一種可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺包括底座、外殼、豎直連接軸、水平電機(jī)、水平減速器、水平蝸桿、水平渦輪、垂直傳動軸、垂直聯(lián)軸器、垂直支架、水平編碼器、水平聯(lián)軸器、水平支架、垂直編碼器、垂直渦輪、垂直蝸桿、垂直電機(jī)、護(hù)罩和垂直減速器，通過在豎直連接軸上安裝水平編碼器，當(dāng)云臺水平旋轉(zhuǎn)時，水平編碼器繞著豎直連接軸旋轉(zhuǎn)，由水平編碼器讀取云臺水平旋轉(zhuǎn)角度，在垂直傳動軸上安裝垂直編碼器，當(dāng)云臺在豎直方向上旋轉(zhuǎn)時，垂直編碼器繞著垂直傳動軸旋轉(zhuǎn)，由垂直編碼器讀取云臺豎直俯仰角度，在測量旋轉(zhuǎn)角度時不受蝸輪蝸桿傳動磨損以及加工誤差的影響，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、精度高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】-種可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高鐵災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)雪深監(jiān)測領(lǐng)域，特別是一種可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的 云臺。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著高速鐵路的快速發(fā)展，列車行駛速度也越來越快，確保列車在惡劣天氣下的 行車安全顯得尤為重要。降雪發(fā)生時伴隨的惡劣能見度對鐵路產(chǎn)生很大的影響，在降雪之 后地面形成的積雪會長時間阻礙交通運(yùn)輸?shù)恼＿M(jìn)行，擾亂市民的正工作和生活，降低生 活交通運(yùn)輸效率。積雪造成輪軌之間摩擦力減小，很容易引起交通事故，白天經(jīng)過太陽照射 融化，晚上氣溫降低在鐵軌上結(jié)冰，軌面摩擦系數(shù)更小，會導(dǎo)致列車在鐵軌上剎車不靈，發(fā) 生交通事故的概率會大大增加，嚴(yán)重威脅旅客的生命安全。因此利用雪深監(jiān)測系統(tǒng)對降雪 進(jìn)行實(shí)時檢測，并將數(shù)據(jù)通過無線模塊和GPRS模塊實(shí)時發(fā)到交通指揮控制中也，控制中也 根據(jù)災(zāi)害情況進(jìn)行實(shí)時處理，采取相應(yīng)措施比如降速、停運(yùn)。
[0003] 雪深監(jiān)測系統(tǒng)包含云臺、激光雪深傳感器、網(wǎng)絡(luò)攝像頭，對道岔進(jìn)行雪深監(jiān)測時需 要云臺進(jìn)行一定角度的俯仰，依次對每一條軌道的雪深進(jìn)行測量。雪深測量原理比較簡單， 激光傳感器測出激光傳感器到雪面的距離，再測量出云臺自身轉(zhuǎn)動的角度；但由于雪深誤 差要求特別高，對云臺轉(zhuǎn)動角度的精度要求也特別高，雖然云臺可W預(yù)定位但大多數(shù)云臺 是蝸桿潤輪傳動，由于蝸桿潤輪傳動存在加工誤差、長時間運(yùn)動磨損就會導(dǎo)致云臺定位精 度不高。中國專利CN102095060公開了一種重載云臺的機(jī)芯結(jié)構(gòu)裝置，該裝置在水平傳動 軸和外殼的內(nèi)部的彈黃卡位之間設(shè)置恒力彈黃，通過恒力彈黃拉動水平傳動軸，使水平傳 動軸能夠根據(jù)實(shí)際情況改變限定的位置，保持水平傳動軸上固定的水平潤輪與水平蝸桿之 間的緊密配合，使兩者在配合保持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，恒力彈黃拉力有效解決潤輪蝸桿加工和磨損 誤差，使水平潤輪和水平蝸桿在傳動過程中，咬合面永遠(yuǎn)保持重合。然而該裝置只是降低了 潤輪蝸桿傳動的誤差，并沒有對云臺實(shí)際定位角度精度作進(jìn)一步分析。