CN101907216B - 一种两自由度云台机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种云台，具体涉及一种两自由度云台机构，目的是提供将负载转嫁而不受电机负载限制的、具有两自由度的云台机构，在水平底座上设置由A电机带动A螺杆A螺母机构，与其A螺母一体滑块设置在拨叉的滑槽内，拨叉下垂直转轴上套有轴套，垂直转轴通过L型连接钣与槽型基板一端连接，条状槽型基板吊挂固定在垂直转轴上，槽型基板另一端与云台中部铰接，槽型基板槽内固定设一B电机及B螺杆B螺母机构，槽型基板的槽底板上开长槽，其B螺母上铰接摇杆一端部，该摇杆另一端穿过长槽与云台上部铰接，是用于固定天线的云台机构，采用巧妙结构将纵向载荷施加到底座上，电机轴不受轴向力作用，简化结构，结构紧凑，降低成本，扩大了适用范围。

Description

一种两自由度云台机构

技术领域

本发明涉及一种云台，具体涉及一种两自由度云台机构。

背景技术

目前，在越来越多的地方需要这种具有两个自由度的固定平台，例如：现在随处可见的视频监视系统中的摄像头就是需要一个具有两个自由度的安装固定平台，可以对于已经固定安装的摄像头，根据需要对其摄像角度进行自动、方便、快捷的角度调整，这是两自由度云台的功用。还可运用于各种照相机、监测仪器、发射装置等的固定安装。一个两自由度云台实质上是由两个电机组成的安装平台，可以进行水平旋转和垂直摇摆的运动。两自由度云台分为固定云台和电动云台两种，固定云台适用于调整范围不大，手动安装固定的情况；固定云台是手动调节的机械自锁，调整比较麻烦，而且手动调整的精度要依赖测量设备的精度标准，造成的误差较大，电动云台可以自动、方便、大范围调整。在现有技术的专利文献方面，已有公开文献是研究“两自由度云台”，其专利号是200610018168.0，在这个文献中仅描述是可控载荷平台，而对于载荷的传递虽然没有具体的文字描述，但是在图中也已经表达的非常清晰的，其载荷是通过轴和轴承在逐级传递，这样电机的负荷就会很大，产品的负荷水平就会受到限制，而对于自锁和定位精度问题没有提及，现有两自由度云台的载重量是衡量云台的重要指标，传统的两自由度云台设计往往设计复杂，而且成本较高。如果两自由度云台的载荷不受到电机负荷的影响则云台载荷能力将大大的提高，这是目前工程技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种将负载转嫁而不受电机负载限制的、具有螺杆自锁功能的两自由度云台机构。

本发明通过以下技术方案实现：

一种两自由度云台机构，包括：底座、A电机、B电机，其中：在水平底座上设置一由A电机带动的水平安装A螺杆A螺母机构，与其A螺母一体滑动的滑块设置在拨叉的滑槽内，所述拨叉向下固定一垂直转轴，所述垂直转轴上套有端部带凸台的轴套，所述水平摆动的拨叉固定在垂直转轴的上端部，所述轴套通过支座固定在所述底座上，该支座卡套在所述轴套的上凸台上，所述轴套的下凸台支承在所述底座上，所述底座上设有通孔的底座孔，垂直转轴通过L型连接板与底座下的槽型基板一端连成一体，因此所述条状槽型基板吊挂固定在底座下的所述垂直转轴下端部，所述槽型基板另一端通过水平转轴与所述云台中部铰接，所述槽型基板上部槽内固定设置有一B电机及其所带动的垂直安装B螺杆B螺母机构，与所述B螺杆相对应的所述槽型基板上开有长槽，其所述B螺母28上铰接摇杆一端部，该摇杆另一端穿过所述长槽与设置在所述槽型基板背后的云台上部铰接。

本发明所述的两自由度云台机构，其中：在所述底座上设置A限位开关，其A限位开关上带有产生触发信号的A簧片，所述云台相对所述底座的转动角度达到设定的限位位置处即是所述拨叉触碰限位开关A的A簧片的位置。

