CN218628364U - 一种三轴机械云台的惯性测量装置 - Google Patents

一种三轴机械云台的惯性测量装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及无人驾驶航空器技术领域,公开一种三轴机械云台的惯性测量装置,包括安装板、惯性测量模块、控制模块和加热模块,惯性测量模块、控制模块和加热模块均设置于安装板上,控制模块与加热模块连接,控制模块用于控制加热模块工作,惯性测量模块具有温度测量单元,温度测量单元与控制模块通信连接,当惯性测量模块的温度低于目标温度值,控制模块控制加热模块启动,让惯性测量模块升温,当惯性测量模块的温度高于目标温度值,控制模块控制加热模块关闭,让惯性测量模块散热降温,从而使惯性测量模块工作在相对稳定的温度状态下,实现惯性测量模块的恒温控制功能,防止惯性测量模块受温度影响而导致零偏变化,保证云台拍摄器的拍摄效果。

Description

一种三轴机械云台的惯性测量装置
技术领域
本实用新型涉及无人驾驶航空器技术领域,特别是涉及一种三轴机械云台的惯性测量装置。
背景技术
航空器上常装配拍摄器,而云台是航空器上支撑拍摄器的平台,使拍摄器能够从空中对地面进行航空摄影。云台可以实现拍摄器的固定、调节拍摄器的姿态(例如:改变拍摄器的高度和方向)和使拍摄器稳定保持在确定姿态上,从而实现拍摄器的稳定、流畅且多角度拍摄。三轴机械云台相对于两轴云台和单轴云台,具有更好的增稳效果和姿态调整的多样性。为了实现对姿态的监控和调整,云台上设置有IMU。IMU(英文:Inertialmeasurement unit,简称IMU),即惯性测量单元,是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。现有的云台在工作时,容易受外界环境温度的影响,导致云台内部的IMU惯导器件的零偏容易发生变化,这会带来姿态检测的误差,造成云台上挂载的拍摄器图像倾斜而影响拍照和视频体验。
现有技术公开了一种惯性测量单元的安装结构,包括:惯性测量单元;安装载体,所述惯性测量单元安装在所述安装载体上;支撑件,所述支撑件为安装载体和惯性测量单元提供支撑;以及缓冲结构,所述安装载体通过缓冲结构安装在支撑件上,所述缓冲结构具有能够吸收支撑件扭曲变形的柔性材料和/或弹性材料。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种使惯性测量模块恒温工作,进而保证云台拍摄器的拍摄效果的三轴机械云台的惯性测量装置。
为了实现上述目的,本实用新型提供了一种三轴机械云台的惯性测量装置,包括安装板、惯性测量模块、控制模块和加热模块,所述惯性测量模块、所述控制模块和所述加热模块均设置于所述安装板上,所述控制模块与所述加热模块连接,所述控制模块用于控制所述加热模块工作,所述惯性测量模块具有温度测量单元,所述温度测量单元与所述控制模块通信连接。
作为优选方案,所述惯性测量模块和所述加热模块分别安装于所述安装板的两侧。
作为优选方案,三轴机械云台的惯性测量装置还包括开关模块,所述控制模块、所述开关模块和所述加热模块依次电连接,所述控制模块通过控制所述开关模块的通断来控制所述加热模块的工作与否。
作为优选方案,所述控制模块为MCU微控制模块,所述开关模块为MOS管开关,所述MCU微控制模块的IO端口与所述MOS管开关连接,使所述MCU微控制模块通过其IO端口控制所述MOS管开关来控制所述加热模块的供电、断电。
作为优选方案,所述MCU微控制模块和所述惯性测量模块位于所述安装板的同一侧,所述MOS管开关和所述加热模块位于所述安装板的另一侧。
作为优选方案,所述控制模块包括通信单元和PID控制器,所述通信单元、所述PID控制器和所述MOS管开关依次连接,所述通信单元与所述温度测量单元连接。
作为优选方案,所述控制模块还包括PWM输出电路,所述PID控制器通过所述PWM输出电路与所述MOS管开关连接。
作为优选方案,所述加热模块为功率电阻。
作为优选方案,所述安装板为PCB板。
作为优选方案,所述控制模块通过SPI总线或I2C总线与所述惯性测量模块连接,以获取所述温度测量单元的温度信息。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果在于:
