CN103994311A - 多功能三自由度智能云台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能三自由度智能云台。它包括底座和摄像机支架，所述底座上转动安装一个水平旋转圆盘，水平旋转圆盘上安装一个第一旋转电机、一个第二俯仰电机和一个第三旋转电机；所述第一旋转电机通过一个第一减速装置与底座传动连接，第二俯仰电机通过一个第二减速装置传动连接一个俯仰外壳，第三旋转电机通过一个第三减速装置传动连接一个转动安装在俯仰外壳上的外接法兰；在外接法兰上固定安装摄像机支架。本发明不仅具有传统二自由度电子云台的全部功能，还能通过云台第三个自由度的旋转对物体进行沿摄像机光轴的360度拍摄，进而解决有时拍摄画面相对显示器或人眼倾斜或倒立的状况，提高云台的多功能性和智能化程度；本发明结构紧凑，运行平稳，并能通过设计不同的摄像机支架从而将不同尺寸的摄像机与外接法兰相连接，应用范围广。

Description

多功能三自由度智能云台

技术领域

本发明涉及智能云台领域，特别是一种多功能三自由度云台。

背景技术

在传统的云台领域，智能云台多为两个自由度，即水平旋转和俯仰转动。两个自由度只能满足简单的拍摄，对于复杂的拍摄要求将无法实现。在拍摄或监控当中，为了便于显示器或者人眼观看以及图像处理，常期望画面是相对正向的。但当两自由度云台转动到一定位置时，会出现所看到或采集的图像和画面是倾斜或倒立的，这不利于监控和图像处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多功能的三自由度智能云台，使得摄像机在转动范围内的任何位置所拍摄或采集的图像相对于人眼和显示器都是正向的。

本发明通过以下的技术方案解决技术问题：

一种多功能三自由度智能云台，包括底座和摄像机支架。所述底座上转动安装一个水平旋转圆盘，水平旋转圆盘上安装一个第一旋转电机、一个第二俯仰电机和一个第三旋转电机；所述第一旋转电机通过一个第一减速装置与底座传动连接，第二俯仰电机通过一个第二减速装置传动连接一个俯仰外壳，第三旋转电机通过一个第三减速装置传动连接一个转动安装在俯仰外壳上的外接法兰；在外接法兰上固定安装摄像机支架。

所述第一减速装置为一级齿轮减速，采用直齿轮，与第一旋转电机连接，实现云台的水平旋转；

所述第二减速装置为三级齿轮减速，采用直齿轮，与第二俯仰电机连接，实现摄像机的俯仰运动；

所述第三减速装置为四级齿轮减速，前三级齿轮都是直齿轮，第四级齿轮采用锥齿轮，与第三旋转电机连接，实现摄像机沿光轴的旋转运动；

所述底座通过一个深沟球轴承和一个圆锥滚子轴承支撑水平旋转圆盘，水平旋转圆盘与底座之间安装所述第一减速装置；所述摄像机支架通过螺钉固定连接到外接法兰上，摄像机通过螺钉固定连接到摄像机支架上。

所述第一减速装置包括一个小齿轮和一个大齿轮，所述小齿轮固定安装在第一旋转电机的输出轴上，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮通过螺钉固定在底座上。

所述第二减速装置包括一个电机固定板，电机固定板固定在水平旋转圆盘上，一个一级小齿轮与第二俯仰电机固定连接，一级小齿轮与一个一级大齿轮啮合，一级大齿轮通过键固定在一个一级小齿轮轴上，一级小齿轮轴两端分别支撑在电机固定板和轴承支座上，一级小齿轮轴与一个二级大齿轮啮合，二级大齿轮通过键固定在一个二级齿轮轴上，该二级齿轮轴两端分别支撑在一个支撑架和一个封闭盖上，二级齿轮轴与一个三级大齿轮啮合，该三级大齿轮上连接一根俯仰传动轴，俯仰传动轴与俯仰外壳固定连接。

