CN114352862A - 一种用于隧道巡检的多功能云台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于隧道巡检的多功能云台及方法，多功能云台包括：机身和云台，机身与云台通过中空的云台架连接；机身的一侧设有透明材质的第一筒体，第一筒体内设有至少一个探测元件，第一筒体能够在机身内部的第一电机驱动下沿机身轴心转动；机身通过云台架与云台内部的第二电机传动轴连接，第一筒体能够在第二电机驱动下沿云台的轴心转动；机身的另一侧设有透明材质的第二筒体，第二筒体内设有至少一个探测元件，第二筒体能够在机身内部的第一电机驱动下与第一筒体一起沿机身轴心转动，且第二筒体能够在第二电机驱动下与第一筒体一起沿云台的轴心转动；本发明能够实现水平与垂直两个维度的高精度定位，具备特定环境下的防护性需求。

Description

一种用于隧道巡检的多功能云台及方法

技术领域

本发明涉及隧道巡检设备技术领域，特别涉及一种用于隧道巡检的多功能云台及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

在城市电力隧道中，有很多场所已经应用了配备云台摄像机功能的电力隧道巡检机器人，机器人运行中可以实现实时监控及红外夜视等功能，对于实现电缆隧道无人值守对设施环境的监控意义重大。

发明人发现，传统的云台摄像机功能绝大部分为球型云台，或有少数的T型云台，球型云台因为内部空间较为狭小，空间局促，内部最多只能设置可见光摄像机及热像仪，功能较为受限；T型云台在横向扩大了空间，可左右各设置可见光摄像机及多功能云台，但在内部由于运动机构的不容易实现，加之外壳多使用钣金材质，外形笨重，阻碍了其纵向空间的可拓展性。仍然受到了空间难于扩展的障碍。

同时球形云台因为内部空间局促，由同一块控制主板进行水平及垂直二维度调节，精度相对较差，例如调节摄像机俯仰就不能保证水平定位精度，T型云台大多和球形云台一样，精度控制受限，只有少数大体积的可以二维运动可以做到各自定位，相对精度提高，但很难做到小型化，适应环境受限。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种用于隧道巡检的多功能云台及方法，所述多功能云台性能稳定，结构紧凑，能解决定位误差带来的影响，使自身具备多自由度调整，可实现水平与垂直两个维度的高精度定位，具备特定环境下的防护性需求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种多功能云台。

一种多功能云台，包括：机身和云台，机身与云台通过中空的云台架连接；

机身的一侧设有透明材质的第一筒体，第一筒体内设有至少一个探测元件，第一筒体能够在机身内部的第一电机驱动下沿机身轴心转动；

机身通过云台架与云台内部的第二电机传动轴连接，第一筒体能够在第二电机驱动下沿云台的轴心转动。

进一步的，还包括第一穿线套，第一穿线套的一侧与第一电机的一侧固定连接，第一穿线套的另一侧与第一轴承座的一侧连接，第一轴承座的另一侧的法兰与第一转盘的一侧连接，第一转盘的另一侧设有第一固定支架，第一固定支架上设有至少一个检测元件；

第一轴承座的中部设置有第一台阶轴，第一台阶轴上镶嵌第一油封轴承的内圈，第一油封轴承的外圈与第一骨架的内孔镶配，第一骨架与机身固定连接，第一转盘的外缘与第一筒体的内侧面固定连接。

更进一步的，第一固定支架上的检测元件至少包括摄像机，第一固定支架上的还设有补光灯。

更进一步的，还包括格莱圈，格莱圈的基座套在筒体颈部外侧，格莱圈的O型圈与机身的台阶槽连接。

更进一步的，第一穿线套的另一侧设有第一带轮，第一带轮通过同步带驱动第二带轮旋转，第二带轮的磁条与第一编码器位置匹配，第一编码器用于采集并发送第二带轮的转动数据。

更进一步的，第一轴承座内设有导电滑环。

更进一步的，第一滚筒与机身之间设置限位块。

进一步的，机身的另一侧设有透明材质的第二筒体，第二筒体内设有至少一个探测元件，第二筒体能够在机身内部的第一电机驱动下与第一筒体一起沿机身轴心转动，且第二筒体能够在第二电机驱动下与第一筒体一起沿云台的轴心转动。

更进一步的，还包括第二穿线套，第二穿线套的一侧与第一电机的另一侧固定连接，第二穿线套的另一侧与第二轴承座的一侧连接，第二轴承座的另一侧的法兰与第二转盘的一侧连接，第二转盘的另一侧设有第二固定支架，第二固定支架上设有至少一个检测元件；

