CN106989256A - 一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台 - Google Patents

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Abstract

本发明针对现有技术存在的缺陷，提出了一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台。该平台针对VR相机的拍摄特点，主要包括VR相机、云台组件、支杆、控制箱、底盘，采用独立支杆是稳定云台，将控制驱动电机放到下端，减少了顶部的体积和重量，可以有效提高拍摄质量。并将驱动器和底盘结合在一起组成自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台，结构紧凑并且可以进行任意方向平移或者原地转向，适合虚拟现实图像的拍摄要求。

Description

一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台
技术领域
本发明涉及一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台，属于摄影和摄像技术领域。
背景技术
随着虚拟现实技术的不断发展，虚拟现实产品不断涌现，然而虚拟现实内容提供商却发展缓慢，这与虚拟现实摄像设备的发展滞后有关。虚拟现实影像产品需要利用VR相机进行拍摄360°全景影像，因此需要一个稳定的支撑装置。传统的三脚架体积庞大，会影响拍摄下部的图像，同时也不适合移动拍摄。
为此需要一个独立的支杆将VR相机支起一定的高度，由于支杆较长，因此在移动过程中，会引起抖动问题，从而影响拍摄的图像效果，也为后期制作带来不便。
在需要移动拍摄的场合，不能有较大的装置运载VR相机，会遮蔽一些画面，因此需要一个非常小的，行走平稳的载具。
目前有些手机稳定云台应用到虚拟现实拍摄装置中，但是由于目前手机稳定云台采用的是三个正交轴独立控制方式，机械结构非常复杂、庞大，会遮蔽某些视角的图像，因此不利于虚拟现实图像的拍摄与拼接处理。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷，提出了一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台。该平台针对VR相机的拍摄特点，采用独立支杆是稳定云台，将控制驱动电机放到下端，减少了顶部的体积和重量，可以有效提高拍摄质量。并将驱动器和底盘结合在一起组成自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台，结构紧凑并且可以进行任意方向平移或者原地转向，适合虚拟现实图像的拍摄要求。
本发明采取的技术方案为：
一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台，包括VR相机、云台组件、支杆、控制箱、底盘，所述云台组件包括钢索，所述底盘包括钢丝减震器；所述VR相机安装在云台组件顶端，云台组件安装在支杆上，钢索在支杆内部通过，支杆安装在控制箱的顶端，控制箱通过四个相互正交的钢丝减震器安装在底盘上面。
所述云台组件还包括相机安装盘、航向电机、电机座、十字轴、云台座,所述航向电机包括安装孔、转子；相机安装盘安装在航向电机上，航向电机安装在电机座内，电机座与十字轴和云台座三者组成一个万向节；钢索嵌入电机座固定。
所述相机安装盘上包括用于相机安装盘与航向电机的转子连接的安装孔。
所述电机座上部包括一个带电机安装孔的法兰盘，在所述安装孔周围均布上部钢索孔，所述电机座下部有两个带孔的、用于安装十字轴的上耳片。
所述云台座上部有两个带孔的下耳片用于安装十字轴，在其周围均布个下部钢索孔，使钢索能够穿过支杆到达控制箱，云台座下部侧壁均布个支杆安装孔，并利用螺钉安装支杆。
所述钢索包括凸头，钢丝绳，凸头固定在钢丝绳的顶端。
所述控制箱包括支杆座、外壳、天线、蓄电池、电机支架、控制板、驱动电机、摇臂组件、位置传感器组件；三个驱动电机安装在电机支架上，并位于支杆座的正下方，从支杆中通过的钢索末端固定在摇臂组件上并张紧,摇臂组件安装在驱动电机的轴上并通过三条钢索对云台组件进行控制，系统的能量由蓄电池提供，并由控制板对系统进行控制。
所述底盘还包括底盘架、麦克纳姆轮、行走电机；所述底盘架包括横梁,纵梁，电机支架，减震器孔，行走电机安装在电机支架上并安装有麦克纳姆轮，钢丝减震器安装在减震器孔上。
所述摇臂组件包括摇臂，固定螺丝，张紧器，锁紧螺杆，锁紧螺母，摇臂上有轴孔，张紧器孔，驱动电机轴插入轴孔并由固定螺丝固定，张紧器上有一个钢索孔和螺纹孔，张紧器的螺杆安装在张紧器孔内，并且可以调节钢索的张紧度，锁紧螺杆上有一个锁紧孔，锁紧螺杆拧入螺纹孔，使钢索孔和锁紧孔对齐，并插入钢索，另外一端由锁紧螺母锁紧钢索，通过旋转张紧器使钢索张紧。
