CN105892218B - 一种全景云台及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及云台领域，尤其涉及一种全景云台及其控制系统。本发明设计的一种全景云台及其控制系统，通过将三轴云台电机中的X轴电机与Y轴电机的连接方式改变，从而让X轴电机的转子形成对称轴状，这样可以在每个转子的一端设置拍摄设备，具体的使用鱼眼镜头，这样可以达到全景拍摄的目的，且X轴电机的转子为中空结构，这样可以将若干的控制板集成放置在该中空结构中，可以节省很多的空间，体积更加小巧，使用更加灵活流畅。

Description

一种全景云台及其控制系统

技术领域

本发明涉及云台领域，尤其涉及一种全景云台及其控制系统。

背景技术

通常，全景照片分为环形全景和完整全景两种，二者的区别在于，环形全景不包括头顶和脚下，而完整全景则包括了头顶甚至脚下视野的全景。正下方视野由于有支架存在，而多借助后期制作的方式产生。绝大多数全景照片由不同方向的照片拼接而成，照片拍摄时需要遵循镜头节点位置不变的原则。这种保持镜头节点不变的操作主要依靠的器材是全景云台。

目前的全景云台大多具有一定程度的通用性，用户可以在一定范围内选择拍摄设备，具有一定灵活性。然而对于每一个用户而言，所使用的通常只是其中一种拍摄设备，这样的灵活性对一般用户意义不大，但却由此带来了诸多麻烦和问题：

1、用户需要找到所用镜头的节点。镜头的节点是存在于镜头中轴上某一位置的点，该点在空间里的坐标可以代表使用该镜头拍摄时的视点坐标。不过，不同镜头的节点位置不同，且在镜身上并无标注。用户需要通过事先的测量实验来确定镜头的节点位置，实验方法是调整镜头和旋转轴之间的距离，并观察调整前后不同距离景物的相对位置关系，逐步测量出镜头的节点的大致位置。由于测量者的经验和其它因素，测量精度可能较低。

2、用户在安装拍摄设备时，需要把镜头节点对准旋转轴。现有全景云台上大多具有2个滑轨和2个以上的锁紧装置，以适应不同拍摄设备的尺寸，这造成拍摄时仅安装拍摄设备这一过程就比较麻烦。此外，这些可调节的滑轨和锁紧装置都将带来误差，导致安装后的镜头节点实际并没有位于正确位置，从而使镜头节点在拍摄中产生位移。

3、现有云台上大多数存在一个旋转轴和悬臂的组合结构，这个构造是用来实现保持镜头节点不变的向上视角，而悬臂结构易发生形变，从而造成误差，且这种形变会随时间推移而加大。

4、用户通常要根据所用镜头的焦距和拍摄设备的画幅，确定其视野范围，继而计算出合成全景照片所需的照片数量。

5、现有全景云台尺寸及重量均较大，不利于携带。并且难以在狭小平面或空间内布置；由于结构复杂，现有全景云台的制造成本也较高。

总之，现有的全景云台存在着操作繁琐、易产生误差、测量精度低、结构复杂及成本高的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种全景云台及其控制系统方法。

一种全景云台，其中，包括：

基座；

X轴电机、Y轴电机和Z轴电机，所述Z轴电机设置在所述基座上且通过支撑部件与所述Y轴电机连接；

控制器，所述X轴电机、所述Y轴电机和所述Z轴电机均通过柔性连接件与所述控制器连接；

所述Y轴电机的转子与所述X轴电机的定子固定连接，

所述X轴电机的转子为中空结构，控制器设置在所述X轴电机转子内，所述X轴电机的转子线圈设置在所述X轴电机的转子中间区域，使得暴露的所述X轴电机的转子呈轴对称，所述X轴电机的转子每一端均连接有若干拍摄设备。

上述的全景云台，其中，所述X轴电机外设置有保护壳，且所述X轴电机转子两端均设置有拍摄设备，所述X轴电机转子两端的拍摄设备以所述X轴电机转子的线圈呈轴对称。

上述的全景云台，其中，所述保护壳为球形。

上述的全景云台，其中，所述X轴电机的转子两端设置有相机固定框，以将所述拍摄设备固定在所述X轴电机的定子两端。

上述的全景云台，其中，所述拍摄设备为广角鱼眼镜头。

上述的全景云台，其中，还包括：

第二支撑部件，所述第二支撑部件分别与所述Z轴电机的转子和所述X轴电机的定子连接。

上述的全景云台，其中，所述X轴电机的转子上固定有轴承，使得所述X轴电机的转子线圈在定子的覆盖范围内。

一种应用于上述任一全景云台的控制系统，其中，包括：

拍摄设备；

云台电机，与所述拍摄设备连接；

采集模块，与所述云台电机连接，用以采集所述云台电机的姿态信息；

微处理器，分别与所述采集模块和所述云台电机连接，以根据所述采集模块采集到的所述云台电机的姿态信息进行判断是否对所述云台电机进行调节；

惯性测量模块，分别与所述拍摄设备和所述微处理器连接；

电源模块，分别与所述拍摄设备、所述采集模块、所述惯性测量模块、所述微处理器和所述云台电机连接，以向所述拍摄设备、所述采集模块、所述惯性测量模块、所述微处理器和所述云台电机提供电能；

