CN103984193B

CN103984193B - 拍摄设备稳定器及其控制方法

Info

Publication number: CN103984193B
Application number: CN201410098752.6A
Authority: CN
Inventors: 冯健; 焦志涛; 林健; 曾子斌
Original assignee: Guangzhou Htec Aviation Technology Co ltd
Current assignee: GUANGZHOU HI-TRON AI TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: US20150261070A1; EP2919064A1; WO2015135310A1; JP2015177539A; CN103984193A

Abstract

本发明公开了一种拍摄设备稳定器，包括分别由三相无刷交流电机一驱动的第一旋转轴、由三相无刷交流电机二驱动的第二旋转轴、安装在三相无刷交流电机一上的第一磁旋转编码器、安装在三相无刷交流电机二上的第二磁旋转编码器、惯性传感器、固定件、主控器，所述三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、惯性传感器、第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器分别与主控器电性连接，所述惯性传感器安装在固定件上，第一旋转轴与第二旋转轴的轴心线垂直相交，所述固定件与第一旋转轴连接，三相无刷交流电机一通过折弯件与第二旋转轴连接。所述拍摄设备稳定器结构简单，小巧轻便，稳定性好。本发明还提供了两种拍摄设备稳定器的控制方法。

Description

拍摄设备稳定器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种拍摄设备稳定器及其控制方法。

背景技术

随着影视技术不断发展，无论是带有拍摄功能的手机还是专业级别数码拍摄设备已非常普及了，但是在运动中拍摄非常容易造成画面晃动和模糊，为了在运动中拍摄也能得到清晰稳定的画面，需要借助拍摄用稳定器材。

传统的稳定器材主要有以下四种：1、机械式稳定装置（常规称谓：斯坦尼康稳定系统），它是根据机械重心的惯性稳定原理，通过低摩擦阻力的万向节实现拍摄负载的基本稳定，相关的专利有：CN201220417128.4、CN201230053857.1等，但是这种稳定装置通过钟摆效应的原理控制拍摄负载的平衡，在运动时起到一定的稳定作用，由于拍摄负载和配重之间存在固定比例，负载越大，整个稳定装置体积重量就越大，导致操控不灵活、使用空间有限制、快速运动急停惯性晃动大等缺点，在实际应用中，完全掌握斯坦尼康系统需要有具备较高的操作水平；2、一种主要用于空中航拍的稳定装置，它使用微机械传感器做反馈，通过微型计算机驱动电机实现稳定，相关的专利有：CN201010171360.X、CN201310097887.6，该稳定装置使用角速度传感器做反馈的开环控制方式，使用直流减速伺服电机或者航模舵机作为驱动元件，由于直流减速电机的齿轮箱正反转后存在间隙，存在控制精度较低、可靠性差、容易震动、寿命较低等缺陷，无法实现顺滑稳定的增稳控制；3、一种用于专业领域的高性能稳定装置，它使用高性能角速度传感器做反馈，通过微型计算机驱动力矩电机实现稳定，相关专利有：CN201110099579.8，这种稳定装置所使用的电机为空心环有刷力矩电机，外壳、电机和反馈元件体积重量都比较大，功耗巨大，仅能用于专业领域，难以被普通消费者所接受；4、一种航模空中拍摄应用的稳定云台，它使用惯性传感器检测负载的姿态信息，通过微型计算机处理后通过电机直接驱动负载运动实现稳定，相关专利有：CN201110380351.6，但是这种稳定装置不足之处在于使用直流无刷电机作为直接驱动的元件，一方面由于其电机长度远大于其直径，不适用于低速旋转而驱动力矩较大的稳定云台领域，另一方面直流无刷电机的在换向时造成驱动力矩突变，对稳定精度有影响，该稳定云台使用直流无刷电机作为驱动装置，这种电机根据霍尔信号而改变电枢供电极性实现电子换向，但是在换向时会带来较大的力矩波动，无法满足高性能、高精度的稳定应用。该发明仅使用姿态信息作为反馈控制量，控制采集无任何其他辅助信息，这在控制原理上存在较大的问题，会导致控制滞后和控制精度较低，在机械结构方面，该稳定云台存在结构不紧凑、抗震性能差、便携性差、可靠性低、不能通圈旋转等缺点。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种拍摄设备稳定器，不仅稳定性能优良，而且结构简单，便携性好。

