基于粗精分离原理的下置悬挂式三自由度手机拍摄稳定器的制作方法

本发明涉及手机拍摄设备技术领域，具体而言，涉及基于粗精分离原理的下置悬挂式三自由度手机拍摄稳定器。

背景技术：

现有的稳定器主要分为两类，一类是纯机械的斯坦尼康式的稳定器，其核心是3轴万向节以及手动的重心的调整系统；另一类是电控的3轴稳定器，其核心是3轴机械臂以及传感器位姿的计算与补偿。斯坦尼康发明于上世纪70年代，是一种手持式纯机械的拍摄稳定器，已经在许多电影以及拍摄场景得到广泛的应用。目前的斯坦尼康存在的主要问题是：

1、斯坦尼康主要应用于相机拍摄，并没有实际应用于手机摄影。

2、由于主要是为了拍摄电影所设计，其专业性高、体积重，所以便携性差，常常需要配合配套的背心使用，同时对拍摄者的经验要求比较高。

3、重量比一般的手持3轴稳定器重许多，以及重心调整的繁琐过程。

随着时代的进步和发展，人们已经不满足于纯机械式的稳定器，同时人们对稳定器的便携性和稳定性有了更高的要求，于是电控3轴稳定器诞生，广泛应用于云台、航空摄影以及智能手机摄影，极大的方便了人们的拍摄。但是尽管3轴稳定器在拍摄中有良好的增稳效果，但是目前3轴稳定器主要存在的问题是：

1、因为使用的云台控制以及无刷电机的缘故，成本较高，控制复杂。

2、因为3轴机械臂的缘故体积一般较大，体积不集中在轴向，不能很好的满足人们对于便携性的要求。

3、使用电机数量多，同时又为了保证合适的使用重量，所以续航一般较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供基于粗精分离原理的下置悬挂式三自由度手机拍摄稳定器，其能够保持手机的位置静止，使得手机的相对位置和姿态可以不受手持稳定器时影响，且该稳定器结构简单，方便携带和装配，能够实现对手机位置的精确调节，且调节过程自动实现。

本发明的实施例是这样实现的：

基于粗精分离原理的下置悬挂式三自由度手机拍摄稳定器，其包括：用于手持握的手持握把、u型万向节和手机支架，手机支架包括夹持部件、连接部件和调节部件，连接部件包括连接主体、连接铝板和连接滚动轴承，调节部件包括调节主体、步进电机、螺纹杆和配重块；u型万向节呈u形结构，手持握把连接至u形结构的“u形”底端，连接主体卡入u型结构的内凹处，且u型万向节通过连接铝板和连接滚动轴承连接在连接主体的两侧，u型万向节通过连接滚动轴承相对于连接主体可转动，夹持部件具有放置手机的槽，夹持部件铰接至连接主体的顶端，连接主体的底端连接至调节主体，步进电机设置于调节主体内，螺纹杆的顶底两端分别连接步进电机和配重块，手机安装在手机支架后，通过步进电机驱动螺纹杆转动，而调节手机支架的重心和高度。

在本发明较佳的实施例中，上述u型万向节包括u字节、字节铝板、字节滚动轴承和轴，连接主体的两侧分别设置有沉孔，沉孔通过内部连通并形成通孔，连接滚动轴承安装在沉孔内，连接铝板设置在沉孔内且与连接滚动轴承过盈配合，u字节与沉孔相对处设置有轴孔，字节滚动轴承安装在轴孔内，字节铝板设置在轴孔内且与字节滚动轴承过盈配合，轴穿过通孔且两端分别连接至u字节的轴孔内。

在本发明较佳的实施例中，上述手持握把还包括曲柄、握把铝板和握把滚动轴承，u字节的“u形”底端设置有与手持握把连接的连接孔，字节滚动轴承设置在连接孔内，曲柄的下端设置有方形沉孔，握把滚动轴承设置在方形沉孔内，握把铝板设置在方形沉孔内且与握把滚动轴承过盈配合，握把滚动轴承和字节滚动轴承之间通过轴连接。

