CN103105856A - 一种云台高精度控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种云台高精度控制装置及方法，包括固定在底座上的转轴，与该转轴转动配合的用于安装云台的底板，绕所述的转轴设有磁环，所述的底板上设有固定架，该固定架上安装有用于感应磁环的磁场变化的磁感应器；设有用于输出云台转动指令、采集磁感应器信号的控制器，该控制器根据云台转动指令与磁感应器信号之间的差值修正云台转动指令。本发明云台高精度控制装置及方法采用闭合控制系统可有效的实现云台高精度控制目的，避免由机械传动间隙带来的干扰，提高产品性能。

Description

一种云台高精度控制装置及方法

技术领域

本发明属于视频监控领域，尤其涉及一种云台高精度控制装置及方法。

背景技术

目前，随着视频监控技术的快速发展，要求在前端执行任务的云台不仅要快速响应，而且还要有较高的预置位精度。

就蜗杆传动而言，一对蜗轮蜗杆配合可以是无侧隙的，但在某些情况下，侧隙对传动的正常工作是必要的。由于侧隙的存在，可以避免由于零件的加工误差而使轮齿卡住，且提供了贮存润滑油的空间，以及考虑由于温度变化而引起零件尺寸的变化等因素。此外，云台也可采用齿轮传动，带传动、链传动等结构。

由于侧隙引起的空回误差，将直接影响传动精度。就蜗轮蜗杆本身而言，如中心距变大、齿厚偏差、基圆偏心和齿形误差等，此外，蜗轮装在轴上时的偏心、滚动轴承转动座圈的径向摆动和固定座圈与壳体的配合间隙等也会对空回产生影响。因此，必要时需对空回误差予以控制或设法消除其影响。考虑到零件加工精度和生产作业人员装配精度等因素，势必会增加成本及工时，因此，单纯依靠传统的加工工艺及装配方式不能很好地解决机械传动高精度控制问题。

此外，现在市场上大部分云台均采用开环控制系统，没有反馈环节，即控制装置与被控对象之间只有按顺序工作，没有反向联系的过程，系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响，没有自动修正或补偿的能力。因此，开环控制系统无法消除干扰所带来的误差，系统的稳定性不高，响应时间相对来说很长，精确度不高，所以开环控制系统不能很好地解决对机械传动的高精度控制问题。

发明内容

本发明提供一种云台高精度控制装置，旨在解决云台由于机械传动间隙等多方面因素产生的误差。

一种云台高精度控制装置，包括固定在底座上的转轴，与该转轴转动配合的用于安装云台的底板，其特征在于，绕所述的转轴设有磁环，所述的底板上设有固定架，该固定架上安装有用于感应磁环的磁场变化的磁感应器；设有用于输出云台转动指令、采集磁感应器信号的控制器，该控制器根据云台转动指令与磁感应器信号之间的差值修正云台转动指令。

所述的控制器为单片机或电脑等，可以发出云台转动指令，该云台转动指令驱动电机，带动底板相对于转轴转动，而底板转动时，磁感应器感应磁环的磁场变化，并将信号传递至控制器，可以计算出云台实际转动角度，如果与初始的云台转动指令有差异，则根据差值修正云台转动指令，即发出新的云台转动指令。

所述的转轴以及与该转轴转动配合的底板之间的传动方式可以采用现有技术，例如所述的转轴底部为蜗轮，底板上设有与所述的蜗轮相配合的蜗杆以及该蜗杆的电机，电机根据所述的控制器的云台转动指令工作，带动蜗杆，使整个底板绕转轴转动。转轴与底板之间还可以采用齿轮传动，带传动、链传动等结构。

作为优选，磁环位于转轴顶端，磁环与转轴顶端之间设有非磁性材料的隔离套，以避免转轴干扰磁环所发出的磁场。

作为优选，绕所述的转轴设有定位套，该定位套与转轴的间隙中设有轴承，定位套的外壁与所述的固定架固定连接，固定架随底板转动时，定位套相对于转轴转动，且尽可能的避免了径向的晃动，保证了磁感应器采集磁场信号的精确性。

作为优选，设有与定位套顶面滑动配合的调节块，所述的磁感应器固定在该调节块上，定位套与调节块之间设有紧固螺钉，松开紧固螺钉，可滑动调节块以改变磁感应器与磁环之间的距离，调整好后旋紧紧固螺钉。

为了实现调节块与定位套顶面滑动配合，所述的定位套顶面与调节块底部设有相互配合的导向部件。例如定位套顶面设有导轨，所述的调节块底部设有与该导轨配合的导向结构，作为优选所述的导轨沿所述的转轴的径向布置。作为另一种实施方式，所述的调节块设有两个相互平行布置的条形孔，所述的定位套顶面设有与条形孔位置相应的安装孔，条形孔和安装孔之间装有所述的紧固螺钉。

作为优选，所述的定位套上设有微调支架，该微调支架上穿有调节螺钉，所述的调节螺钉的端部顶紧所述的调节块。通过旋转调节螺钉可对调节块的位置进行细微调节。

本发明还提供了一种云台高精度控制方法，包括如下步骤：

(1)发出云台转动指令，驱动云台转动；

(2)通过磁感应器采集云台相对于其转轴的实际转动角度；

(3)比较云台转动指令与云台实际转动角度的差异，根据差异重新发出云台转动指令，驱动云台转动；

(4)循环操作步骤(1)～(3)，直至消除所述的差异。

本发明控制方法可以利用本发明云台高精度控制装置来实施。

本发明云台高精度控制装置及方法采用闭合控制系统可有效的实现云台高精度控制目的，避免由机械传动间隙带来的干扰，提高产品性能。

附图说明

图1是本发明一种云台高精度控制装置的立体结构示意图；

图2是图1中云台高精度控制装置的局部剖面示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

作为本发明的实施例，图1，图2示出了本发明实施例提供的云台高精度控制装置的结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

