專利名稱：雙pan驅(qū)動的高速球形云臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于安全防范監(jiān)控系統(tǒng)中的云臺類設(shè)備，特別是一種雙PAN驅(qū)動的高速球形云臺。

背景技術(shù)：
高速球形云臺攝像機是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的重要前端設(shè)備。所謂“高速”，是指這種設(shè)備應(yīng)具有較高的加速度PAN/TILT(水平/垂直)運動性能，加速度在物理上是一個矢量，高速球在程序的控制下能在初始速度為零時迅速將運動速度提升到最大，并能迅速改變運動方向，能在最高運動速度情形下迅速使其運動速度下降并最終靜止；還要求它能在最短時間內(nèi)從任何一個當(dāng)前位置準(zhǔn)確回歸到程序預(yù)先設(shè)定的監(jiān)控位置(調(diào)用予置位)，有些監(jiān)控場合還要求這種設(shè)備具有極低的穩(wěn)定的運動速度。
傳統(tǒng)的球形云臺的PAN的傳動結(jié)構(gòu)都采用微型步進(jìn)電機作為PAN/TILT的驅(qū)動(其它驅(qū)動方式雷同，不再贅述)。該球形云臺的PAN運動是由一只微型步進(jìn)電機通過傳動機構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動的。由于受步進(jìn)電機本身矩頻特性的制約(其它微小型電機也有類似的特性)，其旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)加速度都必須加以限制。結(jié)合成熟的步進(jìn)電機細(xì)分技術(shù)，其穩(wěn)定運行速度一般在0.05°/s-300°/s之間。但在一些特殊應(yīng)用場合，對這個速度范圍提出了更高的要求。
高速球形云臺攝像機的這種運動方式是由PAN運動系和TILT運動系共同完成的，這兩個運動系的動力大多來自微型步進(jìn)電機或直流無刷電機，該電機通過傳動鏈分別形成PAN和TILT的角度位移，這里所說的速度、加速度也即是PAN和TILT的角速度、角加速度。其中TILT運動的絕對位移及運動負(fù)載都較PAN運動低，它不會成為PAN/TILT合成運動速度的瓶頸，所以提升PAN運動的動力性能是提高速度的關(guān)鍵所在。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種起動速度快、可以在超高速以及超低速運行狀態(tài)下正常工作、并可在高速下實現(xiàn)快速靜止的雙PAN驅(qū)動的高速球形云臺。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的 一種雙PAN驅(qū)動的高速球形云臺，包括一體化攝像機、TILT傳動系、主PAN驅(qū)動電機、主PAN傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)動軸及固定盤，固定盤固裝在云臺殼體上，主PAN驅(qū)動電機及其傳動機構(gòu)固裝在轉(zhuǎn)動軸的安裝盤上，TILT傳動系的驅(qū)動電機也固裝在該轉(zhuǎn)動軸的安裝盤上，固定盤以及安裝盤均通過軸承安裝在轉(zhuǎn)動軸上，其特征在于在固定盤上安裝有一輔PAN驅(qū)動電機及其輔PAN傳動機構(gòu)，在固定盤下方的轉(zhuǎn)動軸與固定盤平行固裝有一中間盤，主PAN驅(qū)動電機及其傳動機構(gòu)、輔PAN驅(qū)動電機及其輔PAN傳動機構(gòu)均可拖動該中間盤，一體化攝像機及TILT傳動系通過支架安裝在轉(zhuǎn)動軸的安裝盤上。
而且，所述的主PAN驅(qū)動電機及輔PAN驅(qū)動電機可采用小型直流無刷電機，或者小型步進(jìn)電機。
而且，所述的主PAN傳動機構(gòu)及輔PAN傳動機構(gòu)為普通的減速傳動機構(gòu)，可選用同步齒輪、同步齒形帶或齒輪減速機構(gòu)以及蝸輪、蝸桿機構(gòu)，優(yōu)選具有很好的自鎖止性能的蝸輪、蝸桿機構(gòu)。



圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例的電路方框圖； 圖3為本發(fā)明實施例的另一電路方框圖。

