一種自行式虛擬實境相機拍攝穩定雲臺的製作方法

2023-05-04 11:13:01

本發明涉及一種自行式虛擬實境相機拍攝穩定雲臺，屬於攝影和攝像技術領域。

背景技術：

隨著虛擬實境技術的不斷發展，虛擬實境產品不斷湧現，然而虛擬實境內容提供商卻發展緩慢，這與虛擬實境攝像設備的發展滯後有關。虛擬實境影像產品需要利用vr相機進行拍攝360°全景影像，因此需要一個穩定的支撐裝置。傳統的三腳架體積龐大，會影響拍攝下部的圖像，同時也不適合移動拍攝。

為此需要一個獨立的支杆將vr相機支起一定的高度，由於支杆較長，因此在移動過程中，會引起抖動問題，從而影響拍攝的圖像效果，也為後期製作帶來不便。

在需要移動拍攝的場合，不能有較大的裝置運載vr相機，會遮蔽一些畫面，因此需要一個非常小的，行走平穩的載具。

目前有些手機穩定雲臺應用到虛擬實境拍攝裝置中，但是由於目前手機穩定雲臺採用的是三個正交軸獨立控制方式，機械結構非常複雜、龐大，會遮蔽某些視角的圖像，因此不利於虛擬實境圖像的拍攝與拼接處理。

技術實現要素：

本發明針對現有技術存在的缺陷，提出了一種自行式虛擬實境相機拍攝穩定雲臺。該平臺針對vr相機的拍攝特點，採用獨立支杆是穩定雲臺，將控制驅動電機放到下端，減少了頂部的體積和重量，可以有效提高拍攝質量。並將驅動器和底盤結合在一起組成自行式虛擬實境相機拍攝穩定雲臺，結構緊湊並且可以進行任意方向平移或者原地轉向，適合虛擬實境圖像的拍攝要求。

本發明採取的技術方案為：

一種自行式虛擬實境相機拍攝穩定雲臺，包括vr相機、雲臺組件、支杆、控制箱、底盤，所述雲臺組件包括鋼索，所述底盤包括鋼絲減震器；所述vr相機安裝在雲臺組件頂端，雲臺組件安裝在支杆上，鋼索在支杆內部通過，支杆安裝在控制箱的頂端，控制箱通過四個相互正交的鋼絲減震器安裝在底盤上面。

所述雲臺組件還包括相機安裝盤、航向電機、電機座、十字軸、雲臺座,所述航向電機包括安裝孔、轉子；相機安裝盤安裝在航向電機上，航向電機安裝在電機座內，電機座與十字軸和雲臺座三者組成一個萬向節；鋼索嵌入電機座固定。

所述相機安裝盤上包括用於相機安裝盤與航向電機的轉子連接的安裝孔。

所述電機座上部包括一個帶電機安裝孔的法蘭盤，在所述安裝孔周圍均布上部鋼索孔，所述電機座下部有兩個帶孔的、用於安裝十字軸的上耳片。

所述雲臺座上部有兩個帶孔的下耳片用於安裝十字軸，在其周圍均布個下部鋼索孔，使鋼索能夠穿過支杆到達控制箱，雲臺座下部側壁均布個支杆安裝孔，並利用螺釘安裝支杆。

所述鋼索包括凸頭，鋼絲繩，凸頭固定在鋼絲繩的頂端。

所述控制箱包括支杆座、外殼、天線、蓄電池、電機支架、控制板、驅動電機、搖臂組件、位置傳感器組件；三個驅動電機安裝在電機支架上，並位於支杆座的正下方，從支杆中通過的鋼索末端固定在搖臂組件上並張緊,搖臂組件安裝在驅動電機的軸上並通過三條鋼索對雲臺組件進行控制，系統的能量由蓄電池提供，並由控制板對系統進行控制。

所述底盤還包括底盤架、麥克納姆輪、行走電機；所述底盤架包括橫梁,縱梁，電機支架，減震器孔，行走電機安裝在電機支架上並安裝有麥克納姆輪，鋼絲減震器安裝在減震器孔上。

所述搖臂組件包括搖臂，固定螺絲，張緊器，鎖緊螺杆，鎖緊螺母，搖臂上有軸孔，張緊器孔，驅動電機軸插入軸孔並由固定螺絲固定，張緊器上有一個鋼索孔和螺紋孔，張緊器的螺杆安裝在張緊器孔內，並且可以調節鋼索的張緊度，鎖緊螺杆上有一個鎖緊孔，鎖緊螺杆擰入螺紋孔，使鋼索孔和鎖緊孔對齊，並插入鋼索，另外一端由鎖緊螺母鎖緊鋼索，通過旋轉張緊器使鋼索張緊。

