CN103399582A - 一种球机失步检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种球机失步检测装置，该装置应用于具有巡航功能的球机，该装置包括：巡航模式确认模块，用于确认球机是否为非过零点巡航；失步检测触发模块，用于在球机为非过零点巡航时，记录巡航次数；当达到预定的巡航次数时，改变球机当前预定的巡航路径，使得球机上的光中断器被球机的挡片遮挡进而触发球机进行失步检测；失步检测模块，用于将记录的步数和预定的步数进行对比，如果记录的步数和预定的步数相等，则判断为未失步；否则，判断为失步。本发明方案实现了球机的引导性失步检测，既做到了对球机是否失步的检测，又不影响客户体验。

Description

一种球机失步检测方法和装置

技术领域

本发明涉及监控技术领域，尤其涉及一种球机失步检测方法和装置。

背景技术

球机是现代视频监控发展的代表，它集成彩色一体化摄像机、云台、编码器、防护罩等多功能与一体，安装方便、使用简单但功能强大，广泛应用于开阔区域的监控，不同的场合都可以使用。而具有巡航功能的球机又增强了普通球机的功能，它可以根据预设的巡航轨迹执行特定范围的监控。比如需要球机来回在4个监控点（又称巡航预置点）执行监控，可以通过控制云台在球机的界面上设置这4个监控点。球机开始巡航后就来回在这四个监控点执行巡航。

球机（球形摄像机）具有精准定位、快速跟踪等优点。步进电机是高速网络球机核心器件之一。步进电机的齿轮通过带轮将转动力传送给轴承从而控制球机的转动。球机通常要实现水平和垂直两个方向的转动，所以通常需要两个步进电机来实现这两个方向的高速旋转。步进电机矩频特性曲线说明“转速越快，力矩越小”，送给传送带的转动力随之减弱。当步进电机转速达到一临界值时，驱动带轮的转动力小于驱动轴承的最小力矩，此时就会出现步进电机的失步现象。

高速网络球机既要保证高速转动又要确保精准定位，就不能存在步进电机失步现象。

但以下三个客观因素导致高速网络球机电机失步无法避免。首先，球机结构件比较复杂，涉及多个部件配合，在批量生产过程中，部件配合存在一定机械误差导致云台摩擦阻力各不相同，致使每台球机转动所需力矩不同。其次，球机应用环境严酷，工作环境温度从低温-40度到高温+70度，而受限于轴承温度特性以及步进电机自身温度特性曲线，环境温度的变化将影响步进电机的力矩，使得在高速转动及预置位精度控制上存在一定误差。另外，球机7*24小时不间断在网运用，随着时间推移，部件之间存在一定损耗，也会导致设备的性能减弱，造成电机失步，影响预置位精度。

综上，电机失步检测从而进行有效纠正就显得尤为重要。

现有技术中，网络球机通常通过被动过零点检测的方法进行失步检测。在检测到电机失步后，通过零点位置校正的方法来纠正失步。所谓零点位置校正的方法即球机过零点时将当前记录的球机的步进电机前进步数恢复到初始值。现有技术存在如下问题：被动过零点检测方法在球机进行巡航时可能会失效；另外，现有的失步纠正方法仅可以纠正某些偶发因素导致的失步，无法彻底避免上述三个客观因素导致的失步现象。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种球机失步检测装置，该装置应用于具有巡航功能的球机，该装置包括：巡航模式确认模块，用于确认球机是否为非过零点巡航；失步检测触发模块，用于在球机执行非过零点巡航时，记录巡航次数；当达到预定的巡航次数时，改变球机当前预定的巡航路径，使得球机上的光中断器被球机的挡片遮挡进而触发球机进行失步检测；失步检测模块，用于将记录的步数和预定的步数进行对比，如果记录的步数和预定的步数相等，则判断为未失步；如果记录的步数和预定的步数不相等，则判断为失步。

优选地，该装置还包括：失步纠正模块，用于在球机失步时按照预定策略降低球机巡航的转动速度并以该降低后的转动速度再进行失步检测，如果检测后还失步，则发送告警信息，否则球机以该降低后的转动速度进行巡航。

优选地，巡航模式确认模块具体在球机执行一次巡航而未收到光中断器被挡片遮挡的信号后确定球机为非过零点巡航。

优选地，该球机包括水平单板，所述光中断器为球机水平单板上的光中断器；所述改变当前预定的巡航路径为：如果球机在水平方向当前预定巡航路径为顺时针转动，则改成逆时针转动；如果球机在水平方向当前预定巡航路径为逆时针转动，则改成顺时针转动。

