CN101021673A - 自动调平调角三脚架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动调平调角三脚架。它包括架体，架体包括基部和三个连接基部并可伸缩的脚架，基部内设置有电池仓和控制电路，它还包括安装在架体上的自动调平调角云台，自动调平调角云台包括电池电源电路、壳体、内环、外环、两个水平传感器、两个位置检测装置、两个直流电机和处理器及其外围电路。它是一个具有自动调平和电动调角功能的小型化的摄影用三脚架自动调整云台。它使摄影者可以在拍摄过程中，不因为地形，地面的情况而频繁手动调整三脚架的安装平台姿态。只需按动电钮，本发明所述自动调平调角云台装置会自动的调平相机安装平台。

Description

自动调平调角三脚架

(一)技术领域

本发明涉及摄影、摄像领域，具体涉及三脚架自动调平和调角领域。

(二)技术背景

对于一般的照相机来说，为了获得更为稳定的取像效果，特别是在拍摄夜景时，使用三脚架将照相机固定在三脚架的安装平台上，可有效避免人为握持时产生的不稳定现象。三脚架协助相机完成拍摄的有效装置，它起稳定和支撑作用。

可是，以往三脚架的功能比较单一，一般只能手动调节相机安装平台的角度。当摄影地点改变时带来的地形变化、地面高低不平或者三脚架上的脚架长短调节不一致等问题，三脚架的安装平台将不水平，以至于成像将发生倾斜，影响成像效果。为了避免成像倾斜，需要对三脚架安装平台进行重新调平或根据摄影者的要求调整倾斜角度。手动调节费时费力，如果是拍摄夜景，限于光线微弱，摄影者调平三脚架相机安装平台往往更加困难，由于摄影者观察角度的原因也不可避免的带来调平错误，影响摄影质量。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够自动调平和调角的自动调平调角三脚架。

本发明的目的是这样实现的：它包括架体，架体包括基部和三个连接基部并可伸缩的脚架，基部内设置有电池仓和控制电路，它还包括安装在架体上的自动调平调角云台，自动调平调角云台包括电池电源电路、壳体、内环、外环、两个水平传感器、两个位置检测装置、两个直流电机和处理器及其外围电路；两位置检测装置分别安装在内环与外环和外环与支架的连接部，内、外环轴线垂直，两环都连接直流电机，外环与壳体内两支架连接，内环面连接在外环上，且与支撑相机的安装平台固联，一个直流电机固联在壳体上，另一个直流电机固定在外环上，水平传感器安装在内环上，处理器电连接直流电机。

本发明还有这样一些结构特征：

1、所述的基部上表面中心设置有电源、检测信号和控制信号导线引出圆孔，自动调平调角云台下部对应设置有导线插口；

2、所述的基部与自动调平调角云台上设有相互连接的固定栓；

3、所述的基部侧面设有按键，包括自动调平按键、四位调角按键和精调整选择按键；

4、所述的外环是一个环型框架，两端分别通过外环轴连接到两支架上；

5、所述的内环为一个圆形支撑面，两端设置有内环轴，与内环固定连接，内环通过两个内环轴连接在外环上；

6、所述的驱动电机包括两个带有减速器的小型直流电机，一个安装在支架上通过减速器与外环轴齿轮传动，另一个固定在外环上；

7、所述的内环上固定有支撑轴，安装平台和与相机的结合装置安装在支撑轴上，摄影器材与结合装置连接，固定在安装平台上；

8、所述的位置检测装置包括遮光板和红外收发器，遮光板为扇形结构，内部挖去一个小扇形，遮光板安装固定在一内环轴或外环轴上；

9、所述的位置检测装置的红外收发器安装在外环或支架靠近与轴连接部处。

本发明的自动调平和调角的调整方法为，电机控制与传感器信息处理，调平和调角等逻辑都在控制电路中完成，该电路被安放在前述的基部8内。主处理器32根据按键信息28、横向水平传感器检测信息30、纵向水平传感器检测信息31或外环调角范围判断信息291或内环调角范围判断信息292，经过一些调角的算法(自动调平和电动调角方法)软件处理后，发出电机控制信号36、37分别经过功率放大电路33后，产生控制电流34和35驱动前述的外环直流电机13和内环直流电机15转动相应的角度，使得本发明自动调平调角云台装置达到调整的相机安装平台18目的。

利用本发明自动调平调角云台协助拍摄前，摄影者按动装置上一个自动调平按键，本发明装置将根据水平传感器信号调平支撑相机的安装平台。内、外环轴线垂直，两环都由小型直流电机驱动。本发明装置中，外环与壳体内两支架连接，内环面连接在外环上，它又与支撑相机的安装平台固联。根据安装在内环面的纵向水平传感器的信号，利用一个固联在壳体上的直流电机调节安装平台纵向的倾斜。当外环调节完成后，开始调节内环，利用当安装在内环上的横向水平传感器检测出横向倾斜的状态，处理器控制固定在外环上的直流电机驱动内环横向调平。当内环与外环都调节完成，自动调平调角云台上安装平台相对于大地达到水平。

