CN108696674B - 重心调整机构及其相关摄影装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种重心调整机构及其相关摄影装置。该摄影装置包含有一底座、一图像感测元件以及一重心调整机构。该图像感测元件位于该底座上。该重心调整机构包含有一电路基板、一配重调整模块以及一配重元件。该电路基板的角度检测单元用来检测该电路基板相对于一基准面的一倾斜角度。该配重调整模块设置在该电路基板上。该配重元件经由该配重调整模块连接该电路基板。该电路基板的运算处理单元根据该倾斜角度驱动该配重调整模块旋转该配重元件，改变该电路基板、该配重调整模块与该配重元件的组合的重心，从而调整该图像感测元件的拍摄角度。

Description

重心调整机构及其相关摄影装置

技术领域

本发明涉及一种移动式摄影装置，尤其是涉及一种具有稳定平衡功能的重心调整机构及其相关摄影装置，在摄影装置移动时利用重心调整机构调校摄影装置的视角平衡。

背景技术

随着科技的进步，机器人已从制造工厂进行劳力密集工作逐渐走入一般消费者的家庭生活中。家用机器人可分为立式机体与球型机体，立式机体需克服肢体的平衡协调性，移动较为缓慢且稳定性不佳，球型机体则能在地面快速滚动，较为符合一般家庭生活需求。常见的球型家用机器人会配备摄影镜头，使用者可以远端开启球型家用机器人的视讯提取功能，即使在办公室仍能有效监控住家内成员的生活举动。传统球型家用机器人的摄影镜头会随着球型机体滚动而三百六十度翻转，请参阅图1，图1为现有技术的球型机器人10在移动过程中的摄影镜头12的位置变化示意图。滚轮组14在球壳体内壁滚动，使得球型机器人10能在承载面上滚动前进；而传统球型机器人10滚动前进时，会造成摄影镜头12大幅翻转，无法随时保持在指向特定监控范围的视角。

发明内容

本发明提供一种具有稳定平衡功能的重心调整机构及其相关摄影装置，在摄影装置移动时利用重心调整机构调校摄影装置的视角平衡，以解决上述的问题。

本发明公开一种具有稳定平衡功能的重心调整机构，其包含有一电路基板、一配重调整模块以及一配重元件。该电路基板具有一运算处理单元和一角度检测单元。该角度检测单元用来检测该电路基板相对于一基准面的一倾斜角度。该配重调整模块设置在该电路基板上。该配重元件经由该配重调整模块以可活动方式连接该电路基板。该运算处理单元根据该倾斜角度驱动该配重调整模块旋转该配重元件，改变该电路基板、该配重调整模块与该配重元件的组合的重心，从而调整该电路基板相对于该基准面的旋转。

本发明另公开该配重元件为一摆锤，该摆锤的一端具有一配重块，且该摆锤的另一端枢接于该配重调整模块。

本发明另公开该配重调整模块包含一第一配重调整单元以及一第二配重调整单元，该配重元件包含一第一配重部以及一第二配重部，该第一配重调整单元旋转该第一配重部的摆动幅度变化不同于该第二配重调整单元旋转该第二配重部的摆动幅度变化。

本发明另公开该第一配重部的一第一旋转方向相同或相反于该第二配重部的一第二旋转方向。

本发明另公开该第一配重部的一第一旋转方向和该第二配重部的一第二旋转方向之间具有一夹角。

本发明另公开该承载座具有多个容置槽体，该配重元件包含一承载座以及多个配重块，该多个配重块各自具有不同重量，分别设置在该多个容置槽体内。

本发明另公开该配重调整模块利用一正交齿轮组旋转该配重元件。

本发明另公开一种具有稳定平衡功能的摄影装置，其包含有一底座、一图像感测元件以及一重心调整机构。该图像感测元件位于该底座上，用来提取图像信息。该重心调整机构包含有一电路基板、一配重调整模块以及一配重元件。该电路基板装设于该底座。该电路基板具有一运算处理单元和一角度检测单元。该角度检测单元用来检测该电路基板相对于一基准面的一倾斜角度。该配重调整模块设置在该电路基板上。该配重元件经由该配重调整模块以可活动方式连接该电路基板。该运算处理单元根据该倾斜角度驱动该配重调整模块旋转该配重元件，改变该电路基板、该配重调整模块与该配重元件的组合的重心，从而调整该图像感测元件的拍摄角度。

