專利名稱：一種云臺高精度控制裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于視頻監(jiān)控領域，尤其涉及一種云臺高精度控制裝置及方法。
背景技術：
目前，隨著視頻監(jiān)控技術的快速發(fā)展，要求在前端執(zhí)行任務的云臺不僅要快速響應，而且還要有較高的預置位精度。就蝸桿傳動而言，一對蝸輪蝸桿配合可以是無側隙的，但在某些情況下，側隙對傳動的正常工作是必要的。由于側隙的存在，可以避免由于零件的加工誤差而使輪齒卡住，且提供了貯存潤滑油的空間，以及考慮由于溫度變化而引起零件尺寸的變化等因素。此外，云臺也可采用齒輪傳動，帶傳動、鏈傳動等結構。由于側隙引起的空回誤差，將直接影響傳動精度。就蝸輪蝸桿本身而言，如中心距變大、齒厚偏差、基圓偏心和齒形誤差等，此外，蝸輪裝在軸上時的偏心、滾動軸承轉動座圈的徑向擺動和固定座圈與殼體的配合間隙等也會對空回產(chǎn)生影響。因此，必要時需對空回誤差予以控制或設法消除其影響?？紤]到零件加工精度和生產(chǎn)作業(yè)人員裝配精度等因素，勢必會增加成本及工時，因此，單純依靠傳統(tǒng)的加工工藝及裝配方式不能很好地解決機械傳動高精度控制問題。此外，現(xiàn)在市場上大部分云臺均采用開環(huán)控制系統(tǒng)，沒有反饋環(huán)節(jié)，即控制裝置與被控對象之間只有按順序工作，沒有反向聯(lián)系的過程，系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響，沒有自動修正或補償?shù)哪芰ΑＲ虼?，開環(huán)控制系統(tǒng)無法消除干擾所帶來的誤差，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，響應時間相對來說很長，精確度不高，所以開環(huán)控制系統(tǒng)不能很好地解決對機械傳動的高精度控制問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種云臺高精度控制裝置，旨在解決云臺由于機械傳動間隙等多方面因素產(chǎn)生的誤差。一種云臺高精度控制裝置，包括固定在底座上的轉軸，與該轉軸轉動配合的用于安裝云臺的底板，其特征在于，繞所述的轉軸設有磁環(huán)，所述的底板上設有固定架，該固定架上安裝有用于感應磁環(huán)的磁場變化的磁感應器；設有用于輸出云臺轉動指令、采集磁感應器信號的控制器，該控制器根據(jù)云臺轉動指令與磁感應器信號之間的差值修正云臺轉動指令。所述的控制器為單片機或電腦等，可以發(fā)出云臺轉動指令，該云臺轉動指令驅動電機，帶動底板相對于轉軸轉動，而底板轉動時，磁感應器感應磁環(huán)的磁場變化，并將信號傳遞至控制器，可以計算出云臺實際轉動角度，如果與初始的云臺轉動指令有差異，則根據(jù)差值修正云臺轉動指令，即發(fā)出新的云臺轉動指令。所述的轉軸以及與該轉軸轉動配合的底板之間的傳動方式可以采用現(xiàn)有技術，例如所述的轉軸底部為蝸輪，底板上設有與所述的蝸輪相配合的蝸桿以及該蝸桿的電機，電機根據(jù)所述的控制器的云臺轉動指令工作，帶動蝸桿，使整個底板繞轉軸轉動。轉軸與底板之間還可以采用齒輪傳動，帶傳動、鏈傳動等結構。作為優(yōu)選，磁環(huán)位于轉軸頂端，磁環(huán)與轉軸頂端之間設有非磁性材料的隔離套，以避免轉軸干擾磁環(huán)所發(fā)出的磁場。作為優(yōu)選，繞所述的轉軸設有定位套，該定位套與轉軸的間隙中設有軸承，定位套的外壁與所述的固定架固定連接，固定架隨底板轉動時，定位套相對于轉軸轉動，且盡可能的避免了徑向的晃動，保證了磁感應器采集磁場信號的精確性。作為優(yōu)選，設有與定位套頂面滑動配合的調節(jié)塊，所述的磁感應器固定在該調節(jié)塊上，定位套與調節(jié)塊之間設有緊固螺釘，松開緊固螺釘，可滑動調節(jié)塊以改變磁感應器與磁環(huán)之間的距離，調整好后旋緊緊固螺釘。為了實現(xiàn)調節(jié)塊與定位套頂面滑動配合，所述的定位套頂面與調節(jié)塊底部設有相互配合的導向部件。