本发明所述的两自由度云台机构，其中：在所述槽型基板上，所述B电机通过一个联轴器与所述B螺杆连接一体，所述B螺杆通过两端的支架和支板固定在槽型基板上，在靠近所述B电机的支板外侧部位设置有B限位开关，其B限位开关上带有产生触发信号的B簧片，在所述B螺母上、与摇杆相对的另一侧设置有触杆，在所述云台相对底座的俯仰摆动角度达到设定的限位位置处，即是触杆触碰B限位开关的B簧片的位置。

本发明所述的两自由度云台机构，其中：所述轴套材料为聚四氟乙烯耐磨材料；

本发明所述的两自由度云台机构，其中：所述A限位开关的所述A簧片被拨叉压下时，所述A限位开关发出零点信号，云台控制器根据零点信号给系统清零，并定位出云台的实际位置并设为零点位置，通过计算机自动控制，控制云台运行到所需的任意角度；所述B限位开关的B簧片被触杆压下时，限位开关给出零点信号，云台控制器根据零点信号给系统清零，并定位出云台的实际位置并设为零点位置，通过计算机自动控制，控制云台运行到所需的任意角度。

本发明所述的两自由度云台机构，其中：所述云台上的铰接是通过分别固定的两块铰接板铰接连接。

本发明所述的两自由度云台机构，其中：所述云台机构设有航空插座。

本发明所述的两自由度云台机构其中：所述的云台机构采用具有自锁式螺杆螺母机构，既在螺杆仃止转动时，螺母给螺杆一个反向滑力，不能使螺杆反向转动，由于具有自锁功能，使得云台的运动到停止后能够精确定位。

本发明所述的两自由度云台机构其中：云台随B螺母的上下移动而俯仰摆动，云台随A螺母的左右移动而左右水平摆动，总之是将旋转运动转换为直线运动；还有云台之上的载荷通过聚四氟乙烯轴套施加到上盖上。

本发明具有如下显著优点：本发明所涉及的主要是用于固定天线的云台，属于电动云台，它采用了巧妙的结构将纵向载荷施加到了底座上，使电机输出轴不承受轴向载荷，具有精确定位及自锁功能，同时简化了结构，使得结构紧凑，降低了成本，扩大两自由度云台的适用范围。

