本發(fā)明屬于無人機云臺領(lǐng)域，特別涉及一種無人機用三軸穩(wěn)定云臺及控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著無人機技術(shù)的快速發(fā)展,其在航拍、測繪、監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛,而云臺作為無人機重要的配套設(shè)備,直接影響到無人機的工作效果和性能。傳統(tǒng)的無人機云臺主要采用單軸或雙軸結(jié)構(gòu),難以滿足高精度、多自由度的穩(wěn)定需求。雖然三軸云臺能夠?qū)崿F(xiàn)更好的穩(wěn)定效果,但現(xiàn)有的三軸云臺仍存在諸多不足:首先,大多數(shù)三軸云臺采用串聯(lián)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致整體體積較大、重量較重,不利于無人機的輕量化設(shè)計；其次,串聯(lián)結(jié)構(gòu)使得各軸之間存在耦合效應(yīng),增加了控制難度和精度損失；再者,現(xiàn)有三軸云臺的驅(qū)動方式多采用電機直驅(qū),響應(yīng)速度較慢,難以應(yīng)對無人機高速飛行時的劇烈抖動；此外,云臺的控制算法普遍較為簡單,難以適應(yīng)復(fù)雜多變的飛行環(huán)境和任務(wù)需求。這些問題嚴重制約了無人機在高端應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。為了克服上述缺陷,亟需開發(fā)一種新型的三軸穩(wěn)定云臺及其控制方法。該云臺應(yīng)具有緊湊輕便的結(jié)構(gòu)設(shè)計,能夠有效消除軸間耦合,采用高響應(yīng)速度的驅(qū)動方式,并配備先進的控制算法,以實現(xiàn)更高精度、更快響應(yīng)、更強適應(yīng)性的穩(wěn)定效果。同時,新型云臺還應(yīng)具備良好的可擴展性和兼容性,能夠適應(yīng)不同型號的無人機和不同類型的負載設(shè)備。此外,考慮到無人機在惡劣環(huán)境下的應(yīng)用需求,新型云臺還應(yīng)具有良好的防護性能和可靠性?？傊?開發(fā)一種性能先進、適應(yīng)性強的三軸穩(wěn)定云臺及其控制方法,對于提升無人機的工作效能、拓展應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種無人機用三軸穩(wěn)定云臺及控制方法，解決了以下技術(shù)問題：通過與飛控單元實時數(shù)據(jù)交互,提高了云臺對飛行姿態(tài)的響應(yīng)速度。建立驅(qū)動電機之間的聯(lián)動關(guān)系,減少了控制復(fù)雜度。設(shè)置聯(lián)動參數(shù)平衡值,實現(xiàn)了驅(qū)動電機的自動同步動作,提高了穩(wěn)定性和精確度。優(yōu)化了云臺控制算法,提升了整體性能。。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種無人機用三軸穩(wěn)定云臺，包括穩(wěn)定底座一側(cè)與第一驅(qū)動電機連接，所述第一驅(qū)動電機一側(cè)通過l型連接板與第二驅(qū)動電機連接，所述l型連接板的中軸線與穩(wěn)定底座與第一驅(qū)動電機連接位置中軸延長線之間的夾角為90度，第二驅(qū)動電機通過云臺連接板與穩(wěn)定云臺板進行連接，所述云臺連接板的中軸線與l型連接板中軸線之間的夾角為90度，所述穩(wěn)定云臺板分為上固定板和下固定板，所述上固定板和下固定板的四個邊角位置設(shè)置有通孔，上固定板和下固定板的四個邊角處的通孔之間均設(shè)置有連接塊，在連接塊上下通過鎖扣將上固定板和下固定板與連接塊進行固定，所述上固定板和下固定板中部對稱開設(shè)有兩個通槽。

3、這種無人機用三軸穩(wěn)定云臺與現(xiàn)有技術(shù)相比,主要有以下幾個方面的區(qū)別和創(chuàng)新:

4、結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化:該設(shè)計采用了l型連接板將第一驅(qū)動電機和第二驅(qū)動電機連接,并且l型連接板的中軸線與穩(wěn)定底座和第一驅(qū)動電機連接位置的中軸延長線之間夾角為90度。這種布局可以有效減小云臺的整體體積,提高結(jié)構(gòu)緊湊性,同時保證了各軸之間的正交性,有利于提高穩(wěn)定性能。

5、云臺連接方式改進:第二驅(qū)動電機通過云臺連接板與穩(wěn)定云臺板相連,且云臺連接板的中軸線與l型連接板中軸線之間夾角為90度。這種連接方式可以確保穩(wěn)定云臺板的運動軌跡更加精準,減少誤差,提高整體穩(wěn)定性。

