三轴动态自稳云台及工作方法
【专利摘要】本发明公开了一种三轴动态自稳云台及工作方法，属于自稳云台【技术领域】。它包括避震组件、支架组件、电机组件、拍摄设备以及控制组件。本稳定性能好，结构设计合理，控制难度小。
【专利说明】三轴动态自稳云台及工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三轴动态动态自稳云台及工作方法，属于自稳云台【技术领域】。
【背景技术】
[0002]飞行器、汽车、机器人、船舶等运载体上搭载的摄影，照相或检测设备在运行过程中由于运载体本身的高频振动或低频抖动，会严重影响摄影，拍照或者检测效果。因此在这中运载体上搭载摄影或检测设备需要配置动态自稳云台，用以消除抖动。动态自稳云台大都是通过姿态传感器检测到摄影或检测设备姿态的变化，然后通过控制相关的电机进行反向补偿，从而保证了拍摄设备拍摄过程中的稳定性。
[0003]现有的三轴自稳云台绝大部分的拓扑结构是偏航旋转轴在最上面，其次是滚转旋转轴，最靠近拍摄设备的是俯仰旋转轴。这种拓扑结构使得三轴云台整体结构无法完全对称，旋转中心与结构重心无法重合。因此在拍摄设备受到外部环境影响，发生转弯、悬停、上升、下降或倾斜时，云台补偿难度较大，云台调整电机的控制难度较大。这会导致拍摄画面模糊，检测结果错误，补偿调整过程中会产生较大的振动或者机身倾斜，反而影响到拍摄效果，无法满足专业需求。
[0004]
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于，针对现有的稳定云台中存在的稳定性能不够，结构设计不合理，控制难度较大的缺陷，提出一种三轴动态自稳云台及工作方法，能够很好地解决上述问题。
[0006]一种三轴动态自稳云台，其特征在于:包括支架及电机组件、避震组件、拍摄设备、控制组件；上述支架及电机组件包括外框、中框、内框，外框电机、中框电机、内框电机；其中外框电机固定在外框的第一端，外框电机连接轴与外框电机的输出轴固连；外框电机输出轴指向外框内侧；中框位于外框内，中框第一端固定在外框电机连接轴上，中框第二端通过中框旋转轴安装在外框的第二端；中框电机固定在中框的第三端，中框电机连接轴与中框电机输出轴固连；中框电机输出轴指向中框内侧；内框位于中框内，内框的第一端固定在中框电机连接轴上；内框第二端通过内框旋转轴安装在中框的第四端；内框电机固定在内框中心，内框电机连接轴与内框电机输出轴固连；内框电机输出轴指向内框外侧；相机固定架与内框电机连接轴固连；拍摄设备固定在相机固定架内。上述中框第一端、第二端的连线于中框第三端、第四端的连线垂直相交；上述外框电机、中框电机、内框电机的轴线垂直相交于一点；上述避震组件安装于外框顶部，外框顶部还具有与其他设备相连的连接部件；上述控制组件包括固定于拍摄设备的陀螺仪和处理器。
[0007]三轴动态自稳云台的工作方法，其特征在于包括以下过程:利用陀螺仪检测拍摄设备三个方向的角度、速度、加速度，将上述数据传给处理器，处理器处理完毕后，将补偿角度、电机速度传递给外框电机、中框电机、内框电机的驱动器进行实时补偿。
[0008]本发明提出的三轴动态自稳云台解决了偏航，滚转，俯仰旋转的三个旋转轴不相交的问题，从而大大降低了三轴动态自稳云台的控制难度。可用于无人机、运载体、汽车、机器人、船舶、摄影拍摄、手持设备等领域。
[0009]上述三轴动态自稳云台，其特征在于:参与偏航旋转的所有结构重心与偏航旋转轴重合；参与俯仰旋转的所有结构重心与俯仰旋转轴重合；参与滚转旋转的所有结构重心与滚转旋转轴重合；上述的参与偏航旋转的结构包括所述拍摄设备，所述相机固定架和所述内框电机连接轴；上述的参与俯仰旋转的结构包括所述拍摄设备，所述内框旋转轴、所述中框电机连接轴，还包括内框组件；上述的参与滚转旋转的结构包括所述拍摄设备，所述中框旋转轴和所述外框电机连接轴，还包括内框组件和中框组件；上述的内框组件包括所述相机固定架，所述内框电机连接轴和所述内框；上述的中框组件包括所述内框旋转轴，所述中框电机连接轴和所述中框；上述的外框组件包括所述中框旋转轴,所述外框电机连接轴和所述外框。
