方向锁定装置及系统的制作方法

本实用新型涉及基于方向跟踪的辅助设备技术领域，具体而言，涉及一种方向锁定装置及系统。

背景技术：

在激光切割清理的领域中，通常需要对目标进行方向锁定。现有技术中，对于距离较远(比如超过3米)的目标，通常是通过肉眼进行锁定，然后利用激光对目标进行切割清理。然而肉眼锁定过程中在操作激光进行切割时，容易出现偏差，从而使得目标不易被切割到。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种方向锁定装置及系统，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例所提供的技术方案如下所示：

第一方面，本实用新型实施例提供一种方向锁定装置，包括：处理模块、方位角驱动组件、俯仰角驱动组件、方向指示模块、角度采集模块、第一承载板、第二承载板；

所述方位角驱动组件与所述处理模块连接，且所述方位角驱动组件与所述第一承载板转动连接；

所述俯仰角驱动组件设置在所述第一承载板上，并与所述处理模块连接，所述俯仰角驱动组件的另一端设置有所述第二承载板；

所述方向指示模块设置于所述第二承载板上，并与所述处理模块连接，用于指向目标方向；

所述角度采集模块与所述处理模块连接，用于采集所述第一承载板的指示方位角、所述第二承载板的指示俯仰角以及所述目标方向对应的目标方位角及目标俯仰角，其中，所述方位角驱动组件用于带动所述第一承载板转动，以使得所述指示方位角与所述目标方位角相同，所述俯仰角驱动组件用于带动所述第二承载板转动，以使得所述指示俯仰角与所述目标俯仰角相同。

可选地，上述方位角驱动组件包括伺服电机，其中，所述伺服电机的转轴与所述第一承载板转动连接。

可选地，上述俯仰角驱动组件包括伺服电机及连接部，所述伺服电机通过所述连接部与所述第二承载板转动连接。

可选地，上述连接部包括设置在所述伺服电机的转轴上的蜗轮和与所述第二承载板转动连接的蜗杆，所述蜗轮与所述蜗杆相啮合以实现所述第二承载板的俯仰转动。

可选地，上述连接部包括设置在所述伺服电机的转轴及所述第二承载板上的相互啮合的齿轮。

可选地，上述角度采集模块包括角度传感器。

可选地，上述方向指示模块包括激光发射器。

可选地，上述装置还包括设置在所述第二承载板上且与所述方向指示模块相配合的激光切割组件。

可选地，上述装置还包括望远镜组件。

第二方面，本实用新型实施例提供一种方向锁定系统，包括电源设备及上述的方向锁定装置，所述电源设备与所述方向锁定装置连接。

相对于现有技术而言，本实用新型提供的方向锁定装置及系统至少具有以下有益效果：该方向锁定装置包括处理模块、方位角驱动组件、俯仰角驱动组件、方向指示模块、角度采集模块、第一承载板、第二承载板。其中，角度采集模块与处理模块连接，用于采集第一承载板的指示方位角、第二承载板的指示俯仰角以及目标方向对应的目标方位角及目标俯仰角。方位角驱动组件用于带动第一承载板转动，以使得指示方位角与目标方位角相同，俯仰角驱动组件用于带动第二承载板转动，以使得指示俯仰角与目标俯仰角相同。本方案通过角度采集模块与方位角驱动组件、俯仰角驱动组件相配合，一方面可以实现对目标方向的锁定，有助于提高方向锁定的精度，另一方面有助于利用激光对目标方向上的物体进行切割清理。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本实用新型实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的方向锁定装置的爆炸结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的方向锁定装置的方框示意图。

图3为本实用新型实施例提供的方向锁定装置的另一结构示意图。

图4为本实用新型实施例提供的方向锁定系统的方框示意图。

图标：10-方向锁定系统；100-方向锁定装置；110-处理模块；120-方位角驱动组件；130-俯仰角驱动组件；140-方向指示模块；150-角度采集模块；161-第一承载板；162-第二承载板；163-连接部；1631-蜗轮；1632-蜗杆；170-激光切割组件；200-电源设备。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请结合参照图1和图2，其中，图1为本实用新型实施例提供的方向锁定装置100的爆炸结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的方向锁定装置100的方框示意图。本实用新型实施例提供的方向锁定装置100可以自动调整自身指向的方向，并使得装置指示的方向与目标方向相同。该方向锁定装置100可以包括处理模块110、方位角驱动组件120、俯仰角驱动组件130、方向指示模块140、角度采集模块150、第一承载板161、第二承载板162。可理解地，目标方向即为需要被锁定的空间方向，方位角为水平面上的夹角，俯仰角为竖直平面上的夹角。

