CN107339569A - 稳定器及稳定器的角度调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及摄像器材技术领域，本发明提供一种稳定器，包括通过连接臂依次转动连接的第一电机、第二电机和第三电机，所述第一电机固定安装于第一电机安装座上，所述第三电机的转轴上连接有用于安装摄像设备的载物台；所述第一电机的转动中心线α、第二电机的转动中心线β和第三电机的转动中心线γ始终相交于一点a；所述第二电机的转动中心线α与所述第三电机的转动中心线γ相互垂直，所述第二电机的转动中心线β和所述第一电机的转动中心线α的夹角为一锐角。本发明还提供了一种对本稳定器的角度调节方法。本稳定器与传统稳定器的电机布置相比，第二电机不会遮挡载物台上的摄像设备，极大地提高了稳定器的操控性能。

Description

稳定器及稳定器的角度调节方法
技术领域
本发明涉及摄像器材技术领域，特别是涉及一种稳定器及稳定器的角度调节方法。
背景技术
稳定器用于实现目标载体的固定、调节目标载体的姿态(例如方向、横滚和俯仰角度)和使目标载体稳定保持在确定的姿态上，从而实现目标载体的稳定、流畅和多角度拍摄。目标载体可以是相机和手机等。
现有的稳定器一般包括三个互相垂直、呈正交分布的电机，三个电机分别是X轴电机、Y轴电机和Z轴电机，X轴电机与载物台连接，载物台用于固定上述的目标载体，即相机或手机等。这种电机正交分布方法，便于调节稳定器的重心问题，但是会存在Y轴电机遮挡住相机或者手机的屏幕的问题，对摄像设备的使用产生影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够避免Y轴电机遮挡载物台上载体的稳定器、以及对这种稳定器的角度调节方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种稳定器，包括通过连接臂依次转动连接的第一电机、第二电机和第三电机，所述第一电机固定安装于第一电机安装座上，所述第三电机的转轴上连接有用于安装摄像设备的载物台；
所述第一电机的转动中心线α、第二电机的转动中心线β和第三电机的转动中心线γ始终相交于一点a；
所述第二电机的转动中心线β与所述第三电机的转动中心线γ相互垂直，所述第二电机的转动中心线β和所述第一电机的转动中心线α的夹角为一锐角。
作为优选方案，所述第一电机的转子通过第一连接臂与所述第二电机的定子连接，所述第二电机的转子通过第二连接臂与所述第三电机的定子连接，所述第三电机的转子通过第三连接臂与所述载物台连接；
所述第一电机驱动所述第一连接臂相对于所述第一电机安装座转动，所述第二电机驱动所述第二连接臂相对于所述第一连接臂转动，所述第三电机驱动所述第三连接臂相对于所述第二连接臂转动；
还包括用于控制所述第一电机、第二电机和第三电机运转的控制器和与所述控制器电连接的陀螺仪和加速度计。
作为优选方案，所述第一连接臂和第二连接臂均包括相互连接的、呈杆状的第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接臂和第二连接臂的第一连接杆和第二连接杆之间均成角度θ；
所述稳定器包括两个位置状态：
所述稳定器在折叠携带状态时，所述第二电机驱动所述第二连接臂绕转动中心线β转动，直至所述第二连接臂叠置于所述第一连接臂上；
所述稳定器在工作状态时，所述第二电机驱动所述第二连接臂绕转动中心线β转动，直至第二连接臂不再叠置于所述第一连接臂上。
作为优选方案，当所述稳定器处于工作状态时，在高度方向上，所述第一电机位于所述第二电机的上方或者下方。
作为优选方案，所述载物台上设有用于夹持摄像设备的夹持位，在高度方向上：
当所述第一电机位于所述第二电机的下方时，所述第二电机位于所述夹持位的下方；
当所述第一电机位于所述第二电机的上方时，在高度方向上，所述第二电机位于所述夹持位的上方。
