CN106764345B - 一种便携式摄像、摄影辅助稳定器 - Google Patents

Abstract

一种手持式摄像、摄影辅助稳定器，横滚机臂一端转动连接在横滚机臂安装座上，其转动中心线为γ，横滚机臂安装座转动连接在俯仰机臂上，其转动中心线为α，横滚机臂安装座转动轴上配置俯仰修正电机；靠近横滚机臂另一端侧面，转动安装固定座，其转动中心线为β，转动轴上配置横滚修正电机；转动中心线γ垂直于转动中心线α和转动中心线β相交所在平面；固定座上配置加速度计和陀螺仪通过控制单元连接俯仰修正电机和横滚修正电机；装置还带有通过控制单元连接俯仰修正电机的俯仰角度调节开关。本装置能快速方便的帮助用户找到手机的重心平衡位置，无需任何专业技巧；系统功耗低，发热少；拍摄设备始终保持镜头稳定的朝向拍摄物，画质精度高。

Description

一种便携式摄像、摄影辅助稳定器

技术领域

本发明涉及重心调整领域，尤其涉及一种便携式摄像、摄影辅助稳定器。

背景技术

随着社会经济和科技的不断发展，人们在日常生活和工作中已经非常习惯使用手机记录影像和影音资料，为了调整拍摄距离和角度，稳定拍摄画面，以取得较好的拍摄效果，各种手持式自拍器应运而生。

自拍杆是一种常见的手持式自拍器，通常是在伸缩杆的顶端配置一个可以绕垂直于伸缩杆长度方向翻转的固定座，用户将手机，pad或相机等固定在固定座上，通过转动固定座来调整拍摄的俯仰角度，通过手臂摆动来调整拍摄的左右角度，从而获得合适的拍摄角度。

自拍杆使用的时候会出现“手抖”，杆子越长抖得越厉害，加上手机的防抖还不够出色，经常出现画质模糊的情况；此外，如果用自拍杆拍摄视频的话，不仅用户长时间举着自拍杆很累，并且拍摄过程中如果想要改变拍摄角度，由于手臂的转动幅度控制不到位，拍摄角度变化速度过快时，会出现画面转换突兀，拍摄物出框等问题，拍摄角度变化速度过慢时，又会使视频拖沓，并且会加重手臂负担，如果是在用户是在移动过程中拍摄的话，上述画面抖动、拍摄角度转换不自然，拍摄物出框等问题会更加严重。

辅助稳定器即是为了克服上述问题出现的，辅助稳定器是为了保持手机等拍摄设备在原地或者移动拍摄过程中，无论用户的手臂如何动作，始终保持镜头稳定的朝向拍摄物的装置。现有的辅助稳定器通常都应用在非常专业的领域，拍摄前的重心调整方法极其不便，对操作人员的专业性要求很高，某些辅助稳定器虽然可以在不调整重心的情况下勉强工作，但是大幅度的增加了系统功耗，产品使用时发热明显，供电电池一次充电后的有效使用时间较短，并且，现有辅助稳定器的体积比较庞大，结构也不够紧凑，不便于随手携带，限制了产品使用的便利性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种便携式摄像、摄影辅助稳定器，该装置不仅具有平衡移动拍摄过程中的手机重心，始终保持镜头朝向拍摄目标的功能，并且可以快速方便的帮助用户找到重心，无需任何专业技巧，产品一次充电后使用时间长，系统功耗低，长时间使用无明显发热，并且结构紧凑，不使用时能够折叠起来，便于装入衣兜内随手携带。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种便携式摄像、摄影辅助稳定器，其特征在于：

