CN115307016A - 拍摄用四轴稳定器及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种拍摄用四轴稳定器及其调节方法，四轴稳定器包括Z轴稳定机构、三轴稳定机构、载物台、两个传感器和控制系统；Z轴稳定机构包括握持组件、第一联动件、第二联动件和驱动组件；握持组件在Z轴方向可伸缩，并与第一、二联动件围成三角结构；驱动组件调节第一、二联动件的相对角度；三轴稳定机构装在握持组件上；载物台装在三轴稳定机构上；两个传感器均装在三轴稳定机构，分别检测载物台在三个维度的角度变化、在Z轴方向的位移变化；控制系统基于两个传感器测得的角度数据、位移数据分别控制三轴稳定机构、驱动组件作出角度补偿、位移补偿。本发明可以实现Z轴方向的补偿调节，降低手持拍摄时的画面晃动，提高成像质量。

Description

拍摄用四轴稳定器及其调节方法

技术领域

本发明涉及拍摄设备技术领域，特别是指一种拍摄用四轴稳定器及其调节方法。

背景技术

四轴稳定器是手持稳定装置的一种，是为减轻手持录像震动而设计的一种兼具三轴稳定与Z轴稳定功能的稳定器械。通过调查研究发现，目前市场在售的手机稳定器大多只具有三轴稳定功能，对Z轴的稳定与减震考虑较少，导致用户体验不佳。传统稳定器稳定效果较为普通，但随着用户对拍摄质量不断提高，在剧烈运动录像方面手持稳定系统已逐渐被小型运动相机取代。市场上也存在Z轴消步器作为三轴稳定器的额外配件使用，但仍存在如握持重心偏移导致用户手腕酸胀或无法单手握持等问题。

通过研究分析相关文献，结合目前市场上稳定器产品进行深入的对比分析和研究可知，多数产品主要存在以下问题：(1)功能单一，结构复杂；(2)操作方式困难；(3)无法稳定剧烈运动；(4)对人机工效考虑较少，用户体验不佳；(5)价格昂贵，操作困难，使用成本高；(6)体积较大，不易携带。例如：①授权公告号为CN211145818U的发明专利中公开了一种斯坦尼康电子三轴稳定器减震臂，通过旋转机构来调节所需要拍摄的方向与角度，但该减震臂的体积较大、重量较重，并且安装和调试比较耗时；②授权公告号为CN101782714B的发明专利中公开了一种多轴向智能调整平衡的摄像机稳定器，通过数据处理器来控制电机运动，从而实现稳定器快速自动调整静态平衡和动态平衡，但该结构主体为较长的支撑杆，容易导致操作不便、重心不稳。此外，目前将传感器技术应用于稳定器的调控领域还比较少，例如：③申请公布号为CN109668014A的发明专利中公开了一种具备竖向减振功能的四轴稳定器，主要通过传动部件的运动实现减震、稳定调节；④授权公告号为CN103133833B的发明专利中公开了一种可用于辅助拍摄的摇臂机构，但未详细说明该摇臂机构如何精准保障拍摄过程中的稳定性；⑤授权公告号为CN110785600B的发明专利中公开了一种增稳装置及云台装置，通过动力装置补偿待增稳部件沿竖直方向的位移偏差，进而加强待增稳部件沿竖直方向的稳定性；⑥授权公告号为CN210771365U的发明专利中公开了一种拍摄设备及增稳装置，依托阻尼件和摆臂构成摆臂组件，通过上下摆动来抵消拍摄装置的上下起伏运动，从而对拍摄装置进行竖向增稳。但以上所述专利均未采用传感器进行实时在线位移测控，因此难以实现高精度补偿调节。

上述专利在实际操作中均有一定局限性，主要体现在装置成本高、操作复杂、体积较大等方面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拍摄用四轴稳定器及其调节方法，可以实现Z轴方向的补偿调节，降低手持拍摄时的画面晃动，提高成像质量。

为了达成上述目的，本发明的解决方案之一：

一种拍摄用四轴稳定器，包括Z轴稳定机构、三轴稳定机构、载物台、第一传感器、第二传感器和控制系统；所述Z轴稳定机构包括握持组件、第一联动件、第二联动件和驱动组件；所述握持组件具有Z轴方向的伸缩功能，并与所述第一联动件、第二联动件围成可调节的三角结构；所述驱动组件用于调节所述第一联动件与所述第二联动件的相对角度；所述三轴稳定机构安装在所述握持组件的上端；所述载物台安装在所述三轴稳定机构上；所述第一传感器、第二传感器均安装在所述三轴稳定机构上；所述第一传感器用于检测所述载物台在航向方向、横滚方向、俯仰方向三个维度的角度变化；所述第二传感器用于检测所述载物台在Z轴方向的位移变化；所述驱动组件、三轴稳定机构均与所述控制系统电连接，所述控制系统基于所述第一传感器测得的角度数据、所述第二传感器测得的位移数据分别控制所述三轴稳定机构、驱动组件作出角度补偿、位移补偿。

