CN104149985A - 一种基于并联机构的自稳航拍云台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适应航空拍摄用连接装置，具体的说是一种基于并联机构的自稳航拍云台，包括悬挂架、并联自稳装置、旋转装置、摆动装置、翻转装置、移动装置和拍摄装置，所述的悬挂架位于并联自稳装置正上方，且悬挂架与并联自稳装置之间通过固定座相连接，旋转装置安装在并联自稳装置和摆动装置之间，翻转装置位于摆动装置正前方，移动装置与翻转装置相连，拍摄装置固定在移动装置上。本发明通过采用并联自稳装置有效的解决了航拍过程中的抖动问题；通过一平移三转动共四自由度的航拍云台可实现全方位拍摄，提高了拍摄效率和质量。本发明还具有结构紧凑、拆装便捷和安全性能高等特点，适用于多种机型的航拍。
Description
技术领域
本发明涉及一种适应航空拍摄用连接装置，具体的说是一种基于并联机构的自稳航拍云台。
背景技术
云台是监控系统中常用的安装和固定摄像机的支撑设备，它并非直接进行图像接收，而是由云台来控制摄像机或其它设备的转动方向。航拍云台属于云台中的一类，其主要应用于用于建设规划、工程勘察，灾情勘察，抢险救灾等实用性航拍方面，比如汶川地震和雅安地震时的拍摄、高山峻岭地方修路前的环境勘察等。
在实际应用过程中，由于无人机在飞行过程中自身姿态的不断改变，给整个机身带来了一定的抖动，从而严重影响了航拍的质量；因此，用来搭载摄像机和照相机的航拍云台自身的稳定性直接决定了拍摄质量的好坏。目前对于航拍云台的增稳措施一般是通过电子设备检测系统来实现，但是电子检测系统均存有一定的滞后性，不能根据无人机在飞行过程中姿态的改变来及时的调整航拍云台的姿态进行补偿，现有中国专利中仅少数提出了通过机械结构来解决航拍云台的增稳问题。
专利号为ZL201220429927.3的中国专利公布的新式航拍云台，提出了将相机架支柱和脚架的其中一根脚合二为一的技术方案，虽减轻了云台的自重，但未解决云台的增稳问题；申请号为ZL201210072223.X的中国专利公开的飞行器航拍云台，其通过采用X轴结、Y轴结构和Z轴结构来解决航拍云台在XYZ三个方向的稳定性问题，但调节范围和角度均有限；申请号为ZL200910258080.X的中国专利公开的三自由度惯性稳定航拍云台，该技术方案虽通过利用大惯性的机械陀螺仪在高速旋转时能够保持稳定的原理来保证了航拍平台的稳定，但由于高速转子容易产生质量不平衡、易受到加速度的影响、需一段预热时间转速才能达到稳定等问题,因此在实际应用中并不方便。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种基于并联机构的自稳航拍云台，利用并联机构结构稳定、承载能力强和动态性能优越等优点，将并联自稳装置和一平移三转动云台相组合，通过灵活的机械结构有效地解决了航拍云台的自稳问题。
本发明所要解决其技术问题所采用以下技术方案来实现。
一种基于并联机构的自稳航拍云台，包括悬挂架、并联自稳装置、旋转装置、摆动装置、翻转装置、移动装置和拍摄装置，所述的悬挂架位于并联自稳装置正上方，且悬挂架与并联自稳装置之间通过固定座相连接，旋转装置安装在并联自稳装置和摆动装置之间，翻转装置位于摆动装置正前方，移动装置与翻转装置相连，拍摄装置固定在移动装置上。
所述的并联自稳装置包括动平台、定平台、气动支撑杆、球铰接头和U型耳座，所述的动平台和定平台均为等边三角形结构，且动平台上均匀设置有通孔，定平台上均匀设置有凹槽，通过在动平台和定平台上分别设置通孔和凹槽减轻了本发明的自身重量；所述的气动支撑杆、球铰接头和U型耳座的数量均为六，六根气动支撑杆分别位于动平台和定平台四周，且气动支撑杆为伸缩杆，气动支撑杆顶端与球铰接头下端相连接，球铰接头上端与动平台固连，气动支撑杆底端与U型耳座之间通过螺栓相连接，U型耳座与定平台固连，通过采用基于6-RPS并联机构的并联自稳装置，实现了定平台空间位置不会随着动平台空间位置的变化而变化的功能，从而增加了本发明的稳定性。
