CN112009710A - 一种无人机摄像头新型云台结构 - Google Patents

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CN112009710A CN202011009534.2A CN202011009534A CN112009710A CN 112009710 A CN112009710 A CN 112009710A CN 202011009534 A CN202011009534 A CN 202011009534A CN 112009710 A CN112009710 A CN 112009710A
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Abstract

本发明提供了一种无人机摄像头新型云台结构，包括：摄像头芯片安装座、转向机构、壳体、输出轴以及安装在壳体内的电机部件、PCBA电路板、减速装置和位置检测组件；所述壳体上方设置有转向机构安装座，所述转向机构可转动的安装在所述转向机构安装座上，所述输出轴位于壳体上方延伸设置有推杆，所述转向机构与输出轴的推杆一端驱动连接，所述转向机构背离转向机构安装座的一端还安装有摄像头芯片安装座。本发明使舵机微型化，且本发明云台转动稳定性更好，转动角度更加多样，云台体积更小，容易安装，成本低，拍摄画面清晰。

Description

一种无人机摄像头新型云台结构
技术领域
本发明涉及无人机云台技术领域，尤其涉及一种无人机摄像头新型云台结构。
背景技术
传统的舵机主要是由外壳、电路板、驱动马达、减速齿轮与位置检测元件所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的IC驱动无核芯马达开始转动，通过减速齿轮将动力传至输出轴，同时由输出轴位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻或转动磁编器，当舵机转动时电压值也会随之改变，根据检测电压值便可知转动的角度。
目前，市面上流行的舵机形状和种类十分丰富，但是舵机内部的主要功能模块基本相同，其主要的组成和功能如下，舵机控制器是整个控制系统的执行机构，内部有中央控制器、数据存储器、驱动模块等，中央控制器的主板是单片机，可以人工写入语言程序，完成定向控制。
为了提高无人机云台的飞行拍摄图像的稳定性和清晰度性能，许多无人机产品中都使用了直流伺服舵机做云台，使得无人机的拍摄图像的稳定清晰，但是现有的部分直流伺服舵机云台中，一些云台的舵机体积大，安装定位较难，并且云台结构复杂，性能低，成本高，使得舵机云台在使用的过程中存在着一定的局限性，拍摄图像抖动不清晰。
舵机云台是无人机航拍的重要部件，用于安装、固定相机并控制相机的转动以及拍摄角度，起到平衡与稳定作用。现市场上有多种形式云台，现有技术在如下技术缺陷：
1、现有市面上都为三轴云台，价格昂贵：结构复杂：体积较大且均为金属材料，连同镜头一起重量在500克以上，一直受抖动与高故障以及整体续航时间会缩短的困扰。
2、市面上舵机云台是用1个或2个舵机或齿轮箱外输出轴上安装齿轮，轴上齿轮与第二个齿轮齿合再带动摄像头上下壳体，摄像头芯片组件体积大，结构复杂，安装定位精度极低。
发明内容
本发明提供了一种无人机摄像头新型云台结构，通过对现有设备进行技术改造，解决了现有无人机舵机云台电机安装定位效果不佳及拍摄云台稳定性和角度调节方式需要改进的问题。
为解决上述技术问题，本发明具体采用如下技术方案：
一种无人机摄像头新型云台结构，包括：摄像头芯片安装座、转向机构、壳体、输出轴以及安装在壳体内的电机部件、PCBA电路板、减速装置和位置检测组件，所述电机部件与位置检测组件分别与PCBA电路板电性连接，所述减速装置与电机部件驱动连接；
所述壳体上方设置有转向机构安装座，所述转向机构可转动的安装在所述转向机构安装座上，所述输出轴位于壳体上方延伸设置有推杆，所述转向机构与输出轴的推杆一端驱动连接，所述转向机构背离转向机构安装座的一端还安装有摄像头芯片安装座，所述摄像头芯片安装座用于安装摄像头芯片；
