專利名稱：陀螺式動態(tài)自平衡云臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及攝影、照相和/或監(jiān)測用的輔助裝置，尤其涉及一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，可應(yīng)用于載人飛行器、無人飛行器、汽車、輪船、機(jī)器人、電影拍攝、手持設(shè)備等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在攝影、照相和/或監(jiān)測領(lǐng)域，搭載了攝像機(jī)或照相機(jī)的運(yùn)載體(例如飛行器、汽車、輪船、機(jī)器人、人體)在運(yùn)行過程中，由于運(yùn)載體本身存在高頻震動和低頻抖動,需要配置穩(wěn)定自平衡云臺用來搭載攝像機(jī)、照相機(jī)以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定拍攝。穩(wěn)定自平衡云臺大多是通過電子設(shè)備檢測攝像機(jī)或照相機(jī)的姿態(tài)變化，控制舵機(jī)反向補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)或照相機(jī)的穩(wěn)定?，F(xiàn)有技術(shù)中，大多數(shù)云臺采用機(jī)械齒輪驅(qū)動來達(dá)到調(diào)整攝像機(jī)或照相機(jī)轉(zhuǎn)動的目的。由于齒輪傳動都存在滯后性，運(yùn)載體在轉(zhuǎn)彎、懸停、上升、下降或傾斜等各種姿態(tài)下，云臺響應(yīng)時間長，從而使攝像機(jī)或照相機(jī)很難及時調(diào)整角度，導(dǎo)致攝像機(jī)或照相機(jī)圖像質(zhì)量受到影響。同時，大多云臺存在穩(wěn)定性能不夠，運(yùn)載體發(fā)生姿勢變化過程中相機(jī)晃動較為劇烈，不能消除由于低頻晃動或機(jī)體傾斜造成的影響，因此也很難拍攝出高質(zhì)量的圖像，無法滿足專業(yè)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中云臺由于采用齒輪傳動導(dǎo)致存在響應(yīng)時間長、不能及時適應(yīng)運(yùn)載體的各種姿態(tài)，同時由于不能進(jìn)行無級調(diào)節(jié)而導(dǎo)致存在調(diào)節(jié)精度不高的缺陷，提供一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，能夠很好解決上述問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造陀螺式動態(tài)自平衡云臺，包括機(jī)架組件、電機(jī)組件、拍攝設(shè)備以及控制組件；所述控制組件包括處理器和慣性傳感器，所述慣性傳感器檢測所述拍攝設(shè)備的姿態(tài)信息，所述處理器根據(jù)所述姿態(tài)信息控制所述電機(jī)組件；所述電機(jī)組件直接驅(qū)動所述機(jī)架組件相對所述拍攝設(shè)備轉(zhuǎn)動以調(diào)整所述拍攝設(shè)備的拍攝角度。本發(fā)明一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，優(yōu)選的，所述機(jī)架組件包括第一支架、第二支架以及第三支架，所述拍攝設(shè)備固定在所述第一支架上，所述第一支架與所述第二支架轉(zhuǎn)動設(shè)置，所述第二支架與所述第三支架轉(zhuǎn)動設(shè)置。本發(fā)明一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，優(yōu)選的，所述電機(jī)組件包括第一電機(jī)以及第二電機(jī)，所述第一電機(jī)直接驅(qū)動所述第一支架相對所述第二支架轉(zhuǎn)動，所述第二電機(jī)直接驅(qū)動所述第二支架相對所述第三支架轉(zhuǎn)動。本發(fā)明一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，優(yōu)選的，所述第一電機(jī)的定子固定在所述第一支架上，所述第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子與所述第二支架固定設(shè)置；或者，所述第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定在所述第一支架上，所述第一電機(jī)的定子與所述第二支架固定設(shè)置。
