CN108146645A - 一种imu机构及无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种IMU机构及无人机。IMU机构包括IMU模块、支架、减震组件和底座；IMU模块安装在支架上；减震组件包括震动检测转换器件和压电件，震动检测转换器件和压电件均安装在底座上，且压电件与支架相连接；震动检测转换器件被设置为用于检测底座的震动，并将检测到的震动转换为电信号，以使得压电件产生机械变形过滤底座的震动。压电件可通过机械变形过滤底座的震动，有效消除IMU模块受到震动的影响，从而保证了IMU模块的检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及惯性测量单元领域，更具体地，涉及一种IMU机构及无人机。
背景技术
IMU(Inertial measurement unit，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。通过IMU测得的姿态数据推算可进行姿态位移的精密调整。
IMU主要应用于需要进行运动控制的设备，如汽车和机器人上，也被应用于需要用姿态进行精密位移推算的场合，如潜艇、飞机、导弹和航天器的惯性导航设备等。
IMU容易因外界震动影响而导致测量的数据出现偏差，因此需要对IMU进行减震操作。现有的IMU减震方式主要包括两种，一种是通过软质材料的包覆对IMU进行缓冲减震，另一种是在IMU的支架上加装减震球实现减震。前一种减震方式易因与IMU之间的干涉而影响到IMU的正常工作。后一种减震方式占用空间较大。
以无人机为例，无人机的电机高速旋转时，电机的震动传递到无人机的IMU，直接影响到无人机的姿态调整。若在无人机的IMU外包覆软质材料，则IMU与软质材料相干涉时IMU无法正常工作。若在无人机的IMU的安装支架上设置减震球，则IMU需求的安装空间较大。
因此，亟需提供一种IMU结构，以改善现有技术中的至少一个问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种IMU结构的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种IMU结构。
该IMU结构包括IMU模块、支架、减震组件和底座；其中，
所述IMU模块安装在所述支架上；
所述减震组件包括震动检测转换器件和压电件，所述震动检测转换器件和所述压电件均安装在所述底座上，且所述压电件与所述支架相连接；
所述震动检测转换器件被设置为用于检测所述底座的震动，并将检测到的震动转换为电信号，以使得所述压电件产生机械变形过滤所述底座的震动。
可选地，所述支架上设有IMU模块安装腔，所述IMU模块位于所述IMU模块安装腔内；
所述IMU机构还包括第一环氧胶块，所述第一环氧胶块覆盖在所述IMU模块的表面上，以使得所述IMU模块固定在所述支架内。
可选地，所述减震组件还包括弹性缓冲件；
所述弹性缓冲件的两端分别与所述支架和所述压电件相连接。
可选地，所述弹性缓冲件为泡棉材质。
可选地，所述弹性缓冲件具有圆柱形形状；
所述弹性缓冲件的一个底面与所述支架的表面胶粘连接，所述弹性缓冲件的另一个底面与所述压电件胶粘连接。
可选地，所述震动检测转换器件包括振动传感器；
所述底座上设有振动传感器腔，所述振动传感器位于所述振动传感器腔内；
所述减震组件还包括第二环氧胶块，所述第二环氧胶块覆盖在所述振动传感器上，以使得所述振动传感器固定在所述底座内。
可选地，所述压电件为片状结构，所述底座上设有压电件腔，所述压电件固定在所述压电腔内。
可选地，所述振动传感器腔和所述压电件腔相连通，且所述压电件腔位于所述振动传感器腔和所述支架之间。
可选地，所述支架在所述压电件所在平面上的投影面积小于所述压电件的表面积。
根据本发明的第二方面，提供了一种无人机。
该无人机包括本发明的IMU机构；
所述IMU机构通过所述底座安装在所述无人机内。
根据本公开的一个实施例，IMU机构的压电件可通过机械变形过滤底座的震动，实现了IMU机构的主动减震，有效消除IMU模块受到震动的影响，从而保证了IMU模块的检测精度。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1为本公开IMU机构实施例的结构示意图。
图2为本公开IMU机构实施例的剖示图。
图3为本公开IMU机构实施例的***图。
图中标示如下：
IMU模块-1，支架-2，IMU模块安装腔-20，减震组件-3，震动检测转换器件-31，振动传感器-310，压电件-32，弹性缓冲件-33，第二环氧胶块-34，固定件-35，底座-4，振动传感器腔-41，压电件腔-42，第一环氧胶块-5。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
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讨论。
