云台及无人飞行器

技术领域

本发明实施例涉及无人飞行器技术领域，尤其涉及云台及无人飞行器。

背景技术

为了满足小型航拍无人机的需求，尽可能缩小云台的体积和重量，云台一般采用直径13mm的小电机驱动，用集成式电机驱动芯片来驱动电机，而云台的关节角检测采用小体积、低成本的线性霍尔传感器来检测，这大大缩小了云台控制电路板的体积，有利于云台的小型化。

而在传统无人飞行器的云台上，对于高清图像等高速信号的传输必须采用同轴线，但是，云台上的惯性测量单元(Inertial measurement unit，IMU)信号、电机驱动信号、位置检测信号等也是通过同轴线传输的。

由于同轴线束一般包括两个绝缘层，在一定通流条件下同轴线都会比电子线硬很多，现有技术中云台的走线完全采用同轴线会带来很大的扰力问题，若采用的同轴线过多，则会严重影响云台的控制。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明实施例提供一种云台及无人飞行器。

本发明实施例第一方面提供一种云台，用于可移动平台，所述云台具有至少一个用于驱动所述云台转动的云台电机，所述云台还包括：

至少一个云台电机驱动模块，所述云台电机驱动模块与所述云台电机电连接，用于控制所述云台电机运转；

至少一个所述云台电机驱动模块用于通过电子线与所述可移动平台上的一主控制器电连接，以通过所述电子线传输低速信号；

所述云台还用于搭载负载，所述负载用于通过同轴线与所述主控制器电连接，以通过所述同轴线传输高速信号。

本发明实施例第二方面提供一种无人飞行器，包括机身、云台及搭载在所述云台上的负载，在所述机身上设有主控制器，所述云台具有至少一个用于驱动所述云台转动的云台电机，所述云台还包括：

至少一个云台电机驱动模块，所述云台电机驱动模块与所述云台电机电连接，用于控制所述云台电机运转；

至少一个所述云台电机驱动模块通过电子线与所述主控制器电连接，以通过所述电子线传输低速信号；

所述负载通过同轴线与所述主控制器电连接，以通过所述同轴线传输高速信号。

本发明实施例提供的云台及无人飞行器，云台电机驱动模块用于控制云台电机运转，云台电机驱动模块用于通过电子线与可移动平台上的一主控制器电连接，以通过电子线传输低速信号，云台上用于搭载负载，负载用于通过同轴线与主控制器连接，以通过同轴线传输高速信号，云台上所涉及的低速信号通过电子线传输，而所涉及的高速信号通过同轴线传输，相较于现有技术中全部用同轴线传输的方式，本技术方案能够使得整个云台的走线变得柔软，能够有效降低云台的扰力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的云台的走线示意图；

图2为本发明实施例提供的云台的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的云台电机的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的云台的混合线束、与混合线束连接的FPC板的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的云台上与偏航轴驱动模块连接的FPC板的正面结构示意图；

图6为本发明实施例提供的云台上与偏航轴驱动模块连接的FPC板的背面结构示意图；

图7为本发明实施例提供的云台的偏航轴支架的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的云台的横滚轴支架的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

此外，“连接”一词在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述一第一装置连接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接连接于所述第二装置，或通过其它装置间接地连接至所述第二装置。

应当理解，本文中使用的术语“及/或、和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A1及/或B1，可以表示：单独存在A1，同时存在A1和B1，单独存在B1这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

实施例一

图1为本发明实施例提供的云台的走线示意图；图2为本发明实施例提供的云台的结构示意图；请参照附图1和附图2，本实施例提供一种云台，用于可移动平台，云台100具有至少一个用于驱动云台转动的云台电机10，云台100还包括：至少一个云台电机驱动模块20。本实施例中的可移动平台可以例如但不限于无人飞行器。例如，对于无人飞行器来讲，云台100用于在无人飞行器的航拍过程中控制相机模组的角度，防止因为无人飞行器振动或是外界其他扰动因素造成图像抖动，影响航拍质量，或是控制相机模组转到一定的角度，完成相应拍摄功能。但是云台本身的走线若不合理，也会影响云台的控制精度，从而影响拍摄画面的质量。

