用于稳定有效载荷的方法和设备与流程

本公开涉及用于稳定有效载荷的朝向的设备和系统。

背景技术：

有效载荷(诸如摄像机或其他传感器)可以安装到移动平台，诸如人或载具。平台的运动可能影响有效载荷的功能。可以通过补偿平台的运动来稳定有效载荷。当平台的运动相对简单时(例如，在相对窄的范围内)，这种补偿相对易懂；例如，补偿可以基于有效载荷的目标朝向使用固定的一组规则。然而，当平台的运动受到较少限制时，这种补偿可能变得更加复杂；例如，补偿可能必须针对平台的不同状态使用不同组的规则。

技术实现要素：

一个或多个计算机的系统可以被配置为借助于在系统上安装运行时使系统执行动作的软件、固件、硬件或它们的组合来执行特定操作或动作。一个或多个计算机程序可以被配置为借助于包括当由数据处理设备执行时使设备执行动作的指令来执行特定操作或动作。一个总体方面包括一种方法，该方法包括：确定设备的基部的实际朝向；获得所述设备的有效载荷支撑件的目标朝向；基于所述基部的实际朝向和所述有效载荷支撑件的目标朝向，确定所述有效载荷支撑件关于所述设备的多个枢转支撑件的云台轴线的目标角位移；其中，所述有效载荷支撑件通过所述多个枢转支撑件安装到所述基部。该方面的其他实施例包括对应计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序，每个计算机系统、设备和计算机程序都被配置为执行所述方法的动作。

实施方案可以包括以下特征中的一个或多个。在所述方法中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。在所述方法中，确定所述有效载荷支撑件的目标角位移还基于所述基部的参考朝向，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述方法中，所述基部的参考朝向和所述基部的实际朝向关于轴线相差超过45度、超过90度或者超过135度。所述方法还包括确定所述有效载荷支撑件的实际朝向，其中，确定所述目标角位移还基于所述有效载荷支撑件的实际朝向。在所述方法中，确定所述有效载荷支撑件的实际朝向基于惯性传感器的信号。在所述方法中，所述惯性传感器包括加速度计或陀螺仪。在所述方法中，确定所述有效载荷支撑件的目标角位移包括利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的实际朝向。在所述方法中，所述非恒等函数是线性函数。所述方法还包括确定所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的实际角位移，其中，确定所述目标角位移还基于所述实际角位移。在所述方法中，确定所述目标角位移包括基于所述实际角位移和所述基部的实际朝向来确定所述有效载荷支撑件的实际朝向。在所述方法中，确定所述有效载荷支撑件的目标角位移包括利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的实际角位移。在所述方法中，所述非恒等函数是线性函数。在所述方法中，确定所述基部的实际朝向基于惯性传感器的信号。在所述方法中，所述惯性传感器包括加速度计或陀螺仪。在所述方法中，确定所述基部的实际朝向基于所述有效载荷支撑件的实际朝向和所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的实际角位移。在所述方法中，所述多个枢转支撑件包括三个枢转支撑件，所述三个枢转支撑件的云台轴线彼此正交。在所述方法中，所述基部被配置为安装到手柄组件，所述手柄组件包括被配置为由人的手握持的手柄。所述方法中在给所述设备供电时确定所述有效载荷支撑件的目标朝向。在所述方法中，所述基部被配置为安装在载具上。在所述方法中，所述有效载荷支撑件被配置为支撑摄像机。所述方法还包括改变所述有效载荷支撑件的目标朝向。所述方法还包括使所述枢转支撑件转动到所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述方法中，确定所述有效载荷支撑件的目标角位移包括利用非恒定函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒定函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒定函数变换所述有效载荷支撑件的目标角位移、或者其组合。在所述方法中，所述非恒等函数是线性函数。在所述计算机程序产品中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。所述计算机程序产品中确定所述有效载荷支撑件的目标角位移还基于所述基部的参考朝向，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述计算机程序产品中，所述基部的参考朝向和所述基部的实际朝向关于轴线相差超过45度、超过90度或者超过135度。在所述计算机程序产品中，所述方法还包括确定所述有效载荷支撑件的实际朝向，其中，确定所述目标角位移还基于所述有效载荷支撑件的实际朝向。所述计算机程序产品中确定所述有效载荷支撑件的目标角位移包括利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的实际朝向。在所述计算机程序产品中，所述非恒等函数是线性函数。所述计算机程序产品中确定所述基部的实际朝向基于所述有效载荷支撑件的实际朝向和所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的实际角位移。所述计算机程序产品中确定所述有效载荷支撑件的目标角位移包括利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的实际角位移。在所述计算机程序产品中，所述非恒等函数是线性函数。所述计算机程序产品中在给所述设备供电时确定所述有效载荷支撑件的目标朝向。所述计算机程序产品中确定所述有效载荷支撑件的目标角位移包括利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒等函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件目标角位移、或者其组合。在所述计算机程序产品中，所述非恒等函数是线性函数。在所述设备中，所述枢转支撑件包括三个枢转支撑件，所述三个枢转支撑件的云台轴线彼此正交。所述设备还包括在所述基部、所述枢转支撑件、所述有效载荷支撑件或它们的组合上的一个或多个惯性传感器。所述设备还包括手柄组件，所述手柄组件包括第一手柄，所述第一手柄被配置为由人的手握持。在所述设备中，所述手柄组件还包括棒、第二手柄和第三手柄，其中，所述第一手柄定位在所述第二手柄和所述第三手柄之间，并且所述第一手柄、第二手柄和第三手柄附接到所述棒。在所述设备中，所述设备和所述第一手柄的重心在所述棒的不同侧。在所述设备中，所述基部被配置为安装在载具上。在所述设备中，所述有效载荷支撑件被配置为支撑摄像机。在所述设备中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。在所述设备中，所述处理器被配置为还基于所述基部的参考朝向来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述设备中，所述处理器被配置为通过利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒等函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标角位移、或者其组合来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述设备中，所述非恒等函数是线性函数。在所述载具中，所述载具是飞行器。在所述载具中，所述载具是无人驾驶飞行器。在所述载具中，所述载具是陆地载具或船只。在所述载具中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。在所述载具中，所述处理器被配置为还基于所述基部的参考朝向来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述载具中，所述处理器被配置为通过利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒等函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标角位移、或者其组合来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述载具中，所述非恒等函数是线性函数。在该系统中，所述惯性传感器包括加速度计或陀螺仪。所述系统还包括传感器，所述传感器被配置为确定所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的实际角位移，其中，所述处理器被配置为还基于所述实际角位移来确定所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的目标角位移。在所述系统中，所述处理器被配置为使所述枢转支撑件转动到所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述系统中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。在所述系统中，所述处理器被配置为还基于所述基部的参考朝向来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述系统中，所述处理器被配置为通过利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒等函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标角位移、或者其组合来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述系统中，所述非恒等函数是线性函数。所描述的技术的实施方案可以包括计算机可访问介质上的硬件、方法或进程或者计算机软件。

