CN107077049A - 云台结构及无人机 - Google Patents

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孙旭斌
杨豪
霍达君
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Abstract

一种云台结构及无人机,其中云台结构包括云台支架(1)、安装在云台支架(1)上的反光镜(5);所述云台支架(1)用于固定拍摄器(6),且使得所述拍摄器(6)朝向所述反光镜(5)。所述反光镜(5)安装在云台支架(1)上具有至少两个转动自由度。所述云台结构带有反光镜(5),拍摄器(6)通过反光镜(5)中的虚像实现拍摄,并由第一驱动组件(3)和第二驱动组件(4)实现反光镜(5)的转动自由度。由于拍摄器(6)固定设置无需转动,节约了驱动拍摄器机构的安装空间及其附属线路,降低云台结构的重量,同时减小了云台结构的体积。所述云台结构的拍摄器和反光镜具有相同的震动方向和幅度,消除了拍摄抖动问题。

Description

云台结构及无人机
技术领域
本发明涉及无人机领域,尤其是一种云台结构及无人机。
背景技术
现有技术中,无人机可用于航拍、测绘、植保、侦测、救灾等行业,其结构上通常有中心架、动力系统、起落架等组成,通过搭载飞控、图传和其他微电脑设备进行作业。
无人机航拍,由于无人机飞行抖动幅度较大,拍摄器如果直接挂在无人机上拍摄,会导致视频抖动厉害、照片模糊、质量较差等问题。通常在拍摄器和无人机之间增加一个云台来稳定拍摄。
通常无人机的云台各个轴通过力臂来挂载拍摄器,三个轴的负重为:一个轴支撑拍摄器加两个力臂电机的重量,一个轴支撑拍摄器加一个力臂电机的重量,一个轴支撑拍摄器的重量。
由于拍摄器的重量较大,再加上力臂的杠杆作用负重处于杠杆的长臂端,导致云台的电机需要较大的功率和有较大的力矩,使得云台较重,消耗功率较大。又由于力臂和大电机的存在,整个云台的体积也较大,这将影响无人机的便携性和滞空时间。
发明内容
本发明提供一云台结构及无人机。
根据本发明实施例的第一方面,提供一种云台结构,包括云台支架、安装在云台支架上的反光镜。所述云台支架用于固定拍摄器,且使得所述拍摄器朝向所述反光镜;所述反光镜安装在云台支架上具有至少两个转动自由度。
根据本发明实施例的第二方面,提供一种无人机,包括机身,还包括云台结构,所述云台结构包括云台支架、安装在云台支架上的反光镜;所述云台支架用于固定拍摄器,且使得所述拍摄器朝向所述反光镜;所述反光镜安装在云台支架上具有至少两个转动自由度。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:所述云台结构带有反光镜,拍摄器通过反光镜中的虚像实现拍摄,并由第一驱动组件和第二驱动组件实现反光镜的转动自由度。由于拍摄器固定设置无需转动,节约了驱动拍摄器机构的安装空间及其附属线路,降低云台结构的重量,同时减小了云台结构的体积。所述云台结构的拍摄器和反光镜具有相同的震动方向和幅度,消除了拍摄抖动问题。
附图说明
图1是本发明第一实施例示出的一种无人机的示意图。
图2是本发明第二实施例示出的一种无人机的示意图。
图3是本发明第三实施例示出的一种无人机的示意图。
图4是本发明第四实施例示出的一种无人机的示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
应当理解,尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本公开范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1至图4,本申请提供一种无人机200,包括机身1,还包括云台结构100。所述云台结构100包括云台支架、安装在云台支架上的反光镜5。所述云台支架1用于固定拍摄器6,且使得所述拍摄器6朝向所述反光镜5。所述反光镜安装在云台支架1上具有至少两个转动自由度。