本发明另公开该摄影装置另包含有一球型壳体以及一滚动套件。该球型壳体用以容置该底座、该图像感测元件与该重心调整机构。该图像感测元件是指向该球型壳体的一透光区域。该滚动套件设置于该底座，且以可相对滚动方式接触该球型壳体的一内壁面。

本发明另公开该配重调整模块驱使该配重元件沿着一特定方向相对于该电路基板旋转，以牵引该滚动套件沿着该特定方向滚动。

本发明另公开该摄影装置另包含有一控制马达，设置在该底座且连接该滚动套件，用以驱动该滚动套件运转。

本发明另公开该摄影装置另包含有一定位轮组，设置于该底座相异于该滚动套件的位置，并以可相对滚动方式接触该内壁面。

本发明另公开该摄影装置另包含有一音讯感测元件，电连接于该运算处理单元。该运算处理单元根据该音讯感测元件的感测结果驱使该滚动套件产生相应滚动。

本发明另公开该摄影装置另包含有一视角调整模块，设置在该底座，用来调整该图像感测元件相对于该底座的一旋转角度。

本发明的摄影装置利用重心调整机构来执行角度平衡功能。重心调整机构的配重元件在摆动或旋转时会改变摄影装置的整体重心位置，配重元件的摆锤向下时，可维持电路基板水平，让图像感测元件进行平面拍摄；配重元件的摆锤向前或向后摆动时，因重心改变造成电路基板相应倾斜，可由此调整图像感测元件的镜头指向，改变拍摄角度。通过重心调整机构的角度平衡功能，能即时补正摄影装置在移动或摇晃时的偏移，提高镜头稳定度；进一步还能配合摄影装置的滚动设计，增加镜头的特殊视角广度。相比于现有技术，无论本发明的摄影装置如何滚动摇晃，都能通过重心调整机构将图像感测元件的镜头维持于特定视角，因此本发明的摄影装置可在行进间持续地执行图像拍摄操作。

附图说明

图1为现有技术的球型机器人在移动过程中的摄影镜头位置变化示意图；

图2为本发明第一实施例的摄影装置的侧视简图；

图3为本发明第一实施例的摄影装置的部分结构示意图；

图4为本发明第一实施例的摄影装置的另一态样的侧视简图；

图5A、图5B及图5C分别为本发明第一实施例的摄影装置在即时补正过程中的部分结构示意图；

图6A、图6B、图6C、图6D与图6E分别为本发明第一实施例的摄影装置进行特殊视角调整的部分结构示意图；

图7与图8分别为本发明第二实施例的重心调整机构在不同视角的部分结构示意图；

图9为本发明第二实施例的重心调整机构的另一态样的部分结构示意图；

图10为本发明第三实施例的重心调整机构的部分结构示意图。

符号说明

10 球型机器人

12 摄影镜头

14 滚动组

20、20’ 摄影装置

22 球型壳体

24 底座

26 滚动套件

28 图像感测元件

30、30’、30” 重心调整机构

32 透光区域

34 内壁面

36 电路基板

38、38’ 配重调整模块

40、40’、40” 配重元件

401 配重块

42 运算处理单元

44 角度检测单元

46 控制马达

48 定位轮组

50 音讯感测元件

52 视角调整模块

54、54’ 第一配重调整单元

56、56’ 第二配重调整单元

58、58’ 第一配重部

60、60’ 第二配重部

62 承载座

621 容置槽体

64、64’ 配重块

66 正交齿轮组

D 特定方向

D1、D1’ 第一旋转方向

D2、D2’ 第二旋转方向

具体实施方式

请参阅图2与图3，图2为本发明第一实施例的摄影装置20的侧视简图，图3为本发明第一实施例的摄影装置20的部分结构示意图。摄影装置20可包含球型壳体22、底座24、滚动套件26、图像感测元件28与重心调整机构30。球型壳体22用来容置摄影装置20的其它主要构件，提供包覆保护、并兼具线条流畅的美观性。球型壳体22具有透光区域32。图像感测元件28位于球型壳体22内的底座24上，是以固定元件将图像感测元件28经由电路基板36设置在底座24，但实际组装位置不限于上述情况。图像感测元件28指向透光区域32，用来提取到摄影装置20外的图像信息。滚动套件26设置在底座24上，且以可相对滚动方式接触球型壳体22的内壁面34。滚动套件26为选择性组件。举例来说，如摄影装置20应用在桌面或地面上，滚动套件26较佳需设置于球型壳体22内，让摄影装置20能在承载平面(意即前述的桌面、地面、或摆放摄影装置20的任意表面)滚动平移。滚动套件26的适用态样端依设计需求而定，不限于前述实施例。

