CN106523863B - 两自由度液压云台 - Google Patents
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Abstract
一种两自由度液压云台，包括下液压摆缸、上液压摆缸和支架，下液压摆缸连接在下摆缸固定壳内，下液压摆缸的输出轴竖直伸出下摆缸固定壳的上端；上液压摆缸连接在上摆缸固定壳内，上液压摆缸的输出轴水平伸出上摆缸固定壳，上摆缸固定壳连接在下液压摆缸的输出轴上；支架连接在上液压摆缸的输出轴上。该云台具有两个轴线垂直相交的转动自由度，分别由两台液压摆动油缸驱动，每台液压摆动油缸的转轴上均安装编码器，用于检测摆动油缸的角位移，抗强电磁干扰、负载能力大、运动平稳性好、防护等级高、结构紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有水平和俯仰两个转动自由度的液压云台，属于云台技术领域。
背景技术
一些大型摄像或监控系统、消防或冲洗水枪、雷达、卫星天线等在工作中需要经常改变或连续调整其在空间中的朝向，这就要求将这些设备安装在能够连续调整并精确定向的两自由度空间云台上。
中国专利文献CN 101915341A公开了一种两自由度云台机构，该云台采用电机驱动方式，包括底座、水平电机和垂直电机，通过水平和俯仰两自由度的运动可实现云台末端在空间中的定向。但电动云台的负载能力一般较小，即使通过电机串联大减速比装置制造出大负载电动云台，也由于其负载/自重比小，使得云台结构尺寸和质量均较大，且不适用于强电磁干扰、长期潮湿或水下等特殊环境。
发明内容
本发明针对现有两自由度云台存在的不足，提供一种抗强电磁干扰、负载能力大、运动平稳性好、防护等级高、结构紧凑的两自由度液压云台。
本发明的两自由度液压云台，通过以下技术方案实现：
该两自由度液压云台，包括下液压摆缸、上液压摆缸和支架，下液压摆缸连接在下摆缸固定壳内，下液压摆缸的输出轴竖直伸出下摆缸固定壳的上端；上液压摆缸连接在上摆缸固定壳内，上液压摆缸的输出轴水平伸出上摆缸固定壳，上摆缸固定壳连接在下液压摆缸的输出轴上；支架连接在上液压摆缸的输出轴上。
所述下摆缸固定壳与上摆缸固定壳之间设置有密封装置，该密封装置包括下壳体盖、大花键套和上摆缸支撑，下壳体盖安装在下摆缸固定壳的上端，大花键套通过花键连接在下液压摆缸的输出轴上，上摆缸支撑连接在大花键套上，上摆缸支撑与下壳体盖之间安装有骨架油封，上摆缸支撑固定在上摆缸固定壳的底部。
所述上液压摆缸的输出轴的两端与上摆缸固定壳之间均设置有密封装置；上液压摆缸的尾端连接有尾盖，尾盖与上摆缸固定壳之间设置有密封圈，上液压摆缸的输出轴在尾盖的一端设置有轴端定位套，尾盖的内孔与轴端定位套之间设置有骨架油封；上液压摆缸的输出轴另一端与上摆缸固定壳之间设置有密封圈。
所述上摆缸固定壳上设置有编码器，该编码器通过同步带传动与上液压摆缸的输出轴连接。编码器上安装的同步带轮与上液压摆缸输出轴上的同步带轮均处于上摆缸固定壳前端密闭的腔体内。
所述下摆缸固定壳上设置有编码器，该编码器通过同步带传动与下液压摆缸的输出轴连接。
上述云台具有两个轴线垂直相交的转动自由度，分别由两台液压摆动油缸驱动，每台液压摆动油缸的转轴上均安装编码器，用于检测摆动油缸的角位移。该云台通过与工业用比例阀或伺服阀、PLC(可编程控制器)或工控机等可组成闭环伺服控制系统，精确控制支架在三维空间中的方向，通过密封可用于长期潮湿甚至水下等作业环境。
本发明抗强电磁干扰、负载能力大、运动平稳性好、防护等级高、结构紧凑；具有以下显著特点：
1.负载/自重比大，结构紧凑，尤其适用于大型摄像系统、工作过程中需改变方位的消防或冲洗水枪、瞄准装置、雷达、卫星天线等。