所述云台支架与所述机身1固定连接或与所述机身1一体设置。这样所述云台结构100可以与所述机身1在任何时刻的震动方向和幅度保持一致,而设置于所述云台支架1上的反光镜5与拍摄器6也同样在任何时刻的震动方向和幅度是一致的。因此所述反光镜5内反射的虚像能够被所述拍摄器6拍摄出高质量照片。由于所述拍摄器6直接固定在所述云台支架1上,减少了驱动所述拍摄器6的驱动机构(力臂电机),与现有云台结构相比至少减少了力臂电机的重量、能耗和占用的安装体积。继而降低了云台结构100的重量以及云台结构100的功耗,减小了云台结构100的体积,进而降低了无人机的重量,提高了无人机的滞空时间。
在一实施方式中,所述机身1与所述云台结构100直接连接,所示机身1与所述云台支架一体设置。所述拍摄器6固定在所述机身1上,所述反光镜5安装在所述机身1上。在其他实施方式中,所述无人机200还包括安装支架7,所述机身1与所述云台结构100通过所述安装支架7连接。所述拍摄器6固定在所述安装支架7上,所述反光镜5安装在所述安装支架7上,所述安装支架7与所述机身1直接连接,所述安装支架7传递所述机身1与所述机身1的震动方向和幅度一致传递所述震动方向和幅度至所述反光镜5和所示拍摄器6。
进一步地,所述云台支架包括第一驱动组件3和第二驱动组件4;所述反光镜5与所述第一驱动组件3或所述第二驱动组件4连接。
在一实施方式中,当所述机身1与所述云台结构100直接连接时,无需设置所述安装支架7。所述反光镜5与所述第一驱动组件3连接,所述第二驱动组件4与机身1连接,所述第二驱动组件4用于驱动所述第一驱动组件3转动。所述第一驱动件3和第二驱动件4可以驱动不同的转动自由度,以保证两者驱动的反光镜6具有多个自由度拍摄虚像。
进一步地,如图1所示,所述第一驱动组件3包括用于驱动所述反光镜5左右转动的第一电机,所述第二驱动组件4包括用于驱动所述第一驱动组件3上下方向转动的第二电机。
例如,所述第一驱动件3为航向轴组件、与所述反光镜5直接连接,其包括的第一电机驱动所述反光镜5左右方向转动。所述第二驱动组件4为俯仰轴组件、与所述航向轴组件连接,其包括的第二电机驱动所述航向轴组件上下转动。可知,第二电机驱动第一电机上下方向转动,与所述第一电机连接的反光镜5也跟随上下方向转动;所述第一电机又驱动所述反光镜5左右方向转动,继而实现了所述反光镜5上下左右四个方向的转动。所述拍摄器6直接拍摄所述反光镜5内的虚像,而无需驱动所述拍摄器6转动,即可实现多角度拍摄。
或者如图2所示,所述第二驱动组件4包括用于驱动所述反光镜5上下转动的第三电机,所述第一驱动组件3包括用于驱动所述第二驱动组件4左右转动的第四电机。
例如,所述第二驱动组件4为俯仰轴组件、与所述反光镜5直接连接,其包括的第三电机驱动所述反光镜5上下方向转动。所述第一驱动组件3为航向轴组件、与所述俯仰轴组件连接,所述航向轴组件包括的第四电机驱动所述俯仰轴组件左右方向转动。可知,第四电机驱动第三电机左右方向转动,与所述第三电机连接的反光镜5也跟随左右方向转动;所述第三电机又驱动所述反光镜5上下方向转动,继而实现了所述反光镜5上下左右四个方向的转动。所述拍摄器6直接拍摄所述反光镜5内的虚像,而无需驱动所述拍摄器6转动,即可实现多角度拍摄。
在又一实施例中,当所述机身1与所述云台结构100通过安装支架7连接时,所述安装支架7可采用硬质支架。所述反光镜5通过所述第一驱动组件3与所述安装支架7连接,所述第二驱动组件4与所述机身1连接,所述第二驱动组件4用于驱动所述安装支架7转动。
进一步地,如图3所示,所述第一驱动组件3包括用于驱动所述反光镜5左右转动的第五电机,所述第二驱动组件4包括用于驱动所述安装支架7上下转动的第六电机。
例如,所述第一驱动件3为航向轴组件,其分别与所述安装支架7和所述反光镜5连接,可传递所述安装支架7的震动方向和幅度至所述反光镜5。所述第二驱动组件4为俯仰轴组件,其与机身1连接用于传递机身1的震动方向和幅度至所述安装支架7,并驱动所述安装支架7在上下方向运动。所述第六电机驱动所述安装支架7上下方向转动,所述第五电机和所述反光镜5跟随所述安装支架7上下方向转动;所述第五电机又驱动所述反光镜左右方向转动。继而实现了所述反光镜5上下左右四个方向的转动。所述拍摄器6直接拍摄所述反光镜5内的虚像,而无需驱动所述拍摄器6转动,即可实现多角度拍摄。
