全海深数字化电动云台的制作方法

本发明涉及一种电动云台，特别是涉及一种全海深数字化电动云台。

背景技术：

通常深海中，水下云台主要有液压和电动两种驱动方式。采用液压驱动的水下云台结构简单紧凑，需由液压动力单元提供动力，主要缺点是深海作业时其转动速度、位置控制主要采用开环控制，且液压传动性能受工作水深影响较大，导致其控制精度不高，目前逐步被电动云台所取代。电动云台由电机驱动，对其转速、位置控制可通过控制电机实现，控制精度高，但随着工作水深的增加，受限于电机控制元器件自身的耐压能力，电动云台难以应用到全海深。

水下云台通过水密电缆连接到水下控制单元，在云台运动过程中电缆也会在一个自由度方向上随动，这很容易导致电缆与周围设备发生缠绕并损坏。且当云台上安装水下摄像机、照明灯等设备后，水下摄像机、照明灯等所连接的电缆在云台运动的过程中也存在同样的问题。以上问题限制了深海潜水器无法获得更大的水下观察范围。水下云台上安装的摄像、照明设备通常成对出现，有时还要安装激光标尺等辅助测量设备，这些设备均通过电缆连接至水下控制单元，连接电缆数量多，还要占用宝贵的控制舱接口，在深海控制舱提供如此数量众多的接口，不仅加大了控制舱体积重量，而且一定程度上降低了系统的可靠性，同时也增加了水密连接器日常维护保养成本。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种全海深数字化电动云台，它不但能有效实现全海深数字化控制的电动云台在最大海水水深11000米海水中得到应用，而且还完全解决了电动云台回转过程中电缆跟随转动后引发电缆缠绕损坏的问题，同时操作使用方便、安全可靠。

为了实现上述的目的本发明提出如下设计方案:本发明的全海深数字化电动云台包括一电动云台，所述电动云台由设备安装支架、外壳体及底座所形成。

所述设备安装支架呈“∏”形状，所述呈“∏”形状的设备安装支架由左臂、右臂及上板所构成，所述左臂外端面上分布有螺钉孔，所述右臂外端面上设有一装配孔。

所述外壳体采用内部充油压力平衡的方式，所述外壳体由上壳体和下壳体所形成，上壳体和下壳体呈“t”字形连接，中间留有走线孔贯通，两个密封壳体连接部分通过o形圈密封。所述上、下壳体内分别安设一俯仰机构、回转机构，所述俯仰机构、回转机构分别封装在密封充油的上、下壳体中，以使电动云台可应用至最大水深11000米。

所述俯仰机构由带俯仰耐压空气舱的俯仰电机、安装法兰及俯仰减速机基座内的俯仰减速机所构成。俯仰机构输出轴与设备安装支架的左臂相连，上壳体右罩壳处与设备安装支架右臂上的装配孔处支承于旋转。上壳体后端面设置有多个水密连接器，是电动云台的输出接口，供电动云台上搭载设备，如水下摄像机、照明灯及激光标尺等通过水密电缆接入，顶部设置一个排气阀，作为压力平衡补偿的安全阀。俯仰机构由直流无刷电机驱动，直流无刷电机动力经减速机传至输出轴上，由输出轴带动设备安装支架旋转，实现设备的俯仰运动。俯仰机构内直流无刷电机的定子和转子均浸入补偿油层中，直流无刷电机的驱动器封装于俯仰耐压空气舱中，俯仰耐压空气舱为钛合金材料制成，可承受11000米水深压力。俯仰耐压空气舱一端与直流无刷电机连接，另一端的端面上有一个耐压水密连接器，为俯仰机构直流无刷电机供电及提供控制信号。

