CN111376281A - 多功能机器人摄像操控台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摄影器材、机器人产品以及广播电视领域的相关机械电子和控制技术领域，特别涉及一种多功能机器人摄像操控台，解决了操控台的使用问题，包括硬件操控系统总成和软件操控系统总成，所述的硬件操控系统总成至少包括铝合金主体外壳、铝合金底板、三自由度霍尔摇杆总成、三轴模拟仿真球形控制手柄、聚焦控制模块、液晶触控屏总成、实体按键电路板总成，所述的工控机主板总成通过螺栓固定在铝合金底板上，采用触控和实体按键主备二套操控系统，启动按键通过色彩区分，并配备对应的实体按键，保证节目制作安全，减少误操作；二套系统均可控制机器人摇臂水平、上下运动，控制云台水平、俯仰运动，控制摄像机聚焦、变焦运动。

Description

多功能机器人摄像操控台

技术领域

本发明涉及摄影器材、机器人产品以及广播电视领域的相关机械电子和控制技术领域，特别涉及一种多功能机器人摄像操控台。

背景技术

因广播电视行业对画质画面效果的高品质的要求(如4K、8k画质)，现有的人工拍摄技术无法满足高精度画质的要求且酬劳较高，无法做到长时间拍摄不休息，无法解决画面拍摄抖动的问题，演播室目前需要标准化镜头来解决视频质量及效率的问题。现有拍摄器材无法做到标准化及自动化运行，操作复杂不够人性化，需要操作人员有较高的专业素质和操作技巧。且无法与演播室VR、AR系统高精度数据传输问题。现有的器材无法实现一台设备同时控制多台机器人摄像设备，广播电视行业现在倡导“一个人演播室概念”目前灯光系统、切换台、及一些周边设备陆续实现自动化，故演播室摄像器材需要自动化设备与其相匹配。

发明内容

针对现有的技术不足，本发明提供一种多功能机器人摄像操控台。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：多功能机器人摄像操控台，包括硬件操控系统总成和软件操控系统总成，所述的硬件操控系统总成至少包括铝合金主体外壳、铝合金底板、三自由度霍尔摇杆总成、三轴模拟仿真球形控制手柄、聚焦控制模块、液晶触控屏总成、实体按键电路板总成、工控机主板总成、电源模块、视频采集卡和I/O接口；

所述的铝合金主体外壳与铝合金底板通过螺栓连接，所述的三自由度霍尔摇杆总成、三轴模拟仿真球形控制手柄、聚焦控制模块、液晶触控屏总成、实体按键电路板总成均固定在铝合金主体外壳上，所述的工控机主板总成通过螺栓固定在铝合金底板上；

所述的软件操控系统总成为基于X86和ModbusTCP通讯的架构，且软件操控系统总成内至少包含Windows操作系统、C++语言环境和Basic运动控制卡语言环境。

所述的三自由度霍尔摇杆总成至少包括摇杆固定座、霍尔摇杆、485通讯接口和电源接口。

所述的三轴模拟仿真球形控制手柄至少包括水平俯仰控制总成和变焦控制总成；

所述的聚焦控制模块包括聚焦编码器、聚焦编码固定座、聚焦旋转轴和聚焦旋钮；

所述的液晶触控屏总成包括液晶触控屏和液晶触控屏驱动板；

所述的实体按键电路板总成包括RGB LED三色实体按键和ARM架构总控电路板；

所述的工控机主板总成包括CPU、显卡、内存、散热风扇、网口、USB口、485串口、232串口、电源接口和HDMI接口。

所述的水平俯仰控制总成包括水平控制编码器球外壳固定座、水平阻尼调节螺母、锥形水平旋转法兰、俯仰控制编码器、球外壳、俯仰控制编码器固定法兰、俯仰控制编码器连接轴、磨片、阻尼调节轴、球盖、上垫片、下垫片和锁紧螺母；

