CN105681673A - 一种智能手机拍照、摄影稳定装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种智能手机拍照、摄影稳定装置及其工作方法，属于云台技术领域，包括一个载体，载体上设有用于稳定智能手机视轴的三轴稳定云台，载体上设有用于控制三轴稳定云台的方位框、俯仰框和横滚框运动状态稳定的控制***，控制***内设有用于检测所述三个框架各自状态变化数据的方位变化模块、用于控制相应框架的角运动以同时抵消各框架所受干扰力矩的旋转控制模块、用于实时检测智能手机在载体坐标系下实际位置的姿态检测模块，以及用于接收方位变化模块和姿态检测模块的输出信号，并输出控制信号给旋转控制模块的平台控制器，载体上还设有用于控制智能手机进行拍照、摄影的手机操作模块。本发明能够精确地稳定智能手机的视轴指向，精度高、灵活性强。

Description

一种智能手机拍照、摄影稳定装置及其工作方法

技术领域

本发明属于云台技术领域，具体涉及一种基于三轴稳定云台的智能手机拍照、摄影稳定装置及其工作方法。

背景技术

目前，普通大众使用智能手机拍照、摄影，依靠人主观能动性，有如下特点：

1.视轴指向性差。方向突变、机体震动、手的不稳、人为因素和环境变化等都会降低手机视轴的稳定性。

2.姿态渐变力差。拍照、摄影过程中人体动态和地理位置都会影响手机姿势的自适应。人体动态如跳动、奔跑、冲浪等，地理位置如山顶、坡路、谷底等。

3.环境影响大。人所处的动、静态环境的转换会影响人大脑的判断、手和眼的反应，导致拍照、摄影不理想。

4.人为干扰强。整个过程中，人是主导者，姿态变化、角度补偿、手的操作等都依靠人为主观判断，这些都造成了很强的干扰。

5.方位变化差。在外来干扰作用下，手机方位角度要实时变换，以准确跟踪目标，然受限于人体自身的原因，即时的定位补偿操作很难。

6.稳定精度差。照相、摄影时间过长时，单调重复工作会导致人极易疲劳，致使不能很好的保持心态，降低稳定精度。

7.灵活性差。手机需要手拿着，在小的范围内，人手的构造不能很好协调完成姿态与方位的共同变化。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是为了解决普通大众使用智能手机依靠人自身拍照、摄影时，具有视轴指向差、稳定性差、灵活性差等问题，而提供一种基于三轴稳定云台的高视轴、高稳定、高精度、高适应、高自动化的智能手机拍照、摄影稳定装置及其工作方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种智能手机拍照、摄影稳定装置，包括一个载体，载体上设有三轴稳定云台，智能手机安装在三轴稳定云台上以保证手机的视轴稳定，载体上设有用于控制三轴稳定云台的方位框、俯仰框和横滚框运动状态稳定的控制***，控制***内设有用于检测所述三个框架各自状态变化数据的方位变化模块、用于控制相应框架的角运动以同时抵消各框架所受干扰力矩的旋转控制模块、用于实时检测智能手机在载体坐标系下实际位置的姿态检测模块，以及用于接收方位变化模块和姿态检测模块的输出信号，并输出控制信号给旋转控制模块的平台控制器，载体上还设有用于控制智能手机进行拍照、摄影的手机操作模块。

所述方位变化模块内设有惯性传感器，惯性传感器检测方位框、俯仰框和横滚框各自的角速度值和角加速度值。

所述惯性传感器包含陀螺仪和角加速度计。

所述旋转控制模块内设有信号分配器、三个分别驱动相应框架旋转的直流力矩电机和三个用于控制相应电机驱动量的电机驱动器，信号分配器接收平台控制器输出的用以控制三个电机各自驱动量的控制指令，并将该控制指令分配给相应的电机驱动器，三个电机根据各自所得指令输出相应的力矩以抵消各框架所受的干扰力矩。

