CN103754379A

CN103754379A - 一种多镜头航空的自动摄影稳定平台

Info

Publication number: CN103754379A
Application number: CN201410030786.1A
Authority: CN
Inventors: 徐鹏
Original assignee: 徐鹏
Current assignee: Guangzhou Redbird Helicopter Remote Sensing Technology Co., Ltd.
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-22
Also published as: CN103754379B

Abstract

本发明涉及一种多镜头航空的自动摄影稳定平台，包括吊臂机构、摄像平台、陀螺仪、设置在摄像平台内的相机、设置在相机内的储存卡、供电单元、控制单元、数据传输单元和报警器；所述吊臂机构包括第一转动组件，并通过该第一转动组件与摄像平台连接，控制摄像平台在垂直于水平面的第一转动平面上转动；所述摄像平台内设有第二转动组件，控制该摄像平台在同时垂直于水平面和第一转动平面的第二转动平面上转动；所述陀螺仪设置在摄像平台上，并与第一转动组件和第二转动组件电连接，控制第一转动组件和第二转动组件的工作。

Description

一种多镜头航空的自动摄影稳定平台

技术领域

本发明涉及一种多镜头航空的自动摄影稳定平台，特别是一种适合于小型低空遥感无人机的稳定平台。

背景技术

无人机低空遥感系统在实现影像图制作的基础上，正在向摄影测量立体测图专用领域发展。依据航空摄影测量规范，用于摄影测量的无人机航空摄影系统对有效载荷的姿态稳定度有着严格的量化要求。而飞机在航摄时会受到机体震动和空中杂散气流的影响，有效载荷会随之改变摄影姿态，造成航摄漏洞以及摄影测量交会角过小等严重问题。

针对上述问题，现有技术中通过使用独立的稳定平台实现无人机有效载荷的增稳控制。该平台式稳定系统具有精度高计算简单响应快的优点。但是现有技术中的独立的稳定平台存在体积大、机械结构复杂、补偿范围小和价格昂贵的缺点；同时，独立的稳定平台一般仅适用于大型军用高端无人机。

发明内容

本发明在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种多镜头航空的自动摄影稳定平台。

本发明是通过以下的技术方案实现的：一种多镜头航空的自动摄影稳定平台，包括吊臂机构、摄像平台、陀螺仪、设置在摄像平台内的相机、设置在相机内的储存卡、供电单元、控制单元、数据传输单元和报警器；

所述吊臂机构包括第一转动组件，并通过该第一转动组件与摄像平台连接，控制摄像平台在垂直于水平面的第一转动平面上转动；

所述摄像平台内设有第二转动组件，控制该摄像平台在同时垂直于水平面和第一转动平面的第二转动平面上转动；

所述陀螺仪设置在摄像平台上，并与第一转动组件和第二转动组件电连接，控制第一转动组件和第二转动组件的工作；

所供电单元分别为控制单元、数据传输单元和相机供电；

所述数据传输单元的输入端与储存卡电连接，该数据传输单元的输出端与计算机电连接；

所述控制单元分别与数据传输单元、相机和报警器电连接，控制相机和数据传输单元的工作；该控制单元对供电单元的供电电压进行检测，当低于设定阀值电压时，控制报警器进行报警。

相比于现有技术，本发明通过使用陀螺仪、第一转动组件和第二转动组件，实现摄像平台在二维平面上的调整，方便相机视轴的稳定，防止晃动。同时，通过使用陀螺仪可以省去了复杂的机械结构平台，同时具有体积小、重量轻、成本低和补偿范围更大的特点。本发明通过控制单元控制相机和传输单元的工作；并对供电单元的供电电压进行检测，当供电单元的供电电压低于设定阀值电压时，控制报警器进行报警，可以提醒工作人员无人机上的供电的电压不足，可以进行返航更换电源或其他的操作，避免耽误摄像和监控工作。

