一种无人飞行器惯性测量模块 |
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| 申请号 | CN201110260585.7 | 申请日 | 2011-09-02 | 公开(公告)号 | CN102980584B | 公开(公告)日 | 2017-12-19 |
| 申请人 | 深圳市大疆创新科技有限公司; | 发明人 | 汪滔; 赵涛; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种无人 飞行器 惯性测量模 块 ，包括壳体组件、传感组件以及 减振器 ，减振器包括第一减振垫，传感组件包括第一 电路 板、第二 电路板 、以及连接第一电路板与第二电路板的柔性 信号 线，第二电路板上固定有惯性 传感器 ，第一电路板固定在壳体组件上；还包括增重块，第二电路板、增重块、第一减振垫以及第一电路板依次粘结形成的整体卡接于壳体组件内。本发明将惯性传感器等对振动性能要求高的元器件集成在第二电路板上，通过设置第一减振垫，使得惯性传感器受到的振动衰减至未使用减振垫时的振动的30％以下，极大减小 无人飞行器 的工作振动 频率 对惯性传感器的影响，提高惯性传感器测量的 稳定性 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种无人飞行器惯性测量模块，包括壳体组件、传感组件以及减振器，所述传感组件与所述减振器内置于所述壳体组件，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 一种无人飞行器惯性测量模块技术领域背景技术[0002] 现有技术中，无人飞行器惯性测量模块的减振措施是在控制模块的壳体外部敷设四个减振垫，以形成四个支点来支撑整个控制模块的外壳体。减振垫设置在无人飞行器惯性测量模块的外部，这种结构存在以下缺陷：(1)减振垫需要安装在一个平台上，导致整个控制模块体积和重量增大，进而增加了飞机的无效负载，而且安装不方便；(2)减振垫外露，会导致减振垫损毁的几率，从而影响无人飞行器惯性测量模块的使用寿命；(3)主控连接线会影响系统的减振效果。 发明内容[0003] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中无人飞行器惯性测量模块由于减振垫外置导致存在惯性测量模块体积庞大、减振效果不佳的缺陷，提供一种无人飞行器惯性测量模块，能够很好解决上述问题。 [0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种无人飞行器惯性测量模块，包括壳体组件、传感组件以及减振器，所述传感组件与所述减振器内置于所述壳体组件，所述减振器包括用于缓冲振动的第一减振垫；所述传感组件包括第一电路板、第二电路板、以及信号连接所述第一电路板与所述第二电路板的柔性信号线，所述第二电路板上固定设置有惯性传感器，所述第一电路板固定在所述壳体组件上；还包括用于增大质量的增重块，所述第二电路板、所述增重块、所述第一减振垫以及所述第一电路板依次粘结形成的整体卡接于所述壳体组件内；还包括第二减振垫，所述第二减振垫粘结固定在所述第二电路板上且抵接于所述壳体组件的内壁；所述第二减振垫与所述第一减振垫分别位于所述第二电路板的两侧。 [0005] 本发明一种无人飞行器惯性测量模块，进一步的，所述减振器还包括第二减振垫，所述第二减振垫粘结固定在所述第二电路板上且抵接于所述壳体组件的内壁。 [0006] 本发明一种无人飞行器惯性测量模块，优选的，所述第二减振垫与所述第二电路板之间的粘结面积S2的范围为12.6-50.2mm2。 [0007] 本发明一种无人飞行器惯性测量模块，优选的，所述增重块的重量为1g-30g。 [0008] 本发明一种无人飞行器惯性测量模块，优选的，所述第一减振垫与所述第一电路2 板之间的粘结面积S1的范围为12.6-50.2mm。 [0009] 本发明一种无人飞行器惯性测量模块，具体的，所述壳体组件包括相互配合锁紧的第一壳体以及第二壳体。 [0010] 本发明一种无人飞行器惯性测量模块，具体的，所述第二电路板固定设置在一支撑片上，所述支撑片与所述增重块粘结固定。 [0011] 本发明一种无人飞行器惯性测量模块，优选的，所述惯性传感器包括用于检测角速度信号的陀螺仪以及用于检测加速度信号的加速度计，所述角速度信号与所述加速度信号通过所述柔性信号线传送至所述第一电路板中。 [0012] 本发明一种无人飞行器惯性测量模块，具体的，所述第一电路板上固定设置有电源、存储器、处理器以及电路模块。 [0013] 本发明一种无人飞行器惯性测量模块，具体的，所述传感组件还包括信号输入接口端子以及信号输出接口端子，所述信号输入接口端子和所述信号输出接口端子通过接口信号连接至所述第一电路板上；所述壳体组件形成两端敞口的内腔室，所述信号输入接口端子与所述信号输出接口端子内置于所述内腔室且分别卡接于所述内腔室的两端。 [0014] 本发明可达到以下有益效果：将惯性传感器等对振动性能要求高的元器件集成在第二电路板上，通过设置减振器来改善惯性测量模块的振动特性，使惯性测量模块的固有机械振动频率远低于飞行器所产生的各种与运动不相关的振动频率；通过设置第一减振垫，使无人飞行器对惯性传感器产生的振动迅速衰减，当无人飞行器产生50HZ以上的频率时，使用减振器后惯性传感器受到的振动衰减至未使用减振垫时的振动的30％以下，极大减小无人飞行器的工作振动频率对惯性传感器的影响，提高惯性传感器测量的稳定性；而且大幅度缩小惯性测量模块的体积和重量，扩大了无人飞行器的载荷空间。附图说明 [0015] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中： [0016] 图1是本发明实施例提供的无人飞行器惯性测量模块的组装结构示意图； [0017] 图2是本发明实施例提供的无人飞行器惯性测量模块去掉壳体组件的结构示意图一； [0018] 图3是本发明实施例提供的无人飞行器惯性测量模块去掉壳体组件的结构示意图二； [0019] 图4是本发明实施例提供的无人飞行器惯性测量模块的爆炸结构示意图一； [0020] 图5是本发明实施例提供的无人飞行器惯性测量模块的爆炸结构示意图二； [0021] 附图标号说明： [0022] 1、第一电路板 2、粘胶层 [0023] 3、第一减振垫 4、粘胶层 [0024] 5、增重块 6、第二电路板 [0025] 7、柔性信号线 8、粘胶层 [0026] 9、第二减振垫 10、粘胶层 [0027] 11、信号输入接口端子 12、信号输出接口端子 [0028] 13、第一壳体 14、第二壳体 具体实施方式[0029] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。 [0030] 剧烈的随机振动是捷联惯导模块在运行中面临的主要力学环境，振动引起惯性测量模块性能不稳定或电子元器件损坏，对惯性测量模块稳定性影响极大。为了减小无人飞行器剧烈随机振动引起电路板上元器件损坏或惯性传感器性能不稳定，一方面改变壳体组件内的各部件连接结构，强化各部件之间的连接刚度，另一方面要以减振器为阻尼介质，将惯性测量模块弹性连接到无人飞行器上，以降低无人飞行器振动对惯性传感器的影响。减振模式的选取不仅影响着惯导系统的减振性能，而且也影响着系统的测量精度，本发明从改良减振器和合理化减振力学结构两个方面着手，提高微型惯性测量模块的性能。 [0031] 如图1、图2、图3所示，为本发明提供的一个实施例，一种无人飞行器惯性测量模块，包括壳体组件、传感组件以及减振器。如图1、图4、图5所示，壳体组件构成两端敞口的内腔室，传感组件与减振器内置于该内腔室。如图4、图5所示，传感组件包括第一电路板1、第二电路板6、以及连接第一电路板1与第二电路板6的柔性信号线7，柔性信号线7将第二电路板6上传感器检测到的各类信号传输至第一电路板1中。第二电路板6上固定设置有惯性传感器、电源等元器件，将惯性传感器等对振动性能要求高的元器件集成在第二电路板6上，便于通过对第二电路板6进行减振来达到对惯性传感器减振的目的，以提高惯性传感器测量的稳定性。