专利名称：底座导航系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电视(TV)、视频或电影摄像机的底座，特别涉及这些底座的导航。
发明内容
本发明提供用于TV、视频或电影摄像机的底座，其包括支撑在至少三个可转向 (steerable)轮单元上的基座；用于轮单元的转向系统，其用于保持轮单元彼此平行对准； 用于轮单元和转向系统的监视系统；以及用于确定每个轮单元移动的距离和相对于定义在 基座上的固定轴所转动的角度的装置，该监视系统具有处理器装置，用于从所述至少三个 轮子中每个轮子移动的距离和所述至少三个轮子中每个轮子相对于所述固定轴转动的角 度计算底座行进的轨道距离和底座的朝向的任何变化，从而使得能够相对于先前已知的位 置和朝向确定底座的位置和朝向。比如，可以将监视装置设计为从这样测量的所述至少三个轮子行进的距离和相对 于参考角度转动的所述角度而确定底座的行程和朝向变化的最接近的近似值。更具体地，监视系统可以使用选定的数学函数来对所述至少三个轮子的这样测量 的距离进行关联，从而确定底座行进的相应距离和底座的朝向的相应变化。进一步地，可以将监视系统设计为使用“最小二乘法”的数学函数计算底座行进的 距离和底座的朝向的变化这些值的所述最接近的近似值。在上述任一布置中，底座的基座可以大体上为三角形，并且可以被支撑在位于三 角形的顶点处的可转向轮单元上。另外，在上述任一布置中，底座的转向系统可以具有可替换的模式，在其中一种模 式下所有三个轮子被一起转向为平行对准，在另一种模式下两个轮子被锁定而不能进行转 向运动，而第三个轮子则自由地对底座进行转向。当底座处于转向模式下时，上面所述的根 据本发明的用于监视位置和朝向的变化的布置是不适用的。在本发明的一个实施例中，所述至少三个轮单元是机动轮单元。
下面是对发明的特定实施例的描述，其中对附图进行了参考，在附图中图1是用于装配TV/视频摄像机的底座的透视图，其包括用于调整摄像机被底座 支撑的高度的伸缩柱；图2是图1所示的底座的侧视图，其中伸缩柱降低到其最小高度；图3是图1和2所示的底座的平视图；图4是示出机载微处理器和提供信息给微处理器的编码器的框图；图5和6是示出如何相对于先前的位置和朝向计算底座的位置和朝向的底座概略图。
具体实施例方式本发明涉及用于支撑TV/视频摄像机以使其在带有监视系统的工作室地板或其他工作区域上运动的底座，从而使得能够相对于先前已知的位置和朝向确定底座的位置和 朝向。图1至3示出所述系统可适用的典型底座。该底座包括具有顶点11和凹边12的 大体上呈等边三角形的基座10。基座装配在各双轮单元13上，在附图的图2中可以看到各双轮单元13在基座下 面突出。各轮单元设置于基座的相应顶点11处并且被装配成用于围绕垂直轴进行转向以 控制底座的运动方向。在基座10的中心处具有用于可垂直伸长的柱15的大体圆柱形的安装架14。该柱 在其上端具有安装板16，以容纳将电视/视频摄像机支撑在该柱上的平移和倾斜摇动头(a pan and tilt head，^·^)。通过该机构将各个轮单元互相连接，从而使底座能够在偏航或转向模式下移动。 应当理解，本发明的监视系统只适用于在偏航模式下时底座的使用。提供设置在基座10上 并邻近安装架14的下端的踏板17以用于在偏航模式和转向模式之间切换转向机构。在转 向模式下，其中两个轮单元被锁定在适当位置以彼此平行地行驶，而第三个轮单元可用于 对底座进行转向。通过环绕安装板16并借助平行于所述柱而延伸的可伸缩调整的转向杆 19来驱动转向机构的转向环18来实现转向。在偏航模式下，所有三个轮单元互相连接以同时转向，并且底座沿着转向环上的 转向指示器20的方向移动。这使得操作者能够很容易地跟随拍摄时的操作，从而用最小的 努力跟进及跟出或从一边偏转到另一边。参考附图的图4，底座包含用于使得能够关于先前已知的位置和朝向来确定底座 的位置和朝向的监视系统。该监视系统包括微处理器，其被设计为从提供给该处理器的信 息计算底座的位置和朝向。每个轮单元都包括传感器，诸如用于测量轮单元的转数的编码器，以便测量轮单 元行进的距离。来自编码器的输出结果被提供给计算每个轮单元行进的距离的微处理器。基座还包括装配在基座中心并且面朝下穿过的光传感器，以检测基座正在其上移 动的工作室或其他区域的地板上已知位置的参考标记，从该参考标记可计算出底座的距离 和朝向。用于测量底座轮子的转动并由此测量轮子所移动的距离的编码器的提供会使得 能够测量底座的距离和变化的朝向。然而，通过由轮子驱动的编码器所测量的距离不可避 免地存在误差且存在底座的朝向相对于所需的轨迹的意外的变化。测量底座移动的距离时 的主要误差来自于支撑底座的轮箍上的轮子的磨损以及轮箍的挤压，其影响轮箍的滚动半 径并因此影响由编码器测量的轮子的每个转动行进的距离的假设。相对于真正的平行的、 在轮子面对的方向上的失准导致轮箍和轮子在其上行驶的表面之间的轮摩擦，并且导致底 座沿着弧线移动而不是沿所需方向上的真正的直线。弧状路径具有虚拟中心，底座围绕该 虚拟中心转动，这将在稍后提及。每个轮子将从该中心行进与其半径成比例的一段距离。如图所示，径向距离垂直 于轮子行进的方向延伸。