主动稳定的有效负载支撑装置和方法制造方法及图纸

一种用于视频摄像机有效负载的有效负载稳定器。该稳定器具有反馈系统，该反馈系统通过云台为有效负载提供补充转矩同时保持对于直接操作员控制的响应。

Active and stable load supporting devices and methods

An effective load stabilizer for video camera payloads. The stabilizer has a feedback system that provides complementary torque to the payload by the cloud platform and maintains response to direct operator control at the same time.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】主动稳定的有效负载支撑装置和方法相关申请的交叉引用对于可申请的国家，本申请是于2014年5月1日提交的第14/267,500号美国专利申请的部分继续申请，该美国专利申请是于2012年11月2日提交的第PCT/US2012/063298号国际专利申请的国家阶段部分继续申请，该国际专利申请要求于2012年1月17日提交的第61/587,439号美国临时专利申请以及于2011年11月2日提交的第61/554,676号美国临时专利申请的优先权。本申请还直接要求于2015年5月22日提交的第62/165,461号美国临时专利申请以及于2015年6月15日提交的第62/175,666号美国临时专利申请的优先权。专利技术背景本专利技术总体上涉及惯性稳定设备和方法，并且能够应用于有效负载，诸如例如包括便携式摄影机和电影摄像机的图像捕捉设备。移动摄影机或摄像机通常需要角稳定性和空间稳定性，以获得流畅的高质量结果。一种类型的稳定器是被动惯性摄像机稳定器。被动惯性摄像机稳定器减小了或避免了不希望的角运动和空间运动，同时还能从直接操作员控制受益。被动惯性稳定器用来支撑各种摄像机，包括例如轻量级手持式摄像机和大型摄像机。大多数被动稳定器需要大量的训练时间和努力从而能够在使用时在技术上是熟练的。用于轻量级摄像机的具有减小的惯性矩的被动稳定系统的有效应用可能需要更多的技能和技术。尽管各种摄像机稳定系统是可供使用的，在提供有效负载平台的连续的稳定控制方面仍存在挑战。特别地，需要一种用于迷你/轻量级摄像机的主动稳定器系统。
技术实现思路
公开了主动稳定的有效负载支撑装置的实施例。该有效负载支撑装置具有带有第一云台轴线(例如横摇轴线)和第二云台轴线(例如倾斜轴线)的云台，其中，云台轴线垂直于该第二云台轴线。云台具有转矩生成器系统，该转矩生成器系统包括用于一个或多个云台轴线的转矩生成器。在示例性实施例中，转动测量设备测量平移轴或平移运动的表示第三云台轴线的转动角θ。处理设备被配置成接收角度θ，并且存储有可执行计算机代码的一个或多个非瞬态存储设备操作性地连接到该一个或多个处理设备。当执行该代码时，算法获得第一云台轴线转矩和第二云台轴线转矩。转矩生成器然后生成第一云台轴线转矩和第二云台轴线转矩。还公开了可以用于本文公开的方法的有效负载支撑装置。支撑件和稳定装置的说明性装置具有布置在云台的齿轮处或附近的组合，以实现转矩校正。齿轮可以是扇形齿轮和驱动齿轮、直接驱动配置或其他合适的部件的组合，以实现转矩。在示例性实施例中，平移电机和倾斜电机通过同心转矩生成器连接器连接连接并且包含在本装置的手柄中。附图说明详细描述引用本文简要描述的附图。示出附图中的转动的箭头仅用来指示转动并且不将转动限制到此方向。一些附图中的部件被移除，以暴露相关其他部分。