折叠升降式3.5D自由度云台制造技术

本发明专利技术提供了一种折叠升降式3.5D自由度云台，所述云台包括电驱折叠基座、电驱多节升降套管、电驱旋转俯仰平台与单片机测控系统；该发明专利技术结构简洁、合理、实用性突出，既能满足宽广视野探测，同时又可灵巧应对狭窄环境进出、丛林树枝避让与自身形体隐藏，导线内置套管腔特性，尤其适合于机器人和军事、国防等特殊场合应用，进一步增强了经济与广泛推广价值。

【技术实现步骤摘要】
折叠升降式3.5D自由度云台
本专利技术涉及一种折叠升降式3.5D自由度云台，其应用于狭窄出入口设备、环境检测与丛林、果园和洪灾等类极度复杂场所机器人系统的配套性支持。
技术介绍
目前，虽然用于探测器材安放的云台各式各样，但它们几乎全部局限于旋转和俯仰范围之内；仿真切削平台尽管拥有高度、朝向改变能力，可幅度过于狭小，且成本、重量、复杂度等不适合机器人应用；剪叉、单桅柱与平行杆曲臂式升降台在突破高度局限的同时，又存在难以克服的刚度、稳定不佳，以及裸漏导线保护困难弊端，另外，收缩后形体仍满足不了某些苛刻的几何尺寸要求；油缸式起重机结构虽略微靠近需求，然而却无法将导线隐匿于缸体腔内，动力源的多样化也给最终系统集成带来沉重负担。此外，折叠和油缸式普遍面临着轴关节驱动受力高度集中问题，以及电机行程同末端平台非线性变换实时性压力。机器人之类移动载体平台伴随着环境、任务和追求目标多样化，对于传感器、执行机构安放基础的性能指标与保护等级企求相距甚远，如何最大限度地兼顾并灵巧做到宽阔视野、通过局部狭小空间、避让杂乱突出物体和适时隐藏自身形体往往变得特别至关重要。
技术实现思路
专利技术目的针对以上问题，本专利技术提供一种折叠升降式3.5D自由度云台，其目的是解决以往的机器人之类行走载体任务执行期间对传感器、执行机构安置平台的折叠、伸缩、旋转与俯仰调节不灵巧的问题及农业、科考、探险、消防、救援与军事侦察诸类行业在机器人应用时面临困扰的问题。技术方案：一种折叠升降式3.5D自由度云台，其特征在于：该云台包括旋转俯仰平台、多节升降套管、折叠基座和单片机系统，旋转俯仰平台通过上俯仰装置连接至多节升降套管，多节升降套管的底部通过下端折叠装置与折叠基座连接；旋转俯仰平台包括平台固定外壳、旋转基座、旋转齿轮组和旋转直流电机，旋转齿轮组与旋转基座联动，旋转直流电机输出轴上的输出齿轮与旋转齿轮组啮合，旋转直流电机与平台固定外壳连接；上俯仰装置包括俯仰直流电机、俯仰涡轮和俯仰蜗杆，俯仰直流电机与旋转俯仰平台联动，俯仰直流电机连接俯仰蜗杆，俯仰蜗杆与旋转俯仰平台底部的俯仰涡轮啮合；俯仰涡轮设置在多节升降套管的上端档板上，在多节升降套管底部的套管基座上设置有升降套管直流电机,升降套管直流电机连接有套管动作蜗杆，套管动作蜗杆与套管动作蜗轮啮合，套管动作蜗轮通过牵引索及滑轮与多节升降套管连接并控制多节升降套管升降；下端折叠装置包括下端折叠蜗轮、折叠蜗杆和折叠直流电机，折叠直流电机连接折叠蜗杆，折叠蜗杆与折叠蜗轮啮合，折叠蜗轮与套管基座底部连接，折叠直流电机设置在折叠基座上；旋转直流电机、俯仰直流电机和升降套管直流电机连接至单片机控制系统。在旋转俯仰平台上设置有限定旋转基座旋转位置的旋转限位拨叉，在旋转限位拨叉处设置有旋转限位开关，在旋转直流电机的输出齿轮位置设置有旋转齿轮动作测位开关，旋转限位开关和旋转齿轮动作测位开关连接至单片机系统；旋转基座中心设有中空管，中空管利用一体式止推轴承组同旋转俯仰平台的固定外壳紧密地连接在一起，旋转基座中空管侧壁开设供导线穿过的孔洞，以便云台的旋转电机导线、俯仰电机导线及传感器导线进入并连接。多节升降套管为多节方形套管嵌套结构，每层套筒的底部均设置有档板，最外侧的套筒的底部为套筒基座，最内侧的套筒的顶部设置有套筒上端档板，在套筒基座及除最内侧套筒以外的套筒下端档板上均设置有套筒全收缩限位开关，套筒全收缩限位开关连接至单片机系统，在除最内侧套筒以外的每层套筒内壁的顶部均设置有与单片机系统连接的套筒全伸展限位开关；在除内层套筒外的每层套筒的底部和顶部设置有滑轮，滑轮与套筒动作蜗轮之间通过牵引索连接，牵引索与内层套筒底部的牵引索张紧弹簧连接。