所述第三减速装置前三级齿轮传动与第二减速装置结构相同；此外，在三级大齿轮上装配有锥齿轮传动轴，锥齿轮传动轴内端上固定连接一个小锥齿轮，该小锥齿轮与一个大锥齿轮啮合，该大锥齿轮固定连接在一根法兰传动轴上；该法兰传动轴伸出端固定连接所述外接法兰；所述法兰传动轴通过轴承安装在俯仰外壳内。

所述外接法兰通过螺钉和定位挡片轴向定位在法兰传动轴上，外接法兰径向布置有36颗直径4mm的钢球，通过轴套对36颗钢球进行轴向和径向定位，轴套通过固定连接在俯仰外壳上的端盖进行轴向定位。

第一水平旋转自由度转角范围为±360度，第二俯仰自由度转角范围为±122度，第三摄像机旋转自由度转角范围为±360。

三个自由度采用串联结构，三个自由度的转动轴线相交于一点。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：（1）不仅具有传统二自由度电子云台的全部功能，还能在工作空间范围内对物体进行沿摄像机光轴的360度拍摄，进而解决有时拍摄画面相对显示器或人眼倾斜或倒立的状况，提高云台的多功能性以及智能化程度；（2）三个电机布置紧密，第二个自由度的电机、减速装置与第三个自由度的电机、减速装置采用对称的结构进行设计，传动结构紧凑，节省材料，所占空间小，稳定度高；（3）通过设计不同的摄像机支架从而将不同尺寸的摄像机与外接法兰相连接，应用范围广。

附图说明

图1为本发明实施例的立体图；

图2为本发明实施例的右视图；

图3为本发明实施例的俯视图；

图4为本发明实施例的主剖视图；

图5为本发明实施例的水平旋转圆盘定位图；

图6为本发明实施例的部分零部件定位图；

图7为本发明实施例的电机布置图；

图8为本发明实施例的第一减速装置传动图；

图9为本发明实施例的第二减速装置传动图；

图10为本发明实施例的第二、三减速装置剖视图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的优选实施例和工作原理进行详细描述。

实施例一：

参见图1-图8，本多功能三自由度智能云台包括底座（1）和摄像机支架（13）。所述底座（1）上转动安装一个水平旋转圆盘（4），水平旋转圆盘（4）上安装一个第一旋转电机（6）、一个第二俯仰电机（7）和一个第三旋转电机（10）；所述第一旋转电机（6）通过一个第一减速装置（5）与底座（1）传动连接，第二俯仰电机（7）通过一个第二减速装置（8）传动连接一个俯仰外壳（11），第三旋转电机（10）通过一个第三减速装置（9）传动连接一个转动安装在俯仰外壳（11）上的外接法兰（12）；在外接法兰（12）上固定安装摄像机支架（13）。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述第一减速装置（5）为一级齿轮减速，采用直齿轮，与第一旋转电机（6）连接，实现云台的水平旋转；

所述第二减速装置（8）为三级齿轮减速，采用直齿轮，与第二俯仰电机（7）连接，实现摄像机的俯仰运动；

所述第三减速装置（9）为四级齿轮减速，前三级齿轮都是直齿轮，第四级齿轮采用锥齿轮，与第三旋转电机（10）连接，实现摄像机沿光轴的旋转运动；

所述底座（1）通过一个深沟球轴承（2）和一个圆锥滚子轴承（3）支撑水平旋转圆盘（4），水平旋转圆盘（4）与底座（1）之间安装所述第一减速装置（5）；所述摄像机支架（13）通过螺钉固定连接到外接法兰（12）上，摄像机（14）通过螺钉固定连接到摄像机支架（13）上。

所述第一减速装置（5）包括一个小齿轮（51）和一个大齿轮（52），所述小齿轮（51）固定安装在第一旋转电机（6）的输出轴上，小齿轮（51）与大齿轮（52）啮合，大齿轮（52）通过螺钉固定在底座（1）上。

