CN105752354B - 一种无人飞机的重心变动补偿装置及其补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人飞机的重心变动补偿装置，包括在无人飞机上设置的摄像装置，所述无人飞机的机身上设有驱动部，所述驱动部能使摄像装置沿摄像装置的光轴移动，所述摄像装置内设有通过多枚镜片的移动而变焦镜头模组，所述镜头模组变焦时通过沿光轴移动摄像装置补偿重心变动。此无人飞机的重心变动补偿装置及其补偿方法，设有的驱动部能使摄像装置沿摄像装置的光轴移动，当镜头模组的多枚镜片移动而变焦时，移动摄像装置补偿变焦时产生的重心变动。提高了拍摄画面的稳定性，使操作者获得优质画面，本发明适用于无人机领域。

Description

一种无人飞机的重心变动补偿装置及其补偿方法

技术领域

本发明涉及无人机领域，特别是涉及一种无人飞机的重心变动补偿装置及其补偿方法。

背景技术

目前，无人飞机以提升操作性及节能化为目的，正朝着小型化、轻量化的方向发展。但是将摄像装置搭载在无人飞机上时，由于变焦镜片的移动导致摄像装置的重心随之变动，无人飞机整体的重心就会失去平衡，从而导致无人飞机的飞行稳定性下降，会有坠毁之虞。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种通过水平移动摄像装置来补偿由于调焦所导致的重心偏移的无人飞机的重心变动补偿装置及其补偿方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无人飞机的重心变动补偿装置，包括在无人飞机上设置的摄像装置，无人飞机的机身上设有驱动部，驱动部能使摄像装置沿摄像装置的光轴移动，摄像装置内设有通过多枚镜片的移动而变焦镜头模组，镜头模组变焦时通过沿光轴移动摄像装置补偿重心变动。

进一步作为本发明技术方案的改进，摄像装置上位于光轴方向设有两条相互平行的横杆，驱动部上设有与两条横杆相匹配运动的支持体。

进一步作为本发明技术方案的改进，两根横杆以水平面为基准倾斜在±６０°以内。

进一步作为本发明技术方案的改进，横杆为齿条，支持体为齿轮，驱动部驱动齿轮带动齿条。

进一步作为本发明技术方案的改进，驱动部和摄像装置之间设有支撑臂。

进一步作为本发明技术方案的改进，支撑臂设置在机身主体的正下方。

一种通过无人飞机的重心变动补偿装置补偿重心变动的方法，包括以下步骤：

A.机身上的摄像装置的因调焦产生重心变动；

B.驱动部控制摄像装置沿光轴方向移动以补偿因变动产生的重心偏移。

进一步作为本发明技术方案的改进，步骤A中，机身上设有控制单元，控制单元设有控制部、储存器和图像处理部。

进一步作为本发明技术方案的改进，存储器内存储有镜头模组的焦点距离与沿摄像装置的光轴A移动的移动量呈对应关系的表格数据。

进一步作为本发明技术方案的改进，步骤B中，控制部控制驱动部，驱动部使摄像装置沿光轴方向移动。

本发明的有益效果：此无人飞机的重心变动补偿装置及其补偿方法，设有的驱动部能使摄像装置沿摄像装置的光轴移动，当镜头模组的多枚镜片移动而变焦时，移动摄像装置补偿变焦时产生的重心变动。提高了拍摄画面的稳定性，使操作者获得优质画面。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是用户操作本发明实施例中所述无人机的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中所述无人机主视图；

图3是本发明实施例中所述无人机侧面剖视图；

图4是本发明实施例中所述无人机控制图；

图5是本发明实施例中所述存储器内存储数据表格。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

参照图1至图5，本发明为一种无人飞机的重心变动补偿装置，包括在无人飞机100上设置的摄像装置300，无人飞机100的机身200上设有驱动部260，驱动部260能使摄像装置300沿摄像装置300的光轴移动，摄像装置300内设有通过多枚镜片的移动而变焦镜头模组320，镜头模组320变焦时通过沿光轴移动摄像装置300补偿重心变动。

此无人飞机的重心变动补偿装置及其补偿方法，设有的驱动部260能使摄像装置300沿摄像装置300的光轴移动，当镜头模组320的多枚镜片移动而变焦时，移动摄像装置300补偿变焦时产生的重心变动。提高了拍摄画面的稳定性，使操作者获得优质画面。