Z轴稳定机构的实施方式之一，所述握持组件包括上下方向依次设置的支撑块、导杆、握柄和第一弹簧；所述三轴稳定机构安装在所述支撑块的上表面；所述导杆的上端与所述支撑块固定连接，其下端活动穿设于所述握柄的上端；所述第一弹簧套设在所述导杆上，并位于所述支撑块与所述握柄之间；所述第一联动件的一端与所述支撑块的侧面枢接配合；所述第二联动件的一端与所述第一联动件的另一端枢接配合，其另一端与所述握柄的侧面枢接配合；所述驱动组件包括第一无刷电机、第一摆臂和拉杆；所述第一无刷电机固定在所述第一联动件上，其输出端与所述第一摆臂传动连接；所述第一摆臂通过所述拉杆与所述第二联动件枢接配合；所述第一无刷电机驱动所述第一摆臂和拉杆，以调节所述第一联动件与所述第二联动件的相对角度。

三轴稳定机构的实施方式之一，所述三轴稳定机构包括沿着上下方向依次设置第一活动体、万向连接组件、第二活动体和电机盒，以及两组间距调节组件；所述载物台安装在所述第一活动体的上表面；所述第一活动体通过所述万向连接组件与所述第二活动体活动连接，可进行任意方向的摆动；所述第二活动体间隙配合在所述电机盒的上表面；所述电机盒内置有无刷电机，用于驱动所述第二活动体在航向轴运动；两组间距调节组件分别设置在所述第一活动体与所述第二活动体的同向侧面之间，用于驱动所述第一活动体在俯仰轴、横滚轴运动。

优选地，所述万向连接组件包括三组曲臂、上连接轴和下连接轴；所述第一活动体的下表面设置有三个第一连接座、所述第二活动体的上表面设置有三个第二连接座；所述曲臂的上下两端各拐角连接一个万向轴，所述曲臂两端的万向轴分别通过所述上连接轴、下连接轴与所述第一连接座、第二连接座活动连接，且所述曲臂与所述第一连接座、第二连接座之间形成交错连接，以使所述曲臂环绕所述第二活动体的中心线呈盘旋设置；所述第一连接座之间的角度间隔为120°、所述第二连接座之间的角度间隔为120°；且所述第一活动体与所述第二活动体相平行时，所述第一连接座、第二连接座在所述第二活动体的中心线方向上呈上下交错设置，径向相邻的第一连接座、第二连接座之间的角度间隔为60°。

优选地，所述间距调节组件设置在所述第一活动体与所述第二活动体的前侧面、后侧面其中一对同向侧面之间，以及两者的左侧面、右侧面其中一对同向侧面之间；所述间距调节组件包括第一舵机、第二摆臂和球头连杆；所述第一舵机设置在所述第二活动体的侧面；所述第二摆臂的一端与所述第一舵机传动连接；所述球头连杆的下端与所述第二摆臂的另一端枢接配合，其上端与所述第一活动体的侧面枢接配合。

优选地，所述第一传感器为安装在所述第二活动体上的陀螺仪，所述第二传感器为安装在所述第二活动体上的气压传感器。

Z轴稳定机构的实施方式之二，所述握持组件包括上下方向依次设置的支撑块、导杆、握柄和第一弹簧；所述三轴稳定机构安装在所述支撑块的上表面；所述导杆的上端与所述支撑块固定连接，其下端活动穿设于所述握柄的上端；所述第一弹簧套设在所述导杆上，并位于所述支撑块与所述握柄之间；所述第一联动件的顶端与所述支撑块的侧面枢接配合，其底端与所述第二联动件的上段枢接配合且位置可调；所述握柄的侧面与所述第二联动件的下段枢接配合且位置可调；所述驱动组件包括第二舵机、第三摆臂和第二弹簧；所述第二舵机固定在所述第一联动件上；所述第三摆臂的一端与所述第二舵机传动连接；所述第二弹簧的两端分别连接所述第三摆臂的另一端和所述第二联动件的顶端；所述第二舵机驱动所述第三摆臂摆动以带动所述第二弹簧进行伸缩，以调节所述第一联动件与所述第二联动件的相对角度。

三轴稳定机构的实施方式之二，所述三轴稳定机构包括安装在所述支撑块上的第二无刷电机、与所述第二无刷电机传动连接的航向轴、安装在所述航向轴上的第三无刷电机、与所述第三无刷电机传动连接的横滚轴、安装在所述横滚轴上的第四无刷电机、与所述第四无刷电机传动连接的俯仰轴；所述载物台安装在所述俯仰轴上。