或者如图4所示,所述第二驱动组件4包括用于驱动所述反光镜5上下转动的第七电机,所述第一驱动组件3包括用于驱动所述安装支架7左右转动的第八电机。
例如,所述第二驱动件4为俯仰轴组件固定在所述安装支架7上,其与所述反光镜5直接连接,其包括的第七电机驱动所述反光镜5上下方向转动。第一驱动组件3为航向轴组件,其与所述安装支架7和所述机身1直接连接,其包括的第八电机用于驱动所述安装支架7左右方向移动。同样实现了所述反光镜5上下左右四个方向的转动。所述拍摄器6直接拍摄所述反光镜5内的虚像,而无需驱动所述拍摄器6转动,即可实现多角度拍摄。
由于无人机的电池和图传天线通常在无人机的机身上,通常拍摄器和云台的电源线,以及图传数据线和云台数据线需从拍摄器和云台电机,顺着云台各力臂绕到无人机的机身,这样组装和维修都比较困难,而且数据线会比较长,既增加成本,也会向图像信号中引入较大噪声。
采用上述实施方式本发明提供的无人机节约了拍摄器的力臂及其力臂电机,使拍摄器的图像数据线不需要再沿云台力臂缠绕,数据线比较短、成本降低、噪声较小,方便组装和维修。
更进一步地,所述反光镜5与所述第一驱动组件3或所述第二驱动组件4为可拆卸连接,方便更换不同种类的反光镜5。所述反光镜5为平面镜、凸面镜或凹面镜中的一种。使用平面镜,将保持原有的镜头视角(FOV:Forward Observer Vehicle),使用凸面镜可扩展镜头视角(FOV),使用凹面镜可减小镜头视角(FOV)。
例如所述反光镜使用凸面镜。所述凸面镜包括:
水平方向为凸面、竖直方向为平面的凸面镜,可扩展水平方向的镜头视角(FOV);或竖直方向为凸面、水平方向为平面的凸面镜,可扩展竖直方向的镜头视角(FOV);或水平方向和竖直方向为凸面的凸面镜,可扩展水平和竖直方向的镜头视角(FOV)。由于反光镜可以更换,并可以使用各种平面镜、凸面镜或凹面镜,可以灵活的改变镜头视角(FOV),增加了拍摄器的适用场景。
在其他实施例中,所述云台支架1包括航向轴组件和俯仰轴组件,所述第一驱动组件3是航向轴组件,第二驱动组件4是俯仰轴组件。或者第一驱动组件3是俯仰轴组件,第二驱动组件4是航向轴组件。优选的,所述云台支架还包括用于与所述拍摄器连接的固定件2,且所述固定件2位于所述反光镜5的镜面方向一侧,所述拍摄器6固定在所述固定件2上时,定向拍摄所述反光镜5。
由上可知,云台结构的部分驱动电机不直接作用于质量较大的拍摄器6,而是作用于质量较小的反光镜5,只需使用力矩和功率较小的电机力矩和功率较小,电机的重量和体积就较小即可,减轻了云台结构的重量。同时省掉了云台结构的力臂,减轻了云台结构的重量,使云台结构的体积可以做得较小。没有力臂也使拍摄器6的图像数据线不需要再沿云台力臂缠绕,线比较短,成本降低、噪声较小,并提高了组装和维修的方便性。
更进一步地,拍摄器5连接安装支架,消除拍摄横滚方向的抖动;云台结构的航向轴组件和俯仰轴组件连接反光镜5和安装支架,消除拍摄航向和俯仰方向的抖动,同时提供控制在偏航和俯仰方向的拍摄方向。根据光线反射原理可知,反光镜旋转一定角度,假设为а,则入射光线和反射光线的夹角变化为2а,所以航向轴组件和俯仰轴组件在消除抖动时,需要控制控制反光镜5旋转角度为实际抖动反方向的1/2;通过云台控制拍摄方向时,反光镜5的旋转角度也为实际拍摄方向变化角度的1/2。可知,在控制方面减小了力臂电机的转动角度,进而降低了云台结构的能耗,可延长无人机的滞空时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。
本专利文件披露的内容包含受版权保护的材料。该版权为版权所有人所有。版权所有人不反对任何人复制专利与商标局的官方记录和档案中所存在的该专利文件或者该专利披露。

Claims (22)

1.一种云台结构,其特征在于,包括云台支架、安装在云台支架上的反光镜;所述云台支架用于固定拍摄器,且使得所述拍摄器朝向所述反光镜;所述反光镜安装在云台支架上具有至少两个转动自由度。
2.根据权利要求1所述的云台结构,其特征在于,所述云台支架包括第一驱动组件和第二驱动组件;所述反光镜与所述第一驱动组件或所述第二驱动组件连接。
