CN107817824A - 云台增稳装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种云台增稳装置及方法，属于云台控制技术领域，该云台增稳装置包括陀螺仪检测装置、云台控制系统、电机驱动系统和恒温控制装置；陀螺仪检测装置用以检测云台的姿态信息和环境温度，并将姿态信息和环境温度传输至云台控制系统；云台控制系统用于接收陀螺仪检测装置上传的云台姿态信息和温度信息；并控制恒温控制装置的温度以使陀螺仪检测装置处于恒温下工作；减小了陀螺仪在不同温度条件下，各参数的差异和温飘问题，达到了提供云台增稳和防抖的目的。

Description

云台增稳装置及方法
技术领域
本发明涉及云台控制技术领域，具体涉及一种云台增稳装置及方法。
背景技术
随着航拍无人机技术的发展，越来越多的拍摄器材被应用，但是传统的拍摄设备都不具有真正意义上的增稳防抖控制系统，最多就是机械式的防抖或者软件上的防抖，所以就相应产生了各式各样的用于控制相机的多轴控制系统，我们称之为云台。其主要功能就是使相机不抖动和晃动保证拍摄画面的稳定，真正做到增稳防抖功能。实现方法就是通过陀螺仪检测相机的状态，然后主控系统控制各个轴的电机驱动系统驱动电机转动一定角度，使得相机始终保持稳定的一个状态，此电机驱动系统的电机角度检测是通过接触式电位器来实现的，陀螺仪工作状态也是随环境温度变化的，稳定性受到外界影响较大。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种云台增稳装置，该云台增稳装置设置有恒温控制电路，使陀螺仪检测装置始终工作在恒温条件下，从而减小了陀螺仪在不同温度条件下，检测参数的差异和温飘问题，达到了云台增稳和防抖的目的。
本发明的第二目的在于提供一种云台增稳方法，该云台增稳方法利用恒温控制电路使陀螺仪检测装置工作在恒温条件下，从而减小了陀螺仪检测装置在不同温度条件下，各参数的差异和温飘问题，达到了提供云台增稳和防抖的目的。
基于上述第一目的，本发明提供的云台增稳装置，包括陀螺仪检测装置、云台控制系统、电机驱动系统和恒温控制装置；
所述陀螺仪检测装置用以检测云台的姿态信息和环境温度，并将所述姿态信息和环境温度传输至所述云台控制系统；
所述云台控制系统用于接收所述陀螺仪检测装置上传的云台姿态信息和温度信息；并控制恒温控制装置的温度以使陀螺仪检测装置处于恒温下工作；同时，所述云台控制系统根据收到的云台姿态信息控制电机驱动系统转动到相应的控制位。
进一步的，所述陀螺仪检测装置工作的设定温度高于环境温度，在云台控制系统中存储设定温度的阈值；
当陀螺仪检测装置检测到的环境温度低于设定温度的阈值时，恒温控制装置工作使环境温度上升；
当环境温度加热至大于设定温度的阈值时，恒温控制装置停止加热以保持温度恒定在设定温度的阈值内。
进一步的，所述恒温控制装置采用具有开关控制功能的电路板，通过控制集成在所述电路板上的功率器件的开启和关闭，以达到温度控制。
进一步的，所述电机驱动系统包括电机驱动装置、电机、磁铁和磁编码器；所述磁铁装配在所述电机的转子上且与所述转子同轴转动，所述磁编码器用于检测所述磁铁的磁通量变化并转换为电信号，最终映射到电机转动的角度信息并反馈到所述电机驱动装置，所述电机驱动装置将所述角度信息传输到所述云台控制系统。
进一步的，所述电机驱动装置包括MCU、电流检测装置、驱动电路，所述MCU用于接收所述云台控制系统的控制信号并输出三相PWM信号控制驱动电路驱动电机转动，同时电流检测装置检测驱动电路的驱动电流的大小反馈至MCU，MCU根据反馈的电流大小控制电机驱动扭力的大小。
进一步的，所述电机驱动系统采用单轴、两轴或者三轴电机驱动系统。
进一步的，所述驱动电路包括门驱动和MOS驱动电路。
基于上述第二目的，本发明提供的一种云台增稳方法，包括如下步骤：
陀螺仪检测装置检测云台的姿态信息和环境温度，将所述姿态信息和环境温度传输至云台控制系统；
所述云台控制系统接收所述陀螺仪检测装置上传的云台姿态信息和温度信息；
所述云台控制系统根据收到的温度信息控制恒温控制装置的温度，以使陀螺仪检测装置处于恒温下工作；同时，所述云台控制系统根据收到的云台姿态信息控制电机驱动系统转动到相应的控制位。
