CN106275478B - 一种滑轨式三轴稳定云台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种滑轨式三轴稳定云台，包括云台支架本体，安装在所述云台支架本体上的水平电机、俯仰电机、横滚电机，所述云台支架本体铰接有弧形滑轨，所述弧形滑轨上设有与弧形滑轨滑动连接的相机安装板，所述相机安装板通过横滚驱动片与所述横滚电机连接。本发明通过增设弧形滑轨实现处于横滚状态时的自动修正，与现有的铰接式三轴稳定云台相比重心更低，在同等重力下，其自动调整能力更好，稳定性更好，反应更快速。

Description

一种滑轨式三轴稳定云台
技术领域
本发明涉及拍摄辅助装置领域，尤其涉及航模或无人机稳定拍摄装置领域，具体的说，是一种滑轨式三轴稳定云台。
背景技术
三轴稳定云台是用于提高摄影摄像清晰度，防止因摄影摄像人员操作的抖动导致画面清晰度不高的辅助摄影装置。按照使用领域划分通常可分为手持式稳定云台和无人机用稳定云台，由于该云台在X轴、Y轴、Z轴均能实现自动调整修正，故而称为三轴稳定云台。现有的三轴稳定云台结构为相互铰接并分别位于立体空间中虚拟X轴、Y轴、Z轴方向的三根旋转轴，通过相机重力的作用实现自动调平，从而达到稳定防抖的效果。但由于在无人机航拍过程中的机动动作相对比较大，时刻会交替进行俯仰飞行和横滚飞行，且速度较快，传统的三轴稳定云台已无法满足现有的航拍要求。
中国发明专利申请，公布号为CN 105882994 A公开了一种全景相机三轴云台，包括 Z向组件、Y向组件和X向组件；Z向组件包括第一电机、第一电机壳体和第一转动支架，第一电机输出轴与第一转动支架固连，第一转动支架的两 端分别设有相机安装座；Y向组件包括第二电机、第二电机壳体和第二转动支架，第二电机输出轴与第一电机壳体固定连接，第一电机输出轴与第二电机输出轴垂直；X向组件包括第三电机、第三电机壳体和第三转动支架，第三电机输出轴与第二转动支架固连，第三电机输出轴分别与第一电机输出轴、第二电机输出轴垂直，第三电机壳体与第三转动支架固连。通过设置Z向组件、Y向组件和X向组件，实现无人机相机能够在三个轴向转动，保证无人机在飞行过程中多角度拍摄，该发明所述结构依然是采用的传统的三根轴铰接的方式连接，只是在传统自重力平衡的基础上增加了电机进行辅助驱动，但由于其Y轴套设在Z轴外周，这样设置当无人机处于横滚状态时容易出现调平滞后，不能快速精确的实现调平拍摄目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种滑轨式三轴稳定云台，用于解决传统的三轴云台存在稳定性不高、实现调平的速度不够快、不够精准的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种滑轨式三轴稳定云台，包括云台支架本体，安装在所述云台支架本体上的水平电机、俯仰电机、横滚电机，所述云台支架本体铰接有弧形滑轨，所述弧形滑轨上设有与弧形滑轨滑动连接的相机安装板，所述相机安装板通过横滚驱动片与所述横滚电机连接。
优选地，所述云台支架本体包括U型管和与所述U型管两端连接的横滚电机安装板。
优选地，所述U型管由两端的弯曲部和中间的平直部连接组成。
优选地，所述U型管的平直部上设有U型管安装件，U型管安装件上安装有所述水平电机，所述水平电机上连接有用于连接无人机的安装板。
优选地，所述U型管的任意一个弯曲部与所述横滚电机安装板连接处通过俯仰电机安装板安装有俯仰电机，所述俯仰电机通过俯仰驱动轴与所述弧形滑轨连接。
优选地，所述横滚电机安装板上安装有所述横滚电机。
优选地，所述弧形滑轨安装有俯仰电机的一端通过第一连接接头与俯仰驱动轴连接，所述弧形滑轨的另一端通过第二连接接头与安装在所述U型管的另一端端头上的俯仰驱动轴安装件铰接。
优选地，所述弧形滑轨的数量为两根且相互平行设置。
优选地，所述相机安装板底部安装有滑轮，所述相机安装板与滑轮中间夹持有所述弧形滑轨。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明通过增设弧形滑轨实现处于横滚状态时的自动修正，与现有的铰接式三轴稳定云台相比重心更低，在同等重力下，其自动调整能力更好，稳定性更好，反应更快速。
