360度萬向節(jié)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種360度萬向節(jié)裝置，包括：豎直支架；隨該豎直支架上的中空的柄軸轉(zhuǎn)動的偏航電機；安裝在所述中空的柄軸內(nèi)的滑環(huán)；具有近端的第一臂，所述第一臂的近端附裝至偏航電機使得第一臂繞偏航軸360度自由轉(zhuǎn)動；所述第一臂的遠端連接翻滾電機；具有近端的第二臂，所述第二臂的近端附裝至所述翻滾電機使得所述第二臂繞翻滾軸實現(xiàn)270度的轉(zhuǎn)動；連接至所述第二臂的遠端的俯仰電機；附裝至所述俯仰電機的支撐座，所述支撐座繞俯仰軸實現(xiàn)±60度的轉(zhuǎn)動。所述萬向節(jié)裝置與移動裝置無線通信連接，所述移動裝置包括移動應(yīng)用程序，該移動應(yīng)用程序用于基于多個定制軌跡生成多個圖像拍攝模式。
【專利說明】360度萬向節(jié)系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2015年3月31日提交的申請?zhí)枮?2/141，245的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過弓I用全文并入到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請主要涉及一種萬向節(jié)(gimbal)系統(tǒng)，尤其涉及一種能基于不同定制軌跡實現(xiàn)不同拍攝模式的無線自動萬向節(jié)裝置，該裝置可繞偏航軸(pan axis)實現(xiàn)360°自由旋轉(zhuǎn)。
【背景技術(shù)】
[0004]1.現(xiàn)有裝置
[0005]1.許多相機架可提供雙軸(偏航軸與俯仰(tilt)軸)旋轉(zhuǎn)運動(angular mot1n)。在沒有以電機或自動控制器為例的電子單元的情況下，這些設(shè)備可以手動操作運行。
[0006]2.—些無線網(wǎng)絡(luò)相機(Wireless IP Camera)可提供包括偏航軸與俯仰軸在內(nèi)的雙軸旋轉(zhuǎn)運動。這種相機通過兩個電機在有限的操作角度內(nèi)工作。這種相機安裝在建筑物的墻上，利用室內(nèi)直流電運行。
[0007]I1.現(xiàn)有裝置的控制方式
[0008]1.除自動穩(wěn)定(8111:0-8七313；[112；[1^)外，一些現(xiàn)有的裝置可采用其自身安裝的數(shù)/?？刂破鱽韺崿F(xiàn)控制調(diào)整。
[0009]II 1.現(xiàn)有的拍攝方法
[00?0] 1.安卓移動應(yīng)用程序“谷歌相機”中的“球景模式”(“Spherical mode”)
[0011]a.現(xiàn)有應(yīng)用程序示例
[0012]I).用戶根據(jù)相機應(yīng)用程序的指示(hints)手動移動相機。這些指示覆蓋了生成球景圖像的所有視角(angle)。球景圖像覆蓋垂直視角，而不包含固定的水平全景圖。
[0013]b.使用“谷歌相機”應(yīng)用程序拍攝“球景圖像”的步驟
[0014]I).用戶啟動“谷歌相機”并切換至“球景模式”；
[0015]2).用戶處于拍攝環(huán)境的中心位置處；
[0016]3).用戶手動調(diào)整相機的位置使得像圈(circle)與應(yīng)用程序所示的“線框(dots)”相對應(yīng)；
[0017]4).用戶可在任意時刻點擊“停止”鍵利用現(xiàn)有的所攝圖像生成“球景圖像”，否則相機將在所有的“線框”完成時停止(并生成球景圖像)；
[0018]5).“球景圖像”是采用拼接(stitching)與圖像變形(image warping)算法將單個的圖像拼接而成，并在特殊的“球景顯示器(spherical image viewer)”中顯示，用戶通過對該球景圖像的拖拽(drag)或傾轉(zhuǎn)(tilt)可以實現(xiàn)“環(huán)視”。
[0019]2.安卓移動應(yīng)用程序“谷歌相機”中的“全景模式”
[0020]a.現(xiàn)有應(yīng)用程序示例
[0021]I).用戶水平轉(zhuǎn)動相機獲取水平偏航拍攝(horizontal pan shot)，進而獲得較寬視角的圖像。該圖像通過將大量的圖像拼接形成。
[0022]b.使用“谷歌相機”應(yīng)用程序拍攝“全景圖像”的步驟
[0023]I).用戶啟動“谷歌相機”并切換至“全景模式”；
[0024]2).用戶處于拍攝環(huán)境的前方處；
[0025]3).用戶緩慢平移(pan)相機直至相機提示“完成”。
[0026]3.“嗨拍”(Hyperlapse)應(yīng)用程序
[0027]a.什么是“嗨拍”
[0028]I) “嗨拍”是指在規(guī)律的間隔內(nèi)拍攝的圖像所構(gòu)成的視頻。例如，在24小時內(nèi)拍攝240張圖像，并在1秒鐘內(nèi)播放。因此這種視頻看起來類似“快速播放”的視頻。
[0029]2)“嗨拍”的拍攝視角與方向不固定。用戶可以在各個鏡頭一點一點地上下傾轉(zhuǎn)及水平移動相機架，進而獲得“全景”錄像。
[0030]b.拍攝嗨拍錄像的示例