一个总体方面包括一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括其上记录有指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由计算机系统执行时实现包括下述步骤的方法：确定设备的基部的实际朝向；获得所述设备的有效载荷支撑件的目标朝向；以及基于所述基部的实际朝向和所述有效载荷支撑件的目标朝向，确定所述有效载荷支撑件关于所述设备的多个枢转支撑件的云台轴线的目标角位移；其中，所述有效载荷支撑件通过所述多个枢转支撑件安装到所述基部。该方面的其他实施例包括对应的计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序，每个计算机系统、设备和计算机程序都被配置为执行所述方法的动作。

实施方案可以包括以下特征中的一个或多个。在所述计算机程序产品中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。所述计算机程序产品中确定所述有效载荷支撑件的目标角位移还基于所述基部的参考朝向，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述计算机程序产品中，所述基部的参考朝向和所述基部的实际朝向关于轴线相差超过45度、超过90度或者超过135度。在所述计算机程序产品中，所述方法还包括确定所述有效载荷支撑件的实际朝向，其中，确定所述目标角位移还基于所述有效载荷支撑件的实际朝向。所述计算机程序产品中确定所述有效载荷支撑件的目标角位移包括利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的实际朝向。在所述计算机程序产品中，所述非恒等函数是线性函数。所述计算机程序产品中确定所述有效载荷支撑件的目标角位移包括利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的实际朝向。在所述计算机程序产品中，所述非恒等函数是线性函数。所述计算机程序产品中确定所述有效载荷支撑件的目标角位移包括利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的实际角位移。在所述计算机程序产品中，所述非恒等函数是线性函数。所述计算机程序产品中在给所述设备供电时确定所述有效载荷支撑件的目标朝向。所述计算机程序产品中确定所述有效载荷支撑件的目标角位移包括利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒等函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件目标角位移、或者其组合。在所述计算机程序产品中，所述非恒等函数是线性函数。在所述设备中，所述枢转支撑件包括三个枢转支撑件，所述三个枢转支撑件的云台轴线彼此正交。所述设备还包括在所述基部、所述枢转支撑件、所述有效载荷支撑件或它们的组合上的一个或多个惯性传感器。所述设备还包括手柄组件，所述手柄组件包括第一手柄，所述第一手柄被配置为由人的手握持。在所述设备中，所述手柄组件还包括棒、第二手柄和第三手柄，其中，所述第一手柄定位在所述第二手柄和所述第三手柄之间，所述第一手柄、第二手柄和第三手柄附接到所述棒。在所述设备中，所述设备和所述第一手柄的重心在所述棒的不同侧。在所述设备中，所述基部被配置为安装在载具上。在所述设备中，所述有效载荷支撑件被配置为支撑摄像机。在所述设备中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。在所述设备中，所述处理器被配置为还基于所述基部的参考朝向来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述设备中，所述处理器被配置为通过利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒等函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标角位移、或者其组合来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述设备中，所述非恒等函数是线性函数。在所述载具中，所述载具是飞行器。在所述载具中，所述载具是无人驾驶飞行器。在所述载具中，所述载具是陆地载具或船只。在所述载具中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。在所述载具中，所述处理器被配置为还基于所述基部的参考朝向来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述载具中，所述处理器被配置为通过利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒等函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标角位移、或者其组合来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述载具中，所述非恒等函数是线性函数。在所述系统中，所述惯性传感器包括加速度计或陀螺仪。所述系统还包括传感器，所述传感器被配置为确定所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的实际角位移，其中，所述处理器被配置为还基于所述实际角位移来确定所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的目标角位移。在所述系统中，所述处理器被配置为使所述枢转支撑件转动到所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述系统中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。在所述系统中，所述处理器被配置为还基于所述基部的参考朝向来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述系统中，所述处理器被配置为通过利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒等函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标角位移、或者其组合来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述系统中，所述非恒等函数是线性函数。所描述的技术的实施方案可以包括计算机可访问介质上的硬件、方法或进程或者计算机软件。

一个总体方面包括一种设备，所述设备包括：基部；有效载荷支撑件；多个枢转支撑件，其中，所述有效载荷支撑件通过所述多个枢转支撑件安装到所述基部；多个电机，其被配置为使所述枢转支撑件围绕其云台轴线转动；处理器，其被配置为确定所述基部的实际朝向、获得所述有效载荷支撑件的目标朝向、基于所述基部的实际朝向和所述有效载荷支撑件的目标朝向来确定所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的目标角位移、以及使用所述电机使所述枢转支撑件转动到所述目标角位移。该方面的其他实施例包括对应的计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序，每个计算机系统、设备和计算机程序都被配置为执行所述方法的动作。

实施方案可以包括以下特征中的一个或多个。在所述设备中，所述枢转支撑件包括三个枢转支撑件，所述三个枢转支撑件的云台轴线彼此正交。所述设备还包括在所述基部、所述枢转支撑件、所述有效载荷支撑件或它们的组合上的一个或多个惯性传感器。所述设备还包括手柄组件，所述手柄组件包括第一手柄，所述第一手柄被配置为由人的手握持。在所述设备中，所述手柄组件还包括棒、第二手柄和第三手柄，其中，所述第一手柄定位在所述第二手柄和所述第三手柄之间，并且所述第一手柄、第二手柄和第三手柄附接到所述棒。在所述设备中，所述设备和所述第一手柄的重心在所述棒的不同侧。在所述设备中，所述基部被配置为安装在载具上。在所述设备中，所述有效载荷支撑件被配置为支撑摄像机。在所述设备中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。在所述设备中，所述处理器被配置为还基于所述基部的参考朝向来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述设备中，所述处理器被配置为通过利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒等函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标角位移、或者其组合来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述设备中，所述非恒等函数是线性函数。在所述载具中，所述载具是飞行器。在所述载具中，所述载具是无人驾驶飞行器。在所述载具中，所述载具是陆地载具或船只。在所述载具中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。在所述载具中，所述处理器被配置为还基于所述基部的参考朝向来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述载具中，所述处理器被配置为通过利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒等函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标角位移、或者其组合来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述载具中，所述非恒等函数是线性函数。在所述系统中，所述惯性传感器包括加速度计或陀螺仪。所述系统还包括传感器，所述传感器被配置为确定所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的实际角位移，其中，所述处理器被配置为还基于所述实际角位移来确定所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的目标角位移。在所述系统中，所述处理器被配置为使所述枢转支撑件转动到所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述系统中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。在所述系统中，所述处理器被配置为还基于所述基部的参考朝向来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述系统中，所述处理器被配置为通过利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒等函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标角位移、或者其组合来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述系统中，所述非恒等函数是线性函数。所描述的技术的实施方案可以包括计算机可访问介质上的硬件、方法或进程或者计算机软件。

