一种仿颈椎式云台机构

摘要

本发明公开了一种仿颈椎式云台机构。该设备的机械结构是仿照人类在跟踪观测目标时的一系列特定动作来设计的，包含有垂直升降组件、水平旋转组件和角度调节组件。云台机构采用滚珠丝杠导轨实现垂直升降动作，水平旋转动作由直流伺服电机驱动一对减速齿轮机构来完成，俯仰和左右微调动作均采用直流伺服电机直接驱动。本发明针对电机采用了PID算法的控制方法，该方法的特殊之处是采用复合控制来提高跟踪精度，解决了动态滞后问题并减小了跟踪误差。本发明的结构合理、重量较轻、视野范围很大、成像稳定，适用于机器视觉跟踪及航空拍摄场合。

主权项

一种仿颈椎式云台机构，其特征在于：所述仿颈椎式云台机构包括有垂直升降组件(1)、水平旋转组件(2)和角度调节组件(3)；垂直升降组件(1)包括有直流步进电机(10A)、丝杠外罩(1A)、丝杠导轨(1B)、丝杠滑块(1C)、滚珠丝杠(1D)、上挡板(1E)、下挡板(1F)、A底座(1G)、B底座(1H)、支撑柱(1J)；丝杠外罩(1A)为一端有挡板的空心结构体；丝杠外罩(1A)的上端设有上壳板(1A1)，上壳板(1A1)上设有CA螺纹孔(1A2)和CA通孔(1A3)；丝杠外罩(1A)体上设有多个C减重孔(1A6)；丝杠外罩(1A)的A竖板(1A4)上设有用于与丝杠滑块(1C)固定用的CB通孔(1A5)，CB通孔(1A5)用于螺钉穿过后连接在丝杠滑块(1C)一侧面板的CB螺纹孔(1C1)中；丝杠外罩(1A)的B竖板(1A7)上设有用于与丝杠滑块(1C)固定用的CC通孔(1A8)，CC通孔(1A8)用于螺钉穿过后连接在丝杠滑块(1C)另一侧面板的螺纹孔中；A底座(1G)上设有AA通孔(1G1)、AB通孔(1G2)、AC通孔(1G3)和AA螺纹孔(1G4)，所述AA通孔(1G1)为带有阶梯台的通孔；AA通孔(1G1)用于放置支撑柱(1J)的上端；AB通孔(1G2)用于A直流伺服电机(10B)的输出轴穿过；AC通孔(1G3)用于安装AB滚珠轴承(2L)；AA螺纹孔(1G4)用于与套筒(2F)的外凸台(2F1)上的沉头通孔(2F2)对齐，且通过螺钉固定；B底座(1H)上设有BA通孔(1H1)、BC通孔(1H3)、BA螺纹孔(1H4)和B减重孔(1H5)，所述BA通孔(1H1)为带有阶梯台的通孔；BA通孔(1H1)用于放置支撑柱(1J)的下端；BC通孔(1H3)用于安装AC滚珠轴承(2M)；BA螺纹孔(1H4)用于与丝杠外罩(1A)的上壳板(1A1)上的CA螺纹孔(1A2)对齐，且通过螺钉固定；支撑柱(1J)设计为两端带有收缩段的圆柱结构；支撑柱(1J)的上端设有BB螺纹孔(1J1)，支撑柱(1J)的下端设有BC螺纹孔；水平旋转组件(2)包括有A直流伺服电机(10B)、A光电编码器(10C)、齿轮轴(2A)、传动轴(2B)、从动齿轮(2C)、主动齿轮(2D)、套筒盖(2E)、套筒(2F)、AA联轴器(2G)、AB联轴器(2H)、AC联轴器(2J)、AA滚珠轴承(2K)、AB滚珠轴承(2L)、AC滚珠轴承(2M)、齿轮轴套(2N)；A光电编码器(10C)安装在A直流伺服电机(10B)上，A直流伺服电机(10B)的壳体固定在A底座(1G)上，A直流伺服电机(10B)的输出轴上连接有主动齿轮(2D)，主动齿轮(2D)与从动齿轮(2C)啮合；齿轮轴(2A)为多段阶梯式轴承；齿轮轴(2A)从上至下分别为A圆柱段(2A1)、B圆柱段(2A2)、C圆柱段(2A3)、D圆柱段(2A4)、E圆柱段(2A5)、F圆柱段(2A6)、G圆柱段(2A7)；A圆柱段(2A1)上套接有AC联轴器(2J)；B圆柱段(2A2)上套接有AB轴承端盖(2L1)，AB轴承端盖(2L1)固定在A底座(1G)的上面板；C圆柱段(2A3)上套接有AB滚珠轴承(2L)，即AB滚珠轴承(2L)放置在A底座(1G)的AC通孔(1G3)内，AB滚珠轴承(2L)的内圈固定安装在C圆柱段(2A3)上，AB滚珠轴承(2L)的外圈与AC通孔(1G3)卡紧；D圆柱段(2A4)上套接有轴套(2N)；E圆柱段(2A5)上套接有从动齿轮(2C)；F圆柱段(2A6)上套接有AC滚珠轴承(2M)，即AC滚珠轴承(2M)放置在B底座(1H)的BC通孔(1H3)内，AC滚珠轴承(2M)的内圈固定安装在F圆柱段(2A6)上，AC滚珠轴承(2M)的外圈与BC通孔(1H3)卡紧；G圆柱段(2A7)上套接有AC轴承端盖(2M1)，AC轴承端盖(2M1)固定在B底座(1H)的下面板；所述D圆柱段(2A4)上设有键槽，该键槽用于安装平键，轴套(2N)通过平键卡紧在齿轮轴(2A)上；传动轴(2B)为两端有收缩段的轴承；传动轴(2B)的上端部设有