CN108488577B - 一种云台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种云台，包括：摄像装置、箱体、锁紧机构和支座；其中，摄像装置通过法兰固定连接到箱体的一个侧面，箱体包括上箱体和下箱体，上箱体可旋转地固定连接到下箱体；锁紧机构固定在下箱体的底面，支座上设置有与锁紧机构配合的锁紧连接件；锁紧机构为凸出于下箱体底部的环形凸台，环形凸台的中心为线缆插头，环形凸台的底面上还设置有若干定位销孔,定位销孔侧壁上开设有滑动槽孔,滑动槽孔中设置有可滑动的锁芯，锁芯中部开设有长槽孔，长槽孔侧壁上设置有凸块，支座上的定位销从锁芯的长槽孔中穿过，长槽孔侧壁上的凸块扣入定位销的凹槽，将云台锁定在支座上。本发明提供的云台，可快速拆卸和安装，便于云台的维护和修理。

Description

一种云台

技术领域

本发明涉及摄像装置技术领域，具体涉及一种可快速装卸的高精度伺服云台。

背景技术

普通工业环境使用的云台，通常采用电机带动蜗轮蜗杆组建传动系统，云台定位精度一般在0.1～5°之间(定位精度不大于0.5°时称作高精度云台)，用光电编码器实现闭环控制。现有的工业云台中设置的光电器件在核辐射环境下正常工作寿命极其短暂，用于核辐射环境，例如热室等，无法保证其安全性和可靠性。因而，即使在普通工业云台的基础上，加强了云台外壳对辐射环境的屏蔽性和密封性，将所有元器件用铅块或含铅复合板材料封装保护起来，由于其内部各种电源、芯片、电路等对辐射敏感，因此在使用中也需要频繁的拆卸和重装，以进行维护或修理。但是，云台一般是螺接固定在支座上，并且云台系统内布置有大量繁杂的线缆，普通工业环境下也无法做到快速拆卸和重装，更不用说在需要通过笨重的机械手进行核辐射环境了。另一方面，现有的云台为防止内部电缆扭曲缠绕，通常设计为水平方向往复摆动角度范围最大在±180°之内、竖直方向俯仰动作角度范围在±100°之内，并且通常使用光电开关进行限位，因而，常用的工业云台不仅体积大、结构复杂、安装空间大，而且无法进行两自由度连续旋转，严重限制了拍摄角度和范围。

发明内容

本发明实施例提供了一种可快速拆卸和安装的云台，并且通过新型的云台结构和布线连接方案，实现了云台监控角度和范围的大幅提升。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例的第一方面提供了一种云台，包括：摄像装置、箱体、锁紧机构和支座；

其中，所述摄像装置通过法兰固定连接到箱体的一个侧面，所述箱体包括上箱体和下箱体，所述上箱体可旋转地固定连接到下箱体；所述锁紧机构固定在下箱体的底面，所述支座上设置有与锁紧机构配合的锁紧连接件；

所述锁紧机构为凸出于下箱体底部的环形凸台，所述环形凸台的中心为线缆插头，所述环形凸台的底面上还设置有若干定位销孔，所述定位销孔侧壁上开设有滑动槽孔，所述滑动槽孔一端向环形凸台的中心延伸，另一端开口于环形凸台的侧壁，所述滑动槽孔中设置有可滑动的锁芯，所述锁芯一端凸出于环形凸台的侧壁，另一端垂直于所述定位销孔延伸到环形凸台的内部并与环形凸台通过压缩弹簧固定连接，所述锁芯中部开设有对应于定位销孔的长槽孔，所述长槽孔靠近环形凸台的中心的侧壁上设置有凸块；所述锁紧连接件包括设置在支座中心的线缆插座以及与所述定位销孔相配合的定位销；所述定位销朝向支座中心的一侧设置有与所述凸块配合的凹槽。