附图说明：

图1：是本发明的一种两自由度云台机构实施例整体立体示意图；

图2：是本发明的一种两自由度云台机构实施例俯视立体示意图；

图3是本发明的一种两自由度云台机构实施例I局部放大立体视图；

图4：是本发明的一种两自由度云台机构实施例A-A剖视图；

图5：图1拆去上盖和下盖的整体立体示意图；

图6：II放大立体示意图；

底座1，电机A  2，支架3，A螺杆4，A螺母5，滑块6，螺杆套7，航空插座8，压块9，拨叉10，支座11，A限位开关12，联轴器13，云台14，轴套15，垂直转轴16，上凸台17，压板18，下凸台19，底座孔20，吊挂螺栓21，槽型基板22，B电机23，铰接支板24，B限位开关25，支板26，摇杆27，B螺母28，B螺杆29，触杆32，上盖33，下盖34，双头螺钉35，铰接板36，水平转轴37，长槽38，A簧片39，B簧片40，L型连接板41。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，是一种两自由度云台机构的整体立体示意图，云台14通过水平转轴37与槽型基板22铰接，所述槽型基板22吊挂在盖在上盖33下的底座1上，如图2所示，所述底座1水平设置，在水平底座1上，设置有A电机2，如图3所示，所述A电机2主轴通过联轴器13与水平安装A螺杆4A螺母5机构连接，所述A螺杆4通过支架3设置在所述底座1上，A螺杆4两端是垫有聚四氟乙烯套7的支架3支承，即A螺杆4和支架3的接触部位垫有聚四氟乙烯套7，所述支架3固定在底座1上，A螺母5在A螺杆4上沿A螺杆4左右直线运动，与其A螺母5连接有一滑块6，该滑块6通过压块9活动连接在拨叉10的滑槽内滑动，如图4所示，所述拨叉10向下有一垂直转轴16，拨叉10以该垂直转轴16为轴心转动，即拨叉10由螺母5带动的滑块6的运动而围绕垂直转轴16做一定角度范围的摆动，所述垂直转轴16上套有轴套15，所述底座1上设有是通孔的底座孔20，垂直转轴16通过该底座孔20与底座1下的槽型基板22一端连成一体，具体是通过L型连接板41将槽型基板22固定在垂直转轴16上，槽型基板22是吊挂固定在垂直转轴16上，在图5中，所述槽型基板22另一端通过水平转轴37与云台14中部铰接，所述云台14是一块垂直立式设置的平板、与槽型基板22形成背靠背的位置设置，所述槽型基板22上部槽内固定设置有一B电机23，如图6所示，所述B电机23的主轴垂直向下通过联轴器13带动垂直设置的B螺杆29B螺母28机构，所述B螺杆29两端通过支板26和支架3支承在槽型基板22的槽内，与B螺杆29相对应的槽型基板22的槽底板上开有长槽38，所述B螺母28套在B螺杆29上，B螺母28上铰接了摇杆27一端部，如图7所示，该摇杆27另一端穿出长槽38与云台14上端部位置铰接。

在图3中，在所述底座1上设置A限位开关12，其A限位开关12上带有产生触发信号的A簧片39，图5中，云台14通过A电机2、A螺杆4、A螺母5、滑块6、拨叉10、垂直转轴16、基板22、水平转轴37的运动的传递，实现云台14相对底座1的水平转动，该云台14相对底座1水平转动角度达到设定的限位位置处即是所述拨叉10触碰A限位开关12的A簧片39的位置。此时A限位开关12给出一零点信号给外部的云台控制器(图中未绘出)，云台控制器收到零点信号后将给系统清零，并定位云台14的实际位置，本发明充分利用计算机自动控制的特点，通过零点就确定了云台14转角的绝对位置，这样云台14可以运行到所需的任何角度(云台允许范围内)，而云台14的这一角度可以通过步进电机或伺服电机的运动来确定，它减少了零件个数，降低了机构的成本。

在图6中，在所述槽型基板22上，B电机23通过联轴器13与B螺杆28连接一体，B螺杆29的两端通过支板26和支架3固定在槽型基板22上，在靠近B电机23的支板26上设置有B限位开关25，其B限位开关25上带有产生触发信号的B簧片40，在B螺母28上与摇杆27相对的另一侧设置有触杆32，在云台14相对底座1的俯仰摆动角度达到设定的限位位置处，即摇杆27相对槽型基板22摆动的角度达到设定的限位位置，也就是触杆32上行穿过支板26触碰B限位开关25的B簧片40的位置，此时B限位开关25给出一零点信号给外部的云台控制器(图中未绘出)，云台控制器收到零点信号后将给系统清零，并定位云台14的实际位置，本发明充分利用计算机自动控制的特点，通过零点就确定了云台14转角的绝对位置，这样云台14可以运行到所需的任何角度(在云台14允许范围内)，而云台14的这一角度的实现可以通过步进电机或伺服电机的运动来确定。它减少了零件个数，降低了机构的成本。

如图4所示，在所述垂直转轴16上，套有轴套15，本实施例的垂直转轴是一根空心结构的垂直转轴16，所述轴套15上带有上凸台17、下凸台19，水平摆动的拨叉10固定在转轴16的上端部，轴套15通过支座11固定在底座1上，该支座11卡套在轴套15的上凸台17上，轴套15的下凸台19支承在底座1上，这样云台上承载的负荷传递通过吊挂在垂直转轴16下而传递到拨叉10上，轴套15上端面与水平转动的拨叉10接触，轴套15下端面与静止不动的底座1接触，拨叉10上的力传递到轴套15上，再通过轴套15传递到底座1上，所述轴套15材料为聚四氟乙烯耐磨材料，轴套15上端面与拨叉10构成一对摩擦副，保证承载力长期可靠地传递到底座1上，如图1所示，在底板1上固定有上盖33，所述上盖33是与其它设备或者固定设施如墙壁连接的，载荷最终是施加在上盖33上。因此传动机构就没有受到云台载荷的影响，而实现云台机构正常进行两个自由度的转动。

