CN101848320B - 单线飞梭系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及影视行业的特种拍摄技术，尤其是涉及一种用于空中运动拍摄的单线系统，该系统以单根引线为导轨，车体自带动力并沿导轨运行，在运动中实现对车体上所挂载拍摄云台进行方位、滚转、俯仰的运动控制。本发明采用轻量化设计，在保证功能的前提下尽量减轻重量；同时在飞梭直线运动设计时，设置了软限位，为摄像师进行创作时可以不必顾忌飞梭运行的安全问题，而专注于艺术创作；飞梭搭载的云台具有稳定摄像机的功能，使拍摄出来的图像更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及影视行业的特种拍摄技术，尤其是涉及一种用于空中运动拍摄的单线飞梭系统。
背景技术：
随着影视行业的发展，特种拍摄手段不断推陈出新，目前行业内的绳索拍摄设备通常采用无动力车体，利用伺服控制系统在地面牵引绳索实现摄像机的运动，该方法存在系统复杂，以及在实际拍摄时需要携带大量绳索等问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单，自带动力，操作简单，小巧，灵活的的单线飞梭系统。
本发明的技术方案是：一种单线飞梭系统，包括机载部分和地面部分；
所述机载部分包括车体和悬挂系统，
所述车体具有动力系统，能源系统、工作台和控制系统；
其中，所述动力系统包括发动机、离合器、变速箱和驱动轮组；
所述飞梭控制系统包括电源和飞梭运动控制器；所述飞梭运动控制器用于采集飞梭系统的信息和接受地面部分的指令，并将采集的信息发送到地面部分；
所述悬挂系统包括引线，以及用于固定调整及控制所述引线的弧垂和张力的滑轮机构；
所述地面部分包括电源，视频采集卡，图像监视器，数传电台和地面控制台控制器；所述地面控制台控制器包括由三轴摇杆，直线滑动变阻器，圆周变阻器，安装面板和将模拟信号转换为数字量的单片 机系统；
其中，所述车体通过所述车体两端的悬挂轮悬挂于所述引线上，所述车体中间部分安装有所述发动机，发动机与离合器连接，离合器与变速箱连接，变速箱的两个输出轴分别与两个驱动轮组中的同步带轮连接，产生驱动力，所述两个驱动轮组夹紧所述引线；所述发动机两端分别设置所述能源系统和所述飞梭控制系统；
所述工作台通过连接器安装在所述车体的下端，所述工作台包括由云台、摄像机安装架和三个伺服电机组成；所述伺服电机用于控制云台的方位、滚转、俯仰。
所述变速箱上设有平面换向机构，所述平面换向机构由伺服电机，输入级齿轮，中间换向齿轮，次级输出齿轮，输出级齿轮，摆臂和L型拨叉组成；所述输入级齿轮与所述离合器共轴联结，所述中间换向齿轮固定在以所述离合器的输入轴为轴心的所述摆臂上，所述摆臂上有一条滑槽，所述L型拨叉设置于所述滑槽内，所述伺服电机与所述L型拨叉铰接，拨动所述摆臂左右摆动，带动所述中间换向齿轮与左右两个次级输出齿轮中的其中一个相啮合，所述左右两个次级输出齿轮相互啮合，同时分别与两个输出级齿轮分别啮合。
所述变速箱的输出轴底端设有刹车系统，所述刹车系统由伺服电机，张紧带和摩擦片和刹车轮组成，所述伺服电机较紧所述张紧带，所述张紧带驱动所述摩擦片摩擦所述刹车轮产生刹车力；
所述驱动轮组由侧板、同步带轮、同步带、同步带张紧轮和驱动轮支架组成；所述同步带轮和所述同步带张紧轮安装在所述驱动轮支架支撑起的侧板上，所述同步带由所述同步带轮和所述同步带张紧轮张紧。
所述同步带张紧轮上设有张紧轮调节孔，用于调节同步带的松紧。
所述驱动轮组尾部沟槽处的设有弹性材料，用于调节夹紧引线的夹紧力。
所述挂轮上安装增量式光电码盘，用于控制车体运动的空间相对位置并具有软限位功能及失控保护功能。
所述云台设有稳定控制系统，所述稳定控制系统由三轴角速度传感器组成，用于采集所述云台的角速度信息。
