仿真式多自由度云台结构设计.rar（V9.1）㊣精品文档值得下载

室外云台除有防雨装置外，还有防冻加温装置。

为适应安装不同的摄象机及防护罩，云台的承重应是不同的。

因而应根据选用的摄象机及防护罩的总重量来选用合适承过在控制室操作控制器，将控制电压通过多芯电缆直接加到云台内的步进电机上，或者通过通信电缆控制远端的解仿真，自由度，结构设计，毕业设计，全套，图纸摘要本次毕业设计是设计闭路电视监控系统中的前端设备数控云台，此设计根据数控云台的工作环境机械指标设计参数和主要技术要求，采用室内智能球型云台。

球型外壳能减少灰尘及各种干扰，日常维护方便，可达到隐蔽监视的目的，云台在水平方向可连续无级变速扫描，并设有设置摄像点的功能。

本设计介绍了数控云台的传动原理结构特点和功能，并对步进电机的特点作了简单的介绍。

关键词闭路电视系统数控云台步进电机随着科学技术的不断发展，人们已经不满足于电话通信，对信息传输的要求，不但要求听到对方的声音，更希望看到对方的形象，而且还要看到对方活动的现场。

黑白图像早己不能满足人们的要求，人们希望看到的是对方的彩色图像。

监控电视主要是对机要部门商场货场生产等部门的监视控制和报警。

最简单地监控系统是由架摄像机和台监视器，中间馈线连接而组成。

般的监控系统都是比较复杂的。

它可以完成的功能也是比较多的。

目前，图像通信与监控系统已逐渐普及到了文化教育工农业生产交通运输管理医疗卫生水下作业铁路现场公安系统等国民经济的各个部门。

由于图像通信与监控系统，具有形象直观安全可靠，效率高等系列优点，它在我国现代化建设中，特别在通信现代化，管理现代化中无疑将会日益发挥重要作用。

第章绪论云台是承载摄象机进行水平和垂直两个方向转动的装置。

云台内装两个电动机。

这两个电动机个负责水平方向的转动，另个负责垂直方向的转动。

水平转动的角度般。

，垂直转动则有土。

，土。

土。

等等。

水平及垂直转动的角度大小可通过限位开关进行调整。

云台的分类大致分为室内用云台及室外用云台。

室内用云台承重小，没有防雨装置。

室外用云台承重大，有防雨装置。

有些高档的室外云台除有防雨装置外，还有防冻加温装置。

为适应安装不同的摄象机及防护罩，云台的承重应是不同的。

因而应根据选用的摄象机及防护罩的总重量来选用合适承重的云台。

室内云台的承重量较小，云台的体积和自重也较小。

室外用云台因为肯定要在它的上面安装带有防护罩往往还是全天候防护罩的摄象机，所以承重量都较大。

它的体积和自重也较大。

目前出厂的室内云台承重量大约左右。

室外用云台承重量大约左右。

还有些云台是微型云台，比如与摄象机起安装在半球型防护罩内或全天候防护罩内的云台。

般的云台均属于有线控制的数控云台。

云台的转动是通过在控制室操作控制器，将控制电压通过多芯电缆直接加到云台内的步进电机上，或者通过通信电缆控制远端的解码器，再又解码器经局部多芯电缆将电压加到云台内的电动机上，从而实现云台的旋转。

