大负载无人机二自由度云台结构设计及运动分析研究

发布时间：2020-06-20 06:12

【摘要】：近年来无人机行业得到了快速的发展,特别是旋翼无人机在无人机领域中占据着主要地位,该类无人机主要用于航拍工作,被广泛使用于警用侦察、综艺拍摄、地质勘测、娱乐自拍等多种场景中。随着近些年中国经济的快速复苏,城市中高楼林立的现象也越来越多,随之而来的是高层火灾救援效率低下的问题。目前已经有人将无人机引入消防领域,想要借以攻克高层消防的难题,但是还没有完美的解决方案,无人机高层消防研究还有很长的路要走。本文针对无人机高层消防问题进行了总结,提出了一种无人机配备大负载云台带动消防水枪进行灭火的方案,主要涉及的工作是进行该大负载无人机云台的结构设计研究。本文所进行的云台研究目的主要是设计一款旋翼无人机用云台结构。经过负载分析与结构形式的多方调查,本文设计的云台结构仅包含两个自由度,能够极大地简化控制复杂度。该云台结构还将水枪所连接的水带重量与电机负载相分离,使得云台所用电机功率尽量降低,从而可以降低电机的重量和体积,将云台的体积和重量控制在一定范围内。对云台结构的研究主要是通过solidworks结构设计与虚拟模型的仿真分析来进行。在云台结构实体加工之前利用solidworks三维软件设计建模,并借助Ansys workbench和Adams软件对虚拟三维模型进行了仿真分析。从静力学与运动学方面对所涉及的云台进行分析,有助于对结构的合理性进行早期的预判和性能改进,免去了不合理结构的再加工,节省了加工成本和设计时间成本。经过模型设计、基于虚拟模型的仿真分析与实体实验分析,本文给出了一款安装便捷快速、结构简单轻便、负载能力强大的大负载无人机云台。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279
【图文】：

1.3.1 国外无人机云台的研究现状国外云台研究的比较早，第一台云台在 1949 年出于欧克诺公司之手，但当时技术落后导致该云台本身存在很多缺陷。之后该公司又推出了其他不同类型的云台，包括传动精度更高的云台和液压驱动云台等。1969 年悉尼的 Miller 公司创建成立，这是一家专业云台公司，除了研发液压云台之外，其业务范围还包括小型方向摇臂云台和重载云台等等。Miller 公司生产的云台可以达到防尘甚至防水的工艺水平，并且可以随时悬停，也对启动位置的要求极低[2]。此外， 还有博世（Bosch）公司和 DirectPerception 公司等专业的云台设备商，Bosch 公司开发了一种高速定位装置，其可达到最高 100 度/秒的水平方向转速，可以实现快速定位。而；DirectedPerception 公司研制了 PTU-D47，一种配备两个步进电机，且均由直流工作电压驱动的 PTU-D47 云台，如图 1.1。从 1985 年开始，国外云台的开发已经形成了规模化的发展与制造，相应的也出现了与云台配套的计算机控制产品[3]。

1.3.1 国外无人机云台的研究现状国外云台研究的比较早，第一台云台在 1949 年出于欧克诺公司之手，但当时技术落后导致该云台本身存在很多缺陷。之后该公司又推出了其他不同类型的云台，包括传动精度更高的云台和液压驱动云台等。1969 年悉尼的 Miller 公司创建成立，这是一家专业云台公司，除了研发液压云台之外，其业务范围还包括小型方向摇臂云台和重载云台等等。Miller 公司生产的云台可以达到防尘甚至防水的工艺水平，并且可以随时悬停，也对启动位置的要求极低[2]。此外， 还有博世（Bosch）公司和 DirectPerception 公司等专业的云台设备商，Bosch 公司开发了一种高速定位装置，其可达到最高 100 度/秒的水平方向转速，可以实现快速定位。而；DirectedPerception 公司研制了 PTU-D47，一种配备两个步进电机，且均由直流工作电压驱动的 PTU-D47 云台，如图 1.1。从 1985 年开始，国外云台的开发已经形成了规模化的发展与制造，相应的也出现了与云台配套的计算机控制产品[3]。

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本文编号：2721997