CN207884759U - 一种精简的运动相机姿态控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于相机技术领域，具体涉及一种精简的运动相机姿态控制装置。本实用新型所要解决的技术问题是提出一种精简的运动相机姿态控制装置，解决拍照时相机抖动清晰度降低的问题。为了解决上述技术问题，本实用新型提出这样一种精简的运动相机姿态控制装置，包括加速度传感器模块、运动补偿感模块、MCU模块、电源模块和DC‑DC电源模块。本实用新型具有抵消相机抖动的效果。

Description

一种精简的运动相机姿态控制装置

技术领域

本实用新型属于相机技术领域，具体涉及一种精简的运动相机姿态控制装置。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的逐渐提高和科技水平的发达，运动成为了大家关注的焦点，而随着微博、QQ、微信等互联网传播媒体的兴起，在各自的朋友圈分享生活中的点滴便成了一种潮流，而运动生活也逐步成为人们分享的内容。

而随之而来的问题困扰了不懂摄影而又热衷于完美视觉享受的人群。人类运动便意味着身体的移动，而移动便会产生抖动，依附在身体上的相机等摄影设备也会抖动，那么拍出来的影像自然也就会抖动，那么自然而然地影像就会不清晰，这对现代人来说是难以忍受的。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提出一种精简的运动相机姿态控制装置，通过对相机进行运动补偿，解决了拍照时相机抖动清晰度降低的问题，具有抵消相机抖动的效果。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种精简的运动相机姿态控制装置，包括加速度传感器模块、运动补偿感模块、MCU模块、电源模块、DC-DC电源模块、相机载台和相机；MCU模块和加速度传感器模块由电源模块通过DC-DC电源模块进行供电，运动补偿感模块由电源模块直接供电，MCU模块接收并处理由加速度传感器模块提供的姿态信息，最后生成控制输出量传到运动补偿感模块，继而使运动补偿感模块执行输出量，旋转载有相机的相机载台。

优选的，所述加速度传感器模块用于感知相机及人身体的运动情况，加速度传感器模块上有IIC接口，IIC接口与MCU模块连接。

优选的，所述加速度传感器模块采用的型号为ADXL362或MPU6050。

优选的，所述电源模块包括电池单元，电池单元采用三芯航模锂电池。

优选的，所述运动补偿感模块包括旋转机架、无刷电机和电机驱动电路；电机驱动电路上有驱动芯片，MCU模块通过电机驱动电路驱动无刷电机，无刷电机固定在机架上，用于旋转机架。

优选的，所述电驱动芯片采用麦瑞的TC44520高速MOSFET驱动芯片无刷电机采用Moto公司的GB-2208无刷电机。

优选的，所述无刷电机驱动模拟正弦三相电，每轴无刷电机采用三路互补PWM驱动，每路驱动芯片控制无刷电机一个相的驱动。

本实用新型有益效果是:本实用新型不仅能减缓影像剧烈的移动使之变化平缓、过度流畅，更能提高相机在运动过程拍摄影像的清晰度。本装置机械结构简小，通用组合性强，反应灵敏，姿态控制效果良好。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本实用新型的具体实施方式的JTAG/SWD调试接口图。

图2是本实用新型的具体实施方式的电机驱动电路图。

图3是本实用新型的具体实施方式的IMU模块电路图。

图4是本实用新型的具体实施方式的电源模块电路图。

图5是本实用新型的具体实施方式的按键电路图。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-5所示，一种精简的运动相机姿态控制装置，包括加速度传感器模块、运动补偿感模块、MCU模块、电源模块、DC-DC电源模块、相机载台和相机。MCU模块和加速度传感器模块由电源模块通过DC-DC电源模块进行供电，而运动补偿感模块由电源模块直接供电，MCU模块接收并处理由加速度传感器模块提供的姿态信息，最后生成控制输出量传到运动补偿感模块，继而使运动补偿感模块执行输出量，旋转载有相机的相机载台，最后完成本装置消抖增稳的功能。

加速度传感器模块用于感知相机及人身体的运动情况，能主动探知抖动的具体情况，方便控制器形成控制策略。加速度传感器模块上有IIC接口，IIC接口与所述的MCU模块连接。

本实用新型的加速度传感器模块可采用ANALOG的ADXL362，ADXL362是一款超低功耗、3轴MEMS加速度计，输出数据速率为100Hz时功耗低于2μA，在运动触发唤醒模式下功耗为270nA。ADXL362提供12位输出分辨率；一个内置微功耗温度传感器，可实现温度的在补偿。测量范围为±2g、±4g及±8g，±2g范围内的分辨率为1mg/LSB。选用较为昂贵的自带磁编码位置反馈的无刷电机及其配套的驱动作为运动补偿感单元，其优点在于位置控制精度高，自带的位置反馈能精确反馈各控制单元的姿态，能提高控制的精度，且动力充沛，但缺点是价格高，一般为大厂定制品。

加速度传感器模块也可采用MPU6050，MPU6050是InvenSense公司推出的全球首款整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减少了安装空间。其内部整合了3轴陀螺仪和3轴加速度传感器，并且含有一个第二IIC接口，可用于连接外部磁力传感器，并利用自带的数字运动处理器(DMP)硬件加速引擎，通过主IIC接口，向应用端输出完整的9轴融合演算数据。选用市面常见的普通低KV值的无刷电机及高速MOSFET自搭驱动电路作为运动补偿感单元，其优点在于价格便宜，动力充沛，结构简单，市面常见，但缺点是缺少位置反馈，控制无法形成多环的闭合，控制难度较大。

