TWI666540B - 重心調整機構及其相關攝影裝置 - Google Patents

Abstract

一種攝影裝置，其包含有一底座、一影像感測元件以及一重心調整機構。該影像感測元件位於該底座上。該重心調整機構包含有一電路基板、一配重調整模組以及一配重元件。該電路基板之角度偵測單元用來偵測該電路基板相對於一基準面之一傾斜角度。該配重調整模組設置在該電路基板上。該配重元件經由該配重調整模組連結該電路基板。該電路基板之運算處理單元根據該傾斜角度驅動該配重調整模組旋轉該配重元件，改變該電路基板、該配重調整模組與該配重元件之組合的重心，從而調整該影像感測元件之拍攝角度。

Description

重心調整機構及其相關攝影裝置

本發明係提供一種移動式攝影裝置，尤指一種具有穩定平衡功能的重心調整機構及其相關攝影裝置，在攝影裝置移動時利用重心調整機構調校攝影裝置之視角平衡。

隨著科技的進步，機器人已從製造工廠進行勞力密集工作逐漸走入一般消費者的家庭生活中。家用機器人可分為立式機體與球型機體，立式機體需克服肢體的平衡協調性，移動較為緩慢且穩定性不佳，球型機體則能在地面快速滾動，較為符合一般家庭生活需求。常見的球型家用機器人會配備攝影鏡頭，使用者可以遠端開啟球型家用機器人的視訊擷取功能，即使在辦公室仍能有效監控住家內成員的生活舉動。傳統球型家用機器人的攝影鏡頭會隨著球型機體滾動而三百六十度翻轉，請參閱第1圖，第1圖為習知技術之球型機器人10在移動過程中的攝影鏡頭12的位置變化示意圖。滾輪組14在球殼體內壁滾動，使得球型機器人10能在承載面上滾動前進；而傳統球型機器人10滾動前進時，會造成攝影鏡頭12大幅翻轉，無法隨時保持在指向特定監控範圍的視角。

本發明係提供一種具有穩定平衡功能的重心調整機構及其相關攝影裝置，在攝影裝置移動時利用重心調整機構調校攝影裝置之視角平衡，以解決上述之問題。

本發明之申請專利範圍係揭露一種具有穩定平衡功能的重心調整機 構，其包含有一電路基板、一配重調整模組以及一配重元件。該電路基板具有一運算處理單元和一角度偵測單元。該角度偵測單元用來偵測該電路基板相對於一基準面之一傾斜角度。該配重調整模組設置在該電路基板上。該配重元件經由該配重調整模組以可活動方式連結該電路基板。該運算處理單元根據該傾斜角度驅動該配重調整模組旋轉該配重元件，改變該電路基板、該配重調整模組與該配重元件之組合的重心，從而調整該電路基板相對於該基準面之旋轉。

本發明之申請專利範圍另揭露該配重元件為一擺錘，該擺錘之一端具有一配重塊，且該擺錘之另一端樞接於該配重調整模組。

本發明之申請專利範圍另揭露該配重調整模組包含一第一配重調整單元以及一第二配重調整單元，該配重元件包含一第一配重部以及一第二配重部，該第一配重調整單元旋轉該第一配重部之擺動幅度變化不同於該第二配重調整單元旋轉該第二配重部之擺動幅度變化。

