一种光电系统增稳装置及扑翼飞行器的制作方法

本发明涉及扑翼飞行器，特别是涉及一种光电系统增稳装置及扑翼飞行器。

背景技术：

1、扑翼飞行机器人是指一种像鸟类或昆虫扑动翅膀产生升力，从而进行飞行的新型飞行机器人。与固定翼和旋翼相比，扑翼飞行机器人因其独特的仿生性使其具有安全性高、隐蔽性强等优点。光电系统包括但不限于激光、红外、可见光、紫外等成像系统，是扑翼飞行机器人感知周围环境的一种重要途径。云台是光电系统和飞行机器人链接的纽带，在消除抖动和控制相机转向方面起着关键作用。扑翼飞行机器人对重心位置敏感，传统云台重心过于集中且固定，不利于扑翼飞行机器人高机动飞行。

2、传统的云台机械结构通常固定在飞行平台上，基于电机的轴向实现2自由度或3自由度的旋转消抖，但这样并不能消除由于飞行平台自身抖动而引起的相机平移抖动。扑翼飞行机器人依靠扑动翅膀飞行，在飞行过程中会存在上下大幅平移抖动，对采集图像质量有较大影响。

3、因此，如何消除光电系统的大幅平移抖动，是迫切需要本领域技术人员解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供用于克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种光电系统增稳装置及扑翼飞行器。该装置能够实现对光电系统的大幅抖动消除和可控制伸缩。

2、本发明提供了如下方案：

3、一种光电系统增稳装置，包括：

4、云台单元，所述云台单元包括光电系统；

5、重心调节单元，所述云台单元与所述重心调节单元的一端固定相连；

6、平移抖动消除单元，所述平移抖动消除单元与所述重心调节单元的另一端固定相连；

7、其中，所述重心调节单元通过旋转支座与扑翼飞行器的机身主体相连；所述平移抖动消除单元与所述机身主体配合连接且与所述扑翼飞行器的翅翼动作驱动单元相连，以使所述平移抖动消除单元与所述翅翼同步周期性上下动作；所述平移抖动消除单元用于驱动所述重心调节单元携带所述云台单元周期性上下动作以消除所述光电系统的平移抖动；所述重心调节单元用于驱动所述云台单元伸缩动作改变所述扑翼飞行器的重心位置，实现对所述扑翼飞行器不同飞行方式重心位置的适配。

8、优选地：所述重心调节单元包括伸缩臂外筒、伸缩臂外筒后盖、伸缩臂内筒、伸缩电机以及丝杆；

9、所述云台单元与所述伸缩臂内筒相连；所述伸缩臂外筒后盖用于与所述平移抖动消除单元配合连接；所述伸缩臂内筒套装于所述伸缩臂外筒的内部，所述伸缩臂内筒的内侧设置有内螺纹，所述丝杆与所述内螺纹配合连接；所述伸缩电机与所述丝杆相连用于驱动所述丝杆旋转用以驱动所述伸缩臂内筒携带所述云台单元沿所述伸缩臂外筒的轴向伸缩。

10、优选地：所述伸缩臂外筒的内部设置有轴向滑槽，所述伸缩臂外筒的端部设置有防滑孔；所述伸缩臂内筒外侧设有凸起滑块，所述凸起滑块可在所述轴向滑槽内部滑动；所述防滑孔用于防止所述伸缩臂内筒滑出所述伸缩臂外筒。

11、优选地：所述旋转支座通过固定螺丝固定在所述机身主体上，可绕固定轴自由旋转，所述伸缩臂外筒置于所述旋转支座的外筒固定孔内部，可在所述外筒固定孔内自由滑动。

12、优选地：所述云台单元包括两轴云台结构，所述两轴云台结构包括第一连接臂、第二连接臂、俯仰电机以及航向电机；

13、所述第一连接臂的一端与所述伸缩臂内筒相连，另一端与所述俯仰电机相连；所述俯仰电机与所述第二连接臂相连，所述第二连接臂与所述航向电机相连，所述航向电机与所述光电系统相连。

14、优选地：还包括控制单元，所述控制单元包括控制器、陀螺仪以及加速度计，所述陀螺仪以及所述加速度计设置于所述第二连接臂上；

15、所述控制器用于接收和处理所述陀螺仪和所述加速度计的测量信息，利用所述测量信息计算确定所述云台单元期望的转动角度和上下运动幅度，并对所述云台单元中的多轴电机和所述伸缩电机发送指令，当达到期望的旋转角度和伸缩臂长度后，控制相应电机停转。

16、优选地：所述平移抖动消除单元包括两个固定滑槽、带齿滑槽以及扇形齿轮；所述扇形齿轮上的中间轴孔与齿轮轴固定连接，所述齿轮轴与所述翅翼动作驱动单元的最后一级齿轮相连；所述带齿滑槽与所述重心调节单元相铰接；

17、所述扇形齿轮的扇形齿面与所述带齿滑槽上的两侧齿面啮合连接；所述带齿滑槽的上下两端分别设置有凸起圆柱；两个所述凸起圆柱分别置于两个固定滑槽中；两个所述固定滑槽对称固定在所述机身主体两侧，使所述带齿滑槽上的所述凸起圆柱在所述固定滑槽内部滑动。