第二轴承座的中部设置有第二台阶轴，第二台阶轴上镶嵌第二油封轴承的内圈，第二油封轴承的外圈与第二骨架的内孔镶配，第二骨架与机身固定连接，第二转盘的外缘与第二筒体的内侧面固定连接。

更进一步的，第二固定支架上的检测元件至少包括热像仪和测距仪。

更进一步的，还包括格莱圈，格莱圈的基座套在筒体颈部外侧，格莱圈的O型圈与机身的台阶槽连接。

更进一步的，第二穿线套的另一侧设有第三带轮，第三带轮通过同步带驱动第四带轮旋转，第三带轮的磁条与第二编码器位置匹配，第二编码器用于采集并发送第四带轮的转动数据。

更进一步的，第二轴承座内设有导电滑环。

更进一步的，第二滚筒与机身之间设置限位块。

进一步的，第一电机和第二电机的转轴均为中空转轴，第二电机的中空轴穿入导电滑环，机身内部的设备线缆通过导电滑环连接，导电滑环的一端与出线缆连接，出线缆用于穿过云台盖进入外围设备。

更进一步的，导电滑环上设有第五带轮，第五带轮通过同步带驱动第六带轮旋转，第六带轮的磁条与第三编码器位置匹配，第三编码器用于采集并发送第六带轮的转动数据。

本发明第二方面提供了一种用于隧道巡检的多功能云台的工作方法。

一种上述用于隧道巡检的多功能云台的工作方法，包括以下过程：

第一电机转动时，驱动第一筒体和/或第二筒体转动，进而带动第一筒体和/或第二筒体及内部设备在垂直方向上的俯仰动作；

第二电机转动时，驱动第一筒体和/或第二筒体转动，进而带动第一筒体和/或第二筒体及内部设备在水平方向上的运动。

本发明第三方面提供了一种隧道巡检机器人，包括上述的多功能云台。

有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明克服了电力隧道巡检机器人的球型云台定位精度差、内部空间局促、不宜放置高分辨率摄像设备及热像仪、空间难于扩展以及T型云台结构笨重、机构复杂操作不便的缺陷，既能满足云台的一般功能，又能有足够的空间去扩展其它功能部件。

2、本发明采用两个无刷伺服电机，分别使用独立的控制器来控制水平及垂直方向的转动，使多功能云台具备两个维度的运动功能，又能使其保证足够精确的定位精度，采用编码器对电机的转动位置进行精确控制，可以实现实时的定位与精确的位置反馈。

3、本发明同时结合球型云台与T型云台各自的优势特点，采用滚筒型的筒体机身，可以在机身呈滚动式俯仰运动，材料可采用轻质的玻璃钢材料，避免了T型云台过于笨重和操作不便的缺陷。

4、本发明通过设置导电滑环，使旋转的一端通过导电滑环与固定一端相连，衔接部位为滑触式，导电滑环位于旋转中心，解决了云台运动时的绕线问题。

5、本发明的机身与滚筒筒体之间采用格莱圈联结，能防止水滴的进入，在相对旋转运动的部件采用油封轴承，可以防止水汽及水的渗入，为机身内设备提供了有效防护。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的云台总装示意图。

图2为本发明实施例1提供的云台筒体内部结构示意图。

图3为本发明实施例1提供的云台机身内部结构示意图。

图4为本发明实施例1提供的云台内部剖切示意图。

其中，1、机身；2、云台；3、左筒体、4、右筒体；5、云台电机；6、滚筒电机、7、控制器；8、摄像机；9、热像仪；10、固定支架；11、补光灯；12、测距仪；13、左转盘；14、右转盘；15、左骨架；16、右骨架；17、轴承座；18、油封轴承；19、大带轮；20、小带轮；21、同步带；22、穿线套、23、左线缆；24、右线缆；25、云台架；26、编码器；27、导电滑环、28、云台盖；29、出线缆；30、格莱圈。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1、图2、图3和图4所示，本发明实施例1提供了一种用于隧道巡检的多功能云台，包括机身1、云台2、左筒体3、右筒体4、云台电机5、滚筒电机6、控制器7、摄像机8、热像仪9、固定支架10、补光灯11、测距仪12、左转盘13(即第二转盘)、右转盘14(即第一转盘)、左骨架15(即第二骨架)、右骨架16(即第一骨架)、轴承座17、油封轴承18、大带轮19(即第一带轮)、小带轮20(即第二带轮)、同步带21、穿线套22、左线缆23、右线缆24、云台架25、编码器26、导电滑环27、云台盖28、出线缆29和格莱圈30。