本發明之申請專利範圍另揭露該第一配重部之一第一旋轉方向相同或相反於該第二配重部之一第二旋轉方向。

本發明之申請專利範圍另揭露該第一配重部之一第一旋轉方向和該第二配重部之一第二旋轉方向之間具有一夾角。

本發明之申請專利範圍另揭露該承載座具有多個容置槽體，該配重元件包含一承載座以及複數個配重塊，該複數個配重塊各自具有不同重量，分別設置在該多個容置槽體內。

本發明之申請專利範圍另揭露該配重調整模組利用一正交齒輪組旋轉該配重元件。

本發明之申請專利範圍另揭露一種具有穩定平衡功能的攝影裝置，其包含有一底座、一影像感測元件以及一重心調整機構。該影像感測元件位於該底座上，用來擷取影像資訊。該重心調整機構包含有一電路基板、一配重調 整模組以及一配重元件。該電路基板裝設於該底座。該電路基板具有一運算處理單元和一角度偵測單元。該角度偵測單元用來偵測該電路基板相對於一基準面之一傾斜角度。該配重調整模組設置在該電路基板上。該配重元件經由該配重調整模組以可活動方式連結該電路基板。該運算處理單元根據該傾斜角度驅動該配重調整模組旋轉該配重元件，改變該電路基板、該配重調整模組與該配重元件之組合的重心，從而調整該影像感測元件之拍攝角度。

本發明之申請專利範圍另揭露該攝影裝置另包含有一球型殼體以及一滾動套件。該球型殼體用以容置該底座、該影像感測元件與該重心調整機構。該影像感測元件係指向該球型殼體之一透光區域。該滾動套件設置於該底座，且以可相對滾動方式接觸該球型殼體之一內壁面。

本發明之申請專利範圍另揭露該配重調整模組驅使該配重元件沿著一特定方向相對於該電路基板旋轉，以牽引該滾動套件沿著該特定方向滾動。

本發明之申請專利範圍另揭露該攝影裝置另包含有一控制馬達，設置在該底座且連結該滾動套件，用以驅動該滾動套件運轉。

本發明之申請專利範圍另揭露該攝影裝置另包含有一定位輪組，設置於該底座相異於該滾動套件之位置，並以可相對滾動方式接觸該內壁面。

本發明之申請專利範圍另揭露該攝影裝置另包含有一音訊感測元件，電連接於該運算處理單元。該運算處理單元根據該音訊感測元件之感測結果驅使該滾動套件產生相應滾動。

本發明之申請專利範圍另揭露該攝影裝置另包含有一視角調整模組，設置在該底座，用來調整該影像感測元件相對於該底座之一旋轉角度。

本發明之攝影裝置利用重心調整機構來執行角度平衡功能。重心調整機構的配重元件在擺動或旋轉時會改變攝影裝置的整體重心位置，配重元件的擺錘向下時，可維持電路基板水平，讓影像感測元件進行平面拍攝；配重元 件的擺錘向前或向後擺動時，因重心改變造成電路基板相應傾斜，可藉此調整影像感測元件的鏡頭指向，改變拍攝角度。通過重心調整機構的角度平衡功能，能即時補正攝影裝置在移動或搖晃時的偏移，提高鏡頭穩定度；進一步還能配合攝影裝置之滾動設計，增加鏡頭的特殊視角廣度。相比於先前技術，無論本發明的攝影裝置如何滾動搖晃，皆能透過重心調整機構將影像感測元件的鏡頭維持於特定視角，因此本發明的攝影裝置可在行進間持續地執行影像拍攝操作。