所述位置传感器组件包括夹头，螺丝a，滑动杆，传感器，支架，螺丝b，夹头上有一个钢索孔通过钢索，还有一个螺纹孔拧入螺丝a将钢索固定，支架固定在电机支架上，利用螺丝b将传感器固定在支架上，滑动杆一头与夹头相连接，另外一头与传感器相连接。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明的一个效果在于，该云台可以控制自动行走，适合移动场景拍摄；
本发明的一个效果在于，可以进行三轴稳定控制，使拍摄画面更加流畅；
本发明的一个效果在于，仅有一个圆柱杆支撑，没有遮挡部位，使虚拟现实画面更加完整，后期处理简单拼接即可；
本发明的一个效果在于，驱动电机在底盘上，云台顶部体积小，重量轻，使系统结构强度高，稳定性好；
本发明的一个效果在于，采用拉线控制，结构紧凑，响应速度高，控制灵活。
本发明的一个效果在于，可以使得一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台在比较狭小的空间内能够任意方向自由移动，配合摄像所需的推、拉、摇、移等拍摄技法，使得拍摄效果更佳。
附图说明
图1是本发明中一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台；
图2是本发明中云台组件示意图；
图3是本发明中云台组件爆炸图；
图4是本发明中云台组件安装图；
图5是本发明中控制箱示意图；
图6是本发明中控制箱安装图；
图7是本发明中控制箱内部结构示意图；
图8是本发明中驱动系统示意图；
图9是本发明中底盘示意图；
图10是本发明中底盘架结构图；
图11是本发明中摇臂组件示意图；
图12是本发明中摇臂组件爆炸图；
图13是本发明中位置传感器组件爆炸图；
图14是本项目中云台稳定控制示意图。
附图中，各标号所代表的部件：
VR相机 1
云台组件 2
支杆 3
控制箱 4
底盘 5
相机安装盘 201
航向电机 202
电机座 203
十字轴 204
云台座 205
钢索 206
螺钉 207
螺柱 2011
安装孔 2012
转子 2021
定子 2022
电机安装孔 2031
上部钢索孔 2032
上耳片 2033
下耳片 2051
下部钢索孔 2052
下部侧壁 2053
支杆安装孔 2054
凸头 2061
钢丝绳 2062
支杆座 401
外壳 402
天线 403
蓄电池 404
电机支架 405
控制板 406
驱动电机 407
摇臂组件 408
位置传感器组件 409
底盘架 501
麦克纳姆轮 502
钢丝减震器 503
行走电机 504
摇臂 4081
轴孔 4082
固定螺丝 4083
张紧器孔 4084
钢索孔 4085
螺杆 4086
锁紧螺母 4087
张紧器 4088
螺纹孔 4089
锁紧螺杆 40810
锁紧孔 40811
夹头 4091
钢索孔 4092
螺纹孔 4093
螺丝a 4094
滑动杆 4095
传感器 4096
支架 4097
螺丝b 4098
横梁 5011
纵梁 5012
电机支架 5013
减震器孔 5014
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台的示意图，其中VR相机1可以是多个相机的组合形式也可以是单体VR相机，也可以安装普通的照相机，和摄像机。如果要让系统性能更加理想，在安装普通相机和摄像机时，需要一个转接支架，并且尽量调整转接支架，使相机或者摄像机的重心落在云台组件2的中心位置，以便减小驱动电机所需的控制力矩。
云台组件2与控制箱4之间靠支杆3连接，支杆3的是中空的，用于钢索206和系统控制电缆的通过。其中支杆3的长度可以根据拍摄的高度需求任意确定。
图2和图3是云台组件结构图，该云台组件2可以单独使用，也可以与其他拍摄装置结合使用，通过螺钉207很方便地固定在其他拍摄装置上，进行控制，见图4。云台组件2顶端的相机安装盘201安装在航向电机202的转子2021上，上面的螺柱2011用于安装各种相机，包括VR相机1。并且可以通过航向电机202调整相机的方向角。由于转子2021上没有任何连接导线，因此可以任意旋转。相机姿态检测传感器可以安装在电机安装孔2031的底部，也可以安装在相机安装盘201与转子2021之间。
电机座203、十字轴204、云台座205结合在一起，可以向任何方向摆动，通过三条钢索206的协调控制，可以补偿因底盘5行走过程中因为道路不平所引起VR相机1的摆动影响。
航向电机202的定子2022安装在电机座203法兰盘的电机安装孔2031内。电机座203的上部钢索孔2032是埋头孔，三条钢索206的凸头2061嵌入电机座203的上部钢索孔2032内固定住，并控制电机座203的摆动方向和幅度。
云台座205在其周围均布3个下部钢索孔2052，下部钢索孔2052是通孔，可以使钢索206能够穿过支杆3到达控制箱4。