作为优选方案，所述第二电机的转动中心线β与所述第一电机的转动中心线α之间的夹角为30度至60度。
本发明还提供一种上述的稳定器的角度调节方法，包括如下步骤：
S1、陀螺仪和加速度计实时采集载物台上摄像设备的角速度、加速度，并将所述采集到的信号实时地传送至控制器；
S2、控制器根据接收到的角速度、加速度信号，计算出载物台上的摄像设备在该采集时刻相对于上一采集时刻下的转动中心线α、转动中心线β和转动中心线γ的第一转动角度偏移量，并计算出转动中心线α、转动中心线β和转动中心线γ在该采集时刻相对于初始时刻的第二转动角度偏移量；
S3、控制器根据上述的第一、第二转动角度偏移量计算出转动中心线α、转动中心线β和转动中心线γ的转动角度回偏量，并输出控制指令控制第一电机、第二电机、第三电机转动相应的转动角度回偏量，直至载物台即摄像设备回到初始时刻的角度位置。
本发明提供一种稳定器，其具有第一电机、第二电机和第三电机，其中，第一电机控制载物台水平方向的角度，第三电机控制载物台俯仰方向上的角度，与传统的正交分布式稳定器相比较，三轴稳定器的三电机轴线不再一定设为正交分布，扩展了连接臂设计的多样性。且第二电机的转动中心线β和第一电机的转动中心线α的夹角为一锐角，在常用的状态下，第二电机的高度一般低于载物台上的摄像设备，使得第二电机与载物台上的摄像设备在高度方向上相互错开，进而使得本稳定器中第二电机不会遮挡载物台上的摄像设备，极大地提高了使用者对稳定器的操控性能。
本发明还提供了上述的稳定器的角度调节方法，通过实时对各个电机的转动控制实现在稳定器运动过程中对摄像设备的稳定。
附图说明
图1是本发明实施例中一种稳定器的立体结构示意图；
图2是本发明实施例中一种稳定器当第一电机位于所述第二电机的下方时的立体结构示意图；
图3是本发明实施例中一种稳定器当第一电机位于所述第二电机的上方时的结构示意图；
图4是本发明实施例中一种稳定器的角度调节方法的流程示意图；
图中，10、第一电机；11、第一连接臂；20、第二电机；21、第二连接臂；30、第三电机；31、第三连接臂；40、载物台；50、手柄。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
现在的市面上，稳定器一般包括三个互相垂直、呈正交分布的电机，其中，三个电机分别是X轴电机、Y轴电机和Z轴电机，X轴电机与载物台连接，载物台用于固定上述的目标载体，目标载体一般为相机或手机。这种电机正交分布方法，便于解决调节稳定器的重心问题，但是在实际使用中，特别是搭载手机或者相机拍摄时，会存在Y轴电机遮挡住相机或者手机的屏幕的问题，干涉摄像设备的使用。
如图1至图3所示，本发明优选实施例的一种稳定器，包括通过连接臂依次连接的三个电机，与传统的稳定器的电机布置方式不同，其中一个电机采用倾斜布置方式，以倾斜布置的第二电机代替传统布置方式中的Y轴电机，即代替了以往设备中的横滚电机的布置方式，使得在一般的使用状态下、如图1所示，当手柄位于竖直位置时，载物台上的摄像设备在高度方向上高于第二电机，避免了Y轴电机(横滚电机)遮挡摄像设备，便于使用者实时观察摄像设备，极大提高了稳定器的操控性能。
基于上述技术方案，如图1所示，本实施例中提供一种稳定器，包括通过连接臂依次转动连接的第一电机10、第二电机20和第三电机30，第一电机10固定安装于第一电机安装座上，第三电机30的转轴上连接有载物台40。其中，第一电机10相当于传统稳定器设备中的水平电机，其控制水平朝向的转动角度；第三电机30相当于传统稳定器设备中的俯仰电机，其控制俯仰方向上的转动角度。
具体地，第一电机10用于对第二电机20和第三电机30的水平方向上的角度进行控制，实现第二电机20和第三电机30同时在水平方向上的转动。
其中，第一电机安装座用于对第一电机10安装和固定。
