一種可測量自身旋轉角度的雲臺的製作方法
2023-06-28 18:28:06 2
一種可測量自身旋轉角度的雲臺的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種可測量自身旋轉角度的雲臺包括底座、外殼、豎直連接軸、水平電機、水平減速器、水平蝸杆、水平渦輪、垂直傳動軸、垂直聯軸器、垂直支架、水平編碼器、水平聯軸器、水平支架、垂直編碼器、垂直渦輪、垂直蝸杆、垂直電機、護罩和垂直減速器，通過在豎直連接軸上安裝水平編碼器，當雲臺水平旋轉時，水平編碼器繞著豎直連接軸旋轉，由水平編碼器讀取雲臺水平旋轉角度，在垂直傳動軸上安裝垂直編碼器，當雲臺在豎直方向上旋轉時，垂直編碼器繞著垂直傳動軸旋轉，由垂直編碼器讀取雲臺豎直俯仰角度，在測量旋轉角度時不受蝸輪蝸杆傳動磨損以及加工誤差的影響，具有成本低、結構簡單、精度高的優點。
【專利說明】-種可測量自身旋轉角度的雲臺
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高鐵災害監測系統雪深監測領域，特別是一種可測量自身旋轉角度的 雲臺。
【背景技術】
[0002] 隨著高速鐵路的快速發展，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。降雪發生時伴隨的惡劣能見度對鐵路產生很大的影響，在降雪之 後地面形成的積雪會長時間阻礙交通運輸的正常進行，擾亂市民的正工作和生活，降低生 活交通運輸效率。積雪造成輪軌之間摩擦力減小，很容易引起交通事故，白天經過太陽照射 融化，晚上氣溫降低在鐵軌上結冰，軌面摩擦係數更小，會導致列車在鐵軌上剎車不靈，發 生交通事故的概率會大大增加，嚴重威脅旅客的生命安全。因此利用雪深監測系統對降雪 進行實時檢測，並將數據通過無線模塊和GPRS模塊實時發到交通指揮控制中也，控制中也 根據災害情況進行實時處理，採取相應措施比如降速、停運。
[0003] 雪深監測系統包含雲臺、雷射雪深傳感器、網絡攝像頭，對道岔進行雪深監測時需 要雲臺進行一定角度的俯仰，依次對每一條軌道的雪深進行測量。雪深測量原理比較簡單， 雷射傳感器測出雷射傳感器到雪面的距離，再測量出雲臺自身轉動的角度；但由於雪深誤 差要求特別高，對雲臺轉動角度的精度要求也特別高，雖然雲臺可W預定位但大多數雲臺 是蝸杆潤輪傳動，由於蝸杆潤輪傳動存在加工誤差、長時間運動磨損就會導致雲臺定位精 度不高。中國專利CN102095060公開了一種重載雲臺的機芯結構裝置，該裝置在水平傳動 軸和外殼的內部的彈黃卡位之間設置恆力彈黃，通過恆力彈黃拉動水平傳動軸，使水平傳 動軸能夠根據實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杆之 間的緊密配合，使兩者在配合保持穩定運轉，恆力彈黃拉力有效解決潤輪蝸杆加工和磨損 誤差，使水平潤輪和水平蝸杆在傳動過程中，咬合面永遠保持重合。然而該裝置只是降低了 潤輪蝸杆傳動的誤差，並沒有對雲臺實際定位角度精度作進一步分析。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在於提供一種可測量自身旋轉角度的雲臺，通過在雲臺內部安裝編 碼器，對水平潤輪和豎直潤輪旋轉的實際轉動的角度進行測量，把雲臺實際旋轉角度與預 定角度作對比，再進行微調，使雲臺旋轉到預定位置，並把調整後的角度上傳到上位機，達 到了雲臺高精度旋轉的目的，從而滿足了雪深測量的需求。
[0005] 實現本發明目的的技術解決方案為：一種可測量自身旋轉角度的雲臺，包括底座、 外殼、豎直連接軸、水平電機、水平減速器、水平蝸杆、水平潤輪、垂直傳動軸、垂直聯軸器、 垂直支架、水平編碼器、水平聯軸器、水平支架、垂直編碼器、垂直潤輪、垂直蝸杆、垂直電 機、護罩和垂直減速器。
[0006] 豎直連接軸、水平電機、水平減速器、水平蝸杆、水平潤輪、垂直傳動軸、垂直聯軸 器、垂直支架、水平編碼器、水平聯軸器、水平支架、垂直編碼器、垂直潤輪、垂直蝸杆、垂直 電機和垂直減速器均設置在外殼內；外殼位於底座上方，護罩形狀為形，其兩側與外殼的外 壁活動連接，頂部平行於外殼的頂部。
