一種水下云臺裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水下作業(yè)設(shè)備，具體涉及一種帶角度閉環(huán)控制的水下云臺裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水下云臺能夠增加水下攝像機的觀測范圍，在水下機器人等水下作業(yè)裝備中被廣泛應用。水下云臺通常采用直流電機作為動力源，從而需要考慮直流電機及其控制單元的密封性問題?，F(xiàn)有的水下云臺大多采用動密封結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)動輸出軸處的密封可靠性通常較低，且動密封結(jié)構(gòu)通常會增加能源損耗，無法滿足水下云臺的低功耗、高可靠性等要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種水下云臺裝置及控制方法，解決動密封結(jié)構(gòu)的問題，提高可靠性。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種水下云臺裝置，其特點是，該裝置包含:
密封殼體；
直流減速電機，其設(shè)置于密封殼體中，用于輸出云臺轉(zhuǎn)動的動力；
角度控制單元，其設(shè)置于密封殼體中，并與直流減速電機電路連接，通過控制直流減速電機，調(diào)節(jié)云臺轉(zhuǎn)動角度的方向和大?。?br> 動力傳動單元，其包含相互匹配的磁耦合聯(lián)軸器內(nèi)轉(zhuǎn)子和磁耦合聯(lián)軸器外轉(zhuǎn)子；磁耦合聯(lián)軸器內(nèi)轉(zhuǎn)子設(shè)置于密封殼體內(nèi)，與直流減速電機的輸出軸機械連接；磁耦合聯(lián)軸器外轉(zhuǎn)子設(shè)置于密封殼體外，與設(shè)置在云臺上的外接設(shè)備機械連接；
上述直流減速電機的轉(zhuǎn)動輸出帶動磁耦合聯(lián)軸器內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，磁耦合聯(lián)軸器內(nèi)轉(zhuǎn)子通過磁力作用帶動密封殼體外的磁耦合聯(lián)軸器外轉(zhuǎn)子，磁耦合聯(lián)軸器外轉(zhuǎn)子帶動云臺上連接的外接設(shè)備旋轉(zhuǎn)。
[0005]上述角度控制單元包含:
旋轉(zhuǎn)變壓器，其內(nèi)轉(zhuǎn)子過盈連接直流減速電機的輸出軸，檢測直流減速電機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，輸出檢測信號；
旋轉(zhuǎn)變壓器解碼板，其輸入端電路連接旋轉(zhuǎn)變壓器，接收旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的檢測信號，解碼后傳輸至電機控制模塊；
電機控制模塊，其輸入端電路連接旋轉(zhuǎn)變壓器解碼板，輸出端電路連接直流減速電機；電機控制模塊根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器解碼板的輸出得到云臺實際角度，根據(jù)云臺實際角度與預設(shè)的云臺期望角度之間的偏差，控制直流減速電機啟停或正反轉(zhuǎn)，從而減小云臺實際角度與云臺期望角度之間的偏差。
[0006]上述電機控制模塊包含:
單片機，其輸入端電路連接旋轉(zhuǎn)變壓器解碼板的輸出，解算出直流減速電機的電機輸出軸位置和云臺實際角度，根據(jù)云臺實際角度與預設(shè)的云臺期望角度之間的偏差，輸出直流減速電機控制指令； 繼電器電路，其輸入端電路連接單片機的輸出，輸出端電路連接直流減速電機，根據(jù)直流減速電機控制指令控制直流減速電機啟?；蛘崔D(zhuǎn)。
[0007]上述水下云臺裝置還包含有水密連接器，該水密連接器設(shè)置于密封殼體側(cè)壁上，穿過密封殼體的側(cè)壁并與其密封連接；電機控制模塊和外接設(shè)備通過水密連接器通信連接，形成閉環(huán)控制。