一个总体方面包括一种载具，所述载具包括：基部，其安装到所述载具；有效载荷支撑件；多个枢转支撑件，其中，所述有效载荷支撑件通过所述多个枢转支撑件安装到所述基部；多个电机，其被配置为使所述枢转支撑件围绕其云台轴线转动；处理器，其被配置为确定所述基部的实际朝向、获得所述有效载荷支撑件的目标朝向、基于所述基部的实际朝向和所述有效载荷支撑件的目标朝向来确定所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的目标角位移、以及使用所述电机使所述枢转支撑件转动到所述目标角位移。该方面的其他实施例包括对应的计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序，每个计算机系统、设备和计算机程序都被配置为执行所述方法的动作。

实施方案可以包括以下特征中的一个或多个。在所述载具中，所述载具是飞行器。在所述载具中，所述载具是无人驾驶飞行器。在所述载具中，所述载具是陆地载具或船只。在所述载具中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。在所述载具中，所述处理器被配置为还基于所述基部的参考朝向来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述载具中，所述处理器被配置为通过利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒等函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标角位移、或者其组合来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述载具中，所述非恒等函数是线性函数。在所述系统中，所述惯性传感器包括加速度计或陀螺仪。所述系统还包括传感器，所述传感器被配置为确定所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的实际角位移，其中，所述处理器被配置为还基于所述实际角位移来确定所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的目标角位移。在所述系统中，所述处理器被配置为使所述枢转支撑件转动到所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述系统中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。在所述系统中，所述处理器被配置为还基于所述基部的参考朝向来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述系统中，所述处理器被配置为通过利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒等函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标角位移、或者其组合来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述系统中，所述非恒等函数是线性函数。所描述的技术的实施方案可以包括计算机可访问介质上的硬件、方法或进程或者计算机软件。

一个总体方面包括一种系统，所述系统包括：惯性传感器，其安装到设备的一部分，所述部分是所述设备的基部、所述设备的有效载荷支撑件、或者所述设备的多个枢转支撑件，所述惯性传感器被配置为测量所述部分的移动特性，其中，所述有效载荷支撑件通过所述多个枢转支撑件安装到所述基部；处理器，其被配置为使用来自所述惯性传感器的数据来确定所述基部的实际朝向，被配置为确定所述有效载荷支撑件的目标朝向，并且被配置为基于所述基部的实际朝向和所述有效载荷支撑件的目标朝向来确定所述有效载荷支撑件关于所述多个枢转支撑件的云台轴线的目标角位移。该方面的其他实施例包括对应的计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序，每个计算机系统、设备和计算机程序都被配置为执行所述方法的动作。

实施方案可以包括以下特征中的一个或多个。在所述系统中，所述惯性传感器包括加速度计或陀螺仪。所述系统还包括传感器，所述传感器被配置为确定所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的实际角位移，其中，所述处理器被配置为还基于所述实际角位移来确定所述有效载荷支撑件关于所述云台轴线的目标角位移。在所述系统中，所述处理器被配置为使所述枢转支撑件转动到所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述系统中，所述基部的实际朝向是相对于所述基部的参考朝向而言的。在所述系统中，所述处理器被配置为还基于所述基部的参考朝向来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移，其中，在比确定所述基部的实际朝向早的时间获得所述基部的参考朝向。在所述系统中，所述处理器被配置为通过利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标朝向、利用非恒等函数变换所述基部的实际朝向、利用非恒等函数变换所述有效载荷支撑件的目标角位移、或者其组合来确定所述有效载荷支撑件的目标角位移。在所述系统中，所述非恒等函数是线性函数。所描述的技术的实施方案可以包括计算机可访问介质上的硬件、方法或进程或者计算机软件。

附图说明

图1a示意性地示出了被配置为稳定有效载荷的设备。

图1b示意性地示出了被配置为稳定有效载荷的设备的立体图。

图1c示意性地示出了图1b中的第一枢转支撑件、有效载荷支撑件和第一重心调整组件的立体图。

图1d示意性地示出了图1c中的第一柱和第一重心调整组件的立体图。

图1e示意性地示出了图1d中的第一柱和第一重心调整组件的分解图。

图1f示意性地示出了图1c中的第一枢转支撑件、有效载荷支撑件和第一重心调整组件的分解图。

图1g示意性地示出了图1b中的第三枢转支撑件和第三重心调整组件的立体图。

图1h示意性地示出了图1g中的第三枢转支撑件和第三重心调整组件的分解图。

图1i示意性地示出了图1h中的第三枢转支撑件和第三重心调整组件的立体图。

图1j示意性地示出了使用中的图1b的设备。

图2a示意性地示出了用于稳定有效载荷支撑件的朝向(从而稳定安装到有效载荷支撑件的有效载荷)的方法的流程图。

图2b示意性地示出了在0弧度或2π弧度的角位移(沿着“da”轴示出)周围的小范围的偏差(沿着“d”轴示出)可以对应于大范围的角位移。

图3示意性地示出了设备可以以一配置安装到手柄组件。

图4示意性地示出了设备可以以另一配置安装到手柄组件。

图5示意性地示出了设备可以安装到载具。

图6、图7和图8均示出了设备的基部和有效载荷支撑件的朝向的组合的示例。

图9示意性地示出了根据实施例的用于稳定有效载荷支撑件的方法的流程图。

图10a示意性地示出了可以基于基部的实际朝向和有效载荷支撑件的实际角位移来确定有效载荷支撑件的实际朝向。

图10b示意性地示出了可以基于有效载荷支撑件的实际朝向和有效载荷支撑件的实际角位移来确定基部的实际朝向。

图11示意性地示出了根据实施例的系统。

具体实施方式

当有效载荷安装到基部并且基部不是静止的时，如果不稳定有效载荷，则基部的运动被传递到有效载荷。有效载荷的运动可能对有效载荷的性能产生不利影响。例如，如果有效载荷是摄像机，则有效载荷的运动可能使摄像机获取的图像模糊。有效载荷的稳定减少或消除了从基部到有效载荷的运动传递。一种类型的稳定方式是阻尼，其中，有效载荷通过一个或多个阻尼器(诸如充满流体的气缸)安装到基部。另一种类型的稳定方式是补偿，其中，使有效载荷沿着与基部的运动方向相反的方向移动，从而抵消基部的运动并减少或消除有效载荷的净运动。

可以通过补偿平移运动或补偿基部的转动运动来稳定有效载荷。一种或两种类型的补偿可能是有益的，这取决于有效载荷的功能。例如，如果有效载荷是捕获远离摄像机的场景的图像的摄像机，则对转动运动的补偿比对平移运动的补偿重要得多。