这样，在安装时，先将定位销插入销孔定位以保证线缆插头能够准确插入插座。定位销在插入到位时，在压缩弹簧的作用下凸块扣入定位销的凹槽中，从而将其锁紧固定，快速完成安装；而在拆卸时，只需要夹紧环形凸台侧面，使锁芯向滑动槽孔内滑动，进而使凸块与定位销的凹槽脱离，使云台与支座之间解除锁定，最后将云台与支座分开一段距离将线缆插头从线缆插座中拔出，即完成快速拆卸，整个过程无须做出拧动螺栓等精细复杂的动作，非常适于需要通过机械手完成装卸损伤的热室等核辐射环境。

在根据本发明的一个实施例中，所述定位销为两个或两个以上，所述定位销中至少有一个与其它的定位销的形状不同；相应地，所述定位销孔为位置对应的两个圆柱孔。

在根据本发明的一个实施例中，所述定位销为两个，其中一个为圆柱形，另一个为菱柱形。这种设置有利于实现快速准确的安装。

优选地，所述圆柱形定位销为阶梯圆柱销，高于菱柱形定位销，所述圆柱形定位销为包括小直径的细轴部和大直径的粗轴部的阶梯圆柱销。

阶梯圆柱销的细轴部先进入销孔，引导阶梯圆柱销的粗轴部和菱形销进入销孔。阶梯圆柱销的粗轴与销孔之间精密配合，菱形销只在一个方向与销孔精密配合限制绕圆柱销旋转的自由度，这种组合既保证了精确定位又将机械手插入操作的难度降到最低。

在根据本发明的一个实施例中，所述下箱体中设置有水平回转伺服电机、水平回转传动链和下箱体线缆；水平伺服电机驱动水平回转传动链使上箱体水平回转；所述下箱体线缆经由水平导电滑环与连通摄像装置的上箱体线缆电连。

在根据本发明的一个实施例中，所述上箱体的底面设置有水平回转谐波减速器，所述水平回转传动链固定连接水平回转谐波减速器，以驱动上箱体转动。

水平回转谐波减速器通过利用谐波减速原理消除了水平回转时的传动背隙，降低了上箱体的系统体积质量及转动惯量，以适应精确伺服控制和快速响应的需求，从而能够实现在任意指定角度的精确定位。

优选地，所述水平回转伺服电机还连接到水平回转旋转变压器，以进一步实现对水平回转运动的精确控制，该伺服电机优选为直流伺服电机。

在根据本发明的一个实施例中，所述下箱体线缆为设置在上箱体水平回转的轴心处的硬质空心轴体包围，所述下箱体线缆轴底端连接设置在锁紧机构内的线缆插头，上端固定连接到水平导电滑环。

这种设置实现了摄像装置在水平转动面内可以连续无限转动，不再有摆角范围的限制，并且不会造成线缆的缠绕。

在根据本发明的一个实施例中，所述上箱体中设置有竖直旋转传动链、竖直旋转伺服电机、上箱体线缆和竖直谐波减速器，所述竖直伺服电机通过竖直旋转传动链驱动竖直谐波减速器输出端竖直旋转，所述竖直谐波减速器的输入端固定连接竖直旋转传动链，所述竖直谐波减速器输出端固定连接摄像装置的法兰所述竖直谐波减速器输出端带动摄像装置竖直旋转；所述竖直旋转伺服电机、水平导电滑环和摄像装置的电缆汇总成上箱体线缆。

这种设置实现了摄像装置在竖直转动面内可以连续无限转动，不再有摆角范围的限制，并且不会造成线缆的缠绕。并且利用谐波减速原理消除了摄像装置在竖直旋转时的传动背隙，降低了摄像装置的系统体积质量及转动惯量，以适应竖直旋转时精确伺服控制和快速响应的需求。