进一步地，云台电机驱动模块20与云台电机10电连接，用于控制云台电机10运转。云台电机驱动模块20可以理解为印刷电路板，其上可以设置有各功能模块，以至少实现对云台电机10的控制。具体的，云台电机驱动模块20可以用于根据一个或多个工作指令控制云台电机10运转，例如控制云台电机10的启停、运转速度等。

至少一个云台电机驱动模块20用于通过电子线与可移动平台上的一主控制器200电连接，以通过电子线传输低速信号。对于无人飞行器来讲，主控制器200用于与无人飞行器上的各元器件通信连接，以控制整个无人飞行器的飞行。主控制器200可以包括电路板以及设于电路板上的用于实现预定功能的各功能模块。

云台100上还用于搭载负载300，负载300用于通过同轴线与主控制器200电连接，以通过同轴线传输高速信号。具体的，云台100上所搭载的负载300可以包括相机模组，相机模组可以通过前壳301固定，通过相机模组拍摄图像，负载(相机模组)300通过同轴线与主控制器200电连接，能够实现高清图像的传输，提高无人飞行器的航拍效果。

本发明实施例提供的云台，包括云台电机和至少一个云台电机驱动模块，云台电机驱动模块用于控制云台电机运转，云台电机驱动模块用于通过电子线与可移动平台上的一主控制器电连接，以通过电子线传输低速信号，云台上用于搭载负载，负载用于通过同轴线与主控制器连接，以通过同轴线传输高速信号，云台上所涉及的低速信号通过电子线传输，而所涉及的高速信号通过同轴线传输，相较于现有技术中全部用同轴线传输的方式，本技术方案能够使得整个云台的走线变得柔软，能够有效降低云台的扰力，提高了云台的控制精度。

进一步的，云台100还可以设有惯性测量单元30(IMU，Inertial measurementunit)，惯性测量单元30与主控制器200通过同轴线电连接。惯性测量单元30可以用于检测相机模组的姿态，并把相机模组的空间姿态信息反馈给主控制器200，主控制器200可以根据相机模组的姿态信息而控制各个云台电机10，以使得无人飞行器在不同工况下维持相机模组的稳定，保证航拍图像的质量。

如图1所示，负载(相机模组)与惯性测量单元30可以集成于同一电路板上。以有利于云台100的小型化布局，以尽可能地缩小云台体积。

在本实施例中的云台电机10可以包括定子以及能够转动地设置于定子外的转子，图3为本发明实施例提供的云台电机的转子的结构示意图。如图3所示，转子11包括磁轭111及设置于磁轭111内的磁体112，磁轭111整体可以呈带底盖的圆柱筒状，磁轭111的周壁基本呈圆筒状。磁轭111可以由10号钢或SPCC或SPEC制成。可以理解，在其他实施例中，磁轭111的周壁形状也可以根据负载的接口进行设置，例如可以设置为圆形、长方形、多边形等任意合适的形状，在此不作限定。本实施例以磁轭111的周壁为圆筒状为例。

更具体的，磁体112可以包括正弦内充磁磁体。在本申请实施例中，磁体112可以是粘结磁环，具体地，磁体112包括内充磁磁体，更具体地，磁体112为正弦内充磁磁体。采用内充磁磁体，使得磁体112自身产生的磁力线几乎都在圆环状的磁体112的内侧，在磁体112的外侧几乎没有磁力线，故在磁体112外部形成闭合磁路所需要的磁轭111的厚度T1可以减薄，进而利于减小磁轭111的外直径D1且同时不会影响云台电机10的性能。由此，可以在不影响云台电机10的使用性能的前提下，尽可能地将云台电机10的尺寸做小，从而减小云台100的体积，以满足便携式小型航拍无人机的需求。

请结合图3，磁轭111沿径向方向的厚度T1为0.3毫米±0.1毫米，磁轭的外直径D1为13.1毫米±0.1毫米。其中，径向方向指圆筒状的周壁的径向方向，磁轭111的外直径D1指沿径向方向，磁轭111的外轮廓的最大尺寸。在本实施例中，通过优化云台电机10的磁轭111的尺寸，在磁轭111的厚度较薄，磁轭111的外直径D1较小的情况下，使得云台电机10的外部尺寸较小，同时能够保证云台电机10输出的转矩较大且转矩波动较小，使得云台电机10能够提供足够的转矩以克服机载云台转动时排线的扭力、风扰等扰动力矩，保证云台电机10的工作性能。

