非正交軸載體的制作方法
【專利摘要】一種用在運(yùn)動(dòng)體上的載體(200)，所述載體用于實(shí)現(xiàn)所述運(yùn)動(dòng)體與一承載物(209)的耦合；所述載體包括至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(202，204，206)；其中所述至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的疊加轉(zhuǎn)動(dòng)用于控制所述承載物的自由指向或補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)及震動(dòng)從而穩(wěn)定所述承載物；其中兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸之間形成的角(α)是非直角以減小所述轉(zhuǎn)動(dòng)相對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，從而減小相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；其中兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上分別對應(yīng)的負(fù)載重心分別在各自旋轉(zhuǎn)軸的軸線上。
【專利說明】非正交軸載體
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種載體，并且具體地涉及用在運(yùn)動(dòng)體上的載體。
【【背景技術(shù)】】
[0002]無人運(yùn)動(dòng)體(例如無人飛行器)具有體積小、重量輕、費(fèi)用低、操作靈活和全性高的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于航拍、監(jiān)測、搜救、資源勘查等領(lǐng)域。但是由于無人運(yùn)動(dòng)體(尤其是無人飛行器)本身存在高頻震動(dòng)和低頻抖動(dòng)，用于航拍、監(jiān)測、搜救、資源的承載物(例如相機(jī))通常不是直接掛載于運(yùn)動(dòng)體上，需要配置穩(wěn)定載體用來搭載攝像機(jī)、照相機(jī)以及監(jiān)測、搜救用儀器。承載這個(gè)相機(jī)或其他有關(guān)儀器的載體裝置在一些文獻(xiàn)里稱為“云臺(tái)”。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]本發(fā)明提供一種用在運(yùn)動(dòng)體上的載體，所述載體用于實(shí)現(xiàn)所述運(yùn)動(dòng)體與一承載物的耦合；所述載體包括至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸；其中所述至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的疊加轉(zhuǎn)動(dòng)用于控制所述承載物的自由指向或補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)及震動(dòng)從而穩(wěn)定所述承載物；其中兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸之間形成的角是非直角以減小所述轉(zhuǎn)動(dòng)相對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，從而減小相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；其中兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上分別對應(yīng)的負(fù)載重心分別在各自旋轉(zhuǎn)軸的軸線上。
[0004]在一些實(shí)施例中，所述載體包括三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，其疊加轉(zhuǎn)動(dòng)用于控制所述承載物的自由指向或補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)及震動(dòng)從而穩(wěn)定所述承載物，其中三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸之間至少有兩個(gè)軸之間形成的角是非直角，其中三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上分別對應(yīng)的負(fù)載重心分別在各自旋轉(zhuǎn)軸的軸線上。
[0005]在一些實(shí)施例中，其中的非直角大于0°但小于90°。在一些實(shí)施例中，其中的非直角在60°到70°之間。在一些實(shí)施例中，其中的非直角約為70°。
[0006]在一些實(shí)施例中，其中所述非直角由一個(gè)朝水平面彎折的橫向軸臂實(shí)現(xiàn)。
[0007]在一些實(shí)施例中，該載體是用于遙控飛行器帶載攝像器材的載體。
[0008]在一些實(shí)施例中，該載體進(jìn)一步包括框架組件，傳動(dòng)組件和承載物組件，其框架組件包括三個(gè)支架(第一，二，三支架)。
[0009]在一些實(shí)施例中，該載體是一種陀螺式動(dòng)態(tài)自平衡載體，該載體進(jìn)一步包括一個(gè)控制組件，所述控制組件包括處理器和慣性傳感器，所述慣性傳感器檢測被載物的姿態(tài)信息，所述處理器根據(jù)所述姿態(tài)信息控制所述被載物的姿態(tài)。
[0010]在一些實(shí)施例中，所述傳動(dòng)組件進(jìn)一步包括一個(gè)電機(jī)組件，所述處理器根據(jù)所述姿態(tài)信息控制該電機(jī)組件，該電機(jī)組件直接驅(qū)動(dòng)所述機(jī)架組件相對所述被載物轉(zhuǎn)動(dòng)從而調(diào)整所述被載物的姿態(tài)。
[0011]在一些實(shí)施例中，該載體進(jìn)一步包括連接于第一支架和第二支架上的水平旋轉(zhuǎn)架，所述水平旋轉(zhuǎn)架中安裝有十字形連接機(jī)構(gòu)以及機(jī)械陀螺。
[0012]在一些實(shí)施例中，所述傳動(dòng)組件包括一個(gè)電機(jī)，所述電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)所述第一支架相對所述第二支架轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0013]在一些實(shí)施例中，所述傳動(dòng)組件包括第一電機(jī)和第二電機(jī)，所述第一電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)所述第一支架相對所述第二支架轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)所述連桿構(gòu)件從而帶動(dòng)所述第二支架相對所述第三支架轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0014]在一些實(shí)施例中，所述載體進(jìn)一步包括相應(yīng)于電機(jī)數(shù)量的電子調(diào)速模塊和外罩，每一個(gè)所述電機(jī)和一個(gè)電子調(diào)速模塊之間電連接并收容于一個(gè)外罩之內(nèi)。