如图1所示，所述摇杆27一端固定在B螺母28上，另一端通过云台上铰接点的双头螺钉35固定在铰接支板24上，铰接支板24固定在云台14上，槽型基板22通过水平转轴37和铰接板36固定在云台14上，上盖33固定在底板1上，下盖34固定在槽型基板22上，整个装置结构简单紧凑。所述云台14设有航空插座8，方便电力供给和信号的传输。

所述的云台机构采用具有自锁式螺杆螺母机构，既在螺杆仃止转动时，螺母给螺杆一个反向滑力，不能使螺杆反向转动，由于具有自锁功能，使得云台停止后能够精确定位。

本发明所述的两自由度云台机构是所述云台14随所述B螺母28的上下移动而实现俯仰摆动，所述云台14随所述A螺母5的左右移动而实现左右水平摆动，总之是将直线运动转换为旋转运动；还有所述云台14之上的载荷通过聚四氟乙烯轴套15施加到上盖33上。

本发明的工作过程如下：

A电机2通电，A电机2主轴通过联轴器13带动A螺杆4转动，A螺母5穿在A螺杆4上，A螺杆4使A螺母5沿着A螺杆4左右移动，与A螺母5一体的滑块6通过压块9活动连接在拨叉10的滑槽内滑动，所述拨叉10以向下的一垂直转轴16为轴心转动，即拨叉10由于螺母5带动的滑块6的运动而围绕垂直转轴16做一定范围内的摆动，所述垂直转轴16上套有的轴套15支撑在拨叉10和底座1之间，垂直转轴16通过L型连接板41与底座1下的槽型基板22一端连成一体，具体是通过吊挂螺栓21将槽型基板22固定在L型连接板41上，L型连接板41固定在垂直转轴16上，故而条状槽型基板22是吊挂固定在垂直转轴16上，所述槽型基板22另一端通过水平转轴37与云台14中部铰接，所述云台14是一块垂直立式设置的平板，与槽型基板22形成背靠背的位置设置，所述云台14的上部设置一摇杆27，它们是采用双头螺钉35铰接的方式连接的，该摇杆27另一端是B螺母28连接的，B电机23带动B螺杆29旋转，B螺母28套在B螺杆29上，B螺母28的上下滑动带动穿过长槽38的摇杆27摆动，摇杆27带动云台14围绕水平转轴37作俯仰摆动，另外拨叉10的摆动通过垂直转轴16、槽型基板22带动云台14作水平旋转运动，构成云台14两自由度转动；

若云台14由拨叉10带动水平转动的角度到达限定角度，则A水平限位开关12被拨叉10压下，A水平限位开关12给出信号，A电机2停止转动或反转。若云台14由B电机23通过摇杆27带动的云台作俯仰转动的角度到达限定角度，则B限位开关25被穿过支板26的触杆32触碰，即B螺母28上的触杆32是随B螺母28往复运动，云台14俯仰角度最大的时候，就是摇杆27伸出最远的时候，也是B螺母28和触杆32上行最高的位置，触杆32刚好可以触碰到设置在靠近B电机的支板26位置上的B限位开关25上的B簧片40，此时，限位开关动作会发出一次零点信号，电机停转或者反转，反转时，B螺母28沿B螺杆29向下移动，摇杆27作回收动作，云台控制器会给出和俯仰角度一致的运行距离的信号，到达位置后电机停转。

本发明在实现物体水平转动的同时，实现了物体竖直方向的俯仰摆动；同时，还采用了巧妙的结构将纵向载荷施加到了上盖33上，使电机轴不受载荷的作用；同时充分利用计算机自动控制的特点，通过零点就确定了云台转动角度的绝对位置，这样云台可以运行到所需任何角度，而这一角度可以通过步进电机或伺服电机的运动来实现，简化了结构，降低了成本。

