一种自动跟踪瞄准的高精密数控云台
阅读说明：本技术 一种自动跟踪瞄准的高精密数控云台 (High-precision numerical control holder capable of automatically tracking and aiming ) 是由 谭笑 陈杰 李鸿泽 高超 邱刚 柏仓 张廼龙 高嵩 刘建军 刘洋 于 2021-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自动跟踪瞄准的高精密数控云台,包括图像识别模块、跟踪控制模块和伺服模块,其中,图像识别模块将摄像头采集的图像进行裁剪识别,确定云台跟踪瞄准目标的位置坐标；跟踪控制模块包括运动控制模块和激光定位模块,运动控制模块通过控制云台的移动寻找到跟踪目标,激光定位模块发射不同功率的激光瞄准目标；伺服模块的输入接口与图像识别模块的输出接口连接,接收跟踪瞄准目标的位置坐标,根据接收到的位置坐标从输出接口响应输出伺服电机转动速度及角度。本发明采用中空减速机旋转平台和伺服电机直驱的方式,避免了多级齿轮传动中存在的延迟,各模块之间相互协调配合,能够实现自动跟踪瞄准功能,并且精度高、实时跟踪效果好。(The invention discloses a high-precision numerical control holder capable of automatically tracking and aiming, which comprises an image recognition module, a tracking control module and a servo module, wherein the image recognition module cuts and recognizes an image collected by a camera to determine the position coordinate of a target tracked and aimed by the holder; the tracking control module comprises a motion control module and a laser positioning module, the motion control module finds a tracking target by controlling the movement of the holder, and the laser positioning module emits laser with different powers to aim at the target; and an input interface of the servo module is connected with an output interface of the image recognition module, receives the position coordinate of the tracking aiming target, and responds to the output interface to output the rotating speed and the angle of the servo motor according to the received position coordinate. The invention adopts a mode of directly driving the hollow speed reducer rotating platform and the servo motor, avoids delay in multi-stage gear transmission, realizes automatic tracking and aiming functions by mutually coordinating and matching modules, and has high precision and good real-time tracking effect.)
技术领域
本发明涉及一种自动跟踪瞄准的高精密数控云台，属于激光云台领域。
背景技术
随着计算机技术的高速发展与人工智能学科的兴起，计算机视觉作为两者相结合的产物正蓬勃发展。计算机视觉能够将成像系统采集到的视觉信息，通过计算机及相关设备的处理分析，模拟生物视觉完成一系列的识别、检测、跟踪工作。其中视觉跟踪技术是计算机视觉一个重要的研究领域，在军事、制造、医学等领域有着广阔的应用前景。
