CN209471371U - 一种二自由度网络化伺服转台装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种二自由度网络化伺服转台装置，可适应多种负载传感器安装、能长期适应多种恶劣环境下安装使用的通用网络化伺服转台装置。包括：方位组件(1)和俯仰组件(2)；所述方位组件位于伺服转台装置的下部，所述俯仰组件安装于方位组件顶端的可水平360°旋转的压盖上，并且方位组件与俯仰组件通过轴孔配合，采用平键连接进行定位及传递力矩，再通过螺栓进行连接固定。

Description

一种二自由度网络化伺服转台装置

技术领域

本实用新型涉及机械电子及信号控制领域，可应用于光电监控、激光测距仪、雷达天线、通讯天线等设备或装置中。

背景技术

随着现代科学和技术的发展，伺服转台应用的范围越来越广。不仅应用于光电监控领域，也可用于其它激光测距、雷达探测、天线通讯等领域。而设备工作的地方可能环境比较恶劣(如高温、高湿、或温度很低，经常刮台风下暴雨、甚至下雪等等)，或是需要架装多种功能的传感器设备，以便于实现相关功能需求。同时为便于快速组装成型为一种具有特定功能的设备，特需要一种通用型的网络化伺服转台。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种二自由度网络化伺服转台装置，可适应多种负载传感器安装、能长期适应多种恶劣环境下安装使用的通用网络化伺服转台装置。

本实用新型通过以下技术方案实现的：

一种二自由度网络化伺服转台装置包括：方位组件(1)和俯仰组件(2)；所述方位组件位于伺服转台装置的下部，所述俯仰组件安装于方位组件顶端的可水平360°旋转的压盖上，并且方位组件与俯仰组件通过轴孔配合，采用平键连接进行定位及传递力矩，再通过螺栓进行连接固定。

进一步地，所述方位组件(1)包括底座支架、遮阳罩、水准泡指示器、方位电动插销、电源模块、伺服控制电路板、电源转接电路板，其内部还含有方位轴、力矩电机、旋转变压器、接近开关、交换机；方位组件中的上外壳、下外壳内开有阶梯孔，该孔内安装有方位轴、力矩电机、旋转变压器，通过伺服控制电路板的采样和驱动，可以控制方位轴及压盖平稳转动，实现不同方位角的转动，所述电源模块、伺服控制电路板、电源转接电路板均集成到方位组件中。

进一步地，所述方位组件中还包括导电滑环，实现方位可连续转圈，并传送电源及信号至俯仰组件。

进一步地，所述电源模块及外壳零件的外表上设置有散热齿，同时电源模块底部设置有导轨式风扇组。

进一步地，所述俯仰组件(2)包括俯仰主壳体、传感器安装板、竖向移动导轨板、前后向移动导轨板、安全挡板、挡雪罩组件、俯仰电动插销组件，其内部还包含俯仰轴、力矩电机、旋转变压器、接近开关、光电开关、跟踪模块、视频切换器、多串口采集板组件、交换机；所述俯仰主壳体左右两端面的中心轴线上开有阶梯孔，且贯穿两端面，孔内安装俯仰轴、力矩电机、旋转变压器，通过伺服控制电路板进行采样和驱动，从而控制俯仰轴平稳转动，通过过渡法兰、传感器连接圈、竖向移动导轨板的力矩传递，使传感器安装板及其上面的传感器，跟随俯仰轴一块转动，从而实现不同俯仰角度的转动。

进一步地，所述竖向移动导轨板采用三轨传动，前后向移动导轨板采用两轨传动。

进一步地，所述俯仰主壳体内部设置有温控加热器，当周围环境温度低到预设温度时激活温控开关进行动作，对设备腔体内部进行加热。

进一步地，所述俯仰组件上方左右两侧设置有挡雪罩组件。

进一步地，在方位组件与俯仰组件贴合的端面上配置有O型圈，确保接触端面的密封性。

进一步地，所述伺服转台装置的承载平台采用左右对称肩扛式结构，左右承载平台可以进行上下调节以及前后调节。

本实用新型的有益效果：

1、可便于集成安装多种尺寸规格的传感器；

2、具有高精度测角及高精度测速功能，从而驱动转台平稳运转；

3、伺服控制电路板组件、电源模块组件、光电跟踪模块组件、视频切换器等集成到方位组件及俯仰组件内部，提高了该装置的集成度，减少了占用空间，便于维护及管理；

4、增加了伺服转台装置的环境温度适用范围，具有一定的抗雨雪冰冻、密封防腐、抗台风的性能；

5、可实现远程操控该装置，便于实现组网应用。

附图说明

图1为本实用新型方位组件结构图；

图2为本实用新型俯仰组件结构图；

其中，1-方位组件、2-俯仰组件、3-底座支架组件、4-传感器安装板、5-传感器连接圈、6-遮阳罩组件、7-竖向移动导轨板、8-挡雪罩组件、9-水泡指示器组件、10-吊环螺钉、11-传感器一、12-传感器二、13-传感器三、14-传感器四、15-电源模块组件、16-方位电动插销组件。

