本發(fā)明涉及機(jī)電控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無框架球型云臺裝置。

背景技術(shù)：

在高科技通訊、導(dǎo)航、火箭、衛(wèi)星等技術(shù)領(lǐng)域中，運動載體(如雷達(dá)、衛(wèi)星跟蹤天線、紅外探測儀、激光測距儀、攝像機(jī)等)往往需要進(jìn)行自動跟蹤探測任務(wù)。為實現(xiàn)自動跟蹤，往往需要具有自調(diào)功能、能保持水平穩(wěn)定的云臺裝置。

專利zl00203193.0公開了一種多用途水平穩(wěn)定平臺，并具體公開了一種典型的云臺結(jié)構(gòu)，可保持當(dāng)?shù)厮矫娴姆€(wěn)定跟蹤。專利申請201510683575.2公開了一種可變焦的航拍云臺裝置，并具體公開了一種雙框架云臺結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)兩個自由度的運動。可見，現(xiàn)有的云臺大多采取框架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)位置信息的測量簡單、控制方便，但是由于存在框架，導(dǎo)致體積較大、轉(zhuǎn)動角度受限。具體來說，框架式云臺由于有多個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，需要安裝電機(jī)、滑環(huán)、轉(zhuǎn)動角度測量元件等，導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)占用的空間較大。并且，由于轉(zhuǎn)動角度測量元件、滑環(huán)、電機(jī)等組件的大小直接影響了框架的最小尺寸，導(dǎo)致這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)小型化困難。另外，由于各個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)之間可能存在相互干涉，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動范圍經(jīng)常受限，甚至有可能因空間限制無法安裝滑環(huán)，從而不能實現(xiàn)全范圍轉(zhuǎn)動。

針對框架式云臺存在的上述缺陷，亟需一種占用空間小、轉(zhuǎn)動靈活、可實現(xiàn)大范圍運動的新型云臺裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種新的無框架球型云臺裝置，以克服框架式云臺存在的占用空間大、轉(zhuǎn)動范圍小、轉(zhuǎn)動不靈活等缺陷。

本發(fā)明提出的無框架球型云臺裝置，包括：由上至下設(shè)置的球體、自調(diào)執(zhí)行模塊、儀表臺；

所述球體頂部設(shè)有安裝座，所述球體側(cè)部設(shè)有m個護(hù)架；并且，所述m個護(hù)架的一端抱住球體，所述m個護(hù)架的另一端與儀表臺相連；

所述自調(diào)執(zhí)行模塊用于根據(jù)自調(diào)控制指令調(diào)節(jié)儀表臺相對球體的位置，以使儀表臺的慣性空間穩(wěn)定；

所述儀表臺設(shè)有位姿測量模塊、控制器；所述位姿測量模塊用于測量云臺的位移信息，并將所述位移信息發(fā)送至控制器；所述控制器用于根據(jù)所述位移信息生成自調(diào)控制指令，并將所述自調(diào)控制指令發(fā)送至自調(diào)執(zhí)行模塊；其中，m為大于等于3的整數(shù)。

優(yōu)選的，所述自調(diào)執(zhí)行模塊包括：n個驅(qū)動輪、n個電機(jī)驅(qū)動器組合；

所述n個驅(qū)動輪與球體的側(cè)部可靠接觸，并且每個驅(qū)動輪通過驅(qū)動與一個對應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動器組合相連；

所述n個電機(jī)驅(qū)動器組合安裝在儀表臺上，用于根據(jù)控制器的自調(diào)控制指令帶動驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動；其中，n為大于等于3的整數(shù)。

