基于MPU6050姿态传感器的电子机械稳定跟踪平台的制作方法

本实用新型涉及一种跟踪平台，特别是涉及一种基于MPU6050姿态传感器的电子机械稳定跟踪平台。

背景技术：
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精密稳定跟踪平台以实时检测平台姿态和位置变化为手段，通过一系列的电子机械传动机构精确保持动态姿态基准，利用图像探测设备实现对移动目标的自动跟踪，由于它有效地隔离了载体本身扰动，在航空侦查、海底探测、精密设备的检测等领域得到了广泛的应用。

由于能隔离载体导弹、飞机、战车、舰船扰动,不断测量平台姿态和位置的变化,精确保持动态姿态基准,并通过图像探测设备实现对机动目标自动跟踪,所以在现代武器系统中得到了广泛的应用。例如在弹箭制导导引头中,要求跟随主稳定的目标瞄准线能够隔离弹体角运动对武器射击线的扰动,通过安装在稳定跟踪平台上的图像探测装置获取稳定的目标图像,为大视场目标捕获和小视场目标识别与跟踪提供测量和计算基准,提高在行进间的发射命中率坦克、装甲战车等地面车辆需要频繁机动、停止、快速瞄准和行进间射击,其作战平台不仅应具有高度的机动能力,还应具备运动间稳定瞄准、跟踪、射击能力,稳定跟踪平台可用于安装昼视、夜视、测距功能三合一的观瞄设备,获取稳定的视场,使观察者能清楚地洞察战场情况雷达的天线体积庞大,经常受到各种各样的干扰,为了使其按预定规律搜索或实现目标跟踪,需要稳定系统来隔离这些干扰。在航空侦察摄影观测设备、机载目标指示器、空间遥感探测和海底声纳探测等深海作业场合,稳定跟踪平台都得到了广泛的应用。

技术实现要素：
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本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单、可以拆解、通过摄像设备在X轴、Y轴、Z轴三个自由度方向的移动，实现摄像设备对目标物体的跟踪，具有体积小、精度高、成本低的基于MPU6050姿态传感器的电子机械稳定跟踪平台。

本实用新型的技术方案是：一种基于MPU6050姿态传感器的电子机械稳定跟踪平台，包括载机底座、驱动机构、传感器、控制器和摄像设备，所述设置在载机底座上的驱动机构与摄像设备连接，所述控制器与传感器连接并设置在载机底座上，所述驱动机构包括支架、连接板和驱动电机，所述驱动电机包括俯仰电机、滚转电机和偏转电机，所述连接板包括俯仰连接板、滚转连接板和偏转连接板，所述支架设置在载机底座上并与俯仰电机连接，所述俯仰电机通过俯仰连接板与滚转电机连接，所述滚转电机通过滚转连接板与偏转连接板连接，所述偏转连接板通过偏转电机与摄像设备连接，所述偏转电机与摄像设备之间设置有固定平台，所述传感器设置在固定平台上,所述驱动电机与电机驱动模块和电机测速模块连接，所述电机驱动模块和电机测速模块与控制器连接，所述控制器与电源模块连接。

所述俯仰连接板的一端设置有滚转电机固定板，所述偏转连接板为Z形结构，且与滚转连接板通过螺钉连接，所述俯仰电机与俯仰连接板之间设置有传动机构，所述滚转电机与滚转连接板之间设置有传动机构，所述偏转电机与固定平台之间设置有传动机构。

所述俯仰电机、滚转电机和偏转电机均为空心轴三相直流无刷电机，且均设置有电机测速模块。

所述电机测速模块包括A3144霍尔传感器、磁钢和LM393电压比较器，所述霍尔传感器设置在驱动电机上，且与LM393电压比较器连接，所述磁钢设置在传动机构上。

所述控制器为STM32F103RCT6单片机，所述传感器为MPU6050，所述电机驱动模块为SI4599芯片，所述电源模块包3S电池、78D33芯片和IRF9328芯片。

所述3S电池供电电压为12V，所述78D33芯片与3S电池连接并输出3V电压，所述IRF9328芯片与3S电池连接并输出12V电压。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型MPU-6050姿态传感器实时将固定平台姿态的变化传送给控制器，控制器依据PID算法输出控制信号，用来控制三个电机转向及转速，电机带动传动机构实现摄像设备在X轴、Y轴、Z轴三个自由度方向的移动，从而实现跟踪功能、具有体积小、精度高、成本低等特点。

2、本实用新型摄像设备在俯仰电机（X轴）、滚转电机（Y轴）和偏转电机（Z轴）方向上运动，使固定平台上携带的设备在地理坐标系上保持稳定，以消除由平台载机引起的相移，提高稳定性。

