ES2839406T3

ES2839406T3 - Sistema de estabilización activa

Info

Publication number: ES2839406T3
Application number: ES16784244T
Authority: ES
Inventors: David Crone
Original assignee: Movr Designs Ltd
Current assignee: Movr Designs Ltd
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2021-07-05
Anticipated expiration: 2036-10-12
Also published as: US11193625B2; CN108431483A; US20180332197A1; GB201519650D0; US20200162644A1; CN111711754B; EP3371505B1; CN111711754A; GB2544192B; KR20180099650A; GB201618245D0; GB2538822B; CN108431483B; WO2017077267A1; US10582093B2; GB2544192A; GB2538822A; EP3371505A1; CA3042836A1; EP3851728A1

Abstract

Un sistema de estabilización activa (700, 800) que comprende: un soporte de sistema (706); motores primero y segundo (701a, 701b) que tienen estatores conectados con un primer enlace de conexión (704) al soporte de sistema (706) y rotores configurados para la rotación alrededor de un primer eje (708); motores tercero y cuarto (702a, 702b) que tienen estatores conectados con un segundo enlace de conexión (705) a los rotores de los motores primero y segundo (701a, 701b) y rotores configurados para la rotación alrededor de un segundo eje (709) ortogonal al primer eje (708); y un soporte de carga útil (707, 807) que pasa entre y está conectado a los rotores de los motores tercero y cuarto (702a, 702b), caracterizado porque el soporte de carga útil (707, 807) se extiende entre los motores tercero y cuarto (702a, 702b) y a lo largo de un tercer eje (710) ortogonal a los ejes primero y segundo (708, 709), estando configurado el soporte de carga útil (707, 807) para el acoplamiento a una o más cámaras (705, 805) en uno o ambos extremos opuestos a lo largo del tercer eje del soporte de carga útil (707).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de estabilización activa

Campo de la invención

La invención se refiere a un sistema de estabilización activa para estabilizar una carga útil, por ejemplo, para estabilizar una cámara de vídeo para aplicaciones portátiles o montadas en un vehículo.

Antecedentes

En muchas aplicaciones es deseable estabilizar una carga útil, por ejemplo, para limitar el efecto de las vibraciones u otros movimientos. Esto es particularmente relevante cuando la carga útil es una cámara de vídeo. El auge de las cámaras de vídeo compactas y robustas, a menudo conocidas como cámaras activas, ha permitido a las personas grabar sus experiencias mientras se desplazan por una gama mucho más amplia de entornos. Cuando se transportan por drones, por ejemplo, tales cámaras permiten la grabación de vistas sin precedentes “a ojo de pájaro” de escenas deseadas. Ya es posible transmitir grabaciones desde tales cámaras de vídeo directamente a un casco de realidad virtual o sala de proyección, abriendo potencialmente un nuevo mundo de interactividad de vídeo. Tales corrientes directas pueden, sin embargo, ser desorientadoras e inducir náuseas debido a movimientos inesperados del campo de visión de la cámara.

Las grabaciones de vídeo tomadas mientras una cámara se mueve tienden a ser inestables, lo que da como resultado movimientos bruscos debido a movimientos o vibraciones no deseados del sistema que porta la cámara. A pesar de los avances en la tecnología de estabilización de drones, por ejemplo, los drones siguen sometidos a turbulencias que no se corrigen fácilmente al estabilizar una cámara. Para proporcionar imágenes estables adecuadas para su uso directo, por ejemplo, para visualizarse en un casco, las grabaciones tienden a requerir una extensa edición de postproducción.

Un problema adicional con los sistemas de estabilización existentes para cámaras de vídeo es que, cuando se obtienen imágenes que necesitan tener un campo de visión de 360°, el tamaño de los soportes existentes tiende a ser demasiado grande para colocar las cámaras (normalmente 3 o más) lo suficientemente cerca como para permitir una unión sin empalmes y sencilla de imágenes de vídeo entre sí. Cuanto más cerca puedan situarse las cámaras entre sí, más fácil será unir imágenes de vídeo.

Se conoce proporcionar sistemas de estabilización pasiva para tratar de minimizar el movimiento no deseado de los sistemas de cámara. Normalmente, estos implican una amortiguación de vibración pasiva simple. Tales sistemas son lentos al reaccionar ante el movimiento y tienen un efecto limitado. Sistemas de estabilización más avanzados, como el que se da a conocer en el documento US2014/0270744 A1, usan motores para estabilizar activamente una carga útil. Tales sistemas, sin embargo, pueden ser grandes y pesados, y no particularmente adecuados para capturar imágenes de 360 grados debido a que el soporte está filmando durante gran parte de la vista, y por eso no son ideales para su uso con drones pequeños o en otras aplicaciones donde el tamaño y el peso son factores importantes o críticos.

El documento DE 10 2012 203 834 B3 da a conocer un sistema de estabilización de cámara con un elemento de sostén para una cámara que puede accionarse por medio de un accionamiento de estabilización que tiene accionamientos rotativos primero y segundo para accionar el elemento de sostén alrededor de dos ejes ortogonales de rotación, estando asociado un dispositivo de giroscopio con cada eje rotacional.

