CN109606718A - 一种三轴稳定云台及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三轴稳定云台及无人机，涉及无人机领域。该三轴稳定云台包括固定支架、外框、内框、俯仰驱动组件、滚转驱动组件及偏航驱动组件。固定支架与固定翼无人机的机身固定连接；外框与固定支架固定连接；内框设置于外框内，且与外框相连；俯仰驱动组件设置于外框，且用于带动内框完成俯仰方向的转动；滚转驱动组件设置于外框，且用于带动外框完成滚转方向的转动；偏航驱动组件设置于内框，偏航驱动组件上设有设备平台，设备平台与内框活动连接，且用于安装设备，偏航驱动组件用于带动设备平台在偏航方向的转动。该云台适用于小型固定翼无人机，可在不改变飞机使用方式和使用性能的前提下，拍摄输出稳定的且不随飞机姿态抖动的图像。

Description

一种三轴稳定云台及无人机

技术领域

本发明涉及无人机领域，具体而言，涉及一种三轴稳定云台及无人机。

背景技术

近年来无人机技术在航拍测绘等领域取得了越来越广泛的应用，在执行拍摄任务时无人机获得的图像质量就成为了非常重要的任务需求，除了对图像清晰度，图像分辨率有一定要求以外，对输出图像的稳定要求也越来越高。然而无人机在飞行过程中必然会出现由于航向偏转造成的机体姿态的倾斜，此外飞机的升或下降的同时也会导致机体抬头或低头。飞机中的这种姿态变化，是随机的，大多伴随着机体的抖动，其幅度和频率也是事先不可预知的。

为了获得更好的图像效果，在机体上安装一种能为摄像头提供增稳技术的稳像云台是常用的做法。目前现有的无人机载稳像云台大多采用外挂式相机稳定云台，将云台挂载在机腹下面。这种挂载方案已经广泛应用于多旋翼无人机、无人直升机等飞行平台，部分中大型固定翼无人机也采用这种方案。

这种稳像方式在大部分无人机应用背景下具有较好的应用效果。但对于小型固定翼无人机，外挂式相机稳定云台的使用受到了很大限制。一方面，受使用场地制约，小型固定翼常使用机腹滑行的降落方式，这种方式要求机腹直接触底，无法外挂云台；另一方面，这种方案对飞机的气动外形影响较大，由云台产生的阻力会很大程度上影响飞行速度和航程。因此，针对小型固定翼无人机，设计一种内置式相机稳定云台，即能起和外挂式云台相同的稳像效果，又不改变无人机已有的使用方式，不降低飞机原有的技术性能指标，十分必要。

基于此，做出本申请案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三轴稳定云台，该三轴稳定云台适用于小型固定翼无人机，可在不改变飞机使用方式和使用性能的前提下，拍摄输出稳定的且不随飞机姿态抖动的图像。

本发明的另一目的在于提供一种无人机，该无人机包括上述的三轴稳定云台。因此，该无人机可在不改变飞机使用方式和使用性能的前提下，拍摄输出稳定的且不随飞机姿态抖动的图像。

本发明的实施例是这样实现的：

一种三轴稳定云台，用于小型固定翼无人机，包括：

固定支架，固定支架与固定翼无人机的机身固定连接；

外框，外框与固定支架固定连接；

内框，设置于外框内，且与外框相连；

俯仰驱动组件，设置于外框，且用于带动内框完成俯仰方向的转动；

滚转驱动组件，设置于外框，且用于带动外框完成滚转方向的转动；

偏航驱动组件，设置于内框，偏航驱动组件上设有设备平台，设备平台与内框活动连接，且用于安装设备，偏航驱动组件用于带动设备平台在偏航方向的转动。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，俯仰驱动组件包括俯仰舵机、第一俯仰同步带轮、第二俯仰同步带轮、第一转轴以及第一轴承；

其中，第一俯仰同步带轮通过螺丝与第一转轴以及内框固定连接，第二俯仰同步带轮与俯仰舵机固定连接，俯仰舵机通过螺丝与外框固定连接，第一俯仰同步带轮和第二俯仰同步带轮被配置为同步带动内框完成俯仰方向的转动。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，第一转轴和第一轴承的数量均为两个，且在第一俯仰同步带轮的两侧，两个第一转轴和两个第一轴承对称设置。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，滚转驱动组件包括滚转舵机、第一滚转同步带轮、第二滚转同步带轮、第二转轴以及第二轴承；

