CN112050042A - 具有并联增稳机构的云台 - Google Patents

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CN112050042A CN202011017506.5A CN202011017506A CN112050042A CN 112050042 A CN112050042 A CN 112050042A CN 202011017506 A CN202011017506 A CN 202011017506A CN 112050042 A CN112050042 A CN 112050042A
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Abstract

本披露阐述了用于为有效载荷提供关于至少两个自由度的移动的装置和方法。如本文所描述的云台机构可以为有效载荷提供绕至少两条不同轴线的旋转，其中绕这两条轴线的这种旋转是由两个可以彼此独立地致动的致动器来控制的。这两个致动器可以在相对于彼此的位置和取向上是固定的，从而使得任一致动器都不是被另一致动器所驱动的。因此，该云台机构能够以并行的方式控制有效载荷关于两个自由度的移动。本文所描述的云台机构可以具有允许使云台机构的体积和重量最小化而同时改善由云台机构所提供的移动增稳的紧凑构型。

Description

具有并联增稳机构的云台
背景
已经针对包括监视、搜索和救援、勘探、以及其他领域的广泛的 应用范围开发出了诸如地面交通工具、空中交通工具、水面交通工具、 水下交通工具及航天器的无人交通工具。在某些例子中，无人交通工 具可以装备有被配置成在飞行过程中收集数据的有效载荷。例如，无 人飞行器(UAV)可以装备有用于航拍的相机。有效载荷可以是通过 提供了该有效载荷在一个或多个自由度上的移动的云台机构来联接到 无人交通工具上的。
然而，用于将有效载荷联接到无人交通工具上的现有云台机构并 不很理想。在某些例子中，云台机构可以包括串联的机构，其中一个 级的电机成对另一后续级的载荷，这对于使云台机构的体积和重量最 小化并不是最佳的。在某些例子中，云台机构可能提供给有效载荷的 增稳并不很理想。
发明内容
对于用于支持有效载荷的改进的云台机构存在着需求，这些改进 云台机构具有减小的体积和重量而同时为有效载荷提供了移动增稳。 本披露阐述了用于为有效载荷提供关于至少两个自由度的移动的装置 和方法。如本文所描述的云台机构可以为有效载荷提供绕至少两条不 同轴线的旋转，其中绕这两条轴线的这种旋转是由两个可以彼此独立地致动的致动器来控制的。这两个致动器可以在相对于彼此的位置和 取向上是固定的，从而使得任一致动器都不是被另一致动器所驱动的。 因此，该云台机构能够以并行的方式控制有效载荷关于两个自由度的 移动。本文所描述的云台机构可以具有允许使云台机构的体积和重量 最小化或减小而同时改善由云台机构所提供的移动增稳的紧凑构型。
在本披露的一个方面，描述了一种用于为有效载荷提供关于至少 两个自由度的移动的云台机构。该云台机构包括第一致动器和第二致 动器，该第一致动器提供绕第一致动器轴线的旋转，该第二致动器提 供绕与该第一致动器轴线不同的第二致动器轴线的旋转。该云台机构 进一步包括第一联接器，该第一联接器操作性地联接该第一致动器和 该有效载荷，该第一联接器被配置成影响该有效载荷绕该第一致动器 轴线的旋转。该云台机构进一步包括第二联接器，该第二联接器操作 性地联接该第二致动器和该有效载荷，该第二联接器被配置成影响该 有效载荷绕该第二致动器轴线的旋转。该第一联接器被配置成允许该 有效载荷绕该第二致动器轴线自由旋转，并且该第二联接器被配置成 允许该有效载荷绕该第一致动器轴线自由旋转。
在本披露的另一方面，描述了一种用于为有效载荷提供关于至少 两个自由度的移动的方法。该方法包括提供一个云台机构，该云台机 构包括第一致动器和第二致动器，其中该第一致动器被配置成提供绕 第一致动器轴线的旋转，并且该第二致动器被配置成提供绕与该第一 致动器轴线不同的第二致动器轴线的旋转。该方法进一步包括将该有 效载荷联接到第一联接器上，该第一联接器***作性地联接到该第一 致动器上，该第一联接器被配置成影响该有效载荷绕该第一致动器轴 线的旋转。该方法进一步包括将该有效载荷联接到第二联接器上，该 第二联接器***作性地联接到该第二致动器上，该第二联接器被配置 成影响该有效载荷绕该第二致动器轴线的旋转。该方法进一步包括致 动该第一致动器和该第二致动器中的一者或多者。该第一联接器被配 置成允许该有效载荷绕该第二致动器轴线自由旋转，并且该第二联接 器被配置成允许该有效载荷绕该第一致动器轴线自由旋转。
在本披露的另一方面，描述了一种用于为有效载荷提供关于至少 两个自由度的移动的云台机构。该云台机构包括第一致动器和第二致 动器，该第一致动器提供绕第一致动器轴线的旋转，该第二致动器提 供绕与该第一致动器轴线不同的第二致动器轴线的旋转。该云台机构 进一步包括第一联接器，该第一联接器操作性地联接该第一致动器和 该有效载荷，该第一联接器被配置成影响该有效载荷绕该第一致动器 轴线的旋转。该云台机构进一步包括第二联接器，该第二联接器操作 性地联接该第二致动器和该有效载荷，该第二联接器被配置成影响该 有效载荷绕该第二致动器轴线的旋转。该第二致动器的位置或取向是 独立于该第一致动器的致动的，并且该第一致动器的位置或取向是独 立于该第二致动器的致动的。
在本披露的另一方面，描述了一种用于为有效载荷提供关于至少 两个自由度的移动的方法。该方法包括提供一个云台机构，该云台机 构包括第一致动器和第二致动器，其中该第一致动器被配置成提供绕 第一致动器轴线的旋转，并且该第二致动器被配置成提供绕与该第一 致动器轴线不同的第二致动器轴线的旋转。该方法进一步包括将该有 效载荷联接到第一联接器上，该第一联接器***作性地联接到该第一 致动器上，该第一联接器被配置成影响该有效载荷绕该第一致动器轴 线的旋转。该方法进一步包括将该有效载荷联接到第二联接器上，该 第二联接器***作性地联接到该第二致动器上，该第二联接器被配置 成影响该有效载荷绕该第二致动器轴线的旋转。该方法进一步包括致 动该第一致动器和该第二致动器中的一者或多者。该第二致动器的位 置或取向是独立于该第一致动器的致动的，并且该第一致动器的位置 或取向是独立于该第二致动器的致动的。
在本披露的另一方面，描述了一种用于为有效载荷提供关于至少 两个自由度的移动的云台机构。该云台机构包括第一致动器和第二致 动器，该第一致动器提供绕第一致动器轴线的旋转，该第二致动器提 供绕与该第一致动器轴线不同的第二致动器轴线的旋转。该云台机构 进一步包括第一联接器，该第一联接器操作性地联接该第一致动器和 该有效载荷，该第一联接器被配置成影响该有效载荷绕该第一致动器 轴线的旋转。该云台机构进一步包括第二联接器，该第二联接器操作 性地联接该第二致动器和该有效载荷，该第二联接器被配置成影响该 有效载荷绕该第二致动器轴线的旋转。该第一联接器和该第二联接器 均被直接联接到该有效载荷上。
在本披露的另一方面，描述了一种用于为有效载荷提供关于至少 两个自由度的移动的方法。该方法包括提供一个云台机构，该云台机 构包括第一致动器和第二致动器，其中该第一致动器被配置成提供绕 第一致动器轴线的旋转，并且该第二致动器被配置成提供绕与该第一 致动器轴线不同的第二致动器轴线的旋转。该方法进一步包括将该有 效载荷联接到第一联接器上，该第一联接器***作性地联接到该第一 致动器上，该第一联接器被配置成影响该有效载荷绕该第一致动器轴 线的旋转。该方法进一步包括将该有效载荷联接到第二联接器上，该 第二联接器***作性地联接到该第二致动器上，该第二联接器被配置 成影响该有效载荷绕该第二致动器轴线的旋转。该方法进一步包括致 动该第一致动器和该第二致动器中的一者或多者。该第一联接器和该 第二联接器均被直接联接到该有效载荷上。
在本披露的另一方面，描述了一种用于为有效载荷提供关于至少 两个自由度的移动的云台机构。该云台机构包括第一致动器和第二致 动器，该第一致动器提供绕第一致动器轴线的旋转，该第二致动器提 供绕与该第一致动器轴线不同的第二致动器轴线的旋转。该云台机构 进一步包括第一联接器，该第一联接器操作性地联接该第一致动器和 该有效载荷，该第一联接器被配置成影响该有效载荷绕该第一致动器 轴线的旋转。该云台机构进一步包括第二联接器，该第二联接器操作 性地联接该第二致动器和该有效载荷，该第二联接器被配置成影响该 有效载荷绕该第二致动器轴线的旋转。该第一致动器和该第二致动器 在(1)相对于彼此的和(2)相对于支持结构的位置和取向上是固定 的，该支持结构被配置成支持着该第一致动器或该第二致动器中的至 少一者。
在本披露的另一方面，描述了一种用于为有效载荷提供关于至少 两个自由度的移动的方法。该方法包括提供一个云台机构，该云台机 构包括第一致动器和第二致动器，其中该第一致动器被配置成提供绕 第一致动器轴线的旋转，并且该第二致动器被配置成提供绕与该第一 致动器轴线不同的第二致动器轴线的旋转。该方法进一步包括将该有 效载荷联接到第一联接器上，该第一联接器***作性地联接到该第一 致动器上，该第一联接器被配置成影响该有效载荷绕该第一致动器轴 线的旋转。该方法进一步包括将该有效载荷联接到第二联接器上，该 第二联接器***作性地联接到该第二致动器上，该第二联接器被配置 成影响该有效载荷绕该第二致动器轴线的旋转。该方法进一步包括致 动该第一致动器和该第二致动器中的一者或多者。该第一致动器和该 第二致动器在(1)相对于彼此的和(2)相对于支持结构的位置和取 向上是固定的，该支持结构被配置成支持着该第一致动器或该第二致 动器中的至少一者。
在本披露的另一方面，描述了一种用于为有效载荷提供关于至少 两个自由度的移动的云台机构。该云台机构包括第一致动器，该第一 致动器提供以第一致动器速度绕中央致动器轴线的旋转；以及第二致 动器，该第二致动器与该第一致动器共轴、提供以第二致动器速度绕 该中央致动器轴线的旋转。该云台机构进一步包括差动构件，该差动 构件包括差动齿轮和轴，该差动齿轮***作性地联接到该第一致动器 和该第二致动器上，该轴在该第一致动器与该第二致动器之间延伸， 该轴具有联接到该差动齿轮上的输入端、和联接到该有效载荷上的输 出端。该差动构件被配置成绕差动构件轴线自由旋转，该差动构件轴 线沿该轴的长度延伸。该有效载荷被配置成基于该第一致动器速度和 该第二致动器速度来绕该中央致动器轴线、该差动构件轴线、或两者 旋转。