10‧‧‧球型機器人

12‧‧‧攝影鏡頭

14‧‧‧滾動組

20、20’‧‧‧攝影裝置

22‧‧‧球型殼體

24‧‧‧底座

26‧‧‧滾動套件

28‧‧‧影像感測元件

30、30’、30”‧‧‧重心調整機構

32‧‧‧透光區域

34‧‧‧內壁面

36‧‧‧電路基板

38、38’‧‧‧配重調整模組

40、40’、40”‧‧‧配重元件

401‧‧‧配重塊

42‧‧‧運算處理單元

44‧‧‧角度偵測單元

46‧‧‧控制馬達

48‧‧‧定位輪組

50‧‧‧音訊感測元件

52‧‧‧視角調整模組

54、54’‧‧‧第一配重調整單元

56、56’‧‧‧第二配重調整單元

58、58’‧‧‧第一配重部

60、60’‧‧‧第二配重部

62‧‧‧承載座

621‧‧‧容置槽體

64、64’‧‧‧配重塊

66‧‧‧正交齒輪組

D‧‧‧特定方向

D1、D1’‧‧‧第一旋轉方向

D2、D2’‧‧‧第二旋轉方向

第1圖為習知技術之球型機器人在移動過程中的攝影鏡頭位置變化示意圖。

第2圖為本發明第一實施例之攝影裝置之側視簡圖。

第3圖為本發明第一實施例之攝影裝置之部份結構示意圖。

第4圖為本發明第一實施例之攝影裝置之另一態樣之側視簡圖。

第5A圖、第5B圖及第5C圖分別為本發明第一實施例之攝影裝置在即時補正過程中之部份結構示意圖。

第6A圖、第6B圖、第6C圖、第6D圖與第6E圖分別為本發明第一實施例之攝影裝置進行特殊視角調整之部份結構示意圖。

第7圖與第8圖分別為本發明第二實施例之重心調整機構在不同視角之部份結構示意圖。

第9圖為本發明第二實施例之重心調整機構之另一態樣之部份結構示意圖。

第10圖為本發明第三實施例之重心調整機構之部份結構示意圖。

請參閱第2圖與第3圖，第2圖為本發明第一實施例之攝影裝置20之側視簡圖，第3圖為本發明第一實施例之攝影裝置20之部份結構示意圖。攝影裝置20可包含球型殼體22、底座24、滾動套件26、影像感測元件28與重心調整機構 30。球型殼體22用來容置攝影裝置20的其它主要構件，提供包覆保護、並兼具線條流暢的美觀性。球型殼體22具有透光區域32。影像感測元件28位於球型殼體22內的底座24上，是以固定元件將影像感測元件28經由電路基板36設置在底座24，惟實際組裝位置不限於上述情況。影像感測元件28指向透光區域32，用來擷取到攝影裝置20外的影像資訊。滾動套件26設置在底座24上，且以可相對滾動方式接觸球型殼體22之內壁面34。滾動套件26係為選擇性組件。舉例來說，如攝影裝置20應用在桌面或地面上，滾動套件26較佳需設置於球型殼體22內，讓攝影裝置20能在承載平面(意即前述的桌面、地面、或擺放攝影裝置20的任意表面)滾動平移。滾動套件26的適用態樣端依設計需求而定，不限於前揭所述實施例。

重心調整機構30可包含電路基板36、配重調整模組38以及配重元件40。電路基板36裝設於底座24，可以放在底座24上方或下方，也可以和底座24整合為單一元件。電路基板36具有運算處理單元42和角度偵測單元44。角度偵測單元44用來偵測電路基板36(或其上之影像感測元件28)相對於基準面的傾斜角度，由於影像感測元件28連結電路基板36，角度偵測單元44偵測電路基板36相對於基準面之傾斜角度即可視為偵測影像感測元件28相對於基準面之傾斜角度；其中基準面並不限於現實存在的特定平面，例如可將基準面定義為相對承載平面之水平面、或依電路基板36相對承載平面的初始擺放角度來設定。配重元件40以可活動方式，經由配重調整模組38安裝在電路基板36。在第一實施例中，配重調整模組38為旋轉馬達，配重元件40為擺錘。擺錘的一端樞接旋轉馬達，另一端則設有配重塊401。配重調整模組38藉由旋轉配重元件40改變攝影裝置20的整體重心。攝影裝置20選擇性包含控制馬達46，其係設置在底座24且連結滾動套件26。控制馬達46用以驅動滾動套件26運轉，意即讓滾動套件26沿著內壁面34滾動，就能讓攝影裝置20在承載平面上任意前進與後退。