在折叠蜗轮旁设置有折叠齿轮动作测位开关和折叠中位检测开关，折叠齿轮动作测位开关设置在折叠蜗轮的一侧，折叠中位检测开关设置在折叠蜗轮的中间，折叠齿轮动作测位开关和折叠中位检测开关均连接至单片机系统。在俯仰涡轮旁设置有俯仰齿轮动作测位开关和俯仰中位检测开关，俯仰齿轮动作测位开关设置在俯仰涡轮的一侧，俯仰中位检测开关设置在俯仰涡轮的中间。套筒基座底部的云台安放传感器电线以螺旋方式穿过多节升降套筒的内部腔体，经由套筒基座、套筒下端档板和套筒上端档板通过。优点及效果本专利技术所提出一种折叠升降式3.5D自由度云台，所述云台包括电驱折叠基座、电驱多节升降套筒、电驱旋转俯仰平台与单片机测控系统；电驱折叠基座设有直流减速电机、动作测位开关、中位检测开关和锁位蜗轮、蜗杆，实现整个云台的伸展与折叠收缩；电驱多节升降套筒设有直流减速电机、限位开关、动作测位开关、多节嵌套式方形套筒、锁位蜗轮、蜗杆、滑轮与牵引索，在电机、蜗轮、蜗杆、滑轮和牵引索共同作用下，伸缩杆上下运动并保持；电驱旋转俯仰平台设有旋转直流减速电机、旋转限位开关、动作测位开关、旋转齿轮、俯仰直流减速电机、俯仰中位检测开关、俯仰动作测位开关和俯仰锁位蜗轮、蜗杆，达到摆动旋转与俯仰倾角变化；单片机系统监测、计数、预估、控制各部分协同动作。该专利技术采用滑轮与牵引索共同作用下的电机驱动方式，从根本上实现了将末端平台安放仪器、设备导线置于伸缩杆腔，进而增强了最终系统整体安全与可靠性。此外，滑轮支撑下的牵引索驱动方式还将彻底克服轴关节铰链存在的受力过分集中与测控快速非线性变换问题，以及油、气缸模式必须慎重对待的动力源多样化提供、微型化和简捷维护困扰。此专利技术使用多节方形套筒嵌套装配方式组成升降套筒，既强化了抗弯刚度，又避免了末端平台可能出现扭转。通过在每节套筒上、下端配置档板，同时达到止位、导引、限位与抗歪斜等多重功效；除最内层外，在每节套筒上、下端皆安置滑轮、滑轮连同套筒一起动作与导引索经套筒腔首尾相连的构思，使得导引索动作同多节套筒直接关联，进而只需单一电机即可实现伸展、收缩操控目的；导引索在凹形滑轮多绕一周和端头串接张紧弹簧，共同作用有效地消除了组装公差与材质疲劳引起的打滑。本专利技术运用多节升降套筒实现高度维自由度改变；使用旋转俯仰平台达到旋转与俯仰维自由度变化；采用折叠基座做到伸展、折叠的0.5D自由度变迁，它们相互配合最终取得3.5D自由度目标。在此，虽然折叠同俯仰作用近似，但二者功效显著相异且功能互补，于是特赋予0.5D自由度。本申请结构简洁、可靠、合理、功能齐全，不但能够借助多节套筒达到最大限度地拓展视野，而且利用折叠基座收缩尚可掩藏云台形体，以取得通过狭小空间、避让杂乱突出物体，进而适应农业、科考、探险、消防、救援与军事侦察之类行业机器人应用期间可能遇到的各类特别要求。本专利技术尤其擅长于满足农业、科考、探险、消防、救援与军事侦察诸类特殊行业，对于视野宽阔性、局部通过空间狭小性、杂乱突出物体避让性与自身形体隐藏之类矛盾式要求，具有良好适应能力。附图说明图1为本专利技术结构示意图。具体实施方式：下面结合附图和具体的实施例对本专利技术做进一步地说明：如图1所示，本专利技术是一种折叠升降式3.5D自由度云台，该云台包括旋转俯仰平台1、多节升降套筒15、折叠基座28和单片机系统11，旋转俯仰平台1通过上俯仰装置连接至多节升降套筒15，多节升降套筒15的底部通过下端折叠装置与折叠基座28连接；旋转俯仰平台1包括平台固定外壳、旋转基座2、旋转齿轮组3和旋转直流电机5，旋转齿轮组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种折叠升降式3.5D自由度云台，其特征在于：该云