本發(fā)明一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，優(yōu)選的，所述第二電機(jī)的定子固定在所述第三支架上，所述第二電機(jī)的轉(zhuǎn)子與所述第二支架固定設(shè)置；或者，所述第二電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定在所述第三支架上，所述第二電機(jī)的定子與所述第二支架固定設(shè)置。本發(fā)明一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，優(yōu)選的，所述第一支架的旋轉(zhuǎn)軸X軸與所述第二支架的旋轉(zhuǎn)軸Y軸垂直設(shè)置。本發(fā)明一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，優(yōu)選的，所述第一支架與所述拍攝設(shè)備的重心落在所述第一支架的旋轉(zhuǎn)軸X軸上。本發(fā)明一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，優(yōu)選的，所述第一支架、所述第二支架與所述拍攝設(shè)備整體的重心落在所述第二支架的旋轉(zhuǎn)軸Y軸 上。本發(fā)明一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，優(yōu)選的，所述電機(jī)組件還包括第三電機(jī)，所述機(jī)架組件還包括用于對外固定的連接架，所述第三電機(jī)直接驅(qū)動所述第三支架繞其旋轉(zhuǎn)軸Z軸相對所述連接架轉(zhuǎn)動。本發(fā)明一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，優(yōu)選的，所述第三電機(jī)的定子固定在所述連接架上，所述第三電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定連接所述第三支架上；或者，所述第三電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定在所述連接架上，所述第三電機(jī)的定子固定連接所述第三支架上。本發(fā)明一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，優(yōu)選的，所述第一支架、所述第二支架、所述第三支架與所述拍攝設(shè)備整體的重心落在所述第三支架的旋轉(zhuǎn)軸Z軸上。本發(fā)明一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，優(yōu)選的，所述電機(jī)組件包括第四電機(jī)，所述第四電機(jī)驅(qū)動所述拍攝設(shè)備繞其自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。本發(fā)明可達(dá)到以下有益效果采用電機(jī)組件作為原動力直接云臺的機(jī)架組件，耗能較小、節(jié)省電能；同時電機(jī)驅(qū)動能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)節(jié)，動作響應(yīng)時間短，能夠快速啟動、停止或及時調(diào)整轉(zhuǎn)速大小以適應(yīng)運(yùn)載體的各種姿態(tài)，從而提高攝像組件的拍攝穩(wěn)定性。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的陀螺式動態(tài)自平衡云臺的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的陀螺式動態(tài)自平衡云臺的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例二提供的陀螺式動態(tài)自平衡云臺組裝結(jié)構(gòu)示意圖一；圖4是本發(fā)明實(shí)施例二提供的陀螺式動態(tài)自平衡云臺組裝結(jié)構(gòu)示意圖二。附圖標(biāo)號說明100、云臺1、拍攝設(shè)備2、第一支架3、第一電機(jī)4、第二支架5、第二電機(jī)6、第三支架7、第三電機(jī)8、連接架9、定位塊10、套筒11、連接塊