Sumario de la invención

Según la invención, se proporciona un sistema de estabilización activa, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

También se da a conocer en el presente documento un sistema de estabilización activa que comprende:

un primer motor que tiene un estator conectado a un soporte de sistema y un rotor configurado para la rotación alrededor de un primer eje en un primer plano de rotación que pasa a través del primer motor;

un segundo motor que tiene un estator conectado con un primer enlace de conexión al rotor del primer motor y un rotor configurado para la rotación alrededor de un segundo eje en un segundo plano de rotación que pasa a través del segundo motor, intersecando el segundo plano de rotación con el primer motor;

un tercer motor que tiene un estator conectado con un segundo enlace de conexión al rotor del segundo motor y un rotor configurado para la rotación alrededor de un tercer eje en un tercer plano de rotación que pasa a través del tercer motor; y

un soporte de carga útil conectado al rotor del tercer motor y configurado para su acoplamiento a una carga útil.

El primer eje puede ser ortogonal al segundo eje. El segundo eje puede, adicional o alternativamente, ser ortogonal al tercer eje.

El tercer plano de rotación puede intersecar con el segundo motor. El segundo plano de rotación puede intersecar con el tercer motor.

Al usar esta disposición de motores, el tamaño del sistema puede reducirse. Solo se requieren dos enlaces de conexión, relativamente pequeños, para conectar los motores entre sí, reduciendo de ese modo el tamaño y el peso del sistema. Adicionalmente, esta disposición da al sistema un equilibrio inherente, ya que los momentos que actúan alrededor de los motores segundo y tercero, por ejemplo, debido al peso y la inercia de una carga útil acoplada, se reducen. Por tanto, el sistema de estabilización según la invención puede ser ideal para estabilizar sistemas de cámara en drones o para otras aplicaciones en las que el tamaño y el peso son factores importantes.

El primer eje puede intersecar con el segundo motor. Cuando el segundo plano de rotación interseca con el tercer motor, el tercer eje también puede intersecar con el segundo motor. Alternativamente, cuando el tercer plano de rotación interseca con el segundo motor, el segundo eje puede intersecar adicionalmente con el tercer motor, proporcionando un tamaño global más pequeño y un equilibrio mejorado en relación con los momentos que actúan sobre los motores segundo y tercero.

El primer eje, el segundo eje y el tercer eje pueden intersecar en un punto común. Tal disposición puede aumentar el equilibrio inherente del sistema. El punto común puede estar dentro del estator del segundo motor.

La segunda conexión puede comprender una primera sección conectada al rotor del segundo motor, una segunda sección conectada al estator del tercer motor, y una junta en ángulo recto que conecta las secciones primera y segunda. Esta disposición permite que los motores segundo y tercero se dispongan de manera que se reduzca el momento alrededor del segundo motor debido al tercer motor.

El sistema puede, además, comprender un anillo de deslizamiento eléctrico montado entre el rotor del primer motor y el primer enlace de conexión. El anillo de deslizamiento comprende conexiones eléctricas para proporcionar señales eléctricas a los motores segundo y tercero, tales como señales de medición de inercia, energía eléctrica para cada cámara y señales de enlace a tierra de vídeo de cada cámara. El primer enlace de conexión puede tener un lumen a través del cual pueden pasar las conexiones eléctricas. El anillo de deslizamiento permite conectar los motores segundo y tercero a una fuente de energía que es estacionaria en relación con el estator del primer motor, sin limitar el rango de movimiento del primer motor. Normalmente, el primer motor puede girar libremente a lo largo de una rotación de 360°, mientras que los motores segundo y tercero solo requieren girarse 90° o menos. Por tanto, pueden usarse conectores de cable flexibles para transmitir conexiones eléctricas a los motores segundo y tercero. La fuente de energía puede incluirse en el sistema de estabilización, o puede ser una fuente de energía externa.

El soporte de carga útil puede comprender una pluralidad de paredes que definen un volumen interno. Los motores segundo y tercero pueden ubicarse sustancialmente dentro del volumen interno del soporte de carga útil. Cada una de la pluralidad de paredes puede proporcionarse con un punto de soporte para una carga útil tal como una cámara. Los puntos de soporte pueden ubicarse en posiciones que son simétricas de manera sustancialmente rotativas alrededor del centro del volumen interno. El soporte de carga útil preferiblemente se equilibra para minimizar cualquier momento de rotación sobre el segundo eje.

Puede conectarse una pluralidad de cámaras al elemento de sostén de carga útil, de modo que pueda grabarse un campo de visión de 360° completo. El tamaño pequeño del sistema de estabilización permite a los motores segundo y tercero ajustarse dentro de un volumen interno pequeño del soporte de carga útil, proporcionando un área de pivote central mínimamente dimensionada. La pluralidad de cámaras puede, de ese modo, sostenerse y estabilizarse con una cantidad mínima de espacio entre las cámaras teniendo las partes de trabajo del sistema de estabilización dentro de la matriz de cámara en lugar de alrededor de la cámara. El efecto es maximizar el campo de visión y minimizar los problemas en la calidad de las imágenes grabadas debido a las diferencias en la perspectiva de cada cámara.

