主动稳定系统技术方案

本公开涉及稳定有效载荷的主动稳定系统，如以稳定手持或车载应用的摄像机。公开的实施例包含主动稳定系统(100)，其包括：第一电机(101)，具有连接到系统支架(106)的定子及在穿过第一电机(101)的第一旋转平面(111)绕第一轴(108)旋转的转子；第二电机(102)，具有通过第一连接连杆(104)连接到第一电机(101)的转子的定子和在穿过第二电机(102)的第二旋转平面绕第二轴(109)旋转的转子，第二旋转平面与第一电机(101)相交；第三电机(103)，具有通过第二连接连杆(105)连接到第二电机(102)的转子的定子和用于在穿过第三电机(103)的第三旋转平面绕第三轴(110)旋转的转子；及有效载荷支架，与第三电机(103)的转子连接并用于附接有效载荷。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】主动稳定系统
本专利技术涉及一种用于稳定有效载荷的主动稳定系统，例如用于稳定手持或车载应用的摄像机。
技术介绍
在许多应用中，需要稳定有效载荷，例如以限制振动或其他移动的影响。这在有效载荷是摄像机的情况下尤其重要。紧凑而坚固的摄像机(通常称为主动相机)的兴起已经使人们能够在更广泛的环境中边走动边记录他们的体验。例如，当由无人机携带时，这样的相机允许记录期望场景的空前“鸟瞰”视野。已经有可能将来自这些摄像机的记录直接流式化到虚拟现实头戴式设备或投影室，这可能开创视频交互的新世界。然而，由于相机视场的意外移动，这种直接流可能会让人迷失方向并引起恶心。由于携带相机的系统发生不必要的移动或振动而导致抖动，相机移动时拍摄的视频记录往往不稳定。尽管无人机稳定技术取得进展，但是例如，无人机仍然会受到湍流的影响，当稳定相机时这是不容易纠正的。为了提供适合直接使用的稳定素材，例如用于在头戴式设备上观看，录制通常需要大量的后期制作编辑。用于摄像机的现有稳定系统的另一个问题是，当获得需要具有360°视野的素材时，现有支架的尺寸通常太大而不能将相机(通常3个或更多)放置得足够近以允许无缝和直接拼接视频素材。相机可以放得越近，将视频素材拼接在一起越容易。已知的是，提供被动稳定系统以试图使相机系统的不希望的移动最小化。通常，这些涉及简单的被动振动阻尼。这种系统对运动反应缓慢，并且效果有限。更先进的稳定系统，诸如US2014/0270744A1中公开的稳定系统使用电机来主动稳定有效载荷。然而，这样的系统可能很大且很重，并且由于用于许多视野的拍摄支架而不适合拍摄360度素材，并且因此不适合用于小型无人机或尺寸和重量是重要或关键因素的其他应用。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种主动稳定系统，包括：第一电机，其具有连接到系统支架的定子和被配置用于在穿过第一电机的第一旋转平面中围绕第一轴旋转的转子；第二电机，其具有通过第一连接连杆连接到第一电机的转子的定子和被配置用于在穿过第二电机的第二旋转平面中围绕第二轴旋转的转子，第二旋转平面与第一电机相交；第三电机，其具有通过第二连接连杆连接到第二电机的转子的定子和被配置用于在穿过第三电机的第三旋转平面中围绕第三轴旋转的转子；以及有效载荷支架，其与第三电机的转子连接并被配置用于附接到有效载荷。第一轴可以与第二轴正交。第二轴可以附加地或可选地与第三轴正交。在一些实施例中，第三旋转平面可以与第二电机相交。在替代实施例中，第二旋转平面可以与第三电机相交。通过使用这种电机布置，可以减小系统的尺寸。只需要两个相对较小的连接连杆将电机连接在一起，从而减小系统的尺寸和重量。另外，这种布置给系统提供固有的平衡，这是因为例如由于附接的有效载荷的重量和惯性而减小了作用在第二和第三电机周围的力矩。因此，根据本专利技术的稳定系统可以理想地用于稳定无人机上的相机系统或用于尺寸和重量是重要因素的其他应用。第一轴可以与第二电机相交。在第二旋转平面与第三电机相交的情况下，第三轴可以另外与第二电机相交。或者，在第三旋转平面与第二电机相交的实施例中，第二轴可以另外与第三电机相交。这些实施例提供较小的整体尺寸，并且对于作用在第二和第三电机上的力矩提供了改善的平衡。第一轴、第二轴、和第三轴可以相交在公共点。这种布置可以增加系统的固有平衡。公共点可以在第二电机的定子内。第二连接可以包括连接到第二电机的转子的第一部分、连接到第三电机的定子的第二部分、以及连接第一和第二部分的直角接头。这种布置允许第二和第三电机布置成由于第三电机而减小第二电机周围的力矩。系统还可以包括安装在第一电机的转子和第一连接连杆之间的电滑环。滑环包括用于向第二和第三电机提供电信号的电连接，电信号诸如惯性测量信号、每个相机的电功率以及来自每个相机的视频下行信号。