CN202452059U - 陀螺稳定云台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种陀螺稳定云台，包括工作平台部分、捷联惯导模块及控制***，工作平台包括安装在可移动载体上的吊舱基座，吊舱基座向下与减震器、陀螺、方位电机、方位测角与方位轴依次连接，方位轴安装有水平的俯仰轴，俯仰轴上套装有摄像头，俯仰轴两端分别连接有俯仰测角和俯仰电机；控制***的结构是，中央控制器分别与捷联惯导模块、通信接口、方位测角和俯仰测角、方位电机驱动模块和俯仰电机驱动模块、电源模块和存储器同时连接。本实用新型装置，状态稳定，实现云台的任意指向控制，实现全自动化全天候图像采集，具有良好的应用价值及前景。

Description

陀螺稳定云台

技术领域

本实用新型属于动态成像的云台技术领域，是一种在动态条件下能自动控制和增稳的云台，具体涉及一种陀螺稳定云台。

背景技术

现有的电动云台适用于对大范围场景进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。电动云台的高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位，在控制信号的作用下，云台上的摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。但是，在很多场合中，成像仪安装在如车辆、船只、飞行体上等可移动载体之上，镜头会因载***置的改变而偏离预定的图像采集位置，而监测人员亦不能实时监测的情况下，对指定位置或方位的图像采集将成为困难。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种陀螺稳定云台，解决了现有技术中成像仪安装在可移动载体上，处于动态情况下，不能自动对准指定方位，存在对指定位置或方位的图像采集不足的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种陀螺稳定云台，包括工作平台部分、基于MEMS技术的捷联惯导模块及控制***，

所述工作平台的结构是，包括安装在可移动载体上的吊舱基座，吊舱基座向下连接有减震器，减震器下端与陀螺连接，陀螺向下依次通过方位电机、方位测角与方位轴连接，方位轴两个吊臂下端之间安装有水平的俯仰轴，俯仰轴上套装有摄像头，俯仰轴的两个端头分别连接有俯仰测角和俯仰电机；

所述控制***的结构是，包括中央控制器分别与捷联惯导模块、通信接口、方位测角和俯仰测角、方位电机驱动模块和俯仰电机驱动模块、电源模块和存储器同时连接，电源模块同时与方位电机和俯仰电机供电连接，方位电机驱动模块与方位电机、方位测角依次连接，俯仰电机驱动模块与俯仰电机、俯仰测角依次连接。

本实用新型的有益效果是，采用减振结构设计，结合捷联惯导输出的角度信息，再加上两个位置编码器输出的相对角度信息，实现步进电机驱动，实现云台的任意指向控制，总体设计简单，稳定可靠，构成器件少，成本低，体积小，抗干扰能力强，能够满足不同类型的载体要求，通用性较好，该云台不仅能对指定位置或方位的图像采集，而且能自动的调整当前镜头位置实现自动对准方位的功能；能够用于无人控制平台，实现全自动化全天候图像采集，具有良好的应用价值及前景。

附图说明

图1为本实用新型陀螺稳定云台的机械结构示意图；

图2为本实用新型装置中的控制***的结构示意图；

图3是本实用新型装置中的捷联惯导模块的工作原理框图。

图中，1.吊舱基座，2.减震器，3.方位电机，4.方位测角，5.方位轴，6.摄像头，7.俯仰测角，8.俯仰轴，9.俯仰电机，10.陀螺，11.中央控制器，12.电源模块，13.捷联惯导模块，14.存储器，15.通讯接口，16.方位电机驱动模块，19.俯仰电机驱动模块，20.A/D转换器，21.导航计算机，22.三轴陀螺仪，23.三轴加速度计，24.三个温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型的陀螺稳定云台，包括工作平台部分、基于MEMS技术的捷联惯导模块及控制***。

参照图1，工作平台的结构是，包括安装在可移动载体上的吊舱基座1，吊舱基座1向下连接有减震器2，减震器2下端与陀螺10连接，陀螺10向下依次通过方位电机3、方位测角4与方位轴5连接，方位轴5两个吊臂下端之间安装有水平的俯仰轴8，俯仰轴8上套装有摄像头6(负载)，俯仰轴8的两个端头分别连接有俯仰测角7和俯仰电机9。减震器2由4个绕圆周均匀分布的隔振器组成。

参照图2，控制***的结构是，包括中央控制器11(CPU)分别与捷联惯导模块13、RS485的通信接口15、两个测角模块(方位测角4和俯仰测角7)、两个电机驱动模块(方位电机驱动模块16和俯仰电机驱动模块19)以及自身工作需要的电源模块12和用于存储数据和程序的存储器14同时连接，电源模块12除了给中央控制器供电外还给两个步进电机(方位电机3和俯仰电机9)供电，方位电机驱动模块16与方位电机3、方位测角4依次连接，俯仰电机驱动模块19与俯仰电机9、俯仰测角7依次连接，电机驱动模块在中央控制器的指令下直接控制步进电机带动负载转动。

