CN215862585U - 一种云台及拍摄系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种云台及拍摄系统，该云台包括：云台本体；控制器；至少两个转动组件，每一转动组件包括转动轴、电机、第一角度传感器和第二角度传感器，其中电机、第一角度传感器、第二角度传感器均连接控制器，转动轴与电机连接；其中，每一电机包括输出轴，每一第一角度传感器固定于对应的输出轴，每一第二角度传感器固定于对应的转动轴；每一输出轴连接于对应的转动轴，从而驱动转动轴转动；每一转动轴连接云台本体，以使所述云台本体随转动轴转动。通过上述方式，本申请能够提高云台的启动力矩及转动精度。

Description

一种云台及拍摄系统

技术领域

本实用新型涉及拍摄领域，特别是涉及一种云台及拍摄系统。

背景技术

云台是用于安装或固定拍摄设备的支撑装置，通过云台旋转，从而满足拍摄需求。随着社会发展，人们对拍摄设备的要求越来越高，特别是监控用摄像机镜头。一方面，拍摄设置的镜头倍率也越来越大，功能也越来越多，因而摄像机的重量也随之增大。因此，对于云台的启动力矩要求比较高；另一方面，对于拍摄画面的清晰度和准确度要求也越来越高，因而要求云台具有很好的响应速度和转动精度。

然而，目前的云台，只是简单的根据需要控制云台转动，而无对云台启动、响应和精度的控制和干预，并且现有的云台结构转动精度有限，不能实现云台的高精度旋转控制。

实用新型内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种云台，能够提高电机的启动力矩、响应速度和云台本体的转动精度，从而提高拍摄或者监控的的画质。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种云台，包括云台本体；控制器；至少两个转动组件，每一转动组件包括转动轴、电机、第一角度传感器和第二角度传感器，电机、第一角度传感器、第二角度传感器均连接控制器；其中，每一电机包括输出轴，每一第一角度传感器固定于对应的输出轴，每一第二角度传感器固定于对应的转动轴；每一输出轴连接于对应的转动轴，从而驱动转动轴转动；每一转动轴连接云台本体，以使云台本体随转动轴转动。

其中，第一角度传感器为编码器和/或电机线圈相位角传感器。

其中，第二角度传感器为编码器和/或电机线圈相位角传感器。

其中，每一转动轴与对应电机的输出轴之间通过传动带连接。

其中，每一转动组件还包括减速箱组件，每一减速箱组件包括输入轴及传动机构，传动机构与对应的转动轴连接；每一电机的输出轴与对应的输入轴连接。

其中，每一第二角度传感器设置于减速箱组件的一侧并固定于转动轴。

其中，减速箱组件包括补偿机构，补偿机构用于补偿消除转动轴的转动间隙，以使电机的输出轴无回程差。

其中，转动组件为两个，云台本体包括壳体和支架；其中一个转动轴与壳体固定；另外一个转动轴转动安装在壳体，并与支架固定。

其中，两个转动轴呈垂直交叉排布。

其中，还包括底座，两个转动轴分别为呈竖直排布的垂直转动轴和呈水平横向排布的水平转动轴，壳体通过垂直转动轴转动连接在底座上；支架通过水平转动轴转动的连接在壳体上。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种拍摄系统，该系统包括如上述的云台。

本申请的云台在每一转动组件内设置有两个角度传感器；第一角度传感器设置于电机的输出轴，且与控制器构成第一层闭环；第二角度传感器设置于转动轴，且与控制器构成第二层闭环，从而形成双闭环结构。其中，第一角度传感器实时监测电机的转动信号，并将所监测的转动信号反馈至控制器，控制器将第一角度传感器所反馈的转动信号与其向电机发送的转动信号进行换算比对，根据比对结果调整向电机发送的转动信号，及时调整电机的输出功率、角速度等转动参数，从而提高电机的转动精度及启动力矩。第二角度传感器监测转动轴的转动信号，并将所监测的转动信号反馈至控制器，控制器依据接收到的反馈信号调整发送的转动信号，及时调整转动轴的转动参数，从而提高云台的转动精度。综上，该双闭环结构可以提升云台的转动精度及启动力矩。

