CN216952355U - 一种二自由度云台实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种二自由度云台实验装置,包括底盖、控制装置、摇臂和激光盒;底盖安装有方位轴电机,方位轴电机与摇臂连接,用于驱动摇臂在水平面内旋转;摇臂上安装有俯仰轴电机,俯仰轴电机与激光盒连接,用于驱动激光盒在竖直面内旋转;激光盒内安装有激光灯和相机模块;控制装置分别与方位轴电机、俯仰轴电机、激光灯和相机模块连接,用于分别控制方位轴电机、俯仰轴电机、激光灯和相机模块动作。本实用新型结构紧凑、体积小、设计合理,硬件选型符合大部分主流开发平台,可扩展性强,并可进行二次开发,允许诸如机器视觉、自动跟踪、自主导航等复杂功能的后续添加。
Description
技术领域
本实用新型涉及伺服控制技术领域,特别是涉及一种二自由度云台实验装置。
背景技术
伺服云台搭载不同的设备后可以快速响应指令,实现高精度定位以及实时跟踪等功能,因此在国防、工业制造、运动检测、安全监控等领域有着广泛的应用。近些年国内外伺服云台的发展迅速,伺服云台朝着轻量化、模块化、高性能等方向发展。许多科研院所、企业在进行伺服云台相关技术的研究、教学或研发过程中需要用到实验平台。
现有技术公开了一种基于直流无刷电机的双自由度云台,包括相机、U型相机支架、Y型支架、第一直流无刷电机、第二直流无刷电机、第一编码器、第二编码器、电机传动轮、限位环、编码器传动轮、底座和外壳;外壳设置在所述底座上,第一编码器固定在外壳上,第一直流无刷电机固定在底座上,电机传动轮固定于第一直流无刷电机的旋转部分;编码器传动轮固定在第一编码器的出轴上,编码器传动轮通过传送带与电机传动轮连接;Y型支架设置在电机传动轮上;限位环设置在Y型支架和电机传动轮之间;第二直流无刷电机固定在Y型支架的一侧,第二编码器固定在Y型支架的另一侧;第二直流无刷电机通过U型相机支架与第二编码器相连,相机固定于U型相机支架中间。
上述实验平台存在以下技术问题:机械结构较为复杂、硬件结构较为固化、难以兼容不同的实验方案以及拓展不同的功能。
实用新型内容
针对现有技术中存在的技术问题,本实用新型的目的是:提供一种二自由度云台实验装置,结构较为简化,可以实现云台的高精度控制效果。
为了达到上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
一种二自由度云台实验装置,包括底盖、控制装置、摇臂和激光盒;底盖安装有方位轴电机,方位轴电机与摇臂连接,用于驱动摇臂在水平面内旋转;摇臂上安装有俯仰轴电机,俯仰轴电机与激光盒连接,用于驱动激光盒在竖直面内旋转;激光盒内安装有激光灯和相机模块;控制装置分别与方位轴电机、俯仰轴电机、激光灯和相机模块连接,用于分别控制方位轴电机、俯仰轴电机、激光灯和相机模块动作。相较于现有技术的实验平台,本实用新型省去了限位环和编码器和传动轮等部件,结构较为简化,可以实现云台的高精度控制效果。
进一步,底盖固设有控制盒,控制装置安装在控制盒内。
进一步,控制盒设有开关孔。
进一步,控制装置包括主控板和转接板,主控板焊接在转接板上并固定于控制盒中,转接板设有电源模块、RS485通讯模块、串口通讯模块以及可拓展接口。
进一步,主控板采用STM32F407VET6芯片。
进一步,方位轴电机外套接有方位轴电机罩。
进一步,摇臂为U形臂,激光盒安装在U形臂中间,俯仰轴电机安装在U形臂的一侧臂。
进一步,U形臂的另一侧臂安装有法兰和滚珠轴承。
进一步,俯仰轴电机外套接有俯仰轴电机罩;法兰和滚珠轴承外套接有俯仰轴固定罩。在U形臂的两个侧臂分别安装俯仰轴电机罩和俯仰轴固定罩,不仅使得装置整体结构更加均衡,并且增加了装置的美观性。
进一步,方位轴电机和俯仰轴电机为采用RS485通讯协议及配备编码器的小型直流无刷云台电机。
总的说来,本实用新型具有如下优点:
(1)本实用新型设计并制作了二自由度云台实验装置,搭载激光灯以及相机模块,可以通过系统辨识、控制器设计等实验来实现云台的高精度控制效果。
(2)本实用新型结构紧凑、体积小、设计合理,硬件选型符合大部分主流开发平台,可扩展性强,并可进行二次开发。
(3)本实验装置的开放性允许诸如机器视觉、自动跟踪、自主导航等复杂功能的后续添加。
附图说明
图1为本实用新型实施例的立体结构示意图。
图2为本实用新型实施例的硬件结构示意图。
附图标记说明:
1-底盖;2-控制盒;3-开关孔;4-方位轴电机;5-方位轴电机罩;6-U形臂;7-俯仰轴固定罩;8-俯仰轴电机罩;9-法兰;10-滚珠轴承;11-俯仰轴电机;12-激光盒底盖;13-激光盒顶盖。
具体实施方式
下面来对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1所示,一种二自由度云台实验装置,包括底盖1、控制盒2、主控板、转接板、方位轴电机罩5、方位轴电机4、U形臂6、激光灯、相机模块、俯仰轴固定罩7、法兰9、滚珠轴承10、俯仰轴电机罩8、俯仰轴电机11、激光盒底盖12和激光盒顶盖13。
