二自由度锁定跟踪伺服云台 【技术领域】
本发明涉及云台系统，尤其是涉及一种二自由度锁定跟踪伺服云台。
背景技术
云台一般用来搭载摄像机，并通过对云台系统的运动控制来实现对摄像机的运动控制，同时将摄像机图像采集传输到监视器、采集卡、硬盘录像机等设备，多用于教学录制，安装于教室、会议室等场所。现有的云台系统存在智能化程度低，不能实现对目标的自动跟踪，无法满足目标自动锁定及全程教学自动跟踪录制的要求；运动控制无闭环反馈导致运动精度不足；拨码开关安装于内部主电路板上，调节不便且增加了系统运行危险性等缺陷。
【发明内容】
为了克服背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种二自由度锁定跟踪伺服云台，实现教学录制全过程中目标的自动锁定以及灵活连续平稳地对目标进行实时跟踪，同时运用光电编码器和光耦对运动信息进行闭环反馈实现云台系统高精度运动，并采用便捷的拨码调节方案和对称外形设计方案。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明包括基座，罩壳，运动控制电路，水平直流电机、水平传动结构和水平转动轴构成水平转动部件，带动机架和搭载安装摄像机的摄像机支架实现水平方向转动，垂直直流电机、垂直传动结构、垂直转动轴构成垂直转动部件，带动摄像机支架实现垂直方向转动，二者结合实现可实现摄像机支架在水平方向和垂直方向的二自由度旋转。本发明还包括在摄像机上固定安装的红外寻像锁定跟踪器，红外寻像锁定跟踪器的内部电路与水平直流电机和垂直直流电机的运动控制电路电气连接；水平光电编码器与水平直流电机同轴连接，垂直光电编码器与垂直直流电机同轴连接；水平转动轴的轴端安装有水平转动定位片，垂直转动轴的轴端安装有垂直转动定位片，槽形的水平转动检测光耦和垂直转动检测光耦固定安装于机架上，且光耦的槽形结构分别嵌于水平转动定位片和垂直转动定位片的边缘处；机架的一侧沉槽内安装有包含系统指示灯和调节系统地址、协议及波特率的拨码开关的电路板。
所述水平转动定位片的轴套一端0°～180°范围内设置挡光片。
所述垂直转动定位片的圆环一端0°～180°范围内设置挡光片。
发明具有的有益效果是：
本发明是一种集机械、电子、控制、通信于一体的二自由度锁定跟踪伺服云台，采用红外检测跟踪技术，很好地实现了教学录制的全过程中目标自动锁定以及灵活连续平稳地对目标进行实时跟踪，方便灵活、高效智能，有效地解决了目前云台系统不能目标自动锁定及全程教学自动跟踪录制的缺陷；运用光电编码器和光耦闭环反馈提高了云台的运动精度；拨码开关和指示灯电路置于云台前端面可拆装的盖板下，与主电路分离调节方便；整个系统高效智能，外形结构对称，重心分布合理。
【附图说明】
图1是本发明二自由度锁定跟踪伺服云台的等轴测结构图。
图2是本发明二自由度锁定跟踪伺服云台的水平转动定位片与水平转动检测光耦配合放大图。
图3是本发明二自由度锁定跟踪伺服云台的垂直转动定位片与垂直转动检测光耦配合放大图。
图4是本发明二自由度锁定跟踪伺服云台的外部对称结构示意图。
图5是本发明二自由度锁定跟踪伺服云台运动结构中光电编码器和光耦反馈闭环控制示意图。
图6是本发明二自由度锁定跟踪伺服云台的系统框图。
图中：1.基座，2.水平传动结构，3.拨码开关，4.系统指示灯，5.方形可拆装盖板，6.红外寻像锁定跟踪器，7.机架，8.摄像机支架，9.垂直光电编码器，10.垂直直流电机，11.垂直传动结构，12.垂直转动定位片，13.垂直转动轴，14.垂直转动检测光耦，15.水平转动检测光耦，16.水平转动定位片，17.水平转动轴，18.水平直流电机，19.水平光电编码器，20.罩壳，21.运动控制电路，22.A/D采样芯片，23.DSP图像处理芯片，24.目标转角，25.二自由度云台转角。