附图说明

图1是本申请一实施方式中云台的结构示意图；

图2是本申请一实施方式中云台的内部结构示意图；

图3是本申请一实施方式中其中一个转动组件的结构示意图；

图4是图3中转动组件的爆炸结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。

本申请提供了一种云台包括控制器、两个转动组件以及云台本体。其中，控制器与转动组件连接，转动组件与云台本体固定连接；具体的，控制器向转动组件发送控制信息，控制转动组件发生转动，转动组件的转动可以带动云台本体作出相应的转动，从而满足不同角度的拍摄需求。进一步，每一个转动组件还包括两个与控制器连接的角度传感器，且这两个角度传感器分别安装在带动云台本体转动的转动轴上，和带动所述转动轴转动的电机输出轴上。这两个传感器可对转动轴的运动参数和输出轴的运动参数进行实时监控，并及时反馈至控制器，从而通过控制器及时调整控制电机的运行参数，从而达到提高电机的启动力矩、响应速度和云台本体的转动精度的目的。

具体地，请参阅图1与图2，图1是本申请一实施方式中云台的结构示意图，图2是图1的云台内部结构示意图。本申请的一个具体实施方式中，云台包括控制器(图未示)、至少两个转动组件以及云台本体。其中，控制器与转动组件均连接，每一转动组件与云台本体固定连接。控制器向每一转动组件发送控制信息，控制对应转动组件发生转动，带动云台本体作出相应的转动，从而带动固定在云台本体上的拍摄装置(图未示)转动，以满足在不同角度的拍摄需求。

具体地，本实施例中，控制器用于控制云台本体转动，可以向转动组件发送转动控制信息或者接收转动组件的反馈信息，其中，控制器中可以包括单片机单元，用以分析处理相应的转动数据。

具体地，本实施例中，云台本体包括壳体12和支架13，壳体12和支架13可相对转动。壳体12为中空结构，内部可以放置上述转动组件等零部件。支架13通常位于壳体12的一侧，且支架13还包括安装板(未标号)，用于放置拍摄设备，如摄像机，监控器等。当然，上述安装板也可以是支架13的某一壁面，如顶壁面。进一步地，云台还可以包括底座11，壳体12可转动的安装在底座11上，通过底座11来支撑上述云台本体，可以提高云台的稳定性。

此外，云台本体是云台主要的框架支撑结构，可以由丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物ABS塑料制成，当然也可以是PC壳，硅胶，硬塑，皮套，金属钢化玻璃壳，软塑料等其它可以满足云台正常使用的材料制成，此处不做具体的限制。

在本实施方式中，转动组件为两个，分别为水平转动组件14和垂直转动组件15。其中，水平转动组件14运行后可以带动云台本体在水平面上转动，也就是说，绕着Z轴转动。垂直转动组件15运行后可以带动云台本体在竖直平面上转动，也就是说，绕着X轴转动。具体的，水平转动组件14中包括有一呈竖直排布的垂直转动轴140，垂直转动轴140设置在壳体12内下端，与壳体12固定。壳体12通过垂直转动轴140转动连接在底座11上，当垂直转动轴140发生转动时可以带动壳体12转动，实现云台本体的在水平面上的旋转，水平面上转动的角度范围为0～360度。垂直转动组件15中包括有一呈水平横向排布的水平转动轴150。具体的，水平转动轴150设置在壳体12内上端，与支架13固定。支架13通过水平转动轴150转动连接在壳体12上，水平转动轴150转动时可以带动支架13转动，实现云台本体在竖直平面上的旋转，竖直平面上转动的角度范围至少为0～120度。

更为详细的，壳体12的侧壁与底部均设置有安装孔，水平转动轴150穿过侧壁安装孔与支架13连接。具体的，支架13的两端还包括安装耳(未标号)，且每一安装耳上也设置有安装孔；水平转动轴150穿过侧壁安装孔后外露在壳体12的相对两端分别枢转地安装在支架13的安装孔上，从而将支架13枢转地安装在壳体12上。

