一种具有陀螺稳像功能的监控球机的制作方法

1.本实用新型涉及一种监控球机，具体地说是涉及一种具有陀螺稳像功能的监控球机。


背景技术：

2.监控球机具有外形美观、坚固可靠、成本低廉的优势，在监控领域广泛应用，遍布大街小巷。越来越多的客户希望在船只上使用监控球机观察水面目标，用于行船观察和水上搜救等。
3.但是一般的球机采用步进电机减速驱动，难以满足稳像的高精度应用，也难以满足远距离观察的高精度稳定需求。


技术实现要素：

4.针对现有技术之不足，本实用新型提供了一种具有陀螺稳像功能的监控球机。传统球机内部的步进电机和减速传动装置会导致传动精度低、响应慢的缺陷，为了实现光轴惯性稳定的控制要求，因此将其更换为外转子无刷电机直接驱动，同时采用独创的组装结构和检测控制电路，降低安装复杂度、降低成本，同时通过高性能陀螺稳定驱动电路，驱动电机旋转实现球机的惯性稳定，达到船载或车载时视频监控的图像稳定要求。
5.所述具有陀螺稳像功能的监控球机主要包括安装座、壳体和摄像装置。其中，所述壳体可转动地连接在所述安装座上，在所述壳体内部设置有与所述壳体相连接的方位轴电路板；所述安装座的中间轴通过第一结构件与方位轴电机的第一转子磁环相连接；所述方位轴电路板通过第二结构件与所述方位轴电机的第一定子线圈相连接；所述方位轴电机的第一转子磁环与所述方位轴电机的第一定子线圈能够相对旋转，使得所述壳体能够相对所述安装座沿水平方向转动；在所述方位轴电路板上设置有方位轴角度检测组件；所述摄像装置的舱体中框以能够沿竖直方向转动的方式连接在所述壳体的俯仰轴旋转支臂上；在所述俯仰轴旋转支臂内设置有俯仰轴电机和俯仰轴电路板；所述俯仰轴电机的第二转子磁环通过第四结构件连接在所述俯仰轴旋转支臂的内部；所述俯仰轴电机的第二定子线圈通过第三结构件与设置在所述舱体中框一侧的转轴相连接；所述俯仰轴电路板也与第三结构件相连接，使得所述俯仰轴电路板能够与所述俯仰轴电机的第二定子线圈以及所述舱体中框同步转动；在所述俯仰轴电路板上还设置有俯仰轴角度检测组件、单片机、imu传感器和电机驱动芯片；设置于所述安装座内的导电滑环、所述方位轴电路板、所述俯仰轴电路板通过线缆电连接。
6.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述方位轴角度检测组件包括第一磁环相位检测传感器和第一旋转零位传感器；所述第一磁环相位检测传感器为磁编码器芯片或者由两个线性霍尔元件组成；所述第一旋转零位传感器为由磁钢和霍尔元件组成的磁感检测组件或者光耦和挡片组成的光电检测组件。
7.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述俯仰轴角度检测组件包括第二磁环相
位检测传感器和第二旋转零位传感器；所述第二磁环相位检测传感器为磁编码器芯片或者由两个线性霍尔元件组成；所述第二旋转零位传感器为由磁钢和霍尔元件组成的磁感检测组件或者光耦和挡片组成的光电检测组件。
8.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述方位轴电机和所述俯仰轴电机均为外转子无刷电机。
9.根据本实用新型的一个优选实施方式，在所述方位轴电路板上还设置有电源转换电路；所述电源转换电路一端通过导电滑环与电源相连接，另一端连接至所述具有陀螺稳像功能的监控球机中的用电器件为其供电。
10.根据本实用新型的一个优选实施方式，所述壳体包括上壳体和可拆卸地设置在所述上壳体下方的下壳体；所述方位轴电路板设置在所述上壳体内，并安装在所述上壳体内部的若干固定柱上；在所述下壳体上设置有俯仰轴旋转支臂；所述俯仰轴旋转支臂包括第一支撑耳和第二支撑耳，所述第一支撑耳和所述第二支撑耳相对设置，使得在所述第一支撑耳和所述第二支撑耳之间形成一u型安装口；所述摄像装置设置在所述u型安装口中；所述俯仰轴电路板和所述俯仰轴电机设置在所述第一支撑耳或所述第二支撑耳中。
11.根据本实用新型的一个优选实施方式，在所述安装座和所述上壳体的外侧设置有防雨罩；在所述防雨罩的顶部设置有悬挂卡口。
12.与现有技术相比，本实用新型实施例的具有陀螺稳像功能的监控球机具有如下有益效果：
13.本实用新型实施例的具有陀螺稳像功能的监控球机可以通过采用成熟的球机壳体，并改造其中的驱动电机和电路，将其升级为具有高精度陀螺稳定功能的球机，能够满足船载监控的需要，与常规的船载光电球相比成本低廉、安装便捷、应用简易、性价比高。
