RU2762217C1 - Gyro-stabilised payload stabilisation system of an unmanned aerial vehicle - Google Patents
Gyro-stabilised payload stabilisation system of an unmanned aerial vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2762217C1 RU2762217C1 RU2021103026A RU2021103026A RU2762217C1 RU 2762217 C1 RU2762217 C1 RU 2762217C1 RU 2021103026 A RU2021103026 A RU 2021103026A RU 2021103026 A RU2021103026 A RU 2021103026A RU 2762217 C1 RU2762217 C1 RU 2762217C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pitch
- roll
- angle sensor
- motor
- video camera
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
- G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
- G01C21/18—Stabilised platforms, e.g. by gyroscope
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Accessories Of Cameras (AREA)
- Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области авиационных систем, в частности к беспилотным летательным аппаратам для проведения оперативного мониторинга обслуживания транспортной инфраструктуры, охраны объектов, мониторинга территорий, нужд силовых ведомств, поиска людей.The invention relates to the field of aviation systems, in particular to unmanned aerial vehicles for operational monitoring of transport infrastructure maintenance, protection of facilities, monitoring of territories, the needs of law enforcement agencies, people search.
Известно гиростабилизированное оптико-электронное устройство для поисково-спасательных операций с применением вертолета, состоящее из жестко закрепленных на гиростабилизированной платформе объектива, выход которого соединен с блоком распределения светового потока, разделяющего световой поток в три канала: в инфракрасный канал, в видимый канал и в ультрафиолетовый канал, с каждым из которых связан выход блока распределения светового потока, выходы которого соединены с входами блока приема изображений, выход которого соединен с блоком энергонезависимой памяти и с входом пульта оператора с видеопросмотровым устройством, а также биорадиолокатора, выход которого соединен с блоком энергонезависимой памяти и с входом пульта оператора с видеопросмотровым устройством. (Патент РФ №188984, опубл. 06.05.2019).Known gyro-stabilized optoelectronic device for search and rescue operations using a helicopter, consisting of rigidly fixed on a gyro-stabilized platform of the lens, the output of which is connected to a light distribution unit, dividing the light flux into three channels: the infrared channel, the visible channel and the ultraviolet channel, each of which is connected to the output of the luminous flux distribution unit, the outputs of which are connected to the inputs of the image receiving unit, the output of which is connected to the nonvolatile memory unit and to the input of the operator's console with a video viewing device, as well as the bioradar, the output of which is connected to the nonvolatile memory unit and with the input of the operator's console with a video viewing device. (RF patent No. 188984, publ. 06.05.2019).
Известна система управления беспилотным летательным аппаратом с комплексным навигационным устройством, которая содержит инерциальное навигационное устройство, включающее гиростабилизированную платформу (ГСП) с установленными на ней маятниковыми и струнными акселерометрами, блок выработки сигналов выставки ГСП, блок тарировки акселерометров, задатчик состава параметров навигационного комплекса носителя, задатчик положения точки подвеса платформы, задатчик паспортных данных инерциальных блоков, блок коррекции паспортных данных, радиовысотомер, устройство коррекции высоты и вертикальной скорости, радиолокационный визир и устройство выработки сигналов управления, подключенное к исполнительному устройству, причем перед началом полета система подключена к пункту управления, установленному на носителе БПЛА, при этом в пункт управления входят навигационный комплекс носителя, таймер и пульт управления. (Патент РФ №2046736).Known is a control system for an unmanned aerial vehicle with an integrated navigation device, which contains an inertial navigation device, including a gyrostabilized platform (GSP) with pendulum and string accelerometers installed on it, a GSP exhibition signal generation unit, an accelerometer calibration unit, a device for the composition of parameters of the navigation complex of a carrier, a setpoint the position of the platform suspension point, the setter of the passport data of the inertial units, the passport data correction unit, the radio altimeter, the altitude and vertical speed correction device, the radar sight and the control signal generation device connected to the actuator, and before the start of the flight, the system is connected to the control point installed on UAV carrier, while the control center includes the carrier's navigation complex, a timer and a control panel. (RF Patent No. 2046736).
Известен трехосный гиростабилизатор, содержащий внешнее кардановое кольцо, одна или две цапфы которого образуют азимутальную ось подвеса, промежуточное кардановое кольцо своими цапфами, образующими промежуточную ось подвеса, установленное в подшипниках внешнего карданового кольца, гиростабилизированную платформу с установленными на ней инерциальными чувствительными элементами, своими цапфами, образующими внутреннюю ось подвеса, установленную в подшипниках промежуточного карданового кольца, причем азимутальная и промежуточная, промежуточная и внутренняя оси конструктивно перпендикулярны, при этом функцию внешнего карданового кольца выполняет корпус прибора, причем одна или две цапфы которого, расположенные вне его по его вертикальной симметрии, установлены в одном или двух подшипниках объекта-носителя или амортизатора, а оси подшипников совпадают с вертикальной осью объекта-носителя или амортизатора. (Патент РФ №2157966, опубл. 20.10.2000).Known three-axis gyrostabilizer containing an external gimbal ring, one or two trunnions of which form the azimuthal axis of the suspension, the intermediate gimbal ring with its trunnions, forming the intermediate axis of the suspension, installed in the bearings of the outer gimbal ring, a gyro-stabilized platform with inertial sensing elements mounted on it, its trunnions forming the internal axis of the suspension, installed in the bearings of the intermediate cardan ring, and the azimuthal and intermediate, intermediate and internal axes are structurally perpendicular, while the function of the external cardan ring is performed by the device body, and one or two trunnions of which, located outside it along its vertical symmetry, are installed in one or two bearings of the carrier object or shock absorber, and the bearing axes coincide with the vertical axis of the carrier object or shock absorber. (RF patent No. 2157966, publ. 20.10.2000).