优选地，所述第一传感器为安装在所述俯仰轴上的加速器传感器，所述第二传感器为安装在俯仰轴上的超声波传感器。

本发明的解决方案之二：

一种拍摄用四轴稳定器的调节方法，包括以下步骤：

步骤1：将拍摄设备装载在所述载物台，调整拍摄设备的摆放角度，打开电源开关，手持握柄组件，系统开始运作；

步骤2：在所述控制系统里提前设定平衡初始值，当剧烈运动时，所述第一传感器检测到所述载物台倾斜，记录航向方向倾斜角度R_航向、横滚方向倾斜角度R_横滚、俯仰方向倾斜角度R_俯仰，所述三轴稳定机构接收所述第一传感器的R_航向、R_横滚、R_俯仰数值并以1.047rad/s的速度旋转角度-R_航向、-R_横滚、-R_俯仰，实现三轴稳定；

步骤3：当四轴稳定器的Z轴震动时，所述第二传感器检测到所述载物台的高度变化；

步骤4：当所述握柄向上移动时，所述载物台会产生向上移动的趋势，此时所述第二传感器检测到初始向上移动距离，所述控制系统根据所述载物台相对于所述握持组件底端的高度增大值计算补偿角度R_补偿，并立即控制所述驱动组件使得所述第一联动件与所述第二联动件的相对角度减小R_补偿，补偿所述载物台的Z轴震动；

步骤5：当所述握柄向下移动时，所述载物台会产生向下移动的趋势，此时所述第二传感器检测到初始向下移动距离，所述控制系统根据所述载物台相对于所述握持组件底端的高度减小值计算补偿角度R_补偿，并立即控制所述驱动组件使得所述第一联动件与所述第二联动件的相对角度增大R_补偿，补偿所述载物台的Z轴震动。

采用上述技术方案后，本发明通过在三轴稳定机构的基础上增加Z轴稳定机构，在控制系统的控制下，可以由驱动组件控制和调节第一联动件与第二联动件的相对角度，从而实现调节握持组件的伸缩变化，实现四轴稳定器在Z轴方向上的位移补偿调节，以达到Z轴稳定的效果；同时，控制系统可以通过三轴稳定机构补偿载物台在剧烈运动时的角度变化，实现在航向方向、横滚方向、俯仰方向三个维度的稳定效果，进而可以降低剧烈运动带来的拍摄画面晃动，提高成像质量。

附图说明

图1为本发明四轴稳定器第一实施例的立体图；

图2为本发明四轴稳定器第一实施例Z轴稳定机构的立体图；

图3为本发明四轴稳定器第一实施例Z轴稳定机构初始状态的侧视图；

图4为本发明四轴稳定器第一实施例Z轴稳定机构拉伸状态的侧视图；

图5为本发明四轴稳定器第一实施例Z轴稳定机构压缩状态的侧视图；

图6为本发明四轴稳定器第一实施例三轴稳定机构的立体图；

图7为本发明四轴稳定器第二实施例的立体图；

图8为本发明四轴稳定器第二实施例Z轴稳定机构的立体图；

图9为本发明四轴稳定器第二实施例Z轴稳定机构初始状态的侧视图；

图10为本发明四轴稳定器第二实施例Z轴稳定机构拉伸状态的侧视图；

图11为本发明四轴稳定器第二实施例Z轴稳定机构压缩状态的侧视图；

图12为本发明四轴稳定器第二实施例三轴稳定机构的立体图；

图13为本发明调节方法的控制流程图；

图14为本发明调节方法的代码图；

附图标号说明：

1----Z轴稳定机构； 11---握持组件； 111--支撑块；

112--导杆； 113--握柄； 114--第一弹簧；

115--限位块； 12---第一联动件； 121--第一延伸段；

122--第二延伸段； 13---第二联动件； 131--第三延伸段；

132--调节轨； 133--安装孔； 14---驱动组件；

141--第一无刷电机； 142--第一摆臂； 143--拉杆；

144--第二舵机； 145--第三摆臂； 146--第二弹簧；

15---滑轨锁扣； 2----三轴稳定机构； 21---第一活动体；

211--第一连接座； 22---万向连接组件； 221--曲臂；

222--上连接轴； 223--下连接轴； 224--万向轴；

23---第二活动体； 231--第二连接座； 24---电机盒；

25---间距调节组件； 251--第一舵机； 252--第二摆臂；

253--球头连杆； 261--第二无刷电机； 262--第三无刷电机；

263--第四无刷电机； 271--航向轴； 2711-滑轨；

272--横滚轴； 2721-滑轨； 273--俯仰轴；

2731-滑轨； 3----载物台； 31---载物板；

32---夹爪； 33---连接柱； 4----第一传感器；

5----第二传感器； 6----合页； 7----合页锁扣；

8----第一连接轴； 9----第二连接轴。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制本发明要保护的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明所要保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的实施例而简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

此外，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

参考图1至图12所示，本发明公开了一种拍摄用四轴稳定器，包括Z轴稳定机构1、三轴稳定机构2、载物台3、第一传感器4、第二传感器5和控制系统(图中未示出)；

Z轴稳定机构1包括握持组件11、第一联动件12、第二联动件13和驱动组件14；握持组件11具有Z轴方向的伸缩功能，并与第一联动件12、第二联动件13围成可调节的三角结构；驱动组件14用于调节第一联动件12与第二联动件13的相对角度；