云台作为一种固定成像系统的支撑设备，其转动控制性能对系统的跟踪效果起着决定性作用。目前市场上存在的跟踪云台，大多是多级齿轮减速结构，机械加工误差及装调误差会导致齿轮间存在着间隙，在自动跟踪往复运动时，转台反向旋转响应时间变长，并且电机驱动存在着延迟，很难达到实时跟踪的效果。除此之外，云台的转台及编码器等结构步进精度较低，跟踪效果较差。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供一种自动跟踪瞄准的高精密数控云台，能够实现自动跟踪瞄准，并且精度高、实时跟踪效果好。
本发明中主要采用的技术方案为：
一种自动跟踪瞄准的高精密数控云台，包括图像识别模块、跟踪控制模块和伺服模块，其中,
所述图像识别模块的输入接口接收摄像头采集的图片，并将摄像头采集的图像进行裁剪识别，确定云台跟踪瞄准目标的位置坐标通过输出接口输出；
所述跟踪控制模块包括运动控制模块和激光定位模块，所述激光定位模块发射不同功率的激光瞄准目标，并向所述运动控制模块提供当前瞄准目标点；所述运动控制模块的输入接口与所述图像识别模块的输出接口连接，获取所述图像识别模块输出的云台跟踪瞄准目标的位置，并将其作为跟踪目标点，结合激光定位模块的瞄准目标点，解算输出云台伺服控制指令控制云台的移动使瞄准目标点与跟踪目标点重合实现目标的自动识别与跟踪；
所述伺服模块的输入接口与所述运动控制模块的输出接口连接，接收云台伺服控制指令并做出伺服控制动作，控制所述水平轴运动模块和垂直轴运动模块的伺服电机转动速度和角度。
优选地，所述伺服模块包括水平轴运动模块与垂直轴运动模块，所述垂直轴运动模块通过转台底板固定在所述水平轴运动模块的云台支撑架上，通过伺服电机驱动中空减速机旋转平台的方式，实现云台在水平和垂直方向的转动。
优选地，所述水平轴运动模块包括云台底座、X轴伺服电机、第一转轴、云台支撑架和X轴中空减速机旋转平台；所述X轴中空减速机旋转平台的旋转输出端固定在云台底座上，所述云台支撑架固定安装在所述X轴中空减速机旋转平台固定件上，所述X轴伺服电机的定子端固定安装在所述云台支撑架的顶板底面上，所述X轴伺服电机的转子端通过第一转轴与所述X轴中空减速机旋转平台输入端连接。
优选地，所述垂直轴运动模块包括转台底板、电机固定板、Y轴伺服电机、第二转轴、第一转台支架、第二转台支架、Y轴中空减速机旋转平台和转轴支架；所述转台底板固定安装在所述云台支撑架的顶板顶面上，所述Y轴伺服电机的定子端通过电机固定板水平安装在所述转台底板上，所述第一转台支架和第二转台支架分别安装在所述电机固定板两侧，且位于所述Y轴伺服电机两侧，所述Y轴中空减速机旋转平台的固定件固定在所述转台底板上，所述Y轴中空减速机旋转平台的旋转面与水平面相互垂直，所述Y轴伺服电机的转子端通过第二转轴与所述Y轴中空减速机旋转平台的输入端配合连接，所述Y轴中空减速机旋转平台的旋转输出端与所述转轴支架旋转连接。
优选地，所述激光定位模块包括激光器发射头，所述激光器发射头固定安装在所述转轴支架上，所述激光器发射头向瞄准目标点发射激光。
优选地，所述云台支撑架包括支撑板和顶板 ，所述顶板垂直连接在所述支撑板的顶端，所述支撑板的底端固定连接在所述X轴中空减速机旋转平台上。
优选地，云台的控制和响应周期在30ms以内，其跟踪控制精度为0.001度，俯仰控制精度为0.001度。
有益效果：本发明提供一种自动跟踪瞄准的高精密数控云台，包括图像识别模块、跟踪控制模块、伺服模块，采用中空减速机旋转平台和伺服电机直驱的方式，避免了多级齿轮传动中存在的延迟，各模块之间相互协调配合，能够实现自动跟踪瞄准功能，并且精度高、实时跟踪效果好。
附图说明
图1是本发明的模块结构示意图。
图2是本发明的整体结构图。
图3是本发明的水平轴运动模块结构图。
图4是本发明的垂直轴运动模块结构图。
图5是本发明水平轴与垂直轴运动模块连接结构图。
图中：图像识别模块1、跟踪控制模块2、伺服模块3、运动控制模块4、激光定位模块5、激光器发射头5-1、水平轴运动模块6、云台底座6-1、X轴伺服电机6-2、第一转轴6-3、云台支撑架6-4、顶板6-41、X轴中空减速机旋转平台6-5、垂直轴运动模块7、转台底板7-1、电机固定板7-2、Y轴伺服电机7-3、第二转轴7-4、第一转台支架7-5、第二转台支架7-6、Y轴中空减速机旋转平台7-7、转轴支架7-8。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
如图1和2所示，一种自动跟踪瞄准的高精密数控云台，包括图像识别模块1、跟踪控制模块2和伺服模块3，其中,