在本披露的另一方面，描述了一种用于为有效载荷提供关于至少 两个自由度的移动的方法。该方法包括提供云台机构，该云台机构包 括第一致动器、第二致动器、以及差动构件，其中该差动构件包括差 动齿轮和轴，该差动齿轮***作性地联接到该第一致动器和该第二致 动器上，该轴在该第一致动器与该第二致动器之间延伸，该轴以输入 端联接到该差动齿轮上；该方法进一步包括将该有效载荷联接到该轴 的输出端上，并且致动该第一致动器和该第二致动器中的一者或多者。 该第一致动器和该第二致动器被配置成提供绕中央致动器轴线的旋转， 并且该差动构件被配置成提供绕差动构件轴线的旋转。该有效载荷被 配置成基于该第一致动器速度和该第二致动器速度来绕该中央致动器 轴线、该差动构件轴线、或两者旋转。
在本披露的另一方面，描述了一种用于为有效载荷提供关于至少 两个自由度的移动的云台机构。该云台机构包括第一致动器，该第一 致动器提供以第一致动器速度绕中央致动器轴线的旋转；以及第二致 动器，该第二致动器与该第一致动器共轴、提供以第二致动器速度绕 该中央致动器轴线的旋转。该云台机构进一步包括差动构件，该差动 构件包括差动齿轮和轴，该差动齿轮***作性地联接到该第一致动器 和该第二致动器上，该轴具有联接到该差动齿轮上的输入端、和联接 到该有效载荷上的输出端。该差动构件被配置成绕差动构件轴线自由 旋转，该差动构件轴线沿该轴的长度延伸。该有效载荷被配置成基于 该第一致动器速度和该第二致动器速度来绕该中央致动器轴线、该差 动构件轴线、或两者旋转。该云台机构被联接到飞行器上、并且被配 置成对该有效载荷提供绕该中央致动器轴线的完全旋转以及绕该差动 构件轴线的完全旋转。
在本披露的另一方面，描述了一种用于为有效载荷提供关于至少 两个自由度的移动的方法。该方法包括提供云台机构，该云台机构包 括第一致动器、第二致动器、以及差动构件，其中该差动构件包括差 动齿轮和轴，该差动齿轮***作性地联接到该第一致动器和该第二致 动器上，该轴以输入端联接到该差动齿轮上。该方法进一步包括将该 有效载荷联接到该轴的输出端上，并且致动该第一致动器和该第二致 动器中的一者或多者。该第一致动器和该第二致动器被配置成提供绕 中央致动器轴线的旋转，并且该差动构件被配置成提供绕差动构件轴 线的旋转。该有效载荷被配置成基于该第一致动器速度和该第二致动 器速度来绕该中央致动器轴线、该差动构件轴线、或两者旋转。该云 台机构被联接到飞行器上、并且被配置成对该有效载荷提供绕该中央 致动器轴线的完全旋转以及绕该差动构件轴线的完全旋转。
应当理解的是，本发明的不同方面可以单独地、整体地或者相互 结合地实现。本发明在此所描述的各个方面可以被应用于以下阐述的 这些具体应用中的任一应用中或用于任何其他类型的可移动物体。在 此对飞行器的任何描述都可以应用于或者使用于任何可移动物体，例 如任何交通工具。此外，在本文中在空中运动(例如，飞行)的背景 下披露的这些装置及方法也可以应用于其他类型移动的背景中，例如， 在地面上或水上的移动、或在太空中的运动。
通过浏览说明书、权利要求书及附图，将清楚本发明的其他目的 和特征。
援引并入
本说明书所提到的所有出版物、专利、专利申请都是以同等程度 通过援引并入本文的，就如同每个单独的出版物、专利或专利申请被 明确地或单独地指明为是通过援引来结合的。
附图简要说明
在所附权利要求中具体列出了本发明的新颖特征。通过参考以下 对其中利用了本发明原理的展示性实施例进行阐释的详细说明和附图 将获得对本发明特征及优点的更好的理解，在附图中：
图1展示了根据多个实施例的、用于为有效载荷提供关于两个自 由度的移动的云台机构的实例；
图2展示了图1的云台机构，其中移除了这些致动器中的一个致 动器；
图3展示了图1的云台机构，其中移除了这些致动器中的另一个 致动器；
图4展示了图1云台机构呈多个阶段(例如，阶段A-F)的运行；
图5展示了根据多个实施例的、用于为有效载荷提供关于两个自 由度的移动的云台机构的另一实例；
图6是根据多个实施例的用于控制云台机构的***600的、借助 于框图形式的示意性展示；
图7展示了根据多个实施例的无人飞行器；
图8展示了根据多个实施例的可移动物体；并且
图9是根据多个实施例的用于控制可移动物体的***的、借助于 框图形式的示意性展示。
详细说明
本文所描述的装置和方法为联接到载具上的有效载荷提供了关于 至少两个自由度的移动。该载具可以是云台机构。本文关于云台机构 的任何描述可以涉及任何类型的载具，该载具可以用于支持有效载荷 并且可以为有效载荷提供相对于携带着该载具的支持结构的移动。如 本文所描述的云台机构可以为有效载荷提供绕至少两条不同轴线的旋转，其中绕这两条轴线的这种旋转是由两个可以彼此独立地致动的致 动器来控制的。这两个或更多个致动器可以在相对于彼此的位置和取 向上是固定的，从而使得任一致动器都不是被另一致动器所驱动的。 该云台机构可以为有效载荷提供绕多条轴线(例如，两条或更多条、 三条或更多条、四条或更多条、五条或更多条轴线等等)的旋转。针 对每条轴线，该云台机构可以包括对应的云台部件，该云台部件可以 包括致动器和/或框架部件。因此，该云台机构能够以并行的方式控制 有效载荷关于至少两个自由度的移动。本文所描述的云台机构可以具 有允许使云台机构的体积和/或重量最小化或减小而同时改善由云台 机构所提供的移动增稳的紧凑构型。
飞行器(如无人飞行器(UAV))可以装备有有效载荷，如用于航 拍的相机。这样的有效载荷可以是通过为有效载荷提供了关于一个或 多个自由度的移动的结构(例如云台机构)来支持的。当该有效载荷 被联接到体积和重量通常有限的UAV上时，该有效载荷优选地是小且 轻量的。因此，有待联接到UAV上来支持有效载荷的云台机构优选具 有最小的体积和重量而同时为有效载荷提供关于至少两个自由度的增 稳运动。这可以允许有效载荷(例如相机)从许多不同的位置和取向 上捕捉视像。
本文关于有效载荷的任何描述都可以适用于任何其他类型的有效 载荷，例如相机，或反之亦然。有效载荷可以捕获和/或感测关于周围 环境的信息(例如，感测视觉信息、热信息、音频信息、音频信息、 声学信息、超声波信息、运动相关的信息、惯性信息、磁信息、电信 息或通信信息)。该有效载荷可以任选地提供一种发射，如光、声音、 振动、或任何其他类型的发射。有效载荷可以是或可以不是与UAV联 合来与周围环境进行相互作用的(例如，机械臂)。关于相机的任何描 述可以适用于任何图像捕捉装置。相机可以被配置成捕捉动态图像(例 如，视频)和/或静态图像(例如，快照)。
本文所描述的示例性云台机构包括不互相驱动的至少两个致动器 或电机，从而使得一个电机不会变成另一电机所驱动的载荷。这些电 机可以彼此独立地运行。例如，这两个电机可以用并行的方式来彼此 独立地控制所支持相机的姿态。因此，本披露的云台机构可以增大所 支持相机的、诸如偏航、横滚、和/或俯仰的至少两个自由度的增稳， 同时使这些电机的重量和云台机构的体积最小化。
现在参见附图，图1展示了根据多个实施例的、用于为有效载荷 10提供关于至少两个自由度的移动的云台机构100。云台机构100包 括第一致动器110和第二致动器150，该第一致动器被配置成提供绕 第一致动器轴线115的旋转，该第二致动器被配置成提供绕第二致动 器轴线155的旋转。第一致动器轴线115可以是与第二致动器轴线155 不同的。例如，该第一致动器轴线和该第二致动器轴线可以被定位成 相对彼此成任何非零角度，例如成如图1中所示出的90°角。该第一致 动器轴线和该第二致动器轴线可以是相对彼此成非平行的角度。它们 可以彼此基本上正交。该第一和第二致动器轴线可以是相对于彼此或者相对于环境静止的。替代地，它们可以相对于环境或者相对于彼此 移动。在一个实例中，第一致动器轴线可以相对于UAV的取向是基本 上竖直的。第二致动器轴线可以相对于UAV的取向是基本上水平的。
云台机构100进一步包括使得该第一致动器和该有效载荷操作性 地相联接的第一联接器120以及使得该第二致动器和该有效载荷操作 性地相联接的第二联接器160。该第一联接器可以任选地直接接触该 第一致动器或者可以通过一个或多个中间结构来间接地接触该有效载 荷。这些中间结构可以任选地是相对于该第一致动器静止的。该第一 联接器可以任选地直接接触该有效载荷或者可以通过一个或多个中间 结构来间接地接触该有效载荷。这些中间结构可以任选地是相对于该 有效载静止的。该第二联接器可以任选地直接接触该第二致动器或者 可以通过一个或多个中间结构来间接地接触该有效载荷。这些中间结 构可以任选地是相对于该第二致动器静止的。该第二联接器可以任选 地直接接触该有效载荷或者可以通过一个或多个中间结构来间接地接 触该有效载荷。这些中间结构可以任选地是相对于该有效载静止的。 该第一联接器和/或第二联接器可以是由单一的一体件形成的。替代地， 该第一联接器和/或第二联接器可以是各自由多个单独件形成的。该多 个单独件可以相对于彼此是静止的。替代地，该多个单独件可以是可 相对于彼此移动的。这些单独件可以是通过旋转和/或移位而可相对于 彼此移动的。
该第一联接器可以被配置成影响该有效载荷绕该第一致动器轴线 的旋转，而该第二联接器可以被配置成影响该有效载荷绕该第二致动 器轴线的旋转。因此，云台机构100所支持的有效载荷(例如相机) 可以关于两个自由度移动，一个自由度包括绕第一致动器轴线115的 旋转，并且另一个自由度包括绕第二致动器轴线155的旋转。例如， 对于包括处于图1中所示出取向上的相机的有效载荷而言，云台机构 100可以控制该相机的偏航和俯仰。例如，相机的偏航可以是受到该 第一致动器绕该第一致动器轴线的旋转的直接影响的。相机的俯仰可 以是受到该第二致动器绕该第二致动器轴线的旋转的直接影响的。在某些例子中，该第一和第二致动器可以不影响该相机的横滚。替代地， 该第一和第二致动器可以间接地影响该相机所捕捉到的图像的横滚。 该第一和第二致动器的联合移动可以或者可以不影响该相机所捕捉到 的图像中的横滚。
如图1所示的云台机构可以被配置成对有效载荷提供绕该第一致 动器轴线和/或绕该第二致动器轴线的小于或等于90°的旋转。该云台 机构可以被配置成提供绕该第一致动器轴线和/或绕该第二致动器轴 线的小于或等于15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、 150°、165°、或180°的旋转。在某些例子中，云台机构可以被配置成 提供大于所描述的任何度数值的旋转。云台机构可以允许落在任何两 个所述值之间的度数范围内的旋转。
