本文關(guān)鍵詞：多旋翼無人機(jī)用單載荷光電穩(wěn)定平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 光電穩(wěn)定平臺(tái) 多旋翼無人機(jī) 靜力分析 模態(tài)分析 響應(yīng)譜分析

【摘要】：多旋翼無人機(jī)是一種極具自身特點(diǎn)的飛行器,同時(shí)存在具有操控簡單方便、高可靠性與結(jié)構(gòu)簡單易于維修的優(yōu)點(diǎn),另外,也具有振動(dòng)情況復(fù)雜、續(xù)航時(shí)間短、載重量低的不足。如何結(jié)合多旋翼無人機(jī)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)一款光電穩(wěn)定平臺(tái)將具有一定的實(shí)際意義。本文以課題組自主研發(fā)的Hex-rotor多旋翼無人飛行器為平臺(tái),設(shè)計(jì)一型針對(duì)該型號(hào)無人機(jī)的單載荷光電穩(wěn)定平臺(tái),并結(jié)合有限元軟件對(duì)該光電平臺(tái)的減振性能進(jìn)行分析。本文首先對(duì)國內(nèi)外光電平臺(tái)進(jìn)行了概述,對(duì)光電平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)。在對(duì)其他各型號(hào)光電平臺(tái)的分析中總結(jié)出目前多旋翼無人機(jī)用光電平臺(tái)存在的三個(gè)問題:云臺(tái)安全性差、減振性能不夠、重量過重。針對(duì)以上三個(gè)問題對(duì)云臺(tái)展開設(shè)計(jì)工作。確定了云臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分以輕巧、高強(qiáng)度、加工性好的鋁合金2A12為材料,對(duì)云臺(tái)的各個(gè)相關(guān)元件:相機(jī)、無刷電機(jī)、傳感器、主控電路、減振球進(jìn)行了選型,并確定了它們相互之間的連接方式、與相對(duì)位置。結(jié)合所選元件,利用SolidWorks對(duì)云臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)過程中保證了云臺(tái)的小巧、輕盈、堅(jiān)固等要求。其次,利用ANSYS Workbench有限元分析軟件對(duì)云臺(tái)模型進(jìn)行了靜力學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析。利用靜力學(xué)分析對(duì)云臺(tái)各零件的剛度與強(qiáng)度進(jìn)行了檢驗(yàn),得出了連接臂剛度不足以及相機(jī)座與滾轉(zhuǎn)軸電機(jī)座強(qiáng)度過剩的結(jié)論。并針對(duì)多旋翼無人機(jī)振動(dòng)幅度大、激振源多、振動(dòng)情況復(fù)雜的情況,對(duì)云臺(tái)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。利用加速度計(jì)對(duì)無人機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了采樣,得出無人機(jī)工作時(shí)振動(dòng)頻率集中于60Hz、120Hz、140Hz、180Hz的結(jié)論。利用ANSYS Workbench有限元分析軟件對(duì)云臺(tái)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。其一,對(duì)云臺(tái)的減振系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析,得出了其響應(yīng)譜,在無人機(jī)飛行時(shí)的振動(dòng)環(huán)境下,云臺(tái)經(jīng)減振后,能夠有效的減小振動(dòng)。其二,利用無人機(jī)振動(dòng)頻譜對(duì)云臺(tái)進(jìn)行了響應(yīng)譜分析。并通過對(duì)比經(jīng)過減振的云臺(tái)與未經(jīng)減振云臺(tái)的振動(dòng)云圖,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過減振的云臺(tái)振幅最大能減小45.1%。最后利用ANSYS Workbench有限元分析軟件對(duì)之前分析中出現(xiàn)問題的部分零件進(jìn)行了具體的分析,總結(jié)出了這些零件部分結(jié)構(gòu)參數(shù)與其結(jié)構(gòu)剛度的關(guān)系。并利用此結(jié)論對(duì)云臺(tái)進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化后的云臺(tái)在靜止不動(dòng)重力環(huán)境下發(fā)生的最大位移為0.9818mm,較之前減小了8.9273mm。在無人機(jī)振動(dòng)環(huán)境下最大振幅為0.512mm,說明優(yōu)化后,云臺(tái)剛度得到了增強(qiáng),云臺(tái)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性有較好的提升。證明該云臺(tái)設(shè)計(jì)在減振性能上有良好的表現(xiàn),對(duì)今后的多旋翼無人機(jī)用光電穩(wěn)定平臺(tái)的設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：光電穩(wěn)定平臺(tái) 多旋翼無人機(jī) 靜力分析 模態(tài)分析 響應(yīng)譜分析