其中，第一滚转同步带轮通过第二转轴和第二轴承与外框转动连接，第二滚转同步带轮与滚转舵机固定连接，滚转舵机通过螺丝与外框固定连接，第一滚转同步带轮和第二滚转同步带轮被配置为同步转动带动外框完成滚转方向的转动。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，内框通过第三转轴和第三轴承与外框连接，第三转轴和第三轴承的数量均为两个，且分别位于内框与外框相交的两侧。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，偏航驱动组件包括偏航舵机、第一偏航同步带轮以及第二偏航同步带轮；

其中，设备平台为第一偏航同步带轮，第一偏航同步带轮上设有螺纹孔，螺纹孔用于安装设备，第一偏航同步带与内框滚动连接，第二偏航同步带轮与偏航舵机固定连接，偏航舵机通过螺钉与内框固定连接，第二偏航同步带轮被配置为带动设备平台在偏航方向的转动。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，偏航驱动组件还包括设置于偏航舵机两侧的两个垫块。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，第一偏航同步带设置于内框内，且通过滚动组件与内框滚动连接，滚动组件用于使得第一偏航同步带具有偏航方向上的自由度，以使得设备平台在第二偏航同步带的带动下实现偏航方向的转动。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，滚动组件包括位于第一偏航同步带两端的两套滚动件，每套滚动件均包括多个呈圆形阵列设置的滚珠、滚珠架以及滚珠滑轨，滚珠安装于滚珠架内，且与滚珠滑轨滚动连接，滚珠滑轨与第一偏航同步带固定连接。

一种无人机，包括上述的三轴稳定云台。

本发明的实施例至少具备以下优点或有益效果：

本发明的实施例提供了一种三轴稳定云台，该三轴稳定云台用于小型固定翼无人机。该三轴稳定云台包括固定支架、外框、内框、俯仰驱动组件、滚转驱动组件以及偏航驱动组件。其中，固定支架与固定翼无人机的机身固定连接；外框与固定支架固定连接；内框设置于外框内，且与外框相连；俯仰驱动组件设置于外框，且用于带动内框完成俯仰方向的转动；滚转驱动组件设置于外框，且用于带动外框完成滚转方向的转动；偏航驱动组件设置于内框，偏航驱动组件上设有设备平台，设备平台与内框活动连接，且用于安装设备，偏航驱动组件用于带动设备平台在偏航方向的转动。通过俯仰驱动组件、偏航驱动组件以及滚转驱动组件的设置，使得该三轴稳定云台可以实现滚转、俯仰、偏航三个方向的自由转动，通过三个方向的舵机便能够有效地完成对设备姿态的矫正，使拍摄设备获得更稳定的图像；平台结构有效地节约了机身内的空间，便于安装。同时，将设备平台置于稳定云台的结构中心，较好地节约了空间，使设备能够安装在无人机机身内，规避了外挂式云台的种种不便。

本发明的实施例还提供一种无人机，该无人机包括上述的三轴稳定云台。因此，该无人机可在不改变飞机使用方式和使用性能的前提下，拍摄输出稳定的且不随飞机姿态抖动的图像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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为本发明的实施例提供的三轴稳定云台的结构示意图；

图2为本发明的实施例提供的三轴稳定云台的局部***示意图一；

图3为本发明的实施例提供的三轴稳定云台的局部***示意图二；

图4为本发明的实施例提供的三轴稳定云台的局部***示意图三。

图标：100-三轴稳定云台；101-固定支架；103-外框；105-内框；107-俯仰驱动组件；109-滚转驱动组件；111-偏航驱动组件；113-设备平台；115-俯仰舵机；117-第一俯仰同步带轮；119-第二俯仰同步带轮；121-第一转轴；123-第一轴承；125-滚转舵机；127-第一滚转同步带轮；129-第二滚转同步带轮；131-第二转轴；133-第二轴承；135-轴承端盖；137-偏航舵机；139-第二偏航同步带轮；141-垫块；143-滚动件；145-滚珠；147-滚珠架；149-滚珠滑轨。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

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。

在本发明实施例的描述中，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，或者是该发明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发明和简化描述，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发明的限制。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。

在本发明实施例的描述中，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发明中的具体含义。

在本发明中，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。

图1为本实施例提供的三轴稳定云台100的结构示意图；图2为本实施例提供的三轴稳定云台100的局部***示意图一；图3为本实施例提供的三轴稳定云台100的局部***示意图二；图4为本实施例提供的三轴稳定云台100的局部***示意图三。请参阅图1至图4，本实施例提供了一种三轴稳定云台100。该三轴稳定云台100用于小型固定翼无人机。该三轴稳定云台100包括：固定支架101、外框103、内框105、俯仰驱动组件107、滚转驱动组件109以及偏航驱动组件111。