在图1中示出的构型中，该第一致动器和第二致动器在相对于彼 此的空间位置和取向上是固定的，从而使得该第一致动器和该第二致 动器都不是由另一者所驱动的。该第一致动器的致动不影响该第二致 动器或第二联接器的位置或取向。类似地，该第二致动器的致动不影 响该第一致动器或第一联接器的位置或取向。因此，云台机构100能 够以并行的方式控制这两个自由度。例如，可以影响有效载荷的偏航 而不影响有效载荷的俯仰，或者反之亦然。这可以在该第一和第二致 动器分开地或一致地运行时发生。任选地，在该第一和第二致动器同 时运行时有效载荷的偏航可以影响该有效载荷的俯仰，或者反之亦然。第一致动器110和第二致动器150可以是独立地致动的，例如通过独 立地驱动各致动器的分开的电连接145和195。在某些例子中，可以 提供一个控制器，该控制器可以产生一个或多个信号以驱动该第一致 动器和第二致动器。该控制器可以通过这些电连接与该一个或多个致 动器通信。这些电连接可以包括一条或多条电线、连接器、印刷电路、 或通信线。该控制器可以对该第一和第二致动器彼此独立地加以控制。 该第一致动器和第二致动器因此可以并行地共同控制该有效载荷的姿 态，从而使得可以改善在这两个自由度上的增稳。此外，该第一和第 二致动器的紧凑构型可以有助于使云台机构100的体积最小化或减小。
云台机构100可以进一步包括支持结构200，其中该第一致动器 和该第二致动器可以联接到该支持结构上。支持结构200可以包括一 种固定构型，如图1中示出的固定的L形框架。该第一致动器110可 以在第一位置205处联接到该支持结构上，并且该第二联接器150可 以在与该第一位置不同的第二位置210处联接到该支持结构上。例如， 如所示出的，第一位置205可以被布置在第一平面上，并且第二位置 210可以被布置在第二平面上。该第二平面可以基本上是与该第一平 面正交的。该第二平面可以是与该第一平面成任何非平行的角度的。 该第一和第二致动器可以在该第一位置和第二位置处是支持在该支持 结构的内部表面或区域中的。该第一和第二致动器可以是直接地或间 接地(例如通过一个或多个适配器)联接到该支持结构上的。该第一 和第二致动器可以在相对于该支持结构的位置和取向上是固定的。该 第一和第二致动器可以在相对于彼此的位置和取向上是固定的。该第 一平面和第二平面可以相对于彼此是静止的。
图2展示了图1的云台机构100，其中第二致动器150被移除。 第一联接器120可以被配置成允许该有效载荷绕第二致动器轴线155 自由旋转。将有效载荷10联接到第一致动器110上的第一联接器120 可以包括第一悬臂构件125和第一联结构件140。
第一悬臂构件125可以联接到第一致动器110上，而第一联结构 件140可以联接到有效载荷10上。该第一悬臂构件可以被配置成将由 该第一致动器产生的扭矩通过该第一联结构件传递给该有效载荷。该 第一悬臂构件可以具有一个凸出部，该凸出部的长度在平行于第一致 动器轴线115的方向上延伸。该第一悬臂的凸出部可以绕该第一致动 器轴线移动。任选地，该第一致动器轴线不与该凸出部相交。该第一 悬臂构件可以任选地具有旋转基部。该旋转基部可以绕该第一致动器 轴线旋转，该第一致动器轴线可以与该旋转基部相交。该凸出部可以 连接到该旋转基部上或者可以是与该旋转基部一体形成的。该凸出部可以相对于该旋转基部保持静止或者可以是可相对于该旋转基部移动 的。
该第一联结构件可以是由该第一悬臂构件支持的。该第一联结构 件可以连接到该第一悬臂构件上，并且可以绕该第一联结构件的第一 联结构件轴线142旋转。该第一联结构件可以连接到该第一悬臂构件 的凸出部上。该第一悬臂构件绕该第一致动器轴线的旋转可以致使该 第一联结构件相应地绕该第一致动器轴线旋转。该第一致动器轴线可 以是或可以不是与该第一联结构件相交的。该第一联结构件的长度可 以基本上与该第一致动器轴线正交。
该第一联结构件可以联接到该有效载荷上，从而使得该有效载荷 绕第一联结构件轴线142自由旋转。该第一联结构件可以连接一个或 多个中间结构或适配器，该一个或多个中间结构或适配器可以连接到 有效载荷上。该有效载荷可以相对于该第一联结构件绕该第一联结构 件轴线旋转而无需该第一联结构件相对于该第一悬臂构件旋转，该第 一联结构件可以相对于该第一悬臂构件绕该第一联结构件轴线旋转而 无需该有效载荷相对于该第一联结构件旋转，或者是可以允许该第一 联结构件绕该第一联结构件轴线相对于该有效载荷以及该第一悬臂构 件二者的旋转。该第一联结构件可以允许该有效载荷绕该第一联结构 件轴线旋转。该第一联结构件可以允许该有效载荷绕第二致动器轴线 旋转。第一联结构件轴线142可以被配置成在该第二致动器的致动过 程中与第二致动器轴线155共轴，由此允许该有效载荷绕该第二致动 器轴线自由旋转。当该第一致动器被致动成使得该第一联结构件轴线 的取向发生改变时，该第一联结构件轴线可以被配置成与包括该第二 致动器轴线的一个分量的轴线保持共轴，从而使得该有效载荷在该第 二致动器的致动过程中至少绕该第二致动器轴线的一个分量自由旋转。 本文将参见图4进一步详细地描述云台机构100的运行原理。
图3展示了图1的云台机构100，其中移除了第一致动器110。第 二联接器160可以被配置成允许有效载荷绕第一致动器轴线115自由 旋转。将有效载荷10联接到第二致动器150上的第二联接器160可以 包括第二悬臂构件165和第二联结构件190。
第二悬臂构件165可以被联接到第二致动器150上，而第二联结 构件可以被联接到有效载荷上。该第二悬臂构件可以被配置成将由该 第二致动器产生的扭矩通过该第二联结构件传递给该有效载荷。第二 悬臂构件165可以包括两个或更多个悬臂部件，例如第一悬臂部件180 和第二悬臂部件185。第一悬臂部件180可以从第二致动器150的平 面垂直地延伸出。该第一悬臂部件可以具有一个凸出部，该凸出部的 长度在平行于第二致动器轴线155的方向上延伸。该第一悬臂部件的 凸出部可以绕该第二致动器轴线移动。任选地，该第二致动器轴线不 与该凸出部相交。该第一悬臂部件可以任选地具有旋转基部。该旋转基部可以绕该第二致动器轴线旋转，该第二致动器轴线可以与该旋转 基部相交。该凸出部可以连接到该旋转基部上或者可以是与该旋转基 部一体形成的。该凸出部可以相对于该旋转基部保持静止或者可以是 可相对于该旋转基部移动的。
第二悬臂部件185可以包括L形构件，该L形构件具有被联接到 第一悬臂部件180上的第一侧187以及被联接到第二联结构件190上 的第二侧189。该第一侧的平面可以平行于该第一悬臂部件的凸出部 的平面。该第一侧可以通过铰链195联接到该凸出部上。任选地，该 第一侧可以绕该铰链的铰链轴线197自由旋转，其中该铰链轴线可以 是与该第一侧的平面正交的。该第一侧可以是以固定取向联接到该第 二侧上的，从而该第一侧并不相对于该第二侧移动。例如，该第一侧 可以被固定地联接到该第二侧上从而使得该第一侧的平面与该第二侧 的平面相正交。该第二侧的平面可以与第一致动器轴线115相正交。 该第二侧的平面可以与第二联结构件轴线192相正交。该第二联结构 件可以联接到该第二侧上，从而使得该第二联结构件绕该第二联结构 件轴线自由旋转。该第二联结构件可以绕该第二联结构件轴线自由旋 转而不影响该第二侧的旋转。该第二侧可以绕该第二联结构件轴线自 由旋转而不影响该第二联结构件的旋转。任选地，该第一侧和该第二 侧可以通过一个或多个中间结构而间接地相连接，这些中间结构可以 包括提供额外自由度的一个或多个额外的连杆。
第二联结构件190可以是由第二悬臂构件165的第二悬臂部件185 支持的。该第二悬臂构件绕该第二致动器轴线的旋转可以致使该第二 联结构件相应地绕该第二致动器轴线旋转。该第二致动器轴线可以是 或可以不是与该第二联结构件相交的。该第二联结构件的长度可以基 本上与该第二致动器轴线正交。
该第二联结构件可以联接到该有效载荷上，从而使得该有效载荷 绕第二联结构件轴线192自由旋转。该第二联结构件可以连接一个或 多个中间结构或适配器，该一个或多个中间结构或适配器可以连接到 有效载荷上。该有效载荷可以相对于该第二联结构件绕该第二联结构 件轴线旋转而无需该第二联结构件相对于该第二悬臂构件旋转，该第 二联结构件可以相对于该第二悬臂构件绕该第二联结构件轴线旋转而 无需该有效载荷相对于该第二联结构件旋转，或者是可以允许该第二 联结构件绕该第二联结构件轴线相对于该有效载荷以及该第二悬臂构 件二者的旋转。该第二联结构件可以允许该有效载荷绕该第二联结构 件轴线旋转。该第二联结构件可以允许该有效载荷绕第一致动器轴线 旋转。如图3所示，第二悬臂构件165的构型可以将第二联结构件190 定位成使得在该第一致动器的致动过程中第二联结构件轴线192与第 一致动器轴线115共轴，由此允许该有效载荷绕该第一致动器轴线自 由旋转。
第二悬臂构件165可以被可调整地构型，以便在该有效载荷相对 于第一致动器轴线115的任何取向上都允许该有效载荷绕第二致动器 轴线155自由旋转。例如，第二悬臂构件165的两个或更多个悬臂部 件可以被可移动地联接到彼此上，从而使得该两个或更多个悬臂部件 形成多连杆机构。在图3的示例性实施例中，第一悬臂部件180和第 二悬臂部件185是在铰链196处联结的，以便允许该第二悬臂部件绕 铰链轴线197自由旋转，从而因此形成了多连杆机构。该多连杆机构 可以允许在第二致动器150的致动过程中调整第二联结构件190的位 置和取向，以便使第二联结构件轴线192维持与第一联结构件轴线142 正交。这种使该第二联结构件轴线维持在相对于该第一联结构件轴线 正交的取向上可以允许该有效载荷绕该第一联结构件轴线自由旋转， 并且因此允许该有效载荷绕该第二致动器轴线自由旋转，甚至是在该 第一致动器被致动成使该第一联结构件轴线与该第二联结构件轴线之 间的对齐发生偏离时也是如此。
虽然图1至图3展示了具有第一联接器120和第二联接器160的 云台机构100，该第一联接器和第二联接器具有特定形状并且是以特 定空间位置和取向进行布置的，但对于本领域技术人员显而易见的是， 这样的形状、空间位置、以及取向仅是以举例的方式提供的。可以用 任何方式来修改该第一和/或第二联接器的形状，以适应有效载荷的具 体形状，从而避免干涉。此外，该第一或第二联接器可以包括适合于 传递与其相联接的致动器所产生的扭矩而同时允许该有效载荷绕另一 个致动器的旋转轴线自由旋转的任何空间位置或取向。
