一种用于低空遥感测绘任务的微小型无人机的制作方法

本发明属于无人机测绘遥感技术领域，具体涉及一种用于低空遥感测绘任务的微小型无人机。

背景技术：

相比于传统航空遥感测绘平台，该微小无人机在图像质量上得到提高，无人机在飞行过程中具有很高的飞行灵活性，采集数据周期得到大量的缩短，工作成本方面得到显著的减小。因此，在无人机测绘遥感领域，该微小型无人机具有较好的发展前景。

传统的无人直升机系统采用燃油发电机作为动力源，体型较大，工作不方便；多旋翼无人机系统则受限于它的续航能力。而用于低空遥感测绘的微小型无人机与传统的航天飞行器相比具有更高的通用性和灵活性，无人机遥感平台获取图像的速度更快，且拥有更高的分辨率，另外该微小型无人机还具有成本低，操作灵活，任务周期短的优点，可广泛应用于遥感测绘平台的各个领域。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有测绘遥感无人机的不足，提供一种用于低空遥感测绘的微小型无人机，通过采用多旋翼无人机使其获得更高的灵活性和通用性，采用的遥感平台更是使获得图像的速度变快，拥有更高的分辨率，控制成本和设备损耗较少，安全性能更高。

本发明由起落架自动收放机构组a、可折叠机臂组b、中心板平台c、云台总成d组成，起落架自动收放机构组a的两个起落架自动收放机构，经各自收放机构支架上方所设的孔组用螺钉固接于中心板平台c下方，且两个起落架自动收放机构左右对称；可折叠机臂组b的八个可折叠机臂位于同一水平面上，八个可折叠机臂经各自的中心板连接板32分别固接于中心板平台c的八个角上；云台总成d经云台连接板上部的挂载杆紧定件用云台挂载杆固接于中心板平台c正下方的云台支撑杆上。

所述的起落架自动收放机构组a由两个结构完全相同的起落架自动收放机构组成，其中单个起落架自动收放机构由连接件1、套管2、摇杆3、连杆4、曲柄5、舵机6、挂载架7、起落架座8、支撑杆9、减震球ⅰ10、连接板11、支撑座对12、底座套管13、云台支撑杆14、辅助曲柄15、挂载架连接杆16、底座套管减震环17、舵机固定架ⅰ18、舵机转动连接件19组成，其中：舵机6与舵机固定架ⅰ18固接；舵机固定架ⅰ18固接于起落架座8左下方；舵机6主轴与舵机转动连接件19连接；曲柄5和辅助曲柄15上端与舵机转动连接件19铰接；曲柄5下端经销轴与连杆4上端铰接；连杆4下端经销轴与摇杆3铰接；套管2上端与摇杆3内壁过盈连接，套管2下端与连接件1内壁过盈连接；连接件1下端与底座套管13中心过盈连接；底座套管减震环17嵌套于底座套管13的两端；挂载架7经减震球ⅰ10与连接板11固接；云台支撑杆14两端经连接板11下方的支撑座对12过盈连接；两个结构完全相同的起落架自动收放机构经支撑杆8连接；挂载架连接杆16与左右对称的起落架座8孔内壁过盈连接。

所述的可折叠机臂组b由八个机构完全相同的可折叠机臂组成，其中：单个可折叠机臂由卡扣20、卡扣连接件21、碳纤管22、可折叠机翼对23、舵机固定架ⅱ24、机翼压板25、电机壳26、电机ⅰ27、电机固定板ⅰ28、电调安装板29、电机座30、螺钉31、中心板连接板32组成，其中：卡扣20、卡扣连接件21、碳纤管22、电机座30、电调安装板29自内向外顺序排列并固接，中心板连接板32经螺钉31固接于卡扣连接件21下面；电调安装板29、电机固定板ⅰ28、电机ⅰ27、电机壳26和机翼压板25自下而上顺序排列并固接；机翼压板25中心与电机ⅰ27输出端固接，机翼压板25左右两端与可折叠机翼对23的两个可折叠机翼内端经销轴活动连接。

所述的中心板平台c由上板33、支撑柱组34、板盖35和下板36组成，上板33、支撑柱组34和下板36自上而下排列，上板33与下板36经支撑柱组34的八个支撑柱固接；板盖35经螺钉连接于支撑柱组34的八个支撑柱中心。