可以使用安装在多个(例如，两个或三个)枢转支撑件上的陀螺仪来实现对转动运动的补偿。本公开中使用的术语对象的“朝向”是关于不随对象移动的参考系(“绝对参考系”)。陀螺仪的最古老的形式之一是旋转轮或盘，其中，转动轴线通过自身自由地呈现任何朝向。当转动时，根据角动量守恒，该轴线的朝向不受轮或盘安装到的基部的倾斜或转动的影响。还存在基于其他操作原理的陀螺仪，诸如在消费电子装置、固态环形激光器、光纤陀螺仪和量子陀螺仪中发现的电子、微芯片封装的mems陀螺仪。枢转支撑件(也称为云台)是允许对象(例如，陀螺仪)围绕单个轴线(“云台轴线”)转动的机构。一组三个枢转支撑件(一个安装在另一个上、具有不同(例如彼此正交)的云台轴线)可以用于允许安装在最内侧枢转支撑件上的对象保持独立于其支撑件的转动。

如果有效载荷的朝向需要改变，则有效载荷可以通过可以(例如，通过电机)被主动转动的多个枢转支撑件安装到其基部。通过转动枢转支撑件，可以使有效载荷的朝向改变到或稳定在目标朝向。实现有效载荷的目标朝向所需的枢转支撑件的角位移可以取决于有效载荷的目标朝向和基部的实际朝向。对于基部的不同实际朝向，可能需要枢转支撑件的不同角位移以实现有效载荷的相同目标朝向。在示例中，基部的朝向可以被分类为多个模式，并且对于每个模式，使用不同的一组功能来得出实现有效载荷的目标朝向所需的枢转支撑件的角位移。

图1a示意性地示出了被配置为稳定有效载荷199的设备100。设备100包括：基部110；有效载荷支撑件140；至少三个枢转支撑件120y、120r和120p(统称为枢转支撑件120)；以及电机130y、130r和130p(统称为电机130)，其被配置为分别使枢转支撑件120y、120r和120p转动。有效载荷支撑件140被配置为接收有效载荷199。例如，有效载荷支撑件140可以包括各种机械结构，诸如可以接纳有效载荷199的槽、夹子和螺钉。有效载荷支撑件140可以包括惯性传感器(例如，加速度计和陀螺仪)，该惯性传感器被配置为测量有效载荷支撑件140的实际朝向。有效载荷199可以是传感器，诸如摄像机。摄像机可以捕获静止图像或视频。有效载荷199可以是其他类型的传感器，诸如光谱仪、雷达的微波天线和激光雷达(lidar)的激光器。有效载荷支撑件140通过枢转支撑件120y、120r和120p安装到基部110。枢转支撑件120y、120r和120p可以沿着它们各自的云台轴线y、r和p转动。枢转支撑件120y、120r和120p的云台轴线可以彼此正交。在该示例中，有效载荷支撑件140直接安装到枢转支撑件120p；枢转支撑件120p直接安装到枢转支撑件120r；枢转支撑件120r直接安装到枢转支撑件120y；枢转支撑件120y直接安装到基部110。枢转支撑件120的其他布置顺序是可能的。基部110可以安装到手柄组件或载具(诸如有人驾驶的或无人驾驶的飞行器)、陆地载具或船只。设备100可以通过基部110接收电力并传输电信号。设备100可以无线地传输电信号。

枢转支撑件120可以具有任何合适的材料，诸如金属、塑料和复合材料。枢转支撑件120可以是大致刚性的。枢转支撑件120可以具有任何形状。枢转支撑件120可以具有连接在一起的直的或弯曲的部分。枢转支撑件120可以是中空的，以允许电缆穿过其中。在实施例中，枢转支撑件120可以具有大致y形或u形。

图1b至图1j示意性地详细示出了根据实施例的设备100。

图1b和图1c示意性地示出了在实施例中用于承载有效载荷199的设备100。有效载荷199可以是照相机、摄像机、镜头等。

在实施例中，设备100包括：枢转支撑件120p；有效载荷支撑件140，其可移动地设置在第一枢转支撑件120p上；枢转支撑件120r，其可枢转地连接到枢转支撑件120p；枢转支撑件120y，其可枢转地连接到枢转支撑件120p；以及电机130p、130r和130y，其被配置为分别使枢转支撑件120p、枢转支撑件120r和枢转支撑件120y转动；手柄组件300；以及三个重心调整组件71、72和73。

在实施例中，枢转支撑件120p包括两个第一支柱11、两个引导柱12和两个第一座置装置13。两个引导柱12布置成垂直于第一支柱11。引导柱12可以沿着第一支柱11的纵向方向移动，并且通过第一座置装置13固定到沿着第一支柱11的任何位置。

在实施例中，第一支柱11可以具有柱形形状，并且第一支柱11中的每个支柱都包括连接端119。连接端119设置有通孔111。通孔111的轴向方向大致垂直于第一支柱11的纵向方向。通孔111中的一个通孔设置有转动轴112。

在实施例中，两个引导柱12是柱形的。

在实施例中，第一座置装置13包括环13a和锁附件134。环13a设置有锁定孔139、在锁定孔139的两侧上的两个壳体部分132以及第一螺钉孔136。锁定孔139的轴向方向大致垂直于壳体部分132的轴向方向。锁定孔139的形状和大小对应于第一支柱11的形状和大小。第一支柱11可以容置在锁定孔139中。壳体部分132中的每个壳体部分都用于容纳引导柱12的一端，使得引导柱12布置成大致平行。第一螺钉孔136的轴向方向大致垂直于壳体部分132的轴向。

在实施例中，锁附件134用于将第一座置装置13锁定到第一支柱11的任何位置。具体地，锁附件134是夹子，其可以由金属制成。锁附件134能够向环13a施加压力，使得环13a的锁定孔139的直径减小以夹紧第一支柱11。可以通过释放或拧紧锁附件134来调整两个引导柱12在第一支柱11上的安装位置。

在实施例中，有效载荷支撑件140包括可滑动地设置在引导柱12上的两个第一适配器23、安装板24、可滑动地设置在安装板24上的支撑板25以及按下装置26。固定板24固定到第一适配器23。安装板24通过螺栓固定到第一适配器23。支撑板25可滑动地设置在安装板24上。按下装置26设置在安装板24的一侧上，以用于将支撑板25固定到安装板24的任何位置。

在实施例中，第一适配器23中的每个适配器都包括第一压棒231和第二压棒232，该第一压棒和第二压棒允许调整第一适配器23的滑动。两个圆形槽230形成在第一压棒231和第二压棒232之间。圆形槽230可以在其中容纳引导柱12。第一螺钉233将第一压棒231和第二压棒232锁定在一起。锁定第一螺钉233将第一适配器23固定到引导柱12；释放第一螺钉233允许第一适配器23沿着引导柱12的纵向方向滑动。

在实施例中，第一螺钉233的螺母固定到第一扳手234，该第一扳手在与第一螺钉233的纵向方向垂直的方向上延伸。沿一方向转动第一扳手234可以拧紧第一螺钉233；沿相反方向转动第一扳手234可以松开第一螺钉233，从而允许第一适配器23的固定和滑动。

