增稳系统及其控制方法与流程

本发明涉及成像设备技术领域，尤其涉及一种增稳系统及其控制方法。

背景技术：

在现在的影像拍摄中，云台已经成为一种拍摄者常用的设备。云台可以对影像拍摄装置提供良好的增稳效果，从而保证画面的稳定不抖动。常见的云台为三轴云台，以提供影像拍摄装置在俯仰、横滚、偏航三个方向上的稳定。同时，在现在的影像拍摄过程中，经常需要架设一段滑轨，将影像拍摄装置放置于滑轨上进行拍摄，从而获得一段达到预想效果的画面，如电影中一段保证镜头离地高度不变，并跟随地形起伏的画面。然而，拍摄这种画面不仅需要花费大量物力，例如因拍摄需要架设多段的电动滑轨，还需要花费大量人力，例如需要同时分别有人操作滑轨和摄像装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种増稳系统及其控制方法，能够通过增稳系统的控制，使其搭载的拍摄设备实现滑轨拍摄的效果。

本发明实施方式的増稳系统的控制方法中，所述增稳系统包括运动机构和与所述运动机构连接的电机，所述运动机构用于安装负载并带动所述负载运动；

所述控制方法包括：

检测所述负载相对于参考物在特定方向上的当前位置；

判断所述当前位置是否为预定位置；

在所述负载未处于所述预定位置时控制所述电机驱动所述运动机构运动以带动所述负载运动至所述预定位置。

本发明实施方式的増稳系统包括：

运动机构，所述运动机构用于安装负载并带动所述负载运动；

与所述运动机构连接的电机；和

处理器，所述处理器用于检测所述负载相对于参考物在特定方向上的当前位置，及用于判断所述当前位置是否为预定位置并在所述负载未处于所述预定位置时控制所述电机驱动所述运动机构运动以带动所述负载运动至所述预定位置。

本发明实施方式的増稳系统的控制方法及増稳系统中，通过控制电机驱动运动机构以带动所述负载运动至所述预定位置，使负载相对于参考物的距离保持为设定值，从而使得负载上的拍摄装置能够拍摄出滑轨模式的效果。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的増稳系统的平面示意图；

图2是本发明实施方式的増稳系统的另一个视角的平面示意图；

图3是本发明实施方式的増稳系统的又一个视角的平面示意图；

图4是本发明实施方式的増稳系统的一个状态示意图；

图5是本发明实施方式的増稳系统的另一个状态示意图；

图6是本发明实施方式的増稳系统的分解示意图；

图7是本发明实施方式的控制方法的流程示意图；

图8是本发明实施方式的増稳系统的模块示意图；

图9是本发明实施方式的増稳系统的运动过程示意图；

图10是本发明实施方式的控制方法的另一个流程示意图；

图11是本发明实施方式的増稳系统的场景示意图。

主要元件符号说明：

増稳系统100、运动机构10、四连杆机构11、第一杆件12、第二杆件13、第三杆件14、第四杆件15、电机20、基座30、处理器40、第一传感器50、第二传感器60、基座位姿传感器70、第三传感器80；

负载200、拍摄装置210、支撑装置102、参考物300。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1-图3，本发明实施方式的増稳系统100包括运动机构10、电机20和基座30。运动机构10设置在基座30上，电机20与所述运动机构10连接。

具体地，运动机构10用于安装负载200并带动负载200运动。例如，电机20驱动运动机构10时，运动机构10可以带动负载200由图4所示的位置运动至图5所示的位置。由此，电机20驱动运动机构10带动负载200运动，从而可以实现负载200増稳。

请再次参阅图1，在一个例子中，负载200为云台，云台例如为三轴云台。云台上可以搭载相机等拍摄装置210。当运动机构10运动时，拍摄装置210可以随着运动机构10一并运动，从而实现不同角度的拍摄效果。云台可以通过卡扣结构固定在运动机构10上，当云台为三轴云台时，可以理解，三轴云台可以带动拍摄装置210分别绕pitch(俯仰)轴线211、yaw(偏航)轴线212和roll(翻滚)轴线213转动。当然，云台可以为二轴云台或单轴云台等云台。此时，增稳系统用于实现对云台和拍摄装置整体在特定方向上的增稳与控制，例如使得云台和拍摄装置整体实现滑轨拍摄的效果，而在“滑轨”上的云台对拍摄装置实现单轴或多轴增稳的效果。