本发明装置还可在按键命令下，根据摄影者的需要，电动的调节，以满足特殊摄影角度的需要。

本发明的有益效果有：它是一个具有自动调平和电动调角功能的小型化的摄影用三脚架自动调平调角云台。它使摄影者可以在拍摄过程中，不因为地形，地面的情况而频繁手动调整三脚架的安装平台姿态。只需按动电钮，本发明所述自动调平调角云台装置会自动的调平相机安装平台。当本装置启动后，自动调平调角云台会自动根据实际相对于大地的水平情况，调平相机安装平台，或根据摄影者的需要按键控制电动的调整相机安装平台的角度。当摄影者对拍摄有特殊要求时，还可根据需要对自动调平调角云台上安装平台的各种方向的偏移进行电动调整。对拍摄者而言，本发明可以很大程度上降低对三脚架安装平台调整的复杂度，提高摄影的速度和保证摄影质量。同时本发明装置由于结构简单，体积和质量都容易在实际工程中加以控制，三脚架的便携性与经济性都能够得以保证。

(四)附图说明

图1为本发明的自动调平三脚架的外观组成图；

图2为本发明的自动调平、调角装置的内部结构图；

图3-4为本发明的位置检测装置原理示意图；

图5为本发明的控制电路原理结构图；

图6为本发明的模式选择流程图；

图7为本发明的控制系统纵向调平流程图；

图8为本发明的控制系统调角方法流程图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例：

结合图1，本实施例装置包括架体1、自动调平调角云台2。其中架体1与一般三角架体基本相同，具有基部8和三个连接基部8并可伸缩的脚架4用于与地面的支撑。基部8内可安放为电池仓和控制电路。基部8上表面7中心留有圆孔9，它可以将电源、检测信号和控制信号导线等引出，对应插入自动调平调角云台2下部导线插口3中。自动调平调角云台2采用侧接方式与基部8固联，基部8上设有一个固定栓6可与自动调平调角云台2下部的一固定栓10连接。基部8侧面还设有按键，分别为自动调平按键39，四位调角按键40，精调整选择按键41。

结合图2，所述的自动调平调角云台2可实现相机安装平台18的自动调平和电动调角的功能，自动调平调角云台2为一个二自由度框架结构组成的装置。支架16和支架23固定在本装置外壳底部，它不能活动，起支撑调平系统的作用。外环12是一个环型框架，两端分别通过固定轴外环轴22和外环轴24连接到支架16和支架23上，并且外环12还可以以两外环轴22和24所在轴线为轴(外环轴线)旋转。考虑到本系统调角范围不要求过大，同时减少体积，所以对其旋转范围加以限定。本实施方案控制旋转范围在-20°～+20°之间，通过主处理器32检测外环的位置检测装置的反馈信号291加以保证，结合图3。外环驱动电机13为一个带有减速器的小型直流电机。它可安装在支架16或底盘25上，本实施方案安装在支架16上，通过减速器与外环轴22齿轮传动，驱动外环12绕外环轴线旋转。

内环面14为一个圆形支撑面。在内环面14的两端有内环轴21和内环轴26，它们与内环面14固定连接，同时内环通过这两个内环轴21和26连接在外环12上，内环面14可绕内环轴21和26所在轴线(内环轴线)旋转，旋转范围在-20°～+20°之间，通过主处理器32检测内环的位置检测装置的反馈信号292加以保证。内环驱动电机15为一个带有减速器的小型直流电机，固定在外环12上，通过减速器与内环轴26齿轮传动驱动内环面14，绕两个内环轴21和26所在轴线(内环轴线)旋转。

内环轴线与外环轴线始终垂直相交。

在内环面14上，固定有一支撑轴，该轴支撑安装平台18和与相机的结合装置17。摄影器材与结合装置17连接，固定在安装平台18上，所以内环面14水平时，安装平台18也是水平的。为了检测内环面14的水平情况，在内环面14上还装有横向水平传感器19和纵向水平传感器20，两传感器分别平行于外环轴线和内环轴线放置。控制电机13调整外环12可调整安装平台18的纵向水平，控制电机15调整内环面14可调整安装平台18的横向水平。当安装平台18横向和纵向都水平时，即两水平传感器19和20都检测出水平时，安装平台18上安放的摄影器材也水平。