El soporte de carga útil puede adaptarse alternativamente para sostener una sola carga útil, por ejemplo, una sola cámara, y puede equilibrarse adicionalmente para adaptarse al peso de la cámara única.

Para un uso operacional, el sistema de estabilización comprende un sistema de control que comprende un giroscopio de tres ejes, una fuente de energía y una unidad de controlador de motor, estando configurada la unidad de controlador de motor para proporcionar señales a cada uno de los motores para mantener el soporte de carga útil en una posición establecida dependiendo de las señales recibidas desde el giroscopio. El sistema de control puede proporcionarse dentro del, conectarse mecánicamente al, soporte de sistema.

El sistema de control puede comprender un transceptor con una antena para transmitir y recibir señales inalámbricas para controlar las posiciones de los motores. Por ejemplo, cuando el sistema de estabilización está montado en una aeronave controlada a distancia, como un dron, la orientación del soporte de carga útil puede controlarse de manera remota para controlar el campo de visión de la cámara (o las cámaras). En el caso de una aplicación de campo de visión de 360° panorámico, puede no ser necesario tal control. Sin embargo, dicho control puede usarse para hacer rotar la matriz de cámara para ayudar a sincronizar las imágenes que están capturándose desde múltiples matrices de cámaras.

También se da a conocer en el presente documento un sistema de cámara que comprende un sistema de estabilización activa y una o más cámaras acopladas al soporte de carga útil.

El sistema de cámara puede comprender una pluralidad de cámaras acopladas al soporte de carga útil, en el que la pluralidad de cámaras está dispuesta para proporcionar un campo de visión de 360° combinado. Las ventajas de esta disposición incluyen proporcionar una vista mínimamente obstruida del entorno y una diferencia de paralaje mínimo entre las cámaras.

un primer motor que tiene un estator y un rotor configurado para la rotación alrededor de un primer eje; motores segundo y tercero que tienen estatores conectados con un primer enlace de conexión al rotor del primer motor y rotores configurados para la rotación alrededor de un segundo eje, pasando el primer eje entre los motores segundo y tercero;

motores cuarto y quinto que tienen estatores conectados con un segundo enlace de conexión a los rotores de los motores segundo y tercero y rotores configurados para la rotación alrededor de un tercer eje, pasando el segundo eje entre los motores cuarto y quinto; y

un soporte de carga útil conectado a los rotores de los motores cuarto y quinto y configurado para su acoplamiento a una carga útil.

El primer eje puede ser ortogonal al segundo eje y/o el segundo eje puede ser ortogonal al tercer eje.

Los ejes primero, segundo y tercero pueden intersecar en un punto común entre los motores segundo y tercero y entre los motores tercero y cuarto.

El sistema puede comprender además un anillo de deslizamiento eléctrico montado entre el rotor del primer motor y el primer enlace de conexión, comprendiendo el anillo de deslizamiento eléctrico conexiones eléctricas para proporcionar señales eléctricas a los motores segundo, tercero, cuarto y quinto.

El primer enlace de conexión puede comprender un lumen a través del cual pasan las conexiones eléctricas.

El soporte de carga útil puede comprender una pluralidad de paredes que definen un volumen interno. Los motores segundo, tercero, cuarto y quinto pueden ubicarse sustancialmente dentro del volumen interno del soporte de carga útil. La pluralidad de paredes puede comprender una pluralidad respectiva de puntos de soporte, adaptados cada uno para sostener una carga útil, por ejemplo, una cámara.

Los puntos de soporte pueden ubicarse en posiciones simétricas de manera sustancialmente rotatoria alrededor del primer eje.

El sistema puede comprender un sistema de control que comprende un giroscopio de tres ejes, una fuente de energía y una unidad de controlador de motor, estando configurada la unidad de controlador de motor para proporcionar señales a cada uno de los motores para mantener la carga útil en una posición establecida dependiendo de las señales recibidas desde el giroscopio.

El sistema de control podrá comprender un transceptor con una antena para transmitir y recibir señales inalámbricas para controlar los motores.

Un sistema de cámara puede comprender un sistema de estabilización activa descrito anteriormente y una o más cámaras acopladas al soporte de carga útil.

El sistema de cámara puede comprender una pluralidad de cámaras acopladas al soporte de carga útil, estando dispuesta la pluralidad de cámaras para proporcionar un campo de visión de 360° combinado.

