CN109915704A - 一种带电磁阻尼系统的电控云台及其运动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带电磁阻尼系统的电控云台及其运动方法，云台整体为PT转台，包括支撑机构、阻尼机构和传动机构。支撑机构包括壳体、相机支撑机构，阻尼机构包括磁阻尼器，传动机构包括步进电机、减速器、输出法兰。电控云台工作，步进电机的输入扭矩通过减速器输出至输出法兰，输出法兰带动相机支撑机构进行俯仰运动或输出法兰带动壳体进行水平运动进而带动相机支撑机构进行水平运动。本发明的电控云台通过Tilt轴和Pan轴的协作动作可以使拍摄画面更具多样性，此外通过独立的电磁阻尼系统，改善了云台在动作过程中出现的画面抖动问题。本发明实现云台平稳连续运动，具有结构简洁明了、易于装配、噪音小、性能稳定等特点。
Description
技术领域
本发明属于摄影机器人控制摄像机的装置技术领域，特别是一种带电磁阻尼系统的电控云台及其运动方法。
背景技术
摄影云台包括手摇云台和电控云台，作用是支撑摄像机并提供摄像机所需的运动，并广泛应用于各大电视台、影视节目拍摄基地等传媒中心。由于云台在动作过程中的不平稳造成画面抖动是目前云台产品的一大问题，人工手摇云台在这方面的问题尤为明显。
目前国内还没有带电磁阻尼系统的电控云台，现在市场上的云台都是不带独立阻尼系统的结构，都是直接通过tilt和pan的电机进行驱动。基于这种情况，在实际操作时就会出现拍摄画面不稳定的问题，尽管可以通过调整摄像机中心位置或者通过控制软件来调整运行速度、最大最小加减速度等参数来进行消抖，但这些都不能避免由于机械结构的精度问题造成的抖动，如减速器内置转动部件的间隙，步进电机的越步失步等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能实现云台平稳、连续运动的电控云台。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种带电磁阻尼系统的电控云台，整体为PT转台，包括支撑机构、阻尼机构和传动机构；
支撑机构包括壳体、相机支撑机构，阻尼机构包括第一磁阻尼器、第二磁阻尼器，传动机构包括第一步进电机、第二步进电机、第一减速器、第二减速器、第一输出法兰以及第二输出法兰；
其中，壳体包括tilt轴向和pan轴向两部分，两部分内部均设有阻尼机构和传动机构，相机支撑机构沿壳体的tilt轴向方向设置于壳体的外侧；第一减速器、第二减速器的轴向分别与壳体的tilt轴向部分、pan轴向部分垂直同时与壳体固连；第一磁阻尼器包括第一磁副和第二磁副，第一磁副、第一步进电机均与第一减速器的箱体相连，第二磁副、第一减速器的输出轴均与第一输出法兰的一端相连，第一输出法兰的另一端与相机支撑机构活动连接以实现在云台工作前调整相机支撑机构的高度，相机支撑机构上设置相机；第二磁阻尼器包括第三磁副和第四磁副，第三磁副、第二步进电机均与第二减速器的箱体相连，第四磁副、第二减速器的输出轴均与第二输出法兰的一端相连，第二输出法兰的另一端与外部云台支撑架固连；
电控云台工作时，第一步进电机的输入扭矩通过第一减速器输出至第一输出法兰，由第一输出法兰带动相机支撑机构进行俯仰运动；第二步进电机的输入扭矩通过第二减速器输出至第二输出法兰，第二输出法兰带动壳体进行水平运动进而带动相机支撑机构进行水平运动。
基于上述带电磁阻尼系统的电控云台的云台运动方法，包括以下步骤：
步骤1、松解第一输出法兰与相机支撑机构之间的螺栓，移动相机支撑机构以调整相机至用户所需的高度，之后紧固螺栓；
步骤2、通过上位机控制软件设置相机所要转动的方向、角度、速度以及最大加减速度参数，并进行参数验证，验证通过后，开始运行电控云台；
步骤3、根据步骤2设置的参数，电控云台进行不同的运动：
(1)若步骤2设置的相机所要转动的方向为俯仰方向，则第一步进电机的输入扭矩通过第一减速器输出至第一输出法兰，由第一输出法兰带动相机支撑机构以步骤2设置的速度、最大加减速度进行俯仰运动；
(2)若步骤2设置的相机所要转动的方向为水平方向，则第二步进电机的输入扭矩通过第二减速器输出至第二输出法兰，由第二输出法兰带动壳体以步骤2设置的速度、最大加减速度进行水平运动，进而带动相机支撑机构进行水平运动；
