【技术领域】 本发明涉及一种载体， 并且具体地涉及用在运动体上的载体。 【背景技术】 无人运动体 （例如无人飞行器） 具有体积小、 重量轻、 费用低、 操作灵 活和全性高的特点， 可广泛应用于航拍、 监测、 搜救、 资源勘查等领域。 但 是由于无人运动体 （尤其是无人飞行器） 本身存在高频震动和低频抖动， 用 于航拍、 监测、 搜救、 资源的承载物 （例如相机） 通常不是直接挂载于运动 体上， 需要配置稳定载体用来搭载摄像机、 照相机以及监测、 搜救用仪器。 承载这个相机或其他有关仪器的载体装置在一 些文献里称为"云台"。

【发明内容】 本发明提供一种用在运动体上的载体， 所述载体用于实现所述运动体与 一承载物的耦合； 所述载体包括至少两个旋转轴； 其中所述至少两个旋转轴 的叠加转动用于控制所述承载物的自由指向或 补偿运动体的运动及震动从 而稳定所述承载物； 其中两个旋转轴之间形成的角是非直角以减小 所述转动 相对应的转动半径， 从而减小相应的转动惯量； 其中两个旋转轴上分别对应 的负载重心分别在各自旋转轴的轴线上。

在一些实施例中， 所述载体包括三个旋转轴， 其叠加转动用于控制所述 承载物的自由指向或补偿运动体的运动及震动 从而稳定所述承载物， 其中三 个旋转轴之间至少有两个轴之间形成的角是非 直角， 其中三个旋转轴上分别 对应的负载重心分别在各自旋转轴的轴线上。 在一些实施例中， 其中的非直角大于 0°但小于 90°。 在一些实施例中， 其中的非直角在 60°到 70°之间。 在一些实施例中， 其中的非直角约为 70°。

在一些实施例中， 其中所述非直角由一个朝水平面弯折的横向轴 臂实 现。

在一些实施例中， 该载体是用于遥控飞行器带载摄像器材的载体 。

在一些实施例中， 该载体进一步包括框架组件， 传动组件和承载物组 件， 其框架组件包括三个支架 (第一， 二， 三支架：)。

在一些实施例中， 该载体是一种陀螺式动态自平衡载体， 该载体进一步 包括一个控制组件， 所述控制组件包括处理器和惯性传感器， 所述惯性传感 器检测被载物的姿态信息， 所述处理器根据所述姿态信息控制所述被载物 的 姿态。

在一些实施例中， 所述传动组件进一步包括一个电机组件， 所述处理器 根据所述姿态信息控制该电机组件， 该电机组件直接驱动所述机架组件相对 所述被载物转动从而调整所述被载物的姿态。

在一些实施例中， 该载体进一步包括连接于第一支架和第二支架 上的水 平旋转架， 所述水平旋转架中安装有十字形连接机构以及 机械陀螺。

在一些实施例中， 所述传动组件包括一个电机， 所述电机直接驱动所述 第一支架相对所述第二支架转动。

在一些实施例中， 所述传动组件包括第一电机和第二电机， 所述第一电 机直接驱动所述第一支架相对所述第二支架转 动， 所述第二电机直接驱动所 述连杆构件从而带动所述第二支架相对所述第 三支架转动。

在一些实施例中， 所述载体进一步包括相应于电机数量的电子调 速模块 和外罩， 每一个所述电机和一个电子调速模块之间电连 接并收容于一个外罩 之内。

在一些实施例中， 其中所述传动组件中的电机与所述支架之间设 置有电 滑环， 从而使所述支架在围绕对应旋转轴可以做旋转 360°周向的转动。 在一些实施例中， 其中所述传动组件中的第一电机和第一支架之 间， 以 及第二电机和第二支架之间分别设置有电滑环 ， 从而使第一支架和第二支架 在围绕对应旋转轴可以做旋转 360°周向的转动。

本发明还提供一种用于在运动体上的载体， 包括框架组件（第一支架和 第二支架） 、 电机组件 （第一电机和第二电机） 和拍摄设备以及控制组件； 所述控制组件包括处理器和惯性传感器， 所述惯性传感器检测所述拍摄设备 的姿态信息， 所述处理器根据所述姿态信息控制所述电机组 件； 所述电机组 件直接驱动所述框架组件相对所述拍摄设备转 动以调整所述拍摄设备的拍 摄角度； 所述第一支架和第二支架分别可以围绕一固定 轴转动 （称为旋转轴 Z轴和旋转轴 Y轴 其中旋转轴 Z轴和旋转轴 Y轴之间形成的角是非直角。

在一些实施例中， 其中旋转轴 Y轴和旋转轴 Z轴之间形成的角在 60°到 70°之间。 在一些实施例中， 其中旋转轴 Y轴和旋转轴 Z轴之间形成的角约 为 70°。 在一些实施例中， 其中旋转轴 Y轴和旋转轴 Z轴之间形成的角在 0° 到 90°之间。

