CN216952355U

CN216952355U - 一种二自由度云台实验装置

Info

Publication number: CN216952355U
Application number: CN202220456938.4U
Authority: CN
Inventors: 卢洁莹; 朱兴楼; 闻成; 蔡泽凯; 苏为洲
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2022-03-03
Filing date: 2022-03-03
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2032-03-03

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

一种二自由度云台实验装置

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

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。