專利名稱：自動調平調角三腳架的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及攝影、攝像領域，具體涉及三腳架自動調平和調角領域。
(二)技術背景對于一般的照相機來說，為了獲得更為穩(wěn)定的取像效果，特別是在拍攝夜景時，使用三腳架將照相機固定在三腳架的安裝平臺上，可有效避免人為握持時產生的不穩(wěn)定現(xiàn)象。三腳架協(xié)助相機完成拍攝的有效裝置，它起穩(wěn)定和支撐作用。
可是，以往三腳架的功能比較單一，一般只能手動調節(jié)相機安裝平臺的角度。當攝影地點改變時帶來的地形變化、地面高低不平或者三腳架上的腳架長短調節(jié)不一致等問題，三腳架的安裝平臺將不水平，以至于成像將發(fā)生傾斜，影響成像效果。為了避免成像傾斜，需要對三腳架安裝平臺進行重新調平或根據(jù)攝影者的要求調整傾斜角度。手動調節(jié)費時費力，如果是拍攝夜景，限于光線微弱，攝影者調平三腳架相機安裝平臺往往更加困難，由于攝影者觀察角度的原因也不可避免的帶來調平錯誤，影響攝影質量。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種能夠自動調平和調角的自動調平調角三腳架。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的它包括架體，架體包括基部和三個連接基部并可伸縮的腳架，基部內設置有電池倉和控制電路，它還包括安裝在架體上的自動調平調角云臺，自動調平調角云臺包括電池電源電路、殼體、內環(huán)、外環(huán)、兩個水平傳感器、兩個位置檢測裝置、兩個直流電機和處理器及其外圍電路；兩位置檢測裝置分別安裝在內環(huán)與外環(huán)和外環(huán)與支架的連接部，內、外環(huán)軸線垂直，兩環(huán)都連接直流電機，外環(huán)與殼體內兩支架連接，內環(huán)面連接在外環(huán)上，且與支撐相機的安裝平臺固聯(lián)，一個直流電機固聯(lián)在殼體上，另一個直流電機固定在外環(huán)上，水平傳感器安裝在內環(huán)上，處理器電連接直流電機。
本發(fā)明還有這樣一些結構特征1、所述的基部上表面中心設置有電源、檢測信號和控制信號導線引出圓孔，自動調平調角云臺下部對應設置有導線插口；2、所述的基部與自動調平調角云臺上設有相互連接的固定栓；3、所述的基部側面設有按鍵，包括自動調平按鍵、四位調角按鍵和精調整選擇按鍵；4、所述的外環(huán)是一個環(huán)型框架，兩端分別通過外環(huán)軸連接到兩支架上；5、所述的內環(huán)為一個圓形支撐面，兩端設置有內環(huán)軸，與內環(huán)固定連接，內環(huán)通過兩個內環(huán)軸連接在外環(huán)上；6、所述的驅動電機包括兩個帶有減速器的小型直流電機，一個安裝在支架上通過減速器與外環(huán)軸齒輪傳動，另一個固定在外環(huán)上；7、所述的內環(huán)上固定有支撐軸，安裝平臺和與相機的結合裝置安裝在支撐軸上，攝影器材與結合裝置連接，固定在安裝平臺上；8、所述的位置檢測裝置包括遮光板和紅外收發(fā)器，遮光板為扇形結構，內部挖去一個小扇形，遮光板安裝固定在一內環(huán)軸或外環(huán)軸上；9、所述的位置檢測裝置的紅外收發(fā)器安裝在外環(huán)或支架靠近與軸連接部處。
