阅读说明：本技术 摄像机云台 (Camera pan-tilt ) 是由 梁雄 赵红钦 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种摄像机云台,包括底座,还包括设于底座中的直流驱动电机、以及用于控制直流驱动电机的控制电路；直流驱动电机呈扁平圆盘结构,其包括相互配合的转子组件以及定子组件；转子组件包括转子壳体以及设于转子壳体上的中空的力矩输出轴；定子组件包括定子壳体,定子壳体远离转子壳体一侧依次设有第一安装槽与第二安装槽；摄像机云台还包括设于力矩输出轴端部、且与控制电路连接的位置数据采集装置；位置数据采集装置包括安装于第一安装槽、且套设于力矩输出轴末端外周的环状磁编码盘；以及,安装于第二安装槽、且套设于力矩输出轴外周的磁电感应板,本发明的摄像机云台具备高精度、高平稳性以及超静音的性能。(The invention relates to a camera pan-tilt, which comprises a base, a direct current driving motor arranged in the base and a control circuit used for controlling the direct current driving motor, wherein the direct current driving motor is arranged on the base; the direct current driving motor is in a flat disc structure and comprises a rotor component and a stator component which are matched with each other; the rotor assembly comprises a rotor shell and a hollow torque output shaft arranged on the rotor shell; the stator assembly comprises a stator shell, and a first mounting groove and a second mounting groove are sequentially formed in one side, away from the rotor shell, of the stator shell; the camera pan-tilt also comprises a position data acquisition device which is arranged at the end part of the torque output shaft and is connected with the control circuit; the position data acquisition device comprises an annular magnetic coding disc which is arranged in the first mounting groove and sleeved on the periphery of the tail end of the torque output shaft; and the magnetoelectric induction plate is arranged in the second mounting groove and sleeved on the periphery of the torque output shaft.)

摄像机云台

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种摄像机云台。

背景技术

随着自动控制技术的不断发展，不同行业对传动系统的需求越来越多，对传动效率、定位精度以及噪声的要求也越来越高。对于视频会议系统、广播电视行业、视频安防等领域，摄像机的分辨率越来越高，尤其在使用300毫米焦距观看远处视频画面时，要达到良好的视觉体验效果，定位精度要求达到0.001度以上，速度误差在0.01度以下，这对摄像机云台的传动机构的性能要求很高。摄像机云台传动机构的定位精度、静音效果、平稳性以及力矩输出都是很重要的指标。目前摄像机云台应用的传动方式主要有步进电机/直流电机加皮带传动、步进电机/直流电机加齿轮传动、直流伺服/直流无刷电机直驱传动等。传统的传动方式有着以下弊端：

步进电机因为其原理特性，存在共振区，抖动无法避免，常用使用皮带传动方式，利用皮带的弹性缓解抖动问题。但是因为在运转时皮带可能存在滑动和弹性故不能保持精确的传动比，且对于电机本身存在的抖动只是相对减弱而无法消除。另外此种方式外廓尺寸大，传动效率低，皮带寿命短，需要定期更换皮带。

齿轮的传动方式是利用齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动，具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。齿轮传动的缺点很明显，不论时使用步进电机还是直流电机，由于齿隙的存在，在摄像机云台的这种高精度控制的应用场所，存在定位不准确的问题，并且有时位置有时处于不可控的状态，并带来不可抑制的噪声源。

传统的直流电机传动，因为其原理特性，需要使用光电/光栅编码器进行定位，并且需要用碳刷换相，所以成本高且寿命得不到保证。要达到摄像机云台的精确定位性能，编码器必然需要足够高的分辨率；然而因为光电/光栅编码器结构尺寸和现行工艺约束，能达到的分辨率有限，定位精度能够达到0.1度已经很不错了，难以达到摄像机云台应用的高要求。另外，高分辨率的光电/光栅编码器使用，以及因为碳刷的存在，将使得成本无法承受。

传统的直流伺服/直流无刷电机直驱传动，采用电机的力矩输出轴直接驱动负载。因为直驱方式没有减速装置，要求电机自身的力矩输出大，电机力矩输出轴一般是实心的。对于安摄像机云台需要连续360度旋转，此种方式无法安装导电滑环或者走线。所以此种直驱电机传动方式无法应用在需要连续旋转的摄像机云台中。另外，摄像机云台应用中负载重量一般都达到3～4kg，要能直接带动负载，电机需要足够的机械尺寸，这又受限于云台摄像机的整体尺寸。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的摄像机云台。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种摄像机云台，包括底座，还包括设于底座中的直流驱动电机、以及用于控制所述直流驱动电机的控制电路；

