[发明专利]一种二自由度旋转云台

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于微型负载的旋转云台，尤其涉及一种基于二自由度超声电机驱动的二自由度旋转云台，属于精密驱动技术领域。

背景技术

当前的视频监控领域，通常将摄像机等监控设备安装于云台，采用电控云台实现监控设备在一定区域内的监控。云台在监控过程中起到固定和安装支撑摄像机的作用，旋转云台可以扩大监控设备的监视范围，适用于大范围全景观察和对监控目标的定位。现有技术中的云台驱动通常采用仅提供单自由度运动的电磁电机作为驱动源，而在多自由度运动的云台中，通常需要采用多个单自由度运动的电机协同工作。现有技术中的云台所采用的电磁电机在工作中容易受到电磁干扰、响应速度慢、体积大，加之现有技术中的云台为了实现多自由度运动还需要引入复杂的齿轮减速传动装置及执行机构。故现有技术中的云台存在结构复杂，定位精度低、响应速度慢和复杂运动协调性差的缺陷。

针对现有技术中的云台所存在的上述问题，公告号为101202519A，名称为《二自由度超声电机》的发明专利申请中公开了一种二自由度超声电机，其特征在于：所述的二自由度超声电机采用具有逆压电效应的压电陶瓷组作为驱动源，所述的压电陶瓷组仅粘贴于超声电机的四个矩形柱腿的外侧，通过控制压电陶瓷组所施加的电压从而带动弹性振子基体的振动，使弹性振子基体在超声频段产生微幅机械振动，并通过定子和转子之间的摩擦作用，将定子的微观振动转换成转子的宏观旋转运动，从而实现超声电机的多自由度的运动。该种超声电机具有体积小、推力大、重量轻、精度高、响应快等特点，但是该种超声电机仅在四个矩形柱腿的外侧贴有压电陶瓷组，电机持久工作时压电陶瓷组会产生大量的热量导致压电陶瓷坏损，致使超声电机的使用寿命大大的减短，从而影响云台的后续工作。

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种可实现二自由度旋转的云台，该云台主要基于一个二自由度超声电机，该二自由度超声电机起到驱动定位作用，实现高精度、快速响应和高协调性的目标监控定位。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的二自由度旋转云台包括基座组件、振子组件、支架组件和负载台，所述的基座组件包括底座、弹性垫片、工作台和预紧螺钉，所述的工作台上端设有一球形内凹面，所述的弹性垫片设于底座与工作台之间，所述的预紧螺钉装配于底座中心设有的螺纹孔内，其上表面与工作台的下表面相接触；所述的振子组件包括振子基体和压电陶瓷组，所述的振子基体呈宝塔形，其驱动头作用于所述的工作台设有的球形内凹面，所述的压电陶瓷组包括第一压电陶瓷组及第二压电陶瓷组，其中第一压电陶瓷组粘贴于振子基体柱腿的外侧，第二压电陶瓷组粘贴于振子基体柱腿的内侧；所述的支架组件为振子组件提供支持，其包括夹板、第一环框架、第二环框架和支柱，所述的支架组件为振子组件提供支持，其包括夹板、第一环框架、第二环框架和支柱，所述的夹板中心孔周围均匀分布有4个定位安装孔，所述的夹板通过螺栓将振子基体固定于所述的定位安装孔内，所述的第二环框架设有第二通孔，所述的夹板的第一旋转轴装配于第二环框架设有的第二通孔内，所述的第一环框架设有第一通孔，所述的第二环框架的第二旋转轴装配于第一环框架的第一通孔内，所述的第一环框架通过支柱固定于底座；所述的负载台中心孔周围对称设有一组凸出轴，所述的凸出轴穿过夹板的安装孔以螺栓方式固连。

更进一步地，所述的振子基体由四个矩形柱腿及一个驱动头构成，所述的四个矩形柱腿自驱动头的一侧延伸，所述的各矩形柱腿的外侧及内侧均粘贴有压电陶瓷片。

更进一步地，所述的夹板设置于振子基体的四条柱腿处于工作模态下的弯振节点处。这样设置的原因主要是振子受激励信号作用时会处于弯曲振动模态，夹板的安装会影响振子的刚度从而影响工作模态，安装于弯振节点的话能尽量减小对正常工作的影响。

更进一步地，所述的工作台的球形内凹面的球心位于夹板的第一旋转轴和第二环框架的第二旋转轴的交点。

所述的夹板除起到支撑作用外，还起到相当于定位和旋转导向的作用。所述夹板的第一旋转轴和第二环框架的第二旋转轴即为本发明云台的两个旋转轴，当超声电机激励出绕x轴运动时，电机和负载台一起因夹板的第一旋转轴在第二环框架的通孔内的旋转来进行运动；当超声电机激励出绕y轴的运动时，电机、夹板和负载台一起因第二环框架的第二旋转轴在第一环框架通孔内的旋转来进行运动。

所述的振子组件和工作台在装配时预设有一定大小的预紧压力，其预紧压力通过旋转预紧螺钉在底座设有的螺纹孔内的深度及弹性垫片的厚度进行调整。

有益效果