所述第二减速装置（8）包括一个电机固定板（801），电机固定板（801）固定在水平旋转圆盘（4）上，一个一级小齿轮（802）与第二俯仰电机（7）固定连接，一级小齿轮（802）与一个一级大齿轮（803）啮合，一级大齿轮（803）通过键固定在一个一级小齿轮轴（804）上，一级小齿轮轴（804）两端分别支撑在电机固定板（801）和轴承支座（809）上，一级小齿轮轴（804）与一个二级大齿轮（805）啮合，二级大齿轮（805）通过键固定在一个二级齿轮轴（806）上，该二级齿轮轴（806）两端分别支撑在一个支撑架（810）和一个封闭盖（811）上，二级齿轮轴（806）与一个三级大齿轮（807）啮合，该三级大齿轮（807）上连接一根俯仰传动轴（808），俯仰传动轴（808）与俯仰外壳（11）固定连接。

所述第三减速装置（9）前三级齿轮传动与第二减速装置（8）结构相同；此外，在三级大齿轮（907）上装配有锥齿轮传动轴（908），锥齿轮传动轴（908）内端上固定连接一个小锥齿轮（910），该小锥齿轮（910）与一个大锥齿轮（912）啮合，该大锥齿轮（912）固定连接在一根法兰传动轴（913）上；该法兰传动轴（913）伸出端固定连接所述外接法兰（12）；所述法兰传动轴（913）通过轴承安装在俯仰外壳（11）内。

所述外接法兰（12）通过螺钉（22）和定位挡片（23）轴向定位在法兰传动轴（913）上，外接法兰（12）径向布置有36颗直径4mm的钢球（24），通过轴套（25）对36颗钢球（24）进行轴向和径向定位，轴套（25）通过固定连接在俯仰外壳（11）上的端盖（26）进行轴向定位。

第一水平旋转自由度转角范围为±360度，第二俯仰自由度转角范围为±122度，第三摄像机旋转自由度转角范围为±360。

三个自由度采用串联结构，三个自由度的转动轴线相交于一点。

实施例三：

如图1、图2、图3、图4和图7所示，本多功能三自由度智能云台，其包括底座（1），所述底座（1）通过深沟球轴承（2）与圆锥滚子轴承（3）支撑水平旋转圆盘（4），水平旋转圆盘（4）与底座（1）之间连接有第一减速装置（5），第一旋转电机（6）固定在水平旋转圆盘（4）上并与第一减速装置（5）连接，第二俯仰电机（7）与第二减速装置（8）连接，第二减速装置（8）输出端连接俯仰外壳（11），第三旋转电机（10）连接第三减速装置（9），第三减速装置（9）输出端固定连接外接法兰（12），摄像机支架（13）通过螺钉固定连接到外接法兰（12）上，摄像机（14）通过螺钉固定连接到摄像机支架（13）上，摄像机支架（13）为L型支架。

如图4、图5所示，水平旋转圆盘（4）通过螺钉连接定位挡片（15）进行轴向定位；如图6所示，俯仰外壳（11）靠螺钉（16）连接定位挡片（17）进行轴向定位；小锥齿轮（910）靠螺钉（18）连接定位挡片（19）进行轴向定位；大锥齿轮（912）靠螺钉（20）连接定位挡片（21）进行轴向定位；法兰传动轴（913）通过螺钉连接定位挡片（27）进行轴向定位。外接法兰（12）靠螺钉（22）连接定位挡片（23）进行轴向定位，外接法兰（12）径向布置有36颗直径4mm的钢球（24），通过轴套（25）对36颗钢球（24）进行定位，轴套（25）通过固定连接在俯仰外壳（11）上的端盖（26）进行轴向定位。

如图10所示，第二减速装置（8）中的一级小齿轮轴（804）依靠电机固定板（801）和轴承支座（809）进行轴向定位；二级小齿轮轴（806）依靠支撑架（810）和封闭盖（811）进行轴向定位。第三减速装置（9）的两个小齿轮轴的轴向定位与第二减速装置（8）结构类似，锥齿轮传动轴（908）依靠三级大齿轮（907）和封闭盖（911）进行轴向定位。

