無人飛行器及其云臺(tái)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及航空拍攝技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種無人飛行器及其云臺(tái)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無人機(jī)是一種有動(dòng)力、可控制、能攜帶多種任務(wù)設(shè)備、執(zhí)行多種任務(wù)并能重復(fù)使用的飛行器。能夠利用無線遙控設(shè)備和自身的控制裝置進(jìn)行控制的不載人飛行器，例如無人直升機(jī)、無人固定翼機(jī)、無人傘翼機(jī)等等。該無人機(jī)可以用于掛載拍攝裝置，用于航拍、測(cè)繪、偵查等等。
[0003]無人機(jī)在飛行中的震動(dòng)是不可避免的，而航拍器材(如拍攝相機(jī))對(duì)震動(dòng)很敏感，使拍攝出來的畫面變得模糊，抖動(dòng)，甚至使人感覺眩暈。這種抖動(dòng)可以分解為三個(gè)方向上震動(dòng)，飛行器的俯仰方向，橫滾方向，航向方向。
[0004]目前市場(chǎng)上，已有很專業(yè)的云臺(tái)系統(tǒng)，穩(wěn)定效果好，負(fù)載大，但是價(jià)格高昂?，F(xiàn)有技術(shù)比較通用的云臺(tái)系統(tǒng)由于使用8位MCU，運(yùn)算速度慢，導(dǎo)致出現(xiàn)穩(wěn)定效果較差、調(diào)試復(fù)雜、對(duì)相機(jī)的安裝精度要求很苛刻和大批量生產(chǎn)良率不高的問題。
[0005]基于此，有必要提供一種新的無人飛行器及其云臺(tái)系統(tǒng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型正是基于以上一個(gè)或多個(gè)問題，提供一種無人飛行器及其云臺(tái)系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的無人飛行器中存在的穩(wěn)定效果較差、調(diào)試復(fù)雜、對(duì)相機(jī)的安裝精度要求很苛刻和大批量生產(chǎn)良率不高的問題。
[0007]本實(shí)用新型提供一種云臺(tái)系統(tǒng)，用于承載一成像設(shè)備，其中，包括:云臺(tái)控制裝置，所述云臺(tái)控制裝置包括云臺(tái)控制電路板和設(shè)于所述云臺(tái)控制電路板的云臺(tái)控制電路，所述云臺(tái)控制電路包括處理器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、第一姿態(tài)傳感器、第二姿態(tài)傳感器，所述第一姿態(tài)傳感器位于所述云臺(tái)控制電路板上，用于檢測(cè)所述云臺(tái)的姿態(tài)，得到第一姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述第二姿態(tài)傳感器設(shè)于所述成像設(shè)備上，用于檢測(cè)所述成像設(shè)備的姿態(tài)，得到第二姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述處理器依據(jù)所述第一姿態(tài)數(shù)據(jù)和所述第二姿態(tài)數(shù)據(jù)控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元使所述云臺(tái)保持預(yù)設(shè)的狀態(tài)，第一姿態(tài)傳感器與第二姿態(tài)傳感器為多軸傳感器。
[0008]較佳地，所述處理器依據(jù)所述第一姿態(tài)數(shù)據(jù)和所述第二姿態(tài)數(shù)據(jù)控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元使所述云臺(tái)保持預(yù)設(shè)的狀態(tài)，具體包括:所述處理器依據(jù)所述第一姿態(tài)數(shù)據(jù)和所述第二姿態(tài)數(shù)據(jù)采用濾波算法濾除所述云臺(tái)的震動(dòng)產(chǎn)生的噪聲數(shù)據(jù)，和差分算法得到云臺(tái)的準(zhǔn)確姿態(tài)數(shù)據(jù)，然后控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元使所述云臺(tái)保持預(yù)設(shè)的狀態(tài)。
[0009]較佳地，所述然后控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元使所述云臺(tái)保持預(yù)設(shè)的狀態(tài)，具體為:采用比例積分微分控制算法將所述準(zhǔn)確姿態(tài)數(shù)據(jù)與使所述云臺(tái)保持預(yù)設(shè)的狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的PWM信號(hào)，使所述云臺(tái)保持預(yù)設(shè)的狀態(tài)。
[0010]較佳地，所述處理器包括:用于處理所述云臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的中央處理單元、用于去電源耦合來的干擾和雜波的電源濾波單元、用于連接所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口、用于連接所述第一姿態(tài)傳感器的第一姿態(tài)傳感器接口、用于連接所述第二姿態(tài)傳感器的第二姿態(tài)傳感器接口以及用于調(diào)節(jié)所述云臺(tái)系統(tǒng)的調(diào)試接口。
[0011]較佳地，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元包括至少兩個(gè)用于驅(qū)動(dòng)控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的半橋集成驅(qū)動(dòng)芯片，用于去除電源耦合的電源去耦合單元，濾除電源干擾和雜波的電機(jī)電源濾波電容以及用于對(duì)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行過流保護(hù)的電流傳感器。