作为本发明优选的实施方式，摄像装置300上位于光轴方向设有两条相互平行的横杆，驱动部260上设有与两条横杆相匹配运动的支持体。

作为本发明优选的实施方式，两根横杆以水平面为基准倾斜在±６０°以内。

作为本发明优选的实施方式，横杆为齿条，支持体为齿轮，驱动部260驱动齿轮带动齿条。

作为本发明优选的实施方式，驱动部260和摄像装置300之间设有支撑臂270。

作为本发明优选的实施方式，支撑臂270设置在机身200主体的正下方。

一种通过无人飞机的重心变动补偿装置补偿重心变动的方法，包括以下步骤：

A.机身200上的摄像装置300的因调焦产生重心变动；

B.驱动部260控制摄像装置300沿光轴方向移动以补偿因变动产生的重心偏移。

作为本发明优选的实施方式，步骤A中，机身200上设有控制单元250，控制单元250设有控制部252、储存器254和图像处理部258。

作为本发明优选的实施方式，存储器254内存储有镜头模组320的焦点距离与沿摄像装置300的光轴A移动的移动量呈对应关系的表格数据。

作为本发明优选的实施方式，步骤B中，控制部252控制驱动部260，驱动部260使摄像装置300沿光轴方向移动。

本发明提供一种具备机身、摄像装置和驱动部以及控制部的无人飞机，机身带有水平旋翼，该无人飞机可于空中飞行。摄像装置内含有带镜片的镜头模组以及摄像部。该镜头模组会随着镜片的移动而变焦。摄像部拍摄来自镜头模组的图像。驱动部可以使镜头模组以及摄像装置中至少其中一方沿着镜头模组的光轴而移动。控制部可以控制驱动部，使得镜头模组以及摄像装置中至少其中一方沿着镜头模组的光轴而移动，同时，补偿因镜片的移动而产生的无人飞机的重心变动。

本发明还提供一种补偿在空中飞行的无人机的重心变动的方法。是一种含有使镜头模组以及摄像装置其中至少一方沿光轴而移动，以补偿因镜片的移动而产生的无人飞机的重心变动的补偿阶段的方法。该无人机配备有带有旋翼的机身、含有镜片并随镜片的移动而变焦的镜头模组、以及拍摄来自镜头模组的图像的摄像部、和为机体所支持的摄像装置。

符号说明：10 用户、50 操作装置、100 无人飞机、200 机身、212 第1水平旋翼、214 第1翼驱动部、222 第2水平旋转翼、224 第2翼驱动部、232 第3水平旋翼、234 第3翼驱动部、242 第4水平旋转翼、244第4翼驱动部、250 控制单元、252 控制部、254 存储器、256通信部、260 驱动部、270 支撑臂、300 摄像装置、310 镜头驱动部、320 镜头模组、321 第1镜片群、322第2镜片群、323第3镜片群、324第4镜片群、325 聚焦镜片群、330 摄像部。

图1是本发明实施例一用户10操控的无人飞机100的整体结构示意图，无人飞机100具备机身200和为机身200所支持的摄像装置300，无人飞机100是上装载有电池。无人飞机100指为外部所操控的在空中飞行的小型飞机。此外，无人飞机100可以是内置GPS，预先被编入与航线等相关的控制程序的半自律型飞机，或者是一切都不需要用户10操作的全自律型飞机。

用户10可以利用操作装置50通过无线通信向无人飞机100发送指令，从而操控无人飞机100的起飞、空中飞行以及降下。此外，还可以操作装载在无人飞机100上的摄像装置300。

摄像装置300是指，可以是能拍摄图像并具有变焦功能的相机。摄像装置300沿着为机身200所支持的镜头光轴移动。从摄像装置300输往操作装置50的映像信号，既可以在无人飞机100的电源从on到off前连续发射，也可以根据用户10给操作装置50下指令进行发射。

机身200含有X字形状，在4个X字端部，具备能在各个旋转轴周围旋转的第1水平旋翼212、第2水平旋翼222、第3水平旋翼232以及第4水平旋翼242。机身200具备有能使各水平旋翼分别沿旋转轴做圆周旋转的第1翼驱动部214、第2翼驱动部224、第3翼驱动部234以及第4翼驱动部244。各翼驱动部均内置DC马达，通过DC马达的旋转力量旋转各水平旋翼。

