CN104049441A - 摄像机稳定平衡装置及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摄像机稳定平衡装置及其控制系统，包括主板舱、支撑座、横臂、第一门型支撑架和第二门型支撑架，支撑座的末端活动安装在主板舱的顶端，支撑座的前端朝向主板舱的正面方向，且与主板舱垂直形成“7”字形结构；支撑座的上端面活动设有安装座，安装座可相对于支撑座做360°圆周运动；横臂固定安装在安装座的上端面，且与安装座形成一个整体；在横臂的两端各设有向下垂直的手柄，横臂上设有控制器。第一门型支撑架包括一个横滚臂和两个支撑臂，第二门型支撑架包括两根碳管和两个摆动臂，主板舱背面设有电源控制器，正面设有电机，第一门型支撑架的横滚臂通过电机活动安装在主板舱上；在安装座、横臂、主板舱和碳管上分别设有传感器。

Description

摄像机稳定平衡装置及其控制系统

技术领域

本发明涉及摄影摄像辅助器材领域，具体来讲是一种基于电子陀螺仪的手持摄影摄像稳定装置和控制系统。 

背景技术

在摄像、照相领域，手持摄像机在拍摄过程中，存在着高频振动和低频抖动，这样就需要配置稳定器自平衡云台来搭载摄像机以实现稳定拍摄。稳定器自平衡云台大多是通过电子识别并检测摄像机或照相机的姿态变化，从而控制电机反向补偿的方式来实现摄像机或照相机的稳定。 

现有技术中大多数云台采用机械的齿轮驱动达到调整相机或摄像机转动的目的，但是存在着以下缺陷： 

1、齿轮传动存在着滞后性且设备较重； 

2、稳定效果不佳，操作便捷性不好，当摄影师使用稳定器时想去对摄像机进行操作会出现摄像机晃动造成的不平衡，无法满足摄影师的要求。 

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种携带方便、操作简单、灵活，同时，可以在摄影师不用触碰摄像机的前提下 完成相关操作，从而保证了摄影的质量以及提高了摄影师的易用性。 

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种摄像机稳定平衡装置，包括主板舱、支撑座、横臂、第一门型支撑架和第二门型支撑架，所述支撑座的末端活动安装在主板舱的顶端，支撑座的前端朝向主板舱的正面方向，且与主板舱垂直形成“7”字形结构；所述支撑座的上端面活动设有安装座，所述安装座可相对于支撑座做360°圆周运动；所述横臂固定安装在安装座的上端面，且与安装座形成一个整体；在所述横臂的两端各设有向下垂直的手柄，所述横臂上设有控制器。 

第一门型支撑架包括一个横滚臂和两个支撑臂，所述两个支撑臂的末端分别安装在横滚臂的两端；第二门型支撑架包括两根碳管和两个摆动臂，所述两根碳管水平设置且相互平行，两个摆动臂分别安装在两根碳管的两端；所述两个摆动臂的开口端分别与两个支撑臂的前端活动连接；所述两根碳管上固定安装有云台。 

所述主板舱背面设有电源控制器，正面设有电机，第一门型支撑架的横滚臂通过电机活动安装在主板舱上；在所述安装座、横臂、主板舱和碳管上分别设有传感器。 

在上述技术方案的基础上，其中一个摆动臂的开口端与其中一个支撑臂的前端通过电机活动连接，另一个摆动臂的开口端与另一个支撑臂的前端通过轴承活动连接。 

在上述技术方案的基础上，所述支撑座为长方体结构，在支撑座的两侧边分别沿轴向设有滑道，所述支撑座与主板舱之间通过滑道活动连接，所述主板舱能沿着滑道在所述支撑座上运动；在所述支撑座的末端设有限位防脱落装置；所述主板舱上还设有开关和运行指示 灯，用于控制所述电源控制器。 