有效载荷10可以被直接联接到第一联接器120和第二联接器160 上。例如，该第一联接器可以是通过第一联结构件140在有效载荷10 的第一位置12处直接联接到该有效载荷上的，并且该第二联接器可以 是通过第二联结构件190在该有效载荷的第二位置14处直接联接到该 有效载荷上的。对于图1至图3中示出的相机20而言，第一位置12 可以是该相机的与第二致动器150相邻的一个横向侧上的位置，而第 二位置14可以是该相机的底侧上的位置。该第一位置和第二位置在该 有效载荷上可以是位于彼此正交的、或者相对彼此成非平行角度的表 面上。替代地，有效载荷10可以被间接地联接到该第一联接器和第二 联接器上，例如通过适配器30。该适配器可以包括云台联接机构以便 联接到该第一和第二联接器上，并且包括有效载荷联接机构以便联接 到该有效载荷上。例如，该云台联接机构可以包括被配置成用于接纳 位于第一位置的第一联结构件140或位于与该第一位置不同的第二位 置的第二联结构件190中的一个或多个联结构件的一个或多个凹腔。 该有效载荷联接机构可以包括被配置成将该有效载荷紧固到该适配器 上的一个或多个机械紧固件、或者包括被配置成粘附到该有效载荷的 表面上的一个或多个黏合剂表面。替代地或组合地，该有效载荷联接 机构可以包括与该适配器相联接的安装结构，该安装结构被配置成例如通过机械紧固件、黏合剂、或者一个或多个匹配连接来牢固地联接 到该有效载荷上。替代地或组合地，该有效载荷联接机构可以包括联 接到该适配器上的包围结构，该包围结构被配置成将该有效载荷包围 在其中以便牢固地与该有效载荷相接合。
如图1所示，有效载荷10可以包括具有光学轴线25的相机20。 该相机可以一个或多个镜头，该一个或多个镜头可以沿该光学轴线聚 焦。该光学轴线可以是在该相机的视野上居中的。该相机可以被联接 到该云台机构上，从而使得该光学轴线是可调整的。在某些例子中， 该光学轴线可以被配置成与第一致动器轴线115和第二致动器轴线 155均正交。这样一种取向可以是对该相机取向的起始点。在这样的 构型中，云台机构100可以控制相机20的偏航和俯仰。替代地，该光 学轴线可以被配置成平行于该第一致动器轴线。在这样的构型中，云 台机构100可以控制该相机的横滚和俯仰。替代地，该光学轴线可以 被配置成平行于该第二致动器轴线。在这样的构型中，云台机构100 可以控制该相机的偏航和横滚。该相机的光学轴线也可能有其他取向。
虽然如图1至图3所展示的云台机构100被配置成提供两个自由 度，但还可以进一步修改该机构以提供一个或多个额外的自由度。例 如，该云台机构可以包括第三致动器，该第三致动器被配置成对该有 效载荷提供绕与该第一致动器轴线和该第二致动器轴线不同的第三致 动器轴线的旋转。对于图1至图3中示出的实施例而言，该第三致动 器轴线可以例如是与第一致动器轴线115和第二致动器轴线155均正 交的轴线。该第三致动器轴线可以平行于相机20的光学轴线25，从 而使得该第三致动器可以控制该相机的横滚。在一个实例中，该第一 和第二致动器可以控制该相机的偏航和俯仰，并且该第三致动器可以 控制该相机的横滚。替代地，该第一和第二致动器可以控制该相机的 偏航和横滚，并且该第三致动器可以控制该相机的俯仰。在另一实施 方式中，该第一和第二致动器可以控制该相机的俯仰和横滚，并且该 第三致动器可以控制该相机的偏航。该第三致动器可以联接到该第一 致动器或该第二致动器上，从而使得该第三致动器与该第一致动器或 第二致动器串联。该有效载荷可以联接到该第三致动器上，从而使得 该有效载荷可以绕该第一、第二、以及第三致动器轴线旋转。
该光学轴线相对于该第一致动器轴线和/或该第二致动器轴线的 方向可以是随时间而改变的。在一个实例中，该相机的初始位置可以 使该相机的光学轴线与该第一致动器轴线和该第二致动器轴线相正交。 该相机的位置可以被改变成使得该光学轴线相对于该第一致动器轴线 的角度发生改变、和/或该光学轴线相对于该第二致动器轴线的角度发生改变。使用该第一致动器来使该相机旋转可以致使该光学轴线相对 于该第二致动器轴线来改变角度。使用该第二致动器来使该相机旋转 可以致使该光学轴线相对于该第一致动器轴线来改变角度。该第一和 第二致动器可以是顺序地和/或同时地操作的。任选的第三致动器可以 是与该第一和第二致动器顺序地和/或同时地操作的。
图4展示了云台机构100呈多个阶段A-F的运行。该云台机构被 示出为联接到包括相机20的有效载荷上。可以使用该云台机构来控制 该有效载荷相对于支持结构的、关于两个或更多个自由度的取向。
阶段A示出了处于默认位置和取向的相机20，在该默认位置和取 向中该相机的光学轴线与第一致动器轴线115和第二致动器轴线155 两者都正交。该第一致动器轴线与第二联结构件轴线192共轴，并且 第二致动器轴线155与第一联结构件轴线142共轴。在某些实施例中， 当UAV、云台机构、或相机断电时，可以将该相机送到默认位置。当 UAV、云台机构、或相机正被断电时，可以使该相机从其他位置返回 到该默认位置。当该UAV、云台机构、或相机正被通电时，该相机可 以位于默认位置或者可以马上就处于该默认位置。在某些例子中，当 UAV、云台机构、或相机通电时，该相机位置可以从该默认位置发生 改变。可以在UAV飞行时或在该UAV处于着陆状态时改变该相机位 置。
阶段B示出了在第一致动器110已经被致动从而改变了该有效载 荷相对于第一致动器轴线115的取向(偏航)之后的相机。具体地讲， 该相机被示出为在如箭头40所示的逆时针方向上摇移。在该第一致动 器被致动时，该有效载荷绕与该第一致动器轴线共轴的第二联结构件 轴线192自由旋转。然而，第一联结构件轴线142不再是与第二致动 器轴线155共轴的，因为该第一致动器的致动改变了第一联结构件140 的位置并且因此改变了该第一联结构件轴线的取向。
阶段C示出了在第一致动器110已经被进一步致动并且第二致动 器150也已经被致动之后的相机。该有效载荷相对于第一致动器轴线 115的取向(偏航)以及相对于第二致动器轴线155的取向(俯仰) 均已发生改变；具体地讲，该相机被示出为在该逆时针方向上进一步 摇移并且下俯。为了在该第二致动器被致动时适应该相机绕该第二致 动器轴线的旋转，第二悬臂部件185的位置被调整(例如，绕铰链196 枢转)成使得第二联结构件轴线192与第一联结构件轴线142相正交 地取向。这样的调整该第二悬臂部件的位置允许了该相机响应于该第 二致动器的致动而绕该第一联结构件轴线自由旋转。因此，可以通过 该第二致动器的致动来控制该相机的俯仰，其中该相机的旋转(绕与 该第一联结构件轴线共轴的轴线)包括绕该第二致动器轴线的一个旋 转分量。
阶段D和阶段E示出了在第一致动器110和第二致动器150两者 都已经被进一步致动从而使相机在逆时针方向上进一步摇移并且使相 机进一步下俯之后的相机。随着该相机相对于第一致动器轴线115的 取向进一步发生改变，第二悬臂部件185的位置会进一步调整以使得 第二联结构件轴线192维持在相对于第一联结构件轴线142正交的取 向上。
阶段F示出了在第二致动器150已经被致动来使相机上仰之后的 相机。再一次，随着该第二致动器被致动，第二悬臂部件185的位置 自动地调整成使得该第一和第二联结构件维持适当的对齐。
图4示出的是云台机构100可以同时地控制有效载荷关于两个自 由度的移动。可以独立地控制该第一和第二致动器来影响该有效载荷 关于这至少两个自由度的总体移动。这种允许独立控制有效载荷绕两 个自由度的旋转的机构构型可以提供紧凑且增稳的云台机构，尤其是 非常适合于与无人飞行器相结合。
本文中任何地方描述的云台构型和实施例都可以允许使用紧凑的 云台来关于两个或更多个自由度控制相机。在某些例子中，该云台机 构的高度相对于该相机的高度的比率可以小于或等于3:1、2:1、1.5: 1、1.4:1、1.3:1、1.2:1、1.1:1、或1:1。在某些例子中，该云台 机构的高度与该相机的高度的比率可以大于在此描述的任一值。该云 台机构的高度与该相机的高度的比率可以落入在此描述的任何两个值 之间的范围内。
在某些例子中，该云台机构的长度相对于该相机的长度的比率可 以小于或等于3:1、2:1、1.9:1、1.8:1、1.7:1、1.6:1、1.5:1、1.4: 1、1.3:1、1.2:1、1.1:1、或1:1。该云台机构的长度相对于该相机 的长度的比率可以落入在此描述的任何两个值之间的范围内。在某些 例子中，该云台机构的长度相对于该相机的长度的比率可以大于在此 描述的任一值。
在某些例子中，该云台机构的体积相对于该相机的体积的比率可 以小于或等于10:1、7.5:1、5:1、2.5:1、或1:1。该云台机构的体 积相对于该相机的体积的比率可以落入在此描述的任何两个值之间的 范围内。在某些例子中，该云台机构的体积相对于该相机的体积的比 率可以大于在此描述的任一值。
在某些例子中，该云台机构的重量相对于该相机的重量的比率可 以小于或等于3:1、2:1、1.9:1、1.8:1、1.7:1、1.6:1、1.5:1、1.4: 1、1.3:1、1.2:1或1:1。该云台机构的重量相对于该相机的重量的 比率可以落入在此描述的任何两个值之间的范围内。在某些例子中， 该云台机构的重量相对于该相机的重量的比率可以大于在此描述的任 一值。
该云台机构可以具有紧凑的大小。在某些例子中，该云台机构的 高度可以小于或等于15cm、10cm、7cm、6cm、5cm、4.5cm、4cm、 3.5cm、3cm、2cm、或1cm。在某些例子中，该云台机构的高度可 以大于在此描述的任一值。该云台机构的高度可以落入在此描述的任 何两个值之间的范围内。
在某些例子中，该云台机构的长度可以小于或等于10cm、7cm、 5cm、4cm、3.5cm、3cm、2.5cm、2cm、或1cm。该云台机构的长 度可以落入在此描述的任何两个值之间的范围内。在某些例子中，该 云台机构的长度可以大于在此描述的任一值。
在某些例子中，该云台机构可以具有小于或等于1000cm3、500 cm3、200cm3、100cm3、90cm3、80cm3、70cm3、60cm3、50cm3、 40cm3、30cm3、20cm3、或10cm3的体积。该云台机构的体积可以 落入在此描述的任何两个值之间的范围内。在某些例子中，该云台机 构的体积可以大于在此描述的任一值。
该云台机构可以是轻量的。在某些例子中，该云台机构可以具有 小于或等于300g、200g、150g、120g、110g、100g、90g、80g、 70g、60g、40g、30g、20g、或10g的重量。该云台机构的重量可 以落入在此描述的任何两个值之间的范围内。在某些例子中，该云台 机构的重量可以大于在此描述的任一值。
