摄像机稳定装置的制作方法

本申请涉及摄像机技术领域，尤其涉及一种摄像机稳定装置。

背景技术：

现有技术中摄像机稳定装置(又称为云台)，多采用如陀螺仪等姿态传感器配合驱动电机传动来实现摄像机的增稳功能。为了保证姿态传感器的感应精度，姿态传感器多与摄像机之间固定连接，并基于姿态传感器的实时姿态传感来反向控制驱动电机工作，保证摄像机稳定装置维持摄像机的姿态稳定。

姿态传感器感应的实时姿态需要与摄像机稳定装置的控制器电性连接以传输数据。为了保证数据传输速率和带宽，现有技术中大多采用有线传输的方式来实现姿态传感器与控制器之间的通信。这样的有线连接方式会导致摄像机在稳定装置内的转动角度受限，其无法在摄像机稳定装置内实现360度及以上的角度旋转。在一些特殊的拍摄场景下，摄像师受限于摄像机的转动角度而无法开展预设的摄影操作，导致拍摄难度增加。

技术实现要素：

本申请的目的在于克服现有技术的不足，提供一种允许摄像机任意角度旋转的摄像机稳定装置，具体包括如下技术方案：

一种摄像机稳定装置，包括：

支撑部；

外环，沿第一轴线呈回转体，且与所述支撑部沿第二轴线转动连接，所述第一轴线与所述第二轴线非平行设置；

内环，沿所述第一轴线旋转连接于所述外环内，所述内环上还设有用于固定连接摄像机的基座；

第一稳定电机，固定于所述外环且与所述内环传动连接；

姿态传感器，固定于所述外环或所述支撑部上，用于感应所述外环或所述支撑部的空间姿态；

稳定部，固定于所述支撑部且与所述外环传动连接，所述稳定部用于驱动所述外环相对于所述支撑部转动以维持所述外环的姿态稳定；

控制器，分别与所述第一稳定电机、所述姿态传感器和所述稳定部电性连接，所述控制器同时基于所述姿态传感器所感应的空间姿态，以及所述稳定部驱动所述外环的转动角度，以解算出所述内环相对于所述外环的转动姿态，进而控制所述第一稳定电机驱动所述内环转动以维持所述摄像机的姿态稳定。

其中，所述第一轴线垂直于所述第二轴线。

其中，所述支撑部包括支撑架，所述稳定部包括与所述支撑架固定连接的第二稳定电机，所述外环沿所述第二轴线与所述支撑架转动连接并同时与所述第二稳定电机传动连接。

其中，所述支撑架包括沿所述第二轴线分列所述外环两侧且分别与所述外环转动连接的支耳，所述第二稳定电机固定于其中一个所述支耳上。

其中，所述第一稳定电机收容于所述支撑架未固定所述第二稳定电机的另一所述支耳内。

其中，所述姿态传感器固定于所述外环上。

其中，在沿所述第二轴线的方向上，所述姿态传感器分别与两个所述支耳之间的距离相等。

其中，所述支撑部还包括沿第三轴线与所述支撑架转动连接的底座，所述稳定部还包括第三稳定电机，所述第三轴线分别与所述第一轴线和所述第二轴线非平行设置，所述第三稳定电机固定于所述底座上且与所述支撑架传动连接，或

