CN1308612C - 双自由度云台 - Google Patents

Abstract

一种双自由度云台，属于可控载荷平台，其电机(1)轴上的蜗杆(3)与箱体(8)中的蜗轮(5)啮合，上轴(10)穿过蜗轮(5)并通过设置在上箱体(8)两个侧壁上的轴承穿出后与支架(7)固定连接；电机(2)轴上的蜗杆(4)与下箱体(9)中的蜗轮(6)啮合，下轴(11)穿过蜗轮(6)、下箱体(9)的上壁后伸入上箱体(8)中，并分别与蜗轮(6)和箱体(8)固定连接；蜗轮(5)与上轴(10)穿出的箱体(8)的两个侧面壁平行，蜗轮(6)则与蜗轮(5)垂直。本发明设计新颖、简单、紧凑，尤其是可实现精确控制，可用于跟踪、摄像、声像、监测、机器人计算机视屏、电信会议等。

Description

双自由度云台

技术领域

本发明涉及一种双自由度云台，属于可控载荷平台，它可以带动着其负载在两个相互垂直的平面内转动，该转动可以是单独的也可以是同时的，以用于跟踪、摄像、声像、监测、机器人计算机视屏、电信会议等。

背景技术

现有双自由度云台中，名称为“小型电动云台”(CN2092015U)的专利文件公开了一种可在竖直和水平两个平面内实现转动的双自由度云台。该云台包括上体、下体以及相应的减速传动机构，可利用直流电机实现相应功能，且结构紧凑、体积小。发明名称为“无线遥控云台式探照灯”(CN1301933A)的专利文件公开了一种设有包括蜗杆、蜗轮在内的水平转动机构和仰俯转动机构，并能够遥控操作的云台。该装置采用直流电机驱动，可以在一定范围内的任意地方，对探照目标进行搜索、探测照射。

这种两种云台与现有的其它云台相比，具有结构紧凑、体积小等特点，但是仍存在着以下不足：首先，其传动机构都较为复杂，如“小型电动云台”(CN2092015U)中的传动机构，在上体上有两个电机，电机轴上都套有齿轮，两个齿轮同时与双联齿轮轴上的大齿轮组成一级齿轮副，然后双联齿轮轴上的小齿轮又与双联齿轮轴上的大齿轮组成一级齿轮副，接着双联齿轮轴上的小齿轮与蜗杆齿轮轴上的大齿轮组成第三级齿轮副，下体中的减速传动机构则有四级；“无线遥控云台式探照灯”(CN1301933A)中描述的水平传动机构除了包括电机、蜗杆、蜗轮、转动轴外，还包括水平支架、两个齿轮以及水平圆板等，仰俯传动机构则除了包括电机、蜗杆、蜗轮外，还包括仰俯支撑架、两个齿轮以及一个矩形齿轴、转动臂等。其次，包括这两篇文献在内的现有技术中，也都没有关于判断云台传动机构的蜗轮转动位置的技术措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、紧凑、易于操作，且可以通过与计算机系统连接判断蜗轮转动位置并进而可实现对云台实现自动控制的双自由度云台。

本发明目的是这样实现的：双自由度云台，其中一个电机的轴上设有蜗杆，该蜗杆通过上箱体壁上的孔穿入后与箱体中的一个蜗轮啮合形成传动副，上轴垂直穿过该蜗轮并与之固定连接，且上轴通过设置在上箱体两个侧壁上的轴承穿出后与一个支架固定连接；另一个电机的轴上设有另一个蜗杆，该蜗杆通过下箱体壁上的孔穿入后与下箱体中的另一个蜗轮啮合形成传动副，下轴先后垂直穿过该蜗轮、下箱体的上壁后伸入上箱体中，并分别与下箱体中的蜗轮和上箱体固定连接；上箱体中的蜗轮与上轴穿出的上箱体壁的两个侧面平行，下箱体中的蜗轮则与上箱体中的蜗轮垂直；其特征在于：两个蜗轮上均设有限位板，两个箱体内壁上均固定有光电合件，限位板的突缘在蜗轮转动过程中可经过光电合件的开关。