图5是控制箱示意图，控制箱4上的支杆座401用于安装支杆3，中间有开孔可以通过钢索206和各种电缆导线等。天线403安装在控制箱4上，可以接受手机蓝牙信号、WIFI信号或者其他无线控制器的信号，用于远程对稳定云台及底盘的遥控操作。
三个驱动电机407安装在电机支架405上，并位于支杆座401的正下方。驱动电机407的输出轴与摇臂组件408相连接。从支杆3中通过的钢索206末端固定在摇臂组件408上并张紧，控制驱动电机407的转动角度就可以通过摇臂组件408带动钢索206来控制云台组件2的角度和位置。
控制箱4内部安装有蓄电池404，可以为整个系统提供电能，见图7。系统的姿态检测，云台驱动电机407控制，以及底盘行走电机504控制均由控制板406完成。控制板406还通过接收天线403的信号与上位机进行通讯。
控制箱4通过钢丝减震器503安装在底盘5上，见图6。其中钢丝减震器503需要安装4个或者多个。钢丝减震器503的减震受力方向是各向异性的，因此钢丝减震器503的安装需要正交方向，互差90°安装，保证减震效果各个方向相同，见图9。也可以安装其他形式的减震器或者采用带有减震机构的车辆底盘，使减震效果更好。减震器的主要作用在于降低高频振动对摄影设备的影响，低频振动由云台补偿。
图9是底盘5示意图，其中底盘5包括底盘架501，麦克纳姆轮502，钢丝减震器503，行走电机504。利用控制板406对四个行走电机504协调控制，驱动麦克纳姆轮502，再通过对四个麦克纳姆轮502的不同转速和转向的控制，可以使底盘5前进、后退、左右平移、任意角度方向平移、原地转向等操作。使得一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台在比较狭小的空间内能够任意方向自由移动，配合摄像所需的推、拉、摇、移等拍摄技法，使得拍摄效果更佳。
图11和图12是摇臂组件408示意图，包括摇臂4081，固定螺丝4083，张紧器4088，锁紧螺杆40810，锁紧螺母4087。其中摇臂4081上有轴孔4082，张紧器孔4084，驱动电机407轴插入轴孔4082并由固定螺丝4083固定。通过控制驱动电机407转动，进一步控制摇臂4081的摆动，从而通过钢索206控制云台组件2的转动。三个驱动电机407协调配合，可以控制云台组件2向任意方向摆动，从而补偿因行走机构在不平坦地面行走因此的振动。
张紧器4088上有一个钢索孔4085和螺纹孔4089，螺杆4086安装在张紧器孔4084内并且可以通过旋转调节螺杆4086伸出摇臂4081的高度。
锁紧螺杆40810上有一个锁紧孔40811，锁紧螺杆40810拧入螺纹孔4089时，使钢索孔4085和锁紧孔40811对齐，将钢索206依次插入钢索孔4085和锁紧孔40811，然后再锁紧螺杆40810另外一端由锁紧螺母4087拧紧，这样锁紧孔40811就可以将钢索206锁住，然后旋转张紧器4088使钢索206张紧。张紧时需要首先扶正云台组件2，然后再协调张紧三条钢索206。
此外可以利用其它结构形式来固定钢索206，例如两个夹片，通过螺丝固定钢索206，然后通过调节驱动电机407转动摇臂4081使得钢索206张紧。
图13是位置传感器组件示意图，首先将位置传感器组件409通过支架4097固定在电机支架405上，然后将钢索206穿过夹头4091上的钢索孔4092，当钢索206在摇臂组件408进行固定并张紧之后，再利用螺丝a4094将夹头4091和滑动杆4095相连接，这样当驱动电机407转动摇臂4081使得钢索206上下移动时可以带动滑动杆4095移动相同的距离，因此传感器4096就可以测出钢索206移动的距离，从而可以计算出云台组件2摆动的角度。
也可以利用码盘、旋转变压器、滑动电阻、磁编码器等安装在驱动电机407的转轴上，通过检测驱动电机407转动的角度，再利用摇臂4081的长度计算出钢索206移动的距离，从而可以计算出云台组件2摆动的角度。
图14是本项目中云台稳定控制示意图，利用三个钢索206的控制，可以使得当支杆3倾斜时保持VR相机1保持垂直姿态不变，并在运动过程中始终使VR相机1保持稳定，提高拍摄质量。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台，包括VR相机(1)、云台组件(2)、支杆(3)、控制箱(4)、底盘(5)，所述云台组件(2)包括钢索(206)，所述底盘(5)包括钢丝减震器(503)；
所述VR相机(1)安装在云台组件(2)顶端，云台组件(2)安装在支杆(3)上，钢索(206)在支杆(3)内部通过，支杆(3)安装在控制箱(4)的顶端，控制箱(4)通过四个相互正交的钢丝减震器(503)安装在底盘(5)上面。
2.如权利要求1所述的一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台，其特征在于，所述云台组件(2)还包括相机安装盘(201)、航向电机(202)、电机座(203)、十字轴(204)、云台座(205),所述航向电机(202)包括安装孔(2021)、转子(2022)；
