磁浮避障装置及磁浮云台的制作方法

本实用新型涉及避障等技术，尤其涉及的是一种磁浮避障装置及磁浮云台。

背景技术：

无人机视觉导航系统具有复杂未知飞行环境实时建模、自主定位及导航的技术特点。无人机平台通过搭载可见光摄像头、红外摄像头以及激光测距机等多种传感器，可同时采集多维飞行环境信息，利用机载处理器与地面站的数据交互及协同计算框架，实时重建未知飞行环境的三维模型，实现不依赖任何外部定位设备(如GPS等)的自主定位及自主视觉避障、跟踪及着陆，可广泛应用于通信环境复杂的未知飞行环境侦察、监控及探测、灾难现场搜救等应用。

目前无人机上应用的视觉避障系统大部分是单一方向的，例如DJI的精灵4，YUNEEC的TyphoonH等产品。

这些避障方案都是将光学传感器固定在无人机机体上面。而固定在机体上有两个缺点：1.无人机机体震动大，这样会导致传感器采集过来的光学图像信息也随之高频抖动，因而无法应用高分辨率的避障摄像头，导致难以分辨出很细小的障碍物，例如电线等；2.飞行时机身姿态会改变，这样会导致避障模块的镜头不能一直对准飞行方向的平面，无法实现飞行时的避障。传统解决这个的办法是限制无人机在运动过程中的姿态变化角度，也就是限制无人机飞行速度，导致飞行体验不好，而且也无法实现机体振动情况下的避障。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种磁浮避障装置及磁浮云台，能够自适应调整姿态，更稳定。

为解决上述问题，本实用新型提出一种磁浮避障装置，包括磁浮组件和避障模块；所述磁浮组件包括驱动部件、内定子和外转子；所述外转子上设置有所述避障模块；所述驱动部件根据所述避障模块的姿态变化，驱动所述外转子与所述内定子之间发生磁力变化，以通过所述外转子的磁浮转动而调整所述避障模块至目标姿态。

根据本实用新型的一个实施例，所述避障模块包括布置在所述外转子的周向上且朝向外侧的避障镜头，全部避障镜头所形成的视野范围覆盖周向上的全部范围，以实现全向避障。

根据本实用新型的一个实施例，所述避障镜头包括四对双目镜头或者六对双目镜头，均匀间隔地环设在所述外转子的周向上。

根据本实用新型的一个实施例，所述驱动部件包括：固定在所述外转子的内侧的永磁体；固定在所述内定子的外侧的线圈绕组；及控制模块，用于根据所述避障模块的姿态变化而控制所述线圈绕组通电产生不同磁力变化，以控制所述永磁体在磁浮力作用下相应转动而保持力平衡，从而带动所述避障模块调整至目标姿态。

根据本实用新型的一个实施例，所述内定子的一端与所述外转子活动连接，所述内定子的另一端伸出至所述外转子之外。

根据本实用新型的一个实施例，所述外转子用于所述内定子伸出的部位处开设开窗，所述开窗的口径大于所述内定子的伸出部位。

根据本实用新型的一个实施例，所述内定子的一端与所述外转子通过万向节连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述内定子的另一端通过连接杆伸出至所述外转子之外，并连接到不载人移动装置上。

根据本实用新型的一个实施例，所述不载人移动装置为无人机。

根据本实用新型的一个实施例，所述外转子呈空心球状，所述永磁体形状匹配地环设在所述外转子的内侧；所述内定子对应所述线圈绕组的部位呈球状内芯，所述线圈绕组形状匹配地环设在所述球状内芯的外侧；所述永磁体和所述线圈绕组相对设置，且两者之间存有等距间隙。

根据本实用新型的一个实施例，还包括姿态传感器，相对所述避障模块固定设置，用以感应所述避障模块的姿态变化，并将姿态信号传输至所述驱动部件。

本实用新型还提供一种磁浮云台，包括：驱动部件、内定子和外转子；所述驱动部件根据所述外转子的姿态变化，驱动所述外转子与所述内定子之间发生磁力变化，以通过所述外转子的磁浮转动而调整所述外转子至目标姿态。