Известна комплексная гиростабилизированная система наблюдения, содержащая оптико-электронный блок, имеющий неподвижное основание для закрепления на подвижном носителе и подвижную часть, при этом подвижная часть выполнена в виде гиростабилизированной платформы, на которой размещены лазерный дальномер, дневная телевизионная камера с вариообъективом, активно-импульсная телевизионная камера на основе фотоприемного модуля и/или тепловизор с вариообъективом, на неподвижном основании оптико-электронного блока установлена комплексированная инерциально-спутниковая навигационная система, а само это основание снабжено разъемами для волоконно-оптического кабеля. Дополнительно введены размещенный в отдельном корпусе блок обработки информации, подключенный к разъему неподвижного основания волоконно-оптическим кабелем для оптической развязки, обеспечивающей съем сигнала при вращении подвижной части по двум осям, а также пульт управления и многофункциональный индикатор, соединенные с блоком обработки информации электрическими кабелями. Блок обработки информации выполнен модульным, в состав которого входят модуль питания, модуль интерфейсный, модуль видеопроцессора, модуль регистрации, модуль преобразования интерфейса и модуль вывода видеосигнала. Пульт управления снабжен рукояткой управления. (Патент РФ №155170, опубл.27.09.2015)A complex gyro-stabilized observation system is known, containing an optoelectronic unit having a fixed base for fixing on a movable carrier and a movable part, while the movable part is made in the form of a gyro-stabilized platform on which a laser rangefinder is located, a daytime television camera with a varifocal lens, an active-pulse television a camera based on a photo-receiving module and / or a thermal imager with a varifocal lens, an integrated inertial-satellite navigation system is installed on a fixed base of the optical-electronic unit, and this base itself is equipped with connectors for a fiber-optic cable. Additionally, an information processing unit located in a separate housing is introduced, connected to the connector of the fixed base with a fiber-optic cable for optical isolation, which provides signal pickup when the movable part rotates along two axes, as well as a control panel and a multifunctional indicator connected to the information processing unit by electric cables. The information processing unit is modular, which includes a power supply module, an interface module, a video processor module, a recording module, an interface conversion module and a video signal output module. The control panel is equipped with a control handle. (RF Patent No. 155170, publ. 27.09.2015)
Известна гироскопическая навигационная система, включающая гироплатформу, помещенную во внешний двухосный карданов подвес, установленный на жестком основании, причем ось X платформы совпадает с осью подшипников внешней вертикальной рамки карданова подвеса, ось Z платформы перпендикулярна плоскости платформы, ось Y платформы лежит в плоскости платформы и перпендикулярна осям X и Z, на платформе установлены трехстепенный гироскоп с двумя датчиками угла и двумя датчиками момента и акселерометр, причем вектор кинетического момента гироскопа параллелен оси Y платформы, взаимно ортогональные оси датчиков момента и взаимно ортогональные оси датчиков угла гироскопа параллельны осям X и Z платформы, а ось чувствительности акселерометра параллельна оси Y платформы, на цапфе платформы установлен двигатель стабилизации вокруг оси X платформы, на цапфе наружной вертикальной рамки установлены двигатель стабилизации вокруг оси Z платформы и датчик угла, в которую дополнительно введены гироплатформа, помещенная во внешний трехосный карданов подвес, установленный на том же основании, и блок управления и выработки навигационных параметров, причем оси Y этой платформы совпадает с осью подшипников промежуточной горизонтальной рамки кардана подвеса, ось Z платформы перпендикулярна плоскости платформы, а ось X лежит в плоскости платформы и перпендикулярна осям Y и Z, на платформе установлены трехстепенный гироскоп с двумя датчиками угла и двумя датчиками момента и два акселерометра, причем вектор кинетического момента гироскопа параллелен оси Z платформы, взаимно ортогональные оси датчиков момента и взаимно ортогональные оси датчиков угла гироскопа и оси чувствительности акселерометров параллельны осям X и Y платформы, на цапфах платформы установлены двигатель стабилизации вокруг оси Y платформы и датчик угла, на цапфах промежуточного горизонтального карданова кольца установлены двигатель стабилизации вокруг оси X платформы и датчик угла, на цапфе внешней вертикальной рамки карданова подвеса установлены двигатель стабилизации вокруг оси Z платформы и датчик угла, причем выходы четырех датчиков угла гироскопов, трех акселерометров и четырех датчиков угла, установленных по осям кардановых подвесов, соединены с одиннадцатью входами блока управления и выработки навигационных параметров, девять выходов которого соединены с входами четырех датчиков момента гироскопов и пяти двигателей стабилизации, установленных по осям кардановых подвесов. (Патент РФ №2169903, опубл. 