一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台制造技术

本发明专利技术公开了一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台。包括底座、水平旋转机构、俯仰机构、自转机构和定位机构；底座用于固定云台；水平旋转机构，用于实现水平转动；俯仰机构，用于支撑相机并实现俯仰运动；带谐波减速器的自转机构，用于实现相机的精密自转运动；定位机构，用于接收摄像机的地理位置信息；通过陀螺仪和方位仪记录云台转动信息来不断调整实际位置，实现云台的准确定位；通过与定位机构相结合，利用地理信息系统实现云台的长距离拍摄。本发明专利技术将对位置信息的获取与云台的多种定位调节功能相结合，增强了远程目标拍摄的智能化程度。

A 3-DOF precise positioning and shooting platform with harmonic reducer

【技术实现步骤摘要】
一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台
本专利技术属于云台装置，具体涉及一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台。
技术介绍
传统的云台精度不够高，往往采用齿轮、蜗轮蜗杆、步进电机传动。但齿轮和蜗轮蜗杆具有一定的间隙，通过采用同步带、带刹车片的伺服电机以及谐波减速器来提高云台的精度。云台的电机转动也存在一定的偏差，往往调用回预置点总会存在偏差。通过采用陀螺仪记录云台实际转动的角度来不断调整实际位置，可以准确的到达预置点位置。在长距离拍摄中，很难通过人为的调整云台让摄像机达到目标位置，即使很小的角度调整，也可能丢失目标物体，因此通过结合云台的定位信息，利用地理信息系统来达到长距离拍摄的目的。通过上述实现，让云台能够精密定位。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台，让云台有更高的运动精度，更精密的定位功能。本专利技术采用的技术方案如下：一、一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台包括底座、水平旋转机构、俯仰机构和自转机构；水平旋转机构包括中部支撑架、大带轮Ⅰ、小带轮Ⅰ、底座电机；底座上表面中心固定有带轮轴Ⅰ，大带轮Ⅰ通过底座轴承套装于带轮轴Ⅰ上；底座上安装有位于带轮轴Ⅰ侧方的底座电机，底座电机输出轴上套装有小带轮Ⅰ，大带轮Ⅰ和小带轮Ⅰ之间通过同步带Ⅰ相连；中部支撑架为U型结构，中部支撑架底部通过螺栓固定于大带轮Ⅰ上。俯仰机构包括俯仰支撑架、中部支撑架电机、小带轮Ⅱ、大带轮Ⅱ、同步带Ⅱ，中部支撑架左右两侧均对称安装有带轮轴Ⅱ，中部支撑架一侧的带轮轴Ⅱ上套装有大带轮Ⅱ，另一侧的带轮轴Ⅱ上连接有中部支撑架轴承；俯仰支撑架为倒U型结构，俯仰支撑架一侧通过螺栓安装于大带轮Ⅱ上，另一侧套装于中部支撑架轴承上；中部支撑架一侧安装有位于大带轮Ⅱ下方的中部支撑架电机，中部支撑架电机的输出轴与小带轮Ⅱ相连，小带轮Ⅱ与大带轮Ⅱ之间通过同步带Ⅱ相连。自转机构包括谐波减速器、摄像机支架、俯仰平台电机和摄像机，俯仰支撑架顶板的上表面和下表面分别安装有谐波减速器和俯仰平台电机，俯仰平台电机的输出轴与谐波减速器的输入端相连，谐波减速器顶部的法兰输出盘上安装有用于固定摄像机的摄像机支架。还包括安装于摄像机支架上的定位机构，定位机构主要由GPS模块、LBS模块以及WiFi网络模块共同构成。通过底座电机、中部支撑架电机、俯仰平台电机控制云台的三自由度旋转：底座电机带动小带轮Ⅰ转动的同时带动大带轮Ⅰ旋转，大带轮Ⅰ带动中部支撑架水平旋转的同时带动整个云台水平旋转；中部支撑架电机带动小带轮Ⅱ转动的同时带动大带轮Ⅱ旋转，大带轮Ⅱ旋转带动整个俯仰支撑架做俯仰运动；俯仰平台电机带动谐波加速器转动的同时带动摄像机支架水平旋转，从而带动位于摄像机支架上摄像机绕自身光轴进行自转运动。所述云台的三自由度旋转具体为：云台的第一自由度旋转为中部支撑架的水平旋转，转动范围为360度；云台的第二个自由度旋转为俯仰支撑架的俯仰旋转，转动范围为±90度；云台的第三自由度旋转为摄像机绕自身光轴的自转，转动范围为360度。第二个自由度旋转限制来源于俯仰支撑架的小圆柱和中部支撑板的挡块，中部支撑板其中一侧面设有两个沿大带轮Ⅱ对称布置的挡块，俯仰支撑架上设有当俯仰支撑架正向转动90度或负向转动90度时被挡块抵住的小圆柱。中部支撑架、俯仰支撑架、摄像机支架上均安装有陀螺仪，中部支撑架侧面安装有带有屏幕的方位仪，屏幕用于实时显示云台方位；三个陀螺仪用于分别记录水平旋转机构、俯仰机构和自传机构的旋转角度，方位仪用于记录云台方位信息，陀螺仪和方位仪分别将采集的角度信息和方位信息传输至上位机。所述底座电机、中部支撑架电机、俯仰平台电机均与上位机相连，上位机用于控制底座电机、中部支撑架电机、俯仰平台电机运动；定位机构用于获取摄像机的位置信息，并将位置信息传输至上位机。