Según la invención, se proporciona un sistema de estabilización activa que comprende:

un soporte de sistema;

motores primero y segundo que tienen estatores conectados con un primer enlace de conexión al soporte de sistema y rotores configurados para la rotación alrededor de un primer eje;

motores tercero y cuarto que tienen estatores conectados con un segundo enlace de conexión a los rotores de los motores primero y segundo y rotores configurados para la rotación alrededor de un segundo eje ortogonal al primer eje; y

un soporte de carga útil que pasa entre y está conectado a los rotores de los motores tercero y cuarto y configurado para su acoplamiento a una carga útil,

en el que el soporte de carga útil se extiende entre los motores tercero y cuarto y a lo largo del tercer eje ortogonal a los ejes primero y segundo, estando configurado el soporte de carga útil para su acoplamiento a una o más cámaras en uno o ambos extremos opuestos a lo largo del tercer eje del soporte de carga útil.

Los ejes primero y segundo pueden intersecar en un punto común entre los motores primero y segundo y entre los motores tercero y cuarto.

El sistema puede comprender un sistema de control que comprende un giroscopio de dos o tres ejes, una fuente de energía y una unidad de controlador de motor, estando configurada la unidad de controlador de motor para proporcionar señales a cada uno de los motores para mantener el soporte de carga útil en una posición establecida dependiendo de señales recibidas desde el giroscopio.

El sistema de control puede comprender un transceptor con una antena para transmitir y recibir señales inalámbricas para controlar los motores.

También se proporciona un sistema de cámara que comprende un sistema de estabilización activa según la invención y una o más cámaras acopladas al soporte de carga útil.

El sistema de cámara puede comprender una pluralidad de cámaras acopladas al soporte de carga útil, estando dispuesta la pluralidad de cámaras en extremos opuestos del soporte de carga útil para proporcionar un campo de visión de 360° combinado.

Los motores pueden ser motores sin escobillas de CC.

Descripción detallada

La invención se describe en detalle adicionalmente a continuación a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1a es una fotografía de un sistema de estabilización activa a modo de ejemplo, no reivindicado;

la figura 1b es un diagrama esquemático de una vista lateral del sistema de estabilización activa de la figura 1a, que ilustra diversas partes de componentes clave;

la figura 1c es un diagrama esquemático de una vista lateral de un ejemplo alternativo de un sistema de estabilización activa no reivindicado;

la figura 2 es un diagrama esquemático de un sistema de estabilización que comprende un sistema de control; la figura 3a es una fotografía de un sistema de estabilización activa con soporte de cámara panorámico no reivindicado; la figura 3b es una vista en planta esquemática del sistema de estabilización activa de la figura 3a, con una pluralidad de cámaras conectadas al soporte de cámara;

la figura 4 es un dibujo esquemático de un ejemplo alternativo de un sistema de estabilización activa no reivindicado; la figura 5 es un dibujo esquemático del sistema de la figura 4 con cámaras montadas en un soporte de carga útil, tal como se ve desde abajo;

la figura 6 es un dibujo esquemático del sistema de la figura 4 con cámaras montadas en un soporte de carga útil, tal como se ve desde arriba;

la figura 7 es un dibujo esquemático de una realización reivindicada de un sistema de estabilización activa; y la figura 8 es un dibujo esquemático de una realización alternativa reivindicada de un sistema de estabilización activa.

Muchos sistemas diferentes para estabilizar cámaras de vídeo están disponibles actualmente, siendo ejemplos el DJI Ronin (www.dji.com) o Freefly Movi (freeflysystems. com). Todos estos sistemas tienen motores situados en el lateral, detrás y por encima o por debajo del cuerpo de cámara. Una diferencia importante entre estos sistemas existentes y los sistemas descritos en el presente documento es que la estabilización se realiza dentro de un cuerpo pequeño. Esto resulta especialmente útil cuando se estabilizan múltiples cámaras, ya que la estabilización encaja en un espacio dentro de la matriz de cámara. El uso de estabilizadores de cámara tradicionales, como los mencionados anteriormente, para capturar imágenes de 360 grados con múltiples cámaras implicaría una cantidad significativa del soporte que está filmándose. Se pretende que los diversos aspectos de la invención que aborden este problema particular, entre otros.

La figura 1a es una fotografía de un sistema de estabilización activa a modo de ejemplo 100, y la figura 1b muestra el sistema de estabilización 100 en vista de elevación lateral esquemática. El sistema de estabilización 100 comprende un primer motor 101, un segundo motor 102 y un tercer motor 103. Los motores 101, 102 y 103 pueden, por ejemplo, ser motores sin escobillas de CC, que son ventajosos debido a su forma compacta de bajo perfil, pero también pueden usarse alternativamente otros tipos de motor. Cada motor 101, 102, 103 comprende un estator y un rotor. El estator 102a del segundo motor 102 está conectado con un primer enlace de conexión 104 al rotor 101b del primer motor 101. El estator del tercer motor 103 está conectado con un segundo enlace de conexión 105 al rotor 102b del segundo motor 102. De esta manera, los motores 101, 102, 103 permiten que el sistema de estabilización 100 rote una carga útil alrededor de 3 ejes independientes.