具体实施方式

下面结合图1、图2来具体描述本实用新型的实施。

本实用新型的一种二自由度网络化伺服转台装置包括：方位组件(1)和俯仰组件(2)；所述方位组件位于伺服转台装置的下部，所述俯仰组件安装于方位组件顶端的可水平360°旋转的压盖上，并且方位组件与俯仰组件通过轴孔配合，采用平键连接进行定位及传递力矩，再通过螺栓进行连接固定。方位组件包括底座支架组件、遮阳罩组件、水准泡指示器组件、方位电动插销组件、电源模块组件、伺服控制电路板组件、电源转接电路板组件等，其内部还含有方位轴、导电滑环、力矩电机、旋转变压器、接近开关、交换机等。

方位组件中的上外壳、下外壳内开有阶梯孔，该孔内安装有方位轴、力矩电机、旋转变压器等，通过伺服控制电路板的采样和驱动，可以控制方位轴及压盖平稳转动，从而实现不同方位角的转动，因方位组件中采用了导电滑环，实现了方位可连续转圈，并传送电源及信号至(2)俯仰组件。将电源模块组件、伺服控制电路板组件、电源转接电路板组件均集成到(1)方位组件中，减少了本伺服转台装置安装所需占地面积，减少相关电源及信号线路的连接，便于整体运行维护及管理。并且在电源模块组件及相关外壳零件的外表上设置有散热齿，同时电源模块组件底部设置有导轨式风扇组，既便于增强散热性能，也便于风扇的更换维修。

俯仰组件包括俯仰主壳体组件、传感器安装板、竖向移动导轨板、前后向移动导轨板、安全挡板、挡雪罩组件、俯仰电动插销组件等，其内部还包含俯仰轴、力矩电机、旋转变压器、接近开关、光电开关、跟踪模块、视频切换器、多串口采集板组件、交换机等。俯仰主壳体组件在其左右两端面的中心轴线上开有阶梯孔，且贯穿两端面，该孔内安装有俯仰轴、力矩电机、旋转变压器等，通过伺服控制电路板组件的采样和驱动，可以控制俯仰轴平稳转动。而通过过渡法兰、传感器连接圈、竖向移动导轨板的力矩传递，可使传感器安装板及其上面的传感器，跟随俯仰轴一块转动，从而实现不同俯仰角度的转动。

方位组件中方位轴、力矩电机、旋转变压器、导电滑环、伺服控制电路板组件以及驱动器等联动作用，实现了方位轴顶端压盖的360°水平转动(正常工作位置)；同时通过(2)俯仰组件中的俯仰轴、力矩电机、旋转变压器、伺服控制电路板组件以及驱动器的作用，实现了传感器安装板及其上安装传感器的俯仰转动。因(2)俯仰组件是整体安装在可连续方位360°水平转动的压盖上面，从而该伺服转台装置，实现了传感器安装板及其上安装传感器的二自由度转动能力。

俯仰组件上的竖向移动导轨板采用三轨传动，前后向移动导轨板采用两轨传动，且预留有较为丰富的调节孔位和位置调节余量，从而便于将附图2中所示的传感器1、传感器2、传感器3、传感器4的前后及上下位置进行灵活调整，有利于本转台装置俯仰力矩平衡配重的快速调节到位。更重要的是，其可以在一定范围内适应不同外形尺寸，不同重量的传感器的安装固定要求(需相应在传感器安装板上增加固定孔位，或固定配件)，从而实现了宽承载能力的目的。俯仰组件内的相关电缆通过俯仰轴两端的插座接口从而将信号输出到轴外，根据各传感器选用的实际情况定制专用的电缆及其接口，以便于将俯仰轴两端的电气信号，连接到相关传感器上，以实现数据通讯和控制。

所有电气元器件尽量采用宽范围耐高低温元器件，同时在俯仰主壳体组件腔体内部设置有温控加热器，当周围环境温度低到一定程度则能激活温控开关进行动作，从而对设备腔体内部进行加热，可以使腔体内相比外界提高一定的温度，以保证相关电气件的正常工作。同时由于加热也可以起到除霜，化雪的目的，由此也可以避免俯仰轴被冻结。由此实现该装置宽工作温度范围使用的目的。

整套装置对外接口为AC220V电源接口及RJ45网口，其内部的伺服控制电路板组件及多串口采集板组件的对外通讯接口均配置有以太网接口，从而将该装置网络化，可实现对该伺服转台装置远程控制，也便于实现组网应用。

