第三方面，本实用新型提供一种无人机，包括前述实施方式任一项所述的惯性测量装置。

本实用新型实施例的有益效果是：

在减振底座上设置第一减振件、第二减振件和第三减振件，通过第一减振件、第二减振件和第三减振件分别对待减振件进行x轴向、y轴向和z轴向的减振，实现了待减振件的多方向减振，提高了减振效果，避免无人机出现姿态不稳等问题出现。

通过对减振系统的减振球材料硬度、配重块质量、减振主体重心及减震球安装间距计算和振动仿真模拟，实现最优的减振效果，避免无人机出现姿态不稳等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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为本实用新型实施例提供的减振结构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的惯性测量装置的结构爆炸图；

图3为本实用新型实施例提供的惯性测量装置的俯视图；

图4为本实用新型实施例第一减振球的结构示意图。

图标：1-底板；2-第二侧板；3-第二加强筋；4-第一侧板；5-第二减振球；6-第三减振球；7-第一减振球；8-第一加强筋；9-机体底座；10-主支架；11-惯性测量传感器；12-配重块；13-连接孔；14-螺栓；15-螺母；16-法兰。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例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例。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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装置或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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合图1-图4，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型提供一种减振结构，如图1所示，包括减振底座、第一减振件、第二减振件和第三减振件；第一减振件、第二减振件和第三减振件均设置在减振底座上，且第一减振件、第二减振件和第三减振件用于连接同一个待减振件；第一减振件的减振方向为x轴向，第二减振件的减振方向为y轴向，第三减振件的减振方向为z轴向，x轴向、y轴向和z轴向两两垂直。

在本实施例中，在以使用状态为基准建立的空间直角坐标系，以任意一点为原点，第一减振件用于对待减振件进行x轴或与x轴平行的方向的减振，第二减振件用于对待减振件进行y轴或与y轴平行的方向的减振，第三减振件用于对待减振件进行z轴或与z轴平行的方向的减振。

在本实施例中，第一减振件为第一减振球7，第二减振件为第二减振球5，第三减振件为第三减振球6。在下述所有的实施例中，减振件均以减振球为例进行说明。

在本实施例中，在建立的空间直角坐标系中，第一减振球7、第二减振球5和第三减振球6分别用于对待减振件在减振底座上进行x轴向、y轴向和z轴向的减振，进而能够确保待减振件的任意方向的减振效果。

在可选的实施方式中，减振底座包括底板1、第一侧板4和第二侧板2；第三减振球6设置在底板1上，第一减振球7设置在第一侧板4上，第二减振球5设置在第二侧板2上。

具体的，在本实施例中，第一侧板4的板面、第二侧板2的板面和底板1的板面之间两两垂直设置，其中，底板1的板面与xy平面平行，第一侧板4的板面与yx平面垂直，第二侧板2的板面与xz平面垂直。

更具体的，在本实施例中，第一侧板4为两块，分别设置在底板1同一侧面的相对两端，第二侧板2也为两块，分别设置在底板1同一侧面的相对两端，第一侧板4和第二侧板2相互间隔设置。

在本实施例中，如图4所示，第一减振球7的两端设置有连接法兰16，通过两端的连接法兰16分别与第一侧板4和待减振件连接；同理，第二减振球5的两端设置有连接法兰16，通过两端的连接法兰16分别与第二侧板2和待减振件连接，第三减振球6的两端也均设置有连接法兰16，通过两端的连接法兰16分别与底板1和待减振件连接。

需要指出的是，在本实施例中，第一侧板4的板面与第二侧板2的板面之间相互垂直，其也可以是不垂直，如可以是将第一侧板4或第二侧板2设置为弧形板等，但只要能够实现第一减振球7在x轴向对待减振件的减振功能，第二减振球5在y轴向对待减振件的减振功能即可。

还需要指出的是，在本实施例中，减振的结构主要是通过减振球来实现的，但其不仅仅局限于减振球这一种方式，其还可以是采用其他的弹性材料，如弹簧等，其只要能够实现减振效果即可。

在可选的实施方式中，底板1上设置有连接结构，连接结构用于对底板1的安装位置进行固定。

在本实施例中，在底板1用于将整个减振结构进行固定定位。

为实现底板1的固定定位功能，本实施例中，在底板1上设置了连接结构。具体的，连接结构为螺栓14和螺母15。

更具体的，在本实施例中，底板1上设置有通孔，螺栓14穿过通孔后，插入其所需要固定的位置，再通过螺母15与螺栓14进行配合，实现将底板1进行固定的功能。

需要指出的是，在本实施例中，连接结构为螺栓14和螺母15，但其不仅仅局限于螺栓14和螺母15，其也可以是其他的连接方式，如可以是卡接等，其只要能够实现对底板1的固定定位即可。