进一步的，所述陀螺仪检测装置工作的设定温度高于环境温度；
当陀螺仪检测装置检测到的环境温度低于设定温度时，恒温控制装置工作使环境温度上升；
当环境温度加热至大于设定温度时，恒温控制装置停止加热以保持温度恒定在设定温度下。
进一步的，所述电机驱动系统中，非接触式磁感应传感器中的磁铁装配在电机的转子上且与转子同轴转动，磁编码器用于检测磁铁的磁通量变化并转换为电信号，最终映射到电机转动的角度信息并反馈到电机驱动装置，所述电机驱动装置将所述角度信息传输到所述云台控制系统。
进一步的，所述电机驱动装置中，MCU用于接收云台控制系统的控制信号并输出三相PWM信号控制驱动电路驱动电机转动，同时电流检测装置检测驱动电路的驱动电流的大小反馈至MCU，MCU根据反馈的电流大小控制电机驱动扭力的大小。
本发明提供的云台增稳装置的有益效果：
本发明提供的云台增稳装置，利用陀螺仪检测装置检测云台的姿态信息和环境温度，并将姿态信息和环境温度传输至云台控制系统；云台控制系统用于接收陀螺仪检测装置上传的云台姿态信息和温度信息；并控制恒温控制装置的温度以使陀螺仪检测装置处于恒温下工作；同时，云台控制系统根据收到的云台姿态信息控制电机驱动系统转动到相应的控制位。本发明提供的云台增稳装置设置有恒温控制电路，使陀螺仪始终工作在恒温条件下，从而减小了陀螺仪在不同温度条件下，检测参数的差异和温飘问题，达到了提供云台增稳和防抖的目的。
本发明提供的云台增稳方法，通过设置恒温控制电路，使陀螺仪检测装置工作在恒温条件下，从而减小了陀螺仪在不同温度条件下，各参数的差异和温飘问题，达到了提供云台增稳和防抖的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的云台增稳装置的原理示意图；
图2为本发明实施例提供的云台增稳装置中，电机驱动系统的原理示意图；
图3为本发明实施例提供的云台增稳装置中，电机驱动装置的原理示意图；
图4为现有技术中云台增稳装置的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种云台增稳装置，该云台增稳装置设置有恒温控制装置，能够保障陀螺仪检测装置始终工作在恒温条件下，从而减小了陀螺仪检测装置在不同温度条件下，各检测参数的差异和温飘问题，达到了提供云台增稳和防抖的目的。
请参照图1所示；该云台增稳装置包括；陀螺仪检测装置、云台控制系统、电机驱动系统和恒温控制装置。
陀螺仪检测装置用以检测云台的姿态信息和环境温度，并将姿态信息和环境温度传输至云台控制系统，这里的环境温度指的是陀螺仪检测装置的工作环境温度；
云台控制系统用于接收陀螺仪检测装置上传的云台姿态信息和温度信息；并控制恒温控制装置的温度以使陀螺仪检测装置处于恒温下工作，减小因环境温度变化对陀螺仪检测装置产生的影响；同时，云台控制系统根据收到的云台姿态信息控制电机驱动系统转动到相应的控制位。
本发明的优选技术方案中，恒温控制装置可以采用具有开关控制功能的电路板，通过控制集成在电路板上的功率器件的开启和关闭，以达到对功率器件温度的控制，进而对陀螺仪检测装置的工作环境问题进行调整，使工作环境温度能够保持在恒定的温度下。
具体实施时，使陀螺仪检测装置工作的设定温度高于环境温度；在云台控制系统中储存有设定温度的阈值；
当陀螺仪检测装置检测到的环境温度低于设定温度阈值时，云台控制系统发出电信号控制恒温控制装置工作，使陀螺仪检测装置的环境温度上升；
当环境温度加热至大于设定温度阈值时，云台控制系统发出电信号控制恒温控制装置停止加热，以使陀螺仪检测装置的环境温度恒定在设定温度下。
现有技术中，由于在不同的环境温度下，陀螺仪检测到的姿态信息是具有波动的，会产生相应的检测误差，导致云台稳定性和防抖性能较弱。
本发明实施例中，在云台增稳装置中设置陀螺仪检测装置增加对与工作环境温度的检测，通过恒温控制装置进行加热，使陀螺仪检测装置的工作环境温度始终处于恒定的温度下，可以保障陀螺仪检测装置检测的云台姿态信息以波动性小，较小检测误差，进而使云台姿态得到准确的控制。
