CN116480896A - 云台机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种云台机构，包括底座、第一驱动装置、控制系统和第一阻尼结构。第一驱动装置包括第一电机、第一输出齿轮和支架。第一电机固定于底座上，第一电机与第一输出齿轮传动相连，以驱动第一输出齿轮旋转。第一输出齿轮转动安装于底座上。支架固定于第一输出齿轮上，支架用于安装拍摄设备。控制系统包括第一编码器组件和控制器，第一编码器组件与控制器电连接，控制器与第一电机电连接。第一阻尼结构用于提供阻碍第一输出齿轮旋转的摩擦力，以使第一电机停止工作时，使第一输出齿轮的位置不变。相比于现有技术，本发明的云台机构能够消除回程间隙对云台机构的位置精度的影响。

Description

云台机构

技术领域

本发明涉及视频采集技术领域，特别是涉及一种云台机构。

背景技术

云台是拍摄设备的支撑平台，通常包括驱动装置和控制系统。驱动装置包括电机，驱动装置用于使拍摄设备旋转。现有技术中，控制系统通常通过编码器监测电机输出轴的角位移，并据此计算拍摄设备的角位移。但受到回程间隙的影响，拍摄设备的实际旋转角度与计算旋转角度之间存在一定差距，降低了云台机构的位置精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种云台机构，用于消除回程间隙对云台机构的位置精度的影响。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种云台机构，包括：底座；

第一驱动装置，所述第一驱动装置包括第一电机、第一输出齿轮和支架；所述第一电机固定于所述底座上，所述第一电机与所述第一输出齿轮传动相连，以驱动所述第一输出齿轮旋转；所述第一输出齿轮转动安装于所述底座上；所述支架固定于所述第一输出齿轮上，所述支架用于安装拍摄设备；

控制系统，所述控制系统包括第一编码器组件和控制器，所述第一编码器组件与所述控制器电连接，所述控制器与所述第一电机电连接；所述第一编码器组件用于监测所述第一输出齿轮的实际角度并将其传输至所述控制器，所述控制器用于控制所述第一电机的动作；

第一阻尼结构，所述第一阻尼结构用于提供阻碍所述第一输出齿轮旋转的摩擦力，以使所述第一电机停止工作时，使所述第一输出齿轮的位置不变。

优选地，所述第一阻尼结构包括阻尼件，所述阻尼件同时与所述底座和所述第一输出齿轮接触。

优选地，所述第一阻尼结构还包括锁紧件，所述锁紧件用于施加使所述第一输出齿轮与所述底座相互靠近的锁紧力，以使所述第一输出齿轮与所述底座挤压所述阻尼件。

优选地，所述锁紧件与所述第一输出齿轮固定相连；

所述第一编码器组件包括第一磁编码器和第一磁铁，所述第一磁铁与所述锁紧件固定相连，所述第一磁编码器固定于所述底座上；所述第一输出齿轮、所述第一磁铁和所述第一磁编码器共轴线。

优选地，所述锁紧件包括安装座和沉头钉；所述安装座与所述底座远离所述第一输出齿轮的一侧滑动接触；所述沉头钉的钉身穿过所述安装座且与所述第一输出齿轮固定连接，所述沉头钉的钉头与所述安装座相抵，以将所述第一输出齿轮与所述安装座固定相连；所述第一磁铁固定于所述安装座上；所述安装座、所述沉头钉、所述第一磁铁共轴线。

优选地，所述云台机构还包括第二驱动装置，所述第二驱动装置包括第二电机和第二输出齿轮；所述第二电机固定于所述支架上，所述第二电机与所述第二输出齿轮传动相连，以驱动所述第二输出齿轮旋转；所述第二输出齿轮的轴线与所述第一输出齿轮的轴线垂直；

所述第二输出齿轮用于与所述拍摄设备固定相连，以驱动所述拍摄设备旋转；所述支架用于与所述拍摄设备转动相连，以支撑所述拍摄设备；

所述控制系统包括第二编码器组件，所述第二编码器组件与所述控制器电连接，所述控制器与所述第二电机电连接；所述第二编码器组件用于监测所述第二输出齿轮的实际角度并将其传输至所述控制器，所述控制器用于控制所述第二电机的动作。

优选地，所述云台机构还包括第二阻尼结构，所述第二阻尼结构用于提供阻碍所述第二输出齿轮旋转的摩擦力，以使所述第二电机停止工作时，使所述第二输出齿轮的位置不变。

优选地，所述第二阻尼结构为所述第二输出齿轮与所述支架之间的过盈配合结构。

优选地，所述第二编码器组件包括第二磁编码器和第二磁铁，所述第二磁铁与所述第二输出齿轮固定相连，所述第二磁编码器固定于所述支架上；所述第二输出齿轮、所述第二磁铁和所述第二磁编码器共轴线。