[0031]I).用戶在相機內(nèi)設(shè)置定時器以進行規(guī)律的時間間隔的拍攝；
[0032]2).用戶在相機內(nèi)的定時器設(shè)定的規(guī)律的時間間隔內(nèi)手動一點一點地移動相機架；
[0033]3).用戶手動將所有的圖像輸入到軟件內(nèi)并在軟件內(nèi)生成視頻。
[0034]IV.陀螺漂移(Gyro-sh i ft)問題
[0035]1.—些智能手機并不具備數(shù)字羅盤(digital compass)或者在球景拍攝模式中并不使用數(shù)字羅盤數(shù)據(jù)。由此，地球自轉(zhuǎn)引起的磁場變化對陀螺儀將造成影響。這一偏差將實時累積并將造成偏航軸陀螺儀數(shù)據(jù)不準，進而造成明顯的拼接偽影(stitchingartifacts)。
[0036]a.現(xiàn)有的相機應(yīng)用程序要求用戶能在2-3分鐘內(nèi)獲取圖像，以最小化陀螺漂移問題。
[0037]以上所述【背景技術(shù)】旨在解釋360度萬向節(jié)裝置，并不用于描述或構(gòu)造360度萬向節(jié)裝置的相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)，也不應(yīng)將所列文件用于評價本申請的權(quán)利要求的創(chuàng)造性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0038]本申請針對以上【背景技術(shù)】中的現(xiàn)有裝置進行改進，具體方案如下:提供一種360度萬向節(jié)裝置，包括:
[0039]豎直支架；
[0040]隨中空的柄軸轉(zhuǎn)動的偏航電機，所述柄軸安裝在所述豎直支架的上開口處；
[0041]安裝在所述中空的柄軸內(nèi)的滑環(huán)；
[0042]具有近端的第一臂，所述第一臂的近端附裝至所述偏航電機的側(cè)部使得所述第一臂相對豎直支架繞偏航軸360度自由轉(zhuǎn)動；
[0043]與所述第一臂20的遠端相連的翻滾電機；
[0044]具有近端的第二臂，所述第二臂的近端附裝至所述翻滾電機的轉(zhuǎn)動部使得所述第二臂可相對所述第一臂繞垂直于偏航軸的翻滾軸實現(xiàn)270度的轉(zhuǎn)動；
[0045]連接至所述第二臂的遠端的俯仰電機；
[0046]附裝至所述俯仰電機的轉(zhuǎn)動部的支撐座，所述支撐座相對垂直于所述豎直支架的偏航面繞俯仰軸實現(xiàn)± 60度的轉(zhuǎn)動，俯仰軸z與偏航軸及翻滾軸正交；
[0047]無線通信單元，用于在所述萬向節(jié)裝置與移動裝置之間無線接收與發(fā)射信號，所述移動裝置包括移動應(yīng)用程序，該移動應(yīng)用程序用于基于多個定制軌跡生成多個圖像拍攝模式；
[0048]中央處理單元，用于將所述無線通信單元的指令信號轉(zhuǎn)換為PffM脈沖調(diào)制信號，和對包括陀螺儀信號及加速信號在內(nèi)的運動信號進行處理并轉(zhuǎn)換為角度信號；
[0049]與所述偏航電機、翻滾電機及俯仰電機電連接的電機控制器，用于從所述中央處理單元接收所述PWM脈沖調(diào)制信號并提供相應(yīng)的電壓以驅(qū)動所述偏航電機、翻滾電機及俯仰電機，由此分別在偏航軸、翻滾軸及俯仰軸上生成旋轉(zhuǎn)運動；以及
[0050]慣性測量傳感器，用于感應(yīng)萬向節(jié)裝置在每個循環(huán)中各軸上的旋轉(zhuǎn)運動。
[0051]進一步地，本申請還提供一種萬向節(jié)裝置，包括:
[0052]豎直支架；
[0053]隨中空的柄軸轉(zhuǎn)動的偏航電機，柄軸安裝在所述豎直支架的上開口處；
[0054]安裝在所述中空的柄軸內(nèi)的滑環(huán)；
[0055]具有近端的第一臂，所述第一臂的近端附裝至偏航電機的側(cè)部使得第一臂相對豎直支架繞偏航軸轉(zhuǎn)動；
[0056]與第一臂的遠端相連翻滾電機；
[0057]具有近端的第二臂，所述第二臂的近端附裝至所述翻滾電機的轉(zhuǎn)動部使得所述第二臂可相對所述第一臂繞垂直于偏航軸的翻滾軸轉(zhuǎn)動；
[0058]連接至所述第二臂的遠端的俯仰電機；以及
[0059]附裝至所述俯仰電機的轉(zhuǎn)動部的支撐座，所述支撐座繞與偏航軸及翻滾軸正交的俯仰軸轉(zhuǎn)動。
[0060]本申請所述的萬向節(jié)裝置中，多條第一電線從所述滑環(huán)的下端伸出，所述第一電線電連接至所述豎直支架內(nèi)的PCB板;多條第二電線從所述滑環(huán)的上端延伸出，所述第二電線與所述偏航電機、翻滾電機及俯仰電機電連接。
[0061]本申請所述的萬向節(jié)裝置中，包括無線通信單元，用于在所述萬向節(jié)裝置與移動裝置之間無線接收與發(fā)射信號。
[0062]本申請所述的萬向節(jié)裝置中，所述移動裝置包括移動應(yīng)用程序，該移動應(yīng)用程序用于基于多個定制軌跡生成多個圖像拍攝模式。
[0063]本申請所述的萬向節(jié)裝置中，包括中央處理單元，用于將無線通信單元的指令信號轉(zhuǎn)換為PWM脈沖調(diào)制信號，和對包括陀螺儀信號及加速信號在內(nèi)的運動信號進行處理并轉(zhuǎn)換為角度信號。