在根据本发明的一个实施例中，所述上箱体线缆经由竖直导电滑环与所述摄像装置的电缆电连接。

在根据本发明的一个实施例中，摄像装置的电缆通过竖直导电滑环连接到云台上箱体；所述上箱体中的竖直旋转伺服电机的线缆和竖直导电滑环的线缆汇合后，通过水平导电滑环引入到所述下箱体中；在下箱体中与水平回转伺服电机的线缆汇合后连接到锁紧机构上的线缆插头，所述锁紧机构上的线缆插头与支座上的线缆插座对接，所述线缆插座与外部电源连接。

上述云台的布线方法解决了云台和摄像装置在绕两个自由度做连续无限旋转运动时线路缠绕的问题，同时也可以实现云台与支座之间的电路快插快换。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明的一示例性实施例示出的一种云台的整体结构示意图；

图2a为锁紧机构与支座上的锁紧连接件分离状态时的结构剖视图；

图2b为锁紧机构与支座上的锁紧连接件锁紧状态时的结构剖视图；

图3所示为根据本发明的一个实施例的云台的剖面结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

图1所示为根据本发明的云台的一实施例的整体结构示意图，包括：摄像装置101、箱体、锁紧机构104和支座105。其中，摄像装置101通过法兰107固定连接到箱体的一个侧面，箱体包括上箱体102和下箱体103，上箱体102可旋转地固定连接到下箱体103。锁紧机构104固定在下箱体103的底面，在支座105上设置有与锁紧机构104配合的锁紧连接件106。如图1所示的，该锁紧机构104为凸出于下箱体103底部的环形凸台，环形凸台的底面上还设置有若干定位销孔，而对应地，锁紧连接件106为设置在支座105中心的线缆插座以及与所述定位销孔相配合的定位销106。

现结合图2a和图2b进一步说明锁紧机构和锁紧连接件的结构和连接方式，图2a为锁紧机构与支座上的锁紧连接件分离状态时的结构剖视图，如图2a所示的，环形凸台202的中心为线缆插头203，在环形凸台202的底面上还设置有若干定位销孔204。定位销孔204侧壁上开设有滑动槽孔，滑动槽孔一端向环形凸台202的中心延伸，另一端开口于环形凸台202的侧壁，在滑动槽孔中设置有可滑动的锁芯207，锁芯207一端凸出于环形凸台202的侧壁，另一端垂直于定位销孔204延伸到环形凸台202的内部并与环形凸台202通过压缩弹簧208固定连接，锁芯207中部开设有对应于定位销孔204的长槽孔，该长槽孔在沿着锁芯207延伸的方向上具有大于定位销孔204的孔径。定位销205在插入到定位销孔时也将贯穿长槽孔，在长槽孔靠近环形凸台的中心的侧壁上设置有凸块206。锁紧连接件包括设置在支座201中心的线缆插座209以及与定位销孔204相配合的定位销205，在定位销205朝向支座201中心的一侧设置有与凸块206配合的凹槽210。在安装时，将线缆插头203接入线缆插座209中，然后将定位销205与定位销孔204对准，定位销205在插入到位时，在压缩弹簧208的作用下将凸块206扣入定位销205的凹槽210中，从而将其锁紧固定，快速完成安装。