所述回转机构由带耐压空气舱的回转电机、下法兰及回转减速机基座内的回转减速机所构成。回转减速机输出轴与底座密封连接固定，底座处的转接块上安装有一个水密连接器，作为电动云台的输入接口。回转减速机输出轴上安装有一个电滑环，可在电动云台回转时传输电源及控制信号。回转减速机输出轴端部通过螺钉与底座密封联接，回转减速机输出轴为空心轴结构，作为走线及走油通道。电动云台输入端的水密连接器经一个转接块联接至底座上，转接块上还安装有一个充油接头，用于连接外接的压力平衡补偿器。水密连接器尾部的出线及补偿油经转接块的进口通道进入底座内部出口通道中，再经回转减速机空心输出轴进入下壳体内。回转机构内直流无刷电机的定子和转子也均浸入补偿油中，回转直流无刷电机的驱动器封装于回转耐压空气舱中，回转耐压空气舱为钛合金材料制成，可承受11000米水深压力。回转耐压空气舱一端与回转直流无刷电机连接，另一端的端面上有一个耐压水密连接器，为回转机构直流无刷电机供电及提供控制信号。所述上法兰、下法兰、回转减速机基座及电滑环外圈的周壁均分别与下壳体内壁相对处固联。回转电机外壳与下壳体相对固定，电滑环一内圈与回转减速机的输出轴相对固定，另一外圈与下壳体相对固定。回转机构由回转直流无刷电机驱动，回转直流无刷电机动力经回转电机外壳传至下壳体，并使电动云台回转。电动云台的回转电机外壳周壁上固联有一承载中央控制电路板的上法兰。电动云台的电机控制由电动云台数字化的中央控制电路板中的单片机控制部分、俯仰电机控制部分及回转电机控制部分共同完成，单片机控制部分接收操作者的命令，并将命令转化后通过can总线传给俯仰电机控制部分或回转电机控制部分实现对电动云台俯仰电机或回转电机的速度和位置控制，电动云台的灯光调节由中央控制电路板中的单片机控制部分和水下灯调光控制部分共同完成，单片机控制部分接收操作者的命令，并将命令转化为灯光的控制信号，由单片机直接传给水下灯调光控制部分实现灯光的无级调节。

俯仰机构可通过软件限制其俯仰角度，回转机构则可无限制回转，并可通过控制实现电动云台一键回归零位。云台搭载设备接入电动云台后，可由电动云台输出接口为其搭载设备供电及提供控制信号。只需一个输出接口就可同时实现水下摄像机供电及图像传输、水下照明灯供电及调光控制以及激光标尺的供电等。电动云台外壳体采用铝合金或钛合金材质。铝合金外壳体外面安装牺牲阳极，防止外壳腐蚀。

本发明的全海深数字化电动云台的优点如下：

1、本发明的全海深数字化电动云台采用了呈“t”字形状的外壳体，呈“t”字形状的外壳体且其由上壳体和下壳体所形成。上壳体为两端开口且下端面中部处设一走线孔，上壳体左端口处与左端盖密封固联，右端口处与右罩壳密封固联。下壳体为上、下端开口，下壳体上端口处与上壳体中部走线孔处密封固联，下壳体下端口处与下端盖形成密封固联。外壳体为整体选用内部充油压力平衡的方式，俯仰机构、回转机构均由直流无刷电机驱动，并各自封装在一个密封充油的上、下壳体中，底座处的转接块上还安装有一个充油接头，用于连接外接的压力平衡补偿器，上壳体顶部还设置一个排气阀，作为压力平衡补偿的安全阀。电动云台可应用至最大海水水深11000米。

2、本发明的全海深数字化电动云台设计了在底座处的转接块的进口通道的进口处配设了一输入端水密连接器及在上壳体后端面上分布有输出端水密连接器，并且对回转减速机输出轴选用了空心输出轴。这样电动云台对外只要通过一个输入端水密连接器电连接一根水密电缆，用于给电动云台提供电源、数字通信以及视频信号的传输等，并且多个对内输出接口，这些接口可直接连接电动云台的设备安装支架的上板上的水下灯、激光标尺及水下摄像机等设备，用于潜水器进行水下观察作业。通过一个对外输入接口不仅可实现对电动云台转动角度的精确控制，而且还可实现对电动云台上搭载设备的控制。另外在电动云台的回转减速机输出轴上电滑环的应用，并将输入接口置于底座上，从而完全避免了电动云台回转过程中，电缆跟随转动后引发电缆缠绕损坏的问题。

