1.本发明属于云台技术领域，尤其涉及一种全自动调平电动云台及其控制方法。
背景技术：2.在桥梁、隧道、铁路、机场和地下矿井等大型设施建设和大型工业生产设备安装过程中，需对地基和设备的水平度进行测量，以及对煤矿采空沉降区、隧洞和桥梁变形测量，为保证测量数据精确可靠，都需要将测量仪器调节到水平姿态。
3.发明人发现，目前市场上的云台多为用于摄像头、探照灯和清洗水枪等调整偏航角和俯仰角的云台，具有自动调平功能和一定负载能力的云台很少，测量人员在测量之前仍使用传统的气泡式水平仪或电子式水平仪对测量仪器安装支架进行人工调平，浪费了大量时间且调平精度不高。
技术实现要素：4.本发明为了解决上述问题，提出了一种全自动调平电动云台及其控制方法，涉及一种具有俯仰和侧摆两个自由度且自动调整末端平台至水平姿态的电动云台，安装有高精度倾角传感器、伺服电机和精密谐波减速器等，是具有自动调平功能的两自由度电动云台。
5.为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种全自动调平电动云台，采用如下技术方案：
6.一种全自动调平电动云台，包括：
7.底座；
8.俯仰电机部件，固定到所述底座上；
9.侧摆电机部件，固定在所述底座上，所述侧摆电机部件的转子轴与所述俯仰电机部件的转子轴垂直；
10.球笼，包括与所述侧摆电机部件连接的球笼内轴，以及与所述球笼内轴配合的球笼外壳；所述球笼外壳通过轴承连接有俯仰转动架，所述俯仰转动架与所述俯仰电机部件连接；
11.末端平台，固定在所述球笼外壳上。
12.进一步的，所述俯仰电机部件包括第一转子轴，所述第一转子轴上设置有第一编码器磁环。
13.进一步的，所述俯仰电机部件包括第一电机转子轴、第一谐波减速器和第一电机后盖；所述第一编码器磁环固定在所述第一电机转子轴尾部开设的内孔内，所述第一电机后盖内侧安装有第一编码器读数板。
14.进一步的，轴承的内圈通过轴承内盖固定在所述球笼外壳的端部，所述俯仰转动架通过轴承外盖固定在轴承的外圈上，轴承为交叉滚子轴承或四点接触球承轴；所述俯仰转动架与所述第一谐波减速器固定连接。
15.进一步的，所述侧摆电机部件包括第二转子轴，所述第二转子轴上设置有第二编
码器磁环。
16.进一步的，所述侧摆电机部件包括第二电机转子轴、第二谐波减速器和第二电机后盖；所述第二编码器磁环固定在所述第二电机转子轴尾部开设的内孔内，所述第二电机后盖内侧安装有第二编码器读数板。
17.进一步的，所述球笼内轴通过法兰与所述第二谐波减速器固定连接。
18.进一步的，所述球笼外壳上还设置有倾角传感器。
19.进一步的，所述球笼部件包括球笼外壳、滚动体组件和球笼内轴；所述球笼外壳的腔体为内球面，且内球面上设置有多个球形滚动体滚道，所述滚动体组件由保持架和球形滚动体组成；所述球笼内轴一端为球体，球体外表面上设置有多个球形滚动体滚道，所述球笼外壳通过滚动体组件与球笼内轴连接，所述滚动体组件中的球形滚动体在所述球笼内轴的球体外滚道和所述球笼外壳的内球面滚道内。
20.为了实现上述目的，第二方面，本发明还提供了一种全自动调平电动云台控制方法，采用如下技术方案：
21.一种全自动调平电动云台控制方案，采用了如第一方面中所述的全自动调平电动云台，包括：通过所述俯仰电机部件调节所述末端平台的俯仰角度，通过所述侧摆电机部件调节所述末端平台的侧摆角度。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
23.1、本发明通过在底座上设置俯仰电机部件和侧摆电机部件，并且通过球笼将俯仰电机部件和侧摆电机部件与末端平台进行连接，调节时，可以通过俯仰电机部件和侧摆电机部件实现对末端平台的俯仰和侧摆角度的调节，从而实现云台的自动调平功能；同时，通过球笼将俯仰电机部件和侧摆电机部件与末端平台进行连接的方式，可以使得云台整体结构实现紧凑的目的；