用于安装AA联轴器(2G)的上缩段(2B1)，所述上缩段(2B1)上设有键槽，AA联轴器(2G)通过平键与传动轴(2B)的上端卡紧，传动轴(2B)的下端部设有用于安装AB联轴器(2H)的下缩段(2B2)；套筒(2F)为空心结构；套筒(2F)的中心为通孔(2F4)；套筒(2F)的上端设有内凸台(2F5)，内凸台(2F5)上设有螺纹盲孔(2F3)；套筒(2F)的下端设有外凸台(2F1)，外凸台(2F1)上设有沉头通孔(2F2)；套筒(2F)的外凸台(2F1)固定在A底座(1G)的上面板；角度调节组件(3)包括有B直流伺服电机(10D)、B光电编码器(10E)、C直流伺服电机(10F)、C光电编码器(10G)、A摄像头(9A)、B摄像头(9B)、俯仰旋转架(3A)、水平旋转架(3B)、角度调节架(3C)、C电机安装座(3D)、B电机安装座(3E)、A限位座(3F)、B限位座(3G)、BA滚珠轴承(3H)、BB滚珠轴承(3J)、BC滚珠轴承(3K)、BD滚珠轴承(3L)、BA联轴器(3H1)、BB联轴器(3J1)、BC联轴器(3K1)、BD联轴器(3L1)；B光电编码器(10E)安装在B直流伺服电机(10D)上，B直流伺服电机(10D)的壳体固定在B电机安装座(3E)上，B电机安装座(3E)固定在水平旋转架(3B)的一侧的A立板上；C光电编码器(10G)安装在C直流伺服电机(10F)上，C直流伺服电机(10F)的壳体固定在C电机安装座(3D)上，C电机安装座(3D)固定在俯仰旋转架(3A)的上边框上；俯仰旋转架(3A)为框架结构；俯仰旋转架(3A)上设有上边框(3A1)、下边框(3A2)、左边框(3A3)和右边框(3A4)；上边框(3A1)的外部设有A凸台(3A11)，A凸台(3A11)上设有用于放置BA滚珠轴承(3H)的上通孔(3A12)，A凸台(3A11)上安装有C电机安装座(3D)；BA联轴器(3H1)固定在上边框(3A1)的下板面上；BA滚珠轴承(3H)的外圈与上通孔(3A12)卡紧，BA滚珠轴承(3H)的内圈套接在BA联轴器(3H1)上；BA联轴器(3H1)与C直流伺服电机(10F)的输出轴连接；下边框(3A2)的外部设有B凸台(3A21)，B凸台(3A21)上设有用于放置BB滚珠轴承(3J)的下通孔(3A22)，B凸台(3A21)上安装有BB滚珠轴承(3J)的端盖(3J2)；BB滚珠轴承(3J)的外圈与下通孔(3A22)卡紧，BB滚珠轴承(3J)的内圈套接在BB联轴器(3J1)上；左边框(3A3)的外部设有C凸台(3A32)，C凸台(3A32)的中心部位设有A沉头腔(3A31)，A沉头腔(3A31)内安装有BD联轴器(3L1)；BD联轴器(3L1)上套接有BD滚珠轴承(3L)，BD滚珠轴承(3L)的外圈与水平旋转架(3B)的A立板(3B2)上的A轴承孔(3B4)卡紧；右边框(3A4)的外部设有D凸台(3A42)，D凸台(3A42)的中心部位设有B沉头腔(3A41)，B沉头腔(3A41)内安装有BC联轴器(3K1)；BC联轴器(3K1)上套接有BC滚珠轴承(3K)，BC滚珠轴承(3K)的外圈与水平旋转架(3B)的B立板(3B3)上的B轴承孔(3B5)卡紧；水平旋转架(3B)上设有连接板(3B1)、A立板(3B2)和B立板(3B3)；所述连接板(3B1)上设有C沉头腔(3B6)，在该C沉头腔(3B6)内放置螺钉，螺钉穿过C沉头腔(3B6)后连接在AA联轴器(2G)上，即实现了水平旋转架(3B)与AA联轴器(2G)的固定；所述A立板(3B2)上设有A轴承孔(3B4)，该A轴承孔(3B4)用于放置BD滚珠轴承(3L)，即BD滚珠轴承(3L)的外圈与A轴承孔(3B4)固定，BD滚珠轴承(3L)的内圈套接在BD联轴器(3L1)上；所述B立板(3B3)上设有B轴承孔(3B5)，该B轴承孔(3B5)用于放置BC滚珠轴承(3K)，即BC滚珠轴承(3K)的外圈与B轴承孔(3B5)固定，BC滚珠轴承(3K)的内圈套接在BC联轴器(3K1)上；角度调节架(3C)上设有摄像头安装板(3C1)、上支撑臂(3C2)和下支撑臂(3C3)；所述摄像头安装板(3C1)上设有镜头A通孔(3C11)、镜头B通孔(3C13)、A限位调节孔(3C12)和B限位调节孔(3C14)；镜头A通孔(3C11)用于放置A摄像头(9A)；镜头B通孔(3C13)用于放置B摄像头(9B)；A限位调节孔(3C12)上安装有A限位座(3F)，B限位调节孔(3C14)上安装有B限位座(3G)；所述上支撑臂(3C2)上设有用于安装BA联轴器(3H1)的D沉头腔(3C21)；所述下支撑臂(3C3)上设有用于安装BB联轴器(3J1)的D限位孔。