俯仰组件上方左右两侧设置有挡雪罩组件，由此可防止冰雪填塞俯仰外壳组件与传感器连接圈之间的窄缝，从而造成俯仰转动卡滞，甚至电机无法启动的情况。由此，该伺服转台装置能适应低温雨雪环境中的应用。

方位组件和俯仰组件上的相关腔体，均采用O型圈、橡胶垫、橡胶绳或是硫化硅橡胶进行密封处理，必要的部位处采用油封进行旋转密封。同时各铝合金的零件均进行导电氧化的防腐处理，碳钢零件均进行热镀锌防腐处理。另外对于整个伺服转台装置的相关外露表面进行喷塑处理。这样使该装置具有良好的密封及防腐蚀性能，大大延长结构件的使用寿命。

方位组件和俯仰组件的主体零件采用密度较小的铝合金，而对于底座支架组件的各零件则采用钢45，这样在增加底座强度的同时，也使其重心下移。该装置在制作安装水泥台时，可预埋M16×500地脚螺栓(6件)，以便利用该装置底部的6×Φ20过孔进行固定连接，使其具有较强的抗台风能力。

方位组件上的底座支架组件采用拼装结构，大大简化了生产制造的难度，同时降低了生产成本(相比一般铸件支架而言)。同时在该底座支架组件底部安装有6组调节螺杆，可以调节支架顶部安装面的水平度。在该底座支架组件顶部安装有水准泡，用于指示整套装置安装的水平状态。底座支架组件顶部安装有6件吊环螺钉，根据现场安装条件的实际情况，可优先采用吊装方式安装该伺服转台，既快速便捷又安全可靠。

方位组件上集成有电源模块组件，在防插错导销引导下，电源模块组件与方位组件主体上的电源转接电路板组件可顺利地进行多插针直接对接，由此在可靠通过大电流等信号传输的同时，也减少了该装置的占用空间，使其结构紧凑，便于管理和维护。

俯仰组件的前、后、及顶端三面均为平面，且具有一定的安装空间，可根据需要在这些端面安装一些只需要方位转动，而不需要俯仰转动的传感器(如二维搜索雷达等)，从而可以极大地扩展该装置的用途。本装置内部的多串口采集板组件、网络化接口、一体化电源及线路的冗余配置都为装置的多功能、高集成度提供支持。

方位组件上设置有方位电动插销组件及相应的接近开关传感器，(2)俯仰组件上设置有俯仰电动插销组件及相应的接近开关传感器。从而可以在特殊环境下(如停电前)，将该装置的方位及俯仰位置锁定在零位位置，以免装置在停电后随风任意转动，造成损坏。通过该两插销组件附近的接近开关的传感测量，可以判断力矩电机是否具备上电条件，以保证装置的运行安全。

综上所述，该伺服转台装置可以根据需要搭载光电摄像头、激光测距仪、雷达天线、通讯天线等多种传感器，且内部通讯线路预留有以太网口、RS232、RS485、RS422通讯线路接口以及电源接口便于与各传感器对接，从而可以实现相应的通讯控制使用需求。可以实现水平调节、具有较宽温度工作范围、能有效防止雨雪等冰冻灾害的影响，具有较强的抗台风能力，且可以实现多传感器的集成安装。因本伺服转台一体化集成了方位组件、俯仰组件、伺服控制处理电路板组件、视频切换跟踪模块等组件，由此减少了占地空间，便于安装架设和后期维护管理。同时该装置对外通讯接口采用以太网口进行通讯，从而便于远程访问和控制该装置上所挂接的各传感器。主要用于陆地上的固定场所使用，若用于车载、舰载，则需要增加相应陀螺装置或稳像处理技术。本伺服转台装置可广泛应用于边防，海防，森林防火，港口码头，景区，无人区，大型广场、水库大坝场所、试验测试场所等(包括但不仅限于光电视频监控方面，应根据实际应用需要搭载相应的传感器)。

该伺服转台装置主要用于搭载光电摄像头(含昼光电视、低照度摄像机、红外热像仪等，可根据需要搭载其它传感器)，从而可以实现对该装置安装点处方位0°～360°(因方位座内部安装有导电滑环，可连续转圈)，俯仰-45°～+90°范围内任意方向的视频侦查及监控(即该装置为二自由度伺服转台)。

该伺服转台装置采用高精度旋转变压器进行精密测角，并用自主研发的伺服控制电路板进行高精度采样，从而得到实时刷新的高精度方位及俯仰角度值。同时采用先进的伺服算法控制程序，相关信号与驱动器进行通讯及控制，继而由驱动器输出足够高的驱动电压及大电流控制方位及俯仰的力矩电机(该装置中采用有刷力矩电机，也可以采用无刷力矩电机)。从而达到了高精度测角及高精度控制转台位置的目的。同时可以使转台的方位及俯仰以极低速(可达0.01°/s)或较高速(可达90°/s)平稳运转。因采用力矩电机形式进行驱动转台方位、俯仰转动，没有摩擦损耗，由此其使用寿命较普通蜗轮蜗杆传动的长出许多，且测角精度不会因磨损而逐步降低，同时也降低了人工维护的成本。