所述直流驱动电机呈扁平圆盘结构，其包括相互配合的转子组件以及定子组件；

所述转子组件包括转子壳体以及设于所述转子壳体上的中空的力矩输出轴；

所述定子组件包括定子壳体，所述定子壳体远离所述转子壳体一侧依次设有第一安装槽与第二安装槽；

所述摄像机云台还包括设于所述力矩输出轴端部、且与所述控制电路连接的位置数据采集装置；

所述位置数据采集装置包括安装于所述第一安装槽、且套设于所述力矩输出轴末端外周的环状磁编码盘；以及，

安装于所述第二安装槽、且套设于所述力矩输出轴外周的磁电感应板。

优选地，所述力矩输出轴设于所述转子壳体中部，且所述转子壳体设有与所述力矩输出轴联通的过线孔。

优选地，所述定子壳体呈半包围结构；

还包括设于所述定子壳体内部、且围设于所述力矩输出轴外周的电机磁铁以及电机绕组；

所述定子壳体上与所述电机绕组相背一侧还设有与所述电机绕组连接的电机控制接口。

优选地，所述转子壳体通过紧固件可拆卸地与所述定子壳体连接。

优选地，所述环状磁编码盘与所述力矩输出轴的孔径尺寸相近；

所述环状磁编码盘面向所述磁电感应板一侧的表面设有独立的两条磁轨道；

所述两条磁轨道上均布有若干磁极对，且所述两条磁轨道上的磁极对按预设角度错开。

优选地，所述磁电感应板面向所述两条磁轨道一侧设有磁电感应器，所述磁电感应器与所述两条磁轨道相对设置；

所述磁电感应板与所述磁电感应器相背一侧设有与所述磁电感应器连接、用于输出所述磁电感应器采集到的位置信号的输入输出接口。

优选地，所述磁电感应器包括磁电感应芯片。

优选地，所述摄像机云台还包括设于所述力矩输出轴末端的导电滑环。

优选地，所述底座内设有支架，所述控制电路安装于所述支架中，以与所述转子壳体以及所述底座内壁保持预设距离；

所述电机控制接口、所述导电滑环以及所述输入输出接口分别与连接线连接，所述连接线穿设于所述力矩输出轴的轴孔、所述过线孔进而与所述控制电路连接。

优选地，所述摄像机云台还包括与所述直流驱动电机连接的旋转组件；以及

设于所述旋转组件上的云台主体。

实施本发明具有以下有益效果：本发明的摄像机云台采用直流驱动电机，响应速度快，采用高精度的位置数据采集装置实现精确定位和优良的速控性能，本发明的摄像机云台具备高精度、高平稳性以及超静音的性能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明摄像机云台的结构剖视图；

图2是图1中B部分的结构示意图；

图3是本发明直流驱动电机的一结构示意图；

图4是本发明直流驱动电机的另一结构示意图；

图5是图4中的直流驱动电机沿A-A剖切线的剖视图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等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、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

如图1-2所示，是本发明的摄像机云台，包括底座1，该底座1大致呈台柱结构，当然，还可以是方体结构、梯体结构等，可以根据实际需求进行设置，在本实施例中，该底座1包括中空的底座主体，以方便安装相关部件，还包括通过紧固组件可拆卸安装于该底座主体上的盖板，该紧固组件可以是螺钉，也可以是压板、扣板或是压轮等，可根据实际需求进行设定，这里不做具体的限定。

如图3-5所示，还包括设于底座1中的直流驱动电机2以及用于控制直流驱动电机2的控制电路5，具体的，该直流驱动电机2通过支撑件固定安装于该底座1中，该直流驱动电机2呈扁平圆盘结构，其包括相互配合的转子组件21以及定子组件22，可以理解的，该转子组件21以及定子组件22为扁平圆盘结构设计，以尽可能缩小轴向尺寸而增大横向尺寸。在本实施例中，该直流驱动电机2为直流无刷电机。

该转子组件21包括转子壳体212以及设于转子壳体212上的中空的力矩输出轴211，该转子壳体212大致呈扁平圆盘结构，该力矩输出轴211设于该转子壳体212中部且突起延伸，该转子壳体212设有与该力矩输出轴211联通的过线孔213，可以理解的，本实施例的力矩输出轴211可以开孔，且孔径足够大，该孔径大小可以根据实际需求进行设置，大的轴孔尺寸方便后续的电气连接线穿设，该过线孔213的孔径与力矩输出轴211的轴孔孔径一致或接近。该力矩输出轴211的端部设有位置数据采集装置3。