En las figuras 1a y 1b, el primer enlace de conexión 104 está conectado al rotor 101b del primer motor a través de un anillo de deslizamiento 117. El anillo de deslizamiento 117 permite conexiones eléctricas para que los motores segundo y tercero 102, 103 pasen a través del primer motor mientras se permite que el rotor 101b del primer motor rote libremente. Conexiones eléctricas a los motores segundo y tercero 102, 103, por ejemplo, pueden hacerse a través de conexiones de cable flexibles, dado que el grado de rotación necesario para los motores segundo y tercero es sustancialmente menor que el necesario para el primer motor 101.

El estator del primer motor 101 está conectado a un soporte de sistema 106. El soporte de sistema 106 está adaptado para permitir que el sistema 100 se monte en un portador deseado. Por ejemplo, el portador puede ser una persona, un animal, un vehículo terrestre o una aeronave tal como un dron.

El rotor 103b del tercer motor 103 está conectado a un soporte de carga útil 107. El soporte de carga útil 107 puede adaptarse para conectar una carga útil al sistema 100. Por ejemplo, el soporte de carga útil 107 puede ser un elemento de sostén simple para una carga útil, o puede proporcionar una pluralidad de compartimentos de carga útil, como se muestra en la figura 3, que se describe en más detalle a continuación.

El rotor 101b del primer motor 101 puede hacerse rotar alrededor de un primer eje 108, con un plano de rotación 111 que pasa a través del primer motor 101. El rotor del segundo motor 102 rota alrededor de un segundo eje 109, con un plano de rotación (no mostrado) que pasa a través del segundo motor 102. El rotor del tercer motor 103 rota alrededor de un tercer eje 110, con un plano de rotación 113 que pasa a través del tercer motor 103. En las figuras 1a y 1b, los motores 101, 102, 103 están dispuestos de manera que el primer eje 108 y el tercer eje 110 intersecan ambos con el segundo motor 102. Los ejes primero y segundo son ortogonales entre sí. Los ejes segundo y tercero son también ortogonales entre sí.

En las figuras 1a y 1b, el plano de rotación del segundo motor 102 pasa a través del primer motor 101. Esto mantiene el centro de masa del segundo motor 102 cerca del eje de rotación 108 del primer motor 101, manteniendo de ese modo el segundo motor 102 en equilibrio mientras que rota alrededor del primer eje 108. El plano de rotación del segundo motor 102 también pasa a través del tercer motor 103. Esto mantiene el soporte de carga útil 107 orientado hacia el exterior y garantiza que el plano de rotación 113 del tercer motor 103 no interseque con el primer motor 101, minimizando cualquier interferencia con el primer motor 101 cuando la carga útil rota alrededor del primer eje o el tercer eje 110.

Con el primer eje 108 montado de manera nominalmente vertical, la rotación del primer motor 101 provoca un movimiento de barrido de una carga útil de cámara acoplada al soporte de carga útil 107, mientras que la rotación del segundo motor 102 provoca un movimiento de inclinación de la carga útil de cámara. La rotación del tercer motor 103 alrededor del tercer eje 110 provoca un movimiento de guiñada de la carga útil de cámara. El control de los motores 101, 102, 103 permite que el movimiento de la carga útil se compense alrededor de cada eje.

En la figura 1 c, el plano de rotación 113 del tercer motor 103 interseca con el segundo motor 102. El efecto de esto es el mismo que en las figuras 1a y 1b. Dado que el plano de rotación 113 ahora también pasa a través del primer motor 101, el soporte de carga útil 107 puede configurarse para montar una carga útil en la periferia del tercer motor de manera que la rotación del segundo motor 102 proporciona el movimiento de guiñada mientras que la rotación del tercer motor 103 proporciona el movimiento de inclinación.

En las figuras 1a y 1b, el primer eje 108, el segundo eje 109 y el tercer eje 110 intersecan en un punto común. Preferiblemente el punto común está ubicado dentro del segundo motor 102. Esta disposición proporciona de ese modo un equilibrio inherente mejorado al sistema 100, que requiere un mínimo de equilibrio de peso adicional al acoplar una carga útil.

La disposición relativa particular del primer motor 101, el segundo motor 102 y el tercer motor 103 proporciona un sistema de estabilización pequeño y ligero, y con un número reducido de componentes.

Aunque en las figuras 1a y 1b el primer eje y el tercer eje pasan a través del segundo motor, esto no es necesario. Más generalmente, las ventajas todavía pueden lograrse si un plano de rotación que es ortogonal al segundo eje 109, y que pasa a través del segundo motor 102, también pasa a través del primer motor 101. Esta es la disposición en la figura 1c.

Los enlaces de conexión primero y segundo 104, 105 están formados para mantener los motores 101, 102, 103 en sus posiciones relativas. En las figuras 1a y 1b, el segundo enlace de conexión 105 tiene forma de “L” con el fin de proporcionar una disposición del segundo motor 102 y el tercer motor 103 donde el tercer eje 110 pasa a través del segundo motor 102. El rotor 102b del segundo motor 102 está conectado a una primera sección 114 del segundo enlace de conexión 105. El estator del tercer motor 103 está conectado a una segunda sección 115 del segundo enlace de conexión 105. La primera sección 114 y la segunda sección 115 están unidas por una junta esencialmente en ángulo recto 116. El primer enlace de conexión 104 puede ser similar al segundo enlace de conexión 105.