本文中任何地方描述的云台构型和实施例都可以具有的优点是使 得云台定位具有更快的响应时间，因为可以有多于一个的致动器或电 机同时影响着云台的移动。此外，如本文所描述的云台构型可以支持 较重的有效载荷，因为紧凑的并联的机构与包括多个串联安装的电机 的机构相比提供了更好的刚度和稳定性。
图5展示了根据多个实施例的、用于为有效载荷10提供关于两个 自由度的移动的云台机构300的另一实例。云台机构300包括第一致 动器310，该第一致动器被配置成对该有效载荷提供以第一速度绕中 央致动器轴线330的旋转。云台机构300进一步包括与该第一致动器 共轴的第二致动器320，该第二致动器被配置成对该有效载荷提供以 第二速度绕该中央致动器轴线的旋转。该第一速度和第二速度可以是 相同的、或者可以是不同的。该第一致动器和第二致动器可以彼此独 立地旋转。该第一致动器的旋转可以任选地不影响该第二致动器，并 且反之亦然。该第一和第二致动器可以是独立控制的。该第一和第二致动器的旋转方向可以是相同的、或者可以是不同的。
该第一致动器可以绕第一致动器轴线旋转。该第二致动器可以绕 第二致动器轴线旋转。该第一和第二致动器轴线可以彼此平行。该第 一和第二致动器轴线可以是同一轴线，诸如是中央轴线330。该第一 致动器和第二致动器可以是共轴的。
云台机构300进一步包括差动构件360，该差动构件包括差动齿 轮345和轴350。该差动齿轮可以***作性地联接到该第一致动器和 该第二致动器上。该轴可以延伸在该第一致动器与该第二致动器之间， 并且包括联接到该差动齿轮上的输入端352以及联接到该有效载荷上 的输出端354。该差动构件可以被配置成对该有效载荷提供绕沿轴350 的长度延伸的差动构件轴线360的旋转，其中该轴可以将该差动构件 所产生的扭矩传递给该有效载荷。通过该差动齿轮来操作性地联接到 该第一和第二致动器上的这个轴还可以将该第一和第二致动器所产生 的扭矩传递给该有效载荷。
该第一致动器和第二致动器各自可以包括转子315，该转子被固 定地联接到接合机构325上，该接合机构被配置成与该差动齿轮相接 合或啮合，从而使得该转子和该差动齿轮的移动相耦合。该接合机构 可以包括例如致动器齿轮或摩擦轮。该接合机构和该差动齿轮可以均 是成锥形的，从而使得该接合机构的锥形表面与该差动齿轮的锥形表 面相接合。
云台机构300可以进一步包括中央框架400。可以用中央框架400 支持第一致动器310、第二致动器320、以及差动构件340。例如，该 第一致动器可以联接到该中央框架的第一端上，并且该第二致动器可 以联接到该中央框架的与该第一端相反的第二端上。该中央框架的纵 向轴线405可以与中央致动器轴线330共轴。该中央框架可以包括中 央联结构件410，该中央联结构件被配置成接纳轴350的延伸在该第 一致动器与该第二致动器之间的部分356。该中央联结构件可以被配 置成对轴350和与其相联接的有效载荷10提供绕中央致动器轴线330 和差动构件轴线360两者的自由旋转。例如，该中央联结构件可以包 括致动器联结部件415和差动联结部件420，该致动器联结部件与该 中央致动器轴线共轴并且提供绕该中央致动器轴线的自由旋转，该差 动联结部件与该差动构件轴线共轴并且提供绕该差动构件轴线的自由 旋转。在一种示例性构型中，该轴的部分356可以被接纳在差动联结 部件内，该差动联结部件进而被接纳在该致动器联结部件内。该致动 器联结部件和差动联结部件可以如所示出地是彼此正交的。
差动构件轴线360可以与中央致动器轴线330不同。例如，该第 一致动器轴线和该第二致动器轴线可以被定位成相对彼此成任何非零 角度，例如成如图5中所示出的90°角。因此，云台机构300所支持的 有效载荷(例如相机20)可以关于两个自由度移动，一个自由度包括 绕中央致动器轴线330的旋转，并且另一个自由度包括绕差动构件轴 线360的旋转。该相机可以是以许多取向联接到该云台机构上的。。例 如，如图5所示，该相机可以被定向成使该相机的光学轴线25与该中 央致动器轴线和该差动构件轴线两者都正交。在这一取向中，该云台 机构可以通过该相机绕该中央致动器轴线的旋转来控制该相机的偏航、并且通过该相机绕该差动构件轴线的旋转来控制该相机的俯仰。替代 地，该相机可以被联接到该云台机构上，从而使得该相机的光学轴线 平行于该中央致动器轴线。在这一取向中，该云台机构可以通过该相 机绕该中央致动器轴线的旋转来控制该相机的横滚、并且通过该相机 绕该差动构件轴线的旋转来控制该相机的俯仰。替代地，该相机可以 被联接到该云台机构上，从而使得该相机的光学轴线平行于该差动构 件轴线。在这一取向中，该云台机构可以通过该相机绕该中央致动器 轴线的旋转来控制该相机的偏航、并且通过该相机绕该差动构件轴线 的旋转来控制该相机的横滚。
该有效载荷可以被配置成基于该第一致动器速度和该第二致动器 速度来绕该中央致动器轴线、该差动构件轴线、或两者旋转。例如， 该差动构件绕该差动构件轴线旋转的角速度可以与该第一致动器速度 和该第二致动器速度之间的差是线性相关的。该有效载荷可以被配置 成，如果该第一致动器速度和该第二致动器速度相同并且第一致动器 和该第二致动器是以在从该云台机构的一侧观察时相同的方向绕该中 央致动器轴线致动的话，就绕该中央致动器轴线旋转而不绕该差动构 件轴线旋转。该有效载荷可以被配置成，如果该第一致动器速度和该 第二致动器速度相同并且该第一致动器和该第二致动器是在以从该云 台机构的一侧观察时相反的方向绕该中央致动器轴线致动的话，就绕 该差动构件轴线旋转而不绕该中央致动器轴线旋转。该有效载荷可以 被配置成，如果该第一致动器速度和该第二致动器速度不同的话，就 绕该中央致动器轴线和该差动构件轴线两者来旋转。该有效载荷绕该 差动构件轴线旋转的角速度与该第一和第二致动器速度之间的关系可 以是通过以下方程来建模的：
ωP＝(ω1+ω2)/2
其中，ωP是有效载荷绕差动构件轴线的角速度，ω1是第一致动器 的角速度，并且ω2是第二致动器的角速度。类似地，与该有效载荷绕 该中央致动器轴线旋转的角速度之间的关系可以是通过以下方程来建 模的：
ωY＝(|ω1-ω2|/2)*(D/d)
其中，ωY是有效载荷绕中央致动器轴线旋转的角速度，ω1是第一 致动器的角速度，ω2是第二致动器的角速度，D是与这些致动器相联 接的转子的直径(或齿数)，并且d是差动构件的直径(或齿数)，这 样使得(D/d)表示传动比。
如图5中所示出的，该第一致动器和第二致动器可以在相对于彼 此的空间位置和取向上是固定的，从而使得该第一致动器和该第二致 动器都不是由另一者所驱动的。在这样的构型中，该第一致动器的致 动并不影响该第二致动器的位置或取向，并且该第二致动器的致动并 不影响该第一致动器的位置或取向。该第一致动器和该第二致动器可 以是例如通过分开的电连接来独立致动的。相应地，该第一致动器速 度和该第二致动器速度可以是彼此独立的，其中这两个速度之间的差 可以驱动该有效载荷绕该差动构件轴线的移动。该第一致动器和第二 致动器因此可以并行地共同控制该有效载荷的姿态，从而使得可以改 善在这两个自由度上的增稳。
云台机构300的这些部件可以被配置成具有紧凑的构型，由此使 体积最小化并且改善该云台机构的增稳。例如，如图5所示，轴350 可以被配置成在第一致动器310与第二致动器320之间延伸从而横过 中央致动器轴线330。在这样的构型中，差动齿轮345被布置在该中 央致动器轴线的一侧上，而该有效载荷被布置在跨越该中央致动器轴 线的相反侧上。在这一构型中，有效载荷10绕中央致动器轴线330和 差动构件轴线360两者的旋转移动是由被配置成接纳该轴延伸在该第 一致动器与该第二致动器之间的部分356的中央联结构件410来调节 的。这样的构型与差动齿轮和有效载荷都被布置在中央致动器轴线的 同一侧从而使得轴并不延伸在该第一与第二致动器之间的构型相比， 可以提供具有更小体积的更加紧凑的云台机构。进一步地，这样的构 型可以改善有效载荷绕中央致动器轴线和差动构件轴线360两者的移 动增稳。体积最小化和增稳改善可以有利于将云台机构与飞行器一起 使用。
如图5所示，云台机构300可以为有效载荷10提供绕中央致动器 轴线330和/或绕差动构件轴线360的完全旋转。例如，该云台机构可 能能够为该有效载荷提供绕该中央致动器轴线和该差动构件轴线的至 少360°旋转。该云台机构可以被配置成提供绕该中央致动器轴线和/ 或该差动构件轴线的无限次的完全旋转。该云台机构可以被配置成提 供绕该中央致动器轴线在任一方向上或两个方向上的旋转。该云台机 构可以被配置成提供绕该差动构件轴线在任一方向上或两个方向上的 旋转。为了支持这种有效载荷绕两条轴线的完全旋转，云台机构300 的部件(如第一致动器、第二致动器、差动构件、以及中央框架)可 以被配置成使得没有部件会阻碍这种有效载荷绕任一轴线的完全旋转 移动。这种提供绕两个不同轴线完全旋转的能力可以特别有利于该云 台机构在航拍中的应用，其中该云台被联接到飞行器上，并且该云台 所支持的有效载荷包括一个用于航拍的相机。
有效载荷10可以被直接联接到轴350上，例如通过机械紧固件、 黏合剂、或者一个或多个匹配连接。替代地，该有效载荷可以例如通 过适配器来间接地联接到该轴上。该适配器可以包括被配置成将该有 效载荷紧固到该适配器上的一个或多个机械紧固件、或者包括被配置 成粘附到该有效载荷的表面上的一个或多个黏合剂表面。替代地或组 合地，该适配器可以包括与该适配器相联接的安装结构，该安装结构 被配置成例如通过机械紧固件、黏合剂、或者一个或多个匹配连接来 牢固地联接到该有效载荷上。替代地或组合地，该适配器可以包括联 接到该适配器上的包围结构，该包围结构被配置成将该有效载荷包围 在其中以便牢固地与该有效载荷相接合。
如图5所示，有效载荷10可以包括具有光学轴线25的相机20。 该相机可以被联接到该云台机构上，从而使得该光学轴线是可调整的。 该光学轴线可以被配置成与中央致动器轴线330和差动构件轴线360 均正交，如所示出的。在这样的构型中，云台机构300可以控制相机 20的偏航和俯仰。替代地，光学轴线25可以被配置成平行于该中央 致动器轴线或平行于该差动构件轴线，从而使得该云台机构可以控制 该相机的横滚和偏航、或横滚和俯仰。该相机的光学轴线也可能有其 他取向。
虽然如图5所展示的云台机构300被配置成提供两个自由度，但 还可以进一步修改该机构以提供一个或多个额外的自由度。例如，该 云台机构可以包括第三致动器，该第三致动器被配置成对该有效载荷 提供绕与该中央致动器轴线330和该差动构件轴线360不同的第三致 动器轴线的旋转。对于图5中展示出的实施例，该第三致动器轴线可 以例如是与该中央致动器轴线和该差动构件轴线两者都正交且平行于 相机20的光学轴线25的轴线，这样使得该第三致动器可以控制该相 机的横滚。该第三致动器可以被联接到轴350的输出端354上，从而 使得该第三致动器与该第一和第二致动器以及该差动齿轮相串联。该有效载荷可以被联接到该第三致动器上，从而使得该有效载荷可以绕 该中央致动器轴线、该差动构件轴线、以及该第三致动器轴线旋转。
