一种光电吊舱的陀螺稳像云台的制作方法

1.本实用新型涉及一种光电吊舱的陀螺稳像云台。


背景技术：

2.常规的监控云台使用步进电机驱动，并采用同步带轮或减速齿轮作为减速机构，适合于固定场所的视频监控应用。但是在船载和车载的应用场合，由于其驱动和传动的精度角度，无法满足抵消载体摇摆的要求，只有使用无刷力矩电机直接驱动才能够实现较高的运动精度。而现有使用无刷力矩电机直接驱动的陀螺稳像云台，一般都是把无刷电机、编码器、电机驱动器电路和陀螺稳定控制电路分别部署，结构复杂、成本较高，同时也影响稳定控制的精度。


技术实现要素：

3.针对现有技术之不足，本实用新型提供了一种光电吊舱的陀螺稳像云台。
4.所述光电吊舱的陀螺稳像云台主要包括光电吊舱本体、光电吊舱支撑机构、无刷电机、综合控制电路板和磁传感器。其中，所述光电吊舱本体可转动地设置在所述光电吊舱支撑机构上。在所述光电吊舱支撑机构侧部设置有安装腔。所述无刷电机、所述综合控制电路板和所述磁传感器设置于所述安装腔内。并且，所述无刷电机的电机定子与所述光电吊舱本体通过定子连接件固定连接，使得所述无刷电机的电机定子能够带动所述光电吊舱本体在所述光电吊舱支撑机构上转动。所述无刷电机的电机转子固定在所述光电吊舱支撑机构上。所述综合控制电路板设置于所述无刷电机的轴向侧部并固定在所述定子连接件上。所述磁传感器设置在所述综合控制电路板上，并且所述磁传感器的位置与所述电机转子中的磁钢位置对应，使得所述磁传感器与所述电机转子中的磁钢能够形成电机编码器。
5.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述电机转子包括铁环和多个所述磁钢。多个所述磁钢均匀设置在所述铁环的内壁上。并且，所述磁钢在靠近所述磁传感器的一侧形成有凸出部，使得所述磁钢在靠近所述磁传感器一侧的高度超出所述铁环的高度。
6.根据本实用新型的一个优选实施方式，在所述综合控制电路板上集成有惯性传感器芯片、电机驱动芯片、单片机和所述磁传感器。所述惯性传感器芯片、所述电机驱动芯片和所述磁传感器分别与所述单片机相连接。
7.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述无刷电机与所述电机驱动芯片相连接。
8.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述磁传感器为磁编码器集成芯片。
9.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述磁传感器为多个霍尔元件。多个所述霍尔元件呈环形或扇形布置在所述综合控制电路板上。
10.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述光电吊舱支撑机构包括对称设置的第一支撑臂和第二支撑臂。所述光电吊舱本体设置在所述第一支撑臂和所述第二支撑臂之间。所述第一支撑臂与所述光电吊舱本体之间通过第一转动连接机构相连接。所述第二支
撑臂与所述光电吊舱本体之间通过第二转动连接机构相连接。并且，所述第一转动连接机构、所述第二转动连接机构和所述无刷电机同轴设置。
11.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述第一转动连接机构包括所述定子连接件和第一轴承；所述定子连接件通过所述第一轴承可转动地连接在所述第一支撑臂上；所述定子连接件和所述光电吊舱本体固定连接；所述定子连接件和所述光电吊舱本体上设置有第一通孔。
12.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述第二转动连接机构包括转动连接件和第二轴承；所述转动连接件通过所述第二轴承可转动地连接在所述第二支撑臂上；所述转动连接件和所述光电吊舱本体固定连接；所述转动连接件和所述光电吊舱本体上设置有第二通孔；所述定子连接件和所述转动连接件同轴设置。
13.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述电机转子通过转子连接件固定在所述光电吊舱支撑机构上。
14.与现有技术相比，本实用新型实施例的光电吊舱的陀螺稳像云台具有如下有益效果：