本发明的优选技术方案中，根据实际安装需要，电机驱动系统可以采用单轴、两轴或者三轴电机驱动系统；即，相当于单路电机驱动系统，两路电机驱动系统或三路电机驱动系统。
如图2所示，本发明的优选技术方案中，电机驱动系统包括电机驱动装置、电机、磁铁和磁编码器；磁铁装配在电机的转子上，磁铁与转子同轴设置，电机转动时磁铁与转子同步转动。
磁编码器为用于检测电机转动角度的传感器，主要是通过磁感应原理实现；磁编码器固定在磁铁附近，与磁铁保持一定距离，当电机转动时带动磁体一起转动，磁编码器检测磁铁的磁通量变化，通过磁感应原理将此变化转换为电信号，最终映射到电机转动的角度信息并反馈到所述电机驱动装置，电机驱动装置将所述角度信息通过通讯口传输到云台控制系统。
采用上述的非接触式的磁编码器和磁铁来代替接触式的电位器来实现电机转动角度检测的方法，能够大幅提升装配的效率和减小装配难度。
如图3所示，本发明的优选技术方案中，电机驱动装置用于驱动电机转动和扭力大小，该电机驱动装置包括MCU、电流检测装置和驱动电路。
MCU接收云台控制系统的控制信号后，MCU输出三相PWM信号控制驱动电路以驱动电机转动，同时电流检测装置检测驱动电路的驱动电流的大小并反馈至MCU，然后，MCU根据反馈的电流大小控制电机驱动扭力的大小。
本发明的优选技术方案中，所述驱动电路包括门驱动和MOS驱动电路。
本发明提供的云台增稳装置，设置有恒温控制电路，使陀螺仪始终工作在恒温条件下，从而减小了陀螺仪在不同温度条件下，各参数的差异和温飘问题，达到了提供云台增稳和防抖的目的。
现有技术的方案如图4所示，陀螺仪检测装置检测云台姿态，将姿态信息传输到云台控制系统，控制系统根据姿态信息控制电机驱动系统驱动电机转到相应的角度，同时电机驱动系统又将检测到的电机转动位置反馈到云台控制系统，其中电机驱动系统的电机角度检测是通过接触式电位器来检测的，这种检测方法是电机带动电位器转动，转动的角度转换为电位器输出的电压大小，输出的模拟量通过AD采样来计算电机转动角度；这种检测方式精度低，抗干扰能力小；而且器件空间大，装配工艺要求高，电机和电位器不同轴时会导致电机阻力大，云台控制偏移等问题。
本发明采用非接触式的磁编码器和磁铁来代替现有技术中接触式的电位器来实现电机角度检测的方式，大幅度提高了装配的效率和减小了装配难度，节约了工艺成本，同时也解决了接触式产生的电机受阻力大，云台控制偏移等问题，在检测精度方面也大幅提高，检测的数据由原有的模拟信号变成了数字信号，提高了信号的抗干扰性和精度。
另外，本发明实施例提供的云台增稳装置，不仅可以应用于无人机，也可应用手持设备或穿戴设备等等，起到对摄像设备的增稳防抖功能。
本发明提供的云台增稳方法，包括如下步骤：
利用陀螺仪检测装置检测云台的姿态信息和环境温度，将姿态信息和环境温度传输至云台控制系统；
云台控制系统接收陀螺仪检测装置上传的云台姿态信息和温度信息；
云台控制系统根据收到的温度信息控制恒温控制装置的温度，以使陀螺仪检测装置处于恒温下工作，从而减小陀螺仪在不同温度条件下，检测参数的差异和温飘问题，达到了提供云台增稳和防抖的目的；
同时，云台控制系统根据收到的云台姿态信息控制电机驱动系统转动到相应的控制位。
该方法中，上述的陀螺仪检测装置工作的设定温度高于环境温度；在云台控制系统中储存有设定温度的阈值；
当陀螺仪检测装置检测到的环境温度低于设定温度阈值时，云台控制系统发出电信号控制恒温控制装置工作，使陀螺仪检测装置的环境温度上升；
当环境温度加热至大于设定温度阈值时，云台控制系统发出电信号控制恒温控制装置停止加热，以使陀螺仪检测装置的环境温度恒定在设定温度下。
该方法中，在云台增稳装置中设置陀螺仪检测装置增加对与工作环境温度的检测，通过恒温控制装置进行加热，使陀螺仪检测装置的工作环境温度始终处于恒定的温度下，可以保障陀螺仪检测装置检测的云台姿态信息以波动性小，较小检测误差，进而使云台姿态得到准确的控制。
该方法中，电机驱动系统中，非接触式磁感应传感器中的磁铁装配在电机的转子上且与转子同轴转动，磁编码器用于检测磁铁的磁通量变化并转换为电信号，最终映射到电机转动的角度信息并反馈到电机驱动装置，电机驱动装置将所述角度信息传输到云台控制系统。