结合图3-4，对内环和外环的调角范围检测需分别安装两个相同的位置检测装置，且安装方法相同(图3只描述了对外环检测的安装方式)。位置检测装置用来检测各环调整是否在允许的角度调节范围内。位置检测装置包括遮光板和红外收发器两部分，遮光板81为一扇形，被挖去的部分为圆心角为40°的小扇形(图4)。结合图3，遮光板81安装固定在外环轴24上，使得当外环12与底盘25二面平行(初始态)时，小扇形圆心角的角平分线垂直于底面25。红外收发器82可安装在支架23，使得其发出的红外光线轴线83平行外环轴24。这时当外环12旋转时，带动遮光板81转动，红外收发器82却不动，当转动角度超过设定的范围时，遮光板81将反射红外收发器82发出的红外光线，红外收发器82接收到反射光，表示外环调角达到最大值，发出信号291通知处理器32。对内环的调角范围的检测时，位置检测装置的安装方式与在外环上相似，需将遮光板安装在内环轴21上，红外收发器安装在外环的适当位置即可，配合所述遮光板完成调角范围的检测功能，当红外收发器接收到反射光，表示内环调角达到最大值，发出信号292通知处理器32。

结合图5，本发明装置中电机控制与传感器信息处理，调平和调角等逻辑都在控制电路中完成，该电路被安放在前述的基部8内。主处理器32根据按键信息28、横向水平传感器检测信息30、纵向水平传感器检测信息31和外环调角范围判断信息291或内环调角范围判断信息292，经过一些调角的算法(自动调平和电动调角方法)软件处理后，发出电机控制信号36、37分别经过功率放大电路33后，产生控制电流34和35驱动前述的外环直流电机13和内环直流电机15转动相应的角度，使得本发明装置达到调整的相机安装平台18目的。

结合图6，当用户按动自动调平按钮39或四位调角按键40(按键40为“十”形按键，上、左、下、右四个子按键为前调角按键401、左调角按键402、后调角按键403、右调角按键404)后，都会产生外部中断信号，唤醒主处理器32，电路启动。电路稳定后，主处理器32扫描按键39是否被按下，如果按下则进入自动调平工作模式(图7)，否则进入角度调节模式(图8)。当本发明装置完整相应工作后，系统进入休眠状态，等待下一次按键唤醒。

自动调平和电动调角方法说明：

对应控制器的实现方法和软件流程如图7和图8所示。

本系统有两种工作模式，其一为自动调平模式，其二为角度调节模式。

(1)结合图7，本发明装置进入自动调平工作模式，则自动调平调角云台所有的调平工作随后将全部自动完成。

进入自动调平工作模式后，首先纵向调平。调平外环12可调整安装平台18的纵向水平。主处理器32处理水平传感器20的信号31，以确定安装平台18是否纵向水平。如果已水平，则外环12调整结束。如果外环12未能纵向水平，需要从信号31中得到安装平台18的偏移方向以确定外环12的调整方向。调整方向确定后，可以以一个比较高的速度驱动直流电机13外环12旋转。主处理器32控制电机13带动外环12旋转过程中，主处理器32还需监测外环12是否调整到头信号291和安装平台18是否纵向水平信号31。检测外环12是否调整到头以确定当前调节是否在调节角度允许的范围内(即-20°～+20°范围内)。主处理器32处理外环位置检测装置发出信号291以判断是否调节到头，当发现调节到头后，立即停止电机13的转动，结束纵向调平。当调节未达到-20°或+20°，则主处理器32继续处理信号31判断安装平台18的纵向水平状态，若安装平台18未达到纵向水平，继续驱动电机13，重新开始监测外环12是否调整到头信息29和安装平台18是否纵向水平信号31。如果一旦检测到安装平台18纵向水平，则立即使电机13停止转动。由于水平传感器感应水平的响应速度总是相对实际较慢，所以延时一小段时间，使水平传感器20的信号稳定后再读取信号31，主处理器32分析信号31后判断安装平台18的纵向水平情况，若纵向水平，则结束纵向调平。若安装平台18未处于纵向水平状态，此时主处理器32驱动电机13低速以前述调整方向的反方向调整外环12，实时分析信号31直至再次检测到安装平台18纵向水平。锁定外环12位置。

纵向调平结束后，本发明装置开始调整内环面14，对安装平台18横向调平。内环面14的横向调平方法与外环12的纵向调平方法基本相同(图7中省略)。主处理器32检测水平传感器19发出的安装平台18横向水平信息信号30，主处理器32分析信号30并判断安装平台18的状态，确定直流电机15的转向。这时同样先以一个较高的速度驱动直流电机15转动，电机15带动内环面14旋转，当主处理器32通过内环位置检测装置发送的信息292，发现内环调整超过调角范围，则停止电机15，结束横向调平。当调角还处于调角允许范围内，主处理器32继续检测安装平台18横向水平情况。若安装平台18未横向水平，则继续驱动直流电机15。若安装平台18横向水平，则停止直流电机15的驱动，等待一段时间，待水平传感器19的信号30稳定后分析内环面14的状态，若发现内环面14未横向水平，则反向低速驱动电机15，直至检测到内环面14横向水平。当内环面14横向水平后，锁定内环面14的位置。横向水平调整结束。