垂直转动轴140通过壳体12底部的安装孔与底座11连接。具体地，底座11也设有安装孔，垂直转动轴140的两端分别枢转地安装在壳体12的安装孔和底座11的安装孔，从而将壳体12枢转地安装在底座11上。

进一步地，在本实施例中，水平转动组件14和垂直转动组件15的组成及结构是完全相同的，仅是为实现云台转动方向及角度的不同设置在了不同的位置。具体地，上述水平转动组件14和垂直转动组件15均还包括有电机、第一角度传感器和第二角度传感器。其中，电机、第一角度传感器和第二角度传感器均连接上述控制器，由控制器控制；电机用于驱动对应的垂直转动轴140和水平转动轴150转动；第一角度传感器和第二角度传感器分别安装在对应的电机和垂直转动轴140或水平转动轴150上，用于实时监测电机、垂直转动轴140、水平转动轴150的运行参数。

为了更详细的说明水平转动组件14和垂直转动组件15的组成及结构，且由于水平转动组件14和垂直转动组件15的组成及结构完全相同，下文将以水平转动组件14的结构与组成为例进行详细论述。具体地，请参阅图3和图4，图3是本申请云台中水平转动组件14的结构示意图，图4是本申请云台中水平转动组件14的爆炸结构示意图。具体的，水平转动组件包括电机141、第一角度传感器142、转动轴140、第二角度传感器145。其中，第一角度传感器142固定连接于电机141，用以监测电机141的转动参数，具体的，转动信号可以包括输出功率、相位角、转动速度等运动参数信息。电机141与转动轴140连接，电机141运行带动转动轴140转动。第二角度传感器145固定连接于转动轴140，用以监测转动轴140的转动参数。其中，电机141、第一角度传感器142与第二角度传感器145均与控制器连接，从而向控制器反馈其所监测的电机141及转动轴140的转动参数。控制器接收第一角度传感器142与第二角度传感器145所反馈的转动参数后，与其控制的电机141及转动轴140的实际转动参数比对，根据比对的结果修正、调整电机141及转动轴140的转动参数，从而实时的控制电机141及转动轴140的转动参数，提高电机141及转动轴140的转动精度。

电机141可以是步进电机或伺服电机，具体的，可以是电流励磁电机、直流无刷电机或永磁同步电机；电机141为水平转动组件14发生转动的动力来源，具体的，电机141还包括一输出轴，第一角度传感器142固定于电机141的输出轴上。第一角度传感器142可实时监测电机141的转动参数，并通过控制器调整电机141的转动参数，如输出功率、角速度、相位角等，提高了响应速度；并且控制器还可以根据第一角度传感器142的监测及时修正电机的转动力矩及转动精度，提高了电机的转动精度、功率利用及启动力矩。电机141的输出轴与转动轴140连接，从而驱动转动轴140转动。具体的，电机141与转动轴140的连接方式可以有多种，如通过传动带连接，此处不做具体限定。

第一角度传感器142可以是编码器或者电机线圈相位角传感器，或者由编码器与电机线圈相位角传感器共同组成，此处不做具体限定；具体的，编码器和电机线圈相位角传感器是把对角度测量转换成其他物理量的测量，测量精度高，有较高的可靠性和性能。第一角度传感器142采用编码器或/和电机线圈相位角传感器，可以提高感测的精度和可靠性。

可理解的，第二角度传感器145也可以是编码器或者电机线圈相位角传感器，或者由编码器与电机线圈相位角传感器共同组成。第二角度传感器145可实时监测转动轴140的转动参数，并向控制器进行反馈，给控制器调整向电机141发送的转动信号提供依据；并且，控制器还可以根据该第二角度传感器145的监测及时调整电机141的转动参数，从而调整转动轴140的转动参数，进一步提高云台本体的转动精度。