3、本实用新型传感器以MPU6050为核心元件，它集成了3轴MEMS陀螺仪、3轴MEMS加速度计，同时自带数字运动处理功能，从而减少了MCU复杂的融合演算数据、感测器同步化、姿势感应等的负荷，可以直接从DMP寄存器中读出处理结果，响应速度快，体积小。

4、本实用新型在驱动电机转动机构上安装小型磁钢，采用A3144霍尔传感器感应磁钢的转动信息，从而实现监测电机转速的目的，检测方便快捷。

5、本实用新型X轴的俯仰电机在平台最底端，相对需要较大力矩，因此X轴俯仰电机选用2804型号的无刷直流电机，其他2个电机选用2212型号的无刷直流电机，保证能够快速相应。

附图说明：

图1为基于MPU6050姿态传感器的电子机械稳定跟踪平台的结构示意图。

图2为基于MPU6050姿态传感器的电子机械稳定跟踪平台的电气连接框图。

图3为电机驱动模块的电路连接图。

具体实施方式：

实施例：参见图1、图2和图3，图中，1-载机底座，2-传感器，3-摄像设备，4-俯仰电机，5-滚转电机，6-偏转电机，7-俯仰连接板，8-滚转连接板，9-偏转连接板，10-支架，11-固定平台，12-螺钉，13-滚转电机固定板。

基于MPU6050姿态传感器的电子机械稳定跟踪平台，包括载机底座1、驱动机构、传感器2、控制器和摄像设备3，设置在载机底座1上的驱动机构与摄像设备3连接，控制器与传感器2连接并设置在载机底座1上，驱动机构包括支架10、连接板和驱动电机，驱动电机包括俯仰电机4、滚转电机5和偏转电机6，连接板包括俯仰连接板7、滚转连接板8和偏转连接板9，支架10设置在载机底座1上并与俯仰电机4连接，俯仰电机4通过俯仰连接板7与滚转电机5连接，滚转电机5通过滚转连接板8与偏转连接板9连接，偏转连接板9通过偏转电机6与摄像设备3连接，偏转电机6与摄像设备3之间设置有固定平台11，传感器2设置在固定平台11上,驱动电机与电机驱动模块和电机测速模块连接，电机驱动模块和电机测速模块与控制器连接，控制器与电源模块连接。

俯仰连接板7的一端设置有滚转电机固定板13，偏转连接板9为Z形结构，且与滚转连接板8通过螺钉12连接，俯仰电机4与俯仰连接板7之间设置有传动机构，滚转电机5与滚转连接板8之间设置有传动机构，偏转电机6与固定平台之间9设置有传动机构。

俯仰电机4、滚转电机5和偏转电机6均为空心轴三相直流无刷电机，且均设置有电机测速模块。

电机测速模块包括A3144霍尔传感器、磁钢和LM393电压比较器，霍尔传感器设置在驱动电机上，且与LM393电压比较器连接，磁钢设置在传动机构上。

控制器为STM32F103RCT6单片机，传感器为MPU6050，电机驱动模块为SI4599芯片，电源模块包3S电池、78D33芯片和IRF9328芯片。

3S电池供电电压为12V，78D33芯片与3S电池连接并输出3V电压，IRF9328芯片与3S电池连接并输出12V电压。

STM32控制器实时接收MPU6050测得固定平台11的姿态信息，同时进行解析运算，通过PID算法输出PWM控制信号，通过电机驱动（驱动电机转动通过齿轮带动连接板移动）调整固定平台11姿态，同时电机转速（在电机转动机构上安装小型磁钢，采用A3144霍尔传感器感应磁钢的转动信息，从而实现监测电机转速的目的，由于霍尔传感器输出的信号为正弦信号，需要通过LM393电压比较器进行整形为方波信号，然后方波输送到控制器中）反馈给控制器，进一步地修正输出信号，最终实现固定平台的稳定。

如图3所示：电机驱动模块以芯片SI4599为核心，当PitchA为高电平、PitchAN为低电平时，PitchAout输出12V的高电平，当PitchA为低电平、PitchAN为高电平时，PitchAout输出0V的低电平，实现了0-3V的方波转换成0-12V的方波，从而实现增强驱动能力的作用；驱动电机为空心轴三相直流无刷电机，针对一个电机的三相分别使用3个SI4599芯片进行驱动，共需要9个SI4599芯片。

电源模块采用3S电池12V供电，经过78D33转换3.3V为控制电路供电（控制器、传感器、霍尔传感器），另一路经过IRF9328为电机驱动模块提供12V电源。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。