本發(fā)明涉及用于安裝、固定例如拍攝儀器設(shè)備的裝置的領(lǐng)域，尤其涉及該領(lǐng)域中的混合型云臺(tái)。

背景技術(shù)：

云臺(tái)是安裝、固定某種儀器設(shè)備的裝置，其通常分為固定式和運(yùn)動(dòng)式兩種類型。固定式云臺(tái)可人工調(diào)整云臺(tái)設(shè)備安裝面的角度，在達(dá)到最好的工作姿態(tài)后只要鎖定調(diào)整機(jī)構(gòu)就可以了，例如照相機(jī)三角架上的手動(dòng)云臺(tái)等。運(yùn)動(dòng)式云臺(tái)則是通過(guò)外部信號(hào)進(jìn)行控制，并由云臺(tái)內(nèi)部的伺服機(jī)構(gòu)將云臺(tái)安裝平面旋轉(zhuǎn)到期望的角度。

運(yùn)動(dòng)式云臺(tái)通常又可包括機(jī)械穩(wěn)定云臺(tái)和電子穩(wěn)定云臺(tái)兩種類型。

機(jī)械穩(wěn)定云臺(tái)的內(nèi)部通常裝有高速旋轉(zhuǎn)的陀螺轉(zhuǎn)子，利用陀螺效應(yīng)、即陀螺的定軸性使陀螺的旋轉(zhuǎn)軸保持在空間的固定取向上。機(jī)械穩(wěn)定云臺(tái)一般應(yīng)用于大型的航天和航海設(shè)備、例如慣性導(dǎo)航平臺(tái)等中。這種大型平臺(tái)在云臺(tái)軸上也會(huì)裝設(shè)電動(dòng)機(jī)并施加一定扭力，使平臺(tái)與地球表面始終平行，從而解決飛機(jī)或船只在長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)后出現(xiàn)的水平面隨地球曲率變化的問(wèn)題。

電子云臺(tái)則通常是由安裝在云臺(tái)上的電子陀螺儀、加速度計(jì)等電子測(cè)控裝置對(duì)云臺(tái)和云臺(tái)框架的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，并由電動(dòng)機(jī)來(lái)調(diào)整云臺(tái)框架的角度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)的控制。

然而，無(wú)論是機(jī)械穩(wěn)定型云臺(tái)還是電子控制型云臺(tái)，都存在尚未得到有效解決的問(wèn)題及缺點(diǎn)。

具體而言，機(jī)械穩(wěn)定型云臺(tái)利用了陀螺的定軸性，其穩(wěn)定性能與用于克服云臺(tái)框架的軸的阻力的能力及陀螺的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比，也就是說(shuō)，機(jī)械云臺(tái)承載的設(shè)備越重或要求的精度越高，就越需要增加機(jī)械陀螺的體積和重量。故而一般都是在大型設(shè)備中才使用這類機(jī)械穩(wěn)定型云臺(tái)。機(jī)械穩(wěn)定云臺(tái)的另一個(gè)缺點(diǎn)是，由于其設(shè)計(jì)目的是要提供一個(gè)穩(wěn)定的“水平基準(zhǔn)面”，因而要求陀螺重量足夠大，其重量越大則其定軸性就越好，但是這也正意味著越難以移動(dòng)陀螺軸線，且也致使云臺(tái)的移動(dòng)速度非常慢。這表示，機(jī)械穩(wěn)定型云臺(tái)的陀螺軸線方向幾乎始終平行于當(dāng)?shù)刂亓Φ姆较蚧虮３制淇臻g取向，也即難以實(shí)現(xiàn)云臺(tái)的角度調(diào)節(jié)。如果為了提高云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度而減小機(jī)械陀螺的尺寸或體積、進(jìn)而降低其質(zhì)量，則機(jī)械陀螺的定軸性也會(huì)隨之減弱，這將不可避免地造成機(jī)械型云臺(tái)穩(wěn)定性的降低。因此，機(jī)械穩(wěn)定型云臺(tái)不適合被制造成小型的控制云臺(tái)。

