1、本科毕业论文（20 届）一种新型航拍云台设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘要近年来，视频监控的扫了迅速发展，其应用范围也越来越广。为了扩大监控范围，改善监控视野，可以借助于云台，即把摄像机组装在云台上，通过云台转动带动摄像机旋转，同上级可以控制摄像机镜头的参数。云台在监控系统中起着关键的作用，他直接反映监控系统的监控指标。本文在以下几个方面进行了研究：1.云台的应用 ：云台的介绍、云台应用于哪些方面、云台的发展的前景;2.云台的结构设计：通过对云台的了解，进行云台机械结构的设计、云台的传动结构的设计;3.云台的材料
2、选择：通过对各种材料的介绍了解，然后进行分析和对比，选择出最适合制作云台的材料。关键词：云台，材料选择，结构设计本科生毕业论文IIAbstractIn recent years，the development of video surveillance is rapid， the range of applications become widely. In order to expand the scope of monitoring and improve the monitooring of vision， cloud platform can be used，which means t
3、o put a camera on a cloud platform and to control the cloud platform camera rotating. At the same time， the parameterts of the camera lens can be controlled.The cloud platform play a key role in the monitoring system，it reflects the performance of monitoring systems.This dissertation includes follow
4、ing aspects:1. The application of cloud platform： cloud platform introduction，what cloud platform used，future development of cloud platform；2. The structural design of cloud platform：through understanding of cloud platform， cloud platform design of mechanical structure and transmission of structure
5、design；3. Material selection of cloud platform：through the introduction of various materials to understand, and then make the analysis and comparison, select the most suitable material for making cloud platform.Keywords:cloud platform ,Material selection,Structural Design本科生毕业论文III目录摘要 .I第一章 绪论 .11.
6、1 背景和意义 .11.2 文献综述 .21.2.1 国外综述 .21.2.2 国内综述 .3第二章 基础理论 .52.1 机械结构设计 .52.1.1 机械结构设计特点 .52.1.2 机械结构件的结构要素和设计方法 .52.1.3 机械结构设计的基本要求 .52.1.4 机械结构基本设计准则 .62.2 传动系统设计 .62.2.1 概述 .62.2.2 机械传动系统方案设计 .72.2.3 传动系统的运动和动力计算 .72.3 云台的机动原理 .82.3.1 转动原理 .82.3.2 转动角度 .92.3.3 控制原理 .9第三章 结构设计 .103.1 方案选择 .103.1.1 结构
7、设计 .103.2 材料选择 .143.2.1 材料对比 .143.2.2 对比选择 .17第四章 传动系统设计 .204.1 方案选择 .204.1.1 常见的机械传动有带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动 .20第二节 材料选择 .224.2.1 常用的齿轮材料 .22第五章 定位系统设计 .25本科生毕业论文IV5.1 相机定位 .255.1.1 相机的选择 .255.2 相机定位 .25小结 .26致谢 .27【参考文献】 .28本科生毕业论文1第 1 章 绪论1.1 背景和意义上世纪初，法国摄影家纳塔赫从热气球上拍摄了世界上第一张从天空中俯瞰大地的照片。从此以后，航空拍摄技术得到了迅猛
8、发展并被广泛应用到科研、生产乃至日常生活中。航拍，给了我们无边的视野，给了我们阔大的胸襟，给了我们囊括万物的魄力。航拍，让我们领略到身心解放的滋味。航拍的魅力就在于它是以彻底解放的视角来面对事物，从而带给人们异乎寻常的全新体验。航拍是展示大型活动、工程建设、城市变化以及地形测量的最佳方式。航拍涉及城区发展、房地产开发、土地规划、大企业厂房、公共事业、科学考察、各政府部门、旅游、大型活动、娱乐场所、广告制作、空中巡逻等 。也就是说无论是市区、水面、山区、林地、田野的低空现场，都可以实施任务，空中摄影将特别显出其效用。随着经济的发展，对航空摄影的需求也越来越大，航空摄影的前景是有目共睹的！航空摄影
9、能以人们一般难于到达到的高度俯视事物的全貌，给人以整体的形象描述，给人以宏观的视野，成为实景展示中最有表现力的手段。具有宏观性、形象性和感染性。云台是应用航拍系统中不可缺少的配套设备之一，它与摄像机配套使用能达到扩大监视的目的，提高了摄像机的使用价值。云台是安装、固定摄像机的支撑设备，它分为固定和电动云台两种。固定云台适用于监视范围不大的情况，在固定云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰的角度，达到最好的工作姿态后只要锁定调整机构就可以了。电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。电动云台高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。在