[0064]本申請所述的萬向節(jié)裝置中，包括與所述偏航電機、翻滾電機及俯仰電機電連接的電機控制器，用于從所述中央處理單元接收所述PWM脈沖調(diào)制信號并提供相應(yīng)的電壓以驅(qū)動所述偏航電機、翻滾電機及俯仰電機，由此分別在偏航軸、翻滾軸及俯仰軸上生成旋轉(zhuǎn)運動。
[0065]本申請所述的萬向節(jié)裝置中，包括慣性測量傳感器，用于感應(yīng)萬向節(jié)裝置在每個循環(huán)中的各軸上的旋轉(zhuǎn)運動。
[0066]本申請所述的萬向節(jié)裝置中，所述第一臂360度自由轉(zhuǎn)動。
[0067]本申請所述的萬向節(jié)裝置中，所述第二臂的轉(zhuǎn)動角度范圍為270度。
[0068]本申請所述的萬向節(jié)裝置中，所述支撐座相對垂直于所述豎直支架的偏航面的轉(zhuǎn)動范圍為±60度。
[0069]本申請所述的萬向節(jié)裝置中，所述支撐座用于固定所述支撐座內(nèi)的圖像拍攝裝置。
[0070]本申請所述的萬向節(jié)裝置中，包括基座，所述豎直支架安裝在所述基座上。
[0071]本申請所述的萬向節(jié)裝置還包括設(shè)置在所述豎直支架上的操縱桿，用于手動控制所述偏航電機、翻滾電機及俯仰電機。
[0072]本申請所述的萬向節(jié)裝置還包括安裝在所述豎直支架內(nèi)的多節(jié)電池，用于給所述偏航電機、翻滾電機及俯仰電機供電。
[0073]本申請所述的萬向節(jié)裝置還所述萬向節(jié)裝置的無線通信單元與所述移動裝置之間通過藍牙或WiFi通信連接。
[0074]本申請所述的萬向節(jié)裝置中，所述第一臂通過螺絲套件附裝至所述偏航電機。
[0075]盡管本申請的360度萬向節(jié)裝置在特定的實施例中進行了描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀與理解了本說明書的內(nèi)容后對本申請的等同替換與改變是顯而易見的。本申請所述的360度萬向節(jié)裝置應(yīng)當(dāng)包含了這些等同替換與改變，本申請的保護范圍應(yīng)只受限于權(quán)利要求書的范圍。
【附圖說明】
[0076]本申請的360度萬向節(jié)裝置的具體實施例將參照以下附圖進行描述，其中:
[0077]圖1為根據(jù)本申請的一實施例的360度萬向節(jié)裝置的立體示意圖；
[0078]圖2為圖1所示360度萬向節(jié)裝置的側(cè)視圖；
[0079]圖3為圖1所示360度萬向節(jié)裝置的俯視圖；
[0080]圖4為圖1所示360度萬向節(jié)裝置的正視圖；
[0081 ]圖5為圖1所示360度萬向節(jié)裝置的部分分解示意圖；
[0082]圖6為現(xiàn)有技術(shù)的滑環(huán)(slipring)的剖視示意圖；
[0083]圖7為常見的滑環(huán)的原理圖；
[0084]圖8為根據(jù)本申請的實施例的360度萬向節(jié)裝置的藍牙裝置與PCB主板的框圖；
[0085]圖9為根據(jù)本申請的實施例的360度萬向節(jié)裝置的應(yīng)用流程示意圖；
[0086]圖10為根據(jù)本申請的實施例的360度萬向節(jié)裝置的運動流程示意圖；
[0087]圖11為根據(jù)本申請的實施例的360度萬向節(jié)裝置的裝置/應(yīng)用程序通信順序圖；
[0088]圖12為根據(jù)本申請的實施例的360度萬向節(jié)裝置的裝置/應(yīng)用控制示意圖。
【具體實施方式】
[0089]以下參考優(yōu)選的實施例對本申請的360度萬向節(jié)裝置做詳細描述，本申請的360度萬向節(jié)裝置的特定的具體實例也將在下文中給出。出于簡潔清晰的目的，一些對于理解本申請的360度萬向節(jié)裝置不特別重要的特征未在下文中描述，但這些特征對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而g是顯而易見的。
[0090]此外，本申請的360度萬向節(jié)裝置不限于以下描述的確切的實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本申請的保護范圍的情況下可以做出相應(yīng)的改進。例如，在本文及權(quán)利要求的范圍內(nèi)，不同描述的實施例的元件或特征可相互結(jié)合或相互替換。
[0091]進一步地，本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)人員在閱讀了本說明書之后，對本申請作出的改進與變化是顯而易見的，本申請的附圖及權(quán)利要求書也應(yīng)視為本申請的保護范圍。
[0092]為了便于說明，下文中描述的“豎直”、“上”、“下”、“垂直”、“水平”、“頂部”、“底部”以參照附圖示出的本申請來確定方位。相反地，應(yīng)當(dāng)理解，除了詳細描述的方位外，本申請可以設(shè)定不同的位置關(guān)系。此外，附圖及以下說明書中給出的具體裝置僅僅是本申請的示意性實施例。因此，以下描述的實施例相關(guān)的規(guī)格及物理特征并不視為對本申請的限制。