机身200具备控制单元250和驱动部260。控制单元250控制无人飞机100的动作，驱动部260能使摄像装置300按指定的方向移动。控制单元250被编入内置在X字中央的主体部分内的微型多用计算机内。驱动部260被设置在支撑臂270的前端上，支撑臂270在主体部分的正下方并垂直设置。

图2是无人飞机100的主视图。图3是无人飞机100的纵向剖视图。为机身200所支持的摄像装置300上配备有镜头模组320、拍摄来自镜头模组的图像的摄像部330和驱动部310。镜头模组320会根据多枚镜片的移动而变焦。驱动部310能使多枚镜片沿镜头模组320的光轴移动。

在图2以及图3上，分别用G1和G2来图示机身200的重心和处于根据多枚镜片的移动而变焦前的初期状态时的镜头模组320的重心。无人飞机100的整体重心在G1和G2之间的位置用G来标示。机身200的重心和相同状态下的镜头模组320的重心轴分别用沿重心G1以及G2的重力方向延伸的向量来图示。在这个初期状态上，机身200的重心轴和镜头模组320的重心轴是在同轴上的位置，像这样无人飞机100就是左右对称的结构，因此无人飞机100能稳定起飞、飞行以及降落。

镜头模组320是指，例如是指内部含有多枚镜片的LENS镜筒。镜头模组320内含第1镜片群321、第2镜片群322、第3镜片群323、聚焦镜片群325和第4镜片群324，这些镜片群在320内是按顺序配置的。第1镜片群321等这些镜片群的光轴在图3上用A来表示。第1镜片群321等用于变焦，第1镜片群321以及第3镜片群323被固定在光轴A上，另一方面，第2镜片群322以及第4镜片群324是相互独立，且可以沿光轴A移动。聚焦镜片群325用于聚焦，从用于变焦的第1镜片群321等镜片群中独立出来，并且能沿光轴A移动。

摄像部330被配置在入射到镜头模组320光的入射侧和对侧的光轴A上，并拍摄来自镜头模组320的图像。摄像部330是指，例如指的是CCD或者是CMOS等摄像元件。

镜片驱动部310可控制步进马达或伺服电动机等的旋转次数，内置用于变焦的马达和用于聚焦的马达。镜片驱动部310能将马达的旋转力量变为直线移动，能使第2镜片群322、第4镜片群324以及聚焦镜片群325沿光轴A移动。从无人飞机100的正面来看，在摄像装置300内的多个部材的配置构成应该是对称的，可以将镜片驱动部310配置在位于射入摄像部330的光线的入射侧和反侧的光轴A之上。

驱动部260一边用支持机构一边持摄像装置300，一边根据驱动机构使摄像装置300沿镜头模组320的光轴A移动。支持机构是指，例如，是指在驱动部260的对面的摄像装置300上固定有2条沿镜头模组320的光轴A方向上延伸且相互平行的横杆，也可以是在驱动部260上配备有含有和这两条横杆相辅相成形状的支持构造体。这种情况下，驱动部260通过使支持构造体卡在这两条横杆上支持摄像装置300， 并借助这两条横杆和支持构造体的接触面滑动摄像装置300。另一方面，作为驱动机构，例如，在面对着驱动部260的摄像装置300的外面上以及形成有在镜头模组320的光轴A方向上延伸的导轨(齿条)，该导轨有多个齿，驱动部260上可以配备有能控制步进马达或伺服电动机之类的旋转次数的马达和小齿轮。该小齿轮是圆形齿轮，被马达的旋转轴所支持，其外周上有很多和导轨的齿是相辅相成的齿状物。这种情况下，通过使圆形齿轮的齿和导轨的齿相互咬住，将马达的旋转力量改为直线运动，就是说，驱动260可以通过导轨和小齿轮，使摄像装置300沿镜头模组320的光轴A移动。

图4是无人飞机100的控制图。机身200的控制单元250具备有控制部252和存储器254以及通信部256。

存储器254内存储有镜头模组320的焦点距离、与沿摄像装置300的光轴A移动的移动量呈对应关系的表格数据，补偿无人飞机100的重心变动时需要该表格数据。通信部256是通过无线通信和外部通信。

