一种用于地面载具三光云台稳像装置的制作方法

1.本实用新型属于视频监控的技术领域，具体说是涉及一种用于地面载具三光云台稳像装置。


背景技术：

2.目前，云台已成为地面载具视频监控前端设备的重要组成部件，通过云台可保证监控设备的正常运行，加强地面载具对周围环境的判断，满足了全方位监控的需求。现有载具上使用云台多借用平台固定式云台，重量较大且通过螺钉直接固定在载具上，仅使用电子防抖作实现减震功能。在实际应用中，云台会固定在载具上方，同时还要保证在恶劣环境下完成任务的特殊需求，比如行进过程中的起伏振动、侧斜坡等，这些恶劣环境都会造成云台摇摆不稳定，既会造成云台的应力性损伤，也无法提供高质量的稳定图像以满足后续算法分析条件。因此安装过程中云台减震结构的稳固性及输出水平画面的成为了必须考虑的因素，现有的安装为简单的螺栓固定在载具上，在使用过程中容易造成稳固性和非水平问题，影响使用，必须使用更加稳定的减震结构及水平自恢复功能来克服这种问题进而满足产品需求。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种用于地面载具三光云台稳像装置，解决了现有技术中用于地面载具稳像装置稳像效果不佳的问题。
4.本实用新型的实施例提供了一种用于地面载具三光云台稳像装置，包括：
5.平台框架，平台框架包括俯仰框架、横滚框架和指向框架，俯仰框架内安装有摄像模组，并且俯仰框架连接有用于驱动俯仰框架的俯仰轴系组件，横滚框架内连接有用于驱动横滚框架的横滚轴系组件，指向框架连接有用于驱动指向框架的指向轴系组件；
6.惯性测量单元，惯性测量单元分别测量俯仰轴系组件、横滚轴系组件和指向轴系组件的角度；
7.控制板，控制板分别与惯性测量单元、俯仰轴系组件、横滚轴系组件以及指向轴系组件电连接；
8.底座，底座上端与指向框架连接，并且底座的下端安装在地面载具上，底座上设置有与载具相连接的空气减震器。
9.优选地，俯仰轴系组件包括相连接的俯仰电机和俯仰轴组件，横滚轴系组件包括相连接的横滚电机和横滚轴组件，指向轴系组件包括相连接的指向电机和指向轴组件，俯仰电机、横滚电机和指向电机与控制板电连接，惯性测量单元分别测量俯仰轴组件、横滚轴组件、指向轴组件的角度。
10.优选地，俯仰框架呈现为回型框架，摄像模组安装在回型框架内，并且俯仰轴组件安装在回型框架的两个相对的侧面上，俯仰电机与俯仰轴组件相连接，并且俯仰电机通过俯仰轴组件驱动俯仰框架。
11.优选地，俯仰轴组件包括俯仰轴承，俯仰电机通过俯仰轴承连接俯仰框架。
12.优选地，横滚框架呈现为u形框架，u形框架的开口端分别连接在回型框架的侧面，u形框架的封闭端连接横滚轴组件，横滚电机与横滚轴组件相连接，并通过横滚电机驱动横滚框架。
13.优选地，横滚轴组件包括横滚轴承和横滚框架安装轴，横滚电机依次通过横滚电机和横滚框架安装轴连接横滚框架。
14.优选地，指向框架的上端连接u形框架的封闭端，指向框架的下端连接底座，指向框架的下端与指向轴组件相连接，指向电机与指向轴组件相连接，并通过指向电机驱动指向框架。
15.优选地，指向轴组件包括指向轴承、指向框架安装法兰，指向电机依次通过指向轴承和指向框架安装法兰连接指向框架。
16.优选地，还包括多个编码器，多个编码器分别安装在俯仰框架、横滚框架和指向框架上，用于测量俯仰框架、横滚框架和指向框架的速度。
17.优选地，空气减震器包括多个，多个空气减震器独立分布并与载具相连接。
18.优选地，采用全铝骨架，并且指向框架与底座通过快拆组件连接。
19.本实用新型的有益效果在于：
20.(1)采用独立空气减震，可过滤载具行进中的振荡，同时对各方向冲击有很明显缓冲作用。
21.(2)采用三框架三轴稳定结构，结合用于测量三个轴组件的惯性测量单元，通过主控制板采集各轴组件和对应的框架的角度信息进行主动防抖，保证输出画面的稳定及水平，提高后期视频算法能力。
22.(3)采用全铝骨架式机身，减少配重，增加刚性的同时有效降低摆幅。
附图说明
23.图1是本实用新型的一个实施例中用于地面载具三光云台稳像装置的立体图示意图。
24.图2是本实用新型的一个实施例中用于地面载具三光云台稳像装置的主视图示意图。