其技术方案如下：

一种拍摄设备稳定器，包括分别由三相无刷交流电机一驱动的第一旋转轴、由三相无刷交流电机二驱动的第二旋转轴、安装在三相无刷交流电机一上的第一磁旋转编码器、安装在三相无刷交流电机二上的第二磁旋转编码器、惯性传感器、固定件、主控器，所述三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、惯性传感器、第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器分别与主控器电性连接，所述惯性传感器安装在固定件上，第一旋转轴与第二旋转轴的轴心线垂直相交，所述固定件与第一旋转轴连接，三相无刷交流电机一通过折弯件与第二旋转轴连接。

优选的，所述固定件包括支撑板、第一夹持件、第二夹持件，所述支撑板相对的两侧上设有卡座，所述第一夹持件与第二夹持件上均设有卡轴，所述卡轴上套有扭力弹簧，第一夹持件与第二夹持件通过卡轴与卡座配合可旋转地安装在支撑板上，所述支撑板与第一旋转轴连接。

优选的，所述第一夹持件、第二夹持件的夹持面呈内凹的折线状，且第一夹持件、第二夹持件的夹持面结构对称。

优选的，所述固定件包括承托板、连接板、卡位件，所述连接板包括相互垂直设置的连接部与安装部，所述连接部通过第一丝杆螺母机构与第一旋转轴连接，所述安装部通过第二丝杆螺母机构与承托板连接，所述卡位件设置在承托板侧边上。

优选的，三相无刷交流电机二远离第二旋转轴的一面设有显示器，所述显示器用于与拍摄设备电性连接。

优选的，第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器均包括圆形磁钢、编码器芯片，所述圆形磁钢安装在第一旋转轴、第二旋转轴上，所述编码器芯片正对圆形磁钢设置，且编码器芯片与主控器电性连接。

优选的，所述的拍摄设备稳定器还包括万向手柄，所述三相无刷交流电机二与万向手柄连接，所述主控器设置在万向手柄内，万向手柄上设有电源开关、旋转轴调节杆，所述电源开关、旋转轴调节杆分别与主控器电性连接。

优选的，所述的拍摄设备稳定器还包括由三相无刷交流电机三驱动的第三旋转轴、连接杆、操作手柄以及与主控器电性连接的地磁传感器和第三磁旋转编码器，所述地磁传感器安装在固定件上，所述第三磁旋转编码器安装在三相无刷交流电机三上，所述三相无刷交流电机三与操作手柄连接，所述第三旋转轴通过连接杆与三相无刷交流电机二连接，第三旋转轴的轴心线分别与第一旋转轴、第二旋转轴的轴心线垂直相交。

优选的，所述第三磁旋转编码器包括圆形磁钢、编码器芯片，所述圆形磁钢安装在第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴上，所述编码器芯片正对圆形磁钢设置，且编码器芯片与主控器电性连接。

优选的，所述第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴均为空心结构，其内设有集电环。。

优选的，所述三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三均为扁平圆柱状的盘式外形结构。

本发明还提供了一种两轴的拍摄设备稳定器，其技术方案如下：

一种拍摄设备稳定器的控制方法，包括如下步骤：

惯性传感器检测空间三轴的实时角速度、加速度，并传送给主控器；

主控器根据惯性传感器传送的数据预算出第一旋转轴、第二旋转轴的运动趋势，并输出控制指令给三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二调整第一旋转轴、第二旋转轴的位置；

第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器检测三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二的旋转信息并传送给主控制器，主控根据旋转信息解算出三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二运动的绝对位置，发出控制指令给三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二，三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二根据主控器的控制指令控制第一旋转轴、第二旋转轴旋转到最初设定位置。

本发明还提供了一种三轴的拍摄设备稳定器，其技术方案如下：

一种拍摄设备稳定器的控制方法，包括如下步骤：

惯性传感器检测空间三轴的实时角速度、加速度，并传送给主控器，地磁传感器检测空间三轴的地磁场强度，并传送给主控器；

主控器根据惯性传感器与地磁传感器传送的数据预算出第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴的方向角度和运动趋势，并输出控制指令给三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三，三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三根据主控器的控制指令调整第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴的位置；