所述的云台总成d由相机连接板37、电机对38、电机压盖对39、俯仰轴支撑臂对40、滚转轴支撑臂41、电机ⅲ42、偏航轴支撑臂43、减震球ⅱ44、挂载杆固定座45、挂载杆紧定件46、电机ⅳ47、中心板48、云台连接板对49、上压板50、下压板51、高分辨率相机壳52、滚转轴连接架53、支撑臂连接套54、偏航轴轴承内轴套55、偏航电机壳56、滚转轴轴套57、电机固定板ⅱ58组成，其中电机ⅳ47位于中心板48中心，并固定在偏航电机壳56内，电机ⅳ47主轴与偏航轴轴承内轴套55过盈连接；偏航电机壳56通过三个置于中心板上方支撑臂与电机ⅳ47上表面相连；偏航轴轴承内轴套55的下端与支撑臂连接套54固接；偏航轴轴承内轴套55与电机ⅲ42主轴过盈连接；云台连接板对49的两块云台连接板分别固接于中心板48左右两端；挂载杆组e的四个挂载杆固接于两块云台连接板的外端四角；挂载杆由减震球ⅱ44、挂载杆固定座45、挂载杆紧定件46、上压板50和下压板51组成，下压板51、减震球ⅱ44、上压板50自下而上顺序排列并固接，挂载杆紧定件46固接于挂载杆固定座45上端，挂载杆固定座45固接于下压板51外侧；偏航轴支撑臂43上端固接于支撑臂连接套54，偏航轴支撑臂43下端与滚转轴连接架53中部固接；滚转轴支撑臂41与滚转轴连接架53内壁过盈连接；电机ⅲ42固接于电机固定板ⅱ58，电机ⅲ42主轴位于偏航轴支撑臂43的后侧，电机ⅲ42主轴与偏航轴支撑臂43下端孔及滚转轴连接架53上端孔活动连接；滚转轴支撑臂41与滚转轴连接架53的内壁过盈连接；俯仰轴支撑臂对40的左右两个俯仰轴支撑臂，分别经电机压盖对39的左右两个电机压盖，与电机对38的左右两个俯仰轴电机固接；相机连接板37左端与高分辨率相机壳52固接，相机连接板37右端与右侧的俯仰轴电机左侧固接；右侧的俯仰轴电机右侧与右侧的电机压盖连接；俯仰轴支撑臂对40的左右两个俯仰轴支撑臂后端，分别固接于滚转轴支撑臂41两端。

本发明确定了无人机的整体结构方案，设计出了包括折叠式机臂，收放起落架等机械结构，使无人机的飞行稳定性得到显著提高，在无人机测绘遥感领域，可与机器视觉、图像处理等技术相结合，使图像的采集过程更加简单，并获得更高质量的图像数据。

附图说明

图1为用于低空遥感测绘任务的微小型无人机的结构示意图

图2为起落架自动收放机构组a的正视图

图3为起落架自动收放机构组a的侧视图

图4为图3中a所指的放大图

图5为可折叠机臂组b的结构示意图

图6为中心板平台c的结构示意图

图7为云台总成d的轴测图

图8为云台总成d的侧视图

图9为图8中b所指的放大图

其中：a.起落架自动收放机构组b.可折叠机臂组c.中心板平台d.云台总成e.挂载杆组1.连接件2.套管3.摇杆4.连杆5.曲柄6.舵机7.挂载架8.起落架座9.支撑杆10.减震球ⅰ11.连接板12.支撑座13.底座套管14.云台支撑杆15.辅助曲柄16.挂载架连接杆17.底座套管减震环18.舵机固定架ⅰ19.舵机转动连接件20.卡扣21.卡扣连接件22.碳纤管23.可折叠机翼对24.舵机固定架ⅱ25.机翼压板26.电机壳27.电机ⅰ28.电机固定板ⅰ29.电调安装板30.电机座31.螺钉32.中心板连接板33.上板34.支撑柱组35.板盖36.下板37.相机连接板38.电机对39.电机压盖对40.俯仰轴支撑臂对41.滚转轴支撑臂42.电机ⅲ43.偏航轴支撑臂44.减震球ⅱ45.挂载杆固定座46.挂载杆紧定件47.电机ⅳ48.中心板49.云台连接板对50.上压板51.下压板52.高分辨率相机壳53.滚转轴连接架54.支撑臂连接套55.偏航轴轴承内轴套56.偏航电机壳57.滚转轴轴套58.电机固定板ⅱ