优选地，所述控制器包括固定于所述底座上的电机驱动PCB；

所述第一编码器组件与所述电机驱动PCB电连接，所述电机驱动PCB与所述第一电机电连接；

所述支架上固定有俯仰检测PCB，所述第二编码器组件与所述俯仰检测PCB电连接，所述俯仰检测PCB与所述电机驱动PCB电连接，所述电机驱动PCB与所述第二电机电连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明中，控制系统并非监测第一电机的输出轴的角度，而是监测第一输出齿轮的角度，因此不会受到第一驱动装置的回程间隙的影响。当第一输出齿轮转动至指定位置后，第一电机停止工作，第一输出齿轮在摩擦力的作用下停止转动且保持位置不变。因此，本实施例的云台机构能够提高第一输出齿轮的位置精度，进而提高间接安装在第一输出齿轮上的拍摄设备的位置精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例云台机构水平和俯仰旋转均为0°时的俯视图；

图2为本发明实施例云台机构水平和俯仰旋转均为0°时，前视方向的剖面图；

图3本发明实施例云台机构水平和俯仰旋转均为0°时的前视图；

图4为本发明实施例云台机构水平和俯仰旋转均为0°时的右视图；

图5为本发明实施例云台机构水平和俯仰旋转均为0°时的左视图；

图6为本发明实施例云台机构水平旋转45°，俯仰旋转为0°时的俯视图；

图7为本发明实施例云台机构水平旋转-45°，俯仰旋转为0°时的俯视图；

图8为本发明实施例云台机构水平旋转0°，俯仰旋转为-18°时的左视图；

图9为本发明实施例云台机构水平旋转0°，俯仰旋转为18°时的左视图；

图10为本发明实施例云台机构水平旋转0°，俯仰旋转为-18°时的轴测图；

图11为本发明实施例云台机构另一个方向的轴测图。

附图标记说明：1-底座；2-带扇形齿轮的U型支架；3-固定座；4-拍摄设备；5-传输线缆；6-第一电机；7-第一蜗杆；8-第一双联齿轮；9-第一电机的电机线；10-第一磁铁；11-第一磁编码器；12-第二电机；13-第二蜗杆；14-第二双联齿轮；15-第二电机的电机线；16-第二磁铁；17-第二磁编码器；18-第二输出齿轮；19-安装座；20-阻尼件；21-电机驱动PCB；22-俯仰检测PCB；23-视频线缆；24-沉头钉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种云台机构，用于消除回程间隙对云台机构的位置精度的影响。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本实施例中的固定相连，可以是直接固定相连(直接接触)，也可以是间接固定相连(不接触)。固定相连的方式，可以是通过紧固件固定等可拆卸式固定相连方式，也可以是焊接、粘接等不可拆卸式固定相连方式。本实施例的附图中，第一驱动装置用于调整拍摄设备的水平角度，第二驱动装置用于调整拍摄设备的俯仰角度。

参照图1～图11，本实施例提供一种云台机构，包括底座1、第一驱动装置、控制系统和第一阻尼结构。

其中，第一驱动装置包括第一电机6、第一输出齿轮和支架。第一电机6固定于底座1上，第一电机6与第一输出齿轮传动相连，以驱动第一输出齿轮旋转。第一输出齿轮转动安装于底座1上。支架固定于第一输出齿轮上，支架用于安装拍摄设备4。拍摄设备4可以通过视频线缆23输出拍摄数据，也可以通过无线传输的方式输出拍摄数据。作为一种可能的示例，本实施例中，第一输出齿轮为扇形齿轮，支架为U型支架，U型支架的开口朝向远离底座1的一侧。由于支架与第一输出齿轮固定为一个整体，附图中以带扇形齿轮的U型支架2表示这个整体。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以选择其它形式的第一输出齿轮和支架，例如第一输出齿轮为圆形齿轮，支架为方框形状的支架。

控制系统包括第一编码器组件和控制器，第一编码器组件与控制器电连接，控制器与第一电机6电连接。第一编码器组件用于监测第一输出齿轮的实际角度并将其传输至控制器，控制器用于控制第一电机6的动作。

