本發明專利技術提供了一種新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構。超聲波電動機是利用壓電材料的逆壓電效應，激發彈性體定子在超聲頻段內的微幅振動，使彈性體表面上質點產生微觀的橢圓運動，并通過定、轉子之間的摩擦作用將微觀振動轉換成轉子的旋轉運動，進而輸出功率，驅動負載。本發明專利技術采用的多自由度超聲波電動機主要由環形定子、球形轉子、電磁鐵、柱狀定子、內定子連接桿及壓電陶瓷片等組成，可以實現多自由度需求。該平臺模塊結構緊湊、小巧靈活、零件較少、重量較輕，可以有效彌補傳統無人機相機平臺結構復雜、體積較大、零件較多、驅動復雜、噪聲、振動及能量消耗大等缺陷。本發明專利技術具有結構靈活多變、響應迅速、發揮大力矩密度和無電磁干擾等優勢及穩定性好的特點，可以有效提高系統的響應速度和可調準確性，并可滿足無人機云臺響應迅速、結構緊湊和降低功耗等要求。
【技術實現步驟摘要】
一種新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構
本專利技術涉及一種新型多自由度超聲波電動機
，尤其涉及一種新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構。
技術介紹
目前在無人機相機云臺
，大多數無人機云臺系統多采用多軸云臺式結構，每一個軸由一個或兩個電磁電機驅動，而電磁電機轉速一般較高，每個電磁電機通常需配備減速器，造成云臺結構復雜，體積大，難以小型化并限制云臺系統快速性和準確性的提高。每一個軸由一個或兩個電磁電機控制驅動，實現一個自由度，然后三個自由度實現相互配合即可。對于傳統無人機相機云平臺，通常是采用三部電機、固定連接架及連接附件等組成，通過每一個軸由一個或兩個電磁電機驅動，然后通過三個自由度的相互協作實現相機鏡頭模塊的周向及俯仰角度調節，該方式雖可滿足無人機的航拍或檢測功能，但在傳統無人機相機云臺領域仍存在下述缺點：1)結構復雜，體積大；2)零部件多，重量大；3)三自由度上電機協作能力要求高，精度較差；4)負載多，能耗大。
技術實現思路
為彌補上述缺陷，本專利技術提供了一種新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構。本專利技術具有結構靈活簡單、響應迅速、可以發揮大力矩密度、無電磁干擾等優勢及穩定性好的特點，可以有效提高系統的響應速度以及驅動范圍的準確性，更好地滿足無人機低負載、低能耗、響應快等技術需求。為實現上述目的，本專利技術采用了如下技術方案：一種新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構，包括電磁鐵1與球形轉子通過加工的槽口布線以及錐形孔實現自定心與約束，槽口上端相機模塊采用螺紋與球形轉子連接，并下表面對電磁鐵1施加一約束，實現完全定義；所述球形轉子直接與環形定子、柱狀定子通過電磁鐵1、2的相互作用實現接觸，并存在一定的預壓力；所述環形定子通過沉頭螺釘實現與內定子連接桿的連接與固定；所述壓電陶瓷片C與環形定子下表面粘貼實現固定；所述電磁鐵2與內定子連接桿下端面采用軸肩定位，上端面采用軸用彈簧卡圈進行約束固定；所述壓電陶瓷片A+B以環形形式同軸安裝在柱狀定子的應力或應變最大位置；所述柱狀定子與內定子連接桿采用內外螺紋連接與固定。進一步的，所述預壓力通過電磁鐵1、2的通電電流大小調節之間的相互吸引力進而調節環形定子、柱狀定子與球形轉子之間所需的預壓力。進一步的，所述內定子連接桿下端與無人機通過特定結構相連，實現無人機相機云臺模塊的裝載。進一步的，所述新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構中，環形定子上表面采用平面開槽，環形分布設計，下表面粘貼壓電陶瓷，通電后在上表面形成行波進而驅動球形轉子運動。進一步的，所述新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構中，電磁鐵1內嵌于球形轉子內，并球形轉子內下表面加工錐面槽口，實現電磁鐵1的自定心功能，槽口上部加工螺紋以方便安裝相機鏡頭模塊。進一步的，所述新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構中，在柱狀定子上開槽以降低局部剛度，增大驅動端面的振幅，同時起到對定子模態頻率的調節作用。進一步的，所述新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構中由于超聲電機是通過壓電陶瓷元件的變形來誘發定子的應變進而實現電能到機械能的轉換，因此壓電陶瓷組的安放位置要盡可能接近定子的應力或應變最大位置以獲得較高的激振效率。進一步的，所述的新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構中，內定子連接桿上端面加工螺紋孔實現與環形定子的連接與固定，中部開設槽口及軸肩實現電磁鐵2的約束，下部加工螺紋實現與柱狀定子的相互連接。本專利技術的有益效果為：超聲電機是利用壓電材料的逆壓電效應，激發彈性體在超聲頻段內的微幅振動，從而使彈性體表面上的質點產生微觀的橢圓形的運動，并通過定、轉子之間的摩擦將振動轉換成轉子的旋轉運動，輸出功率，驅動負載。本專利技術采用多自由度超聲電機作為驅動單元，通過環形定子、球形轉子、柱狀定子，并配以電磁鐵1、2預壓力裝置，構建無人機相機云臺模塊結構，實現多自由度的運動輸出，集驅動、傳動系統于一體，使得系統所需要的零件大為減少而變得緊湊小巧、簡單而靈活。