当然，在其他实施方式中，负载200可以为拍摄装置，拍摄装置直接地连接在运动机构10上。

本发明的实施方式中将主要以负载200为云台为例进行说明。

在图1的示例中，増稳系统100可以设置在三脚架等固定支撑装置102上，以防止用户自身对拍摄装置210造成抖动。当然，増稳系统100也可以设置手持装置上，増稳系统100可以在手持装置运动过程对负载200及搭载在负载上的拍摄装置210増稳。

请参阅图1及图6，在某些实施方式中，运动机构10为四连杆机构11。如此，运动机构10的结构简单，容易实现。电机20可以与四连杆机构11中的其中一个杆件连接，而负载200连接在四连杆机构11中的另一个杆件。在电机20驱动对应的杆件时，对应的杆件可以带动与负载200连接的杆件，从而带动负载200一并运动，实现电机20通过运动机构10驱动负载200运动的目的。

具体地，四连杆机构11包括依次首尾连接的第一杆件12、第二杆件13、第三杆件14和第四杆件15。可以理解，第一杆件12、第二杆件13、第三杆件14和第四杆件15中，相连接的杆件铰接以使四连杆机构11可以运动。

本实施方式中，第一杆件12与第三杆件14相对设置，第二杆件13与第四杆件15相对设置。第一杆件12相对于其他杆件固定设置，第二杆件13与电机20连接，第三杆件14用于安装负载200。因此，电机20驱动第二杆件13运动时，第二杆件13可以带动第三杆件14运动，从而带动负载200一并运动。

当然，在其他实施方式中，电机20可以与第四杆件15连接，以驱动第四杆件15运动，从而带动负载200运动。

可以理解，第一杆件12、第二杆件13、第三杆件14和第四杆件15的具体结构可以具体设定，只要第一杆件12、第二杆件13、第三杆件14和第四杆件15连接形成四连杆机构11即可。

在一个例子中，四连杆机构11可以为平行四边形机构。此时，第一杆件12与第三杆件14平行设置，第二杆件13与第四杆件15平行设置。当使用增稳系统100时，基座30大致处于水平状态，而平行四边形机构处于竖直方向。此时，电机20驱动四连杆机构11运动时，四连杆机构11可以带动负载200在竖直方向上做平移运动，实现负载200在竖直方向上的增稳。

例如，在图4和图5的示例中，电机20可以驱动四连杆机构11运动，从而带动负载200在上下方向上平移运动。因此，在平行四边形机构对负载200实现竖直方向上增稳功能时，可以保证负载200及搭载负载上的拍摄装置210如相机实现在高度上的控制，即保证负载200及拍摄装置210处于预设的高度，可以为一段不变的高度也可以为一段预设有变化的高度，从而实现如同将负载200和/或拍摄装置210设置在滑轨上一样的拍摄效果。

具体地，增稳系统100对负载200及拍摄装置210的控制方法将在下文中阐述。可以理解的是，当基座30不处于水平状态时，例如设置在横向的手持装置上或增稳系统100悬挂倒置放置时，四连杆机构11可以实现对负载200及拍摄装置210在其他方向上而非竖直方向上的增稳，从而也可以实现对负载200及拍摄装置210在非高度方向上的控制，具体的控制方法将在下文中一并阐述。

在某些实施方式中，运动机构10也可以为曲柄滑块机构或丝杆导轨等机构。

电机20可以为伺服电机或步进电机，从而使得电机20响应迅速并且转动更加精确，这样有利于提高运动机构10带动负载200运动的精度。

基座30为増稳系统100的承载部件，其用于承载増稳系统100的其他元件。运动机构10可以通过螺纹连接等连接方式固定在基座30上。基座30采用金属等强度较高的材料制成，以提高基座30的承载能力。基座30的具体形状和结构可以根据实际需求具体设置。