第一阻尼结构用于提供阻碍第一输出齿轮旋转的摩擦力，以使第一电机6停止工作时，使第一输出齿轮的位置不变。

该云台机构的工作原理如下：

本实施例中，控制系统并非监测第一电机6的输出轴(第一驱动装置的传动链初始端)的角度，而是监测第一输出齿轮(第一驱动装置的传动链终端)的角度，因此不会受到第一驱动装置的回程间隙的影响。当第一输出齿轮转动至指定位置后，第一电机6停止工作，第一输出齿轮在摩擦力的作用下停止转动且保持位置不变。由于第一输出齿轮的转速较低且摩擦力较大，其惯性滑动距离近似为零。因此，本实施例的云台机构能够提高第一输出齿轮的位置精度，进而提高间接安装在第一输出齿轮上的拍摄设备4的位置精度。

作为一种可能的示例，本实施例中，第一阻尼结构包括阻尼件20，阻尼件20同时与底座1和第一输出齿轮接触。阻尼件20可以是橡胶材质，也可以是硅胶等其它材质，本领域技术人可以根据实际的摩擦系数需要选择具有相应摩擦系数的材质。

作为一种可能的示例，本实施例中，第一输出齿轮与底座1之间形成用于嵌入阻尼件20的容置槽，以限制阻尼件20的位置。

作为一种可能的示例，本实施例中，阻尼件20为圆环状，容置槽相应地也为圆环状，阻尼件20和容置槽与第一输出齿轮共轴线。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以选择其它形状的阻尼件20。例如，阻尼件20包括多个且为方块状，多个方块状阻尼件以第一输出齿轮的轴线为中心呈圆周阵列分布，底座1上设置与方块状阻尼件相应的容置槽。

作为一种可能的示例，本实施例中，第一阻尼结构还包括锁紧件，锁紧件用于施加使第一输出齿轮与底座1相互靠近的锁紧力，以使第一输出齿轮与底座1挤压阻尼件20，保持一定的摩擦力。锁紧件的类型有多种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。例如，锁紧件可以包括螺栓、螺母和弹簧，螺母位于第一输出齿轮远离底座1的一侧，螺栓的螺杆部分依次穿过底座1和第一输出齿轮，螺栓的螺杆部分与螺母螺纹连接，螺栓的螺头部分位于底座1远离第一输出齿轮的一侧，弹簧套设于螺栓的螺杆部分外侧，弹簧的两端分别与螺栓的螺头部分、底座1相抵，弹簧被压缩。这样，可以通过弹簧提供锁紧力，使第一输出齿轮与底座1挤压阻尼件20。

作为一种可能的示例，本实施例中，锁紧件与第一输出齿轮固定相连，以使锁紧件与第一输出齿轮同步旋转。第一编码器组件包括第一磁编码器11和第一磁铁10，第一磁铁10与锁紧件固定相连，以使第一磁铁10与第一输出齿轮同步旋转。第一磁编码器11固定于底座1上，第一磁编码器11用于感应第一磁铁10的角度，并将该角度信息传输至控制器。第一输出齿轮、第一磁铁10和第一磁编码器11共轴线。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以选择其它类型的常用编码器组件，例如光电编码器组件等。

作为一种可能的示例，本实施例中，锁紧件包括安装座19和沉头钉24。安装座19与底座1远离第一输出齿轮的一侧滑动接触。沉头钉24的钉身穿过安装座19且与第一输出齿轮固定连接，沉头钉24的钉头与安装座19相抵，以将第一输出齿轮与安装座19固定相连。第一磁铁10固定于安装座19上。安装座19、沉头钉24、第一磁铁10共轴线。

作为一种可能的示例，本实施例中，安装座19上设有用于安装第一磁铁10的安装凹槽，第一磁铁10固定在该安装凹槽内。安装座19正对第一输出齿轮的表面设有凹槽，第一输出齿轮正对安装座19的表面设有凸起，凸起与凹槽插接配合，凸起和凹槽均与第一输出齿轮共轴线。

作为一种可能的示例，本实施例中，该云台机构还包括第二驱动装置，第二驱动装置包括第二电机12和第二输出齿轮18。第二电机12固定于支架上，第二电机12与第二输出齿轮18传动相连，以驱动第二输出齿轮18旋转。第二输出齿轮18的轴线与第一输出齿轮的轴线垂直。在使用时，通常使第一输出齿轮的轴线竖直设置，第二输出齿轮18的轴线水平设置。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以选择其它角度。

第二输出齿轮18用于与拍摄设备4固定相连，以驱动拍摄设备4旋转。支架用于与拍摄设备4转动相连，以支撑拍摄设备4。具体的，本实施例中，拍摄设备4固定在固定座3内，固定座3与支架转动相连，以此实现支架与拍摄设备4的间接转动相连。可以理解的是，支架与拍摄设备4转动连接位置的转动轴线应与第二输出齿轮18的轴线共线。