Los motores 101, 102, 103 pueden alimentarse a partir de una fuente de energía, como un conjunto de baterías. La fuente de energía puede incluirse en el sistema de estabilización, por ejemplo, la fuente de energía puede estar ubicada entre el estator del primer motor 101 y el soporte de sistema 106. Alternativamente, la fuente de energía puede ubicarse externamente al sistema de estabilización, por ejemplo, en el sistema portador que porta el sistema de estabilización y la carga útil. En este caso, el sistema de estabilización puede comprender un conector de energía para conectar una fuente de energía externa a los motores 101, 102, 103.

La figura 2 ilustra de manera esquemática un sistema de estabilización a modo de ejemplo 200 que comprende tres motores 101, 102, 103 y un sistema de control 210 que comprende un giroscopio de tres ejes 202, una fuente de energía 203 y una unidad de controlador de motor 201. La unidad de controlador de motor 201 está conectada a cada uno de los motores 101, 102, 103 con conexiones eléctricas 204a-c y configurada para proporcionar señales a cada uno de los motores 101, 102, 103 para mantener cada uno de los motores 101, 102, 103 en una posición establecida dependiendo de señales recibidas desde el giroscopio 202. El sistema de control 210, o al menos el giroscopio 202, puede proporcionarse dentro de, o conectado mecánicamente al soporte de sistema 106, de modo que cualquier movimiento del soporte de sistema 106 puede compensarse mediante el control de las posiciones relativas de los motores 101, 102, 103.

El sistema de control 210 puede comprender un transceptor con una antena 205 para transmitir y recibir señales inalámbricas para controlar las posiciones de los motores 101, 102, 103. Por ejemplo, cuando el sistema de estabilización 200 está montado en una aeronave controlada a distancia, tal como un dron, la orientación del soporte de carga útil 107 puede ser controlable de manera remota para controlar el campo de visión de la cámara o cámaras. En el caso de una aplicación de campo de visión de 360° panorámico, puede no ser necesario tal control, dado que el único requisito del sistema es mantener el nivel de las cámaras con respecto al suelo.

La unidad de control de motor 201 puede, por ejemplo, comprender una placa de control de cardán tridimensional disponible comercialmente, tal como la placa AlexMos V3 (procesador de 32 bits), disponible en Desire RC UK (desirerc.co.uk). El giroscopio 202 puede proporcionarse como parte de la unidad de control 201 o puede ser un componente independiente.

La figura 3a muestra una fotografía de un sistema de estabilización a modo de ejemplo 300 que tiene los rasgos de las figuras 1a y 1 b junto con un soporte de carga útil 301 adaptado para sostener una pluralidad de unidades de carga útil, normalmente cámaras. La figura 3b muestra el sistema de estabilización en la vista en planta esquemática. El soporte de carga útil 301 comprende una pluralidad de paredes 302a-e que juntas encierran un volumen interno 303 dentro del cual se ubican los motores segundo y tercero 102, 103. Una pluralidad de soportes de carga útil 304a-e se proporcionan en las respectivas paredes 302a-e, estando cada soporte adaptado para sostener una unidad de carga útil individual. El tamaño total del sistema de estabilización es lo suficientemente pequeño como para permitir que se monten múltiples cámaras en el soporte de carga útil 301 de manera que sus campos de visión se solapan y los planos de imagen de las cámaras están cerca entre sí. Al usar motores normalmente disponibles, como los motores sin escobillas de CC, la dimensión total a través del diámetro del soporte de carga útil, es decir, la distancia máxima entre cualquiera de dos puntos de soporte de carga útil, puede ser menos de 15 cm o menos de 10 cm, y en algunos casos puede ser tan pequeña como 5 cm.

La figura 3b muestra una pluralidad de cámaras 305a-e montadas en el soporte de carga útil 301. En esto, el soporte de carga útil 301 está configurado para permitir el montaje de cinco cargas útiles ubicadas de manera rotacionalmente simétrica alrededor de un eje central del volumen interno 303 (que puede ser coincidente con el primer eje 108: la figura 1b), con el fin de equilibrar los pesos de las unidades de carga útil conectadas al soporte de carga útil 301 alrededor del primer eje 108 y alrededor del segundo eje 109.

Cámaras adecuadas para su uso con el sistema de estabilización dado a conocer en el presente documento incluyen las disponibles en Go- Pro, Inc. (gopro.com), tales como las cámaras de la serie GoPro Hero.

Los motores segundo 102 y tercero 103 están contenidos dentro del volumen interno 303. Debido al pequeño tamaño de la disposición de motores, los motores segundo 102 y tercero 103 pueden ajustarse dentro de este pequeño volumen interno 203, creando un área de pivote central mínimamente dimensionada. Por lo tanto, los soportes de carga útil 304a-e pueden ubicarse cerca entre sí, permitiendo que los campos de visión de cada una de las cámaras 305a-e se unan entre sí más fácilmente. La unión entre sí de vídeo grabado o en directo de las cámaras puede hacerse usando software disponible comercialmente, por ejemplo usando Autopano Video, disponible en Kolor (www.kolor.com) o Vahana VR, disponible en VideoStitch.

La figura 4 es un dibujo esquemático de un ejemplo alternativo no reivindicado de un sistema de estabilización 400. En lugar de un solo motor para el control de una carga útil alrededor de los ejes segundo y tercero, el sistema 400 comprende dos pares de motores 402a, 402b y 403a, 403b para controlar la rotación alrededor de los ejes segundo y tercero 409, 410. Un primer motor 401, que puede montarse en un soporte de sistema (no mostrado) controla la rotación alrededor del primer eje 408. Un primer enlace de conexión 404 conecta el rotor del primer motor 401 a los estatores de los motores segundo y tercero 402a, 402b. El primer eje 408 pasa entre los motores segundo y tercero 402a, 402b. Los motores segundo y tercero 402a, 402b están configurados para la rotación alrededor del segundo eje 409.

Los motores cuarto y quinto 403a, 403b tienen sus estatores conectados con un segundo enlace de conexión 405 a los rotores de los motores segundo y tercero 402a, 402b y están configurados para la rotación alrededor del tercer eje 410. El segundo eje pasa entre los motores cuarto y quinto.

Al igual que con las figuras 1 a 3, puede montarse un anillo de deslizamiento eléctrico entre el rotor del primer motor 401 y el primer enlace de conexión 404, proporcionando el anillo de deslizamiento eléctrico conexiones para señales eléctricas que van a proporcionarse a, y recibirse de los motores segundo, tercero, cuarto y quinto 402a, 402b, 403a, 403b. El primer enlace de conexión 404 puede comprender un lumen a través de la cual pasan las conexiones eléctricas.

Un soporte de carga útil (no mostrado en la figura 4) está conectado a los rotores de los motores cuarto y quinto y está configurado para su acoplamiento a una carga útil.

En la figura 4, el primer eje 408 es ortogonal al segundo eje 409, y el segundo eje 409 es ortogonal al tercer eje 410. Los ejes primero, segundo y tercero 408, 409, 410 intersecan en un punto común 411 entre los motores segundo y tercero 402a, 402b y entre los motores tercero y cuarto 403a, 403b. Esta disposición permite equilibrar el sistema de manera óptima para minimizar los momentos desequilibrados alrededor de los ejes segundo y tercero 409, 410 debido al peso y la inercia de la carga útil.

En la figura 4, los motores segundo y tercero 402a, 402b están dispuestos simétricamente alrededor del primer eje 408. El primer enlace de conexión 404 tiene forma de una sección de T que conecta los estatores de los motores segundo y tercero 402a, 402b entre sí a lo largo del segundo eje 409 y al rotor del primer motor 401 a lo largo del primer eje 408.

Los motores cuarto y quinto 403a, 403b también están dispuestos simétricamente alrededor del primer eje 408. El segundo enlace de conexión 405 es en forma de anillo que conecta los rotores de los motores segundo y tercero 402a, 402b a los estatores de los motores cuarto y quinto 403a, 403b de manera que los motores cuarto y quinto 403a, 403b pueden rotar alrededor del segundo eje 409.

La figura 5 muestra el sistema de estabilización 400 de la figura 4 con los motores cuarto y quinto 403a, 403b montados en un soporte de carga útil 507. Al igual que con la figura 3, el soporte de carga útil 507 comprende una pluralidad de paredes que definen un volumen interno, dentro del cual están ubicados los motores segundo, tercero, cuarto y quinto. Un número de cámaras 505 están conectadas al soporte de carga útil. Un primer conjunto de cámaras está montado en una pluralidad correspondiente de puntos de soporte alrededor de la periferia del soporte de carga útil 507. Como se muestra en la figura 5, un conjunto de cámaras adicional está montado en un primer lado del soporte de carga útil 507, es decir, orientado hacia una dirección paralela al primer eje. La figura 6 muestra otra vista del mismo sistema 500, mostrando un conjunto de cámaras adicional montadas en un segundo lado opuesto del soporte de carga útil 507, estando orientado el conjunto de cámaras adicional hacia una dirección paralela al primer eje en una dirección opuesta. Una abrazadera 508 permite que el conjunto de cámaras adicional se sitúe por encima del sistema de estabilización. Juntas, las cámaras 505 permiten una visión casi completamente esférica, con solo el soporte de sistema, que normalmente se montará en un dron u otro vehículo en movimiento, obstruyendo una pequeña parte de la vista general.

La figura 7 ilustra un ejemplo de una realización reivindicada de un sistema de estabilización activa 700, en el que se estabiliza una carga útil alrededor de dos ejes ortogonales usando una disposición de motores similar a la descrita anteriormente en relación con la figura 4. En la realización ilustrada, el sistema 700 comprende un soporte de sistema 706 conectado a los estatores de los motores primero y segundo 701a, 701b con un primer enlace de conexión 704. El primer enlace de conexión tiene la forma de un anillo que rodea los motores primero y segundo 701a, 701b. En realizaciones alternativas, el primer enlace de conexión y el soporte de sistema pueden estar juntos en forma de conexión en forma de Y, con los motores primero y segundo 701a, 701b conectados a brazos opuestos.