对于本文所描述的云台机构的所有实施例而言，致动器可以包括 自动部件或机械驱动的部件，例如电动机。替代地或组合地，致动器 可以包括手动操纵的部件，如杠杆、手柄、旋钮、或倾摆机构。
图6是根据多个实施例的用于控制云台机构的***600的、借助 于框图形式的示意性展示。本文所描述的云台机构可以由控制器605 自动地控制，该控制器被配置成产生信号来控制对该云台机构的一个 或多个致动器的致动。该控制器可以被布置在任何可以将该控制器操 作性地联接到该云台机构上的位置中。例如，该控制器可以被联接到 UAV的承载着云台机构和有效载荷的部分上。该控制器可以被联接到 该云台机构的一部分上，如本文所描述的支持结构的一部分上。该控 制器可以接收来自输入***610的输入信号，其中这些输入信号可以 包括用于改变与该云台机构相联接的有效载荷的位置或取向的指令、 或者包括用于致动一个或多个致动器的指令。该输入***可以包括使 用者输入***，使用者可以通过该使用者输入***直接提供指令以控 制该云台机构的致动。替代地或组合地，该输入***可以包括计算机 控制的输入***，如自动驾驶***。取决于向该控制器提供的输入信 号的性质，该控制器可以提供一个或多个操作以产生有待传送至该一 个或多个致动器的控制信号。例如，如果这些控制信号包括用于在一 个具体方向上改变有效载荷的取向的指令的话，则该控制器可以被配 置成计算该云台机构的各个致动器所要求的度数，以便整体地实现所 希望的该有效载荷取向变化。该控制器的输出可以包括给该一个或多 个致动器中的每个致动器的指令以便在一个具体方向上致动并且致动 到一个具体度数。例如，如果该云台机构包括第一致动器615和第二 致动器620，则该控制器可以产生针对该第一致动器的分开的控制信 号、和针对该第二致动器的分开的控制信号。这些控制信号可以通过 分开的连接(例如针对第一致动器的第一电连接145和针对第二致动 器的第二电连接195，如图1所示)来传送给各致动器。该控制器因 此可以独立地控制各致动器的致动，从而使得各致动器的致动是独立 于***中其他致动器的致动的。
本文所描述的云台机构可以被联接到诸如无人飞行器(UAV)的 飞行器上，以便为与该飞行器相联接的有效载荷提供移动。云台机构 可以通过一个支持结构(例如，支持结构200、中央框架400)联接到 该飞行器上，其中该支持结构支持着该云台机构的多个部件，如第一 致动器、第二致动器、第一联接器、第二联接器、和/或适配器。如本 文所描述的，该有效载荷可以被联接到该云台机构上，以便将该有效 载荷联接到该支持结构和该飞行器上。
可以用许多方式将本文所描述的云台机构联接到UAV上。该云台 机构可以被直接紧固到UAV本体的一个部分上。该云台机构可以通过 一个或多个中间结构间接地紧固到该UAV本体的一个部分上。例如， 该云台机构可以通过隔离器来紧固到该UAV上，该隔离器被配置成减 少从UAV传递至云台机构的振动。
可以在许多位置之一将本文所描述的云台机构直接地或例如通过 隔离器而间接地联接到UAV上。例如，该云台机构可以被联接到UAV 的顶表面、UAV的底表面、UAV的前表面、或UAV的侧表面上。该 云台机构可以是相对于该UAV居中联接的，这样使得该云台机构的重 心与该UAV的本体的中央轴线对齐。例如，该云台机构可以被联接到 该UAV的顶表面或底表面上，从而使得该云台机构布置在该UAV的 臂的中央接合处。该云台机构可以被联接到该UAV的底表面上，从而 使得该云台机构被布置在该UAV的着陆架之间的区域中。
图7展示了根据本发明多个实施例的无人飞行器(UAV)800。该 UAV可以是如本文所描述的可移动物体的实例。UAV 800可以包括具 有四个旋翼802、804、806、和808的推进***。可以提供任意数量 的旋翼(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个、或更多个)。 无人飞行器的这些旋翼或者其他推进***可以使无人飞行器能够悬停 /维持位置、改变取向、和/或改变位置。相反旋翼的轴之间的距离可以 是任意适合的长度810。例如，长度810可以小于或等于2m、或小于 等于5m。在一些实施例中，长度810可以在40cm至7m、70cm至2m、或者5cm至5m的范围内。本文中任何对UAV的描述都可以应 用于可移动物体，例如不同类型的可移动物体，并且反之亦然。
在一些实施例中，该可移动物体可以被配置成携带有载荷。这种 载荷可以包括乘客、货物、装备、仪器以及类似物中的一项或多项。 该载荷可以被提供在一个壳体内。该壳体可以是与该可移动物体的壳 体分开的、或者是可移动物体壳体的一部分。替代地，该载荷可以配 备有壳体，而该可移动物体没有壳体。替代地，该载荷的多个部分或 整个载荷可以并未配备壳体。该载荷可以是相对于该可移动物体刚性 固定的。任选地，该载荷可以是可相对于该可移动物体来移动的(例 如，可相对于该可移动物体来平移或旋转)。
在一些实施例中，该载荷包括有效载荷。该有效载荷可以被配置 成不执行任何操作或功能。替代地，该有效载荷可以是被配置成用于 执行一项操作或功能的有效载荷，也称为功能性有效载荷。例如，该 有效载荷可以包括用于观测一个或多个目标的一个或多个传感器。可 以将任何适合的传感器并入该有效载荷中，例如图像捕捉装置(例如， 相机)、音频捕捉装置(例如，抛物线传声器)、红外线成像装置、或 紫外线成像装置中。该传感器可以提供静态的感测数据(例如照片) 或者动态的感测数据(例如视频)。在一些实施例中，该传感器提供针 对该有效载荷的目标的感测数据。替代地或组合地，该有效载荷可以 包括一个或多个发射器，以用于将信号提供给一个或多个目标。可以 使用任何适合的发射器，例如照度源或声源。在一些实施例中，该有 效载荷包括一个或多个收发机，以例如用于与远离该可移动物体的模 块进行通信。任选地，该有效载荷可以被配置成与环境或者目标相互 作用。例如，该有效载荷可以包括能够操纵物体的工具、仪器、或机 构，例如机械臂。
任选地，该载荷可以包括载具。该载具可以被提供用于该有效载 荷并且该有效载荷可以经由该载具而直接地(例如，直接接触该可移 动物体)或间接地(例如，不接触该可移动物体)联接至该可移动物 体上。相反，该有效载荷可以安装在该可移动物体上而无需载具。该 有效载荷可以与该载具一体形成。替代地，该有效载荷可以被可释放 地联接至该载具上。在一些实施例中，该有效载荷可以包括一个或多 个有效载荷元件，并且这些有效载荷元件中的一个或多个有效载荷元 件可以如上文描述地是可相对于该可移动物体和/或该载具来移动的。
该载具可以是与可移动物体一体形成的。替代地，该载具可以被 可释放地联接至该可移动物体上。该载具可以直接地或间接地联接到 该可移动物体上。该载具可以对该有效载荷提供支持(例如，承载该 有效载荷的重量的至少一部分)。该载具可以包括能够对该有效载荷的 移动加以增稳和/或对其加以引导的适当安装结构(例如云台)。在一 些实施例中，该载具可以被适配成用于控制该有效载荷相对于该可移 动物体的状态(例如，位置和/或取向)。例如，该载具可以被配置成 相对于该可移动物体进行移动(例如，以一个、两个、或三个平移度 和/或一个、两个、三个旋转度)，以使得该有效载荷与该可移动物体 的移动无关地维持其相对于适当参照系的位置和/或取向。该参照系可 以是固定的参照系(例如周围环境)。替代地，该参照系可以是移动的 参照系(例如，该可移动物体、有效载荷的目标)。
在一些实施例中，该载具可以被配置成准许该有效载荷相对于该 载具和/或可移动物体而移动。这种移动可以是上至三个自由度(例如 沿着一条、两条或三条轴线)的平移或者上至三个自由度(例如沿着 一条、两条或三条轴线)的旋转、或者其任意适合的组合。
在某些例子中，该载具可以包括载具框架组件和载具致动组件。 该载具框架组件可以对该有效载荷提供结构性支持。该载具框架组件 可以包括多个单独的载具框架部件，这些载具框架部件中的一些载具 框架部件可以相对于彼此是可移动的。该载具致动组件可以包括致动 这些单独的载具框架部件来移动的一个或多个致动器(例如，电机)。 这些致动器可以允许多个载具框架部件同时移动，或者可以被配置成 一次只允许一个单独的载具框架部件移动。这些载具框架部件的移动 可以使该有效载荷产生相应的移动。例如，该载具致动组件可以致动 一个或多个载具框架部件绕一条或多条旋转轴线(例如，横滚轴线、 俯仰轴线、或者偏航轴线)的旋转。该一个或多个载具框架部件的旋 转可以致使有效载荷相对于可移动物体绕一条或多条旋转轴线而旋转。 任选地或组合地，该载具致动组件可以致动一个或多个载具框架部件 沿一条或多条平移轴线平移，并且由此产生该有效载荷相对于可移动 物体沿一条或多条相应轴线的平移。
在一些实施例中，该可移动物体、载具、和有效载荷相对于固定 的参照系(例如，周围环境)和/或相对于彼此的移动可以是终端来控 制的。该终端是在远离该可移动物体、载具、和/或有效载荷的位置处 的遥控装置。该终端可以被布置在或附着至支持平台上。替代地，该 终端可以是手持式或可穿戴式装置。例如，该终端可以包括智能手机、 平板电脑、膝上计算机、计算机、眼镜、手套、头盔、麦克风、或其 适当组合。该终端可以包括用户界面，例如键盘、鼠标、操纵杆、触 屏、或显示器。可以使用任意适合的用户输入来与该终端进行交互， 例如手动输入的命令、语音控制、手势控制、或位置控制(例如，通 过该终端的移动、位置或倾斜度)。
可以用该终端来控制可移动物体、载具、和/或有效载荷的任何适 合状态。例如，可以用该终端来控制该可移动物体、载具、和/或有效 载荷相对于固定的参照系的和/或相对于彼此的位置和/或取向。在一些 实施例中，可以用该终端来控制该可移动物体、载具、和/或有效载荷 的多个独立元件，例如载具的致动组件、有效载荷的传感器、或有效 载荷的发射器。该终端可以包括被适配成用于与该可移动物体、载具、 和/或有效载荷中的一者或多者通信的无线通信装置。
该终端可以包括用于观看该可移动物体、载具、和/或有效载荷的 信息的适合的显示单元。例如，该终端可以被配置成显示该可移动物 体、载具、和/或有效载荷就位置、平移速度、平移加速度、取向、角 速度、角加速度、或其任意适合组合而言的信息。在一些实施例中， 该终端可以显示该有效载荷所提供的信息，例如功能性有效载荷所提 供的数据(例如，相机或其他图像捕捉装置所记录的图像)。