[0012]較佳地，所述云臺(tái)系統(tǒng)還包括:用于固定所述云臺(tái)控制裝置的云臺(tái)固定裝置，所述云臺(tái)固定裝置包括:設(shè)于所述基板一端具有固定孔的固定孔部，與所述固定孔部相對(duì)的另一端設(shè)置卡扣結(jié)構(gòu)，其中，還包括設(shè)于所述基板上且位于所述固定孔部?jī)蓚?cè)的筋條，所述筋條支撐所述云臺(tái)控制電路板以使所述云臺(tái)控制電路板的一端被所述卡扣結(jié)構(gòu)扣住。
[0013]較佳地，所述云臺(tái)固定裝置還包括設(shè)于所述云臺(tái)控制電路板上的第一固定凹槽，在固定所述云臺(tái)控制電路板時(shí)，所述第一固定凹槽抵靠到所述支撐部，所述第一固定凹槽的槽底還設(shè)有半圓形固定槽。
[0014]較佳地，所述云臺(tái)控制電路板在所述第一固定凹槽的相對(duì)側(cè)設(shè)有第二固定凹槽，所述第二固定凹槽槽底設(shè)有一突起部，所述突起部上設(shè)有與所述固定孔部的固定孔相對(duì)應(yīng)的第一固定孔。
[0015]較佳地，所述云臺(tái)固定裝置還包括彈性電觸點(diǎn)，所述彈性電觸點(diǎn)穿過所述基板并抵靠到所述云臺(tái)控制電路板對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)部。
[0016]一種無人飛行器，包括飛行器本體和設(shè)于所述飛行器本體上的云臺(tái)系統(tǒng)，其中，所述云臺(tái)系統(tǒng)為如前任一項(xiàng)所述的云臺(tái)系統(tǒng)。
[0017]本實(shí)用新型提供的無人飛行器及其云臺(tái)系統(tǒng)，具有穩(wěn)定效果好、調(diào)試簡(jiǎn)單、對(duì)相機(jī)安裝精度要求低以及批量生產(chǎn)良率高的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的云臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是圖1中的云臺(tái)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是圖1中的云臺(tái)固定裝置在云臺(tái)控制電路板安裝到基板時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4是圖3所示的云臺(tái)控制電路板安裝到基板裝配時(shí)另一視角下的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖5是圖3所示的基板上的固定結(jié)構(gòu)較佳實(shí)施例的示意圖。
[0023]圖6是圖5所不的基板上的固定結(jié)構(gòu)在另一視角下的不意圖。
[0024]圖7是圖3所示的云臺(tái)控制電路板的較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖8是圖7的云臺(tái)控制電路板的背面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，如果不沖突，本實(shí)用新型實(shí)施例以及實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0027]請(qǐng)參見圖1與圖2，圖1是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的云臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中的云臺(tái)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型提供一種云臺(tái)系統(tǒng)，用于承載一成像設(shè)備，成像設(shè)備可以為常見的拍攝設(shè)備，也可以是搭載成像器件的其它電子設(shè)備，例如手機(jī)，平板電腦等。該云臺(tái)系統(tǒng)包括:云臺(tái)控制裝置，所述云臺(tái)控制裝置包括云臺(tái)控制電路板100和設(shè)于所述云臺(tái)控制電路板的云臺(tái)控制電路，所述云臺(tái)控制電路包括處理器110、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元120、第一姿態(tài)傳感器130、第二姿態(tài)傳感器140，所述第一姿態(tài)傳感器130位于所述云臺(tái)控制電路板上，用于檢測(cè)所述云臺(tái)的姿態(tài)，得到第一姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述第二姿態(tài)傳感器140設(shè)于所述成像設(shè)備上，用于檢測(cè)所述成像設(shè)備的姿態(tài)，得到第二姿態(tài)數(shù)據(jù)，所述處理器依據(jù)所述第一姿態(tài)數(shù)據(jù)和所述第二姿態(tài)數(shù)據(jù)控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元使所述云臺(tái)保持預(yù)設(shè)的狀態(tài)。其中，第一姿態(tài)數(shù)據(jù)，云臺(tái)或者說無人飛行器的姿態(tài)，包括:第一航向數(shù)據(jù)、第一俯仰數(shù)據(jù)、第一橫滾數(shù)據(jù);第二姿態(tài)數(shù)據(jù)主要是成像設(shè)備的姿態(tài)數(shù)據(jù)包括:第二航向數(shù)據(jù)、第二俯仰數(shù)據(jù)、第二橫滾數(shù)據(jù)。第一姿態(tài)傳感器130、第二姿態(tài)傳感器140采用六軸、九軸等多軸姿態(tài)傳感器。