本发明还涉及一种用于在运动体上的载体， 包括稳定装置部分、 传动装 置部分以及摄像装置部分， 所述稳定装置部分包括连接于框架组件 I和框架 组件 II上的水平旋转架， 所述水平旋转架框架中安装有十字形连接机构 以及 机械陀螺， 十字形连接机构由内架以及外架组成， 内架上固定机械陀螺； 所 述传动装置部分包括固定于外架一侧轴上的传 动杆 I以及传动杆 II， 所述摄 像装置部分包括与水平旋转架非垂直连接的悬 挂 U 型架及固定于悬挂 U型 架上的相机底板。

在一些实施例中， 其中水平旋转架连接于悬挂 U 型架的角度在 30°到 45°之间。 在一些实施例中， 其中水平旋转架连接于悬挂 U型架的角度在 0° 到 30°之间。 在一些实施例中， 其中水平旋转架连接于悬挂 U 型架的角度在 45°到 90°之间。

本发明还提供一种用于在运动体上的载体，包 括框架组件、传动组件以及 拍摄组件， 所述框架组件包括第一支架、 第二支架、 第三支架， 所述摄像组 件固定在所述第一支架上， 所述第一支架与所述第二支架转动设置， 所述第 二支架与所述第三支架转动设置； 所述传动组件包括第一电机以及第二电 机， 所述第一电机直接驱动所述第一支架相对所述 第二支架转动， 所述第二 电机直接驱动所述第二支架相对所述第三支架 转动， 所述第一支架的转动 轴， 所述第二支架的转动轴和所述第三支架的转动 轴 （分别称为 X轴， Y轴 和 Z轴） 中至少有两个转动轴之间形成的角是非直角。

在一些实施例中， 其中所述的至少有两个转动轴之间形成的角在 30°到 45°之间。在一些实施例中， 其中所述的至少有两个转动轴之间形成的角在 0° 到 30°之间。 在一些实施例中， 其中所述的至少有两个转动轴之间形成的角 在 45°到 90°之间。

在一些实施例中， 还进一步包括一个连接板， 所述电机和电子调速模块 均固定连接于所述连接板， 所述电机与所述电子调速模块相邻设置， 所述外 罩对应于所述电机上端处开设有楼空孔； 所述外罩对应于所述电机外周侧处 开设有缺口， 所述外罩固定于所述连接板上， 所述连接板上还固定连接有编 码器， 所述编码器也收容于所述外罩内。

本发明还提供一种用于在运动体上的载体， 包括第一支架、 第二支架和 用于搭载被载物的承载物， 所述承载物转动连接于所述第一支架， 所述第一 支架转动连接于所述第二支架； 所述载体还包括用于驱动所述承载物相对第 一支架旋转的第一驱动件和用于驱动， 所述第一支架相对所述第二支架旋转 的第二驱动件； 所述第一驱动件包括第一电机， 所述第二驱动件包括第二电 机； 所述承载物与所述第一支架之间设置有于所述 承载物旋转时可保持旋通 的第一电滑环， 所述第一支架与所述第二支架之间设置有于所 述第一支架旋 转时可保持旋通的第二电滑环， 所述第一电滑环与第二电滑环之间相导通， 所述承载物围绕第一支架旋转和第一支架围绕 第二支架旋转时的转动轴分 别称为旋转轴 X轴和旋转轴 Y轴， 旋转轴 X轴和旋转轴 Y轴之间形成的角 是非直角。

在一些实施例中， 其中旋转轴 X轴和旋转轴 Y轴之间形成的角在 30° 到 45°之间。 在一些实施例中， 其中旋转轴 X轴和旋转轴 Y轴之间形成的角 在 0°到 30°之间。 在一些实施例中， 其中旋转轴 X轴和旋转轴 Y轴之间形成 的角在 45°到 90°之间。

在一些实施例中， 所述载体进一步包括固定件， 固定件可以固定锁紧于 运动体上， 第二支架转动连接于固定件， 固定件上设置有用于驱动第二支架 相对固定件旋转的第三驱动件， 第三驱动件包括第三电机， 固定件与第二支 架之间设置有于第二支架旋转时可保持旋通的 第三电滑环， 所述第二支架相 对固定件旋转时的转动轴称为旋转轴 Z轴， X轴， Y轴和 Z轴中至少有两个 轴之间形成的角是非直角。

在一些实施例中， 其中所述的至少有两个转动轴之间形成的角在 60°到 70°之间。 在一些实施例中， 其中所述的至少有两个转动轴之间形成的角约 为 70°。 在一些实施例中， 其中所述的至少有两个转动轴之间形成的角在 0° 到 90°之间。

