多旋翼无人机用单载荷光电稳定平台结构设计

发布时间：2017-10-01 15:36

  本文关键词：多旋翼无人机用单载荷光电稳定平台结构设计

  更多相关文章： 光电稳定平台 多旋翼无人机 静力分析 模态分析 响应谱分析

【摘要】：多旋翼无人机是一种极具自身特点的飞行器,同时存在具有操控简单方便、高可靠性与结构简单易于维修的优点,另外,也具有振动情况复杂、续航时间短、载重量低的不足。如何结合多旋翼无人机的特点设计一款光电稳定平台将具有一定的实际意义。本文以课题组自主研发的Hex-rotor多旋翼无人飞行器为平台,设计一型针对该型号无人机的单载荷光电稳定平台,并结合有限元软件对该光电平台的减振性能进行分析。本文首先对国内外光电平台进行了概述,对光电平台的发展趋势进行了总结。在对其他各型号光电平台的分析中总结出目前多旋翼无人机用光电平台存在的三个问题:云台安全性差、减振性能不够、重量过重。针对以上三个问题对云台展开设计工作。确定了云台机械结构部分以轻巧、高强度、加工性好的铝合金2A12为材料,对云台的各个相关元件:相机、无刷电机、传感器、主控电路、减振球进行了选型,并确定了它们相互之间的连接方式、与相对位置。结合所选元件,利用SolidWorks对云台进行了设计,在设计过程中保证了云台的小巧、轻盈、坚固等要求。其次,利用ANSYS Workbench有限元分析软件对云台模型进行了静力学分析和动力学分析。利用静力学分析对云台各零件的刚度与强度进行了检验,得出了连接臂刚度不足以及相机座与滚转轴电机座强度过剩的结论。并针对多旋翼无人机振动幅度大、激振源多、振动情况复杂的情况,对云台进行了动力学分析。利用加速度计对无人机的振动数据进行了采样,得出无人机工作时振动频率集中于60Hz、120Hz、140Hz、180Hz的结论。利用ANSYS Workbench有限元分析软件对云台进行动力学分析。其一,对云台的减振系统进行模态分析,得出了其响应谱,在无人机飞行时的振动环境下,云台经减振后,能够有效的减小振动。其二,利用无人机振动频谱对云台进行了响应谱分析。并通过对比经过减振的云台与未经减振云台的振动云图,发现经过减振的云台振幅最大能减小45.1%。最后利用ANSYS Workbench有限元分析软件对之前分析中出现问题的部分零件进行了具体的分析,总结出了这些零件部分结构参数与其结构刚度的关系。并利用此结论对云台进行了优化,优化后的云台在静止不动重力环境下发生的最大位移为0.9818mm,较之前减小了8.9273mm。在无人机振动环境下最大振幅为0.512mm,说明优化后,云台刚度得到了增强,云台的静态与动态特性有较好的提升。证明该云台设计在减振性能上有良好的表现,对今后的多旋翼无人机用光电稳定平台的设计有一定的参考价值。
【关键词】：光电稳定平台 多旋翼无人机 静力分析 模态分析 响应谱分析
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 课题背景及意义12-15
• 1.2 相关领域的研究现状15-19
• 1.2.1 国外研究的现状16-18
• 1.2.2 国内研究的现状18
• 1.2.3 存在问题18-19
• 1.3 本文研究的主要内容19-22
• 第2章 云台结构设计22-34
• 2.1 云台概述22-24
• 2.1.1 云台结构概述22-23
• 2.1.2 云台控制系统23-24
• 2.2 云台各部件选型24-26
• 2.2.1 光电载荷的选择24-25
• 2.2.2 电机的选择25-26
• 2.2.3 云台材料的选择26
• 2.3 云台结构设计26-33
• 2.3.1 内框架的设计27
• 2.3.2 减振球的安装27-28
• 2.3.3 相关零件的设计28-30
• 2.3.4 相机座30-31
• 2.3.5 外壳31-32
• 2.3.6 云台总体结构概述32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 云台静力学分析34-44
• 3.1 有限元方法简介34-35
• 3.1.1 有限元方法简介34-35
• 3.1.2 静力学分析简介35
• 3.2 云台的静力学分析35-40
• 3.2.1 建立结构模型35-36
• 3.2.2 对结构模型进行网格划分36-39
• 3.2.3 载荷与约束39
• 3.2.4 静力学分析结果39-40
• 3.3 云台形变产生原因、影响与优化40-42
• 3.3.1 云台形变的理论分析40-41
• 3.3.2 形变影响41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第4章 云台动力学分析44-60
• 4.1 动力学分析概述44-45
• 4.1.1 动力学分析简介44-45
• 4.1.2 ANSYS软件动力学分析45
• 4.2 多旋翼无人机振动情况分析45-49
• 4.2.1 振动产生原理分析45-48
• 4.2.2 振动对图像的影响48-49
• 4.3 减振系统分析49-56
• 4.3.1 定义接触49-52
• 4.3.2 建立有限元模型52-53
• 4.3.3 模态分析结果53-56
• 4.4 减振系统与无减振系统对比56-59
• 4.4.1 响应谱分析56-57
• 4.4.2 结果对比57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 云台系统优化60-70
• 5.1 对云台进行优化60-65
• 5.1.1 电机结构参数对云台性能的影响60-62
• 5.1.2 连接臂加强筋对刚度的影响62-64
• 5.1.3 电机座的轻量化64-65
• 5.2 优化成果对比65-67
• 5.3 本章小结67-70
• 第6章 总结与展望70-74
• 6.1 全文工作总结70-71
• 6.2 展望71-74
• 参考文献74-78
• 在学期间学术成果情况78-79
• 指导教师及作者简介79-80
• 致谢80

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李新民;刘正江;;在旋翼试验中实现同方位采集数据的方法[J];直升机技术;2002年02期

2 陈维芹,徐国华,梅卫胜;悬停状态直升机剪刀式旋翼的试验研究[J];流体力学实验与测量;2002年01期

3 高亚东,张曾，

本文编号：954305