技术领域
[0001] 本
发明涉及一种控制系统，特别是一种摄像云台。
背景技术
[0002] 在临床医疗时，特别是当医生在进行手术时，往往需要进行通过摄像进行观察手术过程，进行实时播放和录制，可以方便在手术过程中进行观看，同时也可以通过录像进行教学示范。
[0003] 然而，现有的摄像镜头相对固定，拍摄的
角度有限，难以还原整个手术的场景和细节。另外当需要调整拍摄
位置时，需要工作人员进行操作，这样容易影响医生的手术，而且在调整时也不方便。
[0004] 因此，针对现有的问题，需要提供一种能够控制镜头进行转动的摄像云台。
发明内容
[0005] 本发明在于克服
现有技术的缺点与不足，提供一种摄像云台。
[0006] 本发明通过以下技术方案实现：一种摄像云台，包括：
[0008] 竖向旋转部，其内部设有第一步进
电机、及由该第一步进电机驱动的竖向旋转
齿轮，所述竖向旋转部通过竖向旋转齿轮与安装支撑部连接；
[0009] 横向旋转部，其固定安装在竖向旋转部上，所述横向旋转部具有横向圆形
外壳，该横向圆形外壳内设有第二步进电机、及由该第二步进电机驱动的横向旋转齿轮；
[0010] 纵向旋转部，其通过一直角支撑板安装在横向旋转齿轮上，所述纵向旋转部内设有第三步进电机、及由该第三步进电机驱动的纵向旋转齿轮，所述纵向旋转部设有半圆筒外壳，所述半圆筒外壳内部与所述直角支撑板固定连接，所述直角支撑板包括相互垂直的横向旋转安装边和纵向旋转部件安装边，所述横向旋转安装边与所述横向旋转齿轮的端面固定连接，所述纵向旋转部件安装边固定在所述半圆筒外壳内，所述第三步进电机和所述纵向旋转齿轮安装在所述纵向旋转部件安装边上；
[0011] 摄像机组件，其安装在所述纵向旋转齿轮上，所述摄像机组件内设有摄像镜头；以及，
[0012] 电机驱动
电路，其用于外部的操作指令，并进行处理后控制所述三个步进电机的工作，以控制所述摄像镜头的转动。
[0013] 相比于现有技术，本发明提供了一种摄像云台的控制电路，通过接收外部的操作指令，并进行相应的处理，从而通过电机驱动芯片控制镜头的转动，调整镜头的拍摄角度。本发明的摄像云台相比于现有技术旋转角度更大，结构更为紧凑，因此，可以全方位地拍摄到医生在手术时的不同角度的摄像场景。
[0014] 作为本发明的进一步改进，所述摄像云台的电机驱动电路包括通讯芯片、
单片机、第一
模数转换芯片、第二模数转换芯片、第一电机驱动芯片、第二电机驱动芯片和第三电机驱动芯片；
[0015] 所述通讯芯片，用于接收
信号转换芯片发送的操作指令，并进行
信号处理后发送至单片机；
[0016] 所述单片机，用于接收通讯芯片的转发的操作指令，进行处理后后，分别
输出信号至第一模数转换芯片和第二模数转换芯片；
[0017] 所述第一模数转换芯片和第二模数转换芯片将该单片输出的
数字信号转换为
模拟信号，并分别发送至第一电机驱动芯片、第二电机驱动芯片和第三电机驱动芯片；
[0018] 所述第一电机驱动芯片、第二电机驱动芯片和第三电机驱动芯片接收到第一模数转换芯片和第二模数转换芯片的
控制信号后，相应驱动步进电机的工作。
[0019] 作为本发明的进一步改进，所述通讯芯片包括8个引脚，分别为：非反相端、反相端、接收器输入端、接收器使能端、
驱动器使能端、驱动器输出端、电源接入端和接地端；所述非反相端和反相端用于接收信号转换芯片的传输信号，并由所述接收器输入端输出。
[0020] 作为本发明的进一步改进，所述单片机包括电源端、信号输入端、信号输出端、复位端、外部
存储器接收端和接地端；所述信号输入端用于接收通讯芯片的输出信号；所述信号输出端，将单片机内部处理后的分别信号输出至第一模数转换芯片和第二模数转换芯片。