一种云台高精度控制装置，包括固定在底座17上的转轴，与该转轴转动配合的用于安装云台(图中省略)的底板16。

转轴底部为蜗轮15，顶部为同轴布置的支撑筒14，支撑筒14通过螺钉安装于蜗轮15，可与蜗轮15一起转动，底板16上设有与蜗轮15相配合的蜗杆18以及蜗杆18的驱动电机(图中省略)。

支撑筒14顶端设有磁环11，磁环11与支撑筒14顶端设有非磁性材料的隔离套10，隔离套10通过螺钉9固定在支撑筒14顶端。隔离套10采用非磁性材料并且有一定的厚度，可防止支撑筒14带来的磁干扰，磁环11可通过压配方式或者涂抹适量紧固胶安装于隔离套10上。

底板16上设有固定架1，绕支撑筒14设有定位套13，定位套13与支撑筒14的间隙中设有轴承12，定位套13的外壁与固定架1固定连接，固定架1随底板16转动时，定位套13相对于转轴转动，且尽可能的避免径向的晃动，定位套13与轴承12之间留有间隙，防止轴承12受力过大。

设有与定位套13顶面滑动配合的调节块4，磁感应器5通过磁感应器固定架8安装于调节块4上，磁感应器5的电路板6与磁感应器5焊接在一起，与通过导线连接相比，可减少信号传导干扰；电路板6通过螺钉固定于电路板支架7，电路板支架7通过螺钉固定在调节块4上，以固定磁感应器5为主，以固定电路板6为辅。

定位套13顶面设有沿转轴径向布置的导轨，调节块4底部设有与该导轨配合的导向结构，定位套13与调节块4之间设有紧固螺钉，松开紧固螺钉，可滑动调节块4以改变磁感应器5与磁环11之间的距离，调整好后旋紧紧固螺钉。

定位套13上还设有微调支架3，该微调支架3上穿有调节螺钉2，调节螺钉2的端部顶紧调节块4。通过旋转调节螺钉2可对调节块4的位置进行细微调节。

还设有用于输出云台转动指令、采集磁感应器信号的控制器(图中未显示)，该控制器根据云台转动指令与磁感应器信号之间的差值修正云台转动指令。控制器为单片机或电脑。

本发明云台高精度控制装置工作时：

(1)控制器发出云台转动指令，驱动云台转动，云台转动指令中带有角度信息；云台转动角度，也可理解为磁环的角位移；

(2)通过磁感应器采集云台相对于其转轴的实际转动角度；

(3)比较云台转动指令与云台实际转动角度的差异，云台转动过程中输入变量为给定的常值角度，也可理解为电机的转动角度，因为输入变量通过带传动，蜗杆传动等结构传递动力后，由于机械传动间隙等因素带来的干扰，使云台转动角度产生误差，输入变量与输出变量存在一定的差值，导致被控制量偏离规定值。为此，磁感应器测量出磁环的实际角位移后，反馈到控制器中与给定的常值角度相比较，根据差异重新发出云台转动指令，驱动云台转动；

(4)循环步骤(1)～(3)直到差值为零，这样可实现对云台的高精度控制。

本发明云台高精度控制装置及方法采用闭合控制系统可有效的实现云台高精度控制目的，避免由机械传动间隙带来的干扰，提高产品性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种云台高精度控制装置，包括固定在底座上的转轴，与该转轴转动配合的用于安装云台的底板，其特征在于，绕所述的转轴设有磁环，所述的底板上设有固定架，该固定架上安装有用于感应磁环的磁场变化的磁感应器；设有用于输出云台转动指令、采集磁感应器信号的控制器，该控制器根据云台转动指令与磁感应器信号之间的差值修正云台转动指令。

2.如权利要求1所述的云台高精度控制装置，其特征在于，所述的转轴底部为蜗轮，底板上设有与所述的蜗轮相配合的蜗杆以及该蜗杆的电机，电机根据所述的控制器的云台转动指令工作。

3.如权利要求1或2所述的云台高精度控制装置，其特征在于，所述的磁环位于转轴顶端，磁环与转轴顶端之间设有非磁性材料的隔离套。

4.如权利要求3所述的云台高精度控制装置，其特征在于，绕所述的转轴设有定位套，该定位套与转轴的间隙中设有轴承，定位套的外壁与所述的固定架固定连接。

5.如权利要求4所述的云台高精度控制装置，其特征在于，设有与定位套顶面滑动配合的调节块，所述的磁感应器固定在该调节块上，定位套与调节块之间设有紧固螺钉。

6.如权利要求5所述的云台高精度控制装置，其特征在于，所述的定位套顶面与调节块底部设有相互配合的导向部件。

7.如权利要求6所述的云台高精度控制装置，其特征在于，所述的定位套顶面设有导轨，所述的调节块底部设有与该导轨配合的导向结构，所述的导轨沿所述的转轴的径向布置。

8.如权利要求7所述的云台高精度控制装置，其特征在于，所述的定位套上设有微调支架，该微调支架上穿有调节螺钉，所述的调节螺钉的端部顶紧所述的调节块。

9.一种云台高精度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)发出云台转动指令，驱动云台转动；

(2)通过磁感应器采集云台相对于其转轴的实际转动角度；

(3)比较云台转动指令与云台实际转动角度的差异，根据差异重新发出云台转动指令，驱动云台转动；

(4)循环操作步骤(1)～(3)，直至消除所述的差异。

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