本發(fā)明的自動調平和調角的調整方法為，電機控制與傳感器信息處理，調平和調角等邏輯都在控制電路中完成，該電路被安放在前述的基部8內。主處理器32根據(jù)按鍵信息28、橫向水平傳感器檢測信息30、縱向水平傳感器檢測信息31或外環(huán)調角范圍判斷信息291或內環(huán)調角范圍判斷信息292，經過一些調角的算法(自動調平和電動調角方法)軟件處理后，發(fā)出電機控制信號36、37分別經過功率放大電路33后，產生控制電流34和35驅動前述的外環(huán)直流電機13和內環(huán)直流電機15轉動相應的角度，使得本發(fā)明自動調平調角云臺裝置達到調整的相機安裝平臺18目的。
利用本發(fā)明自動調平調角云臺協(xié)助拍攝前，攝影者按動裝置上一個自動調平按鍵，本發(fā)明裝置將根據(jù)水平傳感器信號調平支撐相機的安裝平臺。內、外環(huán)軸線垂直，兩環(huán)都由小型直流電機驅動。本發(fā)明裝置中，外環(huán)與殼體內兩支架連接，內環(huán)面連接在外環(huán)上，它又與支撐相機的安裝平臺固聯(lián)。根據(jù)安裝在內環(huán)面的縱向水平傳感器的信號，利用一個固聯(lián)在殼體上的直流電機調節(jié)安裝平臺縱向的傾斜。當外環(huán)調節(jié)完成后，開始調節(jié)內環(huán)，利用當安裝在內環(huán)上的橫向水平傳感器檢測出橫向傾斜的狀態(tài)，處理器控制固定在外環(huán)上的直流電機驅動內環(huán)橫向調平。當內環(huán)與外環(huán)都調節(jié)完成，自動調平調角云臺上安裝平臺相對于大地達到水平。
本發(fā)明裝置還可在按鍵命令下，根據(jù)攝影者的需要，電動的調節(jié)，以滿足特殊攝影角度的需要。
本發(fā)明的有益效果有它是一個具有自動調平和電動調角功能的小型化的攝影用三腳架自動調平調角云臺。它使攝影者可以在拍攝過程中，不因為地形，地面的情況而頻繁手動調整三腳架的安裝平臺姿態(tài)。只需按動電鈕，本發(fā)明所述自動調平調角云臺裝置會自動的調平相機安裝平臺。當本裝置啟動后，自動調平調角云臺會自動根據(jù)實際相對于大地的水平情況，調平相機安裝平臺，或根據(jù)攝影者的需要按鍵控制電動的調整相機安裝平臺的角度。當攝影者對拍攝有特殊要求時，還可根據(jù)需要對自動調平調角云臺上安裝平臺的各種方向的偏移進行電動調整。對拍攝者而言，本發(fā)明可以很大程度上降低對三腳架安裝平臺調整的復雜度，提高攝影的速度和保證攝影質量。同時本發(fā)明裝置由于結構簡單，體積和質量都容易在實際工程中加以控制，三腳架的便攜性與經濟性都能夠得以保證。


圖1為本發(fā)明的自動調平三腳架的外觀組成圖；圖2為本發(fā)明的自動調平、調角裝置的內部結構圖；圖3-4為本發(fā)明的位置檢測裝置原理示意圖；圖5為本發(fā)明的控制電路原理結構圖；圖6為本發(fā)明的模式選擇流程圖；圖7為本發(fā)明的控制系統(tǒng)縱向調平流程圖；圖8為本發(fā)明的控制系統(tǒng)調角方法流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例結合圖1，本實施例裝置包括架體1、自動調平調角云臺2。其中架體1與一般三角架體基本相同，具有基部8和三個連接基部8并可伸縮的腳架4用于與地面的支撐?；?內可安放為電池倉和控制電路。基部8上表面7中心留有圓孔9，它可以將電源、檢測信號和控制信號導線等引出，對應插入自動調平調角云臺2下部導線插口3中。自動調平調角云臺2采用側接方式與基部8固聯(lián)，基部8上設有一個固定栓6可與自動調平調角云臺2下部的一固定栓10連接?；?側面還設有按鍵，分別為自動調平按鍵39，四位調角按鍵40，精調整選擇按鍵41。