然而，攝影裝置20不需控制馬達46亦能操縱滾動套件26沿著內壁面34滾動。請參閱第4圖，第4圖為本發明第一實施例之攝影裝置20’另一態樣之側視簡圖。攝影裝置20’和攝影裝置20的差異在於，攝影裝置20’沒有在滾動套件26上配備相應的控制馬達，滾動套件26不能主動旋轉。攝影裝置20’係利用配重調整模組38驅使配重元件40沿著特定方向D(例如第4圖左半部所示之往右側方向擺動)擺動，攝影裝置20’的重心往右偏移，牽引滾動套件26沿著特定方向D(如前述之右側方向)滾動，使得攝影裝置20’可產生順時針方向轉動而在承載平面上右移。其中，配重元件40往特定方向D(右方)擺動，亦可視為配重元件40沿著逆時針方向旋轉；反之，如配重元件40往左方擺動，可解讀成配重元件40沿著順時針方向旋轉。

請再參閱第2圖與第3圖，攝影裝置20進一步還選擇性包含定位輪組48、音訊感測元件50以及視角調整模組52。定位輪組48設置在底座24相對於滾動套件26之位置、並以可相對滾動方式接觸球型殼體22的內壁面34。滾動套件26和定位輪組48在底座24的兩側分別抵接球型殼體22，確保底座24在球型殼體22內的置中位置保持不變。音訊感測元件50電連接於運算處理單元42，用來接收球型殼體22外面的聲音訊號。運算處理單元42可根據音訊感測元件50之感測結果驅使滾動套件26相應滾動，讓攝影裝置20能夠移近或遠離聲音源。另外，視角調整模組52設置在底座24，用來調整影像感測元件28相對於底座24的旋轉角度，使影像感測元件28可在透光區域32之範圍內任意轉換視角。

請參閱第5A圖、第5B圖及第5C圖。第5A圖、第5B圖及第5C圖分別為本發明第一實施例之攝影裝置20在即時補正過程中之部份結構示意圖。攝影裝置20產生瞬間加速度運動、或行經高低起伏之承載平面時，如第5A圖至第5B圖，攝影裝置20的內部構件受離心力影響而往前傾斜，影像感測元件28的視角發生偏差，此時角度偵測單元44可即時偵測出所述內部構件(例如電路基板36) 的傾斜角度；接著，運算處理單元42根據傾斜角度的變化驅動配重調整模組38旋轉配重元件40，如第5B圖至第5C圖的順時針方向轉動，能夠快速有效地改變攝影裝置20之重心以進行傾斜補正，使影像感測元件28的定位穩定，這時視角調整模組52亦能視實際需要發揮作用，微調修正影像感測元件28的角度，使其平穩指向待監控方位。

除此之外，重心調整機構30還能輔助視角調整模組52執行影像感測元件28的特殊視角調整。請參閱第6A圖、第6B圖、第6C圖、第6D圖與第6E圖。第6A圖、第6B圖與第6C圖分別為本發明第一實施例之攝影裝置20進行特殊視角調整之部份結構示意圖。在第6A圖中，影像感測元件28的視角調整受限於透光區域32的範圍。如第6B圖至第6C圖所示，將配重元件40向左方擺動，攝影裝置20的重心改變，牽引球型殼體22產生逆時針方向旋轉，如此能大幅增加影像感測元件28在攝影裝置20左邊的視角可調整範圍。如第6D圖至第6E圖所示，將配重元件40向右方擺動，攝影裝置20的重心改變而牽引球型殼體22產生順時針方向旋轉，進一步擴增了影像感測元件28在攝影裝置20右邊的視角調整範圍。