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

如图1所示，本发明由起落架自动收放机构组a、可折叠机臂组b、中心板平台c、云台总成d组成，起落架自动收放机构组a的两个起落架自动收放机构，经各自收放机构支架上方所设的孔组用螺钉固接于中心板平台c下方，且两个起落架自动收放机构左右对称；可折叠机臂组b的八个可折叠机臂位于同一水平面上，八个可折叠机臂经各自的中心板连接板32分别固接于中心板平台c的八个角上；云台总成d经云台连接板上部的挂载杆紧定件用云台挂载杆固接于中心板平台c正下方的云台支撑杆上。

无人机集体零部件使用碳纤维材料，相较于其他材料具有强度大，质量轻的优点，该八旋翼无人机需要搭载一台可见光相机和一台多光谱成像仪两款图像采集设备，云台的体积和质量都比较大。因此，为保证无人机在较大负载下的稳定运行，无人机机体的结构尺寸较大。采用八旋翼的结构方案，在提高升力的情况下，增加飞行器的容错率。将无人机机臂设计为可折叠机臂，减少运送过程中所占用的时间，为无人机野外执行任务提供了便利的条件。

如图2至图4所示，起落架自动收放机构组a由两个结构完全相同的起落架自动收放机构组成，其中单个起落架自动收放机构由连接件1、套管2、摇杆3、连杆4、曲柄5、舵机6、挂载架7、起落架座8、支撑杆9、减震球ⅰ10、连接板11、支撑座对12、底座套管13、云台支撑杆14、辅助曲柄15、挂载架连接杆16、底座套管减震环17、舵机固定架ⅰ18、舵机转动连接件19组成，其中：舵机6与舵机固定架ⅰ18固接；舵机固定架ⅰ18固接于起落架座8左下方；舵机6主轴与舵机转动连接件19连接；曲柄5和辅助曲柄15上端与舵机转动连接件19铰接；曲柄5下端经销轴与连杆4上端铰接；连杆4下端经销轴与摇杆3铰接；套管2上端与摇杆3内壁过盈连接，套管2下端与连接件1内壁过盈连接；连接件1下端与底座套管13中心过盈连接；底座套管减震环17嵌套于底座套管13的两端；挂载架7经减震球ⅰ10与连接板11固接；云台支撑杆14两端经连接板11下方的支撑座对12过盈连接；两个结构完全相同的起落架自动收放机构经支撑杆8连接；挂载架连接杆16与左右对称的起落架座8孔内壁过盈连接。

起落架为无人机的支撑部分，在无人机起飞与降落时保持机身水平，避免机臂或螺旋桨与地面发生碰撞，同时在着陆时能够吸收和消耗部分冲击能量，保证无人机机体与平台的安全。当无人机起飞后，进行遥感测绘任务的无人机，需要通过云台上的相机进行图像采集，故起落架如果固定不动会影响相机的图像采集范围。因此，采用起落架自动收放机构，不需要调整悬停无人机偏航角度，就能实现全部的图像采集，简化了遥感测绘任务中对无人机平台的控制。起落架装置可简化为曲柄摇杆机构，曲柄为主动件，由舵机为曲柄提供动力，摇杆为从动件，做往复摆动，即起落架的收放运动。当无人机降落时，起落架下放，着陆瞬间会受到地面的冲击，会对从动件摇杆施加一个与运动相反的力矩，对舵机造成冲击，产生损害。此时可将摇杆视为主动件，当曲柄摇杆机构中的摇杆作为主动件时存在死点位置，死点位置会出现“顶死”现象，对曲柄的旋转力矩为零。故可以利用该位置减少对舵机的损害，并且能够保证起落架不会因冲击收起，从而保证了挂载云台及无人机的安全性。

如图5所示，可折叠机臂组b由八个机构完全相同的可折叠机臂组成，其中：单个可折叠机臂由卡扣20、卡扣连接件21、碳纤管22、可折叠机翼对23、舵机固定架ⅱ24、机翼压板25、电机壳26、电机ⅰ27、电机固定板ⅰ28、电调安装板29、电机座30、螺钉31、中心板连接板32组成，其中：卡扣20、卡扣连接件21、碳纤管22、电机座30、电调安装板29自内向外顺序排列并固接，中心板连接板32经螺钉31固接于卡扣连接件21下面；电调安装板29、电机固定板ⅰ28、电机ⅰ27、电机壳26和机翼压板25自下而上顺序排列并固接；机翼压板25中心与电机ⅰ27输出端固接，机翼压板25左右两端与可折叠机翼对23的两个可折叠机翼内端经销轴活动连接。