图2b为锁紧机构与支座上的锁紧连接件锁紧状态时的结构剖视图，如图2b所示的，在锁紧状态下，当定位销205插入到定位销孔204中时，压缩弹簧的作用下将锁芯207向远离环形凸台中心的方向推动，从而使凸块206扣入定位销205的凹槽中，从而将定位销205锁紧固定。如图2b所示的，在锁定状态下，锁芯207的远离环形凸台的活动端凸出于环形凸台的侧壁，因而在拆卸时，只需要夹紧环形凸台侧面，压迫锁芯207的活动端，使锁芯207向滑动槽孔内滑动，进而使凸块206与定位销205的凹槽脱离，从而使云台下箱体200与支座201之间解除锁定，最后将云台与支座201分开一段距离，再将线缆插头203从线缆插座209中拔出，即完成快速拆卸，整个过程无须做出拧动螺栓等精细复杂的动作，非常适于需要通过机械手完成装卸损伤的热室等核辐射环境。如图2所示的，定位销可以设置为两个，其中一个为圆柱形，另一个为菱柱形，而定位销孔204也对应的设置为两个，可以都是圆柱孔。其中，圆柱形定位销为阶梯圆柱销，高于菱柱形定位销，所述圆柱形定位销为包括小直径的细轴部和大直径的粗轴部的阶梯圆柱销。阶梯圆柱销的细轴部先进入销孔，引导阶梯圆柱销的粗轴部和菱形销进入销孔。阶梯圆柱销的粗轴与销孔之间精密配合，菱形销只在一个方向与销孔精密配合限制绕圆柱销旋转的自由度，这种组合既保证了精确定位又将机械手插入操作的难度降到最低这种设置有利于实现快速准确的安装。当然，虽然本实施例中日子优选地设置为形状不同的两个定位销，但实施中也可以采用两个以上的定位销，以及其它的形状，相应地，所述定位销孔的数量和形状与所述定位销相对应。

图3为根据本发明的一个实施例的云台的剖面结构示意图，如图3所示的，下箱体301中设置有水平回转伺服电机303、水平回转传动链304和下箱体线缆314。水平伺服电机303驱动水平回转传动链304使上箱体302水平回转，而下箱体线缆318被设置在上箱体水平回转的轴心处硬质空心轴体包围，下箱体线缆318底端连接设置在锁紧机构内的线缆插头316，上端固定连接到水平导电滑环311，水平导电滑环311与连通摄像装置的上箱体线缆315电连接。这种设置实现了摄像装置在水平转动面内可以连续无限转动，不再有摆角范围的限制，并且不会造成线缆的缠绕。如图3所示的，上箱体302的底面还可以设置有水平回转谐波减速器305，水平回转传动链304通过齿轮组连接水平回转谐波减速器305，以驱动上箱体302转动，利用谐波减速原理消除了传动背隙，降低了系统体积质量及转动惯量，以适应精确伺服控制和快速响应的需求，从而实现在任意指定角度的精确定位。如图3所示的，水平回转伺服电机303还可以连接水平回转旋转变压器306，以进一步实现对水平回转运动的精确控制，该伺服电机303优选为直流伺服电机。

现参照图3进一步说明上箱体302的结构和线缆布置。如图3所示的，上箱体302中设置有竖直旋转传动链308、竖直旋转伺服电机307、上箱体线缆315和竖直旋转谐波减速器309，竖直谐波减速器309的输入端固定连接竖直旋转传动链308，所述竖直谐波减速器输出端313固定连接摄像装置的法兰，竖直伺服电机307通过竖直旋转传动链308驱动竖直谐波减速器输出端313竖直旋转，进而竖直谐波减速器输出端313带动摄像装置300竖直旋转。摄像装置的线缆从这个端口出来，经过竖直导电滑环312进入上箱体，和竖直伺服电机的导线汇总成上箱体线缆315，经水平导电滑环311引入下箱体。这种设置实现了摄像装置在水平转动面内可以连续无限转动，不再有摆角范围的限制，并且不会造成线缆的缠绕。同时还利用谐波减速原理消除摄像装置竖直传动背隙，降低了系统体积质量及转动惯量，以适应竖直旋转时精确伺服控制和快速响应的需求。

现进一步说明本实施例中优选的布线方案，如图3所示的，摄像装置300的电缆通过竖直导电滑环312连通到云台上箱体线缆315，上箱体302中的竖直旋转伺服电机307的线缆和竖直导电滑环312的线缆汇合后，通过水平导电滑环311连通下箱体线缆318，从而将线缆引入到下箱体301中；在下箱体301中再与水平回转伺服电机的线缆314汇合后连接到锁紧机构上的线缆插头316，锁紧机构上的线缆插头316与支座上的线缆插座317对接，线缆插座317与外部电源连接。上述云台的布线方法解决了云台和摄像装置在绕两个自由度做连续无限旋转运动时线路缠绕的问题，同时也可以实现云台与支座之间的电路快插快换。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种云台，其特征在于，包括：摄像装置、箱体、锁紧机构和支座；