25.图3是图1所示的装置的俯仰轴系组件的剖视示意图。
26.图4是图1所示的装置的横滚轴系组件的剖视示意图。
27.图5是图1所示的装置的指向轴系组件的剖视示意图。
28.其中，附图标记如下：
29.10、俯仰框架；11、俯仰轴系组件；12、俯仰电机；13、俯仰轴承；20、横滚框架；21、横滚轴系组件；22、横滚电机；23、横滚轴承；24、横滚框架安装轴；30、指向框架；31、指向轴系组件；32、指向电机；33、指向轴承；34、指向框架安装法兰；40、底座；50、空气减震器；51、螺栓；60、摄像模组；70、快拆组件；80、编码器。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
31.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.参考图1至图5，本实用新型的实施例提供了一种用于地面载具三光云台稳像装置，包括：
33.平台框架，平台框架包括俯仰框架10、横滚框架20和指向框架30，俯仰框架10内安装有摄像模组60，并且俯仰框架10连接有用于驱动俯仰框架10的俯仰轴系组件11，横滚框架20内连接有用于驱动横滚框架20的横滚轴系组件21，指向框架30连接有用于驱动指向框架30的指向轴系组件31；
34.惯性测量单元，惯性测量单元分别测量俯仰轴系组件11、横滚轴系组件21和指向轴系组件31的角度；
35.控制板，控制板分别与惯性测量单元、俯仰轴系组件11、横滚轴系组件21以及指向轴系组件31电连接；
36.底座40，底座40上端与指向框架30连接，并且底座40的下端安装在地面载具上，底座40上设置有与载具相连接的空气减震器50。
37.本实用新型的有益效果在于：
38.(1)采用独立空气减震，可过滤载具行进中的振荡，同时对各方向冲击有很明显缓冲作用。
39.(2)采用三框架三轴稳定结构，结合用于测量三个轴组件的惯性测量单元，通过主控制板采集各轴组件和对应的框架的角度信息进行主动防抖，保证输出画面的稳定及水平，提高后期视频算法能力。
40.(3)采用全铝骨架式机身，减少配重，增加刚性的同时有效降低摆幅。
41.参考图3至图5，在一个实施例中，俯仰轴系组件11包括相连接的俯仰电机12和俯仰轴组件，横滚轴系组件21包括相连接的横滚电机22和横滚轴组件，指向轴系组件31包括相连接的指向电机32和指向轴组件，俯仰电机12、横滚电机22和指向电机32与控制板电连接，惯性测量单元分别测量俯仰轴组件、横滚轴组件、指向轴组件的角度。
42.其中，参考图3至图5，俯仰轴系组件11还包括俯仰轴系外壳，俯仰电机12、俯仰轴组件、惯性测量单元和编码器80均安装在俯仰轴系外壳内，横滚轴系组件21还包括横滚轴系外壳，横滚电机22、横滚轴组件、惯性测量单元和编码器80均安装在横滚轴系外壳内，指向轴系组件31还包括指向轴系外壳，指向电机32、指向轴组件、惯性测量单元和编码器80均安装在指向轴系外壳内。
43.本实用新型的实现逻辑为：俯仰轴系组件11、横滚轴系组件21和指向轴系组件31
中安装有惯性测量单元和编码器80，惯性测量单元用于实现角度测量，俯仰框架10、横滚框架20和指向框架30的转动速度由编码器80测量，并采用载具惯导信息实现前馈稳定；控制板接收载具命令控制载荷及稳定平台并与跟踪器通讯。其中，惯导的基本工作原理是通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间积分，且把它变换到导航坐标系中，就能得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。在本实用新型中，载具的惯导信息指的是：载具在载具所在的导航坐标系的速度、偏航角和位置等信息。实现前馈稳定的原理为：控制板操控俯仰电机12、横滚电机22和指向电机32进行转动，并接受载具命令，根据载具的惯导信息发出前馈信号，使平台框架的运动方向、速度、时机与载具的运动相适配。控制板采集各轴系组件的角度信息，并控制俯仰电机12、横滚电机22和指向电机32，并将采集到的角度信息和速度信息反馈给载具。俯仰轴系组件11、横滚轴系组件21、指向轴系组件31出厂时都有零点校准，此时横滚轴系组件21是水平状态，当设备姿态发生倾斜时，横滚轴系组件21内的惯性测量单元感知到姿态角变化，控制板会控制横滚电机22把这个姿态角补偿回来，从而使横滚轴系组件21保持一直水平。