相比而言，電子控制型穩(wěn)定云臺(tái)則是通過(guò)馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)云臺(tái)框架而實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)控制，因而其反應(yīng)速度較快。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，電子陀螺儀的精度也大幅提高了，這使得電子穩(wěn)定型云臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)小型化和低成本化。但是，電子穩(wěn)定云臺(tái)仍存在這樣的缺陷，即，因設(shè)置在云臺(tái)的框架轉(zhuǎn)軸上的控制馬達(dá)的體積與云臺(tái)本身的承載能力成正比，則裝載的設(shè)備越重，框架的慣性也就越大，這就要求控制馬達(dá)的扭力也越大；同時(shí)，為了達(dá)到更高的控制響應(yīng)速度(控制帶寬)，此類電子控制云臺(tái)一般都采用馬達(dá)直驅(qū)云臺(tái)框架的設(shè)計(jì)。這些現(xiàn)有的缺陷，均導(dǎo)致電子云臺(tái)對(duì)重心的變化非常敏感，進(jìn)而致使對(duì)云臺(tái)所搭載的設(shè)備受到很大的局限，諸如所安裝承載的設(shè)備不能有較大的重心變化、設(shè)備形狀要與云臺(tái)的結(jié)構(gòu)相匹配等，以及限制了此類云臺(tái)搭載例如帶變焦鏡頭的攝像機(jī)等應(yīng)用。此外，由于使用電子陀螺儀等傳感器，受這些電子器件的數(shù)據(jù)精度、噪聲、采樣率和驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制分辨率的限制，電子云臺(tái)的尺寸不能太小。過(guò)小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)超調(diào)、震蕩，因此，電子穩(wěn)定型云臺(tái)的重量一般在100g到幾十公斤之間。另外，角分辨率對(duì)硬件成本依賴性較大，一般民用產(chǎn)品的角分辨率在0.1度左右。所需控制頻率高，一般需要達(dá)到幾百赫茲，控制實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。

因此，存在對(duì)這樣一種云臺(tái)的需求，其能夠克服前述現(xiàn)有技術(shù)中存在的機(jī)械穩(wěn)定型云臺(tái)和電子控制型云臺(tái)各自的種種缺點(diǎn)，并同時(shí)能夠?qū)⒍叩膬?yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，從而提供一種改進(jìn)的云臺(tái)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種混合型云臺(tái)，其融合了機(jī)械穩(wěn)定型云臺(tái)與電子控制型云臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，由此在利用機(jī)械陀螺穩(wěn)定性的同時(shí)，能夠通過(guò)電子測(cè)控機(jī)制增強(qiáng)云臺(tái)的響應(yīng)能力并提高云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度。

本發(fā)明公開(kāi)了一種混合型云臺(tái)，該混合型云臺(tái)包括：起承載作用的云臺(tái)平面；與所述云臺(tái)平面連接的機(jī)械陀螺；能夠調(diào)整所述機(jī)械陀螺的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)；以及能夠?qū)λ鰴C(jī)械陀螺的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)于所述調(diào)整機(jī)構(gòu)而發(fā)生的變化進(jìn)行測(cè)量的電子測(cè)控機(jī)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的混合型云臺(tái)，在利用機(jī)械陀螺確保云臺(tái)穩(wěn)定性的同時(shí)，還通過(guò)電子測(cè)控機(jī)制提高了云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度，由此消除了運(yùn)動(dòng)相位偏移和抗干擾能力減弱的問(wèn)題。具體地，本發(fā)明通過(guò)降低機(jī)械陀螺的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增強(qiáng)了機(jī)械云臺(tái)的速度響應(yīng)性能，但由于如前所述的機(jī)械云臺(tái)的靈敏度與其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比，本發(fā)明還同時(shí)利用電子測(cè)控機(jī)構(gòu)對(duì)質(zhì)量減小的云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償與修正。

優(yōu)選地，本發(fā)明的混合型云臺(tái)還可以包括處理器，所述運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)能夠響應(yīng)于該處理器來(lái)調(diào)整所述機(jī)械陀螺的運(yùn)動(dòng)。