重心调整机构30可包含电路基板36、配重调整模块38以及配重元件40。电路基板36装设于底座24，可以放在底座24上方或下方，也可以和底座24整合为单一元件。电路基板36具有运算处理单元42和角度检测单元44。角度检测单元44用来检测电路基板36(或其上的图像感测元件28)相对于基准面的倾斜角度，由于图像感测元件28连接电路基板36，角度检测单元44检测电路基板36相对于基准面的倾斜角度即可视为检测图像感测元件28相对于基准面的倾斜角度；其中基准面并不限于现实存在的特定平面，例如可将基准面定义为相对承载平面的水平面、或依电路基板36相对承载平面的初始摆放角度来设定。配重元件40以可活动方式，经由配重调整模块38安装在电路基板36。在第一实施例中，配重调整模块38为旋转马达，配重元件40为摆锤。摆锤的一端枢接旋转马达，另一端则设有配重块401。配重调整模块38通过旋转配重元件40改变摄影装置20的整体重心。摄影装置20选择性包含控制马达46，其设置在底座24且连接滚动套件26。控制马达46用以驱动滚动套件26运转，意即让滚动套件26沿着内壁面34滚动，就能让摄影装置20在承载平面上任意前进与后退。

然而，摄影装置20不需控制马达46也能操纵滚动套件26沿着内壁面34滚动。请参阅图4，图4为本发明第一实施例的摄影装置20’另一态样的侧视简图。摄影装置20’和摄影装置20的差异在于，摄影装置20’没有在滚动套件26上配备相应的控制马达，滚动套件26不能主动旋转。摄影装置20’是利用配重调整模块38驱使配重元件40沿着特定方向D(例如图4左半部所示的往右侧方向摆动)摆动，摄影装置20’的重心往右偏移，牵引滚动套件26沿着特定方向D(如前述的右侧方向)滚动，使得摄影装置20’可产生顺时针方向转动而在承载平面上右移。其中，配重元件40往特定方向D(右方)摆动，也可视为配重元件40沿着逆时针方向旋转；反之，如配重元件40往左方摆动，可解读成配重元件40沿着顺时针方向旋转。

请再参阅图2与图3，摄影装置20进一步还选择性包含定位轮组48、音讯感测元件50以及视角调整模块52。定位轮组48设置在底座24相对于滚动套件26的位置、并以可相对滚动方式接触球型壳体22的内壁面34。滚动套件26和定位轮组48在底座24的两侧分别抵接球型壳体22，确保底座24在球型壳体22内的置中位置保持不变。音讯感测元件50电连接于运算处理单元42，用来接收球型壳体22外面的声音讯号。运算处理单元42可根据音讯感测元件50的感测结果驱使滚动套件26相应滚动，让摄影装置20能够移近或远离声音源。另外，视角调整模块52设置在底座24，用来调整图像感测元件28相对于底座24的旋转角度，使图像感测元件28可在透光区域32的范围内任意转换视角。

请参阅图5A、图5B及图5C。图5A、图5B及图5C分别为本发明第一实施例的摄影装置20在即时补正过程中的部分结构示意图。摄影装置20产生瞬间加速度运动、或行经高低起伏的承载平面时，如图5A至图5B，摄影装置20的内部构件受离心力影响而往前倾斜，图像感测元件28的视角发生偏差，此时角度检测单元44可即时检测出所述内部构件(例如电路基板36)的倾斜角度；接着，运算处理单元42根据倾斜角度的变化驱动配重调整模块38旋转配重元件40，如图5B至图5C的顺时针方向转动，能够快速有效地改变摄影装置20的重心以进行倾斜补正，使图像感测元件28的定位稳定，这时视角调整模块52也能视实际需要发挥作用，微调修正图像感测元件28的角度，使其平稳指向待监控方位。