横滚机臂一端转动连接在横滚机臂安装座上，其转动中心线为γ，横滚机臂安装座转动连接在俯仰机臂上，其转动中心线为α，横滚机臂安装座转动轴上配置俯仰修正电机；

扳动横滚机臂绕转动中心线γ转动时，能够保持在任一扳动位置，从而改变横滚机臂与转动中心线α之间的夹角；横滚机臂安装座和横滚机臂整体能够绕转动中心线α转动；

靠近横滚机臂另一端侧面，转动安装固定座，其转动中心线为β，转动轴上配置横滚修正电机，固定座能够绕转动中心线β转动；

转动中心线α和转动中心线β相交，转动中心线γ垂直于转动中心线α和转动中心线β所在平面；

固定座上配置加速度计和陀螺仪，加速度计和陀螺仪通过控制单元连接俯仰修正电机和横滚修正电机；

所述辅助稳定器上还带有俯仰角度调节开关，俯仰角度调节开关通过控制单元连接仰修正电机；

所述辅助稳定器包括两个位置状态：

折叠携带状态时，绕转动中心线γ扳动横滚机臂，绕转动中心线α转动横滚机臂安装座和横滚机臂整体，直至横滚机臂叠置于俯仰机臂上；

展开工作状态时，绕转动中心线γ扳动横滚机臂，绕转动中心线α转动横滚机臂安装座和横滚机臂整体，直至横滚机臂和俯仰机臂呈倒置的“L”形转角。

本装置只需简单步骤即可完成拍摄前的重心预调整，以手机拍摄视频为例，调整方法是：

首先，扳动装置，使装置整体保持展开工作状态，用户立式手持俯仰机臂，保持横滚机臂横向伸出俯仰机臂一侧，固定座面向用户，先把手机装夹在固定座上；扳动横滚机臂绕转动中心线γ转动，使横滚机臂、固定座和手机的共同重心正好位于转动中心线α上或附近，判断重心是否到位的方法是：手机装夹好后，手动转动横滚机臂，使手机屏幕保持垂直状态，松开横滚机臂后，手机能保持垂直状态，横滚机臂不翻转；

然后，调整手机在固定座上的夹持部位，使手机和固定座的共同重心正好位于转动中心线β上或附近，其判断方法是：手动调整固定座上的手机夹持部位，使上述处于垂直状态的手机保持左右高度相当或稍微倾斜，松开固定座后，手机能保持垂直并且左、右端高度相当或稍微倾斜的状态，手机不翻转。此时，手机处于重心平衡位置，调整结束。

拍摄时随着用户的手臂动作或者用户身体移动，手机会随之移动，为了保持移动过程中手机画面在水平和俯仰方向上的稳定，始终稳定的朝向拍摄物，本机构通过两个修正电机来控制手机的平衡:

用户打开供电开关，电池开始为辅助稳定器供电。用户手持俯仰机臂，通过手机屏幕观察拍摄物(自拍或拍他)并转动俯仰机臂以选择合适的拍摄角度，并采用陀螺仪测量方向和角速度，采用加速度计测量角度和加速度，如果加速度计和陀螺仪监测到手机有绕转动中心线β方向的角速度和/或角度，横滚修正电机启动，产生一个大小相当的反向扭矩，使手机和固定座保持原先的角度；如果加速度计和陀螺仪监测到手机有绕转动中心线α方向的角速度和/或角度，俯仰修正电机启动，产生一个大小相当的反向扭矩，使手机、固定座和横滚机臂保持原先的角度；如果加速度计和陀螺仪监测到手机同时具有绕转动中心线α和β方向的角速度和/或角度，俯仰修正电机和横滚修正电机分别启动，产生一个大小相当的反向扭矩合力，使手机保持原先的角度。由于重心位置准确，拍摄时只需修正电机提供较小的扭矩就能够达始终保持用户需要的角度的目的，系统功耗低，不仅电池一次充电后的使用时间明显增长，并且装置的发热少。

转动中心线α和转动中心线β是为了保证手机在多方位立体转动过程中仍然能够保持原先设置的角度，转动中心线γ则有两个作用：一是为了便于装置的折叠携带，二是考虑到不同型号的手机、pad等重心位置、重量大小具有一定的差异性，通过调整横滚机臂与转动中心线α之间的夹角，就能够将不同的拍摄设备利用同一台装置将横滚机臂、固定座和拍摄设备的共同重心调整到正好位于转动中心线α上或附近。拍摄设备越重，横滚机臂越远离转动中心线α扳动，手机越轻，横滚机臂越朝转动中心线α扳动。

进一步的，上述转动中心线γ的设置虽然能使同一机构得以匹配更多的机型，通用性强，但是每次使用前都要重新调整横滚机臂的扳动角度，操作起来比较繁琐。考虑到大多数用户在同一时期通常只使用一种拍摄设备，因此可以设置如下的限位结构：在与固定座同侧的横滚机臂上，靠近横滚机臂安装座带有能够调整突出高度的限位凸起，横滚机臂绕横滚机臂安装座转动过程中，限位凸起能够接触/脱离横滚机臂安装座。用户可以预先调整好限位凸起的突出高度，使限位凸起接触横滚机臂安装座时，横滚机臂正好到达重心平衡位置，即横滚机臂安装座、横滚机臂、固定座和手机组成的组件的重心正好位于转动中心线α上或附近。使用同一部拍摄设备时，可以在第一次使用前调整好限位凸起的突出高度，后续使用都不用再反复调整，拍摄前只需将横滚机臂直接扳动到位(即扳动到限位凸起接触横滚机臂安装座)，即可完成针对转动中心线α的重心调整；在更换不同拍摄设备时，则需要再次调整限位凸起的突出高度，以适应不同拍摄设备的不同重心位置。

