一种三轴云台、拍摄机器人及控制方法与流程

本发明涉及一种三轴云台、采用该三轴云台的拍摄机器人及控制方法。

背景技术：

自动云台装置是用于安装拍摄装置的支撑工作台，拍摄装置安装在云台上，通过对云台的控制，调整云台，使拍摄装置朝向拍摄目标稳定的转动，以实现追踪目标拍摄，以及移动中进行拍摄时能达到迅速稳定地控制拍摄装置保持在确定的姿态上的效果。

现有自动云台设备多沿袭无人机云台的结构。在拍摄过程中，主要追求增稳的效果，对于追踪目标拍摄的拍摄场景适用性差。

如附图1所示，为传统的三轴云台装置，包括控制航向轴的航向轴电机、控制俯仰轴的俯仰轴电机和控制横滚轴的横滚轴电机，航向轴与横滚轴连接，俯仰轴与横滚轴连接。初始时默认为横拍状态，横拍时三轴均可用。当由横拍转换为竖拍时，如附图2所示，横滚轴转动90度，此时俯仰轴与航向轴平行，失去俯仰功能，云台仅剩航向与横滚两轴功能，云台失去俯仰轴调整功能，云台失去三轴工作能力。为保证横拍和竖拍时三轴均可用，故横滚轴转动角度均限制在一定的范围内，一般限制在+45度到-45度范围内。拍摄设备置于云台之上时，只能横拍或者只能竖拍，在需要相机拍摄角度变化（横拍--竖拍、竖拍--横拍）的拍摄行为中无法使用。

另外，现有的航向轴电机通常是在两侧进行电气线路的连接。由于线路分布在两侧，因此航向轴电机在转动的过程中就会受到限制，无法无限制的进行圆周转动，如果转动角度过大，势必会造成线路缠绕。因此，航向轴转动角度也限制在一定的范围内，一般限制在+270度到-270度范围内，在追踪目标拍摄场景下，当拍摄目标围绕拍摄装置沿一个方向旋转时，上述自动云台设备无法完成拍摄。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种跟踪拍摄效果好的三轴云台、拍摄机器人和控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种三轴云台，包括底座、横滚轴电机、俯仰轴电机和航向轴电机，所述航向轴电机安装在底座上，该底座上装设有第三连接件，该第三连接件内设有第二控制模块，该第二控制模块与航向轴电机连接，航向轴电机带动第三连接件圆周旋转；

俯仰轴电机安装在第三连接件上，该俯仰轴电机还装接有第二连接件，俯仰轴电机带动第二连接件圆周转动；

横滚轴电机安装在第二连接件内，该第二连接件内设有第一控制模块，该第一控制模块与横滚轴电机连接，第一控制模块上还连接有用于与负载连接的第一连接件，横滚轴电机带动第一连接件圆周转动；

第二控制模块包括有电池、电源管理模块和云台控制模块，横滚轴电机、俯仰轴电机和航向轴电机均通过线路与该电池、电源管理模块和云台控制模块连接。

所述航向轴电机的底面与底座直接接触安装，第二控制模块中的电池、电源管理模块通过线路与航向轴电机的上端连接，该第二控制模块由航向轴电机带动同步转动。

所述第三连接件包括连接杆和连接座，连接座设在底座上并将航向轴电机、第二控制模块容装在内，连接杆下部与连接座连接，俯仰轴电机安装在连接杆上部。

所述第二连接件为内部具有空腔的壳体，俯仰轴电机装接在该壳体的外表面，横滚轴电机和第一控制模块设在该壳体的内部。

所述底座的底面设有安装接孔。

所述第一控制模块包括无线通信模块、图像处理模块和图像存储模块，第二控制模块还包括音频采集与处理模块。

一种拍摄机器人，包括负载和三轴云台，负载与第一连接件连接，并且该负载与第二连接件连接。

一种三轴云台的控制方法，包括以下步骤：

在第二连接件上安装拍摄相机，该拍摄相机通过第一连接件与第一控制模块连接；

根据拍摄需求，进行拍摄模式的转换，该拍摄模式包括横拍模式、竖拍模式和旋转拍摄模式；

若为横拍模式时，横滚轴电机、俯仰轴电机和航向轴电机均可正常运行；

若由横拍模式转为竖拍模式时，横滚轴电机转动带动第一控制模块和第一连接件转动90度，使得拍摄相机转动90度进入竖拍模式，第二连接件保持不动，此时横滚轴电机、俯仰轴电机和航向轴电机均可正常运行；

若为旋转拍摄模式时，航向轴电机上端与第二控制模块进行电气路线和机械连接，航向轴电机带动该第二控制模块和第三连接件同步圆周转动，带动第二连接件转动，进而带动拍摄相机旋转转动。

