[发明专利]一种基于前置三轴式云台的小型电动无人直升机航拍系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于前置三轴式云台的小型电动无人直升机航拍系统，它是一种小型无人直升机航拍系统的设计，它包含前置三轴式云台设计、小型无人直升机平台设计、地面站设计、通讯系统设计等等，属于航空飞行器设计技术领域。

背景技术

无人驾驶飞行器（UAV），是一种有动力驱动，机上无人驾驶，可重复使用的航空器。无人机常以重量来分类，其中20kg以下的称为微型或小型无人机，一般用于航空靶标，战场侦查、毁伤评估、目标指引等军事任务，以及作为载机平台用于飞行试验、航空测绘等非军事任务。无人机航拍摄影，就是以无人驾驶飞行器作为空中平台,以机载遥感设备,如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪等获取信息，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图像。全系统在设计和最优化组合方面具有突出的特点，是集成了高空拍摄、遥控、遥测技术、视频影像微波传输和计算机影像信息处理的新型应用技术。

小型固定翼无人机一般采用水平滑跑起飞、手掷起飞、弹射起飞等起飞形式，并且质量较大的无人机通常采用常规滑跑起降，对于跑道要求较高，从而限制了无人机的使用范围。小型无人直升机较固定翼飞机而言，具有悬停稳定、机动灵活等飞行性能，因此很多研究机构选用旋翼直升机作为微小型无人机的研究平台。目前美国，德国，加拿大等国家均展开了微型无人直升机的研究。其中美国主要是在DARPA,NASA,ARL等政府机构以及洛克马丁等一些厂商的资助下，由众多研究机构开展微型无人直升机的研究计划。

纵观国内外的发展情况，此类航拍系统还处于初级研制阶段，但需求量很多，很多任务需要应用此类无人旋翼平台来完成。以震区灾情评估任务为例，在发生地震的初始时刻，道路损毁，外部人员无法快速进入震区内部了解损失情况。但为了给相关部门及时提供科学决策的依据，必须通过空中、地面等多方面对震区进行勘察，此时应用小型无人直升机进行作业不失为一种经济有效的手段。在震区满目疮痍，起降条件难以达到常规无人机要求的情况下，小型无人直升机则可以随时随地垂直起降，并悬停作业，利于深入灾区飞行，开展相关科学任务，这将对抗震救灾的工作提供及时和高效的帮助。

目前的小型无人直升机航拍系统均采用下挂式云台或前置两轴调节云台，这类云台机动性差且视野范围小，航拍效果较差。本项目即针对这一主要问题，研发了前置三轴式云台的无人直升机航拍系统，取得了良好的效果。

发明内容

1 要解决的技术问题

本发明的目的是，研发和提供一种基于前置三轴式云台技术的小型无人直升机航拍系统，它可以三轴精确定位，以实现航拍的高稳定性和全视角观测以及图像的实时传输与监控。它需要克服以下几点问题：

1）小型无人直升机震动较大，噪音较大；

2)小型无人直升机功重比较小；小型无人直升机越来越被发掘出更多的实用价值，因此更大的功重比成为追求性能提升的一部分；

3）图像传输与采集过程复杂；传统的航拍飞行器在需要进行视频回放或采集视频样本时，需要将固定于云台内的摄像机拆下，取出储存卡进行处理，操作复杂，耗时耗力；

4）飞行平稳性低，云台系统调节不灵活；传统小型航拍无人直升机多使用常规下挂式云台和两轴式云台，在稳定性、航拍角度、操纵效率、易损耗程度、便携、维护性等方面有许多缺陷；

5）抗损坏能力低；传统小型无人航拍直升机无尾桨等保护措施，在出现紧急情况需要自旋迫降时其下挂式云台往往损坏严重；

6）航拍相关设备笨重，集成度低，使用不灵活，出勤率低。

2采用的技术方案

本发明主要是通过对小型无人直升机的总体布局、三轴前置式云台、小型集成化地面站及图像实时传输的合理设计与调试来实现的。

以下说明本发明具体实施的技术方案：

1）小型无人直升机机的总体布局

如图1所示，该小型无人直升机为常规单旋翼带尾桨布局。直升机机体由尾桨系统（1）、尾桨保护框（2）、尾管（3）、机身侧板结构（4）、主旋翼系统（5）、云台支架（6）、云台系统（7）、动力传动系统（8）（因处于结构内部，所以在图1中未示出，在图2单独示出）、起落架（9）等组成。它们之间的位置连接关系是：尾桨系统与尾桨保护框用螺钉连接在尾管末端，尾管另一端连接于机身侧板结构之间，主旋翼系统通过两个主轴轴承座连接于机身侧板结构上方，动力传动系统通过轴承座安装于机身侧板结构内部，起落架安装于机身侧板结构下方的底板上，两根云台支架使用铝柱分别连接于机身侧板结构前方外部，云台系统通过4个空气阻尼器悬挂于云台支架前部。