CN108491001A - 增稳云台、增稳云台实现方法及无人机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增稳云台、增稳云台实现方法及无人机系统，涉及航拍无人机技术领域，该增稳云台包括：云台控制器，以及与云台控制器连接的检测模块、恒温控制模块和电机驱动模块；检测模块用于检测增稳云台的姿态信息和温度参数，并将姿态信息和温度参数传输至云台控制器；云台控制器用于根据温度参数通过恒温控制模块控制检测模块所处环境的温度；电机驱动模块与电机连接，云台控制器还用于根据姿态信息通过电机驱动模块驱动电机转动。本发明提供的增稳云台、增稳云台实现方法及无人机系统，有效避免了因为温度差异过大，导致的检测模块受环境温度影响而出现稳定性降低的问题，也有助于提高云台的增稳防抖效果。

Description

增稳云台、增稳云台实现方法及无人机系统

技术领域

本发明涉及航拍无人机技术领域，尤其是涉及一种增稳云台、增稳云台实现方法及无人机系统。

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。

云台的实现方法，通常采用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。

但是，在无人机飞行过程中，陀螺仪的工作状态容易受环境温度的影响，从而导致云台控制出现偏移等问题，降低了云台的增稳防抖效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种增稳云台、增稳云台实现方法及无人机系统，以缓解现有技术中云台的增稳防抖效果较低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种增稳云台，包括：云台控制器，以及与云台控制器连接的检测模块、恒温控制模块和电机驱动模块；检测模块用于检测增稳云台的姿态信息和温度参数，并将姿态信息和温度参数传输至云台控制器；云台控制器用于根据温度参数通过恒温控制模块控制检测模块所处环境的温度；电机驱动模块与电机连接，云台控制器还用于根据姿态信息通过电机驱动模块驱动电机转动。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，检测模块包括陀螺仪、加速度计和温度传感器，温度传感器靠近陀螺仪设置；陀螺仪和加速度计用于检测增稳云台的姿态信息；温度传感器用于检测检测模块所处环境的温度参数。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，恒温控制模块包括保温材料层和设置在保温材料层内部的加热部件；恒温控制模块用于接收云台控制器发送的驱动信号，驱动加热部件进行加热或者停止加热，以使陀螺仪工作在恒定的温度环境。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，加热部件包括：恒温驱动电路和加热片；加热片与恒温驱动电路连接；恒温驱动电路与云台控制器连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述电机驱动模块为单路电机驱动模块、两路电机驱动模块，或者三路电机驱动模块。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述电机驱动模块包括MCU，以及与MCU连接的电流检测装置和电机驱动单元；电机驱动单元与电机连接；MCU用于接收云台控制器发送的电机驱动信号，通过电机驱动单元驱动电机转动，以及接收电流检测装置反馈的电流值；根据电流值通过电机驱动单元控制电机的驱动扭力。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述电机驱动模块还包括磁铁和磁编码器；磁编码器与MCU连接；磁铁与电机的转子同轴设置；磁编码器设置在靠近磁铁的指定距离位置，用于在电机带动磁铁转动时，通过磁通量变化计算电机转动的角度信息，并将角度信息发送至MCU；MCU还用于将角度信息发送至云台控制器。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述电机驱动单元包括门驱动单元和MOS驱动单元。

第二方面，本发明实施例还提供了一种增稳云台实现方法，该方法应用于上述第一方面所述的增稳云台，该方法包括：检测模块检测增稳云台的姿态信息和温度参数，并将姿态信息和温度参数传输至云台控制器；云台控制器用于根据温度参数通过恒温控制模块控制检测模块所处环境的温度；云台控制器还用于根据姿态信息通过电机驱动模块驱动电机转动。

第三方面，本发明实施例还提供了一种无人机系统，该系统包括无人机和上述第一方面所述的增稳云台；增稳云台设置在无人机上；增稳云台携带有图像采集设备，用于在无人机飞行时采集指定方位的图像信息。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种增稳云台、增稳云台实现方法及无人机系统，将恒温控制模块与云台控制器连接，并通过检测模块检测增稳云台的温度参数，以实现通过恒温控制模块控制检测模块所处环境的温度，进而使增稳云台工作在恒定温度范围内，有效避免了因为温度差异过大，导致的检测模块受环境温度影响而出现稳定性降低的问题，也有助于提高云台的增稳防抖效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