【附图说明】 图 1是一种正交载体的立体示意图；

图 2是一种非正交载体的立体示意图；

图 3是一个对比一种正交载体和一种三非正交载� �的示意图；

图 4是一个展示非正交的载体优势的示意图；

图 5是一种陀螺式动态、 自平衡载体的结构示意图；

图 6是另一种陀螺式载体的结构示意图；

图 7是一种三轴载体的结构示意图；

图 8是另一种三轴载体的结构示意图；

图 9是一种 roll轴和 pitch轴非正交的载体的立体示意图；

图 10是一种三轴之相邻两轴之间都非正交的载体� ��立体示意图。 【具体实施方式】 由于运动体 （尤其是无人飞行器） 本身存在高频震动和低频抖动， 用于 航拍、 监测、 搜救、 资源的承载物 （例如相机） 通常不能直接挂载于运动体 上， 而是需要配置稳定载体用来搭载摄像机、照相 机以及监测、搜救用仪器。 具体地说， 稳定载体需要能够消除由于飞行器高频和低频 震动对航拍图像造 成的影响， 以及由于机体本身倾斜造成的画面倾斜的问题 ， 从而保证拍摄出 非常清晰、 稳定的图像。 可以不需要经过其它消抖处理， 在线路检测、 定点 监测、 航拍等应用中取得良好效果。

另外， 如果相机或其它装置的角度不能动， 会很大程度上限制其应用。 可以采用多自由度的载体将相机或其它装置 （例如照明灯等） 与运动体 （例 如飞行器）耦合。 所述多自由度的载体可以实现控制承载物的自 由指向或补 偿运动体的运动及震动从而稳定所述承载物。

一个物体通常有 6个自由度， 包括三个方向上的平移， 及绕三个轴的转 动。 这三个轴通常称为 X轴， Y轴和 Z轴。 在航空领域绕三个轴的转动分别称 为俯仰 （pitch) ， 左侧倾和右侧倾 （roll ) ， 和左右的朝向 （yaw) ， 因而上 述三个轴又称为 pitch轴， roll轴和 yaw轴。 飞行器上的载体可以是三轴， 二轴 或一轴,即载体相对于飞行器分别有三个、两� �或一个方向上的旋转运动的自 由度。

本发明中的载体可以用于运动体上。 其上可搭载承载物， 用以实现承载 物相对于运动体的固定、 随意调节所述承载物的姿态 （例如： 改变承载物的 高度、 倾角和 /或方向）和使承载物稳定保持在确定的姿态� �。 例如， 该载体 可以含有有稳定功能的万向节。所述载体可以 作为摄影、照相、 监测（雷达）、 采样、 照明等的辅助装置， 可运用于空基 （例如旋翼飞行器或固定翼飞行 器）、 水基（例如潜艇或船只）、 路基（例如机动车辆）或天基（例如卫星， 空间站， 或飞船） 等领域。 所述承载物可以为照相机和摄像机等摄像装置 ， 也可为传感器， 雷达， 照明灯或其他装置。 在下面一些实施例中， 承载物主要以相机为例， 运动体主要以飞行器为 例， 来阐述本发明的有益效果。 当然， 如上所述， 可以理解地， 承载物也可 以为其它类型的相机，监控摄像头，照明灯等 。运动体也可以是潜艇或船只、 机动车辆， 卫星， 空间站或飞船等。

图 1是一种有三个正交轴的载体 100的立体图。 载体 100可以有第一旋转 轴 102 (X轴， 或 pitch轴） ， 第二旋转轴 104 ( Y轴， 或 roll轴） ， 及第三旋转 轴 106 ( Z轴， 或 yaw轴） 。 这三个旋转轴 102、 104、 106之间相互正交， 也就 是成 90°角。

第一支架 108可以承载一个或多个承载物 （未显示） ， 例如相机， 照明 灯等， 并可以被第一电机 110驱动， 围绕第一旋转轴 102转动以改变承载物的 俯仰倾角 (pitch) 。

支架 108、 承载物、 以及第一旋转轴 102—起， 可以被第二电机 112驱动， 围绕第二旋转轴 104转动以改变承载物的左右侧倾角 （roll ) 。

上述组件一起， 通过第一轴臂 1 14及第二轴臂 115， 与一个固定件 116可 转动地连接。 固定件 1 16可以通过多个固定点 118固定于运动体 (未显示） 上。 固定件 1 16下面的组件， 包括第一轴臂 1 14及第二轴臂 115， 可以绕第三旋转 轴 106转动以改变承载物的左右朝向 （yaw) 。 注意到第二轴臂 1 15在 X-Y平 面内， 也就是说与 Z轴正交。 第二轴臂 1 15在 X-Y平面内可以有一弯折， 如图 1所示， 但此弯折不是必须的。

图 2是一种有非正交轴的载体 200的立体图。 除消除飞行器高频和低频震 动达到稳定性之外， 载体 200还能够以一轴、 两轴、 或三轴旋转， 可以实现 更好的拍摄、 监控或其他目的。