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺，通過在云臺內(nèi)部安裝編 碼器，對水平潤輪和豎直潤輪旋轉(zhuǎn)的實(shí)際轉(zhuǎn)動的角度進(jìn)行測量，把云臺實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度與預(yù) 定角度作對比，再進(jìn)行微調(diào)，使云臺旋轉(zhuǎn)到預(yù)定位置，并把調(diào)整后的角度上傳到上位機(jī)，達(dá) 到了云臺高精度旋轉(zhuǎn)的目的，從而滿足了雪深測量的需求。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺，包括底座、 外殼、豎直連接軸、水平電機(jī)、水平減速器、水平蝸桿、水平潤輪、垂直傳動軸、垂直聯(lián)軸器、 垂直支架、水平編碼器、水平聯(lián)軸器、水平支架、垂直編碼器、垂直潤輪、垂直蝸桿、垂直電 機(jī)、護(hù)罩和垂直減速器。
[0006] 豎直連接軸、水平電機(jī)、水平減速器、水平蝸桿、水平潤輪、垂直傳動軸、垂直聯(lián)軸 器、垂直支架、水平編碼器、水平聯(lián)軸器、水平支架、垂直編碼器、垂直潤輪、垂直蝸桿、垂直 電機(jī)和垂直減速器均設(shè)置在外殼內(nèi)；外殼位于底座上方，護(hù)罩形狀為形，其兩側(cè)與外殼的外 壁活動連接，頂部平行于外殼的頂部。
[0007] 外殼底部中也設(shè)有通孔，豎直連接軸底部穿過上述通孔固定在底座上，其頂部位 于外殼內(nèi)，豎直連接軸和通孔通過滾動軸承配合連接；水平編碼器穿過水平支架與水平聯(lián) 軸器連接，水平支架另一端固定在外殼底部，水平聯(lián)軸器再與豎直連接軸相連，水平聯(lián)軸器 與豎直連接軸之間設(shè)有水平潤輪；水平電機(jī)固定在外殼底部，水平減速器的主動齒輪套在 水平電機(jī)的傳動軸上，水平蝸桿位于水平電機(jī)和水平潤輪之間，并固定在外殼底部，水平減 速器的從動齒輪套在水平蝸桿的傳動軸上，水平蝸桿與水平潤輪曬合；垂直電機(jī)固定在外 殼底部，垂直蝸桿設(shè)置在垂直電機(jī)上方，且固定在外殼內(nèi)壁上；垂直減速器的主動齒輪套在 垂直電機(jī)的傳動軸上，其從動齒輪套在垂直蝸桿的傳動軸上，垂直傳動軸位于水平電機(jī)、水 平蝸桿、水平編碼器W及垂直蝸桿的上方，垂直傳動軸兩端分別固定在外殼的內(nèi)壁上垂直 編碼器穿過垂直支架與垂直聯(lián)軸器連接，垂直聯(lián)軸器與垂直傳動軸連接，垂直支架固定在 外殼的內(nèi)壁上；垂直潤輪套在垂直傳動軸上，且與垂直蝸桿曬合。
[0008] 上述垂直傳動軸包括第一連桿、第二連桿和第H連桿，第H連桿上設(shè)有二階凸臺， 二階凸臺與垂直潤輪過盈配合，用于固定垂直潤輪；第一連桿與第H連桿的中也軸線重合， 第二連桿的中也軸線不與第H連桿的中也軸線重合，第二連桿位于第一連桿與第H連桿中 間，第二連桿兩端通過連接板分別焊接在第一連桿端部和第H連桿端部；第一連桿端部穿 過連接板，與垂直聯(lián)軸器連接。
[0009] 上述豎直連接軸由第一圓柱體、第二圓柱體、第H圓柱體、第四圓柱體、第五圓柱 體和第六圓柱體依次連接而成，上述六個圓柱體直徑不同；第一圓柱體設(shè)置在底座內(nèi)，第H 圓柱體與外殼底部通孔中的滾動軸承的內(nèi)圈相配合，第二圓柱體22直徑大于第一圓柱體 且小于第H圓柱體；第四圓柱體與水平潤輪11通過鍵配合，第六圓柱體與水平聯(lián)軸器相 連，第五圓柱體的直徑小于第四圓柱體且大于第六圓柱體；第四圓柱體的直徑小于第H圓 柱體的直徑。
[0010] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 1)本發(fā)明對原有云臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出豎直連接軸和垂直傳動軸， 分別用來安裝水平編碼器和垂直編碼器，結(jié)構(gòu)簡單。
[0012] 2)通過與豎直連接軸相連的水平編碼器測量云臺水平旋轉(zhuǎn)角度，與垂直傳動軸相 連的垂直編碼器測量云臺的豎直旋轉(zhuǎn)角度，不受潤輪蝸桿磨損和加工誤差的影響，具有成 本低、精度高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明的可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖3為本發(fā)明的可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺局部剖示意圖圖。