[0028]本實(shí)用新型提供的無人飛行器的云臺(tái)系統(tǒng)，具有穩(wěn)定效果好、調(diào)試簡(jiǎn)單、對(duì)相機(jī)安裝精度要求低以及批量生產(chǎn)良率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0029]較佳地，所述處理器110依據(jù)所述第一姿態(tài)數(shù)據(jù)和所述第二姿態(tài)數(shù)據(jù)控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元使所述云臺(tái)保持預(yù)設(shè)的狀態(tài)，具體包括:所述處理器110依據(jù)所述第一姿態(tài)數(shù)據(jù)和所述第二姿態(tài)數(shù)據(jù)采用濾波算法濾除所述云臺(tái)的震動(dòng)產(chǎn)生的噪聲數(shù)據(jù)，和差分算法得到云臺(tái)的準(zhǔn)確姿態(tài)數(shù)據(jù)，然后控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元120使所述云臺(tái)保持預(yù)設(shè)的狀態(tài)。這里的濾波算法可以采用常見濾波算法，如高斯濾波算法。處理器110采用Stm32fl03RCT6，這是一個(gè)32位單片機(jī)，主頻為72MHZ，P麗單元均使用16位定時(shí)器，使P麗的分辨率達(dá)到1/65536，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元120的控制更加細(xì)膩和準(zhǔn)確，共使用了 6路PffM來做兩個(gè)軸向的無刷電機(jī)控制。
[0030]較佳地，所述然后控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元120使所述云臺(tái)保持預(yù)設(shè)的狀態(tài)，具體為:采用比例積分微分控制算法將所述準(zhǔn)確姿態(tài)數(shù)據(jù)與使所述云臺(tái)保持預(yù)設(shè)的狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的HVM信號(hào)，使所述云臺(tái)保持預(yù)設(shè)的狀
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[0031]較佳地，所述處理器包括:用于處理所述云臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的中央處理單元111、用于去電源耦合來的干擾和雜波的電源濾波單元115、用于連接所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口 112、用于連接所述第一姿態(tài)傳感器的第一姿態(tài)傳感器接口 113、用于連接所述第二姿態(tài)傳感器的第二姿態(tài)傳感器接口 114以及用于調(diào)節(jié)所述云臺(tái)系統(tǒng)的調(diào)試接口 116。
[0032]在一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元120包括至少兩個(gè)用于驅(qū)動(dòng)控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的半橋集成驅(qū)動(dòng)芯片，用于去除電源耦合的電源去耦合單元，濾除電源干擾和雜波的電機(jī)電源濾波電容以及用于對(duì)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行過流保護(hù)的電流傳感器。具體地，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元120內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電路使用內(nèi)含3個(gè)半橋的集成芯片DRV8313，而外部帶有電源去偶電容和電源濾波電容，自帶電流傳感器用于過流保護(hù)，可以驅(qū)動(dòng)三相無刷電機(jī)。采用3個(gè)半橋集成芯片的好處是分立元件少，更容易生產(chǎn)和維修，還自帶保護(hù)電路。無刷電機(jī)采用三相步進(jìn)電機(jī)的控制模式，可以迅速的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，并且獲得精確的步進(jìn)角度。
[0033]還有，為使整個(gè)云臺(tái)控制裝置工作電源更穩(wěn)定，該云臺(tái)控制裝置還包括電源管理單元，包括:開關(guān)電源電路，指示燈電路，與云臺(tái)控制電路的觸點(diǎn)連接的電源接口。此電源管理單元，使用的是一個(gè)DC2DC的非線性降壓芯片，其作用是提高電源的使用效率，降低LDO線性降壓芯片帶來的壓降損耗，將12V電壓直接轉(zhuǎn)換為3.3V。另外的一片LDO線性降壓芯片是用于在沒有外部12V電源時(shí)，可以使用USB的5V作為調(diào)試時(shí)的供電。
[0034]進(jìn)一步地，所述云臺(tái)系統(tǒng)還包括:用于固定所述云臺(tái)控制裝置的云臺(tái)固定裝置，關(guān)于本實(shí)用新型的云臺(tái)固定裝置請(qǐng)一并圖3、圖4、圖5、圖6圖7及圖8，圖3是圖1中的云臺(tái)固定裝置在云臺(tái)控制電路板安裝到基板時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3所示的云臺(tái)控制電路板安裝到基板裝配時(shí)另一視角下的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖3所示的基板上的固定結(jié)構(gòu)較佳實(shí)施例的不意圖；圖6是圖5所不的基板上的固定結(jié)構(gòu)在另一視角下的不意圖；圖7是圖3所不的zs'臺(tái)控制電路板的較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是圖7的云臺(tái)控制電路板的背面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]所述云臺(tái)固定裝置包括:設(shè)于所述基板一端具有固定孔的固定孔部，與