一种云台系统及无人机的制作方法

本实用新型实施例涉及无人机技术领域，尤其涉及一种云台系统及无人机。

背景技术：

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操作的不载人飞机。近年来，无人机技术已经在基础地图测绘、数字城市建设、城市规划、开发、通讯、监控、侦查等领域得到广泛应用。

无人机作业时，需要测距和/或避障。现有技术中，一般是在无人机上固定有云台，在云台上设置摄像头，通过摄像头拍摄照片进行避障，和/或通过超声波测距。然而，通过摄像头采集到的仅仅是一幅画面，不能准确确定障碍物的位置信息；如果设置激光雷达时，需要单独设置承载激光雷达的结构，操作复杂。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种云台系统及无人机，以实现准确确定障碍物位置信息的效果，同时本实施例提供的云台系统可直接固定在无人机的机身，无需在无人机上单独设置承载单线激光雷达的结构。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种云台系统，该云台系统包括：第一控制模块、单线激光雷达和连接结构；所述第一控制模块固定在所述连接结构上；所述单线激光雷达设置在所述第一控制模块上；

所述第一控制模块包括控制单元、第一转动单元、第二转动单元和第三转动单元；

所述控制单元分别与所述第一转动单元、所述第二转动单元、所述第三转动单元和所述单线激光雷达电连接；

所述控制单元包括信号传输端、位置信号接收端、第一控制信号输出端、第二控制信号输出端和第三控制信号输出端；

所述第一控制信号输出端与所述第一转动单元电连接，所述第二控制信号输出端与所述第二转动单元电连接，所述第三控制信号输出端与所述第三转动单元电连接；所述控制单元用于根据预设的初始化操作指令控制所述第一转动单元带动所述单线激光雷达以x轴为中轴进行旋转运动、所述第二转动单元带动所述单线激光雷达以y轴为中轴进行旋转运动、所述第三转动单元带动所述单线激光雷达以z轴为中轴进行旋转运动，以对所述x轴、所述y轴和所述z轴的数据位置进行初始化；所述x轴、所述y轴以及所述z轴两两垂直，且所述z轴垂直于所述x轴和所述y轴所在平面；

所述位置信号接收端与所述单线激光雷达电连接，所述信号传输端与无人机中的第二控制模块电连接；所述控制单元用于接收所述单线激光雷达探测的位置信息，并将所述位置信息发送至无人机中的第二控制模块；所述控制单元还用于接收所述第二控制模块发送的转动操作指令，并根据所述转动操作指令控制所述第一转动单元、所述第二转动单元、所述第三转动单元的转动速度。

可选的，所述第一转动单元包括第一电机和第一转轴；所述第二转动单元包括第二电机和第二转轴；所述第三转动单元包括第三电机和第三转轴；

所述第一电机设置在所述连接结构上，所述第一转轴与所述第一电机连接；

所述第二电机设置在所述第一转轴上，所述第二转轴与所述第二电机连接；

所述第三电机设置在所述第二转轴上，所述第三转轴与所述第三电机连接；

所述单线激光雷达固定在所述第三转轴上。

可选的，所述第一转动单元还包括第一硬限位；所述第二转动单元还包括第二硬限位；所述第三转动单元还包括第三硬限位。

可选的，所述连接结构包括法兰。

可选的，所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机分别包括微型直流无刷电机。

可选的，所述控制单元包括电调板。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种无人机，该无人机包括机身和第一方面所述的云台系统；

