專利名稱：三自由度慣性穩(wěn)定航拍云臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于航拍的穩(wěn)定云臺，具體的說是涉及一種無人直升機航空拍
攝、監(jiān)測時應(yīng)用的一種可控的，用來承載攝像機或照相機實現(xiàn)穩(wěn)定拍攝的三自由度慣性穩(wěn)定航拍云臺。
背景技術(shù)：
無人機具有體積小、重量輕、費用低、操作靈活和安全性高的特點，可廣泛應(yīng)用于航拍、監(jiān)測、搜救、資源勘查等領(lǐng)域。由于無人機本身存在高頻震動和低頻抖動，需要配置航拍穩(wěn)定平臺用來搭載攝像機、照相機以實現(xiàn)穩(wěn)定拍攝。目前應(yīng)用的航拍穩(wěn)定平臺多是通過電子設(shè)備檢測攝像機或照相機的姿態(tài)變化，控制舵機反向補償來實現(xiàn)攝像機或照相機的穩(wěn)定。由于電子設(shè)備都存在滯后性，導(dǎo)致這些電子穩(wěn)定平臺響應(yīng)時間長，舵機調(diào)整慢，很難消除高頻率震動對圖像質(zhì)量的影響。其他的一些機械穩(wěn)定平臺，由于采用簡單的機械結(jié)構(gòu)，靈活性不高，不能消除由于低頻晃動或機體傾斜造成的影響，因此也很難拍攝出高質(zhì)量的圖像，無法滿足專業(yè)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于既要消除電子穩(wěn)定平臺不能解決的高頻震動，也要消除一般的機械穩(wěn)定平臺不能解決的低頻抖動和機體傾斜等造成的圖像不穩(wěn)定問題，而且能夠根據(jù)拍攝需要調(diào)整攝像角度，獲取最佳的拍攝效果。 本發(fā)明應(yīng)用的主要原理是采用了大慣性的機械穩(wěn)定陀螺實現(xiàn)拍攝的穩(wěn)定。機械陀螺在高速旋轉(zhuǎn)時能夠保持旋轉(zhuǎn)軸不變，而且由于其慣性大，所以穩(wěn)定性很強，配上靈活的機械結(jié)構(gòu)，此平臺能夠?qū)崿F(xiàn)非常穩(wěn)定的航空拍攝。 本發(fā)明包括穩(wěn)定裝置部分、傳動裝置部分以及攝像裝置三個部分。 所述穩(wěn)定裝置部分包括連接于機構(gòu)支架I和機構(gòu)支架II上的水平旋轉(zhuǎn)架，所述水
平旋轉(zhuǎn)架框架中安裝有十字形連接機構(gòu)以及機械陀螺，十字形連接機構(gòu)由內(nèi)架以及外架組
成，內(nèi)架上固定機械陀螺。 所述傳動裝置部分包括固定于外架一側(cè)軸上的傳動桿I以及傳動桿II，傳動桿I和傳動桿II的另一端連接至固定于懸掛U型架上的舵機軸上，懸掛U型架一側(cè)上設(shè)有自由軸，自由軸上安裝舵機，舵機軸與自由軸同軸，舵機軸上固定舵機轉(zhuǎn)盤。 所述攝像裝置部分包括與水平旋轉(zhuǎn)架垂直連接的懸掛U型架及固定于懸掛U型架上的相機底板。 以上所述機構(gòu)支架I和機構(gòu)支架II的中心都裝有軸承座，并且同軸，水平旋轉(zhuǎn)架通過該軸承座分別與兩機構(gòu)支架連接。 以上所述水平旋轉(zhuǎn)架由一個矩形框架和U形框架兩部分組成，矩形框架部分兩端頭分別插裝于兩機構(gòu)支架中心的軸承座內(nèi)。 以上所述外架兩側(cè)裝有軸承，外架通過該軸承連接到水平旋轉(zhuǎn)架上。
以上所述水平旋轉(zhuǎn)架的U形框架部分末端設(shè)軸承座，懸掛U型架兩側(cè)U型框上分
別設(shè)有U型架轉(zhuǎn)軸及自由軸，插裝于軸承座內(nèi)將水平旋轉(zhuǎn)架與U型架兩端相連。 本發(fā)明能夠消除由于飛機高頻和低頻震動對航拍圖像造成的影B向，以及由于機體