第一连接连杆可以包括可以电连接可穿过的内腔。滑环允许第二和第三电机连接到相对于第一电机的定子固定的电源，而不限制第一电机的运动范围。通常，第一电机可以在整个360°旋转中自由旋转，而第二和第三电机只需要旋转90°或更少。因此可以使用柔性电缆连接器将电连接传输到第二和第三电机。电源可以包含在稳定系统中，或者可以是外部电源。有效载荷支架可以包括限定内部容积的多个壁。第二和第三电机可以基本位于有效载荷支架的内部容积内。多个壁中的每一个可以设置有用于诸如相机的有效载荷的安装点。安装点可以位于围绕内部容积的中心大致旋转对称的位置处。有效载荷支架优选地被平衡以使围绕第二轴的任何旋转力矩最小化。可以将多个相机连接到有效载荷保持器，以便可以记录完整的360°视场。稳定系统的小尺寸允许第二和第三电机安装在有效载荷支架的小的内部容积内，提供中央、最小尺寸的枢转区域。通过使稳定系统的工作部分位于相机阵列内而不是在相机周围，可以通过相机之间的最小量的空间来保持和稳定多个相机。其效果是使视野最大化，并且使由于每个相机的视角不同而导致的记录素材的质量问题最小化。可选地，有效载荷支架可以适于保持单个有效载荷，例如单个相机，并且可以被额外平衡以适应单个相机的重量。对于操作使用，稳定系统包括控制系统，该控制系统包括三轴陀螺仪、电源和电机控制器单元，电机控制器单元被配置为根据从陀螺仪接收到的信号向电机中的每一个提供信号以将有效载荷支架保持在设定位置。控制系统可以设置在系统支架内或机械连接到系统支架。控制系统可以包括具有天线的收发器，用于发送和接收无线信号以控制电机的位置。例如，当稳定系统被安装在诸如无人机之类的遥控飞机上时，有效载荷支架的定向可以是远程可控的，以控制相机(或多个相机)的视场。在全景360°视场应用的情况下，可能不需要这种控制。然而，这种控制可以用于旋转相机阵列以协助同步从多个相机阵列捕捉的素材。根据本专利技术的第二方面，提供一种相机系统，其包括根据本专利技术第一方面的主动稳定系统；以及附接到有效载荷支架的一个或多个相机。相机系统可以包括附接到有效载荷支架的多个相机，其中多个相机被布置为提供360°组合视场。这种布置的优点包括提供对环境的最小限度的遮挡视野以及相机之间的最小视差差异。根据本专利技术的第三方面，提供一种主动稳定系统，包括：第一电机，其具有定子和被配置成围绕第一轴旋转的转子；第二和第三电机，其具有通过第一连接连杆连接到第一电机的转子的定子和被配置用于围绕第二轴旋转的转子，第一轴在第二和第三电机之间穿过；第四和第五电机，其具有通过第二连接连杆连接到第二和第三电机的转子的定子和被配置用于围绕第三轴旋转的转子，第二轴在第四和第五电机之间穿过；以及有效载荷支架，其与第四和第五电机的转子连接并被配置用于附接到有效载荷。第一轴可以与第二轴正交和/或第二轴可以与第三轴正交。第一、第二和第三轴可以在第二和第三电机之间以及第三和第四电机之间的公共点处相交。系统还可以包括安装在第一电机的转子和第一连接连杆之间的电滑环，电滑环包括用于向第二、第三、第四和第五电机提供电信号的电连接。第一连接连杆可以包括电连接所通过的内腔。有效载荷支架可以包括限定内部容积的多个壁。第二、第三、第四和第五电机可以基本位于有效载荷支架的内部容积内。多个壁可以包括各自适合于保持例如相机的有效载荷的多个安装点。安装点可以位于围绕第一轴大致旋转对称的位置处。系统可以包括控制系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动稳定系统，包括：第一电机，其具有连接到系统支架的定子和被配置用于在穿过所述第一电机的第一旋转平面中围绕第一轴旋转的转子；第二电机，其具有通过第一连接连杆连接到所述第一电机的所述转子的定子和被配置用于在穿过所述第二电机的第二旋转平面中围绕第二轴旋转的转子，所述第二旋转平面与所述第一电机相交；第三电机，其具有通过第二连接连杆连接到所述第二电机的所述转子的定子和被配置用于在穿过所述第三电机的第三旋转平面中围绕第三轴旋转的转子；以及有效载荷支架，其与所述第三电机的所述转子连接并被配置用于附接至有效载荷。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.06 GB 1519650.41.一种主动稳定系统，包括：第一电机，其具有连接到系统支架的定子和被配置用于在穿过所述第一电机的第一旋转平面中围绕第一轴旋转的转子；第二电机，其具有通过第一连接连杆连接到所述第一电机的所述转子的定子和被配置用于在穿过所述第二电机的第二旋转平面中围绕第二轴旋转的转子，所述第二旋转平面与所述第一电机相交；第三电机，其具有通过第二连接连杆连接到所述第二电机的所述转子的定子和被配置用于在穿过所述第三电机的第三旋转平面中围绕第三轴旋转的转子；以及有效载荷支架，其与所述第三电机的所述转子连接并被配置用于附接至有效载荷。