所述图像识别模块1的输入接口接收摄像头采集的图片，并将摄像头采集的图像进行裁剪识别，确定云台跟踪瞄准目标的位置坐标通过输出接口输出；
所述跟踪控制模块2包括运动控制模块4和激光定位模块5，所述激光定位模块5发射不同功率的激光瞄准目标，并向所述运动控制模块5提供当前瞄准目标点，所述运动控制模块5的输入接口与所述图像识别模块1的输出接口连接，获取所述图像识别模块1输出的云台跟踪瞄准目标的位置，并将其作为跟踪目标点，结合激光定位模块4的瞄准目标点，解算输出云台伺服控制指令控制云台的移动使瞄准目标点与跟踪目标点重合实现目标的自动识别与跟踪；
所述伺服模块3的输入接口与所述运动控制模块5的输出接口连接，接收云台伺服控制指令并做出伺服控制动作，控制所述水平轴运动模块6和垂直轴运动模块7的伺服电机转动速度和角度。
如图5所示，所述伺服模块3包括水平轴运动模块6与垂直轴运动模块7，所述垂直轴运动模块7通过转台底板7-1固定在所述水平轴运动模块6的云台支撑架6-4上，通过伺服电机驱动中空减速机旋转平台的方式，实现云台在水平和垂直方向的转动。
如图3所示，所述水平轴运动模块6包括云台底座6-1、X轴伺服电机6-2、第一转轴6-3、云台支撑架6-4和X轴中空减速机旋转平台6-5；所述X轴中空减速机旋转平台6-5的旋转输出端固定在云台底座6-1上，所述云台支撑架6-4固定安装在所述X轴中空减速机旋转平台6-5固定件上上，所述X轴伺服电机6-2的定子端固定安装在所述云台支撑架6-4的顶板6-41底面上，所述X轴伺服电机6-2的转子端通过第一转轴6-3与所述X轴中空减速机旋转平台6-5输入端连接。本发明中，所述X轴伺服电机6-2的转子端转动传递给所述X轴中空减速机旋转平台6-5输出端，水平转动过程中的X轴中空减速机旋转平台6-5输出端固定不动，X轴中空减速机旋转平台6-5固定件绕输出端转动，带动固定在X轴中空减速机旋转平台6-5上的云台支撑架6-4和X轴伺服电机6-2的定子端围绕云台底座6-1转动。
本发明中，所述云台支撑架6-4包括支撑板6-42和顶板6-41 ，所述顶板6-41垂直连接在所述支撑板6-42的顶端，所述支撑板6-42的底端固定连接在X轴中空减速机旋转平台6-5上。
如图4所示，所述垂直轴运动模块7包括转台底板7-1、电机固定板7-2、Y轴伺服电机7-3、第二转轴7-4、第一转台支架7-5、第二转台支架7-6、Y轴中空减速机旋转平台7-7、转轴支架7-8、转台转轴和转轴托板；所述转台底板7-1固定安装在所述云台支撑架6-4的顶板6-41顶面上，所述Y轴伺服电机7-3的定子端通过电机固定板7-2水平安装在所述转台底板7-1上，所述第一转台支架7-5和第二转台支架7-6分别安装在所述电机固定板7-2两侧，且位于所述Y轴伺服电机7-3两侧，所述Y轴中空减速机旋转平台7-7的固定件固定在所述转台底板7-1上，所述Y轴中空减速机旋转平台7-7的旋转面与水平面相互垂直，所述Y轴伺服电机7-3的转子端通过第二转轴7-4与所述Y轴中空减速机旋转平台7-7的输入端配合连接，所述Y轴中空减速机旋转平台7-7的旋转输出端与所述转轴支架7-8旋转连接。本发明中，所述Y轴伺服电机7-3的转子转动带动所述转轴支架7-8转动。
本发明中，第一转台支架7-5、第二转台支架7-6和电机固定板7-2一起包围电机起到固定保护功能。
如图2所示，所述激光定位模块5包括激光器发射头5-1，所述激光器发射头5-1固定安装在所述转轴支架7-8上，所述激光器发射头5-1通过发射激光瞄准目标，其跟踪控制精度为0.001度，俯仰控制精度为0.001度。
本发明中， X轴中空减速机旋转平台和Y轴中空减速机旋转平台均包括旋转输出端，输入端和自身的固定件，输入与输出部件通过交叉斜滚子轴承和1级斜齿轮连接，使云台具有低背隙结构。其输入输出转速均为比10：1。
本发明中，云台对采集的图像进行处理分析，得到跟踪目标的位置坐标，或者手动输入跟踪目标的位置后，云台能够快速响应旋转激光发射口瞄准目标，并发射激光对目标进行标定，云台将实时跟踪标定目标，使其一直处于屏幕中央位置，云台的控制和响应周期在30ms以内。
本发明在具体实施时，该数控云台可分为图像识别模块1、跟踪瞄准模块2、伺服模块3，采用中空减速机旋转平台和伺服电机直驱的方式，避免了多级齿轮传动中存在的延迟，各模块之间相互协调配合，能够实现自动跟踪瞄准功能，并且精度高、实时跟踪效果好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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