载体 200可以有第一旋转轴 202 (X轴， 或 pitch轴） ， 第二旋转轴 204 ( Y 轴， 或 roll轴） ， 及第三旋转轴 206 ( Z轴， 或 yaw轴） 。 其中旋转轴 204与 206 之间相互非正交， 其夹角 α小于 90°。 在一些实施例中， α约为 60°-70°。 在图 2 所示的实施例中， α约为 70°。 相对于图 1中的载体， 非正交 Υ轴 （相对于原始 的正交 Y轴） 相当于朝着 Ζ轴弯折了 α'=90°-α， 例如 20°。 这里 α'是 α的余角。 注意到目前多轴飞行器侧飞时云台相机视野的 倾斜角度需要靠飞行器 的侧倾 （roll ) 来补充。 假如飞行器侧飞角度最大可达到 45° , 因此原则上讲 为了使载体易于控制， α'要小于飞行器侧飞最大倾角） ， 例如 45°。

除此以外， 非正交轴对于机械结构设计而言， 很重要的一个作用是减小 轴臂长度， 增强结构刚度。 在一些实施例中， 在 α'=20°- 45°时恰好能在保证 个轴的负载重心在轴上的基础上轴臂最短， 刚度最好。

第一支架 208可以承载一个或多个承载物， 例如相机 209， 照明灯等， 并 可以被第一电机 210驱动， 围绕第一旋转轴 202转动以改变承载物的俯仰倾角 (pitch) 。

支架 208、 承载物 209、 以及第一旋转轴 202—起， 可以被第二电机 212驱 动， 围绕第二旋转轴 204转动以改变承载物的左右侧倾角 （roll ) 。

上述组件一起， 通过第一轴臂 214及第二轴臂 215， 与一个固定件 216可 转动地连接。 固定件 216可以通过多个固定点 218固定于运动体 (未显示） 上。 固定件 216下面的组件， 包括第一轴臂 214及第二轴臂 215， 可以绕第三旋转 轴 206转动以改变承载物的左右朝向 （yaw) 。

注意到第二轴臂 215偏离原始的 X-Y平面， 也就是说不与 Z轴正交。 第二 轴臂 1 15在 Y-Z平面内有一弯折， 如图 2所示， 其弯折角为 180°-α'。 本领域 里的技术人员可以认识到， 其它机械几何结构也可以实现非正交轴。

图 2中的非正交轴的载体 200的三个旋转轴中的 yaw轴 206与 roll轴 204的 夹角为非正交。 在这种设计下， yaw轴 206上的电机 220和 roll轴 204上的电机 212位置可以非常接近， 使轴臂 214与图 1中的轴臂 114相比更短， 结构更紧 凑， 刚度更好， 也节省重量。 同时也减小了 yaw轴电机 220的负荷。相比之下， 图 1中的轴臂 1 14很长， 会导致载体整体刚度较差， 也造成轴臂 114连接处需 要消耗较多的材料， 而且增加整个载体 100的重量。

图 2中的载体 200的 yaw轴 206与 roll轴 204非正交也使负载在围绕 yaw轴 206旋转占用的空间 （相应的折合转动惯量） 与图 1中的载体 100相比减小， 从而减小了 yaw轴 206与电机 220所承担的负荷。

图 2中的载体 200每个轴上所对应的质量块 （也称为负载） 的重心在轴线 上。 例如， yaw轴 206所承担的负载， 包括第一轴臂 214及第二轴臂 215、 第二 电机 212、 支架 208、 承载物 209、 第一电机 202等， 其总体的重心落在 yaw轴 206上。 这样， 当所述负载沿 yaw轴 206转动时， 将是一个对称的转动， 而不 会对 yaw轴 206施加震动而造成的额外压力。 同时， 利用负载本身的惯性可以 消除载体 200所在的运动体（如飞行器、 车辆等）传递到载体挂载的设备（如 相机、 雷达、 照明灯等承载物 209 ) 的振动， 从而提高拍摄和喵准效果。

这样， 本发明提供的一种用在运动体上的载体 200实现所述运动体与一 承载物 209的耦合。 所述载体的多个旋转轴的叠加转动用于控制所 述承载物 209的自由指向或补偿运动体的运动及震动从而 稳定所述承载物 209。其中至 少两个旋转轴之间形成的角是非直角。其中 yaw轴 206对应的负载重心在在其 轴线 206上， roll轴 204对应的负载（例如第二电机 212， 支架 208， 承载物 209， 第一电机 202等） 重心在 roll轴 204的轴线上， pitch轴 202对应的负载 （例如支 架 208， 承载物 209， 第一电机 202等） 重心在 pitch轴 202的轴线上。

在一些实施例中， 非直角 0°<α'<90°或者 90°<(180°-α')<180°。 例如 α'可以 在 0°到 45°之间。 在一些实施例中， α'可以在 0°到 30°之间或 30°到 45°之间。 在 一个优选实施例中， α'约为 20°。 在另一个优选实施例中， α'约为 30°。 在一些 实施例中， α'可以在 45°到 90°之间。