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一轴正交于所述第二轴。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述第二轴正交于所述第三轴。4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述第一轴穿过所述第二电机。5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述第三旋转平面与所述第二电机相交，所述第二轴可选地穿过所述第三电机。6.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述第二旋转平面与所述第三电机相交，所述第三轴可选地穿过所述第二电机。7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述第一轴、所述第二轴和所述第三轴在公共点处相交。8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述第二连接包括连接到所述第二电机的所述转子的第一部分、连接到所述第三电机的所述定子的第二部分、以及连接所述第一部分和所述第二部分的直角接头。9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括安装在所述第一电机的所述转子和所述第一连接连杆之间的电滑环，所述电滑环包括用于向所述第二电机和所述第三电机提供电信号的电连接。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一连接连杆包括所述电连接穿过的内腔。11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述有效载荷支架包括限定内部容积的多个壁。12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第二电机和所述第三电机大致位于所述有效载荷支架的所述内部容积内。13.根据权利要求11或权利要求12所述的系统，其中，所述多个壁包括适于保持有效载荷的相应的多个安装点。14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述安装点位于围绕所述内部容积的中心轴大致旋转对称的位置处。15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述安装点中的任意两个之间的最大距离小于15cm或小于10cm。16.根据前述权利要求中任一项所述的系统，包括控制系统，所述控制系统包括三轴陀螺仪、电源和电机控制器单元，所述电机控制器单元被配置为根据从所述陀螺仪接收到的信号向每一个电机提供信号以将所述有效载荷支架保持在设定位置。17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制系统包括具有天线的收发器，以发送和接收用于控制电机的位置的无线信号。18.一种相机系统，包括根据权利要求16或权利要求17所述的主动稳定系统以及附接到所述有效载荷支架的一个或多个相机。19.根据权利要求16所述的相机系统，包括附接到所述有效载荷支架的多个相机，所述多个相机布置成提供360°组合视场。20.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，每个电机是DC无刷电机。21.一种主动稳定系统，包括：第一电机，其具有定子和被配置成围绕第一轴旋转的转子；第二电机和第三电机，各自具有通过第一连接连杆连接到所述第一电机的所述转子的定子和被配置用于围绕第二轴旋转的转子，所述第一轴在所述第二电机和所述第三电机之间穿过；第四电机和第五电机，各自具有通过第二连接连杆连接到所述第二电机和所述第三电机的所述转子的定子和被配置用于围绕第三轴旋转的转子，所述第二轴在所述第四电机和所述第五电机之间穿过；以及有效载荷支架，其与所述第四电机和所述第五...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·克罗纳，
申请(专利权)人：莫瓦设计有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB