专利名称：一种两自由度云台机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种云台机构，具体涉及一种两自由度云台机构。
背景技术：
目前，在越来越多的地方需要一种具有两个自由度的固定平台，例如现在 随处可见的视频监视系统中的摄像头就是需要一个具有两个自由度的安装固定平台，可 以对于已经固定安装的摄像头，根据需要对其摄像角度进行自动、方便、快捷的角度调 整，这便是两个自由度云台功用。当然不仅仅是摄像头的固定，还有许许多多的地方需 要一个固定作用的两个自由度云台，而一个云台实质上是由两个电机组成的安装平台， 可以进行水平旋转和垂直摇摆的运动。云台分为固定云台和电动云台两种，固定云台适 用于调整范围不大、手动安装固定的情况；电动云台可以进行自动、方便、快捷地多角 度、大范围调整。在现有的专利文献方面，已有公开文献是研究“两自由度云台”，其 专利号是200610018168.0，在这个文献中仅描述是可控载荷平台，而对于载荷的传递虽 然没有具体的文字描述，但是在图中也已经表达的非常清晰的、其载荷是通过轴、齿轮 和轴承在逐级传递，这样电机的负荷就会很大，产品的负荷水平就会受到限制，而对于 自锁和定位精度问题没有提及，现有两自由度云台的载重量是衡量云台的重要指标，传 统的两自由度云台设计往往设计复杂，而且成本较高。如果两自由度云台的载荷不受到 电机负荷的影响则云台载荷能力将大大的提高，这是目前工程技术人员迫切需要解决的 问题。
发明内容本实用新型的目的是提供一种将负载转嫁而不受电机负载限制的、具有两自由 度、定位精度高、可自锁的两自由度云台机构。本实用新型通过以下技术方案实现一种两自由度的云台机构，包括底座、水平电机和立式电机，其中支承在 底座上的垂直电机和位于一侧的云台座是由联轴器通过底座下的齿轮传动机构啮合转动 连接，云台座为一水平旋转的活动台座，云台座上部两侧设有两三角形支点与框体式倒 U字云台相铰接，在所述云台内的一侧壁上固定一水平电机，其穿出侧壁的水平电机带 动的B齿轮与固定在所述三角形支点上的C齿轮啮合连接。本实用新型所述的两自由度的云台机构，其中所述齿轮传动机构包括由垂直 电机带动的主动齿轮通过以中间轴为转轴的中间齿轮、与云台座下部中心位置设置的联 轴器连接的从动齿轮转动连接。本实用新型所述的两自由度的云台机构，其中所述联轴器外面套有一起支撑 作用的轴套，所述轴套的长度尺寸是大于云台座与底座之间的距离，所述轴套的材料采 用聚四氟乙烯材料制成。本实用新型所述的两自由度的云台机构，其中在所述云台座两侧设置两对称三角形支点，螺栓通过三角形支点与云台座螺纹固定连接，所述螺栓与所述云台的连接 是通过光孔活动连接，所述三角形支点与C齿轮的连接是紧密连接。本实用新型所述的两自由度的云台机构，其中所述C齿轮通过固定螺栓固定 在云台座上。本实用新型所述的两自由度的云台机构，其中在所述云台座上，在云台座相 对底座的转动角度达到设定的限位位置处设置所述A限位开关，在所述底座上，所述云 台座相对底座的水平转动角度达到设定的极限位处，设置一限位块，其A限位开关上带 有与所述限位块碰触发出归零信号的A簧片，A簧片与限位块碰触，A限位开关发出信 号，受控的垂直电机动作，或停止或反向旋转。本实用新型所述的两自由度的云台机构，其中在所述云台上，在云台相对云 台座的摆动角度达到设定的限位位置处设置所述B限位开关，在所述云台座上，所述云 台相对云台座的摆动角度达到设定的限位位置即是三角形支点的支点上表面与B限位开 关上带有碰触发出归零信号的B簧片相碰触连接的位置，B簧片与支点上表面碰触，B限 位开关发出信号，受控的水平电机动作，或停止或反向旋转。