其中，所述摄像装置通过法兰固定连接到箱体的一个侧面，所述箱体包括上箱体和下箱体，所述上箱体可旋转地固定连接到下箱体；所述锁紧机构固定在下箱体的底面，所述支座上设置有与锁紧机构配合的锁紧连接件；

所述锁紧机构为凸出于下箱体底部的环形凸台，所述环形凸台的中心为线缆插头，所述环形凸台的底面上还设置有若干定位销孔，所述定位销孔侧壁上开设有滑动槽孔，所述滑动槽孔一端向环形凸台的中心延伸，另一端开口于环形凸台的侧壁，所述滑动槽孔中设置有可滑动的锁芯，所述锁芯一端凸出于环形凸台的侧壁，另一端垂直于所述定位销孔延伸到环形凸台的内部并与环形凸台通过压缩弹簧固定连接，所述锁芯中部开设有对应于定位销孔的长槽孔，所述长槽孔靠近环形凸台的中心的侧壁上设置有凸块；所述锁紧连接件包括设置在支座中心的线缆插座以及与所述定位销孔相配合的定位销；所述定位销朝向支座中心的一侧设置有与所述凸块配合的凹槽；

所述定位销为两个以上，所述定位销中至少有一个与其它的定位销的形状不同，与其它定位销的形状不同的定位销为阶梯圆柱销，该阶梯圆柱销高于其他定位销。

2.如权利要求1所述的云台，其特征在于，所述定位销孔的数量与所述定位销相对应。

3.如权利要求2所述的云台，其特征在于，所述定位销为两个，其中一个为圆柱形，另一个为菱柱形；相应的所述定位销孔为位置对应的两个圆柱孔。

4.如权利要求1所述的云台，其特征在于，所述下箱体中设置有水平回转伺服电机、水平回转传动链和下箱体线缆；水平回转伺服电机驱动水平回转传动链使上箱体水平回转；所述下箱体线缆经由水平导电滑环与连通摄像装置的上箱体线缆电连接。

5.如权利要求4所述的云台，其特征在于，所述上箱体的底面设置有水平回转谐波减速器，所述水平回转传动链固定连接水平回转谐波减速器。

6.如权利要求5所述的云台，其特征在于，所述下箱体线缆被设置在上箱体水平回转的轴心处的硬质空心轴体包围，所述下箱体线缆轴底端连接设置在锁紧机构内的线缆插头，上端固定连接到水平导电滑环。

7.如权利要求1至6中任一项所述的云台，其特征在于，所述上箱体中设置有竖直旋转传动链、竖直旋转伺服电机、上箱体线缆和竖直谐波减速器，所述竖直谐波减速器的输入端固定连接竖直旋转传动链，所述竖直谐波减速器输出端固定连接摄像装置的法兰，所述竖直旋转伺服电机通过竖直旋转传动链驱动竖直谐波减速器输出端竖直旋转，所述竖直谐波减速器输出端带动摄像装置竖直旋转；所述竖直旋转伺服电机、水平导电滑环和摄像装置的电缆汇总成上箱体线缆。

8.如权利要求7所述的云台，其特征在于，所述上箱体线缆经由竖直导电滑环与所述摄像装置的电缆电连接。

9.如权利要求8所述的云台，其特征在于，摄像装置的电缆通过竖直导电滑环连接到云台上箱体；所述上箱体中的竖直旋转伺服电机的线缆和竖直导电滑环的线缆汇合后，通过水平导电滑环引入到所述下箱体中；在下箱体中与水平回转伺服电机的线缆汇合后连接到锁紧机构上的线缆插头，所述锁紧机构上的线缆插头与支座上的线缆插座对接，所述线缆插座与外部电源连接。