减振结构以及包含该减振结构的感知装置搭载机构和探测无人机
阅读说明：本技术 减振结构以及包含该减振结构的感知装置搭载机构和探测无人机 (Vibration reduction structure and sensing device carrying mechanism comprising same and detection unmanned aerial vehicle ) 是由 姜楠 邢向华 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及结构振动控制技术领域,公开了一种减振结构以及包含该减振结构的感知装置搭载机构和探测无人机,该减振结构中,主承重板(7)与辅承重板(9)之间通过对称布局的各橡胶减振器(8)连接,且主承重板(7)与辅承重板(9)平行设置；感知装置(16)搭载在辅承重板上；本减振结构通过主承重板安装在感知装置的支撑机构上,且主承重板位于各橡胶减振器与支撑机构之间。本减振结构将需要达到最大减振效果的感知装置单独安装在辅承重板上,尽可能减小橡胶减振器的承载压力,同时使感知装置获得更好的减振效果,最大限度地降低感知装置受到无人机振动的影响。(The invention relates to the technical field of structural vibration control, and discloses a vibration damping structure, a sensing device carrying mechanism comprising the vibration damping structure and a detection unmanned aerial vehicle, wherein in the vibration damping structure, a main bearing plate (7) and an auxiliary bearing plate (9) are connected through rubber vibration dampers (8) which are symmetrically distributed, and the main bearing plate (7) and the auxiliary bearing plate (9) are arranged in parallel; the sensing device (16) is arranged on the auxiliary bearing plate; the damping structure is arranged on a supporting mechanism of the sensing device through a main bearing plate, and the main bearing plate is positioned between each rubber damper and the supporting mechanism. This damping structure will need to reach the perception device of maximum damping effect and install alone on assisting the bearing plate, reduces the bearing pressure of rubber shock absorber as far as possible, makes perception device obtain better damping effect simultaneously, furthest reduces perception device and receives the influence of unmanned aerial vehicle vibration.)
技术领域
本发明涉及结构振动控制技术领域，特别涉及一种减振结构以及包含该减振结构的感知装置搭载机构和探测无人机。
背景技术
无人机技术可以被应用在很多领域，例如航拍、农业植保、电力巡检、救灾等领域。通常无人机需要安装有探测设备，例如雷达探测设备、TOF探测设备、视觉传感器等，无人机通过探测设备可以检测到无人机周围的目标对象相对无人机的距离、位置和速度等。
对于探测无人机而言，探测目标对象是通过感知装置来完成，但是由于无人机电机转动引起的振动，及高速运动过程中产生的抖动，会大大影响无人机感知装置的探测精度，故现有无人机感知装置搭载结构的稳定性是主要技术指标之一，飞行时的振动是重要影响因素，尤其是感知装置搭载结构的振动程度对无人机感知装置信号识别精度的影响是非常重要的。