作为本发明的进一步改进，所述吊臂机构还包括一吊臂壳体，该壳体的纵截面为倒梯形；所述第一转动组件设置在该吊臂壳体内；该第一转动组件包括与陀螺仪电连接的舵机、主动齿轮、从动齿轮和驱动转轴；该主动齿轮的中心与舵机转轴连接；该从动齿轮与主动齿轮啮合连接；该驱动转轴设置在该从动齿轮中心；该驱动转轴贯穿该吊臂壳体的前后两侧，且其两端分别外露在吊臂壳体外并位于吊臂壳体的下端；该驱动转轴的两端与摄像平台连接。进一步，通过使用主动齿轮和从动齿轮配合使用，可以使舵机的单轴输出通过两齿轮的传动带动驱动转轴的转动，实现双轴转动。将吊臂壳体的纵截面设置成倒梯形，可以减少占用的空间和吊臂的重量，同时也可以提供吊臂的刚性强度。

作为本发明的进一步改进，所述摄像平台还包括平台壳体和梁架；该平台壳体包括上壳体、下壳体和两侧壳体；所述两上下壳体对扣连接，形成一容纳空间；所述两侧壳体分别设置在上下两壳体连接处的相对两侧，并同时与上壳体和下壳体固定连接；该梁架设置在壳体内；该上壳体上设有一吊臂开口；所述吊臂壳体的下端穿过该吊臂开口，嵌设在该梁架上并通过该驱动轴与梁架的中心连接；所述第二转动组件设置在上下两壳体的连接处。

作为本发明的进一步改进，所述摄像平台还包括一固定盖；该固定盖设置在上壳体与下壳体之间，并与该下壳体扣合连接；该陀螺仪设置在该固定盖上；该梁架位于固定盖的上方并位于上壳体内。进一步，通过固定盖可以将上下壳体分隔开来，避免内部器件的相互影响，同时可以承载陀螺仪和梁架。

作为本发明的进一步改进，所述下壳体内设有两组相互垂直的隔板，成“十”字型分布；其中每组隔板包括两块相互平行的隔板，形成五个相机容纳槽；该容纳槽包括由两组隔板相交处所形成的中央容纳槽和分布在该中央容纳槽的四个方位上的侧面容纳槽；所述相机分别设置在该相机容纳槽内部。进一步，通过隔板将下壳体分隔成五个相机容纳槽，可以方便相机的安装和增加摄像角度范围。

作为本发明的进一步改进，所述下壳体的相对两内侧壁上分别设有固定板，且该下壳体的两相对外侧壁上分别设有一轴架板；所述第二转动组件部件包括两个与陀螺仪电连接的舵机和两个连接轴；所述两舵机分别通过螺钉与下壳体内的两固定板连接；该两连接轴的一端分别与轴架板相连接，该两连接轴的另一端分别与两舵机的转轴连接。进一步，通过两个舵机与连接轴的配合使用，实现摄像平台的在第二转动平面上的转动，实现调整。

作为本发明的进一步改进，所述相机包括一设在中央容纳槽内的正向相机和四个设在在侧面容纳槽内的倾斜相机；该正向相机的视轴方向垂直向下；所述四个倾斜相机的视轴方向与正向相机的视轴方向所形成的角度为30～45度。进一步，通过对五个相机的视轴角度的调整，实现摄像的多角度的捕捉，使整个摄像效果更加清晰。

作为本发明的进一步改进，所述供电单元包括锂电池、电源升压模块和电源转换芯片；所述锂电池通过该电源升压模块与电源转换芯片电连接；该电源转换芯片将输入的电压转换分别转换为相机、控制单元和数据传输单元的工作电压。进一步，通过使用升压模块将锂电池的电压提高至电源转换芯片的输入工作电压；并通过该电源转换芯片分别将输入电压转换为各个工作器件的工作电压。