27.06.2001)Known gyroscopic navigation system, which includes a gyro platform placed in an external biaxial gimbal suspension mounted on a rigid base, and the X axis of the platform coincides with the axis of the bearings of the outer vertical frame of the gimbal, the Z axis of the platform is perpendicular to the platform plane, the Y axis of the platform lies in the platform plane and is perpendicular axes X and Z, a three-degree gyroscope with two angle sensors and two torque sensors and an accelerometer are installed on the platform, and the angular momentum vector of the gyroscope is parallel to the Y axis of the platform, the mutually orthogonal axes of the torque sensors and the mutually orthogonal axes of the gyroscope angle sensors are parallel to the X and Z axes of the platform, and the axis of sensitivity of the accelerometer is parallel to the Y axis of the platform, a stabilization motor is installed on the platform trunnion around the X axis of the platform, a stabilization engine around the Z axis of the platform and an angle sensor are installed on the trunnion of the outer vertical frame, into which a gyro platform is additionally introduced, a suspension placed in an external three-axle gimbal, installed on the same base, and a control unit and generating navigation parameters, the Y-axis of this platform coincides with the axis of the bearings of the intermediate horizontal frame of the gimbal, the Z-axis of the platform is perpendicular to the platform plane, and the X-axis lies in the platform plane and perpendicular to the Y and Z axes, a three-degree gyroscope with two angle sensors and two torque sensors and two accelerometers are installed on the platform, and the gyroscope angular momentum vector is parallel to the Z axis of the platform, mutually orthogonal axes of the torque sensors and mutually orthogonal axes of the gyroscope angle sensors and the accelerometer sensitivity axis parallel to the X and Y axes of the platform, a stabilization motor around the Y axis of the platform and an angle sensor are installed on the platform trunnions, a stabilization engine around the X axis of the platform and an angle sensor are installed on the trunnions of the intermediate horizontal gimbal ring, and an angle sensor on the trunnion of the external vertical gimbal frame under weight, a stabilization engine around the Z axis of the platform and an angle sensor are installed, and the outputs of four gyro angle sensors, three accelerometers and four angle sensors installed along the gimbal axes are connected to eleven inputs of the control unit and for generating navigation parameters, nine outputs of which are connected to the inputs of four gyro torque sensors and five stabilization motors installed along the axes of gimbals. (RF patent No. 2169903, publ. 27.06.2001)
Известна инерциальная система, содержащая гироплатформу с тремя акселерометрами и гироскопами, устройства преобразования аналоговых сигналов, устройство обработки цифровых сигналов (УОЦС), следящие системы положения по трем осям координат, синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ), устройства стабилизации гироплатформы по трем осям. В УЦОС выполнены канал обработки сигнала акселерометра по оси крена в составе шести регистров хранения, трех логических устройств НЕ, устройства умножения, десяти сумматоров, четырех суммирующих счетчиков, канал обработки сигнала акселерометра по оси тангажа в составе двух регистров хранения, двух логических устройств НЕ, устройства умножения, восьми сумматоров, двух суммирующих счетчиков, устройства обработки сигналов СКВТ по оси курса в составе двух регистров хранения, двух логических устройств НЕ, двух устройств умножения, шести сумматоров, двух суммирующих счетчиков. (Патент №2326249, опубл. 10.06.2008)Known inertial system containing a gyro platform with three accelerometers and gyroscopes, devices for converting analog signals, a digital signal processing device (UOCS), tracking position systems along three axes of coordinates, sinus-cosine rotating transformers (SCRT), devices for stabilizing the gyro platform in three axes. In the UDSP, a channel for processing the accelerometer signal along the roll axis is made up of six storage registers, three logical devices NOT, a multiplier, ten adders, four summing counters, a channel for processing an accelerometer signal along the pitch axis, consisting of two storage registers, two logical devices NOT, a device multiplication, eight adders, two summing counters, an SCRT signal processing device along the course axis, consisting of two storage registers, two logical NOT devices, two multiplying devices, six adders, two summing counters. (Patent No. 2326249, publ. 10.06.2008)
За прототип выбрана инерциальная платформа, которая содержит основание с тремя акселерометрами и двумя гироскопами в раме курса, установленной в карданный подвес, тангажа и внешнего крена, следящие системы стабилизации каждой из рам, причем рама внешнего крена установлена на амортизаторах. Амортизаторы выполнены с имеющими кольцевую форму внутренней и внешней обоймами и диафрагмой, имеющей V-образный профиль. Рама внешнего крена установлена на двух амортизаторах на ее противоположных сторонах. На раме внутреннего крена в первой плоскости установлены два первых груза, на раме тангажа в первой плоскости установлены два вторых груза. На раме внутреннего крена на второй плоскости, перпендикулярной первой плоскости, расположен третий груз. На перпендикулярной первой плоскости второй плоскости на раме тангажа установлены два четвертых груза. На внутренней обойме одного из амортизаторов установлены два пятых груза, на внутренней обойме обоих амортизаторов расположены два шестых груза. (Патент РФ №2329467, опубл. 20.07.2008).For the prototype, an inertial platform was chosen, which contains a base with three accelerometers and two gyroscopes in the course frame installed in the gimbal, pitch and external roll, tracking stabilization systems for each of the frames, and the external roll frame is mounted on shock absorbers. The shock absorbers are made with annular inner and outer clips and a V-shaped diaphragm. The outer roll frame is mounted on two shock absorbers on opposite sides. On the frame of the internal roll in the first plane, two first weights are installed, on the pitch frame in the first plane, two second weights are installed. On the frame of the internal roll on the second plane, perpendicular to the first plane, the third weight is located. On the second plane perpendicular to the first plane, two fourth weights are installed on the pitch frame. On the inner cage of one of the shock absorbers, two-fifths of the weights are installed, on the inner cage of both shock absorbers there are two-sixths of the weights. (RF patent No. 2329467, publ. 20.07.2008).