所述位置傳感器組件包括夾頭，螺絲a，滑動杆，傳感器，支架，螺絲b，夾頭上有一個鋼索孔通過鋼索，還有一個螺紋孔擰入螺絲a將鋼索固定，支架固定在電機支架上，利用螺絲b將傳感器固定在支架上，滑動杆一頭與夾頭相連接，另外一頭與傳感器相連接。

由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點和效果：

本發明的一個效果在於，該雲臺可以控制自動行走，適合移動場景拍攝；

本發明的一個效果在於，可以進行三軸穩定控制，使拍攝畫面更加流暢；

本發明的一個效果在於，僅有一個圓柱杆支撐，沒有遮擋部位，使虛擬實境畫面更加完整，後期處理簡單拼接即可；

本發明的一個效果在於，驅動電機在底盤上，雲臺頂部體積小，重量輕，使系統結構強度高，穩定性好；

本發明的一個效果在於，採用拉線控制，結構緊湊，響應速度高，控制靈活。

本發明的一個效果在於，可以使得一種自行式虛擬實境相機拍攝穩定雲臺在比較狹小的空間內能夠任意方向自由移動，配合攝像所需的推、拉、搖、移等拍攝技法，使得拍攝效果更佳。

附圖說明

圖1是本發明中一種自行式虛擬實境相機拍攝穩定雲臺；

圖2是本發明中雲臺組件示意圖；

圖3是本發明中雲臺組件爆炸圖；

圖4是本發明中雲臺組件安裝圖；

圖5是本發明中控制箱示意圖；

圖6是本發明中控制箱安裝圖；

圖7是本發明中控制箱內部結構示意圖；

圖8是本發明中驅動系統示意圖；

圖9是本發明中底盤示意圖；

圖10是本發明中底盤架結構圖；

圖11是本發明中搖臂組件示意圖；

圖12是本發明中搖臂組件爆炸圖；

圖13是本發明中位置傳感器組件爆炸圖；

圖14是本項目中雲臺穩定控制示意圖。

附圖中，各標號所代表的部件：

vr相機1

雲臺組件2

支杆3

控制箱4

底盤5

相機安裝盤201

航向電機202

電機座203

十字軸204

雲臺座205

鋼索206

螺釘207

螺柱2011

安裝孔2012

轉子2021

定子2022

電機安裝孔2031

上部鋼索孔2032

上耳片2033

下耳片2051

下部鋼索孔2052

下部側壁2053

支杆安裝孔2054

凸頭2061

鋼絲繩2062

支杆座401

外殼402

天線403

蓄電池404

電機支架405

控制板406

驅動電機407

搖臂組件408

位置傳感器組件409

底盤架501

麥克納姆輪502

鋼絲減震器503

行走電機504

搖臂4081

軸孔4082

固定螺絲4083

張緊器孔4084

鋼索孔4085

螺杆4086

鎖緊螺母4087

張緊器4088

螺紋孔4089

鎖緊螺杆40810

鎖緊孔40811

夾頭4091

鋼索孔4092

螺紋孔4093

螺絲a4094

滑動杆4095

傳感器4096

支架4097

螺絲b4098

橫梁5011

縱梁5012

電機支架5013

減震器孔5014

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

圖1是一種自行式虛擬實境相機拍攝穩定雲臺的示意圖，其中vr相機1可以是多個相機的組合形式也可以是單體vr相機，也可以安裝普通的照相機，和攝像機。如果要讓系統性能更加理想，在安裝普通相機和攝像機時，需要一個轉接支架，並且儘量調整轉接支架，使相機或者攝像機的重心落在雲臺組件2的中心位置，以便減小驅動電機所需的控制力矩。

雲臺組件2與控制箱4之間靠支杆3連接，支杆3的是中空的，用於鋼索206和系統控制電纜的通過。其中支杆3的長度可以根據拍攝的高度需求任意確定。

圖2和圖3是雲臺組件結構圖，該雲臺組件2可以單獨使用，也可以與其他拍攝裝置結合使用，通過螺釘207很方便地固定在其他拍攝裝置上，進行控制，見圖4。雲臺組件2頂端的相機安裝盤201安裝在航向電機202的轉子2021上，上面的螺柱2011用於安裝各種相機，包括vr相機1。並且可以通過航向電機202調整相機的方向角。由於轉子2021上沒有任何連接導線，因此可以任意旋轉。相機姿態檢測傳感器可以安裝在電機安裝孔2031的底部，也可以安裝在相機安裝盤201與轉子2021之間。

電機座203、十字軸204、雲臺座205結合在一起，可以向任何方向擺動，通過三條鋼索206的協調控制，可以補償因底盤5行走過程中因為道路不平所引起vr相機1的擺動影響。

航向電機202的定子2022安裝在電機座203法蘭盤的電機安裝孔2031內。電機座203的上部鋼索孔2032是埋頭孔，三條鋼索206的凸頭2061嵌入電機座203的上部鋼索孔2032內固定住，並控制電機座203的擺動方向和幅度。