在上述技术方案的基础上，所述安装座的末端垂直向上折叠形成“L”形结构，且“L”形结构的长边设有提手。 

在上述技术方案的基础上，所述控制器上设有录制按钮、方向控制按钮、变焦控制按钮、跟焦控制按钮和操作状态指示灯。 

在上述技术方案的基础上，在所述横臂上设有显示屏，所述摆动臂上设有刻度。 

在上述技术方案的基础上，在所述主板舱、摆动臂和云台上均分别设有可调位把手。 

在上述技术方案的基础上，所述电机为无刷电机，所述控制器为无线控制器。 

在上述技术方案的基础上，所述主板舱、摆动臂、安装座和支撑座为铝合金材质。 

本发明还提供一种摄像机稳定平衡装置的控制系统，其特征在于：包括执行系统、操作系统和数据采集系统， 

所述操作系统包括： 

一无线传输模块，用于操作主板主芯片和主控制板主芯片的数据通信；可以及时将信息无线传输和反馈至操作板主芯片，再由操作板主芯片将信息反馈到外部的显示器上； 

一录像模块，接收录像指令，通过无线传输模块，控制实施摄像机录制功能； 

一跟焦模块，接收跟焦指令，通过无线传输模块，控制摄像机跟焦； 

一变焦模块，接收变焦命令，通过无线传输模块，控制摄像机变 焦； 

一云台操作模块，接收指令，通过无线传输模块，控制云台的方向，即控制云台的俯仰角度、左右旋转运动和倾斜角度； 

一应用场景设定模块，用于设定当前的应用场景； 

一操作板主芯片，用于检测操作系统中的各个模块状态，将相对应的数据进行处理后，通过无线传输模块发送到执行系统中的执行主芯片； 

一电源模块，用于给操作系统供电，控制主电源输出高精度稳定电压。 

所述执行系统包括： 

一主控制芯片，根据操作系统中无线传输模块发送来的数据生成相应的指令，直接控制执行系统中的跟焦模块、变焦模块、录像模块和云台操作模块； 

一主电源管理模块，该模块由主控制芯片控制，主控制芯片根据客户预先设定的应用场景，控制主电源输出高精度稳定电压，保证电机的高精度控制及能效的合理利用； 

一无线传输模块，用于与操作系统中的无线传输模块相互传输信息并将信息及时发送给主控制芯片； 

一电机控制芯片，用于分别控制摄像机稳定平衡装置中的无刷电机； 

一应用场景执行模块，用于执行选定的模块； 

一云台控制芯片，通过检测制摄像机稳定平衡装置中不同位置的传感器数据来控制不同的电机，从而实现相机的稳定性。 

所述数据采集模块包括： 

一传感器模块，通过感受摄像机的偏离角度，将信息发送到主控芯片，主控制芯片完成运算，再将执行信息传给电机，由电机执行相应的操作。 

本发明的有益效果在于： 

1、本发明所述摄像机稳定平衡装置中，支撑座的末端活动安装在主板舱的顶端，支撑座的前端朝向主板舱的正面方向，且与主板舱垂直形成“7”字形结构，支撑座的上端面活动设有安装座，安装座可相对于支撑座做360°圆周运动，横臂固定安装在安装座的上端面，且与安装座形成一个整体，在横臂的两端各设有向下垂直的手柄，这样，在使用时，摄像师将摄像机固定在云台上后，只需用手握住手柄即可操作且携带方便、操作简单、灵活，能使摄像机放置后保持稳定。 

两个支撑臂的末端分别安装在横滚臂的两端；两根碳管水平设置且相互平行，两个摆动臂分别安装在两根碳管的两端；两个摆动臂的开口端分别与两个支撑臂的前端活动连接；所述两根碳管上固定安装有云台，摄像机放置在云台上，碳管可以在摆动臂上调整位置，操作方便。 

2、在支撑座的两侧边分别沿轴向设有滑道，支撑座与主板舱之间通过滑道活动连接，所述主板舱能沿着滑道在所述支撑座上运动，这样在调整摄像机的重心时更加方便。 

3、在支撑座的末端设有限位防脱落装置；所述主板舱上还设有开关和运行指示灯，开关用于控制所述电源控制器，运行指示灯可以及时显示电源控制器中的电量，当电量不足时，指示灯会不断闪烁，提示摄影师要及时更换电源或者充电。 