[0093]應(yīng)當(dāng)指出，本申請的說明書及權(quán)利要求中描述的:一個元件“親合”或“連接”到另一元件，并不表示一個元件緊扣、固定或依附到另一元件上。相反地，“耦合”或“固定”這樣的描述表示一個元件與另一元件之間要么直接連接，要么間接連接，或者兩元件之間機械或電連接。
[0094]圖1-5示出了根據(jù)本申請的一優(yōu)選實施例的360度萬向節(jié)裝置在不同視角下的示意圖。本申請的360度萬向節(jié)裝置10可包括三個電機，S卩，安裝在萬向節(jié)裝置10的豎直支架12上的偏航電機(pan motor) 14、翻滾電機(roll motor)24、以及俯仰電機(tilt motor)34。這三個電機14、24、34可以是無刷電機，用于控制偏航電機14、翻滾電機24及俯仰電機34分別繞X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)運動。偏航電機14可隨中空的柄軸(shaft) 16轉(zhuǎn)動，柄軸16安裝在豎直支架12的上開口處。
[0095]滑環(huán)18安裝在中空的柄軸16內(nèi)。從滑環(huán)18的下端伸出多條第一電線40，第一電線40電連接至豎直支架12內(nèi)的PCB板44;從滑環(huán)18度上端延伸出多條第二電線42，第二電線42與偏航電機14、翻滾電機24及俯仰電機34電連接。
[0096]圖6-7示出了常見的滑環(huán)不同視角的示意圖，這種滑環(huán)可以應(yīng)用到本申請的萬向節(jié)裝置10中。滑環(huán)是能將功率與電信號從固定結(jié)構(gòu)發(fā)射至轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)的電動機械裝置?；h(huán)可用于任意在發(fā)射功率和/或數(shù)據(jù)時要求無限制轉(zhuǎn)動、間斷轉(zhuǎn)動或持續(xù)轉(zhuǎn)動的電動機械系統(tǒng)中?；h(huán)可提高機械性能、簡化系統(tǒng)操作并消除活動接頭處電線晃動時可能的損害。
[0097]萬向節(jié)裝置10可包括具有近端與遠端的第一臂20。第一臂20的近端附裝至偏航電機14的側(cè)部，由此第一臂20可相對豎直支架12繞偏航軸X實現(xiàn)360度自由轉(zhuǎn)動。第一臂20可通過一組螺絲22或其他任意合適的緊固件附裝至偏航電機14。
[0098]翻滾電機24可與第一臂20的遠端相連。萬向節(jié)裝置10可包括具有近端與遠端的第二臂26。第二臂26的近端可附裝至翻滾電機24的轉(zhuǎn)動部，由此第二臂26可相對第一臂20繞垂直于偏航軸X的翻滾軸y實現(xiàn)270度的轉(zhuǎn)動。
[0099]俯仰電機34可連接至第二臂26的遠端。支撐座36可附裝至俯仰電機34的轉(zhuǎn)動部，由此支撐座36可相對垂直于豎直支架12的水平面繞俯仰軸z實現(xiàn)±60度的轉(zhuǎn)動，支撐座36用于例如固定圖像獲取裝置38，俯仰軸z與偏航軸X及翻滾軸y正交。
[0100]PCB板44可包括無線通信單元62，用于在萬向節(jié)裝置10與移動裝置64之間無線接收與發(fā)射信號。萬向節(jié)裝置10的無線通信單元62可經(jīng)由藍牙(Bluetooth)或無線上網(wǎng)(WiFi)或其他無線通信裝置實現(xiàn)與移動裝置64之間的通信。移動裝置64可包括移動應(yīng)用程序，該移動應(yīng)用程序用于基于多個定制軌跡生成多個圖像拍攝模式。[Ο?Ο? ] PCB板44進一步包括中央處理單元66，中央處理單元66用于將無線通信單元62的指令信號轉(zhuǎn)換為PWM(pulse width modulat1n，脈沖調(diào)制)信號，和對包括陀螺儀信號及加速信號在內(nèi)的運動信號進行處理并將這些信號轉(zhuǎn)換為角度信號。
[0102]PCB板44還包括與偏航電機14、翻滾電機24及俯仰電機34電連接的電機控制器68。電機控制器68可用于從中央處理單元66接收Pmi信號并提供相應(yīng)的電壓以驅(qū)動偏航電機
14、翻滾電機24及俯仰電機34，由此分別在偏航軸X、翻滾軸y及俯仰軸z上生成旋轉(zhuǎn)運動。
[0103]PCB板44可進一步包括慣性測量(IMU, inertial measurement unit)傳感器70，慣性測量傳感器70用于感應(yīng)萬向節(jié)裝置在每個循環(huán)(looping)中的旋轉(zhuǎn)運動。
[0104]手柄或豎直支架12中裝有多節(jié)電池52，用于給偏航電機14、翻滾電機24、俯仰電機34以及PCB板44上的電子元件供電。
[0105]萬向節(jié)裝置10可包括設(shè)置在豎直支架12上的操縱桿(joyStick)50，用于手動控制偏航電機14、翻滾電機24及俯仰電機34。
[0106]本申請的360度萬向節(jié)裝置10可通過3軸萬向節(jié)裝置實現(xiàn)不同拍攝模式的自動化。相比提供額外的穩(wěn)定功能以消除振動的手持慣用法外，用戶可將本申請的360度萬向節(jié)裝置10放置在基座配件(如，三腳架)上。通過操縱本申請的360度萬向節(jié)裝置10可實現(xiàn)對移動裝置(例如智能手機或智能手表)的移動。