[0015]在一些實(shí)施例中，其中所述傳動(dòng)組件中的電機(jī)與所述支架之間設(shè)置有電滑環(huán)，從而使所述支架在圍繞對應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸可以做旋轉(zhuǎn)360°周向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0016]在一些實(shí)施例中，其中所述傳動(dòng)組件中的第一電機(jī)和第一支架之間，以及第二電機(jī)和第二支架之間分別設(shè)置有電滑環(huán)，從而使第一支架和第二支架在圍繞對應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸可以做旋轉(zhuǎn)360°周向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017]本發(fā)明還提供一種用于在運(yùn)動(dòng)體上的載體，包括框架組件(第一支架和第二支架)、電機(jī)組件(第一電機(jī)和第二電機(jī))和拍攝設(shè)備以及控制組件；所述控制組件包括處理器和慣性傳感器，所述慣性傳感器檢測所述拍攝設(shè)備的姿態(tài)信息，所述處理器根據(jù)所述姿態(tài)信息控制所述電機(jī)組件；所述電機(jī)組件直接驅(qū)動(dòng)所述框架組件相對所述拍攝設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)整所述拍攝設(shè)備的拍攝角度；所述第一支架和第二支架分別可以圍繞一固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)(稱為旋轉(zhuǎn)軸Z軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸)，其中旋轉(zhuǎn)軸Z軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的角是非直角。
[0018]在一些實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)軸Y軸和旋轉(zhuǎn)軸Z軸之間形成的角在60°到70°之間。在一些實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)軸Y軸和旋轉(zhuǎn)軸Z軸之間形成的角約為70°。在一些實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)軸Y軸和旋轉(zhuǎn)軸Z軸之間形成的角在0°到90°之間。
[0019]本發(fā)明還涉及一種用于在運(yùn)動(dòng)體上的載體，包括穩(wěn)定裝置部分、傳動(dòng)裝置部分以及攝像裝置部分，所述穩(wěn)定裝置部分包括連接于框架組件I和框架組件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(jī)構(gòu)以及機(jī)械陀螺，十字形連接機(jī)構(gòu)由內(nèi)架以及外架組成，內(nèi)架上固定機(jī)械陀螺；所述傳動(dòng)裝置部分包括固定于外架一側(cè)軸上的傳動(dòng)桿I以及傳動(dòng)桿II，所述攝像裝置部分包括與水平旋轉(zhuǎn)架非垂直連接的懸掛U型架及固定于懸掛U型架上的相機(jī)底板。
[0020]在一些實(shí)施例中，其中水平旋轉(zhuǎn)架連接于懸掛U型架的角度在30°到45°之間。在一些實(shí)施例中，其中水平旋轉(zhuǎn)架連接于懸掛U型架的角度在0°到30°之間。在一些實(shí)施例中，其中水平旋轉(zhuǎn)架連接于懸掛U型架的角度在45°到90°之間。
[0021]本發(fā)明還提供一種用于在運(yùn)動(dòng)體上的載體，包括框架組件、傳動(dòng)組件以及拍攝組件，所述框架組件包括第一支架、第二支架、第三支架，所述攝像組件固定在所述第一支架上，所述第一支架與所述第二支架轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置，所述第二支架與所述第三支架轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置；所述傳動(dòng)組件包括第一電機(jī)以及第二電機(jī)，所述第一電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)所述第一支架相對所述第二支架轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)所述第二支架相對所述第三支架轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第一支架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所述第二支架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸和所述第三支架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(分別稱為X軸，Y軸和Z軸)中至少有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間形成的角是非直角。
[0022]在一些實(shí)施例中，其中所述的至少有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間形成的角在30°到45°之間。在一些實(shí)施例中，其中所述的至少有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間形成的角在0°到30°之間。在一些實(shí)施例中，其中所述的至少有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間形成的角在45°到90°之間。
[0023]在一些實(shí)施例中，還進(jìn)一步包括一個(gè)連接板，所述電機(jī)和電子調(diào)速模塊均固定連接于所述連接板，所述電機(jī)與所述電子調(diào)速模塊相鄰設(shè)置，所述外罩對應(yīng)于所述電機(jī)上端處開設(shè)有樓空孔；所述外罩對應(yīng)于所述電機(jī)外周側(cè)處開設(shè)有缺口，所述外罩固定于所述連接板上，所述連接板上還固定連接有編碼器，所述編碼器也收容于所述外罩內(nèi)。
[0024]本發(fā)明還提供一種用于在運(yùn)動(dòng)體上的載體，包括第一支架、第二支架和用于搭載被載物的承載物，所述承載物轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述第一支架，所述第一支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述第二支架；所述載體還包括用于驅(qū)動(dòng)所述承載物相對第一支架旋轉(zhuǎn)的第一驅(qū)動(dòng)件和用于驅(qū)動(dòng)，所述第一支架相對所述第二支架旋轉(zhuǎn)的第二驅(qū)動(dòng)件；所述第一驅(qū)動(dòng)件包括第一電機(jī)，所述第二驅(qū)動(dòng)件包括第二電機(jī)；所述承載物與所述第一支架之間設(shè)置有于所述承載物旋轉(zhuǎn)時(shí)可保持旋通的第一電滑環(huán)，所述第一支架與所述第二支架之間設(shè)置有于所述第一支架旋轉(zhuǎn)時(shí)可保持旋通的第二電滑環(huán)，所述第一電滑環(huán)與第二電滑環(huán)之間相導(dǎo)通，所述承載物圍繞第一支架旋轉(zhuǎn)和第一支架圍繞第二支架旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸分別稱為旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸，旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的角是非直角。
[0025]在一些實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的角在30°到45°之間。在一些實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的角在O°到30°之間。在一些實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的角在45°到90°之間。