控制部252是通过通信部256，从操作装置50那接收指令后，将来自拍摄镜头模组320的图像的摄像部的映像信号传给操作装置50。控制部252根据操作装置50的指令，控制无人飞机100的起飞、飞行以及降落、第1翼驱动部214等。

控制部252根据操作装置50的指令控制镜头驱动部310。该指令除了可以是和镜头模组320的变焦操作有关的指令之外，还可以含有镜头模组320是手动调焦时与聚焦操作有关的指令。还有，镜头模组320是自动对焦方式也可以。

控制部252控制驱动260，以便能通过使摄像装置300沿光轴A移动，以补偿因第2镜片群322以及第4镜片群324所产生的无人飞机100的重心变动。控制部252既可以根据事先编入的控制程序控制驱动部260，也可以参考存储在存储器254内的表格来控制驱动部260。

图5是存储在存储器254内的表格。表格表示的是镜头模组320的焦点距离[mm]和沿摄像装置300光轴A的移动量[mm]的对应关系。关于该移动量的正负，以镜头模组320的焦点距离是50[mm]的状态为初期状态，即以移动量为0[mm],如图3所示， 以偏向摄像装置300的摄像方向为正（+）,与之相反的就是负（-）。

根据这个表格，能使镜头模组320的焦点距离从50[mm]变动到20[mm],即使用于变焦的第2镜片群322及第4镜片群324的至少其中一方沿光轴A往负方向移动，同时镜头模组320的重心G2也在同方向上移动。因此，与此同时，使摄像装置300沿光轴A仅＋３０［ｍｍ］的以事先定好的速度移动。由此，能补正因第2镜片群322以及第4镜片群324的至少其中一方的移动而产生的无人飞机100的重心变动。换而言之，即使移动第2镜片群322以及第4镜片群324的至少其中一方也好，无人飞机100的重心G的位置还能维持在初期位置。然而，预先定好的速度是指，通常不会导致无人飞机100整体的重心G偏离初期位置的速度，这个信息可以编入事先定好的控制程序中，也可以存储在存储器254中。

同样的，根据这个表格，能使镜头模组320的焦点距离从20[mm]变动到85[mm]，即使用于变焦的第2镜片群322及第4镜片群324的至少其中一方沿光轴A往正方向移动，同时镜头模组320的重心G2也在同方向上移动。因此，与此同时，使摄像装置300沿光轴A仅-65［ｍｍ］的以上述事先定好的速度移动。由此，即使移动第2镜片群322以及第4镜片群324的至少其中一方也好，无人飞机100的重心G的位置还能维持在初期位置。

对于机身200，沿光轴A移动摄像装置300对画角的影响比较小，但是多少会存在影响。为使这个影响无限变小，控制部252可以连续反复控制补偿无人飞机100的重心变动的摄像装置300的移动和用来变焦的第2镜片群322以及第4镜片群324沿光轴A的移动。

还有，对于机身200，也可以通过摄像装置300内的镜头模组320自身的位置变动来取代摄像装置300的位置变动去补偿无人机100的重心变动。这种情况下，驱动部260被设置在摄像装置300的内部，使镜片模组320相对摄像装置300沿光轴A移动。

在以上多个实施形态上，就用镜头模组以及摄像装置其中至少一方，或者不使用的镜头模组的镜片沿光轴的移动来补偿因变焦用的镜片移动而产生的无人飞机重心变动方面进行了说明。改变这个，或者加上这个，利用使镜头模组以及摄像装置中的至少一方，或者不使用的镜头模组的镜片沿着光轴移动，从而因补偿聚焦用的镜片移动而产生的无人飞机重心变动。当聚焦用的镜片的移动给无人飞机的重心位置带来的影响小到可以无视时，也可以不这么控制。

在以上多个实施形态中，镜头模组可以作为含有多枚镜片的机构，并将与镜头模组的光轴平行延伸的2根导向轴和光轴设置在同一水平面内的位置上。据此，由于可以使因变焦或聚焦而移动的多枚镜片各自靠自身的重力维持与这2根导向轴接触的状态，并沿着光轴移动，因此，能抑制变焦或聚焦时产生的像摇。再者，为了能位置多枚镜片处于分别靠自身重力与这2根导向轴接触的状态，这2根导向轴的配置设为从水平面算起±６０°以内会比较好。

