摄像装置内嵌式三轴云台系统及其安装重心判断方法
【专利摘要】本发明涉及摄像装置内嵌式三轴云台系统及其安装重心判断方法，特征在于，包括套于第一定子外的第一固定台、套于第一转子外的第一转动台、套于第二定子外的第二固定台、套于第二转子外的第二转动台、套于第三定子外的第三固定台、以及嵌入摄像装置内并套于第三转子外的第三转动台。本发明通过将第三转动台嵌入到摄像装置内，并作为转轴直接带动摄像装置转动，在实现了结构紧凑的同时，还有效降低了第三转子的转动能耗。本发明还巧妙利用杠杆原理，精准计算云台及摄像装置整体的安装重心，使得云台运转极为流畅，能耗更低，摄像装置的控制更为精准。
【专利说明】
摄像装置内嵌式三轴云台系统及其安装重心判断方法
技术领域
[0001] 本发明涉及摄像云台技术领域，尤其是涉及一种结构紧凑、控制精度高且节能的 摄像装置内嵌式三轴云台系统及其安装重心判断方法。
【背景技术】
[0002] 云台是安装、固定摄像机的支撑设备，三轴云台由于其可以实现多维度多角度旋 转被广泛使用。
[0003] 而然，目前现有的三轴云台摄像系统在结构的紧凑性、以及重心计算分析方面还 存在不足。往往出现负载位置安装不当，重心偏离回转中心，增大负载力矩，影响云台顺利 运转及最大承载负载能力，使电机耗能现象严重，并进一步影响了相机摄像精度。
[0004] 为了解决上述问题，本案发明人发明了一种结构紧凑的摄像装置内嵌式三轴云台 系统，并利用杠杆原理设计重心计算公式，精准找到负载及云台整体的重心，实现了云台的 顺利、低能耗运转。
【发明内容】
[0005] 本发明目的在于提供一种结构科学合理、控制精准、能耗低的适用于航空器的摄 像装置内嵌式三轴云台系统，并提供了该系统安装重心的判断方法。
[0006] 本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0007] 摄像装置内嵌式三轴云台系统，该系统包括：
[0008] 第一固定台，套置于第一定子外，在其内部嵌入有第一动力驱动控制电路板；
[0009] 第一转动台，套置于第一转子外，所述第一转子通过第一空心转轴与所述第一定 子转动连接，进而使所述第一转动台与所述第一固定台共同形成组合装配体；
[0010] 第二固定台，套置于第二定子外并通过第一空心连杆与所述第一转动台固定相 连，在其内部嵌入有第二动力驱动控制电路板；
[0011] 第二转动台，套置于第二转子外，所述第二转子通过第二空心转轴与所述第二定 子转动连接，进而使所述第二转动台与所述第二固定台共同形成组合装配体；
[0012] 第三固定台，套置于第三定子外并通过第二空心连杆与所述第二转动台固定相 连，在其内部嵌入有第三动力驱动控制电路板；
[0013] 第三转动台，嵌入所述摄像装置内并套置于第三转子外，所述第三转子通过第三 空心转轴与所述第三定子转动连接，进而使所述摄像装置、所述第三转动台、以及所述第三 固定台共同形成组合装配体。
[0014] 所述第一转动台、第二转动台、以及第三转动台三者分别处于三个彼此相互垂直 的平面空间上，且上述三者均可在各自的平面空间上实现任意角度旋转。
[0015] 在所述第一动力驱动控制电路板、第二动力驱动控制电路板、以及第三动力驱动 控制电路板上均设置有进线端子与出线端子；
[0016] -种通电电缆和通讯线缆穿过所述第一空心转轴与所述第一空心连杆，将所述第 一动力驱动控制电路板与所述第二动力驱动控制电路板之间实现电连接与通讯连接；
[0017] 该通电电缆和通讯线缆还穿过所述第二空心转轴与所述第二空心连杆，将所述第 二动力驱动控制电路板与所述第三动力驱动控制电路板之间实现电连接与通讯连接。
[0018] 在所述第一动力驱动控制电路板、第二动力驱动控制电路板、以及第三动力驱动 控制电路板上均设有电调模块，用以调节脉宽来实现精准控制转子的转速。