在本实施例中，方位角驱动组件120与处理模块110连接，且方位角驱动组件120与第一承载板161转动连接，用于带动第一承载板161在方位角方向转动。

在本实施例中，俯仰角驱动组件130设置在第一承载板161上，并与处理模块110连接，俯仰角驱动组件130的另一端设置有第二承载板162，用于带动第二承载板162在俯仰角方向转动。

在本实施例中，方向指示模块140设置于第二承载板162上，并与处理模块110连接，用于指向目标方向。

在本实施例中，角度采集模块150与处理模块110连接，用于采集第一承载板161的指示方位角、第二承载板162的指示俯仰角以及目标方向对应的目标方位角及目标俯仰角。

在本实施例中，方位角驱动组件120用于带动第一承载板161转动，以使得指示方位角与目标方位角相同，俯仰角驱动组件130用于带动第二承载板162转动，以使得指示俯仰角与目标俯仰角相同。

可理解地，指示方位角为方向指示模块140所指示的方向与方向指示模块140预设的第一基准方向的夹角，即为指示方位与第一基准方向的夹角。其中，该夹角可以为指示方向沿逆时针方向旋转到第一基准方向的夹角，也可以为指示方向沿顺时针方向旋转到第一基准方向的夹角，这里不作具体限定。另外，指示俯仰角为指示方向与第二基准方向的夹角，与指示方位角相类似，这里不再赘述。目标俯仰角可以理解为方向指示模块140与目标物体所在直线与水平面的最小夹角。

可理解地，若指示俯仰角与目标俯仰角不相同，处理模块110可以根据两者的角度差生成驱动指令，以使俯仰角驱动组件130带动第二承载板162转动，进而使得第二承载板162的指示方向与目标方向相同，达到对俯仰角锁定的目的。其中，该指示方向可理解为垂直于第二承载板162板面并向外的方向。在对方位角进行锁定时，其工作原理与俯仰角的锁定类似，这里不再赘述。

可选地，方位角驱动组件120包括伺服电机，其中，伺服电机的转轴与第一承载板161转动连接，用于带动第一承载板161在水平方向上转动，实现方位角的调节。当然，该转轴可以通过一副或多副齿轮与第一承载板161转动连接。

在本实施例中，伺服电机可以正转也可以反转。为了使方向指示模块140的指示方向快速地转动到目标方向，处理模块110在得到差角(指示方位角与目标方位角的差角)时，可以对差角进行判断，以使生成的驱动指令可以使伺服电机转动较小的角度，实现指示方向与目标方向相重合。可以理解地，指示方向与目标方向的夹角一般有两个，这两个夹角相加为360°。一般情况下，其中一个夹角大于180°，另一个小于180°，驱动指令可控制伺服电机转动的角度为小于180°所对应的夹角，转动的方向为该夹角对应的可使指示方向与目标方向重合的方向。在转速相同的条件下，通过使伺服电机转动较小角度实现指示方向与目标方向的重合，可缩短转动时间，加快指示方向与目标方向的重合。

在本实施例中，处理模块110可以是一种具有信号的处理能力的集成电路芯片，例如处理器。处理器可以是，但不限于中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。比如，处理模块110可以为STM32系列单片机。

可选地，俯仰角驱动组件130包括伺服电机及连接部163，伺服电机通过连接部163与第二承载板162转动连接。

可选地，连接部163包括设置在伺服电机的转轴上的蜗轮1631和与第二承载板162转动连接的蜗杆1632，蜗轮1631与蜗杆1632相啮合以实现第二承载板162的俯仰转动。

蜗轮1631和蜗杆1632可以通过外壳(图中未示出)进行封装固定，第二承载板162可以通过固定柱进行固定。可理解地，固定柱的一端可以可滑动地固定在第一承载板161上，另一端与第二承载板162转动连接。例如，若伺服电机转动，便可使蜗轮1631转动，在壳体的固定下，蜗轮1631驱动蜗杆1632沿直线运动，而蜗杆1632与第二承载板162转动连接，便可使第二承载板162俯仰转动，实现俯仰角的调节。

可选地，连接部163包括设置在伺服电机的转轴及第二承载板162上的相互啮合的齿轮。

伺服电机和第二承载板162通过设置的齿轮实现力矩的传递。即，伺服电机通过转轴转动，并通过两齿轮传递转矩以使第二承载板162转动，进而实现对第二承载板162俯仰角的调节。设置在第二承载板162上的齿轮为固定设置，即，该齿轮不会相对该第二承载板162转动。其中，两个齿轮设置的转动平面为竖直平面，以实现俯仰角的调节。当然，伺服电机转轴的齿轮和第二承载板162的齿轮之间可以设置有一副或多副相互配合的齿轮，以实现力矩的传递。

在本实施例中，角度采集模块150可以包括角度传感器，其角度传感器的数量可以为多个，可以分别用于采集第一承载板161的指示方位角、第二承载板162的指示俯仰角、方向指示模块140对应的空间角度(包括俯仰角及方位角)。当然，在其他实施方式中，角度采集模块150可以为AB编码器，用于实现角度的测量。