为了便于为第二电路板6提供减振，作为优选，第二电路板6为柔性的电路板。为了保护惯性传感器，降低无人飞行器振动对惯性传感器的影响，如图4、图5所示，减振器包括用于缓冲振动的第一减振垫3，通过第一减振垫3对传感组件进行缓冲减振，第一减振垫3的大小尺寸、密度、材质以及与传感组件的粘结面积均对减振性能有较大影响。作为优选，第一电路板1通过卡接、螺接、铆接、焊接或粘结固定在壳体组件上。惯性测量模块中，固有频率 其中K为弹性系数，M为质量，可知质量M越大则固有频率fn越小；为了使固有频率远离无人飞行器的工作频率，即：50HZ-200HZ，则应使固有频率fn尽可能小，结合上述公式可知，则应增大质量M或减小弹性系数K，弹性系数K受到减振器的材料以及粘结面积的影响，当弹性系数K为一定值时，需通过增大质量M来减小固有频率fn。为了增大质量M，如图 4、图5所示，本实施例还包括用于增大质量的增重块5，其作用一方面能够减小惯性测量模块的固有频率，另一方面为第二电路板6的定位提供支撑，使各部件连接牢固。如图4、图5所示，第二电路板6粘结固定在增重块5的一侧面上，增重块5的相对面通过粘胶层4粘结固定设置有第一减振垫3上，第一减振垫3通过粘胶层2粘结定位在第一电路板1上，第一电路板1上卡接固定在壳体组件内。即：第二电路板6、增重块5、第一减振垫3以及第一电路板1依次粘结形成的整体卡接于壳体组件内。 [0032] 具体地，作为本发明的一实施例，减振器的材料为一种特殊的减振材料，具有非常好的弹性性能，能够达到以下有益效果：通过设置该减振器，无人飞行器对惯性传感器造成的振动能够迅速衰减，当无人飞行器产生50HZ以上的频率时，使用减振器后惯性传感器受到的振动衰减至未使用减振垫时的振动的30％以下，极大减小无人飞行器的工作振动频率对惯性传感器的影响，提高惯性传感器测量的稳定性。 [0033] 在上述技术方案的基础上，为了进一步对惯性传感器进行减振，让柔性的第二电路板6的两个相对面均能缓冲减振，如图4、图5所示，减振器还包括第二减振垫9，第二减振垫9粘结固定在第二电路板6上且抵接于壳体组件的内壁，第二减振垫9与第一减振垫3分别位于第二电路板6的两侧，两个减振垫能够从不同方向均衡吸收无人飞行器带来的强迫振动，无人飞行器在空中翻转、转弯、上升或降落过程中，第二电路板6上的惯性传感器均能得到较好地保护，减振效果更佳。 [0034] 进一步的，如图4所示，第二减振垫9呈中空的方形体，方形体的长度范围为13-20mm，宽度范围为13-20mm，厚度范围3-4mm。可以理解，第二减振垫9的中空部的形状不局限于图4中所示的方形，也可以为圆形、椭圆形、棱形、梅花形或者其他规则形状。优选的，该中空部的形状呈 状，这种形状有利于提高第二减振垫9的弹性，增强减振效果。需注意，第二减振垫9的外形也不局限于方形体，也可以为其他规则或者不规则的形状，作为优选，为了便于安装，第二减振垫9呈片状体。 [0035] 弹性材料中分布有多个尺寸很小的空穴，空穴的尺寸大小和数量会影响弹性材料的性能，第二减振垫9与第二电路板6之间通过粘胶层8粘结固定，为了保证粘结牢固，理论上应该尽可能是粘胶层8的粘结面积S2增大，然而如果粘结面积S2过大，会导致粘胶层8封堵弹性材料中的空穴，弹性材料中的空穴一旦大面积被封堵，会极大地影响其弹性性能，即增大弹性系数K，从而使 随之增大，因此，粘胶层8的面积应该大小合适，第二减振垫9与2 第二电路板6之间的粘结面积S2优选范围12.6-50.2mm 。更优选的，粘结面积S2可取 28.3mm2。 [0036] 在上述技术方案的基础上，固有频率 为了尽可能较少固有频率，增重块5的重量为1g-30g，优选的，可以选取15g、17.5g、20g或者25g。 [0037] 进一步的，增重块5的材质为密度较大的金属材料，其形状呈方形体，方形体这种形状能够节省空间，其长度范围为13-15mm，宽度范围为13-15mm，厚度范围3-5mm。优选的，增重块5的长度为15mm，宽度15mm，高度为4mm，以保证良好的稳定性。