所有附图是主动稳定的有效负载支撑件、其部件或附接到其上的附件的说明性实施例。图1描绘根据本专利技术的说明性实施例的稳定器。图2是本专利技术的说明性实施例的框图并且描绘与说明性物理结构的对应关系。图3是根据本专利技术的说明性实施例的适用于使倾斜轴线稳定的算法的信号处理框图。图4是根据本专利技术的说明性实施例的适用于使平移轴线稳定的算法的信号处理框图。图5是根据本专利技术的说明性实施例的适用于使横摇轴线稳定的算法的信号处理框图。图6和图7是本专利技术的说明性实施例的分解图。图8是表示待由横摇电机和倾斜电机生成的实际转矩的计算的流程图。图9A-H示出根据本专利技术的说明性实施例的0度、45度、90度、135度、180度、225度、270度和315度平移轴线角的横摇和倾斜的混合因素。图10描绘根据本专利技术的说明性实施例的使有效负载稳定的装置。图11描绘根据本专利技术的说明性实施例的使有效负载稳定的装置的透明视图。图12是根据本专利技术的说明性实施例的图11的稳定装置的平移、倾斜和横摇机构的各部分的装配图。图13描绘根据本专利技术的说明性实施例的使有效负载主动稳定的装置的倾斜机构的各部件。图14描绘根据本专利技术的说明性实施例的横摇运动限制机构。图15描绘根据本专利技术的说明性实施例的倾斜机构的各部件。图16描绘根据本专利技术的说明性实施例的具有狭槽握把的主动稳定的有效负载支撑装置的另一种配置。图17透明地描绘根据本专利技术的说明性实施例的具有该握把的主动稳定的有效负载支撑装置的一部分。图18描绘根据本专利技术的说明性实施例的主动稳定的有效负载支撑装置的剖面图。图19描绘根据本专利技术的说明性实施例的具有带有扇形下缘的握把的主动稳定的有效负载支撑装置。图20描绘根据本专利技术的说明性实施例的主动稳定的有效负载支撑装置的握把内的万向节。图21描绘根据本专利技术的说明性实施例的主动稳定的有效负载支撑装置的扇形缘握把。图22描绘根据本专利技术的说明性实施例的主动稳定的有效负载支撑装置，其中，横摇框架由握把支撑。图23描绘根据本专利技术的说明性实施例的主动稳定的有效负载支撑装置的剖面图，其中，横摇框架由握把支撑。图24描绘根据本专利技术的说明性实施例的图23的主动稳定的有效负载支撑装置的第二剖面图。图25描绘根据本专利技术的另一说明性实施例的主动稳定的有效负载支撑装置，其中，横摇框架由握把支撑。图26描绘根据本专利技术的说明性实施例的图25的主动稳定的有效负载支撑件的剖面图。图27描绘根据本专利技术的说明性实施例的凸台。图28描绘根据本专利技术的说明性实施例的具有透明呈现的握把的主动稳定的有效负载支撑装置的一部分，以示出小齿轮和扇形齿轮机构。图29描绘根据本专利技术的说明性实施例的小齿轮和扇形齿轮机构的一部分。图30描绘根据本专利技术的说明性实施例的主动稳定的有效负载支撑件的前视立体图。图31描绘根据本专利技术的说明性实施例的图30的主动稳定的有效负载支撑件的侧视图。图32描绘根据本专利技术的说明性实施例的图30的处于折叠状态的主动稳定的有效负载支撑件。图33示出根据本专利技术的说明性实施例的当主动稳定的有效负载支撑件根据配置而折叠时倾斜扇形齿轮如何从倾斜小齿轮脱离接合。图34描绘根据本专利技术的说明性实施例，显示成像设备支架的主动稳定的有效负载支撑件的一部分。图35是根据另一说明性实施例的主动稳定的有效负载支撑件俯视载台本体的立体图。图36是图35所示的说明性实施例的侧视图。图37是图35所示的主动稳定的有效负载支撑装置的后视图。图38是沿图37的A-A线的剖面图。图39是图35所示的机构的一部分的装配立体图。图40是图38所示的机构的一部分的装配剖面图。图41描绘根据说明性实施例的主动稳定的有效负载支撑装置的分解图。