[0021] 作为本发明的进一步改进，所述外部存储器接收端外接有一储存电路。
[0022] 作为本发明的进一步改进，所述第一模数转换芯片包括电源端、数据接收端、模拟信号输出端和参考
电压接入端；所述数据接收端用于接收单片机的输出信号，并转换为模拟信号发送至第一电机驱动芯片和第二电机驱动芯片；
[0023] 所述第二模数转换芯片包括电源端、数据接收端、模拟信号输出端和参考电压接入端；所述数据接收端用于接收单片机的输出信号，并转换为模拟信号发送至第二电机驱动芯片和第三电机驱动芯片。
[0024] 作为本发明的进一步改进，所述第一电机驱动芯片包括电源端、信号接收端、信号输出端、钟信号接入端和接地端；所述信号接收端用于接收第一模数转换芯片的输出信号，并通过该信号输出端输出驱动信号至第一步进电机；
[0025] 所述第二电机驱动芯片包括电源端、信号接收端、信号输出端、钟信号接入端和接地端；所述信号接收端用于接收第一模数转换芯片和第二模数转换芯片的输出信号，并通过该信号输出端输出驱动信号至第二步进电机；
[0026] 所述第三电机驱动芯片包括电源端、信号接收端、信号输出端、钟信号接入端和接地端；所述信号接收端用于接收第二模数转换芯片的输出信号，并通过该信号输出端输出驱动信号至第三步进电机。
[0027] 作为本发明的进一步改进，所述竖向旋转部设有一与横向圆形外壳相匹配的纵向旋转圆形
基座，该纵向旋转圆形基座后部设有竖向旋转避让孔；所述安装支撑部穿过竖向旋转避让孔后与竖向旋转齿轮的端面连接。
[0028] 作为本发明的进一步改进，所述纵向旋转圆形基座内设有用于安装第一步进电机和竖向旋转齿轮的纵向旋转部件安装
支架；所述第一步进电机通过竖向旋转齿带与竖向旋转齿轮连接。
[0029] 作为本发明的进一步改进，所述横向旋转部设有固定在横向圆形外壳内部、用于安装第二步进电机和横向旋转齿轮的横向旋转部件安装支架；所述第二步进电机通过横向旋转齿带与横向旋转齿轮连接。
[0030] 为了更好地理解和实施，下面结合
附图详细说明本发明。
附图说明
[0031] 图1为本发明所述医用摄像万向云台装置整体结构立体图。
[0032] 图2为本发明所述医用摄像万向云台装置的主要部件分解图。
[0033] 图3为本发明所述医用摄像万向云台装置的爆炸图。
[0034] 图4是摄像云台控制电路的模
块连接示意图。
[0035] 图5是通讯芯片的电路图。
[0036] 图6是单片机的电路图。
[0037] 图7是储存电路的电路图。
[0038] 图8是第一模数转换芯片的电路图。
[0039] 图9是参考电压的电路图。
[0040] 图10是第二模数转换芯片的电路图。
[0041] 图11是参考电压的电路图。
[0042] 图12是第一电机驱动芯片的电路图。
[0043] 图13是电压转换电路的电路图。
[0044] 图14是滤波电路的电路图。
[0045] 图15是第一电机驱动芯片的信号输入端口的局部放大图
[0046] 图16是信号连接关系图。
[0047] 图17是第一电机限位
开关的信号输入的电路图。
[0048] 图18是第二电机驱动芯片的电路图。
[0049] 图19是第二电机驱动芯片的信号输入端口的局部放大图。
[0050] 图20是第二电机限位开关的信号输入的电路图。
[0051] 图21是第三电机驱动芯片的电路图。
[0052] 图22是第三电机驱动芯片的信号输出端口的局部放大图。
[0053] 图23是第二电机限位开关的信号输入的电路图。
具体实施方式
