三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺及工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺及工作方法，屬于自穩(wěn)云臺【技術(shù)領(lǐng)域】。它包括避震組件、支架組件、電機組件、拍攝設(shè)備以及控制組件。本穩(wěn)定性能好，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，控制難度小。
【專利說明】三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺及工作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三軸動態(tài)動態(tài)自穩(wěn)云臺及工作方法，屬于自穩(wěn)云臺【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]飛行器、汽車、機器人、船舶等運載體上搭載的攝影，照相或檢測設(shè)備在運行過程中由于運載體本身的高頻振動或低頻抖動，會嚴重影響攝影，拍照或者檢測效果。因此在這中運載體上搭載攝影或檢測設(shè)備需要配置動態(tài)自穩(wěn)云臺，用以消除抖動。動態(tài)自穩(wěn)云臺大都是通過姿態(tài)傳感器檢測到攝影或檢測設(shè)備姿態(tài)的變化，然后通過控制相關(guān)的電機進行反向補償，從而保證了拍攝設(shè)備拍攝過程中的穩(wěn)定性。
[0003]現(xiàn)有的三軸自穩(wěn)云臺絕大部分的拓撲結(jié)構(gòu)是偏航旋轉(zhuǎn)軸在最上面，其次是滾轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸，最靠近拍攝設(shè)備的是俯仰旋轉(zhuǎn)軸。這種拓撲結(jié)構(gòu)使得三軸云臺整體結(jié)構(gòu)無法完全對稱，旋轉(zhuǎn)中心與結(jié)構(gòu)重心無法重合。因此在拍攝設(shè)備受到外部環(huán)境影響，發(fā)生轉(zhuǎn)彎、懸停、上升、下降或傾斜時，云臺補償難度較大，云臺調(diào)整電機的控制難度較大。這會導(dǎo)致拍攝畫面模糊，檢測結(jié)果錯誤，補償調(diào)整過程中會產(chǎn)生較大的振動或者機身傾斜，反而影響到拍攝效果，無法滿足專業(yè)需求。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有的穩(wěn)定云臺中存在的穩(wěn)定性能不夠，結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，控制難度較大的缺陷，提出一種三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺及工作方法，能夠很好地解決上述問題。
[0006]一種三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺，其特征在于:包括支架及電機組件、避震組件、拍攝設(shè)備、控制組件；上述支架及電機組件包括外框、中框、內(nèi)框，外框電機、中框電機、內(nèi)框電機；其中外框電機固定在外框的第一端，外框電機連接軸與外框電機的輸出軸固連；外框電機輸出軸指向外框內(nèi)側(cè)；中框位于外框內(nèi)，中框第一端固定在外框電機連接軸上，中框第二端通過中框旋轉(zhuǎn)軸安裝在外框的第二端；中框電機固定在中框的第三端，中框電機連接軸與中框電機輸出軸固連；中框電機輸出軸指向中框內(nèi)側(cè)；內(nèi)框位于中框內(nèi)，內(nèi)框的第一端固定在中框電機連接軸上；內(nèi)框第二端通過內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸安裝在中框的第四端；內(nèi)框電機固定在內(nèi)框中心，內(nèi)框電機連接軸與內(nèi)框電機輸出軸固連；內(nèi)框電機輸出軸指向內(nèi)框外側(cè)；相機固定架與內(nèi)框電機連接軸固連；拍攝設(shè)備固定在相機固定架內(nèi)。上述中框第一端、第二端的連線于中框第三端、第四端的連線垂直相交；上述外框電機、中框電機、內(nèi)框電機的軸線垂直相交于一點；上述避震組件安裝于外框頂部，外框頂部還具有與其他設(shè)備相連的連接部件；上述控制組件包括固定于拍攝設(shè)備的陀螺儀和處理器。
[0007]三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺的工作方法，其特征在于包括以下過程:利用陀螺儀檢測拍攝設(shè)備三個方向的角度、速度、加速度，將上述數(shù)據(jù)傳給處理器，處理器處理完畢后，將補償角度、電機速度傳遞給外框電機、中框電機、內(nèi)框電機的驅(qū)動器進行實時補償。
[0008]本發(fā)明提出的三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺解決了偏航，滾轉(zhuǎn)，俯仰旋轉(zhuǎn)的三個旋轉(zhuǎn)軸不相交的問題，從而大大降低了三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺的控制難度?？捎糜跓o人機、運載體、汽車、機器人、船舶、攝影拍攝、手持設(shè)備等領(lǐng)域。