如图1至图3所示，本公开的IMU机构包括IMU模块1、支架2、减震组件3和底座4。IMU模块1通常可包括加速度计和陀螺仪等。支架2的形状可根据实际需求设置，例如，支架2具有框架式结构或腔式结构等。底座4可用于将IMU机构安装至相关设备上，例如汽车、机器人和无人机等。
IMU模块1安装在支架2上。IMU模块1可通过胶粘或卡固等方式安装在支架2上。
减震组件3包括震动检测转换器件31和压电件32。震动检测转换器件31是指可检测震动，并将检测到的震动转换为电信号的器件。震动检测转换器件31和压电件32均安装在底座4上，且压电件32与支架2相连接。震动检测转换器件31和压电件32均可通过胶粘或卡固等方式安装在底座4上。压电件32与支架2之间的连接可通过焊接或胶粘等方式实现。
震动检测转换器件31可检测底座4的震动，并将检测到的震动转换为电信号，以使得压电件32产生机械变形过滤底座4的震动。压电件32产生的机械变形过滤或削弱底座4的震动，有效降低或消除与压电件32连接在一起的支架2受到震动的影响，从而保证了支架2上安装的IMU模块1的检测精度。
震动检测转换器件31可为单一的功能器件，或者由多个零部件构成。例如，震动检测转换器件31可包括震动检测传感器和控制元件，震动检测传感器可例如为振动传感器或IMU模块等。震动检测传感器可检测震动，控制元件可将震动检测传感器检测到的震动转换电信号，该电信号使得压电件32产生可过滤底座4的振动的机械变形。又例如，震动检测转换器件31为单一的传感器，该传感器可将检测到的震动直接转换为可使得压电件32产生机械变形的电信号。压电件32是指由压电材料制成的结构件，压电件32可具有片状或块状的结构。具体实施时，可将震动检测转换器件31的电信号直接输送至压电件32，或者可将压电件32暴露在震动检测转换器件31的电信号形成的电场下，从而使得压电件32产生机械变形。
当外界的震动传递至底座4时，震动检测转换器件31将检测到的震动转换为电信号，压电件32在该电信号的作用下产生机械变形。压电件32产生的机械变形过滤底座4的震动，实现了IMU机构的主动减震，有效消除IMU模块1受到震动的影响，从而保证了IMU模块1的检测精度。根据底座4的震动的不同，本发明的减震组件3可主动地对底座4的震动作出相应的调整，达到主动减震的效果。
可选地，IMU机构还包括第一环氧胶块5。支架2上设有IMU模块安装腔21，IMU模块1位于IMU模块安装腔21内。第一环氧胶块5覆盖在IMU模块1的表面上，以使得IMU模块1固定在支架21内。通常，IMU模块安装腔21的形状与IMU模块1的测量部位的形状相匹配。第一环氧胶块5可通过胶枪直接向IMU模块安装腔21注环氧胶形成，并且第一环氧胶块5可设置为将IMU模块安装腔21填满，使得第一环氧胶块5的顶面与支架2上的IMU模块安装腔21的周边表面相齐平。第一环氧胶块5可起到胶粘的作用。此外，第一环氧胶块5还可起到保持IMU模块1的温度，减缓IMU模块1的温度变化速度，使得IMU模块1的性能更稳定，测量更准确。
可选地，减震组件3还包括弹性缓冲件33。弹性缓冲件33的两端分别与支架2和压电件32相连接。通过弹性缓冲件33将支架2和压电件32连接在一起有利于更有效地过滤或削弱自底座4传递过来的震动。弹性缓冲件33可为泡棉或硅胶材质等。这样，减震组件3可根据底座4的震动的不同主动地对底座4的震动作出相应的调整，弹性缓冲件33可被动地过滤或削弱底座4传递的震动，达到主动减震和被动减震相结合减震的效果。
进一步地，弹性缓冲件33为泡棉材质。泡棉材质的弹性缓冲件33的硬度调整范围较大。
更进一步地，弹性缓冲件33具有圆柱形形状。弹性缓冲件33的一个底面与支架2的表面胶粘连接，弹性缓冲件33的另一个底面与压电件32胶粘连接。圆柱形形状的弹性缓冲件33减震效果好。
此外，也可在支架2上设置用于放置弹性缓冲件的弹性缓冲件安装腔。弹性缓冲件安装腔可与IMU模块安装腔20相邻，两腔之间由隔板分离。弹性缓冲件33的一个底面与弹性缓冲件安装腔的底壁胶粘连接，且弹性缓冲件33的部分侧面位于弹性缓冲件安装腔内，弹性缓冲件33的另一个底面与压电件32胶粘连接。
可选地，减震组件3还包括第二环氧胶块34。震动检测转换器件31包括振动传感器310。底座4上设有振动传感器腔41，振动传感器310位于振动传感器腔41内。第二环氧胶块34覆盖在振动传感器41上，以使得振动传感器41固定在底座4内。通常，振动传感器腔41的形状与振动传感器310的形状相匹配。第二环氧胶块34可通过胶枪直接向振动传感器腔41注环氧胶形成。第二环氧胶块34可起到胶粘的作用。此外，第二环氧胶块34还有利于保持振动传感器41的温度，使得振动传感器41的测量更准确。
进一步地，压电件32为片状结构。底座4上设有压电件腔42，压电件32固定在压电腔42内。压电件32在压电腔42内的固定可通过多种方式实现，例如，压电件32通过胶粘或螺栓连接等方式固定在压电腔42内。具体实施时，可采用例如为螺栓或环氧胶块的固定件35将压电件32固定在压电腔42内。通常，固定件35可设有多个，并且多个固定件35与压电件32的边缘相接触，以实现压电件32固定的同时不影响到压电件32的机械变形。