该八旋翼无人机共有八个机臂，每个机臂上都有一个无刷直流电机、一个电调，一对螺旋桨，电调安装在无刷直流电机下方的芯片槽内，电机通过固定板与电机座连接。机臂的可折叠机构是通过中心平台上与固定在机臂碳纤维管上的卡扣装置实现折叠与伸展。将机臂抬起与中心平台接触，旋转卡扣装置，锁紧机臂，使机臂伸展，进入工作状态。当需要折叠机臂时，将锁紧的卡扣旋开，机臂依靠自身重量下落，进入折叠状态。

如图6所示，中心板平台c由上板33、支撑柱组34、板盖35和下板36组成，上板33、支撑柱组34和下板36自上而下排列，上板33与下板36经支撑柱组34的八个支撑柱固接；板盖35经螺钉连接于支撑柱组34的八个支撑柱中心。

中心板平台与无人机的各部件相连接，同时中心平台上还会搭载部分传感器，并在平台上安装电源板，为各飞行电机提供电力。中心板平台的尺寸满足机体下方有合适的挂载空间，并且，在机臂折叠后，不会与下方的三轴云台发生干涉。

如图7至图9所示，云台总成d由相机连接板37、电机对38、电机压盖对39、俯仰轴支撑臂对40、滚转轴支撑臂41、电机ⅲ42、偏航轴支撑臂43、减震球ⅱ44、挂载杆固定座45、挂载杆紧定件46、电机ⅳ47、中心板48、云台连接板对49、上压板50、下压板51、高分辨率相机壳52、滚转轴连接架53、支撑臂连接套54、偏航轴轴承内轴套55、偏航电机壳56、滚转轴轴套57、电机固定板ⅱ58组成，其中电机ⅳ47位于中心板48中心，并固定在偏航电机壳56内，电机ⅳ47主轴与偏航轴轴承内轴套55过盈连接；偏航电机壳56通过三个置于中心板上方支撑臂与电机ⅳ47上表面相连；偏航轴轴承内轴套55的下端与支撑臂连接套54固接；偏航轴轴承内轴套55与电机ⅲ42主轴过盈连接；云台连接板对49的两块云台连接板分别固接于中心板48左右两端；挂载杆组e的四个挂载杆固接于两块云台连接板的外端四角；挂载杆由减震球ⅱ44、挂载杆固定座45、挂载杆紧定件46、上压板50和下压板51组成，下压板51、减震球ⅱ44、上压板50自下而上顺序排列并固接，挂载杆紧定件46固接于挂载杆固定座45上端，挂载杆固定座45固接于下压板51外侧；偏航轴支撑臂43上端固接于支撑臂连接套54，偏航轴支撑臂43下端与滚转轴连接架53中部固接；滚转轴支撑臂41与滚转轴连接架53内壁过盈连接；电机ⅲ42固接于电机固定板ⅱ58，电机ⅲ42主轴位于偏航轴支撑臂43的后侧，电机ⅲ42主轴与偏航轴支撑臂43下端孔及滚转轴连接架53上端孔活动连接；滚转轴支撑臂41与滚转轴连接架53的内壁过盈连接；俯仰轴支撑臂对40的左右两个俯仰轴支撑臂，分别经电机压盖对39的左右两个电机压盖，与电机对38的左右两个俯仰轴电机固接；相机连接板37左端与高分辨率相机壳52固接，相机连接板37右端与右侧的俯仰轴电机左侧固接；右侧的俯仰轴电机右侧与右侧的电机压盖连接；俯仰轴支撑臂对40的左右两个俯仰轴支撑臂后端，分别固接于滚转轴支撑臂41两端。

遥感测绘无人机云台需要搭载图像采集设备，并且在图像采集过程中需要保持云台的稳定性。该无人机采用三轴自稳云台，通过控制电机实时调整云台的位置姿态，达到获取高质量图像信息的目的，相比于两轴云台增加了偏航轴的角度调节。可以实现在无人机悬停状态下的图像采集工作。

云台的整体结构采用三轴-三框架的结构，包括偏航轴控制电机、偏航轴框架、横滚轴框架，以及最后单独控制两相机的俯仰轴电机与相机安装框架。控制电机选择外转子式的无刷直流电机，通过电机轴将动力传递给各框架。实现云台的稳定控制。