三轴稳定机构2安装在握持组件11的上端；

载物台3安装在三轴稳定机构2上，用于装载拍摄设备(主要指的是相机、手机等便携的、具有拍摄功能的电子设备)；

第一传感器4、第二传感器5均安装在三轴稳定机构2上；第一传感器4用于检测载物台3在航向方向、横滚方向、俯仰方向三个维度的角度变化；第二传感器5用于检测载物台3在Z轴方向的位移变化(高度/距离值的变化)；

驱动组件14、三轴稳定机构2均与控制系统电连接，控制系统基于第一传感器4测得的角度数据、第二传感器5测得的位移数据分别控制三轴稳定机构2、驱动组件14作出角度补偿、位移补偿。

参见图1至图6，示出了本发明四轴稳定器的第一实施例。

上述握持组件11包括上下方向依次设置的支撑块111、导杆112、握柄113和第一弹簧114；三轴稳定机构2安装在支撑块111的上表面；导杆112的上端与支撑块111固定连接，其下端活动穿设于握柄113的上端；第一弹簧114套设在导杆112上，并位于支撑块111与握柄113之间；第一联动件12的一端与支撑块111的侧面枢接配合；第二联动件13的一端与第一联动件12的另一端枢接配合，其另一端与握柄113的侧面枢接配合；驱动组件14包括第一无刷电机141、第一摆臂142和拉杆143；第一无刷电机141固定在第一联动件12上，其输出端与第一摆臂142传动连接；第一摆臂142通过拉杆143与第二联动件13枢接配合；第一无刷电机141驱动第一摆臂142和拉杆143，以调节第一联动件12与第二联动件13的相对角度。

在第一实施例中，上述握持组件11还包括设置在握柄113上端的限位块115；导杆112活动穿设于限位块115；第一弹簧114的两端紧配合在支撑块111的下表面与限位块115的上表面之间。

在第一实施例中，上述第一联动件12的两端分别延伸形成第一延伸段121、第二延伸段122，第一延伸段121、第二延伸段122分别拐向支撑块111、第二联动件13并枢接配合，使得第一联动件12更加远离握柄113，进而使得握柄113、第一联动件12、第二联动件13之间形成的三角空间更大，方便用户抓持握柄113，并避免在Z轴稳定机构1进行调节时第一联动件12与用户的手指接触，提高使用时的安全性。

进一步地，上述第二联动件13的一端延伸形成第三延伸段131，第三延伸段131拐向第一无刷电机141；拉杆143与第三延伸段131的端部枢接配合，使得拉杆143的活动位于第一联动件12的上侧，避免在Z轴稳定机构1进行调节时拉杆143与用户的手指接触，提高使用时的安全性。

在第一实施例中，上述Z轴稳定机构1还包括设置在第二联动件13上的滑轨锁扣15；第二联动件13上设置有调节轨132；握柄113与调节轨132的相对位置可调，并由滑轨锁扣15进行固定。使得握持组件11、第一联动件12、第二联动件13三者之间形成的三角结构可以调节，也即可以调节支撑块111的行程，满足不同场景的使用需求。

在第一实施例中，上述三轴稳定机构2包括沿着上下方向依次设置第一活动体21、万向连接组件22、第二活动体23和电机盒24，以及两组间距调节组件25；载物台3安装在第一活动体21的上表面；第一活动体21通过万向连接组件22与第二活动体23活动连接，可进行任意方向的摆动；第二活动体23间隙配合在电机盒24的上表面；电机盒24内置有无刷电机，用于驱动第二活动体23在航向轴运动；两组间距调节组件25分别设置在第一活动体21与第二活动体23的同向侧面之间，用于驱动第一活动体21在俯仰轴、横滚轴运动。上述三轴稳定机构2通过优化结构设计，不再采用传统的联杆结构，而使用万向连接组件22进行第一活动体21与第二活动体23的组装，将整体结构集中设置在电机盒24的Z轴方向上，使得重心可以集中在电机盒24的Z轴方向上，方便握持、操作省力，且产品结构紧凑、体积小；通过电机盒24内置的无刷电机驱动第二活动体23、通过驱动组件14调节第一活动体21与第二活动体23同向侧面的间距，分别可以实现载物台3在航向轴、俯仰轴、横滚轴上的运动，从而可以搭配三轴稳定器的控制系统实现动态调节的功能。