具體實(shí)施例方式為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明提供一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，包括機(jī)架組件、電機(jī)組件、拍攝設(shè)備I以及控制組件。具體的，控制組件包括處理器、慣性傳感器、電路板以及連接線；拍攝設(shè)備I可以為照相機(jī)和/或攝像機(jī)。慣性傳感器時時檢測拍攝設(shè)備I的姿態(tài)信息，并及時不斷反饋給處理器，處理器根據(jù)時時的姿態(tài)信息動態(tài)控制電機(jī)組件的相關(guān)動作。具體的，慣性傳感器包括用于檢測角速度信號的陀螺儀以及用于檢測加速度信號的加速度計(jì)。電機(jī)組件直接驅(qū)動機(jī)架組件相對拍攝設(shè)備轉(zhuǎn)動以調(diào)整拍攝設(shè)備I的拍攝角度。本發(fā)明采用電機(jī)組件作為原動力直接云臺的機(jī)架組件，耗能較小、節(jié)省電能；同時電機(jī)驅(qū)動能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)節(jié)，動作響應(yīng)時間短，能夠快速啟動、停止或及時調(diào)整轉(zhuǎn)速大小以調(diào)整拍攝設(shè)備I的位置從而適應(yīng)運(yùn)載體的各種姿態(tài)，從而提高拍攝設(shè)備I的拍攝穩(wěn)定性。本發(fā)明中運(yùn)載體可以為飛行器、汽車、輪船、機(jī)器人、人體等，例如當(dāng)人體直接手握云臺時，該云臺為一手持設(shè)備，可以進(jìn)行動
態(tài)拍攝或攝影。實(shí)施例一如圖1所示，為本發(fā)明提供一個實(shí)施例，一種陀螺式動態(tài)自平衡兩軸云臺，具體包括機(jī)架組件、電機(jī)組件、控制組件以及拍攝設(shè)備I。機(jī)架組件包括第一支架2和第二支架4，拍攝設(shè)備I固定在第一支架2上。此處拍攝設(shè)備I的形狀不局限于圖1中所示的方形，還可以為圓形或其它形狀。為了實(shí)現(xiàn)拍攝設(shè)備I沿X軸(即第一支架2的旋轉(zhuǎn)軸)旋轉(zhuǎn)，第一支架2通過端部的銷軸轉(zhuǎn)動設(shè)置在第二支架4上，這種轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)拍攝設(shè)備I的抬頭或低頭旋轉(zhuǎn)。為了保持拍攝設(shè)備I的位置不變，以保證拍照或攝像的平穩(wěn)性，當(dāng)運(yùn)載體的左傾或右傾轉(zhuǎn)動時，云臺與拍攝設(shè)備I整體應(yīng)當(dāng)進(jìn)行反向補(bǔ)償，即適應(yīng)性地進(jìn)行右傾或左傾轉(zhuǎn)動，如圖1所示，第二支架4可繞自身轉(zhuǎn)軸Y軸轉(zhuǎn)動，第二支架4的左右轉(zhuǎn)動一定角度從而帶動第一支架2和拍攝設(shè)備I整體轉(zhuǎn)動。為了直接驅(qū)動第一支架2、第二支架4，本實(shí)施例提供的動力源為電機(jī)，采用電機(jī)組件直接驅(qū)動具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)電機(jī)直接驅(qū)動耗能較小，節(jié)能環(huán)保；(2)響應(yīng)時間短、能夠及時快速調(diào)整以適應(yīng)運(yùn)載體各種運(yùn)行姿態(tài)，從而使拍攝設(shè)備的拍攝穩(wěn)定性高；(3)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)節(jié)，速度變化均勻，能夠在允許的速度范圍內(nèi)連續(xù)地、任意地調(diào)節(jié)速度大小，對機(jī)構(gòu)構(gòu)件的沖擊性較小，穩(wěn)定性能佳。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，具體的，如圖1所示，電機(jī)組件包括第一電機(jī)3以及第二電機(jī)5，第一電機(jī)3直接驅(qū)動第一支架2繞其旋轉(zhuǎn)軸(即X軸)相對第二支架4轉(zhuǎn)動，第二電機(jī)5直接驅(qū)動第二支架4繞其旋轉(zhuǎn)軸(即Y軸)轉(zhuǎn)動。本實(shí)施例采用小型電機(jī)作為原動力能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)節(jié)，動作響應(yīng)時間短，能夠快速啟動、停止或及時調(diào)整轉(zhuǎn)速大小以適應(yīng)運(yùn)載體各種運(yùn)行姿態(tài)，從而提高拍攝設(shè)備的拍攝穩(wěn)定性。為了便于第一支架2相對第二支架4轉(zhuǎn)動，減小摩擦，作為優(yōu)選，第一支架2的旋轉(zhuǎn)軸X軸與第二支架4的旋轉(zhuǎn)軸Y軸垂直設(shè)置。具體的，如圖1所示，第一電機(jī)3的定子固定在第一支架2上，第一電機(jī)3的轉(zhuǎn)子與第二支架4固定設(shè)置。