本身傾斜造成的畫面傾斜的問題，能夠拍攝出非常清晰、穩(wěn)定的圖像，不需要經(jīng)過任何消抖 處理，在線路檢測、定點監(jiān)測、航拍等應(yīng)用中取得了良好的效果。本發(fā)明設(shè)計新穎、穩(wěn)定性 強，能夠滿足大部分高質(zhì)量航拍要求。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)俯視圖。 圖2為本發(fā)明機械陀螺及十字連接機構(gòu)主視圖。 圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)左視圖。 圖4為本發(fā)明相機懸掛架結(jié)構(gòu)主視圖。 圖5為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立體圖。 圖6為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)分解圖。 圖7為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖。 圖例中，l.相機底板，2.機械陀螺，3.水平旋轉(zhuǎn)架，4.懸掛U型架，5.機構(gòu)支架I， 6.機構(gòu)支架I1，7.十字形連接框架外架，8.十字形連接框架內(nèi)架，9.軸承座，IO.傳動桿I， 11.舵機，12.減震橡膠，13.U型架轉(zhuǎn)軸，14.支撐梁，15.傳動桿I1，16.舵機轉(zhuǎn)盤，17.自由 軸，18.舵機軸。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明相關(guān)結(jié)構(gòu)及工作原理進行說明，該實施例的描述 為解釋性而非限制性的，其為本發(fā)明專利較佳的實現(xiàn)方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在該專利權(quán) 利要求保護范圍之內(nèi)對該實施例所做的任何修改、變更或替換均應(yīng)視為侵犯本專利權(quán)。
如圖1所示，本發(fā)明包括穩(wěn)定裝置部分、傳動裝置部分以及攝像裝置部分。穩(wěn)定裝
置部分技術(shù)核心是利用機械陀螺在高速旋轉(zhuǎn)時能保持穩(wěn)定的特性來保證整個航拍平臺的 穩(wěn)定。在機構(gòu)的中部和后部分別安裝了機構(gòu)支架I 5和機構(gòu)支架I1 6，在機構(gòu)支架I 5和 機構(gòu)支架II 6的中心都裝有軸承座，并且同軸，水平旋轉(zhuǎn)架3通過該軸承座分別與機構(gòu)支 架5和6連接，并可以繞該軸旋轉(zhuǎn)。所述水平旋轉(zhuǎn)架3由一個矩形框架和U形框架兩部分 組成，上部為矩形框架部分，其兩端頭分別插裝于機構(gòu)支架5和6中心的軸承座內(nèi)，使水平 旋轉(zhuǎn)架3可以在機構(gòu)支架5和6之間左右擺動。該矩形框架中安裝有十字形連接機構(gòu)以及 機械陀螺2。十字形連接機構(gòu)由十字形連接框架內(nèi)架8以及十字形連接框架外架7組成，外 架7兩側(cè)裝有軸承，外架7通過該軸承連接到水平旋轉(zhuǎn)架3上，保證整個陀螺及連接裝置具 有一個前后運動的自由度。外架7上留有螺孔，安裝時可以上下調(diào)整陀螺的重心位置。當(dāng) 飛機發(fā)生左右晃動時，陀螺由于慣性作用始終保持豎直，水平旋轉(zhuǎn)架3與機械陀螺2相連， 會始終保持與機械陀螺2垂直，而保證了平臺在左右方向上的水平，如圖2及圖3示。