优选地，该球机包括垂直单板，所述光中断器为球机垂直单板上的光中断器；所述改变当前预定的巡航路径为：如果球机在垂直方向当前预定的巡航路径为顺时针转动，则改成逆时针转动；如果球机在垂直方向当前预定的巡航路径为逆时针转动，则改成顺时针转动。

本发明还提供同样构思的一种球机失步检测方法，该方法应用于具有巡航功能的球机，该方法包括：确认球机是否为非过零点巡航；如果球机执行非过零点巡航，记录球机巡航次数；当达到预定的巡航次数时，改变球机当前预定的巡航路径，使得球机上的光中断器被球机的挡片遮挡进而触发球机进行失步检测；将记录的步数和预定的步数进行对比，如果记录的步数和预定的步数相等，则判断为未失步；如果记录的步数和预定的步数不相等，则判断为失步。

优选地，该方法还包括：在球机失步时按照预定策略降低球机巡航的转动速度并以该降低后的转动速度进行失步检测，如果检测后还失步，则发送告警信息，否则球机以该降低后的转动速度进行巡航。

相较于现有技术，本发明方案实现了球机的引导性失步检测，既做到了对球机是否失步的检测，又不影响客户体验。

附图说明

图1是本发明实施例逻辑结构图。

图2是本发明实施例流程图。

图3是球机水平方向转动和垂直方向转动示意图。

图4是球机主动过零点检测示例一。

图5是球机主动过零点检测示例二。

图6是球机主动过零点检测示例三。

具体实施方式

本发明通过智能优化巡航路径实现球机失步检测，并且进一步地进行失步纠正，从而很好的解决了球机在长期运行状态下，由于环境因素和球机个体差异导致步进电机失步所带来的预置位精度不准，影响跟踪的问题。

以下通过具体实施方式详细描述本发明的一种球机失步检测装置。如图1，该球机失步检测装置从逻辑上划分可以包括：巡航模式确认模块11、失步检测触发模块12、失步检测模块13以及失步纠正模块14。本实施例的球机失步检测装置应用于具有巡航功能的球机。

图2为该失步检测装置执行失步检测的流程图。

步骤21、巡航模式确认模块确认球机是否为过零点巡航，如果是，则流程结束；否则，转步骤22。

步骤22、失步检测触发模块记录球机巡航次数，并在达到预定的巡航次数时，改变球机当前预定的巡航路径，使得球机上的光中断器被球机的挡片遮挡进而触发球机进行失步检测。

步骤23、失步检测模块判断当前记录的球机步进电机前进步数和预定的步数是否相等，如果相等，则判断为不失步，流程结束；否则判断为失步，转步骤24。

步骤24、失步纠正模块按照预定策略降低球机巡航的速度并通知失步检测模块以该降低后的速度进行失步检测，如果检测后还失步，则发送告警信息，否则球机以该降低后的转动速度进行巡航。

以下通过一个示例来进一步阐述本发明实施例。图3为球机执行水平方向转动和垂直方向转动的示意图。一般地，球机水平转动的范围为0～360度，垂直转动的范围为-90～90度。通常通过两个步进电机驱动球机执行水平方向和垂直方向的转动，一个步进电机驱动球机在水平方向转动，另一个步进电机驱动球机在垂直方向转动。图3中球机在垂直方向可以一次执行-90～90度的连续转动，但有些球机一次仅支持-90～0度范围的连续转动，0～90度范围的转动需要球机先执行水平方向180度转动后再进行0～90度的连续转动。

球机在执行巡航的时候，根据巡航预置点的不同，可能仅需要执行水平转动，或者仅需要执行垂直转动，抑或既要执行水平转动又要执行垂直转动。下面分别描述这三种情况。

以球机在水平方向转动执行巡航任务为例说明。本例中球机的失步检测依赖于光中断器和挡片。光中断器位于球机的水平单板上，随球机转动而转动，挡片位于球机的特定位置，不跟随球机转动。为描述方便，设初始时，球机单板上的光中断器置于被挡片遮挡的位置，该位置称为零点。参考图4，球机预设的巡航轨迹包括两个巡航预置点：A点和B点，从A点到B点球机需水平转动90度。假设球机自检完毕后，用户在操作界面上设置了如图4所示的巡航路径（请参见带箭头的实线），则球机执行用户命令，先从零点顺时针转动到A点，然后再顺时针转动到B点，再逆时针转动返回A点，而后循环地在AB两点之间执行巡航。这里，将球机从A点开始巡航到B点再返回A点称为一次巡航。如果在球机巡航开始后的一次巡航中，巡航模式确认模块没有接收到光中断器被挡片遮挡的信号，则巡航确认模块确认当前球机的巡航模式为非过零点巡航。