需注意，增重块5的形状不局限于方形体，也可以为其他规则或者不规则的形状，作为优选，为了便于与第二电路板6之间紧密安装，增重块5呈片状体或块状体。 [0038] 在上述技术方案的基础上，为了减小惯性测量模块的体积，降低测量模块的高度，作为优选，增重块5上凹陷设置有一凹槽，该凹槽与第二电路板6形状相适配，第二电路板6嵌入该凹槽内且通过粘结实现与增重块5固定。第二电路板6嵌入固定在增重块5的凹槽内一方面能够节省空间，另一方面通过与金属的增重块5贴合能够有利于第二电路板6散热的快速均匀分布，有效避免出现由于第二电路板6的局面热量过大现象，增大第二电路板6上元器件的使用寿命。 [0039] 同样的，如图4所示，第一减振垫3与第二减振垫9形状相同，第一减振垫3呈中空的方形体，方形体的长度范围为13-20mm，宽度范围为13-20mm，厚度范围3-4mm。可以理解，第一减振垫3的中空部的形状不局限于图4中所示的方形，也可以为圆形、椭圆形、棱形、梅花形或者其他规则形状。优选的，该中空部的形状呈 状，这种形状有利于提高第一减振垫3的弹性，增强减振效果。同样，第一减振垫3的形状不局限于方形体，也可以为其他规则或者不规则的形状，作为优选，为了便于与增重块5的紧密贴合安装，第一减振垫3呈片状体。进一步的，弹性材料中分布有多个尺寸很小蜂窝状的空穴，空穴的尺寸大小和数量会影响弹性材料的性能，第一减振垫3与第一电路板1之间通过粘胶层2粘结固定，为了保证粘结牢固，理论上应该尽可能是粘胶层2的粘结面积S1增大，然而如果粘结面积S1过大，会导致粘胶层2封堵弹性材料中的空穴，弹性材料中的空穴一旦大面积被封堵，会极大地影响其弹性性能，即增大弹性系数K，从而使 随之增大，因此，粘胶层2的面积应该大小合适，第一2 减振垫3与第一电路板1之间的粘结面积S1的优选范围为12.6-50.2mm。更优选的，粘结面积S1可取28.3mm2。 [0040] 在上述技术方案的基础上，作为本发明的一个优选实施例，如图1、图4、图5所示，壳体组件包括相互配合锁紧的第一壳体13以及第二壳体14，第一壳体13与第二壳体14扣合后形成一内腔室，这种结构便于拆装，能够及时维修壳体组件内部的各部件。 [0041] 作为优选，第一壳体13与第二壳体14通过螺钉锁紧固定。可以理解，第一壳体13与第二壳体14也可以通过铆接、卡扣或插接。 [0042] 在上述技术方案的基础上，作为优选，柔性的第二电路板6固定设置在一支撑片上，如图5所示，支撑片与增重块5通过粘胶层10粘结固定，支撑片的作用是便于第二电路板6与增重块5之间紧密粘结固定。 [0043] 在上述技术方案的基础上，粘胶层10、粘胶层2、粘胶层8、粘胶层4的材质采用一种特殊材质，具有良好的粘结力和耐排斥力，加工性能良好。这类粘胶层的厚度可控制在0.15mm以内，粘合力为14-17N/20mm。可以理解，上述粘胶层可以为片状体，即：面粘结；也可以由多个局部拼凑形成，即：多点粘结。 [0044] 具体的，第一电路板1上固定设置有电源、存储器、处理器以及电路模块。惯性传感器包括用于检测角速度信号的陀螺仪以及用于检测加速度信号的加速度计，角速度信号与加速度信号通过柔性信号线7传送至第一电路板1中，存储器和处理器对信号进行处理，处理后输出的信号用于控制无人飞行器的舵机。 [0045] 进一步的，如图1、如图2、图3所示，传感组件还包括信号输入接口端子11以及信号输出接口端子12，信号输入接口端子11和信号输出接口端子12通过接口信号连接至第一电路板1上。本实施例中信号输入接口端子11以及信号输出接口端子12与第一电路板1的连接方式均优选为异步串口连接。如图1所示，壳体组件形成两端敞口的内腔室，信号输入接口端子11与信号输出接口端子12内置于内腔室且分别卡接于内腔室的两端，结构紧凑，占用空间小。 [0046] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。 |
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