[0019] 在所述第一转子、第二转子、以及第三转子上还均设置有转动角度控制电路。
[0020] 本发明所提供的所述第一固定台、第二固定台、第三固定台，以及第一转动台、第 二转动台、第三转动台，它们的形状包括中空敞口圆柱、或中空敞口不规则柱体，优选形状 与上述定子及转子的形状相匹配。
[0021] 本发明利用杠杆原理，根据动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂定律设计云台与 摄像装置整体安装重心判断计算公式，具体方法如下：
[0022] 步骤a、根据上述摄像装置的最长直径确定上述第二空心连杆的长度，在确保所述 摄像装置以上述第三转动台为旋转轴并无障碍旋转的同时，实现结构的紧凑。
[0023]步骤b、制作简易重心分析仪，首先，制作由一对等边或等腰三角形所构成的分析 仪支架;其次，在每个三角形的中线上安装有一种伸缩可调的旋转夹持部件;最后，将待测 物体放置在两个相对而设的旋转夹持部件中，通过观察待测物体旋转的流畅性判断其重 心。
[0024]步骤c、利用重心分析仪测定所述第三转动台与所述第三固定台共同形成组合装 配体并套入所述摄像装置后的整体重心〇,同样利用重心分析仪测定所述第二转动台与所 述第二固定台共同形成组合装配体的重心0'。
[0025]步骤d、称量出所述第三转动台与所述第三固定台共同形成组合装配体并套入所 述摄像装置后的整体重量G3,同样称量出所述第二转动台与所述第二固定台共同形成组合 装配体的重量G2。
[0026]步骤e、将所述第二空心连杆的两端分别固定在所述第二转动台与所述第三固定 台上，量出上述步骤c中的重心0与重心0 '之间的间距L。
[0027] 步骤f、测量出所述第一空心连杆的一端和所述第二固定台之间的固定点与重心 〇'之间的间距Lu
[0028] 步骤g、利用杠杆原理，由如下计算公式计算出所述第一空心连杆悬臂的长度：
[0029] 所述第一空心连杆悬臂的长度为Lx+U，其中，
[0030]
[0031] 步骤h、根据上述步骤g中计算得出的第一空心连杆悬臂长度Lx，以及步骤f中测量 出的间距1^制作所述第一空心连杆，并将所述第一空心连杆的两端分别固定在所述第一转 动台和所述第二固定台上，进而可以判定，本系统的安装重心与所述第一空心连杆与所述 第一转动台的固定连接点在同一垂线上。
[0032]本发明具有的有益效果是:通过将所述第三转动台嵌入到所述摄像装置内，并作 为转轴直接带动摄像装置转动，在实现了结构紧凑的同时，还有效降低了第三转子的转动 能耗。本发明还巧妙利用杠杆原理，精准计算云台及摄像装置整体的安装重心，使得云台运 转极为流畅，能耗更低，摄像装置的控制更为精准。
【附图说明】
[0033]为了更清楚地说明本发明实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0034]图1为本发明的整体结构示意图；
[0035]图2为本发明中第一固定台101与第一转动台102组合结构分解示意图；
[0036]图3为本发明中第二固定台201与第二转动台202组合结构分解示意图；
[0037]图4为本发明中第三固定台301与第三转动台302组合结构分解示意图；
[0038] 图5为本发明整体安装重心判断方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0039] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0040] 参照图1 一 4所示的摄像装置内嵌式三轴云台系统，该系统包括：
[0041] 如图2所示的：