本发明跟踪能力强，在横拍、竖拍和旋转拍摄模式下，三轴均可正常使用，提高了跟踪拍摄效果。

附图说明

附图1为现有技术中的三轴云台的立体结构示意图；

附图2为现有技术中的三轴云台处于竖拍时的状态示意图；

附图3为本发明三轴云台装配相机后形成的拍摄机器人的立体结构示意图；

附图4为附图3的剖面结构示意图；

附图5为本发明中竖拍时的状态示意图；

附图6为本发明旋转拍摄的状态一示意图；

附图7为本发明旋转拍摄的状态二示意图；

附图8为本发明旋转拍摄的状态三示意图；

附图9为本发明另一视角的立体结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如附图3、4和5所示，本发明揭示了一种三轴云台，包括底座10、横滚轴电机4、俯仰轴电机6和航向轴电机9，所述航向轴电机9安装在底座10上，该底座10上装设有第三连接件7，该第三连接件7内设有第二控制模块8，该第二控制模块8与航向轴电机9连接，航向轴电机9带动第三连接件7圆周旋转； 俯仰轴电机6安装在第三连接件7上，该俯仰轴电机6还装接有第二连接件5，俯仰轴电机6带动第二连接件5圆周转动；横滚轴电机4安装在第二连接件5内，该第二连接件5内设有第一控制模块3，该第一控制模块3与横滚轴电机4连接，第一控制模块3上还连接有用于与负载（相机）1连接的第一连接件2，横滚轴电机4带动第一连接件2圆周转动。从而实现三轴运动。负载1可与第二连接件5装配，并且同时通过第一连接件2与第一控制模块3连接。第二控制模块8包括有电池、电源管理模块和云台控制模块，横滚轴电机、俯仰轴电机和航向轴电机均通过线路与该电池、电源管理模块和云台控制模块连接。电池、电源管理模块为各个电机进行供电，并且提供电路控制，云台控制模块则用于控制各个电机的具体动作情况。

航向轴电机9的底面与底座10直接接触安装，第二控制模块中的电池、电源管理模块通过线路与航向轴电机的上端连接并进行供电，该第二控制模块由航向轴电机带动同步转动。通过将电气线路设置在航向轴电机的上端，并且使得航向轴电机与第二控制模块进行电气和机械连接固定，确保航向轴电机带动第二控制模块同步转动。从而使得航向轴电机的两侧没有分布线路，进而确保航向轴电机的旋转不会受到限制，使得航向轴电机在圆周上的转动没有限制，以实现更好的跟踪拍摄。

所述第三连接件7包括连接杆71和连接座72，连接座72设在底座10上并将航向轴电机9、第二控制模块8容装在内，连接杆71下部与连接座72连接，俯仰轴电机6安装在连接杆71上部。

所述第二连接件5为内部具有空腔的壳体，俯仰轴电机6装接在该壳体的外表面，横滚轴电机和第一控制模块设在该壳体的内部。横滚轴电机4带动第一控制模块3和第一连接件2转动时，第二连接件5保持不动。俯仰轴电机6带动第二连接件5转动时，装在第二连接件内的横滚轴电机、第一控制模块等也一起跟随转动，其转动方向与横滚轴电机带动第一连接件转动的方向垂直。

如附图9所示，所述底座10的底面设有安装接孔11，可便于与三角架安装固定，或者其他支撑物固定连接。

所述第一控制模块包括无线通信模块、图像处理模块和图像存储模块，主要用于与外界终端通讯连接，以及进行图像处理、传送、存储等。第二控制模块还包括音频采集与处理模块。

如附图3和5所示，一种拍摄机器人，包括负载（相机）1和三轴云台，负载1与第一连接件2连接，并且该负载1与第二连接件5连接。横滚轴电机带动相机在横滚轴方向的转动，俯仰轴电机带动相机在俯仰轴方向的转动，航向轴电机带动相机航向轴方向的转动。从而便于跟踪拍摄。

此外，本发明还揭示了一种三轴云台的控制方法，包括以下步骤：

在第二连接件上安装拍摄相机，该拍摄相机通过第一连接件与第一控制模块连接。

根据拍摄需求，进行拍摄模式的转换，该拍摄模式包括横拍模式、竖拍模式和旋转拍摄模式。

若为横拍模式时，横滚轴电机、俯仰轴电机和航向轴电机均可正常运行。

若由横拍模式转为竖拍模式时，横滚轴电机转动带动第一控制模块和第一连接件转动90度，使得拍摄相机转动90度进入竖拍模式，第二连接件保持不动，此时横滚轴电机、俯仰轴电机和航向轴电机均可正常运行。

若为旋转拍摄模式时，航向轴电机带动第三连接件圆周转动，带动第二连接件转动，进而带动拍摄相机旋转转动。

本发明中，具有横拍、竖拍和旋转拍摄模式，并且，在各个模式当中，横滚轴电机、俯仰轴电机和航向轴电机分别互不干扰，均能够正常使用。

如附图3所示，为横拍模式，此时横滚轴电机、俯仰轴电机和航向轴电机均能够根据需要进行各自的动作。也可以锁定住横滚轴电机，其他两个电机进行运动，从而实现不同方便的跟踪拍摄。

如附图4所示，由模拍模式转换为竖拍模式，此时俯仰轴电机仍然保持在原来位置，不会与航向轴电机产生相互干扰，各自仍然能够自由转动和正常使用。此模式下，横滚轴电机、俯仰轴电机和航向轴电机也都能够正常使用。

如附图3、6-8所示，为单独旋转拍摄模式，此时先将相机处于横拍模式或者竖拍模式后，就暂时锁定横滚轴电机或者俯仰轴电机，只启动航向轴电机，能够自由旋转。或者不锁定横滚轴电机和俯仰轴电机，在航向轴电机带动第三连接件转动的过程中，横滚轴电机和俯仰轴电机也可以启动使用，从而带动第一连接件和第二连接件转动，实现更为准确的跟踪拍摄。由于航向轴电机上端与第二控制模块进行电气路线和机械连接，航向轴电机带动该第二控制模块和第三连接件同步圆周转动，带动第二连接件转动，进而带动拍摄相机旋转转动。因此，航向轴电机在转动的过程中，不会受到线路的限制，圆周转动角度不会受到限制。

也就是说，不管在哪一种拍摄模式中，横滚轴电机、俯仰轴电机和航向轴电机都不会相互干扰，彼此能够正常使用，具有较强的跟踪拍摄能力。

需要说明的是，以上所述并非是对本发明技术方案的限定，在不脱离本发明的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。