所述车体两端分别安装一个防撞开关。
本发明的有益效果是：本发明采用轻量化设计，在保证功能的前提下尽量减轻重量；同时在飞梭直线运动设计时，设置了软限位，为摄像师进行创作时可以不必顾忌飞梭运行的安全问题，而专注于艺术创作；飞梭搭载的云台具有稳定摄像机的功能，使拍摄出来的图像更加稳定。
附图说明
图1是本发明单线飞梭系统的整体示意图。
图2是本发明单线飞梭系统的平面换向机构和刹车系统示意图。
图3是本发明单线飞梭系统的驱动轮组示意图。
图4是本发明单线飞梭系统的驱动轮组右视图。
图5是本发明单线飞梭系统的地面控制系统框图。
图6是本发明单线飞梭系统的飞梭控制系统框图。
图7是本发明单线飞梭系统的稳定控制系统框图。
图中：
1.引线 18.换向齿轮
2.车体 19.次级输出齿轮
3.云台 20.次级输出齿轮
4.发动机 21.刹车轮
5.变速箱 22.摆臂
6.输出轴 23.L型拨叉
7.驱动轮组 24.伺服电机
8.连接器 25.摩擦片
9.悬挂轮 26.张紧带
10.摄像机安装架 27.弹性部件
11.增量式光电码盘 28.侧板
12.油箱 29.同步带轮
13.电源箱 30.同步带
14.伺服电机 31.张紧轮
15.防撞开关 32.张紧轮调节孔
16.离合器 33.驱动轮支架
17.输入级齿轮
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术进一步说明。
下面结合附图对本发明的技术进一步说明。
如图1所示为本发明单线飞梭系统的整体结构示意图，该单线飞梭系统，包括机载部分和地面部分；机载部分包括车体和悬挂系统，车体具有动力系统，能源系统、工作台和控制系统；
其中，悬挂系统包括引线1，以及用于固定调整及控制所述引线1的弧垂和张力的滑轮机构；引线1为导轨，引线1一端系于一固定点，另外一端通过滑轮机构系于另一固定点，通过滑轮机构调整引线1的张力，控制引线1的弧垂；
动力系统包括发动机4、离合器16、变速箱5和驱动轮组7；
车体2通过车体2两端的悬挂轮9悬挂于引线1上，在悬挂轮9上安装增量式光电码盘11，车体2两端分别安装一个防撞开关15， 车体2的中间部分安装有发动机4，发动机4驱动离合器16，离合器16驱动变速箱5，变速箱5的两个输出轴6分别两个驱动轮组7连接，两个驱动轮组7加紧引线1置于(如图4所示)；发动机4一端安装有油箱12，另外一端安装控制箱13，控制箱13内安装飞梭控制系统和电池。云台3悬挂于车体2的中心位置，使用带阻尼的连接器8进行连接，在云台3机体上安装了三个伺服电机14，分别用于控制云台3的方位、滚转、俯仰。并根据所需挂载的摄像机的不同设计控制光圈、变倍、聚焦的伺服系统，实现对三者的控制。
如图2所示为本发明油动飞梭系统的平面换向机构和刹车系统结构示意图，平面换向机构由输入级齿轮17，中间换向齿轮18，两个次级输出齿轮19，输出级齿轮20，摆臂22，L型拨叉23构成，输入级齿轮17与离合器16共轴联结，中间换向齿轮18固定在以离合器16输入轴为轴心的摆臂22上，摆臂22上有一条滑槽，伺服电机14驱动一个L型拨叉23转动，L型拨叉23在滑槽内运动，拨动摆臂22左右摆动，中间换向齿轮18在某一时间段内只能与左右两个次级输出齿轮19中的某一个相啮合，左右两个次级输出齿轮19相互啮合在一起，同时分别与两个输出级齿轮20分别啮合，实现换向。两个输出级齿轮20安装在变速箱5的输出轴6上。变速箱5的输出轴6底端安装有刹车轮21，伺服电机24绞紧张紧带25，张紧带25驱动摩擦片26摩擦刹车轮21产生刹车力。