图42是图41的一部分的放大图。图43是图41的另一部分的放大图。图44描绘根据说明性实施例的主动稳定的有效负载支撑装置的后视图。图45是沿图44的A-A线的剖面图。图46是图45的实施例的扇形齿轮的一部分的装配立体图。图47是具有直接驱动电机的主动稳定的有效负载支撑件的说明性实施例。图48描绘具有用于生成转动运动的多个齿轮的主动稳定的有效负载支撑件的另一说明性实施例。具体实施方式为了简单，摄像机将主动稳定的有效负载支撑件的说明性实施例描述为其涉及摄像机有效负载。主动稳定的有效负载支撑件的说明性实施例包括按照互连连续反馈回路的方式耦合连接的相互独立子组件的布置。在说明性实施例中，四个可能的子组件包括：1：平衡部件组件平衡部件组件包括“SL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于稳定有效负载的装置，包括：具有云台的有效负载支撑装置，所述云台具有第一云台轴线和第二云台轴线，其中，所述第一云台轴线基本上垂直于所述第二云台轴线；所述云台具有转矩生成器系统；所述转矩生成器系统包括用于围绕所述第一云台轴线生成转矩的第一转矩生成器和用于围绕所述第二云台轴线生成转矩的第二转矩生成器；附接到所述云台的平移轴；用于测量所述平移轴的转动角θ的转动测量设备；配置成接收角度θ的一个或多个处理设备；存储有可执行计算机代码的操作性地连接到所述一个或多个处理设备的一个或多个非瞬态存储设备，其中，当被执行时，所述计算机代码执行以下方法，所述方法包括：从所述转动测量设备接收角度θ；计算cosineθ和sineθ；接收所选补充横摇转矩；接收所选补充倾斜转矩；将所述补充倾斜转矩与cosineθ的乘积以及所述补充倾斜转矩与sineθ的乘积相加，以获得第二云台轴线转矩；将所述补充第一转矩与sineθ的乘积以及所述补充第一转矩与cosineθ的乘积相减，以获得第一云台轴线转矩；致使第一转矩生成器生成所述第二云台轴线转矩；以及致使第二转矩生成器生成所述第一云台轴线转矩。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.22 US 62/165,461;2015.06.15 US 62/175,6661.一种用于稳定有效负载的装置，包括：具有云台的有效负载支撑装置，所述云台具有第一云台轴线和第二云台轴线，其中，所述第一云台轴线基本上垂直于所述第二云台轴线；所述云台具有转矩生成器系统；所述转矩生成器系统包括用于围绕所述第一云台轴线生成转矩的第一转矩生成器和用于围绕所述第二云台轴线生成转矩的第二转矩生成器；附接到所述云台的平移轴；用于测量所述平移轴的转动角θ的转动测量设备；配置成接收角度θ的一个或多个处理设备；存储有可执行计算机代码的操作性地连接到所述一个或多个处理设备的一个或多个非瞬态存储设备，其中，当被执行时，所述计算机代码执行以下方法，所述方法包括：从所述转动测量设备接收角度θ；计算cosineθ和sineθ；接收所选补充横摇转矩；接收所选补充倾斜转矩；将所述补充倾斜转矩与cosineθ的乘积以及所述补充倾斜转矩与sineθ的乘积相加，以获得第二云台轴线转矩；将所述补充第一转矩与sineθ的乘积以及所述补充第一转矩与cosineθ的乘积相减，以获得第一云台轴线转矩；致使第一转矩生成器生成所述第二云台轴线转矩；以及致使第二转矩生成器生成所述第一云台轴线转矩。2.根据权利要求1所述的装置，其中：所述云台具有万向节叉，所述万向节叉枢转地附接到云台平移轴承部件，以围绕所述第二云台轴线转动，其中，所述万向节叉在第一枢轴以及与所述第一枢轴相对的第二枢轴附接到所述云台平移轴承部件；所述第二转矩生成器包括：配置成围绕所述第一枢轴生成转矩的第一电机；以及配置成围绕所述第二枢轴生成转矩的第二电机。