結合圖2，所述的自動調平調角云臺2可實現(xiàn)相機安裝平臺18的自動調平和電動調角的功能，自動調平調角云臺2為一個二自由度框架結構組成的裝置。支架16和支架23固定在本裝置外殼底部，它不能活動，起支撐調平系統(tǒng)的作用。外環(huán)12是一個環(huán)型框架，兩端分別通過固定軸外環(huán)軸22和外環(huán)軸24連接到支架16和支架23上，并且外環(huán)12還可以以兩外環(huán)軸22和24所在軸線為軸(外環(huán)軸線)旋轉?？紤]到本系統(tǒng)調角范圍不要求過大，同時減少體積，所以對其旋轉范圍加以限定。本實施方案控制旋轉范圍在-20°～+20°之間，通過主處理器32檢測外環(huán)的位置檢測裝置的反饋信號291加以保證，結合圖3。外環(huán)驅動電機13為一個帶有減速器的小型直流電機。它可安裝在支架16或底盤25上，本實施方案安裝在支架16上，通過減速器與外環(huán)軸22齒輪傳動，驅動外環(huán)12繞外環(huán)軸線旋轉。
內環(huán)面14為一個圓形支撐面。在內環(huán)面14的兩端有內環(huán)軸21和內環(huán)軸26，它們與內環(huán)面14固定連接，同時內環(huán)通過這兩個內環(huán)軸21和26連接在外環(huán)12上，內環(huán)面14可繞內環(huán)軸21和26所在軸線(內環(huán)軸線)旋轉，旋轉范圍在-20°～+20°之間，通過主處理器32檢測內環(huán)的位置檢測裝置的反饋信號292加以保證。內環(huán)驅動電機15為一個帶有減速器的小型直流電機，固定在外環(huán)12上，通過減速器與內環(huán)軸26齒輪傳動驅動內環(huán)面14，繞兩個內環(huán)軸21和26所在軸線(內環(huán)軸線)旋轉。
內環(huán)軸線與外環(huán)軸線始終垂直相交。
在內環(huán)面14上，固定有一支撐軸，該軸支撐安裝平臺18和與相機的結合裝置17。攝影器材與結合裝置17連接，固定在安裝平臺18上，所以內環(huán)面14水平時，安裝平臺18也是水平的。為了檢測內環(huán)面14的水平情況，在內環(huán)面14上還裝有橫向水平傳感器19和縱向水平傳感器20，兩傳感器分別平行于外環(huán)軸線和內環(huán)軸線放置?？刂齐姍C13調整外環(huán)12可調整安裝平臺18的縱向水平，控制電機15調整內環(huán)面14可調整安裝平臺18的橫向水平。當安裝平臺18橫向和縱向都水平時，即兩水平傳感器19和20都檢測出水平時，安裝平臺18上安放的攝影器材也水平。
結合圖3-4，對內環(huán)和外環(huán)的調角范圍檢測需分別安裝兩個相同的位置檢測裝置，且安裝方法相同(圖3只描述了對外環(huán)檢測的安裝方式)。位置檢測裝置用來檢測各環(huán)調整是否在允許的角度調節(jié)范圍內。位置檢測裝置包括遮光板和紅外收發(fā)器兩部分，遮光板81為一扇形，被挖去的部分為圓心角為40°的小扇形(圖4)。結合圖3，遮光板81安裝固定在外環(huán)軸24上，使得當外環(huán)12與底盤25二面平行(初始態(tài))時，小扇形圓心角的角平分線垂直于底面25。紅外收發(fā)器82可安裝在支架23，使得其發(fā)出的紅外光線軸線83平行外環(huán)軸24。這時當外環(huán)12旋轉時，帶動遮光板81轉動，紅外收發(fā)器82卻不動，當轉動角度超過設定的范圍時，遮光板81將反射紅外收發(fā)器82發(fā)出的紅外光線，紅外收發(fā)器82接收到反射光，表示外環(huán)調角達到最大值，發(fā)出信號291通知處理器32。對內環(huán)的調角范圍的檢測時，位置檢測裝置的安裝方式與在外環(huán)上相似，需將遮光板安裝在內環(huán)軸21上，紅外收發(fā)器安裝在外環(huán)的適當位置即可，配合所述遮光板完成調角范圍的檢測功能，當紅外收發(fā)器接收到反射光，表示內環(huán)調角達到最大值，發(fā)出信號292通知處理器32。
