CN110509282B - 一种摄像机器人遥操作装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种摄像机器人遥操作装置，包括模拟摄像机、控制单元、执行单元，所述模拟摄像机与控制单元中的电脑通过无线蓝牙连接与通信，所述控制单元中的电脑和工控箱通过TCP/IP协议通讯，工控箱与执行单元中的执行器对应连接；所述模拟摄像机使用STM32单片机获取其当前的运动状态信息，通过无线蓝牙传输将控制指令传输至控制单元中的电脑，电脑进行数据处理和转化为机器人识别的控制命令，通过TCP/IP协议传送给工控箱，工控箱根据收到的控制命令控制机器人完成相应的动作，实现摄像机器人对摄像机姿态和位置复现，并给摄像机控制单元传递相应的控制信号，实现摄像机器人对相机焦距的调整，最终使得摄像师通过模拟相机操作真实相机。

Description

一种摄像机器人遥操作装置
技术领域
本发明涉及一种摄像机器人遥操作装置，属于机器人技术领域。
背景技术
随着我国电影、电视事业的蓬勃发展，在拍摄影视作品时，对拍摄设备的要求也随之增高。同时，科技的进步和发展，使得越来越多的摄像设备被广泛应用到影视制作中，这使得影视质量得到进一步的提升。另一方面，随着工业机器人的发展越来越迅速，其应用的领域越来越广泛，将机器人技术应用于影视拍摄中，将进一步促进影视行业发展。在将机器人技术应用于拍摄的过程中，遥操作是机械臂最常用的控制手段，但目前大多采用键盘或者手柄以及工业示教器来进行操作，控制过程单一。这一方面对操作机械臂的操作员提出很高的要求，且无法使得摄像师将自身的拍摄经验直接应用于摄像机器人上，往往因此需要摄像师与机械臂操作员进行多次沟通后才能确定一个镜头的实现；另一方面这种简单的操作方式很难完成复杂动作的遥操作，而且人机交互过程不够自然。因此一款可以实现自然人机交互的摄像机器人遥操作装置具有重要的研究意义。
发明内容
本发克服已有技术的不足，提出了一种摄像机器人遥操作装置，摄像师直接通过遥操作装置对摄像机器人进行操作，使得机器人能够快速完成摄像师要求的镜头，并使机器人实现复杂运动，摄像机器人无需进行离线的运动轨迹规划，更快进地实现拍摄任务。主要分为三大部分，一部分为模拟摄像机部分，该部分可实现摄像机运动状态的采集功能；一部分为控制部分，该部分实现对数据的处理和转化；一部分为摄像机运动部分，实现摄像机完成相应拍摄任务的动作。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种摄像机器人遥操作装置，包括模拟摄像机、控制单元、执行单元，所述模拟摄像机与控制单元中的电脑通过无线蓝牙连接与通信，所述控制单元中的电脑和工控箱通过TCP/IP协议通讯，工控箱与执行单元中的执行器对应连接；所述模拟摄像机使用STM32单片机获取其当前的运动状态信息，通过无线蓝牙传输将控制指令传输至控制单元中的电脑，电脑进行数据处理和转化为机器人识别的控制命令，通过TCP/IP协议传送给工控箱，工控箱根据收到的控制命令控制机器人完成相应的动作，实现摄像机器人对摄像机姿态和位置复现，并给摄像机控制单元传递相应的控制信号，实现摄像机器人对相机焦距的调整，最终使得摄像师通过模拟相机操作真实相机。
所述的模拟摄像机包括固定支架单元、数据采集单元、数据处理单元和电源与显示单元；所述数据采集单元，数据处理单元和电源与显示单元安装在固定支架单元上，所述固定支架单元中的显示屏固定板通过M5螺丝固定在相机主体支架上。
所述数据采集单元包括旋转编码器、惯性测量单元IMU、相机镜头模拟器、摇柄、电源开关，所述旋转编码器通过M3螺丝固定在相机主体支架的内部正板中间位置，惯性测量单元IMU通过M3螺丝固定在相机主体支架的内部地板上，相机镜头模拟器通过M3紧定螺丝和平键固定在旋转编码器的输出轴上，摇柄通过M3螺丝固定在相机主体支架的上板，电源开关通过M12螺帽固定在相机主体支架的上板。