6、穩(wěn)定云臺板結(jié)構(gòu)創(chuàng)新:穩(wěn)定云臺板分為上固定板和下固定板,兩者通過邊角處的連接塊和鎖扣固定。這種設(shè)計增加了云臺板的可拆卸性和維護便利性,同時也提高了結(jié)構(gòu)強度。上下固定板之間形成的空間,可以用于安裝其他設(shè)備或配重,提高了云臺的功能性和靈活性。

7、連接方式靈活:上下固定板邊角處采用通孔和連接塊的方式進行連接,并使用鎖扣固定。這種連接方式既保證了穩(wěn)固性,又提供了快速拆裝的,有利于云臺的維護和更換。

8、重量分布優(yōu)化:上下固定板中部對稱開設(shè)兩個通槽,這種設(shè)計可以在保證結(jié)構(gòu)強度的同時減輕云臺重量,有利于提高無人機的續(xù)航能力。同時,這些通槽也可以用于布線或安裝其他輕型設(shè)備,增加了設(shè)計的靈活性。

9、多功能性提升:通過上下固定板的設(shè)計,該云臺可以同時安裝多個設(shè)備,如攝像機、傳感器等,增加了云臺的多功能性和適用范圍。

10、維護便利性:整體結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計,各部件之間的連接方式簡單明了,便于拆卸和更換,大大提高了維護的便利性和效率。

11、抗震性能提升:通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和連接方式,該云臺具有更好的抗震性能。l型連接板和云臺連接板的正交設(shè)計,以及上下固定板的結(jié)構(gòu),都有助于減少振動對設(shè)備的影響。

12、適應(yīng)性增強:這種設(shè)計可以通過調(diào)整連接塊的高度或形狀,來適應(yīng)不同大小和重量的設(shè)備,增強了云臺的適應(yīng)性和通用性。

13、成本控制:雖然結(jié)構(gòu)看似復(fù)雜,但大多數(shù)部件可以通過標準化生產(chǎn)實現(xiàn),有利于降低生產(chǎn)成本,提高經(jīng)濟效益。這種無人機用三軸穩(wěn)定云臺的設(shè)計在結(jié)構(gòu)布局、連接方式、功能性、維護便利性等方面都有創(chuàng)新和改進。它不僅優(yōu)化了云臺的性能和穩(wěn)定性,還提高了其多功能性和適應(yīng)性,同時考慮到了生產(chǎn)和維護的便利性。這些創(chuàng)新點使得該設(shè)計在無人機云臺領(lǐng)域具有一定的競爭優(yōu)勢。

14、作為一優(yōu)選的實施方式，所述l型連接板與第一驅(qū)動電機接觸一端通過圓環(huán)設(shè)置在第一驅(qū)動電機前端面外壁上，在圓環(huán)繞圓心點環(huán)形陣列設(shè)置有螺紋孔，螺釘通過螺紋孔將圓環(huán)固定在第一驅(qū)動電機上。

15、作為一優(yōu)選的實施方式，所述l型連接板與第二驅(qū)動電機接觸一端通過圓盤連接，所述圓盤設(shè)置在第二驅(qū)動電機的驅(qū)動軸上，通過驅(qū)動軸帶動圓盤轉(zhuǎn)動。

16、作為一優(yōu)選的實施方式，所述穩(wěn)定云臺板與無人機轉(zhuǎn)動臺匹配，通過無人機轉(zhuǎn)動臺帶動穩(wěn)定云臺板在水平面上進行轉(zhuǎn)動。

17、作為一優(yōu)選的實施方式，所述云臺連接板和穩(wěn)定底座的中部開設(shè)有通槽，其中穩(wěn)定底座中部設(shè)置有三個通槽，其中中部通槽的寬度大于前后通槽寬度。

18、一種無人機用三軸穩(wěn)定云臺控制方法，所述方法包括如下步驟：

19、將穩(wěn)定云臺板與無人機轉(zhuǎn)動臺進行匹配固定，在接入無人機轉(zhuǎn)動臺后，與無人機的飛控單元進行數(shù)據(jù)交互，實時獲取飛行姿態(tài)信息，接收飛控單元發(fā)送的控制信號對固定云臺中的第一驅(qū)動電機和第二驅(qū)動電機進行控制；

20、無人機轉(zhuǎn)動臺接收到飛控單元驅(qū)動信號后進行轉(zhuǎn)動，帶動穩(wěn)定云臺在水平方向進行轉(zhuǎn)動，穩(wěn)定云臺在獲取飛行姿態(tài)信息后，將飛行姿態(tài)與第一驅(qū)動電機和第二驅(qū)動電機的步距角進行關(guān)聯(lián)，并在關(guān)聯(lián)同時，建立第一驅(qū)動電機和第二驅(qū)動電機的聯(lián)動；

