CN108583919A - 一种适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统 - Google Patents

Abstract

一种适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统，包括固连机构，俯仰调节机构及滚转调节机构；固连机构包括云台连接基座，云台连接基座上设置有承托滚转调节机构的承托轨道；滚转调节机构包括支撑架、滚转驱动源以及滚转传动机构；俯仰调节机构安装在滚转调节机构的支撑架上；俯仰调节机构包括相机安装平台以及左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元，左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元均包括俯仰驱动源以及俯仰传动机构；相机安装平台安装在两俯仰传动机构的输出端之间，航拍相机以吊装的方式安装在相机安装平台的下方。该云台能够满足全景航拍条件下的拍摄稳定特性，有效解决了现有云台在拍摄全景视频时的画面不同步及视角遮挡的问题。

Description

一种适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统

技术领域

本发明属于无人机摄影及机载云台技术领域，是一种适用于航拍过程中全景视频拍摄的增稳云台。

背景技术

云台是由两个或两个以上的电机组成的增稳装置，相机在空中具有三个旋转自由度，包括俯仰、横滚和横侧向运动。应用于航拍系统的云台是通过控制系统可以自动控制其转动以及移动的方向，起到在无人机的飞行状态发生变化过程中始终保持摄像设备与空间坐标系中基向量的角度不发生相对变化的作用，以得到更高质量的拍摄内容。

机载云台一般搭载的摄像设备为单镜头相机，在进行正常摄影摄像过程中，同一时刻得到的素材内容有限，仅仅为镜头正前方的图像，但是无法获取其他方向上的景物状态，也就是无法做到空间360°的取景拍摄，即使单镜头相机可以通过控制云台的旋转进行360°拍摄得到全景的照片，然而在录制视频中还是需要保持摄像设备的相对静止状态，无法得到全方向上的视频信息，其实时性也没有直接进行全景拍摄更加直接，尤其是在需要视频拍摄的情况下直接使用全景摄像机进行模型重建的效果显然要好得多。

如今市场上销售的航拍云台无法兼容多镜头全景拍摄系统，所以为得到高质量的全景图像及视频素材则需要另一款专门适配于多镜头全景摄像机的云台系统。

发明内容

无人机的飞行状态变化会产生的镜头角度变化从而引起视频的摇晃，全景视频的拍摄对于视频的稳定性要求极高，同时全景摄像需要最大程度减小云台及无人机本身对视野的遮挡问题，目前视场上的航拍云台无法达到上述要求。基于上述原因，本发明提供一种适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统，包括固连机构，俯仰调节机构以及滚转调节机构；

所述固连机构包括云台连接基座，所述云台连接基座上设置有安装平台，通过安装平台将整个无人机机载云台增稳系统安装固定在无人机上对应的安装机构上；所述云台连接基座上设置有承托滚转调节机构的承托轨道，所述云台连接基座的下端一侧设置有弧形齿条导轨，所述弧形齿条导轨即弧形导轨的下侧面上带有齿条。

所述滚转调节机构包括支撑架、滚转驱动源以及滚转传动机构；所述滚转驱动源以及滚转传动机构均安装在支撑架上，支撑架上方设有一弧形滑轨，弧形滑轨由设于云台连接基座上的承托轨道承托，这样通过弧形滑轨将整个支撑架承托在云台连接基座上；滚转传动机构的末端与弧形齿条导轨其下侧面的齿条啮合，滚转驱动源连接滚转传动机构且驱动滚转传动机构运动，进而带动滚转传动机构末端在弧形齿条导轨的下侧面上滚动，实现滚转调节。

所述俯仰调节机构安装在滚转调节机构的支撑架上；所述俯仰调节机构包括相机安装平台以及左右对称设置的左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元，所述左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元结构相同，均包括俯仰驱动源以及俯仰传动机构；所述相机安装平台安装在两俯仰传动机构的输出端之间，航拍相机以吊装的方式安装在相机安装平台的下方，云台上的所有组成部件对航拍相机各方向视角无遮挡。该云台专为全景拍摄设计，适用于多款多镜头全景拍摄设备，能够满足全景航拍条件下的拍摄稳定特性。有效解决了现有云台在拍摄全景视频时的画面不同步及视角遮挡的问题。