还有的云台内装继电器等控制电路，这样的云台往往有六个控制输入端。

个是电源的公共端，另四个是上下左右端。

还有个则是自动转动端。

当电源的端接在公共端后，电源另端接在“自动”端后，云台将带动摄象机头按定的转动速度进行上下左右的自动转动。

在电源供电电压方面，目前常见的有交流和两种。

云台的耗电功率般是承重量小的功耗小，承重量大的功耗大。

目前，还有直流供电的室内用小型云台，可在其内部安装电池，并用红外遥控器进行遥控。

目前大多数云台仍采用有线遥控方式。

云台的安装位置距控制中心较近，且数量不多时，般采用从控制台直接输出控制信号进行控制。

而当云台的安装位置距离控制中心较远且数量较多时，往往采用总线方式传送编码的控制信号并通过终端解码解出控制信号再去控制云台的转动。

第二章产品的技术指标和技术参数第节数控云台的技术指标云台的设计参数和技术指标控制轴两旋转轴，点位控制，水平轴，垂直轴行程轴，轴，速度轴，轴供电或负载脉冲当量度脉冲第二节可行性论证及技术经济分析智能高速球云台的优点普通云台的监视范围有限，在云台的正下方存在死点，而智能高速球云台在水平方向上可以连续度无级变速扫描，不存在任何死点。

普通云台多为匀速云台，只能以左右的固定速度进行扫描，无法应付突发事件的发生。

而智能高速球云台可以在度的可变速搜索目标。

普通云台过于暴露，往往给被监视者以反感，且使人轻而易举得发现当前摄象机的位置而智能高速球云台采用的是球型液态金属镀膜单反防护罩，使人根本看不到里面的摄象机，它既隐藏了摄象机，又具有极好的装饰效果，特别适合银行机场商店广场等隐蔽性的监视和跟踪。

普通云台通常没有预置摄象点的功能，而智能高速球云台则可以有预置摄象点。

综上所述，球型云台比普通云台更有使用价值！第三章云台总体方案的设计第节云台设计方案的提出初步确定水平轴和垂直轴分别使用反应式步进电机作驱动源，并利用齿轮减速机构，以细分步进电机的步距角。

垂直转动轴与齿轮的连接是用对背靠背的角接触球轴承，水平转动轴是用与支架连滑动轴承接。

分别用水平支架和垂直支架支承摄象机。

外部采用吊装支承，外型仿效球型云台的设计。

第二节云台设计方案的论述步进电机是机电体化产品中的关键组件之，是种性能良好的数字化执行元件。

其特点是输入个脉冲就转动步，即转子转过个相应的步距角。

实际上，驱动步进电机的开关是晶体管，开关信号由数字集成电路或微机产生。

通过前面的介绍可以看到，步进电机是种把开关激励的变化变换成为梢确的转子位置增量运动的执行机构。

与能够实现类似功能的其他部件相比，使用步进电机的控制系统有下面几个明显的优点通常不需要反馈就能对位置或速度进行控制。

位置误差不会积累。

与数字设备兼容。

步进电机的品种规格很多，按照它们的结构和工作原理可以划分为磁阻式也称反应式或变磁阻式电机混合式电机永磁式电机和特种电机等四种主要型式。

反应式步进电动机由于其结构简单和经久耐用，所以是目前应用最普及的种步进电动机。

这种电动机按变磁阻原理工作，于是有的国家又称之为变磁阻步进电动机。

其优点是力矩惯性比高步进频率高，频率响应快不通电时转子能自由转动机械结构简单寿命长能双向旋转有适量阻尼正常电机无失步区。

缺点是不通电时无定位力矩每步有振荡和过冲。

永磁式步进电动机特点功耗较小，在断电时仍有定位转矩，但是步距角大，需供给正负脉冲电源，启动和运行频率较低。

混合式电机特点转矩大，步距角小，运行频率高，功耗低及有自锁功能，但需有正负电脉冲供电，结构复杂，价格高。

比较以上各种电机，决定选择反应式步进电机作为驱动摄象机的动力源。

摄象机的脉冲当量等于步进电动机的步距角除以传动比，为使摄象机达到较小的脉冲当量，利用齿轮减速机构，细分步距角以达到目的，同时降低驱动齿轮的转速，提高转矩。

垂直轴上的对轴承主要用于承受轴向力水平轴采用滑动轴承，可以减小径向空间尺寸。

整个云台采用吊装球型设计，其优点如下最大限度地减少灰尘和外来的干扰，使云台寿命大大延长，也使系统的可靠性进步提高。

球型防护罩采用内侧单面镀膜工艺，有利于隐蔽监视。

防护罩表面进行防静电处理，可以防止灰尘吸附，日常维护简单防护罩降低了云台的转动噪音。

第四章机械部分的设计第节步进电机的选用步进电机的选用主要考虑三个问题步距角要满足系统脉冲当量的要求满足最大静转矩的要求启动转矩与启动频率工作运行转矩与运行频率必须满足所选电机型号相对应的启动矩频特性和工作矩频特性。

