CN213168592U - 一种云台装置及应用其的无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种云台装置，包括相机，还包括用于调整相机镜头视角朝向的指向部和用于保持指向部稳定性的增稳部；相机、指向部、增稳部顺次连接。本实用新型在指向部的基础上加入了增稳部的设计，其中增稳部的功能是保持指向部的稳定性，无论载体怎么运动，增稳部与指向部的连接部位都保持稳定，即挂载于增稳部的俯仰轴臂上的指向部也保持稳定；而指向部的功能是改变相机的拍照角度。本实用新型还提供了一种无人机，应用上述云台装置，所述云台安装在无人机本体上，在保证相机稳定拍摄的同时，能通过指向部的快速转动，在短时间内使相机完成多个角度的拍摄，让少量相机在相同时间内以相同的拍摄角度达到与多个相机相同的拍摄效果。

Description

一种云台装置及应用其的无人机

技术领域

本实用新型涉及移动云台技术领域，特别是涉及一种云台装置及应用其的无人机。

背景技术

实际倾斜摄影作业中，为保证模型效果，需要采集拍摄物各个角度的照片，目前主流有两种方案，一是挂载多个不同角度的相机，最常用的是多个相机；二是采用云台挂载一个相机，通过云台各轴的旋转，将挂载的相机转向不同的角度进行拍照。

但若要采用第二种方式，用一个代替多个相机拍照，除了云台要转动到多个不同的角度，为满足相同的航片重叠率，第二种方式的相机要在相同时间拍多次。拍摄时间包含云台从开始转动到静止的花费的时间及相机开始拍照到完成曝光的时间，实际留给云台转动的时间极短，目前常规的云台装置很难同时满足增稳及快速转动指向的功能。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供了一种云台装置。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种云台装置，包括由相机组成的拍摄部，还包括用于调整拍摄部相机镜头视角朝向的指向部和用于保持指向部稳定性的增稳部；拍摄部、指向部、增稳部顺次连接。

本方案用一个代替多个相机拍照，除了云台要转动到多个不同的角度，为满足相同的航片重叠率，相机要在相同时间拍摄多次。例如五台相机是每隔1s拍一次，本方案中相机则需要隔0.2s拍摄一张，且这0.2s包含云台从开始转动到静止的花费的时间及相机开始拍照到完成曝光的时间。

本实用新型在指向部的基础上加入了增稳部的设计，其中增稳部的功能是保持指向部的稳定性，无论载体怎么运动，增稳部与指向部的连接部位都保持稳定，即挂载于增稳部的俯仰轴臂上的指向部也保持稳定；而指向部的功能是快速改变相机的拍照角度。

优选的，拍摄部的相机可以设置为一台或多台。例如可采用两台相机，两相机之间固接：若五台相机是每隔1s拍照一次，所述拍摄部采用一台相机则需0.2s拍摄一张，那么本方案中采用两台相机，拍摄部的拍照效果可相当于原本十台相机的拍照效果。

进一步地：

所述增稳部上还设置用于连接飞行器的连接块。

所述增稳部由偏航轴组件，横滚轴组件以及俯仰轴组件连接构成。

偏航轴组件包括偏航轴臂和设置在偏航轴臂一端、与连接块相连、用于实现增稳部偏航的偏航轴电机；横滚轴组件包括横滚轴臂和用于驱动所述横滚轴臂以横滚轴线为转轴转动的横滚轴电机，横滚轴电机与偏航轴臂的另一端相连；从所述横滚轴臂主体的两端向外延伸的第一横滚支臂和第二横滚支臂，所述第一横滚支臂与所述第二横滚支臂配合夹持俯仰轴组件，俯仰轴组件包括俯仰轴臂和驱动俯仰轴臂以俯仰轴线为转轴转动的俯仰轴电机，俯仰轴电机与第一横滚支臂相连；

所述指向部安装在俯仰轴臂的主体上。

方案中，增稳部的三轴的功能都是保持设定的角度，但横滚轴及俯仰轴的角度的参考系为水平坐标系，而偏航轴的角度保持有两种模式，1.跟随模式，该模式下偏航轴的角度的参考系为无人机的机体坐标系，偏航轴会保持与无人机机头的角度不变；2.锁头模式，该模式下偏航轴的角度的参考系为水平参考系，无论载机怎么运动，偏航轴与水平坐标系的夹角不变。这样设置保证了挂载于增稳部的俯仰轴臂上的指向部保持稳定。