进一步地，上述万向连接组件22包括三组曲臂221、上连接轴222和下连接轴223；第一活动体21的下表面设置有三个第一连接座211、第二活动体23的上表面设置有三个第二连接座231；曲臂221的上下两端各拐角连接一个万向轴224，曲臂221两端的万向轴224分别通过上连接轴222、下连接轴223与第一连接座211、第二连接座231活动连接，且曲臂221与第一连接座211、第二连接座231之间形成交错连接，以使曲臂221环绕第二活动体23的中心线呈盘旋设置。本实施例中，上述第一连接座211之间的角度间隔为120°、第二连接座231之间的角度间隔为120°；且第一活动体21与第二活动体23相平行时，第一连接座211、第二连接座231在第二活动体23的中心线方向上呈上下交错设置，径向相邻的第一连接座211、第二连接座231之间的角度间隔为60°。通过将第一连接座211、第二连接座231的位置均匀分布，可以使得万向连接组件22的摆动更加顺畅。

同时，上述间距调节组件25设置在第一活动体21与第二活动体23的前侧面、后侧面其中一对同向侧面之间，以及两者的左侧面、右侧面其中一对同向侧面之间，主要起到调节第一活动体21、第二活动体23同向侧面之间距离的作用，从而驱动第一活动体21相对于第二活动体23在俯仰轴、横滚轴运动。本实施例中，上述间距调节组件25包括第一舵机251、第二摆臂252和球头连杆253；第一舵机251设置在第二活动体23的侧面；第二摆臂252的一端与第一舵机251传动连接；球头连杆253的下端与第二摆臂252的另一端枢接配合，其上端与第一活动体21的侧面枢接配合。当第一舵机251工作并驱动第二摆臂252摆动时，第二摆臂252则会上推或下拉球头连杆253，从而调节第一活动体21与第二活动体23的同向侧面的间距。此外，上述间距调节组件25也可以是诸如电机加丝杆组合的具有伸缩功能的装置，相对而言采用上述的第一舵机251组合工作更加稳定。

上述三轴稳定机构2的工作原理为：

①当电机盒24内的无刷电机工作时，可以驱动第二活动体23在XY平面进行旋转运动，进而带动第一活动体21及其上的载物台3在航向轴运动；

②当处于第一活动体21、第二活动体23前侧面/后侧面的驱动组件14工作时，第一活动体21、第二活动体23的前侧面/后侧面之间的间距增大或减小，第一活动体21以万向连接组件22为支臂在YZ平面进行摆动，进而带动其上的载物台3在俯仰轴运动；

③当处于第一活动体21、第二活动体23左侧面/右侧面的驱动组件14工作时，第一活动体21、第二活动体23的左侧面/右侧面之间的间距增大或减小，第一活动体21以万向连接组件22为支臂在XZ平面进行摆动，进而带动其上的载物台3在横滚轴运动。

上述第一传感器4为安装在第二活动体23上的陀螺仪，第二传感器5为安装在第二活动体23上的气压传感器。陀螺仪与三轴稳定机构2(主要是上述的电机盒24和两个第一舵机251)电连接，气压传感器与第一无刷电机141电连接，进而可以配合控制系统实现保持四轴稳定器的三轴稳定和Z轴补偿调节。通过陀螺仪检测三个维度的姿态变化，当姿态初始值发生变化时，控制系统接收到变化信号，通过第一舵机251拉动球头连杆253从而控制万向连接组件22的摆动，迅速补偿偏差位置，从而保持三轴稳定；当Z轴(第四轴)方向发生姿态变化时，根据气压传感器测得稳定器的空间距离信号，再将此信号传入到控制系统，驱动第一无刷电机141带动第一摆臂142、拉杆143，进而控制第一联动件12和第二联动件13的相对运动，从而实现四轴稳定器Z轴方向的主动补偿调节，以达到Z轴稳定的效果。

在第一实施例中，上述载物台3包括载物板31，以及弹性配合在载物板31两端的两个夹爪32，在不受外力时两个夹爪32受到弹力而相向移动。

进一步地，上述载物台3还包括固定连接在载物板31背面的连接柱33，连接柱33通过固定连接或转动连接的方式安装在第一活动体21的上表面。其中采用转动连接方式组装时可以使得载物台3在夹持拍摄设备后、开始拍摄前能够微调拍摄角度，同时为了保持稳定性可以在连接柱33与第一活动体21的连接结构上设置阻尼。

在第一实施例中，本发明还包括由合页6和合页锁扣7组成的合页机构；上述支撑块111与电机盒24的一侧通过合页6实现枢接，两者的另一侧通过合页锁扣7实现相对固定(合页6位于图1中电机盒24的正面位置，则合页锁扣7位于电机盒24的背面位置)。通过合页机构可以实现三轴稳定机构2在Z轴方向的180°折叠，同时配合支撑块111在Z轴方向上远离握柄113(也即拉伸第一弹簧114)，将第一联动件12与第二联动件13进行拉伸(两者的相对角度变大)，从而减少四轴稳定器整体的空间占用，方便收纳。