所述数据处理单元和电源与显示单元，包括显示屏、3.3V锂电池、STM32处理板，所述显示屏通过M3螺丝与显示屏固定板相连，3.3V锂电池通过过盈配合卡在相机主体支架的内部的地板上，STM32处理板通过M3螺丝固定在相机主体支架内部的侧板上。
所述摄像机控制单元包括相机支架、摄像机、步进电机驱动器、齿轮、步进电机；所述的相机支架通过M5螺丝与机器人相连，摄像机通过M5螺丝与相机支架固定在一起，步进电机驱动器通过M3螺丝与相机支架底部固定，步进电机通过M3螺丝与相机支架中的电机固定板相连，齿轮通过过盈配合与步进电机配合。
本发明与现有技术相比较，具有以下突出实质性特点和显著优点：
1.本发明能够实现摄像机器人在任意位置的运动，缩短了拍摄周期，减少了设备管理员人数，从而大大缩减了剧组拍摄的费用。
2.本发明能够使摄像师直接操作机器人，而不需要额外的专业技能，进一步将摄像师原有的拍摄经验和摄像机器人自身的特点结合在一起，进一步的提高拍摄的质量和速度。
3.本发明提供一个开放性平台，在其数据采集部分可以加入视觉等其他反馈，进一步扩展摄像机器人的控制方式，同时扩大摄像机器人的运用范围，来满足各种场合需求，具有高开放性、较高的科研价值。
附图说明
图1是一种摄像机器人遥操作装置的总体结构示意图。
图2是本发明模拟摄像机的结构示意图。
图3是本发明的摄像机控制单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细说明本发明的具体结构、工作原理及工作过程。
如图1所示，一种摄像机器人遥操作装置，包括模拟摄像机I、控制单元II、执行单元III，所述模拟摄像机I与控制单元II中的电脑1通过无线蓝牙连接与通信，所述控制单元II中的电脑1和工控箱2通过TCP/IP协议通讯，工控箱2与执行单元III中的执行器对应连接；所述模拟摄像机I使用STM32单片机获取其当前的运动状态信息，通过无线蓝牙传输将控制指令传输至控制单元II中的电脑1，电脑1进行数据处理和转化为机器人识别的控制命令，通过TCP/IP协议传送给工控箱2，工控箱2根据收到的控制命令控制机器人3完成相应的动作，并给摄像机控制单元4传递相应的控制信号，最终使得摄像师通过模拟相机操作真实相机。
如图2所示，所述的模拟摄像机I包括固定支架单元、数据采集单元、数据处理单元和电源与显示单元；所述数据采集单元，数据处理单元和电源与显示单元安装在固定支架单元上，所述固定支架单元中的显示屏固定板5通过M5螺丝13固定在相机主体支架10上。
所述数据采集单元包括旋转编码器7、惯性测量单元IMU8、相机镜头模拟器11、摇柄15、电源开关16，所述旋转编码器7通过M3螺丝12固定在相机主体支架10的内部正板中间位置，惯性测量单元IMU8通过M3螺丝12固定在相机主体支架10的内部地板上，相机镜头模拟器11通过M3紧定螺丝18和平键19固定在旋转编码器7的输出轴上，摇柄15通过M3螺丝12固定在相机主体支架10的上板，电源开关16通过M12螺帽17固定在相机主体支架10的上板。
所述数据处理单元和电源与显示单元，包括显示屏6、3.3V锂电池9、STM32处理板14，所述显示屏6通过M3螺丝12与显示屏固定板5相连，3.3V锂电池9通过过盈配合卡在相机主体支架10的内部的地板上，STM32处理板14通过M3螺丝12固定在相机主体支架10内部的侧板上。
如图3所示，所述摄像机控制单元4包括相机支架20、摄像机21、步进电机驱动器22、齿轮23、步进电机24；所述的相机支架20通过M5螺丝13与机器人3相连，摄像机21通过M5螺丝13与相机支架20固定在一起，步进电机驱动器22通过M3螺丝12与相机支架20底部固定，步进电机24通过M3螺丝12与相机支架20中的电机固定板相连，齿轮23通过过盈配合与步进电机24配合。
本发明装置的工作过程和原理如下：