更優(yōu)選地，所述處理器、所述電子測(cè)控機(jī)構(gòu)和所述運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)三者之間形成閉環(huán)控制。

如前文所述，在根據(jù)本發(fā)明的混合型云臺(tái)上同時(shí)裝有輕量化的機(jī)械陀螺和電子測(cè)控機(jī)構(gòu)。本發(fā)明利用機(jī)械陀螺自身的定軸性為混合型云臺(tái)提供了穩(wěn)定性，利用其進(jìn)動(dòng)性對(duì)云臺(tái)的角度進(jìn)行控制，由此利用輕量化、也即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小的機(jī)械陀螺提高了云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度。此外，本發(fā)明還利用電子測(cè)控機(jī)制對(duì)混合型云臺(tái)的角度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并通過(guò)與電子測(cè)量控制機(jī)構(gòu)通信的處理器對(duì)機(jī)械陀螺的運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行修正，從而控制該混合型云臺(tái)的角度。在所述處理器、所述電子測(cè)控機(jī)構(gòu)和所述運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)三者之間形成閉環(huán)控制的情形下，將進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)混合型云臺(tái)的甚至是微小運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的實(shí)時(shí)捕捉與控制。

另外，所述混合型云臺(tái)還可以包括用于支承所述云臺(tái)平面的框架，即，具有第一框架轉(zhuǎn)軸的第一框架和具有第二框架轉(zhuǎn)軸的第二框架，所述第一框架轉(zhuǎn)軸和第二框架轉(zhuǎn)軸彼此垂直地布置。

優(yōu)選地，所述電子測(cè)控機(jī)構(gòu)可以包括電子陀螺和加速度計(jì)。

優(yōu)選地，所述電子測(cè)控機(jī)構(gòu)可以包括內(nèi)置或外置于所述混合型云臺(tái)、用于測(cè)量所述第一框架和/或第二框架的角度的傳感器。

優(yōu)選地，所述混合型云臺(tái)還可包括用于驅(qū)動(dòng)所述機(jī)械陀螺轉(zhuǎn)動(dòng)的陀螺驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該陀螺驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)電機(jī)輸出軸剛性連接至所述機(jī)械陀螺，所述陀螺驅(qū)動(dòng)電機(jī)借助聯(lián)接裝置與所述云臺(tái)平面之間形成活動(dòng)連接，從而使所述機(jī)械陀螺與所述云臺(tái)平面之間形成聯(lián)動(dòng)。

作為一種優(yōu)選方式，所述運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)是伺服舵機(jī)，該伺服舵機(jī)與所述陀螺驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)械連接從而調(diào)整所述機(jī)械陀螺的運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述陀螺驅(qū)動(dòng)電機(jī)與所述機(jī)械陀螺之間還可設(shè)有用于支承及固定所述陀螺驅(qū)動(dòng)電機(jī)的固定座，其中，所述伺服舵機(jī)與該固定座機(jī)械連接。

作為另一種優(yōu)選方式，所述運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)可以是設(shè)置在所述機(jī)械陀螺上的配重，且該配重能夠改變所述機(jī)械陀螺的重心，從而調(diào)整該機(jī)械陀螺的運(yùn)動(dòng)。

作為又一種優(yōu)選方式，所述運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)可以是馬達(dá)，該馬達(dá)可以直接驅(qū)動(dòng)所述第一框架轉(zhuǎn)軸和/或第二框架轉(zhuǎn)軸。

優(yōu)選地，所述聯(lián)接裝置可以是與所述固定座機(jī)械連接的一組平行連桿，該組平行連桿能夠使所述固定座、進(jìn)而使所述陀螺驅(qū)動(dòng)電機(jī)平行于所述云臺(tái)平面移動(dòng)。