[0016] 圖4為本發(fā)明的可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0017] 圖5為本發(fā)明的可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺的豎直連接軸示意圖。
[0018] 圖6為本發(fā)明的可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺的垂直傳動軸示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0020] 結(jié)合圖1?圖6，一種可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺，包括底座14、外殼13、豎直連接 軸24、水平電機(jī)1、水平減速器3、水平蝸桿2、水平潤輪11、垂直傳動軸4、垂直聯(lián)軸器5、垂 直支架6、水平編碼器8、水平聯(lián)軸器17、水平支架9、垂直編碼器7、垂直潤輪10、垂直蝸桿 16、垂直電機(jī)15、護(hù)罩12和垂直減速器26。
[0021] 豎直連接軸24、水平電機(jī)1、水平減速器3、水平蝸桿2、水平潤輪11、垂直傳動軸 4、垂直聯(lián)軸器5、垂直支架6、水平編碼器8、水平聯(lián)軸器17、水平支架9、垂直編碼器7、垂直 潤輪10、垂直蝸桿16、垂直電機(jī)15和垂直減速器26均設(shè)置在外殼13內(nèi)；夕['殼13位于底座 14上方，護(hù)罩12形狀為U形，其兩側(cè)與外殼13的外壁活動連接，頂部平行于外殼13的頂 部。
[0022] 外殼13底部中也設(shè)有通孔，豎直連接軸24底部穿過上述通孔焊接在底座14中 也，起支撐云臺的作用，其頂部位于外殼13內(nèi)，豎直連接軸24和通孔通過滾動軸承配合連 接。水平支架9 一端開有通孔，水平編碼器8穿過水平支架9的通孔與水平聯(lián)軸器17連接， 水平支架9另一端焊接在外殼13底部，水平聯(lián)軸器17再與豎直連接軸24相連，水平聯(lián)軸 器17與豎直連接軸24之間設(shè)有水平潤輪11。水平電機(jī)1通過支架焊接在外殼13底部，水 平減速器3的主動齒輪套在水平電機(jī)1的傳動軸上，水平蝸桿2位于水平電機(jī)1和水平潤 輪11之間，并通過支架焊接在外殼13底部，水平減速器3的從動齒輪套在水平蝸桿2的傳 動軸上，使得水平蝸桿2與水平潤輪11曬合。
[0023] 垂直電機(jī)15通過支架焊接在外殼13底部，垂直蝸桿16設(shè)置在垂直電機(jī)15的上 方，并通過支架焊接在外殼13內(nèi)側(cè)側(cè)壁上。垂直減速器26的主動齒輪套在垂直電機(jī)15的 傳動軸上，其從動齒輪套在垂直蝸桿16的傳動軸上。垂直傳動軸4位于水平電機(jī)1、水平蝸 桿2、水平編碼器8 W及垂直蝸桿16的上方，垂直傳動軸4兩端安裝在安裝架上，安裝架焊 接在外殼13的內(nèi)側(cè)側(cè)壁上。垂直支架6 -端開有通孔，垂直編碼器7穿過垂直支架6的通 孔與垂直聯(lián)軸器5連接，垂直聯(lián)軸器5與垂直傳動軸4連接，垂直支架6焊接在外殼13的 內(nèi)側(cè)側(cè)壁上。垂直潤輪10套在垂直傳動軸4上，且與垂直蝸桿16曬合。
[0024] 垂直電機(jī)15和水平電機(jī)1關(guān)于外殼13底部通孔對稱布置。安裝垂直電機(jī)15和 水平電機(jī)1時考慮到云臺受力平衡，把水平電機(jī)1和垂直電機(jī)15關(guān)于外殼13底部通孔對 稱安裝，使云臺在中也處受力平衡，云臺作水平和垂直旋轉(zhuǎn)時速度均勻、平穩(wěn)。
[00巧]垂直傳動軸4包括第一連桿18、第二連桿19和第H連桿28,第H連桿28上設(shè)有 二階凸臺27,二階凸臺27與垂直潤輪10過盈配合，用于固定垂直潤輪10。第一連桿18與 第H連桿28的中也軸線重合，第二連桿19的中也軸線不與第H連桿28的中也軸線重合， 第二連桿19位于第一連桿18與第H連桿28中間，第二連桿19兩端通過連接板分別焊接 在第一連桿18端部和第H連桿28端部；第一連桿18端部穿過連接板，與垂直聯(lián)軸器5連 接。