К общим недостаткам известных технических решений можно отнести:The general disadvantages of the known technical solutions include:
- нестабильность работы на подвижных, меняющих свой геометрический вид объектах (меняющий траекторию движения автомобиль, человек и т.д.);- instability of work on moving objects that change their geometric appearance (changing the trajectory of a car, a person, etc.);
- невозможность удержания захвата объекта при меняющемся освещении (например, выход объекта из тени или наоборот, попадание его в зону тени вызовет сильное отклонение фактического изображения объекта от «эталонного»);- the impossibility of holding the capture of the object under changing lighting (for example, the exit of the object from the shadow or vice versa, falling into the shadow zone will cause a strong deviation of the actual image of the object from the "reference");
- отсутствие возможности качественно спрогнозировать дальнейшее перемещение объекта, так как алгоритмам пиксельного сравнения для корректной работы необходимо плавное движение объекта интереса, не предполагающее его кардинального изменения скорости и направления.- the lack of the ability to qualitatively predict the further movement of the object, since the pixel comparison algorithms for correct operation need a smooth movement of the object of interest, which does not imply its radical change in speed and direction.
- в алгоритмах, основанных на сравнении простых геометрических фигур форма объекта задается фигурой (обычно прямоугольником), и при работе алгоритма распознавания образов на каждом последующем кадре происходит поиск «эталонного» сохраненного ранее образа. Подобные алгоритмы хорошо работают в охранных системах слежения, в которых видеокамеры стоят статично и обозревают один и тот же участок местности, производя слежение за выделенным объектом, сравнивая его с фоном. Однако качество слежения существенно падает, если объект меняет свою форму. Также, эти алгоритмы неприменимы в БПЛА, так как камеры на них обозревают пространство в движении.- in algorithms based on comparing simple geometric shapes, the shape of an object is set by a shape (usually a rectangle), and when the pattern recognition algorithm is running, a “reference” previously saved image is searched for at each subsequent frame. Such algorithms work well in security tracking systems, in which video cameras are static and survey the same area of the terrain, tracking the selected object, comparing it with the background. However, the tracking quality drops significantly if the object changes its shape. Also, these algorithms are inapplicable in UAVs, since the cameras on them observe the space in motion.
Задача - создание гиростабилизирующей системы с высокой надежностью удержания цели в плоскости изображения по сравнению с беспилотными аппаратами, в которых полезная нагрузка управляется оператором вручную.The task is to create a gyro-stabilizing system with a high reliability of keeping the target in the image plane in comparison with unmanned aerial vehicles in which the payload is manually controlled by the operator.
Технический результат - возможность управления положением видеокамеры для стабилизации видеоизображения и слежения за целью.The technical result is the ability to control the position of the video camera to stabilize the video image and track the target.
Технический результат достигается гиростабилизированной системой стабилизации полезной нагрузки беспилотного воздушного средства, состоящей из трехстепенного гироскопа, датчиков момента угла, рам тангажа и крена, следящей системы стабилизации, виброгасительных элементов, при этом система стабилизации выполнена в виде крепежной площадки, к которой болтовым соединением крепится нижняя опора демпфера, при этом между нижней и верхней опор демпфера расположены виброгасительные элементы, выполненные в виде двенадцати круглых резиновых демпферов, опоры демпфера выполнены из углепластика, рама тангажа представляет собой ферму тангажа, выполненную в виде платформы, на которой посредством болтового соединения закреплен табурет с установленным внутри электромотором крена, датчик угла крена и крышка датчика угла крена расположены на верхней части табурета с электромотором крена, ферма панорамирования выполнена в виде основания, которое имеет болтовое соединение с электромотором панорамирования, на основании фермы панорамирования установлен датчик угла тангажа, напротив которого установлен табурет с установленным внутри электромотором тангажа, крышка которого установлена в верхней части табурета с электромотором тангажа, крышка датчика угла тангажа установлена на основании посредством болтового соединения, электромотор крена соединен болтовым соединением с консолью крена, на которой закреплены видеокамера, плата управления видеокамерой и трехстепенный гироскоп, установленный под видеокамерой, при этом видеокамера и плата управления видеокамерой соединены между собой проводами, подшипник крена установлен между консолью крена и платформой тангажа, электромотор панорамирования имеет болтовое соединение с верхней опорой демпфера и соединен посредством проводов с датчиком угла панорамирования, при этом крышка датчика угла панорамирования расположена на верхней опоре демпфера и является общей сконтроллером, который установлен на верхней опоре демпфера и имеет возможность подключения к автопилоту беспилотного воздушного средства, провода от электромотора крена, датчика угла крена, платы управления видеокамерой и трехстепенного гироскопа проходят через полый вал электромотора тангажа, где к ним присоединены провода от мотора тангажа, и которые все вместе на выходе подключены к подвижной стороне контактного кольца скольжения, к которой также подключены провода датчика угла тангажа, и которые все вместе от неподвижной стороны контактного кольца скольжения проведены через полый вал электромотора панорамирования, где к ним присоединены провода мотора панорамирования и датчика угла панорамирования, на выходе провода от платы управления видеокамерой имеют подключение к автопилоту беспилотного воздушного средства, остальные провода имеют соединение с контроллером.The technical result is achieved by a gyro-stabilized system for stabilizing the payload of an unmanned aerial vehicle, consisting of a three-degree gyroscope, angle moment sensors, pitch and roll frames, a tracking stabilization system, vibration damping elements, while the stabilization system is made in the form of a mounting platform to which the lower support is bolted damper, while vibration damping elements made in the form of twelve round rubber dampers are located between the lower and upper supports of the damper, the damper supports are made of carbon fiber, the pitch frame is a pitch truss made in the form of a platform, on which a stool with an installed inside is fixed by means of a bolted connection the roll electric motor, the roll angle sensor and the roll angle sensor cover are located on the upper part of the stool with the roll electric motor, the panning truss is made in the form of a base, which has a bolted connection with the panning motor, on on the base of the panning truss there is a pitch angle sensor, opposite to which there is a stool with a pitch electric motor installed inside, the cover of which is installed in the upper part of the stool with an electric pitch motor, the pitch angle sensor cover is installed on the base by means of a bolted connection, the roll electric motor is bolted to the roll console, on which fixed a video camera, a video camera control board and a three-stage gyroscope installed under the video camera, while the video camera and the video camera control board are connected with wires, the roll bearing is installed between the roll console and the pitch platform, the panning motor has a bolted connection to the upper support of the damper and is connected by wires with a panning angle sensor, while the panning angle sensor cover is located on the upper damper support and is a common controller that is installed on the damper upper support and can be connected to the autopilot of the unmanned aerial vehicle, the wires from the roll motor, roll angle sensor, video camera control board and three-degree gyroscope pass through the hollow shaft of the pitch motor, where they are connected to the wires from the pitch motor, and which are all connected at the output to the movable side of the slip ring, to which the wires of the pitch angle sensor are also connected, and which, together from the fixed side of the slip ring, are led through the hollow shaft of the panning motor, where the wires of the panning motor and the panning angle sensor are connected to them, at the output of the wires from the video camera control board are connected to the autopilot of the unmanned air means, the rest of the wires are connected to the controller.
