本发明专利技术涉及一种基于前置三轴式云台的小型电动无人直升机航拍系统，它是一种小型无人直升机航拍系统的设计，它包含前置三轴式云台设计、小型无人直升机平台设计、地面站设计、通讯系统设计等，属于航空飞行器设计技术领域。该航拍系统轻巧灵活，集成度高，噪音小，震动小，使用机动性好，对使用环境及场地等条件要求低，能实现全方位的拍摄。它在无人驾驶飞行器领域内里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于前置三轴式云台的小型电动无人直升机航拍系统，它是一种小型无人直升机航拍系统的设计，它包含前置三轴式云台设计、小型无人直升机平台设计、地面站设计、通讯系统设计等等，属于航空飞行器设计
技术介绍
无人驾驶飞行器(UAV)，是一种有动力驱动，机上无人驾驶，可重复使用的航空器。无人机常以重量来分类，其中20kg以下的称为微型或小型无人机，一般用于航空靶标，战场侦查、毁伤评估、目标指引等军事任务，以及作为载机平台用于飞行试验、航空测绘等非军事任务。无人机航拍摄影，就是以无人驾驶飞行器作为空中平台，以机载遥感设备，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪等获取信息，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图像。全系统在设计和最优化组合方面具有突出的特点，是集成了高空拍摄、遥控、遥测技术、视频影像微波传输和计算机影像信息处理的新型应用技术。小型固定翼无人机一般采用水平滑跑起飞、手掷起飞、弹射起飞等起飞形式，并且质量较大的无人机通常采用常规滑跑起降，对于跑道要求较高，从而限制了无人机的使用范围。小型无人直升机较固定翼飞机而言，具有悬停稳定、机动灵活等飞行性能，因此很多研究机构选用旋翼直升机作为微小型无人机的研究平台。目前美国，德国，加拿大等国家均展开了微型无人直升机的研究。其中美国主要是在DARPA，NASA, ARL等政府机构以及洛克马丁等一些厂商的资助下，由众多研究机构开展微型无人直升机的研究计划。纵观国内外的发展情况，此类航拍系统还处于初级研制阶段，但需求量很多，很多任务需要应用此类无人旋翼平台来完成。以震区灾情评估任务为例，在发生地震的初始时亥IJ，道路损毁，外部人员无法快速进入震区内部了解损失情况。但为了给相关部门及时提供科学决策的依据，必须通过空中、地面等多方面对震区进行勘察，此时应用小型无人直升机进行作业不失为一种经济有效的手段。在震区满目疮痍，起降条件难以达到常规无人机要求的情况下，小型无人直升机则可以随时随地垂直起降，并悬停作业，利于深入灾区飞行，开展相关科学任务，这将对抗震救灾的工作提供及时和高效的帮助。目前的小型无人直升机航拍系统均采用下挂式云台或前置两轴调节云台，这类云台机动性差且视野范围小，航拍效果较差。本项目即针对这一主要问题，研发了前置三轴式云台的无人直升机航拍系统，取得了良好的效果。
技术实现思路
I要解决的技术问题本专利技术的目的是，研发和提供一种基于前置三轴式云台技术的小型无人直升机航拍系统，它可以三轴精确定位，以实现航拍的高稳定性和全视角观测以及图像的实时传输与监控。它需要克服以下几点问题I)小型无人直升机震动较大,噪音较大；2)小型无人直升机功重比较小；小型无人直升机越来越被发掘出更多的实用价值，因此更大的功重比成为追求性能提升的一部分；3)图像传输与采集过程复杂；传统的航拍飞行器在需要进行视频回放或采集视频样本时，需要将固定于云台内的摄像机拆下，取出储存卡进行处理，操作复杂，耗时耗力；4)飞行平稳性低，云台系统调节不灵活；传统小型航拍无人直升机多使用常规下挂式云台和两轴式云台，在稳定性、航拍角度、操纵效率、易损耗程度、便携、维护性等方面有许多缺陷；5)抗损坏能力低；传统小型无人航拍直升机无尾桨等保护措施，在出现紧急情况需要自旋迫降时其下挂式云台往往损坏严重；6)航拍相关设备笨重，集成度低，使用不灵活，出勤率低。2采用的技术方案本专利技术主要是通过对小型无人直升机的总体布局、三轴前置式云台、小型集成化地面站及图像实时传输的合理设计与调试来实现的。