第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器、第三磁旋转编码器检测三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三的旋转信息并传送给主控制器，主控根据旋转信息解算出三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三运动的绝对位置，发出控制指令给三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二，三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二根据主控器的控制指令控制第一旋转轴、第二旋转轴、第二旋转轴旋转到最初设定位置。

进一步，上述步骤中，主控器预算出第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴方向角度和运动趋势，并输出控制指令给三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三，包括如下步骤：

主控器实时读取惯性传感器与地磁传感器的数据并解算出第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴的当前姿态；

主控制器以空间三轴的角速度为反馈量，以解算出的第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴的当前姿态角度为补偿量，计算得出各控制增量；

主控器将各控制增量累加到对三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三的驱动目标量中，并根据驱动目标量分配占空比为三相正弦波的脉宽调制脉冲到三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三中。

优选的，所述脉宽调制脉冲的频率为16KHZ/s～22KHZ/s。

进一步，上述步骤中，第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器、第三磁旋转编码器检测三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三的旋转信息并传送给主控制器，包括如下步骤：

各个圆形磁钢随三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三旋转形成旋转磁场，各个编码器芯片检测该旋转磁场并输出两路正交的弦波信号给主控器，主控器根据编码器芯片的数据解算出三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三运动的绝对位置。

优选的，上述步骤中，主控器采集惯性传感器、磁旋转编码器的数据的频率为1300次/秒～1600次/秒。

下面对前述技术方案的优点或原理进行说明：

1、上述拍摄设备稳定器，通过将第一旋转轴与第二旋转轴的轴心线垂直相交，固定件与第一旋转轴连接，三相无刷交流电机一通过折弯件与第二旋转轴连接，将拍摄设备安装在固定件上，拍摄过程中，由惯性传感器检测空间三轴的实时角速度、加速度，由第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器获取三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二的旋转位置的数据，由高性能的主控器采集各数据并进行姿态解算和位置解算，输出三相交流正弦波形给三相无刷交流电机一驱动的第一旋转轴、三相无刷交流电机二驱动的第二旋转轴对拍摄设备进行运动补偿，使拍摄设备能保持时刻姿态的稳定，所述拍摄设备稳定器结构简单，小巧轻便，便于携带，适用于不同的运动方式和载体如步行、骑行、手持、车载、船载、机载等，所述拍摄设备包括了智能手机拍摄设备、微型摄像拍摄设备、卡片式拍摄设备、微型单镜头拍摄设备、单镜头反光拍摄设备、专业数码摄录设备、专业数码电影拍摄设备，专业胶片电影拍摄设备等。

2、上述拍摄设备稳定器的控制方法为两轴的稳定器的控制方法，具有两个控制环路，一是主控器根据惯性传感器传送的数据预算出第一旋转轴、第二旋转轴未来的运动趋势位置，并输出控制指令给三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二调整第一旋转轴、第二旋转轴的位置；二是第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器检测三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二的旋转信息并传送给主控制器，主控根据旋转信息解算出三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二运动的绝对位置，发出控制指令给三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二，三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二根据主控器的控制指令控制第一旋转轴、第二旋转轴旋转到最初设定位置，从而实现使安装在两轴的稳定器上的拍摄设备能保持稳定，使拍摄出的画面清晰、连续，不出现晃动等情况。

3、上述拍摄设备稳定器的另一控制方法为三轴的稳定器的控制方法，同样具有两个控制环路，一是主控器根据惯性传感器与地磁传感器传送的数据预算出第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴的方向角度和运动趋势，并输出控制指令给三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三，三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三根据主控器的控制指令调整第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴的位置；二是第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器、第三磁旋转编码器检测三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三的旋转信息并传送给主控制器，主控根据旋转信息解算出三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三运动的绝对位置，发出控制指令给三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二，三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二根据主控器的控制指令控制第一旋转轴、第二旋转轴、第二旋转轴旋转到最初设定位置；从而实现使安装在三轴的稳定器上的拍摄设备能保持稳定，使拍摄出的画面清晰、连续，不出现晃动等情况。