Гиростабилизированная система стабилизации полезной нагрузки беспилотного воздушного средства поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид с боку, на фиг. 2 - общий вид спереди, на фиг. 3 - крепление опор демпфирования, на фиг. 4 - ферма панорамирования, на фиг. 5 - ферма тангажа вид с боку, на фиг. 6 - ферма тангажа вид спереди, на фиг. 7 - блок с камерой.The gyro-stabilized system for stabilizing the payload of the unmanned aerial vehicle is illustrated by the drawings, where in Fig. 1 shows a general side view, FIG. 2 is a general front view, FIG. 3 - fastening of the damping supports, in Fig. 4 is a panning farm, FIG. 5 - pitch truss side view, in Fig. 6 - pitch farm front view, in Fig. 7 - block with a camera.
Гиростабилизированная система стабилизации полезной нагрузки беспилотного воздушного средства состоит из крепежной площадки 1, к которой болтовым соединением 2 крепится нижняя опора демпфера 3, между нижней 3 и верхней опор демпфера 4 расположены круглые резиновые демпфера 5, опоры демпфера выполнены из углепластика.The gyro-stabilized system for stabilizing the payload of the unmanned aerial vehicle consists of a
Ферма тангажа выполнена в виде платформы 6, на которой посредством болтового соединения 2 закреплен табурет 7, внутри которого установлен электромотор крена 8. Датчик угла крена 11 и крышка 12 датчика угла крена расположены на верхней части табурета 7.The pitch farm is made in the form of a
Ферма панорамирования выполнена в виде основания 13, которое имеет болтовое соединение 2 с электромотором панорамирования 14. Датчик угла тангажа 15 и табурет 16 с электромотором тангажа 17 установлены друг против друга на основании фермы панорамирования 13. Электромотор тангажа 17 установлен внутри табурета 16, крышка 18 мотора тангажа 17 установлена в верхней части табурета 16. Крышка 19 датчика угла тангажа 15 установлена на основании 13 посредством болтового соединения 2.The panning truss is made in the form of a
Электромотор крена 8 соединен болтовым соединением 2 с консолью крена 20, на которой закреплены видеокамера 22, плата управления 23 видеокамерой 22 и трехстепенный гироскоп 24, установленный под видеокамерой 22. Видеокамера 22 и плата управления 23 видеокамерой 22 соединены между собой проводами 25, подшипник крена 9 установлен между консолью крена 20 и платформой тангажа 6.The roll
Электромотор панорамирования 14 имеет болтовое соединение 2 с верхней опорой демпфера 4 и соединен посредством проводов 25 с датчиком угла панорамирования 27. Крышка 21 датчика угла панорамирования 27 расположена на верхней опоре демпфера 4 и является общей с контроллером 26.The
Контроллер 26 гиростабилизирующей платформы установлена на верхней опоре демпфера 4 и имеет возможность подключения к автопилоту беспилотного воздушного судна.The
Провода от электромотора крена 8, датчика угла крена 11, платы управления видеокамерой 23 и трехстепенного гироскопа 24 проходят через полый вал 28 электромотора тангажа 17, где к ним присоединяются провода от мотора тангажа, и которые все вместе на выходе подключены к подвижной стороне контактного кольца скольжения 10, к которой также подключены провода датчика угла тангажа 15, и которые все вместе от неподвижной стороны контактного кольца скольжения 10 проведены через полый вал электромотора панорамирования 14, где к ним присоединены провода мотора панорамирования 14 и датчика угла панорамирования 27. На выходе провода от платы управления видеокамерой имеют подключение к автопилоту беспилотного воздушного судна, остальные провода имеют соединение с контроллером 26.The wires from the
Еще одно важное требование к гиростабилизированной платформе - это возможность бесконечного вращения по оси панорамирования. Эта функция необходима для непрерывного удержания цели во всей нижней полусфере беспилотного летательного аппарата. Это достигается через использование в конструкции контактного кольца скольжения.Another important requirement for a gyro-stabilized platform is the ability to rotate endlessly along the pan axis. This function is necessary for continuous target holding in the entire lower hemisphere of the unmanned aerial vehicle. This is achieved through the use of slip rings in the design.