作为本发明的进一步改进，所述供电单元还包括一备用电源和开关电源转换模块；该备用电源通过该开关电源转换模块与电源转换芯片电连接；

所述控制单元包括核心处理器和电压采集模块；该核心处理器分别与备用电源、相机、数据传输单元和报警器电连接；该电压采集模块与锂电池电连接，采集锂电池的电压信息并传输至核心处理器；该核心处理器接收锂电池的电压信号后并进行判断，当锂电池的电压值低于设定的阀值电压时，控制备用电源进行工作。

进一步，通过使用备用电源和开关电源转换模块，可以在锂电池的电压过低时，使用备用电源进行供电，以保证正常拍摄工作的顺利进行。

作为本发明的进一步改进，所述锂电池与电源转换芯片电连接；当锂电池的电压值低于设定的阀值电压时，所述核心处理器控制备用电源通过电源转换芯片对锂电池进行充电。进一步，可以通过备用电源为锂电池进行供电，当锂电池的电压恢复正常值时，可以重新启用锂电池进行工作。

本发明具有的优点和有益效果是：

1、本发明通过使用陀螺仪、第一转动组件和第二转动组件，实现摄像平台在二维平面上的调整，方便相机视轴的稳定，防止晃动。同时，通过使用陀螺仪可以省去了复杂的机械结构平台，同时具有体积小、重量轻、成本低和补偿范围更大的特点。同时通过控制单元控制相机和传输单元的工作；并对供电单元的供电电压进行检测，当供电单元的供电电压低于设定阀值电压时，控制报警器进行报警，可以提醒工作人员无人机上的供电的电压不足，可以进行返航更换电源或其他的操作，避免耽误摄像和监控工作。

2、进一步，通过使用主动齿轮和从动齿轮配合使用，可以使舵机的单轴输出通过两齿轮的传动带动驱动转轴的转动，实现双轴转动。

3、进一步，通过对五个相机的视轴角度的调整，实现摄像的多角度的捕捉，使整个摄像效果更加清晰。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明的三轴陀螺的外部示意图。

图2是本发明的三轴陀螺的剖面图。

图3是本发明的三轴陀螺的爆炸图。

图4是本发明的吊臂机构的结构示意图。

图5是本发明的摄像平台的下壳体的结构示意图。

图6是本发明的摄像稳定平台控制系统的信号传输示意图。

图7是本发明的供电单元的内部元件的连接传输示意图。

图8是本发明的控制单元与锂电池、报警器和备用电源的信号传输示意图。

具体实施方式

请同时参阅1～3，其中，图1是本发明的三轴陀螺的外部示意图，图2是本发明的三轴陀螺的剖面图，图3是本发明的三轴陀螺的爆炸图。

本发明的一种多镜头航空的自动摄影稳定平台，包括包括吊臂机构1、摄像平台2、设置在摄像平台内的相机3、陀螺仪4、供电单元5、控制单元6、数据传输单元7、设置在相机内的储存卡8和报警器9。

所述吊臂机构1包括第一转动组件11，并通过该第一转动组件11与摄像平台2连接，控制摄像平台2在垂直于水平面的第一转动平面上转动。所述摄像平台2内设有第二转动组件24，控制该摄像平台2在同时垂直于水平面和第一转动平面的第二转动平面上转动；所述陀螺仪4设置在摄像平台2上，并与第一转动组件11和第二转动组件24电连接，控制第一转动组件11和第二转动组件24的工作。所供电单元5分别为控制单元6、数据传输单元7和相机3供电；所述数据传输单元7的输入端与储存卡8电连接，该数据传输单元7的输出端与计算机电连接；所述控制单元6分别与数据传输单元7、相机3和报警器9电连接，控制相机3和数据传输单元7的工作。