具体地，第一电机10的转动中心线α、第二电机20的转动中心线β和第三电机30的转动中心线γ始终相交于一点a。同时，第二电机20的转动中心线α与第三电机30的转动中心线γ相互垂直，第二电机20的转动中心线β和第一电机10的转动中心线α的夹角为一锐角。
其中，转动中心线α与转动中心线β交于点a，就使得转动中心线α与转动中心线β处于同一平面内。同时，如图1所示，第二电机20的转动中心线β和第一电机10的转动中心线α的夹角为一锐角，通过转动中心线β与转动中心线α的锐角夹角，当手柄50处于第一电机10的下方时，而载物台40的高度一般低于第三电机30、高于第二电机20，在大多数使用场合下，如图1所示，能够有效避免以往的电机正交分布稳定器的摄像设备被Y轴电机(横滚电机)遮挡的问题。
同时，第二电机20的转动中心线α与第三电机30的转动中心线γ相互垂直。与以往的稳定器设备相比，本稳定器只改变了Y轴电机的转动轴的布置方式，通过运动的合成与分解可知，本稳定器也能够同时实现本稳定器在X轴、Y轴、Z轴同时对载物台40的各个方向的角度进行调节。同时，只改变传统稳定器中的Y轴电机转动中心线的布置方式，与传统稳定器设备电机正交布置方法相比较，在控制器的算法实现上也同样便于对载物台40的角度调节。
优选地，如图1所示，第一电机10和第二电机20之间连接有第一连接臂11，第二电机20和第三电机30之间连接有第二连接臂21，第三电机30和载物台40之间还连接有第三连接臂31。
优选地，第一电机10驱动第一连接臂11相对于第一电机安装座转动，第二电机20驱动第二连接臂21相对于第一连接臂11转动，第三电机30驱动第三连接臂31相对于第二连接臂21转动。其中，第一连接臂11、第二连接臂21和第三连接臂31能够支撑稳定器本体、连接各个电机，并支撑载物台40上的摄像设备。
具体地，第一连接臂11、第二连接臂21和第二连接臂21的转动角度相互配合，从水平、横滚、俯仰三个方向调节载物台40上的摄像设备的角度位置。
优选地，还包括用于控制所述第一电机10、第二电机20和第三电机30运转的控制器和与所述控制器电连接的陀螺仪和加速度计。其中，陀螺仪可以检测稳定器和摄像设备在运动中的角速度，加速度计可以检测稳定器和摄像设备在运动中的加速度。
优选地，第一电机10安装座上固定连接有手柄50，手柄50上设有用于控制第一电机10、第二电机20和第三电机30运转的控制器。
如图1所示，本稳定器在使用时，通过手柄50持握本稳定器，手柄50内设有电源和控制器，通过控制器检测到本稳定器的位置变化，进而计算出本稳定器的各个电机的应转动的角度，通过控制器向第一电机10、第二电机20和第三电机30传输运动参数并控制第一电机10、第二电机20和第三电机30的运转，共同调整载物台40的各个方向上的角度，使得稳定器能够将载物台40上的目标载体稳定保持在确定的姿态上。
优选地，第一连接臂11和第二连接臂21均包括相互连接的、呈杆状的第一连接杆和第二连接杆，第一连接臂11和第二连接臂21的第一连接杆和第二连接杆之间均成角度θ。通过不共线设置的第一连接杆和第二连接杆相互连接，便于实现第一电机10、第二电机20、第三电机30在高度方向上的高度差。
具体地，第一连接臂11和第二连接臂21的第一连接杆和第二连接杆之间成“く”形的钝角。其中第一连接臂11和第二连接臂21的第一连接杆和第二连接杆之间所成的角度θ可以取值为100度、105度、110度、115度、120度、125度、130度、135度、140度、145度、150度、160度、165度、170度。
优选地，稳定器包括两个位置状态：折叠携带状态和工作状态。
当本稳定器在折叠携带状态时，第二电机20驱动第二连接臂21绕转动中心线β转动，直至第二连接臂21叠置于第一连接臂11上。在折叠携带状态时，本稳定器的第二连接臂21叠置于第一连接臂11，减少了本稳定器的体积，便于携带。