所述壳体内设有容纳电机部件的定位柱孔，所述电机部件直接安装在壳体的定位柱孔上，并且电机刷片直接加工在PCBA电路板上；
所述减速装置包括减速齿轮组，所述减速齿轮组与电机部件转轴驱动连接，输出轴外周套设有输出轴齿轮，且所述输出轴齿轮内设置有内螺纹与输出轴螺纹连接，所述输出轴通过输出轴齿轮与减速齿轮组的齿轮啮合；
所述位置检测组件包括输出轴齿轮、磁石和霍尔元件，所述霍尔元件直接加工在PCBA电路板上，所述输出轴下端开设有磁石安装孔，所述磁石安装孔内安装有磁石，所述输出轴齿轮带动输出轴做上下运动时，使得磁石在霍尔元件上方直线方向运动实现位置检测。
优选的，所述转向机构包括第一扭簧、第一转向轴和第一转向件，所述第一转向件固定设置在摄像头芯片安装座下方，第一转向轴固定安装在转向机构安装座上，且所述第一转向件可转动的安装在所述第一转向轴上，所述第一转向轴外还套设有第一扭簧，所述第一扭簧分别与壳体和第一转向件相抵触使得所述第一转向件始终与输出轴的推杆相紧贴，所述第一转向件下端设置有第一转向件凹槽，所述转向机构安装座之间还设置有壳体定位柱，所述壳体定位柱位于所述第一转向件凹槽两侧槽壁之间用于防止第一转向件沿第一转向轴轴向窜动。
优选的，所述转向机构包括第一扭簧、第一转向轴、第一转向件、第一转向件安装座、第二扭簧、第二转向轴和第二转向件，所述第一转向件固定设置在摄像头芯片安装座下方，且所述第一转向件可转动的安装在所述第一转向轴上，第二转向件上端固定设置有第一转向件安装座，所述第一转向轴与第一转向件安装座固定连接，所述第二转向件上端第一转向件安装座之间设置有第一转向件定位柱，所述第一转向件下端设置有第一转向件凹槽，所述第一定位柱位于所述第一转向件凹槽两侧槽壁之间用于防止第一转向件沿第一转向轴轴向窜动，所述第一转向轴外还套设有第一扭簧，所述第一扭簧分别与第二转向件和第一转向件相抵触，第二转向件可转动的安装在第二转向轴上，且所述第二转向轴固定安装在转向机构安装座上，所述第二转向轴外还套设有第二扭簧，所述第二扭簧分别与壳体和第二转向件相抵触，所述第一转向件与第二转向件始终与输出轴的推杆相紧贴，所述第二转向件下端设置有第二转向件凹槽，所述转向机构安装座之间还设置有壳体定位柱，所述壳体定位柱位于所述第二转向件凹槽两侧槽壁之间用于防止第二转向件沿第二转向轴轴向窜动。
优选的，所述第一扭簧和第二扭簧均为两个，所述两个第一扭簧一正一反分别安装设置在第一转向件的左右两端，所述两个第二扭簧一正一反分别安装设置在第二转向件的左右两端。
优选的，所述推杆包括第一推杆和第二推杆，第一转向件绕第一转向轴的转动方向与第二转向件绕第二转向轴的转动方向相互垂直设置，所述第一转向件向外延伸有第一推动面，所述第一推杆与所述第一推动面相紧贴，所述第二转向件向外延伸有第二推动面，所述第二推杆与所述第二推动面相紧贴。
优选的，所述第一推动面和第二推动面与第一推杆或第二推杆的接触面均为弧形曲面。
优选的，所述PCBA电路板一侧还设有信号及电源连接器。
优选的，所述壳体包括从上至下依次包括上盖、中盖和下盖，所述PCBA电路板固定在下盖内，所述电机部件和位置检测组件设置中盖内，所述减速装置和输出轴设置在上盖中，所述上盖、中盖和下盖通过螺柱从下盖依次贯穿中盖与上盖螺接固定。
优选的，所述PCBA电路板上通过软件系统设置了电流过载保护功能，在电流过载时实现自动断电。
优选的，所述PCBA电路板上通过软件系统设置了学习重复定位功能，对多次的定位进行学习，并且存储数据，方便下一次的定位。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明通过改进电机装配、霍尔元件、磁石等创新设计使舵机微型化，其中，本发明通过磁石在霍尔元件上方直线方向运动形成检测用的电位器，比传统电位器的寿命长，成本低，而且加工更加简单；而电机部件直接装配在壳体上，节约成本和空间，重要解决了微型电机安装定位难度的问题；电机刷片以及霍尔元件直接加工在PCBA电路板上，解决了传统加工工艺难度及成本控制的问题。此外，在软件系统中加了电流过载保护，保护齿轮、电机部件、PCBA电路板因过载而损坏，还在软件系统中加了学习重复定位功能，更加智能化。本发明两组扭簧一直保持镜头旋转架与推杆紧贴，云台转动稳定性更好，通过单轴或两轴推杆转座运动转变旋转运动形成绕一轴或空间十字轴摄像头旋转，转动角度更加多样，本发明电位器可以360度无死角定位控制，传统舵机只能控制部份角度。
