一种小型全景相机云台系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种能加装在消费级无人机上的小型全景相机云台系统。小型全景相机云台系统，包括三轴机械云台结构及连接件、无刷电机模块、摄像机模块、微控制器模块、惯性测量模块以及减震装置。云台系统整体采用横滚轴、俯仰轴、偏航轴三轴互相垂直的结构方式，并且在三个轴线上分别放置三个对应的无刷电机。在本实用新型专利技术中，惯性测量模块通过采集所述云台相机的姿态信息然后发送至微控制器模块，微控制器模块通过姿态解算得出当前角度与期望姿态角的差值，并输出相应的SPWM信号来控制无刷电机模块，无刷电机模块随即对云台系统进行姿态调整，保持摄像系统的稳定。本实用新型专利技术提供的全景相机云台总体结构简单，小巧轻便，可以保证在使用广角鱼眼相机拍摄的时候不会有无人机机翼入镜，可以大幅度消除在拍摄全景视频时候产生的抖动等画面不稳定因素。

【技术实现步骤摘要】
一种小型全景相机云台系统
本技术涉及云台
，尤其涉及一种小型全景相机机云台系统。
技术介绍
云台是作为安装、固定摄像机的支撑设备，它主要的作用是可以(主动)隔离外界的扰动，保证摄像机相对惯性空间始终稳定，从而保证了拍摄画面的清晰稳定。在消费级无人机市场不断快速发展以及VR技术不断成熟的今天，人们对于无人机全景视频拍摄的需求正与日俱增。但是，目前市面上常见的全景相机云台系统普遍存在结构复杂，体积庞大等问题，无法加装于消费级无人机上。
技术实现思路
本技术的目的在于克服当下消费级无人机负载能力弱，无法加装结构复杂的全景相机云台的问题，提出一种结构简单、质量轻便，能加装在消费级无人机上的小型全景相机云台系统。为实现上述目的，本技术采用了如下技术方案：小型全景相机云台系统，包括三轴机械云台结构及连接件、无刷电机模块、摄像机模块、微控制器模块、惯性测量模块以及减震装置。进一步的，所述三轴机械云台机构分别为横滚轴、俯仰轴和偏航轴，所述连接件主要包括偏航轴支杆、弧形连接杆、“L”形连接杆和“C”形连接杆；进一步的，所述偏航轴支杆上端是用于和无人机连接的，下端固连于减震装置上部，其长度可以根据上端飞行器的机翼大小来决定，可以避免飞行器机翼入画；进一步的，所述的无刷电机模块包含三个无刷电机，分别放置在三个互相垂直的轴线方向上，分别为横滚电机、俯仰电机和偏航电机，且横滚电机恰好在三轴线交点处，其中，所述的偏航电机动子连接于减震装置下部，偏航电机定子和俯仰电机动子分别与弧形连接杆上端和下端连结，所述的俯仰电机定子与“L”形连接杆的短臂相连接，“L”形连接杆的长臂则与横滚电机动子相连接，最后横滚电机的定子则固连于前边的相机支架，“C”形连接杆半包于横滚电机和前后相机支架分别固连；进一步的，所述前后相机支架分别放置两个广角鱼眼镜头相机，两个广角鱼眼相机呈背靠背形式放置，通过两个相机的配合，后期可以拼接成360度全景视频；进一步的，所述微控制器模块通过垫片安装在微控制器支架上，而微控制器支架则连接于“C”形连接杆的下部平台；进一步的，所述惯性测量模块放置于“C”形连接杆的上部平台，通过检测C”形连接杆上部的平面的角度变化，进而用来反应固定于“C”形连接杆的相机的姿态变化；进一步的，上述的惯性测量模块、微控制器模块和无刷电机模块顺次通信连接，惯性测量模块通过采集所述云台相机的姿态信息然后发送至微控制器模块，微控制器模块通过姿态解算和运算得出当前角度与期望姿态角的差值，并输出相应的SPWM信号来控制无刷电机模块，无刷电机模块随即对云台系统进行姿态调整，保持摄像系统的稳定；进一步的，所述减震装置包括减震装置上部、减震气囊和减震装置下部，所述的减震气囊的数量优选为8个，呈圆周均匀分布设置，减震气囊分别与减震装置上部和下部固定连接；所述减震装置上、下部均留有与减震气囊相适配的气囊固定安装位；进一步的，所述相机支架的侧面设有定位孔，通过使用定位销和相机支架底部平面来保证两个相机的拍摄轴线在一条水平线上；本技术的有益效果是：本技术提供的全景相机云台总体结构简单，小巧轻便，能够加装在消费级无人机上，可以保证在使用广角鱼眼相机拍摄的时候不会有无人机机翼入镜，可以大幅度消除在拍摄全景视频时候产生的抖动等画面不稳定因素，后期通过两个相机的配合可以拼接成360度全景视频，满足无人机全景拍摄的需求。附图说明图1是本技术提供的云台的立体装配示意图；图2是本技术提供的云台的立体分解示意图；图3是本技术提供的云台的立体分解示意图；图4是本技术提供的基于无刷电机和惯性测量单元的双闭环PID控制原理图；图中标记：X轴-横滚轴；Y轴-俯仰轴；Z轴-偏航轴；1、2-鱼眼相机；3-偏航轴支杆；4-减震装置上部；5-减震气囊；6-减震装置下部；7-偏航电机转子；8-偏航电机定子；9-惯性测量装置；10-弧形连接杆；11-相机固定螺钉；12-定位销；13-俯仰电机动子；14俯仰电机定子；15-“L”形连接杆；16-横滚电机动子；17-横滚电机定子；18-“C”形连接杆；19、20-相机支架；21-微控制器支架；22-垫片；23-微控制器模块。注：摄像机模块整体记成1.2；减震装置整体记成4.5.6；偏航电机整体记成7.8；俯仰电机整体记成13.14；横滚电机整体记成16.17。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。请参阅图1至图3，在一种具体的实施方式中，本技术提供了一种小型全景相机云台，主要包括三轴机械云台结构及连接件、无刷电机模块、摄像机模块1.2、微控制器模块23、惯性测量模块9以及减震装置4.5.6。在本技术中，云台整体采用X轴-横滚轴、Y轴-俯仰轴、Z轴-偏航轴三轴互相垂直的结构方式，且轴向符合右手定则，并且在三个轴线上分别放置三个对应的无刷电机，分别为横滚电机16.17、俯仰电机13.14和偏航电机7.8，且横滚电机16.17恰好在三轴线交点处，云台结构关于YZ面对称，整体重心居中，靠近Z轴轴线，大大减小了由于不对阵带来的干扰，同时大大减小了俯仰轴电机13.14调整角度所需的扭矩。在本技术中，连接件包括偏航轴支杆6、弧形连接杆10、“L”形连接杆15和“C”形连接杆18。偏航轴支杆6上端是用于和无人机连接的，下端固连于减震装置上部4，其长度可以根据上端飞行器的机翼大小来决定，可以避免飞行器机翼入画，同时为了了便于走线和整洁，偏航轴支杆6采用中空结构的碳管，中间可以用于引线，便于外部电源。在本技术中，偏航电机动子7连接于减震装置下部6，偏航电机定子8和俯仰电机动子13分别与弧形连接杆10上端和下端连结，俯仰电机定子14与“L”形连接杆15的短臂相连接，“L”形连接杆15的长臂则与横滚电机动子16相连接，最后横滚电子的定子17则固连于前边的相机支架19，“C”形连接杆18半包于横滚电机15.16和前部相机支架19、后部相机支架20分别固连。在本技术中，偏航轴电机6.7采用空心轴无刷电机，减震装置下部6中间孔设置一个滑环，不但便于走线，还使得偏航轴电机6.7的活动角度为360度，同时设置俯仰电机13.14和横滚电机16.17的最大调整角度为45度，满足实际使用要求。在本技术中，为了保证强度，“C”形连接杆18外部采用加强筋设计，“L”形连接杆15内部也采用加强筋设计，同时为了便于走线和整洁，“C”形连接杆18内部设置有走线槽。在本技术中，前部相机支架19和后部相机支架20分别放置前部鱼眼相机1和后部鱼眼相机2，两个广角鱼眼相机呈背靠背形式放置，通过前后支架和C”形连接杆18固连，故两个相机在同一时刻所拍摄到的角度永远可以保持一致，方便后期的视频拼接缝补工作。在本技术中，所述微控制器模块23通过垫片22安装在微控制器支架21上，而微控制器支架21则连接于“C”形连接杆18的下部平台，巧妙的把微控制器23藏于整体云台正下方，进一步保证了云台重心靠近Z轴线方向上。在本技术中，所述惯性测量模块9放置于“C”形连接杆18的上部平台本文档来自技高网...