具體實施例方式 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做進(jìn)一步詳述，但不限于本實施例所敘述的具體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明中，由于沒有改變TILT傳動系及一體化攝像機的自身結(jié)構(gòu)，因此不再予以描述。
下面僅對改進(jìn)創(chuàng)新部分進(jìn)行具體描述 本雙PAN驅(qū)動的高速球形云臺，固定盤1固裝在云臺殼體(沒有示出)上，在該固定盤下方的轉(zhuǎn)動軸5上與固定盤平行固裝一中間盤2，該固定盤通過軸承6安裝在轉(zhuǎn)動軸上部，該固定盤上安裝有一輔PAN驅(qū)動電機7及其輔PAN傳動機構(gòu)8，主PAN驅(qū)動電機4及其傳動機構(gòu)3固裝在安裝盤(圖中未標(biāo)號)上，該安裝盤通過軸承安裝在轉(zhuǎn)動軸上；TILT傳動系12與一體化攝像機13均通過支架11安裝在安裝盤上，該TILT傳動系通過傳動皮帶10接收固裝在安裝盤上的TILT驅(qū)動電機9的傳動，主PAN驅(qū)動電機及其傳動機構(gòu)、輔PAN驅(qū)動電機及其輔PAN傳動機構(gòu)均可拖動該中間盤。
主PAN驅(qū)動電機及輔PAN驅(qū)動電機可采用小型直流無刷電機，或者小型步進(jìn)電機；主PAN傳動機構(gòu)及輔PAN傳動機構(gòu)為普通的減速傳動機構(gòu)，可選用同步齒輪、同步齒形帶、齒輪減速機構(gòu)以及蝸輪、蝸桿機構(gòu)，優(yōu)選具有很好的自鎖止性能的蝸輪、蝸桿機構(gòu)。
本發(fā)明可采用一個MCU單片機系統(tǒng)共同控制主PAN驅(qū)動電機及其傳動機構(gòu)、輔PAN驅(qū)動電機及其輔PAN傳動機構(gòu)(如圖2所示的控制電路方框圖)，也可采用兩個MCU單片機系統(tǒng)分別控制(如圖3所示的控制電路方框圖)，優(yōu)選圖3所示的控制電路方式。
本發(fā)明所涉及的雙PAN的工作原理是 所謂雙PAN驅(qū)動，是指這種高速球形云臺被設(shè)計成具有兩套PAN驅(qū)動裝置的雙動力系統(tǒng)。兩套PAN驅(qū)動裝置各自有獨立的的傳動鏈和動力，它們的PAN回轉(zhuǎn)中心重合但不剛性連接。這種設(shè)計使兩個PAN驅(qū)動裝置輸出的動力共同作用、達(dá)到了速度或加速度矢量合成的目的。由于兩個運動矢量具有相同的回轉(zhuǎn)中心且它們的夾角亦為零，所以矢量合成計算在這里被簡化成簡單的算數(shù)和運算。
雙PAN驅(qū)動高速球形云臺在進(jìn)行具體控制算法時將與以下幾個基本數(shù)學(xué)公式有關(guān) acompose＝apan+aaux-pan------------------------公式1 式中，acompose——PAN的合成加速度。
apan——主PAN驅(qū)動裝置產(chǎn)生的加速度。
aaux-pan——輔PAN驅(qū)動裝置產(chǎn)生的加速度。
Vcompose＝Vpan+Vaux-pan------------------------公式2 式中，Vcompose——PAN的合成速度。
Vpan——主PAN驅(qū)動裝置的運動速度。
Vaux-pan——輔PAN驅(qū)動裝置的運動速度。
式1和2的加速度單位為deg/s2，deg——度，s——秒；速度單位為deg/s；對于步進(jìn)電機，其加速度和速度單位還可以是step/s2和step/s，對于細(xì)分驅(qū)動的步進(jìn)電機它們的單位還有stepmicro/s2和stepmicro/s，step和stepmicro分別代表步距和微步距。
本發(fā)明的工作原理是 本發(fā)明將傳統(tǒng)球形云臺的固定盤設(shè)計成中間盤(定動盤)；而該中間盤則由輔PAN驅(qū)動電機和輔PAN傳動機構(gòu)組成的輔PAN傳動機構(gòu)所拖動。
固定盤被剛性連接到球形云臺的殼體上時，輔PAN驅(qū)動電機的機械轉(zhuǎn)動便會通過輔傳動機構(gòu)帶動中間盤做旋轉(zhuǎn)運動；如果此時PAN驅(qū)動電機和PAN傳動機構(gòu)不運動，則PAN運動狀態(tài)只取決于輔PAN驅(qū)動電機和輔PAN傳動機構(gòu)的運動狀態(tài)；同理，如果中間盤被輔PAN機構(gòu)鎖止，則PAN運動只取決于主PAN機構(gòu)的運動；如果此時主PAN、輔PAN同時運動，則PAN的運動狀態(tài)是二者的共同運動的合成。既PAN的運動速度和加速度通過中間盤將二者的共同運動完成了疊加。已經(jīng)證明，兩運動的矢量和為這兩運動矢量的算數(shù)和。