具体工作原理：

第一自由度传动路线：第一旋转电机（6）与第一减速装置（5）连接，控制云台的水平旋转，转角范围为±360度。具体地，如图7、图8所示，第一旋转电机（6）固定在水平旋转圆盘（4）上，第一旋转电机（6）的输出轴上固定装配小齿轮（51），小齿轮（51）与大齿轮（52）啮合，大齿轮（52）通过螺钉固定在底座（1）上，底座固定。因此，第一旋转电机（6）转动时，小齿轮（51）绕大齿轮（52）转动，从而带动水平旋转圆盘（4）转动。

第二自由度传动路线：第二俯仰电机（7）与第二减速装置（8）连接，控制摄像机的俯仰运动，转角范围为±122度。具体地，如图7、图9、图10所示，第二俯仰电机（7）通过螺钉固定在电机固定板（801）上，电机固定板（801）通过螺钉固定在水平旋转圆盘（4）上，第二俯仰电机（7）的输出轴上固定装配一级小齿轮（802）。当第二俯仰电机（7）转动时，一级小齿轮（802）开始转动，一级小齿轮（802）与一级大齿轮（803）啮合从而带动其转动，一级大齿轮（803）通过键固定在一级小齿轮轴（804）上，从而一级小齿轮轴（804）转动，一级小齿轮轴（804）与二级大齿轮（805）啮合从而带动其转动，二级大齿轮（805）通过键固定在二级小齿轮轴（806）上，从而二级小齿轮轴（806）上转动，二级小齿轮轴（806）与三级大齿轮（807）啮合从而带动其转动，三级大齿轮（807）与俯仰传动轴（808）通过键连接从而带动其转动，俯仰传动轴（808）与俯仰外壳（11）也是键连接，从而将转动最终传递到俯仰外壳（11），实现摄像机（14）的俯仰转动。

第三自由度传动路线：第三旋转电机（10）连接第三减速装置（9），控制摄像机沿光轴的旋转运动，转角范围为±360。具体地，如图4、图7、图10所示，第三旋转电机（10）通过螺钉固定在电机固定板（901）上，电机固定板（901）通过螺钉固定在水平旋转圆盘（4）上，第三旋转电机（10）的输出轴上固定装配一级小齿轮（902）。当第三旋转电机（10）转动时，一级小齿轮（902）开始转动，一级小齿轮（902）与一级大齿轮（903）啮合从而带动其转动，一级大齿轮（903）通过键固定在一级小齿轮轴（904）上，从而一级小齿轮轴（904）转动，一级小齿轮轴（904）与二级大齿轮（905）啮合从而带动其转动，二级大齿轮（905）通过键固定在二级小齿轮轴（906）上，从而二级小齿轮轴（906）上转动，二级小齿轮轴（906）与三级大齿轮（907）啮合从而带动其转动，三级大齿轮（907）与锥齿轮传动轴（908）通过键连接从而带动其转动，锥齿轮传动轴（908）上固定装配小锥齿轮（910），小锥齿轮（910）与大锥齿轮（912）啮合从而带动其转动，大锥齿轮（912）固定装配在法兰传动轴（913）上，从而法兰传动轴（913）转动，法兰传动轴（913）与外接法兰（12）通过键进行连接，从而外接法兰（12）转动，摄像机支架（13）通过螺钉固定连接到外接法兰（12）上，摄像机（14）通过螺钉固定连接到摄像机支架（13）上，进而最终实现摄像机沿其光轴的转动。摄像机支架（13）为L型支架。 

Claims (8)

1.一种多功能三自由度智能云台，包括底座（1）和摄像机支架（13），其特征在于：所述底座（1）上转动安装一个水平旋转圆盘（4），水平旋转圆盘（4）上安装一个第一旋转电机（6）、一个第二俯仰电机（7）和一个第三旋转电机（10）；所述第一旋转电机（6）通过一个第一减速装置（5）与底座（1）传动连接，第二俯仰电机（7）通过一个第二减速装置（8）传动连接一个俯仰外壳（11），第三旋转电机（10）通过一个第三减速装置（9）传动连接一个转动安装在俯仰外壳（11）上的外接法兰（12）；在外接法兰（12）上固定安装摄像机支架（13）。