机身1上方为云台2，二者之间通过云台架25相连接，云台架25呈中空，中间线缆可供通过，机身1结构用来固定两侧的左筒体3和右筒体4，筒体可在安装在机身1内部的滚筒电机6驱动，沿机身1轴心同步转动，实现摄像设备的俯仰。

云台2内部的云台电机5又可以驱动左右筒体作为一个整体环绕云台2中心轴作水平方向转动，实现摄像设备的转向。

机身1中间位置安装有滚筒电机6，该滚筒电机6呈中空，两侧各固定穿线套22，穿线套22与滚筒电机6的中心轴同轴，下面以右筒体4一侧的结构进行详细说明：

穿线套22的一侧固定滚筒电机6，另一侧固定轴承座17，在轴承座17的另一侧法兰固定右转盘14，右转盘14上固定有固定支架10，固定支架10上组装摄像机8和补光灯11，在轴承座17的上方设置有穿线口，可供摄像机8及补光灯11的线缆通过。

在轴承座17的中部设置有台阶轴，台阶轴上镶嵌油封轴承18的内圈，油封轴承18的外圈与右骨架16的内孔镶配，同时右骨架16与机身1固定到一起；同时，右转盘14的外缘又作为右筒体4的支撑与右筒体4的内侧面相固定，这样，滚筒电机6转动时，会驱动穿线套22，轴承座17，右转盘14，固定支架10及其上所安装的摄像机8与补光灯11，还包括右筒体4，作为一个整体被滚筒电机6驱动旋转。来实现筒体及内部设备在垂直方向上的俯仰动作。

同时，在右筒体4与机身1右侧的台阶槽内，嵌入尺寸匹配的格莱圈30，格莱圈30的基座套在筒体颈部外侧，其上的O型圈与机身1的台阶槽相接，为筒体与机身的相对运动提供了防护。

对于左侧，部件为滚筒电机6左侧、穿线套22、轴承座17、左转盘13、固定支架10、热像仪9及激光测距仪12，安装与运动关系与右侧大致相同，不再赘述。以上组件与左筒体34作为一个整体，被滚筒电机6的左侧驱动进行旋转，来实现热像仪9及激光测距仪12的俯仰动作。

以上垂直方向的俯仰旋转，只需要±90度即可涵盖一个方向的所有视角，所以此处对线缆的扭动只在±90度，不会发生过度扭线，一般此处没必要加入导电滑27环，但在轴承座17中已经预留导电滑27环空间，如有特殊需求，可以此处套入导电滑环27，可实现无限制旋转。在此没有设置导电滑环27的案例中，为防止过渡扭线，可在滚筒与机身之间设置限位块，使其仅在一定角度范围内旋转。

对于云台水平方向，左筒体3与右筒体4同机身1一起作为一个整体通过与云台架25与云台电机5底部相连，云台电机5固定在云台2上，云台电机5吊装上述一体组件进行水平方向的运动旋转。

云台电机5的控制器7也安装在云台2内部，云台2底部中空，与云台电机5的中空转轴不相干涉，所以云台电机5与控制器7都相对云台为一个整体，当云台电机5驱动其下机身组件整体时，就可实现机身一体组件在水平方向的旋转，云台电机5的中空轴穿入导电滑环27，机身1内部的设备线缆通过导电滑环27连接，导电滑环27上端引出出线缆29，出线缆29穿过云台盖28进入外围设备内，可将摄像数据上传。

由于无论云台电机5还是滚筒电机6都是设置中空轴，以利于线缆及导电滑环29的穿入，但由于用于反馈电机转子角度的编码器26必须安装在电机的轴心位置，这就带来了线缆和滑环不能穿入直通的问题。

为解决上述问题，本实施例采用将电机中轴加入同步带轮的方式，将电机中轴的运动转移到小带轮20，从而将转轴中心移植到电机外部，由编码器26读取小带轮20的转动位置，就解决了此问题。如图3所示，滚筒电机6的右侧穿线套22外装大带轮19，大带轮19通过同步带21驱动小带轮20旋转，小带轮20携带的磁条便可将位置信息反馈到其上安装的编码器26，编码器26将数据接入到控制器7中，控制器7再将滚筒电机6的位置信息上传到外围设备，从而实现对滚筒电机6位置的精确读取。同样对于云台电机5也是如此设置编码器26，不同的是大带轮19固定在导电滑环27上，与滑环一起转动，将运动位置传递给小带轮20，再通过编码器26上传到控制器7，来实现水平方向的位置读取。

在云台上方安装云台盖，云台盖28具备密封结构，从事实现多功能云台的整体防护。

实施例2：

本发明实施例2提供了一种隧道巡检机器人，包括实施例1所述的多功能云台。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于隧道巡检的多功能云台，其特征在于：