如果轮子的测量结果都是正确的，则它们将都位于通过底座转动 的瞬时中心的直线上。轮子的测量结果将不会和图5所示的一样，因此有必要找到通过表 示每个轮子行进的距离的各点的最佳直线。这可以使用“最小二乘法”曲线拟合或其他任何用于定义穿过或接近每个点的最佳直线的数学函数来实现，其中，所述每个点表示每个 轮子行进的距离。如图5所示，将所得到的线投影回位于X轴上的零速度点以再次给出底 座的转动中心。可以选择对轮子行进的距离的各测量之间的预定周期，然而对于使用合适的微处 理器和程序的情况来说，几毫秒的数量级是方便的。将每次计算的各个移动距离以及底座朝向的变化相加，以提供在操作周期上底座 的总的移动距离和朝向的总的变化。该系统可以例如形成虚拟真实系统的部分，在该系统中虚拟图像和真实图像被结 合起来。由于照相机从上面指出的预期路径的偏差而使得由底座上的照相机看到的实际图 像与预期的图像相比稍微有所偏差，因此有必要调整照相机里的虚拟图像并且使用来自于 连续确定与预期路径之间的偏差的微处理器的信息来校正虚拟图像。现在参考图5和6，其图解描述了怎样确定相对于先前已知的位置和朝向的底座 的朝向的变化和底座移动的距离。参考附图的图5， Vl= ηV2 二 ‘相对于先前位置的所测量的轮子行驶 V3= ^ Xl=、Χ2= t与每个轮子和柱中心之间的行驶方向垂直的距离 X3=-R =从转动的瞬时中心到底座柱的半径dx, dy =柱的位置的变化θ =底座基座的朝向的变化设轮子的总数=N应用最小二乘法来拟合通过当前测量的轮子位置的线V(X) =Μχ+Β，其中M和B是 分别与该线的斜率和V轴上的截距有关的常数。设S。=N= 3S1 = Y^Xj = O1 +X2+X3) S1 = Z二 X2j = O12 + X22 + X23 ) ^Ο^Σμ^=^!+^+^)
_2] χ = J] 二 xJvJ = (^IvI + + ) Μ =3 1 一 乂。Β = ^ozIAr = ! = hkzlA
3s2 - S1 3s2 - S1 M 3 W0 因此柱中心的位置和朝向的变化为θ = tan-1 (M) dx = R(H-I) dy = RMH。
权利要求
一种用于TV、视频或电影摄像机的底座，其包括支撑在至少三个可转向轮单元上的基座；用于所述轮单元的转向系统，其用于保持所述轮单元彼此平行对准；用于所述轮单元和所述转向系统的监视系统；以及用于确定每个轮单元移动的距离和相对于定义在基座上的固定轴所转动的角度的装置，所述监视系统具有处理器装置，用于从所述至少三个轮子中每个轮子移动的距离和所述至少三个轮子中每个轮子相对于所述固定轴转动的角度计算底座行进的距离和底座的朝向的任何变化，从而使得能够相对于先前已知的位置和朝向确定底座的位置和朝向。
2.如权利要求1所述的底座，其中，所述监视装置被设计为从这样测得的所述至少三 个轮子行进的距离和相对于参考角度转动的所述角度确定所述底座的行程和朝向变化的 最接近的近似值。
3.如权利要求2所述的底座，其中，所述监视系统使用选定的数学函数来将所述至少 三个轮子的这样测得的距离进行关联，以确定所述底座行进的相应距离和所述底座的朝向 的变化。
4.如权利要求3所述的底座，其中，所述监视系统被设计为使用“最小二乘法”数学函 数计算所述底座行进的距离和所述底座的朝向变化这些值的所述最接近的近似值。
5.如权利要求1至4中任一项所述的底座，其中，底座的基座大体上为三角形，并且被 支撑在位于所述三角形的顶点处的可转向轮单元上。
6.如前述权利要求中任一项所述的底座，其中，所述至少三个轮单元中的一个或多个 是机动轮单元。
7.如前述权利要求中任一项所述的底座，其中，所述用于测量底座轮子行进的距离的 装置包括用于对轮子的转数进行计数的装置。
8.如权利要求7所述的底座，其中，所述用于对轮子的转数进行计数的装置包括用于 每个轮子的传感器。
9.如权利要求8所述的底座，其中，所述用于每个轮子的传感器包括编码器。
10.如权利要求1至6中任一项所述的底座，其中，用于确定轮子相对于中立参考位置 转动的角度的装置包括用于测量用于轮子的转向机构相对于所述参考的移动的装置。
11.如权利要求10所述的底座，其中，所述用于测量转向机构相对于所述参考的移动 的装置包括传感器装置。
12.如权利要求11所述的底座，其中，所述传感器装置包括编码器。
全文摘要
本发明提供底座导航系统。一种用于TV、视频或电影摄像机的底座，其包括支撑在至少三个可转向轮单元上的基座；用于轮单元的转向系统，其用于保持轮单元彼此平行对准；用于轮单元和转向系统的监视系统；以及用于确定每个轮单元移动的距离和相对于定义在基座上的固定轴所转动的角度，该监视系统具有处理器装置，用于从所述至少三个轮子中每个轮子移动的距离和所述至少三个轮子中每个轮子相对于所述固定轴转动的角度计算底座行进的轨道距离和底座的朝向的任何变化，从而使得能够相对于先前已知的位置和朝向确定底座的位置和朝向。
文档编号G03B17/56GK101922601SQ201010253730
公开日2010年12月22日 申请日期2010年6月13日 优先权日2009年6月16日
发明者R·A·林塞 申请人:维泰克公开有限公司