一种双相机二自由度重型云台系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双相机二自由度重型云台系统，包括相机组件，两个所述相机组件对称设置与固定底板两侧，任一所述相机组件外包裹有外壳保护结构，用于防护相机组件被海上物质腐蚀，所述相机组件内上设置有控制系统，用于控制相机组件的二自由度与传递信号。本发明专利技术可以通过横滚机构和俯仰机构，来实现相机横滚和俯仰两个方向的稳定，从而使双相机二自由度重型云台系统所拍摄的图像始终保持稳定。通过外壳保护结构，使双相机二自由度重型云台系统与外界分隔，防止海上的腐蚀和破坏，可以保护二自由度重型云台系统的稳定运转。该二自由度重型云台系统的轻量化、大负载和适应性等优点，更能适应在船舶海上相机图像采集，更好的代替人工进行工作。人工进行工作。人工进行工作。

【技术实现步骤摘要】
一种双相机二自由度重型云台系统


[0001]本专利技术涉及船舶用相机云台
，尤其是一种双相机二自由度重型云台系统。

技术介绍

[0002]云台是一个复杂的、多输入多输出控制系统，必须与其他零件、部件共同工作，因此会受到诸多因素的影响。云台能够承载的最高重量称为云台的承载能力，即垂直方向上，稳定云台可以承受的最大压力。电机驱动器的功率、云台的结构、材质、尺寸、大小等都会影响云台的承载能力。此外，云台的运行速度、加速度也会影响承载能力。云台运行速度和加速度正常的情况下，云台能够承载的最大压力称为云台的承载力。
[0003]通常条件下，承载能力随速度的减慢而增强，随速度的提高而减弱，二者呈反比例关系。云台的负载中心要垂直与云台工作面，且经过回转中心，云台的最大负载点就是指该点。在设计云台结构、计算云台承载能力时，也是以该点为参考。假设负载的安装位置不合理，使得回转中心与重心不重合，负载力矩会显著提高，实际负载量会显著减小，无法达到理论值。所以，云台的承载重量随重心偏离度、垂直转动角度的提高而减小，随重心偏离度、垂直转动角度的降低而增加，二者呈反比例关系。所以在设计云台结构需充分考虑以下几个因素。
[0004](1)要对机构布局、传动结构的重心平衡进行谨慎选择，根据静平衡标准对云台的质量分布进行合理配置，因为装置体积、质量较大，较高，框架的质心存在偏移，转动轴承无法保证质量的均匀分布，极易形成附加干扰力矩。
[0005](2)选择加工材料和工艺，为了保证稳定云台的防震性和抗压性，其材料以金属为主。考虑到云台应用在海上，充分考虑稳定云台设备的防腐蚀、防潮等防护。
[0006](3)要综合考虑驱动器、编码器、电机的尺寸、大小、重量和体积，尽量减小云台的重量和体积。
[0007](4)稳定云台的性能会受运动控制系统的影响和干扰，需要重点研究和分析，运动控制的关键是控制驱动电机，满足稳定性、可靠性、准确性和实时性的要求，并能够实现各种转角运动以满足不同的使用需求。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术中云台结构不合理的问题，本专利技术提出了在稳定性、适配性和可产品化程度上都能达到较高水平的一种双相机二自由度重型云台系统。
[0009]本专利技术的技术方案为：一种双相机二自由度重型云台系统，包括相机组件，两个所述相机组件对称设置与固定底板两侧，任一所述相机组件外包裹有外壳保护结构，用于防护相机组件被海上物质腐蚀，所述相机组件内上设置有控制系统，用于控制相机组件的二自由度与传递信号。
[0010]作为上述技术方案的进一步改进：
[0011]优选地，所述相机组件包括安装底座、横滚旋转机构、俯仰旋转机构与拍摄相机，所述安装底座通过螺栓固定设置于固定底板上，所述安装底座上设置有横滚旋转机构，所述横滚旋转机构上设置有俯仰旋转机构，所述俯仰旋转机构端部设置有拍摄相机，所述横滚旋转机构与俯仰旋转机构重心保持一致，所述横滚旋转机构与俯仰旋转机构采用6061铝合金材料。
[0012]优选地，所述横滚旋转机构包括肋板、安装立板、横滚轴承、轴承安装板与横滚电机，所述安装立板与两个肋板呈U字型放置并且垂直设置于安装底座上表面，所述轴承安装板固定设置于两个肋板之间，所述轴承安装板内设置有横滚轴承，所述横滚电机设于安装立板与轴承安装板之间，并且横滚电机的输出轴设置于横滚轴承内，所述横滚轴承的内圈与俯仰旋转机构相连。
[0013]优选地，还包括二轴连接组件，所述二轴连接组件包括第一二轴连接套、二轴连接板、二轴连接座与二轴轴承座，所述第一二轴连接套用于连接横滚轴承内圈与二轴连接板，所述二轴连接板上垂直设有具有间隔的二轴连接座与二轴轴承座，所述二轴连接座及二轴轴承座与俯仰旋转机构相连，用于固定俯仰旋转机构。
[0014]优选地，所述俯仰旋转机构包括俯仰电机、相机连扳、俯仰轴承、第二二轴连接套与相机连接环，所述俯仰电机与横滚旋转机构固定连接，所述俯仰电机的输出轴上套设有俯仰轴承，所述俯仰轴承的外圈设在横滚旋转机构内，所述第二二轴连接套用于连接俯仰轴承内圈与相机连板，所述相机连板上设置有多个相机连接环，所述拍摄相机用相机连接环固定。
[0015]优选地，所述控制系统包括云台主控板、电机驱动模块、姿态采集模块、通信模块与供电模块，所述云台主控板用以输出二路驱动信号给电机驱动模块，实现相机二轴式转动，所述姿态采集模块用以检测计算出相机三维姿态并发送给云台主控板，所述通信模块用以实现云台主控板通信控制，所述供电模块用于对整体进行供电。