在实施例中，安装板24固定到第二压棒232。安装板24设置有第一斜槽2430。

在实施例中，支撑板25沿着支撑板25的长度设置有多个均匀间隔的螺钉孔25a，以用于螺纹固定有效载荷199。有效载荷199可以借助于多个螺钉孔25a适于多种不同大小的有效载荷199。螺钉孔25a可以用于调整有效载荷199在支撑板25上的位置。支撑板25的外侧壁25b在与第一斜槽2430对应的位置处设置有与第一斜槽2430对应的第二斜槽250。第二斜槽250可以是燕尾斜槽。

在实施例中，按下装置26可以用于实现支撑板25和安装板24之间的锁定和释放，从而调整支撑板25在安装板24上的滑动和固定。

在实施例中，枢转支撑件120r包括两个第二支柱41、电机130p以及连接两个第二支柱41的连接柱41a。两个第二支柱41以及连接柱41a一起形成u形结构。第二支柱41布置成大致彼此平行，其中，第二支柱41中的一个支柱直接连接到第一支柱11中的一个支柱的转动轴112，并且第二支柱41中的另一个支柱通过电机130p可枢转地连接到另一个第一支柱11的通孔111。具体地，电机130p固定到第二支柱41的在第一支柱11附近的一端，并且电机130p的驱动轴与第一支柱11的通孔111连接，以使第一枢转支撑件120p转动。电机130p的驱动轴的轴向方向大致垂直于第二支柱41的纵向方向。电机130p驱动第一枢转支撑件120p转动以调整有效载荷199的朝向。电机130p可以是无刷电机。

在实施例中，第三枢转支撑件120y包括第三支柱43、电机130r和连接板45。第三支柱43具有中空柱状形状。电机130r可转动地连接到连接柱41a，以用于使枢转支撑件120r转动。具体地，电机130r固定到第三支柱43的一端，并且电机130r的驱动轴(未示出)固定到第二支柱41，以用于使枢转支撑件120r的第二支柱41转动。第三支柱43的另一端连接到连接板45。连接板45大致垂直于第三支柱43并且大致平行于电机130r的转动轴线。

在实施例中，电机130y可以是无刷电机，其转子连接到连接板45并且其定子固定到手柄组件300。电机130y用于使第三枢转支撑件120y转动。

在实施例中，手柄组件300可以被折叠成杆状。具体地，手柄组件300包括第一连接部分601、棒350和第三手柄330。棒350是杆构件，并且第一连接部分601固定地连接到棒350的几何中心。第一连接部分601连接到电机130y。

在实施例中，第三手柄330是柱形手柄，并且固定到棒350。

在实施例中，手柄组件300具有第一手柄310，并且第一手柄310在第一连接部分601的一侧固定到棒350。手柄组件300可以具有用于安装到折梯的锁定机构，以实现设备100的自动移动。

在实施例中，三个重心调整组件分别是第一重心调整组件71、第二重心调整组件72和第三重心调整组件73、。

在如图1d、图1e和图1f所示的实施例中，第一重心调整组件71设置在第一支柱11上，以用于调整引导柱12在第一支柱11上的位置。第二重心调整组件72设置在第一座置装置13之间，以用于调整第一适配器23在引导柱12上的位置。第三重心调整组件73设置在连接板45中，以用于调整第三支柱43在连接板45上的位置。

在实施例中，第一重心调整组件71包括两个第一夹具711、两个第一轴承712和第一螺钉713。第一夹具711分别设置在所述第一支柱11中的一个支柱的两端，其中，第一座置装置13位于第一夹具711之间。第一夹具711分别设置有用于分别接收第一轴承712的第一轴承孔7110。第一螺钉713的一端穿过容置在远离连接端119和环13a的第一轴承712中的第一螺钉孔136，并且装配在靠近连接端119的第一轴承712中。第一螺钉713可以在远离连接端119的一端具有第一转动杆7130。

在实施例中，第一螺钉713可以在没有第一轴承712的情况下直接与第一夹具711接合。

在实施例中，第二重心调整组件72包括第二螺杆721和可转动地设置在第二螺杆721上的第一转动构件722。

第二螺杆721的两端分别固定到两个第一座置装置13。第二螺杆721的两端分别固定到两个第一座置装置13的中间位置。具体地，两个环13a的两个中间位置分别设置有固定孔130a(如图1j所示)，并且第二螺杆721的两端分别固定在固定孔130a中。

第一转动构件722设置在两个第一适配器23之间并且装配在第二螺杆721中。具体地，第一转动构件722邻接在第一适配器23的内侧壁上，并且螺钉孔(未示出)设置在第一转动构件722的中心部分处。第一转动构件722的螺钉孔螺纹固定到第二螺杆721上，并且此后第一转动构件722邻接在两个第一适配器23的内侧壁上。因此，第一转动构件722在第二螺杆721上的转动可以被转换成第一适配器23在第二螺杆721上的平移。

在图1g、图1h和图1i中示意性地示出的实施例中，第三重心调整组件73包括两个第二轴承731和第三螺钉732，以及可转动地设置在第三螺钉732上的可移动构件733。

在实施例中，第三枢转支撑件120y的连接板45包括与第三支柱43接触的第一底表面451。第一底表面451设置有接收凹槽4510。接收凹槽4510包括：第一外侧壁4511。第二轴承731中的一个轴承固定在接收凹槽4510中，并且第二轴承731中的另一个轴承固定到第一外侧壁4511。第二轴承731的轴线大致平行并且大致垂直于第三支柱43的纵向方向。第三螺钉732的一端穿过远离第一外侧壁4511的第二轴承731并且装配在容置在容纳凹槽4510中的另一个第二轴承731中。第三螺钉732可以在第一外侧壁4511的一端具有第二转动杆7320。

在实施例中，可移动构件733包括第一移动部分7331和连接到第一移动部分7331的第二移动部分7332。第一移动部分7331固定地连接到第三支柱43。第一移动部分7331第三支柱43通过螺栓或者通过焊接固定。第二移动部分7332设置有第二螺钉孔7333。第三螺钉732穿过第二螺钉孔7333并与其接合。

在实施例中，第三螺钉732在没有第二轴承731的情况下直接装配在接收凹槽4510的两个侧壁上。

在图1j中示意性地示出的实施例中，有效载荷199在使用时固定到有效载荷支撑件140。第一枢转支撑件120p、有效载荷支撑件140和有效载荷199的重心落在电机130p的驱动轴上。有效载荷支撑件140、枢转支撑件120p、第二枢转支撑件120r和有效载荷199的重心落在电机130r的驱动轴上。有效载荷支撑件140、枢转支撑件120p、第二枢转支撑件120r、有效载荷199和第三枢转支撑件120y的重心落在电机130y的驱动轴上。

如果第一枢转支撑件120p、有效载荷支撑件140和有效载荷199的重心不落在电机130p的驱动轴上，则第一重心调整组件71可以用于将第一枢转支撑件120p、有效载荷支撑件140和有效载荷199的重心移动到电机130p的驱动轴。具体地，可以拉动锁附件134以释放锁附件134，使得环13a的锁定孔139扩大，使得环13a与第一支柱11松散地接合。第一螺钉713可以在第一轴承712和第一螺钉孔136中转动，并且环13a可以在第一螺钉713的纵向方向上转动，使得第一枢转支撑件120p、有效载荷支撑件140和有效载荷199的重心落在电机130p的驱动轴上。