参照图3，捷联惯导模块13的具体结构是，包括三轴陀螺仪22(型号为MEMS陀螺仪)、三轴加速度计23(型号为MEMS加速度计)和三个温度传感器24，三轴陀螺仪22、三轴加速度计23、三个温度传感器24同时与16位的A/D转换器20输入端连接，A/D转换器20输出端与捷联解算计算机(简称导航计算机21(DSP))连接，导航计算机21通过通讯总线RS422对外连接。导航计算机21配属有自己的Flash、Watchdog、SRAM及电源。

捷联惯导模块基于MEMS技术，捷联惯导模块由高精度的MEMS技术的惯性测量单元、三轴地磁传感器、信号解算处理模块、GPS接收机、电源模块、壳体和导航计算机组成。

参照图3，由惯性测量元件敏感载体的三维角速率、线加速度信号和三轴地磁传感器，经过解算处理模块中的导航计算机(DSP)进行捷联解算，实时提供载体的位置、速度、航向和姿态角信息；通过Kalman滤波组合GPS的位置和速度信息对捷联解算的误差进行修正，保证***的精度和可靠性，通过RS422总线输出位置、速度、角度和角速度信息给中央控制器。

在中央控制器电路中，采用中央处理芯片，采集捷联惯导模块发送的数据，通过坐标系变换，得到两个轴向的偏移量，再结合云台两个轴上的测角模块输出的相对角度信息，进而对两个步进电机发送控制指令，实现成像仪平台位置的确定；同时利用捷联惯导测得的角速度信息，作为电机控制的速度环，当云台受到振动或机械扰动后，增加控制的稳定性。

在装置工作时，由于动载体在运动过程中所产生的剧烈振动会使成像模糊，因此专门设置有减振器2，其位置在吊舱与移动载体机身连接的基座上，故光电吊舱整体坐在4个均匀分布的隔振器上，实现对光电吊舱整体隔振。

云台部分为两轴(方位轴系和俯仰轴系)控制装置，其中方位轴系由方位电机驱动，轴向位置反馈采用方位测角模块；俯仰轴系一端俯仰驱动装有俯仰电机，另一端则安装测角模块。采用步进电机直驱的方式最大的优点是***响应快。

利用16位的A/D转换器和模拟转换开关对三个陀螺仪、三个加速度传感器和三个温度传感器的输出进行采样，得到数字信号，数字信号送入DSP中，借助数字信号处理(DSP)技术对各传感器进行降噪、温度补偿、非线性校正、交叉耦合补偿和捷联解算，最终通过RS422接口以数字量实时输出吊舱的位置、速度、三维角度、三维角速率和三维线加速度。

主控制器的控制原理是，电源模块12接收到外部的电源后，进行整流、限压、去噪声等处理，分为三路电源信号，一路是对两个步进电机及位置反馈供电，电压大小取决于两个步进电机及提供位置反馈信息的编码器的型号，通常为12V或24V；另一路是给捷联惯导供电，一般为5V；第三路是给中央控制器CPU供电，通常为3.3V。中央控制器在实时得到传感器信号之后，进行坐标位置变化等算法处理，得到位置偏移量，通过控制步进电机走位，实现动态平衡、及提供位置反馈信息的编码器实现闭环回路控制，存储器用来存储设定的多个位置的参数信息，用于读写已设定的位置，方便各个方向位置之间的切换，通讯接口是开放出来的人机交互界面接口，与上位机通讯，收发控制命令，选择多种控制模式，实现全面多功能的使用。

Claims (3)

1.一种陀螺稳定云台，其特点在于：包括工作平台部分、基于MEMS技术的捷联惯导模块及控制***，

所述工作平台的结构是，包括安装在可移动载体上的吊舱基座(1)，吊舱基座(1)向下连接有减震器(2)，减震器(2)下端与陀螺(10)连接，陀螺(10)向下依次通过方位电机(3)、方位测角(4)与方位轴(5)连接，方位轴(5)两个吊臂下端之间安装有水平的俯仰轴(8)，俯仰轴(8)上套装有摄像头(6)，俯仰轴(8)的两个端头分别连接有俯仰测角(7)和俯仰电机(9)；

所述控制***的结构是，包括中央控制器(11)分别与捷联惯导模块(13)、通信接口(15)、方位测角(4)和俯仰测角(7)、方位电机驱动模块(16)和俯仰电机驱动模块(19)、电源模块(12)和存储器(14)同时连接，电源模块(12)同时与方位电机(3)和俯仰电机(9)供电连接，方位电机驱动模块(16)与方位电机(3)、方位测角(4)依次连接，俯仰电机驱动模块(19)与俯仰电机(9)、俯仰测角(7)依次连接。

2.根据权利要求1所述的陀螺稳定云台，其特点在于：所述的捷联惯导模块(13)的结构是，包括三轴陀螺仪(22)、三轴加速度计(23)和三个温度传感器(24)，三轴陀螺仪(22)、三轴加速度计(23)、三个温度传感器(24)同时与A/D转换器(20)输入端连接，A/D转换器(20)输出端与导航计算机(21)连接，导航计算机(21)通过通讯总线RS422对外连接。

3.根据权利要求1所述的陀螺稳定云台，其特点在于：所述的减震器(2)由4个绕圆周均匀分布的隔振器组成。

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