目前无人机感知装置主要以被动隔振方法(如加装阻尼橡胶，隔振器等)与主动隔振方法（电机驱动，算法补偿）为主要手段。现有技术中发明专利《一种用于机载光电系统的复合型减振结构》(授权公告号CN107606020B，授权公告日2019.05.31)，利用钢丝减振器和橡胶减振器的结合而成的复合减振结构，该结构垂向减振效果好，其他两个方向减振效果欠佳，且整体质量较大，使无人机整体负载率存在较大挑战。
1. 现有感知装置被动减振结构中，对于多方位振动或振幅较大的情况，结构承重能力较弱，导致对于较大振幅的振动情况，减振效果变差，从而起不到良好的成像效果。而且当无人机姿态变化较大时，如不能良好的进行振动控制，极易影响减振结构甚至造成破坏，减少结构使用周期。
2. 现有感知装置主动减振结构调整过程中需要通过电子设备检测系统来实现感知装置平稳，但存在一定的滞后性和耗电问题，严重影响无人机的续航时间，造成无人机能源不足，易出现突发问题以及工作效率低的问题。同时，复杂的结构也会导致增重，提升结构承重部位损坏风险。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种减振结构以及包含该减振结构的感知装置搭载机构和探测无人机，以解决探测无人机在工作过程中涉及的携带载荷在实际振动工况下承受较大的振动响应的问题，对主要传递振动零部件进行结构优化设计，使结构能承受更大的载荷，同时，使用隔振材料隔绝高频振动，减弱传递到感知装置的振动响应，感知装置减振结构有效减弱振动响应的同时能尽量做到结构轻量化，该减振结构为纯机械结构，减振系统响应较电子系统反应更快，更加节能。设计一种轻量化且隔振性能佳的探测无人机感知装置减振结构有很强的现实意义。
技术方案：本发明提供了一种用于搭载探测无人机感知装置的减振结构，包括主承重板、辅承重板和多个橡胶减振器，所述主承重板与所述辅承重板之间通过对称布局的各所述橡胶减振器连接，且所述主承重板与所述辅承重板平行设置；所述感知装置搭载在所述辅承重板上；本减振结构通过所述主承重板安装在所述感知装置的支撑机构上，且所述主承重板位于各所述橡胶减振器与所述支撑机构之间。
进一步地，通过设置提升一阶固有频率为优化目标，模型体积为设计变量，对所述主承重板进行结构优化分析计算，在其上开设减振减重通孔，使其剩余可设计体积上限为原体积的30%。为了能够尽可能减轻本减振结构的重量，同时保证一阶固有频率更高，即减重的同时提升减振性能，经过计算机软件程序的结构优化分析计算后，在满足结构安全且满足减振需求的情况下尽量减少主承重板的重量，以减小无人机支撑机构的承载压力，同时，提升主承重板的一阶固有频率，提升感知装置减振结构的整体减振性能。
进一步地，通过设置提升一阶固有频率为优化目标，模型体积为设计变量，对所述辅承重板进行结构优化分析计算，在其上开设辅减振减重通孔，使其剩余可设计体积上限为原体积的30%。为了能够尽可能减轻本减振结构的重量，同时保证一阶固有频率更高，即减重的同时提升减振性能，经过计算机软件程序的结构优化分析计算后，在满足结构安全且满足减振需求的情况下尽量减少辅承重板的重量，以减小无人机支撑机构的承载压力，同时，提升辅承重板的一阶固有频率，提升感知装置减振结构的整体减振性能。
进一步地，所述主承重板和所述辅承重板相对的一侧对应的位置分别设有对称分布的安装孔，各所述橡胶减振器的两端分别安装在所述主承重板和所述辅承重板对应的安装孔内。多个橡胶减振器在主承重板与辅承重板之间对称布局的设置，也能够最大限度地减弱从无人机传递到感知装置的振动响应，有效提高减振效果，同时使得橡胶减振器对三个自由度方向的振动性能均有较大提升。
本发明还提供了一种探测无人机感知装置搭载机构，包括所述的减振结构。
进一步地，所述的探测无人机感知装置搭载机构还包括支撑机构，所述支撑机构包括一对支撑架、一对固定机架锁扣、一对机架连接管、一对连接锁扣、一对角度锁紧套以及一个水平支撑管，一对所述支撑架通过一对所述固定机架锁扣与一对所述机架连接管连接，一对所述连接管通过一对所述连接锁扣与所述水平支撑管的两端连接，所述减振结构中的主承重板通过一对所述角度锁紧套与所述水平支撑管连接。无人机飞行时产生的振动依次经支撑架、固定机架锁扣、机架连接管、连接锁扣、水平支撑管、角度锁紧套传递到主承重板，然后经橡胶振动器的减振后传递到辅承重板及其上的感知装置上；本发明的机架连接管通过固定机架锁扣安装在支撑架上，与支撑架维持稳定的位置关系，并通过连接锁扣实现与水平支撑管连接关系，通过角度锁紧套连接主承重板，依靠设置在传递路径上的橡胶减振器的减振特性，减弱传递到辅承重板上的振动，辅承重板上安装的感知装置的振动工况得到控制；避免支撑机构与减振结构中的辅承重板接触，能够有效避免无人机飞行时的振动经过支撑机构传递给辅承重板，有效降低辅承重板上感知装置的振动。