第一電機(jī)3直接驅(qū)動第二支架4，從而使第一支架2相對第二支架4發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。此處需注意，第三電機(jī)3的定子和轉(zhuǎn)子的位置可互換，S卩第一電機(jī)3的轉(zhuǎn)子固定在第一支架2上，定子與第二支架4固定設(shè)置，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)相對轉(zhuǎn)動功能。作為優(yōu)選，如圖1所示，第二電機(jī)5的定子固定在第三支架6上，第二電機(jī)5的轉(zhuǎn)子與第二支架4固定設(shè)置。第二電機(jī)5直接驅(qū)動第二支架4，從而使第二支架4相對第三支架6發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。此處需注意，第二電機(jī)5的定子和轉(zhuǎn)子的位置可互換，即第二電機(jī)5的轉(zhuǎn)子固定在第三支架6上，定子與第二支架4固定設(shè)置，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)相對轉(zhuǎn)動功能。運(yùn)載體在姿態(tài)變換過程中，當(dāng)拍攝設(shè)備I的鏡頭的中心軸轉(zhuǎn)動至垂直于X軸與Y軸構(gòu)成的平面時，第二支架4繞Y軸的左右轉(zhuǎn)動只能帶動拍攝設(shè)備I的鏡頭在垂直面的一定范圍內(nèi)掃射，不能實(shí)現(xiàn)拍攝設(shè)備I的鏡頭自身轉(zhuǎn)動。為了使鏡頭轉(zhuǎn)動至垂直于X軸與Y軸構(gòu)成的平面時仍能夠全方位調(diào)整鏡頭的角度，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，作為優(yōu)選實(shí)施例，電機(jī)組件包括第四電機(jī)，第四電機(jī)驅(qū)動拍攝設(shè)備I繞其自轉(zhuǎn)軸K軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)K軸與Y軸平行或同軸時，第二支架4繞Y軸的轉(zhuǎn)動能夠?qū)崿F(xiàn)拍攝設(shè)備I的鏡頭的自轉(zhuǎn)；當(dāng)K軸垂直于Y軸時，拍攝設(shè)備I的鏡頭通過第四電機(jī)實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)。進(jìn)一步的，為了增大拍攝設(shè)備I拍攝過程中的穩(wěn)定性能，第一支架2與拍攝設(shè)備I的重心落在第一支架2的旋轉(zhuǎn)軸X軸上。通過力學(xué)分析，當(dāng)?shù)谝恢Ъ?與拍攝設(shè)備I的重心落在第一支架2的旋轉(zhuǎn)軸X軸上時，第一支架2轉(zhuǎn)動至任意角度，均不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，即第一支架2不會因?yàn)榱囟鴣砘鼗蝿?，增加轉(zhuǎn)動過程中的拍攝設(shè)備I的穩(wěn)定性。當(dāng)運(yùn)載體平穩(wěn)運(yùn)行時，即無需電機(jī)驅(qū)動狀況下，第一支架2和拍攝設(shè)備I也處于動態(tài)平衡狀態(tài)。同樣道理，通過力學(xué)分析，為了增加穩(wěn)定性能，避免繞Y軸旋轉(zhuǎn)的整體組件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，作為優(yōu)選方案，如圖1所示，第一支架2、第二支架4與拍攝設(shè)備I整體的重心落在第二支架4的旋轉(zhuǎn)軸上。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，作為優(yōu)選，第一電機(jī)3、第二電機(jī)5以及第四電機(jī)優(yōu)選為直流無刷電機(jī)。運(yùn)載體用云臺采用直流無刷電機(jī)的好處在于(I)電子換向來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械換向，性能可靠、永無磨損、故障率低，壽命比有刷電機(jī)提高了約6倍；(2)屬靜態(tài)電機(jī)，空載電流??；(3)效率高⑷體積小。具體的，控制組件包括處理器、慣性傳感器、電路板以及連接線，連接線包括導(dǎo)電線和信號線，慣性傳感器包括用于檢測角速度信號的陀螺儀以及用于檢測加速度信號的加速度計(jì)，處理器根據(jù)角速度信號與加速度信號來控制第一電機(jī)3、第二電機(jī)5的啟動、停止以及轉(zhuǎn)速大小。通過設(shè)置慣性傳感器來及時動態(tài)監(jiān)測拍攝設(shè)備I的姿態(tài)，并快速及時控制電機(jī)的啟停，從而提高拍攝設(shè)備I的拍攝穩(wěn)定性。