如图3所示为本发明驱动轮组的结构示意图。驱动轮组7包含驱动轮组侧板28、同步带轮29、同步带30、同步带张紧轮31、驱动轮支架33及驱动轮组侧板28上的张紧轮调节孔32。驱动轮组支架33与驱动轮组侧板28安装在一起，变速箱的输出轴与同步带轮29相连接，同步带轮29驱动同步带30，同步带30由同步带张紧轮31张紧，同时同步带30的松紧通过调节同步带张紧轮31在张紧轮调节孔32 的位置来进行调节。驱动轮组7由左右两部分组成，两部分结构相同，呈对称关系，夹紧引线1的夹紧力由安装在驱动轮组7尾部沟槽处的弹性材料27调节。
如图5所示为本发明的地面部分的结构框图，本发明的地面部分使用单片机产生控制信号，通过数传电台传输数据，在车体2上所搭载的飞梭控制器接收数据同时进行处理分类，并且将控制信号发送到各个伺服电机。同时车体2上安装增量式光电码盘11、防撞开关15、部分关键部件上安装的温度传感器等所得到的外界参数被飞梭控制器采集，并以数据的形式发送到地面控制终端。
如图6所示为本发明飞梭控制系统框图，本发明飞梭控制系统包括飞梭控制器，飞梭控制器在采集飞梭系统的数据、执行地面控制指令的同时还进行稳定控制。云台3上安装三轴角速度传感器34，用于采集云台的角速度信息，并根据地面站的指令的内容，通过算法计算后发送控制信号到相应的伺服电机14上，使云台稳定在相应的位置上。
如图7所示为本发明的稳定控制系统框图，本发明使用单片机采集控制车体2前后运动速度，控制云台3方位、滚转、俯仰运动，控制摄像机光圈、变倍、聚焦变化，以及对云台3方位、滚转和俯仰稳定控制进行控制的人体学输入设备。数据采集单片机采集数据后进行预处理并且通过串口发送到PC，PC机运行为本发明开发的系统运行监控软件，监控软件通过串口接收来自数据采集单片机及飞梭控制单片机的数据，经分析处理后在软件界面上显示，并判断软件界面上的模式开关的状态，并且根据具体模式将控制信息通过数传电台发送到飞梭控制器，控制飞梭及云台3的运动。
本发明的动力产生：采用一个驱动轮组7夹紧引线1产生驱动力，驱动轮组7由左右两部分组成，两部分结构相同，呈对称关系。将同 步带轮组7安装在变速箱5的输出轴6上，驱动轮组7夹紧引线1的夹紧力由安装在驱动轮组7尾部沟槽处的弹性材料27调节；
本发明采用了新型的驱动力产生方式。
软件具有三种模式：直接控制模式、控制轨迹学习模式、以及自动轨迹运行模式。其中直接控制模式是指软件直接将地面控制器传递的数据直接发送到飞梭控制器，在此模式下可以不适用基于PC的监视软件而直接进行数据传送；控制轨迹学习模式是指软件接收到地面控制器传递的数据记录为特定格式的文件，为以后重复自动运行做数据准备，同时发送到飞梭控制器；自动轨迹运行模式是指监控软件将软件在轨迹学习模式下记录的数据或者在事先在监控软件中规划的运动轨迹以时间为基准自动运行系统。
运行飞梭系统到引线导轨1的一端，通过地面控制终端设置软限位，运行飞梭系统到引线导轨1的另外一端，采用同样的方法设置该点的软限位。软限位点存储在飞梭控制器中，在系统运行时软限位始终有效，当飞梭系统运行至软限位点时仍未接收到停止指令时系统自动停止沿直线导轨1的运行，并发送超行程信息到地面控制终端，当再接收到地面控制信息时飞梭控制器自动对控制信息进行判断，如果是继续加剧超行程的指令将不予执行，并返回错误信息，提示用户已超行程，如果是其他指令则正常执行指令。系统中安装的防撞开关15只在系统出现错误或用户忘记设置软限位时为保护系统安全使用。
在本发明中有以下几点可以使用其他方式实现：
本发明中地面控制终端的实现方法还有直接开发使用嵌入式控制器；引线的固定还可以通过一辆或两辆吊车实现固定，并调节张力；本发明中刹车的实现还可以安装在车体的上端使用某些装置直接夹紧引线，产生摩擦力；
本发明中软限位的设置方法还可以为：当用户知道引线导轨的实 际长度或要拍摄的范围长度按专利文件中所述的设置方法设置一端的软限位，然后在控制界面中输入飞梭车体运行的直线长度。
Claims (9)
1.一种单线飞梭系统，包括机载部分和地面部分，其特征在于，所述机载部分包括车体(2)和悬挂系统，
所述车体(2)具有动力系统、能源系统、工作台和飞梭控制系统；