任选地，同一终端可以既控制可移动物体、载具、和/或有效载荷， 或者可移动物体、载具、和/或有效载荷的状态，又接收和/或显示来自 该可移动物体、载具、和/或有效载荷的信息。例如，终端可以控制有 效载荷相对于环境的定位，同时显示由有效载荷所捕捉的图像数据、 或关于有效载荷位置的信息。替代地，可以为不同的功能使用不同的 终端。例如，第一终端可以控制可移动物体、载具、和/或有效载荷的 移动或状态，而第二终端可以接收和/或显示来自可移动物体、载具、 和/或有效载荷的信息。例如，可以用第一终端来控制有效载荷相对于 环境的定位，而同时第二终端显示有效载荷所捕捉的图像。可以在可移动物体与既控制可移动物体又接收数据的综合式终端之间、或者在 可移动物体与既控制可移动物体又接收数据的多个终端之间利用多种 不同的通信模式。例如，可以在可移动物体与既控制可移动物体又接 收来自该可移动物体的数据的终端之间形成至少两种不同的通信模式。
图8展示了根据多个实施例的、包括载具902和有效载荷904的 可移动物体900。虽然可移动物体900被描绘为飞行器，但是这样的 描述并不旨在进行限制，并且可以使用如本文先前所描述的任意合适 类型的可移动物体。本领域技术人员将认识到，本文中在飞行器*** 的背景下所描述的任何实施例都可以应用于任何适合的可移动物体 (例如，UAV)。
在一些情形下，有效载荷904可以不需要载具902地提供在可移 动物体900上。该可移动物体900可以包括多个推进机构906、一个 感测***908、及一个通信***910。这些推进机构906可以包括如本 文先前所描述的旋翼、螺旋桨、叶片、发动机、马达、轮子、轮轴、磁体、或喷嘴中的一项或多项。该可移动物体可以具有一个或多个、 两个或更多个、三个或更多个、或四个或更多个推进机构。这些推进 机构可以全都是同一类型的。替代地，一个或多个推进机构可以是不 同类型的推进机构。在一些实施例中，这些推进机构906能够使可移 动物体900能够从表面竖直起飞、或者竖直降落在表面上，而不需要 可移动物体900的任何水平移动(例如，不需要在跑道上滑行)。任选 地，这些推进机构906可以是可操作来准许可移动物体900以特定的 位置和/或取向在空中悬停的。
例如，可移动物体900可以具有多个水平取向的旋翼，这些旋翼 可以对该可移动物体提供升力和/或推力。该多个水平取向的旋翼可以 被致动成对可移动物体900提供竖直起飞、竖直降落、以及悬停的能 力。在一些实施例中，这些水平取向的旋翼中的一个或多个旋翼可以 用顺时针方向来转动，而水平旋翼中的一个或多个旋翼可以用逆时针 方向来转动。例如，顺时针旋翼的数量可以等于逆时针旋翼的数量。 这些水平取向的旋翼各自的旋转速度可以独立地变化以便控制每个旋 翼产生的升力和/或推力，并且由此调整可移动物体900(例如，就上 至三个平移度以及上至三个旋转度而言)的空间部署、速度、和/或加速度。
感测***908可以包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器 可以感测可移动物体900(例如，就上至三个平移度以及上至三个旋 转度而言)的空间部署、速度、和/或加速度。该一个或多个传感器可 以包括全球定位***(GPS)传感器、运动传感器、惯性传感器、接 近度传感器、或图像传感器。可以用感测***908所提供的感测数据 来控制可移动物体900的空间部署、速度、和/或取向(例如，使用如 下文所描述的适合的处理单元和/或控制模块)。替代地，可以用感测 ***908来提供与该可移动物体的周围环境相关的数据，例如天气条 件、与潜在障碍物的接近度、地理特征的位置、人造结构的位置等等。
通信***910能够通过无线信号916来与具有通信***914的终 端912进行通信。通信***910、914可以包括任意数量的、适合用于 无线通信的发射机、接收机、和/或收发机。这种通信可以是单向通信， 而使得仅能在一个方向上传输数据。例如，单向通信可能仅涉及可移 动物体900将数据传输给终端912，或反之亦然。这些数据可以是从 通信***910的一个或多个发射机传输给通信***912的一个或多个 接收机的，或反之亦然。替代地，这种通信也可以是双向通信，从而 使得可以在可移动物体900与终端912之间、在两个方向上传输数据。 这种双向通信可以涉及将数据从通信***910的一个或多个发射机传 输给通信***914的一个或多个接收机，并且反之亦然。
在一些实施例中，终端912可以将控制数据提供给可移动物体900、 载具902、和有效载荷904中的一者或多者，并且从可移动物体900、 载具902、和有效载荷904中的一者或多者接收信息(例如，该可移 动物体、载具或有效载荷的位置和/或运动信息；该有效载荷所感测到 的数据，例如有效载荷相机所捕捉的图像数据)。在某些例子中，来自 终端的控制数据可以包括针对可移动物体、载具和/或有效载荷的相对 位置、移动、致动、或控制的指令。例如，这些控制数据可以导致对 可移动物体的位置和/或取向的修正(例如，通过控制推进机构906)、 或者对有效载荷相对于可移动物体的移动的修正(例如，通过控制载 具902)。来自终端的控制数据可以导致对有效载荷的控制，例如控制 相机或其他图像捕捉装置的操作(例如，拍摄静态或动态照片、放大 或缩小、开启或关闭、切换成像模式、改变图像分辨率、变焦、改变 景深、改变曝光时间、改变视角或视野)。在某些例子中，来自可移动 物体、载具和/或有效载荷的这些通信内容包括来自(例如，感测*** 908或有效载荷904的)一个或多个传感器的信息。这些通信内容包 括来自一个或多个不同类型传感器(例如，GPS传感器、运动传感器、 惯性传感器、接近度传感器、或图像传感器)的感测信息。这样的信息可以与可移动物体、载具和/或有效载荷的方位(例如，位置、取向)、 移动或加速度相关。来自有效载荷的这样的信息可以包括有效载荷所 捕捉到的数据或所感测到的有效载荷的状态。由终端912传输的所提 供的控制数据可以被配置成控制可移动物体900、载具902和/或有效 载荷904中的一者或多者的状态。替代地或组合地，载具902和有效 载荷904还可以各自包括被配置成与终端912通信的通信模块，从而 使得该终端可以独立地与可移动物体900、载具902以及有效载荷904 中的每一者通信并且对其加以控制。
在一些实施例中，可移动物体900可以被配置成不仅与终端912 而且与另一个远程装置通信、或不是与终端912而是与另一个远程装 置通信。终端912也可以被配置成与另一个远程装置以及可移动物体 900通信。例如，可移动物体900和/或终端912可以与另一个可移动 物体、或另一个可移动物体的载具或有效载荷通信。当希望时，该远 程装置可以是第二终端或其他计算装置(例如，计算机、膝上计算机、 平板电脑、智能手机、或其他移动装置)。该远程装置可以被配置成将 数据传输给可移动物体900、接收来自可移动物体900的数据、将数 据传输给终端912、和/或接收来自终端912的数据。任选地，该远程 装置可以连接到互联网或其他电信网络，从而使得从可移动物体900 和/或终端912接收到的数据可以上传到网站或服务器。
图9是根据多个实施例的用于控制可移动物体的***1000的、借 助于框图形式的示意性展示。***1000可以是与本文所描述的***、 装置、以及方法的任何适合的实施例相组合地使用的。***1000可以 包括感测模块1002、处理单元1004、非易失性计算机可读介质1006、 控制模块1008、以及通信模块1010。
感测模块1002可以利用以不同方式收集与这些可移动物体相关 的信息的不同类型的感测器。不同类型的传感器可以感测不同类型的 信号或来自不同来源的信号。例如，这些传感器可以包括惯性传感器、 GPS传感器、接近度传感器(例如，激光雷达)、或视觉/图像传感器 (例如，相机)。感测模块1002可以操作性地联接具有多个处理器的 处理单元1004。在某些实施例中，该感测模块可以操作性地联接传输 模块1012(例如，WIFI图像传输模块)，该传输模块被配置成将感测 数据直接传输给适合的外部装置或***。例如，可以用传输模块1012 来将感测模块1002的相机所捕捉到的图像传输给远程终端。
处理单元1004可以具有一个或多个处理器，例如可编程处理器 (例如，中央处理器(CPU))。处理单元1004可以操作性地联接非易 失性计算机可读介质1006。非易失性计算机可读介质1006可以存储 可由处理单元1004执行来实现一个或多个步骤的逻辑、代码、和/或 编程指令。该非易失性计算机可读介质可以包括一个或多个存储器单 元(例如，可移动介质或如SD卡或随机存取存储器(RAM)的外部 存储器)。在某些实施例中，可以将来自感测模块1002的数据直接传 送至并存储在非易失性计算机可读介质1006的存储器单元内。非易失 性计算机可读介质1006的存储器单元可以存储可由处理单元1004执 行来实现本文所描述方法的任何适合的实施例的逻辑、代码、和/或编 程指令。例如，处理单元1004可以被配置成执行指令从而致使处理单 元1004的一个或多个处理器分析感测模块所产生的感测数据。这些存 储器单元可以存储来自所述感测模块的有待被处理单元1004处理的感测数据。在某些实施例中，可以用非易失性计算机可读介质1006的 存储器单元来存储处理单元1004所产生的处理结果。
在某些实施例中，处理单元1004可以操作性地联接被配置成控制 可移动物体的状态的控制模块1008。例如，控制模块1008可以被配 置成控制可移动物体的推进机构，以调整可移动物体相对于六个自由 度的空间布署、速度、和/或加速度。替代地或组合地，控制模块1008 可以控制载具、有效载荷、或感测模块的状态中的一者或多者。
处理单元1004可以操作性地联接无线通信模块1010，该无线通 信模块被配置成传输和/或接收来自一个或多个外部装置(例如，终端、 显示装置、或者其他遥控器)的数据。可以使用任何适合的通信手段， 例如有线通信或无线通信，如以下将进一步详细描述的。通信模块1010 可以传输和/或接收来自感测模块1002的感测数据、处理单元1004所 产生的处理结果、预定控制数据、来自终端或远程控制器的用户命令、 以及类似物中的一项或多项。在某些实施例中，通信模块1010可以被 配置成实施自适应通信模式切换，如本文在其他地方所阐述的。