附图说明

图1为本发明实施例一所述的两轴的拍摄设备稳定器的结构示意图；

图2为本发明实施例二所述的两轴的拍摄设备稳定器的结构示意图；

图3为本发明实施例三所述的两轴的拍摄设备稳定器的结构示意图；

图4为本发明实施例四所述的三轴的拍摄设备稳定器的结构示意图；

图5为本发明实施例五所述的三轴的拍摄设备稳定器的结构示意图；

图6为本发明实施例六所述的二轴的拍摄设备稳定器的控制方法的流程图；

图7为本发明实施例七所述的三轴的拍摄设备稳定器的控制方法的流程图；

图8为本发明实施例七所述的三轴的拍摄设备稳定器的控制方法的原理图；

附图标记说明：

1、三相无刷交流电机一，2、三相无刷交流电机二，3、三相无刷交流电机三，4、第一旋转轴，5、第二旋转轴，6、第三旋转轴，7、固定件，711、支撑板，712、第一夹持件，713、第二夹持件，721、承托板，722、连接板，723、卡位件，8、折弯件，9、万向手柄，10、显示器，11、连接杆，12、操作手柄。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

实施例一

如图1所示，一种拍摄设备稳定器，包括分别由三相无刷交流电机一1驱动的第一旋转轴4、由三相无刷交流电机二2驱动的第二旋转轴5、安装在三相无刷交流电机一1上的第一磁旋转编码器、安装在三相无刷交流电机二2上的第二磁旋转编码器、惯性传感器、固定件7、主控器，所述三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、惯性传感器、第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器分别与主控器电性连接，所述惯性传感器安装在固定件7上，第一旋转轴4与第二旋转轴5的轴心线垂直相交，所述固定件7与第一旋转轴4连接，三相无刷交流电机一1通过折弯件8与第二旋转轴5连接。

上述拍摄设备稳定器，通过将第一旋转轴4与第二旋转轴5的轴心线垂直相交，固定件7与第一旋转轴4连接，三相无刷交流电机一1通过折弯件8与第二旋转轴5连接，将拍摄设备安装在固定件7上，拍摄过程中，由惯性传感器检测空间三轴（是指以惯性传感器为坐标原点的空间X、Y、Z三轴）的实时角速度、加速度数据，由第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器获取三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2的旋转位置的数据，由高性能的主控器采集各数据并进行姿态解算和位置解算，输出三相交流正弦波形驱动三相无刷交流电机一1驱动的第一旋转轴4、三相无刷交流电机二2驱动的第二旋转轴5对拍摄设备进行运动补偿，使拍摄设备能保持时刻姿态的稳定，所述拍摄设备稳定器结构简单，小巧轻便，便于携带，适用于不同的运动方式和载体如步行、骑行、手持、车载、船载、机载等，所述拍摄设备包括了智能手机拍摄设备、微型摄像拍摄设备、卡片式拍摄设备、微型单镜头拍摄设备、单镜头反光拍摄设备、专业数码摄录设备、专业数码电影拍摄设备，专业胶片电影拍摄设备等。设置第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器避免了缺少电机角度反馈环带来的力矩异常和抖动现象，提高了稳定器的可靠性和稳定性，且使稳定器能随着外部扰动的大小自动调整电机的驱动电流，当外部晃动较小时功耗很低，当遇到较大干扰时能够立即提高力矩，实现了低功耗与高稳定性的统一，且能够使三相无刷交流电机一1、二工作在位置伺服模式，为用户提供更加人性化的操作体验，譬如将某个旋转轴的角度锁定使之能够随外部的运动而运动。

本实施例所述固定件7包括支撑板711、第一夹持件712、第二夹持件713，所述支撑板711相对的两侧上设有卡座，所述第一夹持件712与第二夹持件713上均设有卡轴，所述卡轴上套有扭力弹簧，第一夹持件712与第二夹持件713通过卡轴与卡座配合可旋转地安装在支撑板711上，所述支撑板711与第一旋转轴4连接。通过第一夹持件712、第二夹持件713配合，使拍摄设备相对支撑板711保持固定，且在扭力弹簧、卡轴、卡座的作用下，第一夹持件712、第二夹持件713之间可根据不同尺寸的拍摄设备调节成不同宽度，使固定件7适用于不同尺寸的拍摄设备。