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，運(yùn)載體用云臺為兩軸云臺可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)其他任意兩個方向上的轉(zhuǎn)動。改進(jìn)后的兩軸云臺具體包括機(jī)架組件、電機(jī)組件、控制組件以及拍攝設(shè)備I。與上述的兩軸云臺不同之處在于機(jī)架組件包括第一支架2、第三支架6和連接架8。拍攝設(shè)備I固定在第一支架2上，第一支架2與第三支架6轉(zhuǎn)動設(shè)置，這種轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)拍攝設(shè)備I的抬頭或低頭旋轉(zhuǎn)。連接架8對外固定在運(yùn)載體上；第三支架6相對連接架8可周向轉(zhuǎn)動,從而帶動云臺整體周向旋轉(zhuǎn)。具體的，電機(jī)組件包括第一電機(jī)3以及第三電機(jī)7，第一電機(jī)3直接驅(qū)動第一支架2繞其旋轉(zhuǎn)軸(即X軸)轉(zhuǎn)動從而帶動拍攝設(shè)備I的鏡頭俯仰轉(zhuǎn)動；第三電機(jī)7直接驅(qū)動第三支架6繞其旋轉(zhuǎn)軸(Z軸)周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而帶動拍攝設(shè)備I繞Z軸進(jìn)行環(huán)形拍攝。同樣的，為了同時實(shí)現(xiàn)拍攝設(shè)備I的左右傾轉(zhuǎn)動以及周向旋轉(zhuǎn)，運(yùn)載體用云臺為兩軸云臺還可以進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)改進(jìn)，具體包括機(jī)架組件、電機(jī)組件、控制組件以及拍攝設(shè)備
I。機(jī)架組件包括第二支架4以及第三支架6，拍攝設(shè)備I固定在第二支架4上，第二支架4可繞旋轉(zhuǎn)軸Y軸轉(zhuǎn)動一定角度，第二支架4的轉(zhuǎn)動帶動拍攝設(shè)備I左右傾轉(zhuǎn)動。第三支架6可繞其旋轉(zhuǎn)軸(即Z軸)周向旋轉(zhuǎn)從而帶動拍攝設(shè)備I環(huán)向掃拍。電機(jī)組件包括第二電機(jī)5以及第三電機(jī)7，第二電機(jī)5直接驅(qū)動第二支架4繞其旋轉(zhuǎn)軸(即Y軸)相對第三支架6轉(zhuǎn)動一定角度，第三電機(jī)7直接驅(qū)動第三支架6繞其旋轉(zhuǎn)軸(即Z軸)周向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。作為優(yōu)選，第二支架4的旋轉(zhuǎn)軸Y軸與第三支架6的旋轉(zhuǎn)軸Z軸垂直設(shè)置。機(jī)架組件還包括連接架8，第三支架6轉(zhuǎn)動設(shè)置在連接架8上，具體地，第三電機(jī)7的定子固定在連接架8上，轉(zhuǎn)子與第三支架6固定連接。在上述實(shí)施例的任意兩軸云臺結(jié)構(gòu)中，第一電機(jī)3、第二電機(jī)5、第三電機(jī)7各自的定子和轉(zhuǎn)子的位置可互換，也能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動的目的。實(shí)施例二如圖2、圖3、圖4所示，為本發(fā)明提供的一個優(yōu)選實(shí)施例，該用云臺100可以三軸轉(zhuǎn)動，構(gòu)成三軸轉(zhuǎn)動云臺，具體包括機(jī)架組件、電機(jī)組件、控制組件以及拍攝設(shè)備I。如圖2所示，機(jī)架組件包括第一支架2、第二支架4、第三支架6以及連接架8。拍攝設(shè)備I固定在第一支架2上，為了實(shí)現(xiàn)拍攝設(shè)備I沿X軸(即第一支架2的旋轉(zhuǎn)軸)旋轉(zhuǎn)，第一支架2與第二支架4轉(zhuǎn)動設(shè)置，這種轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)拍攝設(shè)備I的抬頭或低頭旋轉(zhuǎn)。為了保持拍攝設(shè)備I的位置不變，以保證拍照或攝像的平穩(wěn)性，當(dāng)運(yùn)載體的左傾或右傾轉(zhuǎn)動時，云臺與拍攝設(shè)備I整體應(yīng)當(dāng)進(jìn)行反向補(bǔ)償，即適應(yīng)性地進(jìn)行右傾或左傾轉(zhuǎn)動，如圖2所示，第二支架4與第三支架6轉(zhuǎn)動設(shè)置，第二支架4的左右轉(zhuǎn)動從而帶動第一支架2和拍攝設(shè)備I整體轉(zhuǎn)動。