14.本实用新型的一部分附加特性可以在下面的描述中进行说明。通过对以下描述和相应附图的检查或者对实施例的生产或操作的了解，本实用新型的一部分附加特性对于本领域技术人员是明显的。本实用新型披露的特性可以通过对以下描述的具体实施例的各种方法、手段和组合的实践或使用得以实现和达到。
附图说明
15.在此所述的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限定。在各图中，相同标号表示相同部件。其中，
16.图1、图2是根据本实用新型的一些实施例所示的具有陀螺稳像功能的监控球机的结构示意图；
17.图3是图2中a处局部放大图；
18.图4是图2中b处局部放大图；
19.图5是根据本实用新型的一些实施例所示的具有陀螺稳像功能的监控球机的结构框图。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
21.需要说明的是，如果本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中涉及到术语“第一”、“第二”等，其是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，如果涉及到术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
22.在本实用新型中，如果涉及到术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等，其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。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
23.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。
24.此外，在本实用新型中，如果涉及到术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
26.本实用新型实施例公开了一种具有陀螺稳像功能的监控球机。
27.如图1至图5所示，该具有陀螺稳像功能的监控球机可以包括安装座1、壳体2和摄像装置5。
28.示例性的，如图1、图2所示，壳体2可以包括上壳体210和可拆卸地设置在上壳体210下方的下壳体220。具体的，上壳体210和下壳体220之间可以通过卡和连接结构实现可拆卸连接。在下壳体220上设置有俯仰轴旋转支臂，俯仰轴旋转支臂包括第一支撑耳221和第二支撑耳222，第一支撑耳221和第二支撑耳222相对设置，使得在第一支撑耳221和第二支撑耳222之间形成一u型安装口。
29.其中，壳体2可转动地连接在所述安装座1上。具体的，壳体2可以通过该轴承可转动地连接在安装座1上。
30.在壳体2内部设置有与壳体2相连接的方位轴电路板3。具体的，方位轴电路板3设置在上壳体210内，并安装在上壳体210内部的若干固定柱上。例如，方位轴电路板3可以通过螺丝紧固在上壳体210内部的固定柱上。
31.在方位轴电路板3上设置有方位轴电机4。示例性的，方位轴电机4可以采用外转子
无刷电机，其定子规格为5208，转子为22极的磁环。壳体2通过方位轴电机4以能够沿水平方向转动的方式与安装座1相连接。
32.其中，如图2、图3所示，安装座1的中间轴通过第一结构件910与方位轴电机4的第一转子磁环402相连接。方位轴电路板3通过第二结构件920与方位轴电机4的第一定子线圈401相连接。方位轴电机的第一转子磁环402与方位轴电机的第一定子线圈401能够相对旋转，使得在方位轴电机4的驱动下，壳体2能够相对安装座1沿水平方向转动。
33.在方位轴电路板3上还设置有方位轴角度检测组件。
34.示例性的，方位轴角度检测组件包括第一磁环相位检测传感器和第一旋转零位传感器。
35.其中，第一磁环相位检测传感器可以采用磁编码器芯片或者由两个线性霍尔元件组成。
36.例如，可以采用型号为ss49e的两只线性霍尔传感器芯片作为第一磁环相位检测传感器。两只线性霍尔传感器芯片以旋转轴心为圆心，间隔8.2度放置在磁环的正下方，能够检测出每对磁极的旋转角度，此数据用于方位轴电机4 的驱动。
37.其中，第一旋转零位传感器可以采用由磁钢和霍尔元件组成的磁感检测组件或者光耦和挡片组成的光电检测组件。
38.例如，可以采用型号为tlp910的反射式光耦和挡片组成的光电检测组件作为第一旋转零位传感器。反射式光耦能够检测到电机转子外侧的零位挡片从而确定旋转零位的角度。