所述姿态检测模块内设有角度测量器，角度测量器实时检测方位框、俯仰框和横滚框各自偏离三个框架处于相互垂直状态下位置的角度。

所述角度测量器包含旋转变压器和光电编码器。

所述的一种智能手机拍照、摄影稳定装置的工作过程，包括以下步骤：

1）三轴稳定云台的稳定状态被扰动；

2）方位变化模块中设置的惯性传感器获取方位框、俯仰框和横滚框各自的角速度值和角加速度值，并输出信号至平台控制器处理；

3）平台控制器整合三个轴系数据的角速度和角加速度耦合关系，并根据姿态检测模块实时反馈的手机位置数据，计算分解到三个轴系的电机驱动量，然后输出信号至旋转控制模块；

4）旋转控制模块控制三个轴系电机产生相应的力矩，用以抵消三个框架各自所受的扰动力矩，使三轴稳定云台稳定；

5）手机操作模块在任何状态下对智能手机的摄像头进行控制，实现实时稳定照相、摄影。

本发明的有益效果如下：

1、本装置采用三轴稳定云台承载智能手机，质量轻、体积狭小、结构紧凑、携带方便、可以精确的稳定智能手机的视轴指向，相比人手避免了手机、人为因素和环境变化的影响。

2、本装置采用的方位变化模块可以实时测量云台框架的变动量，有助于旋转控制模块的快速、高效补偿，而人往往感受到变化，却无法检测。

3、本装置采用的旋转控制模块可以实现对三轴稳定云台方位、俯仰、横滚等框架环的高精度和自动化动力供给，此外降低了人控制的疲劳，提高了稳定性。

4、本装置采用的姿态检测模块可以实时精准监测手机的姿态位置，有助于旋转控制模块驱动量的精确计算，相比目标的突变，人往往无法及时的改变手机的姿态，造成图像模糊。

5、本发明采用的手机操作模块可以通过“一键自动操作”模式，实现单手手柄对智能手机拍照、摄影的快捷操作，减少了人为因素带来的不利影响，相比人工两手的操作方式更快速、更灵活、更方便。

附图说明

图1是三轴稳定云台的结构示意图；

图2是本发明的控制结构图；

图中标记为：A为方位框，B为横滚框，C为俯仰框，Xp、Yp、Zp代表三轴稳定云台的三个轴系，Ma、Mp、Mr为安装在相应框架轴上的力矩电机，Gx、Gy、Gz为固定在载体上的惯性传感器，S为信号分配器，Ta、Tp、Tr为安装在相应框架轴上的角度测量器，Fa、Fp、Fr代表分配至相应力矩电机上的力矩。

具体实施方式

如图所示，一种智能手机拍照、摄影稳定装置，包括一个载体，载体上设有三轴稳定云台，三轴稳定云台是由方位框、俯仰框、横滚框组成的三个轴系框架环，三个框架能够分别绕方位轴、俯仰轴和横滚轴旋转用以精确调整智能手机的姿态、方位。三轴稳定云台的结构为现有结构，三个框架分别代表三轴稳定云台的三个轴系。三轴稳定云台用于实时调整手机的姿态，消除载体因角运动、抖动和滚动造成的干扰影响，建立稳定基准面，保证云台上手机的视轴稳定以实现对目标的准确定位、跟踪。

智能手机安装在三轴稳定云台上以保证手机的视轴稳定，载体上设有用于控制三轴稳定云台的方位框、俯仰框和横滚框运动状态稳定的控制***，控制***内设有用于检测所述三个框架各自状态变化数据的方位变化模块、用于控制相应框架的角运动以同时抵消各框架所受干扰力矩的旋转控制模块、用于实时检测智能手机在载体坐标系下实际位置的姿态检测模块，以及用于接收方位变化模块和姿态检测模块的输出信号，并输出控制信号给旋转控制模块的平台控制器，载体上还设有用于控制智能手机进行拍照、摄影的手机操作模块。

所述方位变化模块内设有惯性传感器，惯性传感器检测方位框、俯仰框和横滚框各自的角速度值和角加速度值。所述惯性传感器可采用陀螺仪和角加速度计，三个陀螺仪分别用于测得相应框架的角速度值，三个角加速度计用于获得所在框架的角加速度值。此外，方位变化模块内还设有闭环控制回路。方位变化模块的主要功能是：敏感框架的扰动，即时的反馈轴系内框架方位状态的变化。

所述旋转控制模块内设有信号分配器、三个分别驱动相应框架旋转的直流力矩电机（即图2中的方位电机、俯仰电机和横滚电机）和三个用于控制相应电机驱动量的电机驱动器，以及闭环控制回路。信号分配器接收平台控制器输出的用以控制三个电机各自驱动量的控制指令，并将该控制指令分配给相应的电机驱动器，三个电机根据各自所得指令输出相应的力矩以抵消各框架所受的干扰力矩。旋转控制模块的主要功能是：使三个框架在三个轴系内绕着所在轴旋转，为智能手机姿态、方位的调整提供精准的力矩、角速度和角加速度。