请参阅图4，其为本发明的吊臂机构1的结构示意图。所述吊臂机构1包括第一转动组件11、吊臂壳体12和挂板13。具体的，所述吊臂壳体12的纵截面为倒梯形。所述挂板13设在在吊臂壳体12的上端。所述第一转动组件11设置在该吊臂壳体12内。该第一转动组件11包括与陀螺仪4电连接的舵机111、主动齿轮112、从动齿轮113和驱动转轴114；该主动齿轮112的中心与舵机111转轴连接；该从动齿轮113与主动齿轮112啮合连接；该驱动转轴114设置在该从动齿轮113中心；该驱动转轴114贯穿该吊臂壳体12的前后两侧，且其两端分别外露在吊臂壳体12外并位于吊臂壳体12的下端；该驱动转轴114的两端与摄像平台2连接。

所述摄像平台2包括平台壳体21、梁架22、固定盖23和第二转动组件24。所述平台壳体21包括上壳体211、下壳体212和两侧壳体213；该上壳体211和下壳体212对扣连接，形成一容纳空间。两侧壳体213设在该两上下壳体连接处的相对两侧，以固定连接两上壳体211和下壳体212。进一步，所述侧壳体213与下壳体212之间还设有一加强板2131。

请参阅图5，其为本发明的摄像平台2的下壳体212的结构示意图。具体的，所述上壳体211上设有一吊臂开口2111。所述下壳体212内设有多个隔板2121；该隔板2121与下壳体212的内壁连接，形成多个相机容纳槽；该相机容纳槽的底部分别设有摄像开口。进一步，所述下壳体212内设有两组相互垂直的隔板2121，成“十”字型分布；其中每组隔板2121包括两块相互平行的隔板2121，形成五个相机容纳槽。具体的，所述容纳槽包括由两组隔板2121相交处所形成的中央容纳槽和分布在该中央容纳槽的四个方位上的侧面容纳槽。其中，所述相机3分别设置在该相机容纳槽内部。

所述下壳体212的相对两内侧壁上分别设有固定板2122，且该下壳体212的两相对外侧壁上分别设有一轴架板2123。具体的，所述侧壳体213设在两轴架板2123的外侧。

所述固定盖23设置在上壳体211与下壳体212之间，并与该下壳体212扣合连接；所述梁架22位于固定盖23的上方并位于上壳体211内。所述吊臂壳体12的下端穿过上壳体211的吊臂开口2111，嵌设在该梁架22上并通过该驱动转轴114与梁架22的中心连接；所述第二转动组件24设置在上下两壳体的连接处。

所述第二转动组件24包括两个与陀螺仪4电连接的舵机241和两个连接轴242；所述两舵机241分别通过螺钉与下壳体212内的两固定板2122连接。所述两连接轴242的一端分别与轴架板2123相连接，该两连接轴242的另一端分别与两舵机241的转轴连接。

所述陀螺仪4设置在该固定盖23上。并且，该陀螺仪4同时与第一转动组件11和第二转动组件24电连接，控制第一转动组件11和第二转动组件24的工作。

所述相机3包括一设在中央容纳槽内的正向相机3和四个设在在侧面容纳槽内的倾斜相机3；该正向相机3的视轴方向垂直向下；所述四个倾斜相机3的视轴方向与正向相机3的视轴方向所形成的角度为30～45度。

本发明的三轴陀螺的稳定平台可以安装在直升机等飞行器上；在遭遇气流影响产生的颠簸或晃动时，可以通过本发明的稳定平台自动调节位置，以保证摄像过程中的稳定。具体的，通过陀螺仪4检测摄像平台2的位置信息，当摄像平台2出现倾斜或晃动时，该陀螺仪4控制第一转动组件11和第二转动组件24进行工作。其中，该第一转动组件11的舵机111在接收到陀螺仪4的信号后，通过主动齿轮112和从动齿轮113控制驱动转轴114的转动；该驱动转轴114与梁架22连接，控制梁架22的转动，从而可以控制摄像平台2实现在第一转动平面上的转动，以调整摄像角度。同理，该第二转动组件24中的舵机241在接收到陀螺仪4的信号后，通过连接轴242控制轴架板2123的转动，从而可以控制该摄像平台2实现在第二转动平面上的转动，调整摄像角度。而因为该第一转动平面和第二转动平面时相互垂直的，所以可以实现在二维平面上的任意角度的调整。