本实用新型通过惯性测量模块的温度测量单元监测惯性测量模块的温度,控制模块获取惯性测量模块的温度,当惯性测量模块的温度低于目标温度值,控制模块控制加热模块启动,使惯性测量模块所处的环境温度升高,让惯性测量模块升温,当惯性测量模块的温度高于目标温度值,控制模块控制加热模块关闭,使惯性测量模块所处的环境温度降低,让惯性测量模块降温,从而使惯性测量模块工作在相对稳定的温度状态下,实现惯性测量模块的恒温控制功能,防止惯性测量模块受温度影响而导致零偏变化,从而保证云台拍摄器的拍摄效果。
附图说明
图1是本实用新型实施例的三轴机械云台的惯性测量装置的结构示意图。
图2是本实用新型实施例的三轴机械云台的惯性测量装置的原理框图。
图3是本实用新型实施例的三轴机械云台的惯性测量装置的工作示意图。
图中,100-安装板;200-惯性测量模块;210-温度测量单元;300-控制模块;310-通信单元;320-PID控制器;330-PWM输出电路;400-加热模块;500-开关模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型,但不用来限制本实用新型的范围。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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,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。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“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。
实施例一
如图1、图2和图3所示,本实用新型优选实施例的一种三轴机械云台的惯性测量装置,包括安装板100、惯性测量模块200、控制模块300和加热模块400,惯性测量模块200、控制模块300和加热模块400均设置于安装板100上,控制模块300与加热模块400连接,控制模块300用于控制加热模块400工作,惯性测量模块200具有温度测量单元210,温度测量单元210与控制模块300通信连接。本实施例通过惯性测量模块200的温度测量单元210监测惯性测量模块200的温度,控制模块300获取惯性测量模块200的温度,当惯性测量模块200的温度低于目标温度值,控制模块300控制加热模块400启动,使惯性测量模块200所处的环境温度升高,让惯性测量模块200升温,当惯性测量模块200的温度高于目标温度值,控制模块300控制加热模块400关闭,使惯性测量模块200所处的环境温度降低,让惯性测量模块200降温,从而使惯性测量模块200工作在相对稳定的温度状态下,实现惯性测量模块200的恒温控制功能,防止惯性测量模块200受温度影响而导致零偏变化,从而保证云台拍摄器的拍摄效果。
另外,本实施例的惯性测量模块200、控制模块300和加热模块400都是连接在安装板100上的,使装置的整体性好,而且加热模块400产生的热量可通过安装板100传导给惯性测量模块200,提高加热效率。
进一步地,本实施例的惯性测量模块200和加热模块400分别安装于安装板100的两侧,有助于加热模块400产生的热量有效且快速地传导给惯性测量模块200。并且,本实施例的惯性测量模块200和加热模块400的中心是位于同一直线的,使惯性测量模块200和加热模块400位置正对,使加热模块400精准对惯性测量模块200提供热量。
具体地,本实施例的三轴机械云台的惯性测量装置还包括开关模块500,控制模块300、开关模块500和加热模块400依次电连接,控制模块300通过控制开关模块500的通断来控制加热模块400的工作与否。当惯性测量模块200的温度低于目标温度值,控制模块300控制开关模块500闭合,连通加热模块400,使加热模块400启动,对惯性测量模块200进行加热;当惯性测量模块200的温度高于目标温度值,控制模块300控制开关模块500打开,断开与加热模块400的连接,使加热模块400关闭,不对惯性测量模块200进行加热,让惯性测量模块200逐渐降温。
