一种无人机用三轴稳定云台及控制方法与流程

本发明属于无人机云台领域，特别涉及一种无人机用三轴稳定云台及控制方法。

背景技术：

1、随着无人机技术的快速发展,其在航拍、测绘、监测等领域的应用日益广泛,而云台作为无人机重要的配套设备,直接影响到无人机的工作效果和性能。传统的无人机云台主要采用单轴或双轴结构,难以满足高精度、多自由度的稳定需求。虽然三轴云台能够实现更好的稳定效果,但现有的三轴云台仍存在诸多不足:首先,大多数三轴云台采用串联结构,导致整体体积较大、重量较重,不利于无人机的轻量化设计；其次,串联结构使得各轴之间存在耦合效应,增加了控制难度和精度损失；再者,现有三轴云台的驱动方式多采用电机直驱,响应速度较慢,难以应对无人机高速飞行时的剧烈抖动；此外,云台的控制算法普遍较为简单,难以适应复杂多变的飞行环境和任务需求。这些问题严重制约了无人机在高端应用领域的拓展。为了克服上述缺陷,亟需开发一种新型的三轴稳定云台及其控制方法。该云台应具有紧凑轻便的结构设计,能够有效消除轴间耦合,采用高响应速度的驱动方式,并配备先进的控制算法,以实现更高精度、更快响应、更强适应性的稳定效果。同时,新型云台还应具备良好的可扩展性和兼容性,能够适应不同型号的无人机和不同类型的负载设备。此外,考虑到无人机在恶劣环境下的应用需求,新型云台还应具有良好的防护性能和可靠性。总之,开发一种性能先进、适应性强的三轴稳定云台及其控制方法,对于提升无人机的工作效能、拓展应用领域具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明提出一种无人机用三轴稳定云台及控制方法，解决了以下技术问题：通过与飞控单元实时数据交互,提高了云台对飞行姿态的响应速度。建立驱动电机之间的联动关系,减少了控制复杂度。设置联动参数平衡值,实现了驱动电机的自动同步动作,提高了稳定性和精确度。优化了云台控制算法,提升了整体性能。。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种无人机用三轴稳定云台，包括稳定底座一侧与第一驱动电机连接，所述第一驱动电机一侧通过l型连接板与第二驱动电机连接，所述l型连接板的中轴线与稳定底座与第一驱动电机连接位置中轴延长线之间的夹角为90度，第二驱动电机通过云台连接板与稳定云台板进行连接，所述云台连接板的中轴线与l型连接板中轴线之间的夹角为90度，所述稳定云台板分为上固定板和下固定板，所述上固定板和下固定板的四个边角位置设置有通孔，上固定板和下固定板的四个边角处的通孔之间均设置有连接块，在连接块上下通过锁扣将上固定板和下固定板与连接块进行固定，所述上固定板和下固定板中部对称开设有两个通槽。

3、这种无人机用三轴稳定云台与现有技术相比,主要有以下几个方面的区别和创新:

4、结构布局优化:该设计采用了l型连接板将第一驱动电机和第二驱动电机连接,并且l型连接板的中轴线与稳定底座和第一驱动电机连接位置的中轴延长线之间夹角为90度。这种布局可以有效减小云台的整体体积,提高结构紧凑性,同时保证了各轴之间的正交性,有利于提高稳定性能。

5、云台连接方式改进:第二驱动电机通过云台连接板与稳定云台板相连,且云台连接板的中轴线与l型连接板中轴线之间夹角为90度。这种连接方式可以确保稳定云台板的运动轨迹更加精准,减少误差,提高整体稳定性。

6、稳定云台板结构创新:稳定云台板分为上固定板和下固定板,两者通过边角处的连接块和锁扣固定。这种设计增加了云台板的可拆卸性和维护便利性,同时也提高了结构强度。上下固定板之间形成的空间,可以用于安装其他设备或配重,提高了云台的功能性和灵活性。

7、连接方式灵活:上下固定板边角处采用通孔和连接块的方式进行连接,并使用锁扣固定。这种连接方式既保证了稳固性,又提供了快速拆装的,有利于云台的维护和更换。

8、重量分布优化:上下固定板中部对称开设两个通槽,这种设计可以在保证结构强度的同时减轻云台重量,有利于提高无人机的续航能力。同时,这些通槽也可以用于布线或安装其他轻型设备,增加了设计的灵活性。

9、多功能性提升:通过上下固定板的设计,该云台可以同时安装多个设备,如摄像机、传感器等,增加了云台的多功能性和适用范围。

10、维护便利性:整体结构采用模块化设计,各部件之间的连接方式简单明了,便于拆卸和更换,大大提高了维护的便利性和效率。

11、抗震性能提升:通过优化结构设计和连接方式,该云台具有更好的抗震性能。l型连接板和云台连接板的正交设计,以及上下固定板的结构,都有助于减少振动对设备的影响。

12、适应性增强:这种设计可以通过调整连接块的高度或形状,来适应不同大小和重量的设备,增强了云台的适应性和通用性。

13、成本控制:虽然结构看似复杂,但大多数部件可以通过标准化生产实现,有利于降低生产成本,提高经济效益。这种无人机用三轴稳定云台的设计在结构布局、连接方式、功能性、维护便利性等方面都有创新和改进。它不仅优化了云台的性能和稳定性,还提高了其多功能性和适应性,同时考虑到了生产和维护的便利性。这些创新点使得该设计在无人机云台领域具有一定的竞争优势。