[0008]上述動力傳動單元機械連接有外部連接輔助機構(gòu)，通過外部連接輔助機構(gòu)與設(shè)置在云臺上的外接設(shè)備機械連接并帶動外接設(shè)備轉(zhuǎn)動。
[0009]上述外部連接輔助機構(gòu)包含:
主轉(zhuǎn)動件，其與動力傳動單元的磁耦合聯(lián)軸器外轉(zhuǎn)子固定連接，由磁耦合聯(lián)軸器外轉(zhuǎn)子帶動主轉(zhuǎn)動件旋轉(zhuǎn)；
從轉(zhuǎn)動組件，其活動連接于密封殼體外，可自由轉(zhuǎn)動；
支架，其分別與主轉(zhuǎn)動件和從轉(zhuǎn)動組件固定連接，外接設(shè)備固定連接在支架上，磁耦合聯(lián)軸器外轉(zhuǎn)子通過主轉(zhuǎn)動件帶動支架旋轉(zhuǎn)，以帶動外接設(shè)備轉(zhuǎn)動。
[0010]上述密封殼體包含:
兩端開口的密封艙，及分別密封設(shè)置于密封艙兩端開口處的端蓋和隔套；
上述直流減速電機、直流減速電機和磁耦合聯(lián)軸器內(nèi)轉(zhuǎn)子設(shè)置于密封艙內(nèi)；磁耦合聯(lián)軸器內(nèi)轉(zhuǎn)子設(shè)置于隔套處，磁耦合聯(lián)軸器外轉(zhuǎn)子對應套設(shè)在隔套外。
[0011]一種上述水下云臺裝置的控制方法，其特點是，該方法包含:
角度控制單元檢測直流減速電機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)得出云臺的實際轉(zhuǎn)動角度；
角度控制單元控制直流減速電機的輸出，減小云臺實際角度與云臺期望角度之間的偏差;
密封殼體內(nèi)的直流減速電機的輸出通過磁耦合聯(lián)軸器內(nèi)轉(zhuǎn)子和磁耦合聯(lián)軸器外轉(zhuǎn)子之間的磁力作用傳輸至密封殼體外，從而調(diào)節(jié)云臺實際角度。
[0012]上述角度控制單元控制直流減速電機的輸出的方法包含:
角度控制單元判斷云臺實際角度與預設(shè)的云臺期望角度的偏差是否小于0.5度；若否，則控制直流減速電機7向靠近云臺期望角度的方向轉(zhuǎn)動，減小云臺實際角度與云臺期望角度之間的偏差；
若是，則控制直流減速電機7停止轉(zhuǎn)動。
[0013]本發(fā)明一種水下云臺裝置及控制方法和現(xiàn)有技術(shù)的水下云臺裝置相比，其優(yōu)點在于，本發(fā)明將直流減速電機、角度控制單元等電機設(shè)備密封設(shè)置于密封殼體內(nèi)，通過動力傳動單元的磁耦合聯(lián)軸器技術(shù)將直流減速電機的轉(zhuǎn)動動力傳輸至密封殼體外，帶動外接設(shè)備轉(zhuǎn)動，解決了目前轉(zhuǎn)動輸出軸處密封可靠性低的問題，同時也節(jié)省了目前常用的動密封結(jié)構(gòu)，減少能源損耗，具有尚可靠性；
本發(fā)明的水下云臺裝置采用模塊化的結(jié)構(gòu)，通過簡單組合能夠作為多軸云臺使用；本發(fā)明設(shè)有水密連接器，通過RS232通訊方式，便于密封殼體內(nèi)的角度控制單元與設(shè)置于水下云臺裝置上的外接設(shè)備之間進行通信傳輸。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明水下云臺裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明水下云臺裝置的角度控制單元的連接示意圖；
圖3為本發(fā)明水下云臺裝置的角度控制單元的電路模塊圖；
圖4為本發(fā)明水下云臺裝置的外部連接輔助機構(gòu)中支架的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖，進一步說明本發(fā)明的具體實施例。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種帶角度閉環(huán)控制的水下云臺裝置，其適合裝備于水下機器人等水下作業(yè)設(shè)備進行水下目標觀測、視頻采集等場合。