更进一步地，振动传感器腔41和压电件腔42相连通，且压电件腔42位于振动传感器腔41和支架2之间。也即是，压电件腔42位于振动传感器腔41的上方并位于支架2的下方，上述上方是指底座4靠近支架2的方向，上述下方是指支架2靠近底座4的方向。这种设置有利于压电件32更高效地过滤震动。术语“上”、“下”仅仅表示了IMU机构各部件之间的相对位置关系，当对IMU机构进行位移、翻转或者颠倒时，这一相对位置关系不会发生变化。
更进一步地，支架2在压电件32所在平面上的投影面积小于压电件32的表面积，以更高效地过滤震动。
下面，以附图中示出的实施例为例，说明本公开的IMU机构：
如图3所示，IMU机构包括IMU模块1、支架2、减震组件3、底座4和第一环氧胶块5。
支架2具有块状结构。支架2的一个表面上设有IMU模块安装腔20，IMU模块1通过注环氧胶形成的第一环氧胶块5固定在IMU模块安装腔20内。
底座4具有振动传感器腔41和压电件腔42，振动传感器腔41和压电件腔42相连通，且压电件腔42相较于振动传感器腔41邻近支架2。
减震组件3包括震动检测转换器件31、压电件32、弹性缓冲件33、第二环氧胶块34和固定件35。震动检测转换器件31包括振动传感器310，振动传感器310通过注环氧胶形成第二环氧胶块34固定在底座4的振动传感器腔41内。压电件32通过注环氧胶形成的固定件35固定在底座4的压电件腔42内。弹性缓冲件33为泡棉材质，且具有圆柱形形状。弹性缓冲件33的一个底面与支架2的表面胶粘连接，弹性缓冲件33的另一个底面与压电件32的表面胶粘连接。
该实施例中的振动传感器310可检测底座4的震动，震动检测转换器件31可将检测到的震动转换为电信号，以使得压电件32产生机械变形过滤底座4的震动。当外界的震动传递至底座4时，振动传感器310检测到震动后由震动检测转换器件31将检测到的震动转换为电信号，压电件32在该电信号的作用下产生机械变形。压电件32产生的机械变形过滤底座4的震动，有效降低或消除与压电件32连接在一起的支架2受到震动的影响，从而保证了支架2上安装的IMU模块1的检测精度。
本发明还公开了一种无人机。
该无人机包括本公开的IMU机构。IMU机构通过底座4安装在无人机内。底座4的安装位置和安装方式可根据无人机的具体结构设计。例如，底座4可与无人机的电池仓和壳体通过螺钉或螺栓固定连接。
本公开的无人机的IMU机构的压电件可通过机械变形过滤自无人机传递至底座4的震动，有效消除IMU模块1受到震动的影响，从而保证了IMU模块1的检测精度。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种IMU机构，其特征在于，包括IMU模块、支架、减震组件和底座；其中，
所述IMU模块安装在所述支架上；
所述减震组件包括震动检测转换器件和压电件，所述震动检测转换器件和所述压电件均安装在所述底座上，且所述压电件与所述支架相连接；
所述震动检测转换器件被设置为用于检测所述底座的震动，并将检测到的震动转换为电信号，以使得所述压电件产生机械变形过滤所述底座的震动。
2.根据权利要求1所述的IMU机构，其特征在于，所述支架上设有IMU模块安装腔，所述IMU模块位于所述IMU模块安装腔内；
所述IMU机构还包括第一环氧胶块,所述第一环氧胶块覆盖在所述IMU模块的表面上，以使得所述IMU模块固定在所述支架内。
3.根据权利要求1所述的IMU机构，其特征在于，所述减震组件还包括弹性缓冲件；
所述弹性缓冲件的两端分别与所述支架和所述压电件相连接。
4.根据权利要求3所述的IMU机构，其特征在于，所述弹性缓冲件为泡棉材质。
5.根据权利要求4所述的IMU机构，其特征在于，所述弹性缓冲件具有圆柱形形状；
所述弹性缓冲件的一个底面与所述支架的表面胶粘连接，所述弹性缓冲件的另一个底面与所述压电件胶粘连接。
6.根据权利要求1至5任一项中所述的IMU机构，其特征在于，所述震动检测转换器件包括振动传感器；
所述底座上设有振动传感器腔，所述振动传感器位于所述振动传感器腔内；
所述减震组件还包括第二环氧胶块，所述第二环氧胶块覆盖在所述振动传感器上，以使得所述振动传感器固定在所述底座内。
7.根据权利要求6所述的IMU机构，其特征在于，所述压电件为片状结构,所述底座上设有压电件腔，所述压电件固定在所述压电腔内。
8.根据权利要求7所述的IMU机构，其特征在于，所述振动传感器腔和所述压电件腔相连通，且所述压电件腔位于所述振动传感器腔和所述支架之间。
9.根据权利要求7所述的IMU机构，其特征在于，所述支架在所述压电件所在平面上的投影面积小于所述压电件的表面积。
10.一种无人机，其特征在于，包括权利要求1至9任一项中所述的IMU机构；
所述IMU机构通过所述底座安装在所述无人机内。
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