所述的变焦控制总成包括配重块、变焦编码器外壳、信号通断按钮、扭簧、变焦旋钮、橡胶手柄、变焦编码器、变焦编码器固定座和变焦编码器轴连接座。

所述的俯仰控制编码器与俯仰控制编码器固定法兰通过螺栓固定，所述的俯仰控制编码器固定法兰与球外壳通过螺栓固定，所述的俯仰控制编码器连接轴与俯仰控制编码器的轴通过顶丝固定，所述的磨片与俯仰编码器连接轴和阻尼调节轴的法兰一端相接处填充有阻尼脂。

所述的球外壳与锥形水平旋转法兰通过螺栓连接，所述的锥形水平旋转法兰内嵌在水平阻尼调节螺母内，所述的水平阻尼调节螺母固定装配在水平控制编码器球外壳固定座上，所述的上垫片和下垫片通过锁紧螺母将锥形水平旋转法兰拧紧固定。

所述的变焦编码器固定在变焦编码器固定座上，所述的变焦编码器固定座与变焦编码器外壳固连，所述的变焦编码器外壳前端固定配重块，所述的变焦编码器外壳后端固定橡胶手柄，所述的变焦编码器的轴与变焦编码器轴连接座通过顶丝固定，所述的变焦旋钮与变焦编码器轴连接座通过螺栓固定，且变焦旋钮与变焦编码器轴连接座通过扭簧实现左右旋转复位。

所述的视频采集卡设有单路或多路SDI信号采集模块。

所述I/O接口分别与三轴模拟仿真球形控制手柄、实体按键电路板总成和Basic运动控制卡相连。

所述的工控机主板总成中网口与周边设备网口相连，所述的485串口与三自由度霍尔摇杆接口相连，所述的CPU与232串口相连，所述的HDMI接口与液晶触控屏驱动板相连，所述的聚焦编码器、变焦编码器、水平控制编码器、俯仰控制编码器与ARM架构总控电路板相连。

本发明的有益效果：本发明所提供的一种多功能机器人摄像操控台采用触控和实体按键主备二套操控系统，启动按键通过色彩区分，并配备对应的实体按键，保证节目制作安全，减少误操作；二套系统均可控制机器人摇臂水平、上下运动，控制云台水平、俯仰运动，控制摄像机聚焦、变焦运动；节目场景科学管理，可预设10个节目，512个场景，不同节目场景对应独立的后台操作，调取方便；

本发明六轴模拟仿真操控台，解决了可远程控制机器人设备的6个自由度运行，手感、阻尼完全仿真广播级传统设备，客户轻松上手，提高节目制作效率；本发明电动跟随与自动运行智能切换，既可以通过软件界面控制自动化摄像设备，也可以通过六轴模拟控制台进行控制；本发明解决了通过智能自动控制，解决影视拍摄，远距离及特殊位置的远程控制拍摄；解决摄像机高精度、智能化全自动镜头的控制拍摄；采用视频卡人脸识别技术，捕捉人脸特征，让机器人轨迹根据人的情绪自动判断运行速度的快慢；灯光识别功能，操控台屏幕显示按钮和实体按键RGB指示灯，根据机器人运行状态，显示不同颜色；变焦聚焦，在操纵杆上集成变焦旋钮阻尼适中，用拇指可轻松操作；聚焦旋钮在左侧面板上位置，操作简单易用；无限操控，变焦杆上的红色按钮，可暂停操纵杆与机器人的连接功能，在云台大角度操控时，操纵杆位置受限，可按暂停按钮，进行操纵杆位置重置，方便操控；一对多控制，一台机器人操控台可与多台机器人连接控制。

附图说明

图1为本发明的机器人摄像操控台的总体外观示意图；

图2为本发明的机器人摄像操控台接口示意图；

图3为本发明的机器人摄像操控台三轴模拟仿真球形控制手柄水平俯仰控制总成剖面图；

图4为本发明的摄像操控台三轴模拟仿真球形控制手柄变焦控制总成剖面图。

具体实施方式

如图1-图4所示，多功能机器人摄像操控台，包括硬件操控系统总成和软件操控系统总成，所述的硬件操控系统总成至少包括铝合金主体外壳A、铝合金底板B、三自由度霍尔摇杆总成C、三轴模拟仿真球形控制手柄D、聚焦控制模块E、液晶触控屏总成F、实体按键电路板总成G、工控机主板总成、电源模块、视频采集卡和I/O接口；