本发明还提供了一种増稳系统的控制方法，増稳系统可以为以上所述的増稳系统100，下文将以上所述的増稳系统100作为示例做详细描述。

请参阅图7，本发明实施方式的控制方法包括：

s10，检测所述负载200相对于参考物300在特定方向上的当前位置；

s20，判断负载200的当前位置是否为预定位置；

s30，在所述负载200未处于所述预定位置时控制所述电机20驱动所述运动机构10运动以带动所述负载200运动至所述预定位置。

请参阅图8，本发明实施方式的増稳系统100还包括处理器40，以上控制方法可以由处理器40实现。或者说，处理器40用于检测所述负载200相对于参考物300在特定方向上的当前位置，及用于判断所述当前位置是否为预定位置并在所述负载200未处于所述预定位置时控制所述电机20驱动所述运动机构10运动以带动所述负载200运动至所述预定位置。

本发明实施方式的控制方法及増稳系统100中，通过控制电机20驱动运动机构10以带动所述负载200运动至所述预定位置，使得负载200相对于参考物300的距离保持为设定值，从而使得负载上的拍摄装置210能够拍摄出滑轨模式的效果。

增稳系统100可以选择性地执行本发明实施方式的控制方法，例如在一些实施例中，用户可以选择开启增稳系统100的“滑轨功能”，当增稳系统100开启了这一功能时，开始执行本发明实施方式的控制方法；而当增稳系统100未开启这一功能时，将不执行本发明实施方法的控制方法，而作为增稳装置使用。

具体地，在步骤s10中，参考物300可为地面、墙体等具有参考作用的物体。特定方向可为水平方向、竖直方向或者倾斜方向等方向。

在一个例子中，参考物300为地面时，特定方向为竖直方向。此时，在步骤s10包括：检测负载200相对于地面在竖直方向上的当前位置。负载200的当前位置为高度位置。

在另一个例子中，参考物300为竖直墙体时，特定方向为水平方向，驱动机构10可以带动负载200横向运动。此时，在步骤s10包括：检测负载200相对于竖直墙体在水平方向上的当前位置。负载200的当前位置为距竖直墙体的水平距离。

需要指出的是，负载200的当前位置可以为负载200在运动状态中某一时刻所处的位置，也可以为负载200处于静止状态时所处的位置。

在步骤s20中，预定位置可以在増稳系统100的出厂前预先设定在増稳系统100中，例如增稳系统100自带不同的拍摄场景模式，每个场景模式下会预设有不同的预定位置，以方便用户使用，如可以为室内拍摄模式，模拟室内架设滑轨拍摄，预定位置可以为等身高度，或者为仰拍拍摄模式，模拟地面滑轨怕死和，预定位置可以为半身高度。

当然，也可以为根据用户输入得到或者负载200工作时自定义获得，此时，用户可以输入一个预定位置以使得增稳系统100在整个拍摄过程中都保持这个预定位置，也可以输入多个不同的预定位置并设定其之间的顺序以使得增稳系统100在整个拍摄过程中保持不同的预定位置，或者输入一段自定义的可变化的预定位置以使得增稳系统100在整个拍摄过程中处于不同的预定位置，而模拟一段预定位置存在连续变化的滑轨拍摄。

在一个例子中，増稳系统100还可以包括一输入装置，输入装置例如为触摸显示器或按键，用户可以在输入装置上输入负载200的预定位置，以便于増稳系统100在工作过程中判断负载200的当前位置是否与预定的位置一致，或者用户可以通过输入装置选取不同的拍摄场景模式，从而为负载200设定默认的预定位置。

在另一个例子中，负载200刚开始工作时，增稳系统100将负载200开始工作时所处的位置设定为预定位置，此时负载200的位置信息可存储在増稳系统100中，并且增稳系统100将按负载200刚开始的工作所处的位置为预定位置来对负载200进行保持位置控制。

在本实施例中，用户可以在开启了增稳系统100的“滑轨功能”后，通过手动操作运动机构10以获取理想的预定位置，并且使负载200开始工作，从而使得增稳系统100能保持负载200在一个理想的预定位置。此时用户能够通过手动操作运动机构10来实时地观测拍摄装置210所成的像，从而更好地选取一个理想的预定位置。