[0026] 豎直連接軸24由第一圓柱體21、第二圓柱體22、第H圓柱體23、第四圓柱體25、 第五圓柱體29和第六圓柱體30組成，上述六個圓柱體直徑不同，由車削加工而成。其中第 一圓柱體21插在底座14中也，第H圓柱體23與外殼13底部通孔中的滾動軸承的內(nèi)圈相 配合，第二圓柱體22直徑大于第一圓柱體21且小于第H圓柱體23 ;第四圓柱體25與水平 潤輪11通過鍵配合，第六圓柱體30與水平聯(lián)軸器17相連，第五圓柱體29的直徑小于第四 圓柱體25且大于第六圓柱體30。第四圓柱體25的直徑小于第H圓柱體23的直徑。
[0027] 護(hù)罩12由H塊鋼板焊接而成，相互平行的兩塊設(shè)置在外殼13的側(cè)壁，且與垂直傳 動軸4通過螺釘連接，激光傳感器固定在護(hù)罩12頂部。
[0028] 當(dāng)測量道岔處雪深時需要云臺旋轉(zhuǎn)到幾個預(yù)定位置，輸入既定角度，云臺旋轉(zhuǎn)再 由編碼器測出云臺旋轉(zhuǎn)實(shí)際的角度并與所要求角度作對比，再進(jìn)行微調(diào)，并把微調(diào)后的角 度反饋到上位機(jī)用來計(jì)算雪深，具體工作原理及過程：云臺水平旋轉(zhuǎn)角度由水平電機(jī)1、水 平減速器3、水平蝸桿2、水平潤輪11、水平聯(lián)軸器17、水平支架9、水平編碼器8、豎直連接 軸24等組件組成，具體工作過程是控制板向水平電機(jī)1發(fā)送信號，水平電機(jī)1通過水平減 速器3帶動水平蝸桿2旋轉(zhuǎn)，水平蝸桿2與水平潤輪11之間是蝸桿潤輪傳動，豎直連接軸 24固定在底座中也，水平潤輪11被豎直連接軸24固定，在反作用力作用下水平蝸桿2帶動 外殼13整體，水平支架9也隨著外殼13旋轉(zhuǎn)，與豎直連接軸24相連的水平聯(lián)軸器17也是 固定的，水平支架9帶動水平編碼器8繞著水平聯(lián)軸器17旋轉(zhuǎn)，從而可由水平編碼器17讀 取云臺水平旋轉(zhuǎn)的角度，并把水平旋轉(zhuǎn)角度反饋到上位機(jī)；測量云臺在豎直方向旋轉(zhuǎn)角度 由垂直電機(jī)15、垂直減速器26、垂直蝸桿16、垂直潤輪10、垂直傳動軸4、垂直聯(lián)軸器5、垂 直支架6、垂直編碼器7等組件組成；控制板向垂直電機(jī)15發(fā)送信號，垂直電機(jī)15通過垂 直減速器26帶動垂直蝸桿16旋轉(zhuǎn)，垂直蝸桿16帶動垂直潤輪10旋轉(zhuǎn)，垂直潤輪10固連 在垂直傳動軸4,使垂直傳動軸4旋轉(zhuǎn)，垂直傳動軸4帶動垂直聯(lián)軸器5旋轉(zhuǎn)，垂直編碼器7 固定在垂直支架7上，垂直編碼器7的傳動軸在垂直聯(lián)軸器帶動下旋轉(zhuǎn)，從而可由垂直編碼 器讀出云臺豎直旋轉(zhuǎn)的角度，并把俯仰角反饋到上位機(jī)。
[0029] 本實(shí)施例的水平步進(jìn)電機(jī)1和垂直步進(jìn)電機(jī)15都選擇75BF001的H相單軸步進(jìn) 電機(jī)，步距角度1. 5度/3度電壓24V，電流3A。步進(jìn)電機(jī)通過減速器與蝸桿相連接。
[0030] 本實(shí)施例的水平編碼器和垂直編碼器選擇非接觸式編碼器，是按照霍爾原理制作 的10位絕對型編碼器，采用SSI通訊方式，0-5V的標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號輸出。編碼器與傳動軸 相連接檢測云臺當(dāng)前旋轉(zhuǎn)的角度，由控制板進(jìn)行讀取，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。絕對式編碼器選 擇MAB25,其特性如下：
[0031]
【權(quán)利要求】