3、本发明的全海深数字化电动云台选取数字控制，整个电动云台的控制采用基于can总线的单片机控制，中央控制电路板中的单片机控制部分主要由can总线协议芯片和单片机等主要元器件构成，完成can总线通信以及俯仰电机控制部分、回转电机控制部分及水下灯调光控制部分的控制，并能记住电动云台的位置信息及运动轨迹，并反馈给操作者，使操作者能够实时掌握云台的位置。电动云台的俯仰电机控制部分、回转电机控制部分分别实现对电动云台中回转机构与俯仰机构内的直流无刷电机的速度及位置控制，控制命令来源于单片机控制部分，水下灯调光控制部分实现水下灯亮暗的无级调节，满足电动云台上搭载的摄像机拍摄时对灯光的亮度需求。整个电动云台由于采用基于can总线的数字化控制，使得电动云台的对外输入接口只有一个，即只需要一根水密电缆，用于控制的芯线只有4芯，两根电源线和两根信号线，即can总线，水密电缆中的其它芯线可以用于传递视频信号等，与传统电动云台相比，极大的减少了对外接口电缆的数量和电缆中芯线的数量。另外还可以实现多个该种电动云台的组网及网络化控制，在有多个电动云台应用的场合，连接电缆和芯线数量减少得更加明显，更适合于水下特殊的应用场合。

简而言之，本发明提供一种全海深数字化电动云台，最大工作水深可达11000米，可实现电动云台俯仰、回转两个自由度上转动角度的精确控制，并能给操作者提供云台实时位置信息和运动轨迹，水下灯调光控制部分能实现云台上所搭载灯光亮度的无级调节，满足于不同环境下摄像机对灯光的需求。

本发明的全海深数字化电动云台适宜于最大海水水深11000米中应用。

附图说明：

本发明的具体结构由以下的实施例及其附图给出。

图1是本发明的电动云台的结构示意图。

图2是本发明的的设备安装支架的后视示意图。

图3是本发明的底座的示意图。

图4是本发明的底座的仰视示意图。

图5是本发明的中央控制电路板的方框示意图。

图6是本发明的使用状态参考示意图。

图7是本发明的使用状态电连接参考示意图。

具体实施方式：

以下将结合附图对本发明的全海深数字化电动云台作进一步的详细描述。

参见图1、图2、图3、图4、图5和图6，该发明的全海深数字化电动云台包含一电动云台，所述电动云台由设备安装支架1、外壳体2及底座3所形成。

所述设备安装支架1呈“∏”形状，所述呈“∏”形状的设备安装支架1由上板11、左臂12及右臂13所构成，所述左臂12外端面上分布有螺钉孔121，所述右臂13外端面上设有一装配孔131。