在步骤s30中，在负载200与所述预定位置偏离时，驱动负载200运动至所述预定位置，使得负载200保持在预定位置，从而可以保持负载200在预定位置以实现类似于滑轨拍摄效果的目的。另外，通过控制电机20的工作状态，从而带动负载200运动，使得控制负载200运动的方式更加简单，容易实现。

如图9所示，图9中的实线可代表运动机构10和负载200的当前位置，虚线代表运动机构10和负载200的预定位置。由图9中可以看出，负载200的当前位置未处于预定位置，此时，可以控制电机20驱动运动机构10，从而带动负载200向下运动以到达预定位置。

在一个例子中，电机20驱动运动机构10的转速可以根据实际需求而定。例如，当需要控制负载200从当前位置匀速运动至预定位置，可以控制电机20匀速转动，从而带动负载200匀速转动。又如，电机20可以先加速转动，后减速转动，从而控制负载200先加速运动，后减速运动而从当前位置运动至预定位置。

处理器40可以为微控制器(microcontrollerunit，mcu)，其可以安装在基座30内。

请参阅图8及图10，在某些实施方式中，所述增稳系统100包括第一传感器50，所述第一传感器50用于获取所述第一传感器50相对于所述参考物300的位置，步骤s10包括：

s12，获取所述第一传感器50相对于所述参考物300的第一位置；

s14，根据所述第一位置计算得到所述当前位置。

在某些实施方式中，步骤s12和步骤s14由处理器40实现。或者说，处理器40用于获取所述第一传感器50相对于所述参考物300的第一位置及根据所述第一位置计算得到所述当前位置。

如此，根据第一传感器50获取的数据而计算得到负载200的当前位置，使得获取负载200的当前位置容易实现。

在某些实施方式中，所述第一传感器50设置于所述基座30上，所述第一传感器50相对于所述参考物300的位置为所述基座30相对于所述参考物300的位置。

根据以上所述，基座30一般作为増稳系统100的载体部件，基座30的位置相对固定，第一传感器50设置于基座30上，这样有利于第一传感器50获取第一传感器50相对于参考物300的第一位置，从而容易计算得到负载200的当前位置。

第一传感器50设置在基座30上的位置可以根据需求具体设置，只要使得第一传感器50可以获取自身相对于参考物300的位置即可。

请参阅图11，在一个例子中，第一传感器50可以为视觉里程计，并安装于基座30上，视觉里程计可以获取自身相对于参考物300的距离。假如第一传感器50获取得到基座30与地面的距离为h1，而基座30与负载200的距离为h2，那么负载200相对于地面的距离h3可为h3＝h1-h2，其中，h1＞h2，由此可以获得负载200相对于地面的当前位置。

当増稳系统100整体发生抖动时，h1改变，h3随着h1的改变而改变，并且改变的差异可以根据h1和h2计算得到。

当然，第一传感器50也可以为其他可以检测相对位置的传感器，如激光测距器等。

请再次参阅图8，在某些实施方式中，所述增稳系统100还包括第二传感器60，所述第二传感器60用于获取所述运动机构10或所述负载200中的至少一者相对于所述第一传感器50的相对位置；步骤s14还包括：

根据所述第一传感器50相对于所述参考物300的第一位置和所述相对位置计算得到所述当前位置。

在某些实施方式中，处理器40用于根据所述第一传感器50相对于所述参考物300的第一位置和所述相对位置计算得到所述当前位置。

如此，运动机构10或负载200相对于第一传感器50的相对位置通过第二传感器60获取，使得负载200的当前位置更加容易获取。

第二传感器60可以安装在运动机构10或负载200，以便于获得运动机构10或负载200相对于第一传感器50的相对位置。

在一个例子中，第二传感器60可以为磁编码器，安装在运动机构10上，运动机构10包括电机20，磁编码器用于获取电机20的转动角度，从而计算得到运动机构10或负载200相对于基座30的转动角度以获取相对位置。在另一些例子中，第二传感器60可以为距离传感器如视觉里程计或激光测距器等，安装在负载200上，从而直接获取负载200相对于基座30的相对位置。