可选的，本实施方式中，水平转动组件14还包括传动带143与减速箱组件144，具体的，减速箱组件144包括输入轴及传动机构，传动机构与对应的转动轴140连接，减速箱组件144的输入轴与电机141的输出轴通过传动带143连接。第二角度传感器145设置于减速箱组件144的一侧并固定于转动轴140，其中，减速箱组件144可以按一定比例降低电机的输出速度，降低转动轴的转动速度，从而降低云台本体的转动速度，可以有效控制直接降低电机转速所带来的发热问题，且可以输出较低的转动速度，有效提高云台的低速性能。

其中，减速箱组件包括补偿机构，补偿机构用于补偿消除转动轴的转动间隙，以使电机的输出轴无回程差。电机通过皮带带动减速箱，当减速箱磨损时，补偿机构可以自动补偿消除转动轴的转动间隙，以主动补偿输出轴的回程差，进而达到精确定位的效果。

具体地，本实施方式中，在上述云台的具体运行过程中，控制器分别对水平转动组件14与垂直转动组件15进行控制，且控制原理和方法一样。继续水平转动组件14的控制为例进行说明，也就是说以云台在水平面转动为例：电机141开始转动，第一角度传感器142监测电机141的转动信号，并将所监测的转动信号反馈给控制器。控制器将接收到的反馈信号与发送给电机141的转动信号进行换算、比对。如果控制器收到的反馈信号参数值与其发送给电机141的转动信号参数值正确对应，说明电机141按照控制器的要求进行了准确地转动，电机141的转动并无偏差，无需作出相应调整。如果两个参数值不能正确对应，说明电机141存在控制失步或者转动偏差，此时控制器将根据偏差的大小对其向电机141发送的转动信号进行调整，实现控制补偿功能，从而提高电机141的转动精度。此时，控制器、电机141及第一角度传感器142构成第一闭环，该闭环可以显著的提高电机141端的转动精度；并且，第一角度传感器142可以测量出电机141相应的相位角，对于同步电机来说，在使用之初需要测量出编码器零标记和转子之间的相位角，这样才能保证转子永久磁场与定子的电磁场同步，如果这个角度未测或者角度设定不准确，都会导致电机运行时电流过大，电流大又导致定子绕组的漏阻抗压降增大，电源输出电压下降，进而引起启动转矩的减小。因此第一角度传感器142通过对电机141相位角的精确测量，可以提高电机141的启动力矩。电机141转动的同时，通过传动带143将转动信号传递给减速箱组件144，减速箱带动垂直转动轴140转动，第二角度传感器145监测垂直转动轴140的转动信号，并将所监测的转动信号反馈给控制器，控制器将接收到的第二角度传感器145的反馈信号与发送给电机141的转动信号进行换算、比对；如果控制器收到的第二角度传感器145的反馈信号参数值与其发送给电机141的转动信号参数值正确对应，说明从电机141端到转动轴140端的中间传动系统没有发生传动偏差或存在传动间隙，转动轴140按照控制器的要求进行了准确地转动，云台整体传动并没有发生偏差，无需作出调整；如果两个参数值不能正确对应，说明电机141端到转动轴140端存在控制失步或者转动偏差，此时控制器将根据偏差的大小对其发送的转动信号进行调整，实现控制补偿功能，从而提高云台本体的转动精度。此时，控制器、电机141、减速箱组件144、转动轴140、第二角度传感器145形成第二闭环，进一步提高了云台本体的转动精度。同样的，云台需要在进行竖直平面上的转动时，垂直转动组件15也会进行相同的反馈、调整和控制，从而提高云台本体的转动精度及启动力矩。

可以理解的，在其他具体的实施方式中，水平转动组件14与垂直转动组件15的布置位置可以根据需要进行调整。也就是说水平转动组件14的垂直转动轴140也可以不是沿着平行Z轴设置，而是与Z轴具有一定的夹角；同样的，垂直转动组件15的水平转动轴150也可以不是沿着平行X轴设置，而是与X轴具有一定的夹角。并且，垂直转动轴140和水平转动轴150可以呈垂直交叉排布，同样可理解的，根据需要也可以呈其它角度交叉排布。