该定子组件22包括定子壳体221，该定子壳体221大致呈半包围结构，其包括底板，以及围设于该底板周缘且向上延伸的侧板，还包括设于该定子壳体221内部、且围设于该力矩输出轴211外周的电机磁铁223以及电机绕组224，具体的，该电机磁铁223以及电机绕组224设于该底板上，该定子壳体221上与该电机绕组224相背一侧还设有与该电机绕组224连接的电机控制接口225。

在本实施例中，该转子壳体212通过紧固件可拆卸地与该定子壳体221连接，以方便后续的直流驱动电机的维修等，该紧固件可以是螺钉，也可以是压板、扣板或是压轮等，可根据实际需求进行设定，这里不做具体的限定。

如图5所示，该定子壳体221远离该转子壳体212一侧依次设有第一安装槽226与第二安装槽227，该位置数据采集装置3包括安装于该第一安装槽226、且套设于该力矩输出轴211末端外周的环状磁编码盘31，以及安装于该第二安装槽227、且套设于该力矩输出轴211外周的磁电感应板32。

在本实施例中，该环状磁编码盘31大致呈环形盘结构，其中间开设通孔，以方便套设于力矩输出轴211末端外周，该通孔的孔径与力矩输出轴211的轴孔尺寸相近，以能稳定地抵接力矩输出轴211末端外周，进一步的，该第一安装槽226大致呈台阶型，该环状磁编码盘31远离磁电感应板32一侧凸起形成定位部，该定位部贴合该台阶型的第一安装槽226中，以实现精准定位。

该环状磁编码盘31面向该磁电感应板32一侧的表面设有独立的两条磁轨道，该两条磁轨道上均布有若干磁极对，且该两条磁轨道上的磁极对按预设角度错开，该预设角度可以根据实际需求进行设置，这里不做具体限定。

该磁电感应板32大致呈环形圆盘结构，其中心位置设有通孔，以使其可以套设于该套设于力矩输出轴211末端外周，该通孔的孔径与力矩输出轴211的轴孔尺寸相近，以能稳定地抵接力矩输出轴211末端外周，进一步的，该第二安装槽227大致呈台阶型，磁电感应板32面向环状磁编码盘31一侧环形凸起形成环形隔离部，其内圈设有一环形板，该环形板上面向该两条磁轨道一侧设有磁电感应器321，该磁电感应器321与该两条磁轨道相对设置，该环形隔离部的周向外侧面抵接该第二安装槽227的台阶面。

进一步的，该磁电感应板32与该磁电感应器321相背一侧设有与该磁电感应器321连接、用于输出该磁电感应器321采集到的位置信号的输入输出接口322。

该环状磁编码盘31，精度高，其分辨率达到19位，定位精度可达到0.001度，可满足摄像机云台各种长焦镜头的应用。另外，因使用双轨的磁道，拥有绝对位置功能，云台摄像机在上电时只接通过磁电感应器321读取当前位置，而无需通过旋转寻找零点，省去零点检测的繁琐动作及元器件。

如图1-2所示，在本实施例中，该摄像机云台还包括设于该力矩输出轴211末端的导电滑环4。

该底座1内设有支架，控制电路5安装于支架中，以与转子壳体212以及底座1内壁保持预设距离，具体的，该底座1的盖板上设有支架，该控制电路5设于该支架上，以与该直流驱动电机2以及底座1保持一定的安全距离，在一些实施例中，该控制电路5通过导热片等与该底座1连接，以进行一定的导热工作。

在本实施例中，电机控制接口225、导电滑环4以及输入输出接口322分别与连接线连接，该连接线穿设于力矩输出轴211的轴孔、过线孔213进而与该控制电路5连接，以将位置信号等传输到控制电路5中，经过控制电路5的处理后对直流驱动电机2的转速以及转向进行调整。

在本实施例中，该摄像机云台还包括与该直流驱动电机2连接的旋转组件6；以及设于该旋转组件6上的云台主体7，该云台主体7可以是球形结构或是方形结构等，其结构形式可以有多种，这里不做具体限定。

本发明的电机使用扁平设计，在保证电机力矩输出的前提下尽可能减小轴向尺寸，磁编码盘与磁电感应器与电机采用紧凑结构，使得摄像机云台整体机械尺寸减小。

本发明的摄像机云台采用直流驱动电机，响应速度快，采用高精度的位置数据采集装置实现精确定位和优良的速控性能，本发明的摄像机云台具备高精度、高平稳性以及超静音的性能。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。