在本发明较佳的实施例中，上述轴分别与连接滚动轴承、字节滚动轴承和握把滚动轴承过盈配合。

在本发明较佳的实施例中，上述手持握把还包括握套、深沟球轴承和圆锥滚子轴承，曲柄的上端设置有环节，圆锥滚子轴承固定在环节上，深沟球轴承设置在圆锥滚子的顶部，握套拼接在曲柄的上端并将深沟球轴承和圆锥滚子轴承包裹在内。

在本发明较佳的实施例中，上述深沟球轴承、圆锥滚子轴承和环节的直径大小相等，握套拼接在曲柄上端并与环节卡住，以防止曲柄因为重力作用而滑出。

在本发明较佳的实施例中，上述握套包括两个相互匹配的第一卡扣和第二卡扣，第一卡扣和第二卡扣的内部设置有与深沟球轴承、圆锥滚子轴承和环节相匹配的空间，第一卡扣和第二卡扣分别相对凸设有圆柱体和装配孔，第一卡扣的圆柱体插入第二卡扣的装配孔，梭梭树第二卡扣的圆柱体插入第一卡扣的装配孔。

在本发明较佳的实施例中，上述圆柱体的侧面还设置有倒刺，装配孔与圆柱体的表面相互紧紧配合。

在本发明较佳的实施例中，上述夹持部件包括夹爪，夹爪具有卡入手机的机槽，连接主体的顶端设置有带孔挡板，夹爪的底端设置有与带孔挡板相匹配的夹持挡板，夹持挡板设置有连接孔且与带孔挡板铰接固定。

在本发明较佳的实施例中，上述夹持部件还包括锁紧螺钉和锁紧螺母，调节部件还包括调节螺钉和调节螺母，连接主体和调节主体之间通过调节螺钉和调节螺母固定连接，步进电机通过调节螺钉固定在调节主体，带孔挡板和夹持挡板之间通过锁紧螺钉和锁紧螺母固定。

本发明的有益效果是：

本发明通过将手机置于夹爪固定，手持握把的前后左右平动，通过u型万向节使得稳定器在三个基准面任意位置进行转动时，手机支架的手机保持相对静止，当稳定器在竖直方向上进行上下平动时，手机也能相对于使用者保持静止，当根据手机自带的传感器数据计算出手机支架和手机二者整体的重心位置和u型万向节的两根轴的中心线汇交所形成的平面进行竖直方向上的位置出现偏移时，步进电机驱动螺纹杆带动配重块移动，从而达到调节所述手机支架和手机二者整体的重心的目的；本结构能够保持手机的位置静止，使得手机的相对位置和姿态可以不受手持稳定器时影响，且该稳定器结构简单，方便携带和装配，能够实现对手机位置的精确调节，且调节过程自动实现。

本发明还具有以下优点：

1、对传统斯坦尼康的体积进行了优化，体积小，重量轻，体积分布主要在轴向，满足人们对于便携性的要求。

2、对电机种类，数量和算法进行了优化，相比三轴无刷电机式的稳定器，极大的节约了电机成本和控制难度。

3、适用对象范围是在手机和小型相机，同时因为是靠电机调整重心，减轻了传统斯坦尼康的对使用者经验的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。

