大载荷无人机用激光雷达被动减振装置的制作方法

本实用新型涉及结构振动控制技术领域，特别涉及一种大载荷无人机用激光雷达被动减振装置。

背景技术：

无人机是一种有动力、可控制、能携带多种设备执行多种任务，具有固定翼、单旋翼、多旋翼等多种机型结构的无人驾驶航空器。无人机通过搭载多种载荷，可实现南极科研考察、航空摄影、地面灾害评估、航空测绘、交通监视、公共安全、消防救援、人工增雨、喷洒农药等多方面应用。对于大载荷无人机，其应用的工程领域常常使无人机需要承受较大的振动工况响应，而振动响应剧烈会影响可携带载荷的工作性能。

无人机实现以上功能需要一套完整的可适应复杂环境的激光雷达支持，而激光雷达在严酷的飞行条件下承受复杂的振动环境。根据激励特点、频率范围分为低频振动环境和高频随机振动环境，高频随机振动环境主要由发动机喷流噪声和气动噪声激励以及无人机旋翼旋转产生，频率范围一般为20-2000hz，低频振动环境主要由无人机发动机的点火、关机，以及飞行环境急剧变化引起，频率范围一般为5-100hz。激光雷达的使用环境主要受到来自无人机振动工况的干扰，振动源来自于无人机发动机机组工作中产生的振动、飞行工况的急剧变化以及各种大气现象等。如果产品不能适应上述各种机载飞行环境，那么就会在执行任务的过程中出现故障，从而影响设备的可靠性。

设计无人机用激光雷达被动减振装置能有效减弱振动过程中传递到可携带载荷上的激励工况，被动减振技术不仅结构简单，且减振性能稳定，能在无人机工作过程中实现较好的减振效果。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种大载荷无人机用激光雷达被动减振装置，以解决大载荷无人机在工作过程中，无人机可携带载荷在实际振动工况下可能承受较大的振动响应的问题，减弱传递到无人机可携带载荷上的振动响应，减振装置结构有效减弱振动响应的同时能给无人机可携带载荷提供较大的安装空间。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种大载荷无人机用激光雷达被动减振装置，包括无人机支架、固定吊环、连接柱、连接板、橡胶减振器、载荷安装板及激光雷达，其中无人机支架通过多根连接柱与载荷安装板连接，各连接柱的上端通过固定吊环与无人机支架连接，下端通过橡胶减振器与载荷安装板连接，所述激光雷达安装在载荷安装板上。

多根连接柱的下端连接有连接板，所述橡胶减振器穿过连接板与连接柱连接。

所述连接板为框架结构的碳纤维板。

所述橡胶减振器容置于所述载荷安装板上设有的安装孔内。

所述橡胶减振器包括连接套筒、螺栓及两个t型橡胶，其中连接套筒插设于所述载荷安装板的安装孔内，两个t型橡胶套设于连接套筒的外侧、且对称设置于所述安装孔的两侧，所述螺栓穿过连接套筒及连接板与所述连接柱连接。

所述载荷安装板与两侧的t型橡胶之间及t型橡胶与所述连接板之间均设有垫片。

所述两个t型橡胶之间设有间隙。

所述固定吊环包括两侧相互连接的上吊环和下吊环，所述上吊环和下吊环为非半圆结构，使所述上吊环与下吊环之间留有间隙。

所述无人机支架包括两根空心圆杆，每根空心圆杆通过两根连接柱与载荷安装板连接。

所述激光雷达设置于所述载荷安装板的前部，所述载荷安装板上还设有相机和gps系统。

本实用新型的优点及有益效果是：

本实用新型以降低无人机可携带载荷所承受的振动响应为目标，采用悬架结构被动减振装置，为整个减振装置的安装提供了足够的安装空间，并且减振装置通过悬架安装形式安装在无人机前置部位，在不影响激光雷达的性能的前提下提高了激光雷达的安装空间。

本实用新型使用固定吊环通过螺栓连接在无人机支架上，通过上下非半圆对称的结构与无人机支架维持稳定的位置关系。并通过上下带有内螺纹的钢材连接柱实现与碳纤维板连接关系，连接柱中间加工凹槽便于装配及固定。碳纤维板安装于连接柱下部，通过螺栓将垫片与t型橡胶固定到碳纤维板上，能保证t型橡胶连接在同一平面，保证减振质心与惯量处于平衡位置；上下对称的t型橡胶的组合形式能有效提高单向的减振效果，同时t型结构对水平方向的振动性能有较大提升。

本实用新型的被动减振装置，采用悬架结构，具有充分的安装空间及拆卸方便等特点，结合减振装置结构，在无人机实际工作中，不仅利于激光雷达等可携带载荷的安装，提高其工作性能范围，同时能保证其可靠的工作性能要求。

附图说明

图1为本实用新型的轴测图；

图2为本实用新型的橡胶减振器的结构示意图；

图3为本实用新型的固定吊环的结构示意图；

图4为本实用新型的连接柱的结构示意图；

图5为本实用新型的振动测试试验曲线图。

图中：1为无人机支架，2为固定吊环，3为连接柱，4为连接板，5为橡胶减振器，6为载荷安装板，7为相机，8为gps系统，9为激光雷达，10为t型橡胶，11为垫片，12为连接套筒，13为螺栓，14为上吊环，15为下吊环。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