所述第三稳定电机固定于所述支撑架上且与所述底座传动连接，所述第三稳定电机用于维持所述支撑架的姿态稳定。

其中，所述第一轴线与所述第二轴线相互垂直，且所述第三轴线同时垂直于所述第一轴线和所述第二轴线。

其中，所述姿态传感器固定于所述支撑架或所述底座上。

其中，所述第三稳定电机以可拆卸的形式固定于所述底座或所述支撑架上，且所述底座与所述支撑架可以直接固定连接。

本申请提供的摄像机稳定装置，通过所述内环来固定所述摄像机，并通过所述外环以及固定于所述外环上的第一稳定电机来维持所述内环相对于所述外环的姿态稳定。进一步的，本申请提供的摄像机稳定装置还通过所述支撑部和所述稳定部的配合来维持所述外环的姿态稳定。所述姿态传感器被设置于所述外环或所述支撑部上，使得所述内环与所述外环之间的转动角度不受限制，可以实现任意角度的转动。另一方面，本申请摄像机稳定装置还同时基于所述姿态传感器感应到的所述外环或所述支撑部的空间姿态，以及所述稳定部驱动所述外环维持姿态稳定时转动的角度，来解算出所述内环相对于所述外环的转动姿态，进而控制所述第一稳定电机驱动所述内环转动以维持所述摄像机的姿态稳定。本申请摄像机稳定装置在实现摄像机增稳功能的同时，解放了摄像机相对于稳定装置的旋转自由度，可以实现360度旋转甚至多圈连续旋转场景下的稳定拍摄操作，拓展了摄像机的应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的一实施例摄像机稳定装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

此外，以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本实用新型可用以实施的特定实施例。本实用新型中所提到的方向用语，例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考附加图式的方向，因此，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本实用新型，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1所示的本实用新型其中一实施例提供的摄像机稳定装置100。包括支撑架4、外环6、内环10、第一稳定电机7、姿态传感器12、第二稳定电机5以及控制器(图中未示)。在本实施例中，支撑架4可以作为摄像机稳定装置100的支撑部，第二稳定电机5可以作为稳定部。

进一步的，外环6沿第一轴线001呈回转体的形状，外环6还通过轴承8和/或第二稳定电机5与支撑架4沿第二轴线002转动连接。其中第一轴线001和第二轴线002为非平行的关系，本实施例的摄像机稳定装置100实现了双轴稳定的功能。在本实施例中，还进一步定义第一轴线001垂直于第二轴线002。内环10套设于外环6的内部，内环10可以沿第一轴线001相对于外环6旋转。在本实施例中，内环10也呈回转体的形状。在其余实施例中，内环10还可以呈半圆形状或任意角度圆弧形状等，只要内环10可以沿第一轴线001相对于外环6旋转，都属于本申请所要求保护的范围。内环10上还设有基座11，基座11用于固定连接摄像机(图中未示)。可以理解的，在图示的实施例中，基座11采用了滑轨的结构，摄像机沿滑轨卡设于基座11上，有利于摄像机与内环10之间相对位置的固定。进一步的，内环10上还设置了用于辅助基座11对摄像机进行固定的固定件13，以进一步稳固摄像机与内环11之间的固定连接。

第一稳定电机7与外环6固定连接，同时第一稳定电机7还与内环10之间传动连接，用于驱动内环10相对于外环6转动。在图1实施例中，第一稳定电机7与内环10之间通过带传动实现传动连接。在其余实施例中，第一稳定电机7还可以通过链传动、齿轮传动等方式与内环10实现传动连接。可以理解的，当外环6沿第一轴线001旋转时，第一稳定电机7可以通过与内环10的传动连接，来带动内环10相对于外环6沿第一轴线001反向转动，进而保证基座11在第一轴线001的旋转方向上维持姿态稳定，实现对摄像机的增稳功能。

在本实施例中作为稳定部的第二稳定电机5固定于作为支撑部的支撑架4上，第二稳定电机5还与外环6传动连接，用于驱动外环6沿第二轴线002相对于支撑架4的转动，并维持外环6相对于支撑架4的姿态稳定。可以理解的，当支撑架4沿第二轴线002旋转时，第二稳定电机5可以驱动外环6沿第二轴线002反向转动，进而保证外环6在第二轴线002的旋转方向上维持姿态稳定，实现对摄像机的增稳功能。