4、安装座的末端垂直向上折叠形成“L”形结构，且“L”形结构的长边设有提手，在摄像师使用时，可以合理的选择是握住手柄 还是提着提手，让本发明使用时更加多样化。 

5、控制器上设有录制按钮、方向控制按钮、变焦控制按钮、跟焦控制按钮和操作状态指示灯，通过人性化设置的指示灯，让摄影师清楚的明白自己的操作步骤。 

6、在横臂上设有显示屏，摆动臂上设有刻度，设置刻度后，在调节碳管上下高度时，可以通过刻度保持碳管的水平平衡。 

7、在主板舱、摆动臂和云台上均分别设有可调位把手。 

8、电机设为无刷电机，无刷电机直接驱动各个臂，能达到驱动速度的快速响应和无死区控制，这样更能体现本装置在操作中更加灵活且反应迅速。 

9、控制器设为无线控制器，这样可以避免在连接的时候产生很多的电线，能减少因布线不当导致的错误，使整机看起来更加美观，整洁。 

10、本发明提供的一种摄像机稳定平衡装置的控制系统，包括执行系统、操作系统和数据采集系统， 

①采用无线传输模块，摄影师不必接触摄像机，直接用手指对控制器进行操作，避免了摄影师在拍摄过程中因为不断的去触碰摄像机导致失去平衡或因按错键而没有进行正常的录制操作； 

②横臂上设置的无线控制器体积小，便捷灵活可用，可直接安装在手柄上使用，也可外挂在其他设备上，摄影师可以轻松完成相应操作，使用起来简单方便； 

③能直接通过手柄上的无线控制器控制摄像机的跟焦、变焦和录像，避免了因摄影师操作产生的摄像机晃动不稳定的情况； 

11、电源控制器能根据摄像师的需要，改变电机的电压，在不同的电压下会有不同的驱动力。精确的电压能很好的控制电机的驱动力，从而保证各个系统的控制精度，也可省电。 

12、本发明所述摄像机稳定平衡装置的结构设计新颖、美观、简洁大方。 

13、本发明所述摄像机稳定平衡装置在外形上使用铝合金材质，大大减少了装配的时间，也使得整个装置的走线更加隐蔽，外观更加大气，避免了在操作的时候因操作不当带来的导线断裂等问题。 

附图说明

图1为本发明摄像机稳定平衡装置的第一立体结构示意图； 

图2为本发明摄像机稳定平衡装置的第二立体结构示意图； 

图3为本发明摄像机稳定平衡控制系统框图。 

附图标记： 

1表示主板舱；11表示电源控制器； 

2表示支撑座；21表示滑道；22表示限位防脱落装置； 

3表示横臂；31表示手柄；32表示控制器； 

4表示安装座；41表示提手； 

5表示横滚臂；6表示支撑臂；7表示摆动臂；8表示碳管；9表示摄像机云台；10表示传感器。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。 

如图1、图2所示，本发明所述一种摄像机稳定平衡装置，包括主板舱、支撑座、横臂、第一门型支撑架和第二门型支撑架，主板舱为长方体结构，支撑座2的末端活动安装在主板舱1的顶端，支撑座2的前端朝向主板舱2的正面方向，且与主板舱2垂直形成“7”字形结构；支撑座2的上端面活动设有安装座4，安装座4可相对于支撑座2做360°圆周运动；横臂3固定安装在安装座4的上端面，且与安装座2形成一个整体；在横臂3的两端各设有向下垂直的手柄31，横臂3上设有控制器32。 

两个支撑臂6的末端分别安装在横滚臂5的两端；两根碳管8水平设置且相互平行，两个摆动臂7分别安装在两根碳管8的两端；其中一个摆动臂的开口端与其中一个支撑臂的前端通过电机活动连接，另一个摆动臂的开口端与另一个支撑臂的前端通过轴承活动连接。 

两根碳管8上固定安装有云台9，一个横滚臂5和两个支撑臂6组合形成第一门型支撑架，两根碳管8和两个摆动臂7组合形成第二门型支撑架。 

在主板舱1的背面设有电源控制器11，正面设有电机，第一门型支撑架的横滚臂5通过电机活动安装在主板舱上；在所述安装座、横臂、主板舱和碳管上分别设有传感器。 

为了在调整摄像机的重心时更加方便，优选地，所述支撑座为长方体结构，在支撑座的两侧边分别沿轴向设有滑道，所述支撑座与主板舱之间通过滑道活动连接，所述主板舱能沿着滑道在所述支撑座上运动； 

为了避免主板舱在支撑座上运动时，因意外造成的主板舱与支撑座的脱离，优选地，在所述支撑座的末端设有限位防脱落装置；所述 主板舱上还设有开关和运行指示灯，用于控制所述电源控制器。 

为了让摄像师在使用时，能可以合理的选择是握住手柄还是提着提手，让本发明使用时更加多样化，优选地，所述安装座的末端垂直向上折叠形成“L”形结构，且“L”形结构的长边设有提手。 