除此之外，重心调整机构30还能辅助视角调整模块52执行图像感测元件28的特殊视角调整。请参阅图6A、图6B、图6C、图6D与图6E。图6A、图6B与图6C分别为本发明第一实施例的摄影装置20进行特殊视角调整的部分结构示意图。在图6A中，图像感测元件28的视角调整受限于透光区域32的范围。如图6B至图6C所示，将配重元件40向左方摆动，摄影装置20的重心改变，牵引球型壳体22产生逆时针方向旋转，如此能大幅增加图像感测元件28在摄影装置20左边的视角可调整范围。如图6D至图6E所示，将配重元件40向右方摆动，摄影装置20的重心改变而牵引球型壳体22产生顺时针方向旋转，进一步扩增了图像感测元件28在摄影装置20右边的视角调整范围。

请参阅图7与图8，图7与图8分别为本发明第二实施例的重心调整机构30’在不同视角的部分结构示意图。第二实施例中，与第一实施例具有相同编号的元件具有相同的结构与功能，于此不再重复说明。重心调整机构30’的配重调整模块38’包含第一配重调整单元54以及第二配重调整单元56，配重元件40’包含第一配重部58以及第二配重部60。第一配重部58的第一旋转方向D1相同或相反于第二配重部60的第二旋转方向D2，第一配重部58是主要校正摆锤，第二配重部60是微幅校正摆锤，因此第一配重调整单元54旋转第一配重部58的摆动幅度变化不同于第二配重调整单元56旋转第二配重部60的摆动幅度变化，例如摆动幅度变化大是用以进行粗调，摆动幅度变化小则进行微调。配重调整模块38’可以提供更为精密的重心变化调整，另外还能用来取代第一实施例的视角调整模块52，意即运算处理单元42可通过控制第二配重调整单元56微幅旋转第二配重部60，牵引底座24小范围摆动，从而微调图像感测元件28的视角变化。然而，配重调整模块38’和视角调整模块52也可并存于摄影装置20内。

请参阅图9，图9为本发明第二实施例的重心调整机构30’另一态样的部分结构示意图。第二实施例的配重元件40’包含多个配重部，该些配重部的重量相异，在进行重心调整时能提供不同量度的校正手段。另一态样的配重元件40’可包含由弧形摆锤构成的第一配重部58’与第二配重部60’，且第一配重部58’的第一旋转方向D1’和第二配重部60’的第二旋转方向D2’具有夹角，如第二实施例的夹角约为九十度，然不限于此。第一配重部58’和第二配重部60’各自有对应的第一配重调整单元54’以及第二配重调整单元56’。第一配重部58’是主要校正摆锤，第二配重部60’是微幅校正摆锤，其应用方式如前所述，故此不再加以叙明。

请参阅图10，图10为本发明第三实施例的重心调整机构30”的部分结构示意图。第三实施例中，与前揭实施例具有相同编号的元件具有相同的结构与功能，于此不再重复说明。重心调整机构30”的配重元件40”包含承载座62以及多个配重块64、64’。多个配重块64、64’可各自具有不同重量，分别设置在承载座62的不同容置槽体621内。配重调整模块38可以带动配重元件40”摆动，也可以利用正交齿轮组66旋转配重元件40”。配重调整模块38摆动或旋转配重元件40”，可改变整体结构重心以进行倾斜补正。

综上所述，本发明的摄影装置利用重心调整机构来执行角度平衡功能。重心调整机构的配重元件在摆动或旋转时会改变摄影装置的整体重心位置，配重元件的摆锤向下时，可维持电路基板水平，让图像感测元件进行平面拍摄；配重元件的摆锤向前或向后摆动时，因重心改变造成电路基板相应倾斜，可由此调整图像感测元件的镜头指向，改变拍摄角度。通过重心调整机构的角度平衡功能，能即时补正摄影装置在移动或摇晃时的偏移，提高镜头稳定度；进一步还能配合摄影装置的滚动设计，增加镜头的特殊视角广度。重心调整机构除了应用在球型摄影装置外，也能应用在水上型摄影装置、空拍型摄影装置或任意移动型摄影装置，能够克服水流或气流的突发变化，以确保图像信息的稳定。相比于现有技术，无论本发明的摄影装置如何滚动摇晃，都能通过重心调整机构将图像感测元件的镜头维持于特定视角，因此本发明的摄影装置可在行进间持续地执行图像拍摄操作。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (20)