18、优选地：还包括制动抓钩，所述制动抓钩固定于所述扇形齿轮上，所述带齿滑槽上设置有凸起挡边；所述制动抓钩用于在所述扇形齿轮无法传递动力给所述带齿滑槽时，通过所述制动抓钩的钩爪勾住所述凸起挡边，限制所述带齿滑槽向上运动，阻止所述云台单元因重力向下运动，使所述云台单元保持在最高位。

19、优选地：所述翅翼动作驱动单元包括空间双曲柄摇杆机构，使用二级减速组传递电机扭力带动所述最后一级齿轮旋转，并通过球头连杆带动翅翼底座做往复扑动运动，所述翅翼底座用于连接所述翅翼；

20、调节所述扇形齿轮安装角度，使所述扇形齿面对称轴与所述最后一级齿轮上固定所述球头连杆位置成目标相位差，以使所述云台单元运动周期与扑翼飞行器抖动周期相配合。

21、一种扑翼飞行器，包括上述的光电系统增稳装置。

22、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

23、本申请实施例提供的一种光电系统增稳装置及扑翼飞行器，平移抖动消除单元可以跟随扑翼频率上下动作，通过重心调节单元与云台单元相连，进而实现对云台单元内光电系统平移抖动的消除。重心调节单元通过控制伸缩电机带动伸缩臂内筒前后移动，带动云台单元进行伸缩运动，进而改变云台位置，调整扑翼飞行器整体重心位置。光电系统安装于云台单元内，云台单元通过对多轴电机的控制可实现对光电系统旋转抖动的消除。解决了扑翼飞行器在飞行过程中光电设备存在大幅度平移抖动和旋转抖动、重心不可调配的问题，具有结构简单、重量轻、效果好的优点。

24、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种光电系统增稳装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光电系统增稳装置，其特征在于，所述重心调节单元包括伸缩臂外筒、伸缩臂外筒后盖、伸缩臂内筒、伸缩电机以及丝杆；

3.根据权利要求2所述的光电系统增稳装置，其特征在于，所述伸缩臂外筒的内部设置有轴向滑槽，所述伸缩臂外筒的端部设置有防滑孔；所述伸缩臂内筒外侧设有凸起滑块，所述凸起滑块可在所述轴向滑槽内部滑动；所述防滑孔用于防止所述伸缩臂内筒滑出所述伸缩臂外筒。

4.根据权利要求2所述的光电系统增稳装置，其特征在于，所述旋转支座通过固定螺丝固定在所述机身主体上，可绕固定轴自由旋转，所述伸缩臂外筒置于所述旋转支座的外筒固定孔内部，可在所述外筒固定孔内自由滑动。

5.根据权利要求2所述的光电系统增稳装置，其特征在于，所述云台单元包括两轴云台结构，所述两轴云台结构包括第一连接臂、第二连接臂、俯仰电机以及航向电机；

6.根据权利要求5所述的光电系统增稳装置，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元包括控制器、陀螺仪以及加速度计，所述陀螺仪以及所述加速度计设置于所述第二连接臂上；

7.根据权利要求1所述的光电系统增稳装置，其特征在于，所述平移抖动消除单元包括两个固定滑槽、带齿滑槽以及扇形齿轮；所述扇形齿轮上的中间轴孔与齿轮轴固定连接，所述齿轮轴与所述翅翼动作驱动单元的最后一级齿轮相连；所述带齿滑槽与所述重心调节单元相铰接；

8.根据权利要求7所述的光电系统增稳装置，其特征在于，还包括制动抓钩，所述制动抓钩固定于所述扇形齿轮上，所述带齿滑槽上设置有凸起挡边；所述制动抓钩用于在所述扇形齿轮无法传递动力给所述带齿滑槽时，通过所述制动抓钩的钩爪勾住所述凸起挡边，限制所述带齿滑槽向上运动，阻止所述云台单元因重力向下运动，使所述云台单元保持在最高位。

9.根据权利要求8所述的光电系统增稳装置，其特征在于，所述翅翼动作驱动单元包括空间双曲柄摇杆机构，使用二级减速组传递电机扭力带动所述最后一级齿轮旋转，并通过球头连杆带动翅翼底座做往复扑动运动，所述翅翼底座用于连接所述翅翼；

10.一种扑翼飞行器，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的光电系统增稳装置。

技术总结本发明公开了一种光电系统增稳装置及扑翼飞行器，平移抖动消除单元可以跟随扑翼频率上下动作，通过重心调节单元与云台单元相连，进而实现对云台单元内光电系统平移抖动的消除。重心调节单元通过控制伸缩电机带动伸缩臂内筒前后移动，带动云台单元进行伸缩运动，进而改变云台位置，调整扑翼飞行器整体重心位置。光电系统安装于云台单元内，云台单元通过对多轴电机的控制可实现对光电系统旋转抖动的消除。解决了扑翼飞行器在飞行过程中光电设备存在大幅度平移抖动和旋转抖动、重心不可调配的问题，具有结构简单、重量轻、效果好的优点。技术研发人员：张春华,付强,张恒,王聪,王俊玲,张丹,熊金,吕卫强,魏文彬,廖士楠受保护的技术使用者：中国兵器装备集团自动化研究所有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11