图1为本发明的稳定器的结构示意图；

图2为本发明的手持握把的结构示意图；

图3为本发明的手持握把长柄的结构示意图；

图4为本发明的握套的结构示意图；

图5为本发明的u型万向节的结构示意图；

图6为本发明的u型万向节和手机支架的连接示意图；

图7为本发明的手机支架的结构示意图；

图8为本发明的夹持部件的结构示意图；

图9为本发明的连接部件的结构示意图；

图10为本发明的调节部件的结构示意图；

图11为本发明的调节部件的内部结构示意图。

图标：1-手持握把；2-u型万向节；3-手机支架；11-曲柄；12-握套；13-深沟球轴承；14-圆锥滚子轴承；15-握把铝板；16-握把滚动轴承；21-u字节；22-字节铝板；23-字节滚动轴承；24-轴；31-夹持部件；32-连接部件；33-调节部件；311-夹爪；312-螺钉；313-螺母；321-连接主体；322-连接铝板；323-连接滚动轴承；331-调节主体；332-步进电机；333-螺纹杆；334-配重块；335-螺钉；336-螺母。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供基于粗精分离原理的下置悬挂式三自由度手机拍摄稳定器，其包括用于手持握的手持握把1、u型万向节2和手机支架3，手机支架3包括夹持部件31、连接部件32和调节部件33，夹持部件31包括夹爪311、锁紧螺钉312和锁紧螺母313，连接部件32包括连接主体321、连接铝板322和连接滚动轴承323，调节部件33包括调节主体331、步进电机332、螺纹杆333、配重块334、调节螺钉335和调节螺母336；u型万向节2呈u形结构，手持握把1连接至u形结构的“u形”底端，手持握把1进行手动操作，连接部件32卡入u型结构的内凹处，夹持部件31将手机夹住固定，调节部件33将连接部件32固定并进行伸缩调节，该稳定器还包括电路部分，其为stm32控制的贯通式20电机，mpu6050以及8451组成的重心计算及调整模块，该稳定器能够对自身的三轴方向进行固定，当手持握把1带动u型万向节2在前视基准面上转动时，夹持部件31和夹持的手机的相对位置和姿态可以不受所述手持握把1的影响，与使用者保持相对静止，限制了活动自由度，加强了稳定器稳固性。

请参照图2、图3和图4，手持握把1包括曲柄11、握套12、深沟球轴承13、圆锥滚子轴承14、握把铝板15和握把滚动轴承16，曲柄11呈曲折弯曲状，曲柄11的上端为直线段的长柄状，且设置在竖直方向，曲柄11的下端为弓形弯曲状且连接至u字节21，曲柄11上端的长柄设有一个环节，圆锥滚子轴承14固定在环节上，深沟球轴承13设置在圆锥滚子的顶部，握套12拼接在曲柄11的上端并将深沟球轴承13和圆锥滚子轴承14包裹在内，深沟球轴承13和圆锥滚子轴承14都放在环节上，圆锥滚子轴承14在下，深沟球轴承13在上，环节的直径、深沟球轴承13的外径以及圆锥滚子轴承14的外径三者相等，三者接在一起正好可以形成一个更大的环节，与握套12内部的沟槽尺寸正好相对应，使得两个握套12可以正好拼接在曲柄11上部的长柄上，握套12拼接在曲柄11上端并与环节卡住，环节的作用是防止曲柄11因为重力作用而滑出，圆锥滚子轴承14放在深沟球轴承13之下，用于承受竖直方向上的载荷，即轴向的载荷；深沟球轴承13放在圆锥滚子轴承14之下，用于减小径向的扰动，防止因使用者手持着握套12前后左右平动稳定器时，握套12产生晃动。握套12共有两个，握套12外部呈半圆柱体，握套12包括两个相互匹配的第一卡扣和第二卡扣，第一卡扣和第二卡扣的内部设置有与深沟球轴承13、圆锥滚子轴承14和环节相匹配的空间，第一卡扣和第二卡扣分别相对凸设有圆柱体和装配孔，圆柱体的侧面还设置有倒刺，装配孔的侧视图呈“凸”字形，装配孔与圆柱体的表面相互紧紧配合，第一卡扣的圆柱体插入第二卡扣的装配孔，梭梭树第二卡扣的圆柱体插入第一卡扣的装配孔，装配时，将握套12上的小圆柱体按进装配孔，小圆柱体上的倒刺会自动伸入装配孔内部的凹槽中卡死，形成紧配合。