其中，所述动力系统包括发动机(4)、离合器(16)、变速箱(5)和两个驱动轮组(7)；
所述能源系统为油箱或电池；
所述飞梭控制系统包括电源和飞梭运动控制器；所述飞梭运动控制器用于采集飞梭系统的信息和接受地面部分的指令，并将采集的信息发送到地面部分；
所述悬挂系统包括引线(1)，以及用于固定调整及控制所述引线(1)的弧垂和张力的滑轮机构；
所述地面部分包括电源，视频采集卡，图像监视器，数传电台和地面控制台控制器；所述地面控制台控制器包括由三轴摇杆，直线滑动变阻器，圆周变阻器，安装面板和将模拟信号转换为数字量的单片机系统；
其中，所述车体(2)通过所述车体(2)两端的悬挂轮(9)悬挂于所述引线(1)上，所述车体(2)中间部分安装有所述发动机(4)，发动机(4)与离合器(16)连接，离合器(16)与变速箱(5)连接，变速箱(5)的两个输出轴(6)分别与两个驱动轮组(7)中的同步带轮(29)连接，所述两个驱动轮组(7)夹紧所述引线(1)；所述发动机(4)两端分别设置所述能源系统和所述飞梭控制系统；
所述工作台通过连接器(8)安装在所述车体(2)的下端，所述工作台包括由云台(3)、摄像机安装架(10)和三个第一伺服电机(14)组成；所述第一伺服电机(14)用于控制云台(3)的方位、滚转、俯仰。
2.根据权利要求1所述单线飞梭系统，其特征在于，所述变速箱(5)上设有平面换向机构，所述平面换向机构由第一伺服电机(14)，输入级齿轮(17)，中间换向齿轮(18)，两个次级输出齿轮(19)，两个输出级齿轮(20)，摆臂(22)和L型拨叉(23)组成；所述输入级齿轮(17)与所述离合器(16)共轴联结，所述中间换向齿轮(18)固定在以所述离合器(16)的输入轴为轴心的所述摆臂(22)上，所述摆臂(22)上有一条滑槽，所述L型拨叉(23)设置于所述滑槽内，所述平面换向机构的第一伺服电机(14)与所述L型拨叉(23)铰接，拨动所述摆臂(22)左右摆动，带动所述中间换向齿轮(18)与左右两个次级输出齿轮(19)中的其中一个相啮合，所述左右两个次级输出齿轮(19)相互啮合，同时分别与两个输出级齿轮(20)分别啮合。
3.根据权利要求1或2所述单线飞梭系统，其特征在于，所述变速箱(5)的输出轴(6)底端设有刹车系统，所述刹车系统由第二伺服电机(24)，张紧带(26)，摩擦片(25)和刹车轮(21)组成，所述刹车系统的第二伺服电机(24)带动所述张紧带(26)，所述张紧带(26)驱动摩擦片(25)摩擦刹车轮(21)。
4.根据权利要求1或2所述单线飞梭系统，其特征在于，所述两个驱动轮组(7)由侧板(28)、同步带轮(29)、同步带(30)、同步带张紧轮(31)和驱动轮支架(33)组成；所述同步带轮(29)和所述同步带张紧轮(31)安装在所述驱动轮支架(33)支撑起的侧板(28)上，所述同步带(30)由所述同步带轮(29)和所述同步带张紧轮(31)张紧。
5.根据权利要求4所述单线飞梭系统，其特征在于，所述同步带张紧轮(31)上设有张紧轮调节孔(32)，用于调节所述同步带(30)的松紧。
6.根据权利要求4所述单线飞梭系统，其特征在于，所述两个驱动轮组(7)的尾部沟槽处设有弹性材料(27)，用于调节夹紧引线(1)的夹紧力。
7.根据权利要求1或2所述单线飞梭系统，其特征在于，所述悬挂轮(9)上安装增量式光电码盘(11)，用于采集所述车体(2)运动的空间相对位置。
8.根据权利要求1或2所述单线飞梭系统，其特征在于，所述云台(3)设有稳定控制系统，所述稳定控制系统由三轴角速度传感器组成，用于采集所述云台(3)的角速度信息。
9.根据权利要求1或2所述单线飞梭系统，其特征在于，所述车体(2)两端分别安装一个防撞开关(15)。
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