結合圖5，本發(fā)明裝置中電機控制與傳感器信息處理，調平和調角等邏輯都在控制電路中完成，該電路被安放在前述的基部8內。主處理器32根據(jù)按鍵信息28、橫向水平傳感器檢測信息30、縱向水平傳感器檢測信息31和外環(huán)調角范圍判斷信息291或內環(huán)調角范圍判斷信息292，經過一些調角的算法(自動調平和電動調角方法)軟件處理后，發(fā)出電機控制信號36、37分別經過功率放大電路33后，產生控制電流34和35驅動前述的外環(huán)直流電機13和內環(huán)直流電機15轉動相應的角度，使得本發(fā)明裝置達到調整的相機安裝平臺18目的。
結合圖6，當用戶按動自動調平按鈕39或四位調角按鍵40(按鍵40為“十”形按鍵，上、左、下、右四個子按鍵為前調角按鍵401、左調角按鍵402、后調角按鍵403、右調角按鍵404)后，都會產生外部中斷信號，喚醒主處理器32，電路啟動。電路穩(wěn)定后，主處理器32掃描按鍵39是否被按下，如果按下則進入自動調平工作模式(圖7)，否則進入角度調節(jié)模式(圖8)。當本發(fā)明裝置完整相應工作后，系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)，等待下一次按鍵喚醒。
自動調平和電動調角方法說明對應控制器的實現(xiàn)方法和軟件流程如圖7和圖8所示。
本系統(tǒng)有兩種工作模式，其一為自動調平模式，其二為角度調節(jié)模式。
(1)結合圖7，本發(fā)明裝置進入自動調平工作模式，則自動調平調角云臺所有的調平工作隨后將全部自動完成。
進入自動調平工作模式后，首先縱向調平。調平外環(huán)12可調整安裝平臺18的縱向水平。主處理器32處理水平傳感器20的信號31，以確定安裝平臺18是否縱向水平。如果已水平，則外環(huán)12調整結束。如果外環(huán)12未能縱向水平，需要從信號31中得到安裝平臺18的偏移方向以確定外環(huán)12的調整方向。調整方向確定后，可以以一個比較高的速度驅動直流電機13外環(huán)12旋轉。主處理器32控制電機13帶動外環(huán)12旋轉過程中，主處理器32還需監(jiān)測外環(huán)12是否調整到頭信號291和安裝平臺18是否縱向水平信號31。檢測外環(huán)12是否調整到頭以確定當前調節(jié)是否在調節(jié)角度允許的范圍內(即-20°～+20°范圍內)。主處理器32處理外環(huán)位置檢測裝置發(fā)出信號291以判斷是否調節(jié)到頭，當發(fā)現(xiàn)調節(jié)到頭后，立即停止電機13的轉動，結束縱向調平。當調節(jié)未達到-20°或+20°，則主處理器32繼續(xù)處理信號31判斷安裝平臺18的縱向水平狀態(tài)，若安裝平臺18未達到縱向水平，繼續(xù)驅動電機13，重新開始監(jiān)測外環(huán)12是否調整到頭信息29和安裝平臺18是否縱向水平信號31。如果一旦檢測到安裝平臺18縱向水平，則立即使電機13停止轉動。由于水平傳感器感應水平的響應速度總是相對實際較慢，所以延時一小段時間，使水平傳感器20的信號穩(wěn)定后再讀取信號31，主處理器32分析信號31后判斷安裝平臺18的縱向水平情況，若縱向水平，則結束縱向調平。若安裝平臺18未處于縱向水平狀態(tài)，此時主處理器32驅動電機13低速以前述調整方向的反方向調整外環(huán)12，實時分析信號31直至再次檢測到安裝平臺18縱向水平。鎖定外環(huán)12位置。
