本發明涉及一種三軸云臺、采用該三軸云臺的拍攝機器人及控制方法。

背景技術：

自動云臺裝置是用于安裝拍攝裝置的支撐工作臺，拍攝裝置安裝在云臺上，通過對云臺的控制，調整云臺，使拍攝裝置朝向拍攝目標穩定的轉動，以實現追蹤目標拍攝，以及移動中進行拍攝時能達到迅速穩定地控制拍攝裝置保持在確定的姿態上的效果。

現有自動云臺設備多沿襲無人機云臺的結構。在拍攝過程中，主要追求增穩的效果，對于追蹤目標拍攝的拍攝場景適用性差。

如附圖1所示，為傳統的三軸云臺裝置，包括控制航向軸的航向軸電機、控制俯仰軸的俯仰軸電機和控制橫滾軸的橫滾軸電機，航向軸與橫滾軸連接，俯仰軸與橫滾軸連接。初始時默認為橫拍狀態，橫拍時三軸均可用。當由橫拍轉換為豎拍時，如附圖2所示，橫滾軸轉動90度，此時俯仰軸與航向軸平行，失去俯仰功能，云臺僅剩航向與橫滾兩軸功能，云臺失去俯仰軸調整功能，云臺失去三軸工作能力。為保證橫拍和豎拍時三軸均可用，故橫滾軸轉動角度均限制在一定的范圍內，一般限制在+45度到-45度范圍內。拍攝設備置于云臺之上時，只能橫拍或者只能豎拍，在需要相機拍攝角度變化（橫拍--豎拍、豎拍--橫拍）的拍攝行為中無法使用。

另外，現有的航向軸電機通常是在兩側進行電氣線路的連接。由于線路分布在兩側，因此航向軸電機在轉動的過程中就會受到限制，無法無限制的進行圓周轉動，如果轉動角度過大，勢必會造成線路纏繞。因此，航向軸轉動角度也限制在一定的范圍內，一般限制在+270度到-270度范圍內，在追蹤目標拍攝場景下，當拍攝目標圍繞拍攝裝置沿一個方向旋轉時，上述自動云臺設備無法完成拍攝。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種跟蹤拍攝效果好的三軸云臺、拍攝機器人和控制方法。

為了解決上述技術問題，本發明采取以下技術方案：

一種三軸云臺，包括底座、橫滾軸電機、俯仰軸電機和航向軸電機，所述航向軸電機安裝在底座上，該底座上裝設有第三連接件，該第三連接件內設有第二控制模塊，該第二控制模塊與航向軸電機連接，航向軸電機帶動第三連接件圓周旋轉；

俯仰軸電機安裝在第三連接件上，該俯仰軸電機還裝接有第二連接件，俯仰軸電機帶動第二連接件圓周轉動；

橫滾軸電機安裝在第二連接件內，該第二連接件內設有第一控制模塊，該第一控制模塊與橫滾軸電機連接，第一控制模塊上還連接有用于與負載連接的第一連接件，橫滾軸電機帶動第一連接件圓周轉動；