如图1所示，本实用新型提供的一种大载荷无人机用激光雷达被动减振装置，包括无人机支架1、固定吊环2、连接柱3、连接板4、橡胶减振器5、载荷安装板6及激光雷达9，其中无人机支架1通过多根连接柱3与载荷安装板6连接，各连接柱3的上端通过固定吊环2与无人机支架1连接，下端通过橡胶减振器5与载荷安装板6连接，激光雷达9安装在载荷安装板6上。

进一步地，激光雷达9设置于载荷安装板6的前部，载荷安装板6上还设有相机7和gps系统8。

进一步地，多根连接柱3的下端连接有连接板4，橡胶减振器5穿过连接板4与连接柱3连接。连接板4能保证橡胶减振器5连接在同一平面，保证减振质心与惯量处于平衡位置。

本实用新型的实施例中，无人机支架1与载荷安装板6之间设有四根连接柱3。连接板4为框架结构的碳纤维板。通过碳纤维板上部连接四根连接柱3，下部连接橡胶减振器5及载荷安装板6，调整连接柱3的质心位置，减小连接柱3的加工及装配误差，同时调节了橡胶减振器5的减振质心位置，减小橡胶减振器5加工及装配误差。

如图2所示，橡胶减振器5容置于载荷安装板6上设有的安装孔内。橡胶减振器5包括连接套筒12、螺栓13及两个t型橡胶10，其中连接套筒12插设于载荷安装板6的安装孔内，两个t型橡胶10套设于连接套筒12的外侧、且对称设置于安装孔的两侧，螺栓13穿过连接套筒12及连接板4与连接柱3连接。

进一步地，载荷安装板6与两侧的t型橡胶10之间及t型橡胶10与连接板4之间均设有垫片11。

两个t型橡胶10之间设有间隙，使t型橡胶10在水平方向具有较好的减振效果，同时设计上下对称的结构，提升了整体的减振性能。设计垫片11装配在载荷安装板6与t型橡胶10之间能有效提高承载刚度，保证橡胶材料不会被压溃，t型橡胶10材料选用硅橡胶系列，垫片11及连接套筒7采用航天材料7075al。

橡胶减振器5的上下对称组合形式能有效提高单向的减振效果，同时橡胶10的t型结构对水平方向的振动性能有较大提升。

固定吊环2通过螺栓与无人机支架1连接，固定吊环2下部与连接柱3连接，将整体悬架结构与无人机支架1可靠连接。

如图3所示，固定吊环2包括两侧通过螺栓相互连接的上吊环14和下吊环15，上吊环14和下吊环15为非半圆结构，使上吊环14与下吊环15之间留有间隙，能有效固定在无人机支架上，保持稳定的位置关系。

固定吊环2设计为q235钢制上吊环14与下吊环15的组合，且均采用非半圆的结构，在装配中能有效卡在无人机支架1上，保证了装配后结构稳定的位置关系。

无人机支架1包括两根空心圆杆，圆杆为两根空心q235钢制圆杆，减轻整体质量、提高连接刚度，为整个减振装置的安装提供充分的空间，同时不影响激光雷达9的工作性能。相机7、gps系统8及激光雷达9装配在载荷安装板6上，激光雷达9布置在载荷安装板6前部，具有足够的探测视野，且具有充分的安装空间，gps系统8布置在载荷安装板6上部，相机7布置在载荷安装板下部，能采集到足够的信息数据。

连接柱3设计为四根、且上下带有内螺纹的q235钢材圆柱，通过连接柱3上部连接固定吊环2，下部连接碳纤维板4、橡胶减振器5及载荷安装板6。在连接柱3中间加工出凹槽，如图4所示。在安装中通过夹具夹紧凹槽，装配固定吊环2。

如图5所示，通过实验室测试进行对大载荷无人机振动工况的模拟，通过加速度传感器采集激光雷达9以及振动工装输入的振动响应时域信号，将两振动信号曲线进行对比，可以得到通过该被动减振装置能有效减弱传递到可携带载荷相机7、gps系统8、激光雷达9上的振动响应。

本实用新型的固定吊环2通过螺栓连接在无人机支架1上，与无人机支架1维持稳定的位置关系，并通过连接柱3实现与碳纤维板连接关系，依靠设置在传递路径上的橡胶减振器的减振特性，减弱传递到载荷安装板6上的振动，载荷安装板6上安装的相机7、gps系统8及激光雷达9的振动工况得到控制。

本实用新型可适用于航空航天或振动环境苛刻的领域，减振装置设计为悬架结构，该结构为可携带载荷提供更大的安装空间，并且在可携带载荷安装过程更加便捷，在无人机工作过程中振动工况恶劣时，通过装置中橡胶减振器能有效减弱传递到可携带载荷上的振动激励，在振动路径上有效降低载荷振动工况，能对安装于减振装置上的可携带载荷进行有效保护。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。