24.2、本发明中在云台末端平台上安装了高精度倾角传感器，可测量云台放置后末端平台的俯仰角和侧倾角，并由云台控制器和电机伺服驱动器控制俯仰电机部件和侧摆电机部件自动调平，降低了对工作环境的要求；
25.3、本发明中云台驱动电机、伺服驱动器和控制器均布置在底座壳体内，所有线缆全部固定，解决了传统电动云台工作时因线缆摆动引起的缠绕和疲劳破损问题，提高了云台的可靠性。
附图说明
26.构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
27.图1是本发明的实施例1的外部结构示意图；
28.图2是本发明的实施例1的详细结构示意图；
29.图3是本发明的实施例1的球笼结构分解图；
30.图4是本发明的实施例1的控制系统方框图；
31.其中：1、底座；101、接插件；102、底座壳体；103、底座上盖；104、云台控制器；105、第一电机伺服驱动器；106、第二电机伺服驱动器；2、俯仰电机部件；201、第一电机后盖；202、第一编码器读数板；203、第一编码器磁环；204、第一轴承；205、第一电机后支撑架；
206、第一电机转子轴；207、第一电机转子磁钢组件；208、第一电机定子；209、第一电机壳体；210、第二轴承；211第一谐波减速器；3、侧摆电机部件；301、第二谐波减速器；302、第二电机壳体；303、第二电机定子；304、第二电机后支撑架；305、第二编码器磁环；306、第二编码器读数板；307、第二电机后盖；308、第三轴承；309、第二电机转子轴；310、第二电机转子磁钢组件；311、第四轴承；4、球笼部件；401、俯仰转动架；402轴承外压盖；403、球笼外壳；404、滚动体组件；405、球笼内轴；406、轴承内压盖；407、第五轴承；5、倾角传感器；6、末端平台。
具体实施方式：
32.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
33.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
34.实施例1：
35.如图1所示，本实施例提供了一种全自动调平电动云台，包括底座1、俯仰电机部件2、侧摆电机部件3、球笼部件4、倾角传感器5和末端平台6。
36.如图2所示，所述底座1包括底座壳体102，安装在所述底座壳体102侧臂上的接插件101，固定在所述底座壳体102底板的云台控制器104、第一电机伺服驱动器105、第二电机伺服驱动器106和底座盖103。
37.所述俯仰电机部件2主要包括第一电机壳体209、第一电机定子208、第一电机转子轴206、第一编码器磁环203、第一编码器读数板202和第一谐波减速器211；所述第一电机壳体209用螺钉固定在所述底座上盖103上，所述第一电机定子208安装在所述第一电机壳体209内部，并用所述第一电机后支撑架205压紧固定，第一电机转子磁钢组件207采用柱面胶固定在所述第一电机转子轴206上，所述第一电机转子轴206通过第一轴承204和第二轴承210固定在所述第一电机壳体209和第一电机后支撑架205内，第一电机后盖201用螺钉安装在第一电机后支撑架205上，所述第一编码器磁环203采用柱面胶固定在所述第一电机转子轴206尾部内孔内，所述第一电机后盖201内侧安装有所述第一编码器读数板202，所述第一编码器磁环203和所述第一编码器读数板202配合使用检测所述第一电机转子轴206的角位移，并反馈给所述第一电机伺服驱动器105用以对云台俯仰电机进行伺服控制，所述第一谐波减速器211的钢圈用螺钉安装在所述第一电机壳体209前端，所述第一谐波减速器211的波发生器用螺钉连接在所述第一电机转子轴206的前端。