在实施例中，可以用使第一螺钉713转动的驱动电机代替第一转动杆7130。

在实施例中，第一重心调整组件71的结构不限于上面描述的那些结构。第一重心调整组件71可以被配置为调整引导柱12在第一支柱11上的位置，使得第一枢转支撑件120p、有效载荷支撑件140和有效载荷199的重心落在电机130p的驱动轴上。

如果有效载荷支撑件140、枢转支撑件120p、第二枢转支撑件120r和有效载荷199的重心不落在电机130r的驱动轴上，则第二重心调整组件72可以用于将有效载荷支撑件140、枢转支撑件120p、第二枢转支撑件120r和有效载荷199的重心移动到电机130r的驱动轴。具体地，可以释放第一螺钉233，使得圆形槽230的孔径被扩大，使得第一适配器23与引导柱12松散地接合，并且可以使第一适配器23沿着引导柱12的长度在引导柱12上移动，使得有效载荷支撑件140、枢转支撑件120p、第二枢转支撑件120r和有效载荷199的重心落在电机130r的驱动轴上。

在实施例中，第二重心调整组件72的结构不限于上文描述的那些结构。第二重心调整组件72可以被配置为调整第一适配器23在引导柱12上的位置，使得有效载荷支撑件140、枢转支撑件120p、第二枢转支撑件120r和有效载荷199的重心落在电机130r的驱动轴上。

如果有效载荷支撑件140、枢转支撑件120p、第二枢转支撑件120r、有效载荷199和第三枢转支撑件120y的重心不落在电机130y的驱动轴上，则第三中心重力调整组件73可以用于将有效载荷支撑件140、枢转支撑件120p、第二枢转支撑件120r、有效载荷199和第三枢转支撑件120y的重心移动到电机130y的驱动轴。具体地，可以使第二转动杆7320转动，可以使第三螺钉732在第二轴承731和可移动构件733的第二螺钉孔7333内转动，并且可以使第三支柱43在纵向方向上移动，使得有效载荷支撑件140、枢转支撑件120p、第二枢转支撑件120r、有效载荷199和第三枢转支撑件120y的重心落在电机130y的驱动轴上。

在实施例中，可以用使第三螺钉732转动的驱动电机代替第二转动杆7320。

在实施例中，第三重心调整组件73的结构不限于上文描述的那些结构。第三重心调整组件73可以被配置为调整第三支柱43在连接板45上的位置，使得有效载荷支撑件140、枢转支撑件120p、第二枢转支撑件120r、有效载荷199和第三枢转支撑件120y的重心落在电机130y的驱动轴上。

三个重心调整组件中的一个、两个或所有三个可以包括在设备100中。

图2a示意性地示出了用于通过不断地测量和减小有效载荷支撑件140的目标朝向与实际之间的偏差来稳定有效载荷支撑件140的朝向(从而稳定安装到有效载荷支撑件140的有效载荷199)的方法的流程图。在本公开中，稳定有效载荷199和稳定有效载荷支撑件140可互换使用，因为有效载荷199固定到有效载荷支撑件140，因此相对于有效载荷支撑件没有相对运动。在该流程图中，有效载荷支撑件140的稳定是在假设有效载荷支撑件140的目标朝向2030接近有效载荷支撑件140的实际朝向2090的情况下；即，目标朝向2030相对于该方法的执行缓慢变化。可以以任何合适的方式获得有效载荷199的目标朝向2030。在示例中，可以通过来自遥控器2020的信号获得目标朝向2030。遥控器2020可以是具有人可以用来调整目标朝向2030的操纵杆的装置。遥控器2020可以是可以测量其自身朝向并将该朝向或其功能传输作为有效载荷支撑件140的目标朝向2030的装置(例如，电话)。在另一示例中，可以从计算机系统2010获得目标朝向2030，该计算机系统从由有效载荷199获取的一个或多个图像确定目标朝向2030。计算机系统2010可以分析图像、识别其中的对象并找到朝向作为有效载荷199凝视对象的目标朝向2030。在过程2040中，确定有效载荷支撑件140的目标朝向2030与实际朝向2090之间的偏差2050。偏差2050很小，因为目标朝向2030相对于该方法的执行缓慢变化。在过程2060中，基于偏差2050确定有效载荷支撑件140关于枢转支撑件120的云台轴线的角位移的增量2070。在过程2080中，使枢转支撑件120转动增量2070，从而使有效载荷支撑件140处于目标朝向2030。在过程2085中，例如使用枢转支撑件120处的传感器确定有效载荷支撑件140的实际朝向2090。

图2a的方法可能不能够处理增量2070不是偏差2050的连续函数的情况。例如，如图2b中示意性所示，如果设备100不区分关于云台轴线相差一个或多个整圈的角位移，例如，关于云台轴线的角位移只能在[0弧度，2π弧度)的数值区间内，在0弧度或2π弧度的角位移(沿着图2b中的“da”轴示出)周围的小范围的偏差2050(沿着图2b中的“d”轴示出)可以对应于大(例如，几乎是2π弧度的幅度)范围的角位移。

当设备100在多个不同的朝向之间切换或者在多个不同的朝向上被打开时，可能发生增量2070不是偏差2050的连续函数的这种情况。

图3示意性地示出了设备100可以安装到手柄组件300，其中，基部110在绝对参考系中定位在有效载荷支撑件140上方。在该示例中，手柄组件300具有被配置为由人的手握持的第一手柄310。手柄组件300可以具有棒350、第二手柄320和第三手柄330。第一手柄310、第二手柄320和第三手柄330可以附接到棒350。第一手柄310可以沿着棒350的方向定位在第二手柄310和第三手柄330之间。设备100和第一手柄310的重心可以在棒350的不同侧上。

人可以握持手柄310、320和330或棒350中的任何一者。人可以改变到手柄组件300的朝向。设备100可以在人改变手柄组件300的朝向时稳定有效载荷支撑件140。枢转支撑件120可以相对于彼此、相对于基部110或者相对于手柄组件300转动(例如，通过电机130的动作)，以便保持有效载荷支撑件140稳定。

设备100的枢转支撑件120和手柄组件300可以以各种配置定位，尽管这些配置在性质上不是不同的。图3所示的配置可以称为“下悬式模式”。在下悬式模式中，有效载荷支撑件140位于手柄320和330之间；有效载荷支撑件140在绝对参考系中在棒350下方。在下悬式模式中，人可以利用两只手在手柄320和330上来握持手柄组件300，或者利用一只手在第一手柄310上来握持手柄组件300。在下悬式模式中，棒350在绝对参考系中通常是水平的。在下悬式模式中，设备100和有效载荷199的重心可以在棒350或手柄310、320和330下方。