例如定位套頂面設有導軌，所述的調節(jié)塊底部設有與該導軌配合的導向結構，作為優(yōu)選所述的導軌沿所述的轉軸的徑向布置。作為另一種實施方式，所述的調節(jié)塊設有兩個相互平行布置的條形孔，所述的定位套頂面設有與條形孔位置相應的安裝孔，條形孔和安裝孔之間裝有所述的緊固螺釘。作為優(yōu)選，所述的定位套上設有微調支架，該微調支架上穿有調節(jié)螺釘，所述的調節(jié)螺釘?shù)亩瞬宽斁o所述的調節(jié)塊。通過旋轉調節(jié)螺釘可對調節(jié)塊的位置進行細微調節(jié)。本發(fā)明還提供了一種云臺高精度控制方法，包括如下步驟:(I)發(fā)出云臺轉動指令,驅動云臺轉動；(2)通過磁感應器采集云臺相對于其轉軸的實際轉動角度；(3)比較云臺轉動指令與云臺實際轉動角度的差異，根據(jù)差異重新發(fā)出云臺轉動指令，驅動云臺轉動；(4)循環(huán)操作步驟(I) (3)，直至消除所述的差異。本發(fā)明控制方法可以利用本發(fā)明云臺高精度控制裝置來實施。本發(fā)明云臺高精度控制裝置及方法采用閉合控制系統(tǒng)可有效的實現(xiàn)云臺高精度控制目的，避免由機械傳動間隙帶來的干擾，提高產(chǎn)品性能。


圖1是本發(fā)明一種云臺高精度控制裝置的立體結構示意圖；圖2是圖1中云臺高精度控制裝置的局部剖面示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。作為本發(fā)明的實施例，圖1，圖2示出了本發(fā)明實施例提供的云臺高精度控制裝置的結構示意圖。為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關的部分。一種云臺高精度控制裝置，包括固定在底座17上的轉軸，與該轉軸轉動配合的用于安裝云臺(圖中省略)的底板16。
轉軸底部為蝸輪15，頂部為同軸布置的支撐筒14，支撐筒14通過螺釘安裝于蝸輪15，可與蝸輪15 —起轉動，底板16上設有與蝸輪15相配合的蝸桿18以及蝸桿18的驅動電機(圖中省略)。支撐筒14頂端設有磁環(huán)11，磁環(huán)11與支撐筒14頂端設有非磁性材料的隔離套10，隔離套10通過螺釘9固定在支撐筒14頂端。隔離套10采用非磁性材料并且有一定的厚度，可防止支撐筒14帶來的磁干擾，磁環(huán)11可通過壓配方式或者涂抹適量緊固膠安裝于隔離套10上。底板16上設有固定架1，繞支撐筒14設有定位套13，定位套13與支撐筒14的間隙中設有軸承12，定位套13的外壁與固定架I固定連接，固定架I隨底板16轉動時，定位套13相對于轉軸轉動，且盡可能的避免徑向的晃動，定位套13與軸承12之間留有間隙，防止軸承12受力過大。設有與定位套13頂面滑動配合的調節(jié)塊4，磁感應器5通過磁感應器固定架8安裝于調節(jié)塊4上，磁感應器5的電路板6與磁感應器5焊接在一起，與通過導線連接相比，可減少信號傳導干擾；電路板6通過螺釘固定于電路板支架7，電路板支架7通過螺釘固定在調節(jié)塊4上，以固定磁感應器5為主，以固定電路板6為輔。定位套13頂面設有沿轉軸徑向布置的導軌，調節(jié)塊4底部設有與該導軌配合的導向結構，定位套13與調節(jié)塊4之間設有緊固螺釘，松開緊固螺釘，可滑動調節(jié)塊4以改變磁感應器5與磁環(huán)11之間的距離，調整好后旋緊緊固螺釘。定位套13上還設有微調支架3，該微調支架3上穿有調節(jié)螺釘2，調節(jié)螺釘2的端部頂緊調節(jié)塊4。通過旋轉調節(jié)螺釘2可對調節(jié)塊4的位置進行細微調節(jié)。還設有用于輸出云臺轉動指令、采集磁感應器信號的控制器(圖中未顯示)，該控制器根據(jù)云臺轉動指令與磁感應器信號之間的差值修正云臺轉動指令。控制器為單片機或電腦。