控制系统包括第二编码器组件，第二编码器组件与控制器电连接，控制器与第二电机12电连接。第二编码器组件用于监测第二输出齿轮18的实际角度并将其传输至控制器，控制器用于控制第二电机12的动作。控制系统并非监测第二电机12的输出轴(第二驱动装置的传动链初始端)的角度，而是监测第二输出齿轮18(第二驱动装置的传动链终端)的角度，因此不会受到第二驱动装置的回程间隙的影响。

本实施例通过同时设置第一驱动装置和第二驱动装置，使云台机构能够更好地调整拍摄设备4的角度。

作为一种可能的示例，本实施例中，该云台机构还包括第二阻尼结构，第二阻尼结构用于提供阻碍第二输出齿轮18旋转的摩擦力，以使第二电机12停止工作时，使第二输出齿轮18的位置不变。当第二输出齿轮18转动至指定位置后，第二电机12停止工作，第二输出齿轮18在摩擦力的作用下停止转动且保持位置不变。

作为一种可能的示例，本实施例中，第二阻尼结构为第二输出齿轮18与支架之间的过盈配合结构。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以选择其它形式的第二阻尼结构。例如，在第二输出齿轮18与支架的接触面间(转动接触位置)设置阻尼橡胶圈。

作为一种可能的示例，本实施例中，第二编码器组件包括第二磁编码器17和第二磁铁16，第二磁铁16与第二输出齿轮18固定相连，第二磁编码器17固定于支架上，第二磁编码器17用于感应第二磁铁16的角度。第二输出齿轮18、第二磁铁16和第二磁编码器17共轴线。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以选择其它类型的常用编码器组件，例如光电编码器组件等。

作为一种可能的示例，本实施例中，控制器包括固定于底座1上的电机驱动PCB21(PCB指印制电路板)。第一编码器组件与电机驱动PCB21电连接，电机驱动PCB21与第一电机6电连接。第一编码器组件将第一输出齿轮的实际角度传输至电机驱动PCB21，电机驱动PCB21对该实际角度进行计算处理后控制第一电机6的动作。

支架上固定有俯仰检测PCB22，第二编码器组件与俯仰检测PCB22电连接，俯仰检测PCB22与电机驱动PCB21电连接，电机驱动PCB21与第二电机12电连接。第二编码器组件将第二输出齿轮18的实际角度传输至俯仰检测PCB22，再由俯仰检测PCB22传输至电机驱动PCB21(具体是通过传输线缆5连接)，电机驱动PCB21对该实际角度进行计算处理后控制第二电机12的动作。

作为一种可能的示例，本实施例中，第一磁铁10和第二磁铁16均为钕铁硼磁铁。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以选择其它类型的磁铁。

作为一种可能的示例，本实施例中，第一驱动装置包括第一蜗杆7、第一蜗轮、第一输入齿轮和第一销轴，第一电机6的输出轴与第一蜗杆7固定相连且共轴线，第一蜗杆7与第一蜗轮啮合，第一蜗轮与第一输入齿轮固定在第一销轴上，第一输入齿轮与第一输出齿轮啮合。第二驱动装置包括第二蜗杆13、第二蜗轮、第二输入齿轮和第二销轴，第二电机12的输出轴与第二蜗杆13固定相连且共轴线，第二蜗杆13与第二蜗轮啮合，第二蜗轮与第二输入齿轮固定在第二销轴上，第二输入齿轮与第二输出齿轮18啮合。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可以选择其它类型的第一驱动装置和第二驱动装置，只要能够驱动第一输出齿轮和第二输出齿轮18旋转即可。本实施例中，第一驱动装置和第二驱动装置均使用了蜗轮蜗杆减速机构，本领域技术人员也可以选择其它类型的减速机构或采用自带减速机构的减速电机。为了减小云台机构的尺寸，第一电机6和第二电机12可以选择微型永磁式步进电机。

需要说明的是，为了减轻重量、降低成本，第一驱动装置和第二驱动装置中，电机以外的传动部件通常选择塑胶材质。塑胶蜗轮加工困难，造价相对较高，塑胶斜齿轮加工容易，造价相对较低。负载小的情况下，斜齿轮可替代蜗轮。因此，本实施例中，第一蜗轮和第二蜗轮可以是蜗轮，也可以是形状近似蜗轮的斜齿轮。当第一蜗轮和第二蜗轮为斜齿轮时，第一蜗轮与第一输入齿轮组成第一双联齿轮8，第二蜗轮与第二输入齿轮组成第二双联齿轮14。