台包括旋转俯仰平台（1）、多节升降套管（15）、折叠基座（28）和单片机系统（11），旋转俯仰平台（1）通过上俯仰装置连接至多节升降套管（15），多节升降套管（15）的底部通过下端折叠装置与折叠基座（28）连接；旋转俯仰平台（1）包括平台固定外壳、旋转基座（2）、旋转齿轮组（3）和旋转直流电机（5），旋转齿轮组（3）与旋转基座（2）联动，旋转直流电机（5）输出轴上的输出齿轮与旋转齿轮组（3）啮合，旋转直流电机（5）与平台固定外壳连接；上俯仰装置包括俯仰直流电机（6）、俯仰涡轮（7）和俯仰蜗杆（8），俯仰直流电机（6）与旋转俯仰平台（1）联动，俯仰直流电机（6）连接俯仰蜗杆（8），俯仰蜗杆（8）与旋转俯仰平台（1）底部的俯仰涡轮（7）啮合；俯仰涡轮（7）设置在多节升降套管（15）的上端档板（17）上，在多节升降套管（15）底部的套管基座（26）上设置有升降套管直流电机（18）, 升降套管直流电机（18）连接有套管动作蜗杆（21），套管动作蜗杆（21）与套管动作蜗轮（22）啮合，套管动作蜗轮（22）通过牵引索（20）及滑轮与多节升降套管（15）连接并控制多节升降套管（15）升降；下端折叠装置包括下端折叠蜗轮（29）、折叠蜗杆（30）和折叠直流电机（32），折叠直流电机（32）连接折叠蜗杆（30），折叠蜗杆（30）与折叠蜗轮（29）啮合，折叠蜗轮（29）与套管基座（26）底部连接，折叠直流电机（32）设置在折叠基座（28）上；旋转直流电机（5）、俯仰直流电机（6）和升降套管直流电机（18）连接至单片机控制系统（11）。...

【技术特征摘要】
2014.09.04 CN 20141044767461.一种折叠升降式3.5D自由度云台，其特征在于：该云台包括旋转俯仰平台（1）、多节升降套筒（15）、折叠基座（28）和单片机控制系统（11），旋转俯仰平台（1）通过上俯仰装置连接至多节升降套筒（15），多节升降套筒（15）的底部通过下端折叠装置与折叠基座（28）连接；旋转俯仰平台（1）包括平台固定外壳、旋转基座（2）、旋转齿轮组（3）和旋转直流电机（5），旋转齿轮组（3）与旋转基座（2）联动，旋转直流电机（5）输出轴上的输出齿轮与旋转齿轮组（3）啮合，旋转直流电机（5）与平台固定外壳连接；上俯仰装置包括俯仰直流电机（6）、俯仰涡轮（7）和俯仰蜗杆（8），俯仰直流电机（6）与旋转俯仰平台（1）联动，俯仰直流电机（6）连接俯仰蜗杆（8），俯仰蜗杆（8）与旋转俯仰平台（1）底部的俯仰涡轮（7）啮合；俯仰涡轮（7）设置在多节升降套筒（15）的上端档板（17）上，在多节升降套筒（15）底部的套筒基座（26）上设置有升降套管直流电机（18）,升降套管直流电机（18）连接有套管动作蜗杆（21），套管动作蜗杆（21）与套管动作蜗轮（22）啮合，套管动作蜗轮（22）通过牵引索（20）及滑轮与多节升降套筒（15）连接并控制多节升降套筒（15）升降；下端折叠装置包括下端折叠蜗轮（29）、折叠蜗杆（30）和折叠直流电机（32），折叠直流电机（32）连接折叠蜗杆（30），折叠蜗杆（30）与折叠蜗轮（29）啮合，折叠蜗轮（29）与套筒基座（26）底部连接，折叠直流电机（32）设置在折叠基座（28）上；旋转直流电机（5）、俯仰直流电机（6）和升降套管直流电机（18）连接至单片机控制系统（11）。2.根据权利要求1所述的折叠升降式3.5D自由度云台，其特征在于：在旋转俯仰平台（1）上设置有限定旋转基座（2）旋转位置的旋转限位拨叉（4），在旋转限位拨叉（4）处设置有旋转限位开关（12），在旋转直流电机（5）的输出齿轮位置设置有旋转齿轮动作测位开关（13）...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨淮清，杨莹，贾威，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21