具体地，磁轭111沿径向方向的厚度T1可以是0.2毫米至0.4毫米之间的任意值，例如磁轭111沿径向方向的厚度T1可以为0.2毫米、0.23毫米、0.25毫米、0.28毫米、0.3毫米、0.32毫米、0.35毫米、0.37毫米、0.4毫米等任意在0.2毫米与0.4毫米之间的值。在一个例子中，磁轭111沿径向方向的厚度T1为0.3毫米。

磁轭111的外直径D1为13.0毫米至13.2毫米之间的任意值，例如磁轭21的外直径D1为13.0毫米、13.02毫米、13.05毫米、13.07毫米、13.1毫米、13.11毫米、13.13毫米、13.16毫米、13.18毫米、13.2毫米等任意在13.0毫米至13.2毫米之间的值。在一个例子中，磁轭111的外直径D1为13.0毫米。

磁体112沿径向方向的厚度T2可以为0.3毫米±0.1毫米。其中，径向方向指圆筒状的磁轭111的周壁的径向方向，厚度T2可以是任意一处的厚度或者磁体112的平均厚度。磁体112沿径向方向的厚度T2为0.2毫米至0.4毫米之间的任意值，例如磁体112沿径向方向的厚度T2为0.2毫米、0.25毫米、0.26毫米、0.28毫米、0.29毫米、0.3毫米、0.31毫米、0.33毫米、0.37毫米、0.4毫米等任意在0.2毫米至0.4毫米之间的值。采用厚度范围为0.2毫米至0.4毫米之间的磁体112，能够与上述的磁轭111较好的配合，不会因为太薄导致无法提供足够的磁场，也不会因为太厚而导致磁场过强而超出了磁轭111所能达到的导磁量。

如图2所示，本实施例中的云台100可以包括支架组件101，云台电机10与支架组件101连接，用于驱动支架组件101转动。支架组件101可以用于搭载负载(例如相机模组)。

云台100一般可以根据云台的转动自由度，可以将云台100分为一轴云台、二轴云台、三轴云台或更多轴云台，例如，云台的支架组件101可以包括横滚轴支架101a、俯仰轴支架101b和偏航轴支架101c中的至少一个；则对应的，云台电机10包括以下中的至少一个：横滚驱动电机10a，用于驱动横滚轴支架101a绕横滚轴转动；俯仰驱动电机10b，用于驱动俯仰轴支架101b绕俯仰轴转动；偏航驱动电机10c，用于驱动偏航轴支架101c绕偏航轴转动。

通常应用较为广泛的为三轴云台。以三轴云台为例，三轴云台的支架组件101可以绕横滚轴、俯仰轴和偏航轴转动。优选的，本实施例中的云台100为三轴云台，支架组件101包括横滚轴支架101a、俯仰轴支架101b和偏航轴支架101c，其中，横滚轴支架101a与俯仰轴支架101b可以一体成型，或者两者可拆卸连接，如图8所示，横滚轴支架101a与俯仰轴支架101b一体成型。

俯仰轴支架101b可以包括能够绕俯仰轴转动的俯仰轴臂1011b，横轴轴支架101a可以包括能够绕横滚轴转动的横滚轴臂1011a。俯仰轴驱动模块20b和横滚轴驱动模块20a可以安装于俯仰轴臂1011b上。偏航轴支架101c可以包括能够绕偏航轴转动的偏航轴臂1011c，偏航轴驱动模块20c安装于偏航轴臂1011c上。

在一种实施方式中，如图8所示，横滚驱动电机10a可以焊接在横滚轴驱动模块20a上，俯仰驱动电机10b可以焊接在俯仰轴驱动模块20b上。图7为本发明实施例提供的云台的偏航轴支架的结构示意图；如图7所示，偏航轴驱动电机10c可以焊接在偏航轴驱动模块20c上。

云台电机10包括横滚驱动电机10a、俯仰驱动电机10b和偏航驱动电机10c，其中，云台电机驱动模块20包括：横滚轴驱动模块20a、俯仰轴驱动模块20b和偏航轴驱动模块20c。