参见图7至图12，示出了本发明四轴稳定器的第二实施例。

上述握持组件11包括上下方向依次设置的支撑块111、导杆112、握柄113和第一弹簧114；三轴稳定机构2安装在支撑块111的上表面；导杆112的上端与支撑块111固定连接，其下端活动穿设于握柄113的上端；第一弹簧114套设在导杆112上，并位于支撑块111与握柄113之间；第一联动件12的顶端与支撑块111的侧面枢接配合，其底端与第二联动件13的上段枢接配合且位置可调；握柄113的侧面与第二联动件13的下段枢接配合且位置可调；驱动组件14包括第二舵机144、第三摆臂145和第二弹簧146；第二舵机144固定在第一联动件12上；第三摆臂145的一端与第二舵机144传动连接；第二弹簧146的两端分别连接第三摆臂145的另一端和第二联动件13的顶端；第二舵机144驱动第三摆臂145摆动以带动第二弹簧146进行伸缩，以调节第一联动件12与第二联动件13的相对角度。

在第二实施例中，上述握持组件11还包括设置在握柄113上端的限位块115；导杆112活动穿设于限位块115；第一弹簧114的两端紧配合在支撑块111的下表面与限位块115的上表面之间。

在第二实施例中，上述第二联动件13的上段、下段均设置有若干沿其轴向等间距排布的安装孔133，第一联动件12、握柄113分别可拆卸地枢接配合在第二联动件13上段、下段的其一安装孔133上，从而可以根据实际使用时Z轴稳定机构1调节行程的需求进行调换第一联动件12/握柄113与第二联动件13的安装位置，使得产品使用时更具灵活性。

在第二实施例中，上述第一联动件12、第二联动件13设置有两对，分别设置在第二舵机144的两端，也即第二舵机144的两侧分别与两根第一联动件12固定连接，使得减震联动组件的结构更加稳定。

进一步地，两根第二联动件13的顶端之间连接有第一连接轴8，第二弹簧146的端部套设在第一连接轴8上，使得第二弹簧146的弹力可以同时作用于两根第二联动件13。

同时，两根第二联动件13的上段之间连接有第二连接轴9，两根第一联动件12底端分别转动连接在第二连接轴9的两端，实现同步联动。

在第二实施例中，上述三轴稳定机构2包括安装在支撑块111上的第二无刷电机261、与第二无刷电机261传动连接的航向轴271、安装在航向轴271上的第三无刷电机262、与第三无刷电机262传动连接的横滚轴272、安装在横滚轴272上的第四无刷电机263、与第四无刷电机263传动连接的俯仰轴273；载物台3安装在俯仰轴273上。

进一步地，上述航向轴271、横滚轴272、俯仰轴273均为设置有滑轨2711、2721、2731的L型杆件；第二无刷电机261与航向轴271的滑轨2711滑接配合并采用螺丝锁固；第三无刷电机262与横滚轴272的滑轨2721滑接配合并采用螺丝锁固；第四无刷电机263与俯仰轴273的滑轨2731滑接配合并采用螺丝锁固。则航向轴271、横滚轴272、俯仰轴273的实际安装位置都可以根据用户需求进行调节，提高了产品使用时的灵活性。

在第二实施例中，上述载物台3包括载物板31，以及弹性配合在载物板31两端的两个夹爪32，在不受外力时两个夹爪32受到弹力而相向移动。

进一步地，上述载物台3还包括固定连接在载物板31背面的连接柱33，连接柱33通过固定连接或转动连接的方式安装在俯仰轴273上。其中采用转动连接方式组装时可以使得载物台3在夹持拍摄设备后、开始拍摄前能够微调拍摄角度，同时为了保持稳定性可以在连接柱33与俯仰轴273的连接结构上设置阻尼。

上述第一传感器4为安装在俯仰轴273上的加速器传感器，第二传感器5为安装在俯仰轴273上的超声波传感器。加速度传感器与三轴稳定机构2(主要是上述的第二无刷电机261、第三无刷电机262和第四无刷电机263)电连接，超声波传感器与第二舵机144电连接，进而配合四轴稳定器的控制系统，实现保持四轴稳定器的三轴稳定和Z轴补偿调节。通过加速度传感器检测航向方向、横滚方向、俯仰方向三个维度的姿态变化，当姿态初始值发生变化时，控制系统接收到变化信号，控制第二无刷电机261/第三无刷电机262/第四无刷电机263的转动循序补偿偏位位置，从而保持三轴稳定；当超声波传感器测得四轴稳定器在Z轴(第四轴)方向上的空间距离信号发生变化时，将此信号穿入控制系统，控制驱动第二舵机144带动第三摆臂145摆动以拉伸或压缩第二弹簧146，从而带动第一联动件12、第二联动件13的相对运动，从而实现四轴稳定器在Z轴方向的主动补偿调节，以达到Z轴稳定的效果。