2.根据权利要求1所述的多功能三自由度智能云台，其特征在于：

所述第一减速装置（5）为一级齿轮减速，采用直齿轮，与第一旋转电机（6）连接，实现云台的水平旋转；

所述第二减速装置（8）为三级齿轮减速，采用直齿轮，与第二俯仰电机（7）连接，实现摄像机的俯仰运动；

所述第三减速装置（9）为四级齿轮减速，前三级齿轮都是直齿轮，第四级齿轮采用锥齿轮，与第三旋转电机（10）连接，实现摄像机沿光轴的旋转运动；

所述底座（1）通过一个深沟球轴承（2）和一个圆锥滚子轴承（3）支撑水平旋转圆盘（4），水平旋转圆盘（4）与底座（1）之间安装所述第一减速装置（5）；所述摄像机支架（13）通过螺钉固定连接到外接法兰（12）上，摄像机（14）通过螺钉固定连接到摄像机支架（13）上。

3.根据权利要求1所述的多功能三自由度智能云台，其特征在于：所述第一减速装置（5）包括一个小齿轮（51）和一个大齿轮（52），所述小齿轮（51）固定安装在第一旋转电机（6）的输出轴上，小齿轮（51）与大齿轮（52）啮合，大齿轮（52）通过螺钉固定在底座（1）上。

4.根据权利要求1所述的多功能三自由度智能云台，其特征在于：所述第二减速装置（8）包括一个电机固定板（801），电机固定板（801）固定在水平旋转圆盘（4）上，一个一级小齿轮（802）与第二俯仰电机（7）固定连接，一级小齿轮（802）与一个一级大齿轮（803）啮合，一级大齿轮（803）通过键固定在一个一级小齿轮轴（804）上，一级小齿轮轴（804）两端分别支撑在电机固定板（801）和轴承支座（809）上，一级小齿轮轴（804）与一个二级大齿轮（805）啮合，二级大齿轮（805）通过键固定在一个二级齿轮轴（806）上，该二级齿轮轴（806）两端分别支撑在一个支撑架（810）和一个封闭盖（811）上，二级齿轮轴（806）与一个三级大齿轮（807）啮合，该三级大齿轮（807）上连接一根俯仰传动轴（808），俯仰传动轴（808）与俯仰外壳（11）固定连接。

5.根据权利要求4所述的多功能三自由度智能云台，其特征在于：所述第三减速装置（9）前三级齿轮传动与第二减速装置（8）结构相同；此外，在三级大齿轮（907）上装配有锥齿轮传动轴（908），锥齿轮传动轴（908）内端上固定连接一个小锥齿轮（910），该小锥齿轮（910）与一个大锥齿轮（912）啮合，该大锥齿轮（912）固定连接在一根法兰传动轴（913）上；该法兰传动轴（913）伸出端固定连接所述外接法兰（12）；所述法兰传动轴（913）通过轴承安装在俯仰外壳（11）内。

6.根据权利要求5所述的多功能三自由度智能云台，其特征在于：所述外接法兰（12）通过螺钉（22）和定位挡片（23）轴向定位在法兰传动轴（913）上，外接法兰（12）径向布置有36颗直径4mm的钢球（24），通过轴套（25）对36颗钢球（24）进行轴向和径向定位，轴套（25）通过固定连接在俯仰外壳（11）上的端盖（26）进行轴向定位。

7.根据权利要求1所述的多功能三自由度智能云台，其特征在于：第一水平旋转自由度转角范围为±360度，第二俯仰自由度转角范围为±122度，第三摄像机旋转自由度转角范围为±360。

8.根据权利要求1所述的多功能三自由度智能云台，其特征在于：其三个自由度采用串联结构，三个自由度的转动轴线相交于一点。