当模拟摄像机I中的电源开关16被打开，其开始工作，摄像师可以通过摇动摇柄15来控制摄像机器人3的位置，通过变换模拟摄像机I在空间中的姿态来控制摄像机器人3的姿态，其中惯性测量单元IMU8可以实时检测到模拟摄像机I的姿态，并将数据发送给STM32处理板14上。通过旋转相机镜头模拟器11带动旋转编码器7的旋转，来采集摄像师旋转镜头的角度信息并发送给STM32处理板14，另外显示屏6实时显示模拟摄像机I当前的位姿与焦距等信息。STM32处理板14将采集的数据源通过蓝牙通讯的方式发送到控制单元II，控制单元II中的电脑1处理收到的数据并根据收到的数据发出相应的控制命令到工控箱2。工控箱2再将相应的控制指令发送给执行单元III中的机器人3和摄像机控制单元4，机器人3中的各关节电机根据控制命令转动到规定的角度，摄像机控制单元4中的步进电机24根据工控箱2相应IO信号发出到步进电机控制器22的脉冲进行响应，并转动相应的角度。机器人3的运动实现对摄像机21姿态和位置复现的功能，摄像机控制单元4实现对摄像机21焦距的调整。

Claims (4)

1.一种摄像机器人遥操作装置，其特征在于：包括模拟摄像机(I)、控制单元(II)、执行单元(III)，所述模拟摄像机(I)与控制单元(II)中的电脑(1)通过无线蓝牙连接与通信，所述控制单元(II)中的电脑(1)和工控箱(2)通过TCP/IP协议通讯，工控箱(2)与执行单元(III)中的执行器对应连接；所述模拟摄像机(I)使用STM32单片机获取其当前的运动状态信息，通过无线蓝牙传输将控制指令传输至控制单元(II)中的电脑(1)，电脑(1)进行数据处理和转化为机器人识别的控制命令，通过TCP/IP协议传送给工控箱(2)，工控箱(2)根据收到的控制命令控制机器人(3)完成相应的动作，并给摄像机控制单元(4)传递相应的控制信号，最终使得摄像师通过模拟相机操作真实相机；
所述的模拟摄像机(I)包括固定支架单元、数据采集单元、数据处理单元和电源与显示单元；所述数据采集单元，数据处理单元和电源与显示单元安装在固定支架单元上，所述固定支架单元中的显示屏固定板(5)通过M5螺丝(13)固定在相机主体支架(10)上。
2.根据权利要求1所述的摄像机器人遥操作装置，其特征在于：所述数据采集单元包括旋转编码器(7)、惯性测量单元IMU(8)、相机镜头模拟器(11)、摇柄(15)、电源开关(16)，所述旋转编码器(7)通过M3螺丝(12)固定在相机主体支架(10)的内部正板中间位置，惯性测量单元IMU(8)通过M3螺丝(12)固定在相机主体支架(10)的内部地板上，相机镜头模拟器(11)通过M3紧定螺丝(18)和平键(19)固定在旋转编码器(7)的输出轴上，摇柄(15)通过M3螺丝(12)固定在相机主体支架(10)的上板，电源开关(16)通过M12螺帽(17)固定在相机主体支架(10)的上板。
3.根据权利要求1所述的摄像机器人遥操作装置，其特征在于：所述数据处理单元和电源与显示单元，包括显示屏(6)、3.3V锂电池(9)、STM32处理板(14)，所述显示屏(6)通过M3螺丝(12)与显示屏固定板(5)相连，3.3V锂电池(9)通过过盈配合卡在相机主体支架(10)的内部的地板上，STM32处理板(14)通过M3螺丝(12)固定在相机主体支架(10)内部的侧板上。
4.根据权利要求1所述的摄像机器人遥操作装置，其特征在于：所述摄像机控制单元(4)包括相机支架(20)、摄像机(21)、步进电机驱动器(22)、齿轮(23)、步进电机(24)；所述的相机支架(20)通过M5螺丝(13)与机器人(3)相连，摄像机(21)通过M5螺丝(13)与相机支架(20)固定在一起，步进电机驱动器(22)通过M3螺丝(12)与相机支架(20)底部固定，步进电机(24)通过M3螺丝(12)与相机支架(20)中的电机固定板相连，齿轮(23)通过过盈配合与步进电机(24)配合。
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