CN214663306U - 一种大负载两自由度电动云台 - Google Patents
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Abstract
一种大负载两自由度电动云台，包括底座、水平转台和俯仰板，水平转台通过第一谐波减速器与底座连接，俯仰板通过第二谐波减速器与水平转台连接，第一谐波减速器的输出轴线竖直设置，第二谐波减速器的输出轴线水平设置。通过编码器实时测量水平转台与底座间的相对角位移和俯仰板与水平转台间的相对角位移并反馈给控制器进行精确伺服控制，从而实现俯仰板相对底座的水平与俯仰角的精确调整。该云台通过大减速比精密谐波减速器、高精度编码器和电机实现了大负载监控装备和消防机器人水枪姿态的调整，利用电气旋转接头和中空轴谐波减速器实现了内部走线，解决了常规电动云台线缆外露和缠绕的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有水平和俯仰两个转动自由度的大负载电动云台，属于云台技术领域。
背景技术
随着机器视觉和自动化技术的快速发展，移动机器人上视觉传感器、固定场所的监控摄像头、消防和自动冲洗机器人上的高压水枪、移动平台上的定向天线等装置在工作过程中需要间断或连续地自动调整姿态。一般情况下，只需要调整水平转动和俯仰两个方位角即能满足工作要求，所以两自由度电动伺服控制云台具有迫切应用需求。消防和自动冲洗机器人上的高压水枪在调整姿态时需要克服拖动水管的牵引力，在易燃易爆场所的监控设备需要满足防爆要求，重量较大，需要大负载云台才能满足工作要求。
中国专利文献CN101915341A公开了一种两自由度云台机构，通过电机和齿轮传动实现了水平和俯仰两个方位的自动调整，但负载能力小。
中国专利文献CN104864235B公开了一种大负载高精度二维电动云台装置，通过电机、丝杆、蜗轮、蜗杆等传动装置实现了大负载工况下水平和俯仰两个方位的自动调整，但传动机构复杂。
另外，上述文献公开的两自由度云台都未考虑线缆的布置，在工作时都存在线缆外露、缠绕的问题。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，通过小功率电机和大传动比谐波减速器提供一种对大负载监控装置或水枪进行水平和俯仰两个方位进行高精度自动调整、无外露线缆和缠绕问题的大负载两自由度电动云台。
本实用新型的大负载两自由度电动云台，采用如下技术方案：
该大负载两自由度电动云台，包括底座、水平转台和俯仰板，水平转台通过第一谐波减速器与底座连接，俯仰板通过第二谐波减速器与水平转台连接，第一谐波减速器的输出轴线竖直设置，第二谐波减速器的输出轴线水平设置。
所述第一谐波减速器通过同步带传动与第一电机连接，第二谐波减速器通过同步带传动与第二电机连接，第一电机和第二电机设置在水平转台内。
所述水平转台下方连接有外罩，所述第一谐波减速器处于该外罩中，外罩内安装有第一编码器，第一编码器的转轴通过齿轮传动与第一谐波减速器连接。通过第一编码器实现对水平转台的精确控制。
所述俯仰板的一端与第二谐波减速器的输出端连接，另一端连接在转动半轴上，转动半轴安装在水平转台上，第二谐波减速器与转动半轴在水平转台内相对同轴设置，水平转台上在转动半轴一侧安装有第二编码器，第二编码器的转轴与转动半轴连接。
所述底座上设置有第一接插件和电气旋转接头，第一接插件的内侧端子与电气旋转接头的外壳引出线缆连接，电气旋转接头的转子连接第一护线管，第一护线管设置在第一谐波减速器输入轴的内孔中。电气旋转接头转子的输出线缆通过第一护线管内孔进入水平转台的内部。
所述第二谐波减速器的输入轴内孔中设置第二护线管，第二护线管的外端安装有第二接插件。
通过第一电机驱动第一谐波减速器实现水平转台相对底座的转动，第一编码器实时测量水平转台与底座间的相对角位移并反馈给控制器进行精确伺服控制。通过第二电机驱动第二谐波减速器实现俯仰板与水平转台的相对转动，第二编码器实时测量俯仰板与水平转台间的相对角位移并反馈给控制器进行精确伺服控制，从而实现俯仰板相对底座水平与俯仰角的精确调整。
本实用新型通过大减速比精密谐波减速器、高精度编码器和电机实现了大负载监控装备和消防机器人水枪姿态的调整，利用多芯电气旋转接头和中空轴谐波减速器实现了内部布线，解决了常规电动云台线缆外露和缠绕的问题。
附图说明
图1是本实用新型大负载两自由度电动云台的整体结构示意图。
图中：1.底座，2.第一接插件，3.电气旋转接头，4.密封圈，5.外罩，6.第一齿轮，7.第一编码器，8.第二电机支架，9.第二电机，10.第三同步带轮，11.水平转台，12.第二同步带，13.固定法兰，14.输出法兰，15.第二接插件，16.第二护线管，17.第二谐波减速器，18.第二轴承，19.第四同步带轮，20.俯仰板，21.俯仰板支架，22.第二编码器，23.连接板，24.第三轴承，25.转动半轴，26.轴承座，27.第一电机，28.第一轴承，29.第二同步带轮，30.第一同步带，31.第一同步带轮，32.轴I电机支架，33.水平转台的底板，34.第一谐波减速器，35.第一护线管，36.第二齿轮。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的大负载两自由度电动云台，包括底座1、水平转台11和俯仰板20。水平转台11通过第一谐波减速器34与底座1连接，俯仰板20通过第二谐波减速器17与水平转台11连接。第一谐波减速器34和第二谐波减速器17分别由第一电机27和第二电机9通过同步带传动进行驱动。第一电机27及其同步传动机构以及第二电机9及其同步传动机构均设置在水平转台11内。