[0107]此外，其他的成像裝置，例如相機模組或甚至運動相機(如攝像機GoPro)也同樣適用。用戶可以節(jié)省在規(guī)律的時間間隔內(nèi)手動移動相機、或移動相機架以獲取上述不同拍攝模式的精力。通過減小或消除人為誤差，本申請的萬向節(jié)裝置10也有助于顯著提高拍攝過程中的精度。
[0108]3軸萬向節(jié)裝置10可采用三個控制偏航軸X、翻滾軸y及俯仰軸z的無刷電機來運行。偏航角度、翻滾角度及俯仰角度(操作角度)可以分別是連續(xù)的360度、270度及±60度。
[0109]在本申請的360度萬向節(jié)裝置10中，可以采用無線控制方式。除了操縱桿模擬控制夕卜，本申請的萬向節(jié)裝置可以無線控制。用戶不再需要手持該裝置以控制其拍攝角度。用戶可在8至20米的范圍內(nèi)控制該裝置。
[0110]一旦移動應(yīng)用程序與該裝置完成配對，用戶甚至可以通過互聯(lián)網(wǎng)控制該裝置。用戶可以從另一智能裝置(如智能手表)經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)出控制指令。該控制指令將在已經(jīng)與該萬向節(jié)裝置無線連接的智能裝置中執(zhí)行，該智能裝置例如是智能手機。
[0111]此外，本申請的360度萬向節(jié)裝置可以克服“球景拍攝”模式中的陀螺漂移問題。本申請的360度萬向節(jié)裝置用作額外的陀螺儀，其可以包括磁針羅盤，并可用于克服陀螺漂移問題。用戶可以盡可能快地完成拍攝。還可以規(guī)劃最優(yōu)的軌跡來最小化偽影。在每次轉(zhuǎn)動過程中，該萬向節(jié)裝置須從頂部向底部傾斜轉(zhuǎn)動(tilt)。
[0112]操作過程
[0113]包括來自操縱桿50的信號及電池52處電池電壓在內(nèi)的電源與信號從手柄或豎直支架12(固定部)經(jīng)滑環(huán)18發(fā)射至萬向節(jié)裝置10的上部54(轉(zhuǎn)動部)，滑環(huán)18可安裝在中空的柄軸16內(nèi)。來自該固定部的信號首先直接與滑環(huán)18的固定部相連，再從滑環(huán)18的轉(zhuǎn)動部傳出。然后，通過直接與滑環(huán)18的轉(zhuǎn)動部的電線相連，所述信號連接到萬向節(jié)裝置10的轉(zhuǎn)動部上的電裝置。
[0114]這種結(jié)構(gòu)使得在x、y、z軸各軸上能持續(xù)轉(zhuǎn)動，并消除了在發(fā)射電源與數(shù)據(jù)時萬向節(jié)系統(tǒng)內(nèi)電線從活動的接合處晃動造成的電線損壞。
[0115]依據(jù)特定的編程，萬向節(jié)裝置10的操作角度將大幅提升至無限制的旋轉(zhuǎn)范圍。這被稱為360度萬向節(jié)技術(shù)。
[0116]圖8為具有根據(jù)本申請的優(yōu)選實施例的360度萬向節(jié)裝置的PCB主板與具有藍牙模塊的移動裝置的框圖。
[0117]1.移動裝置64的藍牙裝置:運行在移動設(shè)備64上的例如安卓系統(tǒng)或蘋果系統(tǒng)的移動應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序可以通過藍牙發(fā)射信號至無線通信單元62。
[0118]2.無線通信單元62:將指令信號轉(zhuǎn)換為HVM脈沖調(diào)制信號并處理包括陀螺儀及加速度信號在內(nèi)的運動信號。將這些信號轉(zhuǎn)換為角度信號。
[0119]3.中央處理單元66:將指令信號轉(zhuǎn)換為PffM信號，和對包括陀螺儀信號及加速信號在內(nèi)的運動信號進行處理。將這些信號轉(zhuǎn)換為角度信號。
[0120]4.電機控制器68:從中央處理單元接收PffM信號并提供相應(yīng)的電壓以驅(qū)動該3軸萬向節(jié)裝置內(nèi)的偏航電機14、翻滾電機24及俯仰電機34。
[0121]5.各個軸的電機14、24及34:接收電機控制器68的電壓并生成在偏航軸X、翻滾軸y及俯仰軸z上的旋轉(zhuǎn)運動。
[0122]6.MU慣性測量傳感器70:感應(yīng)各個循環(huán)中該萬向節(jié)裝置10在xyz各軸上相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運動。
[0123]無線通信單元62通過移動裝置64的藍牙裝置接收移動應(yīng)用程序的指令。該指令的原始數(shù)據(jù)隨后發(fā)射至中央處理單元66并轉(zhuǎn)換為發(fā)射至電機控制器68的PWM信號，并在發(fā)射至三個電機14、24、34之前轉(zhuǎn)換為電壓信號。
[0124]繞偏航軸X、翻滾軸y及俯仰軸z轉(zhuǎn)動的電機14、24、34可由該電壓信號供電并生成相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運動。