包括：机身和云台，机身与云台通过中空的云台架连接；

机身的一侧设有透明材质的第一筒体，第一筒体内设有至少一个探测元件，第一筒体能够在机身内部的第一电机驱动下沿机身轴心转动；

机身通过云台架与云台内部的第二电机传动轴连接，第一筒体能够在第二电机驱动下沿云台的轴心转动。

2.如权利要求1所述的用于隧道巡检的多功能云台，其特征在于：

还包括第一穿线套，第一穿线套的一侧与第一电机的一侧固定连接，第一穿线套的另一侧与第一轴承座的一侧连接，第一轴承座的另一侧的法兰与第一转盘的一侧连接，第一转盘的另一侧设有第一固定支架，第一固定支架上设有至少一个检测元件；

第一轴承座的中部设置有第一台阶轴，第一台阶轴上镶嵌第一油封轴承的内圈，第一油封轴承的外圈与第一骨架的内孔镶配，第一骨架与机身固定连接，第一转盘的外缘与第一筒体的内侧面固定连接。

3.如权利要求2所述的用于隧道巡检的多功能云台，其特征在于：

第一固定支架上的检测元件至少包括摄像机，第一固定支架上的还设有补光灯；

或者，

还包括格莱圈，格莱圈的基座套在筒体颈部外侧，格莱圈的O型圈与机身的台阶槽连接；

或者，

第一穿线套的另一侧设有第一带轮，第一带轮通过同步带驱动第二带轮旋转，第二带轮的磁条与第一编码器位置匹配，第一编码器用于采集并发送第二带轮的转动数据；

或者，

第一轴承座内设有导电滑环；

或者，

第一滚筒与机身之间设置限位块。

4.如权利要求1所述的用于隧道巡检的多功能云台，其特征在于：

机身的另一侧设有透明材质的第二筒体，第二筒体内设有至少一个探测元件，第二筒体能够在机身内部的第一电机驱动下与第一筒体一起沿机身轴心转动，且第二筒体能够在第二电机驱动下与第一筒体一起沿云台的轴心转动。

5.如权利要求4所述的用于隧道巡检的多功能云台，其特征在于：

还包括第二穿线套，第二穿线套的一侧与第一电机的另一侧固定连接，第二穿线套的另一侧与第二轴承座的一侧连接，第二轴承座的另一侧的法兰与第二转盘的一侧连接，第二转盘的另一侧设有第二固定支架，第二固定支架上设有至少一个检测元件；

第二轴承座的中部设置有第二台阶轴，第二台阶轴上镶嵌第二油封轴承的内圈，第二油封轴承的外圈与第二骨架的内孔镶配，第二骨架与机身固定连接，第二转盘的外缘与第二筒体的内侧面固定连接。

6.如权利要求5所述的用于隧道巡检的多功能云台，其特征在于：

第二固定支架上的检测元件至少包括热像仪和测距仪；

或者，

还包括格莱圈，格莱圈的基座套在筒体颈部外侧，格莱圈的O型圈与机身的台阶槽连接；

或者，

第二穿线套的另一侧设有第三带轮，第三带轮通过同步带驱动第四带轮旋转，第三带轮的磁条与第二编码器位置匹配，第二编码器用于采集并发送第四带轮的转动数据；

或者，

第二轴承座内设有导电滑环；

或者，

第二滚筒与机身之间设置限位块。

7.如权利要求1所述的用于隧道巡检的多功能云台，其特征在于：

第一电机和第二电机的转轴均为中空转轴，第二电机的中空轴穿入导电滑环，机身内部的设备线缆通过导电滑环连接，导电滑环的一端与出线缆连接，出线缆用于穿过云台盖进入外围设备。

8.如权利要求7所述的用于隧道巡检的多功能云台，其特征在于：

导电滑环上设有第五带轮，第五带轮通过同步带驱动第六带轮旋转，第六带轮的磁条与第三编码器位置匹配，第三编码器用于采集并发送第六带轮的转动数据。

9.一种用于隧道巡检的多功能云台的工作方法，其特征在于：

利用权利要求1-8任一项所述的用于隧道巡检的多功能云台，包括以下过程：

第一电机转动时，驱动第一筒体和/或第二筒体转动，进而带动第一筒体和/或第二筒体及内部设备在垂直方向上的俯仰动作；

第二电机转动时，驱动第一筒体和/或第二筒体转动，进而带动第一筒体和/或第二筒体及内部设备在水平方向上的运动。

10.一种隧道巡检机器人，其特征在于：

包括权利要求1-8任一项所述的用于隧道巡检的多功能云台。

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