[0016]优选地，所述姿态采集模块采用一个集成了三轴加速度计和三轴陀螺仪的CAN
‑
IMU模块，所述CAN
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IMU模块能够检测相机三维角速度和加速度，并将解算出的相机三维姿态通过CAN总线通信方式发送给云台主控板，所述CAN
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IMU模块通过传感器安装板安装在相机组件内。
[0017]优选地，所述相机组件的驱动件内设置有磁编码器，用于给控制系统反馈驱动件的位置。
[0018]优选地，所述外壳保护结构由固定底板、外罩、防护玻璃和玻璃压边圈组成，套设在相机组件外侧。
[0019]双相机二自由度重型云台系统的工作流程，包括以下步骤：
[0020]Step1、云台系统进行初始化，将横滚电机(11)和俯仰电机(16)运动至设定位置；
[0021]Step2、若有控制指令，云台主控板(7)则将控制指令输出为PWM信号控制横滚电机(11)和俯仰电机(16)转动；若无控制指令，则进入下一步；
[0022]Step3、姿态传感模块采集姿态偏差，云台主控板(7)将姿态数据进行解算并输出修正角度，然后控制电机进行修正，横滚电机(11)和俯仰电机(16)上均有磁编码器(22)，当电机转动时出现误差，控制器将会把磁编码器(22)检测的信号控制电机运动至指定的转动角度；
[0023]Step4、控制系统会进入控制指令判断环节，以此实现系统的控制流程。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0025]本专利技术与现有技术相比，可以通过横滚机构和俯仰机构，来实现相机横滚和俯仰两个方向的稳定，从而使双相机二自由度重型云台系统所拍摄的图像始终保持稳定。通过外壳保护结构，使双相机二自由度重型云台系统与外界分隔，防止海上的腐蚀和破坏，可以保护二自由度重型云台系统的稳定运转。该二自由度重型云台系统的轻量化、大负载和适应性等优点，更能适应在船舶海上相机图像采集，更好的代替人工进行工作。
附图说明
[0026]图1是本专利技术的总体结构示意图；
[0027]图2是本专利技术的横滚旋转机构示意图；
[0028]图3是本专利技术的横滚旋转机构示意图；
[0029]图4是本专利技术的俯仰旋转机构示意图；
[0030]图5是本专利技术的云台系统内部模块图；
[0031]图6是本专利技术的云台系统流程图。
[0032]附图标记：1、固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双相机二自由度重型云台系统，其特征在于：包括相机组件，两个所述相机组件对称设置与固定底板(1)两侧，任一所述相机组件外包裹有外壳保护结构，用于防护相机组件被海上物质腐蚀，所述相机组件内上设置有控制系统，用于控制相机组件的二自由度与传递信号。2.根据权利要求1所述的双相机二自由度重型云台系统，其特征在于：所述相机组件包括安装底座(5)、横滚旋转机构、俯仰旋转机构与拍摄相机(21)，所述安装底座(5)通过螺栓固定设置于固定底板(1)上，所述安装底座(5)上设置有横滚旋转机构，所述横滚旋转机构上设置有俯仰旋转机构，所述俯仰旋转机构端部设置有拍摄相机(21)，所述横滚旋转机构与俯仰旋转机构重心保持一致，所述横滚旋转机构与俯仰旋转机构采用6061铝合金材料。3.根据权利要求2所述的双相机二自由度重型云台系统，其特征在于：所述横滚旋转机构包括肋板(6)、安装立板(8)、横滚轴承(9)、轴承安装板(10)与横滚电机(11)，所述安装立板(8)与两个肋板(6)呈U字型放置并且垂直设置于安装底座(5)上表面，所述轴承安装板(10)固定设置于两个肋板(6)之间，所述轴承安装板(10)内设置有横滚轴承(9)，所述横滚电机(11)设于安装立板(8)与轴承安装板(10)之间，并且横滚电机(11)的输出轴设置于横滚轴承(9)内，所述横滚轴承(9)的内圈与俯仰旋转机构相连。4.根据权利要求3所述的双相机二自由度重型云台系统，其特征在于：还包括二轴连接组件，所述二轴连接组件包括第一二轴连接套(12)、二轴连接板(13)、二轴连接座(14)与二轴轴承座(15)，所述第一二轴连接套(12)用于连接横滚轴承(9)内圈与二轴连接板(13)，所述二轴连接板(13)上垂直设有具有间隔的二轴连接座(14)与二轴轴承座(15)，所述二轴连接座(14)及二轴轴承座(15)与俯仰旋转机构相连，用于固定俯仰旋转机构。5.根据权利要求2所述的双相机二自由度重型云台系统，其特征在于：所述俯仰旋转机构包括俯仰电机(16)、相机连扳(17)、俯仰轴承(24)、第二二轴连接套(23)与相机连接环(20)，所述俯仰电机(16)与横滚旋转机构固定连接，所述俯仰电机(16)的输出轴上套设有俯仰轴承(24)，所述俯仰轴承(24)的外圈设在横滚旋转机构内，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，朱全华，汪雪良，蒋镇涛，杨华伟，徐春，郑庆新，孙函宇，杨启帆，
申请(专利权)人：南方海洋科学与工程广东省实验室广州，
类型：发明
国别省市：