如图1所示，横滚轴驱动模块20a与横滚驱动电机10a电连接，并通过电子线与主控制器200电连接，横滚轴驱动模块20a用于控制横滚驱动电机10a。俯仰轴驱动模块20b与俯仰驱动电机10b电连接，并通过电子线与主控制器200电连接，俯仰轴驱动模块20b用于控制俯仰驱动电机10b。

在一种实施方式中，横滚轴驱动模块20a与俯仰轴驱动模块20b可以采用级联连接。例如，俯仰轴驱动模块20b与横滚轴驱动模块20a电连接，而横滚轴驱动模块20a通过电子线与主控制器200电连接，主控制器200的信号先经过横滚轴驱动模块20a再传递到俯仰轴驱动模块20b。当然，也可以反过来，横滚轴驱动模块20a与俯仰轴驱动模块20b电连接，而俯仰轴驱动模块20b通过电子线与主控制器200电连接。

偏航轴驱动模块20c与偏航驱动电机10c及主控制器200电连接，并通过电子线或FPC板与主控制器200电连接，偏航轴驱动模块20c用于控制偏航驱动电机10c。由于偏航轴支架101c单独设置，且更接近于无人飞行器的机身位置，因此，偏航轴支架101c上所对应的偏航轴驱动模块20c可以采用长度较短的FPC板与主控制器200电连接，FPC板的成本低廉，当无需传输高速信号时，可以采用FPC板进行信号传输。当然，可以理解的是，偏航轴驱动模块20c可以采用电子线与主控制器200电连接，电子线较为柔软，能够有效降低云台的线扰现象。

图5为本发明实施例提供的云台上与偏航轴驱动模块连接的FPC板的正面结构示意图；图6为本发明实施例提供的云台上与偏航轴驱动模块连接的FPC板的背面结构示意图；如图5和图6所示，在一些实施例中，优选的，偏航轴驱动模块20c与主控制器200通过FPC板电连接，其中，FPC板上设有单层屏蔽膜s。FPC板的一端通过第一连接器x与主控制器200连接，FPC板的另一端通过第二连接器y与偏航轴驱动模块20c连接。该FPC板上还可以具有用于与GPS板连接的第三连接器z。另外，进一步的，在与偏航轴驱动模块20c连接的FPC板上还可以设有指南针h。指南针h也叫地磁传感器，以用于为无人飞行器的提供方位判别。

通过在FPC板上设置单层屏蔽膜s能够在一定程度上降低电磁干扰对FPC板的影响，而单层屏蔽膜s使得FPC板的硬度不至于过大，从而使得无人机的振动传递效应不明显，对小云台的控制精度影响较小。偏航轴驱动模块20c与主控制器200通过带单层屏蔽膜的FPC板电连接，以便在避免电磁干扰的同时，降低振动传递所带来的影响。

图4为本发明实施例提供的云台的混合线束、与混合线束连接的FPC板的结构示意图；如图1和图4所示，用于连接负载300的同轴线与用于连接横滚轴驱动模块20a和俯仰轴驱动模块20b的电子线组成混合线束，混合线束连接至主控制器200。具体的，如图4所示，同轴线m和电子线n可以通过醋酸布胶带p捆在一起，形成混合线束，其中，同轴线m可以采用AWG46同轴线。同轴线m与电子线n组成的混合线束可以通过FPC板400与主控制器200电连接。当同轴线m与电子线n组成的混合线束到达用于与主控制器200连接的FPC板400后，混合线束分开，电子线n焊接在电子线焊接区401，同轴线m焊接在同轴线焊接区402，FPC板400上40pin的板对板连接器403用于与主控制器200上的第一FPC连接器500相连，以实现横滚轴驱动模块20a、俯仰轴驱动模块20b以及负载300与主控制器200的电连接，并可实现通信。

另外，进一步参照图1，无人飞行器的主控制器200可以具有用于与连接偏航轴驱动模块20c的FPC板900电连接的第二FPC连接器800。并且，第一FPC连接器500、第二FPC连接器800通过FPC板作为基板，能够有效缩小连接器的体积，并且成本低廉。

另外，在一具体实施例中，同轴线m可以通过同轴线连接器600与负载300(相机)电连接，电子线n可以通过电子线连接器700与横滚轴驱动模块20a电连接。

俯仰轴驱动模块20a可以采用FPC板作为基板。需要说明的是，本实施例中所指的云台电机驱动模块20均是指印刷电路板，其包括了基板以及设置于基板上的各元器件。在此，俯仰轴驱动模块20a是指通过FPC板作为基板，并将其他元器件设置于该FPC板上，相较于普通的电路板，FPC板较为柔软，且重量较轻，面积较小，有利于缩小云台100的体积。