通过所述连接结构将所述云台系统与所述机身固定连接。

可选的，所述机身包括所述第二控制模块；所述第二控制模块包括无人机控制板。

可选的，所述控制单元通过rj45接口与所述无人机控制板电连接。

本实用新型实施例提供的云台系统可直接通过连接结构固定在无人机的机身，无需在无人机上单独设置承载单线激光雷达的结构，安装方便，操作简单；此外，本实用新型实施例通过第一控制模块实现单线激光雷达的多角度转动探测，探测速度快，且探测得到的数据精准度高，解决现有技术中通过摄像头不能准确确定障碍物的位置信息以及如果设置单线激光雷达时，需要单独设置承载单线激光雷达的结构，操作复杂的问题，以实现准确确定障碍物位置信息的效果，同时本实用新型实施例提供的云台系统可直接固定在无人机的机身，无需在无人机上单独设置承载单线激光雷达的结构。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种云台系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的又一种云台系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种无人机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的一种云台系统的结构示意图，如图1所示，本实用新型实施例提供的云台系统包括：第一控制模块10、单线激光雷达20和连接结构30；第一控制模块10固定在连接结构30上；单线激光雷达30设置在第一控制模块10上；第一控制模块10包括控制单元11、第一转动单元12、第二转动单元13和第三转动单元14；控制单元11分别与第一转动单元12、第二转动单元13、第三转动单元14和单线激光雷达11电连接；控制单元11包括信号传输端out1、位置信号接收端out5、第一控制信号输出端out2、第二控制信号输出端out3和第三控制信号输出端out4；第一控制信号输出端out2与第一转动单元12电连接，第二控制信号输出端out3与第二转动单元13电连接，第三控制信号输出端out4与第三转动单元14电连接；控制单元11用于根据预设的初始化操作指令控制第一转动单元12带动单线激光雷达20以x轴为中轴进行旋转运动、第二转动单元13带动单线激光雷达20以y轴为中轴进行旋转运动、第三转动单元14带动单线激光雷达20以z轴为中轴进行旋转运动，以对x轴、y轴和z轴的数据位置进行初始化；x轴、y轴以及z轴两两垂直，且z轴垂直于x轴和y轴所在平面；位置信号接收端out5与单线激光雷达20电连接，信号传输端out1与无人机中的第二控制模块(图中未示出)电连接；控制单元11用于接收单线激光雷达20探测的位置信息，并将位置信息发送至无人机中的第二控制模块；控制单元11还用于接收第二控制模块发送的转动操作指令，并根据转动操作指令控制第一转动单元12、第二转动单元13、第三转动单元14的转动速度。

其中，控制单元11是云台系统的核心，通过控制单元11实现与无人机之间的数据通信。控制单元11例如可以包括电调板，但是本实用新型实施例不限于电调板，只要可以接收无人机的第二控制模块发送的信号，同时可以控制第一转动单元12、第二转动单元13、第三转动单元14的转动，以及接收单线激光雷达20探测的信号，并将探测信号发送至无人机的第二控制模块即可。连接结构30例如可以包括法兰，通过法兰可将云台系统直接固定在无人机的机身上，避免了当无人机上的云台数量不够时，需单独设置承载单线激光雷达的结构。此外，由于本实用新型实施例的连接结构30包括法兰，而法兰上包括减震球，如此，当无人机在飞行过程中，可保持云台系统的稳定，进而可以提高单线激光雷达20的探测信号的准确性。当然，本领域技术人员可以理解的是，连接结构30并不仅包括法兰，只要可以将云台系统固定在无人机的机身上，无需单独设置承载单线激光雷达的结构即可。本实用新型实施例采用单线激光雷达20对位置信号进行探测，通过第一控制模块10实现单线激光雷达20的多角度转动探测，探测速度快，且探测得到的数据精准度高。

可选的，本实用新型实施例提供的控制单元10包括信号传输端out1，通过信号传输端out1与无人机的第二控制模块连接，进而进行数据通信。可选的，信号传输端out1例如可以包括rj45接口，通过rj45接口进行控制单元10与第二控制模块之间的数据通信。

综上所述，本实用新型实施例提供的云台系统，可直接通过连接结构固定在无人机的机身，无需在无人机上单独设置承载单线激光雷达的结构，安装方便，操作简单；此外，本实用新型实施例通过第一控制模块实现单线激光雷达的多角度转动探测，探测速度快，且探测得到的数据精准度高，解决现有技术中通过摄像头不能准确确定障碍物的位置信息以及且如果设置激光雷达时，需要单独设置承载激光雷达的结构，操作复杂的问题，以实现准确确定障碍物位置信息，无需在无人机上单独设置承载单线激光雷达的结构的效果。

在上述方案的基础上，可选的，图2是本实用新型实施例提供的又一种云台系统的结构示意图，如图2所示，第一转动单元12包括第一电机121和第一转轴122；第二转动单元13包括第二电机131和第二转轴132；第三转动单元14包括第三电机141和第三转轴142；第一电机121设置在连接结构30上，第一转轴122与第一电机121连接；第二电机131设置在第一转轴122上，第二转轴132与第二电机131连接；第三电机141设置在第二转轴132上，第三转轴142与第三电机141连接；单线激光雷达20固定在第三转轴142上。