也即，本申请摄像机稳定装置100可以通过第一稳定电机7和稳定部(第二稳定电机5)的配合驱动，来实现摄像机的双轴稳定功能。在本实施例中，第一轴线001垂直于第二轴线002，便于在双轴稳定的过程中对内环10相对于支撑部(支撑架4)的旋转角度进行正交分解。在其余实施例中，第一轴线001和第二轴线002也可以呈空间相交的任意角度设置，只要第一轴线001与第二轴线002为非平行的空间关系，都能够实现本申请摄像机稳定装置100对摄像机的双轴稳定功能。

在本申请实施例中，姿态传感器12固定于外环6上。姿态传感器12可以感应到外环6的空间姿态，并将感应到的外环6的空间姿态传输给电性连接的控制器中。控制器通常固定于支撑部上，控制器还分别与第一稳定电机7和第二稳定电机5电性连接。控制器可以通过接收到的外环6的空间姿态对第二稳定电机5进行驱动控制，使得第二稳定电机5基于外环6的空间姿态驱动外环6沿第二轴线002相对于支撑架4进行旋转，维持外环6在第二轴线002的旋转方向上的姿态稳定。同步的，控制器通过获取第二稳定电机5驱动外环6旋转的转动角度，结合外环6自身的空间姿态，可以解算出内环10在外环6的带动下所产生的沿第一轴线001旋转方向上的角度偏移，即控制器同时基于姿态传感器12所感应的外环6的空间姿态，以及第二稳定电机5驱动外环6的转动角度，来解算出内环10相对于外环6的实时转动姿态。由此，控制器可以控制第一稳定电机7来驱动内环10沿第一轴线001相对于外环6进行旋转，进而同时维持内环10在第一轴线001和第二轴线002两个旋转方向上的姿态稳定。可以理解的，因为摄像机通过基座11固定连接于内环10上，因此本申请摄像机稳定装置100实现了双轴状态下对摄像机的增稳功能。

在另一些实施例中，姿态传感器12还可以设置于支撑部(在本实施例中表现为支撑架4)上，控制器同时基于姿态传感器12所感应的支撑架4的空间姿态，结合第二稳定电机驱动外环6的转动角度，来解算出内环10相对于外环6的实时转动姿态，并通过第一稳定电机7来驱动内环10沿第一轴线001相对于外环6进行旋转，同样可以达到维持内环在第一轴线001和第二轴线002两个旋转方向上的姿态稳定效果。

前述中提到，现有技术中姿态传感器12通常与摄像机之间固定连接，控制器通过有线传输的方式接收姿态传感器12感应到的摄像机的空间姿态来分别控制两个轴线方向的驱动电机工作以维持摄像机的稳定。而因为姿态传感器12与固定于支撑部上的控制器之间通过有线方式连接通信，因此固定于内环10上的姿态传感器12连接于控制器上的数据传输线实际限制了内环10相对于外环6的转动角度。可以理解的，当内环10相对于外环6的转动角度过大时，受限于数据传输线的长度，内环10无法在第一稳定电机7的驱动下相对于外环6实现匹配的大角度的转动以维持姿态稳定。

而本申请摄像机稳定装置100，因为将姿态传感器12固定于外环6或支撑部上，省去了内环10与外环6或支撑部之间的数据传输线，进而放开了内环10相对于外环6的旋转自由度，使得内环10可以在第一稳定电机7的驱动下相对于外环6进行任意角度旋转。相较于现有技术中摄像机转动角度受限的情况，本申请摄像机稳定装置100在实现对摄像机增稳功能的同时，可以实现摄像机在摄像机稳定装置100内360度及以上的角度旋转，以拓展摄像机稳定装置100的应用场景，降低拍摄难度，满足一些特殊的拍摄场景需求。

一种实施例请继续参见图1，支撑架4用于支撑外环6和第二稳定电机5，支撑架4还设置了两个支耳9。两个支耳9沿第二轴线002间隔设置于外环6的两侧，每个支耳9均由两根平行的支撑杆41进行固定支撑。支撑杆41未与支耳9连接的一端相互连接固定于外环6的一侧，以形成支撑架4，并为外环6沿第二轴线002相对于支撑架4的转动留出运动轨迹的空间。外环6通过轴承8和/或第二稳定电机5分别与两个支耳9转动连接。在其余实施例中，支耳9的数量也可以为一个，一个支耳9沿第二轴线002的方向与外环6转动连接，第二稳定电机5连接于支耳9与外环6之间。第二稳定电机5驱动外环6的转动动作同样以第二轴线002为回转中心，可以提高第二稳定电机5对外环6的驱动精度。