所述外壳体2呈“t”字形状，所述呈“t”字形状的外壳体2由上壳体21和下壳体22所形成。

所述上壳体21为左、右两端开口，所述上壳体21上端面上配设有一排气阀212，后端面上分布有输出端水密连接器213插座，所述上壳体21下端面中部处设一带上o形圈211的凹槽，且还设有一走线孔2111，所述上壳体21内安设有一俯仰机构，所述俯仰机构由带俯仰耐压空气舱214的俯仰电机215、安装法兰216及俯仰减速机基座217内的俯仰减速机218所构成，所述俯仰电机215为直流无刷电机，所述俯仰耐压空气舱214内安设有一俯仰电机驱动器219，所述俯仰耐压空气舱214右侧壁上设有一俯仰耐压连接器2141，所述安装法兰216右端面处与俯仰电机215固联，所述安装法兰216左端面处与俯仰减速机基座217固联，所述俯仰电机215的输出轴与俯仰减速机218输出轴的输入端固联，所述俯仰减速机218输出轴上的两端端部处分别和左轴承2181内圈与右轴承2182内圈固联，所述俯仰减速机218输出轴的左端面处分布有左内螺纹孔2183，所述俯仰减速机218输出轴上的右轴承2182外圈与俯仰减速机基座217的左端口处相配并固联，所述安装法兰216周壁及俯仰减速机基座217周壁处均分别与上壳体2内壁相对处固联，所述上壳体21左端口处设有一左端盖219，所述左端盖219的周壁上设有一带左外0形圈2191的左外凹槽，所述左端盖219内端面中部处设有一与左轴承2181相配的上内凹槽，所述上内凹槽内底面上设有一与俯仰减速机218输出轴相配的上中心孔，所述上中心孔的内壁下端口处还设有一带左内0形圈2192的左内凹槽，所述上壳体21右端口处设有一呈横向“u”字形状的右罩壳2110，所述呈横向“u”字形状的右罩壳2110的左端面上设有一带右0形圈2111的右凹槽，所述左端盖219套装在俯仰减速机218的输出轴上并与所述上壳体21左端口处形成密封固联，与此同时，所述左端盖219内端面中部处的上内凹槽与左轴承2181外圈固联，所述俯仰减速机218的输出轴与左端盖219的上中心孔处形成密封转动联接，并露出所述左端盖219的上中心孔处外，所述右罩壳2110与所述上壳体21右端口处形成密封固联，所述下壳体22为上、下两端开口，所述下壳体22内安设有一回转机构，所述回转机构由带耐压空气舱221的回转电机222、下法兰224及回转减速机基座225内的回转减速机226所构成，所述回转电机222为直流无刷电机，所述耐压空气舱221内安设有一回转电机驱动器2211，所述耐压空气舱221上端面上设有一回转耐压连接器2212，所述回转电机222壳体周壁上还固联有一承载中央控制电路板5的上法兰223，所述中央控制电路板5由单片机控制部分51、俯仰电机控制部分52、回转电机控制部分53及水下灯调光控制部分54所形成，所述下法兰224的上端面处与回转电机222固联，所述下法兰224的下端面处与回转减速机基座225固联，所述回转电机222的输出轴与回转减速机226的输出轴的输入端固联，所述回转减速机226的输出轴为空心输出轴，所述回转减速机226的输出轴中部处固联有一电滑环2263，且上、下端端部处还分别和上轴承2262内圈与下轴承2264内圈固联，所述回转减速机226的输出轴下端面处分布有下内螺纹孔2265，所述回转减速机226的输出轴上的上轴承2262外圈与回转减速机基座225下端口处相配并固联，所述上法兰223、下法兰224、回转减速机基座225及电滑环2263外圈的周壁均分别与下壳体22内壁相对处固联，所述下壳体22下端口处还设有一下端盖227，所述下端盖227的周壁上设有一带下外0形圈2271的下外凹槽，所述下端盖227内端面中部处设有一与下轴承2264相配的下内凹槽，所述下内凹槽内底面上设有一与回转减速机226的输出轴相配的下中心孔，所述下中心孔的内壁下端口处还设有一带下内0形圈2272的下内凹槽，所述下端盖227套装在回转减速机226的输出轴上并与所述下壳体22下端口处形成密封固联，与此同时，所述下端盖227内端面中部处的下内凹槽与下轴承2264外圈固联，所述回转减速机226的输出轴与下端盖227的下中心孔处形成密封固联，并露出所述下端盖227的下中心孔处外。