所述的旋转装置包括电机、电机套和旋转支座，所述的电机通过电机套固定在定平台中心位置处，旋转支座上端设置有圆柱座，圆柱座与电机主轴之间通过联轴器相连，旋转支座下端分别设置有前支架和后支架，通过电机的转动可带动旋转支座在水平面内的360度旋转。
所述的摆动装置包括摆动架、摆动轴、一号带座轴承和一号舵机，摆动架两侧分别设置有左侧板和右侧板，摆动架中部设置有转盘，转盘上设置有通孔，摆动轴穿过通孔，且摆动轴与通孔之间采用过盈方式相连接，摆动轴一端通过一号带座轴承固定在旋转支座后支架上，摆动轴另一端与一号舵机主轴相连，一号舵机与旋转支座前支架之间通过螺栓相连接，通过一号舵机的正反转动可带动摆动装置的左右旋转。
所述的翻转装置包括两个旋转盘、旋转轴、二号带座轴承和二号舵机，所述的两个旋转盘上均设置有腰型孔I，一个旋转盘与二号舵机主轴相连，二号舵机与摆动架左侧板之间通过螺栓相连接，另一个旋转盘与旋转轴一端相连，旋转轴另一端通过二号带座轴承固定在摆动架右侧板上，通过二号舵机的正反转可实现翻转装置前后转动的功能。
所述的移动装置包括移动底座和两个调节螺栓，移动底座的两侧壁上均设置有腰型孔II，腰型孔II与腰型孔I之间通过调节螺栓相连接，且移动底座的底板上设置有滑槽，滑槽内部均匀设置有安装孔I，且安装孔I数量不少于三，采用移动底座和滑槽保证了拍摄装置的上下移动。
所述的拍摄装置包括两块挡板和两个锁紧螺栓，两块挡板底端均设置有滑块，滑块上设置有安装孔II，安装孔II与安装孔I之间通过锁紧螺栓相连接，通过调节滑块的位置可适应不同型号大小摄像机或照相机的固定。
安装时，首先将摄像机或照相机安放在拍摄装置上，通过调节挡板上的滑块位置来对摄像机或照相机进行紧固，并对本发明的各装置部分进行检查；然后将悬挂架安置在飞行器两个起落架之间，并让其与飞行器机架底端相固定。
工作时，飞行器在飞行过程中进行各种姿态转换或改变时，与悬挂架相连的动平台空间位置也随飞行器同步做出相同改变，在本发明的自身重力作用下，六根具有伸缩功能的气动支撑杆通过相对运动使本发明姿态改变时的抖动误差相互抵消和补偿，保证了定平台始终处于水平位置；同时，人们可以远程遥控控制旋转装置、摆动装置、翻转装置和移动装置的运动状况，实现了本发明在航拍过程不用改变飞行姿态也可进行各个方向拍摄的功能。
本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明将并联机构结构稳定、承载能力强和动态性能优越等优点应用到航拍云台上，通过采用并联自稳装置有效的解决了航拍过程中的抖动问题；同时，通过一平移三转动共四自由度的航拍云台可实现全方位拍摄，提高了拍摄效率和质量。本发明还具有结构紧凑、拆装便捷和安全性能高等特点，适用于多种机型的航拍。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明悬挂架和并联自稳装置装配时的立体结构示意图；
图3是本发明旋转装置、摆动装置、翻转装置、移动装置和拍摄装置装配时的立体图；
图4是本发明旋转装置、摆动装置、翻转装置、移动装置和拍摄装置装配时的左视图；
图5是本发明旋转装置、摆动装置、翻转装置、移动装置和拍摄装置装配时的主视图；
图中1.悬挂架，2.并联自稳装置，3.旋转装置，4.摆动装置，5.翻转装置，6.移动装置，7.拍摄装置，201.动平台，202.定平台，203.气动支撑杆，204.球铰接头，205.U型耳座，301.电机，302.电机套，303.旋转支座，401.摆动架，402.摆动轴，403.一号带座轴承，404.一号舵机，501.旋转盘，502.旋转轴，503.二号带座轴承，504.二号舵机，601.移动底座，602.调节螺栓，701.挡板，702.锁紧螺栓。
具体实施例