以下说明本专利技术具体实施的技术方案I)小型无人直升机机的总体布局如图1所示，该小型无人直升机为常规单旋翼带尾桨布局。直升机机体由尾桨系统(I)、尾桨保护框(2)、尾管(3)、机身侧板结构(4)、主旋翼系统(5)、云台支架(6)、云台系统(7)、动力传动系统(8)(因处于结构内部，所以在图1中未不出，在图2单独不出)、起落架(9)等组成。它们之间的位置连接关系是尾桨系统与尾桨保护框用螺钉连接在尾管末端，尾管另一端连接于机身侧板结构之间，主旋翼系统通过两个主轴轴承座连接于机身侧板结构上方，动力传动系统通过轴承座安装于机身侧板结构内部，起落架安装于机身侧板结构下方的底板上，两根云台支架使用铝柱分别连接于机身侧板结构前方外部，云台系统通过4个空气阻尼器悬挂于云台支架前部。该尾桨系统(I)是由作动机构与尾旋翼组成，尾旋翼与作动机构分别独立安装于尾管末端通过连杆连接；该作动机构是一个伺服舵机带动连杆推动尾旋翼改变螺距的机构，整个尾桨系统用于平衡直升机主旋翼所产生的反扭矩以及控制直升机的航向。该尾旋翼是带有翼型的碳纤维材料制作，用于克服主旋翼旋转时产生的反扭力与改变航向；该尾桨保护框(2)是圆环状件，它用于保护尾桨，避免在恶劣环境中飞行时尾桨受到破坏；该尾管(3)是圆管状件，全部使用碳纤维材料，用于连接尾桨系统和机身；该机身侧板结构(4)是两张有预定形状的厚度为3-5_的碳纤维板，用于构成机身的骨架；该主旋翼系统(5)是由主旋翼与控制机构组成，其间的关系是控制机构使用三个伺服舵机带动连杆控制主旋翼的总距改变以及周期变距，该主旋翼为整机提供升力采用碳纤维材料制成。该控制机构是由三个伺服舵机带动自动倾斜器运动，自动倾斜器又与旋翼通过钢制连杆连接控制主旋翼螺距改变，其作用为调整并控制整个飞机的飞行姿态。主旋翼系统为整个飞机提供升力并改变飞机的姿态；该云台支架(6)是两根碳纤维材料的空心圆管，主要起到连接云台系统与机身侧板结构的作用，同时云台支架上的空气阻尼器能够阻隔高频振动的传递；该云台系统(7)见下文详细介绍；该动力传动系统(8)位于机身侧板结构(4)内，如图2所示。它由锂聚合物动力电池、无刷电子调速器、无刷电机(10)三部分组成动力系统，其中锂聚合物电池与无刷电子调速器以及无刷电机通过电线连接，三者独立安装于机身侧板结构内部。小齿轮(11 )、大齿轮(12)将动力传输给主旋翼系统(5)，同时通过小齿轮(11)、大齿轮(12)、中齿轮(13)、同步传动带(14)、中间轴(15)、同步传送带(16)将动力传输给尾桨系统(I )。该起落架(9)是由铝合金材质的空心弯管制成弧形状，安装于机身侧板结构底部用于飞机的正常起降。对于直升机功重比小的问题，我们的结构大量采用碳纤维复合材料云台系统(7)的结构、云台支架(6)的结构、直升机主旋翼系统(5)和尾桨系统(I)的桨叶、机身侧板结构(4)、尾管(3)、尾桨保护框(2)等均采用碳纤维复合材料，只有在需要用螺栓连接的地方采用铝合金支柱进行连接。这样在保证飞机强度的情况下，大大降低了飞机自重，提高了功重比，使飞机的载荷能力与续航能力得到提升。2)三轴前置式云台云台系统(7)设计为三轴式，如图3所示。它是由航向转轴101、俯仰转轴102、云台内框103、云台外框104、摄像设备105、图像无线传输发射模块106、空气阻尼器107和云台吊装框架108组成，它们之间的位置连接关系是航向转轴与俯仰转轴、云台吊装框架均安装于云台内、外框之间，摄像设备与图像无线传输发射模块均安装于云台内框下部的平板上。