在确认球机执行的是非过零点巡航后，失步检测触发模块记录球机的巡航次数，如果球机巡航的次数到达n次，n为预设值，比如说100次，则改变球机当前预定的转动方向。进一步参考图4，球机到达A点，巡航次数为100，此时球机当前预定的转动方向应该为顺时针向B方向转动，但是失步检测触发模块命令球机执行逆时针转动，使得球机经过零点位置再巡航到B点（请参见带箭头的虚线），从而触发失步检测模块在球机经过零点时执行失步检测。球机在巡航到B点后再逆时针巡航到A点。到达A点后，将按照之前的巡航路径进行巡航。球机过零点时，在不失步的情况下，计数器记录的步数应该为0（步进电机顺时针前进一步，计数器加1，逆时针前进一步，计数器减1；或者步进电机逆时针前进一步，计数器加1，顺时针前进一步计数器减1）。所以，失步检测模块判断计数器值是否为0，如果是，则未失步。如果否，则认为球机失步。上述例子在进行失步检测的时候，用户所感受到的就是球机在AB两点来回90度转动的过程中，执行了一次270度的转动。由于球机转动的速度较快，所以一次改变方向的270度转动到达预置点丝毫不影响用户的体验。以上例子是以两个预置点为例进行说明的，实际上并不排除多个预置点实施本发明的情况。

在确认球机失步后，失步纠正模块进行失步纠正。本实施例中，失步纠正模块主要按照预定策略降低球机巡航的速度来进行失步纠正。一种预定的降低速度的策略可以是系统调用MATLAB拟合出的降速曲线进行智能调速,选取最优降速值V。之后以V旋转一周由失步检测模块通过对比判断实际步数x是否等于确定的步数y。当x=y时，确定电机转动正常，后续以速度V作为巡航转动的速度。如果x不等于y，则不再进行智能降速，此时系统发出告警，通知用户此球机转动异常。本实施例的采用智能调速进行失步纠正，可最大程度延长球机使用寿命，解决如部件老化等客观因素导致球机严重失步无法使用的问题。因为球机长时间使用后，在步进电机前进n步后，并不一定能使球机到达预定的位置，如果此时降低球机转动的速度，可以使得力矩变大，力矩增大后，在步进电机前进n步后，能使得球机到达预定位置。

再以球机在垂直方向转动执行巡航任务为例说明。除了上述水平单板上具有光中断器之外，球机在垂直单板上具有另一光中断器，并且在球机的另一位置具有另一挡片。为描述方便，设初始时，球机垂直单板上的光中断器置于被挡片遮挡的位置，该位置称为零点。参考图5，球机预设的巡航轨迹包括两个巡航预置点：C点和D点，从C点到D点球机需要在垂直方向转动60度。假设球机自检完毕后，用户在操作界面上设置了在C、D两个预置点进行巡航的命令，则球机执行该用户命令，先从零点逆时针转动到C点，继续沿该方向转动到D点，再沿顺时针方向返回C点，而后循环地在CD两点之间执行巡航（请参见带箭头的实线）。这里，将球机从C点开始巡航到D点再返回C点称为一次巡航。如果在球机巡航开始后的一次巡航中，巡航模式确认模块没有接收到光中断器被挡片遮挡的信号，则巡航确认模块确认当前球机的巡航模式为非过零点巡航。

在确认球机执行的是非过零点巡航后，失步检测触发模块记录球机的巡航次数，如果球机巡航的次数到达n次，n为预设值，比如说100次，则改变球机当前预定的转动方向。进一步参考图5，球机到达C点，巡航次数为100次，此时球机当前预定的转动方向应该为逆时针向D方向转动，但是失步检测触发模块命令球机执行顺时针转动，使得球机到达零点位置，然后再从零点位置开始逆时针到达C点（请参见带箭头的虚线），继续沿该方向到达D点。在球机经过零点位置的时候，失步检测模块执行失步检测。球机过零点时，在不失步的情况下，计数器记录的步数应该为0（步进电机顺时针前进一步，计数器加1，逆时针前进一步，计数器减1；或者步进电机逆时针前进一步，计数器加1，顺时针前进一步计数器减1）。所以，失步检测模块判断计数器值是否为0，如果是，则未失步。如果否，则认为球机失步。