[0026]在一些實(shí)施例中，所述載體進(jìn)一步包括固定件，固定件可以固定鎖緊于運(yùn)動(dòng)體上，第二支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接于固定件，固定件上設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)第二支架相對固定件旋轉(zhuǎn)的第三驅(qū)動(dòng)件，第三驅(qū)動(dòng)件包括第三電機(jī)，固定件與第二支架之間設(shè)置有于第二支架旋轉(zhuǎn)時(shí)可保持旋通的第三電滑環(huán)，所述第二支架相對固定件旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸稱為旋轉(zhuǎn)軸Z軸，X軸，Y軸和Z軸中至少有兩個(gè)軸之間形成的角是非直角。
[0027]在一些實(shí)施例中，其中所述的至少有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間形成的角在60°到70°之間。在一些實(shí)施例中，其中所述的至少有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間形成的角約為70°。在一些實(shí)施例中，其中所述的至少有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間形成的角在0°到90°之間。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0028]圖1是一種正交載體的立體示意圖；
[0029]圖2是一種非正交載體的立體示意圖；
[0030]圖3是一個(gè)對比一種正交載體和一種三非正交載體的示意圖；
[0031]圖4是一個(gè)展示非正交的載體優(yōu)勢的示意圖；
[0032]圖5是一種陀螺式動(dòng)態(tài)、自平衡載體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖6是另一種陀螺式載體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖7是一種三軸載體的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0035]圖8是另一種三軸載體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖9是一種roll軸和pitch軸非正交的載體的立體示意圖；
[0037]圖10是一種三軸之相鄰兩軸之間都非正交的載體的立體示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0038]由于運(yùn)動(dòng)體(尤其是無人飛行器)本身存在高頻震動(dòng)和低頻抖動(dòng)，用于航拍、監(jiān)測、搜救、資源的承載物(例如相機(jī))通常不能直接掛載于運(yùn)動(dòng)體上，而是需要配置穩(wěn)定載體用來搭載攝像機(jī)、照相機(jī)以及監(jiān)測、搜救用儀器。具體地說，穩(wěn)定載體需要能夠消除由于飛行器高頻和低頻震動(dòng)對航拍圖像造成的影響，以及由于機(jī)體本身傾斜造成的畫面傾斜的問題，從而保證拍攝出非常清晰、穩(wěn)定的圖像?？梢圆恍枰?jīng)過其它消抖處理，在線路檢測、定點(diǎn)監(jiān)測、航拍等應(yīng)用中取得良好效果。
[0039]另外，如果相機(jī)或其它裝置的角度不能動(dòng)，會(huì)很大程度上限制其應(yīng)用?？梢圆捎枚嘧杂啥鹊妮d體將相機(jī)或其它裝置(例如照明燈等)與運(yùn)動(dòng)體(例如飛行器)耦合。所述多自由度的載體可以實(shí)現(xiàn)控制承載物的自由指向或補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)及震動(dòng)從而穩(wěn)定所述承載物。
[0040]一個(gè)物體通常有6個(gè)自由度，包括三個(gè)方向上的平移，及繞三個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。這三個(gè)軸通常稱為X軸，Y軸和Z軸。在航空領(lǐng)域繞三個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)分別稱為俯仰(pitch)，左側(cè)傾和右側(cè)傾(roll),和左右的朝向(yaw),因而上述三個(gè)軸又稱為pitch軸，roll軸和yaw軸。飛行器上的載體可以是三軸，二軸或一軸，即載體相對于飛行器分別有三個(gè)、兩個(gè)或一個(gè)方向上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的自由度。
[0041 ] 本發(fā)明中的載體可以用于運(yùn)動(dòng)體上。其上可搭載承載物，用以實(shí)現(xiàn)承載物相對于運(yùn)動(dòng)體的固定、隨意調(diào)節(jié)所述承載物的姿態(tài)(例如:改變承載物的高度、傾角和/或方向)和使承載物穩(wěn)定保持在確定的姿態(tài)上。例如，該載體可以含有有穩(wěn)定功能的萬向節(jié)。所述載體可以作為攝影、照相、監(jiān)測(雷達(dá))、采樣、照明等的輔助裝置，可運(yùn)用于空基(例如旋翼飛行器或固定翼飛行器)、水基(例如潛艇或船只)、路基(例如機(jī)動(dòng)車輛)或天基(例如衛(wèi)星，空間站，或飛船)等領(lǐng)域。所述承載物可以為照相機(jī)和攝像機(jī)等攝像裝置，也可為傳感器，雷達(dá)，照明燈或其他裝置。
[0042]在下面一些實(shí)施例中，承載物主要以相機(jī)為例，運(yùn)動(dòng)體主要以飛行器為例，來闡述本發(fā)明的有益效果。當(dāng)然，如上所述，可以理解地，承載物也可以為其它類型的相機(jī)，監(jiān)控?cái)z像頭，照明燈等。運(yùn)動(dòng)體也可以是潛艇或船只、機(jī)動(dòng)車輛，衛(wèi)星，空間站或飛船等。
[0043]圖1是一種有三個(gè)正交軸的載體100的立體圖。載體100可以有第一旋轉(zhuǎn)軸102 (X軸,或pitch軸),第二旋轉(zhuǎn)軸104 (Y軸,或roll軸),及第三旋轉(zhuǎn)軸106 (Z軸,或yaw軸)。這三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸102、104、106之間相互正交，也就是成90°角。
[0044]第一支架108可以承載一個(gè)或多個(gè)承載物(未顯示)，例如相機(jī)，照明燈等，并可以被第一電機(jī)110驅(qū)動(dòng)，圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸102轉(zhuǎn)動(dòng)以改變承載物的俯仰傾角(pitch)。
[0045]支架108、承載物、以及第一旋轉(zhuǎn)軸102—起，可以被第二電機(jī)112驅(qū)動(dòng)，圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸104轉(zhuǎn)動(dòng)以改變承載物的左右側(cè)傾角(roll)。
[0046]上述組件一起,通過第一軸臂114及第二軸臂115,與一個(gè)固定件116可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。固定件116可以通過多個(gè)固定點(diǎn)118固定于運(yùn)動(dòng)體(未顯示)上。固定件116下面的組件，包括第一軸臂114及第二軸臂115，可以繞第三旋轉(zhuǎn)軸106轉(zhuǎn)動(dòng)以改變承載物的左右朝向(yaw)。注意到第二軸臂115在X-Y平面內(nèi)，也就是說與Z軸正交。第二軸臂115在X-Y平面內(nèi)可以有一彎折，如圖1所示，但此彎折不是必須的。
[0047]圖2是一種有非正交軸的載體200的立體圖。除消除飛行器高頻和低頻震動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定性之外，載體200還能夠以一軸、兩軸、或三軸旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)更好的拍攝、監(jiān)控或其他目的。
