版權(quán)聲明

本專利文件的一部分披露內(nèi)容包括受版權(quán)保護的材料。版權(quán)所有者并不拒絕任何人對本專利文件或?qū)＠秲?nèi)容按照其在專利和商標局專利文件或記錄中所呈現(xiàn)地進行復(fù)制再現(xiàn)，但是在其他情況下版權(quán)所有人保留所有版權(quán)權(quán)利。

發(fā)明領(lǐng)域

所披露的實施例大體上涉及機械裝置，并且更具體但非排他性地涉及對伺服系統(tǒng)進行支持。

背景技術(shù)：

無人機以及其他現(xiàn)代技術(shù)奇跡可以利用多種類型的伺服系統(tǒng)。與此同時，這類技術(shù)的發(fā)展對伺服系統(tǒng)的設(shè)計提出了新的要求。例如，工程師可以通過縮減用于使航拍系統(tǒng)穩(wěn)定的伺服系統(tǒng)的尺寸和重量來大幅度提高航拍系統(tǒng)的功能性，所述伺服系統(tǒng)可以由無人機攜帶。

這是本發(fā)明的實施例旨在解決的大體領(lǐng)域。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文描述了能夠?qū)λ欧到y(tǒng)進行支持的系統(tǒng)和方法。所述伺服系統(tǒng)包括具有轉(zhuǎn)子和定子的電機，其中所述轉(zhuǎn)子被安排在所述定子內(nèi)部。此外，相對于所述定子可旋轉(zhuǎn)的所述轉(zhuǎn)子可以被配置成收容功能模塊的至少一部分。此外，所述伺服系統(tǒng)可以用于支持負載增穩(wěn)系統(tǒng)，如云臺系統(tǒng)。

附圖簡要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的緊湊型伺服系統(tǒng)的示例性圖示。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的多種實施例將成像模塊嵌入內(nèi)轉(zhuǎn)子電機中的示例性圖示。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的、具有嵌入式成像模塊的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機沿圖2中的線a-a’截取的截面視圖的示例性圖示。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的、具有嵌入式成像模塊的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的分解圖的示例性圖示。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的對緊湊型伺服系統(tǒng)進行支持的流程圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的、基于伺服系統(tǒng)對負載增穩(wěn)系統(tǒng)進行支持的示例性圖示。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的、具有嵌入在內(nèi)轉(zhuǎn)子電機中的相機模塊的云臺系統(tǒng)的示例性圖示。

詳細說明

在附圖的各圖中通過舉例的方式而非通過限制的方式展示了本發(fā)明，在附圖中類似的參考標記指示相似的元件。應(yīng)當指出的是，本披露中對“一”或“一個”或“某些”實施例的引用不一定涉及相同的實施例，并且這樣的引用是指至少一個。

下文對本發(fā)明的描述使用了云臺系統(tǒng)作為負載增穩(wěn)系統(tǒng)的示例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，可以不受限制地使用其他類型的增穩(wěn)系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的多種實施例，伺服系統(tǒng)可以是基于內(nèi)轉(zhuǎn)子電機，如無刷直流(bldc)電機。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的緊湊型伺服系統(tǒng)的示例性圖示。如圖1所示，緊湊型伺服系統(tǒng)100可以是基于包括轉(zhuǎn)子101和定子102的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機。被安排到定子102內(nèi)部的轉(zhuǎn)子101可相對于定子102旋轉(zhuǎn)。此外，功能模塊110可以至少部分地被轉(zhuǎn)子101收容(例如，功能模塊110可以完全嵌入轉(zhuǎn)子101中)。

根據(jù)本發(fā)明的多種實施例，功能模塊110可以被配置成執(zhí)行不同的功能。例如，功能模塊110可以包括成像模塊(例如相機模塊)，所述成像模塊包括鏡頭和/或圖像傳感器。此外，成像控制模塊可以與成像模塊電聯(lián)接。同樣，所述成像模塊可以使用信號線將所記錄的圖像信號傳輸給圖像信號處理器。

備選地，功能模塊110可以包括框架組件，所述框架組件可以能夠支撐多種裝置，所述裝置被配置成用于執(zhí)行不同功能。例如，所述框架組件可以是云臺系統(tǒng)的能夠使負載穩(wěn)定的部分。