采用单个支耳9与外环6进行连接的形式会形成悬臂梁结构，外环6在该结构下相对于支撑架4的转动容易引起扰动，影响摄像机稳定装置100的稳定精度。因此图1实施例中采用两个支耳9的结构分列外环6两侧进行支撑，可以提高对外环6的支撑刚度。且两个支耳9沿第二轴线002方向间隔设置，可以进一步保证外环6沿第二轴线002的转动平稳。

第二稳定电机5固定于其中一个支耳9上，进一步的，第一稳定电机7还可以收容于另一支耳9内。具体的，第一稳定电机7与外环6固定连接，将第一稳定电机7收容于支撑架4未固定第二稳定电机5的支耳9内，可以控制本申请摄像机稳定装置100的整体体积，第一稳定电机7在随外环6沿第二轴线002转动的过程中所需留出的轨迹空间也压缩至最小。同时，这样的结构利于对第一稳定电机7实施密封保护，将第一稳定电机7隐藏于支耳9中还有利于提升本申请摄像机稳定装置100的外观一致性。

一种实施例，在沿第二轴线002的方向上，姿态传感器12分别与两个支耳9之间的距离相等，即姿态传感器12位于两个支耳9的中点延长线上。表现在图1的实施例中，两个支耳9沿水平方向(轴线002的方向)分列外环6的两侧，姿态传感器12可以设置于外环6的顶部或底部位置。这样第一稳定电机7和第二稳定电机5与姿态传感器12的距离均相等，可以避免第一稳定电机7或第二稳定电机5因为距离姿态传感器12太近而对姿态传感器12形成电磁干扰。进一步的，姿态传感器12设置于外环6的底部可以压缩本申请摄像机稳定装置100的体积，同时使得姿态传感器12收容于支撑杆41形成的空间内，对姿态传感器12具有一定的保护作用。

前述中提到，支撑架4可以作为本申请摄像机稳定装置100的支撑部。在图1的实施例中，支撑部还可以包括沿第三轴线003与支撑架4转动连接的底座(图中未示)，同时稳定部还可以包括第三稳定电机1。第三轴线003分别与第一轴线001和第二轴线002非平行设置，第三稳定电机1连接于底座与支撑架4之间，以驱动支撑架4相对于底座转动并维持支撑架4在第三轴线003旋转方向上的姿态稳定。具体的，第三稳定电机1可以固定于底座上，并与支撑架4传动连接，或第三稳定电机1固定于支撑架4上且与底座传动连接。由此使得本申请摄像机稳定装置100能对摄像机实现三轴稳定的功能。

可以理解的，第三轴线003可以同时垂直于第一轴线001和第二轴线002设置，使得本申请摄像机稳定装置100能从三个相互垂直的轴线方向对摄像机进行稳定。一种实施例中，第三轴线003沿竖直方向设置，第一轴线001和第二轴线002在同一水平面上相互垂直，这样的设置有利于对摄像机稳定装置100的运动进行分解，控制器分别控制第一稳定电机7、第二稳定电机5以及第三稳定电机1的驱动以保证摄像机的姿态稳定。

同时，由于稳定部同时包括了第二稳定电机5和第三稳定电机1，控制器还需要与第三稳定电机1电性连接，并同时获取第二稳定电机5在驱动外环6相对于支撑架4转动的转动角度，以及第三稳定电机1驱动支撑架4相对于底座转动的转动角度，再结合姿态传感器12所感应到的外环6的空间姿态来解算内环10相对于外环6的转动角度，并控制第一稳定电机7驱动内环10相对于外环6旋转以维持摄像机的姿态稳定。