（2）本发明的相机安装在底部的中央，将相机的重心调整到最低，即相机相对于无人机的虚拟力臂做到最长，使得自动调平反应时间明显缩短，增加了其反应的速度，同时采用两根平行的弧形滑轨对相机进行支撑在保证横滚调平的同时还保证了俯仰角度的稳定性，与现有三轴铰接的稳定平台结构相比稳定性明显增加。
（3）由于本发明在三轴方向上均设置有用于调整和稳定云台的电机以便补偿自重力调平的不足，进一步增大云台的稳定性和精确性，同时借助云台与相机的自重力有效的降低了驱动电机的功耗，使得在相同电池电力驱动下获取更长的拍摄时间。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为相机安装板结构放大示意图；
图3为横滚电机结构放大示意图；
图4为俯仰电机结构放大示意图；
其中1-安装板；2-水平电机；3-U型管安装件；4-U型管；5-俯仰电机；6-俯仰电机安装板；7-俯仰驱动轴；8-第一连接头；9-弧形滑轨；10-俯仰驱动轴安装件；11-俯仰辅助轴；12-第二连接头；13-横滚电机固定件；14-横滚电机安装板；15-横滚电机；16-横滚驱动片；17-滑轮连接片；18-相机安装板；19-滑轮。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
结合附图1-4所示，一种滑轨式三轴稳定云台，包括云台支架本体，安装在所述云台支架本体上的水平电机2、俯仰电机5、横滚电机15，所述云台支架本体铰接有弧形滑轨9，所述弧形滑轨9上设有与弧形滑轨9滑动连接的相机安装板18，所述相机安装板18通过横滚驱动片16与所述横滚电机15连接。
工作原理：
在介绍本发明之前，值得说明的是：本发明的主要改进及要求保护的是三轴稳定云台的结构本身，由于完整的运行本发明还需要涉及到安装在所述三轴稳定云台上用于控制所述仰俯电机5、水平电机2和横滚电机15的控制器和信号接收器，用于检测相机稳定平衡情况的与控制器连接的陀螺仪，用于接收无人机操作者用于控制和调整所述三轴稳定云台的操作装置等，但上述控制器、信号接收器、陀螺仪以及操作装置均属于现有技术且已在无人机航拍领域和三轴稳定云台的控制领域得到广泛使用，因此，在本实施例中对于上述控制器等运算、信号接收的单元就不一一阐述说明。
首先将需要用于拍摄用的相机或者摄影机安装在所述相机安装板18上，并进行相关信号线、电源线的连接，涉及相机线路的连接属于现有技术，在此不再描述说明。通过人工多操作手柄实现对无人机的控制，进行航拍作业。
众所周知，任何方向的运动、旋转均可分解到虚拟的X轴、Y轴、Z轴上并建立空间模型，因此，下面就分别将X轴、Y轴、Z轴上的转动进行分析。
当本发明处于纯重力作用下，其自动调平和稳定的受力分析如下：
X轴：当云台支架本体发生俯仰偏转时，即对应X轴进行旋转运动时，由于弧形滑轨9两端分别与所述云台支架本体铰接，故而在重力的作用下，弧形滑轨9始终保持竖直向下的姿态，即相机始终保持与水平状态时相同的姿态，并不会因为云台支架本体发生偏转而影响相机自身的姿态，从而实现在纯重力作用下在X轴上的自动调平和稳定。
Y轴：当云台支架本体发生横滚时，即对应Y轴进行旋转运动时，由于相机安装在相机安装板18上，且所述相机安装板18与弧形滑轨9为滑动连接，则在相机和相机安装板18的重力作用下，相机始终处于所述弧形滑轨9相对于水平面的最低点，即相机会做与所述云台支架本体发生横滚相反方向的转动且转动的方向相反，角度相等，从而实现在纯重力作用下在Y轴上的自动调平和稳定。
Z轴：当无人机在水平转动时，即对应Z轴进行旋转运动时，由于云台支架本体上安装有水平电机2，此时由于处于纯重力作用下，水平电机2未通电，处于自由旋转状态，因此，无人机在水平旋转时并不会带动三轴稳定平台一起旋转，依然可以通过水平电机2的相对自转使无人机的旋转力无法传递到云台支架本体上，从而实现在纯重力作用下在Z轴上的自动稳定。
上述是处于纯重力作用下且单一的围绕X轴、Y轴、Z轴中任意一个方向进行旋转稳定调平的情况，但现实使用中很难出现上述单一的情况，通常为出现任意两个轴向或者三个轴向同时发生偏转的情况，但有上述实现原理可知，无论在使用过程中出现何种的偏转情况，则均会通过上述三种受力方向进行自动调平和保持稳定。使得无论云台支架本体处于何种姿态相机始终保持水平状态并始终处于所述弧形滑轨9相对与水平面的最低点位置。