[0009]上述三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺，其特征在于:參與偏航旋轉(zhuǎn)的所有結(jié)構(gòu)重心與偏航旋轉(zhuǎn)軸重合；參與俯仰旋轉(zhuǎn)的所有結(jié)構(gòu)重心與俯仰旋轉(zhuǎn)軸重合；參與滾轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的所有結(jié)構(gòu)重心與滾轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸重合；上述的參與偏航旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)包括所述拍攝設(shè)備，所述相機固定架和所述內(nèi)框電機連接軸；上述的參與俯仰旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)包括所述拍攝設(shè)備，所述內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸、所述中框電機連接軸，還包括內(nèi)框組件；上述的參與滾轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)包括所述拍攝設(shè)備，所述中框旋轉(zhuǎn)軸和所述外框電機連接軸，還包括內(nèi)框組件和中框組件；上述的內(nèi)框組件包括所述相機固定架，所述內(nèi)框電機連接軸和所述內(nèi)框；上述的中框組件包括所述內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸，所述中框電機連接軸和所述中框；上述的外框組件包括所述中框旋轉(zhuǎn)軸,所述外框電機連接軸和所述外框。
本發(fā)明提出的三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺其偏航，滾轉(zhuǎn)，俯仰旋轉(zhuǎn)的重心分別落在三個旋轉(zhuǎn)軸上，使得云臺穩(wěn)定性大大提高，使得控制更加方便簡單。
[0010]上述三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺，所述的避震組件包含若干組避震橡膠球組成的避震單兀；避震單兀沿內(nèi)框電機輸出軸對稱。
[0011]本發(fā)明提出的三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺其避震組件的使用隔離了載體傳遞到云臺上的低頻振動，使得云臺自穩(wěn)控制效果更好。
[0012]上述三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺，所述的外框電機、中框電機和內(nèi)框電機為永磁同步電機或超聲電機。
[0013]本發(fā)明提出的三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺其三個旋轉(zhuǎn)軸上使用的電機既可以為永磁同步電機，也可以為超聲電機。因此云臺在使用時可以根據(jù)外在環(huán)境的不同，酌情選擇電機。使得云臺的適應(yīng)性更好，使用范圍更廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1帶陀螺儀的動態(tài)自穩(wěn)云臺裝配圖；
圖2帶陀螺儀的動態(tài)自穩(wěn)云臺爆炸視圖；
圖3帶陀螺儀的動態(tài)自穩(wěn)云臺軸線相交視圖；
附圖標號說明:1、避震組件，2、外框，3、外框電機，4、中框，5、中框電機，6、內(nèi)框電機，7、內(nèi)框，8、拍攝設(shè)備，9、控制組件，10、懸掛卡，11、避震橡膠球，12、橡膠球固定板，13、內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸，14、內(nèi)框電機連接軸，15、相機固定架，16、中框旋轉(zhuǎn)軸，17、中框電機連接軸，18、外框電機連接軸。

【具體實施方式】
[0015]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更清晰的理解，現(xiàn)在對照附圖詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0016]本發(fā)明公開了一種帶陀螺儀的動態(tài)自穩(wěn)云臺，包括避震組件、支架組件、電機組件、拍攝設(shè)備以及控制組件:所述的避震組件包含四組避震橡膠球；所述的支架組件包含內(nèi)框，中框和外框三個框架結(jié)構(gòu)；所述的電機組件包含超聲電機或者電磁電機及其驅(qū)動設(shè)備；所述的拍攝設(shè)備為相機或者攝像機等專用攝影器材；所述的控制組件包含處理器和姿態(tài)慣性傳感器。本發(fā)明所涉及的支架組件分為內(nèi)框，中框和外框三層結(jié)構(gòu)。分別用于固定偏航旋轉(zhuǎn)電機，俯仰旋轉(zhuǎn)電機和滾轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)電機。本發(fā)明所涉及到的電機包括永磁同步電機和超聲電機兩種。
[0017]實施例1
本發(fā)明提供一種帶陀螺儀的動態(tài)自穩(wěn)云臺，包括避震組件、支架組件、電機組件、拍攝設(shè)備8以及控制組件9 ;所述的避震組件I包含四組避震橡膠球11每組四個，懸掛卡10，橡膠球固定板12 ;所述的支架組件分為內(nèi)框組件，中框組件和外框組件。內(nèi)框組件包括相機固定架15，內(nèi)框電機連接軸14和內(nèi)框7。中框組件包括內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸13，中框電機連接軸17和中框4。外框組件包括中框旋轉(zhuǎn)軸16，外框電機連接軸18和外框2 ;所述的電機組件包含永磁同步電機及其驅(qū)動設(shè)備和超聲電機及其驅(qū)動設(shè)備兩種。兩種方案均包含內(nèi)框電機6，中框電機5和外框電機3 ;所述的控制組件9包含處理器和六自由度姿態(tài)慣性傳感器。
[0018]搭載該云臺的運載體發(fā)生偏航方向的轉(zhuǎn)動時，控制組件9中的六自由度姿態(tài)慣性傳感器會實時檢測出這一變化，為了保證拍攝設(shè)備8的拍攝狀態(tài)不變，控制組件9中的處理器會根據(jù)姿態(tài)慣性傳感器檢測到的數(shù)據(jù)換算出需要補償?shù)臄?shù)據(jù)，并實時控制內(nèi)框電機6進行反方向轉(zhuǎn)動，從而達到補償效果。
[0019]實施例2