在图1的示意中，第三稳定电机1的转子通过螺栓2与支撑架4固定连接，第三稳定电机1驱动转子带动支撑架4沿第三轴线003转动。进一步的，因为控制器通常设置于支撑架4上，支撑架4内部可以为中空结构，并布置有姿态传感器12、第一稳定电机7、第二稳定电机5分别与控制器通信的内部线路。支撑架4内部还可以设置供电线路为各驱动电机和控制器提供电能。而为了实现第三稳定电机1与控制器之间的通信和/或电能输送，第三稳定电机1还可以通过连接器3与支撑架4的内部线路实现电性连接，以达到与控制器电性连接的目的。在其余实施例中，第三稳定电机1还可以通过pogo-pin的连接方式来与支撑架4的内部线路电性连接。

一种实施例，姿态传感器12还可以固定于支撑架4或底座上，姿态传感器12用于感应支撑架4或底座的空间姿态，控制器同步基于第二稳定电机5和第三稳定电机1的转动角度来解算内环10相对于外环6的实时转动姿态，并控制第一稳定电机7驱动内环10相对于外环6转动以维持摄像机的姿态稳定。控制器在三轴结构下对内环10实时转动姿态的解算，与控制器在两轴结构下对内环10实时转动姿态的解算方法类似，同时也提供了姿态传感器12设置于支撑架4或底座上的应用基础。

另一方面，对于两轴稳定方式的摄像机稳定装置100，或三轴稳定方式的摄像机稳定装置100，都可以通过控制器对一个或两个驱动电机的锁定，或机械结构的锁定，来实现本申请摄像机稳定装置100单轴稳定或双轴稳定的功能。在一些不需要使用到三轴稳定功能的使用场景下，减少摄像机稳定装置100投入工作的驱动电机的数量，可以提高本申请摄像机稳定装置100的系统精度，对摄像机提供更好的增稳效果。另一方面，一个或两个驱动电机的锁定，并不影响姿态传感器12的姿态感应功能，控制器依然可以通过姿态传感器12和外环6或稳定部的转动角度联合解算出内环10的实时转动姿态，并控制驱动电机维持摄像机的姿态稳定。

支撑部所包括的底座可以为连接有把手的手持式底座，也可以为连接于其余支撑装置上的固定底座，甚至可以为连接于飞行器上的连接底座等。在一些实施例中，第三稳定电机1还以可拆卸的方式连接于底座与支撑架4之间。即底座还可以直接与支撑架4固定连接，并将本申请摄像机稳定装置100切换为具有双轴稳定功能的稳定装置。

因为第三稳定电机1用于维持支撑架4的姿态稳定，而支撑架4上还承载有外环6、内环10、第二稳定电机5、第一稳定电机7以及摄像机等一系列组件，因此第三稳定电机1在维持支撑架4的姿态稳定过程中所需提供的力矩相对较大。特别是在摄像机高速运动或短周期往复运动的过程中，第三稳定电机1会产生较大的工作负荷。这些场景都导致了第三稳定电机1相对于第一稳定电机7和第二稳定电机5需要具备更大的体积和重量。

而出于拍摄场景和拍摄需求的不同，本申请摄像机稳定装置100在仅需实现双轴稳定的情况下，可以通过拆卸第三稳定电机1之后将底座与支撑架4直接连接固定，来缩减本申请摄像机稳定装置100的整体体积和重量，使得本申请摄像机稳定装置100更易于握持或支撑。第三稳定电机1的可拆卸功能尤其适用于将摄像机稳定装置100连接至飞行器上的拍摄场景。因为飞行器对于摄像机稳定装置100的重量较为敏感，拆除了第三稳定电机1之后的摄像机稳定装置100可以具备更轻便的重量和更小的体积，进一步拓展了本申请摄像机稳定装置100的应用范围。

以上是本实用新型实施例的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。