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吊舱和云台:提供舒适工作环境

【摘要】:所以需要吊舱或云台,来保持照相机的平稳,给它一个安逸的环境才能好好干活。常见的吊舱有两个转动方向,分为双框架和四框架形式。框架一般都由步进电动机驱动,使用码盘进行精确的位置反馈,这种控制系统不会像伺服电动机一样抖动,并且能够精确定位,可以适配带有几十倍变焦功能摄像机。随着无刷电动机技术的发展,工程师们发明了一种使用无刷电动机替代步进电动机和码盘的方法,这就产生了无刷云台。

绝大部分无人机是做侦察和监视的用途,所以视频设备成为无人机常带的载荷,有人甚至称无人机为会飞的照相机,这话很传神。但是照相机一旦上了飞机,就与在地面不同。无人机的每一个动作都会有姿态变化,飞机上的发动机随时都在产生高频振动,各种风干扰也会使飞机晃动。所以需要吊舱或云台,来保持照相机的平稳,给它一个安逸的环境才能好好干活。

吊舱的复杂

无人机吊舱

吊舱是最早出现在无人机上的视频稳定平台,至今仍是最复杂的无人机载荷设备。

常见的吊舱有两个转动方向,分为双框架和四框架形式。双框架吊舱成本相对低廉,体积和重量也能够适合小型无人机使用,但是稳定效果远远不如四框架吊舱。中大型无人机机载吊舱大多使用四框架,依然是两个自由度,但是每个自由度都有两组框架控制,它们的增稳频率各不同,相互配合使吊舱能够进行超远距离的稳定侦察。框架一般都由步进电动机驱动,使用码盘进行精确的位置反馈,这种控制系统不会像伺服电动机一样抖动,并且能够精确定位,可以适配带有几十倍变焦功能摄像机

吊舱系统一般都集成视觉跟踪功能,可以根据地面指令跟踪画面当中的移动物体,并转动转轴将它保持在画面中央。很多地面使用的监控摄像头也具备跟踪功能,但是在无人机上实现要困难得多。首先必须有高精度的稳定吊舱才能保证视频清晰,然后处理器必须在动背景的画面中分析像素特征,动态给出运动坐标再驱动云台跟踪。

吊舱一般都自带陀螺仪甚至POS机,测量高精度姿态和角速率用于进行增稳,而不使用飞控系统经过滤波处理的姿态输出。很多吊舱还集成了激光测距仪,可以测量目标距离,再根据自身和飞机的姿态信息,能够推算目标的准确地理位置。

无刷云台的简化

无人机吊舱结构过于复杂,普通的民用产品很难接受它的体积、重量和成本。随着无刷电动机技术的发展,工程师们发明了一种使用无刷电动机替代步进电动机和码盘的方法,这就产生了无刷云台。在相机的每个转轴上只要安装一个专用的无刷电动机,即可以通过伺服的方法稳定地控制相机姿态,来匹配飞机的运动。这种云台重量和结构都极度简化,成本低廉,是娱乐无人机和微型多旋翼无人机的首选载荷。

无刷云台

无刷云台电动机的线圈缠绕方法与动力电动机不同,这使它具有高精度定位的伺服能力,但是这种伺服带来了微小的振动,经验上不适合10倍以上变焦相机使用。另外这种云台大多是框架式,没有吊舱那样的外壳,所以空气阻力比较大,也容易损坏,因此不适合固定翼无人机或其他高速运动的飞行器。