本发明解决了一直困扰小型无人机高端三轴云台昂贵，笨重，而低端云台体积大，安装复杂，成本高，拍摄画面抖动不清晰的问题，本发明无人机摄像云台体积小，容易安装，成本低，拍摄画面清晰度能达到三轴云台的拍摄效果。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明电机部件、PCBA电路板和减速装置安装示意图；
图3为本发明单轴推杆安装时云台结构示意图；
图4为本发明两轴推杆安装时云台结构示意图；
标号说明：摄像头芯片安装座1、转向机构2、第一扭簧21、第一转向轴22、第一转向件23、第一推动面231、第一转向件凹槽232、第二扭簧24、第二转向轴25、第二转向件26、第二推动面261、第二转向件凹槽262、第一转向件安装座27、第一转向件定位柱271、壳体3、上盖31、中盖32、下盖33、输出轴4、推杆41、第一推杆411、第二推杆412、电机部件5、PCBA电路板6、信号及电源连接器61、减速装置7、减速齿轮组71、位置检测组件8、输出轴齿轮81、磁石82、霍尔元件83、转向机构安装座9、壳体定位柱91。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来详细说明本发明的具体内容。
如图1-4所示，本实施例提供了一种无人机摄像头新型云台结构，包括：摄像头芯片安装座1、转向机构2、壳体3、输出轴4以及安装在壳体3内的电机部件5、PCBA电路板6、减速装置7和位置检测组件8，所述电机部件5与位置检测组件8分别与PCBA电路板6电性连接，所述减速装置7与电机部件5驱动连接；
所述壳体3上方设置有转向机构安装座9，所述转向机构2可转动的安装在所述转向机构安装座9上，所述输出轴4位于壳体3上方延伸设置有推杆41，所述转向机构2与输出轴4的推杆41一端驱动连接，所述转向机构2背离转向机构安装座9的一端还安装有摄像头芯片安装座1，所述摄像头芯片安装座1用于安装摄像头芯片；
所述壳体3内设有容纳电机部件5的定位柱孔，所述电机部件5直接安装在壳体3的定位柱孔上，并且电机刷片直接加工在PCBA电路板6上；
所述减速装置7包括减速齿轮组71，所述减速齿轮组71与电机部件5转轴驱动连接，输出轴4外周套设有输出轴齿轮81，且所述输出轴齿轮81内设置有内螺纹与输出轴4螺纹连接，所述输出轴4通过输出轴齿轮81与减速齿轮组71的齿轮啮合；
所述位置检测组件8包括输出轴齿轮81、磁石82和霍尔元件83，所述霍尔元件83直接加工在PCBA电路板6上，所述输出轴4下端开设有磁石82安装孔，所述磁石82安装孔内安装有磁石82，所述输出轴齿轮81带动输出轴4做上下运动时，使得磁石82在霍尔元件83上方直线方向运动实现位置检测。
进一步地，如图3所示，为了实现单轴推杆41推动摄像头芯片安装座11绕一轴相对壳体33旋转，所述转向机构2包括第一扭簧21、第一转向轴22和第一转向件23，所述第一转向件23固定设置在摄像头芯片安装座1下方，第一转向轴22固定安装在转向机构安装座9上，且所述第一转向件23可转动的安装在所述第一转向轴22上，所述第一转向轴22外还套设有第一扭簧21，所述第一扭簧21分别与壳体3和第一转向件23相抵触使得所述第一转向件23始终与输出轴4的推杆41相紧贴，所述第一转向件23下端设置有第一转向件凹槽232，所述转向机构安装座9之间还设置有壳体定位柱91，所述壳体定位柱91位于所述第一转向件凹槽232两侧槽壁之间用于防止第一转向件23沿第一转向轴22轴向窜动。