本发明提出的三轴动态自稳云台其偏航，滚转，俯仰旋转的重心分别落在三个旋转轴上，使得云台稳定性大大提高，使得控制更加方便简单。
[0010]上述三轴动态自稳云台，所述的避震组件包含若干组避震橡胶球组成的避震单兀；避震单兀沿内框电机输出轴对称。
[0011]本发明提出的三轴动态自稳云台其避震组件的使用隔离了载体传递到云台上的低频振动，使得云台自稳控制效果更好。
[0012]上述三轴动态自稳云台，所述的外框电机、中框电机和内框电机为永磁同步电机或超声电机。
[0013]本发明提出的三轴动态自稳云台其三个旋转轴上使用的电机既可以为永磁同步电机，也可以为超声电机。因此云台在使用时可以根据外在环境的不同，酌情选择电机。使得云台的适应性更好，使用范围更广。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1带陀螺仪的动态自稳云台装配图；
图2带陀螺仪的动态自稳云台爆炸视图；
图3带陀螺仪的动态自稳云台轴线相交视图；
附图标号说明:1、避震组件，2、外框，3、外框电机，4、中框，5、中框电机，6、内框电机，7、内框，8、拍摄设备，9、控制组件，10、悬挂卡，11、避震橡胶球，12、橡胶球固定板，13、内框旋转轴，14、内框电机连接轴，15、相机固定架，16、中框旋转轴，17、中框电机连接轴，18、外框电机连接轴。
【具体实施方式】
[0015]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更清晰的理解，现在对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0016]本发明公开了一种带陀螺仪的动态自稳云台，包括避震组件、支架组件、电机组件、拍摄设备以及控制组件:所述的避震组件包含四组避震橡胶球；所述的支架组件包含内框，中框和外框三个框架结构；所述的电机组件包含超声电机或者电磁电机及其驱动设备；所述的拍摄设备为相机或者摄像机等专用摄影器材；所述的控制组件包含处理器和姿态惯性传感器。本发明所涉及的支架组件分为内框，中框和外框三层结构。分别用于固定偏航旋转电机，俯仰旋转电机和滚转旋转电机。本发明所涉及到的电机包括永磁同步电机和超声电机两种。
[0017]实施例1
本发明提供一种带陀螺仪的动态自稳云台，包括避震组件、支架组件、电机组件、拍摄设备8以及控制组件9 ;所述的避震组件I包含四组避震橡胶球11每组四个，悬挂卡10，橡胶球固定板12 ;所述的支架组件分为内框组件，中框组件和外框组件。内框组件包括相机固定架15，内框电机连接轴14和内框7。中框组件包括内框旋转轴13，中框电机连接轴17和中框4。外框组件包括中框旋转轴16，外框电机连接轴18和外框2 ;所述的电机组件包含永磁同步电机及其驱动设备和超声电机及其驱动设备两种。两种方案均包含内框电机6，中框电机5和外框电机3 ;所述的控制组件9包含处理器和六自由度姿态惯性传感器。
[0018]搭载该云台的运载体发生偏航方向的转动时，控制组件9中的六自由度姿态惯性传感器会实时检测出这一变化，为了保证拍摄设备8的拍摄状态不变，控制组件9中的处理器会根据姿态惯性传感器检测到的数据换算出需要补偿的数据，并实时控制内框电机6进行反方向转动，从而达到补偿效果。
[0019]实施例2
搭载该云台的运载体发生俯仰方向的转动时，控制组件9中的六自由度姿态惯性传感器会实时检测出这一变化，为了保证拍摄设备8的拍摄状态不变，控制组件9中的处理器会根据姿态惯性传感器检测到的数据换算出需要补偿的数据，并实时控制中框电机6进行反方向转动，从而达到补偿效果。