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种基于并联机构的自稳航拍云台，包括悬挂架1、并联自稳装置2、旋转装置3、摆动装置4、翻转装置5、移动装置6和拍摄装置7，所述的悬挂架1位于并联自稳装置2正上方，且悬挂架1与并联自稳装置2之间通过固定座相连接，旋转装置3安装在并联自稳装置2和摆动装置4之间，翻转装置5位于摆动装置4正前方，移动装置6与翻转装置5相连，拍摄装置7固定在移动装置6上。
如图2所示，所述的并联自稳装置2包括动平台201、定平台202、气动支撑杆203、球铰接头204和U型耳座205，所述的动平台201和定平台202均为等边三角形结构，且动平台201上均匀设置有通孔，定平台202上均匀设置有凹槽，通过在动平台201和定平台202上分别设置通孔和凹槽减轻了本发明的自身重量；所述的气动支撑杆203、球铰接头204和U型耳座205的数量均为六，六根气动支撑杆203分别位于动平台201和定平台202四周，且气动支撑杆203为伸缩杆，气动支撑杆203顶端与球铰接头204下端相连接，球铰接头204上端与动平台201固连，气动支撑杆203底端与U型耳座205之间通过螺栓相连接，U型耳座205与定平台202固连，通过采用基于6-RPS并联机构的并联自稳装置2，实现了定平台202空间位置不会随着动平台201空间位置的变化而变化的功能，从而增加了本发明的稳定性。
如图3、图4和图5所示，所述的旋转装置3包括电机301、电机套302和旋转支座303，所述的电机301通过电机套302固定在定平台202中心位置处，旋转支座303上端设置有圆柱座，圆柱座与电机301主轴之间通过联轴器相连，旋转支座303下端分别设置有前支架和后支架，通过电机301的转动可带动旋转支座303在水平面内的360度旋转。
如图3、图4和图5所示，所述的摆动装置4包括摆动架401、摆动轴402、一号带座轴承403和一号舵机404，摆动架401两侧分别设置有左侧板和右侧板，摆动架401中部设置有转盘，转盘上设置有通孔，摆动轴402穿过通孔，且摆动轴402与通孔之间采用过盈方式相连接，摆动轴402一端通过一号带座轴承403固定在旋转支座303后支架上，摆动轴402另一端与一号舵机404主轴相连，一号舵机404与旋转支座303前支架之间通过螺栓相连接，通过一号舵机404的正反转动可带动摆动装置4的左右旋转。
如图3、图4和图5所示，所述的翻转装置5包括两个旋转盘501、旋转轴502、二号带座轴承503和二号舵机504，所述的两个旋转盘501上均设置有腰型孔I，一个旋转盘501与二号舵机504主轴相连，二号舵机504与摆动架401左侧板之间通过螺栓相连接，另一个旋转盘501与旋转轴502一端相连，旋转轴502另一端通过二号带座轴承503固定在摆动架401右侧板上，通过二号舵机504的正反转可实现翻转装置5前后转动的功能。
如图3、图4和图5所示，所述的移动装置6包括移动底座601和两个调节螺栓602，移动底座601的两侧壁上均设置有腰型孔II，腰型孔II与腰型孔I之间通过调节螺栓602相连接，且移动底座601的底板上设置有滑槽，滑槽内部均匀设置有安装孔I，且安装孔I数量不少于三，采用移动底座601和滑槽保证了拍摄装置6的上下移动。
如图3、图4和图5所示，所述的拍摄装置7包括两块挡板701和两个锁紧螺栓702，两块挡板701底端均设置有滑块，滑块上设置有安装孔II，安装孔II与安装孔I之间通过锁紧螺栓702相连接，通过调节滑块的位置可适应不同型号大小摄像机或照相机的固定。
安装时，首先将摄像机或照相机安放在拍摄装置7上，通过调节挡板701上的滑块位置来对摄像机或照相机进行紧固，并对本发明的各装置部分进行检查；然后将悬挂架1安置在飞行器两个起落架之间，并让其与飞行器机架底端相固定。