[0048]載體200可以有第一旋轉(zhuǎn)軸202 (X軸，或pitch軸)，第二旋轉(zhuǎn)軸204 (Y軸，或rolI軸)，及第三旋轉(zhuǎn)軸206 (Z軸，或yaw軸)。其中旋轉(zhuǎn)軸204與206之間相互非正交，其夾角α小于90°。在一些實(shí)施例中，α約為60° -70°。在圖2所示的實(shí)施例中，α約為70°。相對于圖1中的載體,非正交Y軸(相對于原始的正交Y軸)相當(dāng)于朝著Z軸彎折了 α ’ =90。-α，例如20。。這里α ’是α的余角。
[0049]注意到目前多軸飛行器側(cè)飛時(shí)云臺(tái)相機(jī)視野的傾斜角度需要靠飛行器的側(cè)傾(roll)來補(bǔ)充。假如飛行器側(cè)飛角度最大可達(dá)到45°，因此原則上講為了使載體易于控制，α'要小于飛行器側(cè)飛最大傾角)，例如45°。
[0050]除此以外，非正交軸對于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，很重要的一個(gè)作用是減小軸臂長度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度。在一些實(shí)施例中，在α’ =20° -45°時(shí)恰好能在保證個(gè)軸的負(fù)載重心在軸上的基礎(chǔ)上軸臂最短，剛度最好。
[0051]第一支架208可以承載一個(gè)或多個(gè)承載物，例如相機(jī)209，照明燈等，并可以被第一電機(jī)210驅(qū)動(dòng)，圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸202轉(zhuǎn)動(dòng)以改變承載物的俯仰傾角(pitch)。
[0052]支架208、承載物209、以及第一旋轉(zhuǎn)軸202 —起，可以被第二電機(jī)212驅(qū)動(dòng)，圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸204轉(zhuǎn)動(dòng)以改變承載物的左右側(cè)傾角(roll)。
[0053]上述組件一起，通過第一軸臂214及第二軸臂215，與一個(gè)固定件216可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。固定件216可以通過多個(gè)固定點(diǎn)218固定于運(yùn)動(dòng)體(未顯示)上。固定件216下面的組件，包括第一軸臂214及第二軸臂215，可以繞第三旋轉(zhuǎn)軸206轉(zhuǎn)動(dòng)以改變承載物的左右朝向(yaw)ο
[0054]注意到第二軸臂215偏離原始的X-Y平面，也就是說不與Z軸正交。第二軸臂115在Y-Z平面內(nèi)有一彎折，如圖2所示，其彎折角為180° -α’。本領(lǐng)域里的技術(shù)人員可以認(rèn)識到，其它機(jī)械幾何結(jié)構(gòu)也可以實(shí)現(xiàn)非正交軸。
[0055]圖2中的非正交軸的載體200的三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸中的yaw軸206與roll軸204的夾角為非正交。在這種設(shè)計(jì)下，yaw軸206上的電機(jī)220和roll軸204上的電機(jī)212位置可以非常接近，使軸臂214與圖1中的軸臂114相比更短，結(jié)構(gòu)更緊湊，剛度更好，也節(jié)省重量。同時(shí)也減小了 yaw軸電機(jī)220的負(fù)荷。相比之下，圖1中的軸臂114很長，會(huì)導(dǎo)致載體整體剛度較差，也造成軸臂114連接處需要消耗較多的材料，而且增加整個(gè)載體100的重量。
[0056]圖2中的載體200的yaw軸206與roll軸204非正交也使負(fù)載在圍繞yaw軸206旋轉(zhuǎn)占用的空間(相應(yīng)的折合轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)與圖1中的載體100相比減小，從而減小了 yaw軸206與電機(jī)220所承擔(dān)的負(fù)荷。
[0057]圖2中的載體200每個(gè)軸上所對應(yīng)的質(zhì)量塊(也稱為負(fù)載)的重心在軸線上。例如，yaw軸206所承擔(dān)的負(fù)載，包括第一軸臂214及第二軸臂215、第二電機(jī)212、支架208、承載物209、第一電機(jī)202等,其總體的重心落在yaw軸206上。這樣，當(dāng)所述負(fù)載沿yaw軸206轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將是一個(gè)對稱的轉(zhuǎn)動(dòng)，而不會(huì)對yaw軸206施加震動(dòng)而造成的額外壓力。同時(shí)，利用負(fù)載本身的慣性可以消除載體200所在的運(yùn)動(dòng)體(如飛行器、車輛等)傳遞到載體掛載的設(shè)備(如相機(jī)、雷達(dá)、照明燈等承載物209)的振動(dòng)，從而提高拍攝和瞄準(zhǔn)效果。
[0058]這樣，本發(fā)明提供的一種用在運(yùn)動(dòng)體上的載體200實(shí)現(xiàn)所述運(yùn)動(dòng)體與一承載物209的耦合。所述載體的多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的疊加轉(zhuǎn)動(dòng)用于控制所述承載物209的自由指向或補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)及震動(dòng)從而穩(wěn)定所述承載物209。其中至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸之間形成的角是非直角。其中yaw軸206對應(yīng)的負(fù)載重心在在其軸線206上，roll軸204對應(yīng)的負(fù)載(例如第二電機(jī)212，支架208，承載物209，第一電機(jī)202等)重心在roll軸204的軸線上，pitch軸202對應(yīng)的負(fù)載(例如支架208，承載物209，第一電機(jī)202等)重心在pitch軸202的軸線上。
[0059]在一些實(shí)施例中，非直角0° <α，〈90?；蛘?0°〈(180。-α，)〈180。。例如α ’可以在0°到45°之間。在一些實(shí)施例中，α ’可以在0°到30°之間或30°到45°之間。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，α'約為20°。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，α’約為30°。在一些實(shí)施例中，α’可以在45。到90。之間。
[0060]在其它一些實(shí)施例中，載體可以只包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，其兩個(gè)軸之間形成的角是非直角。
[0061]圖3進(jìn)一步對比正交載體100和非正交載體200。注意到固定件116及固定件216可以分別定義水平面310及320，例如對應(yīng)于飛行器水平飛行的姿態(tài)。在正交載體100中，縱向軸臂114的方向與水平面310正交，也就是成直角。在正交載體200中，縱向軸臂214的方向與水平面320非正交，也就是成非直角β。其中β =90° +α’。
[0062]由圖3可以更明顯的看到為什么yaw軸與roll軸非正交可以使yaw軸和roll軸的電機(jī)位置可以非常接近，從而可以使yaw軸和roll軸之間軸臂214更短，也就使得載體結(jié)構(gòu)更緊湊并節(jié)省材料，減少重量,從而減小了 yaw軸電機(jī)的負(fù)荷。
[0063]圖4進(jìn)一步對比正交載體100和非正交載體200，從中可以更容易看出為什么非正交載體旋轉(zhuǎn)占用的空間更小。在圖4中，按yaw軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)半徑用雙虛線410、420表示?？梢钥吹?，由于yaw軸與roll軸由正交載體100中的直角交叉變成非正交載體200中的非正角交叉，yaw軸的旋轉(zhuǎn)半徑(即yaw軸電機(jī)和ι?ΙΙ軸電機(jī)之間的水平投影距離)420與旋轉(zhuǎn)半徑410相比變短,從而使yaw軸與roll軸非正交使負(fù)載在yaw軸旋轉(zhuǎn)占用的空間(即折合的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)減小，也就減小了 yaw軸電機(jī)220的負(fù)荷。