所述的铝合金主体外壳A与铝合金底板B通过螺栓连接，所述的三自由度霍尔摇杆总成C、三轴模拟仿真球形控制手柄D、聚焦控制模块E、液晶触控屏总成F、实体按键电路板总成G均固定在铝合金主体外壳A上，所述的工控机主板总成通过螺栓固定在铝合金底板B上；

所述的软件操控系统总成为基于X86和ModbusTCP通讯的架构，且软件操控系统总成内至少包含Windows操作系统、C++语言环境和Basic运动控制卡语言环境。

所述的三自由度霍尔摇杆总成C至少包括摇杆固定座22、霍尔摇杆、485通讯接口和电源接口。

所述的三轴模拟仿真球形控制手柄D至少包括水平俯仰控制总成和变焦控制总成；

所述的聚焦控制模块E包括聚焦编码器、聚焦编码固定座22、聚焦旋转轴和聚焦旋钮；

所述的液晶触控屏总成F包括液晶触控屏和液晶触控屏驱动板；

所述的实体按键电路板总成G包括RGB LED三色实体按键和ARM架构总控电路板；

所述的工控机主板总成包括CPU、显卡、内存、散热风扇、网口、USB口、485串口、232串口、电源接口和HDMI接口。

所述的水平俯仰控制总成包括水平控制编码器1、球外壳固定座2、水平阻尼调节螺母3、锥形水平旋转法兰4、俯仰控制编码器5、球外壳6、俯仰控制编码器固定法兰7、俯仰编码器连接轴8、磨片9、阻尼调节轴10、球盖11、上垫片12、下垫片13和锁紧螺母14；

所述的变焦控制总成包括配重块15、变焦编码器外壳16、信号通断按钮17、扭簧18、变焦旋钮19、橡胶手柄20、变焦编码器21、变焦编码器固定座22和变焦编码器21轴连接座23。

所述的俯仰控制编码器5与俯仰控制编码器固定法兰7通过螺栓固定，所述的俯仰控制编码器固定法兰7与球外壳6通过螺栓固定，所述的俯仰编码器连接轴8与俯仰控制编码器5的轴通过顶丝固定，所述的磨片9与俯仰编码器连接轴8和阻尼调节轴10的法兰一端相接处填充有阻尼脂。

所述的球外壳6与锥形水平旋转法兰4通过螺栓连接，所述的锥形水平旋转法兰4内嵌在水平阻尼调节螺母3内，所述的水平阻尼调节螺母3固定装配在水平控制编码器1、球外壳固定座2上，所述的上垫片12和下垫片13通过锁紧螺母14将锥形水平旋转法兰4拧紧固定。

所述的变焦编码器21固定在变焦编码器固定座22上，所述的变焦编码器固定座22与变焦编码器外壳16固连，所述的变焦编码器外壳16前端固定配重块15，所述的变焦编码器外壳16后端固定橡胶手柄20，所述的变焦编码器21的轴与变焦编码器21轴连接座23通过顶丝固定，所述的变焦旋钮19与变焦编码器21轴连接座23通过螺栓固定，且变焦旋钮19与变焦编码器21轴连接座23通过扭簧18实现左右旋转复位。

所述的视频采集卡设有单路或多路SDI信号采集模块。

所述I/O接口分别与三轴模拟仿真球形控制手柄D、实体按键电路板总成G和Basic运动控制卡相连。

所述的工控机主板总成中网口与周边设备网口相连，所述的485串口与三自由度霍尔摇杆接口相连，所述的CPU与232串口相连，所述的HDMI接口与液晶触控屏驱动板相连，所述的聚焦编码器、变焦编码器21、水平控制编码器1、俯仰控制编码器5与ARM架构总控电路板相连。

多功能机器人摄像操控台，外部接口有4个USB接口A7，2个以太网网口A2/A3，一个30芯插头A1，一个SDI视频输入接口A4，一个SDI视频输出接口A5，一个220V电源接口A6。