[0007] 外殼底部中也設有通孔，豎直連接軸底部穿過上述通孔固定在底座上，其頂部位 於外殼內，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 軸器連接，水平支架另一端固定在外殼底部，水平聯軸器再與豎直連接軸相連，水平聯軸器 與豎直連接軸之間設有水平潤輪；水平電機固定在外殼底部，水平減速器的主動齒輪套在 水平電機的傳動軸上，水平蝸杆位於水平電機和水平潤輪之間，並固定在外殼底部，水平減 速器的從動齒輪套在水平蝸杆的傳動軸上，水平蝸杆與水平潤輪曬合；垂直電機固定在外 殼底部，垂直蝸杆設置在垂直電機上方，且固定在外殼內壁上；垂直減速器的主動齒輪套在 垂直電機的傳動軸上，其從動齒輪套在垂直蝸杆的傳動軸上，垂直傳動軸位於水平電機、水 平蝸杆、水平編碼器W及垂直蝸杆的上方，垂直傳動軸兩端分別固定在外殼的內壁上垂直 編碼器穿過垂直支架與垂直聯軸器連接，垂直聯軸器與垂直傳動軸連接，垂直支架固定在 外殼的內壁上；垂直潤輪套在垂直傳動軸上，且與垂直蝸杆曬合。
[0008] 上述垂直傳動軸包括第一連杆、第二連杆和第H連杆，第H連杆上設有二階凸臺， 二階凸臺與垂直潤輪過盈配合，用於固定垂直潤輪；第一連杆與第H連杆的中也軸線重合， 第二連杆的中也軸線不與第H連杆的中也軸線重合，第二連杆位於第一連杆與第H連杆中 間，第二連杆兩端通過連接板分別焊接在第一連杆端部和第H連杆端部；第一連杆端部穿 過連接板，與垂直聯軸器連接。
[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；第一圓柱體設置在底座內，第H 圓柱體與外殼底部通孔中的滾動軸承的內圈相配合，第二圓柱體22直徑大於第一圓柱體 且小於第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軸器相 連，第五圓柱體的直徑小於第四圓柱體且大於第六圓柱體；第四圓柱體的直徑小於第H圓 柱體的直徑。
[0010] 本發明與現有技術相比，其顯著優點：
[0011] 1)本發明對原有雲臺內部結構進行重新設計，設計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，結構簡單。
[0012] 2)通過與豎直連接軸相連的水平編碼器測量雲臺水平旋轉角度，與垂直傳動軸相 連的垂直編碼器測量雲臺的豎直旋轉角度，不受潤輪蝸杆磨損和加工誤差的影響，具有成 本低、精度高的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明的可測量自身旋轉角度的雲臺整體結構示意圖。
[0014] 圖2為本發明的可測量自身旋轉角度的雲臺內部結構示意圖。
[0015] 圖3為本發明的可測量自身旋轉角度的雲臺局部剖示意圖圖。
[0016] 圖4為本發明的可測量自身旋轉角度的雲臺內部結構俯視圖。
[0017] 圖5為本發明的可測量自身旋轉角度的雲臺的豎直連接軸示意圖。
[0018] 圖6為本發明的可測量自身旋轉角度的雲臺的垂直傳動軸示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
[0020] 結合圖1?圖6，一種可測量自身旋轉角度的雲臺，包括底座14、外殼13、豎直連接 軸24、水平電機1、水平減速器3、水平蝸杆2、水平潤輪11、垂直傳動軸4、垂直聯軸器5、垂 直支架6、水平編碼器8、水平聯軸器17、水平支架9、垂直編碼器7、垂直潤輪10、垂直蝸杆 16、垂直電機15、護罩12和垂直減速器26。
[0021] 豎直連接軸24、水平電機1、水平減速器3、水平蝸杆2、水平潤輪11、垂直傳動軸 4、垂直聯軸器5、垂直支架6、水平編碼器8、水平聯軸器17、水平支架9、垂直編碼器7、垂直 潤輪10、垂直蝸杆16、垂直電機15和垂直減速器26均設置在外殼13內；夕['殼13位於底座 14上方，護罩12形狀為U形，其兩側與外殼13的外壁活動連接，頂部平行於外殼13的頂 部。
[0022] 外殼13底部中也設有通孔，豎直連接軸24底部穿過上述通孔焊接在底座14中 也，起支撐雲臺的作用，其頂部位於外殼13內，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的通孔與水平聯軸器17連接， 水平支架9另一端焊接在外殼13底部，水平聯軸器17再與豎直連接軸24相連，水平聯軸 器17與豎直連接軸24之間設有水平潤輪11。水平電機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1的傳動軸上，水平蝸杆2位於水平電機1和水平潤 輪11之間，並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杆2的傳 動軸上，使得水平蝸杆2與水平潤輪11曬合。