在其它一些实施例中， 载体可以只包括两个旋转轴， 其两个轴之间形成 的角是非直角。

图 3进一步对比正交载体 100和非正交载体 200。注意到固定件 116及固定 件 216可以分别定义水平面 310及 320， 例如对应于飞行器水平飞行的姿态。 在正交载体 100中， 纵向轴臂 114的方向与水平面 310正交， 也就是成直角。 在正交载体 200中， 纵向轴臂 214的方向与水平面 320非正交， 也就是成非直 角 。 其中 β=90°+α'。

由图 3可以更明显的看到为什么 yaw轴与 roll轴非正交可以使 yaw轴和 roll 轴的电机位置可以非常接近， 从而可以使 yaw轴和 roll轴之间轴臂 214更短， 也就使得载体结构更紧凑并节省材料， 减少重量， 从而减小了 yaw轴电机的 负荷。

图 4进一步对比正交载体 100和非正交载体 200， 从中可以更容易看出为 什么非正交载体旋转占用的空间更小。在图 4中， 按 yaw轴旋转时的旋转半径 用双虚线 410、 420表示。 可以看到， 由于 yaw轴与 roll轴由正交载体 100中的 直角交叉变成非正交载体 200中的非正角交叉， yaw轴的旋转半径 （gPyaw轴 电机和 roll轴电机之间的水平投影距离） 420与旋转半径 410相比变短， 从而 使 yaw轴与 roll轴非正交使负载在 yaw轴旋转占用的空间（即折合的转动惯量 ) 减小， 也就减小了 yaw轴电机 220的负荷。

更具体地说， 对于同样长度 L的 yaw轴 104、 204， 图 4中虚线方框内的有 效转动质量 ml、 m2相应的旋转半径 410、 420分别是 L、 L « a。 如果转动质 量 ml = m2， 则转动惯量正比于 in a ² ， 相应地 yaw轴电机 220的负荷减小 至原来的 （^ι α ) ² 倍。

另外， 承载于运动体 （尤其是小型无人飞行体） 的载体体积越小， 重量 越轻越有利于操作员快速有效的控制相机或其 他承载物的方向和角度， 以达 到高质量的航拍， 监视等功效。 这里载体的体积并不一定是指的是载体的整 体几何体积。 由于载体的主要功能之一是以一轴， 两轴或三轴旋转， 载体以 某一轴旋转式占用的空间更直接得反映了该载 体的实际"操作"体积。 也就是 说， 载体以该轴旋转时的半径越小， 载体在该轴上的实际 "操作 "体积越小。 除体积考虑之外， 载体重量轻可以减轻驱动电机的负荷， 易于电机和载体的 设计。 除体积和重量之外， 像很多机械结构一样， 载体的刚性也是一个重要 指标。 刚性是物体在外力作用下不易产生形变的性质 ， 或称物体抵抗变形的 能力。 可以理解地， 刚性高的载体不仅寿命长， 可靠性高， 而且操作反应速 度快。

上述的非正交轴载体概念可以应用于各种载体 ， 包括用于改进已有载体 结构。 例如， 图 5是一种二轴陀螺式动态、 自平衡载体 500的结构示意图。 载 体 500包括机架组件、 电机组件、 控制组件以及承载物 510。 机架组件包括第 一支架 520、 第二支架 540以及第三支架 560。 承载物 510可以固定在第一支架 520上。 第一支架 520与第二支架 540转动设置 （即： 可以相互转动地耦合） ， 第二支架 540与第三支架 560转动设置 （即： 可以相互转动地耦合） 。 此处承 载物 510的形状不局限于图 1中所示的方形， 还可以为圆形、 椭球形或其它形 状。 承载物 510也不限于图 5中所示的摄像设备， 而可以是照明灯， 雷达等设 备。

本发明的一些实施例采用一或多个电机作为载 体的传动装置。采用电机 作为原动力直接载体的机架组件， 耗能较小、 节省电能； 同时电机驱动能够 实现无级调节， 动作响应时间短， 能够快速启动、 停止或及时调整转速大小 以适应无人飞行器各种飞行姿态， 从而提高摄像组件的拍摄稳定性。 在其它 一些实施例中， 机械齿轮驱动也可以实现摄像机或照相机的一 轴， 两轴或三 轴转动的目的。

电机组件可以包括第一电机 530以及第二电机 550。 第一电机 530可以直 接驱动第一支架 520绕其旋转轴相对第二支架 540转动。 第二电机 550可以直 接驱动第二支架 540绕其旋转轴相对第三支架 560转动。