在可选的实施方式中，第一侧板4与底板1之间设置有第一加强筋8；第二侧板2与底板1之间设置有第二加强筋3。

在本实施例中，第一侧板4与底板1之间的连接方式可以有很多种，如可以是焊接，也可以是卡接等，其只要能够实现将第一侧板4固定设置在底板1上即可。

为保证第一侧板4与底板1之间的连接稳定性，在本实施例中，在第一侧板4和底板1之间设置了第一加强筋8。具体的，第一加强筋8的板面分别与底板1的板面和第一侧板4的板面垂直，第一加强筋8的两个端部分别连接第一侧板4和底板1，通过第一加强筋8的设置，提高第一侧板4在底板1上的稳定性。

在本实施例中，第一加强筋8的数量可以是一个或多个，其根据可以具有的第一侧板4的长度和宽度进行设置。

在本实施例中，第一加强筋8与第一侧板4、底板1之间的连接方式可以是焊接，也可以是铆接等，其只要能够实现第一加强筋8与第一侧板4、第一加强筋8与底板1之间的固定连接即可。

同理，为保证第二侧板2与底板1之间的连接稳定性，在本实施例中，在第二侧板2与底板1之间设置了第二加强筋3。具体的，第二加强筋3的板面分别与底板1的板面和第二侧板2的板面垂直，第二加强筋3的两个端部分别连接第二侧板2和底板1，通过第二加强筋3的设置，提高第二侧板2在底板1上的稳定性。

在可选的实施方式中，第一减振球7的数量、第二减振球5的数量和第三减振球6的数量均为多个。

具体的，在本实施例中，第一减振球7为成对设置，单对的第一减振球7中的两个第一减振球7分别设置在相对的两个第一侧板4上。

更具体的，在本实施例中，第一减振球7为多对，多对第一减振球7沿第一侧板4呈直线排列。

本实用新型提供一种惯性测量装置，如图2和图3所示，包括主支架10和前述实施方式任一项的减振结构；主支架10通过第一减振球7、第二减振球5和第三减振球6与减振底座连接；主支架10用于安装惯性测量传感器11。

具体的，在本实施例中，主支架10上设置有多个连接孔13，第一减振球7、第二减振球5和第三减振球6分别通过连接孔13与主支架10连接。

惯性测量传感器11设置在主支架10上，第一减振球7、第二减振球5和第三减振球6通过对主支架10进行减振，实现对设置在主支架10上的惯性测量传感器11进行减振。

本实用新型设计原理：

通过对无人机的飞行数据采样，以及模态仿真分析，可确定如下参数：

(1)无人机动力系统(电机、桨叶)高速旋转产生的激励频率范围：ω₀～ω_0max；

(2)无人机机体结构的一阶、二阶模态频率：ω_j1，ω_j2。

在设计惯性检测装置的减振结构时，需要满足如下要求：

惯性检测装置的减振结构的线振动频率与角振动频率，要避开动力系统的激励频率，以及避开机体结构一阶、二阶模态频率；

因无人机动力系统的线振动噪声较大，角振动噪声较小，故惯性检测装置的减振结构需要抑制线振动噪声，而角振动噪声可以直通；且惯性检测装置的减振结构的线振动频率与角振动频率要独立，不能耦合；

尽量降低线振动频率，用于抑制线振动的能量幅值；尽量提高角振动频率，避免发生；但因线振动频率与角振动频率为同向变化，故只能折中，使得线振动频率与角振动频率都在合适的区间范围。

由此可以确定惯性检测装置的减振结构的6个模态频率(ω_ax,ω_ay,ω_az,ω_gx,ω_gy,ω_gz)的设计目标为：

三轴线振动频率

三轴线振动频率ω_ax,ω_ay,ω_az,<ω_j1,ω_j2

三轴角振动频率ω_gx,ω_gy,ω_gz,>ω_0max+10hz

机体底座9与机体刚性连接，机体底座9上的激励即为动力系统的振动激励ω₀，减振底座通过4个螺丝和螺母15与机体底座9锁紧连接，减振底座上的每个角都安装有三个减振球：x向的第一减振球7，y向的第二减振球5，z向的第三减振球6，共12个减振球，通过减振球一端的法兰16盘穿过减振底座上的通孔，实现固定；减振球的另一端的法兰16盘穿过与主支架10上的连接孔13，实现连接。主支架10的内部安装有惯性测量传感器11。

因减振球的纵向拉伸或压缩刚度较大，横向剪切刚度较小，故每个方向主刚度主要由此方向减振球来提供，其它两个方向的减振球对此方向附加的支撑刚度较小。如z轴向的支撑刚度，主要由z向的4个第三减振球6提供，x向、y向的8个减振球因受剪切，对z向附加刚度较小。此外，绕z轴的扭转刚度，由x向、y向的8个减振球拉伸压缩刚度、剪切刚度提供，大大提高了z轴的扭转刚度，使得在不增加减振球刚度的情况下，大大提升了ω_gz值。