再进一步，所述的限位凸起为限位螺丝，旋入横滚机臂上对应开设的螺纹孔。通过旋转限位螺丝，即可调整限位螺丝的外露段高度，结构简单，便于调整。

再进一步，所述横滚机臂偏离转动中心线α安装在横滚机臂安装座上，转动中心线γ位于固定座的背侧，不与转动中心线α相交。该结构可以确保当横滚机臂为直臂结构并且横滚机臂垂直于或者接近垂直于俯仰机臂时，横滚机臂安装座、横滚机臂、固定座和手机的共同重心位于转动中心线α上或附近，结构更加紧凑，受力更合理，并且利于拍摄时的操作。

再进一步，所述转动中心线α垂直于俯仰机臂长度方向，转动中心线β垂直于横滚机臂长度方向，更便于安装布置。

再进一步，所述固定座与横滚机臂不平行，两者之间有一个倾斜角，固定座靠近俯仰机臂的一侧与横滚机臂之间的距离大于固定座另一侧与横滚机臂之间的距离。设置倾斜角是为了在使用较大尺寸拍摄设备时，拍摄设备能够避开横滚机臂安装座，防止两者相互干涉。

再进一步，所述俯仰修正电机和横滚修正电机为有刷电机；横滚机臂安装座的转动轴和固定座的转动轴分别通过无齿隙传动齿轮组件连接各自的有刷电机输出轴，并且横滚机臂安装座的转动轴和固定座的转动轴上的齿轮齿顶圆半径大于有刷电机输出轴上的齿轮齿顶圆半径；横滚机臂安装座的转动轴和固定座的转动轴均为中空轴，其中空内腔穿装控制线路和/或电源线路。由于摄像、摄影辅助稳定器的动力输出具有很高的传动精度要求，以避免传动误差导致手机反复转动，反而影响拍摄效果。因此行业内通常采用的都是无刷电机，并且电机的动力输出采用直接输出的方式。但是，无刷电机的价格比较昂贵，使得产品的成本居高不下，并且为了满足一定的输出扭矩的要求，电机的体积会比较大，影响了整个装置的外形结构，不便于摄像、摄影辅助稳定装置的随身携带。有刷电机和无齿隙传动齿轮组件配合使用，在保证传动的高精度同时，还可以灵活的放大输出扭矩倍数，因此能够采用体积体更小，输出更低、更为廉价的电机来达到相同的输出效果，从而进一步降低系统功耗和生产成本。

再进一步，所述无齿隙传动齿轮组件包括固定在有刷电机输出轴上的第一齿轮，上下间隔同轴固定在横滚机臂安装座转动轴或固定座转动轴上的第二齿轮和第三齿轮；第二齿轮和第三齿轮的齿面形状和齿轮大小相同；第二齿轮为柔性齿轮，其外齿圈与内轮毂之间通过若干根间隔配置的柔性辐条连接，外齿圈负载时能够绕横滚机臂安装座转动轴或固定座转动轴轴线相对内轮毂弹性扭转，空载时回复原形；第三齿轮为刚性齿轮，第二齿轮和第三齿轮的齿面错开，第三齿轮的一侧齿廓外露于其上方对应的第二齿轮齿槽内；第一齿轮同时啮合第二齿轮和第三齿轮，啮合处，第一齿轮同一轮齿的两侧齿廓分别紧贴第二齿轮和第三齿轮相对侧的齿槽侧壁。