垂直轴步进电机的选择设计参数和技术要求行程，最大速度。

计算负载转矩其中为垂直方向上的转矩为惯性转矩为重力方向上的转矩为摩擦力产生的转矩步进电机的速度控制，实际上就是控制系统发出时钟脉冲的频率或者换相的周期。

步进电机的加减速控制，对于点位控制系统，从起点到终点的运行速度都有定的要求。

对于云台在点位控制过程中，运行速度都需要有个加速恒速减速低恒速停止过程并要求加减速过程时间尽量短，而恒速时间尽量长。

本设计中，近似认为地认为升速规律按直线规律升速实际上按指数规律升速，设定从静止升到用。

角加速度考虑支架等附件的重量，取摄像机及其框架在垂直转动时的转动惯量为所以本设计中，将转动中心定于重心附近，即重心产生的转矩可忽略不计，即难以计算，可将乘以个修正系数后，得到，取修正系数为则将负载转矩折算到步进电机的主轴上根据其中折算到电机轴上的力矩最大静转矩即步进电机的最高运行频率取脉冲当量为脉冲最高运行速度所以因此，从步进电机步距角考虑，在方向上选用反应式步进电机二水平轴步进电机的选择设计参数和技术要求行程最高速度计算负载转矩其中为水平方向上的转矩为惯性转矩为摩擦力产生的转矩同前述道理，设定摄像机从静止升到最高速用角加速度将水平移动部分看成为矩形实体，其中即水平移动的总体转动惯量为所以难以计算，可将乘以个修正系数后，得到，由于采用的是滚动轴承，摩擦系数远小于滑动轴承，所以选修正为折算到电机轴上所以步进电机的最高运行频率取脉冲当量为脉冲最高运行速度所以综上计算，并考虑步进电机的步距角，选用反应式步进电机。

第二节减速机构传动系统设计垂直轴减速齿轮机构设计初步拟定已知条件，工作寿命为年每天工作小时，年工作天以下计算过程选自机械设计选定齿轮类型精度材料及齿数按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动考虑该减速器传动功率不大，所以大小齿轮都选用软齿面，由表选大小齿轮材料为号钢，经常化处理，齿面硬度为选取精度等级选度等级选小齿轮齿数，大齿轮齿数所以大小齿轮分度圆直径分别为，按齿根弯曲疲劳强度校核校核公式为计算载荷系数其中为使用系数为动载系数为齿间载荷分配系数为齿向载荷分布系数由表查得因为，所以而且属于级精度，由图查的因为，所以齿宽系数由表可查的由表可查的，由图可查的所以计算齿形系数及应力校正系数由表可查的所以而计算应力系数由图可查的弯曲疲劳寿命系数为按硬度中间值，由图可查的取安全系数，所以取中最大值，即取中最小值，即很明显，满足要求，满足要求按齿面接触疲劳强度校核大小齿轮都是锻钢，由表可查的材料的弹性影响系数为载荷系数所以计算接触疲劳许用应力由于工作应力循环次数，所以由图，可得不允许出现点蚀由硬度中间值，图可得大小齿轮的接触疲劳强度极限为取安全系数，则取最小值即，很明显，安全因为，所以也满足要求因为垂直轴的运动范围是，所以该减速机构中大齿轮定为齿扇结构，角度为二水平轴减速齿轮机构设计初步拟定已知条件，工作寿命为年每天工作小时，年工作天选定齿轮类型精度材料及齿数按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动考虑该减速器传动功率不大，所以大小齿轮都选用软齿面，由表选大小齿轮材料为号钢，经常化处理，齿面硬度为选取精度等级选度等级选小齿轮齿数，大齿轮齿数