本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)起動迅速。PAN從靜止到高速運行所經(jīng)歷的時間可以僅為傳統(tǒng)球形云臺的1/2。因為PAN的起動過程為一加速過程，所以引用公式1，主PAN和輔PAN同時加速，兩加速度合成，如果兩加速度相等，則合成加速度為主或輔PAN加速度的兩倍，達(dá)到預(yù)定速度的時間為單一加速度的1/2。
(2)最高速度最大可以提升一倍。公式2可以簡單證明。
(3)可以以極低的速度運行。如果主PAN與輔PAN的速度方向相反，則由公式2，可以使合成PAN速度有極小的差，對于步進(jìn)電機可以有1步距甚至1微步距之差。
(4)可以在PAN高速運行時，快速停止(相對靜止)。引用公式1，當(dāng)主PAN高速運行時，需要它停止，此時主PAN需要減速，而輔PAN可以以反方向加速，當(dāng)兩者的即時速度的絕對值相等時，引用公式2，雖然兩驅(qū)動裝置此時并未真正停止，但PAN運動卻相對靜止了，這個過程比單一運動方式在時間上可以縮短一倍。
(5)可以有效地克服單一電機(尤其是步進(jìn)電機)低速和高速運行時所表現(xiàn)出的缺陷。
權(quán)利要求
1.一種雙PAN驅(qū)動的高速球形云臺，包括一體化攝像機、TILT傳動系、主PAN驅(qū)動電機、主PAN傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)動軸及固定盤，固定盤固裝在云臺殼體上，主PAN驅(qū)動電機及其傳動機構(gòu)固裝在轉(zhuǎn)動軸的安裝盤上，TILT傳動系的驅(qū)動電機也固裝在該轉(zhuǎn)動軸的安裝盤上，固定盤以及安裝盤均通過軸承安裝在轉(zhuǎn)動軸上，其特征在于在固定盤上安裝有一輔PAN驅(qū)動電機及其輔PAN傳動機構(gòu)，在固定盤下方的轉(zhuǎn)動軸與固定盤平行固裝有一中間盤，主PAN驅(qū)動電機及其傳動機構(gòu)、輔PAN驅(qū)動電機及其輔PAN傳動機構(gòu)均可拖動該中間盤，一體化攝像機及TILT傳動系通過支架安裝在轉(zhuǎn)動軸的安裝盤上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙PAN驅(qū)動的高速球形云臺，其特征在于所述的主PAN驅(qū)動電機及輔PAN驅(qū)動電機可采用小型直流無刷電機，或者小型步進(jìn)電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙PAN驅(qū)動的高速球形云臺，其特征在于所述的主PAN傳動機構(gòu)及輔PAN傳動機構(gòu)為普通的減速傳動機構(gòu)，可選用同步齒輪、同步齒形帶或齒輪減速機構(gòu)以及蝸輪、蝸桿機構(gòu)，優(yōu)選具有很好的自鎖止性能的蝸輪、蝸桿機構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙PAN驅(qū)動的高速球形云臺。其主要技術(shù)特點是在固定盤上安裝有一輔PAN驅(qū)動電機及其輔PAN傳動機構(gòu)，在固定盤下方的轉(zhuǎn)動軸與固定盤平行固裝有一中間盤，主PAN驅(qū)動電機及其傳動機構(gòu)、輔PAN驅(qū)動電機及其輔PAN傳動機構(gòu)均可拖動該中間盤，一體化攝像機及TILT傳動系通過支架安裝在轉(zhuǎn)動軸的安裝盤上。本發(fā)明起動速度快，可以在超高速以及超低速運行狀態(tài)下正常工作，并可在高速下實現(xiàn)快速靜止，有效地克服單一電機(尤其是步進(jìn)電機)低速和高速運行時所表現(xiàn)出的缺陷，創(chuàng)新性十分明顯。本發(fā)明的提出，將對目前高速球形云臺的技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生影響。
文檔編號G03B17/56GK101169574SQ200610016318
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月27日
發(fā)明者崔廣慶 申請人:天津市亞安科技電子有限公司