在啮合时，第一齿轮的轮齿伸入第二齿轮和第三齿轮上下对应的两个齿槽内，该轮齿一侧齿廓紧贴第三齿轮的齿槽一侧，同时另一侧齿廓挤压第二齿轮的与上述第三齿轮的齿槽侧壁相对的另一侧齿槽侧壁，第二齿轮的外齿圈轻微的弹性扭转，保持上述第二齿轮的齿槽侧壁紧贴在第一齿轮上，从而实现无齿隙传动。无论正反转时，齿隙始终保持为零，保证了传动的高精度；同时，第二齿轮的齿槽和第一齿轮的齿廓一旦离开啮合位置，第一齿轮的齿廓就会松开对第二齿轮齿槽侧壁的挤压，该齿槽得以回复原形，即使齿轮间没有润滑的情况下，也不会造成齿轮卡死。通过调整第一齿轮，两齿轮第二齿轮和第三齿轮的齿数比，还可以灵活改变齿轮的传动比。

再进一步，所述无齿隙传动齿轮组件包括固定在有刷电机输出轴上的弹性齿轮和固定在横滚机臂安装座转动轴或固定座转动轴上的刚性齿轮；弹性齿轮的齿廓在外力作用时能够发生弹性形变，刚性齿轮的齿槽为硬质刚性齿槽，弹性齿轮齿廓的外缘尺寸大于等于刚性齿轮齿槽的内缘尺寸；两齿轮啮合处，弹性齿轮同一轮齿的齿廓能够在刚性齿轮齿槽槽壁的挤压下弹性形变，紧贴刚性齿轮同一齿槽两侧槽壁，使弹性齿轮齿廓和刚性齿轮齿槽之间的齿隙为零；离开啮合位置后，弹性齿轮齿廓回复原形。

传动齿轮在啮合时，外缘尺寸较大的弹性齿轮齿廓受挤压变小，两侧齿廓紧贴刚性齿轮两侧齿槽，无论正、反转时，齿隙始终保持为零，保证了传动的高精度；同时，弹性齿轮的齿廓和刚性齿轮的齿槽一旦离开啮合位置，刚性齿轮的齿槽就会松开对弹性齿轮齿廓的挤压，弹性齿轮得以回复原形，即使齿轮间没有润滑的情况下，也不会造成齿轮卡死。此外，本结构对弹性齿轮的加工精度要求并不高，只需弹性齿轮齿廓的外缘尺寸等于或者稍稍大于刚性齿轮齿槽的内缘尺寸即可，因此生产成本较低。

弹性齿轮为弹性橡胶齿轮，弹性泡棉齿轮，弹性硅胶齿轮或弹性树脂齿轮等其它既具有一定刚度，又具有一定弹性的其它类似材料一体成型。或者，弹性齿轮也可以是齿廓等其它需要与刚性齿轮啮合的部位为弹性橡胶，弹性泡棉或弹性树脂材质等弹性材质，其它部位为刚性材质组装而成的弹性齿轮。

当然，无齿隙传动齿轮组件还可以采用以下第三种无隙传动结构：利用弹簧连接在一起的两片被动齿轮同时啮合在主动齿轮上。其中一片被动齿轮与输出轴固定，另一片被动齿轮为空套在输出轴上的浮动齿轮片。此结构利用了拉簧的张力，使两片被动齿轮的齿面微微错开，一片齿轮的齿左侧和另一个片齿轮的齿右侧，分别紧贴在配对齿轮的齿槽左、右两侧，通过这种错齿结构就消除了齿侧间隙，反向时就不会产生空程误差。

再进一步，所述横滚机臂安装座转动轴和固定座转动轴上分别设有限位块，限位块一侧对应配置限位挡块；横滚机臂安装座能够在在限位块和限位挡块限定的角度范围内绕转动中心线α转动±175°；固定座能够在在限位块和限位挡块限定的角度范围内绕转动中心线β转动±60°。考虑到单个的加速度计和陀螺仪的监测精度有一定的角度范围限制，并且在该角度范围内的扭矩输出，也已经完全能够满足摄像、摄影辅助稳定装置对手机的稳定性调整，因此可以通过限位块和限位挡块限定横滚机臂安装座和固定座的转动角度。并且，横滚机臂安装座和固定座只能在有限的角度里转动，还可以防止其中空的转动轴轴腔内的线缆在转动多圈后缠绕纠结甚至绕断。

再进一步，所述横滚机臂和俯仰机臂均为直臂，横滚机臂上与固定座背对的一侧凸起中空的凸台，横滚修正电机配置在中空凸台内，俯仰机臂上对应位置处开设定位凹陷，折叠携带状态时，凸台能够弹性压装入定位凹陷内。该结构充分利用了机臂的外形结构，机臂外壳材料的弹性及摩擦力，使装置处于折叠携带状态时，外形体积尽可能的小，便携性高，并且凸台和定位凹陷的弹性压装，还可以将横滚机臂和俯仰机臂固定为一体，防止意外打开。

