CN106933254A - 一种无框架球型云台装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种无框架球型云台装置，包括：由上至下设置的球体、自调执行模块、仪表台。球体顶部设有安装座，球体侧部设有M个护架。并且，M个护架的一端抱住球体，另一端与仪表台相连。自调执行模块用于根据自调控制指令调节仪表台相对球体的位置，以使仪表台的惯性空间稳定。仪表台设有位姿测量模块、控制器。位姿测量模块用于测量云台的位移信息，并将所述位移信息发送至控制器。控制器用于根据所述位移信息生成自调控制指令，并将自调控制指令发送至自调执行模块。与现有的框架式云台相比，本发明的无框架云台装置占用空间小、移动灵活，并且可实现大范围的运动。

Description

一种无框架球型云台装置
技术领域
本发明涉及机电控制技术领域，尤其涉及一种无框架球型云台装置。
背景技术
在高科技通讯、导航、火箭、卫星等技术领域中，运动载体(如雷达、卫星跟踪天线、红外探测仪、激光测距仪、摄像机等)往往需要进行自动跟踪探测任务。为实现自动跟踪，往往需要具有自调功能、能保持水平稳定的云台装置。
专利ZL00203193.0公开了一种多用途水平稳定平台，并具体公开了一种典型的云台结构，可保持当地水平面的稳定跟踪。专利申请201510683575.2公开了一种可变焦的航拍云台装置，并具体公开了一种双框架云台结构，可实现两个自由度的运动。可见，现有的云台大多采取框架结构，这种结构位置信息的测量简单、控制方便，但是由于存在框架，导致体积较大、转动角度受限。具体来说，框架式云台由于有多个转动关节，需要安装电机、滑环、转动角度测量元件等，导致整个结构占用的空间较大。并且，由于转动角度测量元件、滑环、电机等组件的大小直接影响了框架的最小尺寸，导致这种结构实现小型化困难。另外，由于各个转动关节之间可能存在相互干涉，导致转动范围经常受限，甚至有可能因空间限制无法安装滑环，从而不能实现全范围转动。
针对框架式云台存在的上述缺陷，亟需一种占用空间小、转动灵活、可实现大范围运动的新型云台装置。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新的无框架球型云台装置，以克服框架式云台存在的占用空间大、转动范围小、转动不灵活等缺陷。
本发明提出的无框架球型云台装置，包括：由上至下设置的球体、自调执行模块、仪表台；
所述球体顶部设有安装座，所述球体侧部设有M个护架；并且，所述M个护架的一端抱住球体，所述M个护架的另一端与仪表台相连；
所述自调执行模块用于根据自调控制指令调节仪表台相对球体的位置，以使仪表台的惯性空间稳定；
所述仪表台设有位姿测量模块、控制器；所述位姿测量模块用于测量云台的位移信息，并将所述位移信息发送至控制器；所述控制器用于根据所述位移信息生成自调控制指令，并将所述自调控制指令发送至自调执行模块；其中，M为大于等于3的整数。
优选的，所述自调执行模块包括：N个驱动轮、N个电机驱动器组合；
所述N个驱动轮与球体的侧部可靠接触，并且每个驱动轮通过驱动与一个对应的电机驱动器组合相连；
所述N个电机驱动器组合安装在仪表台上，用于根据控制器的自调控制指令带动驱动轮的转动；其中，N为大于等于3的整数。
优选的，N＝3，并且，三个驱动轮在围绕球体的水平圆周上等间距分布。
优选的，M＝3，并且三个护架在围绕球体的水平圆周上等间距分布。
优选的，所述位姿测量模块包括：三轴加速度计、三轴陀螺仪和GPS导航模块，用于实现云台的惯性空间位姿的测量。
从以上技术方案可以看出，本发明的无框架球形云台包括：由上至下设置的球体、自调执行模块、仪表台。球体顶部设有安装座，球体侧部设有M个护架。并且，M个护架的一端抱住球体，另一端与仪表台相连。自调执行模块用于根据自调控制指令调节仪表台相对球体的位置，以使仪表台的惯性空间稳定。仪表台设有位姿测量模块、控制器。位姿测量模块用于测量云台的位移信息，并将所述位移信息发送至控制器。控制器用于根据所述位移信息生成自调控制指令，并将自调控制指令发送至自调执行模块。通过以上机械结构设计，使得本发明的装置克服了框架式云台存在的占用空间大、转动范围小、转动不灵活等缺陷。
附图说明
通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：
图1是示出的无框架球型云台装置结构示意图；
图2是示出的自调执行模块的部分结构示意图；
1、安装座；2、球体；3、护架；4、自调执行模块；5、仪表台；6、位姿测量模块；7、控制器；401、驱动轮；402、驱动轴；403、电机驱动器组合；404、锁紧滑套。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
现有的框架式云台结构由于存在框架，导致占用体积较大、转动不灵活、且转动角度受到很大限制。鉴于此，本发明的发明人提出了一种新的无框架球型云台装置。与现有的框架式云台相比，本发明实施例提出的由球体、自调执行模块、仪表台等组成的无框架球型云台装置，减小了云台装置的占用体积、提高了云台的转动灵活性和转动范围。
下面结合附图和具体实施例对本发明的无框架球型云台装置进行详细说明。图1示出了本发明实施例中的无框架球型云台装置的结构示意图。从图1可见，该云台装置具体包括：由上至下设置的球体2、自调执行模块4、仪表台5。
球体2的顶部设有安装座1，球体2的侧部设有M个护架3。并且，M个护架3的一端抱住球体2，M个护架3的另一端与仪表台5相连。其中，M为大于等于3的整数。通过在球体顶部设置安装座2，可以将云台安装在无人机、雷达等运动载体上。通过在侧部设置M个抱住球体的护架，可以有效防止球体脱落，保持球体的稳定。
在一个较佳的实施例中，令M等于3，且令三个护架3在围绕球体2的水平圆周上等间距分布。也就是说，相邻两个护架之间的圆周角均为120°。通过以上设置，能够进一步提高球体的稳定性。
自调执行模块4用于根据自调控制指令调节仪表台5相对球体2的位置，以使仪表台5的惯性空间稳定。具体来说，自调执行模块4包括N个驱动轮401、N个电机驱动器组合403，N为大于等于3的整数。所述N个驱动轮401与球体2的侧部可靠接触，并且每个驱动轮401通过驱动轴402与一个对应的电机驱动器组合403相连。其中，所谓可靠接触，即驱动轮与球体之间始终保持保持良好接触、驱动轮在球体上不打滑。在具体实施时，为了确保驱动轮与球体可靠接触，驱动轮可优先采用轻合金框架轮毂和橡胶轮胎构成。由于轻合金框架轮毂质量轻、刚度大，橡胶轮胎可以保持较大的摩擦力，因此可确保驱动轮和球体可靠接触。进一步的，还可将驱动轮的截面设计成正圆形结构或者反圆形结构。所述正圆形结构，即普通的圆形轮子，在使用时通过增加轮子的预紧力可提供足够的摩擦力，进而保证驱动轮与球体的可靠接触。所述反圆形结构，即与球体表面相吻合的弧形结构。通过将驱动轮设计成反圆形结构，能够增大驱动轮与球体的接触面积，从而提高两者之间的摩擦力，进而保证驱动轮与球体的可靠接触。另外，在一个较佳的实施例中，自调执行模块4还包括锁紧组件。所述锁紧组件可以是设置在驱动轴上的锁紧滑套404，如图2所示。在使用时可通过控制锁紧滑套404的左右移动，实现驱动轮的锁紧与解锁。或者，还可借助电机的抱紧装置实现驱动轮的锁紧与解锁，比如，当接到锁紧指令时令电机抱紧装置抱紧，接到释放指令则令电机的抱紧装置松开。
N个电机驱动器组合403安装在仪表台5上，用于根据控制器7的自调控制指令带动与之相连的驱动轮401的转动。在本发明实施例中，在电机驱动器带动下，可通过摩擦力的作用实现驱动轮相对球体的旋转，从而调节仪表台与球体的相对位置关系。与框架式云台相比，这种无框架的机械结构提高了转动灵活性，减小了云台占用体积。
在一个较佳的实施例中，令N等于3，且令三个驱动轮在围绕球体的水平圆周上等间距分布。也就是说，相邻两个驱动轮之间的圆周角均为120°。在具体实施时，各个驱动轮可在对应电机驱动器组合的带动下转动一定的角度。例如，第一个驱动轮可能转动5°，第二个驱动轮可能转动8°，第三个驱动轮可能转动10°。通过设置三个等间距分布的驱动轮，有助于提高云台的自调精度，减小控制复杂度。
仪表台5设有位姿测量模块6、控制器7。位姿测量模块6用于测量云台的位移信息，并将所述位移信息发送至控制器。在具体实施时，位姿测量模块可选用包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和GPS导航模块组成的惯性组合测量元件。在使用该惯性组合元件进行测量之前，需要对其自身的测量坐标系与仪表台的本体坐标系的位置关系进行精确标定，即确定一个位置关系转移矩阵。然后，可根据所述位置关系转移矩阵将测量结果直接转换成云台的位移信息。
控制器7用于根据所述位移信息生成自调控制指令，并将所述自调控制指令发送至自调执行模块。具体来说，控制器根据位姿测量模块采集的云台位移信息生成自调控制指令，并将自调控制指令发送至电机驱动器组合，然后通过带动驱动轮的转动来实现仪表台相对球体的姿态调节，从而实现仪表台的惯性空间稳定。
虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