该伺服转台装置的承载平台采用左右对称肩扛式结构，具有承载面宽，且左右承载平台可以轻松的进行上下调节(三轨同步)以及前后调节(两轨同步)。从而大大加强了其承载的传感器的尺寸和重量范围，做到了通用性范围广，便于光电传感器的安装及调校。

由于该伺服转台装置采取了良好的密封防腐蚀措施，并配置有挡雪罩组件、温控加热组件等，从而能更好的适应宽温度范围工作(-50℃～+55℃)，以及适应低温雨雪天气、海边高盐雾、高温高湿等恶劣的工作环境。

该伺服转台装置的底座支架组件采用钢材制作，而主体部分采用铝合金材料制作，由此既便于该装置主体的人工组装，又尽可能降低整套装置的重心，增强其稳定性和抗风性能。同时底座支架上具有水平调节螺杆和水平指示仪，便于整套装置的水平调节。底座支架底板上具有6个Φ20过孔，可便于用M16地脚螺栓进行固定整个伺服转台，大大提高了该装置的抗风性能。

Claims (10)

1.一种二自由度网络化伺服转台装置，其特征在于，包括：方位组件(1)和俯仰组件(2)；所述方位组件位于伺服转台装置的下部，所述俯仰组件安装于方位组件顶端的可水平360°旋转的压盖上，并且方位组件与俯仰组件通过轴孔配合，采用平键连接进行定位及传递力矩，再通过螺栓进行连接固定。

2.如权利要求1所述的一种二自由度网络化伺服转台装置，其特征在于，所述方位组件(1)包括底座支架、遮阳罩、水准泡指示器、方位电动插销、电源模块、伺服控制电路板、电源转接电路板，其内部还含有方位轴、力矩电机、旋转变压器、接近开关、交换机；方位组件中的上外壳、下外壳内开有阶梯孔，该孔内安装有方位轴、力矩电机、旋转变压器，通过伺服控制电路板的采样和驱动，可以控制方位轴及压盖平稳转动，实现不同方位角的转动，所述电源模块、伺服控制电路板、电源转接电路板均集成到方位组件中。

3.如权利要求1或2所述的一种二自由度网络化伺服转台装置，其特征在于，所述方位组件中还包括导电滑环，实现方位可连续转圈，并传送电源及信号至俯仰组件。

4.如权利要求2所述的一种二自由度网络化伺服转台装置，其特征在于，所述电源模块及外壳零件的外表上设置有散热齿，同时电源模块底部设置有导轨式风扇组。

5.如权利要求1所述的一种二自由度网络化伺服转台装置，其特征在于，所述俯仰组件(2)包括俯仰主壳体、传感器安装板、竖向移动导轨板、前后向移动导轨板、安全挡板、挡雪罩组件、俯仰电动插销组件，其内部还包含俯仰轴、力矩电机、旋转变压器、接近开关、光电开关、跟踪模块、视频切换器、多串口采集板组件、交换机；所述俯仰主壳体左右两端面的中心轴线上开有阶梯孔，且贯穿两端面，孔内安装俯仰轴、力矩电机、旋转变压器，通过伺服控制电路板进行采样和驱动，从而控制俯仰轴平稳转动，通过过渡法兰、传感器连接圈、竖向移动导轨板的力矩传递，使传感器安装板及其上面的传感器，跟随俯仰轴一块转动，从而实现不同俯仰角度的转动。

6.如权利要求5所述的一种二自由度网络化伺服转台装置，其特征在于，所述竖向移动导轨板采用三轨传动，前后向移动导轨板采用两轨传动。

7.如权利要求5或6所述的一种二自由度网络化伺服转台装置，其特征在于，所述俯仰主壳体内部设置有温控加热器，当周围环境温度低到预设温度时激活温控开关进行动作，对设备腔体内部进行加热。

8.如权利要求5或6所述的一种二自由度网络化伺服转台装置，其特征在于，所述俯仰组件上方左右两侧设置有挡雪罩组件。

9.如权利要求1或5所述的一种二自由度网络化伺服转台装置，其特征在于，在方位组件与俯仰组件贴合的端面上配置有O型圈，确保接触端面的密封性。

10.如权利要求1或5所述的一种二自由度网络化伺服转台装置，其特征在于，所述伺服转台装置的承载平台采用左右对称肩扛式结构，左右承载平台可以进行上下调节以及前后调节。