1. 一種可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺，其特征在于：包括底座（14)、外殼（13)、堅(jiān)直連接 軸（24)、水平電機(jī)（1)、水平減速器（3)、水平蝸桿（2)、水平渦輪（11)、垂直傳動軸（4)、垂 直聯(lián)軸器（5)、垂直支架（6)、水平編碼器（8)、水平聯(lián)軸器（17)、水平支架（9)、垂直編碼器 (7)、垂直渦輪（10)、垂直蝸桿（16)、垂直電機(jī)（15)、護(hù)罩（12)和垂直減速器（26); 堅(jiān)直連接軸（24 )、水平電機(jī)（1)、水平減速器（3 )、水平蝸桿（2 )、水平渦輪（11)、垂直傳 動軸（4)、垂直聯(lián)軸器（5)、垂直支架（6)、水平編碼器（8)、水平聯(lián)軸器（17)、水平支架（9)、 垂直編碼器（7)、垂直渦輪10、垂直蝸桿16、垂直電機(jī)（15)和垂直減速器（26)均設(shè)置在外 殼（13)內(nèi)；外殼（13)位于底座（14)上方，護(hù)罩（12)形狀為（U)形，其兩側(cè)與外殼（13)的 外壁活動連接，頂部平行于外殼（13)的頂部； 外殼（13)底部中心設(shè)有通孔，堅(jiān)直連接軸（24)底部穿過上述通孔固定在底座（14)上， 其頂部位于外殼（13)內(nèi)，堅(jiān)直連接軸（24)和通孔通過滾動軸承配合連接；水平編碼器（8) 穿過水平支架（9)與水平聯(lián)軸器（17)連接，水平支架（9)另一端固定在外殼（13)底部，水 平聯(lián)軸器（17)再與堅(jiān)直連接軸（24)相連，水平聯(lián)軸器（17)與堅(jiān)直連接軸（24)之間設(shè)有水 平渦輪11 ;水平電機(jī)（1)固定在外殼（13)底部，水平減速器（3)的主動齒輪套在水平電機(jī) (1)的傳動軸上，水平蝸桿（2)位于水平電機(jī)1和水平渦輪（11)之間，并固定在外殼（13) 底部，水平減速器（3)的從動齒輪套在水平蝸桿2的傳動軸上，水平蝸桿（2)與水平渦輪11 哨合；垂直電機(jī)（15)固定在外殼（13)底部，垂直蝸桿（16)設(shè)置在垂直電機(jī)（15)上方，且固 定在外殼（13)內(nèi)壁上；垂直減速器（26)的主動齒輪套在垂直電機(jī)（15)的傳動軸上，其從 動齒輪套在垂直蝸桿（16)的傳動軸上，垂直傳動軸（4)位于水平電機(jī)（1)、水平蝸桿（2)、水 平編碼器（8)以及垂直蝸桿（16)的上方，垂直傳動軸（4)兩端分別固定在外殼（13)的內(nèi)壁 上垂直編碼器（7 )穿過垂直支架（6 )與垂直聯(lián)軸器（5 )連接，垂直聯(lián)軸器（5 )與垂直傳動軸 (4)連接，垂直支架（6)固定在外殼（13)的內(nèi)壁上；垂直渦輪（10)套在垂直傳動軸（4)上， 且與垂直蝸桿（16)哨合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺，其特征在于：垂直傳動軸（4)包 括第一連桿（18)、第二連桿（19)和第三連桿（28)，第三連桿（28)上設(shè)有二階凸臺（27)，二 階凸臺（27)與垂直渦輪（10)過盈配合，用于固定垂直渦輪（10);第一連桿（18)與第三連 桿（28)的中心軸線重合，第二連桿（19)的中心軸線不與第三連桿（28)的中心軸線重合，第 二連桿（19)位于第一連桿（18)與第三連桿（28)中間，第二連桿（19)兩端通過連接板分別 焊接在第一連桿（18)端部和第三連桿（28)端部；第一連桿（18)端部穿過連接板，與垂直聯(lián) 軸器（5)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可測量自身旋轉(zhuǎn)角度的云臺，其特征在于：堅(jiān)直連接軸（24) 由第一圓柱體（21)、第二圓柱體（22)、第三圓柱體（23)、第四圓柱體（25)、第五圓柱體（29) 和第六圓柱體（30)依次連接而成，上述六個圓柱體直徑不同；第一圓柱體（21)設(shè)置在底座 (14)內(nèi)，第三圓柱體（23)與外殼（13)底部通孔中的滾動軸承的內(nèi)圈相配合，第二圓柱體 (22)直徑大于第一圓柱體（21)且小于第三圓柱體（23);第四圓柱體（25)與水平渦輪（11) 通過鍵配合，第六圓柱體（30)與水平聯(lián)軸器（17)相連，第五圓柱體（29)的直徑小于第四圓 柱體（25)且大于第六圓柱體（30);第四圓柱體（25)的直徑小于第三圓柱體（23)的直徑。
【文檔編號】F16M11/12GK104390112SQ201410695758
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】石奮義, 王夫歌, 王曉浩, 蔣杰, 劉鑫榮, 刑宗義 申請人:南京理工大學(xué)