本实施例中,底盖1用于支撑二自由度云台,控制盒2固定在底盖1上,底盖1与控制盒2有配对螺丝孔,采用M3螺丝连接,控制盒2内部有四根螺丝柱,通过M3螺丝固定主控板的四个角,达到稳定固连,控制盒2正面有一开关孔3,用于安装云台开关按钮;主控板焊接在转接板上并固定在控制盒2中,主控板采用STM32F407VET6芯片,转接板包含了电源模块、RS485通讯模块、串口通讯模块以及其他可拓展接口等,便于后续的二次开发。
方位轴电机4放置在控制盒2上方并用方位轴电机罩5封装起来,方位轴电机4底部带有螺丝孔,控制盒2上也有对应螺丝孔,通过M3螺丝连接固定;方位轴电机罩5外沿有螺丝孔,对应的控制盒2相应位置也有螺丝孔,使用M3螺丝连接。
U形臂6安装在方位轴电机罩5上方,与方位轴电机4连接,方位轴电机4顶部带有螺丝孔,U形臂6开对应位置螺丝孔并使用M3螺丝与方位轴电机4连接;U形臂6两侧有螺丝孔,通过M3螺丝与俯仰轴固定罩7以及俯仰轴电机罩8连接。
滚珠轴承10通过紧装配方式嵌入俯仰轴固定罩7,法兰9顶端装配进滚珠轴承10,俯仰轴电机罩8底部通过M3螺丝与俯仰轴电机11底部相连。
激光盒底盖12和激光盒顶盖13组成激光盒,激光盒底盖12底面和与激光盒顶盖13对应位置开配对丝孔并使用M3螺丝连接。激光盒底盖12通过M3螺丝固定在法兰9、滚珠轴承10以及俯仰轴电机11中间。
激光灯通过紧装配固定在激光盒上,相机模块通过M2螺丝固定在激光盒顶盖13内部的四个支柱上,可以通过云台的运动实现激光指向控制以及机器视觉类实验。
二自由度云台实验装置的硬件结构如图2所示,主控板通过串口通讯模块与上位机进行通信交互,主控板通过RS485通讯模块给方位轴电机4和俯仰轴电机11发送运动指令,方位轴电机4和俯仰轴电机11接收指令信号后开始运动,方位轴电机4驱使U形臂6在水平面内旋转,俯仰轴电机11驱使U形臂6内的激光盒在竖直面内旋转,从而实现云台的高精度控制效果;方位轴电机4和俯仰轴电机11可实时回传速度与位置信息给主控板,实现云台的闭环运动控制。同时主控板会将速度与位置信息上传给上位机,实现云台运动监控、以及系统辨识、控制器设计等实验的操作。云台外部有24V直流电压供电,24V电压一部分给俯仰轴电机11以及方位轴电机4供电使其可以正常运行,另一部分通过降压模块,转换成低压给转接板的各模块供电。
方位轴电机4和俯仰轴电机11采用RS485通讯协议并配备编码器的小型直流无刷云台电机,实现小体积、低转速、高扭力以及大负载的性能。
综上所述,本实用新型提供的一种二自由度云台实验装置,包括二自由度云台的机械机构、基于嵌入式的硬件结构,该装置在俯仰轴电机11以及方位轴电机4的带动下实现激光灯以及相机模块的指向运动,在此基础上可以通过系统辨识、控制器设计等实验实现云台的高精度指向控制。本实用新型省去了限位环和编码器传动轮等部件,结构紧凑、体积小、设计合理,硬件选型符合大部分主流开发平台,可扩展性强,并可进行二次开发。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式,但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种二自由度云台实验装置,其特征在于:包括底盖、控制装置、摇臂和激光盒;
底盖安装有方位轴电机,方位轴电机与摇臂连接,用于驱动摇臂在水平面内旋转;
摇臂上安装有俯仰轴电机,俯仰轴电机与激光盒连接,用于驱动激光盒在竖直面内旋转;
激光盒内安装有激光灯和相机模块;
控制装置分别与方位轴电机、俯仰轴电机、激光灯和相机模块连接,用于分别控制方位轴电机、俯仰轴电机、激光灯和相机模块动作。
2.按照权利要求1所述的一种二自由度云台实验装置,其特征在于:底盖固设有控制盒,控制装置安装在控制盒内。
3.按照权利要求2所述的一种二自由度云台实验装置,其特征在于:控制盒设有开关孔。
4.按照权利要求2所述的一种二自由度云台实验装置,其特征在于:控制装置包括主控板和转接板,主控板焊接在转接板上并固定于控制盒中,转接板设有电源模块、RS485通讯模块、串口通讯模块以及可拓展接口。
5.按照权利要求4所述的一种二自由度云台实验装置,其特征在于:主控板采用STM32F407VET6芯片。
6.按照权利要求1所述的一种二自由度云台实验装置,其特征在于:方位轴电机外套接有方位轴电机罩。
7.按照权利要求1所述的一种二自由度云台实验装置,其特征在于:摇臂为U形臂,激光盒安装在U形臂中间,俯仰轴电机安装在U形臂的一侧臂。
8.按照权利要求7所述的一种二自由度云台实验装置,其特征在于:U形臂的另一侧臂安装有法兰和滚珠轴承。
9.按照权利要求8所述的一种二自由度云台实验装置,其特征在于:俯仰轴电机外套接有俯仰轴电机罩;法兰和滚珠轴承外套接有俯仰轴固定罩。
10.按照权利要求1所述的一种二自由度云台实验装置,其特征在于:方位轴电机和俯仰轴电机为采用RS485通讯协议及配备编码器的小型直流无刷云台电机。
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