1.一种重心调整机构，其包含有：

电路基板，具有运算处理单元和角度检测单元，该角度检测单元用来检测该电路基板相对于一基准面的一倾斜角度；

配重调整模块，设置在该电路基板上；以及

配重元件，经由该配重调整模块以可活动方式连接该电路基板，当该倾斜角度改变时，该运算处理单元根据该倾斜角度的改变来确定该配重元件的旋转角度，并驱动该配重调整模块旋转该配重元件至该旋转角度，改变该电路基板、该配重调整模块与该配重元件的组合的重心，从而调整该电路基板相对于该基准面的旋转。

2.如权利要求1所述的重心调整机构，其中该配重元件为一摆锤，该摆锤的一端具有配重块，且该摆锤的另一端枢接于该配重调整模块。

3.如权利要求1所述的重心调整机构，其中该配重调整模块包含第一配重调整单元以及第二配重调整单元，该配重元件包含第一配重部以及第二配重部，该第一配重调整单元旋转该第一配重部的摆动幅度变化不同于该第二配重调整单元旋转该第二配重部的摆动幅度变化。

4.如权利要求3所述的重心调整机构，其中该第一配重部的一第一旋转方向相同或相反于该第二配重部的一第二旋转方向。

5.如权利要求3所述的重心调整机构，其中该第一配重部的一第一旋转方向和该第二配重部的一第二旋转方向之间具有一夹角。

6.如权利要求1所述的重心调整机构，其中该配重元件包含承载座以及多个配重块，该承载座具有多个容置槽体，该多个配重块各自具有不同重量，分别设置在该多个容置槽体内。

7.如权利要求6所述的重心调整机构，其中该配重调整模块利用一正交齿轮组旋转该配重元件。

8.一种摄影装置，其包含有：

底座；

图像感测元件，位于该底座上，用来提取图像信息；以及

重心调整机构，包含有：

电路基板，装设于该底座，该电路基板具有运算处理单元和角度检测单元，该角度检测单元用来检测该电路基板相对于一基准面的一倾斜角度；

配重调整模块，设置在该电路基板上；以及

配重元件，经由该配重调整模块以可活动方式连接该电路基板，当该倾斜角度改变时，该运算处理单元根据该倾斜角度的改变来确定该配重元件的旋转角度，并驱动该配重调整模块旋转该配重元件至该旋转角度，改变该摄影装置的重心，从而调整该图像感测元件的拍摄角度。

9.如权利要求8所述的摄影装置，另包含有：

球型壳体，用以容置该底座、该图像感测元件与该重心调整机构，该图像感测元件指向该球型壳体的一透光区域；以及

滚动套件，设置于该底座且以可相对滚动方式接触该球型壳体的一内壁面。

10.如权利要求9所述的摄影装置，其中该配重调整模块驱使该配重元件旋转至该旋转角度，以牵引该滚动套件滚动。

11.如权利要求9所述的摄影装置，另包含有：

控制马达，设置在该底座且连接该滚动套件，用以驱动该滚动套件运转。

12.如权利要求9所述的摄影装置，另包含有：

定位轮组，设置于该底座相异于该滚动套件的位置，并以可相对滚动方式接触该内壁面。

13.如权利要求9所述的摄影装置，另包含有：

音讯感测元件，电连接于该运算处理单元，该运算处理单元根据该音讯感测元件的感测结果驱使该滚动套件产生相应滚动。

14.如权利要求8所述的摄影装置，另包含有：

视角调整模块，设置在该底座，用来调整该图像感测元件相对于该底座的一旋转角度。

15.如权利要求8所述的摄影装置，其中该配重元件为摆锤，该摆锤的一端具有配重块，且该摆锤的另一端枢接于该配重调整模块。

16.如权利要求8所述的摄影装置，其中该配重调整模块包含第一配重调整单元以及第二配重调整单元，该配重元件包含第一配重部以及第二配重部，该第一配重调整单元旋转该第一配重部的摆动幅度变化不同于该第二配重调整单元旋转该第二配重部的摆动幅度变化。

17.如权利要求16所述的摄影装置，其中该第一配重部的一第一旋转方向相同或相反于该第二配重部的一第二旋转方向。

18.如权利要求16所述的摄影装置，其中该第一配重部的一第一旋转方向和该第二配重部的一第二旋转方向之间具有一夹角。

19.如权利要求8所述的摄影装置，其中该配重元件包含承载座以及多个配重块，该承载座具有多个容置槽体，该多个配重块各自具有不同重量，分别设置在该多个容置槽体内。

20.如权利要求19所述的摄影装置，其中该配重调整模块利用一正交齿轮组旋转该配重元件。

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