[0064]更具體地說，對于同樣長度L的yaw軸104、204，圖4中虛線方框內(nèi)的有效轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量ml、m2相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)半徑410、420分別是L、L sina。如果轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量ml = m2,則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量正比于(sina ) 2,相應(yīng)地yaw軸電機(jī)220的負(fù)荷減小至原來的(sina )2倍。
[0065]另外，承載于運(yùn)動(dòng)體(尤其是小型無人飛行體)的載體體積越小，重量越輕越有利于操作員快速有效的控制相機(jī)或其他承載物的方向和角度，以達(dá)到高質(zhì)量的航拍，監(jiān)視等功效。這里載體的體積并不一定是指的是載體的整體幾何體積。由于載體的主要功能之一是以一軸，兩軸或三軸旋轉(zhuǎn)，載體以某一軸旋轉(zhuǎn)式占用的空間更直接得反映了該載體的實(shí)際“操作”體積。也就是說，載體以該軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的半徑越小，載體在該軸上的實(shí)際“操作”體積越小。除體積考慮之外，載體重量輕可以減輕驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)荷，易于電機(jī)和載體的設(shè)計(jì)。除體積和重量之外，像很多機(jī)械結(jié)構(gòu)一樣，載體的剛性也是一個(gè)重要指標(biāo)。剛性是物體在外力作用下不易產(chǎn)生形變的性質(zhì)，或稱物體抵抗變形的能力?？梢岳斫獾兀瑒傂愿叩妮d體不僅壽命長，可靠性高，而且操作反應(yīng)速度快。
[0066]上述的非正交軸載體概念可以應(yīng)用于各種載體，包括用于改進(jìn)已有載體結(jié)構(gòu)。例如，圖5是一種二軸陀螺式動(dòng)態(tài)、自平衡載體500的結(jié)構(gòu)示意圖。載體500包括機(jī)架組件、電機(jī)組件、控制組件以及承載物510。機(jī)架組件包括第一支架520、第二支架540以及第三支架560。承載物510可以固定在第一支架520上。第一支架520與第二支架540轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置(即:可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)地耦合)，第二支架540與第三支架560轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置(即:可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)地耦合)。此處承載物510的形狀不局限于圖1中所示的方形，還可以為圓形、橢球形或其它形狀。承載物510也不限于圖5中所示的攝像設(shè)備，而可以是照明燈，雷達(dá)等設(shè)備。
[0067]本發(fā)明的一些實(shí)施例采用一或多個(gè)電機(jī)作為載體的傳動(dòng)裝置。采用電機(jī)作為原動(dòng)力直接載體的機(jī)架組件，耗能較小、節(jié)省電能；同時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)節(jié)，動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間短，能夠快速啟動(dòng)、停止或及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速大小以適應(yīng)無人飛行器各種飛行姿態(tài)，從而提高攝像組件的拍攝穩(wěn)定性。在其它一些實(shí)施例中，機(jī)械齒輪驅(qū)動(dòng)也可以實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)或照相機(jī)的一軸，兩軸或三軸轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。
[0068]電機(jī)組件可以包括第一電機(jī)530以及第二電機(jī)550。第一電機(jī)530可以直接驅(qū)動(dòng)第一支架520繞其旋轉(zhuǎn)軸相對第二支架540轉(zhuǎn)動(dòng)。第二電機(jī)550可以直接驅(qū)動(dòng)第二支架540繞其旋轉(zhuǎn)軸相對第三支架560轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0069]第一支架520和第二支架540分別可以圍繞一固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)(稱為旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸)，其中旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的角是按照本發(fā)明可以是非直角。例如，在設(shè)計(jì)中可以將傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間直角壓縮減小。這樣，X軸和Y軸的電機(jī)位置可以相應(yīng)減小，使軸臂更短，結(jié)構(gòu)更緊湊，剛度更好，也節(jié)省重量。而且X軸與Y軸非正交使負(fù)載在yaw軸旋轉(zhuǎn)占用的空間(即折合的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)減小，從而減小了電機(jī)的負(fù)荷。
[0070]在一些實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的非正交角在0°到90°之間。在一些實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的角在0°到30°之間。在一些實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的角在30°到45°之間，例如30°，或45°。在一些實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的角在45°到90°之間。在一些實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的非正交角在90°到180°之間。
[0071]在一些實(shí)施例中，該載體是一種陀螺式動(dòng)態(tài)自平衡載體，載體500進(jìn)一步包括一個(gè)控制組件，所述控制組件包括處理器和慣性傳感器，所述慣性傳感器檢測承載物510的姿態(tài)信息。處理器根據(jù)姿態(tài)信息控制電機(jī)組件，該電機(jī)組件直接驅(qū)動(dòng)所述機(jī)架組件相對所述被載物轉(zhuǎn)動(dòng)從而調(diào)整所述承載物510的姿態(tài)。
[0072]在一些實(shí)施例中，載體500進(jìn)一步包括連接于第一支架和第二支架上的水平旋轉(zhuǎn)架，所述水平旋轉(zhuǎn)架中安裝有十字形連接機(jī)構(gòu)以及機(jī)械陀螺。上面提到的載體的穩(wěn)定性可以通過陀螺來實(shí)現(xiàn)。陀螺是可以包括一個(gè)位于軸心且可旋轉(zhuǎn)的輪子。陀螺可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性是因?yàn)橥勇菀坏╅_始旋轉(zhuǎn)，由于輪子的角動(dòng)量而有抗拒方向改變的趨向。