其中，所述采集模块、所述拍摄设备、和所述惯性测量模块均集成设置在所述云台电机的中空转子内；且于所述云台电机的转子外设置有永磁铁，与所述永磁铁对应的所述云台电机的定子内圈设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器与所述微处理器连接。

上述的系统，其中，位于所述中空转子外侧的所述永磁铁的弧度大于80°。

上述的系统，其中，所述系统还包括：

固定座，所述云台电机设置在所述固定座上。

本发明设计的一种全景云台及其控制系统，通过将三轴云台电机中的X轴电机与Y轴电机的连接方式改变，从而让X轴电机的转子形成对称轴状，这样可以在每个转子的一端设置拍摄设备，具体的使用鱼眼镜头，这样可以达到全景拍摄的目的，且X轴电机的转子为中空结构，这样可以将若干的控制板集成放置在该中空结构中，可以节省很多的空间，体积更加小巧，使用更加灵活流畅。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明的全景云台的X轴电机结构爆炸图；

图2是本发明全景云台示意图；

图3为本发明控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

目前有若干的拍摄设备需要进行全景拍摄，基本的处理方法是设置若干的镜头去弥补其它镜头无法拍摄到的空白区域，对于其它一些专业级的拍摄设备同样也是这样的，比如目前的云台，但是增加摄像设备的话会增加本身的成本，而且云台的电机转动时有限制的，不能随意转动，这样内部的连接线路就会受损。

如图1和图2所示，本申请根据目前的现状设计出一种结构简单，且易控制的全景云台，具体方案是：

该云台包括了基座，基座是用来固定云台用的，具体的如现在的手持云台的基座，或者是机载云台的基座，不限于此，目的是安装有主控装置的基座都是可以的。

剩下的就是云台的电机了，以目前主流的三轴云台为例，毕竟三轴云台在转动的范围上接近360°，即接近全景拍摄了，但是仍然会有一小部分的区域是无法直接拍摄到的，这样就需要转动基座，有时候是不太方便转动基座的，这样就需要使用拍摄设备和三轴云台搭配来解决这一小部分无法拍摄到的问题。

三轴云台中的Z轴电机设置在基座上，如目前的手持云台，以固定整个云台，并可以扫视四周，具体的就不赘述。

该云台中的Y轴电机，就是横滚轴电机，该电机的转子通过支撑部件与Z轴电机的转子连接，支撑部件是根据该云台和云台搭载相机大小进行设置的，这个支撑部件可以设计成不同形状。

在该云台中还有个X轴电机，该X轴电机与目前的云台电机不同，该X轴电机的转子4是呈中空结构的，转子上设置有线圈3，与线圈相对的区域外设置有定子，且以定子为中心，转子成轴对称结构，转子线圈两侧的转子表面分别设置有一个轴承套6，分别是将X轴电机的定子2固定在转子线圈区域内，目的是将X轴中空内部放置控制板，达到高度集成的目的，X轴电机的转子两端分别挂有拍摄设备，在本申请中是分别挂有一个广角的鱼眼镜头。另外，X轴电机的转子两端分别挂有相机固定框，用相机框来固定相机也是可以的，并不是局限于这样的，也可以有其它方式挂载相机。

在本申请中，控制器是设置在X轴电机转子内的，且通过柔性连接件与X轴电机、Y轴电机和Z轴电机连接的，这样可以根据不同的反馈和控制信号对X轴电机、Y轴电机和Z轴电机进行调节。

如上所述，X轴电机的转子两端挂载相机，那么定子与转子之间有一端裸露的空间，本申请设计了两个半球壳1套设在转子上，这样在外观上也体现出美观，而且可以搭配挂载的鱼眼镜头5，在旋转的时候可以自由切换方向。

在本申请中，支撑部件8可以设置两个，一个是连接Z轴电机9和Y轴电机的，这个如现在的手持云台上的支撑部件差不多，另外在该支撑部件的轴对称位置设置第二支撑部件，即在形成球体的拍摄设备两边分别设置有支撑部件，其中一个是连接电机的，另外一个的支撑点与Y轴电机的转子同轴，这样能使该云台在转动拍摄过程中更加的稳定，同轴转动还能减少震动，使画面更加的稳定，不会出现抖动。具体的，第二支撑部件可以是在不同位置的，只要是连接Z轴电机的转子和X轴电机定子就可以了，这样在两个支撑部件的固定下可以更加稳定的控制云台的状态。

如图3所示，在本申请，基于该云台还设计了一种控制该云台的控制系统，具体的包括了：

拍摄设备，拍摄设备的选择不作限定，可以是任一合适的选装设备，只要跟一开始的设计搭配即可，就是体现出360°拍摄无死角，本实施例中优选的是鱼眼广角镜头，这样可以在云台很少转动的情况下就可以实现拍摄无死角的效果。因为鱼眼镜头是一种焦距为16mm或更短的并且视角接近或等于180°，是一种极端的广角镜头。