本实用新型所述的两自由度的云台机构，其中所述云台上设置有至少一个用 于固定的连接孔。本实用新型所述的两自由度的云台机构，其中在所述云台内的外侧壁上固定 一水平电机。本实用新型所述的两自由度云台机构其中所述水平电机和所述垂直电机均为 减速步进电机，减速步进电机自身带有减速器，在电机定子上和电机动子上安装有相互 吸引的磁性元件，当电机停在某一个位置时，由于磁性元件的相互吸引，电机本身会存 在抵抗外部因素激励电机输出轴转动的力。磁性元件吸引力比较小，但通过减速器的变 速齿轮的传动之后，吸引力会被放大，此放大的力抵消外部因素激励的力，使减速步进 电机具有一定的自锁功能。实际运用时，步进减速电机自锁力可以根据实际的需求通过 设定变速齿轮的传动比来确定。本实用新型具有如下显著优点本实用新型所涉及的主要是用于固定天线的云 台，属于电动云台，是采用了巧妙的结构将纵向载荷施加到了底座上，使电机轴不受轴 向力，同时简化了结构，使得结构紧凑，同时降低了整体高度，节约成本，扩大了本实 用新型的适用范围。
图1 :是本实用新型的一种两自由度云台机构实施例前侧立体示意图；图2 是本实用新型的一种两自由度云台机构实施例后视剖面图；图3 是本实用新型的一种两自由度云台机构实施例后侧立体示意图；图4:是本实用新型的第二种两自由度云台机构实施例主视图；主动齿轮1、底座2，垂直电机3，B限位开关4，云台5，水平电机6，B齿轮 7、C齿轮8、云台座9，A限位开关10，限位块11，压板12，动齿轮13，中间齿轮14， 齿轮传动机构15、联轴器16、轴套17，中间轴18，传送带19，支点上表面20，侧壁 21，螺栓22，连接孔23，固定螺栓24，A簧片25，B簧片26，三角形支点27，U字云台两端部28，支点孔29，端孔30。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步介绍，但不作为对本实用新 型的限定。如图1所示是本实用新型的一种两自由度云台机构实施例前侧立体示意图； 在图1中，一种两自由度的云台机构，在底座2上支承有垂直电机3，在底座2上另一 侧还设有云台座9，云台座9为一水平旋转的活动台座，云台座9下设有联轴器16(图2 中)，所述垂直电机3和云台座9是由联轴器16通过底座2下的齿轮传动机构15啮合转 动连接，云台座9上部两侧设有两三角形支点27与框体式倒U字云台5的U字两端部28 相铰接，具体是如图2和图3所示，三角形支点27上有支点孔29，框体式倒U字云台 5的U字两端部28上有端孔30，通过螺栓22将支点孔29和端孔30进行铰接，螺栓22 穿过三角形支点27的支点孔29并且通过螺纹将云台座9螺纹固定连接，所述端孔30是 光孔，即没有螺纹的孔，所述螺栓22与所述云台5的连接是通过两端孔30活动连接。如图1、2、3所示，在所述云台5内的一侧壁21上固定一水平电机6，其电机轴 颈穿插在侧壁21上，其端部设有B齿轮7，B齿轮7与固定在所述三角形支点27上的C 齿轮8啮合连接。即所述三角形支点27与C齿轮8的连接是紧密连接。