所述姿态检测模块内设有角度测量器，角度测量器实时检测方位框、俯仰框和横滚框各自偏离三个框架处于相互垂直状态下位置的角度，从而获取智能手机在载体坐标系下的实际位置信息。实际操作中，可将三个框架处于相互垂直状态下时，各框架的角度定为0度。所述角度测量器包括三个旋转变压器和三个光电编码器，用于检测三个框架的角度数据。此外，姿态检测模块内还设有闭环控制回路。姿态检测模块的主要功能是：实时的检测、反馈智能手机在载体坐标系下的位置。

所述的一种智能手机拍照、摄影稳定装置的工作过程，包括以下步骤：

1）三轴稳定云台的稳定状态被扰动；

2）方位变化模块中设置的惯性传感器获取方位框、俯仰框和横滚框各自的角速度值和角加速度值，并输出信号至平台控制器处理；

3）平台控制器整合三个轴系数据的角速度和角加速度耦合关系，并根据姿态检测模块实时反馈的手机位置数据，计算分解到三个轴系的电机驱动量，然后输出信号至旋转控制模块；

4）旋转控制模块控制三个轴系电机产生相应的力矩，用以抵消三个框架各自所受的扰动力矩，使三轴稳定云台稳定；

5）手机操作模块在任何状态下对智能手机的摄像头进行控制，实现实时稳定照相、摄影。

手机操作模块控制智能手机照相、摄影的方法为：设定权值，通过USB接口进行控制。当指令值大于权值时，智能手机进行拍照、摄影；当指令值小于等于权值时，智能手机处于待命状态。可在载体上设置一键操作按钮，操作按钮触动后发送命令给平台控制器，平台控制器发出照相、摄影指令给智能手机，智能手机进行照相、摄影。

Claims (7)

1.一种智能手机拍照、摄影稳定装置，包括一个载体，载体上设有三轴稳定云台，智能手机安装在三轴稳定云台上以保证手机的视轴稳定，其特征在于：载体上设有用于控制三轴稳定云台的方位框、俯仰框和横滚框运动状态稳定的控制***，控制***内设有用于检测所述三个框架各自状态变化数据的方位变化模块、用于控制相应框架的角运动以同时抵消各框架所受干扰力矩的旋转控制模块、用于实时检测智能手机在载体坐标系下实际位置的姿态检测模块，以及用于接收方位变化模块和姿态检测模块的输出信号，并输出控制信号给旋转控制模块的平台控制器，载体上还设有用于控制智能手机进行拍照、摄影的手机操作模块。

2.如权利要求1所述的一种智能手机拍照、摄影稳定装置，其特征在于：所述方位变化模块内设有惯性传感器，惯性传感器检测方位框、俯仰框和横滚框各自的角速度值和角加速度值。

3.如权利要求2所述的一种智能手机拍照、摄影稳定装置，其特征在于：所述惯性传感器包含陀螺仪和角加速度计。

4.如权利要求1所述的一种智能手机拍照、摄影稳定装置，其特征在于：所述旋转控制模块内设有信号分配器、三个分别驱动相应框架旋转的直流力矩电机和三个用于控制相应电机驱动量的电机驱动器，信号分配器接收平台控制器输出的用以控制三个电机各自驱动量的控制指令，并将该控制指令分配给相应的电机驱动器，三个电机根据各自所得指令输出相应的力矩以抵消各框架所受的干扰力矩。

5.如权利要求1所述的一种智能手机拍照、摄影稳定装置，其特征在于：所述姿态检测模块内设有角度测量器，角度测量器实时检测方位框、俯仰框和横滚框各自偏离三个框架处于相互垂直状态下位置的角度。

6.如权利要求5所述的一种智能手机拍照、摄影稳定装置，其特征在于：所述角度测量器包含旋转变压器和光电编码器。

7.如权利要求1所述的一种智能手机拍照、摄影稳定装置的工作过程，其特征在于：包括以下步骤：

1）三轴稳定云台的稳定状态被扰动；

2）方位变化模块中设置的惯性传感器获取方位框、俯仰框和横滚框各自的角速度值和角加速度值，并输出信号至平台控制器处理；

3）平台控制器整合三个轴系数据的角速度和角加速度耦合关系，并根据姿态检测模块实时反馈的手机位置数据，计算分解到三个轴系的电机驱动量，然后输出信号至旋转控制模块；

4）旋转控制模块控制三个轴系电机产生相应的力矩，用以抵消三个框架各自所受的扰动力矩，使三轴稳定云台稳定；

5）手机操作模块在任何状态下对智能手机的摄像头进行控制，实现实时稳定照相、摄影。