El sistema 700 de la figura 7 puede usarse, por ejemplo, para proporcionar un sistema de cámara estabilizado para capturar imágenes estereoscópicas de campo amplio.

Los motores primero y segundo 701a, 701b están configurados para la rotación alrededor de un primer eje 708. Los rotores de los motores primero y segundo 701a, 701b están conectados con un segundo enlace de conexión 705 a los estatores de los motores tercero y cuarto 702a, 702b. Los motores tercero y cuarto 702a, 702b están configurados para la rotación alrededor de un segundo eje 709 ortogonal al primer eje 708.

Un soporte de carga útil 707 está conectado a los rotores de los motores tercero y cuarto 702a, 702b y pasa entre los motores segundo y tercero. El soporte de carga útil 707 está configurado para su acoplamiento a una carga útil, por ejemplo, de una pluralidad de cámaras 705. Las cámaras 705 en la figura 7 están dispuestas en extremos opuestos del soporte de carga útil 707 y orientadas para proporcionar una vista de 360° alrededor del eje del soporte de carga útil 707.

Los ejes primero y segundo 708, 709 intersecan en un punto común 711 entre los motores primero y segundo 701a, 701b y entre los motores tercero y cuarto 702a, 702b. El punto común también se encuentra dentro del soporte de carga útil 707. El soporte de carga útil 707 se extiende entre los motores tercero y cuarto 702a, 702b a lo largo de un tercer eje 710 ortogonal con respecto a los ejes primero y segundo 708, 709.

La figura 8 ilustra un ejemplo alternativo de una realización reivindicada de un sistema de estabilización 800 similar al de la figura 7. Los diversos componentes del sistema 800 son los mismos que los de la figura 7, excepto porque el sistema está configurado para la estabilización de una sola cámara 805 en un extremo del soporte de carga útil 807. Se proporciona un contrapeso 812 en el extremo opuesto del soporte de carga útil 807. Esta disposición puede usarse para la estabilización activa de una cámara de vídeo de una manera similar a la conocida Steadicam (disponible en, y marca registrada de, The Tiffen Company, LLC). Una ventaja de la disposición se reduce en su tamaño y complejidad.

Otras realizaciones se encuentran intencionalmente dentro del alcance de la invención tal como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de estabilización activa (700, 800) que comprende:

un soporte de sistema (706);

motores primero y segundo (701a, 701b) que tienen estatores conectados con un primer enlace de conexión (704) al soporte de sistema (706) y rotores configurados para la rotación alrededor de un primer eje (708); motores tercero y cuarto (702a, 702b) que tienen estatores conectados con un segundo enlace de conexión (705) a los rotores de los motores primero y segundo (701a, 701b) y rotores configurados para la rotación alrededor de un segundo eje (709) ortogonal al primer eje (708); y

un soporte de carga útil (707, 807) que pasa entre y está conectado a los rotores de los motores tercero y cuarto (702a, 702b),

caracterizado porque el soporte de carga útil (707, 807) se extiende entre los motores tercero y cuarto (702a, 702b) y a lo largo de un tercer eje (710) ortogonal a los ejes primero y segundo (708, 709), estando configurado el soporte de carga útil (707, 807) para el acoplamiento a una o más cámaras (705, 805) en uno o ambos extremos opuestos a lo largo del tercer eje del soporte de carga útil (707).

2. El sistema (700) según la reivindicación 1, en el que los ejes primero y segundo (708, 709) intersecan en un punto común entre los motores primero y segundo (701a, 701b) y entre los motores tercero y cuarto (702a, 702b).

3. El sistema según la reivindicación 1 o la reivindicación 2 que comprende un sistema de control que comprende un giroscopio de dos o tres ejes, una fuente de energía y una unidad de controlador de motor, estando configurada la unidad de controlador de motor para proporcionar señales a cada uno de los motores para mantener el soporte de carga útil en una posición establecida dependiendo de las señales recibidas desde el giroscopio.

4. El sistema según la reivindicación 3 en el que el sistema de control comprende un transceptor con una antena para transmitir y recibir señales inalámbricas para controlar las posiciones de los motores.

5. Un sistema de cámara que comprende un sistema de estabilización activa según la reivindicación 3 o la reivindicación 4 y una o más cámaras acopladas al soporte de carga útil.

6. El sistema de cámara según la reivindicación 5 que comprende una pluralidad de cámaras acopladas al soporte de carga útil, estando dispuesta la pluralidad de cámaras en extremos opuestos del soporte de carga útil (707) para proporcionar un campo de visión combinado de 360°.

7. El sistema de cámara según la reivindicación 5 que comprende una cámara (805) montada en un extremo del soporte de carga útil (807) y un contrapeso (812) en un extremo opuesto del soporte de carga útil (807).

8. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que los motores son motores sin escobillas de CC.