该无人飞机是在空中飞行的无人飞机，配备有具有水平旋翼的机身、镜头模组及摄像装置、驱动部和控制部。其镜头模组内含有镜片，可以根据上述镜片的移动而变焦。其摄像装置含有拍摄来自上述镜头模组的图像的摄像部，为上述机身所支持。其驱动部可以使上述镜头模组以及上述摄像装置中至少一方沿着上述镜头模组的光轴移动。其控制部可以使上述镜头模组以及上述摄像装置的上述至少一方沿着光轴移动，以补偿因上述镜头的移动而产生的上述无人飞机的重心变动。

所记载的无人飞机还具有存储有说明上述镜头模组的焦点距离和、补偿上述重心变动时所需的上述镜头模组以及上述摄像装置的上述至少一方的移动量的对应关系的表格资料。上述控制部参考存储在上述存储器里的上述表格，控制上述驱动部。上述控制部参考存储在上述存储器里的上述表格控制上述驱动部。

该补偿方法是具备具有水平旋翼的机体、含有镜片，且能根据上述镜片的移动而变焦的镜头模组、以及有能拍摄来自镜头模组的图像的摄像部且为上述机体所支持的摄像装置，在空中飞行的无人飞机的重心变动的补偿方法，是含有使上述镜头模组以及上述摄像装置其中至少一方沿着光轴移动，以补正因上述镜片的移动而产生的上述无人飞机的重心变动的补偿阶段的方法。

该方法含有说明上述镜头模组的焦点距离和、补偿上述重心变动时所需的上述镜头模组以及上述摄像装置的上述至少一方的移动量的对应关系的表格资料的记录阶段，上述补偿阶段是含有参考所存储的上述表格，补偿上述无人飞机的重心变动的阶段的方法。

以上利用多个实施形态，对使镜头模组以及摄像装置中的至少一方沿着光轴移动来补偿因搭载有摄像装置（该摄像装置内含有因镜片的移动而变焦的镜头模组）的无人飞机上的镜片移动而产生的重心变动的情形进行了说明。但是，本发明并不局限于无人飞机，也能适用于具备有类似功能的的镜头系统的摄像装置本身、或者是具备有该镜头系统的小型无人飞船、陆用探测机器人，或许水中/水上用探测机器人等多种多样的用途中。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种无人飞机的重心变动补偿装置，其特征在于：包括在无人飞机上设置的摄像装置，所述无人飞机的机身上设有驱动部，所述驱动部能使摄像装置沿摄像装置的光轴移动，所述摄像装置内设有通过多枚镜片的移动而变焦镜头模组，所述镜头模组变焦时通过沿光轴移动摄像装置补偿重心变动，所述摄像装置上位于光轴方向设有两条相互平行的横杆，所述驱动部上设有与两条横杆相匹配运动的支持体，两根所述横杆以水平面为基准倾斜在±60°以内，所述横杆为齿条，所述支持体为齿轮，所述驱动部驱动齿轮带动齿条。

2.根据权利要求1所述的无人飞机的重心变动补偿装置，其特征在于：所述驱动部和摄像装置之间设有支撑臂。

3.根据权利要求2所述的无人飞机的重心变动补偿装置，其特征在于：所述支撑臂设置在机身主体的正下方。

4.一种通过权利要求1所述的无人飞机的重心变动补偿装置的重心变动补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、机身上的摄像装置因调焦产生重心变动；

B、驱动部控制摄像装置沿光轴方向移动以补偿因变动产生的重心偏移。

5.根据权利要求4所述的重心变动补偿方法，其特征在于：所述机身上设有控制单元，所述控制单元设有控制部、存储器和图像处理部。

6.根据权利要求5所述的重心变动补偿方法，其特征在于：所述存储器内存储有镜头模组的焦点距离与沿摄像装置的光轴移动的移动量呈对应关系的表格数据。

7.根据权利要求6所述的重心变动补偿方法，其特征在于：所述控制部控制驱动部，所述驱动部使摄像装置沿光轴方向移动。