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V279
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 課題背景及意義12-15
• 1.2 相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 國外研究的現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 國內(nèi)研究的現(xiàn)狀18
• 1.2.3 存在問題18-19
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容19-22
• 第2章 云臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22-34
• 2.1 云臺(tái)概述22-24
• 2.1.1 云臺(tái)結(jié)構(gòu)概述22-23
• 2.1.2 云臺(tái)控制系統(tǒng)23-24
• 2.2 云臺(tái)各部件選型24-26
• 2.2.1 光電載荷的選擇24-25
• 2.2.2 電機(jī)的選擇25-26
• 2.2.3 云臺(tái)材料的選擇26
• 2.3 云臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)26-33
• 2.3.1 內(nèi)框架的設(shè)計(jì)27
• 2.3.2 減振球的安裝27-28
• 2.3.3 相關(guān)零件的設(shè)計(jì)28-30
• 2.3.4 相機(jī)座30-31
• 2.3.5 外殼31-32
• 2.3.6 云臺(tái)總體結(jié)構(gòu)概述32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第3章 云臺(tái)靜力學(xué)分析34-44
• 3.1 有限元方法簡介34-35
• 3.1.1 有限元方法簡介34-35
• 3.1.2 靜力學(xué)分析簡介35
• 3.2 云臺(tái)的靜力學(xué)分析35-40
• 3.2.1 建立結(jié)構(gòu)模型35-36
• 3.2.2 對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分36-39
• 3.2.3 載荷與約束39
• 3.2.4 靜力學(xué)分析結(jié)果39-40
• 3.3 云臺(tái)形變產(chǎn)生原因、影響與優(yōu)化40-42
• 3.3.1 云臺(tái)形變的理論分析40-41
• 3.3.2 形變影響41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第4章 云臺(tái)動(dòng)力學(xué)分析44-60
• 4.1 動(dòng)力學(xué)分析概述44-45
• 4.1.1 動(dòng)力學(xué)分析簡介44-45
• 4.1.2 ANSYS軟件動(dòng)力學(xué)分析45
• 4.2 多旋翼無人機(jī)振動(dòng)情況分析45-49
• 4.2.1 振動(dòng)產(chǎn)生原理分析45-48
• 4.2.2 振動(dòng)對(duì)圖像的影響48-49
• 4.3 減振系統(tǒng)分析49-56
• 4.3.1 定義接觸49-52
• 4.3.2 建立有限元模型52-53
• 4.3.3 模態(tài)分析結(jié)果53-56
• 4.4 減振系統(tǒng)與無減振系統(tǒng)對(duì)比56-59
• 4.4.1 響應(yīng)譜分析56-57
• 4.4.2 結(jié)果對(duì)比57-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第5章 云臺(tái)系統(tǒng)優(yōu)化60-70
• 5.1 對(duì)云臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化60-65
• 5.1.1 電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)云臺(tái)性能的影響60-62
• 5.1.2 連接臂加強(qiáng)筋對(duì)剛度的影響62-64
• 5.1.3 電機(jī)座的輕量化64-65
• 5.2 優(yōu)化成果對(duì)比65-67
• 5.3 本章小結(jié)67-70
• 第6章 總結(jié)與展望70-74
• 6.1 全文工作總結(jié)70-71
• 6.2 展望71-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況78-79
• 指導(dǎo)教師及作者簡介79-80
• 致謝80

【相似文獻(xiàn)】

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1 李新民;劉正江;;在旋翼試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)同方位采集數(shù)據(jù)的方法[J];直升機(jī)技術(shù);2002年02期

2 陳維芹,徐國華,梅衛(wèi)勝;懸停狀態(tài)直升機(jī)剪刀式旋翼的試驗(yàn)研究[J];流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)與測量;2002年01期

3 高亞東,張?jiān)?

本文編號(hào)：954305