雲臺座205在其周圍均布3個下部鋼索孔2052，下部鋼索孔2052是通孔，可以使鋼索206能夠穿過支杆3到達控制箱4。

圖5是控制箱示意圖，控制箱4上的支杆座401用於安裝支杆3，中間有開孔可以通過鋼索206和各種電纜導線等。天線403安裝在控制箱4上，可以接受手機藍牙信號、wifi信號或者其他無線控制器的信號，用於遠程對穩定雲臺及底盤的遙控操作。

三個驅動電機407安裝在電機支架405上，並位於支杆座401的正下方。驅動電機407的輸出軸與搖臂組件408相連接。從支杆3中通過的鋼索206末端固定在搖臂組件408上並張緊，控制驅動電機407的轉動角度就可以通過搖臂組件408帶動鋼索206來控制雲臺組件2的角度和位置。

控制箱4內部安裝有蓄電池404，可以為整個系統提供電能，見圖7。系統的姿態檢測，雲臺驅動電機407控制，以及底盤行走電機504控制均由控制板406完成。控制板406還通過接收天線403的信號與上位機進行通訊。

控制箱4通過鋼絲減震器503安裝在底盤5上，見圖6。其中鋼絲減震器503需要安裝4個或者多個。鋼絲減震器503的減震受力方向是各向異性的，因此鋼絲減震器503的安裝需要正交方向，互差90°安裝，保證減震效果各個方向相同，見圖9。也可以安裝其他形式的減震器或者採用帶有減震機構的車輛底盤，使減震效果更好。減震器的主要作用在於降低高頻振動對攝影設備的影響，低頻振動由雲臺補償。

圖9是底盤5示意圖，其中底盤5包括底盤架501，麥克納姆輪502，鋼絲減震器503，行走電機504。利用控制板406對四個行走電機504協調控制，驅動麥克納姆輪502，再通過對四個麥克納姆輪502的不同轉速和轉向的控制，可以使底盤5前進、後退、左右平移、任意角度方向平移、原地轉向等操作。使得一種自行式虛擬實境相機拍攝穩定雲臺在比較狹小的空間內能夠任意方向自由移動，配合攝像所需的推、拉、搖、移等拍攝技法，使得拍攝效果更佳。

圖11和圖12是搖臂組件408示意圖，包括搖臂4081，固定螺絲4083，張緊器4088，鎖緊螺杆40810，鎖緊螺母4087。其中搖臂4081上有軸孔4082，張緊器孔4084，驅動電機407軸插入軸孔4082並由固定螺絲4083固定。通過控制驅動電機407轉動，進一步控制搖臂4081的擺動，從而通過鋼索206控制雲臺組件2的轉動。三個驅動電機407協調配合，可以控制雲臺組件2向任意方向擺動，從而補償因行走機構在不平坦地面行走因此的振動。

張緊器4088上有一個鋼索孔4085和螺紋孔4089，螺杆4086安裝在張緊器孔4084內並且可以通過旋轉調節螺杆4086伸出搖臂4081的高度。

鎖緊螺杆40810上有一個鎖緊孔40811，鎖緊螺杆40810擰入螺紋孔4089時，使鋼索孔4085和鎖緊孔40811對齊，將鋼索206依次插入鋼索孔4085和鎖緊孔40811，然後再鎖緊螺杆40810另外一端由鎖緊螺母4087擰緊，這樣鎖緊孔40811就可以將鋼索206鎖住，然後旋轉張緊器4088使鋼索206張緊。張緊時需要首先扶正雲臺組件2，然後再協調張緊三條鋼索206。

此外可以利用其它結構形式來固定鋼索206，例如兩個夾片，通過螺絲固定鋼索206，然後通過調節驅動電機407轉動搖臂4081使得鋼索206張緊。

圖13是位置傳感器組件示意圖，首先將位置傳感器組件409通過支架4097固定在電機支架405上，然後將鋼索206穿過夾頭4091上的鋼索孔4092，當鋼索206在搖臂組件408進行固定並張緊之後，再利用螺絲a4094將夾頭4091和滑動杆4095相連接，這樣當驅動電機407轉動搖臂4081使得鋼索206上下移動時可以帶動滑動杆4095移動相同的距離，因此傳感器4096就可以測出鋼索206移動的距離，從而可以計算出雲臺組件2擺動的角度。

也可以利用碼盤、旋轉變壓器、滑動電阻、磁編碼器等安裝在驅動電機407的轉軸上，通過檢測驅動電機407轉動的角度，再利用搖臂4081的長度計算出鋼索206移動的距離，從而可以計算出雲臺組件2擺動的角度。

圖14是本項目中雲臺穩定控制示意圖，利用三個鋼索206的控制，可以使得當支杆3傾斜時保持vr相機1保持垂直姿態不變，並在運動過程中始終使vr相機1保持穩定，提高拍攝質量。

最後應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。