在一个例子中，第二传感器60安装在负载200上时，如以上所述，由于基座30相对于参考物300的位置h1可以通过第一传感器50获取，而负载200相对于基座30的位置h2可以通过第二传感器60获取，那么负载200相对于参考物300的位置可以通过h1和h2的差值公式计算得到。

需要指出的是，第一传感器50和第二传感器60可以实时地获取相应的位置，从而纠正负载200运动至预定位置的偏差，使得负载200运动更加精确。

请参阅图8，在某些实施方式中，所述增稳系统100还包括基座位姿传感器70，所述基座位姿传感器70用于获取所述基座30的位姿，步骤s14还包括：

根据所述第一位置、所述相对位置和所述基座30的位姿，计算得到所述当前位置。

在某些实施方式中，处理器40用于根据所述第一传感器50相对于所述参考物300的第一位置、所述相对位置和所述基座30的位姿计算得到所述当前位置。

请结合图11，在一个例子中，参考物300为地面时，负载200相对于地面在竖直方向的当前位置为高度位置h3，然而，当基座30发生倾斜时，例如在俯仰方向或横滚方向上发生偏转时，第一传感器50获取基座30相对于地面的位置同样为倾斜的位置，此时第一传感器50获取的位置为h4。因此，通过基座位姿传感器70获取基座30的位姿，根据基座30的位姿和第一传感器50获取的位置h4可以计算得到基座30相对于地面的位置h1，再根据h1、h2和h3的关系式可以计算得到负载200的当前位置h3。

请参阅图8，在某些实施方式中，所述增稳系统100还包括第三传感器80，所述第三传感器80用于获取所述负载200相对于所述参考物300的初始位置，所述预定位置包括所述初始位置，所述控制方法包括：

控制所述电机20驱动所述运动机构10运动以带动所述负载200运动至所述初始位置。

在某些实施方式中，处理器40用于控制所述电机20驱动所述运动机构10运动以带动所述负载200运动至所述初始位置。

具体地，第三传感器80例如为惯性传感器，第三传感器80可以安装在负载200上或者负载200与运动机构10的连接处。负载200的初始位置例如为负载200抖动前的位置。负载200的工作过程中发生抖动时，负载200由于抖动而产生位置偏差时，负载200产生的位置偏差可以被第三传感器80获取，根据负载200的位置偏差可以获得负载200在抖动前的位置，进而可以控制负载200运动至抖动前的位置。

在一个例子中，负载200发生抖动后，负载200的当前位置相对于初始位置向下移动了5mm，第三传感器80可以获取负载200向下移动5mm的过程，因此，负载200的当前位置向上移动5mm的位置即为负载200的初始位置，从而可以控制负载200向上移动5mm以使负载200到达初始位置。

可以理解的是，第三传感器80可以单独使用来控制使得负载200保持在预定位置，也可以与前述的第一传感器50、第二传感器60结合使用来控制使得负载200保持在预定位置。当增稳系统100存在着多个传感控制途径时，处理器40可以选择使用其中一个途径来进行控制并使得负载200实现滑轨拍摄的效果，也可以选择使用多个途径，并通过多传感器融合的方法来使得控制更为精确。

综上，本发明实施方式的増稳系统100的控制方法中，増稳系统100包括运动机构10和电机20，电机20与所述运动机构10连接，运动机构10用于安装负载200并带动负载200运动，控制方法包括：

s10，检测所述负载200相对于参考物300在特定方向上的当前位置；

s20，判断负载200的当前位置是否为预定位置；

s30，在所述负载200未处于所述预定位置时控制所述电机20驱动所述运动机构10运动以带动所述负载200运动至所述预定位置。

本发明实施方式的控制方法中，通过控制电机20驱动运动机构10以带动所述负载200运动至所述预定位置，使得负载200相对于参考物300的距离保持为设定值，从而使得负载上的拍摄装置210能够拍摄出滑轨模式的效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。