第一支架 520和第二支架 540分别可以围绕一固定轴转动 （称为旋转轴 X 轴和旋转轴 Y轴）， 其中旋转轴 X轴和旋转轴 Y轴之间形成的角是按照本发明 可以是非直角。 例如， 在设计中可以将传统的旋转轴 X轴和旋转轴 Y轴之间 直角压缩减小。 这样， X轴和 Y轴的电机位置可以相应减小， 使轴臂更短， 结构更紧凑， 刚度更好， 也节省重量。 而且 X轴与 Y轴非正交使负载在 yaw轴 旋转占用的空间 （即折合的转动惯量） 减小， 从而减小了电机的负荷。

在一些实施例中，其中旋转轴 X轴和旋转轴 Y轴之间形成的非正交角在 0° 到 90°之间。在一些实施例中， 其中旋转轴 X轴和旋转轴 Y轴之间形成的角在 0° 到 30°之间。 在一些实施例中， 其中旋转轴 X轴和旋转轴 Y轴之间形成的角在 30°到 45°之间， 例如 30°, 或 45°。 在一些实施例中， 其中旋转轴 X轴和旋转轴 Y轴之间形成的角在 45°到 90°之间。 在一些实施例中， 其中旋转轴 X轴和旋转 轴 Y轴之间形成的非正交角在 90°到 180°之间。

在一些实施例中， 该载体是一种陀螺式动态自平衡载体， 载体 500进一 步包括一个控制组件， 所述控制组件包括处理器和惯性传感器， 所述惯性传 感器检测承载物 510的姿态信息。 处理器根据姿态信息控制电机组件， 该电 机组件直接驱动所述机架组件相对所述被载物 转动从而调整所述承载物 510 的姿态。

在一些实施例中， 载体 500进一步包括连接于第一支架和第二支架上的 水平旋转架， 所述水平旋转架中安装有十字形连接机构以及 机械陀螺。 上面 提到的载体的稳定性可以通过陀螺来实现。 陀螺是可以包括一个位于轴心且 可旋转的轮子。 陀螺可以实现稳定性是因为陀螺一旦开始旋转 ， 由于轮子的 角动量而有抗拒方向改变的趋向。

这样， 可以采用大惯性的机械稳定陀螺来实现载体的 稳定。 载体支架上 可以连接水平旋转架， 水平旋转架上连接机械陀螺构成稳定装置， 稳定装置 通过传动装置与摄像装置相连， 能够实现陀螺与相机垂直方向的同步运动， 依靠陀螺的稳定性实现相机的稳定拍摄。

在一些实施例中， 载体 500进一步包括相应于电机数量的电子调速模块 和外罩， 每一个所述电机和一个电子调速模块之间电连 接并收容于一个外罩 之内。

在一些实施例中， 其中所述传动组件中的电机与所述支架之间设 置有电 滑环， 从而使所述支架在围绕对应旋转轴可以做旋转 360°周向的转动。

在一些实施例中， 其中所述传动组件中的第一电机和第一支架之 间、 以 及第二电机和第二支架之间分别设置有电滑环 ， 从而使第一支架和第二支架 在围绕对应旋转轴可以做旋转 360°周向的转动。

以航拍应用为例， 图 5在中的载体 500可以固定于一个无人飞行器的机 腹。 载体 500包括框架组件 （第一支架 520和第二支架 540 ) 、 电机组件 （第 一电机 530和第二电机 550 ) 和拍摄设备 510以及控制组件。 所述控制组件包 括处理器和惯性传感器。 所述惯性传感器检测所述拍摄设备 510的姿态信 息。 所述处理器根据所述姿态信息控制所述电机组 件。 所述电机组件直接驱 动所述框架组件相对所述拍摄设备转动以调整 所述拍摄设备 510的拍摄角 度。 所述第一支架 520和第二支架 540分别可以围绕一固定轴转动 （称为旋转 轴 X轴和旋转轴 Y轴）。其中旋转轴 X轴和旋转轴 Y轴之间形成的角是非直角。

图 6是另一种陀螺式载体 600的示意图。 载体 600可以包括框架部分 （又 称稳定装置部分） 、 传动装置部分以及承载物 （例如摄像装置） 部分。 承载 物部分可以包括一个相机底板 608， 其上可以固定各种不同型号的相机 （未 显示） 。

稳定装置部分可以利用机械陀螺在高速旋转时 能保持稳定的特性来保 证整个载体 600的稳定。 在载体 600的中部和后部分别安装了第一机构支架 612和第二机构支架 613。在第一机构支架 612和第二机构支架 613的中心都装 有轴承座， 并且同轴。 水平旋转架 610通过该轴承座分别与第一机构支架 612 和第二机构支架 613连接， 并可以绕该轴旋转。