為了實(shí)現(xiàn)拍攝設(shè)備I的周向旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行360度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動拍攝，連接架8對外固定在直升機(jī)或多旋翼飛行器上，第三支架6可繞Z軸相對連接架8轉(zhuǎn)動。為了驅(qū)動第一支架2、第二支架4以及第三支架6，本實(shí)施例提供的動力源為電機(jī)，采用電機(jī)驅(qū)動具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)電機(jī)直接驅(qū)動耗能較小，節(jié)能環(huán)保；(2)響應(yīng)時間短、能夠及時快速調(diào)整以適應(yīng)運(yùn)載體各種運(yùn)行姿態(tài)，從而使拍攝設(shè)備的拍攝穩(wěn)定性高；(3)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)節(jié)，速度變化均勻，能夠在允許的速度范圍內(nèi)連續(xù)地、任意地調(diào)節(jié)速度大小，對機(jī)構(gòu)構(gòu)件的沖擊性較小，穩(wěn)定性能佳。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，具體的，如圖2、圖3、圖4所示，電機(jī)組件包括第一電機(jī)
3、第二電機(jī)5以及第三電機(jī)7，第一電機(jī)3直接驅(qū)動第一支架2繞其旋轉(zhuǎn)軸X軸相對第二支架4轉(zhuǎn)動，第二電機(jī)5直接驅(qū)動第二支架4繞其旋轉(zhuǎn)軸Y軸相對第三支架6轉(zhuǎn)動，第三電機(jī)7直接驅(qū)動第三支架6繞Z軸周向旋轉(zhuǎn)。本實(shí)施例采用電機(jī)作為原動力直接云臺的機(jī)架組件，耗能較小、節(jié)省電能；同時電機(jī)驅(qū)動能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)節(jié)，動作響應(yīng)時間短，能夠快速啟動、停止或及時調(diào)整轉(zhuǎn)速大小以適應(yīng)運(yùn)載體各種運(yùn)行姿態(tài)，從而提高拍攝設(shè)備的拍攝穩(wěn)定性。作為優(yōu)選，第一支架2的旋轉(zhuǎn)軸X軸、第二支架4的旋轉(zhuǎn)軸Y軸以及第三支架6的旋轉(zhuǎn)軸Z軸三者相互垂直設(shè)置，這種結(jié)構(gòu)有利于發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，減小摩擦。具體地，如圖2所示，第三電機(jī)7的定子固定在起落架8上，轉(zhuǎn)子固定在第三支架6上。更具體地，定位塊9固定連接兩個U型連接架8，定位塊9通過螺釘固定在連接架8上，第三電機(jī)7的定子通過螺栓或螺釘固定在定位塊9上。第三支架6上固定設(shè)置有連接塊11，內(nèi)置穿孔的套筒10固定在連接塊11上，套筒10上的穿孔與第三電機(jī)7的轉(zhuǎn)子相適配，轉(zhuǎn)子插接在該穿孔內(nèi)并與穿孔過盈配合。可以理解，第三電機(jī)7的定子和轉(zhuǎn)子的位置可以互換，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)動目的。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，為了增大拍攝設(shè)備I拍攝過程中的穩(wěn)定性能，第一支架2與拍攝設(shè)備I的重心落在第一支架2的旋轉(zhuǎn)軸X軸上。通過力學(xué)分析，當(dāng)?shù)谝恢Ъ?與拍攝設(shè)備I的重心落在第一支架2的旋轉(zhuǎn)軸X軸上時，第一支架2轉(zhuǎn)動至任意角度，均不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，即第一支架2不會因?yàn)榱囟鴣砘鼗蝿樱黾愚D(zhuǎn)動過程中的拍攝設(shè)備I的穩(wěn)定性；當(dāng)運(yùn)載體平穩(wěn)運(yùn)行時，即無需電機(jī)驅(qū)動狀況下，第一支架2和拍攝設(shè)備I也處于動態(tài)平衡狀態(tài)。同樣道理，為了增加穩(wěn)定性能，避免繞Y軸旋轉(zhuǎn)的整體組件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，作為優(yōu)選方案，如圖1所示，第一支架2、第二支架4與拍攝設(shè)備I整體的重心落在第二支架4的旋轉(zhuǎn)軸上。同樣，為了避免繞Z軸轉(zhuǎn)動的整體組件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，如圖2、圖3所示，第一支架