14、作为一优选的实施方式，所述l型连接板与第一驱动电机接触一端通过圆环设置在第一驱动电机前端面外壁上，在圆环绕圆心点环形阵列设置有螺纹孔，螺钉通过螺纹孔将圆环固定在第一驱动电机上。

15、作为一优选的实施方式，所述l型连接板与第二驱动电机接触一端通过圆盘连接，所述圆盘设置在第二驱动电机的驱动轴上，通过驱动轴带动圆盘转动。

16、作为一优选的实施方式，所述稳定云台板与无人机转动台匹配，通过无人机转动台带动稳定云台板在水平面上进行转动。

17、作为一优选的实施方式，所述云台连接板和稳定底座的中部开设有通槽，其中稳定底座中部设置有三个通槽，其中中部通槽的宽度大于前后通槽宽度。

18、一种无人机用三轴稳定云台控制方法，所述方法包括如下步骤：

19、将稳定云台板与无人机转动台进行匹配固定，在接入无人机转动台后，与无人机的飞控单元进行数据交互，实时获取飞行姿态信息，接收飞控单元发送的控制信号对固定云台中的第一驱动电机和第二驱动电机进行控制；

20、无人机转动台接收到飞控单元驱动信号后进行转动，带动稳定云台在水平方向进行转动，稳定云台在获取飞行姿态信息后，将飞行姿态与第一驱动电机和第二驱动电机的步距角进行关联，并在关联同时，建立第一驱动电机和第二驱动电机的联动；

21、在建立第一驱动电机和第二驱动电机联动后，在云台内部设置联动参数平衡值，将第一驱动电机和第二驱动电机之间的相对动作参数进行记录，在第一驱动电机或第二驱动电机在接收到触发信号进行驱动时，通过调用联动参数平衡值，直接控制未收到信号的驱动电机按照设定参数进行同步动作。

22、该方法实现了稳定云台与无人机飞控单元的实时数据交互，能够实时获取飞行姿态信息，这种紧密集成提高了整体系统的响应速度和协调性。其次，该方法建立了飞行姿态与驱动电机步距角的关联，这种关联机制使得云台能更精确地响应飞行状态的变化，提高了稳定性能。另一个重要创新点是建立了第一驱动电机和第二驱动电机的联动机制，这种联动不仅提高了云台的整体协调性，还能减少单个电机的负载，延长使用寿命。

23、此外，该方法引入了联动参数平衡值的概念，通过记录和调用相对动作参数，实现了驱动电机的智能同步控制。这种机制能够在一个电机接收到触发信号时，自动控制另一个电机进行同步动作，大大提高了系统的反应速度和稳定性。与传统方法相比，这种控制方法更加智能化和自动化，减少了人为干预的需求，提高了系统的可靠性。

24、由于采用了参数化的控制方式，该方法具有更强的适应性和可调节性，能够更好地适应不同的飞行环境和任务需求。此外，这种方法通过软件算法实现了硬件功能的优化，降低了硬件成本，提高了系统的性价比。这种控制方法在实时性、精确性、协调性、智能化和适应性等方面都有显著优势，代表了无人机稳定云台控制技术的一个新发展方向。

25、采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：提高稳定性能：通过优化的结构设计和先进的控制方法,该系统能够更好地抵消飞行过程中的抖动和振动,提供更稳定的平台for摄像或其他设备。增强精确度：实时数据交互和飞行姿态与电机步距角的关联机制,使云台能更精确地跟踪和调整位置,提高了整体操控精度。提升响应速度：驱动电机的联动机制和智能同步控制大大缩短了系统的反应时间,使云台能更快速地应对飞行状态变化。改善协调性：电机间的联动和同步控制机制提高了各部件之间的协调性,使整个系统运行更加流畅。延长设备寿命：通过优化负载分配和智能控制,减少了单个部件的压力,有助于延长整个系统的使用寿命。提高适应性：参数化的控制方式使系统具有更强的可调节性,能更好地适应不同的飞行环境和任务需求。降低成本：软件算法优化减少了对高端硬件的依赖,降低整体系统成本。增强多功能性：模块化设计和灵活的结构使云台能够适应多种设备和任务需求。提高可维护性：结构设计便于拆装和维护,降低了维护成本和难度。优化用户体验：更稳定、精确和快速的表现提升了整体使用体验,特别是在航拍等应用场景中。增强安全性：更好的稳定性和控制精度有助于提高飞行安全性。扩展应用范围：优秀的性能使该系统可以应用于更多领域,如专业摄影、测绘、监测等。这些有益效果共同作用,使得该无人机三轴稳定云台系统在性能、效率和实用性方面都有显著提升,为无人机应用提供了更可靠、高效的解决方案。