由此，本实用新型选型了气相胶材料中最软的10度气相胶，将三方向的线振动频率ω_ax,ω_ay,ω_az调到较低的频率区间，同时因为x向的第一减振球7、y向的第二减振球5提供的侧向支撑，使得三轴角振动频率ω_gx,ω_gy,ω_gz都在较高的频率区间，同时满足上设计目标中的三个条件。

在可选的实施方式中，主支架10上设置有至少一个配重块12。

具体的，在本实施例中，配重块12为两块，一块设置在主支架10的上方，一块设置在主支架10的下方。

在本实施例中，主支架10上方和下方的配重块12的重量一致，上下对称，保证两配重块12的总体重心位于惯性测量传感器11的几何中心，并与z向的第三减振球6的上法兰16面处于同一平面内。这种重心与支撑面在同一平面内的固定方式，使得线振动与角振动相互独立。

在可选的实施方式中，配重块12与主支架10之间的连接方式包括螺栓14连接、卡接、焊接或铆接中的至少一种。

需要指出的是，配重块12与主支架10之间的连接方式可以是上述几种方式，但其不仅仅局限于上述几种方式，其还可以是其他的固定连接方式，其只要能够将配重块12与主支架10进行固定连接在一起即可。

在可选的实施方式中，主支架10分别以xy平面、xz平面和yz平面为对称面对称设置。

这样的设置，能够容易把握惯性测量传感器11的重心。

第三方面，本实用新型提供一种无人机，包括前述实施方式任一项的惯性测量装置。

本实施例中所采用的惯性测量装置，使用的是一种线振动频率、角振动频率可独立设计的惯性测量装置全向支撑减振结构，在各种无人机(如多旋翼、固定翼、直升机等)中，具备通用性。

具体的，通过飞行数据采样、仿真分析等方式，获得机体模态频率，飞机激励频率后，确定减振系统的三轴加速度振动模态频率范围，三轴角速度振动模态频率范围，进而设计了惯性测量装置全向支撑的减振结构，实现了较好的减振效果。

本实用新型实施例的有益效果是：

在减振底座上设置第一减振件、第二减振件和第三减振件，通过第一减振件、第二减振件和第三减振件分别对待减振件进行x轴向、y轴向和z轴向的减振，实现了待减振件的多方向减振，提高了减振效果，避免无人机出现姿态不稳等问题出现。

通过对减振系统的减振球材料硬度、配重块质量、减振主体重心及减震球安装间距计算和振动仿真模拟，实现最优的减振效果，避免无人机出现姿态不稳等问题。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，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)

1.一种减振结构，其特征在于，包括减振底座、第一减振件、第二减振件和第三减振件；

所述第一减振件、所述第二减振件和所述第三减振件均设置在所述减振底座上，且所述第一减振件、所述第二减振件和所述第三减振件用于连接同一个待减振件；

所述第一减振件的减振方向为x轴向，所述第二减振件的减振方向为y轴向，所述第三减振件的减振方向为z轴向，所述x轴向、所述y轴向和所述z轴向两两垂直。

2.根据权利要求1所述的减振结构，其特征在于，所述减振底座包括底板、第一侧板和第二侧板；

所述第三减振件设置在所述底板上，所述第一减振件设置在所述第一侧板上，所述第二减振件设置在所述第二侧板上。

3.根据权利要求2所述的减振结构，其特征在于，所述底板上设置有连接结构，所述连接结构用于对所述底板的安装位置进行固定。

4.根据权利要求2所述的减振结构，其特征在于，所述第一侧板与所述底板之间设置有第一加强筋；

所述第二侧板与所述底板之间设置有第二加强筋。

5.根据权利要求1所述的减振结构，其特征在于，所述第一减振件的数量、所述第二减振件的数量和第三减振件的数量均为多个。

6.一种惯性测量装置，其特征在于，包括主支架和权利要求1-5任一项所述的减振结构；

所述主支架通过所述第一减振件、所述第二减振件和所述第三减振件与所述减振底座连接；

所述主支架用于安装惯性测量传感器。

7.根据权利要求6所述的惯性测量装置，其特征在于，所述主支架上设置有至少一个配重块。

8.根据权利要求7所述的惯性测量装置，其特征在于，所述配重块与所述主支架之间的连接方式包括螺栓连接、卡接、焊接或铆接中的至少一种。

9.根据权利要求6所述的惯性测量装置，其特征在于，所述主支架分别以xy平面、xz平面和yz平面为对称面对称设置。

10.一种无人机，其特征在于，包括权利要求6-9任一项所述的惯性测量装置。

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