[0073]這樣，可以采用大慣性的機(jī)械穩(wěn)定陀螺來實(shí)現(xiàn)載體的穩(wěn)定。載體支架上可以連接水平旋轉(zhuǎn)架，水平旋轉(zhuǎn)架上連接機(jī)械陀螺構(gòu)成穩(wěn)定裝置，穩(wěn)定裝置通過傳動(dòng)裝置與攝像裝置相連，能夠?qū)崿F(xiàn)陀螺與相機(jī)垂直方向的同步運(yùn)動(dòng)，依靠陀螺的穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)相機(jī)的穩(wěn)定拍攝。
[0074]在一些實(shí)施例中，載體500進(jìn)一步包括相應(yīng)于電機(jī)數(shù)量的電子調(diào)速模塊和外罩，每一個(gè)所述電機(jī)和一個(gè)電子調(diào)速模塊之間電連接并收容于一個(gè)外罩之內(nèi)。
[0075]在一些實(shí)施例中，其中所述傳動(dòng)組件中的電機(jī)與所述支架之間設(shè)置有電滑環(huán)，從而使所述支架在圍繞對應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸可以做旋轉(zhuǎn)360°周向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0076]在一些實(shí)施例中，其中所述傳動(dòng)組件中的第一電機(jī)和第一支架之間、以及第二電機(jī)和第二支架之間分別設(shè)置有電滑環(huán)，從而使第一支架和第二支架在圍繞對應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸可以做旋轉(zhuǎn)360°周向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0077]以航拍應(yīng)用為例，圖5在中的載體500可以固定于一個(gè)無人飛行器的機(jī)腹。載體500包括框架組件(第一支架520和第二支架540)、電機(jī)組件(第一電機(jī)530和第二電機(jī)550)和拍攝設(shè)備510以及控制組件。所述控制組件包括處理器和慣性傳感器。所述慣性傳感器檢測所述拍攝設(shè)備510的姿態(tài)信息。所述處理器根據(jù)所述姿態(tài)信息控制所述電機(jī)組件。所述電機(jī)組件直接驅(qū)動(dòng)所述框架組件相對所述拍攝設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)整所述拍攝設(shè)備510的拍攝角度。所述第一支架520和第二支架540分別可以圍繞一固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)(稱為旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸)。其中旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的角是非直角。
[0078]圖6是另一種陀螺式載體600的示意圖。載體600可以包括框架部分(又稱穩(wěn)定裝置部分)、傳動(dòng)裝置部分以及承載物(例如攝像裝置)部分。承載物部分可以包括一個(gè)相機(jī)底板608,其上可以固定各種不同型號的相機(jī)(未顯不)。
[0079]穩(wěn)定裝置部分可以利用機(jī)械陀螺在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)能保持穩(wěn)定的特性來保證整個(gè)載體600的穩(wěn)定。在載體600的中部和后部分別安裝了第一機(jī)構(gòu)支架612和第二機(jī)構(gòu)支架613。在第一機(jī)構(gòu)支架612和第二機(jī)構(gòu)支架613的中心都裝有軸承座，并且同軸。水平旋轉(zhuǎn)架610通過該軸承座分別與第一機(jī)構(gòu)支架612和第二機(jī)構(gòu)支架613連接，并可以繞該軸旋轉(zhuǎn)。
[0080]所述水平旋轉(zhuǎn)架610由一個(gè)矩形框架和U形框架兩部分組成，上部為矩形框架部分，其兩端頭分別括裝于第一機(jī)構(gòu)支架612和第二機(jī)構(gòu)支架613中心的軸承座內(nèi)，使水平旋轉(zhuǎn)架610可以在第一機(jī)構(gòu)支架612和第二機(jī)構(gòu)支架613之間左右擺動(dòng)。該矩形框架中安裝有十字形連接機(jī)構(gòu)以及機(jī)械陀螺609。十字形連接機(jī)構(gòu)由十字形連接框架內(nèi)架615以及十字形連接框架外架614組成。外架614兩側(cè)裝有軸承。外架614通過該軸承連接到水平旋轉(zhuǎn)架610上，保證整個(gè)陀螺609及連接裝置具有一個(gè)前后運(yùn)動(dòng)的自由度。外架614上留有螺孔，安裝時(shí)可以上下調(diào)整陀螺609的重心位置。當(dāng)飛行器發(fā)生左右晃動(dòng)時(shí)，陀螺609由于慣性作用始終保持豎直。水平旋轉(zhuǎn)架610與機(jī)械陀螺609相連，會(huì)始終保持與機(jī)械陀螺609垂直。陀螺的運(yùn)動(dòng)可以通過傳動(dòng)桿617傳至相機(jī)底板608，而保證了承載物(相機(jī))在左右方向上的水平。舵機(jī)618由遙控器控制，可以主動(dòng)調(diào)整相機(jī)的指向。
[0081]減震橡膠619可以吸收飛行器在飛行過程中產(chǎn)生的低頻震動(dòng)，而高頻震動(dòng)可以被機(jī)械陀螺609濾去，從而得到穩(wěn)定的拍攝畫面。
[0082]按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，水平旋轉(zhuǎn)架610和懸掛U型架611之間非正交連接，使得云臺(tái)結(jié)構(gòu)更緊湊，剛度更好，而且節(jié)省重量。這樣，旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的角可以從傳統(tǒng)的直角修改設(shè)計(jì)為非直角。
[0083]在一些實(shí)施例中，水平旋轉(zhuǎn)架610和懸掛U型架611之間的非正交角大于O°但小于90°。在一些實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的角在0°到30°之間。在另一些實(shí)施例中，該角度在30°到45°之間，例如30°或45°。在另一些實(shí)施例中，該角度在45°到90°之間。在另一些實(shí)施例中，該角度在90°到180°之間。
[0084]圖7是一種三軸載體700的示意圖。該載體700包括框架部分、傳動(dòng)裝置部分以及承載物(例如攝像裝置)部分723?？蚣懿糠职ǖ谝恢Ъ?24和第二支架726。攝像裝置部分723固定在第一支架724上。此處攝像裝置部分723的形狀不局限于圖7中所示的方形，還可以為市面上常見的圓形或其它形狀。為了實(shí)現(xiàn)攝像裝置部分723沿X軸(即:第一支架724的旋轉(zhuǎn)軸)旋轉(zhuǎn)，第一支架724通過端部的銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在第二支架726上，這種轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)攝像裝置部分723的抬頭或低頭旋轉(zhuǎn)。