44.本实用新型可以有效对载具行进过程中各种路面情况进行主动反馈，尤其对侧斜坡、洼地等路面情况时实现视频输出画面水平稳定，对后续摄像模组60采集的视频信息质量有很大提高，降低算法开销，有效提升适应能力。空气减震器50可以有效过滤路面起伏以及载具行进过程中自身姿态重心的规律新变化，弥补由于装置减震问题导致载具通过性降低的影响。对各个方向的冲击有很强的保护作用，减少装置的应力性损伤，提高任务可靠性。本实用新型结构简单合理、生产成本低、连接可靠且稳定性强。
45.在一个实施例中，俯仰框架10呈现为回形框架，摄像模组60安装在回形框架内，并且俯仰轴组件安装在回型框架的两个相对的侧面上，俯仰电机12与俯仰轴组件相连接，并且俯仰电机12通过俯仰轴组件驱动俯仰框架10。俯仰轴组件包括俯仰轴承13，俯仰电机12通过俯仰轴承13连接俯仰框架10。由于相机模组重量轻，轴向力相对较小，且编码器80对于轴向精度要求较低，所以直接利用轴承承担轴系重量，这样有利于整机重量的减轻。俯仰框架10采用回型框架结构形式，结构紧凑，重量轻，刚度优，故结构的谐振频率可以做得较高，使得稳定平台的稳定性能好，反应快，且有利于提高稳定精度。另外，俯仰框架10是主要的重量分配原件，在保证结构的谐振频率的同时，对其轻量化，也是十分重要的。
46.在一个实施例中，横滚框架20呈现为u形框架，u形框架的开口端分别连接在回型框架的侧面，u形框架的封闭端连接横滚轴组件，横滚电机22与横滚轴组件相连接，并通过横滚电机22驱动横滚框架20。在一个实施例中，横滚轴组件包括横滚轴承23和横滚框架20安装轴，横滚电机22依次通过横滚电机22和横滚框架安装轴24连接横滚框架20。图3是图1所示的装置的俯仰轴系组件11的剖视示意图。
47.横滚轴系组件21由横滚电机22、编码器80、横滚框架20安装轴组成，具体结构如下图所示。由于重心平衡好,悬壁的旋转力矩较小，需过载能力强,因此横滚框架20采用双臂形式，且编码器80对于轴向精度要求较低，所以利用轴承及外加轴承组成轴系，提高轴承寿命及整体可靠性。
48.在一个实施例中，指向框架30的上端连接u形框架的封闭端，指向框架30的下端连接底座40，指向框架30的下端与指向轴组件相连接，指向电机32与指向轴组件相连接，并通过指向电机32驱动指向框架30。在一个实施例中，指向轴组件包括指向轴承33、指向框架安
装法兰34，指向电机32依次通过指向轴承33和指向框架安装法兰34连接指向框架30。指向轴系组件31由指向电机32、编码器80、指向框架30安装法兰组成，具体结构如图所示。由于平台重量轻，径向力较小，悬壁的旋转力矩小，过载能力强，因此指向框架30采用单臂加形式，且编码器80对于轴向精度要求较低，所以利用轴承及外加轴承组成轴系，提高轴承寿命及整体可靠性。
49.在一个实施例中，还包括多个编码器80，多个编码器80分别安装在俯仰框架10、横滚框架20和指向框架30上，用于测量俯仰框架10、横滚框架20和指向框架30的速度。
50.在一个实施例中，空气减震器50包括多个，多个空气减震器50独立分布并与载具相连接。4个空气减震直接连接在载具上，并且独立分布，不互相重叠，可承受上下、左右、前后等六个方向的应力及振荡。其中，空气减震器50是一种利用阻尼来阻止指定弹簧运动的减震装置，具有成本低、安装方便等优点。空气减震器50可以通过螺栓51固定在底座40和载具之间，简单方便、成本低。
51.在一个实施例中，采用全铝骨架，并且指向框架30与底座40通过快拆组件70连接。快拆组件70采用锁定旋钮及防脱锁固定定位，结构简单合理、生产成本低，连接可靠且稳定性强。全铝骨架式机身，减少配重，增加刚性的同时有效降低摆幅。
52.本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。