CN103546691A - 一种球型摄像机锁定力自调节的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种球机锁定力自调节的方法，该球机具有一矢量传感器，该方法包括如下步骤：A、获取矢量传感器感测的球机当前的振动加速度；B、根据所述当前的振动加速度，并结合预先存储在非易失性存储器中的振动加速度与锁定力矩映射表判断是否需要调整当前的锁定力矩，如果是，则控制步进电机驱动单元调整锁定电流大小从而调整步进电机锁定力矩大小，否则不调整。本发明方案在解决球机振动所引起的失步现象的同时，合理优化功耗，绿色环保；延长步进电机及其他部件的使用寿命；增加球机可靠性。

Description

一种球型摄像机锁定力自调节的方法和装置

技术领域

本发明涉及球型摄像机技术领域，尤其涉及一种球型摄像机锁定力自调节的方法和装置。

背景技术

现如今球型摄像机（以下简称球机）广泛应用于各行各业大面积、活动目标的监视中。球型摄像机的安装方式多种多样，包括壁装、柱装、角装、杆装，甚至有悬挂在索道上的球机等等。在一些复杂的安装环境下，球机固定难度极大，很容易受到外界应力的影响而导致球机振动。当球机在某一守望位监控时，控制云台“半流锁定”，即锁定力不是很大。当振动源达到某一强度时，球机受到的加速度过大超过了“半流锁定”所给与的锁定力，此时球型摄像机云台就会出现失步现象，最终导致球机监控位置严重不准。针对此现象往往会增大锁定力矩，最大可增至“全流锁定”，此时力矩增大一倍。但这又会带来的一连串的负面影响：一、功耗增大：此时功耗较大，不利于绿色环保。二、影响步进电机使用寿命：因为步进电机的寿命跟温升关联性极大。温度过高对电机寿命影响严重。三、散热问题凸显：由于“全流锁定”功耗增加，热耗散也随之增大，如果此时散热不能够很好地处理，也会影响单板器件使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种球型摄像机锁定力自调节的方法和装置。

一种球机锁定力自调节的方法，该球机具有一矢量传感器，该方法包括如下步骤：A、获取矢量传感器在守望位感测的球机当前的振动加速度；B、根据所述当前的振动加速度，并结合预先存储在非易失性存储器中的振动加速度与锁定力矩映射表判断是否需要调整当前的锁定力矩，如果是，则控制步进电机驱动单元调整锁定电流大小从而调整步进电机锁定力矩大小，否则不调整。

优选地，该矢量传感器为三轴加速计。

优选地，该矢量传感器置于球机垂直转动轴承的主控单板上。

优选地，该振动加速度与锁定力矩映射表为振动加速度区间与锁定力矩的映射关系；所述步骤B具体为：根据当前的振动加速度判断其所属的振动加速度区间，获取对应的锁定力矩，如果该锁定力矩大于当前实际的锁定力矩，则控制步进电机驱动单元增大锁定电流，如果该锁定力矩小于当前实际的锁定力矩，则控制步进电机驱动单元减小锁定电流，如果该锁定力矩等于实际的锁定力矩，则维持当前锁定电流大小。

基于同样的构思，本发明还提供一种球机锁定力自调节的装置，该球机具有一矢量传感器，该装置包括：振动加速度获取单元，用于获取矢量传感器感测的球机当前的振动加速度；控制单元，用于根据所述当前的振动加速度，并结合预先存储在非易失性存储器中的振动加速度与锁定力矩映射表判断是否需要调整当前的锁定力矩，如果是，则控制步进电机驱动单元调整锁定电流大小从而调整步进电机锁定力矩大小，否则不调整。

相较于现有技术，本发明方案解决球机振动所引起的失步现象的同时，合理优化功耗，绿色环保；延长步进电机及其他部件的使用寿命；增加球机可靠性。

附图说明

图1是一种矢量传感器安装位置示意图。

图2是另一种矢量传感器安装位置示意图。

图3是第三种矢量传感器安装位置示意图。

图4是本发明实施例装置逻辑结构图。

图5是振动加速度方向图。

具体实施方式

本发明主要通过矢量传感器感知外界环境的变化，并将变化结果反馈给控制单元，从而控制步进电机驱动单元自适应调节锁定电流的大小。该方案在解决振动所引起的失步现象的同时，合理优化功耗，绿色环保；延长步进电机及其他部件的使用寿命；增加球机可靠性。以下结合具体实施例对本发明技术进行详细说明。

本实施例引入了矢量传感器，由矢量传感器实时的感知外界的振动情况从而实现对步进电机的锁定电流的调整。本实施例的矢量传感器为三轴加速度计。众所周知，矢量传感器的种类非常多，包括倾角传感器、加速度传感器、角度传感器（陀螺仪）、三轴矢量传感器、360°磁编码器等。如何在众多的矢量传感器中选出最适合本发明目的的矢量传感器是首要解决的问题。发明人判断球机受到的振动方向是不固定的，所以三轴的矢量传感器是比较理想的选择；另外，发明人判断由于矢量传感器的结果是用来调节锁定力矩，所以只需要知道外界环境振动的变化量，不需要知道角度，即判断加速度即可。综上，发明人选择了三轴加速度计作为本发明的矢量传感器。