详细地，请再次参阅图1至图4，在本实施例中，固定支架101与固定翼无人机的机身固定连接。外框103与固定支架101固定连接；内框105设置于外框103内，且与外框103相连；俯仰驱动组件107设置于外框103，且用于带动内框105完成俯仰方向的转动；滚转驱动组件109设置于外框103，且用于带动外框103完成滚转方向的转动；偏航驱动组件111设置于内框105，偏航驱动组件111上设有设备平台113，设备平台113与内框105活动连接，且用于安装设备，偏航驱动组件111用于带动设备平台113在偏航方向的转动。通过俯仰驱动组件107、偏航驱动组件111以及滚转驱动组件109的设置，使得该三轴稳定云台100可以实现滚转、俯仰、偏航三个方向的自由转动，通过三个方向的舵机便能够有效地完成对设备姿态的矫正，使拍摄设备获得更稳定的图像；平台结构有效地节约了机身内的空间，便于安装。同时，将设备平台113置于稳定云台的结构中心，较好地节约了空间，使设备能够安装在无人机机身内，规避了外挂式云台的种种不便。

具体地，请再次参阅图1至图4，在本实施例中，俯仰驱动组件107包括俯仰舵机115、第一俯仰同步带轮117、第二俯仰同步带轮119、第一转轴121以及第一轴承123；其中，第一俯仰同步带轮117通过螺丝与第一转轴121以及内框105固定连接，第二俯仰同步带轮119与俯仰舵机115固定连接，俯仰舵机115通过螺丝与外框103固定连接，第一俯仰同步带轮117和第二俯仰同步带轮119被配置为同步带动内框105完成俯仰方向的转动。因此，通过俯仰驱动组件107的设置，使得内框105可完成俯仰方向的转动，从而使得该三轴稳定云台100可以实现俯仰方向的自由转动。

作为优选的方案，在本实施例中，第一转轴121和第一轴承123的数量均为两个，且在第一俯仰同步带轮117的两侧，两个第一转轴121和两个第一轴承123对称设置。同步带轮的对称方向均安装有转轴及轴承，可以保持平台转动平衡。

具体地，请再次参阅图1至图4，滚转驱动组件109包括滚转舵机125、第一滚转同步带轮127、第二滚转同步带轮129、第二转轴131以及第二轴承133。第二轴承133通过轴承端盖135限位，其中，第一滚转同步带轮127通过第二转轴131和第二轴承133与外框103转动连接，第二滚转同步带轮129与滚转舵机125固定连接，滚转舵机125通过螺丝与外框103固定连接，第一滚转同步带轮127和第二滚转同步带轮129被配置为同步转动带动外框103完成滚转方向的转动。因此，通过滚转驱动组件109的设置，使得内框105可完成滚转方向的转动，从而使得该三轴稳定云台100可以实现滚转方向的自由转动。

具体地，请再次参阅图1至图4，在本实施例中，内框105通过第三转轴和第三轴承与外框103连接，第三转轴和第三轴承的数量均为两个，且分别位于内框105与外框103相交的两侧。

具体地，请再次参阅图1至图4，在本实施例中，偏航驱动组件111包括偏航舵机137、第一偏航同步带轮以及第二偏航同步带轮139；其中，设备平台113为第一偏航同步带轮，第一偏航同步带轮上设有螺纹孔，螺纹孔用于安装设备，第一偏航同步带与内框105滚动连接，第二偏航同步带轮139与偏航舵机137固定连接，偏航舵机137通过螺钉与内框105固定连接，第二偏航同步带轮139被配置为带动设备平台113在偏航方向的转动。因此，通过偏航驱动组件111的设置，使得内框105可完成偏航方向的转动，从而使得该三轴稳定云台100可以实现偏航方向的自由转动。

作为优选的方案，在本实施例中，偏航驱动组件111还包括设置于偏航舵机137两侧的两个垫块141。垫块141可以减小干涉。

进一步优选地，在本实施例中，第一偏航同步带设置于内框105内，且通过滚动组件与内框105滚动连接，滚动组件用于使得第一偏航同步带具有偏航方向上的自由度，以使得设备平台113在第二偏航同步带的带动下实现偏航方向的转动。

其中，滚动组件包括位于第一偏航同步带两端的两套滚动件143，每套滚动件143均包括多个呈圆形阵列设置的滚珠145、滚珠架147以及滚珠滑轨149，滚珠145安装于滚珠架147内，且与滚珠滑轨149滚动连接，滚珠滑轨149与第一偏航同步带固定连接。第二偏航同步带轮139通过滚珠145完成与内框105之间的自由转动。通过滚珠145使其拥有在偏航方向的自由度。