[0042]第一固定台101，用以和云台支架或航空器本体固定连接。该第一固定台101套置 在第一定子11的外面，第一固定台101的檐口与第一定子11的外沿固定连接，本发明所提供 的第一固定台101的形状包括中空敞口圆柱、或中空敞口不规则柱体，优选形状与第一定子 11的形状相匹配。因此，第一定子11本体的全部或部分处于第一固定台101内；
[0043] 在第一固定台101的内部还嵌入有第一动力驱动控制电路板1，该第一动力驱动 控制电路板1固定在第一固定台101内壁上，或固定在第一定子11上。
[0044] 第一转动台102,该第一转动台102套置在第一转子12的外面，第一转动台102的檐 口与第一转子12的外沿固定连接，并实现与第一转子12同步转动。本发明所提供的第一转 动台102的形状包括中空敞口圆柱、或中空敞口不规则柱体，优选形状与第一转子12的形状 相匹配。因此，第一转子12本体的全部或部分处于第一转动台102内；
[0045] 第一转子12通过第一空心转轴121与第一定子11转动连接，进而使第一转动台102 与第一固定台101共同形成组合装配体。
[0046] 如图3所示的：
[0047]第二固定台201，该第二固定台201套置在第二定子21的外面，第二固定台201的檐 口与第二定子21的外沿固定连接，本发明所提供的第二固定台201的形状包括中空敞口圆 柱、或中空敞口不规则柱体，优选形状与第二定子21的形状相匹配。因此，第二定子21本体 的全部或部分处于第二固定台201内；
[0048]在第二固定台201的内部还嵌入有第二动力驱动控制电路板2,该第二动力驱动控 制电路板2固定在第二固定台201内壁上，或固定在第二定子21上；
[0049] 第二固定台201的中心部位通过第一空心连杆4与第一转动台102的中心部位固定 相连。
[0050] 第二转动台202,该第二转动台202套置在第二转子22的外面，第二转动台202的檐 口与第二转子22的外沿固定连接，并实现与第二转子22同步转动。本发明所提供的第二转 动台202的形状包括中空敞口圆柱、或中空敞口不规则柱体，优选形状与第二转子22的形状 相匹配。因此，第二转子22本体的全部或部分处于第二转动台202内；
[00511 第二转子22通过第二空心转轴221与第二定子21转动连接，进而使第二转动台202 与第二固定台201共同形成组合装配体。
[0052] 如图4所示的：
[0053]第三固定台301，该第三固定台301套置在第三定子31的外面，第三固定台301的檐 口与第三定子31的外沿固定连接，本发明所提供的第三固定台301的形状包括中空敞口圆 柱、或中空敞口不规则柱体，优选形状与第三定子31的形状相匹配。因此，第三定子31本体 的全部或部分处于第三固定台301内；
[0054]在第三固定台301的内部还嵌入有第三动力驱动控制电路板3,该第三动力驱动控 制电路板3固定在第三固定台301内壁上，或固定在第三定子31上；
[0055]第三固定台301的中心部位通过第二空心连杆5与第二转动台202的中心部分固定 相连。
[0056]第三转动台302,该第三转动台302被嵌入摄像装置6的内部，并处于摄像装置6的 重心上。该第三转动台302还套置在第三转子32的外面，第三转动台302的檐口与第三转子 32的外沿固定连接，并实现与第三转子32同步转动。本发明所提供的第三转动台302的形状 包括中空敞口圆柱、或中空敞口不规则柱体，优选形状与第三转子32的形状相匹配。因此， 第三转子32本体的全部或部分处于第三转动台302内；
[0057] 第三转子32通过第三空心转轴321与第三定子31转动连接，进而使第三转动台302 与第三固定台301共同形成组合装配体。
[0058]本发明所提供的第一转动台102、第二转动台202、以及第三转动台302三者分别 处于三个彼此相互垂直的平面空间上，且上述三者均可在各自的平面空间上实现任意角度 旋转；