Наличие трех осей (панорамирования, тангажа и крена) для наведения камеры на точку интереса обеспечивает получение стабильного горизонтального положения видеокамеры не зависимо от положения беспилотного воздушного судна по оси крена.The presence of three axes (pan, pitch and roll) for aiming the camera at the point of interest ensures a stable horizontal position of the video camera, regardless of the position of the unmanned aircraft along the roll axis.
Одним из основных компонентов гиростабилизированной системы является видеокамера, которая могла бы выделить цифровую стабилизацию изображения и дополнительно улучшить плавность получаемого видео, функцию «антитуман» (повышение контрастности в условиях ограниченной видимости, высокую светочувствительность, а также функцию компенсации источника заднего света, которая удаляет солнечные блики с отражений в поле зрения камеры.One of the main components of the gyro-stabilized system is a video camera, which could highlight digital image stabilization and further improve the smoothness of the resulting video, the anti-fog function (increased contrast in low visibility conditions, high photosensitivity, as well as a backlight compensation function that removes sun glare with reflections in the field of view of the camera.
Контроллер гиростабилизирующей платформы предназначен для создания высококачественных систем стабилизации видеокамеры и позволяет подключать датчики угла для улучшения качества стабилизации. Также, плата управления гиростабилизирующей платформы имеет возможность подключения к автопилоту, что позволяет реализовывать требуемые функции, такие как направление камеры в точку по координатам и слежение за подвижной точкой.The controller of the gyro-stabilizing platform is designed to create high-quality video camera stabilization systems and allows you to connect angle sensors to improve the stabilization quality. Also, the control board of the gyro-stabilizing platform has the ability to connect to the autopilot, which makes it possible to implement the required functions, such as directing the camera to a point by coordinates and tracking a moving point.
Возможность обеспечения стабильного удержания выбранного объекта в кадре в изменяющихся условиях освещенности, расстояния и угла съемки обеспечивается возможностью бесконечного вращения контактного кольца. Эта функция необходима для непрерывного удержания цели во всей нижней полусфере беспилотного летательного аппарата.The ability to ensure stable holding of the selected object in the frame under changing conditions of illumination, distance and shooting angle is ensured by the possibility of endless rotation of the slip ring. This function is necessary for continuous target holding in the entire lower hemisphere of the unmanned aerial vehicle.
Для работы гиростабилизированной платформы необходимы электромоторы. При выборе электромоторов к рассмотрению принимались только моторы с полым валом, для проведения внутри мотора проводов. Конструкция электромотора должна позволять пропустить через его полый вал провода, или закрепить на нем контактное кольцо. Так же электромоторы должны быть компактны и легки.The gyro-stabilized platform requires electric motors to operate. When choosing electric motors, only motors with a hollow shaft were taken into account, for conducting wires inside the motor. The design of the electric motor should allow a wire to pass through its hollow shaft, or to fix a slip ring on it. Also, electric motors should be compact and lightweight.
Заявляемое расположение электромоторов обладает рядом преимуществ для использования в беспилотных летательных аппаратах. Оно обеспечивает наибольшую компактность расположения элементов внутри системы и допускает использование только одного контактного кольца по оси мотора панорамирования для получения бесконечного вращения по этой оси без существенного ограничения допустимых углов наклона камеры по всем трем осям. По оси тангажа можно направлять камеру не только вниз и по горизонту, а также и наверх, что позволит следить не только за подстилающей поверхностью, но также и в ограниченном диапазоне обозревать небо, прфиги необходимости поиска объектов, летящих выше.The claimed arrangement of electric motors has a number of advantages for use in unmanned aerial vehicles. It provides the most compact arrangement of elements within the system and allows the use of only one slip ring along the pan motor axis to obtain infinite rotation along this axis without significantly limiting the permissible camera tilt angles in all three axes. Along the pitch axis, you can direct the camera not only down and horizontally, but also upward, which will allow you to monitor not only the underlying surface, but also observe the sky in a limited range, if you need to search for objects flying higher.
Для плавной и точной работы гиростабилизированной системы применяются датчики угла.Angle sensors are used for smooth and accurate operation of the gyro-stabilized system.
Из-за конструкции консоли, предназначенной для установки камер, электромотор крена получает чрезмерную нагрузку. И чтобы не нагружать электромотор крена предусмотрен подшипник внутреннего крена, который берет часть нагрузки на себя и обеспечит стабильную работу данного электромотора.Due to the design of the console for mounting cameras, the roll motor is overloaded. And in order not to load the roll electric motor, an internal roll bearing is provided, which takes part of the load on itself and ensures the stable operation of this electric motor.
Для гиростабилизированной системы стабилизации видеокамеры БПЛА крайне важны малый вес и прочность конструкции. Это объясняет выполнение опор демпфера из углепластика.For a gyro-stabilized stabilization system of a UAV video camera, low weight and structural strength are extremely important. This explains the design of the CFRP damper supports.
Углепластик - полимерные композитные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна. Материалы отличаются высокой прочностью, жесткостью и малой массой, часто прочнее стали, но гораздо легче.CFRP is a polymer composite material made from interwoven strands of carbon fiber. Materials are characterized by high strength, rigidity and low weight, often stronger than steel, but much lighter.
