[發(fā)明專利]一種二自由度旋轉(zhuǎn)云臺

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310519849.5
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN103607135A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 冷雪飛;吳松森;張建輝;金家楣;王碧輝;毛星云
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/12
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于微型負載的旋轉(zhuǎn)云臺，尤其涉及一種基于二自由度超聲電機驅(qū)動的二自由度旋轉(zhuǎn)云臺，屬于精密驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當(dāng)前的視頻監(jiān)控領(lǐng)域，通常將攝像機等監(jiān)控設(shè)備安裝于云臺，采用電控云臺實現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備在一定區(qū)域內(nèi)的監(jiān)控。云臺在監(jiān)控過程中起到固定和安裝支撐攝像機的作用，旋轉(zhuǎn)云臺可以擴大監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)視范圍，適用于大范圍全景觀察和對監(jiān)控目標的定位。現(xiàn)有技術(shù)中的云臺驅(qū)動通常采用僅提供單自由度運動的電磁電機作為驅(qū)動源，而在多自由度運動的云臺中，通常需要采用多個單自由度運動的電機協(xié)同工作。現(xiàn)有技術(shù)中的云臺所采用的電磁電機在工作中容易受到電磁干擾、響應(yīng)速度慢、體積大，加之現(xiàn)有技術(shù)中的云臺為了實現(xiàn)多自由度運動還需要引入復(fù)雜的齒輪減速傳動裝置及執(zhí)行機構(gòu)。故現(xiàn)有技術(shù)中的云臺存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，定位精度低、響應(yīng)速度慢和復(fù)雜運動協(xié)調(diào)性差的缺陷。

針對現(xiàn)有技術(shù)中的云臺所存在的上述問題，公告號為101202519A，名稱為《二自由度超聲電機》的發(fā)明專利申請中公開了一種二自由度超聲電機，其特征在于：所述的二自由度超聲電機采用具有逆壓電效應(yīng)的壓電陶瓷組作為驅(qū)動源，所述的壓電陶瓷組僅粘貼于超聲電機的四個矩形柱腿的外側(cè)，通過控制壓電陶瓷組所施加的電壓從而帶動彈性振子基體的振動，使彈性振子基體在超聲頻段產(chǎn)生微幅機械振動，并通過定子和轉(zhuǎn)子之間的摩擦作用，將定子的微觀振動轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀旋轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)超聲電機的多自由度的運動。該種超聲電機具有體積小、推力大、重量輕、精度高、響應(yīng)快等特點，但是該種超聲電機僅在四個矩形柱腿的外側(cè)貼有壓電陶瓷組，電機持久工作時壓電陶瓷組會產(chǎn)生大量的熱量導(dǎo)致壓電陶瓷壞損，致使超聲電機的使用壽命大大的減短，從而影響云臺的后續(xù)工作。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可實現(xiàn)二自由度旋轉(zhuǎn)的云臺，該云臺主要基于一個二自由度超聲電機，該二自由度超聲電機起到驅(qū)動定位作用，實現(xiàn)高精度、快速響應(yīng)和高協(xié)調(diào)性的目標監(jiān)控定位。

技術(shù)方案

為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的二自由度旋轉(zhuǎn)云臺包括基座組件、振子組件、支架組件和負載臺，所述的基座組件包括底座、彈性墊片、工作臺和預(yù)緊螺釘，所述的工作臺上端設(shè)有一球形內(nèi)凹面，所述的彈性墊片設(shè)于底座與工作臺之間，所述的預(yù)緊螺釘裝配于底座中心設(shè)有的螺紋孔內(nèi)，其上表面與工作臺的下表面相接觸；所述的振子組件包括振子基體和壓電陶瓷組，所述的振子基體呈寶塔形，其驅(qū)動頭作用于所述的工作臺設(shè)有的球形內(nèi)凹面，所述的壓電陶瓷組包括第一壓電陶瓷組及第二壓電陶瓷組，其中第一壓電陶瓷組粘貼于振子基體柱腿的外側(cè)，第二壓電陶瓷組粘貼于振子基體柱腿的內(nèi)側(cè)；所述的支架組件為振子組件提供支持，其包括夾板、第一環(huán)框架、第二環(huán)框架和支柱，所述的支架組件為振子組件提供支持，其包括夾板、第一環(huán)框架、第二環(huán)框架和支柱，所述的夾板中心孔周圍均勻分布有4個定位安裝孔，所述的夾板通過螺栓將振子基體固定于所述的定位安裝孔內(nèi)，所述的第二環(huán)框架設(shè)有第二通孔，所述的夾板的第一旋轉(zhuǎn)軸裝配于第二環(huán)框架設(shè)有的第二通孔內(nèi)，所述的第一環(huán)框架設(shè)有第一通孔，所述的第二環(huán)框架的第二旋轉(zhuǎn)軸裝配于第一環(huán)框架的第一通孔內(nèi)，所述的第一環(huán)框架通過支柱固定于底座；所述的負載臺中心孔周圍對稱設(shè)有一組凸出軸，所述的凸出軸穿過夾板的安裝孔以螺栓方式固連。

更進一步地，所述的振子基體由四個矩形柱腿及一個驅(qū)動頭構(gòu)成，所述的四個矩形柱腿自驅(qū)動頭的一側(cè)延伸，所述的各矩形柱腿的外側(cè)及內(nèi)側(cè)均粘貼有壓電陶瓷片。

更進一步地，所述的夾板設(shè)置于振子基體的四條柱腿處于工作模態(tài)下的彎振節(jié)點處。這樣設(shè)置的原因主要是振子受激勵信號作用時會處于彎曲振動模態(tài)，夾板的安裝會影響振子的剛度從而影響工作模態(tài)，安裝于彎振節(jié)點的話能盡量減小對正常工作的影響。

更進一步地，所述的工作臺的球形內(nèi)凹面的球心位于夾板的第一旋轉(zhuǎn)軸和第二環(huán)框架的第二旋轉(zhuǎn)軸的交點。

所述的夾板除起到支撐作用外，還起到相當(dāng)于定位和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的作用。所述夾板的第一旋轉(zhuǎn)軸和第二環(huán)框架的第二旋轉(zhuǎn)軸即為本發(fā)明云臺的兩個旋轉(zhuǎn)軸，當(dāng)超聲電機激勵出繞x軸運動時，電機和負載臺一起因夾板的第一旋轉(zhuǎn)軸在第二環(huán)框架的通孔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)來進行運動；當(dāng)超聲電機激勵出繞y軸的運動時，電機、夾板和負載臺一起因第二環(huán)框架的第二旋轉(zhuǎn)軸在第一環(huán)框架通孔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)來進行運動。

所述的振子組件和工作臺在裝配時預(yù)設(shè)有一定大小的預(yù)緊壓力，其預(yù)緊壓力通過旋轉(zhuǎn)預(yù)緊螺釘在底座設(shè)有的螺紋孔內(nèi)的深度及彈性墊片的厚度進行調(diào)整。

有益效果