38.所述侧摆电机部件3主要包括第二电机壳体302、第二电机定子303、第二电机转子轴309、第二编码器磁环305、第二编码器读数板306和第二谐波减速器301；所述第二电机壳体302用螺钉固定在所述底座上盖103上，所述第二电机定子303安装在所述第二电机壳体302内部，并用第二电机后支撑架304压紧固定，第二电机转子磁钢组件310采用柱面胶固定在第二电机转子轴309上，所述第二电机转子轴309通过第三轴承308和第四轴承311固定在所述第二电机壳体302和第二电机后支撑架304内，第二电机后盖307用螺钉安装在所述第二电机后支撑架304上，所述第二编码器磁环305采用柱面胶固定在所述第二电机转子轴309尾部内孔内，所述第二电机后盖307内侧安装有所述第二编码器读数板306，所述第二编
码器磁环305和所述第二编码器读数板306配合使用检测所述第二电机转子轴309的角位移，并反馈给所述第二电机伺服驱动器106用以对云台侧摆电机进行伺服控制，所述第二谐波减速器301的钢圈用螺钉安装在所述第二电机壳体302前端，所述第二谐波减速器301的波发生器用螺钉连接在所述第二电机转子轴309的前端。
39.如图2和图3所示，所述球笼部件4主要包括俯仰转动架401、球笼外壳403、滚动体组件404、球笼内轴405和第五轴承407；所述球笼外壳403的腔体为内球面，且内球面上设置有4个球形滚动体滚道，所述滚动体组件404由保持架和球形滚动体组成，球笼内轴一端为球体，其外表面上设置有4个球形滚动体滚道，所述球笼内轴405的法兰端用螺钉固定在所述第二谐波减速器301的输出法兰上，且必须保证球心位于所述第二谐波减速器301输出法兰的轴线上，所述球笼外壳403通过所述滚动体组件404与所述球笼内轴405连接，所述滚动体组件404中的球形滚动体可在所述球笼内轴405的球体外滚道和所述球笼外壳403的内球面滚道内任意滚动，从而允许所述球笼外壳403的轴线相对所述球笼内轴405的轴线绕球笼球心任意方向倾斜并等速转动，所述第五轴承407的内圈通过轴承内盖406固定在所述球笼外壳403的端部，所述俯仰转动架401通过轴承外盖402固定在所述第五轴承407的外圈上，所述第五轴承407须为交叉滚子轴承或四点接触球承轴，所述俯仰转动架401的法兰端用螺钉固定在所述第一谐波减速器211的输出法兰上，安装时必须保证第一谐波减速器211的轴线通过球笼球心。
40.倾角传感器5和末端平台6均安装在所述球笼外壳403一侧的平面上，所述第一电机转子轴206转动时，大减速比的所述第一谐波减速器211降低其转速并放大输出力矩，通过安装在所述第一谐波减速器211输出法兰上的所述俯仰转动架401和所述第五轴承407驱动所述球笼外壳403和所述末端平台6进行俯仰运动，所述第二电机转子轴309转动时，大减速比的所述第二谐波减速器301降低其转速并放大输出力矩，通过安装在所述第二谐波减速器301输出法兰上的所述球笼内轴405和所述滚动体组件404驱动所述球笼外壳403和所述末端平台6进行侧摆运动。
41.上述全自动调平电动云台的控制框图如图4所示，其工作过程如下：
42.将云台放置在工作位置并开启自动调平功能后，所述倾角传感器5检测所述末端平台6的实际俯仰角θ1和实际侧摆角θ2并反馈给所述云台控制器104，默认情况下要求所述末端平台6的理想俯仰角θ
d1
和理想侧摆角θ
d2
均为0，也可根据实际需要设置为其他数值，所述云台控制器104计算所述末端平台6的实际俯仰角θ1和实际侧摆角θ2与理想俯仰角θ
d1
和理想侧摆角θ
d2
的偏差δθ1和δθ2，并分别乘以所述第一谐波减速器211的传动比i1和第二谐波减速器的传动比i2后发送给所述俯仰电机部件2和所述侧摆电机部件3对所述末端平台6的姿态进行调整，直至偏差δθ1和δθ2减小为0。
43.实施例2：