所述第一夹持件712、第二夹持件713的夹持面呈内凹的折线状，且第一夹持件712、第二夹持件713的夹持面结构对称。通过将第一夹持件712、第二夹持件713的夹持面设置成相互对称的内凹折线状，使拍摄设备在第一夹持件712的夹持面与二夹持件的夹持面作用下能相对支撑板711固定成所需的不同角度，且在不同角度上都能保持稳定，不易从固定件7上滑出。

所述第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器包括圆形磁钢、编码器芯片，所述圆形磁钢安装在第一旋转轴4、第二旋转轴5后端，所述编码器芯片正对圆形磁钢设置，且编码器芯片与主控器电性连接。圆形磁钢随着输出轴旋转形成旋转磁场，编码器芯片检测该旋转磁场并输出两路正交的弦波信号给主控器，主控器根据编码器芯片的数据解算出三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2运动的绝对位置，避免三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2发生驱动相位超限、力矩反转、装置震荡的现象，提高三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2的控制精度和抗干扰性，同时能够优化保持力矩与功耗之间的矛盾，还可以单独使用第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器获得的三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2的运动数据作为反馈量实现对三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2角度锁定功能。

所述的拍摄设备稳定器还包括万向手柄9，所述三相无刷交流电机二2与万向手柄9连接，所述主控器设置在万向手柄9内，万向手柄9上设有电源开关、旋转轴调节杆，所述电源开关、旋转轴调节杆分别与主控器电性连接。开启万向手柄9上的电源开关，调节旋转轴调节杆控制第一旋转轴4、第二旋转轴5旋转，使安装在固定件7上的拍摄设备处于最佳的拍摄角度，该最佳的拍摄角度即为拍摄设备在稳定器上的初始位置，移动万向手柄9，主控器控制三相无刷交流电机一1驱动第一旋转轴4，控制三相无刷交流电机二2驱动第二旋转轴5，使固定件7上的拍摄设备能一直保持初始位置。

实施例二

如图2所示，本实施例与实施例一不同之处在于，所述固定件7包括承托板721、连接板722、卡位件723，所述连接板722包括相互垂直设置的连接部与安装部，所述连接部通过第一丝杆螺母机构与第一旋转轴4连接，所述安装部通过第二丝杆螺母机构与承托板721连接，所述卡位件723设置在承托板721侧边上。

通过设置包括承托板721、连接板722、卡位件723的固定件7，将拍摄设备安装在承托板721上，通过设置在承托板721侧边的卡位件723使拍摄设备相对承托板721固定，通过第一丝杆螺母机构、第二丝杆螺母机构调节承托板721的位置，从而调节安装在承托板721上的拍摄设备的重心，使拍摄设备的重心与第一旋转轴4与第二旋转轴5的轴心线相交点重合，从而进一步提高稳定器的稳定性能。

实施例三

如图3所示，本实施例与实施例一不同之处在于，三相无刷交流电机二2远离第二旋转轴5的一面设有显示器10，所述显示器10用于与拍摄设备电性连接。

通过在三相无刷交流电机二2远离第二旋转轴5的一面设置用于与拍摄设备电性连接的显示器10，通过显示屏方便使用者在拍摄过程中观看拍摄效果。

实施例四

如图4所示，本实施例与实施例一不同之处在于，所述拍摄设备稳定器不设置万向手柄9，但是还包括由三相无刷交流电机三3驱动的第三旋转轴6、连接杆11、操作手柄12以及与主控器电性连接的地磁传感器和第三磁旋转编码器，所述地磁传感器安装在固定件7上，所述第三磁旋转编码器安装在三相无刷交流电机三3上，所述三相无刷交流电机三3与操作手柄12连接，所述第三旋转轴6通过连接杆11与三相无刷交流电机二2连接，第三旋转轴6的轴心线分别与第一旋转轴4、第二旋转轴5的轴心线垂直相交。

设置第三旋转轴6与地磁传感器，从而实现对拍摄设备方向的控制，地磁传感器实时检测空间三轴（是指以地磁传感器为坐标原点的空间X、Y、Z三轴）的地磁场强度，并传送给主控器，主控器根据惯性传感器与地磁传感器传送的数据预算出第一旋转轴4、第二旋转轴5、第三旋转轴6的方向角度和运动趋势，并输出控制指令给三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3，三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3根据主控器的控制指令调整第一旋转轴4、第二旋转轴5、第三旋转轴6的位置。本实施例中第一旋转轴4为俯仰轴，第二旋转轴5为横滚轴，第三旋转轴6为方向轴。