[0125]實時的運動而后由頂U慣性測量傳感器70測出，包括3軸陀螺儀與3軸加速度。這些信號結(jié)合在一起在中央處理單元66內(nèi)形成穩(wěn)定的角度信號。這是相比由移動應(yīng)用程序給出的原始的指令，并由此確定是否持續(xù)生成各個軸上的運動的情況。如果目標(biāo)角度已經(jīng)達到，中央處理單元66將經(jīng)由無線通信單元62發(fā)出確定信號至移動應(yīng)用程序。整個指令也隨即完成。然后，該萬向節(jié)系統(tǒng)將遵照相同的順序執(zhí)行下一指令。
[0126]應(yīng)用程序描述
[0127]1.各個步驟的流程圖解釋:
[0?28] I).圖9示出了無線控制應(yīng)用程序的流程圖(ref:appf low_01)
[0129]1.開啟應(yīng)用程序
[0130]1.用戶開啟該設(shè)備，將智能手機附裝至該設(shè)備上并打開應(yīng)用程序
[0131]2.是否已登錄？
[0132]1.確定用戶已登錄該應(yīng)用程序
[0133]3.注冊
[0134]1.用戶點擊“注冊”鍵并跳轉(zhuǎn)到注冊頁面
[0135]4.等待連接屏幕
[0136]1.屏幕顯示允許用戶選擇到設(shè)備的“連接”鍵
[0137]5.是否已啟動藍牙？
[0138]1.檢查是否開啟藍牙
[0139]6.開啟藍牙
[0140]1.自動開啟藍牙或從彈窗開啟藍牙
[0141]7.搜索附近的藍牙裝置并顯示
[0142]1.發(fā)現(xiàn)附近的藍牙裝置并在彈出的列表上顯示。嘗試與該裝置連接。
[0143]8.嘗試連接裝置
[0144]1.該應(yīng)用程序?qū)L試與選擇的藍牙裝置連接
[0145]9.裝置是否曾已配對？
[0146]1.確認該裝置是否已配對
[0147]I 0.請求配對
[0148]1.建立第一連接，并在后臺提出配對設(shè)備的配對請求或自動配對
[0149]11.藍牙是否連接？
[0150]1.確認裝置是否已通過藍牙連接
[0151]12.顯示連接失敗信息
[0152]1.彈出“連接失敗”信息并返回連接屏幕頁面
[0153]13.進入應(yīng)用程序
[0154]1.進入相機應(yīng)用程序
[0?55]2).圖10示出了根據(jù)預(yù)先設(shè)定的軌跡移動該裝置的流程圖(ref:appflow_02)
[0156]1.進入應(yīng)用程序
[0157]1.假設(shè)用戶已經(jīng)將相機或圖像獲取裝置放置在固定裝置(即萬向節(jié)裝置)上，且該固定裝置已經(jīng)放置在基座配件上。用戶已經(jīng)開啟該應(yīng)用程序并將該應(yīng)用程序與該裝置相連接。
[0158]2.選擇拍攝模式，對應(yīng)加載軌跡數(shù)據(jù)
[0159]1.用戶選擇不同的拍攝模式，例如“球景全景模式”、“水平全景模式”或者“嗨拍模
_P..，，
JAj ο
[0160]i1.拍攝軌跡可由任何人根據(jù)個人要求設(shè)定。
[0161]3.逐行讀取軌跡數(shù)據(jù)
[0162]1.通過選擇不同模式，加載相應(yīng)的預(yù)設(shè)軌跡并逐行發(fā)出運動指令至該裝置。
[0163]4.確定指令
[0164]i.可以是移動指令或等待指令(ref:app_ex_cmd_01)
[0165]5.等待11秒
[0166]1.該應(yīng)用程序?qū)⑼Ｖ功敲胫敝亮硪恢噶畎l(fā)出
[0167]6.移動(ref: app_device_sequence)
[0168]1.該應(yīng)用程序?qū)l(fā)出移動指令至該裝置
[0169]7.是否到達文件末端
[0170]1.文件末端確定該軌跡是否完成
[0171]8.在相機保存圖片
[0172]1.基于前述步驟中拍攝的圖像，運算獲得拼接圖像(ref:ref_app_01)
[0173]裝置/應(yīng)用程序通信
[0174]II.圖11是裝置/應(yīng)用程序通信的順序圖(ref:app_device_sequence)
[0175]1.無線發(fā)送指令
[0176]i.發(fā)送指令，具體描述在(ref:appf low_02_6)中
[0177]2.解析指令序列為有效變量(meaningful variables)
[0178]1.裝置CPU從藍牙對指令序列進行校驗和(Checksum)以驗證指令
[0179]3.計算各個電機應(yīng)該輸出的電壓
[0180]1.裝置內(nèi)的固件計算各個電機應(yīng)該輸出的電壓
[0181]4.確認電機已到達目標(biāo)位置
[0182]1.裝置內(nèi)的固件檢查電機并將數(shù)據(jù)與陀螺儀關(guān)聯(lián)并確定電機已到達目標(biāo)位置
[0183]5.繼續(xù)下一指令
[0184]1.返回完成信號至應(yīng)用程序以便該應(yīng)用程序發(fā)送下一指令
[0185]I1.圖 12 不出了應(yīng)用裝置與應(yīng)用控制(ref: app_dev i ce_commun i cat i on_physical)的示例
[0186]1.說明(Legend)
[0187]1.安裝了應(yīng)用程序的移動裝置101
[0188]i1.基座或基座配件102
[0189]ii1.裝置本身 103
[0190]iv.裝置104上的電機
[0191]2.控制流程
[0192]1.裝置103安裝在基座配件102上