运动补偿感模块用于对运动相机的实时姿态加以与身体姿态相反的控制，使之有效减缓因为身体运动产生的抖动，运动补偿感模块包括旋转机架、无刷电机和电机驱动电路，MCU模块通过电机驱动电路驱动无刷电机，无刷电机固定在机架上，用于旋转机架。

电机驱动电路包括麦瑞的TC44520高速MOSFET驱动芯片，无刷电机采用Moto公司的GB-2208无刷电机，前者驱动电流大、发热量小、响应频率高且高频噪音少，驱动效果良好，后者转速较低、力矩大，且精度与平滑度更高，补偿效果更好。

无刷电机驱动模拟正弦三相电，每轴无刷电机采用三路互补PWM驱动，且应用了无感FOC控制算法，控制效果良好，运动性能较之普通三相电驱动更佳。

本实用新型的电机驱动电路是一种简易精简的电路，它没有像无刷电机的驱动电调那样易于控制，但是本电路的复杂程度小于电子调速器，且本驱动电路对无刷电机的驱动基本上是依靠软件的驱动配合，即每路高速MOSFET驱动芯片控制无刷电机一个相的驱动，三块高速MOSFET驱动芯片就可以模拟出三相电源，通过驱动程序就可以模拟出不同频率、不同幅值的三相交流电，这使得其成本相对于昂贵且容易烧毁的电子调速器来说是极低且精简的，该电路由主微控制器的电机驱动库驱动，本电路驱动执行补偿动作的无刷电机，如此微控制器可以在软件层面对无刷电机进行全面且精细的控制，便于增强消抖增稳的效果。

MCU模块采用意法半导体公司旗下的STM32F407微控制器，STM32F4微控制器通过IIC与IMU进行通信，获取相机载台及增稳器基准平台的实时姿态信息(欧拉角及角加速度)。再通过对此实时姿态数据进行核心增稳姿态解算算法处理，输出增稳处理数据作为PID控制器的输入与反馈；最后通过三轴(Pitch，Roll，Yaw)PID控制器，调节输出三轴无刷电机的旋转矢量，进而实现相机载台动态的平稳，且稳定于目标角度，最后完成特定的消抖稳定、运动补偿功能。

电源模块包括电池单元，电池单元采用三芯航模锂电池，该锂电池电量大，电流充足，大电流放电时间长，可为设备提供持续的电能保障。

本实用新型通过加速度传感器模块感知相机及人身体的运动情况，能主动探知抖动的具体情况，方便控制器形成控制策略。采用双IMU惯导测量系统，既测量相机载台的运动姿态及角速度，又测量增器基准平台的运动姿态及角速度，而且通过高速IIC通信可以获得高达1KHz的实时数据，这些数据通过核心增稳姿态解算算法处理后，再输入和反馈到到PID控制器，可以得到三个高精度、低滞后的三轴旋转矢量作为运动补偿输出。通过双IMU获取相机(载物台)及手持基准面的姿态信息，再经增稳姿态融合算法及PID控制器处理，调节输出各轴无刷电机旋转矢量(即输出各轴一定角度的运动补偿)，进而实现相机拍摄增稳消抖的功能，使运动摄影得到的图像更加平稳与清晰。

本装置上电以后，系统首先完成片内和各传感器的初始化，同时对各IMU进行必要的自检，读取内部flash数据，获取各校正数据，完成初始化。然后进入默认模式运行，以5Hz的频率检测模式设置的变化，同时以200Hz的频率获取各IMU的加速度和角速度数据，同时更新闭环PID控制量，再分以100个周期平滑输出电机旋转矢量，达到平滑输出的效果，防止各电机自身产生激烈的动荡，无刷电机完成各自的旋转角度后，便可使载物台稳定在特定的角度或者稳定在一个比较平缓的角度变化里，从而完成任务。

上面对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种精简的运动相机姿态控制装置，其特征在于,包括加速度传感器模块、运动补偿感模块、MCU模块、电源模块、DC-DC电源模块、相机载台和相机；MCU模块和加速度传感器模块由电源模块通过DC-DC电源模块进行供电，运动补偿感模块由电源模块直接供电，MCU模块接收并处理由加速度传感器模块提供的姿态信息，最后生成控制输出量传到运动补偿感模块，继而使运动补偿感模块执行输出量，旋转载有相机的相机载台。

2.根据权利要求1所述的精简的运动相机姿态控制装置，其特征在于,所述加速度传感器模块用于感知相机及人身体的运动情况，加速度传感器模块上有IIC接口，IIC接口与MCU模块连接。

3.根据权利要求1所述的精简的运动相机姿态控制装置，其特征在于,所述加速度传感器模块采用的型号为ADXL362或MPU6050。

4.根据权利要求1所述的精简的运动相机姿态控制装置，其特征在于,所述电源模块包括电池单元，电池单元采用三芯航模锂电池。

5.根据权利要求1所述的精简的运动相机姿态控制装置，其特征在于,所述运动补偿感模块包括旋转机架、无刷电机和电机驱动电路；电机驱动电路上有驱动芯片，MCU模块通过电机驱动电路驱动无刷电机，无刷电机固定在机架上，用于旋转机架。

6.根据权利要求5所述的精简的运动相机姿态控制装置，其特征在于,所述无刷电机驱动模拟正弦三相电，每轴无刷电机采用三路互补PWM驱动，每路驱动芯片控制无刷电机一个相的驱动。