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括基座1，罩壳20，运动控制电路21，水平直流电机18、水平传动结构2和水平转动轴17构成水平转动部件，带动机架7和搭载安装摄像机的摄像机支架8实现水平方向转动，垂直直流电机10、垂直传动结构11、垂直转动轴13构成垂直转动部件，带动摄像机支架8实现垂直方向转动，二者结合实现可实现摄像机支架8在水平方向和垂直方向的二自由度旋转。本发明还包括红外寻像锁定跟踪器6，摄像机支架8搭载摄像机时，在摄像机上固定安装的红外寻像锁定跟踪器6，红外寻像锁定跟踪器6的内部电路与水平直流电机18和垂直直流电机10的运动控制电路21电气连接；水平光电编码器19与水平直流电机18同轴连接，垂直光电编码器9与垂直直流电机10同轴连接；水平转动轴17的轴端安装有水平转动定位片16，垂直转动轴13的轴端安装有垂直转动定位片12，槽形的水平转动检测光耦15和垂直转动检测光耦14固定安装于机架7上，且光耦的槽形结构分别嵌于水平转动定位片16和垂直转动定位片12的边缘处；机架7的一侧沉槽内安装有包含系统指示灯4和调节系统地址、协议及波特率的拨码开关3的电路板，并且沉槽上覆盖有螺钉固定的方形可拆装盖板5。
如图2所示，所述水平转动定位片16的轴套一端0°180°范围内设置挡光片。
如图3所示，所述垂直转动定位片12的圆环一端0°～180°范围内设置挡光片。
如图4所示，罩壳20安装在机架7后，所述二自由度锁定跟踪伺服云台的外形以Y-Z平面为中心结构对称，达到了系统重心的合理平衡，同时提高了外形的美观程度。
如图6所示，所述的红外寻像锁定跟踪器6为图像采集处理装置，其内部电路包括A/D采集芯片22及DSP图像处理芯片23顺次通信连接，DSP图像处理芯片与云台内部的运动控制电路21通信连接。
如图1、图6所示，本发明当摄像机支架搭载摄像机时，在摄像机上固定安装红外寻像锁定跟踪器6，红外寻像锁定跟踪器6的电路与水平直流电机18和垂直直流电机10的运动控制电路21电气连接，红外寻像锁定跟踪器6随摄像机支架8和摄像机一起二自由度转动，因而红外寻像锁定跟踪器6与摄像机支架8和摄像机的运动角度是实时相同地；工作时，由目标人员携带一个红外发射器，可以发出红外信号，接着由红外寻像锁定跟踪器6检测，如果红外寻像锁定跟踪器6发现红外目标，则通过其电路A/D采样芯片22将摄取的红外视频信号处理，再由DSP图像处理芯片23计算出跟踪目标的运动速度、方向和位置信息，传给运动控制电路21，运动控制电路21驱动水平直流电机18和垂直直流电机10，实现摄像机支架8和摄像机的二自由度转动，对目标锁定跟踪。
如图1，图5所示，二自由度锁定跟踪伺服云台的运动结构中，水平光电编码器19与水平直流电机18同轴连接，垂直光电编码器9与垂直直流电机10同轴连接，水平光电编码器19和垂直光电编码器9分别实时反馈水平直流电机18和垂直直流电机10的转动信息；水平转动轴17的轴端安装有水平转动定位片16，垂直转动轴13的轴端安装有垂直转动定位片12，槽形的水平转动检测光耦15和垂直转动检测光耦14固定安装于机架7上，且光耦的槽形结构分别嵌于水平转动定位片16和垂直转动定位片12的边缘处；如图2、图3、图5所示，水平转动定位片16和垂直转动定位片12都具有非完全对称特点，即0°～180°范围内含挡光片，与光耦配合时遮挡光耦，180°～0°范围内不含挡光片，与光耦配合时不遮挡光耦，水平转动定位片16和垂直转动定位片12分别随水平转动轴17和垂直转动轴13转动时，水平转动检测光耦15和垂直转动检测光耦14将遮挡信息反馈给运动控制电路21；运动控制电路21根据以上水平光电编码器19、垂直光电编码器9、水平转动检测光耦15和垂直转动检测光耦14的反馈信息对电机转动的角度进行校正，实现二自由度云台转角25相对于目标转角24的高精度伺服控制。
如图1所示，二自由度锁定跟踪伺服云台的机架7的前端面开有沉槽，沉槽内安装包含系统指示灯4和调节系统地址、协议及波特率的拨码开关3的电路板，并且沉槽上覆盖有螺钉固定的方形可拆装盖板5，实现了系统指示灯和拨码开关所在电路与系统内部主电路板的分离，提高了调节的方便性和可靠性。4