根據(jù)本發(fā)明的多種實施例，電線或線圈繞組可以被安排在定子102的內(nèi)表面(或周緣)上，而永磁體可以被安排在轉(zhuǎn)子101的外表面(或周緣)上(備選地，永磁體可以嵌入或插入轉(zhuǎn)子101內(nèi))。

因此，定子102在緊湊型伺服系統(tǒng)100中可以致使轉(zhuǎn)子101(與功能模塊110一起)進行繞電機的中心軸線(例如定子102或轉(zhuǎn)子101的中心軸線)的旋轉(zhuǎn)運動。另一方面，緊湊型伺服系統(tǒng)100可以防止轉(zhuǎn)子101(與功能模塊110一起)在沿電機的中心軸線的方向上移動。

例如，緊湊型伺服系統(tǒng)100可以是基于bldc電機。bldc電機的轉(zhuǎn)子101可以利用成多個磁極對的永磁體，而bldc電機的定子102可以采用以星形形式連接的繞組。備選地，定子102上的繞組可以是按三角形形式或其他類似形式來連接。這樣的緊湊型伺服系統(tǒng)100可以用于使負載穩(wěn)定，因為所述緊湊型伺服系統(tǒng)由于重量輕且結(jié)構(gòu)簡單而易于控制并且易于平衡。

此外，可以將多種反饋裝置，諸如磁性霍爾傳感器和光學(xué)換向編碼器，附接至電機軸以用于向bldc電機的控制器指示當前轉(zhuǎn)子位置。因此，用于bldc電機的電子換向的控制器或控制模塊可以確定轉(zhuǎn)子101相對于定子102的正確位置以用于支持換向過程。

然后，bldc電機能夠引導(dǎo)電流流過多種定子繞組以產(chǎn)生輸出扭矩。

根據(jù)本發(fā)明的多種實施例，內(nèi)轉(zhuǎn)子電機可以基于多種其他配置。例如，永磁體可以安排在定子101的內(nèi)表面上，而繞組可以安排在轉(zhuǎn)子102的外表面上。內(nèi)轉(zhuǎn)子電機可以引導(dǎo)電流流過轉(zhuǎn)子102的繞組，所述繞組與轉(zhuǎn)子102上的永磁體產(chǎn)生的磁場相互作用來產(chǎn)生輸出扭矩。

備選地，可以在定子101和轉(zhuǎn)子102兩者上安排不同的繞組。當內(nèi)轉(zhuǎn)子電機能夠引導(dǎo)電流流過繞組時，由定子101和轉(zhuǎn)子102上的繞組產(chǎn)生的磁場可以相互作用來產(chǎn)生輸出扭矩。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的多種實施例將成像模塊嵌入內(nèi)轉(zhuǎn)子電機中的示例性圖示。如圖2所示，伺服組件200可以支持包括鏡頭203的成像模塊210。此外，成像模塊210嵌入內(nèi)轉(zhuǎn)子電機201中，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子電機可以通過控制信號線202來接收控制信號。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的、具有嵌入式成像模塊的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機沿圖2中的線a-a’截取的截面視圖的示例性圖示。圖4是根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的、具有嵌入式成像模塊的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的分解圖的示例性圖示。

根據(jù)本發(fā)明的多種實施例，內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(例如bldc電機)可以包括轉(zhuǎn)子和定子，它們二者可以被容納在一個腔室中，所述腔室由上蓋302和下蓋306在閉合在一起時形成。

內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)子可以包括磁軛304。如圖3所示，可以將永磁體305安排在磁軛304的外表面上(例如，成多個磁極對)。此外，可以將成像模塊301安裝在磁軛304內(nèi)。而且，成像模塊301可以使用信號線312來將所記錄的圖像信號傳輸給圖像信號處理器。

此外，內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的定子可以包括鐵芯307，所述鐵芯放置在墊片308的頂部上以用于固持繞組。如圖4所示，環(huán)狀結(jié)構(gòu)的鐵芯307可以由堆疊的鋼疊片和放置在槽縫中的繞組構(gòu)造而成，所述槽縫是沿所述環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)周緣或表面軸向地切割出。這些繞組中的每一者都是相互連接的線圈，所述相互連接的線圈分布在定子的內(nèi)周緣或表面上，以形成偶數(shù)個磁極。

此外，控制模塊309可以例如從電子控制器接收用于控制伺服系統(tǒng)的運行的多種控制信號?？刂颇K309可以控制將施加給定子上所安排的繞組的電流。當給繞組施加電流時，由所述繞組產(chǎn)生的磁場可以與由永磁體305產(chǎn)生的磁場相互作用來產(chǎn)生輸出扭矩。