優(yōu)選的，n＝3，并且，三個驅(qū)動輪在圍繞球體的水平圓周上等間距分布。

優(yōu)選的，m＝3，并且三個護(hù)架在圍繞球體的水平圓周上等間距分布。

優(yōu)選的，所述位姿測量模塊包括：三軸加速度計、三軸陀螺儀和gps導(dǎo)航模塊，用于實現(xiàn)云臺的慣性空間位姿的測量。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的無框架球形云臺包括：由上至下設(shè)置的球體、自調(diào)執(zhí)行模塊、儀表臺。球體頂部設(shè)有安裝座，球體側(cè)部設(shè)有m個護(hù)架。并且，m個護(hù)架的一端抱住球體，另一端與儀表臺相連。自調(diào)執(zhí)行模塊用于根據(jù)自調(diào)控制指令調(diào)節(jié)儀表臺相對球體的位置，以使儀表臺的慣性空間穩(wěn)定。儀表臺設(shè)有位姿測量模塊、控制器。位姿測量模塊用于測量云臺的位移信息，并將所述位移信息發(fā)送至控制器?？刂破饔糜诟鶕?jù)所述位移信息生成自調(diào)控制指令，并將自調(diào)控制指令發(fā)送至自調(diào)執(zhí)行模塊。通過以上機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得本發(fā)明的裝置克服了框架式云臺存在的占用空間大、轉(zhuǎn)動范圍小、轉(zhuǎn)動不靈活等缺陷。

附圖說明

通過以下參照附圖而提供的具體實施方式部分，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將變得更加容易理解，在附圖中：

圖1是示出的無框架球型云臺裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是示出的自調(diào)執(zhí)行模塊的部分結(jié)構(gòu)示意圖；

1、安裝座；2、球體；3、護(hù)架；4、自調(diào)執(zhí)行模塊；5、儀表臺；6、位姿測量模塊；7、控制器；401、驅(qū)動輪；402、驅(qū)動軸；403、電機(jī)驅(qū)動器組合；404、鎖緊滑套。

具體實施方式

下面參照附圖對本發(fā)明的示例性實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。對示例性實施方式的描述僅僅是出于示范目的，而絕不是對本發(fā)明及其應(yīng)用或用法的限制。

現(xiàn)有的框架式云臺結(jié)構(gòu)由于存在框架，導(dǎo)致占用體積較大、轉(zhuǎn)動不靈活、且轉(zhuǎn)動角度受到很大限制。鑒于此，本發(fā)明的發(fā)明人提出了一種新的無框架球型云臺裝置。與現(xiàn)有的框架式云臺相比，本發(fā)明實施例提出的由球體、自調(diào)執(zhí)行模塊、儀表臺等組成的無框架球型云臺裝置，減小了云臺裝置的占用體積、提高了云臺的轉(zhuǎn)動靈活性和轉(zhuǎn)動范圍。

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的無框架球型云臺裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1示出了本發(fā)明實施例中的無框架球型云臺裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖1可見，該云臺裝置具體包括：由上至下設(shè)置的球體2、自調(diào)執(zhí)行模塊4、儀表臺5。

球體2的頂部設(shè)有安裝座1，球體2的側(cè)部設(shè)有m個護(hù)架3。并且，m個護(hù)架3的一端抱住球體2，m個護(hù)架3的另一端與儀表臺5相連。其中，m為大于等于3的整數(shù)。通過在球體頂部設(shè)置安裝座2，可以將云臺安裝在無人機(jī)、雷達(dá)等運動載體上。通過在側(cè)部設(shè)置m個抱住球體的護(hù)架，可以有效防止球體脫落，保持球體的穩(wěn)定。

在一個較佳的實施例中，令m等于3，且令三個護(hù)架3在圍繞球體2的水平圓周上等間距分布。也就是說，相鄰兩個護(hù)架之間的圓周角均為120°。通過以上設(shè)置，能夠進(jìn)一步提高球體的穩(wěn)定性。