В практике, для ограничения растяжения демпферов и их защиты от выпадения используются специальные «якоря», но они не гарантируют полностью не выпадения демпферов. В нашем случае, максимально компактная компоновка всей системы стабилизации позволяет отказаться от фиксации демпферов при помощи «якорей», так как растяжение демпферов ограничивается крепежной площадкой.In practice, special “anchors” are used to limit the expansion of the dampers and to protect them from falling out, but they do not guarantee that the dampers will not fall out completely. In our case, the most compact arrangement of the entire stabilization system makes it possible to refuse from fixing the dampers with the help of "anchors", since the expansion of the dampers is limited by the mounting platform.
Установление контроллера гиростабилизированной системы на верхней опоре демпфера позволяет значительно уменьшить габариты ГСП и улучшить качество работы всей системы, так как на плату управления не воздействуют вибрации исходящие от носителя.The installation of the controller of the gyro-stabilized system on the upper support of the damper can significantly reduce the dimensions of the GSP and improve the quality of the entire system, since the control board is not affected by vibrations emanating from the carrier.
Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.
В 2020 году опытный образец гиростабилизированной системы стабилизации полезной нагрузки беспилотного воздушного судна был успешно испытан на БПЛА Альбатрос-М5.In 2020, a prototype of the gyro-stabilized payload stabilization system of an unmanned aircraft was successfully tested on the Albatros-M5 UAV.
По данным характеристикам наиболее оптимальным выбором стала видеокамера Sony FCB7500EV, обладающая FULL-HD матрицей и оптикой с переменным оптическим увеличением 1-30х. Также, среди достоинств камеры, можно выделить цифровую стабилизацию изображения, которая дополнительно улучшает плавность получаемого видео, функцию «антитуман» (повышение контрастности в условиях ограниченной видимости, высокую светочувствительность, а также функцию компенсации источника заднего света, которая удаляет солнечные блики с отражений в поле зрения камеры.According to these characteristics, the most optimal choice is the Sony FCB7500EV camcorder, which has a FULL-HD matrix and optics with variable optical magnification 1-30x. Also, among the advantages of the camera, one can single out digital image stabilization, which further improves the smoothness of the resulting video, the "anti-fog" function (increased contrast in conditions of limited visibility, high light sensitivity, as well as the function of compensation of the backlight source, which removes sun glare from reflections in the field camera view.
В качестве электромоторов тангажа, панорамирования и крена были использованы GB54-2 фирмы T-Motor. Конструкция мотора позволяет пропустить через его полый вал провода, или закрепить на нем контактное кольцо. Исходя из конструкции мотора GB54-2 было выбрано контактное кольцо скольжения производителя «Senring» модели М125.GB54-2 from T-Motor were used as electric motors for pitch, pan and roll. The design of the motor allows wires to be passed through its hollow shaft, or a slip ring can be attached to it. Based on the design of the GB54-2 motor, the slip ring of the manufacturer "Senring" model M125 was chosen.
В качестве контроллера для управления и стабилизации гиростабилизированной системы был выбран контроллер фирмы «BaseCam», модели «SimpleBGC» 32-bit Extended. Контроллер предназначен для создания высококачественных систем стабилизации фото- и видеокамер и позволяет подключать дополнительное оборудование (датчики угла) для улучшения качества стабилизации. Также, контроллер имеет возможность подключения к автопилоту по интерфейсу UART, что позволяет реализовывать требуемые функции, такие как направление камеры в точку по координатам и слежение за подвижной точкой.As a controller for the control and stabilization of the gyro-stabilized system, the controller of the company "BaseCam", model "SimpleBGC" 32-bit Extended, was chosen. The controller is designed to create high-quality stabilization systems for photo and video cameras and allows you to connect additional equipment (angle sensors) to improve the quality of stabilization. Also, the controller has the ability to connect to the autopilot via the UART interface, which allows you to implement the required functions, such as directing the camera to a point by coordinates and tracking a moving point.
Гиростабилизированная система стабилизации полезной нагрузки устанавливалась на беспилотное воздушное судно.A gyro-stabilized payload stabilization system was installed on an unmanned aircraft.
Объект интереса фиксировался посредством видеокамеры, через провода которой информация по объекту интереса передавалась на плату управления видеокамерой. Далее от платы управления видеокамерой по проводам информация поступала через полый вал электромотора тангажа к контактному кольцу, затем через полый вал мотора панорамирования по проводам платы управления видеокамерой информация поступала к автопилоту беспилотного воздушного судна, а по остальным проводам (провода от электромотора крена, датчика угла крена, трехстепенного гироскопа, мотора тангажа, датчика угла тангажа, мотора панорамирования, и датчика угла панорамирования) информация поступала на платформу управления ГСП, откуда передавалась также на автопилот.The object of interest was recorded by means of a video camera, through the wires of which information on the object of interest was transmitted to the video camera control board. Further, from the video camera control board, information came through the wires through the hollow shaft of the pitch motor to the slip ring, then through the hollow shaft of the panning motor through the wires of the video camera control board, the information went to the autopilot of the unmanned aircraft, and through the rest of the wires (wires from the roll motor, roll angle sensor , a three-degree gyroscope, a pitch motor, a pitch angle sensor, a pan motor, and a pan angle sensor) the information was sent to the GSP control platform, from where it was also transmitted to the autopilot.
Оператор на земле получал изображение от видеокамеры и передавал команды на БВС. Данные с БВС поступали в автопилот, откуда на плату управления ГСП, которая согласно полученной информации и информации, полученной от всех датчиков углов и трехстепенного гироскопа, передавала команды по изменению положения углов ГСП для ведения траектории объекта интереса.The operator on the ground received an image from a video camera and transmitted commands to the UAV. Data from the BVS entered the autopilot, from where to the GSP control board, which, according to the information received and information received from all angle sensors and a three-degree gyroscope, transmitted commands to change the position of the GSP angles to guide the trajectory of the object of interest.