[0193]i1.移動裝置101發(fā)射無線信號至裝置103
[0194]ii1.裝置103計算滿足移動裝置101的信號所需的輸出
[0195]iv.裝置上的電機104依據(jù)裝置103移動
[0196]V.移動裝置101根據(jù)用戶的選擇可獲得不同的拍攝模式
[0197]v1.移動裝置101可單獨從基座配件102上取下，該裝置用作相機穩(wěn)定器(camerastabilizer)。該裝置也可單獨具有穩(wěn)定功能。
[0198]無線控制方式
[0199]1.無線控制方式有多種，例如藍牙，WiFi等。該萬向節(jié)裝置具有藍牙功能用作無線控制。但是，其他的無線連接機構(gòu)也可以應(yīng)用到本申請的裝置中。
[0200]I1.協(xié)議
[0201]1.發(fā)送到該裝置中的指令須遵循只有該裝置能識別的定制協(xié)議.
[0202]1.示例協(xié)議包含以下要素
[0203]I)報頭(Header)
[0204]1-1)報頭要素向該裝置指明指令的開始
[0205]2)校驗和(Checksum)
[0206]2-1)校驗和驗證數(shù)據(jù)包(packet)
[0207]3)裝置 ID
[0208]3-1)定制ID用于識別不同的硬件版本
[0209]4)數(shù)據(jù)長度(Data length)
[0210]4-1)載荷(play load)的數(shù)據(jù)長度
[0211]5)指令
[0212]5-1)指令可以是例如移動模式等等
[0213]6)數(shù)據(jù)
[0214]6-1)數(shù)據(jù)取決于指令
[0215]IMG:appflow—01
[0216]IMG:appflow—02
[0217]HG app—device—communicat1n—physical
[0218]IMG app—device—sequence
[0219]示例
[0220]app—e x_cmd_01
[0221 ]#0: move_to (x: 60, y: 10)
[0222]#1:wait 3seconds
[0223]#2:move_to(x:60，y:20)
[0224]#3:wait 3seconds
[0225]#4:move_to(x:70.y::20)
[0226]#5wait 3seconds
[0227]etc...
[0228]參考
[0229]ref—app—01
[0230]拼接方法可按照現(xiàn)有的圖像拼接流程進行，并結(jié)合該裝置的陀螺儀與磁針羅盤數(shù)據(jù)來加快拼接過程。
【主權(quán)項】
1.一種360度萬向節(jié)裝置(10)，其特征在于，包括: (a)豎直支架(12); (b)隨中空的柄軸(16)轉(zhuǎn)動的偏航電機(14)，所述柄軸(16)安裝在所述豎直支架(12)的上開口處； (c)安裝在所述中空的柄軸(16)內(nèi)的滑環(huán)(18); (d)具有近端的第一臂(20)，所述第一臂(20)的近端附裝至偏航電機(14)的側(cè)部使得所述第一臂(20)相對所述豎直支架(12)繞偏航軸(X) 360度自由轉(zhuǎn)動； (e)與所述第一臂(20)的遠端相連的翻滾電機(24); (f)具有近端的第二臂(26)，所述第二臂(26)的近端附裝至所述翻滾電機(24)的轉(zhuǎn)動部使得所述第二臂(26)相對所述第一臂(20)繞垂直于偏航軸(X)的翻滾軸(y)實現(xiàn)270度的轉(zhuǎn)動； (g)連接至所述第二臂(26)的遠端的俯仰電機(34); (h)附裝至所述俯仰電機(34)的轉(zhuǎn)動部的圖像獲取裝置支撐座(36)，所述支撐座(36)相對垂直于所述豎直支架(12)的水平面繞俯仰軸(z)實現(xiàn)±60度的轉(zhuǎn)動，俯仰軸(z)與偏航軸(X)及翻滾軸(y)正交； (i)無線通信單元(62)，用于在所述萬向節(jié)裝置(10)與移動裝置(64)之間無線接收與發(fā)射信號，所述移動裝置(64)包括移動應(yīng)用程序，該移動應(yīng)用程序用于基于多個定制軌跡生成多個圖像拍攝模式； (j)中央處理單元(66)，用于將無線通信單元(62)的指令信號轉(zhuǎn)換為PWM脈沖調(diào)制信號，和對包括陀螺儀信號及加速信號在內(nèi)的運動信號進行處理并轉(zhuǎn)換為角度信號； (k)與所述偏航電機(14)、翻滾電機(24)及俯仰電機(34)電連接的電機控制器(68)，用于從所述中央處理單元(66)接收所述PffM脈沖調(diào)制信號并提供相應(yīng)的電壓以驅(qū)動所述偏航電機(14)、翻滾電機(24)及俯仰電機(34)，由此分別在偏航軸(X)、翻滾軸(y)及俯仰軸(z)上生成旋轉(zhuǎn)運動；以及 (I)慣性測量傳感器(70)，用于感應(yīng)萬向節(jié)裝置在每個循環(huán)中各軸上的旋轉(zhuǎn)運動。2.