此外,在另一具体实施例中,安装板100上还连接有散热模块,散热模块与惯性测量模块200位于安装板100的同一侧,控制模块300与散热模块连接,控制模块300用于控制散热模块工作。具体地,该散热模块可采用风机,通过风机使惯性测量模块200进行快速散热,而实现惯性测量模块200的降温。同样地,在控制模块300与散热模块之间也设有开关模块500,控制模块300通过控制开关模块500的通断来控制散热模块的工作与否。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于,在实施例一的基础上,本实施例对控制模块300、开关模块500和加热模块400作进一步的说明。
在本实施例中,控制模块300为MCU微控制模块,开关模块500为MOS管开关,MCU微控制模块的IO端口与MOS管开关连接,使MCU微控制模块通过其IO端口控制MOS管开关来控制加热模块400的供电、断电。MCU微控制模块通过控制MOS管开关的开关时间,可调节加热模块400的加热时间。
控制模块300采用MCU微控制模块,MCU(Microcontroller Unit;微控制单元),又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机,其体积小,可使装置整体的体积小,便于安装在云台上。MCU可读取温度传感器等传感器的数据,可读取惯性测量模块200的温度测量单元210的测量值,十分适用于本实施例的装置。
开关模块500采用MOS管开关,MOS管开关的输入阻抗高、驱动功率小,使装置的能源消耗少,节能,并且开关速度快,能够快速响应控制模块300,实现加热模块400的快速启动和关闭,从而可提高惯性测量模块200温度控制的时效性,另外,MOS管开关无二次击穿,其损坏率大幅度的降低,提高了装置的耐用程度,此外,MOS管开关在导通后其导通特性呈纯阻性,有一个自动电流平衡的作用,保证加热模块400的工作稳定。
具体地,本实施例的MCU微控制模块和惯性测量模块200位于安装板100的同一侧,MOS管开关和加热模块400位于安装板100的另一侧。合理分配MCU微控制模块、惯性测量模块200、MOS管开关和加热模块400在安装板100上的位置,使安装板100的面积小,从而使装置的体积小,整体性更好,同时也更方便安装在云台上。进一步地,MCU微控制模块与MOS管开关位于同一直线上,惯性测量模块200和加热模块400位于同一直线上,使MCU微控制模块和加热模块400位于安装板100的两端,让MCU微控制模块和加热模块400的距离较远,减少MCU微控制模块受加热模块400的影响,避免高温影响MCU微控制模块的工作。
本实施例的其他部分与实施例一相同,此处不再赘述。
实施例三
本实施例与实施例二的区别在于,在实施例二的基础上,本实施例对控制模块300、加热模块400、安装板100以及控制模块300与惯性测量模块200的连接作进一步的说明。
在本实施例中,控制模块300包括通信单元310和PID控制器320,通信单元310、PID控制器320和MOS管开关依次连接,通信单元310与温度测量单元210连接。通信单元310用于通信,接收航空器的总控制,具体接收航空器设定的惯性测量模块200工作的目标温度值,然后将接收到的目标温度值和温度测量单元210通过PID控制器320进行比较,得出差别,然后把这个差别用于计算新的输入值,让系统的数据达到或者保持在参考值,PID控制器320可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值,这样可以使系统更加准确,更加稳定。本实施例的通信单元310获取目标温度值后,通过PID控制器320运行PID控制算法,输出控制MOS管开关的开关时间。
进一步地,本实施例的控制模块300还包括PWM输出电路330,PID控制器320通过PWM输出电路330与MOS管开关连接。PWM输出电路330使从控制模块300到MOS管开关的信号都是数字形式的,无需进行数模转换,让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小,抗噪性能强,而且经济、节约空间。通信单元310、PID控制器320和PWM输出电路330是集成在MCU微控制模块上的。
另外,本实施例的加热模块400为功率电阻,当加热模块400通电时,加热模块400即发热。此外,安装板100为PCB板,可将装置的各线路印制在安装板100上,使装置更加简约,方便使用。