[0085]為了適應(yīng)無人飛行器在飛行過程中的左側(cè)傾或右側(cè)傾飛行，攝像裝置部分723相對應(yīng)的進(jìn)行右側(cè)傾或左側(cè)傾轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，以保證拍照或攝像的平穩(wěn)性。如圖7所示，第二支架726可繞自身轉(zhuǎn)軸Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)。第二支架726的左右轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度從而帶動(dòng)第一支架724和攝像裝置部分723的整體轉(zhuǎn)動(dòng)。為了驅(qū)動(dòng)第一支架724、第二支架726，本實(shí)施例提供的動(dòng)力源為電機(jī)725、727。采用小型電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如耗能較小，節(jié)能環(huán)保，響應(yīng)時(shí)間短、能夠及時(shí)快速調(diào)整以適應(yīng)無人飛行器各種飛行姿態(tài)，從而使攝像組件的拍攝穩(wěn)定性高，等等。另外，電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)節(jié)，速度變化均勻，能夠在允許的速度范圍內(nèi)連續(xù)地、任意地調(diào)節(jié)速度大小，對機(jī)構(gòu)構(gòu)件的沖擊性較小，穩(wěn)定性能佳。具體的，如圖7所不，傳動(dòng)裝置部分包括第一電機(jī)725以及第二電機(jī)727。第一電機(jī)25直接驅(qū)動(dòng)第一支架724繞其旋轉(zhuǎn)軸(即-X軸)相對第二支架726轉(zhuǎn)動(dòng)。第二電機(jī)727直接驅(qū)動(dòng)第二支架726繞其旋轉(zhuǎn)軸(即:Y軸)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0086]第一支架724的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，第二支架726的轉(zhuǎn)動(dòng)軸和第三支架728的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(分別稱為X軸，Y軸和Z軸)中至少有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間形成的角是非直角。例如，可以修改傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的直角，使其彎折為非直角。這種設(shè)計(jì)可以使非直角相交的兩個(gè)軸上的電機(jī)位置可以更接近，使相應(yīng)軸臂更短，結(jié)構(gòu)更緊湊，剛度更好，也節(jié)省重量。而且云臺(tái)非直角相交的兩個(gè)軸在旋轉(zhuǎn)占用的空間(即折合的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)減小，從而減小了相應(yīng)軸上電機(jī)的負(fù)荷。
[0087]在一些實(shí)施例中，其中所述的至少有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間形成的非正交角在0°到90°之間。在一些實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)軸X軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的角在0°到30°之間。在一些實(shí)施例中，該角度在30°到45°之間，例如30°，或45°。在一些實(shí)施例中，該角度在45°到90°之間。在一些實(shí)施例中，該角度在90°到180°之間。
[0088]圖8顯示一個(gè)可以在三個(gè)軸上進(jìn)行360°周向旋轉(zhuǎn)的載體800。載體800可以包括第一轉(zhuǎn)動(dòng)件829和第二轉(zhuǎn)動(dòng)件830，第一驅(qū)動(dòng)件832，第二驅(qū)動(dòng)件833，第三驅(qū)動(dòng)件834，以及承載件831。承載件831可以承載例如攝像裝置，照明燈，雷達(dá)等承載物859。本實(shí)施例中，攝像裝置以微單相機(jī)859為例，并將載體800應(yīng)用于飛行器上為例，闡述本實(shí)施例的有益效果。微單相機(jī)859可通過鎖緊件固定于承載件831上。當(dāng)然，可以理解地，承載件831也可以承載其它類型的相機(jī)或監(jiān)控?cái)z像頭等。
[0089]載體800可以作為攝影、照相、監(jiān)測的裝置，可運(yùn)用于載人或無人飛行器、運(yùn)載體、汽車、輪船、機(jī)器人、電影拍攝、手設(shè)設(shè)備等領(lǐng)域。承載件831轉(zhuǎn)動(dòng)連接于第一轉(zhuǎn)動(dòng)件829，第一轉(zhuǎn)動(dòng)件829轉(zhuǎn)動(dòng)連接于第二轉(zhuǎn)動(dòng)件830。第二轉(zhuǎn)動(dòng)件830可以包括橫向支臂21和縱向支臂22。橫向支臂21和縱向支臂22之間可以固定連接或一體成型。承載件831轉(zhuǎn)動(dòng)方向可與第一轉(zhuǎn)動(dòng)件829的轉(zhuǎn)動(dòng)方向垂直。載體800還包括固定件867，固定件867可以固定鎖緊于飛行器的安裝位置上。第二轉(zhuǎn)動(dòng)件830轉(zhuǎn)動(dòng)連接于固定件867。固定件867上設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)動(dòng)件830相對固定件867旋轉(zhuǎn)的第三驅(qū)動(dòng)件834，以形成三軸載體800。
[0090]載體800還包括用于驅(qū)動(dòng)承載件831相對第一轉(zhuǎn)動(dòng)件829旋轉(zhuǎn)的第一驅(qū)動(dòng)件832和用于驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)動(dòng)件829相對第二轉(zhuǎn)動(dòng)件830旋轉(zhuǎn)的第二驅(qū)動(dòng)件833。第一驅(qū)動(dòng)件832包括第一電機(jī)，第二驅(qū)動(dòng)件833包括第二電機(jī)。第三驅(qū)動(dòng)件834包括第三電機(jī)。固定件867與第二轉(zhuǎn)動(dòng)件830之間設(shè)置有于第二轉(zhuǎn)動(dòng)件830旋轉(zhuǎn)時(shí)可保持旋通的電滑環(huán)。云臺(tái)可以繞三向360°無限制旋轉(zhuǎn)。
[0091]采用導(dǎo)電滑環(huán)來連接載體上的電氣設(shè)備可以解決電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶來的一些問題，例如，直接與載體上的電氣設(shè)備連接的線纜經(jīng)常出現(xiàn)纏繞、限制，使載體不能實(shí)現(xiàn)全方位的轉(zhuǎn)動(dòng)，電氣設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)360°全向轉(zhuǎn)動(dòng)，載體的功能受到極大的限制，不便于用戶的使用。
[0092]導(dǎo)電滑環(huán)屬于電接觸滑動(dòng)連接應(yīng)用范疇，它又稱電旋轉(zhuǎn)連接器、集電環(huán)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、旋轉(zhuǎn)電氣接口、滑環(huán)、集流環(huán)、回流環(huán)、線圈、換向器、轉(zhuǎn)接器，是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相對轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的圖像、數(shù)據(jù)信號及動(dòng)力傳遞的精密輸電裝置。特別適合應(yīng)用于無限制的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又需要從固定位置到旋轉(zhuǎn)位置傳送功率或數(shù)據(jù)的場所。具體地，電滑環(huán)可以包括滑環(huán)轉(zhuǎn)子和滑環(huán)定子?；h(huán)轉(zhuǎn)子和滑環(huán)定子可以分別固定于載體中相對轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)支架上，或固定于承載物和承載物所繞的支架上。通過電滑環(huán)解決了 360°旋轉(zhuǎn)問題后的載體已經(jīng)更進(jìn)一步提高了在飛行體上航拍的穩(wěn)定性。