确定了矢量传感器的种类后，其具体安装在哪个位置也是发明人需要解决的问题。发明人首先考虑将其安装在具有水平转动轴承的上腔体中，请参图1。因为该上腔体跟外界支架固定，所以可以很好的传导外界振动源的振动情况。但是经过仔细思索，该安装位置并不合适。主要原因如下：实际应用场景中，水平振动情况比较少，水平转动云台很少失步，所以该三轴加速度计主要用来检测传导至球机垂直转动部件，如垂直转动轴承的加速度，而此安装位置使得三轴加速度计采集到的加速度与下腔体中的垂直转动部件所受到的加速度有一定的误差（振动波源在介质中传导时，要通过介质之间的弹力向外传播，所以波速和介质有关，然而球机各个部件介质常量均不相同，所以传导至垂直转动部件时必将导致频率、波速的差异）。如果采用此位置下的三轴加速度计获得的加速度值来调节步进电机的锁定电流就会出现误差。

该安装方式被排除后，发明人又想到了另一种办法：将三轴加速度计放置在下腔体中最靠近球机垂直转动轴承的可容纳空间中，如图2所示。三轴加速度计在图2所示的位置获得的加速度数据最能真实反馈垂直转动轴承的加速度。但是如果放置在此位置，就需要单独为该三轴加速度计制作一块单板。这样做一方面增加了成本，另外还可能带来了另一个问题：该单板的安装，是否会带来干扰问题？所以该安装方案实际上并不是很理想。

那到底哪种安装方式既能满足本发明所需要获得的加速度，但是又不增加设计的复杂性呢？发明人考虑是否可以将该三轴加速度计直接放置在球机下腔体的主控单板上？这样的安装方式直接利用了已有的单板，对成本和干扰不会有太大的影响。另外，该主控单板相对也比较靠近垂直转动轴承，所以测得的加速度基本满足要求。所以经过上述分析和比较，将三轴加速度计置于球机下腔体的主控单板上是最理想的方案，请参图3。

以上详细阐述了本发明矢量传感器的选型和安装。下面将结合实施例来描述矢量传感器如何和球机的其他部件一起配合来自适应的调节球机的锁定力的。本发明的球型摄像机锁定力自调节装置从逻辑上划分可以包括以下单元：振动加速度获取单元51和控制单元52，请参图4。控制单元是控制锁定力调节的单元。实施流程如下：

步骤61、振动加速度获取单元获取矢量传感器在守望位感测到的球机当前所受到的振动加速度。

步骤62、控制单元根据所述当前的振动加速度，并结合预先存储在非易失性存储器中的振动加速度与锁定力矩映射表判断是否需要调整当前的锁定力矩，如果是，则控制步进电机驱动单元调整锁定电流大小从而调整步进电机锁定力矩大小，否则不调整。

球机在转动过程中，矢量传感器也会获得振动加速度，但是由于本发明需要解决的是球机在守望位监控时的锁定力问题，所以转动过程中，控制单元（比如说微控制处理单元MCU）并不获取矢量传感器的振动加速度来进行锁定力调整处理。而当球机在守望位监控时，控制单元则获取矢量传感器感测到的振动加速度，并根据该加速度对应的锁定力矩来确定是否需要调整锁定电流的大小。

矢量传感器获得的振动加速度可能包括X轴Y轴和Z轴三个方向的振动加速度，请参图5。在本实施例中，我们仅考虑Z轴方向的加速度，因为该方向的加速度在当前球机的实际使用过程中相对比较明显（即球机在垂直方向上出现电机失步的概率比较大）。这里Z轴可以垂直于矢量传感器所在的主控板平面，也可以垂直于地面，只要振动加速度与锁定力矩的映射表中的Z轴方向加速度与步骤61中获得的Z轴方向的振动加速度的参照对象是同一个即可，即都参照主控板平面或者都参考地面。

球机在自身的非易失性存储器中事先保存一张振动加速度与锁定力矩的映射表，该映射表是通过大量的振动测试实验得出的。发明人预先评估了不同场景（球机安装在索道上，墙壁上、柱子上、角落里等）可能出现的最大加速度，然后再通过专业的振动台测试不同加速度下所需要的锁定力矩从而得出上述映射表。由于锁定力矩是通过步进电机的相电流来调整的，所以控制单元查找当前加速度对应的锁定力矩从而输出相应的信号，最终控制步进电机的驱动单元，加大或者减小相电流（锁定电流）来达到将球机锁定在守望位的目的。相电流大，锁定力矩大；相电流小，锁定力矩小。表1给出了振动加速度和锁定力矩映射表的一个例子。

