[发明专利]双相机三维重型云台系统及结构

说明书

本发明提出了双相机三维重型云台系统及结构，解决了常规三轴云台结构设计优化度低、在船舶等不稳定的场景适用性不强的问题，其主要技术方案包括包括云台主控板、电机驱动模块、姿态采集模块、通信模块与供电模块，所述云台主控板用以输出三路驱动信号给电机驱动模块，实现相机三轴式转动，所述姿态采集模块用以检测计算出相机三维姿态并发送给云台主控板，所述通信模块用以实现云台通信控制，所述云台包括重心保持一致的航向旋转机构、横滚旋转机构与俯仰旋转机构，对应每一机构分别包括航向轴、横滚轴、俯仰轴结构件，所述航向轴、横滚轴、俯仰轴结构件为316不锈钢方管结构。

技术领域

本发明涉及船舶用相机云台技术领域，尤其涉及双相机三维重型云台系统及结构。

背景技术

云台是一个复杂的、多输入多输出控制系统，必须与其他零件、部件共同工作，因此会受到诸多因素的影响。云台能够承载的最高重量称为云台的承载能力，即垂直方向上，稳定云台可以承受的最大压力。电机驱动器的功率、云台的结构、材质、尺寸、大小等都会影响云台的承载能力。此外，云台的运行速度、加速度也会影响承载能力。云台运行速度和加速度正常的情况下，云台能够承载的最大压力称为云台的承载力。

通常条件下，承载能力随速度的减慢而增强，随速度的提高而减弱，二者呈反比例关系。云台的负载中心要垂直与云台工作面，且经过回转中心，云台的最大负载点就是指该点。在设计云台结构、计算云台承载能力时，也是以该点为参考。假设负载的安装位置不合理，使得回转中心与重心不重合，负载力矩会显著提高，实际负载量会显著减小，无法达到理论值。所以，云台的承载重量随重心偏离度、垂直转动角度的提高而减小，随重心偏离度、垂直转动角度的降低而增加，二者呈反比例关系。所以在设计云台结构需充分考虑以下几个因素。

(1)要对机构布局、传动结构的重心平衡进行谨慎选择，根据静平衡标准对云台的质量分布进行合理配置，因为装置体积、质量较大，较高，框架的质心存在偏移，转动轴承无法保证质量的均匀分布，极易形成附加干扰力矩。

(2)选择加工材料和工艺，为了保证稳定云台的防震性和抗压性，其材料以重金属为主。考虑到云台应用在海上，充分考虑稳定云台设备的防腐蚀、防潮等防护。

(3)要综合考虑驱动器、编码器、电机的尺寸、大小、重量和体积，尽量减小云台的重量和体积。

(4)稳定云台的性能会受运动控制系统的影响和干扰，需要重点研究和分析，运动控制的关键是控制驱动电机，满足稳定性、可靠性、准确性和实时性的要求，并能够实现各种转角运动以满足不同的使用需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了在稳定性、适配性和可产品化程度上都能达到较高水平的双相机三维重型云台系统及结构。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：双相机三维重型云台系统，其特征在于包括云台主控板、电机驱动模块、姿态采集模块、通信模块与供电模块，所述云台主控板用以输出三路驱动信号给电机驱动模块，实现相机三轴式转动，所述姿态采集模块用以检测计算出相机三维姿态并发送给云台主控板，所述通信模块用以实现云台通信控制。

进一步的，所述云台主控板采用Storm32BGC云台控制器，所述电机驱动模块包括电机驱动芯片与电机，所述云台主控板通过电机驱动芯片驱动电机工作，所述电机驱动芯片型号为DRV8313，所述电机RMD-S-90型号的无刷电机，所述姿态采集模块采用两个集成了三轴加速度计和三轴陀螺仪的MPU6050芯片，所述MPU6050芯片能够检测相机三维角速度和加速度，并将解算出的相机三维姿态串行通信发送给云台主控板，所述通信模块包括以太网网络通信、USB串口通信与遥控无线通信，所述供电模块用以云台主控板以及电机供电。