[发明专利]压电执行器驱动的目标图像跟踪云台及其驱动控制方法

说明书

本发明涉及一种压电执行器驱动的目标图像跟踪云台及其驱动控制方法，所述的目标跟踪云台至少有两个自由度，包括一个旋转自由度和一个仰俯自由度。旋转框架安装在水平回转轴上端，随着水平回转轴旋转而旋转，形成旋转运动；旋转运动和仰俯运动是两套不干涉的独立运动。探测镜头模组安装在旋转框架上，旋转框架安装在俯仰回转轴上，随俯仰回转轴旋转而旋转，形成仰俯运动。压电执行器安装时直接采用双端压紧固定的方法，能产生纵向和横向的复合振动分别驱动水平回转轴和俯仰回转轴，两个为一对，运行时仿生人类的双足行走。

技术领域

本发明属于目标跟踪定位技术领域，具体涉及一种压电执行器驱动的目标图像跟踪云台及其驱动控制方法。

背景技术

云台设备产生旋转和仰俯两个自由度的运动，带动光学镜头实现对低空无人机等目标的搜索和定位等功能，配合通讯设备，可形成用于小型无人机的自主着陆辅助器，或者作为低空安防系统的搜索器材等。在技术上要求其能在较远的距离发现无人机等目标，并具有对目标的连续跟踪能力，和对距离/姿态等参量的测量能力。小型化和低成本化是此类设备的发展趋势。此类设备往往采用伺服电机等电磁电机作为驱动器。电磁电机的低速特性和精度并不好，往往需要减速设备进行减速，会引入额外的回程间隙等系统误差，在原理上限制了对目标的跟踪、测量精度和速度，而且设备笨重。为此，提出了利用具有高精度、快响应特性的压电执行器驱动的目标图像跟踪方案，旨在提高精度、简化结构、降低成本、提高便携性，便于普及应用。

目标跟踪设备发明专利很多，但主要关注跟踪算法、机器学习和特定目标等，极少有关注驱动硬件。跟踪响应速度和跟踪精度等能力的提升对于提升跟踪设备性能有直接影响。而目前检索到的专利基本上都是默认传统的伺服电磁电机驱动方式。传统的电磁电机伺服云台精度是有限的，为了获得更高的精度，大型跟踪系统往往采用二级伺服系统，但提高精度的同时，设备体积和成本大幅攀升。

现有技术存在如下问题难以解决：

(1)电磁电机难以在低速下运行，必须引入减速机构才能实现低转速驱动，实现云台的慢速转动。这一过程会引入回程间隙等系统误差，增加系统重量和复杂程度，很难达到较高的精度。

(2)电磁电机驱动精度和体积成本密切相关，提高精度必然增大体积重量，增加二自由度/多自由度跟踪的设计难度，使设备丧失便携性，同时也会带来成本的增加。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种具有高精度、快响应特点的压电执行器，提出了驱动控制方法，用作新型目标搜索跟踪云台的驱动器：利用两组压电执行器分别实现对镜头组的水平旋转和仰俯运动的驱动，实现对目标的高精度跟踪；提出了利用压电执行器本身变形实现一个步长内高精度定位控制，大幅提高定位精度。

技术方案