15.本实用新型实施例的光电吊舱的陀螺稳像云台利用无刷电机转子磁钢提供编码器检测磁场，并将编码器电路、电机驱动电路和陀螺稳定控制电路集成到一块电路板上，从而将陀螺稳像云台的驱动组件所必需的无刷电机、编码器、驱动电路和陀螺增稳控制电路设计成一个紧凑的超薄组件，将多个组件功能融为一体，在满足控制和驱动功能的基础上，具有结构紧凑、集成度高、组装简单、成本低廉、控制效果好的优势，能够大幅度提高陀螺稳像云台产品的性价比和竞争力。
16.另外，本实用新型实施例的光电吊舱的陀螺稳像云台中，电机转子的磁钢在靠近磁传感器的一侧形成有凸出部，使得磁钢在靠近磁传感器一侧的高度超出铁环的高度，从而能够为磁传感器提供更好的磁场信号。
17.本实用新型的一部分附加特性可以在下面的描述中进行说明。通过对以下描述和相应附图的检查或者对实施例的生产或操作的了解，本实用新型的一部分附加特性对于本领域技术人员是明显的。本实用新型披露的特性可以通过对以下描述的具体实施例的各种方法、手段和组合的实践或使用得以实现和达到。
附图说明
18.在此所述的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限定。在各图中，相同标号表示相同部件。其中，
19.图1是根据本实用新型的一些实施例所示的光电吊舱的陀螺稳像云台的结构示意图。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实
施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
21.需要说明的是，如果本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中涉及到术语“第一”、“第二”等，其是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，如果涉及到术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
22.在本实用新型中，如果涉及到术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
23.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。
24.此外，在本实用新型中，如果涉及到术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
26.本实用新型实施例公开了一种光电吊舱的陀螺稳像云台。
27.如图1所示，该光电吊舱的陀螺稳像云台主要包括光电吊舱本体100、光电吊舱支撑机构200、无刷电机、综合控制电路板400和磁传感器500。
28.其中，光电吊舱本体100可转动地设置在光电吊舱支撑机构200上。
29.示例性的，如图1所示，光电吊舱支撑机构200包括对称设置的第一支撑臂220和第二支撑臂230。光电吊舱本体100设置在第一支撑臂220和第二支撑臂230之间。第一支撑臂220与光电吊舱本体100之间通过第一转动连接机构相连接。第二支撑臂230与光电吊舱本体100之间通过第二转动连接机构相连接。并且，第一转动连接机构、第二转动连接机构和无刷电机同轴设置。具体的，第一转动连接机构包括定子连接件610和第一轴承620。定子连接件610通过第一轴承620可转动地连接在第一支撑臂220上。定子连接件610和光电吊舱本体100固定连接。第二转动连接机构包括转动连接件710和第二轴承720。转动连接件710通过第二轴承720可转动地连接在第二支撑臂230上。转动连接件710和光电吊舱本体100固定连接。定子连接件610和转动连接件710同轴设置，从而使得综合控制电路板400、无刷电机的电机定子310和光电吊舱本体100能够同轴转动。其中，光电吊舱本体100可以采用现有的光电吊舱中的光电设备舱体，其内可以安装摄像机930。光电吊舱支撑机构200可以采用现有光电吊舱中的外框。
30.进一步的，在一些实施例中，定子连接件610和光电吊舱本体100上设置有第一通孔910。转动连接件710和光电吊舱本体100上设置有第二通孔920。第一通孔910、第二通孔920可以为链接光电吊舱本体100内部的光电设备的连接线提供通道。
31.其中，在光电吊舱支撑机构200侧部设置有安装腔210。示例性的，安装腔210可以设置在第一支撑臂220或第二支撑臂230中。安装腔210呈扁平状结构，可以节省空间，减小体积。