縱向調平結束后，本發(fā)明裝置開始調整內環(huán)面14，對安裝平臺18橫向調平。內環(huán)面14的橫向調平方法與外環(huán)12的縱向調平方法基本相同(圖7中省略)。主處理器32檢測水平傳感器19發(fā)出的安裝平臺18橫向水平信息信號30，主處理器32分析信號30并判斷安裝平臺18的狀態(tài)，確定直流電機15的轉向。這時同樣先以一個較高的速度驅動直流電機15轉動，電機15帶動內環(huán)面14旋轉，當主處理器32通過內環(huán)位置檢測裝置發(fā)送的信息292，發(fā)現(xiàn)內環(huán)調整超過調角范圍，則停止電機15，結束橫向調平。當調角還處于調角允許范圍內，主處理器32繼續(xù)檢測安裝平臺18橫向水平情況。若安裝平臺18未橫向水平，則繼續(xù)驅動直流電機15。若安裝平臺18橫向水平，則停止直流電機15的驅動，等待一段時間，待水平傳感器19的信號30穩(wěn)定后分析內環(huán)面14的狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)內環(huán)面14未橫向水平，則反向低速驅動電機15，直至檢測到內環(huán)面14橫向水平。當內環(huán)面14橫向水平后，鎖定內環(huán)面14的位置。橫向水平調整結束。
當本發(fā)明裝置縱向水平調節(jié)，橫向水平調節(jié)都結束后，自動調平結束，退出自動調平模式。這時主處理器32進入睡眠狀態(tài)，等待新的按鍵命令喚醒。
(2)結合圖8，本發(fā)明裝置進入角度調節(jié)工作模式，則自動調平調角云臺對安裝平臺18的調角過程將在攝影者的按鍵命令控制下完成。
在角度調節(jié)模式下，用戶可以根據(jù)自己對攝影角度的要求對自動調平調角云臺2中支撐相機的安裝平臺18進行角度調整。主處理器32先對按鍵信息28進行掃描。如果被按下的按鍵為前調角按鍵401或后調角按鍵403，則主處理器32將控制驅動電機13調整外環(huán)12，前調角按鍵401和后調角按鍵403兩按鍵規(guī)定了兩個相反的電機13旋轉方向，這時相機安裝平臺18將“點俯頭”或“仰頭”。如果按鍵為左調角按鍵402或右調角按鍵404，則主處理器32將控制驅動電機14調整內環(huán)面14，左調角按鍵402和右調角按鍵404兩按鍵規(guī)定了兩個相反的電機14旋轉方向，這時相機安裝平臺18將“左搖頭”或“右搖頭”。驅動電機和電機旋轉方向都確定后，主處理器32讀按鍵精調整選擇按鍵41信息，如果按鍵41被按下，則進入“精”調整方式，主處理器32將低速驅動電機，如果按鍵41未被按下，則進入“粗”調整方式，主處理器32將高速驅動電機。
當鍵盤掃描結束，調整方式也被確定下來。主處理器32將以相應的調整方式控制相應的電機調整相應的環(huán)的角度。電機驅動過程中，主處理器32將實時監(jiān)測正在被調整的環(huán)的位置檢測裝置的發(fā)出信號291或292，判斷是否超過允許的調角范圍，若達到調整范圍的極限，則立即停止電機的轉動，角度調整結束。如果調角未到頭，則主處理器32繼續(xù)檢測調角方向選擇按鍵40(上調角按鍵401、左調角按鍵402、下調角按鍵403或右調角按鍵404)是否松開，如果沒有松開，則繼續(xù)驅動電機。如果按鍵40松開，則停止電機轉動，鎖定該環(huán)位置，角度調整結束。
本發(fā)明裝置角度調整結束后，退出角度調整模式。這時主處理器32進入睡眠狀態(tài)，等待新的按鍵命令喚醒。
權利要求