所述俯仰平台电机采用带有刹车片的伺服电机，实现锁死功能，防止因重力或者其他外力作用导致自传机构偏离调整位置。所述同步带Ⅰ和同步带Ⅱ采用更有挠性的同步带，相比传统V带与平带能减少皮带打滑而带来的误差。谐波减速器用于提高摄像机自转精度。GPS模块适用于野外等开阔地带的定位，定位精度较差；LBS模块适用于楼群间的定位，利用楼群间的基站来获取位置，弥补楼群间GPS信号弱的缺点；但在地下停车场、楼宇的房间内，GPS模块和LBS模块的精度则不如WiFi网络模块的精度；通过不同的定位芯片来弥补单一定位芯片的不足，以此来获取云台的位置信息。二、采用上述带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台的拍摄方法包括预置点定位拍摄方法和长距离定位拍摄方法；对于位置不变的拍摄目标采用预置点定位拍摄方法，预置点定位拍摄方法具体为：首先通过调整中部支撑架、俯仰支撑架和摄像机支架的旋转使摄像机对准拍摄目标，摄像机当前所处位置作为云台的预置点，记录当前三个陀螺仪的角度信息和方位仪的方位信息作为预置点参数；再次拍摄同一位置处的拍摄目标时，上位机调用预置点参数并根据预置点参数调控云台在三自由度旋转，调控结束后三个陀螺仪和方位仪将云台的角度信息和方位信息传输至上位机，上位机将接收到的角度信息和方位信息与预置点参数进行比较，若误差超出设定阈值范围，上位机再次调控云台旋转，直至误差在阈值范围内完成云台在预置点的定位；对于长距离的目标拍摄采用长距离定位拍摄方法，长距离定位拍摄方法具体为：首先在长距离的目标点附近布置多个拍摄云台，根据每个拍摄云台上的定位模块将每个云台的位置信息同步到上位机的地图，根据拍摄目标点的位置选取地图上距离拍摄目标点最近的拍摄云台，上位机计算最近的拍摄云台距离目标点的夹角与距离，然后由夹角与距离分别计算云台在三自由度旋转的参考旋转角度，参考旋转角度为云台在旋转后使摄像机对准目标点的旋转角度；上位机根据参考旋转角度调控云台旋转，调控结束后三个陀螺仪和方位仪将云台的角度信息和方位信息传输至上位机，上位机将接收到的角度信息和方位信息与参考旋转角度进行比较，若误差超出设定阈值范围，上位机再次调控云台旋转，直至误差在阈值范围内完成云台长距离定位。本专利技术的有益效果：1、本专利技术能实现三自由度的旋转，实现相机任意角度的拍摄；云台机构采用更有挠性的同步带而不是传统的V带、平带，减少了皮带打滑而带来的误差；带刹车片的伺服电机以及谐波减速器能进一步提高云台的调节精度。2、本专利技术通过采用陀螺仪记录云台实际转动的角度来不断调整实际位置，可以实现云台的准确定位。3、本专利技术与定位模块相结合，利用地理信息系统达到长距离拍摄的目的。附图说明图1为本专利技术的立体图；图2为本专利技术的左视图；图3为本专利技术的俯视图；图4为本专利技术的仰视图；图5为本专利技术云台底座的俯视图；图6为本专利技术中部支撑架的仰视图。图7为本专利技术定位控制系统逻辑控制流程图。图中：底座1，底座轴承2，带轮轴Ⅰ3，大带轮Ⅰ4，同步带Ⅰ5，小带轮Ⅰ6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台，其特征在于，包括底座(1)、水平旋转机构、俯仰机构和自转机构，/n水平旋转机构包括中部支撑架(9)、大带轮Ⅰ(4)、小带轮Ⅰ(6)、底座电机(7)；底座(1)上表面中心固定有带轮轴Ⅰ(3)，大带轮Ⅰ(4)通过底座轴承(2)套装于带轮轴Ⅰ(3)上；底座(1)上安装有位于带轮轴Ⅰ(3)侧方的底座电机(7)，底座电机(7)输出轴上套装有小带轮Ⅰ(6)，大带轮Ⅰ(4)和小带轮Ⅰ(6)之间通过同步带Ⅰ(5)相连；中部支撑架(9)为U型结构，中部支撑架(9)底部通过螺栓固定于大带轮Ⅰ(4)上；/n俯仰机构包括俯仰支撑架(15)、中部支撑架电机(10)、小带轮Ⅱ(11)、大带轮Ⅱ(14)、同步带Ⅱ(18)，中部支撑架(9)左右两侧均对称安装有带轮轴Ⅱ(13)，中部支撑架(9)一侧的带轮轴Ⅱ(13)上套装有大带轮Ⅱ(14)，另一侧的带轮轴Ⅱ(13)上连接有中部支撑架轴承(12)；俯仰支撑架(15)为倒U型结构，俯仰支撑架(15)一侧通过螺栓安装于大带轮Ⅱ(14)上，另一侧套装于中部支撑架轴承(12)上；中部支撑架(9)一侧安装有位于大带轮Ⅱ(14)下方的中部支撑架电机(10)，中部支撑架电机(10)的输出轴与小带轮Ⅱ(11)相连，小带轮Ⅱ(11)与大带轮Ⅱ(14)之间通过同步带Ⅱ(18)相连；/n自转机构包括谐波减速器(17)、摄像机支架(19)、俯仰平台电机(16)和摄像机(20)，俯仰支撑架(15)顶板的上表面和下表面分别安装有谐波减速器(17)和俯仰平台电机(16)，俯仰平台电机(16)的输出轴与谐波减速器(17)的输入端相连，谐波减速器(17)顶部的法兰输出盘上安装有用于固定摄像机(20)的摄像机支架(19)；/n还包括安装于摄像机支架(19)上的定位机构，定位机构主要由GPS模块、LBS模块以及WiFi网络模块共同构成。/n...