请参照图5和图6，u型万向节2包括u字节21、字节铝板22、字节滚动轴承23和轴24，u型万向节2呈u形结构，u形结构具有三段直线部分，u字的三段直线部分的内外两侧皆设有方形沉孔，共六处，u型万向节2通过连接铝板322和连接滚动轴承323连接在连接主体321的两侧，u型万向节2通过连接滚动轴承323相对于连接主体321可转动，连接主体321的两侧分别设置有沉孔，沉孔通过内部连通并形成通孔，连接滚动轴承323安装在沉孔内，连接铝板322设置在沉孔内且与连接滚动轴承323过盈配合，u字节21与沉孔相对处设置有轴孔，字节滚动轴承23安装在轴孔内，字节铝板22设置在轴孔内且与字节滚动轴承23过盈配合，字节铝板22填充在方形沉孔内且方形沉孔分别与字节铝板22形成过盈配合，每一块字节铝板22都对应地与一个字节滚动轴承23形成过盈配合，而字节滚动轴承23则与轴24形成过盈配合，轴24穿过通孔和连接主体321的连接滚动轴承323，且轴24的两端分别连接至u字节21的轴孔内的字节滚动轴承23，轴24穿过连接部件32和u字节21，当手持握把1带动u字节21在前视基准面上转动时，手机支架3和手机支架3上的手机的相对位置和姿态可以不受手持握把1的影响，与使用者保持相对静止；u字节21的“u形”底端设置有与手持握把1连接的连接孔，字节滚动轴承23设置在连接孔内，曲柄11的下端设置有方形沉孔，握把滚动轴承16设置在方形沉孔内，握把铝板15设置在方形沉孔内且与握把滚动轴承16过盈配合，握把滚动轴承16和字节滚动轴承23之间通过轴24连接，u型万向节2的“u形”底部直线部分的轴24与手持握把1的握把滚动轴承16形成过盈配合，当手持握把1在前视基准面上转动时，u型万向节2、手机支架3和手机支架3上的手机的相对位置和姿态可以不受手持握把1的影响，与使用者保持相对静止。

请参照图7和图8，手机支架3包括依次连接的夹持部件31、连接部件32和调节部件33，夹持部件31具有放置手机的槽，夹持部件31用于夹持手机，夹持部件31铰接至连接主体321的顶端，连接主体321的底端连接至调节主体331，夹爪311具有卡入手机的机槽，连接主体321的顶端设置有带孔挡板，夹爪311的底端设置有与带孔挡板相匹配的夹持挡板，夹持挡板设置有连接孔且与带孔挡板铰接固定，两个夹持挡板伸入连接部件32顶部伸出的三个带孔挡板的间隙中，并用锁紧螺钉312和锁紧螺母313穿过孔固定，使得两者相对静止，无法转动。

请参照图9，连接部件32的连接主体321由两个边长不同的立方体形状的结构构成，大立方体位于上端，其顶部设有三个凸起的带孔挡板，大立方体左右两侧分别设有沉孔，用于安放连接铝板322和连接滚动轴承323，大立方体下端是小立方体，小立方体的有四个通孔，横穿左右两侧的表面，通过调节螺钉335和调节螺母336穿过通孔与调节主体331连接固定，连接主体321用于连接夹爪311和调节主体331，以及连接u型字节。

请参照图10，调节部件33的调节主体331呈长方体状，调节主体331的内部中空且顶端开口，调节主体331的左右两侧的上端分别设有四个通孔，该通孔与连接主体321下端的四个通孔正好相对应，锁紧螺钉312依次穿过连接主体321的下端和调节主体331的上端的通孔，再用锁紧螺母313拧紧，可以形成配合使得调节主体331固定在连接主体321的下端；调节主体331的底面中心有一个与螺纹杆333直径相同大小的孔，调节主体331的底面四角处设有四个较小的孔，该孔用于固定步进电机332，步进电机332呈长方体，置于调节主体331的内的底部，步进电机332的中心和四角分别设有与调节主体331底面相对应的通孔，步进电机332的四角处的孔用于固定电机，中心的孔与螺纹杆333相咬合。