優(yōu)選地，所述處理器可以是設(shè)置在該混合型云臺(tái)上或外置于該混合型云臺(tái)的微處理器。

附圖說(shuō)明

以下結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。要說(shuō)明的是，附圖僅是示意性的，附圖中的尺寸并不表示本發(fā)明的實(shí)際尺寸，同時(shí)出于視圖清晰和簡(jiǎn)明的目的，可能會(huì)省略某些元素。其中：

圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的混合型云臺(tái)；

圖2是圖1中的混合型云臺(tái)的側(cè)視示意圖；和

圖3是示意性示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合圖1-圖3詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式，以幫助閱讀者更好地理解本發(fā)明的創(chuàng)新性構(gòu)思。

圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的混合型云臺(tái)?；旌闲驮婆_(tái)10主要包括云臺(tái)平面3、與該云臺(tái)平面連接的機(jī)械陀螺1、能夠調(diào)整機(jī)械陀螺1的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)、以及能夠?qū)C(jī)械陀螺1的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)于所述運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)而發(fā)生的變化進(jìn)行測(cè)量的電子測(cè)控機(jī)構(gòu)2。其中，云臺(tái)平面3上通常會(huì)放置例如攝像機(jī)、照相機(jī)、監(jiān)控鏡頭等等，也即云臺(tái)平面主要起到承載拍攝設(shè)備等的作用。

圖1中還示意性地示出了用于支承混合型云臺(tái)10的框架，即，具有第一框架轉(zhuǎn)軸4a的第一框架4和具有第二框架轉(zhuǎn)軸5a的第二框架5，其中第一框架轉(zhuǎn)軸4a和第二框架轉(zhuǎn)軸5a彼此垂直布置。

圖1中僅簡(jiǎn)潔地示出了第一框架4、第二框架5、該第一框架和第二框架各自的框架轉(zhuǎn)軸4a和5a、機(jī)械陀螺1、云臺(tái)平面3以及電子測(cè)控機(jī)構(gòu)2，這是為了清楚地展示混合型云臺(tái)10的主要構(gòu)成部分的相對(duì)位置關(guān)系，但這種位置關(guān)系并不會(huì)妨礙其它可實(shí)施方式的實(shí)現(xiàn)。混合型云臺(tái)10的其它構(gòu)成部分還可具體參見(jiàn)圖2和圖3。

混合型云臺(tái)10的主體部分由第一框架4、第二框架5和云臺(tái)平面3組成，這三者之間通過(guò)兩組轉(zhuǎn)軸、即圖1中所示的第一框架轉(zhuǎn)軸4a和第二框架轉(zhuǎn)軸5a實(shí)現(xiàn)連接，如前所述的，這兩組轉(zhuǎn)軸相互垂直，使得云臺(tái)平面3能夠獲得兩個(gè)框架轉(zhuǎn)軸4a、5a轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的旋轉(zhuǎn)自由度。

另外，混合型云臺(tái)10還包括處理器，所述運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)能夠響應(yīng)于該處理器來(lái)調(diào)整機(jī)械陀螺1的運(yùn)動(dòng)。處理器優(yōu)選是微處理器，更優(yōu)選地是設(shè)置在混合型云臺(tái)10上或外置于該混合型云臺(tái)的微處理器。關(guān)于微處理器的安裝位置，在本文中無(wú)需進(jìn)行更詳盡的釋明，其只需滿足在不影響混合型云臺(tái)10順暢操作的前提下實(shí)現(xiàn)與運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)和電子測(cè)控機(jī)構(gòu)2之間的互動(dòng)作用即可。

電子測(cè)控機(jī)構(gòu)2優(yōu)選是由電子陀螺和加速度計(jì)組成的電子控制裝置。還可以是內(nèi)置于混合型云臺(tái)10或外置于該混合型云臺(tái)的傳感器，此種情形下，電子測(cè)控機(jī)構(gòu)2優(yōu)選是用于測(cè)量第一框架4和/或第二框架5的角度的角度傳感器。當(dāng)然，與對(duì)處理器的解釋相同的，電子測(cè)控機(jī)構(gòu)2可以是所屬領(lǐng)域內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)其在本發(fā)明中的應(yīng)有功能的任何類型。

