一种用于无人机载吊舱的高精度小型伺服转台

摘要

本发明公开了一种用于无人机载吊舱的高精度小型伺服转台，涉及无人机技术领域。包括固定座、旋转座和吊舱，所述固定座通过方位角度调节机构与旋转座传动连接，所述旋转座通过俯仰角度调节机构与旋转座传动连接；还包括伺服控制器、方位编码器、俯仰编码器、方位驱动器、俯仰驱动器、电源模块和主控单元，本发明的一种用于无人机载吊舱的高精度小型伺服转台通过速度环和位置环完成对方位角度调节机构和俯仰角度调节机构的伺服电机的控制，具有响应快和控制精度高的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种用于无人机载吊舱的高精度小型伺服转台。

背景技术

随着科技的发展，无人机已广泛应用于各个领域，针对应用场景，配备各类型的吊舱，吊舱的核心部分是伺服转台。随着对目标的精确捕获及跟踪，各类吊舱的伺服转台朝向小型化、高精度等特点方向发展。

现有技术的无人机载吊舱伺服转台采用速度环控制，通过人工手动操纵摇杆发送速度指令至吊舱伺服转台，控制吊舱伺服转台按照相应速度旋转，带动吊舱跟踪目标，这种方式操作复杂，不仅跟踪精度低，且转动范围小。针对高精度跟踪应用场景及对吊舱重量体积要求严苛的无人机载系统就不能使用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种用于无人机载吊舱的高精度小型伺服转台，以解决现有的无人机载吊舱的伺服转台转动范围小和跟踪精度低的问题。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于无人机载吊舱的高精度小型伺服转台，包括固定座、旋转座和吊舱，所述固定座通过方位角度调节机构与旋转座传动连接，所述旋转座通过俯仰角度调节机构与旋转座传动连接；

还包括伺服控制器、方位编码器、俯仰编码器、方位驱动器、俯仰驱动器、电源模块和主控单元，其中，

所述方位驱动器用于驱使方位角度调节机构运动和接收方位角度调节机构的第一速度反馈信息；

所述俯仰驱动器用于驱使俯仰角度调节机构运动和接收俯仰角度调节机构的第二速度反馈信息；

所述方位编码器用于获取旋转座的第一位置信息；

所述俯仰编码器用于获取吊舱的第二位置信息；

所述主控单元用于将运动数据发送至伺服控制器；

所述伺服控制器用于与主控单元通信，接收动作数据，并将运动数据解析后发送动作指令至方位驱动器和俯仰驱动器，所述伺服控制器还用于接收第一速度反馈信息、第二速度反馈信息、第一位置信息和第二位置信息，并根据第一反馈信息和第二速度反馈信息完成方位角度调节机构和俯仰角度调节机构的速度环控制，并根据第一位置信息和第二位置信息完成方位角度调节机构和俯仰角度调节机构的位置环控制。

优选地，所述方位角度调节机构包括安装座和第一伺服电机，所述安装座固定于固定座内，所述安装座上设置有第一轴承，所述第一轴承的外圈与安装座连接，所述第一轴承的内圈与旋转座连接，所述第一轴承的内圈连接有第一从动齿轮，所述第一从动齿轮与方位编码器连接，所述第一伺服电机的输出端连接有第一主动齿轮，所述第一主动齿轮和第一从动齿轮啮合。

优选地，所述方位调节结构还包括旋转关节，所述旋转关节的定子与固定座连接，所述旋转关节的转子与旋转座连接。

优选地，所述俯仰角度调节机构包括第二伺服电机，所述第二伺服电机的输出端连接有第二主动齿轮，所述吊舱的两侧均通过转动轴与旋转座转动连接，其中一根所述转动轴上连接有第二从动齿轮器，且该所述转动轴与俯仰编码器的转子连接，所述第二主动齿轮和第二从动齿轮啮合。

优选地，所述第二从动齿轮为扇形齿轮。

优选地，所述旋转轴的两端均设置有定位轴肩，所述定位轴肩通过第二轴承与旋转座转动连接，所述定位轴肩上设置有螺纹挡圈，所述螺纹挡圈配合有锁紧螺母。

优选地，所述方位编码器和俯仰编码器均采用光电编码器。

优选地，所述第一轴承为交叉辊子轴承。

本发明的有益效果集中体现在：

1.本发明的一种用于无人机载吊舱的高精度小型伺服转台通过速度环和位置环完成对方位角度调节机构和俯仰角度调节机构的伺服电机的控制，具有响应快和控制精度高的优点。

2.本发明的一种用于无人机载吊舱的高精度小型伺服转台的方位编码器和俯仰编码器分别用于获取第一从动齿轮和第二从动齿轮的转动角度信息，可实时准确的反馈旋转座的方位转动角度和吊舱的俯仰转动角度，通过位置环进行大闭环，保证了目标跟踪的精度。

附图说明

图1为本发明的一种原理框图；

图2为本发明的一种结构示意图；

图3为本发明的另一种结构示意图；

附图中，1、固定座；2、旋转座；3、吊舱；5、方位编码器；6、俯仰编码器；7、安装座；8、第一伺服电机；9、第一轴承；10、第一从动齿轮；12、第一主动齿轮；13、旋转关节；14、第二伺服电机；15、第二主动齿轮；16、转动轴；18、第二从动齿轮；19、外罩。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