所述水平旋转架 610由一个矩形框架和 U形框架两部分组成，上部为矩形 框架部分， 其两端头分别括装于第一机构支架 612和第二机构支架 613中心的 轴承座内， 使水平旋转架 610可以在第一机构支架 612和第二机构支架 613之 间左右摆动。 该矩形框架中安装有十字形连接机构以及机械 陀螺 609。 十字 形连接机构由十字形连接框架内架 615以及十字形连接框架外架 614组成。外 架 614两侧装有轴承。 外架 614通过该轴承连接到水平旋转架 610上， 保证整 个陀螺 609及连接装置具有一个前后运动的自由度。 外架 614上留有螺孔， 安 装时可以上下调整陀螺 609的重心位置。 当飞行器发生左右晃动时， 陀螺 609 由于惯性作用始终保持竖直。 水平旋转架 610与机械陀螺 609相连， 会始终保 持与机械陀螺 609垂直。 陀螺的运动可以通过传动杆 617传至相机底板 608， 而保证了承载物 （相机） 在左右方向上的水平。 舵机 618由遥控器控制， 可 以主动调整相机的指向。

减震橡胶 619可以吸收飞行器在飞行过程中产生的低频震 动， 而高频震 动可以被机械陀螺 609滤去， 从而得到稳定的拍摄画面。

按照本发明的一些实施例， 水平旋转架 610和悬挂 U型架 611之间非正交 连接， 使得云台结构更紧凑， 刚度更好， 而且节省重量。 这样， 旋转轴 X轴 和旋转轴 Y轴之间形成的角可以从传统的直角修改设计� �非直角。

在一些实施例中， 水平旋转架 610和悬挂 U型架 61 1之间的非正交角大于 0°但小于 90°。 在一些实施例中， 其中旋转轴 X轴和旋转轴 Y轴之间形成的角 在 0°到 30°之间。 在另一些实施例中， 该角度在 30°到 45°之间，例如 30°或 45°。 在另一些实施例中， 该角度在 45°到 90°之间。 在另一些实施例中， 该角度在 90°到 180°之间。

图 7是一种三轴载体 700的示意图。 该载体 700包括框架部分、 传动装置 部分以及承载物 （例如摄像装置） 部分 723。 框架部分包括第一支架 724和第 二支架 726。 摄像装置部分 723固定在第一支架 724上。 此处摄像装置部分 723 的形状不局限于图 7 中所示的方形， 还可以为市面上常见的圆形或其它形 状。 为了实现摄像装置部分 723沿 X轴 （即： 第一支架 724的旋转轴） 旋转， 第一支架 724通过端部的销轴转动设置在第二支架 726上， 这种转动结构能够 实现摄像装置部分 723的抬头或低头旋转。

为了适应无人飞行器在飞行过程中的左侧倾或 右侧倾飞行， 摄像装置部 分 723相对应的进行右侧倾或左侧倾转动进行补偿 ， 以保证拍照或摄像的平 稳性。 如图 7所示， 第二支架 726可绕自身转轴 Y轴转动。 第二支架 726的左右 转动一定角度从而带动第一支架 724和摄像装置部分 723的整体转动。 为了驱 动第一支架 724、 第二支架 726， 本实施例提供的动力源为电机 725、 727。 采 用小型电机直接驱动具有许多优点，例如耗能 较小， 节能环保， 响应时间短、 能够及时快速调整以适应无人飞行器各种飞行 姿态， 从而使摄像组件的拍摄 稳定性高， 等等。 另外， 电机能够实现无级调节， 速度变化均匀， 能够在允 许的速度范围内连续地、 任意地调节速度大小， 对机构构件的冲击性较小， 稳定性能佳。 具体的， 如图 7所示， 传动装置部分包括第一电机 725以及第二 电机 727。 第一电机 25直接驱动第一支架 724绕其旋转轴 （即： X轴） 相对第 二支架 726转动。 第二电机 727直接驱动第二支架 726绕其旋转轴 （即： Y轴） 转动。

第一支架 724的转动轴， 第二支架 726的转动轴和第三支架 728的转动轴 (分别称为 X轴， Y轴和 Z轴） 中至少有两个转动轴之间形成的角是非直角。 例如， 可以修改传统设计中的直角， 使其弯折为非直角。 这种设计可以使非 直角相交的两个轴上的电机位置可以更接近， 使相应轴臂更短， 结构更紧 凑， 刚度更好， 也节省重量。 而且云台非直角相交的两个轴在旋转占用的空 间 （即折合的转动惯量） 减小， 从而减小了相应轴上电机的负荷。

在一些实施例中， 其中所述的至少有两个转动轴之间形成的非正 交角在 0°到 90°之间。 在一些实施例中， 其中旋转轴 X轴和旋转轴 Y轴之间形成的角 在 0°到 30°之间。 在一些实施例中， 该角度在 30°到 45°之间， 例如 30° , 或 45°。 在一些实施例中， 该角度在 45°到 90°之间。 在一些实施例中， 该角度在 90° 到 180°之间。