[0023] 垂直電機15通過支架焊接在外殼13底部，垂直蝸杆16設置在垂直電機15的上 方，並通過支架焊接在外殼13內側側壁上。垂直減速器26的主動齒輪套在垂直電機15的 傳動軸上，其從動齒輪套在垂直蝸杆16的傳動軸上。垂直傳動軸4位於水平電機1、水平蝸 杆2、水平編碼器8 W及垂直蝸杆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的內側側壁上。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 孔與垂直聯軸器5連接，垂直聯軸器5與垂直傳動軸4連接，垂直支架6焊接在外殼13的 內側側壁上。垂直潤輪10套在垂直傳動軸4上，且與垂直蝸杆16曬合。
[0024] 垂直電機15和水平電機1關於外殼13底部通孔對稱布置。安裝垂直電機15和 水平電機1時考慮到雲臺受力平衡，把水平電機1和垂直電機15關於外殼13底部通孔對 稱安裝，使雲臺在中也處受力平衡，雲臺作水平和垂直旋轉時速度均勻、平穩。
[00巧]垂直傳動軸4包括第一連杆18、第二連杆19和第H連杆28,第H連杆28上設有 二階凸臺27,二階凸臺27與垂直潤輪10過盈配合，用於固定垂直潤輪10。第一連杆18與 第H連杆28的中也軸線重合，第二連杆19的中也軸線不與第H連杆28的中也軸線重合， 第二連杆19位於第一連杆18與第H連杆28中間，第二連杆19兩端通過連接板分別焊接 在第一連杆18端部和第H連杆28端部；第一連杆18端部穿過連接板，與垂直聯軸器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圈相 配合，第二圓柱體22直徑大於第一圓柱體21且小於第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與水平聯軸器17相連，第五圓柱體29的直徑小於第四 圓柱體25且大於第六圓柱體30。第四圓柱體25的直徑小於第H圓柱體23的直徑。
[0027] 護罩12由H塊鋼板焊接而成，相互平行的兩塊設置在外殼13的側壁，且與垂直傳 動軸4通過螺釘連接，雷射傳感器固定在護罩12頂部。
[0028] 當測量道岔處雪深時需要雲臺旋轉到幾個預定位置，輸入既定角度，雲臺旋轉再 由編碼器測出雲臺旋轉實際的角度並與所要求角度作對比，再進行微調，並把微調後的角 度反饋到上位機用來計算雪深，具體工作原理及過程：雲臺水平旋轉角度由水平電機1、水 平減速器3、水平蝸杆2、水平潤輪11、水平聯軸器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1發送信號，水平電機1通過水平減 速器3帶動水平蝸杆2旋轉，水平蝸杆2與水平潤輪11之間是蝸杆潤輪傳動，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杆2帶動 外殼13整體，水平支架9也隨著外殼13旋轉，與豎直連接軸24相連的水平聯軸器17也是 固定的，水平支架9帶動水平編碼器8繞著水平聯軸器17旋轉，從而可由水平編碼器17讀 取雲臺水平旋轉的角度，並把水平旋轉角度反饋到上位機；測量雲臺在豎直方向旋轉角度 由垂直電機15、垂直減速器26、垂直蝸杆16、垂直潤輪10、垂直傳動軸4、垂直聯軸器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15發送信號，垂直電機15通過垂 直減速器26帶動垂直蝸杆16旋轉，垂直蝸杆16帶動垂直潤輪10旋轉，垂直潤輪10固連 在垂直傳動軸4,使垂直傳動軸4旋轉，垂直傳動軸4帶動垂直聯軸器5旋轉，垂直編碼器7 固定在垂直支架7上，垂直編碼器7的傳動軸在垂直聯軸器帶動下旋轉，從而可由垂直編碼 器讀出雲臺豎直旋轉的角度，並把俯仰角反饋到上位機。
[0029] 本實施例的水平步進電機1和垂直步進電機15都選擇75BF001的H相單軸步進 電機，步距角度1. 5度/3度電壓24V，電流3A。步進電機通過減速器與蝸杆相連接。