[0093]承載件831圍繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)件829旋轉(zhuǎn)和第一轉(zhuǎn)動(dòng)件829圍繞第二支架830旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以分別稱為X軸和Y軸。第二轉(zhuǎn)動(dòng)件830相對固定件867旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸稱為Z軸。按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，X軸，Y軸和Z軸中至少有兩個(gè)軸之間形成的角是非直角。這種設(shè)計(jì)可以使非直角相交的兩個(gè)軸上的驅(qū)動(dòng)件(或電機(jī))位置可以更接近，使相應(yīng)軸臂更短，結(jié)構(gòu)更緊湊，剛度更好，也節(jié)省重量。而且云臺(tái)非直角相交的兩個(gè)軸在旋轉(zhuǎn)占用的空間(即折合的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)減小，從而減小了相應(yīng)軸上驅(qū)動(dòng)件(或電機(jī))的負(fù)荷。
[0094]在一些實(shí)施例中，其中所述的至少有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間形成的非正交角大于0°而小于90°。在一些實(shí)施例中，其中旋轉(zhuǎn)軸Z軸和旋轉(zhuǎn)軸Y軸之間形成的角在0°到90°之間。在一些實(shí)施例中，該角度在60°到70°之間，例如60°或70°。在一些實(shí)施例中，該角度在45°到90°之間。在一些實(shí)施例中，該角度在90°到180°之間。
[0095]圖9是一種roll軸和pitch軸非正交的載體的立體示意圖。其中圖9a是正面視圖，圖9b是底面視圖，圖9c是立體視圖。同理可以減小roll軸負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。與圖2中yaw軸與roll軸非正交的情況同理,這里roll軸負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量得以減小。
[0096]圖10是一種三軸之相鄰兩軸之間都非正交的載體的立體示意圖。其中圖1Oa是正面視圖，圖1Ob是底面視圖，圖1Oc是立體視圖。
[0097]在這些實(shí)施例中，各軸的負(fù)載重心優(yōu)選地基本上落在相應(yīng)的軸線上，以得到伺服載體過程中的比較平衡的控制。負(fù)載重心的位置在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的偏差也是容許的。
[0098]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用在運(yùn)動(dòng)體上的載體，所述載體用于實(shí)現(xiàn)所述運(yùn)動(dòng)體與一承載物的耦合，其中，所述載體包括: 至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸； 其中所述至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的疊加轉(zhuǎn)動(dòng)用于控制所述承載物的自由指向或補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)及震動(dòng)從而穩(wěn)定所述承載物； 其中兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸之間形成的角是非直角以減小所述轉(zhuǎn)動(dòng)相對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，從而減小相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 其中兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上分別對應(yīng)的負(fù)載重心分別在各自旋轉(zhuǎn)軸的軸線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載體，包括三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，其疊加轉(zhuǎn)動(dòng)用于控制所述承載物的自由指向或補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)及震動(dòng)從而穩(wěn)定所述承載物，其中三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸之間至少有兩個(gè)軸之間形成的角是非直角，其中三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上分別對應(yīng)的負(fù)載重心分別在各自旋轉(zhuǎn)軸的軸線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的載體，其中的非直角大于0°但小于90°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的載體，其中的非直角在60°到70°之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的載體，其中的非直角約為70°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的載體，其中所述非直角由一個(gè)朝某一平面彎折的橫向軸臂實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的載體，進(jìn)一步包括框架組件，傳動(dòng)組件和承載物組件，其框架組件包括三個(gè)支架(第一，二，三支架)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的載體，該載體是一種陀螺式動(dòng)態(tài)自平衡載體，該載體進(jìn)一步包括一個(gè)控制組件，所述控制組件包括處理器和慣性傳感器，所述慣性傳感器檢測承載物的姿態(tài)信息，所述處理器根據(jù)所述姿態(tài)信息控制所述承載物的姿態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的載體，所述傳動(dòng)組件進(jìn)一步包括一個(gè)電機(jī)組件，所述處理器根據(jù)所述姿態(tài)信息控制該電機(jī)組件，該電機(jī)組件直接驅(qū)動(dòng)所述機(jī)架組件相對所述被載物轉(zhuǎn)動(dòng)從而調(diào)整所述被載物的姿態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的載體，進(jìn)一步包括連接于所述第一支架和所述第二支架上的水平旋轉(zhuǎn)架；所述水平旋轉(zhuǎn)架中安裝有十字形連接機(jī)構(gòu)以及機(jī)械陀螺；所述傳動(dòng)組件包括第一電機(jī)和第二電機(jī)，所述第一電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)所述第一支架相對所述第二支架轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)所述連桿構(gòu)件從而帶動(dòng)所述第二支架相對所述第三支架轉(zhuǎn)動(dòng)。
【文檔編號】F16M11/12GK104508346SQ201380027617
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】周力, 王鵬 申請人:深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司