44.本实施例提供了一种全自动调平电动云台控制方案，采用了如实施例1中所述的全自动调平电动云台，包括：通过所述俯仰电机部件2调节所述末端平台6的俯仰角度，通过所述侧摆电机部件3调节所述末端平台6的侧摆角度。
45.以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。
技术特征：1.一种全自动调平电动云台，其特征在于，包括：底座；俯仰电机部件，固定到所述底座上；侧摆电机部件，固定在所述底座上，所述侧摆电机部件的转子轴与所述俯仰电机部件的转子轴垂直；球笼，包括与所述侧摆电机部件连接的球笼内轴，以及与所述球笼内轴配合的球笼外壳；所述球笼外壳通过轴承连接有俯仰转动架，所述俯仰转动架与所述俯仰电机部件连接；末端平台，固定在所述球笼外壳上。2.如权利要求1所述的一种全自动调平电动云台，其特征在于，所述俯仰电机部件包括第一转子轴，所述第一转子轴上设置有第一编码器磁环。3.如权利要求2所述的一种全自动调平电动云台，其特征在于，所述俯仰电机部件包括第一电机转子轴、第一谐波减速器和第一电机后盖；所述第一编码器磁环固定在所述第一电机转子轴尾部开设的内孔内，所述第一电机后盖内侧安装有第一编码器读数板。4.如权利要求3所述的一种全自动调平电动云台，其特征在于，轴承的内圈通过轴承内盖固定在所述球笼外壳的端部，所述俯仰转动架通过轴承外盖固定在轴承的外圈上，轴承为交叉滚子轴承或四点接触球承轴；所述俯仰转动架与所述第一谐波减速器固定连接。5.如权利要求1所述的一种全自动调平电动云台，其特征在于，所述侧摆电机部件包括第二转子轴，所述第二转子轴上设置有第二编码器磁环。6.如权利要求5所述的一种全自动调平电动云台，其特征在于，所述侧摆电机部件包括第二电机转子轴、第二谐波减速器和第二电机后盖；所述第二编码器磁环固定在所述第二电机转子轴尾部开设的内孔内，所述第二电机后盖内侧安装有第二编码器读数板。7.如权利要求6所述的一种全自动调平电动云台，其特征在于，所述球笼内轴通过法兰与所述第二谐波减速器固定连接。8.如权利要求1所述的一种全自动调平电动云台，其特征在于，所述球笼外壳上还设置有倾角传感器。9.如权利要求1所述的一种全自动调平电动云台，其特征在于，所述球笼部件包括球笼外壳、滚动体组件和球笼内轴；所述球笼外壳的腔体为内球面，且内球面上设置有多个球形滚动体滚道，所述滚动体组件由保持架和球形滚动体组成；所述球笼内轴一端为球体，球体外表面上设置有多个球形滚动体滚道，所述球笼外壳通过滚动体组件与球笼内轴连接，所述滚动体组件中的球形滚动体在所述球笼内轴的球体外滚道和所述球笼外壳的内球面滚道内。10.一种全自动调平电动云台控制方案，其特征在于，采用了如权利要求1-9任一项所述的全自动调平电动云台，包括：通过所述俯仰电机部件调节所述末端平台的俯仰角度，通过所述侧摆电机部件调节所述末端平台的侧摆角度。
技术总结本发明属于云台技术领域，提出了一种全自动调平电动云台及其控制方法，包括：底座；俯仰电机部件，固定到底座上；侧摆电机部件，固定在底座上，侧摆电机部件的转子轴与俯仰电机部件的转子轴垂直；球笼，包括与侧摆电机部件连接的球笼内轴，以及与球笼内轴配合的球笼外壳；球笼外壳通过轴承连接有俯仰转动架，俯仰转动架与俯仰电机部件连接；末端平台，固定在球笼外壳上；本发明通过在底座上设置俯仰电机部件和侧摆电机部件，并且通过球笼将俯仰电机部件和侧摆电机部件与末端平台进行连接，调节时，可以通过俯仰电机部件和侧摆电机部件实现对末端平台的俯仰和侧摆角度的调节，从而实现云台的自动调平功能。台的自动调平功能。台的自动调平功能。
技术研发人员：范永 荣启正 雒瑞民 王一慧
受保护的技术使用者：山东优宝特智能机器人有限公司
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1