图4示意性地示出了设备100可以安装到手柄组件300，其中，基部110在绝对参考系中定位在有效载荷支撑件140下方。图4所示的这种配置可以称为“直立模式”。在直立模式中，使枢转支撑件120y(及其云台轴线y)和基部110围绕云台轴线r相对于图3的配置转动约半圈(约π弧度)。在直立模式中，有效载荷支撑件140在手柄310、320、330上方或棒350上方。在直立模式中，人可以利用两只手在手柄320和330上来握持手柄组件300。在直立模式中，棒350在绝对参考系中通常是水平的。在直立模式中，设备100和有效载荷199的重心可以在棒350或手柄310、320和330上方。图5示意性地示出设备100可以安装到载具400。尽管在图5中示出了陆地载具(例如，汽车)，但是设备100可以安装到其他载具，诸如有人驾驶的或无人驾驶的飞行器、或者船只。虽然设备100被示出为安装到载具400的车顶，但是设备100可以安装到其他位置，诸如侧面。

设备100的基部110可以在使用期间或者在使用之间经历大的朝向变化。例如，基部110的参考朝向和基部110的在比参考朝向晚的时间处的实际朝向可以在使用期间或者在使用之间(例如，当设备100在不同模式之间切换时)关于轴线相差超过45度、超过90度或者超过135度。基部110的大的朝向变化可以产生枢转支撑件120的角位移的增量2070不是偏差2050的连续函数的情况，并且因此致使使用有效载荷支撑件140的目标朝向和实际朝向之间的偏差2050的稳定不足。例如，为了使有效载荷支撑件140在绝对参考系中偏航到相同的方向，枢转支撑件120y的角位移在图3和图4所示的配置中将在相反的方向上。在其他另一种配置中，例如，当轴线y是水平的时，轴线r是竖直的并且轴线p是水平的，以使有效载荷支撑件140的偏航将是通过枢转支撑件120r而不是枢转支撑件120y的角位移。

图1a、图6、图7和图8均示出了基部110和有效载荷支撑件140的朝向的组合的示例。图1a的组合将用作参考以解释图6、图7和图8的组合。如图1a所示，枢转支撑件120y的云台轴线y被定义为从有效载荷199指向电机130y；枢转支撑件120p的云台轴线p被定义为从有效载荷199指向电机130p；枢转支撑件120r的云台轴线r被定义为从电机130r指向有效载荷199。转动由沿着转动轴线的矢量表示。在右手规则下定义矢量的方向：右手指在转动方向上卷曲，并且右手拇指沿着矢量方向指向。其矢量沿着云台轴线的方向指向的转动被定义为围绕该云台轴线的正向转动，并且其矢量与云台轴线的方向相反地指向的转动被定义为围绕该云台轴线的逆向转动。因此，在这些定义下并且在图1a的组合中，围绕云台轴线y的正向转动使摄像机(作为有效载荷199的示例)相对于绝对参考系向左偏航(从摄像机的背面朝向摄像机指向的场景观察)；围绕云台轴线r的正向转动使摄像机相对于绝对参考系向右滚转(从摄像机的背面朝向摄像机指向的场景观察)；围绕云台轴线p的正向转动使得摄像机相对于绝对参考系向下倾斜。

在图6的朝向的组合中，相对于图1a的组合，枢转支撑件120r、枢转支撑件120p(及其云台轴线p)、有效载荷支撑件140和有效载荷199已经围绕云台轴线r转动了约π弧度。因此，在图6的组合中，围绕云台轴线y的正向转动使摄像机(作为有效载荷199的示例)相对于绝对参考系向左偏航(从摄像机的背面朝向摄像机指向的场景观察)；围绕云台轴线r的正向转动使摄像机相对于绝对参考系向右滚动(从摄像机的背面朝向摄像机指向的场景观察)；围绕云台轴线p的正向转动使摄像机相对于绝对参考系向上倾斜。即，为了使摄像机相对于绝对参考系向下倾斜，围绕云台轴线p的转动在图1a的组合和图6的组合中在相反的方向上。

在图7的朝向组合中，相对于图1a的组合，基部和枢转支撑件120y(及其云台轴线y)已经围绕云台轴线r转动了约π弧度。因此，在图7的组合中，围绕云台轴线y的正向转动使摄像机(作为有效载荷199的示例)相对于绝对参考系向右偏航(从摄像机的背面朝向摄像机指向的场景观察)；围绕云台轴线r的正向转动使摄像机相对于绝对参考系向右滚动(从摄像机的背面朝向摄像机指向的场景观察)；围绕云台轴线p的正向转动使摄像机相对于绝对参考系向下倾斜。即，为了使摄像机相对于绝对参考系向左偏航，围绕云台轴线y的转动在图1a的组合和图7的组合中在相反的方向上。

在图8的朝向的组合中，相对于图1a的组合，基部110、枢转支撑件120y(及其云台轴线y)、枢转支撑件120r、枢转支撑件120p(及其云台轴线p)和有效载荷支撑件140已经围绕云台轴线r转动了约π弧度。因此，在图8的组合中，围绕云台轴线y的正向转动使摄像机(作为有效载荷199的示例)相对于绝对参考系向右偏航(从摄像机的背面朝向摄像机指向的场景观察)；围绕云台轴线r的正向转动使摄像机相对于绝对参考系向右滚动(从摄像机的背面朝向摄像机指向的场景观察)；围绕云台轴线p的正向转动使摄像机相对于绝对参考系向上倾斜。即，为了使摄像机相对于绝对参考系向左偏航，围绕云台轴线y的转动在图1a的组合和图8的组合中在相反的方向上；为了使摄像机相对于绝对参考系向下倾斜，围绕云台轴线p的转动在图1a的组合和图8的组合中在相反的方向上。

存在许多其他可能的基部110和有效载荷支撑件140的朝向的组合。如果有效载荷支撑件140的目标朝向与实际朝向之间的偏差2050是稳定所依赖的唯一参数，则稳定可以被限制于基部110和有效载荷支撑件140的初始(即，当设备100被供电时)朝向周围的相对小的范围，而不用知道偏差2050与基部110和有效载荷支撑件140的朝向的每个组合中的枢转支撑件的角位移之间的关系。

