專利名稱：無人機球形吊掛式二自由度云臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是用于無人機航空拍攝、偵察和搜索等用途的球形吊掛式二自由度云臺，能
夠有效地消除機身傳遞到云臺的震動，同時還能平穩(wěn)、精確地操縱云臺上的攝像機進行偏航和俯仰偏轉，使攝像機獲得良好的視覺信號。主要應用在航空航天、機器人等技術領域。
背景技術：
云臺是無人機的一個關鍵任務負載，主要用于搭載攝像機從空中獲得光學影像。然而，無人機嚴重的震動會使攝像機圖像難以穩(wěn)定。此外，高速無人機如固定翼飛機搭載的云臺由于強烈的氣流吹襲，會使攝像機的震動加劇。傳統(tǒng)的無人機云臺通常將攝像機直接固定在攝像機平臺上。采用這種安裝形式的減震效果差，飛行中阻力大，攝像機晃動嚴重。本發(fā)明通過設計了球形攝像機平臺，用海綿等柔性材料將攝像機包裹在球形攝像機平臺內，顯著減小空氣阻力并削減抖動。此外，通過支撐框架將云臺整體懸掛在4個空氣阻尼減震器上，使得攝像機的震動得到進一步衰減。因此，與傳統(tǒng)云臺相比，本發(fā)明云臺不僅具有很高的整體剛度和減震效果，還具有較好的氣流穩(wěn)定性，此外還具有結構簡單，安裝容易，重量輕的優(yōu)點，適合無人機尤其是固定翼無人機搭載使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于無人機航空拍攝、偵察和搜索用的球形吊掛式二自由度云臺。 本發(fā)明的特征在于，含有，支撐框架，球形攝像機平臺，攝像機，空氣阻尼減震器，航向偏轉機構和俯仰偏轉機構，其中，支撐框架設計成U形構件，用于將整個云臺懸掛在空氣阻尼減震器上，以衰減攝像機的震動；球形攝像機平臺用柔性材料包裹攝像機，以進一步衰減攝像機的震動；俯仰偏轉機構和航向偏轉機構分別采用舵機直接驅動和同步齒形帶驅動的形式，用來操縱攝像機作航向和俯仰偏轉；其中 為了有效消除攝像機的震動，攝像機平臺被設計成空心球形結構，通過海綿等柔性材料將攝像機包裹在其中。為保證云臺的強度和減震效果，用金屬型材設計了 u形支撐框架，通過4個外伸的支撐臂連接4個空氣阻尼減震器，使整個云臺被懸掛在空氣阻尼減震器上。為了減輕重量，U形支撐框架上開了減輕孔。 本發(fā)明的優(yōu)點在于，攝像機被柔性材料包裹，不存在硬連接，同時整個云臺被懸掛于空氣阻尼減震器上。因此，在球形攝像機平臺和支撐框架上分別采用了柔性材料和空氣阻尼減震器進行兩級減震，故本發(fā)明既能有效衰減機身傳遞到攝像機的震動，又能有效削弱攝像機的自身晃動。此外，本發(fā)明還有結構簡單，安裝容易和重量輕的優(yōu)點，適合無人機尤其是固定翼無人機使用。


圖1是無人機球形吊掛式二自由度云臺三視圖和斜視圖。
圖1中，l.支撐框架，2.球形攝像機平臺，3.攝像機，4.俯仰偏轉機構，5.航向偏轉機構，6.空氣阻尼減震器。
具體實施例方式
無人機球形吊掛式二自由度云臺由支撐框架(l)，球形攝像機平臺(2)，攝像機(3)，俯仰偏轉機構(4)，航向偏轉機構(5)和空氣阻尼減震器(6)組成。
整體連接方式為攝像機(3)通過俯仰偏轉機構(4)與球形攝像機平臺(2)連接，球形攝像機平臺(2)通過航向偏轉機構(5)與支撐框架(1)連接，支撐框架(1)懸掛在4個空氣阻尼減震器(6)上，4個空氣阻尼減震器(6)與機身連接。 其中，支撐框架(1)設計成U形構件。支撐框架(1)與4個空氣阻尼減震器(5)連接，可以有效地衰減云臺的震動。球形攝像機平臺(2)用海綿柔性材料包裹攝像機(3)。支撐框架(1)和球形攝像機平臺(2)通過航向偏轉機構(5)連接，球形攝像機平臺(2)可以在舵機和同步齒形帶的驅動下，繞航向軸靈活轉動。球形攝像機平臺(2)通過俯仰偏轉機構(4)與航向偏轉機構(5)連接，球形攝像機平臺(2)可以在舵機的直接驅動下，繞俯仰軸靈活轉動。 俯仰偏轉機構(4)和航向偏轉機構(5)分別采用舵機直接驅動和同步齒形帶驅動的形式，可以獲得較高的傳動平穩(wěn)性和偏轉精度。
權利要求
無人機球形吊掛式二自由度云臺，其特征在于，含有支撐框架，球形攝像機平臺，攝像機，俯仰偏轉機構，航向偏轉機構和空氣阻尼減震器，其中，支撐框架設計成U形構件，用于將整個云臺懸掛在空氣阻尼減震器上，以有效衰減攝像機的震動；球形攝像機平臺用柔性材料包裹攝像機；整個云臺由球形攝像機平臺內的柔性材料和支撐框架下的空氣阻尼減震器構成兩級減震；俯仰偏轉機構和航向偏轉機構分別采用舵機直接驅動和同步齒形帶驅動的形式，用來操縱攝像機作航向和俯仰偏轉。
全文摘要
無人機球形吊掛式二自由度云臺屬于無人機機載設備領域，其特征在于，含有支撐框架，球形攝像機平臺，攝像機，俯仰偏轉機構，航向偏轉機構和空氣阻尼減震器，其中，支撐框架設計成U形構件，球形攝像機平臺用于包裹攝像機，航向偏轉機構和俯仰偏轉機構用來操縱攝像機作航向和俯仰偏轉，支撐框架用于將整個云臺懸掛在空氣阻尼減震器上，以有效衰減攝像機的震動。本發(fā)明同時考慮了減震、強度、重量和安裝，無人機云臺可以作偏航和俯仰二自由度偏轉，并具有良好的減震效果。
文檔編號B64D47/08GK101774431SQ20101010060
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權日2010年1月22日
發(fā)明者朱紀洪, 王冠林, 謝剛 申請人:清華大學