Таким образом, заявленная гиростабилизированная система стабилизации полезной нагрузки беспилотного воздушного судна обеспечивает возможность управления положением видеокамеры для стабилизации видеоизображения и слежения за целью.Thus, the claimed gyro-stabilized system for stabilizing the payload of an unmanned aircraft provides the ability to control the position of the video camera to stabilize the video image and track the target.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021103026A RU2762217C1 (en) | 2021-02-08 | 2021-02-08 | Gyro-stabilised payload stabilisation system of an unmanned aerial vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021103026A RU2762217C1 (en) | 2021-02-08 | 2021-02-08 | Gyro-stabilised payload stabilisation system of an unmanned aerial vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2762217C1 true RU2762217C1 (en) | 2021-12-16 |
Family
ID=79175345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021103026A RU2762217C1 (en) | 2021-02-08 | 2021-02-08 | Gyro-stabilised payload stabilisation system of an unmanned aerial vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2762217C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU215397U1 (en) * | 2021-06-01 | 2022-12-12 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | STABILIZATION AND LINE OF SIGHT GUIDANCE SYSTEM |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2248307C1 (en) * | 2004-05-17 | 2005-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Альтоника" | Ground situation observation system |
| RU2329467C1 (en) * | 2006-10-16 | 2008-07-20 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Inertial platform |
| RU120491U1 (en) * | 2012-04-23 | 2012-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | TWO-AXLE INDICATOR GYRO-STABILIZER |
| WO2016029469A1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | An unmanned aerial vehicle (uav) for collecting audio data |
| RU2628351C1 (en) * | 2016-04-14 | 2017-08-16 | Сергей Николаевич ПАВЛОВ | Anti-tank mine "strekosa-m" with possibility of spatial movement with hovering and reversibility in air, reconnaissance, neutralisation, and damage of mobile armoured targets |
| RU183717U1 (en) * | 2018-06-26 | 2018-10-01 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Multirotor unmanned aerial vehicle |
-
2021
- 2021-02-08 RU RU2021103026A patent/RU2762217C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2248307C1 (en) * | 2004-05-17 | 2005-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Альтоника" | Ground situation observation system |
| RU2329467C1 (en) * | 2006-10-16 | 2008-07-20 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Inertial platform |
| RU120491U1 (en) * | 2012-04-23 | 2012-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | TWO-AXLE INDICATOR GYRO-STABILIZER |
| WO2016029469A1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | An unmanned aerial vehicle (uav) for collecting audio data |
| RU2628351C1 (en) * | 2016-04-14 | 2017-08-16 | Сергей Николаевич ПАВЛОВ | Anti-tank mine "strekosa-m" with possibility of spatial movement with hovering and reversibility in air, reconnaissance, neutralisation, and damage of mobile armoured targets |
| RU183717U1 (en) * | 2018-06-26 | 2018-10-01 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Multirotor unmanned aerial vehicle |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU215397U1 (en) * | 2021-06-01 | 2022-12-12 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | STABILIZATION AND LINE OF SIGHT GUIDANCE SYSTEM |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4085910A (en) | Dual mode optical seeker for guided missile control | |
| US20080136923A1 (en) | System And Method For Stabilizing An Image | |
| JP6524100B2 (en) | Platform stabilization system | |
| CN201287830Y (en) | Stabilising bracket for aerial photography camera | |
| ES2393322T3 (en) | Procedure and apparatus for stabilizing payloads, including aerial cameras | |
| US9544488B2 (en) | Star tracker with steerable field-of-view baffle coupled to wide field-of-view camera | |
| US8430578B1 (en) | Separation of main and secondary inertial measurements for improved line of sight error of an imaging vehicle's isolated detector assembly | |
| US5868031A (en) | Triaxial gyroscopic stabilizer for movie or television camera | |
| US10375311B2 (en) | Anti-rotation mount | |
| US11131549B2 (en) | Navigation system with monocentric lens and curved focal plane sensor | |
| CN105947227A (en) | Stabilizing platform of airborne optoelectronic pod | |
| CN212332992U (en) | Multifunctional three-light nacelle and system based on unmanned aerial vehicle carrying and unmanned aerial vehicle | |
| US20210108922A1 (en) | Star Tracker with Adjustable Light Shield | |
| WO2012170673A1 (en) | Gimbal system with a translational mount | |
| WO2021034035A1 (en) | Observation device capable of performing omnidirectional observation without blind zone | |
| CN111470055A (en) | Photoelectric navigation nacelle and photoelectric navigation system | |
| CA2977822C (en) | Anti-rotation mount | |
| TW201825354A (en) | 360 degree camera mount for drones and robots | |
| CN102501979B (en) | Airborne navigation nacelle | |
| RU2762217C1 (en) | Gyro-stabilised payload stabilisation system of an unmanned aerial vehicle | |
| JPH04110600A (en) | Lightweight missile guidance system | |
| RU2717603C1 (en) | Control device of portable observation equipment arranged on spacecraft | |
| US4773752A (en) | Stabilized sighting apparatus | |
| CN116358349A (en) | Multi-mode guidance simulation system and guidance simulation method based on unmanned aerial vehicle | |
| CN110092006A (en) | A kind of system and method improving photoelectric nacelle optic central extract precision |