本发明具有多种变形实施例，比如，所述的相机3的分布位置可以根据不同情况任意调整，也可以根据具体情况调整相机3的视轴角度。

相比于现有技术，本发明通过使用陀螺仪4、第一转动组件11和第二转动组件24，实现摄像平台2在二维平面上的调整，方便相机3视轴的稳定，防止晃动。同时，通过使用陀螺仪4可以省去了复杂的机械结构平台，同时具有体积小、重量轻、成本低和补偿范围更大的特点。

请参阅图6，其为本发明的摄像稳定平台控制系统的信号传输示意图。所供电单元5分别为控制单元6、数据传输单元7和相机3供电；所述数据传输单元7的输入端与储存卡8电连接，该数据传输单元7的输出端与计算机电连接；所述控制单元6分别与数据传输单元7、相机3和报警器9电连接，控制相机3和数据传输单元7的工作；该控制单元6对供电单元5的供电电压进行检测，当低于设定阀值电压时，控制报警器9进行报警。具体的，所述数据传输单元7优选为USB传输芯片。

请参阅图7，其为本发明的供电单元的内部元件的连接传输示意图。所述供电单元5包括锂电池51、升压模块52、电源转换芯片53、备用电源54、第一稳压模块55、第一滤波模块56、开关电源转换模块57、第二稳压模块58、第二滤波模块59。

所述锂电池51通过该电源升压模块52与电源转换芯片53电连接；该电源转换芯片53将输入的电压转换分别转换为相机3、控制单元6和数据传输单元7的工作电压。

所述备用电源54通过第一稳压模块55和第一滤波模块56与开关电源转换模块57电连接。所述开关电源转换模块57通过第二稳压模块58和第二滤波模块59与电源转换芯片53电连接。进一步，所述电源转换芯片53与锂电池51电连接，以方便备用电源14通过该转换芯片对锂电池11进行充电。具体的，在本实施例中，所述升压模块52优选为直流的升压芯片；所述第一稳压模块55和第二稳压模块58优选为防静电保护的稳压管；所述第一滤波模块56和第二滤波模块59优选为由电感和电容共同组成的滤波电路；所述备用电源54优选为12V直流电源。

请参阅图8，其为本发明的控制单元与锂电池、报警器和备用电源的信号传输示意图。所述控制单元6包括核心处理器62和电压采集模块61；该核心处理器62分别与备用电源64、相机3和数据传输单元7电连接；该电压采集模块61与锂电池51电连接，采集锂电池51的电压信息并传输至核心处理器62；该核心处理器62接收锂电池51的电压信号后并进行判断，当锂电池51的电压值低于设定的阀值电压时，控制备用电源54进行工作。具体的，当锂电池51的电压值低于设定的阀值电压时，所述核心处理器62控制备用电源54通过电源转换芯片53对锂电池51进行充电。进一步，所述报警器9与核心处理器62电连接；该核心处理器62在锂电池51的电压低于设定的阀值电压时，控制报警器9进行工作。具体的，在本实施例中所述阀值电压为3V。

在具体的工作过程中，当控制单元6接收到由GPS传输的相机控制信号或者由其他渠道输入的相机控制信号时，控制相机3进行拍摄。相机3拍摄完后，将相片储存入内存卡中；当控制信号接收到数据传输信号时，控制数据传输单元7进行工作，将内存卡内部的信息传输至计算机中。当控制单元6检测到锂电池51中的电压值低于设定的阀值电压时，控制备用电源54进行供电，同时对锂电池51进行充电，以及控制报警器9进行报警。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims

1.一种多镜头航空的自动摄影稳定平台，其特征在于：包括吊臂机构、摄像平台、陀螺仪、设置在摄像平台内的相机、设置在相机内的储存卡、供电单元、控制单元、数据传输单元和报警器；