其中，该航向转轴，是圆轴类零件，云台系统可绕该轴全周旋转；本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于前置三轴式云台的小型电动无人直升机航拍系统，其特征在于：它是通过对小型无人直升机的总体布局、三轴前置式云台、小型集成化地面站及图像实时传输的合理设计与调试来实现的；1）小型无人直升机机的总体布局该小型无人直升机为常规单旋翼带尾桨布局，直升机机体由尾桨系统（1）、尾桨保护框（2）、尾管（3）、机身侧板结构（4）、主旋翼系统（5）、云台支架（6）、云台系统（7）、动力传动系统（8）、起落架（9）组成，尾桨系统与尾桨保护框用螺钉连接在尾管末端，尾管另一端连接于机身侧板结构之间，主旋翼系统通过两个主轴轴承座连接于机身侧板结构上方，动力传动系统通过轴承座安装于机身侧板结构内部，起落架安装于机身侧板结构下方的底板上，两根云台支架使用铝柱分别连接于机身侧板结构前方外部，云台系统通过4个空气阻尼器悬挂于云台支架前部；该尾桨系统（1）是由作动机构与尾旋翼组成，尾旋翼与作动机构分别独立安装于尾管末端通过连杆连接；该作动机构是一个伺服舵机带动连杆推动尾旋翼改变螺距的机构，整个尾桨系统用于平衡直升机主旋翼所产生的反扭矩以及控制直升机的航向；该尾旋翼是带有翼型的碳纤维材料制作，用于克服主旋翼旋转时产生的反扭力与改变航向；该尾桨保护框（2）是圆环状件，它用于保护尾桨，避免在恶劣环境中飞行时尾桨受到破坏；该尾管（3）是圆管状件，全部使用碳纤维材料，用于连接尾桨系统和机身；该机身侧板结构（4）是两张有预定形状的厚度为3?5mm的碳纤维板，用于构成机身的骨架；该主旋翼系统（5）是由主旋翼与控制机构组成，控制机构使用三个伺服舵机带动连杆控制主旋翼的总距改变以及周期变距，该主旋翼为整机提供升力采用碳纤维材料制成；该控制机构是由三个伺服舵机带动自动倾斜器运动，自动倾斜器又与旋翼通过钢制连杆连接控制主旋翼螺距改变，其作用为调整并控制整个飞机的飞行姿态；主旋翼系统为整个飞机提供升力并改变飞机的姿态；该云台支架（6）是两根碳纤维材料的空心圆管，主要起到连接云台系统与机身侧板结构的作用，同时云台支架上的空气阻尼器能够阻隔高频振动的传递；该动力传动系统（8）位于机身侧板结构（4）内，它由锂聚合物动力电池、无刷电子调速器、无刷电机（10）三部分组成动力系统，其中锂聚合物电池与无刷电子调速器以及无刷电机通过电线连接，三者独立安装于机身侧板结构内部；小齿轮（11）、大齿轮（12）将动力传输给主旋翼系统（5），同时通过小齿轮（11）、大齿轮（12）、中齿轮（13）、同步传动带（14）、中间轴（15）、同步传送带（16）将动力传输给尾桨系统（1）；该起落架（9）是由铝合金材质的空心弯管制成弧形状，安装于机身侧板结构底部用于飞机的正常起降；对于直升机功重比小的问题，我们的结构大量采用碳纤维复合材料：云台系统（7）的结构、云台支架（6）的结构、直升机主旋翼系统（5）和尾桨系统（1）的桨叶、机身侧板结构（4）、尾管（3）、尾桨保护框（2）均采用碳纤维复合材料，只有在需要用螺栓连接的地方采用铝合金支柱进行连接；这样在保证飞机强度的情况下，大大降低了飞机自重，提高了功重比，使飞机的载荷能力与续航能力得到提升；2）三轴前置式云台云台系统（7）设计为三轴式，它是由航向转轴（101）、俯仰转轴（102）、云台内框（103）、云台外框（104）、摄像设备（105）、图像无线传输发射模块（106）、空气阻尼器（107）和云台吊装框架（108）组成，航向转轴与俯仰转轴、云台吊装框架均安装于云台内、外框之间，摄像设备与图像无线传输发射模块均安装于云台内框下部的平板上；其中，该航向转轴，是圆轴类零件，云台系统绕该轴全周旋转；该俯仰转轴，是圆轴类零件，云台系统绕该轴在俯仰方向180度角内转动；该云台内框（103）是圆盒类零件，套在云台外框（104）中转动，使云台系统（7）在横侧方向120度角内改变视角；云台系统（7）搭载摄像设备（105）和图像无线传输发射模块（106）用于图像的采集与实时传输；该云台外框（104）是采用碳纤维材料制成，为云台的骨架；该摄像设备（105）是根据具体的拍摄任务进行更换的，用于在空中进行航拍航摄工作；该图像无线传输发射模块采用频率为5.8GH的无线传输单元，用于将空中所拍摄的画面传输回地面接收器；该空气阻尼器（107）是使用空气作为阻尼介质的隔振原件，用于阻隔飞机高频振动的传递；该云台吊装框架（108）为框架结构，采用高强度铝合金数控加工而成，用于云台系统相互间的连接；对于直升机震动大的问题，设计了云台系统（7）与机身的柔性连接使飞机的震动大大降低；首先将云台支架（6）以悬臂梁的形...