限位板可以通过以下方式固定在蜗轮上：在蜗轮的一侧设有凹槽，用若干个螺钉将限位板固定在凹槽内；或者在蜗轮的一侧设有凹槽，且同时在这一侧的中心位置设置一个突肩，而限位板的一端设置凹进部分，在用螺钉将限位板固定在蜗轮凹槽内的同时，使限位板的凹进部分卡在蜗轮的突肩上。

蜗轮的另一侧还可以设有突轴，该突轴壁上设有长形开口，上轴和下轴分别通过螺钉和卡子卡紧在该突轴上以与蜗轮实现固定连接。

本发明进一步限定技术方案是：下箱体外壁上设有线盒，下轴为中空，光电合件和第一个电机的电缆线从下轴中心穿过接入线盒中。

本发明结构简单、紧凑，成本低，操作简便，可以实现云台负载在两个平面内的转动。而且，本发明的云台可以实现与计算机控制系统的联合使用，以更加快速而准确的判断蜗轮的位置，以及相应的云台上负载的位置，并对云台的转动进行自动控制；有关连接方式牢固、可靠，易于操作。

进一步限定的技术方案则使整个装置更加紧凑，而且电缆线内置使其损坏的机会大大减少。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明内部结构示意图；图2是本发明组装后的示意图；图3是限位板与蜗轮组合示意图；图4是光电合件。图中：1-电机，2-电机，3-蜗杆，4-蜗杆，5-蜗轮，6-蜗轮，7-支架，8-上箱体，9-下箱体，10-上轴，11-下轴，12-限位板，13-光电合件，14-线盒。

具体实施方式

一种双自由度云台，电机1的轴上设置的蜗杆3穿过上箱体8的一个壁后与位于该箱体中的蜗轮5啮合形成传动副，上轴10垂直穿过蜗轮5的中心，两端通过设置在上箱体8侧壁的轴承穿出箱体后分别与支架7的两个侧面板固定连接。上轴10可以通过焊接或者利用销钉或者螺母夹紧方式与支架7的两个侧面板固定。电机2的轴上设置的蜗杆4穿过下箱体9的一个壁后与位于该箱体中的蜗轮6啮合形成传动副，下轴11垂直穿过蜗轮6中心后向上伸出下箱体9上壁穿入上箱体8中并与上箱体8固定连接，向下可以穿出蜗轮6即可，也可以通过下箱体9底壁上的轴承穿出下箱体9。下轴11与上箱体8连接方式可以是通过销钉，也可以是通过将下轴11在穿过上箱体8下壁的地方焊接或者螺母夹紧的方式连接。上轴10和下轴11分别与蜗轮5和蜗轮6固定连接，其连接方式可以是焊接，也可以是螺纹连接；或者是在蜗轮的一侧的中心处设置一个突轴，在突轴壁上设有长形开口，然后用螺钉和卡子将上轴10和下轴11卡紧在该突轴上。蜗杆3和蜗杆4的设置方式可以是通过相应的凹槽和凸起卡在电机轴上，也可以是使用销钉固定，或者是螺纹连接，还可以在生产电机时将蜗杆直接设置为电机轴的一部分。

蜗轮5尽量与上轴10穿出的上箱体8的两个侧面壁平行，蜗轮6则与蜗轮5尽量垂直，以保证传动精确可靠。

蜗轮5和蜗轮6的一个面上均设有凹槽和突肩，限位板12通过螺钉和将其自身的凹进部分卡在突肩上与蜗轮固定连接。连接方式还可以是不设突肩，直接用若干个螺钉，或者是利用粘结材料将限位板12固定在蜗轮上。光电组合件13固定在上箱体8和下箱体9内壁与限位板12相对应的位置上，以使蜗轮5和蜗轮6转动时，限位板12的突缘刚好通过光电组合件13的开关，对外传递信号。光电组合件13与箱体壁的固定方式可以是焊接，也可以是利用粘结材料粘结，或者是利用箱体壁上开槽卡接。所说的光电合件13是由线路板和光电开关组成的。