为了让摄影师清楚的知道自己的操作步骤，让本发明所述装置的设置更加人性化，优选地，所述控制器上设有录制按钮、方向控制按钮、变焦控制按钮、跟焦控制按钮和操作状态指示灯。 

为了在调节碳管上下高度时，可以通过摆动臂上的刻度将保持碳管两端处于水平平衡，优选地，在所述横臂上设有显示屏，所述摆动臂上设有刻度。 

为了方便了摄像师对主板舱、摆动臂和云台等的固定调节，优选地，在所述主板舱、摆动臂和云台上均分别设有可调位把手。 

为了让电机在工作时，能达到驱动速度的快速响应和无死区控制，优选地，所述电机为无刷电机，所述控制器为无线控制器。 

为了缩短本发明所述摄像机稳定平衡装置的装配时间，同时能让整个装置的走线更加隐蔽，外观更加大气，避免了在操作的时候因操作不当带来的导线断裂等缺陷，优选地，所述主板舱、摆动臂、安装座和支撑座为铝合金材质。 

如图3所示，本发明所述一种摄像机稳定平衡装置的控制系统，包括执行系统、操作系统和数据采集模块。 

所述操作系统包括： 

一无线传输模块，用于操作主板主芯片和主控制板主芯片的数据通信；可以及时将信息无线传输和反馈至操作板主芯片，再由操作板主芯片将信息反馈到外部的显示器上； 

一录像模块，接收录像指令，并用于控制实施摄像机录制功能； 

一跟焦模块，接收跟焦指令，控制摄像机跟焦； 

一变焦模块，接收变焦命令，控制摄像机完成变焦； 

一云台操作模块，接收指令，通过无线传输模块，控制云台的方向，即控制云台的俯仰角度、左右旋转运动和倾斜角度； 

一应用场景设定模块，用于设定当前的应用场景； 

一操作板主芯片，用于检测操作系统中的各个模块状态，将相对应的数据进行处理后，通过无线传输模块发送到执行系统中的执行主芯片； 

一电源模块，用于给操作系统供电，控制主电源输出高精度稳定电压。 

所述执行系统包括： 

一主控制芯片，根据操作系统中无线传输模块发送来的数据生成相应的指令，直接控制执行系统中的跟焦模块、变焦模块、录像模块和云台操作模块； 

一主电源管理模块，该模块由主控制芯片控制，主控制芯片根据客户预先设定的应用场景，控制主电源输出高精度稳定电压，保证电机的高精度控制及能效的合理利用； 

一无线传输模块，用于与操作系统中的无线传输模块相互传输信息并将信息及时发送给主控制芯片； 

一电机控制芯片，用于分别控制摄像机稳定平衡装置中的无刷电机； 

一应用场景执行模块，用于执行选定的场景模块； 

一云台控制芯片，通过检测制摄像机稳定平衡装置中不同位置的 传感器数据来控制不同的电机，从而实现相机的稳定性。 

所述数据采集模块包括： 

一传感器模块，通过感受测量摄像机的偏离角度，传感器感收到相机偏离平衡位置的角度后，将信息发送到主控芯片，主控制芯片完成运算，再将执行信息传给电机，由电机执行相应的操作，使摄像机保持平衡位置。 

操作方法及工作原理： 

将摄像机固定在云台上，通过可调位把手，调节摄像机的相应位置，大致使摄像机在装置上处于平衡位置，按下电源控制器的电源键开关，根据控制器上已设定的用户场景，自动完成摄像机的定点定位找正，提供给摄像机一个不受外界干扰的稳定平衡的装置。在拍摄过程中，通过直接用手指对控制器操作来完成摄像机所要执行的录制、跟焦、变焦、改变摄像机的俯仰角、倾斜角以及左右方向等操作。 

本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种摄像机稳定平衡装置，其特征在于：包括主板舱、支撑座、横臂、第一门型支撑架和第二门型支撑架，

所述支撑座的末端活动安装在主板舱的顶端，支撑座的前端朝向主板舱的正面方向，且与主板舱垂直形成“7”字形结构；所述支撑座的上端面活动设有安装座，所述安装座可相对于支撑座做360°圆周运动；