相机安装盘(201)安装在航向电机(202)上，航向电机(202)安装在电机座(203)内，电机座(203)与十字轴(204)和云台座(205)三者组成一个万向节；钢索(206)嵌入电机座(203)固定。
3.如权利要求1所述的一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台，其特征在于，所述相机安装盘(201)上包括用于相机安装盘(201)与航向电机(202)的转子(2021)连接的安装孔(2012)。
4.如权利要求1所述的一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台，其特征在于，所述电机座(203)上部包括一个带电机安装孔(2031)的法兰盘，在所述安装孔(2031)周围均布上部钢索孔(2032)，所述电机座(203)下部有两个带孔的、用于安装十字轴(204)的上耳片(2033)。
5.如权利要求1所述的一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台，其特征在于，所述云台座(205)上部有两个带孔的下耳片(2051)用于安装十字轴(204)，在其周围均布3个下部钢索孔(2052)，使钢索(206)能够穿过支杆(3)到达控制箱(4)，云台座(205)下部侧壁(2053)均布3个支杆安装孔(2054)，并利用螺钉(207)安装支杆(3)。
6.如权利要求1所述的一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台，其特征在于，所述钢索(206)包括凸头(2061)，钢丝绳(2062)，凸头(2061)固定在钢丝绳(2062)的顶端。
7.如权利要求1所述的一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台，其特征在于，所述控制箱(4)包括支杆座(401)、外壳(402)、天线(403)、蓄电池(404)、电机支架(405)、控制板(406)、驱动电机(407)、摇臂组件(408)、位置传感器组件(409)；
三个驱动电机(407)安装在电机支架(405)上，并位于支杆座(401)的正下方，从支杆(3)中通过的钢索(206)末端固定在摇臂组件(408)上并张紧,摇臂组件(408)安装在驱动电机(407)的轴上并通过三条钢索(206)对云台组件(2)进行控制，系统的能量由蓄电池(404)提供，并由控制板(406)对系统进行控制。
8.如权利要求1所述的一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台，其特征在于，所述底盘(5)还包括底盘架(501)、麦克纳姆轮(502)、行走电机(504)；
所述底盘架(501)包括横梁(5011),纵梁(5012)，电机支架(5013)，减震器孔(5014)，行走电机(504)安装在电机支架(5013)上并安装有麦克纳姆轮(502)，钢丝减震器(503)安装在减震器孔(5014)上。
9.如权利要求1所述的一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台，其特征在于，所述摇臂组件(408)包括摇臂(4081)，固定螺丝(4083)，张紧器(4088)，锁紧螺杆(40810)，锁紧螺母(4087)，摇臂(4081)上有轴孔(4082)，张紧器孔(4084)，驱动电机(407)轴插入轴孔(4082)并由固定螺丝(4083)固定，张紧器(4088)上有一个钢索孔(4085)和螺纹孔(4089)，张紧器(4088)的螺杆(4086)安装在张紧器孔(4084)内，并且可以调节钢索(206)的张紧度，锁紧螺杆(40810)上有一个锁紧孔(40811)，锁紧螺杆(40810)拧入螺纹孔(4089)，使钢索孔(4085)和锁紧孔(40811)对齐，并插入钢索(206)，另外一端由锁紧螺母(4087)锁紧钢索(206)，通过旋转张紧器(4088)使钢索(206)张紧。
10.如权利要求1所述的一种自行式虚拟现实相机拍摄稳定云台，其特征在于，所述位置传感器组件(409)包括夹头(4091)，螺丝a(4094)，滑动杆(4095)，传感器(4096)，支架(4097)，螺丝b(4098)，夹头(4091)上有一个钢索孔(4092)通过钢索(206)，还有一个螺纹孔(4093)拧入螺丝a(4094)将钢索(206)固定，支架(4097)固定在电机支架(405)上，利用螺丝b(4098)将传感器(4096)固定在支架(4097)上，滑动杆(4095)一头与夹头(4091)相连接，另外一头与传感器(4096)相连接。
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