此外，本装置亦可以与伸缩杆等配合使用，以获得更远拍摄距离，亦可以与无人机等配合使用，用于航拍和视频监控等。

需要说明的是，权利要求书和说明书中所提的上、下、左、右、面向、背向等位置关系只是为了表述方便而使用的一种相对的位置关系，并不是对所述方位的绝对限制。

本发明的有益效果在于：

1、拍摄前可以快速方便的帮助用户找到手机的重心平衡位置，无需任何专业技巧，易于操作，上手方便，增加了拍摄的乐趣；由于重心位置准确，拍摄时只需修正电机提供较小的扭矩就能够达到重心平衡的目的，系统功耗低，不仅电池一次充电后的使用时间明显增长，并且装置的发热少；

2、无论用户的手臂如何动作，拍摄设备始终保持镜头稳定的朝向拍摄物，拍摄角度好，画质精度高，并且不会出现画面抖动的情况，用手机等普通设备就能达到专业级的拍摄效果；

3、以有刷电机替换相对昂贵的无刷电机，降低了产品的成本；利用无齿隙传动齿轮组件来放大动力的输出，无论正、反转时都不会出现由于齿轮间存在齿隙导致的空程现象，保证了高精度的传动比；并且输出扭矩可以成倍率的提高，能够提高整个动力系统的负载能力；

4、可以采用体积体更小，输出更低的电机来达到相同的输出效果，减少产品的体积，产品结构更为紧凑，便于随身携带，并且降低了系统功耗，延长了供电电池的使用时间；采用中空轴穿线的走线形式，无需另外配置专门的穿线管路，可以使整个装置的结构更加紧凑，并且布线方便；

5、装置折叠后体积小，重量轻，布置紧凑，采用小体积元件，真正体现了产品的便携性。

附图说明

图1为本装置一种优选方案的立体结构示意图

图2为图1的正视图

图3为图1的俯视图

图4为横滚机臂和俯机臂连接处的内部连接示意图

图5为固定座和横滚机臂连接处的内部连接示意图

图6～7分别为手臂移动过程中横滚机臂和俯机臂位置变化示意图

图8为折叠携带状态时的各部件配合位置示意图

图9为由折叠携带状态转动为展开工作状态时部件位置变化示意图

图10为一种优选的动力输出结构图

图11为一种无齿隙传动齿轮构示意图

图12为图11中齿轮啮合处的齿廓齿槽配合放大立体示意图

图1～12中：1为俯仰机臂，101为定位凹陷，2为俯仰机臂，201为凸台，3为固定座，4为俯仰修正电机，5为俯仰修正电机，6为横滚机臂安装座，7为限位凸起，8为合页，9为手机，10为俯仰角度调节开关，11为第一齿轮，12为第二齿轮，121为外齿圈，122为内轮毂，123为辐条，13为第三齿轮，14为限位块，15为限位挡块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1～5所示，呈倒置的“L”形转角配置的俯仰机臂1和横滚机臂2均为长条形直臂结构，外壳材料采用工程塑料，兼具一定的弹性和刚性。

横滚机臂2左端前侧上转动安装固定座3，其转动中心线为β，转动中心线β垂直于横滚机臂2长度方向，转动轴一端配置横滚修正电机5，一端倾斜安装在固定座3上，使装夹在固定座3上的手机9靠近俯仰机臂1的一端与横滚机臂2之间的距离大于手机9另一端与横滚机臂2之间的距离，使某些尺寸较大的手机9端部位于横滚机臂安装座6外侧，避免相互干涉，如图3所示。

横滚机臂2右端通过合页8偏心转动连接在横滚机臂安装座6上，其转动中心线为γ，扳动横滚机臂2绕转动中心线γ转动时，能够锁定在任何转动位置，从而改变横滚机臂2与俯仰机臂1之间的夹角；横滚机臂安装座6转动连接在俯仰机臂1上端，其转动中心线为α，转动中心线α垂直于俯仰机臂1长度方向，转动轴上配置俯仰修正电机4。