[0054] 如图1至3所示，本发明所述的一种医用摄像云台用于辅助医生在操作手术时进行手术画面直播或录制，实现摄像机绕竖轴、横轴和纵轴的三维自由多角度旋转，方便医生进行手术操作。本发明整体呈圆柱状的紧凑结构，其结构主要包括：安装支撑部1、竖向旋转部2、横向旋转部3、纵向旋转部4、摄像机组件5和电机驱动电路；所述竖向旋转部2是指实现摄像机绕竖轴旋转的部件组合，所述横向旋转部3是指实现摄像机绕横轴旋转的部件组合，所述纵向旋转部4是指实现摄像机绕纵轴旋转的部件组合。具体结构如下：
[0055] 所述安装支撑部1用于把整个医用摄像万向云台装置固定安装在
手术室的某些可移动的支架上(如可移动伸缩的台车支架等)，以便配合对手术区域画面进行多角度的摄像，所述安装支撑部上设有用于
整理电路线缆的横向穿线
定位片11及纵向穿线定位片12，防止线缆错乱和打结。所述安装支撑部1的头部用于与竖向旋转部2的竖向旋转齿轮的端面连接，连接方式采用螺钉。
[0056] 所述竖向旋转部2内部设有第一步进电机21及由第一步进电机21驱动的竖向旋转齿轮22，所述竖向旋转部2通过竖向旋转齿轮22与安装支撑部1连接；进一步，所述竖向旋转部2设有一与横向圆形外壳33相匹配的纵向旋转圆形基座23，该纵向旋转圆形基座23后部设有竖向旋转避让孔231；所述安装支撑部1穿过竖向旋转避让孔231后与竖向旋转齿轮22的端面连接。所述纵向旋转圆形基座23内设有用于安装第一步进电机21和竖向旋转齿轮22的纵向旋转部件安装支架24；所述第一步进电机21通过竖向旋转齿带25与竖向旋转齿轮22连接。
[0057] 所述横向旋转部3固定安装在竖向旋转部2上，所述横向旋转部3具有横向圆形外壳33，该横向圆形外壳33内设有第二步进电机31及由第二步进电机31驱动的横向旋转齿轮32；进一步，所述横向旋转部3设有固定在横向圆形外壳内部、用于安装第二步进电机31和横向旋转齿轮32的横向旋转部件安装支架34；所述第二步进电机31通过横向旋转齿带35与横向旋转齿轮33连接。
[0058] 所述纵向旋转部4通过一直角支撑板44安装在横向旋转齿轮32上，所述纵向旋转部4内设有第三步进电机41及由第三步进电机41驱动的纵向旋转齿轮42；所述纵向旋转部4设有半圆筒外壳43，该半圆筒外壳43内部与直角支撑板44固定连接。所述直角支撑板44包括相互垂直的横向旋转安装边441及纵向旋转部件安装边442；所述横向旋转安装边441与横向旋转齿轮32的端面固定连接；所述纵向旋转部件安装边442固定在半圆筒外壳43内，且其上面安装第三步进电机41和纵向旋转齿轮42，所述第三步进电机41通过纵向旋转齿带45与纵向旋转齿轮42连接。
[0059] 进一步，所述纵向旋转部4与横向旋转部3之间设有一与横向圆形外壳相匹配的圆形防尘盖7，该圆形防尘盖7与直角支撑板44固定连接。具体为，所述直角支撑板44的横向旋转安装边441先与横向旋转齿轮32的端面固定链接，然后圆形防尘盖7插入并与横向旋转安装边441固定。即，所述横向旋转齿轮32可带动直角支撑板44和圆形防尘盖7同时绕横向旋转齿轮的横轴旋转。
[0060] 所述摄像机组件5安装在所述纵向旋转齿轮42上，所述摄像机组件5内设有摄像机51；所述摄像机组件5具有一与半圆筒外壳形状相匹配的摄像机半圆筒外壳52，该摄像机半圆筒外壳52与纵向旋转齿轮42的端面固定连接，且所述摄像机半圆筒外壳52内设有用于安装摄像机的托板支架53，该托板支架53通过螺钉固定在摄像机半圆筒外壳52内部。摄像机
51通过托板
固定板54固定在托板支架53上。
[0061] 本发明还提供了摄像云台的电机驱动控制电路。以下，针对摄像云台的电路控制部分进行详细描述：