2.仅有编码器为数字电子元件，并进行了可靠密封，所以除一般工业或民用环境外，本发明还可用于强电磁干扰、潮湿、雨淋、甚至水下等特殊环境。
附图说明
图1是本发明液压云台的整体结构示意图。
图2是本发明液压云台的内部结构示意图。
图3是图2中A-A剖视图。
图4是图2中B-B剖视图。
图中：1.编码器，2.编码器支架，3.同步带轮，4.液压接头，5.下液压摆缸，6.下摆缸固定壳，7.下壳体盖，8.大花键套，9.上摆缸支撑，10.液压接头，11.尾盖，12.轴端定位套，13.轴端挡块，14.骨架油封，15.支架，16.密封圈，17.连接孔，18.前盖，19.上液压摆缸，20.紧定螺钉，21.同步带轮，22.轴端挡圈，23.小花键套，24.密封圈，25.编码器盒，26.同步带轮，27.上摆缸固定壳，28.轴端挡圈，29.骨架油封，30.孔用挡圈，31.编码器，32.密封圈，33.紧定螺钉，34.轴端定位套，35.同步带轮，36.盖板，37.轴端挡圈，38.紧定螺钉。
具体实施方式
本发明的两自由度液压云台，如图1和图2所示，主要包括下液压摆缸5、上液压摆缸19和支架15。上液压摆缸19连接在下液压摆缸5的输出轴上，支架15连接在上液压摆缸19的输出轴上，支架15上设置有用于连接所需设备(如摄像机)的连接孔17。
下液压摆缸5用螺钉安装在下摆缸固定壳6内，下液压摆缸5进出油口上的液压接头4伸出下摆缸固定壳6。下摆缸固定壳6的上端安装有下壳体盖7。下液压摆缸5的动力输出轴为花键轴且呈竖直状态，该花键轴伸出下摆缸固定壳6，其上安装有大花键套8，并用轴端挡圈28轴向固定。大花键套8上通过螺钉连接有上摆缸支撑9，上摆缸支撑9的下端内孔壁与下壳体盖7之间安装有骨架油封29，骨架油封29通过孔用挡圈30进行轴向定位。上摆缸固定壳27用螺钉固定在上摆缸支撑9上，上液压摆缸19通过螺钉固定在上摆缸固定壳27内，上液压摆缸19的尾端用螺钉固定有尾盖11，尾盖11与上摆缸固定壳27内壁之间设置有用于密封的密封圈16。尾盖11的内孔与轴端定位套12之间设置有进行密封的骨架油封14。上液压摆缸19的动力输出轴为花键轴且呈水平状态，其上安装有同步带轮21和小花键套23，并用轴端挡圈22进行轴向固定，同步带轮21的周向用紧定螺钉20固定。上液压摆缸19底部进出油口处的液压接头10伸出上摆缸支撑9。上摆缸固定壳27的前端面用螺钉固定有前盖18，前盖18将同步带轮21封闭在上摆缸固定壳27前端腔体内，前盖18的内孔与同步带轮21光轴段之间设置有密封圈24。上液压摆缸19的输出轴上安装有支架15，支架15呈U型，支架15的一端用螺钉固定在小花键套23上，另一端用轴端定位套12和轴端挡块13固定在上液压摆缸输出轴尾端。支架15随上液压摆缸19的输出轴一起转动。
如图3所示，上摆缸固定壳27上设置有编码器31，编码器31安装在编码器盒25内，编码器盒25用螺钉固定在上摆缸固定壳27的外端面，安装孔为槽型孔，可对同步带进行张紧。编码器盒25的尾端用盖板36进行封闭。编码器31的输出轴上安装有同步带轮26，并用紧定螺钉33固定。编码器31的输出轴与编码器盒25内孔间安装密封圈32，同步带轮26与上液压摆缸19输出轴上的同步带轮21之间连接同步带。前盖18与编码器盒25间隙处涂胶密封。
如图4所示，下液压摆缸5的输出轴上通过轴端定位套34安装有同步带轮35，周向靠轴端挡圈37压紧固定。编码器1固定在编码器支架2的沉面上，编码器支架2固定在下摆缸固定壳6上，编码器支架2的安装孔为槽型孔，可对同步带进行张紧。编码器1的输出轴上安装有同步带轮3，用紧定螺钉38紧定，同步带轮3通过同步带与同步带轮35连接。