当本稳定器在工作状态时，第二电机20驱动第二连接臂21绕转动中心线β转动，直至第二连接臂21不再叠置于第一连接臂11上。
进一步地，当稳定器处于工作状态时，在高度方向上，第一电机10位于第二电机20的上方或者下方。其中，当需要将手柄正向握持使用本稳定器时，手柄处于第二电机20的下方；在一些场合下，需要将手柄倒立握持来使用本稳定器时，手柄处于第二电机20的上方。
进一步地，载物台40上设有用于夹持摄像设备的夹持位，在高度方向上，即需要将手柄正向握持使用本稳定器时，此时手柄处于第二电机20的下方、第一电机10位于第二电机20的下方，第二电机20位于夹持位的下方。如图1所示，相应地，第二电机20位于夹持位的下方，能够避免第二电机20对夹持位上的摄像设备的遮挡。
进一步地，在高度方向上，当第一电机10位于第二电机20的上方方时，即需要将手柄倒立握持来使用本稳定器时，此时手柄处于第二电机20的上方，第二电机20位于夹持位的上方。相应地，第二电机20位于夹持位的上方，能够避免第二电机20对夹持位上的摄像设备的遮挡。
优选地，第二电机20的转动中心线β与第一电机10的转动中心线α之间的夹角为30度至60度。当第二电机20的转动中心线β与第一电机10的转动中心线α之间的夹角为30度至60度时，能够更有效的避免第二电机20遮挡载物台40以及载物台40上的摄像设备。
优选地，第二电机20的转动中心线β和第一电机10的转动中心线α的夹角可以取为30度、35度、40度、45度、50度、55度、60度。
同时，如图4所示，本发明还提供了一种针对上述的稳定器的角度调节方法，其包括如下步骤：
S1、陀螺仪和加速度计实时采集载物台上摄像设备的角速度、加速度，并将所述采集到的信号实时地传送至控制器；
其中，陀螺仪可以检测出固定于稳定器上的摄像设备在运动时的角速度、角加速度的数值，以方便后续得实时得对摄像设备的转动通过三个电机进行控制。
S2、控制器根据接收到的角速度、加速度信号，计算出载物台上的摄像设备在该采集时刻相对于上一采集时刻下的转动中心线α、转动中心线β和转动中心线γ的第一转动角度偏移量，并计算出转动中心线α、转动中心线β和转动中心线γ在该采集时刻相对于初始时刻的第二转动角度偏移量；
通过控制器运动的分解和计算，即可得出摄像设备相对于转动中心线α、转动中心线β和转动中心线γ转动角度的偏移量，以方便后续通过第一电机10、第二电机20和第三电机30分别在转动中心线α、转动中心线β和转动中心线γ这三个转动轴上对摄像设备的角度进行控制。
S3、控制器根据上述的第一、第二转动角度偏移量计算出转动中心线α、转动中心线β和转动中心线γ的转动角度回偏量，并输出控制指令控制第一电机10、第二电机20、第三电机30转动相应的转动角度回偏量，直至载物台即摄像设备回到初始时刻的角度位置。
通过控制器的计算即可得出第一电机10、第二电机20、第三电机30应当的转动量，并以采集时刻为单位对摄像设备的角度位置进行实时的回复、修正。第一电机10、第二电机20、第三电机30实时对第一连接臂11、第二连接臂21、第三连接臂31的转动进行控制，以实现对载物台40即摄像设备的精确控制，保持载物台40即摄像设备时刻位于初始角度位置，以维持摄像设备镜头的平稳或者平滑转动，以实现对摄像设备角度位置的稳定。
优选地，第一电机10、第二电机20、第三电机30上还分别设有第一磁编码器、第二磁编码器、第三磁编码器，第一磁编码器、第二磁编码器、第三磁编码器分别与控制器电连接，以向控制器反馈第一电机10、第二电机20、第三电机30转动的角度和角速度。