[0062] 请参阅图4，其为摄像云台的模块连接示意图。
[0063] 具体的，所述摄像云台的电机驱动电路包括通讯芯片30、单片机40、第一模数转换芯片50、第二模数转换芯片60、第一电机驱动芯片70、第二电机驱动芯片80和第三电机驱动芯片90。
[0064] 所述通讯芯片30，用于接收外部发送的操作指令，并进行信号处理后发送至单片机；
[0065] 所述单片机40，用于接收通讯芯片的转发的操作指令，进行处理后后，分别输出信号至第一模数转换芯片50和第二模数转换芯片60；
[0066] 所述第一模数转换芯片50和第二模数转换芯片60将该单片输出的数字信号转换为模拟信号，并分别发送至第一电机驱动芯片70、第二电机驱动芯片80和第三电机驱动芯片90。
[0067] 所述第一电机驱动芯片70、第二电机驱动芯片80和第三电机驱动芯片90接收到第一模数转换芯片50和第二模数转换芯片60的控制信号后，相应驱动步进电机的工作。
[0068] 请参阅图5，其为通讯芯片的电路图。
[0069] 所述通讯芯片30包括电源端301、信号输入端302和信号输出端303。具体的，所述通讯芯片包括8个引脚，分别为：非反相端、反相端、接收器输入端、接收器使能端、驱动器使能端、驱动器输出端、电源接入端和接地端；所述非反相端和反相端用于接收信号转换芯片的输出信号，并由所述接收器输入端和接收器使能端将信号输出至单片机40。
[0070] 请参阅图6，其为单片机的电路图。
[0071] 进一步，所述单片机包括电源端401、信号输入端402、第一信号输出端403、第二信号输出端404、第三信号输出端404、第四信号输出端406、复位端、外部存储器接收端407和接地端；所述信号输入端402用于接收通讯芯片的输出信号；所述第一信号输出端403～第四信号输出端406，用于分别将单片机内部处理后的分别信号输出至第一模数转换芯片和第二模数转换芯片。
[0072] 具体的，所述外部存储器接收端407外接有一储存电路。请参阅图7，其为储存电路的电路图。
[0073] 所述储存电路包括一储存芯片，该储存芯片的VCC和A0端分别接入5V电压；所述A1、A2、VSS、WP端接地；所述SCL和SDA分别接入店铺的外部接收端407的两个引脚中。
[0074] 请参阅图8，其为第一模数转换芯片的电路图。
[0075] 所述第一模数转换芯片包括电源端501、数据接收端502、模拟信号输出端503和参考电压接入端504；所述数据接收端501用于接收单片机的输出信号，并转换为模拟信号，通过模拟信号输出端503发送至第一电机驱动芯片70和第二电机驱动芯片80。
[0076] 具体的，所述电源端501接入的为5V电压，且该电源端通过一电容C21接地，从而排除交流电部分电压。
[0077] 所述信号输入端502包括四个引脚，分别为串行
接口、
时钟信号接口、LDAC和LOAD接口；所述LDAC接口用于加载DAC，当引脚出现高电平时，即使有
数字量被读入串行口也不会对DAC的输出进行更新。只有当引脚从高电平变为低电平时，DAC输出才更新。所述LOAD接口用于串口加载控制。当LDAC是低电平，并且LOAD引脚出现下降沿时数字量被保存到
锁存器，随后输出端产生模拟电压。
[0078] 所述信号输出端口503包括DACA、DACB、DACC和DACD四个输出引脚。
[0079] 所述参考电压接入端口504包括四个电压接入引脚，分别为REFA、REFB、REFC和REFD四个引脚。而所述参考电压接入端口504外接有一参考电压电路。
[0080] 请参阅图9，其为参考电压的电路图。
[0081] 所述参考电压电路的电压输入为5V，该电压通过两