这样C齿轮8 相对于云台座9固定不动，还有所述C齿轮8通过固定螺栓24进一步加固固定在云台座 9上，则B齿轮7自转的同时将围绕C齿轮8作圆周运动，B齿轮7由固定在云台5上的 水平电机6带动，因此，B齿轮7、云台5和水平电机6—起同时围绕齿轮8作一定幅度 的圆周运动，这个圆周运动是受到局限的，是在一定角度内实现云台的前后上下摆动， 即当云台向前运动一云台降低下落一云台从前面向中间运动一云台向上升高一云台向后 面运动一则云台降低下落，在所述云台5上，在云台5相对云台座9的摆动角度达到设定 的限位位置处设置所述B限位开关4，在所述云台座11上，所述云台5相对云台座9的 摆动角度达到设定的限位位置即是三角形支点27的带有碰触发出归零信号的位置，当云 台5摆动到极限位置，支点上表面20与B限位开关4上的B簧片26相碰触连接，B限 位开关动作发出信号，控制水平电机6动作，或者切断电源、或者反向。所述云台5上设置有多个用于固定的连接孔23，还可以设置多排多列连接孔 23，本实施例的连接孔23是两排两列的布置形式，以方便地与其它设备连接，如与摄像 头、天线、雷达等设备的连接。同理，在所述云台座9上，在云台座9相对底座2的转动角度达到设定的限位位 置处设置A限位开关10，在所述底座2上，所述云台座9相对底座2的水平转动角度达 到设定的极限位处，设置一限位块11，本实施例的限位块11是一个柱状的限位块，其上 带有与所述限位块11碰触发出归零信号的A簧片25，当云台座9相对底座2的转动角度 达到设定的极限位置，A限位开关10的A簧片25碰触所述限位块11，使A限位开关动 作发出信号，控制垂直电机3动作，或者切断电源、或者反向。所述齿轮传动机构15包括由垂直电机3带动的主动齿轮1，通过以中间轴18为 转轴的中间齿轮14、与云台座9下部中心位置设置的联轴器16连接的从动齿轮13转动连 接，这种传动方式是传动精确、可靠，同时可改变电机的传动转矩。[0027]所述联轴器16外面套有一起支撑作用的轴套17，轴套17通过压板12固定在底 座2上，所述轴套17的材料采用聚四氟乙烯材料制成，所述轴套17的长度尺寸是大于云 台座9与底座2之间的距离。这样云台座上所承受到的外力可以通过轴套17传递到底座 2上，而非通过联轴器16传递载荷到齿轮13上，并且，所述轴套17的材料为聚四氟乙烯 轴套，是选择了与底座2和云台座9不同的耐磨的材料作为轴套，保证承载力传递到底座 2上。本实用新型所采用的所述水平电机和所述垂直电机均为减速步进电机，减速步 进电机自身带有减速器，在电机定子上和电机动子上安装有相互吸引的磁性元件，当电 机停在某一个位置时，由于磁性元件的相互吸引，电机本身会存在抵抗外部因素激励电 机输出轴转动的力。磁性元件吸引力比较小，但通过减速器的变速齿轮的传动之后，吸 引力会被放大，此放大的力抵消外部因素激励的力，使减速步进电机具有一定的自锁功 能。实际运用时，步进减速电机自锁力可以根据实际的需求通过设定变速齿轮的传动比 来确定。本实用新型的工作过程如下本实用新型是一种两自由度云台机构(如图1，2、3所示)，内部有两个电机， 即一部水平电机6和一部垂直电机3，分别负责云台的前后上下摇摆和水平旋转两个方向 自由度的转动。当接通上下摇摆动作的水平电机6通电时，水平电机6转动，经B齿轮 7带动云台5前后上下旋转；当接通水平旋转动作的垂直电机3通电时，垂直电机3转 动，通过联轴器16带动云台座9左右水平转动。另外，两自由度云台有水平和垂直两个 限位开关，当转动角度达到设定的限位位置时，该限位开关动作给出控制信号给控制计 算机，控制计算机根据此信号确定云台的绝对位置，并可以手动或自动运动到需要的位 置。