自調(diào)執(zhí)行模塊4用于根據(jù)自調(diào)控制指令調(diào)節(jié)儀表臺5相對球體2的位置，以使儀表臺5的慣性空間穩(wěn)定。具體來說，自調(diào)執(zhí)行模塊4包括n個驅(qū)動輪401、n個電機(jī)驅(qū)動器組合403，n為大于等于3的整數(shù)。所述n個驅(qū)動輪401與球體2的側(cè)部可靠接觸，并且每個驅(qū)動輪401通過驅(qū)動軸402與一個對應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動器組合403相連。其中，所謂可靠接觸，即驅(qū)動輪與球體之間始終保持保持良好接觸、驅(qū)動輪在球體上不打滑。在具體實施時，為了確保驅(qū)動輪與球體可靠接觸，驅(qū)動輪可優(yōu)先采用輕合金框架輪轂和橡膠輪胎構(gòu)成。由于輕合金框架輪轂質(zhì)量輕、剛度大，橡膠輪胎可以保持較大的摩擦力，因此可確保驅(qū)動輪和球體可靠接觸。進(jìn)一步的，還可將驅(qū)動輪的截面設(shè)計成正圓形結(jié)構(gòu)或者反圓形結(jié)構(gòu)。所述正圓形結(jié)構(gòu)，即普通的圓形輪子，在使用時通過增加輪子的預(yù)緊力可提供足夠的摩擦力，進(jìn)而保證驅(qū)動輪與球體的可靠接觸。所述反圓形結(jié)構(gòu)，即與球體表面相吻合的弧形結(jié)構(gòu)。通過將驅(qū)動輪設(shè)計成反圓形結(jié)構(gòu)，能夠增大驅(qū)動輪與球體的接觸面積，從而提高兩者之間的摩擦力，進(jìn)而保證驅(qū)動輪與球體的可靠接觸。另外，在一個較佳的實施例中，自調(diào)執(zhí)行模塊4還包括鎖緊組件。所述鎖緊組件可以是設(shè)置在驅(qū)動軸上的鎖緊滑套404，如圖2所示。在使用時可通過控制鎖緊滑套404的左右移動，實現(xiàn)驅(qū)動輪的鎖緊與解鎖?；蛘?，還可借助電機(jī)的抱緊裝置實現(xiàn)驅(qū)動輪的鎖緊與解鎖，比如，當(dāng)接到鎖緊指令時令電機(jī)抱緊裝置抱緊，接到釋放指令則令電機(jī)的抱緊裝置松開。

n個電機(jī)驅(qū)動器組合403安裝在儀表臺5上，用于根據(jù)控制器7的自調(diào)控制指令帶動與之相連的驅(qū)動輪401的轉(zhuǎn)動。在本發(fā)明實施例中，在電機(jī)驅(qū)動器帶動下，可通過摩擦力的作用實現(xiàn)驅(qū)動輪相對球體的旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)節(jié)儀表臺與球體的相對位置關(guān)系。與框架式云臺相比，這種無框架的機(jī)械結(jié)構(gòu)提高了轉(zhuǎn)動靈活性，減小了云臺占用體積。

在一個較佳的實施例中，令n等于3，且令三個驅(qū)動輪在圍繞球體的水平圓周上等間距分布。也就是說，相鄰兩個驅(qū)動輪之間的圓周角均為120°。在具體實施時，各個驅(qū)動輪可在對應(yīng)電機(jī)驅(qū)動器組合的帶動下轉(zhuǎn)動一定的角度。例如，第一個驅(qū)動輪可能轉(zhuǎn)動5°，第二個驅(qū)動輪可能轉(zhuǎn)動8°，第三個驅(qū)動輪可能轉(zhuǎn)動10°。通過設(shè)置三個等間距分布的驅(qū)動輪，有助于提高云臺的自調(diào)精度，減小控制復(fù)雜度。

儀表臺5設(shè)有位姿測量模塊6、控制器7。位姿測量模塊6用于測量云臺的位移信息，并將所述位移信息發(fā)送至控制器。在具體實施時，位姿測量模塊可選用包括三軸加速度計、三軸陀螺儀和gps導(dǎo)航模塊組成的慣性組合測量元件。在使用該慣性組合元件進(jìn)行測量之前，需要對其自身的測量坐標(biāo)系與儀表臺的本體坐標(biāo)系的位置關(guān)系進(jìn)行精確標(biāo)定，即確定一個位置關(guān)系轉(zhuǎn)移矩陣。然后，可根據(jù)所述位置關(guān)系轉(zhuǎn)移矩陣將測量結(jié)果直接轉(zhuǎn)換成云臺的位移信息。

控制器7用于根據(jù)所述位移信息生成自調(diào)控制指令，并將所述自調(diào)控制指令發(fā)送至自調(diào)執(zhí)行模塊。具體來說，控制器根據(jù)位姿測量模塊采集的云臺位移信息生成自調(diào)控制指令，并將自調(diào)控制指令發(fā)送至電機(jī)驅(qū)動器組合，然后通過帶動驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)儀表臺相對球體的姿態(tài)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)儀表臺的慣性空間穩(wěn)定。

雖然參照示例性實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于文中詳細(xì)描述和示出的具體實施方式，在不偏離權(quán)利要求書所限定的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對所述示例性實施方式做出各種改變。