串联的
电阻进行分压，输出第一电压至参考电压输入端口504的REFA和REFB两个引脚，通过另外两个串联电阻进行分压，输出第二电压至参考电压输入端口504的REFC和REFD两个引脚。
[0082] 请参阅图10，其为第二模数转换芯片的电路图。
[0083] 所述第二模数转换芯片60包括电源端601、数据接收端602、模拟信号输出端603和参考电压接入端604；所述数据接收端601用于接收单片机40的输出信号，并转换为模拟信号，通过模拟信号输出端口603发送至第二电机驱动芯片80和第三电机驱动芯片90。
[0084] 具体的，所述电源端601接入的为5V电压，且该电源端通过一电容C22接地，从而排除交流电部分电压。
[0085] 所述信号输入端602包括四个引脚，分别为串行接口、时钟信号接口、LDAC和LOAD接口；所述LDAC接口用于加载DAC，当引脚出现高电平时，即使有数字量被读入串行口也不会对DAC的输出进行更新。只有当引脚从高电平变为低电平时，DAC输出才更新。所述LOAD接口用于串口加载控制。当LDAC是低电平，并且LOAD引脚出现下降沿时数字量被保存到锁存器，随后输出端产生模拟电压。
[0086] 所述信号输出端口603包括DACA和DACB两个输出引脚。
[0087] 所述参考电压接入端口604包括四个电压接入引脚，分别为REFA、REFB、REFC和REFD四个引脚。而所述参考电压接入端口604外接有一参考电压电路。
[0088] 请参阅图11，其为参考电压的电路图。
[0089] 所述参考电压电路的电压输入为5V，该电压通过两串联的电阻进行分压，
输出电压至参考电压输入端口604的REFA、REFB、REFC和REFD四个引脚。
[0090] 请参阅图12，其为第一电机驱动芯片的电路图。
[0091] 进一步，所述第一电机驱动芯片包括电源端701、信号接收端702、信号输出端703、钟信号接入端704和接地端；所述信号接收端702用于接收第一模数转换芯片的输出信号，并通过该信号输出端703输出驱动信号至第一步进电机。
[0092] 所述电源端701包括三个引脚，分别为VCC、VMM1和VMM2，其中VCC接入5V电压，VMM1和VMM2接入12V电压。为了实现12V电压和5V电压的转换，本
实施例还提供了一个电压转换电路。
[0093] 请参阅图13，其为电压转换电路的电路图。
[0094] 所述电压转换电路包括电压转换芯片，其输入端接入12V电压，输出端输出5V电压；所述输入端还通过两并联的电容接地，以将输入电压中的交流部分排除；所述输出端还通过一电容接地，以将输出电压的交流部分排除。
[0095] 另外，所述12V输入电压还连接一滤波电路。请参阅图14，其为滤波电路的电路图。所述滤波电路包括电感和四个相互并联的电容；所述电感的一端与12V电压的输入端连接，另一端与四个并联的电容连接，所述并联电容与电感连接的一端输出电压，另一端接地。
[0096] 请同时参阅图15和图16，其分别为第一电机驱动芯片的信号输入端口的局部放大图和连接关系图。所述信号输入端口502包括6个输入引脚，分别为Phase1、CD1、VR1和Phase2、CD2、VR2。所述Phase1、Phase2分别接入PE5和PE6，CD1和CD2都接入PE7，所述PE5、PE6和PE7从单片机的第一信号输出端口403输出。所述VR1和VR2接入HDAC_VR1和HDAC_VR2，其从第一模数转换芯片信号输出端503的DACA和DACB两个引脚输出。