1.一種自動調平調角三腳架，它包括架體，架體包括基部和三個連接基部并可伸縮的腳架，基部內設置有電池倉和控制電路，其特征在于它還包括安裝在架體上的自動調平調角云臺，自動調平調角云臺包括電池電源電路、殼體、內環(huán)、外環(huán)、兩個水平傳感器、兩個位置檢測裝置、兩個直流電機和處理器及其外圍電路；兩位置檢測裝置分別安裝在內環(huán)與外環(huán)和外環(huán)與支架的連接部，內、外環(huán)軸線垂直，兩環(huán)都連接直流電機，外環(huán)與殼體內兩支架連接，內環(huán)面連接在外環(huán)上，且與支撐相機的安裝平臺固聯(lián)，一個直流電機固聯(lián)在殼體上，另一個直流電機固定在外環(huán)上，水平傳感器安裝在內環(huán)上，處理器電連接直流電機。
2.根據(jù)權利要求1所述的自動調平調角三腳架，其特征在于所述的基部上表面中心設置有電源、檢測信號和控制信號導線引出圓孔，自動調平調角云臺下部對應設置有導線插口。
3.根據(jù)權利要求2所述的自動調平調角三腳架，其特征在于所述的基部與自動調平調角云臺上設有相互連接的固定栓。
4.根據(jù)權利要求3所述的自動調平調角三腳架，其特征在于所述的基部側面設有按鍵，包括自動調平按鍵、四位調角按鍵和精調整選擇按鍵。
5.根據(jù)權利要求4所述的自動調平調角三腳架，其特征在于所述的外環(huán)是一個環(huán)型框架，兩端分別通過外環(huán)軸連接到兩支架上。
6.根據(jù)權利要求5所述的自動調平調角三腳架，其特征在于所述的內環(huán)為一個圓形支撐面，兩端設置有內環(huán)軸，與內環(huán)固定連接，內環(huán)通過兩個內環(huán)軸連接在外環(huán)上。
7.根據(jù)權利要求6所述的自動調平調角三腳架，其特征在于所述的驅動電機包括兩個帶有減速器的小型直流電機，一個安裝在支架上通過減速器與外環(huán)軸齒輪傳動，另一個固定在外環(huán)上。
8.根據(jù)權利要求7所述的自動調平調角三腳架，其特征在于所述的內環(huán)上固定有支撐軸，安裝平臺和與相機的結合裝置安裝在支撐軸上，攝影器材與結合裝置連接，固定在安裝平臺上。
9.根據(jù)權利要求8所述的自動調平調角三腳架，其特征在于所述的位置檢測裝置包括遮光板和紅外收發(fā)器，遮光板為扇形結構，內部挖去一個小扇形，遮光板安裝固定在一內環(huán)軸或外環(huán)軸上。
10.根據(jù)權利要求9所述的自動調平調角三腳架，其特征在于所述的位置檢測裝置的紅外收發(fā)器安裝在外環(huán)或支架靠近與軸連接部處。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自動調平調角三腳架。它包括架體，架體包括基部和三個連接基部并可伸縮的腳架，基部內設置有電池倉和控制電路，它還包括安裝在架體上的自動調平調角云臺，自動調平調角云臺包括電池電源電路、殼體、內環(huán)、外環(huán)、兩個水平傳感器、兩個位置檢測裝置、兩個直流電機和處理器及其外圍電路。它是一個具有自動調平和電動調角功能的小型化的攝影用三腳架自動調整云臺。它使攝影者可以在拍攝過程中，不因為地形，地面的情況而頻繁手動調整三腳架的安裝平臺姿態(tài)。只需按動電鈕，本發(fā)明所述自動調平調角云臺裝置會自動的調平相機安裝平臺。
文檔編號G05D3/00GK101021673SQ200710071878
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月14日 優(yōu)先權日2007年3月14日
發(fā)明者李慶, 凌云峰, 張智, 呂廣強, 覃揚, 葉本剛 申請人:哈爾濱工程大學