进一步地，所述固定机架锁扣包括锁扣下半套、锁扣上半套和固定螺栓，所述锁扣下半套锁紧于所述机架连接管的一端，所述锁扣下半套的一侧与所述锁扣上半套铰接，另一侧通过所述固定螺栓与所述锁扣上半套锁紧固定在所述支撑架上。
进一步地，所述锁扣下半套和所述上半套的凹面结构为中间凹两端凸的非圆弧面。锁扣下半套和锁扣上半套的凹面结构设计为中间凹两端凸的非圆弧面结构，在装配中能有效卡在支撑架上，保证了装配后结构稳定的位置关系，使得支撑架与机架连接管被牢牢地固定住。
进一步地，在所述主承重板上还安装有与所述辅承重板互不接触且按照重量从大到小由下至上进行安装的分线器、移动电源和USB-CAN盒子。将分线器、移动电源和USB-CAN盒子都安装在主承重板上，与辅承重板距离较近却又互补接触，能够有效避免由于无人机飞行产生的振动经分线器、移动电源和USB-CAN盒子传递到辅承重板上，有效减少了感知装置的振动来源；将分线器、移动电源和USB-CAN盒子在主承重板上的安装位置按照重量从大到小由下至上进行安装，利用这样的安装方法能够减小整个减振结构对无人机支撑架的惯性矩，减小支撑架的承载压力。
本发明还提供了一种探测无人机，包含所述的减振结构。
有益效果：本发明中使用橡胶减振器直接连接主承重板和辅承重板，将需要达到最大减振效果的感知装置单独安装在辅承重板上，尽可能减小橡胶减振器的承载压力，同时使感知装置获得更好的减振效果。将主承重板安装在用于支撑感知装置的支撑机构上，主承重板通过支撑机构安装在无人机上，所有供感知装置正常工作的机械结构都避免与辅承重板接触，使得无人机在飞行时产生的振动在经支撑机构和其它必要的结构传递到主承重板之后，就能够被橡胶减振器减振，最大限度地降低辅承重板上感知装置受到无人机振动的影响；多个橡胶减振器在主承重板与辅承重板之间对称布局的设置，也能够最大限度地减弱从无人机传递到感知装置的振动响应，有效提高减振效果，同时使得橡胶减振器对三个自由度方向的振动性能均有较大提升。
另外，本减振结构适用于探测无人机振动环境苛刻的领域，对传递振动的主承重板和辅承重板均进行了结构优化设计，使结构提升能承受更大的载荷，同时，使用隔振材料（橡胶减振器）隔绝高频振动，减弱从无人机传递到感知装置的振动响应，感知装置减振结构有效减弱振动响应的同时做到结构轻量化。且本减振结构为纯机械结构，减振系统响应较电子系统反应更快，更加节能。同时本减振结构采用悬架结构，具有充分的安装空间及拆卸方便等特点，在探测无人机实际工作中，不仅利于感知装置等可携带载荷的安装，提高其探测工作性能，同时能保证其稳定可靠的工作性能要求。
附图说明
图1为本发明实施方式1中用于搭载探测无人机感知装置的减振结构的结构示意图；
图2为主承重板的结构示意图；
图3为辅承重板的结构示意图；
图4为本实施方式2中探测无人机感知装置搭载机构的结构示意图；
图5为固定机架锁扣的结构示意图；
图6为固定机架锁扣中锁扣下弧形套和锁扣上弧形套的凹面结构示意图；
图7为无人机机身与经减振结构减振后感知装置的频率响应曲线对比图谱；
图中：1为支撑架，2为固定机架锁扣，3为机架连接管，4为连接锁扣，5为水平支撑管，6为角度锁紧套，7为主承重板，701为主减振减重通孔，8为橡胶减振器，9为辅承重板，901为辅减振减重通孔，10为盒子固定槽，11为USB-CAN盒子，12为移动电源，13为移动电源固定板，14为分线器固定槽，15为分线器，16为感知装置，17为锁扣下弧形套、18为锁扣上弧形套、19为固定螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
实施方式1：
本实施方式提供了一种用于搭载探测无人机感知装置的减振结构，如图1，包括主承重板7、辅承重板9和四个橡胶减振器8，主承重板7与主承重板9之间通过对称布局的各橡胶减振器8连接，且主承重板7与辅承重板9平行设置；主承重板7和辅承重板9相对的一侧对应的位置分别设有对称分布的四个安装孔，四个橡胶减振器8的两端分别安装在主承重板7和辅承重板9对应的安装孔内。如图2和3所示，通过设置提升一阶固有频率为优化目标，模型体积为设计变量，对主承重板7和辅承重板9进行结构优化分析计算，在主承重板7上开设四个主减振减重通孔701，在辅承重板9上开设两个辅减振减重通孔901，分别使主承重板7和辅承重板9的剩余可设计体积上限为原体积的30%，以在减重的同时提升减振性能。感知装置16搭载在辅承重板9的前部，使用螺钉进行固定，且辅承重板9位于各橡胶减振器8与感知装置16之间；本减振结构通过主承重板7安装在感知装置16的支撑机构上，且主承重板7位于各橡胶减振器8与支撑机构之间。