所述第三磁旋转编码器包括圆形磁钢、编码器芯片，所述圆形磁钢安装在第一旋转轴4、第二旋转轴5、第三旋转轴6的后端，所述编码器芯片正对圆形磁钢设置，且编码器芯片与主控器电性连接。

所述第一旋转轴4、第二旋转轴5、第三旋转轴6均为空心结构，其内设有集电环。通过将第一旋转轴4、第二旋转轴5、第三旋转轴6设置为空心结构，便于电源线及控制线路等穿过，在各旋转轴内设置集电环，使稳定器的电源线及控制线路实现多圈旋转无缠绕的功能。

所述三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3均为扁平圆柱状的盘式外形结构。将三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3设置为扁平圆柱状的盘式外形结构，适用于低速下大力矩输出，其不同于传统的长圆柱形无刷电机的，只适用于高速旋转。

实施例五

如图5所示，本实施例与实施例四不同之处在于，操作手柄12上设有显示器10，所述显示器10用于与拍摄设备电性连接。

实施例六

如图6所示，一种拍摄设备稳定器的控制方法，包括如下步骤：

S110：惯性传感器检测空间三轴的实时角速度、加速度，并传送给主控器；

S120：主控器根据惯性传感器传送的数据预算出第一旋转轴4、第二旋转轴5的运动趋势，并输出控制指令给三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2调整第一旋转轴4、第二旋转轴5的位置；

S130：第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器检测三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2的旋转信息并传送给主控制器，主控根据旋转信息解算出三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2运动的绝对位置，发出控制指令给三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2，三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2根据主控器的控制指令控制第一旋转轴4、第二旋转轴5旋转到最初设定位置。

本实施例所述拍摄设备稳定器的控制方法为如实施例一、二、三两轴的稳定器的控制方法，具有两个控制环路，一是主控器根据惯性传感器传送的数据预算出第一旋转轴4、第二旋转轴5未来的运动趋势位置，并输出控制指令给三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2调整第一旋转轴4、第二旋转轴5的位置；二是第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器检测三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2的旋转信息并传送给主控制器，主控根据旋转信息解算出三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2运动的绝对位置，发出控制指令给三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2，三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2根据主控器的控制指令控制第一旋转轴4、第二旋转轴5旋转到最初设定位置，从而实现使安装在两轴的稳定器上的拍摄设备能保持稳定，使拍摄出的画面清晰、连续，不出现晃动等情况。

实施例7

如图7所示，一种拍摄设备稳定器的控制方法，包括如下步骤：

S210：惯性传感器检测空间三轴的实时角速度、加速度，并传送给主控器，地磁传感器检测空间三轴的地磁场强度，并传送给主控器；

S220：主控器根据惯性传感器与地磁传感器传送的数据预算出第一旋转轴4、第二旋转轴5、第三旋转轴6的方向角度和运动趋势，并输出控制指令给三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3，三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3根据主控器的控制指令调整第一旋转轴4、第二旋转轴5、第三旋转轴6的位置；

S230：第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器、第三磁旋转编码器检测三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3的旋转信息并传送给主控制器，主控根据旋转信息解算出三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3运动的绝对位置，发出控制指令给三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2，三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2根据主控器的控制指令控制第一旋转轴4、第二旋转轴5、第二旋转轴5旋转到最初设定位置。

本实施例所述拍摄设备稳定器的另一控制方法为如实施例四、五所述的三轴的稳定器的控制方法，同样具有两个控制环路，一是主控器根据惯性传感器与地磁传感器传送的数据预算出第一旋转轴4、第二旋转轴5、第三旋转轴6的方向角度和运动趋势，并输出控制指令给三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3，三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3根据主控器的控制指令调整第一旋转轴4、第二旋转轴5、第三旋转轴6的位置；二是第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器、第三磁旋转编码器检测三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3的旋转信息并传送给主控制器，主控根据旋转信息解算出三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3运动的绝对位置，发出控制指令给三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2，三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2根据主控器的控制指令控制第一旋转轴4、第二旋转轴5、第二旋转轴5旋转到最初设定位置；从而实现使安装在三轴的稳定器上的拍摄设备能保持稳定，使拍摄出的画面清晰、连续，不出现晃动等情况。