32.其中，无刷电机、综合控制电路板400和磁传感器500设置于安装腔210内。并且，无刷电机的电机定子310与光电吊舱本体100通过定子连接件610固定连接，使得无刷电机的电机定子310能够带动光电吊舱本体100在光电吊舱支撑机构200上转动。
33.无刷电机的电机转子320固定在光电吊舱支撑机构200上。示例性的，电机转子320可以通过转子连接件800固定在光电吊舱支撑机构200上。本实施例中，无刷电机的电机定子310和无刷电机的电机转子320同轴布置，使得无刷电机的电机定子310能够相对轴心旋转。
34.综合控制电路板400设置于无刷电机的轴向侧部并固定在定子连接件610上。在综合控制电路板400上集成有惯性传感器芯片、电机驱动芯片、单片机和磁传感器500。惯性传感器芯片、电机驱动芯片和磁传感器500分别与单片机相连接。无刷电机与电机驱动芯片相连接。综合电路板上的惯性传感器芯片用于提供各轴角速度和加速度的数据，单片机通过采集的数据输出信号通过电机驱动芯片驱动无刷电机工作，带动光电吊舱本体100转动。
35.通过将无刷电机的电机定子310和无刷电机的电机转子320同轴布置在安装腔210内并分别通过定子连接件610和转子连接件800将电机定子310和电机转子320固定在光电吊舱本体100、光电吊舱支撑机构200上，同时将集成有惯性传感器芯片、电机驱动芯片、单片机和磁传感器500的综合控制电路板400设置无刷电机的轴向侧部并固定在定子连接件610上，可以使得陀螺稳像云台的驱动结构所必需多个部件和电路组件集成为一个超薄的结构组合，放置在外框舱体的侧耳空间内，从而使其具有了结构紧凑、集成度高、组装简单、成本低廉、控制精度高的优势，能够大幅度提高陀螺稳像云台产品的性价比和竞争力。
36.其中，电机转子320包括铁环321和多个磁钢322。多个磁钢322均匀设置在铁环321的内壁上。
37.其中，磁传感器500设置在综合控制电路板400上，并且磁传感器500的位置与电机转子320中的磁钢位置对应，使得磁传感器所在的位置与磁钢位置对应，能够检测到转子旋转时磁钢的磁场。从而使得磁传感器500与电机转子320中的磁钢能够形成电机编码器。
38.示例性的，在一些实施例中，磁传感器500可以采用磁编码器集成芯片。
39.示例性的，在一些实施例中，磁传感器500可以采用多个霍尔元件。多个霍尔元件呈环形或扇形布置在综合控制电路板400上。
40.作为一个优选的实施方式，磁钢322在靠近磁传感器500的一侧形成有凸出部，使得磁钢322在靠近磁传感器500一侧的高度超出铁环321的高度。
41.通过将磁钢322在靠近磁传感器500的一侧形成有凸出部，使得磁钢322在靠近磁传感器500一侧的高度超出铁环321的高度，能够为磁传感器提供更好的磁场信号。
42.在本实施例中，电机转子320可以选用外径100mm，厚度10mm的铁心，电机转子设计为21极对数(使用42片磁钢)，每个极对数约对应17.14
°
。磁传感器可以选用两只ss49e线性
霍尔传感器，部署在半径52mm，圆周角间距12.86
°
的位置上，能够分别检测磁钢旋转角度的正弦和余弦信号，解算出电机旋转位置。在综合控制电路板400上集成有惯性传感器芯片、电机驱动芯片和单片机可以分别采用型号为icm20602的imu传感器、型号为drv8313的电机驱动芯片和型号为gd32f103的单片机。其中，电机驱动芯片的输出引脚与电机定子的线圈各端连接。
43.综上所述，本实用新型实施例的光电吊舱的陀螺稳像云台可以带来的有益效果包括但不限于以下内容：
44.本实用新型实施例的光电吊舱的陀螺稳像云台利用无刷电机转子磁钢提供编码器检测磁场，并将编码器电路、电机驱动电路和陀螺稳定控制电路集成到一块电路板上，从而将陀螺稳像云台的驱动组件所必需的无刷电机、编码器、驱动电路和陀螺增稳控制电路设计成一个紧凑的超薄组件，将多个组件功能融为一体，在满足控制和驱动功能的基础上，具有结构紧凑、集成度高、组装简单、成本低廉、控制效果好的优势，能够大幅度提高陀螺稳像云台产品的性价比和竞争力。另外，本实用新型实施例的光电吊舱的陀螺稳像云台中，电机转子的磁钢在靠近磁传感器的一侧形成有凸出部，使得磁钢在靠近磁传感器一侧的高度超出铁环的高度，从而能够为磁传感器提供更好的磁场信号。
45.需要注意的是，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
46.另外，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。