本实施方式中，使用橡胶减振器8直接连接主承重板7和辅承重板9，将需要达到最大减振效果的感知装置16单独安装在辅承重板9上，尽可能减小橡胶减振器8的承载压力，同时使感知装置16获得更好的减振效果。将主承重板7安装在用于支撑感知装置16的支撑机构上，主承重板7通过支撑机构安装在无人机上，使得无人机在飞行时产生的振动在经支撑机构传递到主承重板7之后，就能够被橡胶减振器8减振，最大限度地降低辅承重板9上感知装置16受到无人机振动的影响；多个橡胶减振器8在主承重板7与辅承重板9之间对称布局的设置，也能够最大限度地减弱从无人机传递到感知装置16的振动响应，有效提高减振效果，同时使得橡胶减振器8对三个自由度方向的振动性能均有较大提升。在满足结构安全且满足减振需求的情况下，通过结构优化分析计算后尽量减少主承重板7和辅承重板9的重量，以减小无人机支撑机构的承载压力，同时，提升主承重板7和辅承重板9的一阶固有频率，提升感知装置16减振结构的整体减振性能。
实施方式2：
本实施方式提供了一种探测无人机感知装置搭载机构，如图4所示，主要由支撑机构和实施方式1中的减振结构组成，支撑机构包括一对支撑架1、一对固定机架锁扣2、一对机架连接管3、一对连接锁扣4（优选T型连接锁扣）、一个水平支撑管5以及一对角度锁紧套6，机架连接管3与水平支撑管5优选使用T300的碳纤维管（碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，其搭建的整体结构强度高、质量小，与支撑架组成稳定的整体）。一对支撑架1通过一对固定机架锁扣2与一对机架连接管3连接，一对机架连接管3通过一对T型连接锁扣4与水平支撑管5的两端连接，通过螺栓对T型连接锁扣4的开口方向进行锁紧，使水平支撑管5与两端的机架连接管3绑定在一起。实施方式1中减振结构中的主承重板7通过一对角度锁紧套6与水平支撑管5连接，且主承重板7与一对角度锁紧套6之间设有紧固垫片，以使得角度锁紧套与主承重板之间紧固连接。在主承重板7上还安装有与辅承重板9互不接触的分线器15、移动电源12和USB-CAN盒子11，分线器15、移动电源12和USB-CAN盒子11分别通过分线器固定槽14、移动电源固定板13和盒子固定槽10在主承重板7上按照重量从大到小由下至上使用螺钉进行安装固定。
上述固定机架锁扣2的结构如图5所示，包括锁扣下半套17、锁扣上半套18和固定螺栓19，锁扣下半套17锁紧于机架连接管3的一端，锁扣下半套17一侧与锁扣上半套18铰接，另一侧通过固定螺栓19与锁扣上半套18锁紧固定在支撑架上。锁扣下半套17和上半套18的凹面结构为中间凹两端凸的非圆弧面，平面示意图如图6所示。
本实施方式中上述的减振结构的具体结构与实施方式1中完全相同，此处不做赘述。
本实施方式中，无人机飞行时产生的振动依次经支撑架1、固定机架锁扣2、机架连接管3、连接锁扣4、水平支撑管5和角度锁紧套6传递到主承重板7，然后经橡胶振动器8的减振后传递到辅承重板9及其上的感知装置16上；将需要达到最大减振效果的感知装置16单独安装在减振结构的辅承重板9上，尽可能减小橡胶减振器8的承载压力，同时使感知装置16获得更好的减振效果。将主承重板7安装在用于支撑感知装置16的支撑机构上，主承重板7通过支撑机构安装在无人机上，所有供感知装置16正常工作的机械结构都避免与辅承重板9接触，使得无人机在飞行时产生的振动在经支撑机构和其它必要的结构传递到主承重板7之后，就能够被橡胶减振器8减振，最大限度地降低辅承重板9上感知装置16受到无人机振动的影响。
实施方式3：
本实施方式提供了一种探测无人机，该探测无人机上的感知装置搭载机构即是实施方式2中的搭载机构，该搭载机构上的减振结构即是实施方式1中的减振结构，无人机的感知装置16即安装在该减振结构的辅承重板9的前侧。
通过实验测试对探测无人机振动工况的模拟，通过振动数据记录仪采集感知装置16以及机身的振动响应时域信号，将两个振动信号曲线进行对比，可以得到通过该感知装置16减振结构能有效减弱传递到感知装置16上的振动响应。如图7所示为未经减振的无人机机身与经减振结构减振后感知装置，X方向和Z方向的频率响应对比，可见减振结构可将振动幅值减小20dB以上，具有较好的隔振效果。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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