此外，內(nèi)轉(zhuǎn)子電機可以使用一個或多個軸承303和310以用于支持轉(zhuǎn)子相對于定子的旋轉(zhuǎn)運動。備選地，內(nèi)轉(zhuǎn)子電機可以使用一個或多個滑環(huán)來支持轉(zhuǎn)子相對于定子的旋轉(zhuǎn)運動。此外，軸承303和310(或滑環(huán))可以被配置成沿中心軸線固定，以防止如成像模塊301等功能模塊在沿中心軸線的方向上移動。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的對緊湊型伺服系統(tǒng)進行支持的流程圖。如圖5所示，在步驟501，所述系統(tǒng)提供了具有轉(zhuǎn)子和定子的電機，其中所述轉(zhuǎn)子被安排在所述定子內(nèi)部。然后，在步驟502，所述系統(tǒng)可以將可相對于所述定子旋轉(zhuǎn)的所述轉(zhuǎn)子配置成收容功能模塊的至少一部分。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的、基于伺服系統(tǒng)對負載增穩(wěn)系統(tǒng)進行支持的示例性圖示。如圖6所示，諸如云臺系統(tǒng)602等負載增穩(wěn)系統(tǒng)可以使負載穩(wěn)定。云臺系統(tǒng)602可以是基于伺服系統(tǒng)601，并且所述負載可以是諸如圖像捕捉裝置等功能模塊610。

根據(jù)本發(fā)明的多種實施例，基于云臺系統(tǒng)602的載具600可以用于將諸如圖像捕捉裝置等負載聯(lián)接至諸如無人飛行器(uav)等可移動物體。

云臺系統(tǒng)602可以被配置成允許負載相對于可移動物體圍繞或環(huán)繞直至三條軸線(如俯仰軸線612、偏航軸線613、和/或橫滾軸線611)旋轉(zhuǎn)。例如，云臺系統(tǒng)602可以被配置成僅允許負載繞所述軸線中的一條、兩條或者全部三條軸線旋轉(zhuǎn)。這三條軸線可以是或者可以不是相互正交的。繞所述軸線中任一軸線旋轉(zhuǎn)的范圍可以是或者可以不是受限制的并且可以針對各個軸線而改變。所述旋轉(zhuǎn)軸線彼此可以相交或可以不相交。例如，三條正交軸線可以彼此相交。它們可以是或可以不是相交于負載處。備選地，它們可以不相交。

云臺系統(tǒng)602可以包括框架組件，所述框架組件包括若干框架構(gòu)件。一個框架構(gòu)件可以被配置成與負載(例如圖像捕捉裝置)相聯(lián)接并且支撐所述負載。

在某些實施例中，載具600可以利用可用于確定云臺系統(tǒng)602或所承載的負載的狀態(tài)的一個或多個載具傳感器。所述狀態(tài)信息可以包括空間布局(例如，位置、取向、或姿態(tài))、速度(例如，線性速度或角速度)，加速度(例如，線性加速度或角加速度)、和/或關(guān)于所述載具、其部件和/或所述負載的其他信息。在某些實施例中，如從傳感器數(shù)據(jù)采集到或計算出的狀態(tài)信息可以用作反饋數(shù)據(jù)來控制載具的部件(例如，框架構(gòu)件)的旋轉(zhuǎn)。這樣的載具傳感器的示例可以包括運動傳感器(例如，加速度計)、旋轉(zhuǎn)傳感器(例如，陀螺儀)、慣性傳感器等。

載具傳感器可以聯(lián)接至載具600的任何適合的部分(例如，框架構(gòu)件和/或致動器構(gòu)件)，并且可以是或可以不是可相對于可移動物體而移動?？商娲鼗蛄硗?，所述載具傳感器中的至少一些傳感器可以直接聯(lián)接至該載具所承載的負載。