【技术特征摘要】
1.一种基于前置三轴式云台的小型电动无人直升机航拍系统，其特征在于它是通过对小型无人直升机的总体布局、三轴前置式云台、小型集成化地面站及图像实时传输的合理设计与调试来实现的； I)小型无人直升机机的总体布局 该小型无人直升机为常规单旋翼带尾桨布局，直升机机体由尾桨系统(I)、尾桨保护框(2)、尾管(3)、机身侧板结构(4)、主旋翼系统(5)、云台支架(6)、云台系统(7)、动力传动系统(8)、起落架(9)组成，尾桨系统与尾桨保护框用螺钉连接在尾管末端，尾管另一端连接于机身侧板结构之间，主旋翼系统通过两个主轴轴承座连接于机身侧板结构上方，动力传动系统通过轴承座安装于机身侧板结构内部，起落架安装于机身侧板结构下方的底板上，两根云台支架使用铝柱分别连接于机身侧板结构前方外部，云台系统通过4个空气阻尼器悬挂于云台支架前部； 该尾桨系统(I)是由作动机构与尾旋翼组成，尾旋翼与作动机构分别独立安装于尾管末端通过连杆连接；该作动机构是一个伺服舵机带动连杆推动尾旋翼改变螺距的机构，整个尾桨系统用于平衡直升机主旋翼所产生的反扭矩以及控制直升机的航向；该尾旋翼是带有翼型的碳纤维材料制作，用于克服主旋翼旋转时产生的反扭力与改变航向； 该尾桨保护框(2)是圆环状件，它用于保护尾桨，避免在恶劣环境中飞行时尾桨受到破坏； 该尾管(3)是圆管状件，全部使用碳纤维材料，用于连接尾桨系统和机身； 该机身侧板结构(4)是两张有预定形状的厚度为3-5mm的碳纤维板，用于构成机身的骨架； 该主旋翼系统(5)是由主旋翼与控制机构组成，控制机构使用三个伺服舵机带动连杆控制主旋翼的总距改变以及周期变距，该主旋翼为整机提供升力采用碳纤维材料制成；该控制机构是由三个伺服舵机带动自动倾斜器运动，自动倾斜器又与旋翼通过钢制连杆连接控制主旋翼螺距改变，其作用为调整并控制整个飞机的飞行姿态；主旋翼系统为整个飞机提供升力并改变飞机的姿态； 该云台支架(6)是两根碳纤维材料的空心圆管，主要起到连接云台系统与机身侧板结构的作用，同时云台支架上的空气阻尼器能够阻隔高频振动的传递； 该动力传动系统(8)位于机身侧板结构(4)内，它由锂聚合物动力电池、无刷电子调速器、无刷电机(10)三部分组成动力系统，其中锂聚合物电池与无刷电子调速器以及无刷电机通过电线连接，三者独立安装于机身侧板结构内部；小齿轮(11)、大齿轮(12)将动力传输给主旋翼系统(5)，同时通过小齿轮(11 )、大齿轮(12)、中齿轮(13)、同步传动带(14)、中间轴(15)、同步传送带(16)将动力传输给尾桨系统(I); 该起落架(9)是由铝合金材质的空心弯管制成弧形状，安装于机身侧板结构底部用于飞机的正常起降； 对于直升机功重比小的问题，我们的结构大量采用碳纤维复合材料云台系统(7)的结构、云台支架(6)的结构、直升机主旋翼系统(5)和尾桨系统(I)的桨叶、机身侧板结构(4)、尾管(3)、尾桨保护框(2)均采用碳纤维复合材料，只有在需要用螺栓连接的地方采用铝合金支柱进行连接；这样在保证飞机强度的情况下，大大降低了飞机自重，提高了功重t匕，使飞机的载荷能力与续航能力得到提升；2)三轴前置式云台 云台系统(7)设计为三轴式，它是由航向转轴(101)、俯仰转轴(102)、云台内框(103)、云台外框(104)、摄像设备(105)、图像无线传输发射模块(106)、空气阻尼器(107)和云...
【专利技术属性】
技术研发人员：王川，王亚龙，
申请(专利权)人：北京兰亭华谊文化传媒有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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