根据本实用新型的一个实施例，所述驱动部件包括：固定在所述外转子的内侧的永磁体；固定在所述内定子的外侧的线圈绕组；及控制模块，用于根据所述外转子的姿态变化而控制所述线圈绕组通电产生不同磁力变化，以控制所述永磁体在磁浮力作用下相应转动而保持力平衡，从而带动所述外转子调整至目标姿态。

根据本实用新型的一个实施例，所述内定子的一端与所述外转子活动连接，所述内定子的另一端伸出至所述外转子之外。

根据本实用新型的一个实施例，所述外转子用于所述内定子伸出的部位处开设开窗，所述开窗的口径大于所述内定子的伸出部位。

根据本实用新型的一个实施例，所述内定子的一端与所述外转子通过万向节连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述内定子的另一端通过连接杆伸出至所述外转子之外，并连接到不载人移动装置上。

根据本实用新型的一个实施例，所述不载人移动装置为无人机。

根据本实用新型的一个实施例，所述外转子呈空心球状，所述永磁体形状匹配地环设在所述外转子的内侧；所述内定子对应所述线圈绕组的部位呈球状内芯，所述线圈绕组形状匹配地环设在所述球状内芯的外侧；所述永磁体和所述线圈绕组相对设置，且两者之间存有等距间隙。

根据本实用新型的一个实施例，还包括姿态传感器，固定设置在所述外转子上，用以感应所述外转子的姿态变化，并将姿态信号传输至所述驱动部件。

根据本实用新型的一个实施例，还包括云台相机，设置在所述外转子上。

采用上述技术方案后，本实用新型相比现有技术具有以下有益效果：

根据避障模块的不同姿态变化，在磁浮组件中产生不同的磁浮力，通过调整内定子和外转子之间的位置关系，达到磁浮力平衡，以保持外转子上的避障模块的目标姿态，实现避障模块姿态自适应调整，可以使得避障模块在使用过程中的姿态稳定，无论不载人移动装置如何动作，均可以保持避障模块稳定地朝向所需侦测的方向，避障模块采集到的图像可以更稳定，因而可以采用更高分辨率的光学镜头，对更细小的障碍物也能分辨清晰，从而更有效地实现避障，而且不再对不载人移动装置的动作造成约束；

以磁浮力的作用来控制姿态的调整，由于对于磁浮力的控制可以做到较精确，另外在力平衡作用驱使下调整外转子的动作在反应上很快速，基本与不载人移动装置进行动作的同时，进行应变动作，因而避障模块的姿态调整更精确、快速。

附图说明

图1为本实用新型实施例的磁浮避障装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例的磁浮避障装置的立体结构示意图；

图3为本实用新型实施例的磁浮避障装置的剖面结构示意图。

图中标记说明：

11-内定子，12-外转子，13-线圈绕组，14-永磁体，15-连接杆，2-避障模块，3-万向节，4-安装部。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1-3，在一个实施例中，磁浮避障装置包括磁浮组件和避障模块2。磁浮组件包括驱动部件、内定子11和外转子12。外转子12上设置有避障模块2。

避障模块2用来侦测不载人移动装置的周围环境中的障碍物。避障模块2可以采用各种避障传感器，例如是红外避障传感器、激光测距传感器、超声波测距传感器等，优选采用光学传感器，磁浮避障装置可以使得光学镜头姿态稳定，保持朝向一个方向。

在一个实施例中，避障模块安装在外转子12上，再通过内定子11安装在不载人移动装置上，不载人移动装置例如可以是无人机，实现整个无人机的避障，相比于现有技术将避撞模块直接固定在无人机机体上而言，无论飞机机体如何振动或者姿态如何变化，避障模块2通过磁浮力作用来调整姿态，一直稳定在飞行方向的平面上，从而可以分辨出很细小的障碍物，实现无人机飞行时的避障，还不限制无人机飞行过程中的姿态变化角度或飞行速度，飞行体验更好。可以理解，不载人移动装置并不限制于无人机，例如还可以是机器人等。