關(guān)于運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的選擇，根據(jù)如下描述的第一種實(shí)施方式其可以是伺服舵機(jī)8(參見(jiàn)圖2、圖3)，根據(jù)如下描述的第二種實(shí)施方式其可以是設(shè)置在機(jī)械陀螺1上的配重，根據(jù)如下描述的第三種實(shí)施方式其可以是馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)裝置。關(guān)于運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)可能采用的具體構(gòu)型或配置，將在后文中做出具體說(shuō)明。

如圖1和圖2所示，機(jī)械陀螺1與云臺(tái)平面3可以任何適當(dāng)?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)連接。在初始位置，機(jī)械陀螺1的軸向與兩個(gè)框架轉(zhuǎn)軸4a、5a相互垂直。當(dāng)機(jī)械陀螺1高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，將產(chǎn)生陀螺效應(yīng)，其定軸性能夠保持云臺(tái)平面3的法線取向在空間中的指向具有自動(dòng)保持的趨勢(shì)。即，第一框架4繞轉(zhuǎn)軸4a運(yùn)動(dòng)，或第二框架5繞轉(zhuǎn)軸5a運(yùn)動(dòng)，或這兩個(gè)轉(zhuǎn)軸4a、5a同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械陀螺1能夠始終保持云臺(tái)平面3的法線取向不變。

然而，在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到云臺(tái)轉(zhuǎn)軸的阻力、云臺(tái)平面3所承載的設(shè)備的安裝重心的偏移以及實(shí)際陀螺并非理想陀螺等因素，在框架4、5或云臺(tái)平面3運(yùn)動(dòng)時(shí)，將會(huì)對(duì)機(jī)械陀螺1施加一定的力。根據(jù)陀螺的進(jìn)動(dòng)性，機(jī)械陀螺1將因?qū)υ摿Ξa(chǎn)生反饋或抵抗而不可避免地運(yùn)動(dòng)?！巴勇葸M(jìn)動(dòng)性”是指，當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子以高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果施加的外力矩是沿著除自轉(zhuǎn)軸以外的其它軸向，陀螺并不順著外力矩的方向運(yùn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)角速度方向與外力矩作用方向互相垂直，即陀螺運(yùn)動(dòng)方向滯后控制力矩90度相位，并且陀螺的運(yùn)動(dòng)速度與控制力矩成正比并與陀螺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成反比。

為了克服這種干擾因素，就需要對(duì)機(jī)械陀螺1施加一定的補(bǔ)償或修正扭矩。此外，本發(fā)明還反過(guò)來(lái)利用了機(jī)械陀螺1的這種進(jìn)動(dòng)性，通過(guò)對(duì)機(jī)械陀螺1或其陀螺軸施加額外的扭矩，來(lái)控制機(jī)械陀螺1的旋轉(zhuǎn)軸的指向，進(jìn)而控制云臺(tái)平面3的空間角度。

為了更有效地發(fā)揮“陀螺進(jìn)動(dòng)性”產(chǎn)生的效果，根據(jù)本發(fā)明，將在運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)、電子測(cè)控機(jī)構(gòu)2和處理器三者之間形成閉環(huán)控制。對(duì)于該閉環(huán)控制的具體應(yīng)用，將在后面更詳細(xì)的描述。

如前文提及的，本發(fā)明能夠通過(guò)根據(jù)如下描述的第一種實(shí)施方式和第二種實(shí)施方式的運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)來(lái)改變?cè)婆_(tái)平面3的重心，或者通過(guò)如下描述的第三種實(shí)施方式的運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)、即由馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)裝置直接驅(qū)動(dòng)第一框架4和/或第二框架5，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外界干擾的補(bǔ)償，進(jìn)而實(shí)時(shí)控制陀螺1的指向。