請參閱第7圖與第8圖，第7圖與第8圖分別為本發明第二實施例之重心調整機構30’在不同視角之部份結構示意圖。第二實施例中，與第一實施例具有相同編號的元件具有相同的結構與功能，於此不再重複說明。重心調整機構30’的配重調整模組38’包含第一配重調整單元54以及第二配重調整單元56，配重元件40’包含第一配重部58以及第二配重部60。第一配重部58的第一旋轉方向D1相同或相反於第二配重部60的第二旋轉方向D2，第一配重部58是主要校正擺錘，第二配重部60是微幅校正擺錘，因此第一配重調整單元54旋轉第一配重部58之擺動幅度變化不同於第二配重調整單元56旋轉第二配重部60之擺動幅度變化，例如擺動幅度變化大係用以進行粗調，擺動幅度變化小則進行微調。配重調整模組38’可以提供更為精密的重心變化調整，另外還能用來取代第一實施例 之視角調整模組52，意即運算處理單元42可藉由控制第二配重調整單元56微幅旋轉第二配重部60，牽引底座24小範圍擺動，從而微調影像感測元件28的視角變化。然而，配重調整模組38’和視角調整模組52亦可並存於攝影裝置20內。

請參閱第9圖，第9圖為本發明第二實施例之重心調整機構30’另一態樣之部份結構示意圖。第二實施例的配重元件40’包含多個配重部，該些配重部的重量相異，在進行重心調整時能提供不同量度的校正手段。另一態樣的配重元件40’可包含由弧形擺錘構成的第一配重部58’與第二配重部60’，且第一配重部58’的第一旋轉方向D1’和第二配重部60’的第二旋轉方向D2’具有夾角，如第二實施例之夾角約為九十度，然不限於此。第一配重部58’和第二配重部60’各自有對應的第一配重調整單元54’以及第二配重調整單元56’。第一配重部58’是主要校正擺錘，第二配重部60’是微幅校正擺錘，其應用方式如前所述，故此不再加以敘明。

請參閱第10圖，第10圖為本發明第三實施例之重心調整機構30”之部份結構示意圖。第三實施例中，與前揭實施例具有相同編號的元件具有相同的結構與功能，於此不再重複說明。重心調整機構30”的配重元件40”包含承載座62以及複數個配重塊64、64’。複數個配重塊64、64’可各自具有不同重量，分別設置在承載座62之不同容置槽體621內。配重調整模組38可以帶動配重元件40”擺動，也可以利用正交齒輪組66旋轉配重元件40”。配重調整模組38擺動或旋轉配重元件40”，可改變整體結構重心以進行傾斜補正。

綜上所述，本發明的攝影裝置利用重心調整機構來執行角度平衡功能。重心調整機構的配重元件在擺動或旋轉時會改變攝影裝置的整體重心位置，配重元件的擺錘向下時，可維持電路基板水平，讓影像感測元件進行平面拍攝；配重元件的擺錘向前或向後擺動時，因重心改變造成電路基板相應傾斜，可藉此調整影像感測元件的鏡頭指向，改變拍攝角度。通過重心調整機構的角 度平衡功能，能即時補正攝影裝置在移動或搖晃時的偏移，提高鏡頭穩定度；進一步還能配合攝影裝置之滾動設計，增加鏡頭的特殊視角廣度。重心調整機構除了應用在球型攝影裝置外，也能應用在水上型攝影裝置、空拍型攝影裝置或任意移動型攝影裝置，能夠克服水流或氣流的突發變化，以確保影像資訊的穩定。相比於先前技術，無論本發明的攝影裝置如何滾動搖晃，皆能透過重心調整機構將影像感測元件的鏡頭維持於特定視角，因此本發明的攝影裝置可在行進間持續地執行影像拍攝操作。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (20)