(3)若步骤2设置的相机所要转动的方向同时包括水平、俯仰方向，则电控云台的运动为同时执行上述(1)和(2)。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明电控云台对现有的摄像机云台的抖动进行了优化，改善了拍摄画面的质量；2)本发明的电控云台通过添加阻尼系统，增加了整个云台用于调整画面质量的途径，包括改变阻尼力矩的大小、改变摄像机在相机支撑机构上的重心位置以及改变控制软件中的运行速度、最大最小加减速度等，使得整个云台的优化角度更全面；3)本发明综合了机械和电气两方面对运动的控制，可以实现理想的运行效果，云台采用步进电机及与其相配的编码器对tilt、pan轴的转动进行控制，运行过程稳定且精度高；同时又通过磁阻尼器控制由于机械结构及电机转动的误差而产生的抖动；两者相互配合，可以达到比较好的效果。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明带电磁阻尼系统的电控云台的总体结构示意图。
图2为本发明带电磁阻尼系统的电控云台的运动方法流程图。
具体实施方式
结合图1，本发明一种带电磁阻尼系统的电控云台，整体为PT转台，包括支撑机构、阻尼机构和传动机构；
支撑机构包括壳体1、相机支撑机构，阻尼机构包括第一磁阻尼器2、第二磁阻尼器9，传动机构包括第一步进电机13、第二步进电机12、第一减速器3、第二减速器10、第一输出法兰4以及第二输出法兰11；
其中，壳体1包括tilt轴向和pan轴向两部分，两部分内部均设有阻尼机构和传动机构，相机支撑机构沿壳体1的tilt轴向方向设置于壳体1的外侧；第一减速器3、第二减速器10的轴向分别与壳体1的tilt轴向部分、pan轴向部分垂直同时与壳体1固连；第一磁阻尼器2包括第一磁副2-1和第二磁副2-2，第一磁副2-1、第一步进电机13均与第一减速器3的箱体相连，第二磁副2-2、第一减速器3的输出轴均与第一输出法兰4的一端相连，第一输出法兰4的另一端与相机支撑机构活动连接以实现在云台工作前调整相机支撑机构的高度，相机支撑机构上设置相机；第二磁阻尼器9包括第三磁副9-1和第四磁副9-2，第三磁副9-1、第二步进电机12均与第二减速器10的箱体相连，第四磁副9-2、第二减速器10的输出轴均与第二输出法兰11的一端相连，第二输出法兰11的另一端与外部云台支撑架固连；
电控云台工作时，第一步进电机13的输入扭矩通过第一减速器3输出至第一输出法兰4，由第一输出法兰4带动相机支撑机构进行俯仰运动；第二步进电机12的输入扭矩通过第二减速器10输出至第二输出法兰11，第二输出法兰带动壳体1进行水平运动进而带动相机支撑机构进行水平运动。
进一步优选地，第一减速器3的轴向与壳体1的tilt轴向部分垂直同时与靠近pan轴向部分一侧的壳体1固连；第二减速器10的轴向与壳体1的pan轴向部分垂直同时与远离tilt轴向部分一侧的壳体1固连。
示例性地，相机支撑机构包括相机立板5、相机底板7和底板支架8，相机立板5与壳体1tilt轴向部分相平行，相机底板7、底板支架8均与相机立板5固连同时与其相垂直，且底板支架8固连于相机底板7的下侧；所述外部云台支撑架为三脚架或升降柱。
进一步地，第一输出法兰4的另一端与相机支撑机构的相机立板5活动相连。
示例性地，第一输出法兰4的另一端与相机支撑机构的相机立板5通过螺栓活动相连。
示例性地，第一减速器3或第二减速器10为齿轮减速器或谐波减速器或蜗轮蜗杆减速器。
示例性地，第一步进电机13、第二步进电机12分别通过同步带轮或齿轮输入扭矩至第一减速器3、第二减速器10进行传动。
进一步优选地，第一步进电机13、第二步进电机12均配置有编码器。
进一步示例性地，第一减速器3、第二减速器10上分别沿其轴向方向内嵌一个用于装配编码器的支架；
第一减速器3、第二减速器10箱体的某一侧棱上设置一个凹槽，用于引出编码器的接线。
结合图2，基于上述带电磁阻尼系统的电控云台的云台运动方法，包括以下步骤：
步骤1、松解第一输出法兰与相机支撑机构之间的螺栓，移动相机支撑机构以调整相机至用户所需的高度，之后紧固螺栓；