本发明中，云台连接基座包括前连接板和后连接板，前连接板和后连接板之间设置有多根连接柱。其中，一部分连接柱上固定有承托弧形滑轨轴承，这些连接柱以及设置在这些连接柱上的轴承共同形成了承托滚转调节机构的承托轨道。在云台连接基座的下端中段，前连接板和后连接板之间垂直连接有两根以上连接柱，并且每根连接柱的两端均带有能够承托滚转调节机构中的弧形滑轨的轴承，滚转调节机构中的弧形滑轨从前连接板和后连接板之间穿过且由承托轨道承托。所述弧形滑轨包括弧形的前侧滑轨板和弧形的后侧滑轨板，前侧滑轨板和后侧滑轨板之间设置有多根连接柱，进而将前侧滑轨板和后侧滑轨板组装成一个整体呈弧形的弧形滑轨。所述云台连接基座的前连接板或后连接板的下端内侧设有一弧形齿条导轨，弧形齿条导轨与弧形滑轨是平行的，弧形齿条导轨的齿条为胶接在其下侧面上的带齿条的软轨道，所述软轨道采用耐磨橡胶制成。采用耐磨橡胶材质的软轨道，可以起到耐磨且静音的效果，同时也便于更换，如果软轨道磨损，可以将软轨道撕下来，重新粘贴新的软轨道即可。

本发明中，在云台连接基座的上方的左右两端的前连接板和后连接板之间分别设置有一安装平台。安装平台包括云台安装A板、云台安装B板以及缓冲块，所述前、后连接板上相对开设有定位孔，云台安装A板设于前、后连接板上相对开设的定位孔之间且云台安装A板的前后端均伸出定位孔之外。在定位孔的宽度(即左右宽度)方向，定位孔与云台安装A板之间保有间隙，在定位孔的高度(即上下高度)方向，云台安装A板与定位孔的上侧内壁保有一定距离。这样的设计是为了配合缓冲块，实现减震，当无人机机体震动，缓冲块压缩或释放能够带动云台安装A板在定位孔的上下高度方向运动。伸出定位孔之外的云台安装A板的前后端上开设有用于将整个无人机机载云台增稳系统安装固定在无人机上对应的安装机构上的安装孔。所述云台安装B板在云台安装A板的正上方，云台安装B板的前后端分别固定在前连接板和后连接板上。云台安装B板与云台安装A板之间设有多个缓冲块，缓冲块的上下端面分别固定连接在云台安装A板以及云台安装B板上，这样的设计能够起到很好的减震效果，来自云台的震动能够直接通过缓冲块吸收、释放，减少甚至避免来自机体震动导致的云台晃动问题。本实施例中，缓冲块为橡胶缓冲垫圈，云台安装B板与云台安装A板之间设置有三个橡胶缓冲垫圈，呈等边或者等腰三角形分布，这样使整个云台的重力均匀分布在两块云台安装A板上，云台安装A板与无人机上对应的安装机构安装固定，这样设计最大的优点在于将无人机与云台不直接接触，大部分震动由机体经过橡胶缓冲垫圈到达云台的过程中被橡胶缓冲垫圈吸收，大大降低了云台系统的震动。

本发明中，前、后连接板的整体外轮廓是相同且前后正对的，为了减轻整个云台连接基座的重量，所述前连接板、后连接板上多处镂空，形成镂空区域。

所述滚转调节机构中的支撑架包括前支撑板和后支撑板，前、后支撑板的之间设置有多根连接柱，连接柱的两端分别通过轴承与前支撑板、后支撑板垂直固定连接。前支撑板上侧的左右两端分别对应固定连接在弧形滑轨的前侧滑轨板的左右两端，后支撑板上侧的左右两端分别对应固定连接在弧形滑轨的后侧滑轨板的左右两端，这样弧形滑轨、前支撑板、后支撑板组装成一个整体即支撑架。

在后支撑板的中部外侧设置有滚转驱动源，所述滚转驱动源为滚转电机，具体采用直流驱动舵机。所述滚转传动机构设置在前、后支撑板之间的内部空间内(即位于后支撑板的内侧)。滚转传动机构采用齿轮传动结构，其包括多个齿轮盘(至少包括位于滚转传动机构首端的齿轮盘以及位于滚转传动机构末端的齿轮盘)以及连接在齿轮盘之间且与齿轮盘啮合的齿轮同步带。滚转电机的输出轴伸入前、后支撑板之间(即伸入后支撑板的内侧)。位于滚转传动机构首端的齿轮盘与滚转电机的输出轴连接，滚转电机的输出轴带动滚转传动机构首端的齿轮盘同步转动。位于滚转传动机构末端的齿轮盘通过连接柱安装在与滚转驱动源相对的一侧支撑板(即滚转驱动源安装在前支撑板上，则位于滚转传动机构末端的齿轮盘安装在后支撑板上；如滚转驱动源安装在后支撑板上，则位于滚转传动机构末端的齿轮盘安装在前支撑板上)上且位于该支撑板的内侧。位于滚转传动机构末端的齿轮盘的齿形外缘与软轨道上的齿啮合。滚转电机工作，驱动整个滚转传动机构中的齿轮盘以及齿轮同步带，使位于滚转传动机构末端的齿轮盘在带齿的软轨道上运动，进而带动整个支撑架(弧形滑轨、前支撑板、后支撑板组装成一个整体即支撑架)同步运动，实现滚转调节。