转动中心线α和转动中心线β相交，转动中心线γ垂直于转动中心线α和转动中心线β所在平面，且转动中心线γ不与转动中心线α相交。

固定座3上配置加速度计和陀螺仪，加速度计和陀螺仪通过控制单元连接俯仰修正电机4和横滚修正电机5。

横滚机臂2右端前侧，靠近横滚机臂安装座6带有能够调整突出高度的限位凸起7，横滚机臂2绕横滚机臂安装座6转动过程中，限位凸起7能够接触/脱离横滚机臂安装座6。本实施例中，限位凸起7为限位螺丝，横滚机臂2上对应开设有螺纹孔。

如图4、图5所示，俯仰修正电机4和横滚修正电机5为有刷电机；横滚机臂安装座6的转动轴和固定座3的转动轴分别通过无齿隙传动齿轮组件连接各自的有刷电机输出轴，并且横滚机臂安装座6的转动轴和固定座3的转动轴上的齿轮齿顶圆半径大于有刷电机输出轴上的齿轮齿顶圆半径；横滚机臂安装座6的转动轴和固定座3的转动轴均为中空轴，其中空内腔穿装控制线路和/或电源线路。

如图10～12所示，无齿隙传动齿轮组件包括固定在有刷电机输出轴上的第一齿轮11，同轴间隔固定在横滚机臂安装座6转动轴或固定座3转动轴上的第二齿轮12和第三齿轮13；第二齿轮12和第三齿轮13的齿面形状和齿轮大小相同；第二齿轮12为柔性齿轮，其外齿圈121与内轮毂122之间通过若干根间隔配置的柔性辐条123连接，外齿圈121负载时能够绕横滚机臂安装座6转动轴或固定座3转动轴轴线相对内轮毂122弹性扭转，空载时回复原形；

第三齿轮13为刚性齿轮，第二齿轮12和第三齿轮13的齿面错开，第三齿轮13的一侧齿廓外露于其上方对应的第二齿轮12齿槽内；第一齿轮11同时啮合第二齿轮12和第三齿轮13，啮合处，第一齿轮11同一轮齿的两侧齿廓分别紧贴第二齿轮12和第三齿轮13相对侧的齿槽侧壁。并且，齿轮轮辐内设有限位块14，一侧对应配置限位挡块15；横滚机臂安装座6能够在在限位块14和限位挡块15限定的角度范围内绕转动中心线α转动±175°；固定座3能够在在限位块14和限位挡块15限定的角度范围内绕转动中心线β转动±60°。

如图8～9所示，横滚机臂2上与固定座3背对的一侧突起中空的凸台201，横滚修正电机5配置在中空凸台201内，俯仰机臂1上对应位置处开设定位凹陷101，折叠携带状态时，绕转动中心线γ扳动横滚机臂2，绕转动中心线α转动横滚机臂安装座6和横滚机臂2整体，直至横滚机臂2叠置于俯仰机臂1上，将凸台201弹性压装入定位凹陷101内，横滚机臂2和俯仰机臂1锁定为一体，如图8所示。

展开工作时，绕转动中心线α转动横滚机臂安装座6和横滚机臂2整体，如图9所示，再绕转动中心线γ扳动横滚机臂2，直至横滚机臂2和俯仰机臂1呈倒置的“L”形转角，如图1所示。

本装置拍摄前的重心预调整方法，以手机拍摄视频为例说明如下：

第一步，用户立式手持俯仰机臂1，保持横滚机臂2横向伸出俯仰机臂1左侧，固定座3面向用户，先把手机9装夹在固定座3上，图3中的虚线框即为手机横向装夹位置示意；

第二步，首次使用时，还需预调整好限位凸起7的突出高度，当横滚机臂2扳动到限位凸起7接触横滚机臂安装座6时，横滚机臂2和俯仰机臂1之间成一适合夹角，以保证手机9装夹在固定座3上时，横滚机臂安装座6、横滚机臂2、固定座3和手机9的共同重心正好位于转动中心线α上或附近；判断夹角是否合适的标准是：手机9装夹好后，手动转动横滚机臂2，使手机9屏幕保持垂直状态，松开横滚机臂2后，手机9能保持垂直状态，横滚机臂2不翻转；后续使用时，如果是同一部手机，无需再反复调整限位凸起7的突出高度，只需将横滚机臂2直接扳动到位即可；

第三步，调整手机9在固定座3上的夹持部位，使手机9和固定座3的共同重心正好位于转动中心线β上或附近，判断夹持部位是否合适的标准是：手动调整固定座3上的手机9夹持部位，使上述处于垂直状态的手机9保持左右高度相当不横倾，松开固定座3后，手机9能保持垂直状态并且左、右端高度相当，手机9不翻转。