所述编码器为绝对式编码器，安装时设置好零点，就可实时检测液压摆缸轴转动的角位移，这样云台可以运行到所需要的角度，这一角度通过控制液压摆缸的运动来确定。
上述两自由度液压云台的工作过程如下：
本发明的两自由度液压云台，与工业通用比例阀或伺服阀、PLC(可编程控制器)或工控机等可组成闭环伺服控制系统，下液压摆缸5和上液压摆缸19分别负责云台的左右水平旋转和前后上下摇摆，实现两个方向自由度的转动。通过PLC或工控机控制液压阀的通断、开口大小及方向，来控制液压管路中液压油的流动状态，从而控制支架15的运动状态。支架15的水平运动和俯仰运动各有单独液压管路系统，水平运动和俯仰运动互不干扰，既可单独运行，也可同时运行。
当连接下液压摆缸5的液压管路接通时，外力驱动一定的流量和方向的液压油在液压接头4处进出下液压摆缸5，下液压摆缸5的输出轴绕竖直轴线正转或反转，下液压摆缸5的输出轴将运动依次经过大花键套8、上摆缸支撑9、上摆缸固定壳27、上液压摆缸19、小花键套23传递给支架15，支架15实现水平转动。在下液压摆缸5转动的同时，安装在下液压摆缸5输出轴上的同步带轮35转动，通过同步带传动使编码器1上的同步带轮3转动，编码器1就可检测到下液压摆缸5转动的角位移，并反馈给PLC或工控机。PLC或工控机通过对液压阀的控制，改变液压管路中液压油的通断、流向和流量，来控制下液压摆缸转动的止停、方向和速度，形成闭环伺服控制。
当连接上液压摆缸19的液压管路接通时，外力驱动一定的流量和方向的液压油在液压接头10处进出上液压摆缸19，上液压摆缸19的输出轴绕水平轴线正转或反转，进而经小花键套23带动支架15做上下俯仰转动。固定在上液压摆缸19输出轴上的同步带轮26同时转动，经同步带按一定速比带动同步带轮26转动。编码器31就能实时检测上液压摆缸19转动的角位移，并将信息反馈给PLC或工控机。PLC或工控机通过对液压阀的控制，来控制支架15的运动状态。
当上液压摆缸19和下液压摆缸5的管路同时接通时，支架15可以同时水平运动和俯仰运动，两者可协同运动并且互不干扰。
Claims (4)
1.一种两自由度液压云台，其特征是：包括下液压摆缸、上液压摆缸和支架，下液压摆缸连接在下摆缸固定壳内，下液压摆缸的输出轴竖直伸出下摆缸固定壳的上端；上液压摆缸连接在上摆缸固定壳内，上液压摆缸的输出轴水平伸出上摆缸固定壳，上摆缸固定壳连接在下液压摆缸的输出轴上；支架连接在上液压摆缸的输出轴上；
所述下摆缸固定壳与上摆缸固定壳之间设置有密封装置，该密封装置包括下壳体盖、大花键套和上摆缸支撑，下壳体盖安装在下摆缸固定壳的上端，大花键套通过花键连接在下液压摆缸的输出轴上，上摆缸支撑连接在大花键套上，上摆缸支撑与下壳体盖之间安装有骨架油封，上摆缸支撑固定在上摆缸固定壳的底部；
所述上液压摆缸的输出轴的两端与上摆缸固定壳之间均设置有密封装置；上液压摆缸的尾端连接有尾盖，尾盖与上摆缸固定壳之间设置有密封圈，上液压摆缸的输出轴在尾盖的一端设置有轴端定位套，尾盖的内孔与轴端定位套之间设置有骨架油封；上液压摆缸的输出轴另一端与上摆缸固定壳之间设置有密封圈。
2.根据权利要求1所述的两自由度液压云台，其特征是：所述上摆缸固定壳上设置有编码器，该编码器通过同步带传动与上液压摆缸的输出轴连接。
3.根据权利要求2所述的两自由度液压云台，其特征是：所述编码器上安装的同步带轮与上液压摆缸输出轴上的同步带轮均处于上摆缸固定壳前端密闭的腔体内。
4.根据权利要求1所述的两自由度液压云台，其特征是：所述下摆缸固定壳上设置有编码器，该编码器通过同步带传动与下液压摆缸的输出轴连接。
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