本发明中：所述滚转传动机构还包括中间齿轮盘，中间齿轮盘与位于滚转传动机构末端的齿轮盘是固定连接为一整体的，中间齿轮盘的半径小于位于滚转传动机构末端的齿轮盘的半径，中间齿轮盘固定在位于滚转传动机构末端的齿轮盘一侧盘面的中心位置且两者是同轴设置的即两个齿轮盘的中心轴线重合，中间齿轮盘与位于滚转传动机构末端的齿轮盘共同通过过其中心轴线的轴承安装在相应的支撑板的内侧。位于滚转传动机构首端的齿轮盘通过齿轮同步带与中间齿轮盘连接，中间齿轮盘的转动将同步带动位于滚转传动机构末端的齿轮盘转动，使位于滚转传动机构末端的齿轮盘在带齿的软轨道上运动，进而带动整个支撑架同步运动(即在软轨道上来回运动)，实现滚转调节。

所述俯仰调节机构包括相机安装平台以及左右对称设置的左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元，所述左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元结构相同，均包括俯仰驱动源以及俯仰传动机构；所述相机安装平台安装在两俯仰传动机构的输出端之间。

在前、后支撑板之间的空间内左右对称设置有左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元。所述左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元结构相同，均包括俯仰驱动源以及俯仰传动机构。其中两个俯仰驱动源同步控制，俯仰驱动源均为俯仰电机，具体均采用相同的直流驱动舵机。所述俯仰电机安装在俯仰电机安装座上，俯仰电机安装座安装在前、后支撑板之间。所述左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元相对设置。所述俯仰传动机构采用齿轮传动结构，其包括多个齿轮盘(至少包括位于俯仰传动机构首端的齿轮盘以及位于俯仰传动机构末端的齿轮盘)以及连接在齿轮盘之间且与齿轮盘啮合的齿轮同步带。

本发明中，所述俯仰传动机构包括位于俯仰传动机构首端的主动齿轮盘、位于俯仰传动机构末端的从动齿轮盘，主动齿轮盘与从动齿轮盘之间通过齿轮同步带传动连接。其中主动齿轮盘的半径小于从动齿轮盘的半径。所述主动齿轮盘与俯仰电机的输出轴连接，俯仰电机的输出轴带动其同步转动。所述从动齿轮盘通过过其中心轴线的轴承安装在从动齿轮盘安装板上，从动齿轮盘安装板的前后两端分别固定连接在其相对的前、后支撑板上的对应位置。如图所示，从动齿轮盘安装板的前后两端设有外凸的卡块，前、后支撑板上的相应位置开设有对应的卡孔，从动齿轮盘安装板的前后两端通过卡接的方式可拆卸安装在前、后支撑板之间。当然在实际应用中，不限于卡接这一种安装连接方式，焊接、螺接等都可以。

左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元中的从动齿轮盘相对设置，相机安装平台安装在两个从动齿轮盘之间。

本发明中，还包括飞行控制器，所述云台连接基座上设置有承托飞行控制器的安装平台；飞行控制器安装在云台连接基座上端中部的前连接板和后连接板之间，飞行控制器内安装有三轴数字陀螺仪，能够实时采集云台的姿态角；当云台姿态角发生变化时，飞行控制器将控制电信号输出给滚转电机以及两俯仰电机，控制各电机工作，通过控制各电机的工作状态实时调整航拍相机的姿态，使相机的拍摄角度不随无人机的运动发生变化，达到增稳目的。

与现有技术相比，本发明能够产生以下技术效果：

1、本发明其俯仰方向的传动以及滚转方向的传动都是通过齿轮传动的方式，能够精确控制各运动方向角度。其中在滚转方向采用轨道式的运动形式，俯仰方向采用转动式的运动形式，由于该云台应用于全景视频拍摄领域，在旋转方向上采用跟随无人机旋转运动的形式。

2、本发明在滚转调节以及俯仰调节中均采用直流驱动舵机作为驱动源，通过增加减速组的方式降低转速，增大输出扭矩，相机俯仰方向由两个舵机同步控制，滚转方向由一套内啮合同步轮减速系统控制，由于全景视频对于偏航方向上的视角变换要求不大，同时减小飞机载荷，决定取消偏航角的控制方案。

3、无人机在飞行过程中机架整体产生的震动较大，很容易引起由于机体震动导致的云台晃动问题，严重时甚至可以产生共振，破坏整体结构，因此有必要引入减震措施。本发明的云台采用悬挂的方式固定在无人机上，且在无人机与云台的连接处设计了缓冲垫，缓冲垫为橡胶缓冲垫圈，使用橡胶缓冲垫圈作为减震装置。