步骤2、通过上位机控制软件设置相机所要转动的方向、角度、速度以及最大加减速度参数，并进行参数验证，验证通过后，开始运行电控云台；
步骤3、根据步骤2设置的参数，电控云台进行不同的运动：
(1)若步骤2设置的相机所要转动的方向为俯仰方向，则第一步进电机的输入扭矩通过第一减速器输出至第一输出法兰，由第一输出法兰带动相机支撑机构以步骤2设置的速度、最大加减速度进行俯仰运动；
(2)若步骤2设置的相机所要转动的方向为水平方向，则第二步进电机的输入扭矩通过第二减速器输出至第二输出法兰，由第二输出法兰带动壳体以步骤2设置的速度、最大加减速度进行水平运动，进而带动相机支撑机构进行水平运动；
(3)若步骤2设置的相机所要转动的方向同时包括水平、俯仰方向，则电控云台的运动为同时执行上述(1)和(2)。
实施例1
一种带电磁阻尼系统的电控云台，云台整体为PT转台，包括支撑机构、阻尼机构和传动机构；
支撑机构包括壳体1、相机支撑机构，阻尼机构包括第一磁阻尼器2、第二磁阻尼器9，传动机构包括第一步进电机13、第二步进电机12、第一减速器3、第二减速器10、第一输出法兰4以及第二输出法兰11；
其中，壳体1包括tilt轴向和pan轴向两部分，两部分内部均设有阻尼机构和传动机构，相机支撑机构沿壳体1的tilt轴向方向设置于壳体1的外侧；第一减速器3的轴向与壳体1的tilt轴向部分垂直同时与靠近pan轴向部分一侧的壳体1固连；第二减速器10的轴向与壳体1的pan轴向部分垂直同时与远离tilt轴向部分一侧的壳体1固连；第一磁阻尼器2包括第一磁副2-1和第二磁副2-2，第一磁副2-1、第一步进电机13均与第一减速器3的箱体相连，第二磁副2-2、第一减速器3的输出轴均与第一输出法兰4的一端相连，第一输出法兰4的另一端与相机支撑机构活动连接以实现在云台工作前调整相机支撑机构的高度，相机支撑机构上设置相机；第二磁阻尼器9包括第三磁副9-1和第四磁副9-2，第三磁副9-1、第二步进电机12均与第二减速器10的箱体相连，第四磁副9-2、第二减速器10的输出轴均与第二输出法兰11的一端相连，第二输出法兰11的另一端与外部云台支撑架固连；
电控云台工作时，第一步进电机13的输入扭矩通过第一减速器3输出至第一输出法兰4，由第一输出法兰4带动相机支撑机构进行俯仰运动；第二步进电机12的输入扭矩通过第二减速器10输出至第二输出法兰11，第二输出法兰带动壳体1进行水平运动进而带动相机支撑机构进行水平运动。
实施例2
在实施例1的基础上，相机支撑机构包括相机立板5、相机底板7和底板支架8，相机立板5与壳体1tilt轴向部分相平行，相机底板7、底板支架8均与相机立板5固连同时与其相垂直，且底板支架8固连于相机底板7的下侧。
第一输出法兰4的另一端与相机支撑机构的相机立板5通过螺栓活动相连。
实施例3
在实施例1或实施例2的基础上，第一步进电机13、第二步进电机12分别通过同步带轮或齿轮输入扭矩至第一减速器3、第二减速器10进行传动。
实施例4
在实施例1或实施例2或实施例3的基础上，第一步进电机13、第二步进电机12均配置有编码器；第一减速器3、第二减速器10上分别沿其轴向方向内嵌一个用于装配编码器的支架；第一减速器3、第二减速器10箱体的某一侧棱上设置一个凹槽，用于引出编码器的接线。
本发明的电控云台通过Tilt轴和Pan轴的协作动作可以使拍摄画面更具多样性，此外通过独立的电磁阻尼系统，改善了云台在运动过程中出现的画面抖动问题。本发明实现云台平稳连续运动，具有结构简洁明了、易于装配、噪音小、性能稳定等特点。
Claims (10)
1.一种带电磁阻尼系统的电控云台，其特征在于，所述云台整体为PT转台，包括支撑机构、阻尼机构和传动机构；
所述支撑机构包括壳体(1)、相机支撑机构，阻尼机构包括第一磁阻尼器(2)、第二磁阻尼器(9)，传动机构包括第一步进电机(13)、第二步进电机(12)、第一减速器(3)、第二减速器(10)、第一输出法兰(4)以及第二输出法兰(11)；