Claims (8)

1.一种两自由度云台机构，包括：水平底座(1)、A电机(2)、B电机(23)，其特征在于：在水平底座(1)上设置一由A电机(2)带动的水平安装A螺杆(4)A螺母(5)机构，与其A螺母(5)一体滑动的滑块(6)设置在拨叉(10)的滑槽内，所述拨叉(10)向下有一垂直转轴(16)，所述垂直转轴(16)上套有带有上凸台（ 17 ）、下凸台 (19)的轴套(15)，水平摆动的所述拨叉(10)固定在垂直转轴(16)的上端部，所述轴套(15)通过支座(11)固定在所述水平底座(1)上，该支座(11)卡套在所述轴套(15)的上凸台(17)上，所述轴套(15)的下凸台(19)支承在所述水平底座(1)的底座孔(20)上，所述垂直转轴(16)通过L型连接板(41)与底座(1)下的槽型基板(22)一端连成一体，故而条状的所述槽型基板(22)吊挂固定在所述水平底座(1)下的所述垂直转轴(16)下端部，所述槽型基板(22)另一端通过水平转轴(37)与所述云台(14)中部铰接，所述槽型基板(22)上部槽内固定设置有一B电机(23)及其所带动的垂直安装B螺杆(29)B螺母(28)机构，与所述B螺杆(29)相对应的所述槽型基板(22)上开有长槽(38)，其所述B螺母(28)上铰接摇杆(27)一端部，该摇杆(27)另一端穿过所述长槽(38)与设置在所述槽型基板(22)背后的所述云台(14)上部铰接。

2.根据权利要求1所述的两自由度云台机构，其特征在于：在所述支座(11)上设置A限位开关(12)，其A限位开关(12)上带有产生触发信号的A簧片(39)，所述云台(14)相对所述水平底座(1)的转动角度达到设定的限位位置处即是所述拨叉(10)触碰A限位开关(12)的A簧片(39)的位置。

3.根据权利要求2所述的两自由度云台机构，其特征在于：在所述槽型基板(22)上，所述B电机(23)通过一个联轴器(13)与B螺杆(29)连接一体，所述B螺杆(29)的两端固定在所述槽型基板(22)上，在靠近B电机(23)的支板(26)外侧设置有B限位开关(25)，其B限位开关(25)上带有产生触发信号的B簧片(40)，在B螺母(28)上、与摇杆(27)相对的另一侧设置有触杆(32)，在云台(14)相对所述水平底座(1)的俯仰摆动角度达到设定的限位位置处，即是触杆(32)触碰B限位开关(25)的B簧片(40)的位置。

4.根据权利要求3所述的两自由度云台机构，其特征在于：所述轴套(15)材料为聚四氟乙烯耐磨材料。

5.根据权利要求4所述的两自由度云台机构，其特征在于：所述A限位开关(12)的所述A簧片(39)被拨叉(16)压下时，所述A限位开关(12)发出第一零点信号，云台控制器根据第一零点 信号给系统清零，并定位出云台(14)的实际位置并设为第一零点位置，通过计算机自动控制，控制云台运行到所需的任意角度；所述B限位开关(25)的B簧片(40)被触杆(32)压下时，B限位开关(25)给出第二零点信号，云台控制器根据第二零点信号给系统清零，并定位出云台(14)的实际位置为第二零点位置，通过计算机自动控制，控制云台运行到所需的任意角度。

6.根据权利要求5所述的两自由度云台机构，其特征在于：所述云台(14)上的铰接是通过分别固定的两块铰接板(36)铰接连接。

7.根据权利要求6所述的两自由度云台机构，其特征在于：所述两自由度云台机构设有航空插座(8)。

8.根据权利要求7所述的两自由度云台机构，其特征在于：所述螺杆螺母机构采用具有自锁式螺杆螺母机构。 

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