工作时，飞行器在飞行过程中进行各种姿态转换或改变时，与悬挂架1相连的动平台201空间位置也随飞行器同步做出相同改变，在本发明的自身重力作用下，六根具有伸缩功能的气动支撑杆203通过相对运动使本发明姿态改变时的抖动误差相互抵消和补偿，保证了定平台202始终处于水平位置；同时，人们可以远程遥控控制旋转装置3、摆动装置4、翻转装置5和移动装置6的运动状况，实现了本发明在航拍过程不用改变飞行姿态也可进行各个方向拍摄的功能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种基于并联机构的自稳航拍云台，其特征在于：包括悬挂架（1）、并联自稳装置（2）、旋转装置（3）、摆动装置（4）、翻转装置（5）、移动装置（6）和拍摄装置（7），所述的悬挂架（1）位于并联自稳装置（2）正上方，且悬挂架（1）与并联自稳装置（2）之间通过固定座相连接，旋转装置（3）安装在并联自稳装置（2）和摆动装置（4）之间，翻转装置（5）位于摆动装置（4）正前方，移动装置（6）与翻转装置（5）相连，拍摄装置（7）固定在移动装置（6）上；其中：
所述的并联自稳装置（2）包括动平台（201）、定平台（202）、气动支撑杆（203）、球铰接头（204）和U型耳座（205），所述的动平台（201）和定平台（202）均为等边三角形结构，所述的气动支撑杆（203）、球铰接头（204）和U型耳座（205）的数量均为六，六根气动支撑杆（203）分别位于动平台（201）和定平台（202）四周，且气动支撑杆（203）顶端与球铰接头（204）下端相连接，球铰接头（204）上端与动平台（201）固连，气动支撑杆（203）底端与U型耳座（205）之间通过螺栓相连接，U型耳座（205）与定平台（202）固连；
所述的旋转装置（3）包括电机（301）、电机套（302）和旋转支座（（303），所述的电机（301）通过电机套（302）固定在定平台（202）中心位置处，旋转支座（303）上端设置有圆柱座，圆柱座与电机（301）主轴之间通过联轴器相连，旋转支座（303）下端分别设置有前支架和后支架；
所述的摆动装置（4）包括摆动架（401）、摆动轴（402）、一号带座轴承（403）和一号舵机（404），摆动架（401）两侧分别设置有左侧板和右侧板，摆动架（401）中部设置有转盘，转盘上设置有通孔，摆动轴（402）穿过通孔，且摆动轴（402）与通孔之间采用过盈方式相连接，摆动轴（402）一端通过一号带座轴承（403）固定在旋转支座（303）后支架上，摆动轴（402）另一端与一号舵机（404）主轴相连，一号舵机（404）与旋转支座（303）前支架之间通过螺栓相连接；
所述的翻转装置（5）包括两个旋转盘（501）、旋转轴（502）、二号带座轴承（503）和二号舵机（504），所述的两个旋转盘（501）上均设置有腰型孔I，一个旋转盘（501）与二号舵机（504）主轴相连，二号舵机（504）与摆动架（401）左侧板之间通过螺栓相连接，另一个旋转盘（501）与旋转轴（502）一端相连，旋转轴（502）另一端通过二号带座轴承（503）固定在摆动架（401）右侧板上；
所述的移动装置（6）包括移动底座（601）和两个调节螺栓（602），移动底座（601）的两侧壁上均设置有腰型孔II，腰型孔II与腰型孔I之间通过调节螺栓（602）相连接，且移动底座（601）的底板上设置有滑槽，滑槽内部均匀设置有安装孔I，且安装孔I数量不少于三。
2.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的自稳航拍云台，其特征在于：所述的拍摄装置（7）包括两块挡板（701）和两个锁紧螺栓（702），两块挡板（701）底端均设置有滑块，滑块上设置有安装孔II，安装孔II与安装孔I之间通过锁紧螺栓（702）相连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的自稳航拍云台，其特征在于：所述的气动支撑杆（203）为伸缩杆。
4.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的自稳航拍云台，其特征在于：所述的动平台（201）上均匀设置有通孔，定平台（202）上均匀设置有凹槽。
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