避免了普通無人機相機云臺多軸模塊因復雜傳動系統所帶來的體積大、重量較大以及由此而引起的振動、噪聲、能量損耗和傳動誤差等問題，大大提高了系統的定位精度和響應速度，為無人機相機云臺模塊在航拍、檢測等環境下的應用提供更好的條件。附圖說明圖1為本專利技術提出的一種新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構的剖視圖；圖2為本專利技術提出的一種新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構中的環形定子模型圖。圖中：1電磁鐵1、2球形轉子、3環形定子、4沉頭螺釘、5壓電陶瓷片C、6軸用彈簧卡圈、7電磁鐵2、8柱狀定子、9壓電陶瓷片A+B、10內定子連接桿。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術,但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是,對本領域的普通技術人員來說,在不脫離本專利技術構思的前提下,還可以做出若干變形和改進。這些均屬于本專利技術的保護范圍。參照圖1，一種新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構，包括電磁鐵11與球形轉子2通過加工的槽口布線以及錐形孔實現自定心與約束，槽口上端相機模塊采用螺紋與球形轉子2連接，并下表面對電磁鐵11施加一約束，實現完全定義；所述球形轉子2直接與環形定子3、柱狀定子8通過電磁鐵11、電磁鐵27的相互作用實現接觸，并存在一定的預壓力；所述環形定子3通過沉頭螺釘4實現與內定子連接桿10的連接與固定；所述壓電陶瓷片C5與環形定子3下表面粘貼實現固定；所述電磁鐵27與內定子連接桿10下端面采用軸肩定位，上端面采用軸用彈簧卡圈6進行約束固定；所述壓電陶瓷片A+B9以環形形式同軸安裝在柱狀定子8的應力或應變最大位置；所述柱狀定子8與內定子連接桿10采用內外螺紋連接與固定。本專利技術中，環形定子3上表面采用平面開槽，環形分布設計，下表面粘貼壓電陶瓷C5通電后在上表面形成行波進而驅動球形轉子2動；電磁鐵11嵌于球形轉子2內，球形轉子2內下表面加工錐面槽口，實現電磁鐵11自定心功能，槽口上部加工螺紋以方便安裝相機鏡頭模塊；在柱狀定子8上開槽以降低局部剛度、增大驅動端面的振幅為目的，同時起到對定子模態頻率的調節作用；球形轉子2直接與環形定子3、柱狀定子8通過電磁鐵11電磁鐵27相互作用實現接觸，并施加一定的預壓力；定子連接桿10上端面加工螺紋孔實現與環形定子2的連接與固定，中部開設槽口及軸肩實現電磁鐵2的約束，下部加工螺紋實現與柱狀定子8的相互連接。工作原理:環形定子3的下表面粘貼壓電陶瓷片C5實現固定，并在壓電陶瓷片C5通電后通過壓電材料的逆壓電效應激發彈性體定子在超聲頻段內的微幅振動，使彈性體表面上質點產生微觀的橢圓運動進而形成行波通過摩擦驅動球形轉子2運動，實本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構，其特征在于所述電磁鐵1(1)與球形轉子(2)通過加工的槽口布線以及錐形孔實現自定心與約束，槽口上端相機模塊采用螺紋與球形轉子(2)連接，并下表面對電磁鐵1(1)施加一約束，實現完全定義；球形轉子(2)直接與環形定子(3)、柱狀定子(8)通過電磁鐵1(1)、電磁鐵2(7)的相互作用實現接觸，并存在一定的預壓力；環形定子(3)通過沉頭螺釘(4)實現與內定子連接桿(10)的連接與固定；壓電陶瓷片C(5)與環形定子(3)下表面粘貼實現固定；電磁鐵(2)與內定子連接桿(10)下端面采用軸肩定位，上端面采用軸用彈簧卡圈(6)進行約束固定；壓電陶瓷片A+B(9)以環形形式同軸安裝在柱狀定子(8)應力或應變最大位置；柱狀定子(8)與內定子連接桿(10)采用內外螺紋連接與固定。/n
【技術特征摘要】
1.一種新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構，其特征在于所述電磁鐵1(1)與球形轉子(2)通過加工的槽口布線以及錐形孔實現自定心與約束，槽口上端相機模塊采用螺紋與球形轉子(2)連接，并下表面對電磁鐵1(1)施加一約束，實現完全定義；球形轉子(2)直接與環形定子(3)、柱狀定子(8)通過電磁鐵1(1)、電磁鐵2(7)的相互作用實現接觸，并存在一定的預壓力；環形定子(3)通過沉頭螺釘(4)實現與內定子連接桿(10)的連接與固定；壓電陶瓷片C(5)與環形定子(3)下表面粘貼實現固定；電磁鐵(2)與內定子連接桿(10)下端面采用軸肩定位，上端面采用軸用彈簧卡圈(6)進行約束固定；壓電陶瓷片A+B(9)以環形形式同軸安裝在柱狀定子(8)應力或應變最大位置；柱狀定子(8)與內定子連接桿(10)采用內外螺紋連接與固定。
2.根據權利要求1所述的新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構，其特征在于所述環形定子(3)與柱狀定子(8)在空間上屬于同軸向布置，端面存在特定高度差。
3.根據權利要求1所述的新型多自由度超聲波電動機的無人機相機云臺模塊結構，其特征在于所述環形定子(3)通過沉頭螺釘(4)固定在內定子連接桿(10)的上端面，以限制環形定子(3)軸向及徑向移動。
4.根據權利要求1所述的新型多自由度超聲...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李磊，楊潔，楊允權，孫克文，焦博，
申請(專利權)人：鄭州大學，
類型：發明
國別省市：河南;41
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