更进一步的技术方案为：

所述指向部由偏航轴组件、横滚轴组件和俯仰轴组件连接构成。

所述偏航轴组件包括第二偏航轴臂和设置在第二偏航轴臂一端、与增稳部相连的第二偏航轴电机；横滚轴组件包括第二横滚轴臂和用于驱动所述第二横滚轴臂以横滚轴线为转轴转动的第二横滚轴电机，第二横滚轴电机与第二偏航轴臂的另一端相连；从所述第二横滚轴臂主体的两端向外延伸的两横滚支臂配合夹持相机；俯仰轴组件为第二横滚轴臂其中一横滚支臂与相机之间设置的、用于实现相机(23)俯仰的第二俯仰轴电机。

通过第二偏航轴电机、第二横滚轴电机及第二俯仰轴电机的驱动作用，可达到快速调节相机镜头角度的目的。

可提供的另一种技术方案为：

指向部通过固定件固定于增稳部的俯仰轴臂上；固定件上固定有连接板；

所述指向部还包括移动板，相机固定在移动板的一面上，移动板的另一面通过万向节固定在连接板上；

连接板上还设置舵机，舵机与移动板位于连接板的同一侧；舵机通过连接结构与移动板连接。

这样设置，移动板在万向节的约束下只能绕万向轴的轴心做旋转运动，在舵机的拉动下调整移动板的角度，即可调整相机的镜头视角指向。

优选的，所述万向节固定在连接板的中心位置；所述舵机为三个，分别设置在以万向节为中心的等边三角形的三个顶点处；每个舵机都匹配一个相应的连接结构。相比于一台舵机，所述装置设置的三台舵机可以更大程度上的保证相机镜头转动时的稳定性

优选的，所述连接结构设置为两段连杆，两段连杆间通过旋转结构相连，连杆与移动板间通过旋转滑杆相连，可以使相机镜头角度可获得更大的角度调节范围。

还有一种技术方案为：

所述指向部包括支架，支架一端固接在俯仰轴臂的主体上，另一端开口；相机通过两轴线相互垂直的旋转结构设置在支架的开口处；

支架内部安装一个电机，电机的转轴通过两段球头连杆与相机的背面相连，两球头连杆之间通过球头相连。

电机的转动通过连接结构带动相机绕旋转结构的两轴线转动，从而实现相机镜头角度的调节。

优选的，与电机转轴直接相连的一段球头连杆设置为长度可调节的球头连杆，另一段球头连杆与相机固接。通过调节该段球头连杆的长度，从而调节相机的倾斜角度，相机可获得更大的拍摄范围。

本实用新型还提供了一种无人机，括无人机本体和上述的云台装置，所述云台安装在无人机本体上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

在保证相机稳定拍摄的同时，能通过指向部的快速转动，在短时间内使相机完成多个角度的拍摄，让少量相机在相同时间内以相同的拍摄角度达到与多个相机相同的拍摄效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为实施例1中所述云台嵌套装置整体结构示意图；

图2为实施例2中所述云台嵌套装置整体结构示意图；

图3为图2中指向部的结构放大示意图；

图4为实施例3中所述云台嵌套装置整体结构示意图；

图5为图4中指向部的结构放大示意图；

图中标记分别为：1.连接块，2.第一偏航轴电机，3.第一偏航轴臂，4.第一横滚轴电机，5.第一横滚轴臂，6.第一俯仰轴电机，7.俯仰轴臂，8.第二偏航轴电机，9.第二偏航轴臂，10.第二横滚轴电机，11.第二横滚轴臂，12.第二俯仰轴电机，13.固定件，14.连接板，15.万向节，16.移动板，17.舵机，18.连接结构，19.支架，20.电机，21.旋转结构，22.球头连杆，23.相机。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型不仅限于以下实施例：

实施例1：

如图1所示，一种云台装置，包括由相机23组成的拍摄部，还包括用于调整相机23镜头视角朝向的指向部和用于保持指向部稳定性的增稳部；拍摄部、指向部、增稳部顺次连接，所述增稳部通过连接块1与飞行器连接。

所述增稳部包括偏航轴组件，横滚轴组件以及俯仰轴组件；偏航轴组件包括第一偏航轴臂3和设置在第一偏航轴臂3一端、与连接块1相连、用于实现增稳部偏航的第一偏航轴电机2；横滚轴组件包括第一横滚轴臂5和用于驱动所述第一横滚轴臂5以横滚轴线为转轴转动的第一横滚轴电机4，第一横滚轴电机4与第一偏航轴臂3的另一端相连；从所述第一横滚轴臂5主体的两端向外延伸的两横滚支臂配合夹持俯仰轴组件，俯仰轴组件包括俯仰轴臂7和驱动俯仰轴臂7以俯仰轴线为转轴转动的第一俯仰轴电机6，第一俯仰轴电机6与其中一横滚支臂相连；