在采用圖2、圖3示意性示出的第一種實(shí)施方式的運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的示例中，所述運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)是伺服舵機(jī)8。在這個(gè)實(shí)施方式中，混合型云臺(tái)10還包括用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械陀螺1轉(zhuǎn)動(dòng)的陀螺驅(qū)動(dòng)電機(jī)6(圖2)，伺服舵機(jī)8與陀螺驅(qū)動(dòng)電機(jī)6機(jī)械連接從而調(diào)整機(jī)械陀螺1的運(yùn)動(dòng)。另外，陀螺驅(qū)動(dòng)電機(jī)6與機(jī)械陀螺1之間還可以設(shè)有用于支承及固定陀螺驅(qū)動(dòng)電機(jī)6的固定座6a(圖2)。

在陀螺1或電機(jī)6的固定座6a上可以設(shè)置有用于與云臺(tái)平面3形成活動(dòng)連接的聯(lián)接裝置。優(yōu)選地，聯(lián)接裝置例如是一組平行的連桿7，這些連桿7使固定座6a能夠平行于云臺(tái)平面3移動(dòng)。當(dāng)然，可以其它形式取代平行的連桿組7，例如可以在固定座6a與云臺(tái)平面3之間設(shè)置滑軌機(jī)構(gòu)、彈性連接機(jī)構(gòu)等，只要其能使固定座6a平行于云臺(tái)平面3移動(dòng)即可。

圖3中，通過(guò)兩個(gè)伺服舵機(jī)8來(lái)控制固定座6a的位置，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械陀螺1的重心的偏移，其中，伺服舵機(jī)8可例如通過(guò)舵機(jī)聯(lián)桿8a或其它適合的結(jié)構(gòu)而與固定座6a實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接。當(dāng)重心偏離框架旋轉(zhuǎn)軸(第一框架轉(zhuǎn)軸4a、第二框架轉(zhuǎn)軸5a)時(shí)便會(huì)產(chǎn)生力矩，而控制該偏移量就能夠控制所產(chǎn)生的力矩的大小，從而控制機(jī)械陀螺1、也即機(jī)械陀螺轉(zhuǎn)子1a的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而調(diào)整云臺(tái)10的空間角度。

根據(jù)運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的第二實(shí)施方式，其可以是設(shè)置在機(jī)械陀螺1上的單個(gè)的或多個(gè)配重，且該單個(gè)的或多個(gè)配重能夠改變機(jī)械陀螺1的重心。在該第二實(shí)施方式中，將配重以能夠相對(duì)于機(jī)械陀螺1運(yùn)動(dòng)的方式、例如借助軌道等設(shè)置在機(jī)械陀螺1的上表面、下表面和/或圓周表面上，從而使配重的位置的改變能夠引起機(jī)械陀螺1的重心發(fā)生變化，繼而如運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的上述第一實(shí)施方式那樣，在重心偏離框架旋轉(zhuǎn)軸(第一框架轉(zhuǎn)軸4a、第二框架轉(zhuǎn)軸5a)時(shí)誘使生成一力矩，并根據(jù)實(shí)際情況控制偏移量從而控制所產(chǎn)生的力矩的大小，進(jìn)而控制機(jī)械陀螺1、也即機(jī)械陀螺轉(zhuǎn)子1a的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而調(diào)整云臺(tái)10的空間角度。

根據(jù)運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的第三實(shí)施方式，所述運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)可以是馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)裝置。馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)裝置能夠直接驅(qū)動(dòng)第一框架轉(zhuǎn)軸4a和/或第二框架轉(zhuǎn)軸5a。這尤其適于應(yīng)用在具有較大尺寸的混合型云臺(tái)上，即，當(dāng)需要使云臺(tái)獲得更高的運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，可以利用馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)裝置直接驅(qū)動(dòng)云臺(tái)轉(zhuǎn)軸4a、5a，由此提高電機(jī)扭力，進(jìn)而更有效地提高云臺(tái)10的運(yùn)動(dòng)速度。