驱动部件根据避障模块2的姿态变化，驱动外转子12与内定子11之间发生磁力变化，以通过外转子12的磁浮转动而调整避障模块2至目标姿态。避障模块2的姿态变化是相对于目标姿态而言的，当不载人移动装置姿态变化时，其上的磁浮避障装置也会跟随动作，避障模块2因而发生姿态变化，检测到避障模块2的姿态变化时，驱动部件随即控制外转子12相对内定子11活动，调整到目标姿态上。

根据避障模块2的不同姿态变化，在磁浮组件中产生不同的磁浮力，通过调整内定子11和外转子12之间的位置关系，达到磁浮力平衡，以保持外转子12上的避障模块2的目标姿态，实现避障模块2姿态自适应调整，可以使得避障模块2在使用过程中的姿态稳定，无论不载人移动装置如何动作，均可以保持避障模块2稳定地朝向所需侦测的方向，避障模块2采集到的图像可以更稳定，因而可以采用更高分辨率的光学镜头，对更细小的障碍物也能分辨清晰，从而更有效地实现避障，而且不再对不载人移动装置的动作造成约束。

在一个实施例中，避障模块2包括布置在外转子12的周向上且朝向外侧的避障镜头，全部避障镜头所能拍摄到的视野范围覆盖周向上的全部范围，以实现全向避障，可以探测到各个方向上的障碍物。更具体的，避障镜头可以包括四对双目镜头或者六对双目镜头，均匀间隔地环设在外转子的周向上。在图1-3中，避障镜头包括六对双目镜头，外转子用来设置避障镜头的部位呈正六棱柱型，每对设置在正六棱柱的一个侧面上。

现有的避障模块仅可侦测一个方向，通常只能探测前方环境中的障碍物，若需要探测周围环境，则需要控制转动探测部位才能探测到，在控制上更为麻烦，容易产生不稳定干扰，而且无法实现同时在全向上探测环境。本实用新型实施例在周向上都设置了双目镜头，无需控制其转动探测部位，保持静态即可时时刻刻都能探测到周围环境，实现同时全向障碍探测；而设置的双目镜头，类似人眼，可使得探测到的图像具有深度，实现立体成像，对障碍物的分辨更清楚，通过双目镜头之间的视差可以确定障碍物的距离，做到更精确的避障，克服了现有避障模块存在的问题。

在一个实施例中，参看1和图3，驱动部件包括：永磁体14、线圈绕组13和控制模块(图中未示出)。永磁体14固定在外转子12的内侧，线圈绕组13固定在内定子11的外侧，线圈绕组13在上电后会对永磁体14产生作用，发生磁浮力变化，可用霍尔元件检测磁场的方向与变化，来控制两者的平衡状态。控制模块根据避障模块2的姿态变化，而控制线圈绕组13通电产生不同磁力变化，由于磁力变化导致力不平衡，永磁体14在磁浮力作用下相应转动而保持力平衡，从而带动避障模块2调整至目标姿态。

以磁浮力的作用来控制姿态的调整，由于对于磁浮力的控制可以做到较精确，另外在力平衡作用驱使下调整外转子12的动作在反应上很快速，基本与不载人移动装置进行动作的同时，进行应变动作，因而避障模块2的姿态调整更精确、快速。

在一个实施例中，内定子11的一端与外转子12活动连接，内定子11的另一端伸出至外转子12之外，可以用来连接不载人移动装置或其他装置。内定子11的该另一端上可以设置一连接杆15，通过连接杆15伸出至外转子12之外，在连接杆15上还可以设置安装部4，通过安装部4连接到不载人移动装置上。