[0030] 本實施例的水平編碼器和垂直編碼器選擇非接觸式編碼器，是按照霍爾原理製作 的10位絕對型編碼器，採用SSI通訊方式，0-5V的標準模擬量信號輸出。編碼器與傳動軸 相連接檢測雲臺當前旋轉的角度，由控制板進行讀取，從而實現閉環控制。絕對式編碼器選 擇MAB25,其特性如下：
[0031]
【權利要求】
1. 一種可測量自身旋轉角度的雲臺，其特徵在於：包括底座（14)、外殼（13)、堅直連接 軸（24)、水平電機（1)、水平減速器（3)、水平蝸杆（2)、水平渦輪（11)、垂直傳動軸（4)、垂 直聯軸器（5)、垂直支架（6)、水平編碼器（8)、水平聯軸器（17)、水平支架（9)、垂直編碼器 (7)、垂直渦輪（10)、垂直蝸杆（16)、垂直電機（15)、護罩（12)和垂直減速器（26); 堅直連接軸（24 )、水平電機（1)、水平減速器（3 )、水平蝸杆（2 )、水平渦輪（11)、垂直傳 動軸（4)、垂直聯軸器（5)、垂直支架（6)、水平編碼器（8)、水平聯軸器（17)、水平支架（9)、 垂直編碼器（7)、垂直渦輪10、垂直蝸杆16、垂直電機（15)和垂直減速器（26)均設置在外 殼（13)內；外殼（13)位於底座（14)上方，護罩（12)形狀為（U)形，其兩側與外殼（13)的 外壁活動連接，頂部平行於外殼（13)的頂部； 外殼（13)底部中心設有通孔，堅直連接軸（24)底部穿過上述通孔固定在底座（14)上， 其頂部位於外殼（13)內，堅直連接軸（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)與水平聯軸器（17)連接，水平支架（9)另一端固定在外殼（13)底部，水 平聯軸器（17)再與堅直連接軸（24)相連，水平聯軸器（17)與堅直連接軸（24)之間設有水 平渦輪11 ;水平電機（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 (1)的傳動軸上，水平蝸杆（2)位於水平電機1和水平渦輪（11)之間，並固定在外殼（13) 底部，水平減速器（3)的從動齒輪套在水平蝸杆2的傳動軸上，水平蝸杆（2)與水平渦輪11 哨合；垂直電機（15)固定在外殼（13)底部，垂直蝸杆（16)設置在垂直電機（15)上方，且固 定在外殼（13)內壁上；垂直減速器（26)的主動齒輪套在垂直電機（15)的傳動軸上，其從 動齒輪套在垂直蝸杆（16)的傳動軸上，垂直傳動軸（4)位於水平電機（1)、水平蝸杆（2)、水 平編碼器（8)以及垂直蝸杆（16)的上方，垂直傳動軸（4)兩端分別固定在外殼（13)的內壁 上垂直編碼器（7 )穿過垂直支架（6 )與垂直聯軸器（5 )連接，垂直聯軸器（5 )與垂直傳動軸 (4)連接，垂直支架（6)固定在外殼（13)的內壁上；垂直渦輪（10)套在垂直傳動軸（4)上， 且與垂直蝸杆（16)哨合。
2. 根據權利要求1所述的可測量自身旋轉角度的雲臺，其特徵在於：垂直傳動軸（4)包 括第一連杆（18)、第二連杆（19)和第三連杆（28)，第三連杆（28)上設有二階凸臺（27)，二 階凸臺（27)與垂直渦輪（10)過盈配合，用於固定垂直渦輪（10);第一連杆（18)與第三連 杆（28)的中心軸線重合，第二連杆（19)的中心軸線不與第三連杆（28)的中心軸線重合，第 二連杆（19)位於第一連杆（18)與第三連杆（28)中間，第二連杆（19)兩端通過連接板分別 焊接在第一連杆（18)端部和第三連杆（28)端部；第一連杆（18)端部穿過連接板，與垂直聯 軸器（5)連接。
3. 根據權利要求1所述的可測量自身旋轉角度的雲臺，其特徵在於：堅直連接軸（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)設置在底座 (14)內，第三圓柱體（23)與外殼（13)底部通孔中的滾動軸承的內圈相配合，第二圓柱體 (22)直徑大於第一圓柱體（21)且小於第三圓柱體（23);第四圓柱體（25)與水平渦輪（11) 通過鍵配合，第六圓柱體（30)與水平聯軸器（17)相連，第五圓柱體（29)的直徑小於第四圓 柱體（25)且大於第六圓柱體（30);第四圓柱體（25)的直徑小於第三圓柱體（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 優先權日:2014年11月26日
【發明者】石奮義, 王夫歌, 王曉浩, 蔣傑, 劉鑫榮, 刑宗義 申請人:南京理工大學