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无人机相机稳定器的设备原理 你知道吗?

中文名


无人机云台


外文名


UAV platform 


一级学科


航空航天


二级学科


无人机技术


作用


用于安装、固定摄像机


快速

导航


云台控制系统


 


云台结构


 


云台任务载荷


定义


无人机用于安装、固定摄像机等任务载荷的支撑设备。







云台控制系统


云台控制系统主要是研究以单片机作为控制系统的主控芯片,结合各种传感器和执行机构而开发的云台专用的控制系统。云台控制系统的控制功能主要包括以下两个方面,一是实现云台的自稳功能,也就是稳像功能;二是控制云台在空间方位的转动。若控制对象有可控部分,如相机的拍照和光圈的调节等,控制系统还应该对其有相应的控制功能。


云台就是两个交流电机组成的安装平台,可水平和垂直的运动。但要注意区别于照相器材中的云台概念。照相器材的云台一般来说只是一个三脚架,只能通过手来调节方位;而监控系统所说云台是通过控制系统在远程可控制其转动及移动的方向。云台转动速度衡量云台档次高低重要指标。云台水平和垂直方向是由两个不同的电机驱动的,因此云台的转动速度也分为水平转速和垂直转速。由于载重的原因,垂直电机在启动和运行保持时的扭矩大于水平方向的扭矩,在加上实际监控时对水平转速的要求要高于垂直转速,因此一般来说云台的垂直转速要低于水平转速。


云台结构


由于无人机功能和用途的不同,各种不同的传感器或相机会被搭载在无人机云台,因此无人机云台也根据需要被设计不同的结构。限制于无人机载荷能力,通常要求保证云台正常工作的前提下,减小云台结构的重量、体积和增加云台的载荷能力。


美国无人机军用无人机发展十分迅速,其中设计了一系列的转塔(能同时搭载多种设备的云台系统),而掠食者无人机的云台则有更多功能,搭载了高清TV、FLIR热成像仪和激光测距仪,运动范围很广,航向角和俯仰角都可360度运动,云台回转速度可达50度每秒。


无人机云台自身结构的稳定性是云台性能的重要性能指标,它直接影响着云台的稳像效果,合理稳定的云台结构对于提高无人机作业性能有着很大的作用。由于无人机的振动和气流的扰动等因素的影响,所以采用一些结构或者材料隔离振动可以有效解决这些问题。


云台任务载荷


无人机自身不具有很大的意义,通过实现不同的任务载荷才能实现价值。任务载荷基本可以分为侦查型和武器型,侦查型一般包括光学相机、红外传感器、激光雷达和合成孔径雷达等。武器型任务载荷一般包括火力装备、激光武器、防御干扰弹等。由于无人机的广泛应用,利用云台进行任务载荷的研究也是层出不穷。无人机云台任务载荷的主要研究是如何将任务载荷通过云台将它们更好地搭载到无人机上,主要是使之小型化、轻型化和模块化。


在这一方面国外的研究进行相对较好、法国公司Parrot公司将5个图像传感器安装在eXom四轴飞行器上,且前置镜头可以自动保持水平,具有很强的稳定效果。为了降低无人机的负载,麻省理工学院开发了重量不到1g的硅CCD传感器。国内的发展虽然较晚,但也取得了很多的进展。大疆的禅思Z15可以搭载佳能SD相机,能够实现高清的拍照和录像功能,该云台采用了三轴设计,集成了三轴陀螺仪和加速度计,能够在空间中进行转动,转动范围:航向角士360度、俯仰角+50度 - 140度,滚转角±40度,且各个轴的控制精度高达±0.01度。


云台最初就是在动物身上发现,有科学家发现转动鸡的身体,头部依然保持不动,所以就有了机械云台的产生。


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