可以用任何适合的构型来安排***1000的这些部件。例如，可以 使得***1000这些部件中的一者或多者位于该可移动物体、载具、有 效载荷、终端、感测***上、或者位于与以上部件中一个或多个部件 进行通信的额外的外部装置上。此外，尽管图9描绘了单一的处理单 元1004和单一的非易失性计算机可读介质1006，但本领域技术人员 应当理解，这并非旨在限制，并且***1000可以包括多个处理单元和 /或多个非易失性计算机可读介质。在某些实施例中，该多个处理单元 和/或非易失性计算机可读介质中的一者或多者可以处于不同位置，例 如，在可移动物体、载具、有效载荷、终端、感测模块、与以上部件 中一者或多者进行通信的额外的外部装置、或它们适合的组合上，从 而使得***1000所实现的处理和/或存储功能的任何适合的方面可以 是发生在上述位置中的一个或多个位置的。
虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施例，但对于本领域 技术人员而言显然这样的实施例只是以举例方式提供的。本领域技术 人员会在不偏离本发明的情况下产生到许多变体、改变和替代。应当 理解，在实践本发明的过程中可以采用本文所描述的本发明实施例的 多种不同替代方案。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并且权利 要求涵盖了在这些权利要求范围内的方法和结构及其等效物。

Claims (62)

1.一种用于为有效载荷提供关于至少两个自由度的移动的云台机构，该云台机构包括：
第一致动器，该第一致动器提供以第一致动器速度绕中央致动器轴线的旋转；
第二致动器，该第二致动器与该第一致动器共轴、提供以第二致动器速度绕该中央致动器轴线的旋转；以及
差动构件，该差动构件包括差动齿轮和轴，该差动齿轮***作性地联接到该第一致动器和该第二致动器上，该轴在该第一致动器与该第二致动器之间延伸，该轴具有联接到该差动齿轮上的输入端和联接到该有效载荷上的输出端，
其中该差动构件被配置成绕差动构件轴线自由旋转，该差动构件轴线沿该轴的长度延伸，并且
其中该有效载荷被配置成基于该第一致动器速度和该第二致动器速度来绕该中央致动器轴线、该差动构件轴线、或两者旋转；
其中，该差动构件绕该差动构件轴线旋转的角速度是与该第一致动器速度和该第二致动器速度之间的差线性相关的。
2.如权利要求1所述的云台机构，其中，该轴横过该中央致动器轴线。
3.如权利要求1所述的云台机构，其中，该云台机构被配置成对该有效载荷提供绕该中央致动器轴线的完全旋转。
4.如权利要求1所述的云台机构，其中，该云台机构被配置成对该有效载荷提供绕该差动构件轴线的完全旋转。
5.如权利要求1所述的云台机构，其中，该云台机构被联接到飞行器上。
6.如权利要求1所述的云台机构，其中，该中央致动器轴线和该差动构件轴线被定位成相对彼此处于非零的角度。
7.如权利要求6所述的云台机构，其中，该角度是90度。
8.如权利要求1所述的云台机构，其中，该第一致动器和该第二致动器是独立致动的。
9.如权利要求1所述的云台机构，其中，该第一致动器和该第二致动器在相对于彼此的位置和取向上是固定的。
10.如权利要求1所述的云台机构，进一步包括中央框架，其中该中央框架支持着该第一致动器、该第二致动器、以及该差动构件。
11.如权利要求10所述的云台机构，其中，该中央框架的纵向轴线与该中央致动器轴线共轴。
12.如权利要求10所述的云台机构，其中，该中央框架包括中央联结构件，该中央联结构件提供绕该中央致动器轴线和绕该差动构件轴线的自由旋转。
13.如权利要求12所述的云台机构，其中，该中央联结构件包括致动器联结部件和差动联结部件，该致动器联结部件提供绕该中央致动器轴线的自由旋转，该差动联结部件提供绕该差动构件轴线的自由旋转。
14.如权利要求13所述的云台机构，其中，该致动器联结部件与该差动联结部件是彼此正交的。
15.如权利要求1所述的云台机构，其中，该第一致动器和该第二致动器包括固定地联接到接合机构上的转子，该接合机构被配置成接合该差动齿轮。
16.如权利要求15所述的云台机构，其中，该接合机构包括致动器齿轮或摩擦轮。
17.如权利要求15所述的云台机构，其中，该接合机构是锥形的。
18.如权利要求1所述的云台机构，其中，如果该第一致动器速度和该第二致动器速度相同的话，该有效载荷仅绕该中央致动器轴线和该差动构件轴线之一旋转。
19.如权利要求1所述的云台机构，其中，如果该第一致动器速度和该第二致动器速度不同的话，该有效载荷绕该中央致动器轴线和该差动构件轴线二者旋转。
20.如权利要求1所述的云台机构，其中，该有效载荷包括相机。
21.如权利要求20所述的云台机构，其中，该相机的光学轴线是可调整的。
22.如权利要求20所述的云台机构，其中，该相机的光学轴线与该中央致动器轴线和该差动构件轴线两者都正交。
23.如权利要求20所述的云台机构，其中，该相机的光学轴线平行于该中央致动器轴线。
24.如权利要求20所述的云台机构，其中，该相机的光学轴线平行于该差动构件轴线。
25.如权利要求1所述的云台机构，进一步包括提供绕第三致动器轴线的旋转的第三致动器，该第三致动器轴线不同于该中央致动器轴线和该差动构件轴线。
26.如权利要求25所述的云台机构，其中，该第三致动器被联接到该轴的输出端上。
27.如权利要求25所述的云台机构，其中，该第三致动器轴线与该中央致动器轴线和该差动构件轴线两者都正交。
28.如权利要求25所述的云台机构，其中，该有效载荷被联接到该第三致动器上。
29.如权利要求1所述的云台机构，其中，该云台机构被联接到无人飞行器上。
30.如权利要求29所述的云台机构，其中，该云台机构是通过中央框架联接到无人飞行器上的，该中央框架支持着该第一致动器、该第二致动器、该差动构件、以及该有效载荷。
31.如权利要求1所述的云台机构，其中，该云台机构被联接到飞行器上、并且被配置成对该有效载荷提供绕该中央致动器轴线的完全旋转以及绕该差动构件轴线的完全旋转。
32.一种用于为有效载荷提供关于至少两个自由度的移动的方法，该方法包括：
提供云台机构，该云台机构包括第一致动器、第二致动器、以及差动构件，其中该差动构件包括差动齿轮和轴，该差动齿轮***作性地联接到该第一致动器和该第二致动器上，该轴在该第一致动器与该第二致动器之间延伸，该轴以输入端联接到该差动齿轮上；
将该有效载荷联接到该轴的输出端上；并且
致动该第一致动器和该第二致动器中的一者或多者，
其中该第一致动器和该第二致动器被配置成提供绕中央致动器轴线的旋转，并且该差动构件被配置成提供绕差动构件轴线的旋转，并且
其中该有效载荷被配置成基于该第一致动器速度和该第二致动器速度来绕该中央致动器轴线、该差动构件轴线、或两者旋转；
其中，该差动构件绕该差动构件轴线旋转的角速度是与该第一致动器速度和该第二致动器速度之间的差线性相关的。
33.如权利要求32所述的方法，其中，该轴横过该中央致动器轴线。
34.如权利要求32所述的方法，其中，该云台机构被配置成对该有效载荷提供绕该中央致动器轴线的完全旋转。
35.如权利要求32所述的方法，其中，该云台机构被配置成对该有效载荷提供绕该差动构件轴线的完全旋转。
36.如权利要求32所述的方法，其中，该云台机构被联接到飞行器上。
37.如权利要求32所述的方法，其中，该中央致动器轴线和该差动构件轴线被定位成相对彼此处于非零的角度。
38.如权利要求37所述的方法，其中，该角度是90度。
39.如权利要求32所述的方法，其中，该第一致动器和该第二致动器是独立致动的。
40.如权利要求32所述的方法，其中，该第一致动器和该第二致动器在相对于彼此的位置和取向上是固定的。
41.如权利要求32所述的方法，其中，中央框架支持着该第一致动器、该第二致动器、以及该差动构件。
42.如权利要求41所述的方法，其中，该中央框架的纵向轴线与该中央致动器轴线共轴。
43.如权利要求41所述的方法，其中，该中央框架包括中央联结构件，该中央联结构件提供绕该中央致动器轴线和绕该差动构件轴线的自由旋转。
44.如权利要求43所述的方法，其中，该中央联结构件包括致动器联结部件和差动联结部件，该致动器联结部件提供绕该中央致动器轴线的自由旋转，该差动联结部件提供绕该差动构件轴线的自由旋转。
45.如权利要求44所述的方法，其中，该致动器联结部件与该差动联结部件是彼此正交的。
46.如权利要求32所述的方法，其中，该第一致动器和该第二致动器包括固定地联接到接合机构上的转子，该接合机构被配置成接合该差动齿轮。
47.如权利要求46所述的方法，其中，该接合机构包括致动器齿轮或摩擦轮。
48.如权利要求46所述的方法，其中，该接合机构是锥形的。
49.如权利要求32所述的方法，其中，如果该第一致动器速度和该第二致动器速度相同的话，该有效载荷仅绕该中央致动器轴线和该差动构件轴线之一旋转。
50.如权利要求32所述的方法，其中，如果该第一致动器速度和该第二致动器速度不同的话，该有效载荷绕该中央致动器轴线和该差动构件轴线二者旋转。
51.如权利要求32所述的方法，其中，该有效载荷包括相机。
52.如权利要求51所述的方法，其中，该相机的光学轴线是可调整的。
53.如权利要求51所述的方法，其中，该相机的光学轴线与该中央致动器轴线和该差动构件轴线两者都正交。
54.如权利要求51所述的方法，其中，该相机的光学轴线平行于该中央致动器轴线。
55.如权利要求51所述的方法，其中，该相机的光学轴线平行于该差动构件轴线。
56.如权利要求32所述的方法，其中，该云台机构进一步包括提供绕第三致动器轴线的旋转的第三致动器，该第三致动器轴线不同于该中央致动器轴线和该差动构件轴线，并且其中，致动包括致动该第一致动器、该第二致动器、以及该第三致动器中的一者或多者。
57.如权利要求56所述的方法，其中，该第三致动器被联接到该轴的输出端上。
58.如权利要求56所述的方法，其中，该第三致动器轴线与该中央致动器轴线和该差动构件轴线两者都正交。
59.如权利要求56所述的方法，其中，该有效载荷被联接到该第三致动器上。
60.如权利要求32所述的方法，其中，该云台机构被联接到无人飞行器上。
61.如权利要求60所述的方法，其中，该云台机构是通过中央框架联接到无人飞行器上的，该中央框架支持着该第一致动器、该第二致动器、该差动构件、以及该有效载荷。
62.如权利要求32所述的方法，其中，该云台机构被联接到飞行器上、并且被配置成对该有效载荷提供绕该中央致动器轴线的完全旋转以及绕该差动构件轴线的完全旋转。
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