本發(fā)明云臺高精度控制裝置工作時:(I)控制器發(fā)出云臺轉動指令，驅動云臺轉動，云臺轉動指令中帶有角度信息；云臺轉動角度，也可理解為磁環(huán)的角位移；(2)通過磁感應器采集云臺相對于其轉軸的實際轉動角度；(3)比較云臺轉動指令與云臺實際轉動角度的差異，云臺轉動過程中輸入變量為給定的常值角度，也可理解為電機的轉動角度，因為輸入變量通過帶傳動，蝸桿傳動等結構傳遞動力后，由于機械傳動間隙等因素帶來的干擾，使云臺轉動角度產(chǎn)生誤差，輸入變量與輸出變量存在一定的差值，導致被控制量偏離規(guī)定值。為此，磁感應器測量出磁環(huán)的實際角位移后，反饋到控制器中與給定的常值角度相比較，根據(jù)差異重新發(fā)出云臺轉動指令，驅動云臺轉動；(4)循環(huán)步驟⑴ (3)直到差值為零，這樣可實現(xiàn)對云臺的高精度控制。本發(fā)明云臺高精度控制裝置及方法采用閉合控制系統(tǒng)可有效的實現(xiàn)云臺高精度控制目的，避免由機械傳動間隙帶來的干擾，提高產(chǎn)品性能。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種云臺高精度控制裝置，包括固定在底座上的轉軸，與該轉軸轉動配合的用于安裝云臺的底板，其特征在于，繞所述的轉軸設有磁環(huán)，所述的底板上設有固定架，該固定架上安裝有用于感應磁環(huán)的磁場變化的磁感應器；設有用于輸出云臺轉動指令、采集磁感應器信號的控制器，該控制器根據(jù)云臺轉動指令與磁感應器信號之間的差值修正云臺轉動指令。
2.如權利要求1所述的云臺高精度控制裝置，其特征在于，所述的轉軸底部為蝸輪，底板上設有與所述的蝸輪相配合的蝸桿以及該蝸桿的電機，電機根據(jù)所述的控制器的云臺轉動指令工作。
3.如權利要求1或2所述的云臺高精度控制裝置，其特征在于，所述的磁環(huán)位于轉軸頂端，磁環(huán)與轉軸頂端之間設有非磁性材料的隔離套。
4.如權利要求3所述的云臺高精度控制裝置，其特征在于，繞所述的轉軸設有定位套，該定位套與轉軸的間隙中設有軸承，定位套的外壁與所述的固定架固定連接。
5.如權利要求4所述的云臺高精度控制裝置，其特征在于，設有與定位套頂面滑動配合的調節(jié)塊，所述的磁感應器固定在該調節(jié)塊上，定位套與調節(jié)塊之間設有緊固螺釘。
6.如權利要求5所述的云臺高精度控制裝置，其特征在于，所述的定位套頂面與調節(jié)塊底部設有相互配合的導向部件。
7.如權利要求6所述的云臺高精度控制裝置，其特征在于，所述的定位套頂面設有導軌，所述的調節(jié)塊底部設有與該導軌配合的導向結構，所述的導軌沿所述的轉軸的徑向布置。
8.如權利要求7所述的云臺高精度控制裝置，其特征在于，所述的定位套上設有微調支架，該微調支架上穿有調節(jié)螺釘，所述的調節(jié)螺釘?shù)亩瞬宽斁o所述的調節(jié)塊。
9.一種云臺高精度控制方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)發(fā)出云臺轉動指令，驅動云臺轉動； (2)通過磁感應器采集云臺相對于其轉軸的實際轉動角度； (3)比較云臺轉動指令與云臺實際轉動角度的差異，根據(jù)差異重新發(fā)出云臺轉動指令，驅動云臺轉動； (4)循環(huán)操作步驟(I) (3)，直至消除所述的差異。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種云臺高精度控制裝置及方法，包括固定在底座上的轉軸，與該轉軸轉動配合的用于安裝云臺的底板，繞所述的轉軸設有磁環(huán)，所述的底板上設有固定架，該固定架上安裝有用于感應磁環(huán)的磁場變化的磁感應器；設有用于輸出云臺轉動指令、采集磁感應器信號的控制器，該控制器根據(jù)云臺轉動指令與磁感應器信號之間的差值修正云臺轉動指令。本發(fā)明云臺高精度控制裝置及方法采用閉合控制系統(tǒng)可有效的實現(xiàn)云臺高精度控制目的，避免由機械傳動間隙帶來的干擾，提高產(chǎn)品性能。
文檔編號G05D3/12GK103105856SQ20111035395
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權日2011年11月10日
發(fā)明者李建新 申請人:天津市亞安科技股份有限公司