在球机失步后，失步纠正模块用上述类似的方法进行失步纠正。在此不再详细描述。

最后以球机在巡航时既执行水平方向转动又执行垂直方向转动为例进行说明。这种情况实际上可以看成是水平方向和垂直方向转动的合成，所以在使用本发明的方法进行此种情况下的失步检测时可以参照上述两种情况。参图6，球机的巡航预置点为E、F，巡航路径如实线所示，从E先到达F，再从F返回E。如果球机在巡航预置点E时，记录的巡航次数到达了预定的次数，则接下来球机不按照实线所示的路径进行转动，而是反方向转动到O点，完成水平方向的过零点检测（请参见带箭头的虚线）；再从O点转动到达F点后，不是立即转回O点，而是先转动到垂直方向的零点，然后再回到F点（请参见带箭头的虚线），再转到O点，从而完成垂直方向的过零点检测。接着从O点返回转动到E点后按照之前的巡航路径进行巡航。在检测到水平方向或者垂直方向球机失步时，按照预定的策略获得最优的球机转动降速值，并以该转速值重新进行球机失步检测。经过失步检测，如果在该转动降速值下球机不再失步，则以该转速值作为球机当前的转动速度进行巡航，否则，球机发送告警。

通过上述实施方法的描述，可以看出本发明方案对球机进行了引导性失步检测，既做到了对球机是否失步的检测，又没有影响客户体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种球机失步检测装置，该装置应用于具有巡航功能的球机，其特征在于，该装置包括：

巡航模式确认模块，用于确认球机是否为非过零点巡航；

失步检测触发模块，用于在球机为非过零点巡航时，记录巡航次数；当达到预定的巡航次数时，改变球机当前预定的巡航路径，使得球机上的光中断器被球机的挡片遮挡进而触发球机进行失步检测；

失步检测模块，用于将记录的步数和预定的步数进行对比，如果记录的步数和预定的步数相等，则判断为未失步；如果记录的步数和预定的步数不相等，则判断为失步。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

失步纠正模块，用于在球机失步时按照预定策略降低球机巡航的转动速度并以该降低后的转动速度再进行失步检测，如果检测后还失步，则发送告警信息，否则球机以该降低后的转动速度进行巡航。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，巡航模式确认模块具体在球机执行一次巡航而未收到光中断器被挡片遮挡的信号后确定球机为非过零点巡航。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述球机包括水平单板，所述光中断器为球机水平单板上的光中断器；所述改变当前预定的巡航路径为：如果球机在水平方向当前预定巡航路径为顺时针转动，则改成逆时针转动；如果球机在水平方向当前预定巡航路径为逆时针转动，则改成顺时针转动。

5.如权利要求1或4所述的装置，所述球机包括垂直单板，所述光中断器为球机垂直单板上的光中断器；所述改变当前预定的巡航路径为：如果球机在垂直方向当前预定的巡航路径为顺时针转动，则改成逆时针转动；如果球机在垂直方向当前预定的巡航路径为逆时针转动，则改成顺时针转动。

6.一种球机失步检测方法，该方法应用于具有巡航功能的球机，其特征在于，该方法包括：

确认球机是否为非过零点巡航；

如果球机为非过零点巡航，记录球机巡航次数；

当达到预定的巡航次数时，改变球机当前预定的巡航路径，使得球机上的光中断器被球机的挡片遮挡进而触发球机进行失步检测；

将记录的步数和预定的步数进行对比，如果记录的步数和预定的步数相等，则判断为未失步；如果记录的步数和预定的步数不相等，则判断为失步。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在球机失步时按照预定策略降低球机巡航的转动速度并以该降低后的转动速度进行失步检测，如果检测后还失步，则发送告警信息，否则球机以该降低后的转动速度进行巡航。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在球机执行一次巡航而未收到光中断器被挡片遮挡的信号后确定球机为非过零点巡航。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述球机包括水平单板，所述光中断器为球机水平单板上的光中断器；所述改变当前预定的巡航路径为：如果球机在水平方向当前预定巡航路径为顺时针转动，则改成逆时针转动；如果球机在水平方向当前预定巡航路径为逆时针转动，则改成顺时针转动。

10.如权利要求6或9所述的方法，所述球机包括垂直单板，所述光中断器为球机垂直单板上的光中断器；所述改变当前预定的巡航路径为：如果球机在垂直方向当前预定的巡航路径为顺时针转动，则改成逆时针转动；如果球机在垂直方向当前预定的巡航路径为逆时针转动，则改成顺时针转动。

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