4、本发明在云台上设置有飞行控制器(飞行控制器)，所述飞行控制器内安装有三轴数字陀螺仪，能够实时采集云台的姿态角。当云台姿态角发生变化时，飞行控制器将控制电信号输出给各舵机，控制各舵机工作，实时调整航拍相机的姿态，使相机的拍摄角度不随无人机的运动发生变化，也能达到增稳目的。本发明中的飞行控制器安装在云台连接基座上端中部的前连接板和后连接板之间。

当无人机由于俯仰或者滚转导致云台发生偏转时，飞行控制器内的三轴数字陀螺仪将自身的偏转数据进行采集，由PWM信号输出控制舵机的运动。由于嵌入了在俯仰与滚转方向上的减速系统不同，不同的两套减速系统并行，能够同时解决云台在不同方向上的运动问题。俯仰方向将传统的俯仰角根据俯仰调节机构两齿轮盘的传动比映射为俯仰调节机构中两直流驱动舵机的旋转角度。

5、本发明中，航拍相机以吊装的方式安装在相机安装平台的下方，支撑架对航拍相机各方向视角无遮挡。该云台专为全景拍摄设计，适用于多款多镜头全景拍摄设备，能够满足全景航拍条件下的拍摄稳定特性。有效解决了现有云台在拍摄全景视频时的画面不同步及视角遮挡的问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图(主要展示其前侧面)。

图2为云台连接基座与弧形滑轨的结构示意图；

图3为云台连接基座与弧形滑轨的连接示意图；

图4为安装平台的局部放大图；

图5为云台连接基座与弧形滑轨的结构示意图(将两者分开)。

图6为本发明的爆炸图；

图7为本发明拆开前支撑板后的结构示意图

图8为本发明的结构示意图(主要展示其后侧面)；

图9为本发明俯仰调节的示意图；

图10为本发明滚转调节的示意图；

图11为本发明俯仰、滚转同时调节的示意图。

图中标号：

1、云台连接基座；101、前连接板；102、后连接板；103、连接柱；104、定位孔；105、镂空区域；

2、安装平台；201、云台安装A板；202、云台安装B板；203、缓冲块；204、安装孔；

3、承托轨道；

4、弧形齿条导轨；401、软轨道；

5、支撑架；501、前支撑板；502、后支撑板；

6、滚转驱动源；

7、弧形滑轨；701、前侧滑轨板；702、后侧滑轨板；

8、相机安装平台；

9、俯仰驱动源；901、俯仰电机安装座；

10、航拍相机；11、左侧俯仰调节单元；12、右侧俯仰调节单元；13、位于滚转传动机构首端的齿轮盘；14、位于滚转传动机构末端的齿轮盘；15、齿轮同步带；16、中间齿轮盘；17、主动齿轮盘；18、从动齿轮盘；19、从动齿轮盘安装板；20、飞行控制器。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明的技术方案进行进一步的展示和说明。

参照附图，一种适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统，包括固连机构，俯仰调节机构以及滚转调节机构。

参照图1，所述固连机构包括云台连接基座1，所述云台连接基座1上设置有安装平台2，通过安装平台2将整个无人机机载云台增稳系统安装固定在无人机上对应的安装机构上。所述云台连接基座1上设置有承托滚转调节机构的承托轨道3，所述云台连接基座1的下端一侧设置有弧形齿条导轨4，所述弧形齿条导轨4即一弧形导轨的下侧面上带有齿条。

所述滚转调节机构包括支撑架5、滚转驱动源6以及滚转传动机构；所述滚转驱动源6以及滚转传动机构均安装在支撑架5上，支撑架5上方设有一弧形滑轨7，弧形滑轨7由设于云台连接基座1上的承托轨道3承托，这样通过弧形滑轨7将整个支撑架承托在云台连接基座1上；滚转传动机构的末端与弧形齿条导轨4其下侧面的齿条啮合，滚转驱动源6连接滚转传动机构且驱动滚转传动机构运动，进而带动滚转传动机构末端在弧形齿条导轨4的下侧面上滚动，实现滚转调节。

所述俯仰调节机构安装在滚转调节机构的支撑架5上；所述俯仰调节机构包括相机安装平台8以及左右对称设置的左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元，所述左侧俯仰调节单元11和右侧俯仰调节单元结构12相同，均包括俯仰驱动源9以及俯仰传动机构；所述相机安装平台8安装在两俯仰传动机构的输出端之间，航拍相机10以吊装的方式安装在相机安装平台8的下方，吊装在相机安装平台8上的航拍相机10完全伸出支撑架5之外，云台上的所有组成部件对航拍相机10各方向视角无遮挡。该云台专为全景拍摄设计，适用于多款多镜头全景拍摄设备，能够满足全景航拍条件下的拍摄稳定特性。有效解决了现有云台在拍摄全景视频时的画面不同步及视角遮挡的问题。