第二控制模塊包括有電池、電源管理模塊和云臺控制模塊，橫滾軸電機、俯仰軸電機和航向軸電機均通過線路與該電池、電源管理模塊和云臺控制模塊連接。

所述航向軸電機的底面與底座直接接觸安裝，第二控制模塊中的電池、電源管理模塊通過線路與航向軸電機的上端連接，該第二控制模塊由航向軸電機帶動同步轉動。

所述第三連接件包括連接桿和連接座，連接座設在底座上并將航向軸電機、第二控制模塊容裝在內，連接桿下部與連接座連接，俯仰軸電機安裝在連接桿上部。

所述第二連接件為內部具有空腔的殼體，俯仰軸電機裝接在該殼體的外表面，橫滾軸電機和第一控制模塊設在該殼體的內部。

所述底座的底面設有安裝接孔。

所述第一控制模塊包括無線通信模塊、圖像處理模塊和圖像存儲模塊，第二控制模塊還包括音頻采集與處理模塊。

一種拍攝機器人，包括負載和三軸云臺，負載與第一連接件連接，并且該負載與第二連接件連接。

一種三軸云臺的控制方法，包括以下步驟：

在第二連接件上安裝拍攝相機，該拍攝相機通過第一連接件與第一控制模塊連接；

根據拍攝需求，進行拍攝模式的轉換，該拍攝模式包括橫拍模式、豎拍模式和旋轉拍攝模式；

若為橫拍模式時，橫滾軸電機、俯仰軸電機和航向軸電機均可正常運行；

若由橫拍模式轉為豎拍模式時，橫滾軸電機轉動帶動第一控制模塊和第一連接件轉動90度，使得拍攝相機轉動90度進入豎拍模式，第二連接件保持不動，此時橫滾軸電機、俯仰軸電機和航向軸電機均可正常運行；

若為旋轉拍攝模式時，航向軸電機上端與第二控制模塊進行電氣路線和機械連接，航向軸電機帶動該第二控制模塊和第三連接件同步圓周轉動，帶動第二連接件轉動，進而帶動拍攝相機旋轉轉動。

本發明跟蹤能力強，在橫拍、豎拍和旋轉拍攝模式下，三軸均可正常使用，提高了跟蹤拍攝效果。

附圖說明

附圖1為現有技術中的三軸云臺的立體結構示意圖；

附圖2為現有技術中的三軸云臺處于豎拍時的狀態示意圖；

附圖3為本發明三軸云臺裝配相機后形成的拍攝機器人的立體結構示意圖；

附圖4為附圖3的剖面結構示意圖；

附圖5為本發明中豎拍時的狀態示意圖；

附圖6為本發明旋轉拍攝的狀態一示意圖；

附圖7為本發明旋轉拍攝的狀態二示意圖；

附圖8為本發明旋轉拍攝的狀態三示意圖；

附圖9為本發明另一視角的立體結構示意圖。

具體實施方式

為了便于本領域技術人員的理解，下面結合附圖對本發明作進一步的描述。

如附圖3、4和5所示，本發明揭示了一種三軸云臺，包括底座10、橫滾軸電機4、俯仰軸電機6和航向軸電機9，所述航向軸電機9安裝在底座10上，該底座10上裝設有第三連接件7，該第三連接件7內設有第二控制模塊8，該第二控制模塊8與航向軸電機9連接，航向軸電機9帶動第三連接件7圓周旋轉； 俯仰軸電機6安裝在第三連接件7上，該俯仰軸電機6還裝接有第二連接件5，俯仰軸電機6帶動第二連接件5圓周轉動；橫滾軸電機4安裝在第二連接件5內，該第二連接件5內設有第一控制模塊3，該第一控制模塊3與橫滾軸電機4連接，第一控制模塊3上還連接有用于與負載（相機）1連接的第一連接件2，橫滾軸電機4帶動第一連接件2圓周轉動。從而實現三軸運動。負載1可與第二連接件5裝配，并且同時通過第一連接件2與第一控制模塊3連接。第二控制模塊8包括有電池、電源管理模塊和云臺控制模塊，橫滾軸電機、俯仰軸電機和航向軸電機均通過線路與該電池、電源管理模塊和云臺控制模塊連接。電池、電源管理模塊為各個電機進行供電，并且提供電路控制，云臺控制模塊則用于控制各個電機的具體動作情況。

航向軸電機9的底面與底座10直接接觸安裝，第二控制模塊中的電池、電源管理模塊通過線路與航向軸電機的上端連接并進行供電，該第二控制模塊由航向軸電機帶動同步轉動。通過將電氣線路設置在航向軸電機的上端，并且使得航向軸電機與第二控制模塊進行電氣和機械連接固定，確保航向軸電機帶動第二控制模塊同步轉動。從而使得航向軸電機的兩側沒有分布線路，進而確保航向軸電機的旋轉不會受到限制，使得航向軸電機在圓周上的轉動沒有限制，以實現更好的跟蹤拍攝。

所述第三連接件7包括連接桿71和連接座72，連接座72設在底座10上并將航向軸電機9、第二控制模塊8容裝在內，連接桿71下部與連接座72連接，俯仰軸電機6安裝在連接桿71上部。