振动加速度	锁定力矩
		[a1，a2）	F1
[a2，a3）	F2
		[a3，a4）	F3

表1

当振动加速度属于[a1，a2）区间时，锁定力矩为F1；当振动加速度属于[a2，a3）区间时，锁定力矩为F2；当振动加速度属于[a3，a4）区间时，锁定力矩为F3。从该例子可以看出，并不是只要振动加速度一变化，就需要立即调整锁定力矩。每一个锁定力矩所能承受的振动所产生的加速度通常在一个范围之内。比如说，F1所能承受的振动加速度在区间[a1，a2）内，即当振动加速度达到a2时，F1将无法使球机被固定在当前看守位进行监控，此时需要增大锁定力矩。

下面简单描述下控制单元根据当前获得的矢量传感器的加速度并结合表1对球机进行锁定控制的过程。如果控制单元当前获得的加速度在区间[a2，a3）中，需要的锁定力矩为F2，如果此时实际的锁定力矩为F1，控制单元输出信号调整锁定电流使锁定力矩达到F2。如果下一时刻，控制单元获得的加速度还是在区间[a2，a3）中，控制单元判断无需调整锁定力矩。如果再下一时刻，控制单元获得的加速度在区间[a1，a2）中，需要的锁定力矩为F1，而此时实际的锁定力矩为F2，控制单元输出信号向下调整锁定电流使锁定力矩调整为F1。

这里需要说明的是振动加速度与锁定力矩映射表并不限制于振动加速度和锁定力矩这两个参数，振动加速度和锁定电流或者锁定电压等的映射关系也应被解释为振动加速度与锁定力矩的映射。因为锁定电流或者锁定电压与锁定力矩的物理关系是唯一的。该映射表实际上是用于指导控制单元根据矢量传感器感知的加速度来获取不同的控制信号，以使得步进电机最终在不同锁定电流产生的锁定力矩下保持在守望位监控。

上述实施例主要考虑的是Z轴方向的加速度。如果在实际使用中，X轴或者Y轴也出现明显的加速度从而需要调整锁定力矩的话，可以采用上述实施例类似的方法进行调整，本发明对此不再赘述。

本发明技术方案中，球机在确定有振动的情况下才会增加锁定电流来实现守望位的锁定；如果振动消失或者减弱，则会动态的减小锁定电流以实现功耗的减少。这种根据具体的实际情况来自适应的调整所需锁定电流的方案，增加了步进电机和其他器件的使用寿命，并且有利于绿色环保。并且，发明人对于矢量传感器的选型以及安装位置的严密考虑，使得本发明的实验效果非常理想，同时硬件的设计实施也不复杂。

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 (8)

1.一种球机锁定力自调节的方法，其特征在于，该球机具有一矢量传感器，该方法包括如下步骤：

A、获取矢量传感器在守望位感测的球机当前的振动加速度；

B、根据所述当前的振动加速度，并结合预先存储在非易失性存储器中的振动加速度与锁定力矩映射表判断是否需要调整当前的锁定力矩，如果是，则控制步进电机驱动单元调整锁定电流大小从而调整步进电机锁定力矩大小，否则不调整。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矢量传感器为三轴加速计。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该矢量传感器置于球机垂直转动轴承的主控单板上。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述振动加速度与锁定力矩映射表为振动加速度区间与锁定力矩的映射关系；

所述步骤B具体为：根据当前的振动加速度判断其所属的振动加速度区间，获取对应的锁定力矩，如果该锁定力矩大于当前实际的锁定力矩，则控制步进电机驱动单元增大锁定电流，如果该锁定力矩小于当前实际的锁定力矩，则控制步进电机驱动单元减小锁定电流，如果该锁定力矩等于实际的锁定力矩，则维持当前锁定电流大小。

5.一种球机锁定力自调节的装置，其特征在于，该球机具有一矢量传感器，该装置包括：

振动加速度获取单元，用于获取矢量传感器感测的球机当前的振动加速度；

控制单元，用于根据所述当前的振动加速度，并结合预先存储在非易失性存储器中的振动加速度与锁定力矩映射表判断是否需要调整当前的锁定力矩，如果是，则控制步进电机驱动单元调整锁定电流大小从而调整步进电机锁定力矩大小，否则不调整。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述矢量传感器为三轴加速计。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该矢量传感器置于靠近球机垂直转动轴承的主控单板上。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述振动加速度与锁定力矩映射表为振动加速度区间与锁定力矩的映射关系；

所述控制单元根据当前的振动加速度判断其所属的振动加速度区间，获取对应的锁定力矩，如果该锁定力矩大于当前实际的锁定力矩，则控制步进电机驱动单元增大锁定电流，如果该锁定力矩小于当前实际的锁定力矩，则控制步进电机驱动单元减小锁定电流，如果该锁定力矩等于实际的锁定力矩，则维持当前锁定电流大小。

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