【技术特征摘要】
1.一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台，其特征在于，包括底座(1)、水平旋转机构、俯仰机构和自转机构，
水平旋转机构包括中部支撑架(9)、大带轮Ⅰ(4)、小带轮Ⅰ(6)、底座电机(7)；底座(1)上表面中心固定有带轮轴Ⅰ(3)，大带轮Ⅰ(4)通过底座轴承(2)套装于带轮轴Ⅰ(3)上；底座(1)上安装有位于带轮轴Ⅰ(3)侧方的底座电机(7)，底座电机(7)输出轴上套装有小带轮Ⅰ(6)，大带轮Ⅰ(4)和小带轮Ⅰ(6)之间通过同步带Ⅰ(5)相连；中部支撑架(9)为U型结构，中部支撑架(9)底部通过螺栓固定于大带轮Ⅰ(4)上；
俯仰机构包括俯仰支撑架(15)、中部支撑架电机(10)、小带轮Ⅱ(11)、大带轮Ⅱ(14)、同步带Ⅱ(18)，中部支撑架(9)左右两侧均对称安装有带轮轴Ⅱ(13)，中部支撑架(9)一侧的带轮轴Ⅱ(13)上套装有大带轮Ⅱ(14)，另一侧的带轮轴Ⅱ(13)上连接有中部支撑架轴承(12)；俯仰支撑架(15)为倒U型结构，俯仰支撑架(15)一侧通过螺栓安装于大带轮Ⅱ(14)上，另一侧套装于中部支撑架轴承(12)上；中部支撑架(9)一侧安装有位于大带轮Ⅱ(14)下方的中部支撑架电机(10)，中部支撑架电机(10)的输出轴与小带轮Ⅱ(11)相连，小带轮Ⅱ(11)与大带轮Ⅱ(14)之间通过同步带Ⅱ(18)相连；
自转机构包括谐波减速器(17)、摄像机支架(19)、俯仰平台电机(16)和摄像机(20)，俯仰支撑架(15)顶板的上表面和下表面分别安装有谐波减速器(17)和俯仰平台电机(16)，俯仰平台电机(16)的输出轴与谐波减速器(17)的输入端相连，谐波减速器(17)顶部的法兰输出盘上安装有用于固定摄像机(20)的摄像机支架(19)；
还包括安装于摄像机支架(19)上的定位机构，定位机构主要由GPS模块、LBS模块以及WiFi网络模块共同构成。


2.根据权利要求1所述的一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台，其特征在于，通过底座电机(7)、中部支撑架电机(10)、俯仰平台电机(16)控制云台的三自由度旋转：底座电机(7)带动小带轮Ⅰ(6)转动的同时带动大带轮Ⅰ(4)旋转，大带轮Ⅰ(4)带动中部支撑架(9)水平旋转的同时带动整个云台水平旋转；中部支撑架电机(10)带动小带轮Ⅱ(11)转动的同时带动大带轮Ⅱ(14)旋转，大带轮Ⅱ(14)旋转带动整个俯仰支撑架(15)做俯仰运动；俯仰平台电机(16)带动谐波加速器(17)转动的同时带动摄像机支架(19)水平旋转，从而带动位于摄像机支架(19)上摄像机(20)绕自身光轴进行自转运动。


3.根据权利要求2所述的一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台，其特征在于，所述云台的三自由度旋转具体为：云台的第一自由度旋转为中部支撑架(9)的水平旋转，转动范围为360度；云台的第二个自由度旋转为俯仰支撑架(15)的俯仰旋转，转动范围为±90度；云台的第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宣银，马晨宇，普彬，韩琛，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33