可以理解的，在其他具体的实施方式中，传动组件根据拍摄角度的需要，也可以为多个传动组件。例如可以是三个，三个传动组件分别设置在不同的位置，分别带动云台本体做水平，垂直，倾斜转动，从而可以满足不同拍摄角度的需求。

本申请提供一种云台，通过在每一个传动组件上设置第一角度传感器和第二角度传感器，且使得第一角度传感器和第二角度传感器分别安装在电机与转动轴上，以对电机与转动轴的转动信号进行实时监测。并且，每一个第一角度传感器、第二角度传感器均连接控制器，从而将各自所监测的转动信号传送至控制器。控制器根据接收到的第一角度传感器的反馈信号对发送给电机的转动信号作出调整，可以提高电机的转动精度，并且根据第一角度传感器所测量的电机相位角，调整电机的输出功率，从而提供合适的输出力矩；控制器根据接收到的第二角度传感器的反馈信号调整发送出的转动信号，可以提高该转动组件整体的转动精度。综上，本申请的云台可以利用控制器和每一个传动组件的第一角度传感器和第二角度传感器，对每一个传动组件的传动精度和传动力矩进行调整和控制，使得云台在每一个传动方向上均达到较高的转动精度，从而提高云台的整体的转动精度。

本申请还提供一种拍摄系统。拍摄系统包括上述任一实施方式中的云台，由于云台具有上述的双闭环结构，可以显著的提高电机的启动力矩以及云台本体的转动精度。本申请提供的拍摄系统也相应的具有上述效果。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种云台，其特征在于，包括：

云台本体；

控制器；

至少两个转动组件，每一所述转动组件包括转动轴、电机、第一角度传感器和第二角度传感器，所述电机、所述第一角度传感器、所述第二角度传感器均连接所述控制器；

其中，所述电机包括输出轴，所述第一角度传感器对应的所述输出轴设置，所述第二角度传感器对应于所述转动轴设置；所述输出轴连接于所述转动轴，从而驱动所述转动轴转动；所述转动轴连接所述云台本体，以使所述云台本体随所述转动轴转动。

2.根据权利要求1所述的云台，其特征在于，

所述第一角度传感器为编码器和/或电机线圈相位角传感器。

3.根据权利要求1所述的云台，其特征在于，

所述第二角度传感器为编码器和/或电机线圈相位角传感器。

4.根据权利要求1所述的云台，其特征在于，

所述转动轴与所述电机的输出轴之间通过传动带连接。

5.根据权利要求1所述的云台，其特征在于，所述转动组件还包括减速箱组件，所述减速箱组件包括输入轴及传动机构，所述传动机构与对应的所述转动轴连接；

所述电机的输出轴与所述输入轴连接。

6.根据权利要求5所述的云台，其特征在于，

所述第二角度传感器设置于所述减速箱组件的一侧并固定于所述转动轴。

7.根据权利要求5所述的云台，其特征在于，

所述减速箱组件包括补偿机构，所述补偿机构用于补偿消除所述转动轴的转动间隙。

8.根据权利要求1至7任一项所述的云台，其特征在于，所述转动组件为两个，所述云台本体包括壳体和支架；其中一个所述转动组件的转动轴与所述壳体固定；另外一个所述转动组件的转动轴转动安装在所述壳体，并与所述支架固定。

9.根据权利要求8所述的云台，其特征在于，两个所述转动组件的转动轴的轴心线呈垂直交叉排布。

10.根据权利要求9所述的云台，其特征在于，还包括底座，两个所述转动组件的转动轴分别为呈竖直排布的垂直转动轴和呈水平横向排布的水平转动轴，所述壳体通过所述垂直转动轴转动连接在所述底座上；

所述支架通过所述水平转动轴转动的连接在所述壳体上。

11.一种拍摄系统，其特征在于，包括如上述权利要求1-10所述的云台。

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