10、控制信号的作用下，云台上的摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。云台根据其回转的特点可分为只能左右旋转的水平旋转云台和既能左右旋转又能上下旋转的全方位云台。一般来说，水平旋转角度为 0350，垂直旋转角度为+90。恒速云台的水平旋转速度一般在 310/s，垂直速度为 4/s 左右。变速云台的水平旋转速度一般在 032/s，垂直旋转速度在 016/s 左右。在一些高速摄像系统中，云台的水平旋转速度高达 480/s 以上，垂直旋转速度在 120/s 以上。其实云台就是两个交流电机组成的安装平台，可以水平和垂直的运动。但是要注意我们所说的云台区别于照相器材中的云台，
11、照相器材的云台一般来说只是一个三脚架，只能通过手来调节方位；而监控系统所说的云台是通过控制系统在远程可以控制其转动以及移动的方向的。云台按使用环境分为室内型和室外型，主要区别是室外型密封性能好，防水、防尘，负载大。按安装方式分为侧装和吊装，就是把云台是安装在天花板上还是安装在墙壁上。按外形分为普通型和球型，球型云台是把云台安置在一个半球形、球形防护罩中，除了防止灰尘干扰图像外，还隐蔽、美观、快速。按照可以运动功能分为水平云台和全方位（全本科生毕业论文2向）云台。按照工作电压分为交流定速云台和直流高变速云台。 按照承载重量分为轻载云台、中载云台和重载云台。按照负载安装方式分为顶装云台和侧装云台。
12、根据使用环境分为通用型和特殊型。云台在功能上主要是控制摄像头的转向、景深、焦距等，某些高档或特殊的云台还会提供雨刷、照明等功能。 云台在功能上是和摄像头分离的，在结构上既可以是分离的，也可以是一体的，球体式的云台大多是一体式， 壁装式的一般为分离式。但不管是何种构造方式，在通讯方式上都是采用 RS232 或 RS485 方式。云台的软件控制部分无需修改即可投入使用，硬件上也无须做特殊处理， 只需将通讯线路接入无线模块即可。 RS232 的接口方式下需要将云台和控制端的 GND、RXD、TXD 和无线模块的相应接口相连接， RS485 方式下则只需要将 A、B 和无线模块的 A、B 连接即可。甚
13、至可以一端使用 485， 一端使用 232也可以正常通讯。最后将无线模块正确设置并接入电源，即可投入使用。 既可以适用于新系统的安装，也可以适用于已使用系统的改装和升级。1.2 文献综述随着集计算机、自动控制、通信等技术于一体的数字视频监控系统的发展，原先固定不动的摄像机由于只能监视固定方向的图像，而那些工作环境恶劣，监控复杂的场合要求摄像机能够随时根据现场情况改变监控方向，实现三维立体空间监视，因此电动云台发展起来。云台是一种能够承载摄像机进行水平和垂直两个方向旋转，并能够控制摄像机的焦距，变倍，光圈等参数的一种装置。云台里面除机械传动结构外，还有电动机、继电器以及相应的控制电路，这个控制电
14、路通常被称为云台控制器。在监控系统中云台的旋转不能在现场手动调整，可以通过控制室内的操作台远程通讯控制其转动，从而满足全方位的监视要求，通过云台控制摄像机的焦距，变倍，光圈等参数，以使得监控视野更清晰。1.2.1 国外综述下面介绍几个国外的云台：1.Tazor-3X云台有双叶6声道2.4千兆赫发射器/接收器。陀螺能够平移，倾斜和滚动。陀螺仪由双叶稳定，发射机经过设置就能投入使用。 图1.1 Tazor-3X云台本科生毕业论文32.copteworks云台由单轴陀螺、三轴分别控制，没有具体的型号，经过实地了解出来效果很是不错，但是镜头控制范围没有网上的大，只有roll轴镜头控制范围大，只是小角度
15、倾斜大概60左右的样子。价格：国内代理3万多（不带光电控制控制设备） 、配置完全4万多（带控制器+各电子元器件） ；国外购买2750D。图1.2 copteworks云台1.2.2 国内综述下面介绍几个国内的云台：1.SS3-01遥控云台。该云台采用高速大扭矩伺服机驱动旋转部分，通过专用遥控设备可使云台可完成水平旋转320度，垂直旋转180度，横侧30度。并通过配套的微波传送设备将取景图像传至地面。它可搭载市售摄照设备。 图1.3 SS3-01遥控云台本科生毕业论文42.陀螺增稳云台由铝合金材质制成，360度旋转轴+720度俯仰轴+60度横滚轴。有4个液压杆和4个O圈共同为云台减震。虽是自制云
16、台但实际拍摄时能很好的修正飞机侧倾角度，保证画面水平线的正确。图1.4 陀螺增稳云台3.LZC-2000V型航拍云台，LZC-2000V型航拍云台由两个陀螺稳定系统和一个磁罗盘组成的三轴稳定云台。应用于飞艇或大型无人机为载体的对地正投射视频航拍，图像实时传输并始终指北，应用于测绘和监控。系统基于先进的ARM-7TDMI平台，针对任务而开发的实时操作系统。成本低、性能稳定；结构简单，安装方便。图1.5 LZC-2000V型航拍云台本科生毕业论文5第二章 基础理论 2.1 机械结构设计2.1.1 机械结构设计特点机械结构设计的主要特点有：（1）它是集思考、绘图、计算（有时进行必要的实验）于一体的设
17、计过程，是机械设计中涉及的问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段，在整个机械设计过程中，平均约80%的时间用于结构设计，对机械设计的成败起着举足轻重的作用。 （2）机械结构设计问题的多解性，即满足同一设计要求的机械结构并不是唯一的。（3）机械结构设计阶段是一个很活跃的设计环节，常常需反复交叉的进行。为此，在进行机械结构设计时，必须了解从机器的整体出发对机械结构的基本要求。2.1.2 机械结构件的结构要素和设计方法（1） 结构件的几何要素机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它
18、零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的设计是零部件结构设计的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。（2） 结构件之间的联接在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究零件之间的相互关系。零件的相关分为直接相关和间接相关两类。凡两零件有直接装配关系的，成为直接相关。没有直接装配关系的相关成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在相互位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，以保证齿轮的正常啮合。运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关，如车床刀架的运动轨迹必须平行于于主轴的中心线，这是靠床身导轨和主轴轴线相平行来保证的，所以，主轴与导轨之间位置相关；而刀架与主轴之间为运动相关。2.1.3 机械结构设计的基本要求机械产品应用于各行各业，结构设计的内容和要求也是千差万别，但都有相同的共性部分。下面就机械结构设计的三个不同层次来说明对结构设计的要求。