可选地，方向指示模块140包括激光发射器。激光发射器设置有相应的角度采集模块150。激光发射器通过发出激光，通过手动或机械调节激光发射器的方向，使得激光照射在目标物体上。在调节过程中，角度采集模块150可以采集激光发射器方位角、俯仰角的变化量，该变化量便为方位角驱动组件120、俯仰角驱动组件130需要调节的变化量。

可理解地，激光发射器在初始位置时，激光发射器发射出的激光的照射方向与方向锁定装置100中第二承载板162的指示方向相同。本方案通过激光发射器确定需要调节的方位角及俯仰角，处理模块110基于该方位角控制方位角驱动组件120对第一承载板161的方位角进行调节，并根据该俯仰角控制俯仰角驱动组件130对第二承载板162的俯仰角进行调节，因第二承载板162位于第一承载板161之上，在调节第一承载板161方位角的同时，也是在对第二承载板162的方位角进行调节，因此，便可以实现对第二承载板162方位角及俯仰角的调节，使得指示方向与目标方向相同，且能对准目标物体，实现对目标物体的方向锁定。

值得说明的是，在其他实施方式中，方向指示模块140可以为摄像头，其工作原理与激光发射器相类似。例如，摄像头可以设置有角度采集模块150，用于采集摄像头的角度及角度变化量。比如，操作人员可以通过调整摄像头，使得采集的画面中，目标物体位于画面正中央。此时，可将角度采集模块150采集得到的角度变化量作为方位角驱动组件120、俯仰角驱动组件130需要调节的变化量。

基于上述设计，通过角度采集模块150与方位角驱动组件120、俯仰角驱动组件130相配合，使得方向锁定装置100的指示方向与目标方向相同，且能对准目标物体。另外，基于角度采集模块150，能更为准确地确定第一承载板161、第二承载板162调节前后的角度，实现角度调节的闭环控制，有助于提高方向锁定的精度。

请参照图3，为本实用新型实施例提供的方向锁定装置100的另一结构示意图。可选地，方向锁定装置100还包括激光切割组件170。激光切割组件170设置在第二承载板162上，且与方向指示模块140相配合，用于对目标物体进行激光切割清理。例如，激光切割组件170包括多个激光发射器，每个激光发射器可以发射激光束，多个激光发射器发射的激光可以聚焦到一点。当激光切割组件170的聚焦点照射在目标物体上时，便能实现对目标物体的切割清理。例如，可以在地面上清理电网中架空输电线路上的悬挂物，基于此，有助于简化清理操作，保障操作员的人身安全。

可理解地，在电网领域中，架空线路周边环境复杂多变，时常会由于风筝、彩带等悬挂物造成线路短路，不仅可能严重威胁线路安全运行，甚至可能发生人身触电事故。目前输电线路导地线清障工作主要是采取以下几种方法：在停电情况下攀爬至故障位置处进行人工清理，其效率低；在施工作业车辆平台上手动清除异物，受地形条件限制较多，地形复杂的地方，车辆无法进入；利用等电位的操作杆拨动悬挂物，但操作杆的长度有限，而且灵活性不够；利用无人机火烧的方式清除异物，但受环境、天气影等响因素较多。本实用新型提供的方向锁定装置100可以配合激光切割模块，可以灵活对悬挂物进行方向锁定并进行清理，有助于提高清障效率。

请参照图4，为本实用新型实施例提供的方向锁定系统10的方框示意图。本实用新型提供的方向锁定系统10包括电源设备200及上述实施例中的方向锁定装置100。电源设备200与方向锁定装置100连接，用于为方向锁定装置100中的各模块(处理模块110、方位角驱动组件120、俯仰角驱动组件130等)提供电能。其中电源设备200可以是多个锂离子电池构成的电池模组、铅蓄电池等。当然，电源设备200也可以为可移动的发电机替代，如柴油发电机。

综上所述，本实用新型提供一种方向锁定装置及系统。该方向锁定装置包括处理模块、方位角驱动组件、俯仰角驱动组件、方向指示模块、角度采集模块、第一承载板、第二承载板。其中，角度采集模块与处理模块连接，用于采集第一承载板的指示方位角、第二承载板的指示俯仰角以及目标方向对应的目标方位角及目标俯仰角。方位角驱动组件用于带动第一承载板转动，以使得指示方位角与目标方位角相同，俯仰角驱动组件用于带动第二承载板转动，以使得指示俯仰角与目标俯仰角相同。本方案通过角度采集模块与方位角驱动组件、俯仰角驱动组件相配合，一方面可以实现对目标方向的锁定，有助于提高方向锁定的精度，另一方面有助于利用激光对目标方向上的物体进行切割清理。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。