所述傳動裝置部分包括固定于外架7—側(cè)軸上的傳動桿I 10以及傳動桿II15，傳 動桿IIO和傳動桿II 15的另一端連接至固定于懸掛U型架4上的舵機軸18上。當(dāng)陀螺 前后擺動時，通過傳動桿110及傳動桿1115，將力傳給懸掛U型架4上的舵機軸18 ;當(dāng)舵機
4保持在某一特定角度時，平臺始終保持穩(wěn)定。懸掛U型架4一側(cè)上設(shè)自由軸17，自由軸上安 裝舵機ll，舵機軸18與自由軸17同軸，舵機軸上固定舵機轉(zhuǎn)盤16，如圖3及圖4所示。
所述攝像裝置部分包括與水平旋轉(zhuǎn)架3垂直連接的懸掛U型架4及固定于懸掛U 型架4上的相機底板1，相機底板1上固定攝像機或照相機。水平旋轉(zhuǎn)架3的U形框架部分 末端設(shè)軸承座9，懸掛U型架4兩側(cè)U型框上分別設(shè)有U型架轉(zhuǎn)軸13及自由軸17，插裝于 軸承座9內(nèi)將水平旋轉(zhuǎn)架3與U型架4兩端相連，如圖1、圖4及圖5示。懸掛U型架4的 U形框上設(shè)有螺孔，可以上下調(diào)整懸掛U型架4的高度，以減小陀螺轉(zhuǎn)動時的阻力。舵機11 安裝在懸掛U形架4的一邊，可以通過遙控器控制舵機11的旋轉(zhuǎn)角度以調(diào)整相機的視角。 相機底板1可以前后、左右移動，用來調(diào)整整個平臺的重心。十字形連接框架7通過傳動桿 10和15與懸掛U型架4相連。 本發(fā)明的工作原理為當(dāng)飛機發(fā)生左右晃動時，陀螺由于慣性作用始終保持豎直， 水平旋轉(zhuǎn)架3與機械陀螺2相連，會始終保持與機械陀螺2垂直，而懸掛U形架4與水平旋 轉(zhuǎn)架3垂直連接，因此懸掛U形架4可保持水平以保持安置其上的相機或攝像機保持水平； 當(dāng)飛機發(fā)生前后晃動時，機械陀螺2由于慣性作用始終保持豎直，由于傳動桿I 10及傳動 桿II 15連接于陀螺與舵機軸之間，可以保持懸掛U型架4與陀螺同步，保證了懸掛U形架 4在前后方向上相對地面始終處于水平，同時安置其上的相機或攝像機保持水平。當(dāng)需要進 行調(diào)節(jié)拍攝時，利用遙控器調(diào)整舵機ll，舵機軸18以自由軸17及U型架轉(zhuǎn)軸13前后轉(zhuǎn)動， 帶動懸掛U形架4及其上的相機或攝像機轉(zhuǎn)動，達(dá)到調(diào)節(jié)相機或攝像機俯仰視角的目的，可 以使相機始終對準(zhǔn)拍攝對象拍攝，保證了相機拍攝的穩(wěn)定性。 機構(gòu)支架5和6兩端頭設(shè)置有螺孔，兩根支撐梁14通過該螺孔與機構(gòu)支架5和6 固定連接。支撐梁14上設(shè)有螺孔，直升機機體通過該螺孔與該云臺固定連接。支撐梁14 與直升機起落架之間設(shè)有減震橡膠12，如圖6、圖7所示。減震橡膠12可以吸收飛機在飛 行過程中產(chǎn)生的低頻震動，而高頻震動會被陀螺濾去，得到穩(wěn)定的拍攝畫面。
權(quán)利要求
三自由度慣性穩(wěn)定航拍云臺，包括穩(wěn)定裝置部分、傳動裝置部分以及攝像裝置部分，其特征在于所述穩(wěn)定裝置部分包括連接于機構(gòu)支架I(5)和機構(gòu)支架II(6)上的水平旋轉(zhuǎn)架(3)，所述水平旋轉(zhuǎn)架(3)框架中安裝有十字形連接機構(gòu)以及機械陀螺(2)，十字形連接機構(gòu)由內(nèi)架(8)以及外架(7)組成，內(nèi)架(8)上固定機械陀螺(2)；所述傳動裝置部分包括固定于外架(7)一側(cè)軸上的傳動桿I(10)以及傳動桿II(15)，傳動桿I和傳動桿II的另一端連接至固定于懸掛U型架(4)上的舵機軸(18)上，懸掛U型架(4)一側(cè)上設(shè)有自由軸(17)，自由軸上安裝舵機(11)，舵機軸(18)與自由軸(17)同軸，舵機軸上固定舵機轉(zhuǎn)盤(16)；所述攝像裝置部分包括與水平旋轉(zhuǎn)架(3)垂直連接的懸掛U型架(4)及固定于懸掛U型架(4)上的相機底板(1)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三自由度慣性穩(wěn)定航拍云臺，其特征在于，所述機構(gòu)支架 