工作原理：一、摇臂三自由度电控。所述三自由度霍尔摇杆总成C中485通讯协议与工控机主板总成相互通讯，将数据通过modbus TCP传输与机器人摄像摇臂，从而实现通过摇杆来控制机器人摄像摇臂的XYZ空间三自由度的运动；

二、摄像机云台4自由度随动技术，三轴模拟仿真球形控制手柄D配合聚焦控制模块E通过ARM架构总控电路板采集四个编码器对应的数据，将数据通过232与工控机通讯，工控机通过modbus TCP传输给机器人摄像云台，通过basic语言编程，实现云台的水平、俯仰、聚焦、变焦的跟随运动。三轴模拟仿真球形控制手柄D的运动速度、加速度和摄像机云台的运动速度、加速度完全一致，无延时。控制阻尼通过机械结构模拟摄像师操作手感，来实现达到控制精准、流畅、无抖动；

三、实体按键一键启动技术。实体按键电路板总成G集成21个实体RGB LED可编程实体按键，通过ARM架构总控电路板ARM芯片编程环境，实现与工控机主板总成232串口通讯，来控制软件界面对应的一键启动场景的位置。并将三种颜色定义为三种运行指示状态。实现减少用户的误操作。

所述多功能机器人摄像操控台一对单或对多台机器人设备的控制原理，以及详细的功能实现如下：

通过软件界面，以及约定的modbusTCP协议，1、实现分别控制机器人摇臂7自由度运动、云台4自由度运动、机脚架5自由度运动。2、实现了一键启动场景及一键保存场景点位，并为按键位置配色。3、实现了急停、复位等功能。4、实现了多机位相互切换功能。5、实现了模拟摄像师手感电控与自动化控制相互无缝切换。6、通过视频采集卡，实现了多路或单路视频图像呈现在软件界面的功能，并且可以在存储点位时截图到对应的按键位置。7、实现了Windows系统架构下的设备通过自带的鼠标键盘可配置快捷键来保存或启动场景。8、实现了兼容集控设备的访问控制指令。9、实现了多机位多序列场景的编程，可按照时间线运行。

本发明的有益效果：本发明所提供的一种多功能机器人摄像操控台采用触控和实体按键主备二套操控系统，启动按键通过色彩区分，并配备对应的实体按键，保证节目制作安全，减少误操作；二套系统均可控制机器人摇臂水平、上下运动，控制云台水平、俯仰运动，控制摄像机聚焦、变焦运动；节目场景科学管理，可预设10个节目，512个场景，不同节目场景对应独立的后台操作，调取方便；本发明六轴模拟仿真操控台，解决了可远程控制机器人设备的6个自由度运行，手感、阻尼完全仿真广播级传统设备，客户轻松上手，提高节目制作效率；本发明电动跟随与自动运行智能切换，既可以通过软件界面控制自动化摄像设备，也可以通过六轴模拟控制台进行控制；本发明解决了通过智能自动控制，解决影视拍摄，远距离及特殊位置的远程控制拍摄；解决摄像机高精度、智能化全自动镜头的控制拍摄；采用视频卡人脸识别技术，捕捉人脸特征，让机器人轨迹根据人的情绪自动判断运行速度的快慢；灯光识别功能，操控台屏幕显示按钮和实体按键RGB指示灯，根据机器人运行状态，显示不同颜色；变焦聚焦，在操纵杆上集成变焦旋钮阻尼适中，用拇指可轻松操作；聚焦旋钮在左侧面板上位置，操作简单易用；无限操控，变焦杆上的红色按钮，可暂停操纵杆与机器人的连接功能，在云台大角度操控时，操纵杆位置受限，可按暂停按钮，进行操纵杆位置重置，方便操控；一对多控制，一台机器人操控台可与多台机器人连接控制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，同时以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。

Claims (10)

1.多功能机器人摄像操控台，其特征在于，包括硬件操控系统总成和软件操控系统总成，所述的硬件操控系统总成至少包括铝合金主体外壳、铝合金底板、三自由度霍尔摇杆总成、三轴模拟仿真球形控制手柄、聚焦控制模块、液晶触控屏总成、实体按键电路板总成、工控机主板总成、电源模块、视频采集卡和I/O接口；

