小型多光譜相機(jī)無人機(jī)云臺系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來由于小型無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的無人機(jī)遙感技術(shù)被應(yīng)用在農(nóng)情信息的監(jiān)測與獲取。通過將相機(jī)傳感器（如可見光、多光譜、高光譜、熱紅外成像儀等）搭載在小型無人機(jī)上來獲取農(nóng)田的圖像數(shù)據(jù)的方法因其效率高、時(shí)效性強(qiáng)、成本低等優(yōu)勢被廣泛地應(yīng)用。但由于現(xiàn)有云臺通用性差和相機(jī)工作環(huán)境要求等原因，嚴(yán)重限制了相機(jī)傳感器在農(nóng)業(yè)應(yīng)用的推廣。本文將針對小型多光譜相機(jī)開發(fā)一套無人機(jī)云臺系統(tǒng)，該云臺系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在云臺正常工作時(shí)穩(wěn)定多光譜相機(jī)視軸的作用，保證

2、相機(jī)的成像質(zhì)量，還能夠接受地面的遙控指令進(jìn)行云臺姿態(tài)的變化。本文主要的研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)小型多光譜無人機(jī)云臺系統(tǒng)總體方案的確定。根據(jù)云臺系統(tǒng)研究的多光譜相機(jī)的尺寸，工作環(huán)境確定云臺系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能和主要性能指標(biāo);基于以上性能要求首先分析無人機(jī)云臺的框架結(jié)構(gòu)，并確定本文研究的云臺系統(tǒng)采用三軸三框架的結(jié)構(gòu)形式;接著對無人機(jī)云臺減震系統(tǒng)進(jìn)行分析，確定了采用橡膠減震球的方案;最后論述了無人機(jī)云臺系統(tǒng)控制部分的主要實(shí)現(xiàn)

3、方案。
　　(2)無人機(jī)三軸云臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)小型多光譜相機(jī)參數(shù)和云臺所要實(shí)現(xiàn)的功能，對所設(shè)計(jì)云臺所使用的材料進(jìn)行選型;利用Solidworks軟件對無人機(jī)三軸云臺進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括三軸云臺俯仰軸、橫滾軸、航向軸、相機(jī)框、減震系統(tǒng)的設(shè)計(jì);另外為了校驗(yàn)云臺結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，利用有限元分析軟件ANSYS Workbench根據(jù)設(shè)計(jì)流程從底部到頂部的方向?qū)θS云臺的關(guān)鍵零部件進(jìn)行靜力學(xué)分析;最后對整體三軸云臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，確定傳

4、遞到云臺的無人機(jī)振動(dòng)對三軸云臺的影響。
　　(3)無人機(jī)三軸云臺的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用Storm32云臺控制器作為主控板，MPU6050傳感器作為云臺姿態(tài)采集模塊，采用直流無刷電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為動(dòng)力輸出，接收機(jī)和遙控器作為無線傳輸模塊，對云臺的控制系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì);然后進(jìn)行云臺設(shè)置、云臺電機(jī)PID調(diào)參，最終實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)云臺的自穩(wěn)功能和遙控控制;最后完成對多光譜相機(jī)進(jìn)行光電隔離的相機(jī)觸發(fā)控制設(shè)計(jì)。
　　(4)無人機(jī)云臺測