此时，手机9和固定座3的共同重心正好位于转动中心线β上或附近，同时，横滚机臂安装座6、横滚机臂2、固定座3和手机9的共同重心正好位于转动中心线α上或附近，亦即，两个共同重心处于转动中心线α和转动中心线β的相交点处或附近，手机9处于重心平衡位置，调整结束。

拍摄时随着用户的手臂动作或者用户身体移动，手机9会随之移动，为了保持移动过程中手机9角度不变，始终稳定的朝向拍摄物，本机构通过两个修正电机来控制维持角度不变:

用户打开供电开关，电池开始为稳定器供电。用户手持俯仰机臂1，通过手机9屏幕观察拍摄物(自拍或拍他)并转动俯仰机臂1以选择合适的拍摄角度，如果加速度计和陀螺仪监测到手机9有绕转动中心线β方向的角速度和/或角度，横滚修正电机启动，产生一个大小相当的反向扭矩，使手机9和固定座3保持原先的角度；如果加速度计和陀螺仪监测到手机9有绕转动中心线α方向的角速度和/或角度，俯仰修正电机启动，产生一个大小相当的反向扭矩，使手机9、固定座3、横滚机臂2和横滚机臂安装座6保持原先的角度；如果加速度计和陀螺仪监测到手机9同时具有绕转动中心线α和β方向的角速度和/或角度，俯仰修正电机和横滚修正电机分别启动，产生一个大小相当的反向扭矩合力，使手机9保持原先的角度，手机9在手臂任意方向的转动角度过程中，位置始终保持面向拍摄物不变，如图6～7所示。

拍摄过程中，如用户想调整拍摄的俯仰角度，还可以调节辅助稳定器上俯仰角度调节开关10，通过控制单元在保持手机重心平衡的前提下强制调整俯仰修正电机4，选择合适的拍摄俯仰角度。

Claims (11)

1.一种便携式摄像、摄影辅助稳定器，其特征在于：

横滚机臂(2)一端转动连接在横滚机臂安装座(6)上，其转动中心线为γ，横滚机臂安装座(6)转动连接在俯仰机臂(1)上，其转动中心线为α，横滚机臂安装座(6)转动轴上配置俯仰修正电机(4)；

扳动横滚机臂(2)绕转动中心线γ转动时，能够保持在任一扳动位置，从而改变横滚机臂(2)与转动中心线α之间的夹角；横滚机臂安装座(6)和横滚机臂(2)整体能够绕转动中心线α转动；

靠近横滚机臂(2)另一端侧面，转动安装固定座(3)，其转动中心线为β，转动轴上配置横滚修正电机(5)，固定座(3)能够绕转动中心线β转动；

转动中心线α和转动中心线β相交，转动中心线γ垂直于转动中心线α和转动中心线β所在平面；

固定座(3)上配置加速度计和陀螺仪，加速度计和陀螺仪通过控制单元连接俯仰修正电机(4)和横滚修正电机(5)；

所述辅助稳定器上还带有俯仰角度调节开关(10)，俯仰角度调节开关(10)通过控制单元连接俯仰修正电机(4)；

所述辅助稳定器包括两个位置状态：

折叠携带状态时，绕转动中心线γ扳动横滚机臂(2)，绕转动中心线α转动横滚机臂安装座(6)和横滚机臂(2)整体，直至横滚机臂(2)叠置于俯仰机臂(1)上；

展开工作状态时，绕转动中心线γ扳动横滚机臂(2)，绕转动中心线α转动横滚机臂安装座(6)和横滚机臂(2)整体，直至横滚机臂(2)和俯仰机臂(1)呈倒置的“L”形转角。

2.根据权利要求1所述的便携式摄像、摄影辅助稳定器，其特征在于：

在与固定座(3)同侧的横滚机臂(2)上，靠近横滚机臂安装座(6)带有能够调整突出高度的限位凸起(7)，横滚机臂(2)绕横滚机臂安装座(6)转动过程中，限位凸起(7)能够接触/脱离横滚机臂安装座(6)。

3.根据权利要求2所述的便携式摄像、摄影辅助稳定器，其特征在于：所述限位凸起(7)为限位螺丝，旋入横滚机臂(2)上对应开设的螺纹孔内。

4.根根据权利要求1所述的便携式摄像、摄影辅助稳定器，其特征在于：所述横滚机臂(2)偏离转动中心线α安装在横滚机臂安装座(6)上，转动中心线γ位于固定座(3)的背侧，不与转动中心线α相交。