3.根据权利要求2所述的云台结构,其特征在于,所述反光镜与所述第一驱动组件连接,所述第二驱动组件用于驱动所述第一驱动组件转动。
4.根据权利要求3所述的云台结构,其特征在于,所述第一驱动组件包括用于驱动所述反光镜左右转动的第一电机,所述第二驱动组件包括用于驱动所述第二驱动组件上下转动的第二电机。
5.根据权利要求3所述的云台结构,其特征在于,所述第二驱动组件包括用于驱动所述反光镜上下转动的第三电机,所述第一驱动组件包括用于驱动所述第二驱动组件左右转动的第四电机。
6.根据权利要求2所述的云台结构,其特征在于,所述反光镜与所述第一驱动组件或所述第二驱动组件为可拆卸连接,所述反光镜为平面镜、凸面镜或凹面镜中的一种。
7.根据权利要求6所述的云台结构,其特征在于,所述凸面镜包括:
水平方向为凸面、竖直方向为平面的凸面镜;或竖直方向为凸面、水平方向为平面的凸面镜;或水平方向和竖直方向为凸面的凸面镜。
8.根据权利要求1所述的云台结构,其特征在于,所述云台支架包括航向轴组件和俯仰轴组件,所述第一驱动组件是航向轴组件,第二驱动组件是俯仰轴组件;或者第一驱动组件是俯仰轴组件,第二驱动组件是航向轴组件。
9.根据权利要求8所述的云台结构,其特征在于,所述云台支架还包括用于与所述拍摄器连接的固定件,且所述固定件位于所述反光镜的镜面方向一侧;所述拍摄器固定在所述固定件上时,定向拍摄所述反光镜。
10.一种无人机,包括机身,其特征在于,还包括云台结构,所述云台结构包括云台支架、安装在云台支架上的反光镜;所述云台支架用于固定拍摄器,且使得所述拍摄器朝向所述反光镜;所述反光镜安装在云台支架上具有至少两个转动自由度。
11.根据权利要求10所述的无人机,其特征在于,所述机身与所述云台结构直接连接;
或所述无人机还包括安装支架,所述机身与所述云台结构通过所述安装支架连接。
12.根据权利要求11所述的无人机,其特征在于,所述云台支架包括第一驱动组件和第二驱动组件;所述反光镜与所述第一驱动组件或所述第二驱动组件连接。
13.根据权利要求12所述的无人机,其特征在于,所述反光镜与所述第一驱动组件连接,所述第二驱动组件与机身连接,所述第二驱动组件用于驱动所述第一驱动组件转动。
14.根据权利要求13所述的无人机,其特征在于,所述第一驱动组件包括用于驱动所述反光镜左右转动的第一电机,所述第二驱动组件包括用于驱动所述第一驱动组件上下转动的第二电机。
15.根据权利要求13所述的无人机,其特征在于,所述第二驱动组件包括用于驱动所述反光镜上下转动的第三电机,所述第一驱动组件包括用于驱动所述第二驱动组件左右转动的第四电机。
16.根据权利要求12所述的无人机,其特征在于,所述反光镜通过所述第一驱动组件与所述安装支架连接,所述第二驱动组件与所述机身连接,所述第二驱动组件用于驱动所述安装支架转动。
17.根据权利要求16所述的无人机,其特征在于,所述第一驱动组件包括用于驱动所述反光镜左右转动的第五电机,所述第二驱动组件包括用于驱动所述安装支架上下转动的第六电机。
18.根据权利要求16所述的无人机,其特征在于,所述第二驱动组件包括用于驱动所述反光镜上下转动的第七电机,所述第一驱动组件包括用于驱动所述安装支架左右转动的第八电机。
19.根据权利要求12所述的无人机,其特征在于,所述反光镜与所述第一驱动组件或所述第二驱动组件为可拆卸连接;所述反光镜为平面镜、凸面镜或凹面镜中的一种。
20.根据权利要求19所述的无人机,其特征在于,所述凸面镜包括:
水平方向为凸面、竖直方向为平面的凸面镜;或竖直方向为凸面、水平方向为平面的凸面镜;或水平方向和竖直方向为凸面的凸面镜。
21.根据权利要求10所述的无人机,其特征在于,所述云台支架包括航向轴组件和俯仰轴组件,所述第一驱动组件是航向轴组件,第二驱动组件是俯仰轴组件;或者第一驱动组件是俯仰轴组件,第二驱动组件是航向轴组件。
22.根据权利要求21所述的无人机,其特征在于,所述云台支架还包括用于与所述拍摄器连接的固定件,且所述固定件位于所述反光镜的镜面方向一侧,所述拍摄器固定在所述固定件上时,定向拍摄所述反光镜。
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