Claims (5)

1.一种无框架球型云台装置，其特征在于，所述装置包括：由上至下设置的球体(2)、自调执行模块(4)、仪表台(5)；
所述球体(2)顶部设有安装座(1)，所述球体(2)侧部设有M个护架(3)；并且，所述M个护架(3)的一端抱住球体(2)，所述M个护架(3)的另一端与仪表台(5)相连；
所述自调执行模块(4)用于根据自调控制指令调节仪表台(5)相对球体(2)的位置，以使仪表台(5)的惯性空间稳定；
所述仪表台(5)设有位姿测量模块(6)、控制器(7)；所述位姿测量模块(6)用于测量云台的位移信息，并将所述位移信息发送至控制器(7)；所述控制器(7)用于根据所述位移信息生成自调控制指令，并将所述自调控制指令发送至自调执行模块(4)；
其中，M为大于等于3的整数。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述自调执行模块(4)包括：N个驱动轮(401)、N个电机驱动器组合(403)；
所述N个驱动轮(401)与球体(2)的侧部可靠接触，并且每个驱动轮(401)通过驱动轴(402)与一个对应的电机驱动器组合(403)相连；
所述N个电机驱动器组合安装在仪表台(5)上，用于根据控制器的自调控制指令带动驱动轮(401)的转动；
其中，N为大于等于3的整数。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，N＝3，并且，三个驱动轮(401)在围绕球体(2)的水平圆周上等间距分布。
4.如权利要求1至3任一所述的装置，其特征在于，M＝3，并且三个护架(3)在围绕球体(2)的水平圆周上等间距分布。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述位姿测量模块包括：三轴加速度计、三轴陀螺仪和GPS导航模块，用于实现云台的惯性空间位姿的测量。
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