一种用于无人机载吊舱的高精度小型伺服转台，包括固定座1、旋转座2和吊舱3，固定座1通过方位角度调节机构与旋转座2传动连接，旋转座2通过俯仰角度调节机构与旋转座2传动连接；

还包括伺服控制器、方位编码器5、俯仰编码器6、方位驱动器、俯仰驱动器、电源模块和主控单元，其中，

方位驱动器用于驱使方位角度调节机构运动和接收方位角度调节机构的第一速度反馈信息；

俯仰驱动器用于驱使俯仰角度调节机构运动和接收俯仰角度调节机构的第二速度反馈信息；

方位编码器5用于获取旋转座2的第一位置信息；

俯仰编码器6用于获取吊舱3的第二位置信息；

主控单元用于将运动数据发送至伺服控制器；

伺服控制器用于与主控单元通信，接收动作数据，并将运动数据解析后发送动作指令至方位驱动器和俯仰驱动器，伺服控制器还用于接收第一速度反馈信息、第二速度反馈信息、第一位置信息和第二位置信息，并根据第一反馈信息和第二速度反馈信息完成方位角度调节机构和俯仰角度调节机构的速度环控制，并根据第一位置信息和第二位置信息完成方位角度调节机构和俯仰角度调节机构的位置环控制。

在本实施例中，固定座1上设置有通信插座、电源插座和电源模块，其中电源模块包括电源防反接电路、二级电源滤波隔离器和储能电容，通过电源模块将外部输入电源隔离滤波后供伺服转台使用，提高了产品电磁兼容性能，隔离了外部电源对伺服转台的干扰，保证了信号的稳定性，并提供了断电后持续工作50ms对数据状态的记录保存，实现了断电后持续输出的能力。

在本实施例中，方位角度调节机构包括安装座7和第一伺服电机8，安装座7固定于固定座1内，安装座7上设置有第一轴承9，第一轴承9的外圈与安装座7连接，第一轴承9的内圈与旋转座2连接，第一轴承9的内圈连接有第一从动齿轮10，第一从动齿轮10与方位编码器5连接，第一伺服电机8的输出端连接有第一主动齿轮12，第一主动齿轮12和第一从动齿轮10啮合。

优选地，方位调节结构还包括旋转关节13，旋转关节13的定子与固定座1连接，旋转关节13的转子与旋转座2连接。

在本实施例中，俯仰角度调节机构包括第二伺服电机14，第二伺服电机14的输出端连接有第二主动齿轮15，吊舱3的两侧均通过转动轴16与旋转座2转动连接，其中一根转动轴16上连接有第二从动齿轮18器，且该转动轴16与俯仰编码器6的转子连接，第二主动齿轮15和第二从动齿轮18啮合。

在本实施例中，伺服控制器通过CAN总线与主控单元通信，接收动作数据后，将动作数据解析为PWM波发送至方位驱动器和俯仰驱动器，方位驱动器和俯仰驱动器将PWM占空比转化为速度量，并驱动第一伺服电机8和第二伺服电机14运动；通过方位驱动器和俯仰驱动器分别接收第一伺服电机8和第二伺服电机14的第一速度反馈信息和第二速度反馈信息，第一速度反馈信息和第二速度反馈信息分别为第一伺服电机8和第二伺服电机14的转速，通过伺服控制器、方位驱动器和俯仰驱动器根据第一速度反馈信息和第二反馈信息调整第一伺服电机8和第二伺服电机14的驱动速度，完成速度环控制。

在本实施例中，方位编码器5和俯仰编码器6分别采集第一从动齿轮10和第二从动齿轮18的第一位置信息和第二位置信息，第一位置信息和第二位置信息分别为第一从动齿轮10和第二从动齿轮18的转动角度信息，即旋转座2的方位转动角度和吊舱3的俯仰转动角度，伺服控制器根据旋转座2的方位转动角度和吊舱3的俯仰转动角度与目标位置(包括旋转座2的目标位置和吊舱3的目标位置)进行比较，实现位置环控制，在进行速度和位置控制的同时，伺服控制器进行电流/转矩的控制以达到对速度和位置的相对控制。

在本实施例中，方位编码器5通过RS485与伺服控制器连接，俯仰编码器6通过RS485与伺服控制器连接。

在本实施例中，旋转座2上设置有外罩19，吊舱3和俯仰角度调节机构均位于外罩19内，以解决风力对俯仰角度调节机构和吊舱3的影响。

优选地，第二从动齿轮18为扇形齿轮。

优选地，旋转轴的两端均设置有定位轴肩，定位轴肩通过第二轴承与旋转座2转动连接，定位轴肩上设置有螺纹挡圈，螺纹挡圈配合有锁紧螺母，通过定位轴肩对旋转轴进行限位，并通过螺纹挡圈和锁紧螺母的配合，限制旋转轴的横向位移。

优选地，方位编码器5和俯仰编码器6均采用光电编码器。

优选地，第一轴承9为交叉辊子轴承，保证旋转座2的回转精度和平顺性。

需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。