进一步地，如图4所示，为了实现双轴推杆41推动摄像头芯片安装座11相对壳体33在不同方位旋转，所述转向机构2包括第一扭簧21、第一转向轴22、第一转向件23、第一转向件安装座27、第二扭簧24、第二转向轴25和第二转向件26，所述第一转向件23固定设置在摄像头芯片安装座1下方，第一转向件23可转动的安装在所述第一转向轴22上，第二转向件26上端固定设置有第一转向件安装座27，所述第一转向轴22与第一转向件安装座27固定连接，所述第二转向件26上端第一转向件安装座27之间设置有第一转向件定位柱271，所述第一转向件23下端设置有第一转向件凹槽232，所述第一定位柱位于所述第一转向件凹槽232两侧槽壁之间用于防止第一转向件23沿第一转向轴22轴向窜动，所述第一转向轴22外还套设有第一扭簧21，所述第一扭簧21分别与第二转向件26和第一转向件23相抵触，第二转向件26可转动的安装在第二转向轴25上，且所述第二转向轴25固定安装在转向机构安装座9上，所述第二转向轴25外还套设有第二扭簧24，所述第二扭簧24分别与壳体3和第二转向件26相抵触，所述第一转向件23与第二转向件26始终与输出轴4的推杆41相紧贴，所述第二转向件26下端设置有第二转向件凹槽262，所述转向机构安装座9之间还设置有壳体定位柱91，所述壳体定位柱91位于所述第二转向件凹槽262两侧槽壁之间用于防止第二转向件26沿第二转向轴25轴向窜动。
进一步地，为了获得更好的稳定性，所述第一扭簧21和第二扭簧24均为两个，所述第一扭簧21和第二扭簧24均为两个，所述两个第一扭簧21一正一反分别安装设置在第一转向件23的左右两端，所述两个第二扭簧24一正一反分别安装设置在第二转向件26的左右两端。
进一步地，为了实现双轴推杆41推动摄像头芯片安装座1绕空间十字轴相对壳体3旋转，所述推杆41包括第一推杆411和第二推杆412，第一转向件23绕第一转向轴22的转动方向与第二转向件26绕第二转向轴25的转动方向相互垂直设置，所述第一转向件23向外延伸有第一推动面231，所述第一推杆411与所述第一推动面231相紧贴，所述第二转向件26向外延伸有第二推动面261，所述第二推杆412与所述第二推动面261相紧贴。
进一步地，为了获得更流畅稳定的转动效果，所述第一推动面231和第二推动面261与第一推杆411或第二推杆412的接触面均为弧形曲面。
进一步地，所述PCBA电路板6一侧还设有信号及电源连接器61。
进一步地，所述壳体3包括从上至下依次包括上盖31、中盖32和下盖33，所述PCBA电路板6固定在下盖33内，所述电机部件5和位置检测组件8设置中盖32内，所述减速装置7和输出轴4设置在上盖31中，所述上盖31、中盖32和下盖33通过螺柱从下盖33依次贯穿中盖32与上盖31螺接固定。
进一步地，所述PCBA电路板6上通过软件系统设置了电流过载保护功能，在电流过载时实现自动断电；所述PCBA电路板6上通过软件系统设置了学习重复定位功能，对多次的定位进行学习，并且存储数据，方便下一次的定位。
本发明具有以下特点：
1.通过螺纹传动形式推杆直线运动、使得磁石霍尔元件上方作直线方向运动形成电位器；
2.电机直接装配在壳体上，节约成本和空间，重要解决了微型电机安装定位难度；
3.马达刷片以及霍尔元件直接加工在PCB板上，解决了传统加工工艺难度及成本控制；
4.在软件中加了电流过载保护，保护齿轮、电机、PCBA因过载而损坏。
5.在软件中加了学习重复定位功能。
6.通过改进电机装配、霍尔元件、磁石等创新设计使舵机微型化。
7.两组扭簧一直保持镜头旋转架与推杆紧贴，云台转动稳定性更好。
8.通过单轴或两轴推杆转座运动转变旋转运动形成绕一轴或空间十字轴摄像头旋转，转动角度更加多样，实用性更强。
本发明解决了一直困扰小型无人机高端三轴云台昂贵，笨重，而低端云台体积大，安装复杂，成本高，拍摄画面抖动不清晰的问题，本发明无人机摄像云台体积小，容易安装，成本低，拍摄画面清晰度能达到三轴云台的拍摄效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种无人机摄像头新型云台结构，包括：摄像头芯片安装座、转向机构、壳体、输出轴以及安装在壳体内的电机部件、PCBA电路板、减速装置和位置检测组件，所述电机部件与位置检测组件分别与PCBA电路板电性连接，所述减速装置与电机部件驱动连接，其特征在于：
所述壳体上方设置有转向机构安装座，所述转向机构可转动的安装在所述转向机构安装座上，所述输出轴位于壳体上方延伸设置有推杆，所述转向机构与输出轴的推杆一端驱动连接，所述转向机构背离转向机构安装座的一端还安装有摄像头芯片安装座，所述摄像头芯片安装座用于安装摄像头芯片；