以上實(shí)施方式中所涉及的控制過(guò)程均利用了機(jī)械陀螺1的運(yùn)動(dòng)所遵循的“陀螺進(jìn)動(dòng)性”的原理。

為了在不使用更大的扭力、也即不增加控制機(jī)構(gòu)的功率或體積的前提下，增強(qiáng)云臺(tái)10的響應(yīng)能力并提升云臺(tái)10的運(yùn)動(dòng)速度，就需要降低機(jī)械陀螺轉(zhuǎn)子1a的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，但這樣做勢(shì)必也會(huì)降低機(jī)械陀螺1的定軸性，從而導(dǎo)致其陀螺效應(yīng)減弱，造成運(yùn)動(dòng)滯后相位小于90度。因此，本發(fā)明想到要對(duì)陀螺運(yùn)動(dòng)進(jìn)行解耦和實(shí)現(xiàn)閉環(huán)修正控制。這種閉環(huán)控制很難通過(guò)機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)，因而本發(fā)明使用處理器、例如微型處理器對(duì)機(jī)械陀螺控制相位進(jìn)行解耦和控制。以下，對(duì)運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)、電子測(cè)控機(jī)構(gòu)2和處理器三者之間所形成的閉環(huán)控制進(jìn)行描述。

參見(jiàn)圖1，通過(guò)優(yōu)選地在云臺(tái)平面3上裝設(shè)的電子測(cè)控機(jī)構(gòu)2能夠形成一組捷聯(lián)式姿態(tài)參考系統(tǒng)，這個(gè)參考系統(tǒng)將電子測(cè)控機(jī)構(gòu)2、例如電子傳感器的輸入傳送給微處理器，然后由微處理器進(jìn)行坐標(biāo)變換、積分和修正，之后微處理器輸出云臺(tái)平面3相對(duì)于大地坐標(biāo)系的姿態(tài)角。此處所涉及的具體算法在導(dǎo)航學(xué)科類圖書(shū)中有具體講解，不屬于本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容，因?yàn)闊o(wú)需闡述。當(dāng)微處理器檢測(cè)到云臺(tái)平面3的姿態(tài)與期望姿態(tài)有誤差時(shí)，便輸出控制信號(hào)到運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)、例如伺服舵機(jī)8(圖2、圖3)或如上文所述的其它形式，運(yùn)動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)響應(yīng)于接收到的信號(hào)來(lái)調(diào)整云臺(tái)平面3的重心，產(chǎn)生控制力矩，使得云臺(tái)10產(chǎn)生相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，從而修正姿態(tài)誤差。

還設(shè)想到，可以增加第三框架(未示出)，從而使混合型云臺(tái)10成為3自由度云臺(tái)，而這不會(huì)影響內(nèi)部的2自由度云臺(tái)結(jié)構(gòu)采用前文描述的混合云臺(tái)的控制原理。

根據(jù)本發(fā)明的混合型云臺(tái)10，在利用機(jī)械陀螺1的進(jìn)動(dòng)性對(duì)云臺(tái)10進(jìn)行控制的同時(shí)，還利用小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的機(jī)械陀螺1提升了云臺(tái)10的控制響應(yīng)速度。

根據(jù)本發(fā)明的混合型云臺(tái)10，利用了機(jī)械陀螺1的定軸性來(lái)提供云臺(tái)所需的穩(wěn)定性，其響應(yīng)帶寬遠(yuǎn)高于電子穩(wěn)定系統(tǒng)，而電子測(cè)控機(jī)構(gòu)2僅負(fù)責(zé)消除低頻干擾和進(jìn)行云臺(tái)角度的控制，這顯著降低了電子穩(wěn)定部分的硬件成本，算法精度和控制機(jī)構(gòu)的帶寬。

根據(jù)本發(fā)明的混合型云臺(tái)縮小了云臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸，降低了控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)重量，使云臺(tái)重量縮小到50g以內(nèi)成為可能。因而，與機(jī)械穩(wěn)定型云臺(tái)或電子穩(wěn)定型云臺(tái)相比，根據(jù)本發(fā)明的混合型云臺(tái)10具有更寬泛的尺寸和重量選擇范圍，并且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制精度高，穩(wěn)定性好，對(duì)機(jī)械陀螺和電子器件部分的成本依賴顯著降低。