所述横臂固定安装在安装座的上端面，且与安装座形成一个整体；在所述横臂的两端各设有向下垂直的手柄，所述横臂上设有控制器；

第一门型支撑架包括一个横滚臂和两个支撑臂，所述两个支撑臂的末端分别安装在横滚臂的两端；

第二门型支撑架包括两根碳管和两个摆动臂，所述两根碳管水平设置且相互平行，两个摆动臂分别安装在两根碳管的两端；所述两个摆动臂的开口端分别与两个支撑臂的前端活动连接；所述两根碳管上固定安装有云台；

所述主板舱背面设有电源控制器，正面设有电机，第一门型支撑架的横滚臂通过电机活动安装在主板舱上；在所述安装座、横臂、主板舱和碳管上分别设有传感器。

2.如权利要求1所述的一种摄像机稳定平衡装置，其特征在于：其中一个摆动臂的开口端与其中一个支撑臂的前端通过电机活动连接，另一个摆动臂的开口端与另一个支撑臂的前端通过轴承活动连接。

3.如权利要求1所述的一种摄像机稳定平衡装置，其特征在于：所述支撑座为长方体结构，在支撑座的两侧边分别沿轴向设有滑道，所述支撑座与主板舱之间通过滑道活动连接，所述主板舱能沿着滑道在所述支撑座上运动；在所述支撑座的末端设有限位防脱落装置；所述主板舱上还设有开关和运行指示灯，用于控制所述电源控制器。

4.如权利要求1所述的一种摄像机稳定平衡装置，其特征在于：所述安装座的末端垂直向上折叠形成“L”形结构，且“L”形结构的长边设有提手。

5.如权利要求1所述的一种摄像机稳定平衡装置，其特征在于：所述控制器上设有录制按钮、方向控制按钮、变焦控制按钮、跟焦控制按钮和操作状态指示灯。

6.如权利要求1所述的一种摄像机稳定平衡装置，其特征在于：在所述横臂上设有显示屏，所述摆动臂上设有刻度。

7.如权利要求1所述的一种摄像机稳定平衡装置，其特征在于：在所述主板舱、摆动臂和云台上均分别设有可调位把手。

8.如权利要求1所述的一种摄像机稳定平衡装置，其特征在于：所述电机为无刷电机，所述控制器为无线控制器。

9.如权利要求1所述的一种摄像机稳定平衡装置，其特征在于：所述主板舱、摆动臂、安装座和支撑座为铝合金材质。

10.基于权利要求1所述摄像机稳定平衡装置的控制系统，其特征在于：包括执行系统、操作系统和数据采集模块，

所述操作系统包括：

一无线传输模块，用于操作主板主芯片和主控制板主芯片的数据通信；可以及时将信息无线传输和反馈至操作板主芯片，再由操作板主芯片将信息反馈到外部的显示器上；

一录像模块，接收录像指令，并用于控制实施摄像机录制功能；

一跟焦模块，接收跟焦指令，控制摄像机跟焦；

一变焦模块，接收变焦命令，控制摄像机完成变焦；

一云台操作模块，用于控制云台的方向，即控制云台的俯仰角度、水平左右转动和倾斜角度；

一应用场景设定模块，用于设定当前的应用场景；

一操作板主芯片，用于检测操作系统中的各个模块状态，将相对应的数据进行处理后，通过无线传输模块发送到执行系统中的执行主芯片；

一电源模块，用于给操作系统供电，控制主电源输出高精度稳定电压；

所述执行系统包括：

一主控制芯片，根据操作系统中无线传输模块发送来的数据生成相应的指令，直接控制执行系统中的跟焦模块、变焦模块、录像模块和云台操作模块；

一主电源管理模块，该模块由主控制芯片控制，主控制芯片根据客户预先设定的应用场景，控制主电源输出高精度稳定电压，保证电机的高精度控制及能效的合理利用；

一无线传输模块，用于与操作系统中的无线传输模块相互传输信息并将信息及时发送给主控制芯片；

一电机控制芯片，用于分别控制摄像机稳定平衡装置中的无刷电机；

一应用场景执行模块，用于执行选定的应用场景；

一云台控制芯片，通过检测制摄像机稳定平衡装置中不同位置的传感器数据来控制不同的电机，从而实现相机的稳定性；

所述数据采集模块包括：

一传感器模块，通过感受摄像机的偏离角度，将信息发送到主控芯片，主控制芯片完成运算，再将执行信息传给电机，由电机执行相应的操作。