[0059]在第一动力驱动控制电路板1、第二动力驱动控制电路板2、以及第三动力驱动控 制电路板3上均设置有进线端子7与出线端子8;
[0060] 一种通电电缆和通讯线缆穿过第一空心转轴121与第一空心连杆4,将第一动力驱 动控制电路板1与第二动力驱动控制电路板2之间实现电连接与通讯连接；
[0061] 该通电电缆和通讯线缆还穿过第二空心转轴221与第二空心连杆5,将第二动力驱 动控制电路板2与第三动力驱动控制电路板3之间实现电连接与通讯连接。
[0062]在第一动力驱动控制电路板1、第二动力驱动控制电路板2、以及第三动力驱动控 制电路板3上均设有电调模块9,用以调节脉宽来实现精准控制转子的转速。
[0063]在第一转子12、第二转子22、以及第三转子32上还均设置有转动角度控制电路10。 [0064]参照图5所示，本发明利用杠杆原理，根据动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂定 律，来设计云台与摄像装置整体安装重心判断计算公式，具体方法如下：
[0065]步骤a、确定第二空心连杆长度
[0066]根据上述摄像装置6的最长直径确定上述第二空心连杆4的长度，在确保摄像装置 6以上述第三转动台302为旋转轴并无障碍旋转的同时，实现结构的紧凑。
[0067]步骤b、制作简易重心分析仪
[0068] 首先，制作由一对等边或等腰三角形所构成的分析仪支架；
[0069] 其次，在每个三角形的中线上安装有一种伸缩可调的旋转夹持部件;最后，将待测 物体放置在两个相对而设的旋转夹持部件中，通过观察待测物体旋转的流畅性判断其重 心。
[0070] 步骤C、利用重心分析仪测定重心0与重心0'
[0071] 利用重心分析仪测定第三转动台302与第三固定台301共同形成组合装配体并套 入摄像装置6后的整体重心0,同样利用重心分析仪测定第二转动台202与第二固定台201共 同形成组合装配体的重心0'。
[0072] 步骤d、称重
[0073]称量出第三转动台302与第三固定台301共同形成组合装配体并套入摄像装置6后 的整体重量G3，同样称量出第二转动台202与第二固定台201共同形成组合装配体的重量G2。 [0074] 步骤e、量出间距L
[0075]将第二空心连杆5的两端分别固定在第二转动台202与第三固定台301上，量出上 述步骤c中的重心0与重心0 '之间的间距L。
[0076] 步骤f、量出间距1^
[0077]测量出第一空心连杆4的一端和第二固定台201之间的固定点与重心0'之间的间 距Li〇
[0078]步骤g、计算悬臂长度
[0079]利用杠杆原理，由如下计算公式计算出第一空心连杆4悬臂的长度：
[0080] 第一空心连杆4悬臂的长度为Lx+U，其中，
[0081]
[0082]步骤h、确定安装重心
[0083] 根据上述步骤g中计算得出的第一空心连杆4悬臂长度Lx，以及步骤f中测量出的 间距U制作第一空心连杆4,并将第一空心连杆4的两端分别固定在第一转动台102和第二 固定台201上，进而可以判定，本系统的安装重心与第一空心连杆4与第一转动台102的固定 连接点在同一垂线上。
[0084]本发明通过将第三转动台302嵌入到摄像装置6内，并作为转轴直接带动摄像装置 6转动，在实现了结构紧凑的同时，还有效降低了第三转子32的转动能耗。本发明还巧妙利 用杠杆原理，精准计算云台及摄像装置整体的安装重心，使得云台运转极为流畅，能耗更 低，摄像装置的控制更为精准。
[0085]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
【主权项】