第一谐波减速器34的输入轴竖直设置，第一谐波减速器34的钢轮通过螺钉刚性连接在底座1上，且第一谐波减速器34的钢轮上同轴刚性连接有第二齿轮36，第一谐波减速器34的柔轮与水平转台的底板33刚性连接。水平转台的底板33上通过第一电机支架32安装第一电机27，第一电机支架32通过螺钉刚性固定在水平转台的底板33上，第一电机27通过螺钉刚性固定在第一电机支架32上。第一电机27的转轴上安装有第一同步带轮31，第一谐波减速器34的输入轴上安装第二同步带轮29，第一同步带轮31与第二同步带轮29通过第一同步带30连接，第一电机27通过同步带传动驱动水平转台11相对底座1转动。
水平转台的底板33的下方连接外罩5，第一谐波减速器34处于该外罩中，外罩5与底座1之间设置密封圈4。外罩5内安装有第一编码器7，第一编码器7的转轴上安装有第一齿轮6，第一齿轮6与第二齿轮26啮合，通过第一编码器7实现对水平转台的精确控制。
第二谐波减速器17安装在水平转台11内，其输入轴水平安装，第二谐波减速器17的柔轮通过固定法兰13刚性连接在水平转台11内侧，第二谐波减速器17的输入轴上安装有第四同步带轮19。水平转台11内通过第二电机支架8安装第二电机9，第二电机9的转轴上安装有第三同步带轮10，第三同步带轮10与第四同步带轮19通过第二同步带12连接。第二谐波减速器17的钢轮上刚性连接输出法兰14，输出法兰14上安装俯仰板20。俯仰板20的一端与输出法兰14连接，俯仰板20的另一端通过俯仰板支架21连接支撑在转动半轴25上，转动半轴25通过第三轴承24安装在水平转台11上，第三轴承24设置在轴承座26中，轴承座26安装在水平转台11内壁上。第二谐波减速器17与转动半轴25在水平转台11内相对同轴设置。在水平转台11内与第二谐波减速器17相对的一侧通过连接板23安装有第二编码器22，第二编码器22的转轴与转动半轴25连接。第二电机9通过同步带传动驱动俯仰板20相对水平转台11进行俯仰角度调整。
底座1上设置有第一接插件2和电气旋转接头3，第一接插件2固定在底座1的侧壁上，其内侧端子与电气旋转接头3的外壳引出线缆连接，电气旋转接头3的壳体通过螺钉固定在底座1上，电气旋转接头3的转子与第一护线管35刚性连接，电气旋转接头3转子的输出线缆通过第一护线管35内孔进入水平转台11的内部。第一护线管35设置在第一谐波减速器34输入轴的内孔中，其上端通过安装在第二同步带轮29中的第一轴承28进行径向定位，同时用紧定螺钉与第一电机27的壳体刚性连接，进行周向定位。
第二谐波减速器17的输入轴内孔中设置第二护线管16，第二护线管16安装在俯仰板转动轴线处，第二护线管16内端(右端)通过安装在第四同步带轮19中的第二轴承18进行径向支撑，第二护线管的外端(左端)安装有第二接插件15。
上述两自由度电动云台的运行过程如下所述。
在第一电机27的驱动下，通过第一谐波减速器34减速实现水平转台11相对底座1的转动，第一编码器7实时测量水平转台11与底座1间的相对角位移并反馈给控制器进行精确伺服控制。
在第二电机9的驱动下，通过第二谐波减速器17减速实现俯仰板20与水平转台11的相对转动，第二编码器22实时测量俯仰板20与水平转台11间的相对角位移并反馈给控制器进行精确伺服控制，从而实现俯仰板20相对底座1的水平与俯仰角的精确调整。
Claims (4)
1.一种大负载两自由度电动云台，其特征是：包括底座、水平转台和俯仰板，水平转台通过第一谐波减速器与底座连接，俯仰板通过第二谐波减速器与水平转台连接，第一谐波减速器的输出轴线竖直设置，第二谐波减速器的输出轴线水平设置；
所述水平转台下方连接有外罩，所述第一谐波减速器处于该外罩中，外罩内安装有第一编码器，第一编码器的转轴通过齿轮传动与第一谐波减速器连接，通过第一编码器实现对水平转台的精确控制。
2.根据权利要求1所述的大负载两自由度电动云台，其特征是：所述俯仰板的一端与第二谐波减速器的输出端连接，另一端连接在转动半轴上，转动半轴安装在水平转台上，第二谐波减速器与转动半轴在水平转台内相对同轴设置，水平转台上在转动半轴一侧安装有第二编码器，第二编码器的转轴与转动半轴连接。
3.根据权利要求1所述的大负载两自由度电动云台，其特征是：所述底座上设置有第一接插件和电气旋转接头，第一接插件的内侧端子与电气旋转接头的外壳引出线缆连接，电气旋转接头的转子连接第一护线管，第一护线管设置在第一谐波减速器输入轴的内孔中，电气旋转接头转子的输出线缆通过第一护线管内孔进入水平转台的内部。
4.根据权利要求1所述的大负载两自由度电动云台，其特征是：所述第二谐波减速器的输入轴内孔中设置第二护线管，第二护线管的外端安装有第二接插件。
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