2、第二支架4、第三支架6與拍攝設(shè)備I整體的重心落在第三支架6的旋轉(zhuǎn)軸Z軸上。具體的，控制組件包括處理器、慣性傳感器、電路板以及連接線，連接線包括導(dǎo)電線和信號線，慣性傳感器包括用于檢測角速度信號的陀螺儀以及用于檢測加速度信號的加速度計(jì)，處理器根據(jù)角速度信號與加速度信號來動態(tài)控制第一電機(jī)3、第二電機(jī)5的啟動、停止以及轉(zhuǎn)速大小。通過設(shè)置慣性傳感器來及時動態(tài)監(jiān)測拍攝設(shè)備I的姿態(tài)，并快速及時控制電機(jī)的啟停，從而提高拍攝設(shè)備的拍攝穩(wěn)定性。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，作為優(yōu)選，在上述陀螺式動態(tài)自平衡三軸云臺100的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，增加了拍攝設(shè)備I的鏡頭的自轉(zhuǎn)功能。此處需注意，拍攝設(shè)備I不局限于圖2或圖3中所示的形狀，拍攝設(shè)備I可以為回轉(zhuǎn)體形或其他形狀。運(yùn)載體在運(yùn)行過程中，當(dāng)拍攝設(shè)備I的鏡頭轉(zhuǎn)動至垂直于X軸與Y軸構(gòu)成的平面時，第二支架4繞Y軸的左右轉(zhuǎn)動只能帶動拍攝設(shè)備I的鏡頭在垂直面的一定范圍內(nèi)掃射，不能實(shí)現(xiàn)拍攝設(shè)備I的鏡頭自身轉(zhuǎn)動。為了使鏡頭轉(zhuǎn)動至垂直于X軸與Y軸構(gòu)成的平面時仍能夠全方位調(diào)整鏡頭的角度，電機(jī)組件還包括第四電機(jī)，第四電機(jī)直接驅(qū)動拍攝設(shè)備I繞其自轉(zhuǎn)軸K軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)K軸與Y軸平行或同軸時，第二支架4繞Y軸的轉(zhuǎn)動能夠?qū)崿F(xiàn)拍攝設(shè)備I的鏡頭的自轉(zhuǎn)；當(dāng)K軸垂直于Y軸時，拍攝設(shè)備I的鏡頭通過第四電機(jī)實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)。作為優(yōu)選，第一電機(jī)3、第二電機(jī)5、第三電機(jī)7以及第四電機(jī)均為直流無刷電機(jī)。運(yùn)載體用云臺100采用直流無刷電機(jī)的好處在于(I)電子換向來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械換向，性能可靠、永無磨損、故障率低，壽命比有刷電機(jī)提高了約6倍；(2)屬靜態(tài)電機(jī)，空載電流小；
(3)效率高；⑷體積小。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，其特征在于包括機(jī)架組件、電機(jī)組件、拍攝設(shè)備(I)以及控制組件； 所述控制組件包括處理器和慣性傳感器，所述慣性傳感器檢測所述拍攝設(shè)備(I)的姿態(tài)信息，所述處理器根據(jù)所述姿態(tài)信息控制所述電機(jī)組件； 所述電機(jī)組件直接驅(qū)動所述機(jī)架組件相對所述拍攝設(shè)備轉(zhuǎn)動以調(diào)整所述拍攝設(shè)備(I)的拍攝角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陀螺式動態(tài)自平衡云臺，其特征在于，所述機(jī)架組件包括第一支架(2)、第二支架(4)以及第三支架￠)，所述拍攝設(shè)備(I)固定在所述第一支架(2)上，所述第一支架(2)與所述第二支架(4)轉(zhuǎn)動設(shè)置，所述第二支架(4)與所述第三支架(6)轉(zhuǎn)動設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陀螺式動態(tài)自平衡云臺，其特征在于，所述電機(jī)組件包括第一電機(jī)⑶以及第二電機(jī)(5)，所述第一電機(jī)(3)直接驅(qū)動所述第一支架⑵相對所述第二支架(4)轉(zhuǎn)動，所述第二電機(jī)(5)直接驅(qū)動所述第二支架(4)相對所述第三支架(6)轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陀螺式動態(tài)自平衡云臺，其特征在于，所述第一電機(jī)(3)的定子固定在所述第一支架(2)上，所述第一電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)子與所述第二支架(4)固定設(shè)置； 