1. 摄像装置内嵌式Ξ轴云台系统，其特征在于，该系统包括： 第一固定台，套置于第一定子外，在其内部嵌入有第一动力驱动控制电路板； 第一转动台，套置于第一转子外，所述第一转子通过第一空屯、转轴与所述第一定子转 动连接，进而使所述第一转动台与所述第一固定台共同形成组合装配体； 第二固定台，套置于第二定子外并通过第一空屯、连杆与所述第一转动台固定相连，在 其内部嵌入有第二动力驱动控制电路板； 第二转动台，套置于第二转子外，所述第二转子通过第二空屯、转轴与所述第二定子转 动连接，进而使所述第二转动台与所述第二固定台共同形成组合装配体； 第Ξ固定台，套置于第Ξ定子外并通过第二空屯、连杆与所述第二转动台固定相连，在 其内部嵌入有第Ξ动力驱动控制电路板； 第Ξ转动台，嵌入所述摄像装置内并套置于第Ξ转子外，所述第Ξ转子通过第Ξ空屯、 转轴与所述第Ξ定子转动连接，进而使所述摄像装置、所述第Ξ转动台、W及所述第Ξ固定 台共同形成组合装配体。2. 根据权利要求1所述的摄像装置内嵌式Ξ轴云台系统，其特征在于：所述第一转动 台、第二转动台、W及第Ξ转动台Ξ者分别处于Ξ个彼此相互垂直的平面空间上，且上述Ξ 者均可在各自的平面空间上实现任意角度旋转。3. 根据权利要求1所述的摄像装置内嵌式Ξ轴云台系统，其特征在于:在所述第一动力 驱动控制电路板、第二动力驱动控制电路板、W及第Ξ动力驱动控制电路板上均设置有进 线端子与出线端子； 一种通电电缆和通讯线缆穿过所述第一空屯、转轴与所述第一空屯、连杆，将所述第一动 力驱动控制电路板与所述第二动力驱动控制电路板之间实现电连接与通讯连接； 该通电电缆和通讯线缆还穿过所述第二空屯、转轴与所述第二空屯、连杆，将所述第二动 力驱动控制电路板与所述第Ξ动力驱动控制电路板之间实现电连接与通讯连接。4. 摄像装置内嵌式Ξ轴云台系统的安装重屯、判断方法，其特征在于：该方法包括W下 步骤： 步骤a、根据上述摄像装置的最长直径确定上述第二空屯、连杆的长度，在确保所述摄像 装置W上述第Ξ转动台为旋转轴并无障碍旋转的同时，实现结构的紧凑。 步骤b、制作简易重屯、分析仪，首先，制作由一对等边或等腰Ξ角形所构成的分析仪支 架;其次，在每个Ξ角形的中线上安装有一种伸缩可调的旋转夹持部件;最后，将待测物体 放置在两个相对而设的旋转夹持部件中，通过观察待测物体旋转的流杨性判断其重屯、。 步骤C、利用重屯、分析仪测定所述第Ξ转动台与所述第Ξ固定台共同形成组合装配体 并套入所述摄像装置后的整体重屯、0,同样利用重屯、分析仪测定所述第二转动台与所述第 二固定台共同形成组合装配体的重屯、0'。 步骤d、称量出所述第Ξ转动台与所述第Ξ固定台共同形成组合装配体并套入所述摄 像装置后的整体重量G3,同样称量出所述第二转动台与所述第二固定台共同形成组合装配 体的重量G2。 步骤e、将所述第二空屯、连杆的两端分别固定在所述第二转动台与所述第Ξ固定台上， 量出上述步骤C中的重屯、0与重屯、0 '之间的间距L。 步骤f、测量出所述第一空屯、连杆的一端和所述第二固定台之间的固定点与重屯、0'之 间的间距^。 步骤g、利用杠杆原理，由如下计算公式计算出所述第一空屯、连杆悬臂的长度： 所述第一空屯、连杆悬臂的长度为Lx+Li，其中，步骤h、根据上述步骤g中计算得出的第一空屯、连杆悬臂长度Lx，W及步骤f中测量出的 间距b制作所述第一空屯、连杆，并将所述第一空屯、连杆的两端分别固定在所述第一转动台 和所述第二固定台上，进而可W判定，本系统的安装重屯、与所述第一空屯、连杆与所述第一 转动台的固定连接点在同一垂线上。
【文档编号】G03B17/56GK105974715SQ201510907231
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年12月9日
【发明人】王鹂辉, 张牧涵, 王秦阳
【申请人】上海游族智能科技有限公司