【技术保护点】
小型全景相机云台系统，其特征是：至少包括三轴机械云台结构及连接件、无刷电机模块、摄像机模块、微控制器模块、惯性测量模块以及减震装置，所述的三轴机械云台机构，分别为横滚轴、俯仰轴和偏航轴，所述连接件，包括偏航轴支杆、弧形连接杆、“L”形连接杆和“C”形连接杆，所述的惯性测量模块、微控制器模块和无刷电机模块顺次通信连接，惯性测量模块通过采集所述云台相机的姿态信息然后发送至微控制器模块，微控制器模块通过姿态解算和运算得出当前角度与期望姿态角的差值，并输出相应的SPWM信号来控制无刷电机模块，无刷电机模块随即对云台系统进行姿态调整，保持摄像系统的稳定。

【技术特征摘要】
1.小型全景相机云台系统，其特征是：至少包括三轴机械云台结构及连接件、无刷电机模块、摄像机模块、微控制器模块、惯性测量模块以及减震装置，所述的三轴机械云台机构，分别为横滚轴、俯仰轴和偏航轴，所述连接件，包括偏航轴支杆、弧形连接杆、“L”形连接杆和“C”形连接杆，所述的惯性测量模块、微控制器模块和无刷电机模块顺次通信连接，惯性测量模块通过采集所述云台相机的姿态信息然后发送至微控制器模块，微控制器模块通过姿态解算和运算得出当前角度与期望姿态角的差值，并输出相应的SPWM信号来控制无刷电机模块，无刷电机模块随即对云台系统进行姿态调整，保持摄像系统的稳定。2.根据权利要求1所述的小型全景相机云台系统，其特征在于：所述的偏航轴支杆上端是用于和无人机连接的，下端固连于减震装置上部。3.根据权利要求1所述的小型全景相机云台系统，其特征在于：所述的无刷电机模块，包含三个无刷电机，分别放置在三个互相垂直的轴线方向上，分别为横滚电机、俯仰电机和偏航电机，且横滚电机恰好在三轴线交点处，其中，所述的偏航电机动子连接于减震装置下部，偏航电机定子和俯仰电机动子分...

【专利技术属性】
技术研发人员：余瑾，沈文系，庄育锋，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：新型
国别省市：北京,11