参照图2、图3、图4和图5，云台连接基座1包括前连接板101和后连接板102，前连接板101和后连接板102之间设置有多根连接柱103。其中，一部分连接柱103(金属材质，如铜柱)上固定有承托弧形滑轨7的轴承，这些连接柱103以及设置在这些连接柱103上的轴承共同还形成了承托滚转调节机构的承托轨道3。在云台连接基座1的下端中段，前连接板101和后连接板102之间垂直连接有两根以上的连接柱，并且这些连接柱的两端均带有能够承托滚转调节机构中的弧形滑轨7的轴承，滚转调节机构中的弧形滑轨7从前连接板101和后连接板102之间穿过且由承托轨道3承托。所述弧形滑轨7包括弧形的前侧滑轨板701和弧形的后侧滑轨板702，前侧滑轨板701和后侧滑轨板702之间设置有多根连接柱103，进而将前侧滑轨板701和后侧滑轨板702组装成一个整体呈弧形的弧形滑轨7。所述云台连接基座1的前连接板101或后连接板102的下端内侧设有一弧形齿条导轨4，弧形齿条导轨4与弧形滑轨7是平行的，弧形齿条导轨4的齿条为胶接在其下侧面上的带齿条的软轨道401，所述软轨道401采用耐磨橡胶制成。采用耐磨橡胶材质的软轨道401，可以起到耐磨且静音的效果，同时也便于更换，如果软轨道磨损，可以将软轨道撕下来，重新粘贴新的软轨道即可。

本发明中，在云台连接基座1的上方的左右两端的前连接板101和后连接板102之间分别设置有一安装平台2。安装平台2包括云台安装A板201、云台安装B板202以及缓冲块203，所述前、后连接板上相对开设有定位孔104，云台安装A板201设于前、后连接板上相对开设的定位孔104之间且云台安装A板201的前后端均伸出定位孔104之外。在定位孔104的宽度(即左右宽度)方向，定位孔104与云台安装A板201之间保有间隙，间隙在5mm以下，在定位孔104的高度(即上下高度)方向，云台安装A板201与定位孔104的上侧内壁保有一定距离，这样的设计是为了配合缓冲块实现减震，当无人机机体震动，缓冲块压缩或释放能够带动云台安装A板在上下高度方向运动。伸出定位孔104之外的云台安装A板201的前后端上开设有用于将整个无人机机载云台增稳系统安装固定在无人机上对应的安装机构上的安装孔204。所述云台安装B板202在云台安装A板201的正上方，云台安装B板202的前后端分别固定在前连接板101和后连接板102上。云台安装B板202与云台安装A板201之间设有多个缓冲块203，缓冲块203的上下端面分别固定连接在云台安装A板201以及云台安装B板202上。这样的设计能够起到很好的减震效果。来自云台的震动能够直接通过缓冲块吸收、释放，减少甚至避免来自机体震动导致的云台晃动问题。本实施例中，缓冲块203为橡胶缓冲垫圈，云台安装B板202与云台安装A板201之间设置有三个橡胶缓冲垫圈，呈等边或者等腰三角形分布，这样使整个云台的重力均匀分布在两块云台安装A板201上，云台安装A板201与无人机上对应的安装机构安装固定，这样设计最大的优点在于将无人机与云台不直接接触，大部分震动由机体经过橡胶缓冲垫圈到达云台的过程中被橡胶缓冲垫圈吸收，大大降低了云台系统的震动。

本实施例中，为了减轻整个云台连接基座的重量，所述前连接板101、后连接板102上多处镂空，形成镂空区域105。

参照图6、图7和图8，所述滚转调节机构中的支撑架5包括前支撑板501和后支撑板502，前、后支撑板的之间设置有多根连接柱103。所述前、后支撑板的整体外轮廓相同且前后正对。前支撑板501上侧的左右两端分别对应固定连接在弧形滑轨7的前侧滑轨板701的左右两端，后支撑板502上侧的左右两端分别对应固定连接在弧形滑轨7的后侧滑轨板702的左右两端，这样弧形滑轨7、前支撑板501、后支撑板502组装成一个整体即支撑架。

参照图6，在后支撑板的中部外侧设置有滚转驱动源6，所述滚转驱动源6为滚转电机，具体采用直流驱动舵机。所述滚转传动机构设置在前、后支撑板之间的内部空间内(即位于后支撑板的内侧)。滚转传动机构采用齿轮传动结构，其包括多个齿轮盘(至少包括位于滚转传动机构首端的齿轮盘13以及位于滚转传动机构末端的齿轮盘14)以及连接在齿轮盘之间且与齿轮盘啮合的齿轮同步带15。滚转电机的输出轴伸入前、后支撑板之间(即伸入后支撑板的内侧)。位于滚转传动机构首端的齿轮盘13与滚转电机的输出轴连接，滚转电机的输出轴带动滚转传动机构首端的齿轮盘13同步转动。位于滚转传动机构末端的齿轮盘14通过连接柱安装在与滚转驱动源相对的一侧支撑板(即滚转驱动源安装在前支撑板上，则位于滚转传动机构末端的齿轮盘安装在后支撑板上；如滚转驱动源安装在后支撑板上，则位于滚转传动机构末端的齿轮盘安装在前支撑板上)上且位于该支撑板的内侧。位于滚转传动机构末端的齿轮盘14的齿形外缘与软轨道401上的齿啮合。滚转电机工作，驱动整个滚转传动机构中的齿轮盘以及齿轮同步带，使位于滚转传动机构末端的齿轮盘在带齿的软轨道上运动，进而带动整个支撑架(弧形滑轨、前支撑板、后支撑板组装成一个整体即支撑架)同步运动(即在软轨道上来回运动)，实现滚转调节，参照图10和图11。

本实施例中：所述滚转传动机构还包括中间齿轮盘16，中间齿轮盘16与位于滚转传动机构末端的齿轮盘14是固定连接为一整体的，中间齿轮盘16的半径小于位于滚转传动机构末端的齿轮盘14的半径，中间齿轮盘16固定在位于滚转传动机构末端的齿轮盘14一侧盘面的中心位置且两者是同轴设置的即两个齿轮盘的中心轴线重合，中间齿轮盘16与位于滚转传动机构末端的齿轮盘14共同通过过其中心轴线的轴承安装在相应的支撑板的内侧。位于滚转传动机构首端的齿轮盘13通过齿轮同步带15与中间齿轮盘16连接，中间齿轮盘16的转动将同步带动位于滚转传动机构末端的齿轮盘14转动，使位于滚转传动机构末端的齿轮盘14在带齿的软轨道401上运动，进而带动弧形滑轨7以及整个支撑架同步运动，实现滚转调节，参照图10和图11。

所述俯仰调节机构包括相机安装平台8以及左右对称设置的左侧俯仰调节单元11和右侧俯仰调节单元12，所述左侧俯仰调节单元11和右侧俯仰调节单元12结构相同，均包括俯仰驱动源9以及俯仰传动机构；所述相机安装平台8安装在两俯仰传动机构的输出端之间。

参照图1、图6和图7，在前、后支撑板之间的空间内左右对称设置有左侧俯仰调节单元11和右侧俯仰调节单元12。所述左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元结构相同，均包括俯仰驱动源9以及俯仰传动机构。其中两个俯仰驱动源9同步控制，俯仰驱动源9均为俯仰电机，具体均采用相同的直流驱动舵机。所述俯仰电机安装在俯仰电机安装座901上，俯仰电机安装座901安装在前、后支撑板之间。所述左侧俯仰调节单元11和右侧俯仰调节单元12相对设置。所述俯仰传动机构采用齿轮传动结构，其包括多个齿轮盘(至少包括位于俯仰传动机构首端的齿轮盘以及位于俯仰传动机构末端的齿轮盘)以及连接在齿轮盘之间且与齿轮盘啮合的齿轮同步带15。

本实施例中，所述俯仰传动机构包括位于俯仰传动机构首端的主动齿轮盘17、位于俯仰传动机构末端的从动齿轮盘18，主动齿轮盘17与从动齿轮盘18之间通过齿轮同步带15传动连接，其中主动齿轮盘17的半径小于从动齿轮盘18的半径。本实施例中：所述主动齿轮盘17与俯仰电机的输出轴连接，俯仰电机的输出轴带动其同步转动。所述从动齿轮盘18通过过其中心轴线的轴承安装在从动齿轮盘安装板19上，从动齿轮盘安装板19的前后两端分别固定连接在其相对的前、后支撑板上的对应位置。如图6所示，从动齿轮盘安装板19的前后两端设有外凸的卡块，前、后支撑板上的相应位置开设有对应的卡孔，从动齿轮盘安装板19的前后两端通过卡接的方式可拆卸安装在前、后支撑板之间。当然在实际应用中，不限于卡接这一种安装连接方式，焊接、螺接等都可以。

左侧俯仰调节单元11和右侧俯仰调节单元12中的从动齿轮盘18相对设置，相机安装平台8安装在两个从动齿轮盘18之间。当要进行俯仰调节时，左、右侧俯仰调节单元同步控制，左、右侧俯仰调节单元中俯仰电机同步以相同的转速工作，俯仰电机的输出轴带动主动齿轮盘，主动齿轮盘通过齿轮同步带带动从动齿轮盘转动，安装在两从动齿轮盘之间的相机安装平台8同步转动，进而带动吊装在相机安装平台8上的航拍相机10实现俯仰调节，参照图9和11。

参照图1至图6，本发明在云台上设置有飞行控制器20，所述飞行控制器20内安装有三轴数字陀螺仪，能够实时采集云台的姿态角。当云台姿态角发生变化时，飞行控制器将控制电信号输出给各舵机(滚转电机以及两俯仰电机)，控制各舵机工作，通过控制各舵机的工作状态实时调整航拍相机的姿态，使相机的拍摄角度不随无人机的运动发生变化，也能达到增稳目的。本发明中的飞行控制器20安装在云台连接基座1上端中部的前连接板101和后连接板102之间。

当无人机由于俯仰或者滚转导致云台发生偏转时，飞行控制器内的三轴数字陀螺仪将自身的偏转数据进行采集，由PWM信号输出控制舵机的运动。由于嵌入了在俯仰与滚转方向上的减速系统不同，不同的两套减速系统并行，能够同时解决云台在不同方向上的运动问题。俯仰方向将传统的俯仰角根据俯仰调节机构两齿轮盘的传动比映射为俯仰调节机构中两直流驱动舵机的旋转角度；滚转方向的偏转根据滚转调节机构中的中间齿轮盘与末端齿轮盘的传动比映射为弧形滑轨的偏转角度。

以上所述仅为本发明的优选的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统，其特征在于：包括固连机构，俯仰调节机构以及滚转调节机构；

所述固连机构包括云台连接基座，所述云台连接基座上设置有安装平台，通过安装平台将整个无人机机载云台增稳系统安装固定在无人机上对应的安装机构上；所述云台连接基座上设置有承托滚转调节机构的承托轨道，所述云台连接基座的下端一侧设置有弧形齿条导轨，所述弧形齿条导轨即弧形导轨的下侧面上带有齿条；

所述滚转调节机构包括支撑架、滚转驱动源以及滚转传动机构；所述滚转驱动源以及滚转传动机构均安装在支撑架上，支撑架上方设有一弧形滑轨，弧形滑轨由设于云台连接基座上的承托轨道承托，这样通过弧形滑轨将整个支撑架承托在云台连接基座上；滚转传动机构的末端与弧形齿条导轨其下侧面的齿条啮合，滚转驱动源连接滚转传动机构且驱动滚转传动机构运动，进而带动滚转传动机构末端在弧形齿条导轨的下侧面上滚动，实现滚转调节；

所述俯仰调节机构安装在滚转调节机构的支撑架上；所述俯仰调节机构包括相机安装平台以及左右对称设置的左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元，所述左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元结构相同，均包括俯仰驱动源以及俯仰传动机构；所述相机安装平台安装在两俯仰传动机构的输出端之间，航拍相机以吊装的方式安装在相机安装平台的下方，云台上的所有组成部件对航拍相机各方向视角无遮挡。

2.根据权利要求1所述的适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统，其特征在于：云台连接基座包括前连接板和后连接板，前连接板和后连接板之间设置有多根连接柱，连接柱的两端分别与前连接板、后连接板垂直固定连接；其中一部分连接柱上固定有承托弧形滑轨的轴承，这些连接柱以及设置在这些连接柱上的轴承共同形成了承托滚转调节机构的承托轨道。

3.根据权利要求2所述的适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统，其特征在于：在云台连接基座的下端中段，前连接板和后连接板之间垂直连接有两根以上的连接柱且这些连接柱的两端均带有能够承托滚转调节机构中的弧形滑轨的轴承，滚转调节机构中的弧形滑轨从前连接板和后连接板之间穿过且由承托轨道承托。

4.根据权利要求1所述的适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统，其特征在于：所述弧形滑轨包括弧形的前侧滑轨板和弧形的后侧滑轨板，前侧滑轨板和后侧滑轨板之间设置有多根连接柱，进而将前侧滑轨板和后侧滑轨板组装成一个整体呈弧形的弧形滑轨；

所述云台连接基座的前连接板或后连接板的下端内侧设有一弧形齿条导轨，弧形齿条导轨与弧形滑轨是平行的，弧形齿条导轨的齿条为胶接在其下侧面上的带齿条的软轨道，所述软轨道采用耐磨橡胶制成。

5.根据权利要求1所述的适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统，其特征在于：

在云台连接基座的上方的左右两端的前连接板和后连接板之间分别设置有一安装平台；

安装平台包括云台安装A板、云台安装B板以及缓冲块，所述前、后连接板上相对开设有定位孔，云台安装A板设于前、后连接板上相对开设的定位孔之间且云台安装A板的前后端均伸出定位孔之外；在定位孔的高度方向，云台安装A板与定位孔的上侧内壁保有一定距离；

伸出定位孔之外的云台安装A板的前后端上开设有用于将整个无人机机载云台增稳系统安装固定在无人机上对应的安装机构上的安装孔；

所述云台安装B板在云台安装A板的正上方，云台安装B板的前后端分别固定在前连接板和后连接板上；

云台安装B板与云台安装A板之间设有多个缓冲块，缓冲块的上下端面分别固定连接在云台安装A板以及云台安装B板上。

6.根据权利要求5所述的适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统，其特征在于：缓冲块为橡胶缓冲垫圈，云台安装B板与云台安装A板之间设置有三个橡胶缓冲垫圈，三个橡胶缓冲垫圈呈等边或者等腰三角形分布，使整个云台的重力均匀分布在两块云台安装A板上，云台安装A板与无人机上对应的安装机构安装固定。

7.根据权利要求4所述的适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统，其特征在于：

所述滚转调节机构中的支撑架包括前支撑板和后支撑板，前、后支撑板的之间设置有多根连接柱，连接柱的两端分别与前支撑板、后支撑板垂直固定连接；所述前、后支撑板的整体外轮廓相同且前后正对；前支撑板上侧的左右两端分别对应固定连接在弧形滑轨的前侧滑轨板的左右两端，后支撑板上侧的左右两端分别对应固定连接在弧形滑轨的后侧滑轨板的左右两端，这样弧形滑轨、前支撑板、后支撑板组装成一个整体即支撑架；

在后支撑板的中部外侧设置有滚转驱动源，所述滚转驱动源为滚转电机；所述滚转传动机构设置在前、后支撑板之间的内部空间内；滚转传动机构采用齿轮传动结构，其包括多个齿轮盘以及连接在齿轮盘之间且与齿轮盘啮合的齿轮同步带；滚转电机的输出轴伸入前、后支撑板之间；位于滚转传动机构首端的齿轮盘与滚转电机的输出轴连接，滚转电机的输出轴带动滚转传动机构首端的齿轮盘同步转动；位于滚转传动机构末端的齿轮盘通过连接柱安装在与滚转驱动源相对的一侧支撑板上且位于该支撑板的内侧；位于滚转传动机构末端的齿轮盘的齿形外缘与软轨道上的齿啮合；

滚转电机工作，驱动整个滚转传动机构中的齿轮盘以及齿轮同步带，使位于滚转传动机构末端的齿轮盘在带齿的软轨道上运动，进而带动整个支撑架同步运动，实现滚转调节。

8.根据权利要求7所述的适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统，其特征在于：所述滚转传动机构还包括中间齿轮盘，中间齿轮盘与位于滚转传动机构末端的齿轮盘是固定连接为一整体的，中间齿轮盘的半径小于位于滚转传动机构末端的齿轮盘的半径，中间齿轮盘固定在位于滚转传动机构末端的齿轮盘一侧盘面的中心位置且两者是同轴设置的即两个齿轮盘的中心轴线重合，中间齿轮盘与位于滚转传动机构末端的齿轮盘共同通过过其中心轴线的轴承安装在相应的支撑板的内侧；位于滚转传动机构首端的齿轮盘通过齿轮同步带与中间齿轮盘连接，中间齿轮盘的转动将同步带动位于滚转传动机构末端的齿轮盘转动，使位于滚转传动机构末端的齿轮盘在带齿的软轨道上运动，进而带动整个支撑架同步运动，实现滚转调节。

9.根据权利要求7或8所述的适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统，其特征在于：在前、后支撑板之间的空间内左右对称设置有左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元；所述左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元均包括俯仰驱动源以及俯仰传动机构，其中两个俯仰驱动源同步控制，俯仰驱动源均为俯仰电机；

所述俯仰电机安装在俯仰电机安装座上，俯仰电机安装座安装在前、后支撑板之间；所述左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元相对设置；

所述俯仰传动机构采用齿轮传动结构，所述俯仰传动机构包括位于俯仰传动机构首端的主动齿轮盘、位于俯仰传动机构末端的从动齿轮盘，主动齿轮盘与从动齿轮盘之间通过齿轮同步带传动连接，其中主动齿轮盘的半径小于从动齿轮盘的半径；所述主动齿轮盘与俯仰电机的输出轴连接，俯仰电机的输出轴带动其同步转动，所述从动齿轮盘通过过其中心轴线的轴承安装在从动齿轮盘安装板上，从动齿轮盘安装板的前后两端分别固定连接在其相对的前、后支撑板上的对应位置；

左侧俯仰调节单元和右侧俯仰调节单元中的从动齿轮盘相对设置，相机安装平台安装在两个从动齿轮盘之间。

10.根据权利要求9所述的适用于全景视频拍摄的无人机机载云台增稳系统，其特征在于，还包括飞行控制器，所述云台连接基座上设置有承托飞行控制器的安装平台；飞行控制器安装在云台连接基座上端中部的前连接板和后连接板之间，飞行控制器内安装有三轴数字陀螺仪，能够实时采集云台的姿态角；当云台姿态角发生变化时，飞行控制器将控制电信号输出给滚转电机以及两俯仰电机，控制各电机工作，通过控制各电机的工作状态实时调整航拍相机的姿态，使相机的拍摄角度不随无人机的运动发生变化，达到增稳目的。