所述壳体内设有容纳电机部件的定位柱孔，所述电机部件直接安装在壳体的定位柱孔上，并且电机刷片直接加工在PCBA电路板上；
所述减速装置包括减速齿轮组，所述减速齿轮组与电机部件转轴驱动连接，输出轴外周套设有输出轴齿轮，且所述输出轴齿轮内设置有内螺纹与输出轴螺纹连接，所述输出轴通过输出轴齿轮与减速齿轮组的齿轮啮合；
所述位置检测组件包括输出轴齿轮、磁石和霍尔元件，所述霍尔元件直接加工在PCBA电路板上，所述输出轴下端开设有磁石安装孔，所述磁石安装孔内安装有磁石，所述输出轴齿轮带动输出轴做上下运动时，使得磁石在霍尔元件上方直线方向运动实现位置检测。
2.根据权利要求1所述的一种无人机摄像头新型云台结构，其特征在于，所述转向机构包括第一扭簧、第一转向轴和第一转向件，所述第一转向件固定设置在摄像头芯片安装座下方，第一转向轴固定安装在转向机构安装座上，且所述第一转向件可转动的安装在所述第一转向轴上，所述第一转向轴外还套设有第一扭簧，所述第一扭簧分别与壳体和第一转向件相抵触使得所述第一转向件始终与输出轴的推杆相紧贴，所述第一转向件下端设置有第一转向件凹槽，所述转向机构安装座之间还设置有壳体定位柱，所述壳体定位柱位于所述第一转向件凹槽两侧槽壁之间用于防止第一转向件沿第一转向轴轴向窜动。
3.根据权利要求1所述的一种无人机摄像头新型云台结构，其特征在于，所述转向机构包括第一扭簧、第一转向轴、第一转向件、第一转向件安装座、第二扭簧、第二转向轴和第二转向件，所述第一转向件固定设置在摄像头芯片安装座下方，且所述第一转向件可转动的安装在所述第一转向轴上，第二转向件上端固定设置有第一转向件安装座，所述第一转向轴与第一转向件安装座固定连接，所述第二转向件上端第一转向件安装座之间设置有第一转向件定位柱，所述第一转向件下端设置有第一转向件凹槽，所述第一定位柱位于所述第一转向件凹槽两侧槽壁之间用于防止第一转向件沿第一转向轴轴向窜动，所述第一转向轴外还套设有第一扭簧，所述第一扭簧分别与第二转向件和第一转向件相抵触，第二转向件可转动的安装在第二转向轴上，且所述第二转向轴固定安装在转向机构安装座上，所述第二转向轴外还套设有第二扭簧，所述第二扭簧分别与壳体和第二转向件相抵触，所述第一转向件与第二转向件始终与输出轴的推杆相紧贴，所述第二转向件下端设置有第二转向件凹槽，所述转向机构安装座之间还设置有壳体定位柱，所述壳体定位柱位于所述第二转向件凹槽两侧槽壁之间用于防止第二转向件沿第二转向轴轴向窜动。
4.根据权利要求3所述的一种无人机摄像头新型云台结构，其特征在于，所述第一扭簧和第二扭簧均为两个，所述两个第一扭簧一正一反分别安装设置在第一转向件的左右两端，所述两个第二扭簧一正一反分别安装设置在第二转向件的左右两端。
5.根据权利要求3所述的一种无人机摄像头新型云台结构，其特征在于，所述推杆包括第一推杆和第二推杆，第一转向件绕第一转向轴的转动方向与第二转向件绕第二转向轴的转动方向相互垂直设置，所述第一转向件向外延伸有第一推动面，所述第一推杆与所述第一推动面相紧贴，所述第二转向件向外延伸有第二推动面，所述第二推杆与所述第二推动面相紧贴。
6.根据权利要求5所述的一种无人机摄像头新型云台结构，其特征在于，所述第一推动面和第二推动面与第一推杆或第二推杆的接触面均为弧形曲面。
7.根据权利要求1所述的一种无人机摄像头新型云台结构，其特征在于，所述PCBA电路板一侧还设有信号及电源连接器。
8.根据权利要求1所述的一种无人机摄像头新型云台结构，其特征在于，所述壳体包括从上至下依次包括上盖、中盖和下盖，所述PCBA电路板固定在下盖内，所述电机部件和位置检测组件设置中盖内，所述减速装置和输出轴设置在上盖中，所述上盖、中盖和下盖通过螺柱从下盖依次贯穿中盖与上盖螺接固定。
9.根据权利要求1所述的一种无人机摄像头新型云台结构，其特征在于，所述PCBA电路板上通过软件系统设置了电流过载保护功能，在电流过载时实现自动断电。
10.根据权利要求1所述的一种无人机摄像头新型云台结构，其特征在于，所述PCBA电路板上通过软件系统设置了学习重复定位功能，对多次的定位进行学习，并且存储数据，方便下一次的定位。
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