在本申请中，还包括一采集模块，该采集模块是与云台电机连接的，用来采集云台电机的姿态信息，比如拍摄设备的镜头未对准某一被拍摄物体，则是倾斜的，无法对焦，这时就需要采集模块采集该云台电机的姿态和需要的姿态进行对比，进而计算出控制指令，由控制模块来调节拍摄设备的姿态。

在本系统中设置有微处理器，该微处理器是与采集模块和云台电机连接，以接收采集模块采集到云台电机的姿态信息，云台电机，分别是Z轴电机、Y轴电机和X轴电机，分别与微处理器和拍摄设备连接，以根据微处理器对云台电机的姿态信息的判断结果决定是否对拍摄设备进行调节。

具体的，X轴电机与拍摄设备连接，且该X轴电机的转子是中空的，在X轴电机的中空转子内集成设置采集模块、拍摄设备、惯性测量模块和微处理器，这是因为X轴电机的转子为中空结构，具体的如上文所述，在此就不赘述了。另外，该X轴电机的转子外圈设置有永磁铁，与永磁铁相对应的定子内圈设置有霍尔传感器，以此来量测X轴电机的转动幅度，具体的，永磁铁的弧度大于80°，本申请优选的是80°，这样可以控制X轴电机的转动幅度为±40°。

在基座上设置Z轴电机，且X轴电机内的霍尔传感器与微处理器连接。这样X轴电机在转动的时候，微处理器就可以接收到X轴电机转动的角度，获得其姿态信息。在拍摄设备内设置的惯性测量模块分别与拍摄设备和微处理器连接。

综上所述，本发明设计的一种全景云台及其控制系统，通过将三轴云台电机中的X轴电机与Y轴电机的连接方式改变，从而让X轴电机的转子形成对称轴状，这样可以在每个转子的一端设置拍摄设备，具体的使用鱼眼镜头，这样可以达到全景拍摄的目的，且X轴电机的转子为中空结构，这样可以将若干的控制板集成放置在该中空结构中，可以节省很多的空间，体积更加小巧，使用更加灵活流畅。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种全景云台，其特征在于，包括：

基座；

X轴电机、Y轴电机和Z轴电机，所述Z轴电机设置在所述基座上且通过支撑部件与所述Y轴电机连接，

控制器，所述X轴电机、所述Y轴电机和所述Z轴电机均通过柔性连接件与所述控制器连接；

所述Y轴电机的转子与所述X轴电机的定子固定连接，

其特征在于：所述X轴电机的转子为中空结构，控制器设置在所述X轴电机转子内，所述X轴电机的转子线圈设置在所述X轴电机的转子中间区域，使得暴露的所述X轴电机的转子呈轴对称，所述X轴电机的转子每一端均连接有若干拍摄设备。

2.根据权利要求1所述的全景云台，其特征在于，所述X轴电机外设置有保护壳，且所述X轴电机转子两端均设置有拍摄设备，所述X轴电机转子两端的拍摄设备以所述X轴电机转子的线圈呈轴对称。

3.根据权利要求2所述的全景云台，其特征在于，所述保护壳为球形。

4.根据权利要求2所述的全景云台，其特征在于，所述X轴电机的转子两端设置有相机固定框，以将所述拍摄设备固定在所述X轴电机的定子两端。

5.根据权利要求4所述的全景云台，其特征在于，所述拍摄设备为广角鱼眼镜头。

6.根据权利要求1所述的全景云台，其特征在于，还包括：

第二支撑部件，所述第二支撑部件分别与所述Z轴电机的转子和所述X轴电机的定子连接。

7.根据权利要求1所述的全景云台，其特征在于，所述X轴电机的转子上固定有轴承，使得所述X轴电机的转子线圈在定子的覆盖范围内。

8.一种应用于权利要求1-7中任意一项所述的全景云台的控制系统，其特征在于，包括：

拍摄设备；

云台电机，与所述拍摄设备连接；

采集模块，与所述云台电机连接，用以采集所述云台电机的姿态信息；

微处理器，分别与所述采集模块和所述云台电机连接，以根据所述采集模块采集到的所述云台电机的姿态信息进行判断是否对所述云台电机进行调节；

惯性测量模块，分别与所述拍摄设备和所述微处理器连接；

电源模块，分别与所述拍摄设备、所述采集模块、所述惯性测量模块、所述微处理器和所述云台电机连接，以向所述拍摄设备、所述采集模块、所述惯性测量模块、所述微处理器和所述云台电机提供电能；

其中，所述采集模块、所述拍摄设备、和所述惯性测量模块均集成设置在所述云台电机的中空转子内；且于所述云台电机的转子外设置有永磁铁，与所述永磁铁对应的所述云台电机的定子内圈设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器与所述微处理器连接。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，位于所述中空转子外侧的所述永磁铁的弧度大于80°。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

固定座，所述云台电机设置在所述固定座上。