综上，本发明实施例提供一种稳定器，包括通过连接臂依次转动连接的第一电机10、第二电机20和第三电机30，其中，第一电机10控制载物台40水平方向的角度，第三电机30控制载物台40俯仰方向上的角度，与以往的稳定器相比较，第二电机20的转动中心线β和第一电机10的转动中心线α的夹角为一锐角，与传统的正交分布式稳定器相比较，三轴稳定器的三电机轴线不再一定设为正交分布，扩展了连接臂设计的多样性。同时，在一般常用的使用状态下，本稳定器的载物台40上摄像设备的高度高于第二电机20，使得本稳定器中第二电机20不会遮挡载物台40上的摄像设备，极大地提高了使用者对稳定器的操控性能，本发明还提供的一种稳定器的角度调节方法，用于对本稳定器进行控制，进而稳定摄像设备。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种稳定器，其特征在于，包括通过连接臂依次转动连接的第一电机、第二电机和第三电机，所述第一电机固定安装于第一电机安装座上，所述第三电机的转轴上连接有用于安装摄像设备的载物台；
所述第一电机的转动中心线α、第二电机的转动中心线β和第三电机的转动中心线γ始终相交于一点a；
所述第二电机的转动中心线β与所述第三电机的转动中心线γ相互垂直，所述第二电机的转动中心线β和所述第一电机的转动中心线α的夹角为一锐角。
2.如权利要求1所述的稳定器，其特征在于，所述第一电机的转子通过第一连接臂与所述第二电机的定子连接，所述第二电机的转子通过第二连接臂与所述第三电机的定子连接，所述第三电机的转子通过第三连接臂与所述载物台连接；
所述第一电机驱动所述第一连接臂相对于所述第一电机安装座转动，所述第二电机驱动所述第二连接臂相对于所述第一连接臂转动，所述第三电机驱动所述第三连接臂相对于所述第二连接臂转动；
还包括用于控制所述第一电机、第二电机和第三电机运转的控制器和与所述控制器电连接的陀螺仪和加速度计。
3.如权利要求2所述的稳定器，其特征在于，所述第一连接臂和第二连接臂均包括相互连接的、呈杆状的第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接臂和第二连接臂的第一连接杆和第二连接杆之间均成角度θ；
所述稳定器包括两个位置状态：
所述稳定器在折叠携带状态时，所述第二电机驱动所述第二连接臂绕转动中心线β转动，直至所述第二连接臂叠置于所述第一连接臂上；
所述稳定器在工作状态时，所述第二电机驱动所述第二连接臂绕转动中心线β转动，直至第二连接臂不再叠置于所述第一连接臂上。
4.如权利要求3所述的稳定器，其特征在于，当所述稳定器处于工作状态时，在高度方向上，所述第一电机位于所述第二电机的上方或者下方。
5.如权利要求4所述的稳定器，其特征在于，所述载物台上设有用于夹持摄像设备的夹持位，在高度方向上：
当所述第一电机位于所述第二电机的下方时，所述第二电机位于所述夹持位的下方；
当所述第一电机位于所述第二电机的上方时，在高度方向上，所述第二电机位于所述夹持位的上方。
6.如权利要求1所述的稳定器，其特征在于，所述第二电机的转动中心线β与所述第一电机的转动中心线α之间的夹角为30度至60度。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的稳定器的角度调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、陀螺仪和加速度计实时采集载物台上摄像设备的角速度、加速度，并将所述采集到的信号实时地传送至控制器；
S2、控制器根据接收到的角速度、加速度信号，计算出载物台上的摄像设备在该采集时刻相对于上一采集时刻下的转动中心线α、转动中心线β和转动中心线γ的第一转动角度偏移量，并计算出转动中心线α、转动中心线β和转动中心线γ在该采集时刻相对于初始时刻的第二转动角度偏移量；
S3、控制器根据上述的第一、第二转动角度偏移量计算出转动中心线α、转动中心线β和转动中心线γ的转动角度回偏量，并输出控制指令控制第一电机、第二电机、第三电机转动相应的转动角度回偏量，直至载物台即摄像设备回到初始时刻的角度位置。
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