具体过程是垂直电机3通电，主动齿轮1通过齿轮传动机构15和联轴器16带 动云台座9左右水平转动，若云台座9的水平旋转超过限定角度则A限位开关10被限位 块11顶升A簧片25，接通A限位开关10动作并发出信号给计算机，这样计算机就知道 了当前平台的绝对位置，然后计算机会控制垂直电机运动到需要的位置或停止。水平电机6通电，通过B齿轮7与C齿轮8的啮合转动，B齿轮7带动水平电 机6和云台5 —起围绕三角形支点27前后上下摆动，在云台5相对云台座9的摆动角度 达到设定的限位位置处，B限位开关4带有的碰触发出归零信号的B簧片26碰触三角形 支点27的支点上表面20，接通B限位开关4动作并发出信号给计算机，这样计算机就知 道了当前平台的绝对位置，然后计算机会控制水平电机6运动到需要的位置或停止。如图4所示是本实用新型的第二个实施例，在底座2上支承有垂直电机3，另一 侧还设有云台座9，云台座9为一水平旋转的活动台座，云台座9下设有联轴器16，所述 垂直电机3和云台座9是由联轴器16通过底座2下的皮带传动机构19啮合转动连接，即 垂直电机3带动的小皮带轮31通过皮带32带动大皮带轮33传动，大皮带轮33与联轴器 16连接带动云台座9水平旋转。垂直电机3通电，小皮带轮31通过皮带32、大皮带轮 33和联轴器16带动云台座9水平转动，若云台座9的水平旋转超过限定角度则A限位开 关10被限位块11顶升A簧片25，接通A限位开关10动作并发出信号给计算机，这样计 算机就知道了当前平台的绝对位置，然后计算机会控制垂直电机运动至需要的位置。。[0034]云台座9上部两侧设有两三角形支点27与框体式倒U字云台5的U字两端部28 相铰接，在所述云台5内固定一水平电机6，在其一侧壁21上其穿出侧壁21的所述水平 电机6带动的B齿轮7与固定在所述三角形支点27上的C齿轮8啮合连接，C齿轮8相 对于云台座9固定不动，还有所述C齿轮8通过固定螺栓24进一步加固固定在云台座9 上，则B齿轮7自转的同时将围绕C齿轮8作圆周运动，即B齿轮7、云台5和水平电机 6一起同时围绕齿轮8作一定幅度的圆周运动，是在一定角度内实现云台5的前后上下摆 动，即当云台5向前运动一云台5降低下落一云台5从前面向中间运动一云台5向上升高 —云台5向后面运动，一则云台5降低下落，构成前后上下摆动，在所述云台5上，在云 台5相对云台座9的摆动角度达到设定的限位位置处设置所述B限位开关4，在所述云台 座9上，所述云台5相对云台座9的摆动角度达到设定的限位位置即是三角形支点27的 支点上表面20与B限位开关4上带有碰触发出归零信号的B簧片26相碰触连接的位置， 计算机通过该信号获得当前平台的绝对位置，并根据这一位置实现云台5的两个自由度 的任意位置转动，并可自锁在需要的位置上。在电机停转时，因所述电机为减速步进电机，自身带有减速器，在电机定子上 和电机动子上安装有相互吸引的磁性元件，由于磁性元件的相互吸引，通过减速器的变 速齿轮的传动之后，吸引力会被放大，电机自身就会阻止外力对输出轴的转动，减速步 进电机具有一定的自锁功能，本实用新型的两自由度云台在减速步进电机的带动下具有 自锁功能，实际运用时，步进减速电机自锁力可以根据实际的需求通过设定变速齿轮的 传动比来确定。
权利要求1.一种两自由度的云台机构，包括底座(2)、水平电机(6)和垂直电机(3)，其特 征在于支承在所述底座⑵上的所述垂直电机⑶和位于一侧的云台座(9)是由联轴器 (16)通过所述底座(2)下的齿轮传动机构(15)啮合转动连接，所述云台座(9)为一水平 旋转的活动台座，所述云台座(9)上部两侧设有两三角形支点(27)与框体式倒U字云台 (5)相铰接，在所述云台(5)内的一侧壁(21)上固定一水平电机(6)，其穿出侧壁(21)的 水平电机(6)带动B齿轮(7)与固定在所述三角形支点(27)上的C齿轮(8)啮合连接。