所述底座3体内设有一出口通道31，所述出口通道31呈“l”形状，所述底座3下端面的中部处分布有与所述回转减速机2261的输出轴下端面上分布的下内螺纹孔2265一一相对的沉头螺钉孔32，所述底座3一侧处设有一转接块4，所述转接块4体内设有一进口通道41，所述进口通道41的进口处配设有一输入端水密连接器42，所述进口通道41的进口旁处还配设有一与进口通道41连通的充油接头43，所述转接块4与所述底座3一侧处形成固联，所述转接块4的进口通道41的出口处与底座3出口通道31的进口处对接连通，所述底座3下端面的中部处分布的沉头螺钉孔32与所述回转减速机226的输出轴下端面上分布的下内螺纹孔2265处由沉头螺钉形成螺纹联接固定，与此同时，所述底座3上的出口通道31的出口处与所述回转减速机2261的输出轴下端口处相对并由o形密封圈33形成密封联接。

所述下壳体22上端开口处与所述上壳体21下端面中部的走线孔211处形成密封固联，所述上、下壳体21、22内通过所述转接块4进口通道41的进口旁处的充油接头43灌注有补偿油层6。

所述设备安装支架1的左臂12外端面上分布的螺钉孔121与所述俯仰减速机218的输出轴左端面上分布的上内螺纹孔2183一一相对并由螺钉联接固定，与此同时，所述设备安装支架1的右臂13上的装配孔131且套装在上壳体21右端口处的右罩壳2110外，并形成转动联接。所述输入端水密连接器42与电动云台纵向成45°。

所述下壳体22内的电滑环2263的下端引线22631穿过所述为空心的回转减速机226的输出轴、底座3体内的出口通道31及转接块4体内的进口通道41与所述输入端水密连接器42的插座后端接线端电连接。所述电滑环2263的上端引线22632和所述中央控制电路板5上的电源母线接线端501与can总线接线端502一一电连接，所述电源母线接线端501与单片机控制部分51的电源接线端511、俯仰电机控制部分52的电源接线端521、回转电机控制部分53的电源接线端531及水下灯调光控制部分54的电源接线端541一一由导线电连接。所述can总线接线端502与单片机控制部分51的信号接线端512、俯仰电机控制部分52的信号接线端522及回转电机控制部分53的信号接线端532一一由导线电连接，所述单片机控制部分51的灯光控制信号接线端513与水下灯调光控制部分54的信号接线端542由导线电连接，所述中央控制电路板5的俯仰电机控制部分52的接线端子523与俯仰耐压连接器2141插头后端相应的接线端之间通过电缆线束524一一电连接，所述俯仰耐压连接器2141插座后端的接线端与俯仰电机驱动器219上相应的接线端一一电连接，所述俯仰耐压连接器2141插头与俯仰耐压连接器2141插座形成电连接，所述中央控制电路板5的回转电机控制部分53的接线端子533与回转耐压连接器2212插头后端相应的接线端之间通过电缆线束534一一电连接，所述回转耐压连接器2212插座后端的接线端与回转电机驱动器2211上相应的接线端一一电连接，所述回转耐压连接器2212插头与回转耐压连接器2212插座电连接。所述水下灯调光控制部分54的信号接线端子543与上壳体21后端面上分布的输出端水密连接器213插座后端相应的接线端之间通过电缆线束544一一电连接。

本发明从全海深潜水器实际应用出发采用新颖的结构，一方面通过电滑环的设计，并将输入端水密连接器42置于底座上，这将大大减少全海深潜水器控制舱的接口数量，同时也完全消除了诸如其它水下云台使用过程中的电缆跟随转动后的缠绕问题。另一方面在电动云台上壳体21后端面上提供多个输出端水密连接器213插座，这些对内输出端水密连接器213可直接与在电动云台的设备安装支架1的上板11上搭载的水下灯14、水下摄像机15及激光标标尺16等设备尾线的插头电连接，用于潜水器进行水下观察作业，可实现搭载设备直接在本地与电动云台连接，且通过一个对外输入接口不仅可实现对电动云台转动角度的精确控制，而且还可实现对电动云台上搭载设备的控制。本发明非常适用于全海深潜水器上使用多个云台的应用场合。