参考图13和图14所示，以上述四轴稳定器的第二实施例为例，本发明还公开了一种拍摄用四轴稳定器的调节方法，包括以下步骤：

步骤1：将拍摄设备装载在载物台3，调整拍摄设备的摆放角度，打开电源开关，手持握柄组件，系统开始运作；

步骤2：在控制系统里提前设定平衡初始值，当剧烈运动时，第一传感器4检测到载物台3倾斜，记录航向方向倾斜角度R_航向、横滚方向倾斜角度R_横滚、俯仰方向倾斜角度R_俯仰，三轴稳定机构2接收第一传感器4的R_航向、R_横滚、R_俯仰数值并以1.047rad/s的速度旋转角度-R_航向、-R_横滚、-R_俯仰，实现三轴稳定；

步骤3：当四轴稳定器的Z轴震动时，第二传感器5检测到载物台3的高度变化；

步骤4：当握柄113向上移动时，载物台3会产生向上移动的趋势，此时第二传感器5检测到初始向上移动距离，控制系统根据载物台3相对于握持组件11底端的高度增大值计算补偿角度R_补偿，并立即控制驱动组件14使得第一联动件12与第二联动件13的相对角度减小R_补偿，补偿载物台3的Z轴震动；

步骤5：当握柄113向下移动时，载物台3会产生向下移动的趋势，此时第二传感器5检测到初始向下移动距离，控制系统根据载物台3相对于握持组件11底端的高度减小值计算补偿角度R_补偿，并立即控制驱动组件14使得第一联动件12与第二联动件13的相对角度增大R_补偿，补偿载物台3的Z轴震动。

通过上述方案，本发明通过在三轴稳定机构2的基础上增加Z轴稳定机构1，在控制系统的控制下，可以由驱动组件14控制和调节第一联动件12与第二联动件13的相对角度，从而实现调节握持组件11的伸缩变化，实现四轴稳定器在Z轴方向上的位移补偿调节，以达到Z轴稳定的效果；同时，控制系统可以通过三轴稳定机构2补偿载物台3在剧烈运动时的角度变化，实现在航向方向、横滚方向、俯仰方向三个维度的稳定效果，进而可以降低剧烈运动带来的拍摄画面晃动，提高成像质量。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种拍摄用四轴稳定器，其特征在于：

包括Z轴稳定机构、三轴稳定机构、载物台、第一传感器、第二传感器和控制系统；

所述Z轴稳定机构包括握持组件、第一联动件、第二联动件和驱动组件；所述握持组件具有Z轴方向的伸缩功能，并与所述第一联动件、第二联动件围成可调节的三角结构；所述驱动组件用于调节所述第一联动件与所述第二联动件的相对角度；

所述三轴稳定机构安装在所述握持组件的上端；

所述载物台安装在所述三轴稳定机构上；

所述第一传感器、第二传感器均安装在所述三轴稳定机构上；所述第一传感器用于检测所述载物台在航向方向、横滚方向、俯仰方向三个维度的角度变化；所述第二传感器用于检测所述载物台在Z轴方向的位移变化；

所述驱动组件、三轴稳定机构均与所述控制系统电连接，所述控制系统基于所述第一传感器测得的角度数据、所述第二传感器测得的位移数据分别控制所述三轴稳定机构、驱动组件作出角度补偿、位移补偿。

2.根据权利要求1所述的拍摄用四轴稳定器，其特征在于：

所述握持组件包括上下方向依次设置的支撑块、导杆、握柄和第一弹簧；所述三轴稳定机构安装在所述支撑块的上表面；所述导杆的上端与所述支撑块固定连接，其下端活动穿设于所述握柄的上端；所述第一弹簧套设在所述导杆上，并位于所述支撑块与所述握柄之间；

所述第一联动件的一端与所述支撑块的侧面枢接配合；所述第二联动件的一端与所述第一联动件的另一端枢接配合，其另一端与所述握柄的侧面枢接配合；

所述驱动组件包括第一无刷电机、第一摆臂和拉杆；所述第一无刷电机固定在所述第一联动件上，其输出端与所述第一摆臂传动连接；所述第一摆臂通过所述拉杆与所述第二联动件枢接配合；所述第一无刷电机驱动所述第一摆臂和拉杆，以调节所述第一联动件与所述第二联动件的相对角度。

3.根据权利要求1所述的拍摄用四轴稳定器，其特征在于：

所述三轴稳定机构包括沿着上下方向依次设置第一活动体、万向连接组件、第二活动体和电机盒，以及两组间距调节组件；

所述载物台安装在所述第一活动体的上表面；所述第一活动体通过所述万向连接组件与所述第二活动体活动连接，可进行任意方向的摆动；

所述第二活动体间隙配合在所述电机盒的上表面；所述电机盒内置有无刷电机，用于驱动所述第二活动体在航向轴运动；

两组间距调节组件分别设置在所述第一活动体与所述第二活动体的同向侧面之间，用于驱动所述第一活动体在俯仰轴、横滚轴运动。

4.根据权利要求3所述的拍摄用四轴稳定器，其特征在于：

所述万向连接组件包括三组曲臂、上连接轴和下连接轴；

所述第一活动体的下表面设置有三个第一连接座、所述第二活动体的上表面设置有三个第二连接座；

所述曲臂的上下两端各拐角连接一个万向轴，所述曲臂两端的万向轴分别通过所述上连接轴、下连接轴与所述第一连接座、第二连接座活动连接，且所述曲臂与所述第一连接座、第二连接座之间形成交错连接，以使所述曲臂环绕所述第二活动体的中心线呈盘旋设置；