[0020]实施例3
搭载该云台的运载体发生滚转方向的转动时，控制组件9中的六自由度姿态惯性传感器会实时检测出这一变化，为了保证拍摄设备8的拍摄状态不变，控制组件9中的处理器会根据姿态惯性传感器检测到的数据换算出需要补偿的数据，并实时控制外框电机6进行反方向转动，从而达到补偿效果。
【权利要求】
1.一种三轴动态自稳云台，其特征在于: 包括支架及电机组件、避震组件(I)、拍摄设备(8)、控制组件(9)； 上述支架及电机组件包括外框(2)、中框(4)、内框(7)，外框电机(3)、中框电机(5)、内框电机(6);其中外框电机(3)固定在外框(2)的第一端,外框电机连接轴(18)与外框电机(3)的输出轴固连；外框电机(3)输出轴指向外框内侧；中框(4)位于外框(2)内，中框(2)第一端固定在外框电机连接轴(18)上，中框(2)第二端通过中框旋转轴(16)安装在外框的第二端；中框电机(5)固定在中框(4)的第三端，中框电机连接轴(17)与中框电机输出轴固连；中框电机输出轴指向中框内侧；内框(7)位于中框(4)内，内框(7)的第一端固定在中框电机连接轴(17)上；内框(7)第二端通过内框旋转轴(13)安装在中框的第四端；内框电机(6)固定在内框(7)中心，内框电机连接轴(14)与内框电机输出轴固连；内框电机(6)输出轴指向内框外侧；相机固定架(15)与内框电机连接轴(14)固连；拍摄设备(8)固定在相机固定架(15)内；上述中框(2)第一端、第二端的连线于中框(2)第三端、第四端的连线垂直相交；上述外框电机(3)、中框电机(5)、内框电机(6)的轴线垂直相交于一点；上述避震组件(I)安装于外框(2)顶部，外框顶部还具有与其他设备相连的连接部件；上述控制组件(9 )包括固定于拍摄设备(8 )的陀螺仪和处理器。
2.根据权利要求1所述的三轴动态自稳云台，其特征在于:参与偏航旋转的所有结构重心与偏航旋转轴重合；参与俯仰旋转的所有结构重心与俯仰旋转轴重合；参与滚转旋转的所有结构重心与滚转旋转轴重合；上述的参与偏航旋转的结构包括所述拍摄设备(8)，所述相机固定架(15)和所述内框电机连接轴(14);上述的参与俯仰旋转的结构包括所述拍摄设备(8)，所述内框旋转轴(13)、所述中框电机连接轴(17)，还包括内框组件；上述的参与滚转旋转的结构包括所述拍摄设备(8)，所述中框旋转轴(16)和所述外框电机连接轴(18)，还包括内框组件和中框组件；上述的内框组件包括所述相机固定架(15)，所述内框电机连接轴(14)和所述内框(7);上述的中框组件包括所述内框旋转轴(13)，所述中框电机连接轴(17)和所述中框(4);上述的外框组件包括所述中框旋转轴(16)，所述外框电机连接轴(18)和所述外框(2)。
3.根据权利要求1所述的三轴动态自稳云台，其特征在于:上述避震组件(I)包含若干组避震橡胶球(11)组成的避震单元；避震单元沿内框电机(6)输出轴对称。
4.根据权利要求1所述的三轴动态自稳云台，其特征在于:上述外框电机(3)、中框电机(5)和内框电机(6)为永磁同步电机或超声电机。
5.根据权利要求1所述的三轴动态自稳云台的工作方法，其特征在于包括以下过程: 利用陀螺仪检测拍摄设备(8)三个方向的角度、速度、加速度，将上述数据传给处理器，处理器处理完毕后，将补偿角度、电机速度传递给外框电机(3)、中框电机(5)、内框电机(6)的驱动器进行实时补偿。
【文档编号】F16M11/16GK104390110SQ201410610835
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】朱华, 牛子杰 申请人:南京航空航天大学