所述指向部连接在俯仰轴臂7的主体上；指向部由偏航轴组件、横滚轴组件和俯仰轴组件连接构成。增稳部的负载为指向部，与指向部连接的俯仰轴臂7上安装有IMU(惯性测量单元)，它的主要作用是通过测量负载在三维空间中的角速度和加速度值来解算出姿态。IMU在时刻监控负载的姿态，一旦感知到负载有倾斜或偏移的趋势，就会及时驱动电机产生抵消力，保持负载的稳定姿态。

偏航轴组件包括第二偏航轴臂9和设置在第二偏航轴臂9一端、与增稳部相连的第二偏航轴电机8；横滚轴组件包括第二横滚轴臂11和用于驱动所述第二横滚轴臂11以横滚轴线为转轴转动的第二横滚轴电机10，第二横滚轴电机10与第二偏航轴臂9的另一端相连；从所述第二横滚轴臂11主体的两端向外延伸的两横滚支臂配合夹持相机23；俯仰轴组件为第二横滚轴臂11其中一横滚支臂与相机23之间设置的、用于实现相机23俯仰的第二俯仰轴电机12。所述相机23设置两个，两相机之间固接；第二俯仰轴电机12设置在其中一相机的一侧，通过第二俯仰轴电机12可同步带动两相机实现俯仰。

通过第二偏航轴电机8、第二横滚轴电机10及第二俯仰轴电机12的驱动作用，实现对相机镜头角度的快速调节。

实施例2：

如图2和图3所示，一种云台装置，包括由相机23组成的拍摄部，还包括用于调整相机23镜头视角朝向的指向部和用于保持指向部稳定性的增稳部；拍摄部、指向部、增稳部顺次连接，所述增稳部通过连接块1与飞行器连接。

所述增稳部包括偏航轴组件，横滚轴组件以及俯仰轴组件；偏航轴组件包括第一偏航轴臂3和设置在第一偏航轴臂3一端、与连接块1相连、用于实现增稳部偏航的第一偏航轴电机2；横滚轴组件包括第一横滚轴臂5和用于驱动所述第一横滚轴臂5以横滚轴线为转轴转动的第一横滚轴电机4，第一横滚轴电机4与第一偏航轴臂3的另一端相连；从所述第一横滚轴臂5主体的两端向外延伸的两横滚支臂配合夹持俯仰轴组件，俯仰轴组件包括俯仰轴臂7和驱动俯仰轴臂7以俯仰轴线为转轴转动的第一俯仰轴电机6，第一俯仰轴电机6与其中一横滚支臂相连；

所述指向部通过固定件13固定于增稳部的俯仰轴臂7的主体上；固定件13上固定有连接板14；

所述指向部还包括移动板16，相机23固定在移动板16的一面上，移动板16的另一面通过万向节15固定在连接板14上；所述万向节15设置在连接板14的中心位置；

连接板14上还设置舵机17，舵机17与移动板16位于连接板14的同一侧；舵机17通过连接结构18与移动板16连接。

这样设置，移动板16在万向节15的约束下只能绕万向轴的轴心做旋转运动，在舵机17的拉动下调整移动板16的角度，即可调整相机23的镜头视角指向。

所述舵机17为三个，分别设置在以万向节15为中心的等边三角形的三个顶点处；每个舵机17都匹配一个相应的连接结构18。

所述连接结构18设置为两段连杆，两段连杆间通过旋转结构相连，连杆与移动板16间通过旋转滑杆相连。

实施例3：

如图4和图5所示，一种云台装置，包括由相机23组成的拍摄部，还包括用于调整相机23镜头视角朝向的指向部和用于保持指向部稳定性的增稳部；拍摄部、指向部、增稳部顺次连接，所述增稳部通过连接块1与飞行器连接。

所述增稳部包括偏航轴组件，横滚轴组件以及俯仰轴组件；偏航轴组件包括第一偏航轴臂3和设置在第一偏航轴臂3一端、与连接块1相连、用于实现增稳部偏航的第一偏航轴电机2；横滚轴组件包括第一横滚轴臂5和用于驱动所述第一横滚轴臂5以横滚轴线为转轴转动的第一横滚轴电机4，第一横滚轴电机4与第一偏航轴臂3的另一端相连；从所述第一横滚轴臂5主体的两端向外延伸的两横滚支臂配合夹持俯仰轴组件，俯仰轴组件包括俯仰轴臂7和驱动俯仰轴臂7以俯仰轴线为转轴转动的第一俯仰轴电机6，第一俯仰轴电机6与其中一横滚支臂相连；