或者，所述第一電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)子固定在所述第一支架(2)上，所述第一電機(jī)(3)的定子與所述第二支架(4)固定設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陀螺式動態(tài)自平衡云臺，其特征在于，所述第二電機(jī)(5)的定子固定在所述第三支架(6)上，所述第二電機(jī)(5)的轉(zhuǎn)子與所述第二支架(4)固定設(shè)置； 或者，所述第二電機(jī)(5)的轉(zhuǎn)子固定在所述第三支架(6)上，所述第二電機(jī)(5)的定子與所述第二支架(4)固定設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的陀螺式動態(tài)自平衡云臺，其特征在于，所述第一支架(2)的旋轉(zhuǎn)軸X軸與所述第二支架(4)的旋轉(zhuǎn)軸Y軸垂直設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陀螺式動態(tài)自平衡云臺，其特征在于，所述第一支架(2)與所述拍攝設(shè)備(I)的重心落在所述第一支架(2)的旋轉(zhuǎn)軸X軸上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陀螺式動態(tài)自平衡云臺，其特征在于，所述第一支架(2)、所述第二支架(4)與所述拍攝設(shè)備(I)整體的重心落在所述第二支架(4)的旋轉(zhuǎn)軸Y軸上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陀螺式動態(tài)自平衡云臺，其特征在于，所述電機(jī)組件還包括第三電機(jī)(7)，所述機(jī)架組件還包括用于對外固定的連接架(8)，所述第三電機(jī)(7)直接驅(qū)動所述第三支架(6)相對所述連接架(8)轉(zhuǎn)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的陀螺式動態(tài)自平衡云臺，其特征在于，所述第三電機(jī)(7)的定子固定在所述連接架(8)上，所述第三電機(jī)(7)的轉(zhuǎn)子固定連接所述第三支架(6)上； 或者，所述第三電機(jī)(7)的轉(zhuǎn)子固定在所述連接架(8)上，所述第三電機(jī)(7)的定子固定連接所述第三支架(6)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的陀螺式動態(tài)自平衡云臺，其特征在于，所述第一支架(2)、所述第二支架(4)、所述第三支架(6)與所述拍攝設(shè)備(I)整體的重心落在所述第三支架(6)的旋轉(zhuǎn)軸Z軸上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的陀螺式動態(tài)自平衡云臺，其特征在于，所述電機(jī)組件包括第四電機(jī)，所述第四電機(jī)驅(qū)動所述拍攝設(shè)備(I)繞其自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陀螺式動態(tài)自平衡云臺，包括機(jī)架組件、電機(jī)組件、拍攝設(shè)備(1)以及控制組件；所述控制組件包括處理器和慣性傳感器，所述慣性傳感器檢測所述拍攝設(shè)備(1)的姿態(tài)信息，所述處理器根據(jù)所述姿態(tài)信息控制所述電機(jī)組件；所述電機(jī)組件直接驅(qū)動所述機(jī)架組件相對所述拍攝設(shè)備轉(zhuǎn)動以調(diào)整所述拍攝設(shè)備(1)的拍攝角度。本發(fā)明采用電機(jī)組件作為原動力直接云臺的機(jī)架組件，耗能較小、節(jié)省電能；同時電機(jī)驅(qū)動能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)節(jié)，動作響應(yīng)時間短，能夠快速啟動、停止或及時調(diào)整轉(zhuǎn)速大小以適應(yīng)運(yùn)載體的各種姿態(tài)，從而提高拍攝設(shè)備(1)的拍攝穩(wěn)定性。
文檔編號F16M11/18GK102996984SQ20111038035
公開日2013年3月27日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者汪滔 申請人:深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司