作为一种可能的示例，本实施例中，拍摄设备4的配备14mm镜头，整个云台机构的长度为54mm，宽度为52mm，高度为35mm，拍摄设备4的水平旋转范围是-45°至+45°，俯仰旋转范围是-18°至+18°，拍摄设备4的重复定位精度不大于0.15°，20cm范围内噪音不大于40dB。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种云台机构，其特征在于，包括：底座；

第一驱动装置，所述第一驱动装置包括第一电机、第一输出齿轮和支架；所述第一电机固定于所述底座上，所述第一电机与所述第一输出齿轮传动相连，以驱动所述第一输出齿轮旋转；所述第一输出齿轮转动安装于所述底座上；所述支架固定于所述第一输出齿轮上，所述支架用于安装拍摄设备；

控制系统，所述控制系统包括第一编码器组件和控制器，所述第一编码器组件与所述控制器电连接，所述控制器与所述第一电机电连接；所述第一编码器组件用于监测所述第一输出齿轮的实际角度并将其传输至所述控制器，所述控制器用于控制所述第一电机的动作；

第一阻尼结构，所述第一阻尼结构用于提供阻碍所述第一输出齿轮旋转的摩擦力，以使所述第一电机停止工作时，使所述第一输出齿轮的位置不变。

2.根据权利要求1所述的云台机构，其特征在于，所述第一阻尼结构包括阻尼件，所述阻尼件同时与所述底座和所述第一输出齿轮接触。

3.根据权利要求2所述的云台机构，其特征在于，所述第一阻尼结构还包括锁紧件，所述锁紧件用于施加使所述第一输出齿轮与所述底座相互靠近的锁紧力，以使所述第一输出齿轮与所述底座挤压所述阻尼件。

4.根据权利要求3所述的云台机构，其特征在于，所述锁紧件与所述第一输出齿轮固定相连；

所述第一编码器组件包括第一磁编码器和第一磁铁，所述第一磁铁与所述锁紧件固定相连，所述第一磁编码器固定于所述底座上；所述第一输出齿轮、所述第一磁铁和所述第一磁编码器共轴线。

5.根据权利要求4所述的云台机构，其特征在于，所述锁紧件包括安装座和沉头钉；所述安装座与所述底座远离所述第一输出齿轮的一侧滑动接触；所述沉头钉的钉身穿过所述安装座且与所述第一输出齿轮固定连接，所述沉头钉的钉头与所述安装座相抵，以将所述第一输出齿轮与所述安装座固定相连；所述第一磁铁固定于所述安装座上；所述安装座、所述沉头钉、所述第一磁铁共轴线。

6.根据权利要求1所述的云台机构，其特征在于，还包括第二驱动装置，所述第二驱动装置包括第二电机和第二输出齿轮；所述第二电机固定于所述支架上，所述第二电机与所述第二输出齿轮传动相连，以驱动所述第二输出齿轮旋转；所述第二输出齿轮的轴线与所述第一输出齿轮的轴线垂直；

所述第二输出齿轮用于与所述拍摄设备固定相连，以驱动所述拍摄设备旋转；所述支架用于与所述拍摄设备转动相连，以支撑所述拍摄设备；

所述控制系统包括第二编码器组件，所述第二编码器组件与所述控制器电连接，所述控制器与所述第二电机电连接；所述第二编码器组件用于监测所述第二输出齿轮的实际角度并将其传输至所述控制器，所述控制器用于控制所述第二电机的动作。

7.根据权利要求6所述的云台机构，其特征在于，还包括第二阻尼结构，所述第二阻尼结构用于提供阻碍所述第二输出齿轮旋转的摩擦力，以使所述第二电机停止工作时，使所述第二输出齿轮的位置不变。

8.根据权利要求7所述的云台机构，其特征在于，所述第二阻尼结构为所述第二输出齿轮与所述支架之间的过盈配合结构。

9.根据权利要求6所述的云台机构，其特征在于，所述第二编码器组件包括第二磁编码器和第二磁铁，所述第二磁铁与所述第二输出齿轮固定相连，所述第二磁编码器固定于所述支架上；所述第二输出齿轮、所述第二磁铁和所述第二磁编码器共轴线。

10.根据权利要求6所述的云台机构，其特征在于，所述控制器包括固定于所述底座上的电机驱动PCB；

所述第一编码器组件与所述电机驱动PCB电连接，所述电机驱动PCB与所述第一电机电连接；

所述支架上固定有俯仰检测PCB，所述第二编码器组件与所述俯仰检测PCB电连接，所述俯仰检测PCB与所述电机驱动PCB电连接，所述电机驱动PCB与所述第二电机电连接。