21、在建立第一驅(qū)動電機和第二驅(qū)動電機聯(lián)動后，在云臺內(nèi)部設(shè)置聯(lián)動參數(shù)平衡值，將第一驅(qū)動電機和第二驅(qū)動電機之間的相對動作參數(shù)進行記錄，在第一驅(qū)動電機或第二驅(qū)動電機在接收到觸發(fā)信號進行驅(qū)動時，通過調(diào)用聯(lián)動參數(shù)平衡值，直接控制未收到信號的驅(qū)動電機按照設(shè)定參數(shù)進行同步動作。

22、該方法實現(xiàn)了穩(wěn)定云臺與無人機飛控單元的實時數(shù)據(jù)交互，能夠?qū)崟r獲取飛行姿態(tài)信息，這種緊密集成提高了整體系統(tǒng)的響應(yīng)速度和協(xié)調(diào)性。其次，該方法建立了飛行姿態(tài)與驅(qū)動電機步距角的關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)機制使得云臺能更精確地響應(yīng)飛行狀態(tài)的變化，提高了穩(wěn)定性能。另一個重要創(chuàng)新點是建立了第一驅(qū)動電機和第二驅(qū)動電機的聯(lián)動機制，這種聯(lián)動不僅提高了云臺的整體協(xié)調(diào)性，還能減少單個電機的負載，延長使用壽命。

23、此外，該方法引入了聯(lián)動參數(shù)平衡值的概念，通過記錄和調(diào)用相對動作參數(shù)，實現(xiàn)了驅(qū)動電機的智能同步控制。這種機制能夠在一個電機接收到觸發(fā)信號時，自動控制另一個電機進行同步動作，大大提高了系統(tǒng)的反應(yīng)速度和穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)方法相比，這種控制方法更加智能化和自動化，減少了人為干預(yù)的需求，提高了系統(tǒng)的可靠性。

24、由于采用了參數(shù)化的控制方式，該方法具有更強的適應(yīng)性和可調(diào)節(jié)性，能夠更好地適應(yīng)不同的飛行環(huán)境和任務(wù)需求。此外，這種方法通過軟件算法實現(xiàn)了硬件功能的優(yōu)化，降低了硬件成本，提高了系統(tǒng)的性價比。這種控制方法在實時性、精確性、協(xié)調(diào)性、智能化和適應(yīng)性等方面都有顯著優(yōu)勢，代表了無人機穩(wěn)定云臺控制技術(shù)的一個新發(fā)展方向。

25、采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的有益效果是：提高穩(wěn)定性能：通過優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計和先進的控制方法,該系統(tǒng)能夠更好地抵消飛行過程中的抖動和振動,提供更穩(wěn)定的平臺for攝像或其他設(shè)備。增強精確度：實時數(shù)據(jù)交互和飛行姿態(tài)與電機步距角的關(guān)聯(lián)機制,使云臺能更精確地跟蹤和調(diào)整位置,提高了整體操控精度。提升響應(yīng)速度：驅(qū)動電機的聯(lián)動機制和智能同步控制大大縮短了系統(tǒng)的反應(yīng)時間,使云臺能更快速地應(yīng)對飛行狀態(tài)變化。改善協(xié)調(diào)性：電機間的聯(lián)動和同步控制機制提高了各部件之間的協(xié)調(diào)性,使整個系統(tǒng)運行更加流暢。延長設(shè)備壽命：通過優(yōu)化負載分配和智能控制,減少了單個部件的壓力,有助于延長整個系統(tǒng)的使用壽命。提高適應(yīng)性：參數(shù)化的控制方式使系統(tǒng)具有更強的可調(diào)節(jié)性,能更好地適應(yīng)不同的飛行環(huán)境和任務(wù)需求。降低成本：軟件算法優(yōu)化減少了對高端硬件的依賴,降低整體系統(tǒng)成本。增強多功能性：模塊化設(shè)計和靈活的結(jié)構(gòu)使云臺能夠適應(yīng)多種設(shè)備和任務(wù)需求。提高可維護性：結(jié)構(gòu)設(shè)計便于拆裝和維護,降低了維護成本和難度。優(yōu)化用戶體驗：更穩(wěn)定、精確和快速的表現(xiàn)提升了整體使用體驗,特別是在航拍等應(yīng)用場景中。增強安全性：更好的穩(wěn)定性和控制精度有助于提高飛行安全性。擴展應(yīng)用范圍：優(yōu)秀的性能使該系統(tǒng)可以應(yīng)用于更多領(lǐng)域,如專業(yè)攝影、測繪、監(jiān)測等。這些有益效果共同作用,使得該無人機三軸穩(wěn)定云臺系統(tǒng)在性能、效率和實用性方面都有顯著提升,為無人機應(yīng)用提供了更可靠、高效的解決方案。