下轴11的中部为空，在下箱体9的外壁上设置线盒14，电机1和光电组合件13的各种线可以经过下轴11的中空部分穿出后通过设置在线盒14上的插座接入线盒14中，并在接出线盒14后分别与相应的控制装置相连接。电机2的各种线则无需经过下轴11而直接接入线盒14，并在引出后与有关控制装置相连接。

使用时，开启电机1或/和2，则蜗杆3或/和4在电机带动下转动并将转动传递给蜗轮5或/和6，蜗轮5或/和6带动上轴10或/和下轴11转动。由于上轴10与支架7固定连接，支架7也随着在一定范围内摆动；而且，由于下轴11与上箱体8固定连接并可带动其在一个水平面内转动，而上箱体8又可以通过上轴10带动支架7在一个平面内转动，这样支架7就既可以在一个竖直面内摆动，又可以单独或者同时在一水平面内转动。这里所说的竖直面和水平面上是根据整个装置放置的具体情况而定的。当承载放置并固定在支架7上时，也就随着支架7作相应的运动。

而且，由于限位板12的突缘经过光电组合件13的开关，每经过一次光电开关13就会发出一次光电信号，此信号经过光电组合件整合后通过电缆线传到控制器，从而由控制器计算并通过控制电机的转动来控制云台在两个平面内的转动位置。

为了提高控制的精确度，本发明的电机1和电机2均为步进电机，本发明具体实施方式的双自由度云台蜗轮蜗杆传动比为70∶1，使用型号为42BYGH423B(JB)的步进电机，云台精度为0.0129°。

Claims (4)

1.一种双自由度云台，其中一个电机(1)的轴上设有蜗杆(3)，该蜗杆(3)通过上箱体(8)壁上的孔穿入后与箱体中的一个蜗轮(5)啮合形成传动副，上轴(10)垂直穿过该蜗轮(5)并与之固定连接，且上轴(10)通过设置在上箱体(8)两个侧壁上的轴承穿出后与一个支架(7)固定连接；另一个电机(2)的轴上设有另一个蜗杆(4)，该蜗杆(4)通过下箱体(9)壁上的孔穿入后与下箱体中的另一个蜗轮(6)啮合形成传动副，下轴(11)先后垂直穿过该蜗轮(6)、下箱体(9)的上壁后伸入上箱体(8)中，并分别与下箱体中的蜗轮(6)和上箱体(8)固定连接；上箱体中的蜗轮(5)与上轴(10)穿出的上箱体壁的两个侧面平行，下箱体中的蜗轮(6)则与上箱体中的蜗轮(5)垂直；其特征在于：两个蜗轮上均设有限位板(12)，两个箱体内壁上均固定有光电合件(13)，限位板(12)的突缘在蜗轮转动过程中可经过光电合件(13)的开关。

2.一种如权利要求1所述的双自由度云台，其特征在于：上箱体中的蜗轮(5)和下箱体中的蜗轮(6)的一侧均有凹槽，限位板(12)通过若干个螺钉固定在凹槽内；蜗轮另一侧有突轴，壁上设有长形开口，上轴(10)和下轴(11)均可通过螺钉和卡子固定在蜗轮上。

3.一种如权利要求1所述的双自由度云台，其特征在于：上箱体中的蜗轮(5)和下箱体中的蜗轮(6)的一侧均有设突肩和凹槽，限位板(12)通过螺钉固定在凹槽内，且限位板(12)一端的凹进部分卡在蜗轮的突肩上；蜗轮另一侧有突轴，壁上开有长形开口，上轴(10)和下轴(11)均可通过螺钉和卡子固定在蜗轮上。

4.一种如权利要求2或3所述的双自由度云台，其特征在于：下箱体(9)外壁上设有线盒(14)，下轴(11)为中空，光电合件(13)和电机(1)的电缆线从下轴(11)中心穿过接入线盒(14)中。

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