上述步骤中，主控器预算第一旋转轴4、第二旋转轴5、第三旋转轴6的方向角度和运动趋势，并输出控制指令给三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3，包括如下步骤：

主控器实时读取惯性传感器与地磁传感器的数据并解算出第一旋转轴4、第二旋转轴5、第三旋转轴6的当前姿态；

主控制器以空间三轴（惯性传感器为坐标原点的空间X、Y、Z三轴）的角速度为反馈量，以解算出的第一旋转轴4、第二旋转轴5、第三旋转轴6的当前姿态角度为补偿量，计算得出各控制增量；

主控器将各控制增量累加到对三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3的驱动目标量中，并根据驱动目标量分配占空比为三相正弦波的脉宽调制脉冲到三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3中。

所述脉宽调制脉冲的频率为16KHZ/s～22KHZ/s，该频率下三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3运行平稳，且能实现对第一旋转轴4、第二旋转轴5、第三旋转轴6无机械间隙的直接驱动，在多个轴向实现拍摄设备的顺滑稳定的运动补偿。

上述步骤中，第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器、第三磁旋转编码器检测三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3的旋转信息并传送给主控制器，包括如下步骤：

各个圆形磁钢随三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3旋转形成旋转磁场，各个编码器芯片检测该旋转磁场并输出两路正交的弦波信号给主控器，主控器根据编码器芯片的数据解算出三相无刷交流电机一1、三相无刷交流电机二2、三相无刷交流电机三3运动的绝对位置。

上述步骤中，主控器采集惯性传感器、磁旋转编码器的数据的频率为1300次/秒～1600次/秒，实现对第一旋转轴4、第二旋转轴5、第三旋转轴6运动的精确控制，从而使拍摄设备能保持稳定。

如图8所示，为本实施例所述的三轴的拍摄设备稳定器的控制方法的原理图图，由图可知，第一控制环路：主控器实时读取惯性传感器和地磁传感器的数据并通过四元数法解算出各旋转轴的当前姿态，惯性传感器输出的数据包括以惯性传感器为坐标原点的空间空间三轴X、Y、Z的角速度和加速度，地磁传感器输出的数据为以地磁传感器为坐标原点的空间空间三轴X、Y、Z的地磁场强度，然后以惯性传感器为坐标原点的空间空间三轴X、Y、Z的角速度为反馈量，以解算出的第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴的当前姿态角度为补偿量，通过反馈控制算法计算获得各控制增量，反馈控制以公知的PID控制算法为基础，通过跟踪微分器（TD）获取高质量的微分信号，并对积分项进行抗饱和处理，有效的加快响应速度、提高控制精度、降低震荡；在“三相正弦波形分配”中将控制增量累加到驱动目标量，并根据驱动目标量分配三相正弦波的相应相位数据，以PWM方式将三相驱动数据输出到三相无刷交流电机驱动芯片，放大后的PWM驱动波形在三相无刷交流电机绕组中形成旋转矢量，输出相应力矩推动负载如拍摄设备；同时，第二控制环路：与各旋转轴固连的圆形磁钢随着电机旋转形成旋转磁场，该磁场通过编码器芯片输出双路正交的弦波信号，主控器实时读取各磁旋转编码器的数据并解算出各三相无刷交流电机的角度以及当前磁场相位，主控器根据当前磁场相位调整输出三相正弦波的相位，根据控制增量调整输出三相正弦波的幅值，使拍摄设备的姿态稳定；该原理也适用于两轴的稳定器，与三轴不同的是两轴的稳定器的控制方法中无地磁传感器地磁传感器检测空间三轴的地磁场强度。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种拍摄设备稳定器，其特征在于，包括分别由三相无刷交流电机一驱动的第一旋转轴、由三相无刷交流电机二驱动的第二旋转轴、安装在三相无刷交流电机一上的第一磁旋转编码器、安装在三相无刷交流电机二上的第二磁旋转编码器、惯性传感器、固定件、主控器，所述三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、惯性传感器、第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器分别与主控器电性连接，所述惯性传感器安装在固定件上，第一旋转轴与第二旋转轴的轴心线垂直相交，所述固定件与第一旋转轴连接，三相无刷交流电机一通过折弯件与第二旋转轴连接；所述拍摄设备稳定器还包括由三相无刷交流电机三驱动的第三旋转轴、连接杆、操作手柄以及与主控器电性连接的地磁传感器和第三磁旋转编码器，所述地磁传感器安装在固定件上，所述第三磁旋转编码器安装在三相无刷交流电机三上，所述三相无刷交流电机三与操作手柄连接，所述第三旋转轴通过连接杆与三相无刷交流电机二连接，第三旋转轴的轴心线分别与第一旋转轴、第二旋转轴的轴心线垂直相交；所述第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器均包括圆形磁钢、编码器芯片，所述圆形磁钢安装在第一旋转轴、第二旋转轴后端，所述编码器芯片正对圆形磁钢设置，且编码器芯片与主控器电性连接。