1(5)和機構(gòu)支架I1(6)的中心都裝有軸承座，并且同軸，水平旋轉(zhuǎn)架(3)通過該軸承座分別 與機構(gòu)支架(5)和(6)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度慣性穩(wěn)定航拍云臺，其特征在于，所述水平旋轉(zhuǎn)架 (3)由一個矩形框架和U形框架兩部分組成，矩形框架部分兩端頭分別插裝于機構(gòu)支架(5) 和(6)中心的軸承座內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三自由度慣性穩(wěn)定航拍云臺，其特征在于，外架(7)兩側(cè)裝有 軸承，外架(7)通過該軸承連接到水平旋轉(zhuǎn)架(3)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的三自由度慣性穩(wěn)定航拍云臺，其特征在于，所述水 平旋轉(zhuǎn)架(3)的U形框架部分末端設(shè)軸承座(9)，懸掛U型架(4)兩側(cè)U型框上分別設(shè)有U 型架轉(zhuǎn)軸(13)及自由軸(17)，插裝于軸承座(9)內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三自由度慣性穩(wěn)定航拍云臺，其特征在于，機構(gòu)支架(5)和 (6)兩端頭設(shè)置螺孔，支撐梁(14)通過該螺孔與機構(gòu)支架(5)和(6)固定連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的三自由度慣性穩(wěn)定航拍云臺，其特征在于，所述支撐梁(14) 上設(shè)有螺孔，直升機機體通過該螺孔與該云臺固定連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的三自由度慣性穩(wěn)定航拍云臺，其特征在于，支撐梁(14)與直 升機起落架之間設(shè)有減震橡膠(12)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三自由度慣性穩(wěn)定航拍云臺，其包括穩(wěn)定裝置、傳動裝置以及攝像裝置三個部分，主要原理是采用了大慣性的機械穩(wěn)定陀螺實現(xiàn)拍攝的穩(wěn)定。云臺支架上連接水平旋轉(zhuǎn)架，水平旋轉(zhuǎn)架上連接機械陀螺構(gòu)成穩(wěn)定裝置，穩(wěn)定裝置通過傳動裝置與攝像裝置相連，能夠?qū)崿F(xiàn)陀螺與相機垂直方向的同步運動，依靠陀螺的穩(wěn)定性實現(xiàn)相機的穩(wěn)定拍攝。本發(fā)明能夠消除由于飛機高頻和低頻震動對航拍圖像造成的影響，以及由于機體本身傾斜造成的畫面傾斜的問題，能夠拍攝出非常清晰、穩(wěn)定的圖像，不需要經(jīng)過任何消抖處理，在線路檢測、定點監(jiān)測、航拍等應(yīng)用中取得了良好的效果。本發(fā)明設(shè)計新穎、穩(wěn)定性強，能夠滿足大部分高質(zhì)量航拍要求。
文檔編號B64D47/00GK101734377SQ200910258080
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者李毅, 汪滔 申請人:深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司