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述万向节叉枢转地附接到芯柱，以围绕所述第一云台轴线转动；以及所述第一转矩生成器包括配置成围绕所述第一云台轴线生成转矩的电机。4.根据权利要求3所述的装置，还包括丫叉槽，所述丫叉槽附接到或者集成到所述芯柱并且配置成附接到抗平衡臂。5.根据权利要求1所述的装置，包括：所述云台具有万向节叉，所述万向节叉枢转地附接到云台平移轴承部件，以围绕所述第二云台轴线转动，其中，所述万向节叉在第一枢轴以及与所述第一枢轴相对的第二枢轴附接到所述云台平移轴承部件；附接到所述第一枢轴的第一齿轮；附接到所述第二枢轴的第二齿轮；所述第二转矩生成器包括：配置成转动第一驱动齿轮的电机；以及配置成转动第二驱动齿轮的电机；其中，所述第一驱动齿轮与所述第一齿轮功能性地啮合，并且所述第二驱动齿轮与所述第二齿轮功能性地啮合。6.根据权利要求1所述的装置，包括：枢转地附接到万向节叉的芯柱；以及围绕所述芯柱的芯柱齿轮；其中，所述第一转矩生成器包括配置成转动芯柱驱动齿轮的电机；其中，所述芯柱驱动齿轮与所述芯柱齿轮功能性地啮合。7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二转矩生成器和所述第一转矩生成器是无刷电机。8.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述第一云台轴线与有效负载横摇轴线对准并且所述第二云台轴线与有效负载倾斜轴线对准时，角度θ等于零。9.一种用于稳定有效负载的装置，包括：具有云台的有效负载支撑装置，所述云台具有第一云台轴线和第二云台轴线，其中，所述第一云台轴线基本上垂直于所述第二云台轴线；所述云台具有转矩生成器系统；所述转矩生成器系统包括用于围绕所述第一云台轴线生成转矩的第一转矩生成器和用于围绕所述第二云台轴线生成转矩的第二转矩生成器；用于围绕平移轴线生成转矩的平移转矩生成器；所述平移转矩生成器具有轴，所述平移轴附接到所述云台；至少部分地围绕所述平移轴的主支撑轴；框架；所述框架转动地附接到载台，以围绕所述第一云台轴线转动；所述框架还转动地附接到所述主支撑轴，以围绕所述第二云台轴线转动；固定地附接到或集成到所述框架的第一扇形齿轮；所述第一转矩生成器与第一驱动齿轮功能性地啮合，所述第一驱动齿轮与所述第一扇形齿轮功能性地啮合，以致使围绕所述第一轴线转动；固定地附接到或集成到所述框架的第二扇形齿轮；以及所述第二转矩生成器与第二驱动齿轮功能性地啮合，所述第二驱动齿轮与所述第二扇形齿轮功能性地啮合，以致使围绕所述第二轴线转动。10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二转矩生成器连接到第三转矩生成器，所述第三转矩生成器提供围绕垂直于所述第一云台轴线和所述第二云台轴线的第三轴线提供转动运动；将所述第二转矩生成器连接到所述第三转矩生成器的同心转矩生成器；以及所述第三转矩生成器具有连接到手柄的轴，所述主支撑轴能够相对于所述手柄转动。11.根据权利要求10所述的装置，包括：转动地附接到所述框架的载台本体，以围绕所述第一云台轴线转动；固定地附接到或集成到所述载台本体的握把；其中，所述第一转矩生成器和所述第二转矩生成器的本体不相对于所述握把转动。12.根据权利要求9所述的装置，包括：反馈控制器；由所述反馈控制器生成的一个或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·D·瓦格纳，加勒特·W·布朗，泰·科里·哈格罗德，H·罗伯特·奥尔夫，
申请(专利权)人：史蒂文·D·瓦格纳，加勒特·W·布朗，
类型：发明
国别省市：美国,US