[0097] 进一步，为了控制电机的开关，本实施例中，所述第一步进电机包括一限位开关电路。请参阅图17，其为第一电机限位开关的信号输入的电路图。所述限位开关信号输入电路包括一连接器；所述连接器的第一端口连接PD7_H信号，该PD7_H信号从单片机的第三信号输出端口405中的PD7_H引脚输出。所述连接器的第二端口通过一电感接入5V电压，第三端口接地。
[0098] 请参阅图18，其为第二电机驱动芯片的电路图。
[0099] 所述第二电机驱动芯片包括电源端801、信号接收端802、信号输出端803、钟信号接入端804和接地端；所述信号接收端802用于接收第一模数转换芯片和第二模数转换芯片的输出信号，并通过该信号输出端803输出驱动信号至第二步进电机。
[0100] 请同时参阅图19和图16，其为第二电机驱动芯片的信号输入端口的局部放大图和连接关系图。所述信号输入端口502包括6个输入引脚，分别为Phase1、CD1、VR1和Phase2、CD2、VR2。所述Phase1、Phase2分别接入PE3和PE4，CD1和CD2都接入PE7，所述PE3、PE4和PE7从单片机的第一信号输出端口403输出。所述VR1和VR2接入VDAC_VR1和VDAC_VR2，其从第一模数转换芯片信号输出端503的DACC和DACD两个引脚输出。
[0101] 进一步，为了控制电机的开关，本实施例中，所述第二步进电机包括一限位开关电路。请参阅图20，其为第二电机限位开关的信号输入的电路图。所述限位开关信号输入电路包括一连接器；所述连接器的第一端口连接PB7_V信号，该PB7_V信号从单片机的第三信号输出端口405中的PB7_V引脚输出。所述连接器的第二端口通过一电感接入5V电压，第三端口接地。
[0102] 请参阅图21，其为第三电机驱动芯片的电路图。
[0103] 所述第三电机驱动芯片包括电源端901、信号接收端902、信号输出端903、钟信号接入端904和接地端；所述信号接收端用于接收第二模数转换芯片的输出信号，并通过该信号输出端输出驱动信号至第三步进电机。
[0104] 请同时参阅图22，其为第三电机驱动芯片的信号输出端口的局部放大图。所述信号输出端口903包括6个输入引脚，分别为Phase1、CD1、VR1和Phase2、CD2、VR2。所述Phase1、Phase2分别接入Z_Phase1和Z_Phase1，CD1和CD2都接入PE7，所述PE7从单片机的第一信号输出端口403输出，所述Z_Phase1和Z_Phase2从第四输出端口407输出。所述VR1和VR2接入ZDAC_VR1和ZDAC_VR2，其从第二模数转换芯片信号输出端603的DACA和DACB两个引脚输出。
[0105] 进一步，为了控制电机的开关，本实施例中，所述第二步进电机包括一限位开关电路。请参阅图23，其为第二电机限位开关的信号输入的电路图。所述限位开关信号输入电路包括一连接器；所述连接器的第一端口连接PB1_Z信号，该PB1_Z信号从单片机的第三信号输出端口405中的PB1_Z引脚输出。所述连接器的第二端口通过一电感接入5V电压，第三端口接地。
[0106] 相比于现有技术，本发明提供了一种摄像云台的控制系统，通过在操作平台的指令的输入，并传输至摄像云台，从而控制镜头的转动，调整镜头的拍摄角度。
[0107] 本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或
变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的
权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