图9示意性地示出了根据实施例的用于稳定有效载荷支撑件140的方法的流程图。该方法允许在使用期间或在设备100的供电期间基部110的实际朝向和有效载荷支撑件140的目标朝向的大的变化。该方法允许在基部110和有效载荷支撑件140的实际朝向的任何组合的情况下对设备100供电。在该方法中，获得基部110的实际朝向910和有效载荷支撑件140的目标朝向920。基部的实际朝向910可以相对于基部的参考朝向909。参考朝向909可以是在另一时间点的基部110的实际朝向。可以在确定基部110的实际朝向910之前的时间获得参考朝向909。例如，可以在给设备100供电时确定参考朝向909。如以上定义的，术语对象的“朝向”是相对于绝对参考系。可以使用安装到设备100(例如，安装到基部110)的惯性传感器的信号905来确定基部110的参考朝向909或实际朝向910。可以以任何合适的方式获得有效载荷支撑件140的目标朝向920。在示例中，可以通过来自遥控器(例如，具有人可以用来调整目标朝向920的操纵杆的装置，或者可以测量其自身朝向并将该朝向或其功能传输作为有效载荷支撑件140的目标朝向920的装置，诸如电话)的信号来获得目标朝向920。在另一示例中，可以从计算机系统获得目标朝向920，该计算机系统从由有效载荷199获得的一个或多个图像确定目标朝向920。计算机系统可以分析图像、识别其中的对象并找到朝向作为有效载荷199凝视对象的目标朝向920。可选地，确定有效载荷支撑件140的实际朝向930或者有效载荷支撑件140关于枢转支撑件120的云台轴线的实际角位移940。在示例中，使用安装到设备100(例如，安装到有效载荷支撑件140)的惯性传感器的信号935来确定有效载荷支撑件140的实际朝向930。在示例中，使用被配置为检测枢转支撑件120的转动的传感器(例如，安装到电机130的传感器)(例如，霍尔效应传感器)来确定有效载荷支撑件140关于枢转支撑件120的云台轴线的实际角位移940。在设备100通电时，基部110的参考朝向909和实际朝向910、有效载荷支撑件140的目标朝向920、可选地有效载荷支撑件140的实际朝向930以及可选地有效载荷支撑件140的实际角位移940可以始终可用于设备100。在过程949中，基于基部110的实际朝向910、有效载荷支撑件140的目标朝向920、可选地有效载荷支撑件140的实际朝向930、可选地基部110的参考朝向909以及可选地有效载荷支撑件140的实际角位移940来确定有效载荷支撑件140关于枢转支撑件120的云台轴线的目标角位移950。在可选过程959中，使枢转支撑件120转动(例如，通过电机130)到目标角位移950，从而使有效载荷支撑件140具有目标朝向920。在过程949中确定有效载荷支撑件140的目标角位移950可以包括通过非恒等函数变换有效载荷支撑件140的目标朝向920、通过非恒等函数变换有效载荷支撑件140的实际朝向930、通过非恒等函数变换基部110的实际朝向910、通过非恒等函数变换有效载荷支撑件140的目标角位移950、通过非恒等函数变换有效载荷支撑件140的实际角位移940。术语“非恒等函数”为不是恒等函数的函数。恒等函数是始终返回用作其自变量的相同值的函数。恒等函数由f(x)＝x给出。非恒等函数可以是线性函数。例如，变换这些朝向或角位移可以包括将这些朝向或角位移偏移或乘以因子。非恒等函数的形式(例如，偏移的量或因子的值)可以取决于基部110的参考朝向909。可以改变非恒等函数的形式以适应基部的大的朝向变化。通过改变非恒等函数的形式，可以改变有效载荷支撑件140的目标角位移950对基部110的实际朝向910、有效载荷支撑件140的目标朝向920、可选地有效载荷支撑件140的实际朝向930以及可选地有效载荷支撑件140的实际角位移940的依赖性。例如，为了在图1a和图7中的基部110和有效载荷支撑件140的朝向的组合中具有相同的有效载荷支撑件140的目标朝向920，有效载荷支撑件140的实际角位移940应该关于云台轴线y相差π弧度并且具有相反的符号(即，乘以因子-1)。

图10a示意性地示出了可以基于基部110的实际朝向910和有效载荷支撑件140的实际角位移940来确定有效载荷支撑件140的实际朝向930。

图10b示意性地示出了可以基于有效载荷支撑件140的实际朝向930和有效载荷支撑件140的实际角位移940来确定基部110的实际朝向910。

过程949可以包括找到关于云台轴线的tait-bryan角度(即，目标角位移)的值，在该值处，枢转支撑件120使有效载荷支撑件140在通过枢转支撑件120安装到处于实际朝向910的基部110时处于目标朝向920。在数学形式中，过程949解决了分别关于云台轴线y、r和p的tait-bryan角度(即，目标角位移)ady、adr和adp，其中，它们对应的转动矩阵m(ady,adr,adp)＝mymrmp将由其方向矢量np表示的目标朝向920和由其方向矢量nb表示的实际朝向910如下连接：

np＝mnb(等式1)。

my,mr,mp是对应于分别关于云台轴线y、r和p的tait-bryan角度ady、adr和adp的转动矩阵。在执行过程949之前，已经确定了目标朝向920和实际朝向910。因此，可以通过求解等式1来确定分别关于云台轴线y、r和p的tait-bryan角度(即，目标角位移)ady、adr和adp。对于有效载荷支撑件140的给定目标朝向920和基部110的给定实际朝向910，对等式1的解可能不是唯一的。有效载荷支撑件140的实际朝向930或实际角位移940可以用于在对等式1的多个解中进行选择。例如，可以在多个解中选择与实际朝向930或实际角位移940具有最小偏差的解作为目标角位移950。

可以在连续使用设备100期间或者在给设备100供电时执行图9、图10a和图10b所示的方法。在使用期间或者在使用之间，基部110和有效载荷支撑件140的朝向的组合可以具有例如从图1a的组合到图7的组合的显著变化。这些方法允许在任何朝向的组合的情况下为设备供电。

本文所公开的方法可以由计算机系统通过利用一个或多个处理器执行记录在非暂时性计算机可读介质上的指令来执行。这些指令可以在被执行之前从非暂时性计算机可读介质读入暂时性存储器。指令的执行使一个或多个处理器执行本文描述的方法。

本文使用的术语“计算机可读介质”是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。这种介质可以采用许多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘以及固态存储器。易失性介质包括动态内存。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、软性盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、cd-rom、dvd、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、ram、prom和eprom、flash-eprom、任何其他存储器芯片或盒、如下文中描述的载波、或者计算机可以从其读取的任何其他介质。

图11示意性地示出了根据实施例的系统1000。系统1000包括惯性传感器1020。惯性传感器1020可以安装到设备的一部分(例如，设备100)。在惯性传感器1020安装到设备100的示例中，该部分可以是基部110、有效载荷支撑件140或枢转支撑件120。惯性传感器1020被配置为测量该部分的移动特性。系统1000还包括一个或多个处理器1010，该一个或多个处理器被配置为使用来自惯性传感器1020的数据确定设备的基部的实际朝向，被配置为确定设备的有效载荷支撑件的目标朝向，并且被配置为基于基部的实际朝向和有效载荷支撑件的目标朝向来确定有效载荷支撑件关于设备的多个枢转支撑件的云台轴线的目标角位移，其中有效载荷支撑件通过枢转支撑件安装到基部。

虽然本文已经公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域的技术人员而言将是明显的。本文公开的各个方面和实施例是出于说明的目的而不意图是限制性的，其中，由所附权利要求指示真正的范围和精神。