所述的铝合金主体外壳与铝合金底板通过螺栓连接，所述的三自由度霍尔摇杆总成、三轴模拟仿真球形控制手柄、聚焦控制模块、液晶触控屏总成、实体按键电路板总成均固定在铝合金主体外壳上，所述的工控机主板总成通过螺栓固定在铝合金底板上；

所述的软件操控系统总成为基于X86和ModbusTCP通讯的架构，且软件操控系统总成内至少包含Windows操作系统、C++语言环境和Basic运动控制卡语言环境。

2.如权利要求1所述的多功能机器人摄像操控台，其特征在于，所述的三自由度霍尔摇杆总成至少包括摇杆固定座、霍尔摇杆、485通讯接口和电源接口。

3.如权利要求1或2所述的多功能机器人摄像操控台，其特征在于，所述的三轴模拟仿真球形控制手柄至少包括水平俯仰控制总成和变焦控制总成；

所述的聚焦控制模块包括聚焦编码器、聚焦编码固定座、聚焦旋转轴和聚焦旋钮；

所述的液晶触控屏总成包括液晶触控屏和液晶触控屏驱动板；

所述的实体按键电路板总成包括RGB LED三色实体按键和ARM架构总控电路板；

所述的工控机主板总成包括CPU、显卡、内存、散热风扇、网口、USB口、485串口、232串口、电源接口和HDMI接口。

4.如权利要求3所述的多功能机器人摄像操控台，其特征在于，所述的水平俯仰控制总成包括水平控制编码器球外壳固定座、水平阻尼调节螺母、锥形水平旋转法兰、俯仰控制编码器、球外壳、俯仰控制编码器固定法兰、俯仰控制编码器连接轴、磨片、阻尼调节轴、球盖、上垫片、下垫片和锁紧螺母；

所述的变焦控制总成包括配重块、变焦编码器外壳、信号通断按钮、扭簧、变焦旋钮、橡胶手柄、变焦编码器、变焦编码器固定座和变焦编码器轴连接座。

5.如权利要求4所述的多功能机器人摄像操控台，其特征在于，所述的俯仰控制编码器与俯仰控制编码器固定法兰通过螺栓固定，所述的俯仰控制编码器固定法兰与球外壳通过螺栓固定，所述的俯仰控制编码器连接轴与俯仰控制编码器的轴通过顶丝固定，所述的磨片与俯仰编码器连接轴和阻尼调节轴的法兰一端相接处填充有阻尼脂。

6.如权利要求5所述的多功能机器人摄像操控台，其特征在于，所述的球外壳与锥形水平旋转法兰通过螺栓连接，所述的锥形水平旋转法兰内嵌在水平阻尼调节螺母内，所述的水平阻尼调节螺母固定装配在水平控制编码器球外壳固定座上，所述的上垫片和下垫片通过锁紧螺母将锥形水平旋转法兰拧紧固定。

7.如权利要求6所述的多功能机器入摄像操控台，其特征在于，所述的变焦编码器固定在变焦编码器固定座上，所述的变焦编码器固定座与变焦编码器外壳固连，所述的变焦编码器外壳前端固定配重块，所述的变焦编码器外壳后端固定橡胶手柄，所述的变焦编码器的轴与变焦编码器轴连接座通过顶丝固定，所述的变焦旋钮与变焦编码器轴连接座通过螺栓固定，且变焦旋钮与变焦编码器轴连接座通过扭簧实现左右旋转复位。

8.如权利要求7所述的多功能机器入摄像操控台，其特征在于，所述的视频采集卡设有单路或多路SDI信号采集模块。

9.如权利要求8所述的多功能机器人摄像操控台，其特征在于，所述I/O接口分别与三轴模拟仿真球形控制手柄、实体按键电路板总成和Basic运动控制卡相连。

10.如权利要求9所述的多功能机器人摄像操控台，其特征在于，所述的工控机主板总成中网口与周边设备网口相连，所述的485串口与三自由度霍尔摇杆接口相连，所述的CPU与232串口相连，所述的HDMI接口与液晶触控屏驱动板相连，所述的聚焦编码器、变焦编码器、水平控制编码器、俯仰控制编码器与ARM架构总控电路板相连。

Images