本发明的实施例还提供了一种无人机，包括上述的三轴稳定云台100。因此，该无人机可在不改变飞机使用方式和使用性能的前提下，拍摄输出稳定的且不随飞机姿态抖动的图像。

综上所述，本发明的实施例提供的三轴稳定云台100，适用于小型固定翼无人机，可在不改变飞机使用方式和使用性能的前提下，拍摄输出稳定的且不随飞机姿态抖动的图像。

本发明的实施例提供的无人机，包括上述的三轴稳定云台100。因此，该无人机可在不改变飞机使用方式和使用性能的前提下，拍摄输出稳定的且不随飞机姿态抖动的图像。

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

Claims (10)

1.一种三轴稳定云台，用于小型固定翼无人机，其特征在于，包括：

固定支架，所述固定支架与所述固定翼无人机的机身固定连接；

外框，所述外框与所述固定支架固定连接；

内框，设置于所述外框内，且与所述外框相连；

俯仰驱动组件，设置于所述外框，且用于带动所述内框完成俯仰方向的转动；

滚转驱动组件，设置于所述外框，且用于带动所述外框完成滚转方向的转动；

偏航驱动组件，设置于所述内框，所述偏航驱动组件上设有设备平台，所述设备平台与所述内框活动连接，且用于安装设备，所述偏航驱动组件用于带动所述设备平台在偏航方向的转动。

2.根据权利要求1所述的三轴稳定云台，其特征在于：

所述俯仰驱动组件包括俯仰舵机、第一俯仰同步带轮、第二俯仰同步带轮、第一转轴以及第一轴承；

其中，所述第一俯仰同步带轮通过螺丝与所述第一转轴以及所述内框固定连接，所述第二俯仰同步带轮与所述俯仰舵机固定连接，所述俯仰舵机通过螺丝与所述外框固定连接，所述第一俯仰同步带轮和所述第二俯仰同步带轮被配置为同步带动所述内框完成俯仰方向的转动。

3.根据权利要求2所述的三轴稳定云台，其特征在于：

所述第一转轴和所述第一轴承的数量均为两个，且在所述第一俯仰同步带轮的两侧，两个所述第一转轴和两个所述第一轴承对称设置。

4.根据权利要求1所述的三轴稳定云台，其特征在于：

所述滚转驱动组件包括滚转舵机、第一滚转同步带轮、第二滚转同步带轮、第二转轴以及第二轴承；

其中，所述第一滚转同步带轮通过所述第二转轴和所述第二轴承与所述外框转动连接，所述第二滚转同步带轮与所述滚转舵机固定连接，所述滚转舵机通过螺丝与所述外框固定连接，所述第一滚转同步带轮和所述第二滚转同步带轮被配置为同步转动带动所述外框完成滚转方向的转动。

5.根据权利要求1所述的三轴稳定云台，其特征在于：

所述内框通过第三转轴和第三轴承与所述外框连接，所述第三转轴和所述第三轴承的数量均为两个，且分别位于所述内框与所述外框相交的两侧。

6.根据权利要求1所述的三轴稳定云台，其特征在于：

所述偏航驱动组件包括偏航舵机、第一偏航同步带轮以及第二偏航同步带轮；

其中，所述设备平台为所述第一偏航同步带轮，所述第一偏航同步带轮上设有螺纹孔，所述螺纹孔用于安装所述设备，所述第一偏航同步带与所述内框滚动连接，所述第二偏航同步带轮与所述偏航舵机固定连接，所述偏航舵机通过螺钉与所述内框固定连接，所述第二偏航同步带轮被配置为带动所述设备平台在偏航方向的转动。

7.根据权利要求6所述的三轴稳定云台，其特征在于：

所述偏航驱动组件还包括设置于所述偏航舵机两侧的两个垫块。

8.根据权利要求6所述的三轴稳定云台，其特征在于：

所述第一偏航同步带设置于所述内框内，且通过滚动组件与所述内框滚动连接，所述滚动组件用于使得所述第一偏航同步带具有偏航方向上的自由度，以使得所述设备平台在所述第二偏航同步带的带动下实现偏航方向的转动。

9.根据权利要求8所述的三轴稳定云台，其特征在于：

所述滚动组件包括位于所述第一偏航同步带两端的两套滚动件，每套所述滚动件均包括多个呈圆形阵列设置的滚珠、滚珠架以及滚珠滑轨，所述滚珠安装于所述滚珠架内，且与所述滚珠滑轨滚动连接，所述滚珠滑轨与所述第一偏航同步带固定连接。

10.一种无人机，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的三轴稳定云台。