在一种实施方式中，如图1所示，横滚轴驱动模块20a上可以设有横滚轴驱动芯片21a和俯仰轴驱动芯片21b。也就是说横滚轴驱动芯片21a与俯仰轴驱动芯片21b集成与同一印刷电路板上。例如，当俯仰轴驱动模块20b的面积较小，难于放置体积较大的俯仰轴驱动芯片21b时，可以将俯仰轴驱动芯片21a与横滚轴驱动芯片21a均集成在横滚轴驱动模块20a上，布局合理，能够有效节约空间，缩小云台体积。

可以理解的是，由于横滚轴驱动模块20a与俯仰轴驱动模块20b电连接在一起，无论俯仰轴驱动芯片21b设于横滚轴驱动模块20a上还是设于俯仰轴驱动模块20b上，均能够实现对俯仰驱动电机10b的控制。

如图1所示，横滚轴驱动模块20a上还设有横滚霍尔传感器22a；及/或，俯仰轴驱动模块20b上还设有俯仰霍尔传感器22b；及/或，偏航轴驱动模块20c上还设有偏航霍尔传感器22c。通过在对应的云台电机驱动模块上设置对应的霍尔传感器，能够分别检测各云台电机的位置，从而实时调整电机状态，提高云台系统稳定性。

如图2所示，云台100上还可以设有用于压紧与偏航轴驱动模块20c连接的FPC板的固定件102。具体的，固定件102可以为弹片，固定件102的一端固定在云台100上，具体可以固定于支架组件101上，固定件102的另一端用于压紧与偏航轴驱动模块20c连接的FPC板。固定件102可以通过螺钉可拆卸地设于支架组件101上，固定件102可以呈片状，且固定件102可以为塑胶件，或者弹簧钢片，或者其他材料。通过固定件102将与偏航轴驱动模块20c连接的FPC板固定，能够有效防止其晃动或脱落，并提高该FPC板的连接稳定性，保证信号传输稳定性。

实施例二

本实施例提供一种无人飞行器，包括机身、云台100及搭载在云台上的负载300，在机身上设有主控制器，云台具有至少一个用于驱动云台转动的云台电机，云台还包括：至少一个云台电机驱动模块20。

云台电机驱动模块20与云台电机10电连接，用于控制云台电机10运转。云台电机驱动模块20可以理解为印刷电路板，其上可以设置有各功能模块，以至少实现对云台电机10的控制。具体的，云台电机驱动模块20可以用于用于根据一个或多个工作指令控制云台电机10运转，例如控制云台电机10的启停、运转速度等。

至少一个云台电机驱动模块20用于通过电子线与可移动平台上的一主控制器200电连接，以通过电子线传输低速信号。对于无人飞行器来讲，主控制器200用于与无人飞行器上的各元器件通信连接，以控制整个无人飞行器的飞行。主控制器200可以包括电路板以及设于电路板上的用于实现预定功能的各功能模块。负载300可以通过同轴线与主控制器200电连接，以通过同轴线传输高速信号。具体的，云台100上所搭载的负载300可以包括相机模组，例如无人飞行器可以通过相机模组拍摄图像或视频，进一步地，负载(例如相机模组)300通过同轴线与主控制器200电连接，能够实现高清图像或视频的传输，提高无人飞行器的航拍效果。

本发明实施例提供的无人飞行器，其上的云台包括云台电机和至少一个云台电机驱动模块，云台电机驱动模块用于控制云台电机运转，云台电机驱动模块用于通过电子线与主控制器电连接，以通过电子线传输低速信号，负载用于通过同轴线与主控制器连接，以通过同轴线传输高速信号，云台上所涉及的低速信号通过电子线传输，而所涉及的高速信号通过同轴线传输，相较于现有技术中全部用同轴线传输的方式，本技术方案能够使得整个云台的走线变得柔软，能够有效降低云台的扰力，提高了云台的控制精度。

本实施例中无人飞行器的云台的结构和功能与实施例一相同，具体可以参照实施例一的描述，本实施例不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。