2.根据权利要求1所述的拍摄设备稳定器，其特征在于，所述固定件包括支撑板、第一夹持件、第二夹持件，所述支撑板相对的两侧上设有卡座，所述第一夹持件与第二夹持件上均设有卡轴，所述卡轴上套有扭力弹簧，第一夹持件与第二夹持件通过卡轴与卡座配合可旋转地安装在支撑板上，所述支撑板与第一旋转轴连接。

3.根据权利要求2所述的拍摄设备稳定器，其特征在于，所述第一夹持件、第二夹持件的夹持面呈内凹的折线状，且第一夹持件、第二夹持件的夹持面结构对称。

4.根据权利要求1所述的拍摄设备稳定器，其特征在于，所述固定件包括承托板、连接板、卡位件，所述连接板包括相互垂直设置的连接部与安装部，所述连接部通过第一丝杆螺母机构与第一旋转轴连接，所述安装部通过第二丝杆螺母机构与承托板连接，所述卡位件设置在承托板侧边上。

5.根据权利要求1所述的拍摄设备稳定器，其特征在于，三相无刷交流电机二远离第二旋转轴的一面设有显示器，所述显示器用于与拍摄设备电性连接。

6.根据权利要求1所述的拍摄设备稳定器，其特征在于，所述操作手柄上设有显示器，所述显示器用于与拍摄设备电性连接。

7.根据权利要求1所述的拍摄设备稳定器，其特征在于，所述第三磁旋转编码器包括圆形磁钢、编码器芯片，所述圆形磁钢安装在第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴上，所述编码器芯片正对圆形磁钢设置，且编码器芯片与主控器电性连接。

8.根据权利要求7所述的拍摄设备稳定器，其特征在于，所述第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴均为空心结构，其内设有集电环。

9.根据权利要求7所述的拍摄设备稳定器，其特征在于，所述三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三均为扁平圆柱状的盘式外形结构。

10.一种如权利要求1～6任一项所述的拍摄设备稳定器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

主控器根据惯性传感器与地磁传感器传送的数据预算出第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴方向角度和运动趋势，并输出控制指令给三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三，三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三根据主控器的控制指令调整第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴的位置；

11.根据权利要求10所述的拍摄设备稳定器的控制方法，其特征在于，上述步骤中，主控器预算出第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴的方向角度和运动趋势，并输出控制指令给三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三包括如下步骤：

12.根据权利要求11所述的拍摄设备稳定器的控制方法，其特征在于，所述脉宽调制脉冲的频率为16KHZ/s～22KHZ/s。

13.一种如权利要求7～9任一项所述的拍摄设备稳定器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

14.根据权利要求13所述的拍摄设备稳定器的控制方法，其特征在于，上述步骤中，主控器预算出第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴的方向角度和运动趋势，并输出控制指令给三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三包括如下步骤：

15.根据权利要求14所述的拍摄设备稳定器的控制方法，其特征在于，所述脉宽调制脉冲的频率为16KHZ/s～22KHZ/s。

16.根据权利要求15所述的拍摄设备稳定器的控制方法，其特征在于，上述步骤中，第一磁旋转编码器、第二磁旋转编码器、第三磁旋转编码器检测三相无刷交流电机一、三相无刷交流电机二、三相无刷交流电机三的旋转信息并传送给主控制器，包括如下步骤：

17.根据权利要求16所述的拍摄设备稳定器的控制方法，其特征在于，上述步骤中，主控器采集惯性传感器、磁旋转编码器的数据的频率为1300次/秒～1600次/秒。