搭載該云臺的運載體發(fā)生俯仰方向的轉(zhuǎn)動時，控制組件9中的六自由度姿態(tài)慣性傳感器會實時檢測出這一變化，為了保證拍攝設(shè)備8的拍攝狀態(tài)不變，控制組件9中的處理器會根據(jù)姿態(tài)慣性傳感器檢測到的數(shù)據(jù)換算出需要補償?shù)臄?shù)據(jù)，并實時控制中框電機6進行反方向轉(zhuǎn)動，從而達到補償效果。
[0020]實施例3
搭載該云臺的運載體發(fā)生滾轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)動時，控制組件9中的六自由度姿態(tài)慣性傳感器會實時檢測出這一變化，為了保證拍攝設(shè)備8的拍攝狀態(tài)不變，控制組件9中的處理器會根據(jù)姿態(tài)慣性傳感器檢測到的數(shù)據(jù)換算出需要補償?shù)臄?shù)據(jù)，并實時控制外框電機6進行反方向轉(zhuǎn)動，從而達到補償效果。
【權(quán)利要求】
1.一種三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺，其特征在于: 包括支架及電機組件、避震組件(I)、拍攝設(shè)備(8)、控制組件(9)； 上述支架及電機組件包括外框(2)、中框(4)、內(nèi)框(7)，外框電機(3)、中框電機(5)、內(nèi)框電機(6);其中外框電機(3)固定在外框(2)的第一端,外框電機連接軸(18)與外框電機(3)的輸出軸固連；外框電機(3)輸出軸指向外框內(nèi)側(cè)；中框(4)位于外框(2)內(nèi)，中框(2)第一端固定在外框電機連接軸(18)上，中框(2)第二端通過中框旋轉(zhuǎn)軸(16)安裝在外框的第二端；中框電機(5)固定在中框(4)的第三端，中框電機連接軸(17)與中框電機輸出軸固連；中框電機輸出軸指向中框內(nèi)側(cè)；內(nèi)框(7)位于中框(4)內(nèi)，內(nèi)框(7)的第一端固定在中框電機連接軸(17)上；內(nèi)框(7)第二端通過內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸(13)安裝在中框的第四端；內(nèi)框電機(6)固定在內(nèi)框(7)中心，內(nèi)框電機連接軸(14)與內(nèi)框電機輸出軸固連；內(nèi)框電機(6)輸出軸指向內(nèi)框外側(cè)；相機固定架(15)與內(nèi)框電機連接軸(14)固連；拍攝設(shè)備(8)固定在相機固定架(15)內(nèi)；上述中框(2)第一端、第二端的連線于中框(2)第三端、第四端的連線垂直相交；上述外框電機(3)、中框電機(5)、內(nèi)框電機(6)的軸線垂直相交于一點；上述避震組件(I)安裝于外框(2)頂部，外框頂部還具有與其他設(shè)備相連的連接部件；上述控制組件(9 )包括固定于拍攝設(shè)備(8 )的陀螺儀和處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺，其特征在于:參與偏航旋轉(zhuǎn)的所有結(jié)構(gòu)重心與偏航旋轉(zhuǎn)軸重合；參與俯仰旋轉(zhuǎn)的所有結(jié)構(gòu)重心與俯仰旋轉(zhuǎn)軸重合；參與滾轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的所有結(jié)構(gòu)重心與滾轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸重合；上述的參與偏航旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)包括所述拍攝設(shè)備(8)，所述相機固定架(15)和所述內(nèi)框電機連接軸(14);上述的參與俯仰旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)包括所述拍攝設(shè)備(8)，所述內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸(13)、所述中框電機連接軸(17)，還包括內(nèi)框組件；上述的參與滾轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)包括所述拍攝設(shè)備(8)，所述中框旋轉(zhuǎn)軸(16)和所述外框電機連接軸(18)，還包括內(nèi)框組件和中框組件；上述的內(nèi)框組件包括所述相機固定架(15)，所述內(nèi)框電機連接軸(14)和所述內(nèi)框(7);上述的中框組件包括所述內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸(13)，所述中框電機連接軸(17)和所述中框(4);上述的外框組件包括所述中框旋轉(zhuǎn)軸(16)，所述外框電機連接軸(18)和所述外框(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺，其特征在于:上述避震組件(I)包含若干組避震橡膠球(11)組成的避震單元；避震單元沿內(nèi)框電機(6)輸出軸對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺，其特征在于:上述外框電機(3)、中框電機(5)和內(nèi)框電機(6)為永磁同步電機或超聲電機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸動態(tài)自穩(wěn)云臺的工作方法，其特征在于包括以下過程: 利用陀螺儀檢測拍攝設(shè)備(8)三個方向的角度、速度、加速度，將上述數(shù)據(jù)傳給處理器，處理器處理完畢后，將補償角度、電機速度傳遞給外框電機(3)、中框電機(5)、內(nèi)框電機(6)的驅(qū)動器進行實時補償。
【文檔編號】F16M11/16GK104390110SQ201410610835
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】朱華, 牛子杰 申請人:南京航空航天大學(xué)