2.根据权利要求1所述的两自由度的云台机构，其特征在于所述齿轮传动机构包 括由垂直电机(3)带动的主动齿轮(1)通过以中间轴(18)为转轴的中间齿轮(14)、与云 台座(9)下部中心位置设置的联轴器(16)连接的从动齿轮(13)转动连接。
3.根据权利要求2所述的两自由度的云台机构，其特征在于所述联轴器(16)外面 套有一起支撑作用的轴套(17)，所述轴套(17)的长度尺寸是大于云台座(9)与底座(2) 之间的距离。
4.根据权利要求3所述的两自由度的云台机构，其特征在于在所述云台座(9)两侧 设置两对称三角形支点(27)，螺栓(22)通过三角形支点(27)与云台座(9)螺纹固定连 接，所述螺栓(22)与所述云台(5)的连接是通过光孔活动连接，所述三角形支点(27)与 C齿轮(8)的连接是紧密连接。
5.根据权利要求4所述的两自由度的云台机构，其特征在于所述C齿轮(8)通过 固定螺栓(24)和螺栓(22)固定在云台座(9)上。
6.根据权利要求5所述的两自由度的云台机构，其特征在于在所述云台座(9)上， 在云台座(9)相对底座(2)的转动角度达到设定的限位位置处设置所述A限位开关(10)， 在所述底座(2)上，所述云台座(9)相对底座(2)的水平转动角度达到设定的极限位处， 设置一限位块(11)，其A限位开关(10)上带有与所述限位块(11)碰触发出归零信号的 A簧片(25)。
7.根据权利要求6所述的两自由度的云台机构，其特征在于在所述云台(5)上，在 云台(5)相对云台座(9)的摆动角度达到设定的限位位置处设置所述B限位开关(4)，在 所述云台座(9)上，所述云台(5)相对云台座(9)的摆动角度达到设定的限位位置即是三 角形支点(27)的支点上表面(20)与B限位开关(4)上带有碰触发出归零信号的B簧片 (26)相碰触连接的位置。
8.根据权利要求7所述的两自由度的云台机构，其特征在于所述云台(5)上设置有 至少一个用于固定的连接孔(23)。
9.根据权利要求8所述的两自由度的云台机构，其特征在于在所述云台(5)内的外 侧壁(21)上固定一水平电机(6)。
10.根据权利要求9所述的两自由度的云台机构，其特征在于所述水平电机(6)和 所述垂直电机(3)均为减速步进电机，减速步进电机自身带有减速器，电机定子和电机 动子均安装有磁性元件，即电机自身带有自锁机构。
专利摘要本实用新型涉及一种云台机构，具体涉及一种两自由度云台机构，提供一种将负荷转嫁而不受电机负载限制的、降低整体高度的具有两自由度的云台机构，包括底座、水平电机和垂直电机，支承在底座上的垂直电机和位于一侧的云台座是由联轴器通过底座下的齿轮传动机构啮合转动连接，云台座为一水平旋转的活动台座，云台座上部两侧设两支点与框体式倒U字云台相铰接，在云台内一侧壁上固定水平电机，其穿出侧壁的所述水平电机带动的B齿轮与固定在所述支点上的C齿轮啮合连接，主要是用于固定天线的云台，属于电动云台，是采用巧妙的结构将纵向载荷施加到底座上，使电机轴不受轴向力，简化结构，使得结构紧凑，降低了高度，节约成本，扩大了本实用新型适用范围。
文档编号F16M11/20GK201803069SQ20102026839
公开日2011年4月20日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者周惠兴, 赵列成, 赵建萍 申请人:周惠兴