图 8显示一个可以在三个轴上进行 360。周向旋转的载体 800。 载体 800可 以包括第一转动件 829和第二转动件 830， 第一驱动件 832， 第二驱动件 833， 第三驱动件 834， 以及承载件 83 1。 承载件 83 1可以承载例如摄像装置， 照明 灯， 雷达等承载物 859。 本实施例中， 摄像装置以微单相机 859为例， 并将载 体 800应用于飞行器上为例， 阐述本实施例的有益效果。 微单相机 859可通过 锁紧件固定于承载件 83 1上。 当然， 可以理解地， 承载件 83 1也可以承载其它 载体 800可以作为摄影、 照相、 监测的装置， 可运用于载人或无人飞行 器、 运载体、 汽车、 轮船、 机器人、 电影拍摄、 手设设备等领域。 承载件 831 转动连接于第一转动件 829， 第一转动件 829转动连接于第二转动件 830。 第 二转动件 830可以包括横向支臂 21和纵向支臂 22。 横向支臂 21和纵向支臂 22 之间可以固定连接或一体成型。承载件 83 1转动方向可与第一转动件 829的转 动方向垂直。 载体 800还包括固定件 867， 固定件 867可以固定锁紧于飞行器 的安装位置上。 第二转动件 830转动连接于固定件 867。 固定件 867上设置有 用于驱动第二转动件 830相对固定件 867旋转的第三驱动件 834， 以形成三轴 载体 800。

载体 800还包括用于驱动承载件 83 1相对第一转动件 829旋转的第一驱动 件 832和用于驱动第一转动件 829相对第二转动件 830旋转的第二驱动件 833。 第一驱动件 832包括第一电机，第二驱动件 833包括第二电机。第三驱动件 834 包括第三电机。 固定件 867与第二转动件 830之间设置有于第二转动件 830旋 转时可保持旋通的电滑环。 云台可以绕三向 360。无限制旋转。

采用导电滑环来连接载体上的电气设备可以解 决电机驱动带来的一些 问题， 例如， 直接与载体上的电气设备连接的线缆经常出现 缠绕、 限制， 使 载体不能实现全方位的转动， 电气设备不能实现 360°全向转动， 载体的功能 受到极大的限制， 不便于用户的使用。

导电滑环属于电接触滑动连接应用范畴， 它又称电旋转连接器、集电环、 旋转关节、 旋转电气接口、 滑环、 集流环、 回流环、 线圈、 换向器、 转接器， 是实现两个相对转动机构的图像、 数据信号及动力传递的精密输电装置。 特 别适合应用于无限制的连续旋转， 同时又需要从固定位置到旋转位置传送功 率或数据的场所。 具体地， 电滑环可以包括滑环转子和滑环定子。 滑环转子 和滑环定子可以分别固定于载体中相对转动的 两个支架上， 或固定于承载物 和承载物所绕的支架上。 通过电滑环解决了 360°旋转问题后的载体已经更进 一步提高了在飞行体上航拍的稳定性。 承载件 831围绕第一转动件 829旋转和第一转动件 829围绕第二支架 830 旋转时的转动轴可以分别称为 X轴和 Y轴。 第二转动件 830相对固定件 867旋 转时的转动轴称为 Z轴。 按照本发明的一些实施例， X轴， Y轴和 Z轴中至少 有两个轴之间形成的角是非直角。这种设计可 以使非直角相交的两个轴上的 驱动件 （或电机） 位置可以更接近， 使相应轴臂更短， 结构更紧凑， 刚度更 好， 也节省重量。 而且云台非直角相交的两个轴在旋转占用的空 间 （即折合 的转动惯量） 减小， 从而减小了相应轴上驱动件 （或电机） 的负荷。

在一些实施例中， 其中所述的至少有两个转动轴之间形成的非正 交角大 于 0°而小于 90°。 在一些实施例中， 其中旋转轴 Z轴和旋转轴 Y轴之间形成的 角在 0°到 90°之间。 在一些实施例中， 该角度在 60°到 70°之间，例如 60°或 70°。 在一些实施例中， 该角度在 45°到 90°之间。 在一些实施例中， 该角度在 90° 到 180°之间。

图 9是一种 roll轴和 pitch轴非正交的载体的立体示意图。 其中图 9a是正面 视图， 图 9b是底面视图， 图 9c是立体视图。 同理可以减小 roll轴负载的转动 惯量。 与图 2中 yaw轴与 roll轴非正交的情况同理， 这里 roll轴负载的转动惯量 得以减小。

图 10是一种三轴之相邻两轴之间都非正交的载体� ��立体示意图。 其中图 10a是正面视图， 图 10b是底面视图， 图 10c是立体视图。

在这些实施例中， 各轴的负载重心优选地基本上落在相应的轴线 上， 以 得到伺服载体过程中的比较平衡的控制。 负载重心的位置在设计范围内的偏 差也是容许的。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式， 本发明的保护范围并不以上述实 施方式为限， 但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内 容所作的等效修 饰或变化， 皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。