所述第一连接座之间的角度间隔为120°、所述第二连接座之间的角度间隔为120°；且所述第一活动体与所述第二活动体相平行时，所述第一连接座、第二连接座在所述第二活动体的中心线方向上呈上下交错设置，径向相邻的第一连接座、第二连接座之间的角度间隔为60°。

5.根据权利要求3所述的拍摄用四轴稳定器，其特征在于：

所述间距调节组件设置在所述第一活动体与所述第二活动体的前侧面、后侧面其中一对同向侧面之间，以及两者的左侧面、右侧面其中一对同向侧面之间；

所述间距调节组件包括第一舵机、第二摆臂和球头连杆；所述第一舵机设置在所述第二活动体的侧面；所述第二摆臂的一端与所述第一舵机传动连接；所述球头连杆的下端与所述第二摆臂的另一端枢接配合，其上端与所述第一活动体的侧面枢接配合。

6.根据权利要求3所述的拍摄用四轴稳定器，其特征在于：

所述第一传感器为安装在所述第二活动体上的陀螺仪，所述第二传感器为安装在所述第二活动体上的气压传感器。

7.根据权利要求1所述的拍摄用四轴稳定器，其特征在于：

所述握持组件包括上下方向依次设置的支撑块、导杆、握柄和第一弹簧；所述三轴稳定机构安装在所述支撑块的上表面；所述导杆的上端与所述支撑块固定连接，其下端活动穿设于所述握柄的上端；所述第一弹簧套设在所述导杆上，并位于所述支撑块与所述握柄之间；

所述第一联动件的顶端与所述支撑块的侧面枢接配合，其底端与所述第二联动件的上段枢接配合且位置可调；所述握柄的侧面与所述第二联动件的下段枢接配合且位置可调；

所述驱动组件包括第二舵机、第三摆臂和第二弹簧；所述第二舵机固定在所述第一联动件上；所述第三摆臂的一端与所述第二舵机传动连接；所述第二弹簧的两端分别连接所述第三摆臂的另一端和所述第二联动件的顶端；所述第二舵机驱动所述第三摆臂摆动以带动所述第二弹簧进行伸缩，以调节所述第一联动件与所述第二联动件的相对角度。

8.根据权利要求1所述的拍摄用四轴稳定器，其特征在于：

所述三轴稳定机构包括安装在所述支撑块上的第二无刷电机、与所述第二无刷电机传动连接的航向轴、安装在所述航向轴上的第三无刷电机、与所述第三无刷电机传动连接的横滚轴、安装在所述横滚轴上的第四无刷电机、与所述第四无刷电机传动连接的俯仰轴；所述载物台安装在所述俯仰轴上。

9.根据权利要求8所述的拍摄用四轴稳定器，其特征在于：

所述第一传感器为安装在所述俯仰轴上的加速器传感器，所述第二传感器为安装在俯仰轴上的超声波传感器。

10.根据权利要求1至9任一所述的拍摄用四轴稳定器的调节方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：将拍摄设备装载在所述载物台，调整拍摄设备的摆放角度，打开电源开关，手持握柄组件，系统开始运作；

步骤2：在所述控制系统里提前设定平衡初始值，当剧烈运动时，所述第一传感器检测到所述载物台倾斜，记录航向方向倾斜角度R_航向、横滚方向倾斜角度R_横滚、俯仰方向倾斜角度R_俯仰，所述三轴稳定机构接收所述第一传感器的R_航向、R_横滚、R_俯仰数值并以1.047rad/s的速度旋转角度-R_航向、-R_横滚、-R_俯仰，实现三轴稳定；

步骤3：当四轴稳定器的Z轴震动时，所述第二传感器检测到所述载物台的高度变化；

步骤4：当所述握柄向上移动时，所述载物台会产生向上移动的趋势，此时所述第二传感器检测到初始向上移动距离，所述控制系统根据所述载物台相对于所述握持组件底端的高度增大值计算补偿角度R_补偿，并立即控制所述驱动组件使得所述第一联动件与所述第二联动件的相对角度减小R_补偿，补偿所述载物台的Z轴震动；

步骤5：当所述握柄向下移动时，所述载物台会产生向下移动的趋势，此时所述第二传感器检测到初始向下移动距离，所述控制系统根据所述载物台相对于所述握持组件底端的高度减小值计算补偿角度R_补偿，并立即控制所述驱动组件使得所述第一联动件与所述第二联动件的相对角度增大R_补偿，补偿所述载物台的Z轴震动。

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