載具傳感器可以與云臺系統(tǒng)602的致動器構(gòu)件中的一些或者全部致動器構(gòu)件相聯(lián)接。例如，三個載具傳感器可以分別聯(lián)接至致動器部件(例如電機)并且可以被配置成測量所述相應(yīng)致動器構(gòu)件的驅(qū)動。這樣的傳感器可以包括電位計或者其他類似的傳感器。在實施例中，可以將傳感器(例如，電位計)插入在電機的電機軸上以測量電機轉(zhuǎn)子和電機定子的相對位置，由此測量轉(zhuǎn)子和定子的相對位置并產(chǎn)生代表所述相對位置的位置信號。在實施例中，每個聯(lián)接至致動器的傳感器被配置成提供其所測量的對應(yīng)致動器構(gòu)件的位置信號。例如，第一電位計可以用于產(chǎn)生第一致動器構(gòu)件的第一位置信號，第二電位計可以用于產(chǎn)生第二致動器構(gòu)件的第二位置信號，并且第三電位計可以用于產(chǎn)生第三致動器構(gòu)件的第三位置信號。在某些實施例中，載具傳感器還可以聯(lián)接至載具的框架構(gòu)件中的一些或者全部框架構(gòu)件。所述傳感器可以能夠傳達關(guān)于載具的一個、兩個、三個、四個或更多個框架構(gòu)件和/或圖像捕捉裝置的位置和/或取向的信息?？梢杂盟鰝鞲衅鲾?shù)據(jù)來確定圖像捕捉裝置相對于可移動物體和/或參考系的位置和/或取向。

載具傳感器能夠提供可以被傳輸給載具或可移動物體上的一個或多個控制器(未示出)的位置和/或取向數(shù)據(jù)?？梢栽诨诜答伒目刂品桨钢惺褂盟鰝鞲衅鲾?shù)據(jù)。所述控制方案可以用于控制多個致動器構(gòu)件的驅(qū)動。一個或多個控制器(可以處在載具上或在承載所述載具的可移動物體上)可以產(chǎn)生用于驅(qū)動所述致動器構(gòu)件的控制信號。在某些情況下，所述控制信號的產(chǎn)生可以是基于從載具傳感器接收的、指示出載具或載具600所承載的負載的空間布局的數(shù)據(jù)。所述載具傳感器可以是處在所述載具或負載上。所述控制器產(chǎn)生的控制信號可以由不同的致動器驅(qū)動器接收。基于所述控制信號，所述致動器驅(qū)動器可以控制不同的致動器構(gòu)件的驅(qū)動，例如以便實現(xiàn)載具的一個或多個部件的旋轉(zhuǎn)。致動器驅(qū)動器可以包括適合于控制對應(yīng)致動器構(gòu)件的驅(qū)動并且從對應(yīng)傳感器(例如，電位計)接收位置信號的硬件部件和/或軟件部件。所述控制信號可以是同時傳輸給致動器驅(qū)動器，以便產(chǎn)生所述致動器構(gòu)件的同時驅(qū)動。備選地，所述控制信號可以是依次傳輸給所述致動器驅(qū)動器或僅傳輸給所述致動器驅(qū)動器中的一個。有利地，所述控制方案可以用于為驅(qū)動載具的致動器構(gòu)件提供反饋控制，由此使得載體部件能夠更精確且準確地旋轉(zhuǎn)。

在某些情況下，載具600可以經(jīng)由一個或多個阻尼元件間接聯(lián)接到uav。所述阻尼元件可以被配置成減少或消除由可移動物體(例如，uav)的運動所導(dǎo)致的負荷(例如，負載、載具，或二者)的運動。所述阻尼元件可以包括適合于使所聯(lián)接的負荷的運動衰減的任何元件，例如主動阻尼元件、被動阻尼元件、或具有主動和被動阻尼特性二者的混合阻尼元件。在此提供的由阻尼元件來衰減的運動可以包括振動、振蕩、擺動或沖擊中的一者或多者。例如，所述運動可以包括由uav的推進系統(tǒng)和/或其他部件的運行所造成的振動。

所述阻尼元件可以通過使傳輸給負荷的運動的量耗散掉或減少而將負荷與所不希望的運動的源相隔離(例如，隔振)來提供運動衰減。所述阻尼元件可以減小負荷原本會經(jīng)歷的運動的幅度(例如，振幅)。由阻尼元件施加的運動衰減可以用來使負荷穩(wěn)定，由此改善負荷(例如，圖像捕捉裝置)所捕捉到的圖像的質(zhì)量以及降低基于所捕捉到的圖像產(chǎn)生全景圖像所要求的圖像拼接步驟的計算復(fù)雜度。