外转子12用于内定子11伸出的部位处开设开窗，开窗的口径大于内定子11的伸出部位(连接杆15)，从而外转子12的转动不至于受到内定子11的影响。内定子11的一端与外转子12通过万向节3连接，使得内定子11和外转子12之间可以在多方向上相对自由转动，保证内定子11与外转子12的连接，同时保证内定子可调整。

在一个实施例中，外转子12呈空心球状，永磁体14形状匹配地环设在外转子12的内侧，内定子11对应线圈绕组13的部位呈球状内芯，线圈绕组13形状匹配地环设在球状内芯的外侧，永磁体14和线圈绕组13相对设置，且两者之间存有等距间隙。

参看图3，外转子12呈空心球状，内表面呈球面，永磁体14贴附在外转子12的内侧，且多个永磁体14之间间隔排布，各永磁体14的极性根据线圈绕组13的通电变化情况而变化。内定子11设置线圈绕组13的部位呈球状内芯，线圈绕组13可以通过连接枝节与球状内芯连接，且线圈绕组13的形状也呈球面。永磁体14和线圈绕组13相对设置，且两者之间存在间隙，间隙处处距离相等。

各部件呈球形，可以保证外转子12和内定子11发生各方向相对转动，也不使两者之间脱离磁浮力的相互约束作用，从而可以保持外转子12上避障模块2姿态的稳定调整，即使无人机机动较大，姿态也可顺利得到调整。

在一个实施例中，磁浮避障装置还包括姿态传感器(图中未示出)。姿态传感器相对避障模块2固定设置，例如可以设置在外转子12上，用以感应避障模块2的姿态变化，并将姿态信号传输至驱动部件，驱动部件的控制模块收到姿态信号后控制线圈绕组13相应通电，产生相应磁力变化，控制姿态复位到目标姿态。

本实用新型还提供一种磁浮云台，包括：驱动部件、内定子和外转子；所述驱动部件根据所述外转子的姿态变化，驱动所述外转子与所述内定子之间发生磁力变化，以通过所述外转子的磁浮转动而调整所述外转子至目标姿态。

根据本实用新型的一个实施例，所述驱动部件包括：固定在所述外转子的内侧的永磁体；固定在所述内定子的外侧的线圈绕组；及控制模块，用于根据所述外转子的姿态变化而控制所述线圈绕组通电产生不同磁力变化，以控制所述永磁体在磁浮力作用下相应转动而保持力平衡，从而带动所述外转子调整至目标姿态。

根据本实用新型的一个实施例，所述内定子的一端与所述外转子活动连接，所述内定子的另一端伸出至所述外转子之外。

根据本实用新型的一个实施例，所述外转子用于所述内定子伸出的部位处开设开窗，所述开窗的口径大于所述内定子的伸出部位。

根据本实用新型的一个实施例，所述内定子的一端与所述外转子通过万向节连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述内定子的另一端通过连接杆伸出至所述外转子之外，并连接到不载人移动装置上。

根据本实用新型的一个实施例，所述不载人移动装置为无人机。

根据本实用新型的一个实施例，所述外转子呈空心球状，所述永磁体形状匹配地环设在所述外转子的内侧；所述内定子对应所述线圈绕组的部位呈球状内芯，所述线圈绕组形状匹配地环设在所述球状内芯的外侧；所述永磁体和所述线圈绕组相对设置，且两者之间存有等距间隙。

根据本实用新型的一个实施例，还包括姿态传感器，固定设置在所述外转子上，用以感应所述外转子的姿态变化，并将姿态信号传输至所述驱动部件。

根据本实用新型的一个实施例，还包括云台相机，设置在所述外转子上。

关于本实用新型的磁浮云台的具体内容可以参看前述实施例中磁浮避障装置的描述，区别在于，磁浮云台上可以不设置避障模块而设置其他部件，例如可以设置云台相机，或者可以同时设置避障模块和云台相机等。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。