39.示例性的，摄像装置5可以采用现有监控球机中的监控机芯510和用于安装监控机芯510的舱体中框520。监控机芯510设置在舱体中框520内。
40.其中，摄像装置5的舱体中框520以能够沿竖直方向转动的方式连接在壳体2的俯仰轴旋转支臂上。
41.具体的，如图1、图2所示，摄像装置5的舱体中框520设置在第一支撑耳 221和第二支撑耳222之间形成的u型安装口内。摄像装置5的舱体中框520的两侧分别通过一转轴可转动地连接在第一支撑耳221和第二支撑耳222上。
42.在俯仰轴旋转支臂内设置有俯仰轴电机6和俯仰轴电路板7。具体的，俯仰轴电机6和俯仰轴电路板7设置在第一支撑耳221或者第二支撑耳222内。示例性的，俯仰轴电机6可以采用外转子无刷电机，其定子规格为5208，转子为 22极的磁环。
43.其中，如图2、图4所示，俯仰轴电机6的第二转子磁环602通过第四结构件940连接在俯仰轴旋转支臂的内部。具体的，俯仰轴电机6的第二转子磁环602通过第四结构件940连接在第一支撑耳221和第二支撑耳222内部。
44.其中，如图2、图4所示，俯仰轴电机6的第二定子线圈601通过第三结构件930与设置在舱体中框520一侧的转轴相连接。
45.俯仰轴电机6的第二转子磁环602与俯仰轴电机6的第二定子线圈601能够相对旋转，使得在俯仰轴电机6的驱动下，舱体中框520能够沿竖直方向上下转动。
46.俯仰轴电路板7也与第三结构件930相连接，使得俯仰轴电路板7能够与俯仰轴电机6的第二定子线圈601以及舱体中框520同步转动。
47.在俯仰轴电路板7上还设置有俯仰轴角度检测组件、单片机、imu传感器和电机驱
动芯片。
48.其中，方位轴角度检测组件、俯仰轴角度检测组件、imu传感器和电机驱动芯片与单片机电连接。电机驱动芯片与方位轴电机4和俯仰轴电机6电连接。
49.示例性的，可以采用型号为gd32f103的单片机。可以采用型号为icm20602 的imu传感器。可以采用型号为drv8313的电机驱动芯片。
50.示例性的，俯仰轴角度检测组件包括第二磁环相位检测传感器和第二旋转零位传感器。
51.其中，第二磁环相位检测传感器为磁编码器芯片或者由两个线性霍尔元件组成。
52.例如，可以采用型号为ss49e的两只线性霍尔传感器芯片作为第二磁环相位检测传感器。两只线性霍尔传感器芯片以旋转轴心为圆心，间隔8.2度放置在磁环的对应位置，能够检测出每对磁极的旋转角度，此数据用于俯仰轴电机6 的驱动。
53.其中，第二旋转零位传感器为由磁钢和霍尔元件组成的磁感检测组件或者光耦和挡片组成的光电检测组件。
54.例如，可以采用型号为tlp910的反射式光耦和挡片组成的光电检测组件作为第二旋转零位传感器。反射式光耦能够检测到电机转子外侧的零位挡片从而确定旋转零位的角度。
55.安装座1内还设置有导电滑环8。设置于安装座1内的导电滑环8、方位轴电路板3、俯仰轴电路板7通过线缆电连接，以为用电部件供电。
56.进一步的，在方位轴电路板3上还设置有电源转换电路。电源转换电路一端通过导电滑环8与电源相连接，另一端连接至本实用新型实施例的具有陀螺稳像功能的监控球机中的用电器件(如单片机、imu传感器、电机驱动芯片、俯仰轴电机和方位轴电机等)为其供电。具体的，如图5所示，导电滑环8的下部设置有第一线束接口，第一线束接口通过线束与方位轴电路板和俯仰轴电路板相连接。
57.进一步的，在安装座1和上壳体210的外侧还可以设置有防雨罩9。在防雨罩9的顶部设置有悬挂卡口。
58.本实用新型实施例的具有陀螺稳像功能的监控球机可以通过方位轴角度检测组件、俯仰轴角度检测组件、imu传感器等检测监控球机在水平方向和竖直方向上的偏移角度，单片机通过检测到的水平方向和竖直方向上的偏移角度，通过电机驱动芯片控制俯仰轴电机和方位轴电机，俯仰轴电机和方位轴电机驱动壳体和摄像装置转动回到零位，从而保持摄像装置的稳定，起到稳像的作用。
59.本实用新型实施例的具有陀螺稳像功能的监控球机可以通过采用成熟的球机壳体，并改造其中的驱动电机和电路，将其升级为具有高精度陀螺稳定功能的球机，能够满足船载监控的需要，与常规的船载光电球相比成本低廉、安装便捷、应用简易、性价比高。
60.需要注意的是，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
61.另外，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。