所述指向部包括支架19，支架19一端固接在俯仰轴臂7的主体上，另一端开口；相机23通过两轴线相互垂直的旋转结构21设置在支架19的开口处；

支架19内部安装一个电机20，电机20的转轴通过两段球头连杆与相机23的背面相连，两球头连杆之间通过球头相连。

电机20的转动通过连接结构带动相机23绕旋转结构21的两轴线转动，从而实现相机23镜头角度的调节。

与电机20转轴直接相连的一段球头连杆22设置为长度可调节的球头连杆，另一段球头连杆与相机固接。通过调节该段球头连杆22的长度，从而调节相机23的倾斜角度，相机可获得更大的拍摄范围。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (11)

1.一种云台装置，其特征在于，包括由相机(23)组成的拍摄部，还包括用于调整拍摄部相机(23)镜头视角朝向的指向部和用于保持指向部稳定性的增稳部；拍摄部、指向部、增稳部顺次连接，增稳部上还设置用于连接飞行器的连接块(1)，所述增稳部由偏航轴组件、横滚轴组件以及俯仰轴组件连接构成，俯仰轴组件包括俯仰轴臂(7)，所述指向部安装在俯仰轴臂(7)的主体上。

2.根据权利要求1所述的云台装置，其特征在于，所述拍摄部由一个或多个相机(23)构成。

3.根据权利要求1所述的云台装置，其特征在于，偏航轴组件包括第一偏航轴臂(3)和设置在第一偏航轴臂(3)一端、与连接块(1)相连、用于实现增稳部偏航的第一偏航轴电机(2)；横滚轴组件包括第一横滚轴臂(5)和用于驱动所述第一横滚轴臂(5)以横滚轴线为转轴转动的第一横滚轴电机(4)，第一横滚轴电机(4)与第一偏航轴臂(3)的另一端相连；从所述第一横滚轴臂(5)主体的两端向外延伸的两横滚支臂配合夹持俯仰轴组件，俯仰轴组件还包括驱动俯仰轴臂(7)以俯仰轴线为转轴转动的第一俯仰轴电机(6)，第一俯仰轴电机(6)与其中一横滚支臂相连。

4.根据权利要求1所述的云台装置，其特征在于，所述指向部由偏航轴组件、横滚轴组件和俯仰轴组件连接构成。

5.根据权利要求4所述的云台装置，其特征在于，偏航轴组件包括第二偏航轴臂(9)和设置在第二偏航轴臂(9)一端、与增稳部相连的第二偏航轴电机(8)；横滚轴组件包括第二横滚轴臂(11)和用于驱动所述第二横滚轴臂(11)以横滚轴线为转轴转动的第二横滚轴电机(10)，第二横滚轴电机(10)与第二偏航轴臂(9)的另一端相连；从所述第二横滚轴臂(11)主体的两端向外延伸的两横滚支臂配合夹持相机(23)；所述俯仰轴组件为第二横滚轴臂(11)其中一横滚支臂与相机(23)之间设置的、用于实现相机(23)俯仰的第二俯仰轴电机(12)。

6.根据权利要求1所述的云台装置，其特征在于，指向部通过固定件(13)固定于增稳部上；固定件(13)上固定有连接板(14)；

所述指向部还包括移动板(16)，相机(23)固定在移动板(16)的一面上，移动板(16)的另一面通过万向节(15)固定在连接板(14)上；

连接板(14)上还设置舵机(17)，舵机(17)与移动板(16)位于连接板(14)的同一侧；舵机(17)通过连接结构(18)与移动板(16)连接。

7.根据权利要求6所述的云台装置，其特征在于，所述万向节(15)固定在连接板(14)的中心位置；所述舵机(17)为三个，分别设置在以万向节(15)为中心的等边三角形的三个顶点处；每个舵机(17)都匹配一个相应的连接结构(18)。

8.根据权利要求6所述的云台装置，其特征在于，所述连接结构(18)设置为两段连杆，两段连杆间通过旋转结构相连；连杆与移动板(16)间为旋转滑杆连接。

9.根据权利要求1所述的云台装置，其特征在于，指向部包括支架(19)，支架(19)一端固接在增稳部上，另一端开口；相机通过两轴线相互垂直的旋转结构(21)设置在支架(19)的开口处；

支架(19)内部安装一个电机(20)，电机(20)的转轴通过两段球头连杆与相机(23)的背面相连，两球头连杆之间通过球头相连。

10.根据权利要求9所述的云台装置，其特征在于，与电机(20)转轴相连的一段球头连杆(22)设置为长度可调节的球头连杆，另一段球头连杆与相机(23)固接。

11.一种无人机，其特征在于，包括无人机本体和权利要求1至10任一所述云台装置，所述云台安装在无人机本体上。

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