在本实施例中,控制模块300通过SPI总线或I2C总线与惯性测量模块200连接,以获取温度测量单元210的温度信息。
因此,通信单元310获取用户设定的目标温度值后,控制模块300通过SPI总线或I2C总线获取惯性测量模块200的温度测量单元210测得的温度值,通过PID控制器320运行PID温度控制算法,通过PWM输出电路330输出PWM信号来控制MOS管开关的开关时间,加热模块400导通后发热,产生的热量通过安装板100传导给惯性测量模块200,最终实现惯性测量模块200的恒温控制功能。
本实施例的其他部分与实施例二相同,此处不再赘述。
综上,本实用新型实施例提供一种三轴机械云台的惯性测量装置,其通过惯性测量模块200的温度测量单元210监测惯性测量模块200的温度,控制模块300获取惯性测量模块200的温度,当惯性测量模块200的温度低于目标温度值,控制模块300控制加热模块400启动,使惯性测量模块200所处的环境温度升高,让惯性测量模块200升温,当惯性测量模块200的温度高于目标温度值,控制模块300控制加热模块400关闭,使惯性测量模块200所处的环境温度降低,让惯性测量模块200降温,从而使惯性测量模块200工作在相对稳定的温度状态下,实现惯性测量模块200的恒温控制功能,防止惯性测量模块200受温度影响而导致零偏变化,从而保证云台拍摄器的拍摄效果。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种三轴机械云台的惯性测量装置,其特征在于,包括安装板(100)、惯性测量模块(200)、控制模块(300)和加热模块(400),所述惯性测量模块(200)、所述控制模块(300)和所述加热模块(400)均设置于所述安装板(100)上,所述控制模块(300)与所述加热模块(400)连接,所述控制模块(300)用于控制所述加热模块(400)工作,所述惯性测量模块(200)具有温度测量单元(210),所述温度测量单元(210)与所述控制模块(300)通信连接。
2.根据权利要求1所述的三轴机械云台的惯性测量装置,其特征在于,所述惯性测量模块(200)和所述加热模块(400)分别安装于所述安装板(100)的两侧。
3.根据权利要求1所述的三轴机械云台的惯性测量装置,其特征在于,还包括开关模块(500),所述控制模块(300)、所述开关模块(500)和所述加热模块(400)依次电连接,所述控制模块(300)通过控制所述开关模块(500)的通断来控制所述加热模块(400)的工作与否。
4.根据权利要求3所述的三轴机械云台的惯性测量装置,其特征在于,所述控制模块(300)为MCU微控制模块(300),所述开关模块(500)为MOS管开关,所述MCU微控制模块(300)的IO端口与所述MOS管开关连接,使所述MCU微控制模块(300)通过其IO端口控制所述MOS管开关来控制所述加热模块(400)的供电、断电。
5.根据权利要求4所述的三轴机械云台的惯性测量装置,其特征在于,所述MCU微控制模块(300)和所述惯性测量模块(200)位于所述安装板(100)的同一侧,所述MOS管开关和所述加热模块(400)位于所述安装板(100)的另一侧。
6.根据权利要求4所述的三轴机械云台的惯性测量装置,其特征在于,所述控制模块(300)包括通信单元(310)和PID控制器(320),所述通信单元(310)、所述PID控制器(320)和所述MOS管开关依次连接,所述通信单元(310)与所述温度测量单元(210)连接。
7.根据权利要求6所述的三轴机械云台的惯性测量装置,其特征在于,所述控制模块(300)还包括PWM输出电路(330),所述PID控制器(320)通过所述PWM输出电路(330)与所述MOS管开关连接。
8.根据权利要求1至7任一项所述的三轴机械云台的惯性测量装置,其特征在于,所述加热模块(400)为功率电阻。
9.根据权利要求1所述的三轴机械云台的惯性测量装置,其特征在于,所述安装板(100)为PCB板。
10.根据权利要求1所述的三轴机械云台的惯性测量装置,其特征在于,所述控制模块(300)通过SPI总线或I2C总线与所述惯性测量模块(200)连接,以获取所述温度测量单元(210)的温度信息。
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