所供电单元分别为控制单元、数据传输单元和相机供电；

2.根据权利要求1所述多镜头航空的自动摄影稳定平台，其特征在于：所述吊臂机构还包括一吊臂壳体，该壳体的纵截面为倒梯形；所述第一转动组件设置在该吊臂壳体内；该第一转动组件包括与陀螺仪电连接的舵机、主动齿轮、从动齿轮和驱动转轴；该主动齿轮的中心与舵机转轴连接；该从动齿轮与主动齿轮啮合连接；该驱动转轴设置在该从动齿轮中心；该驱动转轴贯穿该吊臂壳体的前后两侧，且其两端分别外露在吊臂壳体外并位于吊臂壳体的下端；该驱动转轴的两端与摄像平台连接。

3.根据权利要求1所述多镜头航空的自动摄影稳定平台，其特征在于：所述摄像平台还包括平台壳体和梁架；该平台壳体包括上壳体、下壳体和两侧壳体；所述两上下壳体对扣连接，形成一容纳空间；所述两侧壳体分别设置在上下两壳体连接处的相对两侧，并同时与上壳体和下壳体固定连接；该梁架设置在壳体内；该上壳体上设有一吊臂开口；所述吊臂壳体的下端穿过该吊臂开口，嵌设在该梁架上并通过该驱动轴与梁架的中心连接；所述第二转动组件设置在上下两壳体的连接处。

4.根据权利要求3所述多镜头航空的自动摄影稳定平台，其特征在于：所述摄像平台还包括一固定盖；该固定盖设置在上壳体与下壳体之间，并与该下壳体扣合连接；该陀螺仪设置在该固定盖上；该梁架位于固定盖的上方并位于上壳体内。

5.根据权利要求4所述多镜头航空的自动摄影稳定平台，其特征在于：所述下壳体内设有两组相互垂直的隔板，成“十”字型分布；其中每组隔板包括两块相互平行的隔板，形成五个相机容纳槽；该容纳槽包括由两组隔板相交处所形成的中央容纳槽和分布在该中央容纳槽的四个方位上的侧面容纳槽；所述相机分别设置在该相机容纳槽内部。

6.根据权利要求3所述多镜头航空的自动摄影稳定平台，其特征在于：所述下壳体的相对两内侧壁上分别设有固定板，且该下壳体的两相对外侧壁上分别设有一轴架板；所述第二转动组件部件包括两个与陀螺仪电连接的舵机和两个连接轴；所述两舵机分别通过螺钉与下壳体内的两固定板连接；该两连接轴的一端分别与轴架板相连接，该两连接轴的另一端分别与两舵机的转轴连接。

7.根据权利要求5所述多镜头航空的自动摄影稳定平台，其特征在于：所述相机包括一设在中央容纳槽内的正向相机和四个设在在侧面容纳槽内的倾斜相机；该正向相机的视轴方向垂直向下；所述四个倾斜相机的视轴方向与正向相机的视轴方向所形成的角度为30～45度。

8.根据权利要求1所述多镜头航空的自动摄影稳定平台，其特征在于：所述供电单元包括锂电池、电源升压模块和电源转换芯片；所述锂电池通过该电源升压模块与电源转换芯片电连接；该电源转换芯片将输入的电压转换分别转换为相机、控制单元和数据传输单元的工作电压。

9.根据权利要求8所述多镜头航空的自动摄影稳定平台，其特征在于：所述供电单元还包括一备用电源和开关电源转换模块；该备用电源通过该开关电源转换模块与电源转换芯片电连接；

10.根据权利要求9所述多镜头航空的自动摄影稳定平台，其特征在于：所述锂电池与电源转换芯片电连接；当锂电池的电压值低于设定的阀值电压时，所述核心处理器控制备用电源通过电源转换芯片对锂电池进行充电。