所述第二連接件5為內部具有空腔的殼體，俯仰軸電機6裝接在該殼體的外表面，橫滾軸電機和第一控制模塊設在該殼體的內部。橫滾軸電機4帶動第一控制模塊3和第一連接件2轉動時，第二連接件5保持不動。俯仰軸電機6帶動第二連接件5轉動時，裝在第二連接件內的橫滾軸電機、第一控制模塊等也一起跟隨轉動，其轉動方向與橫滾軸電機帶動第一連接件轉動的方向垂直。

如附圖9所示，所述底座10的底面設有安裝接孔11，可便于與三角架安裝固定，或者其他支撐物固定連接。

所述第一控制模塊包括無線通信模塊、圖像處理模塊和圖像存儲模塊，主要用于與外界終端通訊連接，以及進行圖像處理、傳送、存儲等。第二控制模塊還包括音頻采集與處理模塊。

如附圖3和5所示，一種拍攝機器人，包括負載（相機）1和三軸云臺，負載1與第一連接件2連接，并且該負載1與第二連接件5連接。橫滾軸電機帶動相機在橫滾軸方向的轉動，俯仰軸電機帶動相機在俯仰軸方向的轉動，航向軸電機帶動相機航向軸方向的轉動。從而便于跟蹤拍攝。

此外，本發明還揭示了一種三軸云臺的控制方法，包括以下步驟：

在第二連接件上安裝拍攝相機，該拍攝相機通過第一連接件與第一控制模塊連接。

根據拍攝需求，進行拍攝模式的轉換，該拍攝模式包括橫拍模式、豎拍模式和旋轉拍攝模式。

若為橫拍模式時，橫滾軸電機、俯仰軸電機和航向軸電機均可正常運行。

若由橫拍模式轉為豎拍模式時，橫滾軸電機轉動帶動第一控制模塊和第一連接件轉動90度，使得拍攝相機轉動90度進入豎拍模式，第二連接件保持不動，此時橫滾軸電機、俯仰軸電機和航向軸電機均可正常運行。

若為旋轉拍攝模式時，航向軸電機帶動第三連接件圓周轉動，帶動第二連接件轉動，進而帶動拍攝相機旋轉轉動。

本發明中，具有橫拍、豎拍和旋轉拍攝模式，并且，在各個模式當中，橫滾軸電機、俯仰軸電機和航向軸電機分別互不干擾，均能夠正常使用。

如附圖3所示，為橫拍模式，此時橫滾軸電機、俯仰軸電機和航向軸電機均能夠根據需要進行各自的動作。也可以鎖定住橫滾軸電機，其他兩個電機進行運動，從而實現不同方便的跟蹤拍攝。

如附圖4所示，由模拍模式轉換為豎拍模式，此時俯仰軸電機仍然保持在原來位置，不會與航向軸電機產生相互干擾，各自仍然能夠自由轉動和正常使用。此模式下，橫滾軸電機、俯仰軸電機和航向軸電機也都能夠正常使用。

如附圖3、6-8所示，為單獨旋轉拍攝模式，此時先將相機處于橫拍模式或者豎拍模式后，就暫時鎖定橫滾軸電機或者俯仰軸電機，只啟動航向軸電機，能夠自由旋轉。或者不鎖定橫滾軸電機和俯仰軸電機，在航向軸電機帶動第三連接件轉動的過程中，橫滾軸電機和俯仰軸電機也可以啟動使用，從而帶動第一連接件和第二連接件轉動，實現更為準確的跟蹤拍攝。由于航向軸電機上端與第二控制模塊進行電氣路線和機械連接，航向軸電機帶動該第二控制模塊和第三連接件同步圓周轉動，帶動第二連接件轉動，進而帶動拍攝相機旋轉轉動。因此，航向軸電機在轉動的過程中，不會受到線路的限制，圓周轉動角度不會受到限制。

也就是說，不管在哪一種拍攝模式中，橫滾軸電機、俯仰軸電機和航向軸電機都不會相互干擾，彼此能夠正常使用，具有較強的跟蹤拍攝能力。

需要說明的是，以上所述并非是對本發明技術方案的限定，在不脫離本發明的創造構思的前提下，任何顯而易見的替換均在本發明的保護范圍之內。