[0017]水下云臺裝置包含密封殼體、直流減速電機7、角度控制單元、動力傳動單元和外部連接輔助機構(gòu)。直流減速電機與角度控制單元設(shè)置在密封殼體內(nèi)，外部連接輔助機構(gòu)設(shè)置在密封殼體外，動力傳動單元包含有磁耦合聯(lián)軸器，其主動部分設(shè)置在密封殼體內(nèi)，從動部分設(shè)置在密封殼體外。
[0018]其中，直流減速電機7用于輸出轉(zhuǎn)動動力，控制水下云臺裝置及上的外接設(shè)備進行轉(zhuǎn)動，該外接設(shè)備可以是安裝在云臺上的攝像頭、水下燈等設(shè)備。角度控制單元用于接收外部指令中的云臺期望角度、檢測云臺實際角度并控制直流減速電機運動至外部指令設(shè)定的云臺期望角度。動力傳動單元用于將直流減速電機動力通過磁耦合聯(lián)軸器傳遞至密封殼體外。外部連接輔助機構(gòu)用于連接水下攝像機、水下燈等外接設(shè)備。密封殼體用于保證角度控制單元、直流減速電機的水密性。
[0019]密封殼體包含有:密封艙6、端蓋I及隔套9。密封艙6設(shè)為圓筒形結(jié)構(gòu)，兩端開口。端蓋I與隔套9分別密封設(shè)置于密封艙6的兩端開口處，密封艙6與端蓋1、隔套9組成密封殼體。
[0020]隔套9包含一個圓筒形的隔套本體，及設(shè)置于隔套本體與密封艙6連接處的連接部。隔套本體的外徑小于密封艙6的外徑。連接部由隔套本體的邊緣處沿隔套本體徑向向外延伸，連接部外部邊緣的外徑與密封艙6的外徑相適配，使隔套9通過其連接部可與密封艙6密封連接。
[0021]角度控制單元與直流減速電機7設(shè)置于密封殼體中，密封艙6的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有電機支座20，直流減速電機7通過電機支座20固定于密封艙6內(nèi)，直流減速電機7與密封艙6同軸設(shè)置，并且直流減速電機7的輸出軸朝向隔套9設(shè)置。端蓋I與密封艙6間通過第一O型密封圈2密封，隔套9與密封艙6間通過第二 O型密封圈8密封，保證密封殼體內(nèi)角度控制單元與直流減速電機7的水密性。
[0022]如圖1并結(jié)合圖2所示，角度控制單元包含有電機控制模塊21、旋轉(zhuǎn)變壓器12及旋轉(zhuǎn)變壓器解碼板27。
[0023]其中，旋轉(zhuǎn)變壓器12的內(nèi)轉(zhuǎn)子通過過盈配合直接安裝于直流減速電機7輸出軸上，旋轉(zhuǎn)變壓器12外轉(zhuǎn)子通過兩個半圓形卡圈17固定于電機支座20上，卡圈17與電機支座20間為過盈配合。
[0024]電機控制模塊21通過兩個相同且對稱的連接件22垂直連接于端蓋I的內(nèi)側(cè)，旋轉(zhuǎn)變壓器解碼板27通過兩個相同且對稱的連接件22垂直連接于端蓋I的內(nèi)側(cè)。該電機控制模塊21與旋轉(zhuǎn)變壓器解碼板27的電路板相互之間平行設(shè)置。
[0025]如圖1并結(jié)合圖3所示，直流減速電機7輸出軸帶動旋轉(zhuǎn)變壓器12，旋轉(zhuǎn)變壓器12檢測并輸出直流減速電機7輸出軸位置的信號。
[0026]旋轉(zhuǎn)變壓器解碼板27的輸入端電路連接旋轉(zhuǎn)變壓器12的輸出端，用于接收旋轉(zhuǎn)變壓器12輸出信號，經(jīng)過解碼后輸出給電機控制模塊21。
[0027]電機控制模塊21包含有單片機28、電源模塊29與繼電器電路30。
[0028]電源模塊29的輸出端電路連接至單片機28，為單片機28提供電源。
[0029]繼電器電路30采用了 H橋電路，用于接收單片機28輸出的控制指令，控制直流減速電機7的啟停與正反轉(zhuǎn)。
[0030]單片機28采用Megal28單片機，輸入端電路連接旋轉(zhuǎn)變壓器解碼板27的輸出端，單片機28的輸出端電路連接至繼電器電路30。單片機28解算電機輸出軸位置。當電機控制模塊21檢測到云臺實際角度與預設(shè)的云臺期望角度存在偏差時，控制繼電器電路30使直流減速電機7向相應的方向(S卩靠近云臺期望角度的方向，減小云臺期望角度與云臺實際角度間偏差的方向)轉(zhuǎn)動，當云臺實際角度與云臺期望角度偏差小于0.5度時，控制繼電器電路30使直流減速