—種萬向節(jié)裝置(10)，其特征在于，包括: (a)豎直支架(12); (b)隨中空的柄軸(16)轉(zhuǎn)動的偏航電機(14)，所述柄軸(16)安裝在所述豎直支架(12)的上開口處； (c)安裝在所述中空的柄軸(16)內(nèi)的滑環(huán)(18); (d)具有近端的第一臂(20)，所述第一臂(20)的近端附裝至所述偏航電機(14)的側(cè)部使得所述第一臂(20)相對所述豎直支架(12)繞偏航軸(X)轉(zhuǎn)動； (e)與所述第一臂(20)的遠端相連的翻滾電機(24); (f)具有近端的第二臂(26)，所述第二臂(26)的近端附裝至所述翻滾電機(24)的轉(zhuǎn)動部使得所述第二臂(26)可相對所述第一臂(20)繞垂直于偏航軸(X)的翻滾軸(y)轉(zhuǎn)動； (g)連接至所述第二臂(26)的遠端的俯仰電機(34);以及 (h)附裝至所述俯仰電機(34)的轉(zhuǎn)動部的支撐座(36)，所述支撐座(36)繞與偏航軸(X)及翻滾軸(I)正交的俯仰軸(z)轉(zhuǎn)動。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，多條第一電線(40)從所述滑環(huán)(18)的下端伸出，所述第一電線(40)電連接至所述豎直支架(12)內(nèi)的PCB板(44);多條第二電線(42)從所述滑環(huán)(18)的上端延伸出，所述第二電線(42)與所述偏航電機(14)、翻滾電機(24)及俯仰電機(34)電連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，包括無線通信單元(62)，用于在所述萬向節(jié)裝置(10)與移動裝置(64)之間無線接收與發(fā)射信號。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，所述移動裝置(64)包括移動應(yīng)用程序，該移動應(yīng)用程序用于基于多個定制軌跡生成多個圖像拍攝模式。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，包括中央處理單元(66)，用于將所述無線通信單元(62)的指令信號轉(zhuǎn)換為PWM脈沖調(diào)制信號，和對包括陀螺儀信號及加速信號在內(nèi)的運動信號進行處理并轉(zhuǎn)換為角度信號。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，包括與所述偏航電機(14)、翻滾電機(24)及俯仰電機(34)電連接的電機控制器(68)，用于從所述中央處理單元(66)接收所述PffM脈沖調(diào)制信號并提供相應(yīng)的電壓以驅(qū)動所述偏航電機(14)、翻滾電機(24)及俯仰電機(34)，由此分別在偏航軸(X)、翻滾軸(y)及俯仰軸(z)上生成旋轉(zhuǎn)運動。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，包括慣性測量傳感器(70)，用于感應(yīng)所述萬向節(jié)裝置在每個循環(huán)中的各軸上的旋轉(zhuǎn)運動。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，所述第一臂(20)360度自由轉(zhuǎn)動。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，所述第二臂(26)的轉(zhuǎn)動角度范圍為270度。11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，所述支撐座(36)相對垂直于所述豎直支架(12)的水平面的轉(zhuǎn)動范圍為±60度。12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，所述支撐座(36)用于固定所述支撐座(36)內(nèi)的圖像獲取裝置(38)。13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，包括基座(102)，所述豎直支架(12)安裝在所述基座(102)上。14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，包括設(shè)置在所述豎直支架(12)上的操縱桿(50)，用于手動控制所述偏航電機(14)、翻滾電機(24)及俯仰電機(34)。15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，包括安裝在所述豎直支架(12)內(nèi)的多節(jié)電池(52)，用于給所述偏航電機(14)、翻滾電機(24)及俯仰電機(34)供電。16.根據(jù)權(quán)利要求4所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，所述萬向節(jié)裝置(10)的無線通信單元(62)與所述移動裝置(64)之間通過藍牙或WiFi通信連接。17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的萬向節(jié)裝置，其特征在于，所述第一臂(20)通過一組螺絲(22)附裝至所述偏航電機(14)。
【文檔編號】F16M11/12GK106015864SQ201610202307
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】蔡樺豐, 張宗偉, 張其龍
【申請人】點碩科技集團有限公司