当本发明装置纵向水平调节，横向水平调节都结束后，自动调平结束，退出自动调平模式。这时主处理器32进入睡眠状态，等待新的按键命令唤醒。

(2)结合图8，本发明装置进入角度调节工作模式，则自动调平调角云台对安装平台18的调角过程将在摄影者的按键命令控制下完成。

在角度调节模式下，用户可以根据自己对摄影角度的要求对自动调平调角云台2中支撑相机的安装平台18进行角度调整。主处理器32先对按键信息28进行扫描。如果被按下的按键为前调角按键401或后调角按键403，则主处理器32将控制驱动电机13调整外环12，前调角按键401和后调角按键403两按键规定了两个相反的电机13旋转方向，这时相机安装平台18将“点俯头”或“仰头”。如果按键为左调角按键402或右调角按键404，则主处理器32将控制驱动电机14调整内环面14，左调角按键402和右调角按键404两按键规定了两个相反的电机14旋转方向，这时相机安装平台18将“左摇头”或“右摇头”。驱动电机和电机旋转方向都确定后，主处理器32读按键精调整选择按键41信息，如果按键41被按下，则进入“精”调整方式，主处理器32将低速驱动电机，如果按键41未被按下，则进入“粗”调整方式，主处理器32将高速驱动电机。

当键盘扫描结束，调整方式也被确定下来。主处理器32将以相应的调整方式控制相应的电机调整相应的环的角度。电机驱动过程中，主处理器32将实时监测正在被调整的环的位置检测装置的发出信号291或292，判断是否超过允许的调角范围，若达到调整范围的极限，则立即停止电机的转动，角度调整结束。如果调角未到头，则主处理器32继续检测调角方向选择按键40(上调角按键401、左调角按键402、下调角按键403或右调角按键404)是否松开，如果没有松开，则继续驱动电机。如果按键40松开，则停止电机转动，锁定该环位置，角度调整结束。

本发明装置角度调整结束后，退出角度调整模式。这时主处理器32进入睡眠状态，等待新的按键命令唤醒。

Claims (10)

1、一种自动调平调角三脚架，它包括架体，架体包括基部和三个连接基部并可伸缩的脚架，基部内设置有电池仓和控制电路，其特征在于它还包括安装在架体上的自动调平调角云台，自动调平调角云台包括电池电源电路、壳体、内环、外环、两个水平传感器、两个位置检测装置、两个直流电机和处理器及其外围电路；两位置检测装置分别安装在内环与外环和外环与支架的连接部，内、外环轴线垂直，两环都连接直流电机，外环与壳体内两支架连接，内环面连接在外环上，且与支撑相机的安装平台固联，一个直流电机固联在壳体上，另一个直流电机固定在外环上，水平传感器安装在内环上，处理器电连接直流电机。

2、根据权利要求1所述的自动调平调角三脚架，其特征在于所述的基部上表面中心设置有电源、检测信号和控制信号导线引出圆孔，自动调平调角云台下部对应设置有导线插口。

3、根据权利要求2所述的自动调平调角三脚架，其特征在于所述的基部与自动调平调角云台上设有相互连接的固定栓。

4、根据权利要求3所述的自动调平调角三脚架，其特征在于所述的基部侧面设有按键，包括自动调平按键、四位调角按键和精调整选择按键。

5、根据权利要求4所述的自动调平调角三脚架，其特征在于所述的外环是一个环型框架，两端分别通过外环轴连接到两支架上。

6、根据权利要求5所述的自动调平调角三脚架，其特征在于所述的内环为一个圆形支撑面，两端设置有内环轴，与内环固定连接，内环通过两个内环轴连接在外环上。

7、根据权利要求6所述的自动调平调角三脚架，其特征在于所述的驱动电机包括两个带有减速器的小型直流电机，一个安装在支架上通过减速器与外环轴齿轮传动，另一个固定在外环上。

8、根据权利要求7所述的自动调平调角三脚架，其特征在于所述的内环上固定有支撑轴，安装平台和与相机的结合装置安装在支撑轴上，摄影器材与结合装置连接，固定在安装平台上。

9、根据权利要求8所述的自动调平调角三脚架，其特征在于所述的位置检测装置包括遮光板和红外收发器，遮光板为扇形结构，内部挖去一个小扇形，遮光板安装固定在一内环轴或外环轴上。

10、根据权利要求9所述的自动调平调角三脚架，其特征在于所述的位置检测装置的红外收发器安装在外环或支架靠近与轴连接部处。

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