该方法中，电机驱动装置中，MCU用于接收云台控制系统的控制信号并输出三相PWM信号控制驱动电路驱动电机转动，同时电流检测装置检测驱动电路的驱动电流的大小反馈至MCU，MCU根据反馈的电流大小控制电机驱动扭力的大小。
该云台增稳方法中，利用非接触式的磁编码器和磁铁来代替接触式的电位器来实现电机角度检测的方法，大大提高了装配的效率和减小了装配难度，节约了工艺成本，同时也解决了接触式产生的电机受阻力大，云台控制偏移等问题，在检测精度方面也大大提高，检测的数据由原有的模拟信号变成了数字信号，大大提高信号的抗干扰性和精度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种云台增稳装置，其特征在于，包括陀螺仪检测装置、云台控制系统、电机驱动系统和恒温控制装置；
所述陀螺仪检测装置用以检测云台的姿态信息和环境温度，并将所述姿态信息和环境温度传输至所述云台控制系统；
所述云台控制系统用于接收所述陀螺仪检测装置上传的云台姿态信息和温度信息；并控制恒温控制装置的温度以使陀螺仪检测装置处于恒温下工作；同时，所述云台控制系统根据收到的云台姿态信息控制电机驱动系统转动到相应的控制位。
2.根据权利要求1所述的云台增稳装置，其特征在于，所述陀螺仪检测装置工作的设定温度高于环境温度，在云台控制系统中存储设定温度的阈值；
当陀螺仪检测装置检测到的环境温度低于设定温度的阈值时，恒温控制装置工作使环境温度上升；
当环境温度加热至大于设定温度的阈值时，恒温控制装置停止加热以保持温度恒定在设定温度的阈值内。
3.根据权利要求1或2所述的云台增稳装置，其特征在于，所述恒温控制装置采用具有开关控制功能的电路板，通过控制集成在所述电路板上的功率器件的开启和关闭，以达到温度控制。
4.根据权利要求1所述的云台增稳装置，其特征在于，所述电机驱动系统包括电机驱动装置、电机、磁铁和磁编码器；所述磁铁装配在所述电机的转子上且与所述转子同轴转动，所述磁编码器用于检测所述磁铁的磁通量变化并转换为电信号，最终映射到电机转动的角度信息并反馈到所述电机驱动装置，所述电机驱动装置将所述角度信息传输到所述云台控制系统。
5.根据权利要求4所述的云台增稳装置，其特征在于，所述电机驱动装置包括MCU、电流检测装置、驱动电路，所述MCU用于接收所述云台控制系统的控制信号并输出三相PWM信号控制驱动电路驱动电机转动，同时电流检测装置检测驱动电路的驱动电流的大小反馈至MCU，MCU根据反馈的电流大小控制电机驱动扭力的大小。
6.根据权利要求4或5所述的云台增稳装置，其特征在于，所述电机驱动系统采用单轴、两轴或者三轴电机驱动系统。
7.一种云台增稳方法，其特征在于，包括如下步骤：
陀螺仪检测装置检测云台的姿态信息和环境温度，将所述姿态信息和环境温度传输至云台控制系统；
所述云台控制系统接收所述陀螺仪检测装置上传的云台姿态信息和温度信息；
所述云台控制系统根据收到的温度信息控制恒温控制装置的温度，以使陀螺仪检测装置处于恒温下工作；同时，所述云台控制系统根据收到的云台姿态信息控制电机驱动系统转动到相应的控制位。
8.根据权利要求7所述的云台增稳方法，其特征在于，所述陀螺仪检测装置工作的设定温度高于环境温度；
当陀螺仪检测装置检测到的环境温度低于设定温度时，恒温控制装置工作使环境温度上升；
当环境温度加热至大于设定温度时，恒温控制装置停止加热以保持温度恒定在设定温度下。
9.根据权利要求7所述的云台增稳方法，其特征在于，所述电机驱动系统中，非接触式磁感应传感器中的磁铁装配在电机的转子上且与转子同轴转动，磁编码器用于检测磁铁的磁通量变化并转换为电信号，最终映射到电机转动的角度信息并反馈到电机驱动装置，所述电机驱动装置将所述角度信息传输到所述云台控制系统。
10.根据权利要求7所述的云台增稳方法，其特征在于，所述电机驱动装置中，MCU用于接收云台控制系统的控制信号并输出三相PWM信号控制驱动电路驱动电机转动，同时电流检测装置检测驱动电路的驱动电流的大小反馈至MCU，MCU根据反馈的电流大小控制电机驱动扭力的大小。
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