请参照图11，螺纹杆333穿过步进电机332中心和调节主体331的底端中心的通孔，其上端位于调节部件33内部，下端伸出调节部件33之外，底端有一配重块334，用于调节手机支架3的整体重心，配重块334用螺母固定在螺纹杆333底端，手机支架3的重心的上下移动通过步进电机332驱动螺纹杆333，螺纹杆333带动配重块334上下移动而实现，连接主体321和调节主体331之间通过调节螺钉335和调节螺母336固定连接，步进电机332通过调节螺钉335固定在调节主体331，螺纹杆333的顶底两端分别连接步进电机332和配重块334，手机安装在手机支架3后，通过步进电机332驱动螺纹杆333转动，而调节手机支架3的重心和高度；采用这样的设计和装配方式，可使手机支架3和其夹持的手机重心皆在竖直线上，这样通过驱动电机调整配重块334在竖直方向上的位置，即可调整手机支架3和手机整体的重心，与传统的三轴稳定器和斯坦尼康稳定器相比，调整重心的方式和相应的算法都得到了大大的简化，减少了对使用者的经验要求和编程的复杂程度。

用机械式的方法，通过手持握把1和u型万向节2的设计和装配，使用者手持稳定器的握把在三个基准面其中任意一个进行转动时，手机支架3上的手机都能相对于使用者保持静止。同时，当稳定器上竖直方向上进行上下平动时，手机也能相对于使用者保持静止。u型万向节2的设计优点在于，在有限的立体空间内将手机与手机支架3的重心的限制在了一条竖直线上，与传统的三轴稳定器和斯坦尼康稳定器相比，大大减小了水平方向的空间。而为了保证稳定器在前后和左右两个方向上的平动时，手机都能保持相对静止，手机支架3以及夹持在手机支架3上的手机两者整体的重心需要保持在u型万向节2的两根轴24的中心线汇交所形成的平面上。

本实施例的使用过程为：

为了保持稳定的拍摄，稳定器在被使用之前需要经过调试，调试前，使用者需将手机放在手机支架3上用夹爪311夹持固定，调试时，当使用者手持握把1前后或者左右平动稳定器时，安装在手机上的传感器会将相应的加速度和角加速度数据传输给处理器，处理器经过分析后计算出手机支架3和手机二者整体的重心位置，并与事先记录的u型万向节2的两根轴24的中心线汇交所形成的平面进行竖直方向上的位置比较，然后发出指令让步进电机332驱动螺纹杆333带动配重块334移动，从而达到调节手机支架3和手机二者整体的重心的目的。可反复进行调试以提高精确度。

稳定器最理想的状态是将手机支架3及手机二者的重心，调节在u型万向节2的两根轴24的中心线和握把的中心线三线汇交的点上，如果把握把的中心线称为z轴，那么由于装配带来的误差，手机支架3和手机的重心不一定在z轴上，会有一定的偏移，导致稳定器在上下平动时手机会产生晃动。但是由于日常拍摄使用时上下平动的速度与其他方向上的运动速度相比较慢，以及稳定器自重所起到的稳定作用，该误差所产生的晃动可以忽略不计。

综上所述，本发明实例通过将手机置于夹爪固定，手持握把的前后左右平动，通过u型万向节使得稳定器在三个基准面任意位置进行转动时，手机支架的手机保持相对静止，当稳定器在竖直方向上进行上下平动时，手机也能相对于使用者保持静止，当根据手机自带的传感器数据计算出手机支架和手机二者整体的重心位置和u型万向节的两根轴的中心线汇交所形成的平面进行竖直方向上的位置出现偏移时，步进电机驱动螺纹杆带动配重块移动，从而达到调节所述手机支架和手机二者整体的重心的目的；本结构能够保持手机的位置静止，使得手机的相对位置和姿态可以不受手持稳定器时影响，且该稳定器结构简单，方便携带和装配，能够实现对手机位置的精确调节，且调节过程自动实现。

本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。