本文關鍵詞：多旋翼無人機用單載荷光電穩(wěn)定平臺結構設計

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

【摘要】：多旋翼無人機是一種極具自身特點的飛行器,同時存在具有操控簡單方便、高可靠性與結構簡單易于維修的優(yōu)點,另外,也具有振動情況復雜、續(xù)航時間短、載重量低的不足。如何結合多旋翼無人機的特點設計一款光電穩(wěn)定平臺將具有一定的實際意義。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,設計一型針對該型號無人機的單載荷光電穩(wěn)定平臺,并結合有限元軟件對該光電平臺的減振性能進行分析。本文首先對國內外光電平臺進行了概述,對光電平臺的發(fā)展趨勢進行了總結。在對其他各型號光電平臺的分析中總結出目前多旋翼無人機用光電平臺存在的三個問題:云臺安全性差、減振性能不夠、重量過重。針對以上三個問題對云臺展開設計工作。確定了云臺機械結構部分以輕巧、高強度、加工性好的鋁合金2A12為材料,對云臺的各個相關元件:相機、無刷電機、傳感器、主控電路、減振球進行了選型,并確定了它們相互之間的連接方式、與相對位置。結合所選元件,利用SolidWorks對云臺進行了設計,在設計過程中保證了云臺的小巧、輕盈、堅固等要求。其次,利用ANSYS Workbench有限元分析軟件對云臺模型進行了靜力學分析和動力學分析。利用靜力學分析對云臺各零件的剛度與強度進行了檢驗,得出了連接臂剛度不足以及相機座與滾轉軸電機座強度過剩的結論。并針對多旋翼無人機振動幅度大、激振源多、振動情況復雜的情況,對云臺進行了動力學分析。利用加速度計對無人機的振動數(shù)據(jù)進行了采樣,得出無人機工作時振動頻率集中于60Hz、120Hz、140Hz、180Hz的結論。利用ANSYS Workbench有限元分析軟件對云臺進行動力學分析。其一,對云臺的減振系統(tǒng)進行模態(tài)分析,得出了其響應譜,在無人機飛行時的振動環(huán)境下,云臺經減振后,能夠有效的減小振動。其二,利用無人機振動頻譜對云臺進行了響應譜分析。并通過對比經過減振的云臺與未經減振云臺的振動云圖,發(fā)現(xiàn)經過減振的云臺振幅最大能減小45.1%。最后利用ANSYS Workbench有限元分析軟件對之前分析中出現(xiàn)問題的部分零件進行了具體的分析,總結出了這些零件部分結構參數(shù)與其結構剛度的關系。并利用此結論對云臺進行了優(yōu)化,優(yōu)化后的云臺在靜止不動重力環(huán)境下發(fā)生的最大位移為0.9818mm,較之前減小了8.9273mm。在無人機振動環(huán)境下最大振幅為0.512mm,說明優(yōu)化后,云臺剛度得到了增強,云臺的靜態(tài)與動態(tài)特性有較好的提升。證明該云臺設計在減振性能上有良好的表現(xiàn),對今后的多旋翼無人機用光電穩(wěn)定平臺的設計有一定的參考價值。
【關鍵詞】：光電穩(wěn)定平臺 多旋翼無人機 靜力分析 模態(tài)分析 響應譜分析
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 相關領域的研究現(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 本文研究的主要內容19-22
• 第2章 云臺結構設計22-34
• 2.1 云臺概述22-24
• 2.1.1 云臺結構概述22-23
• 2.1.2 云臺控制系統(tǒng)23-24
• 2.2 云臺各部件選型24-26
• 2.2.1 光電載荷的選擇24-25
• 2.2.2 電機的選擇25-26
• 2.2.3 云臺材料的選擇26
• 2.3 云臺結構設計26-33
• 2.3.1 內框架的設計27
• 2.3.2 減振球的安裝27-28
• 2.3.3 相關零件的設計28-30
• 2.3.4 相機座30-31
• 2.3.5 外殼31-32
• 2.3.6 云臺總體結構概述32-33
• 2.4 本章小結33-34
• 第3章 云臺靜力學分析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 靜力學分析簡介35
• 3.2 云臺的靜力學分析35-40
• 3.2.1 建立結構模型35-36
• 3.2.2 對結構模型進行網格劃分36-39
• 3.2.3 載荷與約束39
• 3.2.4 靜力學分析結果39-40
• 3.3 云臺形變產生原因、影響與優(yōu)化40-42
• 3.3.1 云臺形變的理論分析40-41
• 3.3.2 形變影響41-42
• 3.4 本章小結42-44
• 第4章 云臺動力學分析44-60
• 4.1 動力學分析概述44-45
• 4.1.1 動力學分析簡介44-45
• 4.1.2 ANSYS軟件動力學分析45
• 4.2 多旋翼無人機振動情況分析45-49
• 4.2.1 振動產生原理分析45-48
• 4.2.2 振動對圖像的影響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)分析結果53-56
• 4.4 減振系統(tǒng)與無減振系統(tǒng)對比56-59
• 4.4.1 響應譜分析56-57
• 4.4.2 結果對比57-59
• 4.5 本章小結59-60
• 第5章 云臺系統(tǒng)優(yōu)化60-70
• 5.1 對云臺進行優(yōu)化60-65
• 5.1.1 電機結構參數(shù)對云臺性能的影響60-62
• 5.1.2 連接臂加強筋對剛度的影響62-64
• 5.1.3 電機座的輕量化64-65
• 5.2 優(yōu)化成果對比65-67
• 5.3 本章小結67-70
• 第6章 總結與展望70-74
• 6.1 全文工作總結70-71
• 6.2 展望71-74
• 參考文獻74-78
• 在學期間學術成果情況78-79
• 指導教師及作者簡介79-80
• 致謝80

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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

2 陳維芹,徐國華,梅衛(wèi)勝;懸停狀態(tài)直升機剪刀式旋翼的試驗研究[J];流體力學實驗與測量;2002年01期

3 高亞東,張曾，

本文編號：954305