具体的，当第一电机121带动第一转轴122转动时，由于第二电机131设置在第一转轴122上，第二转轴132与第二电机131连接，第三电机141又设置在第二转轴132上，第三转轴142与第三电机141连接，而单线激光雷达20固定在第三转轴142上，所以可以带动单线激光雷达以x轴为中轴进行旋转运动；当第二电机131带动第二转轴132转动时，由于第三电机141设置在第二转轴132上，第三转轴142与第三电机141连接，而单线激光雷达20固定在第三转轴142上，所以可以带动单线激光雷达以y轴为中轴进行旋转运动；当第三电机141带动第三转轴142转动时，由于单线激光雷达20固定在第三转轴142上，所以可以带动单线激光雷达以z轴为中轴进行旋转运动，从而实现单线激光雷达20的多角度转动探测以及单线激光雷达20的反向纠偏。

在上述方案的基础上，可选的，第一转动单元12还包括第一硬限位；第二转动单元13还包括第二硬限位；第三转动单元14还包括第三硬限位(图中未示出)。

控制单元10通过第一电机121、第二电机131、第三电机141的正反转碰到两个方向的硬限来确定云台系统角度位置。

可选的，第一电机121、第二电机131和第三电机141分别包括微型直流无刷电机。

本实用新型实施例中，第一电机121、第二电机131和第三电机141都采用的是微型直流无刷电机，由于微型直流无刷电机具有体积小、重量轻、出力大、耐颠簸震动、噪音低、震动小、运转平滑等优点，当本实施例采用微型直流无刷电机，可以减小云台系统的体积和重量，同时保持了单线激光雷达在探测信号时的稳定性，提高了探测精度。

下面以典型示例性对本实用新型实施例提供的云台系统的具体工作过程进行详细介绍，以云台系统固定在无人机的机身上，连接结构30为法兰为例，但不构成对本申请的限定。

无人机开机之后，云台系统上电，进行初始化的过程中，通过第一电机121、第二电机131、第三电机141的正反转可以将三个轴的数据位置进行初始化清零，具体的，控制单元10根据预设的初始化操作指令，先控制第二转动单元带13动单线激光雷达20以y轴为中轴进行旋转运动，即第二转动单元13在逆时针从z轴往x轴方向转动至硬限位后停止，然后单线激光雷达20在x轴为中轴的情况下，在zy平面进行初始化操作，完成第三转动单元14的初始化，此过程避免了单线激光雷达20在初始化过程中碰到法兰的问题。之后再进行第二转动单元13的初始化操作，此时单线激光雷达20是保持水平的状态，第二转动单元13的初始化操作之后，再进行第一转动单元12的初始化操作，此时单线激光雷达20为水平向前的，完成初始化操作。初始化操作完成后，无人机起飞，无人机的第二控制模块可以发送转动操作指令至云台系统的控制单元10，以使控制单元10根据转动操作指令进行转动，其中，转动操作指令可以是转动速度参数，控制单元10还可以将各电机的相对位置及转动速度参数发送至无人机的第二控制模块，由第二控制模块进行位置控制。飞行过程中，第三电机141带动第三转轴142转动，进而使单线激光雷达20上下翻转，实现对整个环境的探测，并将探测的信号实时发送至控制单元10，通过控制单元10实时将探测的信号发送至无人机的第二控制模块。此外，第二转动单元13和第一转动单元12保持稳定，考虑到无人机在飞行过程中会有偏移，不会一直保持水平，进而使第二转动单元13和第一转动单元12也会有偏移，此时控制单元10将第二转动单元13和第一转动单元12的相对位置发送至无人机的第二控制模块，以使第二控制模块根据第二转动单元13和第一转动单元12的相对位置进行反向纠偏，使单线激光雷达20处于一个相对稳定的水平面上，保证了单线激光雷达探测信号的准确性。

基于同样的发明构思，本实用新型实施例还提供了一种无人机。图3是本实用新型实施例提供的一种无人机的结构示意图，如图3所示，无人机包括机身100和上述实施例中的云台系统200，通过连接结构将云台系统200与机身100固定连接，因此本实用新型实施例提供的无人机也具备上述实施例所描述的有益效果，此处不再赘述。

其中，机身100包括第二控制模块；第二控制模块包括无人机控制板。

本领域技术人员可以理解的是，第二控制模块包括但不限于控制板，只要可以起到控制作用的结构都属于本实用新型保护的范围。

可选的，控制单元通过rj45接口与无人机控制板电连接。

通过rj45接口进行控制单元10与第二控制模块之间的数据通信，但是控制单元10与第二控制模块之间的数据通信并不限于rj45接口。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

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