5.根据权利要求1所述的便携式摄像、摄影辅助稳定器，其特征在于：所述横滚机臂(2)和横滚机臂安装座(6)之间通过合页(8)转动连接。

6.根据权利要求1所述的便携式摄像、摄影辅助稳定器，其特征在于：所述固定座(3)与横滚机臂(2)不平行，固定座(3)靠近俯仰机臂(1)的一侧与横滚机臂(2)之间的距离大于固定座(3)另一侧与横滚机臂(2)之间的距离。

7.根据权利要求1所述的便携式摄像、摄影辅助稳定器，其特征在于：

所述俯仰修正电机(4)和横滚修正电机(5)为有刷电机；

横滚机臂安装座(6)的转动轴和固定座(3)的转动轴分别通过无齿隙传动齿轮组件连接各自的有刷电机输出轴，并且横滚机臂安装座(6)的转动轴和固定座(3)的转动轴上的齿轮齿顶圆半径大于有刷电机输出轴上的齿轮齿顶圆半径；

横滚机臂安装座(6)的转动轴和固定座(3)的转动轴均为中空轴，其中空内腔穿装控制线路和/或电源线路。

8.根据权利要求7所述的便携式摄像、摄影辅助稳定器，其特征在于：所述无齿隙传动齿轮组件包括固定在有刷电机输出轴上的第一齿轮(11)，同轴间隔固定在横滚机臂安装座(6)转动轴或固定座(3)转动轴上的第二齿轮(12)和第三齿轮(13)；

第二齿轮(12)和第三齿轮(13)的齿面形状和齿轮大小相同；

第二齿轮(12)为柔性齿轮，其外齿圈(121)与内轮毂(122)之间通过若干根间隔配置的柔性辐条(123)连接，外齿圈(121)负载时能够绕横滚机臂安装座(6)转动轴或固定座(3)转动轴轴线相对内轮毂(122)弹性扭转，空载时回复原形；

第三齿轮(13)为刚性齿轮，第二齿轮(12)和第三齿轮(13)的齿面错开，第三齿轮(13)的一侧齿廓外露于其上方对应的第二齿轮(12)齿槽内；

第一齿轮(11)同时啮合第二齿轮(12)和第三齿轮(13)，啮合处，第一齿轮(11)同一轮齿的两侧齿廓分别紧贴第二齿轮(12)和第三齿轮(13)相对侧的齿槽侧壁。

9.根据权利要求7所述的便携式摄像、摄影辅助稳定器，其特征在于：所述无齿隙传动齿轮组件包括固定在有刷电机输出轴上的弹性齿轮和固定在横滚机臂安装座(6)转动轴或固定座(3)转动轴上的刚性齿轮；

弹性齿轮的齿廓在外力作用时能够发生弹性形变，刚性齿轮的齿槽为硬质刚性齿槽，弹性齿轮齿廓的外缘尺寸大于等于刚性齿轮齿槽的内缘尺寸；

两齿轮啮合处，弹性齿轮同一轮齿的齿廓能够在刚性齿轮齿槽槽壁的挤压下弹性形变，紧贴刚性齿轮同一齿槽两侧槽壁，使弹性齿轮齿廓和刚性齿轮齿槽之间的齿隙为零；离开啮合位置后，弹性齿轮齿廓回复原形。

10.根据权利要求7所述的便携式摄像、摄影辅助稳定器，其特征在于：

所述横滚机臂安装座(6)转动轴和固定座(3)转动轴上分别设有限位块(14)，限位块(14)一侧对应配置限位挡块(15)；

横滚机臂安装座(6)能够在在限位块(14)和限位挡块(15)限定的角度范围内绕转动中心线α转动±175°；

固定座(3)能够在在限位块(14)和限位挡块(15)限定的角度范围内绕转动中心线β转动±60°。

11.根据权利要求1所述的便携式摄像、摄影辅助稳定器，其特征在于：

所述横滚机臂(2)和俯仰机臂(1)均为直臂，横滚机臂(2)上与固定座(3)背对的一侧突起中空的凸台(201)，横滚修正电机(5)配置在中空凸台(201)内，俯仰机臂(1)上对应位置处开设定位凹陷(101)，折叠携带状态时，凸台(201)能够弹性压装入定位凹陷(101)内。