在此描述的阻尼元件可以由任何適合的材料或材料的組合形成，包括固體、液體、或氣體材料。用于阻尼元件的材料可以是可壓縮的和/或是可變形的。例如，阻尼元件可以由海綿、泡沫、橡膠、凝膠等制成。而且，阻尼元件可以包括形狀為大致球形的橡膠球。阻尼元件可以具有任何適合的形狀，例如大致球形、長方形、圓柱形等?？煽商娲鼗蛄硗馓娲鼗蛄硗猓枘嵩梢园▔弘姴牧匣蛘咝螤钣洃洸牧?。阻尼元件可以包括一個或多個機械元件，例如彈簧、活塞、液壓器件、氣動器件、緩沖器、減震器、隔離器等?？梢赃x擇阻尼元件的特性以提供預(yù)定量的運動衰減。在某些情況下，阻尼元件可以具有粘彈性特性。阻尼元件的特性可以是各向同性或各向異性的。例如，阻尼元件可以沿著運動的所有方向同等地提供運動衰減。而且，阻尼元件可以僅沿著運動的方向中的子集(例如，沿運動的單一方向)提供運動衰減。例如，阻尼元件可以主要沿著偏航軸線提供衰減。如此，所展示的阻尼元件可以被配置成減少豎直運動。

雖然本文中的實施例可能被描繪成利用單一類型的阻尼元件(例如，橡膠球)，但應(yīng)當理解的是可以使用多類阻尼元件的任何適合的組合。例如，可以使用任何適合類型的一個或多個阻尼元件來將載具聯(lián)接至可移動物體。阻尼元件可以具有相同的或不同的特征或特性，例如硬度、粘彈性等。每一阻尼元件可以聯(lián)接至負荷的不同部分或僅聯(lián)接至負荷的某一部分。例如，阻尼元件可以被定位成靠近負荷與可移動物體之間的接觸點或聯(lián)接點或表面。在某些情況下，負荷可以被嵌入一個或多個阻尼元件內(nèi)或由其包裹。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的、具有嵌入在內(nèi)轉(zhuǎn)子電機中的相機模塊的云臺系統(tǒng)的示例性圖示。如圖7所示，云臺系統(tǒng)700可以相對于俯仰軸線712、偏航軸線713和/或橫滾軸線711來使嵌入在內(nèi)轉(zhuǎn)子電機701內(nèi)的相機模塊710穩(wěn)定。

此外，可以對內(nèi)轉(zhuǎn)子電機701連同相機模塊710一起致動來繞軸線i旋轉(zhuǎn)，所述軸線與云臺系統(tǒng)700的橫滾軸線701相匹配。而且，內(nèi)轉(zhuǎn)子電機701和相機模塊710可以被配置成使得重心基本上接近于云臺系統(tǒng)700中的平衡點(例如俯仰軸線712、偏航軸線713和/或橫滾軸線711的交點)。

根據(jù)本發(fā)明的多種實施例，云臺系統(tǒng)700可以利用分布在空間中的多個電機701-703。例如，電機701可以控制相機模塊710繞橫滾軸線711(即軸線i)的旋轉(zhuǎn)，而電機702控制相機模塊710繞俯仰軸線712(即軸線ii)的旋轉(zhuǎn)，并且電機701控制相機模塊710繞偏航軸線713(即軸線iii)的旋轉(zhuǎn)。

此外，電機701-703可以通過框架組件來彼此連接。例如，電機702的轉(zhuǎn)子可以與內(nèi)轉(zhuǎn)子電機701的定子相連接，并且電機703的轉(zhuǎn)子可以與內(nèi)轉(zhuǎn)子電機702的定子相連接。備選地，電機703的轉(zhuǎn)子可以與內(nèi)轉(zhuǎn)子電機701的定子相連接，并且電機702的轉(zhuǎn)子可以與內(nèi)轉(zhuǎn)子電機703的定子相連接。

因此，具有簡單結(jié)構(gòu)且重量輕的云臺系統(tǒng)700可以被容易地控制和平衡。

已經(jīng)出于展示和說明的目的提供了以上對本發(fā)明的描述。其并不旨在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制為所披露的精確形式。本發(fā)明的廣度和范圍不應(yīng)受限于上述任一示例性實施例。許多修改和變體對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。所述修改和變體包括所披露的特征的任何相關(guān)組合。選擇和描述所述實施例是為了最佳地闡釋本發(fā)明的原理以及其實際應(yīng)用，由此使得本領(lǐng)域其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明，以實現(xiàn)各種實施例和進行適合于所考慮到的實際用途的各種修改。本發(fā)明的范圍旨在是由所附權(quán)利要求書以及其等效物來限定。