当本发明处于非纯重力状态下时，则可以通过人工遥感对所述水平电机2、俯仰电机5、横滚电机15进行任意一个或者多个的控制，实现任何角度的偏转，从而达到将摄像头对准需要拍摄的目标的目的。
实施例2：
结合附图1-4所示，为了跟进一步的实现本发明，提高本发明的灵活性和稳定性，在实施例1的基础上，所述云台支架本体包括U型管4和与所述U型管4两端连接的横滚电机安装板14。
优选地，所述U型管4由两端的弯曲部和中间的平直部连接组成。
优选地，所述U型管4的平直部上设有U型管安装件3，U型管安装件3上安装有所述水平电机2，所述水平电机2上连接有用于连接无人机的安装板1。
优选地，所述U型管4的任意一个弯曲部与所述横滚电机安装板14连接处通过俯仰电机安装板6安装有俯仰电机5，所述俯仰电机5通过俯仰驱动轴7与所述弧形滑轨9连接。
优选地，所述横滚电机安装板14上安装有所述横滚电机15。
进一步地，为了方便拆装和调整所述云台支架本体，所述横滚电机安装板14靠近所述俯仰电机5的一端还设置有横滚电机固定件13，所述横滚电机13将所述俯仰电机5和弧形滑轨9连接在一起。
优选地，所述弧形滑轨9安装有俯仰电机5的一端通过第一连接接头8与俯仰驱动轴7连接，所述弧形滑轨9的另一端通过第二连接接头12与安装在所述U型管4的另一端端头上的俯仰驱动轴安装件10铰接。
进一步地，所述俯仰驱动轴安装件10通过俯仰辅助轴11与第二连接接头12铰接且所述俯仰辅助轴11的材料为经过渗碳处理的金属杆件。将俯仰辅助轴11做渗碳处理的主要目的是增强其耐磨度，增加使用寿命。
优选地，所述弧形滑轨9的数量为两根且相互平行设置。
优选地，所述相机安装板18底部安装有滑轮19，所述相机安装板18与滑轮19中间夹持有所述弧形滑轨9。
更进一步地，所述滑轮19通过滑轮连接片17与所述相机安装板18连接。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种滑轨式三轴稳定云台，包括云台支架本体，安装在所述云台支架本体上的水平电机（2）、俯仰电机（5）、横滚电机（15），其特征在于，所述云台支架本体铰接有弧形滑轨（9），所述弧形滑轨（9）上设有与弧形滑轨（9）滑动连接的相机安装板（18），所述相机安装板（18）通过横滚驱动片（16）与所述横滚电机（15）连接；所述云台支架本体包括U型管（4）和与所述U型管（4）两端连接的横滚电机安装板（14）；所述U型管（4）由两端的弯曲部和中间的平直部连接组成；所述U型管（4）的平直部上设有U型管安装件（3），U型管安装件（3）上安装有所述水平电机（2），所述水平电机（2）上连接有用于连接无人机的安装板（1）；所述U型管（4）的任意一个弯曲部与所述横滚电机安装板（14）连接处通过俯仰电机安装板（6）安装有俯仰电机（5），所述俯仰电机（5）通过俯仰驱动轴（7）与所述弧形滑轨（9）连接。
2.根据权利要求1所述的一种滑轨式三轴稳定云台，其特征在于，所述横滚电机安装板（14）上安装有所述横滚电机（15）。
3.根据权利要求1所述的一种滑轨式三轴稳定云台，其特征在于，所述弧形滑轨（9）安装有俯仰电机（5）的一端通过第一连接接头（8）与俯仰驱动轴（7）连接，所述弧形滑轨（9）的另一端通过第二连接接头（12）与安装在所述U型管（4）的另一端端头上的俯仰驱动轴安装件（10）铰接。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种滑轨式三轴稳定云台，其特征在于，所述弧形滑轨（9）的数量为两根且相互平行设置。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种滑轨式三轴稳定云台，其特征在于，所述相机安装板（18）底部安装有滑轮（19），所述相机安装板（18）与滑轮（19）中间夹持有所述弧形滑轨（9）。
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