[发明专利]一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台

权利要求书

1.一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台，其特征在于，包括底座(1)、水平旋转机构、俯仰机构和自转机构，

水平旋转机构包括中部支撑架(9)、大带轮Ⅰ(4)、小带轮Ⅰ(6)、底座电机(7)；底座(1)上表面中心固定有带轮轴Ⅰ(3)，大带轮Ⅰ(4)通过底座轴承(2)套装于带轮轴Ⅰ(3)上；底座(1)上安装有位于带轮轴Ⅰ(3)侧方的底座电机(7)，底座电机(7)输出轴上套装有小带轮Ⅰ(6)，大带轮Ⅰ(4)和小带轮Ⅰ(6)之间通过同步带Ⅰ(5)相连；中部支撑架(9)为U型结构，中部支撑架(9)底部通过螺栓固定于大带轮Ⅰ(4)上；

俯仰机构包括俯仰支撑架(15)、中部支撑架电机(10)、小带轮Ⅱ(11)、大带轮Ⅱ(14)、同步带Ⅱ(18)，中部支撑架(9)左右两侧均对称安装有带轮轴Ⅱ(13)，中部支撑架(9)一侧的带轮轴Ⅱ(13)上套装有大带轮Ⅱ(14)，另一侧的带轮轴Ⅱ(13)上连接有中部支撑架轴承(12)；俯仰支撑架(15)为倒U型结构，俯仰支撑架(15)一侧通过螺栓安装于大带轮Ⅱ(14)上，另一侧套装于中部支撑架轴承(12)上；中部支撑架(9)一侧安装有位于大带轮Ⅱ(14)下方的中部支撑架电机(10)，中部支撑架电机(10)的输出轴与小带轮Ⅱ(11)相连，小带轮Ⅱ(11)与大带轮Ⅱ(14)之间通过同步带Ⅱ(18)相连；

自转机构包括谐波减速器(17)、摄像机支架(19)、俯仰平台电机(16)和摄像机(20)，俯仰支撑架(15)顶板的上表面和下表面分别安装有谐波减速器(17)和俯仰平台电机(16)，俯仰平台电机(16)的输出轴与谐波减速器(17)的输入端相连，谐波减速器(17)顶部的法兰输出盘上安装有用于固定摄像机(20)的摄像机支架(19)；

还包括安装于摄像机支架(19)上的定位机构，定位机构主要由GPS模块、LBS模块以及WiFi网络模块共同构成。

2.根据权利要求1所述的一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台，其特征在于，通过底座电机(7)、中部支撑架电机(10)、俯仰平台电机(16)控制云台的三自由度旋转：底座电机(7)带动小带轮Ⅰ(6)转动的同时带动大带轮Ⅰ(4)旋转，大带轮Ⅰ(4)带动中部支撑架(9)水平旋转的同时带动整个云台水平旋转；中部支撑架电机(10)带动小带轮Ⅱ(11)转动的同时带动大带轮Ⅱ(14)旋转，大带轮Ⅱ(14)旋转带动整个俯仰支撑架(15)做俯仰运动；俯仰平台电机(16)带动谐波加速器(17)转动的同时带动摄像机支架(19)水平旋转，从而带动位于摄像机支架(19)上摄像机(20)绕自身光轴进行自转运动。

3.根据权利要求2所述的一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台，其特征在于，所述云台的三自由度旋转具体为：云台的第一自由度旋转为中部支撑架(9)的水平旋转，转动范围为360度；云台的第二个自由度旋转为俯仰支撑架(15)的俯仰旋转，转动范围为±90度；云台的第三自由度旋转为摄像机(20)绕自身光轴的自转，转动范围为360度。

4.根据权利要求1所述的一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台，其特征在于，中部支撑架(9)、俯仰支撑架(15)、摄像机支架(19)上均安装有陀螺仪(23)，中部支撑架(9)侧面安装有带有屏幕(22)的方位仪(21)；三个陀螺仪(23)用于分别记录水平旋转机构、俯仰机构和自传机构的旋转角度，方位仪(21)用于记录云台方位信息，陀螺仪(23)和方位仪(21)分别将采集的角度信息和方位信息传输至上位机。

5.根据权利要求1所述的一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台，其特征在于，所述底座电机(7)、中部支撑架电机(10)、俯仰平台电机(16)均与上位机相连，上位机用于控制底座电机(7)、中部支撑架电机(10)、俯仰平台电机(16)运动；定位机构用于获取摄像机(20)的位置信息，并将位置信息传输至上位机。

6.根据权利要求1所述的一种带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台，其特征在于，所述俯仰平台电机(16)采用带有刹车片的伺服电机，实现锁死功能，防止因重力作用导致自传机构偏离调整位置。

7.采用权利要求1～6任一所述的带谐波减速器的三自由度精密定位拍摄云台的拍摄方法，其特征在于，包括预置点定位拍摄方法和长距离定位拍摄方法；

对于位置不变的拍摄目标采用预置点定位拍摄方法，预置点定位拍摄方法具体为：首先通过调整中部支撑架(9)、俯仰支撑架(15)和摄像机支架(19)的旋转使摄像机(20)对准拍摄目标，摄像机(20)当前所处位置作为云台的预置点，记录当前三个陀螺仪(23)的角度信息和方位仪(21)的方位信息作为预置点参数；再次拍摄同一位置处的拍摄目标时，上位机调用预置点参数并根据预置点参数调控云台在三自由度旋转，调控结束后三个陀螺仪(23)和方位仪(21)将云台的角度信息和方位信息传输至上位机，上位机将接收到的角度信息和方位信息与预置点参数进行比较，若误差超出设定阈值范围，上位机再次调控云台旋转，直至误差在阈值范围内完成云台在预置点的定位；

对于长距离的目标拍摄采用长距离定位拍摄方法，长距离定位拍摄方法具体为：首先在长距离的目标点附近布置多个拍摄云台，根据每个拍摄云台上的定位模块将每个云台的位置信息同步到上位机的地图，根据拍摄目标点的位置选取地图上距离拍摄目标点最近的拍摄云台，上位机计算最近的拍摄云台距离目标点的夹角与距离，然后由夹角与距离分别计算云台在三自由度旋转的参考旋转角度，参考旋转角度为云台在旋转后使摄像机(20)对准目标点的旋转角度；上位机根据参考旋转角度调控云台旋转，调控结束后三个陀螺仪(23)和方位仪(21)将云台的角度信息和方位信息传输至上位机，上位机将接收到的角度信息和方位信息与参考旋转角度进行比较，若误差超出设定阈值范围，上位机再次调控云台旋转，直至误差在阈值范围内完成云台长距离定位。