其中，壳体(1)包括tilt轴向和pan轴向两部分，两部分内部均设有阻尼机构和传动机构，相机支撑机构沿壳体(1)的tilt轴向方向设置于壳体(1)的外侧；第一减速器(3)、第二减速器(10)的轴向分别与壳体(1)的tilt轴向部分、pan轴向部分垂直同时与壳体(1)固连；第一磁阻尼器(2)包括第一磁副(2-1)和第二磁副(2-2)，第一磁副(2-1)、第一步进电机(13)均与第一减速器(3)的箱体相连，第二磁副(2-2)、第一减速器(3)的输出轴均与第一输出法兰(4)的一端相连，第一输出法兰(4)的另一端与相机支撑机构活动连接以实现在云台工作前调整相机支撑机构的高度，相机支撑机构上设置相机；第二磁阻尼器(9)包括第三磁副(9-1)和第四磁副(9-2)，第三磁副(9-1)、第二步进电机(12)均与第二减速器(10)的箱体相连，第四磁副(9-2)、第二减速器(10)的输出轴均与第二输出法兰(11)的一端相连，第二输出法兰(11)的另一端与外部云台支撑架固连；
电控云台工作时，第一步进电机(13)的输入扭矩通过第一减速器(3)输出至第一输出法兰(4)，由第一输出法兰(4)带动相机支撑机构进行俯仰运动；第二步进电机(12)的输入扭矩通过第二减速器(10)输出至第二输出法兰(11)，第二输出法兰带动壳体(1)进行水平运动进而带动相机支撑机构进行水平运动。
2.根据权利要求1所述的带电磁阻尼系统的电控云台，其特征在于，所述第一减速器(3)的轴向与壳体(1)的tilt轴向部分垂直同时与靠近pan轴向部分一侧的壳体(1)固连；第二减速器(10)的轴向与壳体(1)的pan轴向部分垂直同时与远离tilt轴向部分一侧的壳体(1)固连。
3.根据权利要求1或2所述的带电磁阻尼系统的电控云台，其特征在于，所述相机支撑机构包括相机立板(5)、相机底板(7)和底板支架(8)，相机立板(5)与壳体(1)tilt轴向部分相平行，相机底板(7)、底板支架(8)均与相机立板(5)固连同时与其相垂直，且底板支架(8)固连于相机底板(7)的下侧；所述外部云台支撑架为三脚架或升降柱。
4.根据权利要求3所述的带电磁阻尼系统的电控云台，其特征在于，所述第一输出法兰(4)的另一端与相机支撑机构的相机立板(5)活动相连。
5.根据权利要求4所述的带电磁阻尼系统的电控云台，其特征在于，所述第一输出法兰(4)的另一端与相机支撑机构的相机立板(5)通过螺栓活动相连。
6.根据权利要求1所述的带电磁阻尼系统的电控云台，其特征在于，所述第一减速器(3)或第二减速器(10)为齿轮减速器或谐波减速器或蜗轮蜗杆减速器。
7.根据权利要求1所述的带电磁阻尼系统的电控云台，其特征在于，所述第一步进电机(13)、第二步进电机(12)分别通过同步带轮或齿轮输入扭矩至第一减速器(3)、第二减速器(10)进行传动。
8.根据权利要求7所述的带电磁阻尼系统的电控云台，其特征在于，所述第一步进电机(13)、第二步进电机(12)均配置有编码器。
9.根据权利要求8所述的带电磁阻尼系统的电控云台，其特征在于，所述第一减速器(3)、第二减速器(10)上分别沿其轴向方向内嵌一个用于装配编码器的支架；
第一减速器(3)、第二减速器(10)箱体的某一侧棱上设置一个凹槽，用于引出编码器的接线。
10.基于权利要求1所述的带电磁阻尼系统的电控云台的云台运动方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、松解第一输出法兰与相机支撑机构之间的螺栓，移动相机支撑机构以调整相机至用户所需的高度，之后紧固螺栓；
步骤2、通过上位机控制软件设置相机所要转动的方向、角度、速度以及最大加减速度参数，并进行参数验证，验证通过后，开始运行电控云台；
步骤3、根据步骤2设置的参数，电控云台进行不同的运动：
(1)若步骤2设置的相机所要转动的方向为俯仰方向，则第一步进电机的输入扭矩通过第一减速器输出至第一输出法兰，由第一输出法兰带动相机支撑机构以步骤2设置的速度、最大加减速度进行俯仰运动；
(2)若步骤2设置的相机所要转动的方向为水平方向，则第二步进电机的输入扭矩通过第二减速器输出至第二输出法兰，由第二输出法兰带动壳体以步骤2设置的速度、最大加减速度进行水平运动，进而带动相机支撑机构进行水平运动；
(3)若步骤2设置的相机所要转动的方向同时包括水平、俯仰方向，则电控云台的运动为同时执行上述(1)和(2)。
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