1. 一種重心調整機構，其包含有：一電路基板，具有一運算處理單元和一角度偵測單元，該角度偵測單元用來偵測該電路基板相對於一基準面之一傾斜角度；一配重調整模組，設置在該電路基板上；以及一配重元件，經由該配重調整模組以可活動方式連結該電路基板，該運算處理單元於該傾斜角度變化時驅動該配重調整模組旋轉該配重元件以改變該重心調整機構之重心，從而調整該電路基板相對於該基準面之旋轉。
2. 如請求項1所述之重心調整機構，其中該配重元件為一擺錘，該擺錘之一端具有一配重塊，且該擺錘之另一端樞接於該配重調整模組。
3. 如請求項1所述之重心調整機構，其中該配重調整模組包含一第一配重調整單元以及一第二配重調整單元，該配重元件包含一第一配重部以及一第二配重部，該第一配重調整單元旋轉該第一配重部之擺動幅度變化不同於該第二配重調整單元旋轉該第二配重部之擺動幅度變化。
4. 如請求項3所述之重心調整機構，其中該第一配重部之一第一旋轉方向相同或相反於該第二配重部之一第二旋轉方向。
5. 如請求項3所述之重心調整機構，其中該第一配重部之一第一旋轉方向和該第二配重部之一第二旋轉方向之間具有一夾角。
6. 如請求項1所述之重心調整機構，其中該配重元件包含一承載座以及複數個配重塊，該承載座具有多個容置槽體，該複數個配重塊各自具有不同重量，分別設置在該多個容置槽體內。
7. 如請求項6所述之重心調整機構，其中該配重調整模組利用一正交齒輪組旋轉該配重元件。
8. 一種攝影裝置，其包含有；一底座；一影像感測元件，位於該底座上，用來擷取影像資訊；以及一重心調整機構，包含有：一電路基板，裝設於該底座，該電路基板具有一運算處理單元和一角度偵測單元，該角度偵測單元用來偵測該電路基板相對於一基準面之一傾斜角度；一配重調整模組，設置在該電路基板上；以及一配重元件，經由該配重調整模組以可活動方式連結該電路基板，該運算處理單元於該傾斜角度變化時驅動該配重調整模組旋轉該配重元件以改變該重心調整機構之重心，從而調整該影像感測元件之拍攝角度。
9. 如請求項8所述之攝影裝置，另包含有：一球型殼體，用以容置該底座、該影像感測元件與該重心調整機構，該影像感測元件係指向該球型殼體之一透光區域；以及一滾動套件，設置於該底座且以可相對滾動方式接觸該球型殼體之一內壁面。
10. 如請求項9所述之攝影裝置，其中該配重調整模組驅使該配重元件沿著一特定方向擺動，以牽引該滾動套件沿著該特定方向滾動。
11. 如請求項9所述之攝影裝置，另包含有：一控制馬達，設置在該底座且連結該滾動套件，用以驅動該滾動套件運轉。
12. 如請求項9所述之攝影裝置，另包含有：一定位輪組，設置於該底座相異於該滾動套件之位置，並以可相對滾動方式接觸該內壁面。
13. 如請求項9所述之攝影裝置，另包含有：一音訊感測元件，電連接於該運算處理單元，該運算處理單元根據該音訊感測元件之感測結果驅使該滾動套件產生相應滾動。
14. 如請求項8所述之攝影裝置，另包含有：一視角調整模組，設置在該底座，用來調整該影像感測元件相對於該底座之一旋轉角度。
15. 如請求項8所述之攝影裝置，其中該配重元件為一擺錘，該擺錘之一端具有一配重塊，且該擺錘之另一端樞接於該配重調整模組。
16. 如請求項8所述之攝影裝置，其中該配重調整模組包含一第一配重調整單元以及一第二配重調整單元，該配重元件包含一第一配重部以及一第二配重部，該第一配重調整單元旋轉該第一配重部之擺動幅度變化不同於該第二配重調整單元旋轉該第二配重部之擺動幅度變化。
17. 如請求項16所述之攝影裝置，其中該第一配重部之一第一旋轉方向相同或相反於該第二配重部之一第二旋轉方向。
18. 如請求項16所述之攝影裝置，其中該第一配重部之一第一旋轉方向和該第二配重部之一第二旋轉方向之間具有一夾角。
19. 如請求項8所述之攝影裝置，其中該配重元件包含一承載座以及複數個配重塊，該承載座具有多個容置槽體，該複數個配重塊各自具有不同重量，分別設置在該多個容置槽體內。
20. 如請求項19所述之攝影裝置，其中該配重調整模組利用一正交齒輪組旋轉該配重元件。