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一种传统云台的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种增稳云台的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种增稳云台的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种增稳云台实现方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

通常，为了保证无人机的航拍画面的稳定性，都将相机设置在无人机搭载的云台上，以实现增稳和防抖的功能。而云台的实现功能需要借助于陀螺仪检测相机的状态。

图1示出了一种传统云台的结构示意图，如图1所示，陀螺仪检测部分检测云台的姿态信息，将姿态信息传输到云台控制系统，云台控制系统根据姿态信息控制电机驱动部分，从而驱动电机转到相应的角度。

同时，电机驱动部分又将检测到的电机转动位置反馈到云台控制系统，其中，电机驱动部分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，电位器转动的角度再转换为电位器输出的电压大小，输出的电压模拟量通过AD(Analog-to-Digital Convert，AD转换)采样来计算电机转动角度。

这种检测方式精度较低，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，同时，陀螺仪的工作状态也容易随环境温度变化，稳定性较差，导致姿态信息不准，从而降低了云台的增稳防抖效果。

基于此，本发明实施例提供了一种增稳云台、增稳云台实现方法及无人机系统，以增加云台的增稳防抖效果。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种增稳云台进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供了一种增稳云台，如图2所示的一种增稳云台的结构示意图，包括云台控制器10，以及与云台控制器10连接的检测模块20、恒温控制模块30和电机驱动模块40。

具体实现时，检测模块20用于检测增稳云台的姿态信息和温度参数，并将姿态信息和温度参数传输至云台控制器10；

云台控制器10用于根据温度参数通过恒温控制模块30控制检测模块20所处环境的温度；

电机驱动模块40与电机连接，云台控制器10还用于根据姿态信息通过电机驱动模块40驱动电机转动。

通常，云台控制器可以通过传感器感知无人机的机身动作，并通过电机驱动模块让云台上搭载的相机保持原来的位置，进而抵消机身晃动或者振动的影响。

而本发明实施例中所述的增稳云台，其云台控制器除感知无人机的机身动作外，还可以接收检测模块的温度参数，进而通过恒温控制模块控制检测模块所处环境的温度，以使陀螺仪工作在恒定的温度条件下。

因此，本发明实施例中的云台控制器，可以采用具有较高数据处理能力的大规模集成电路，以增加对姿态信息和温度参数的处理和运算过程。

本发明实施例提供的一种增稳云台，将恒温控制模块与云台控制器连接，并通过检测模块检测增稳云台的温度参数，以实现通过恒温控制模块控制检测模块所处环境的温度，进而使增稳云台工作在恒定温度范围内，有效避免了因为温度差异过大，导致的检测模块受环境温度影响而出现稳定性降低的问题，也有助于提高云台的增稳防抖效果。

如图3所示的另一种增稳云台的结构示意图，具体实现时，检测模块20包括陀螺仪201、加速度计202和温度传感器203，温度传感器203靠近陀螺仪设置；陀螺仪201和加速度计202用于检测增稳云台的姿态信息；温度传感器203用于检测检测模块20所处环境的温度参数。

进一步，上述恒温控制模块30包括保温材料层和设置在保温材料层内部的加热部件；恒温控制模块用于接收云台控制器发送的驱动信号，驱动加热部件进行加热或者停止加热，以使陀螺仪工作在恒定的温度环境。具体地，加热部件包括：恒温驱动电路301和加热片302；加热片302与恒温驱动电路301连接；恒温驱动电路301与云台控制器连接。

具体实现时，陀螺仪和加速度计可以检测增稳云台的姿态信息，温度传感器的探头可以与陀螺仪接触，以检测陀螺仪的温度参数，该姿态信息和温度信息均可以传输给云台控制其进行处理。

通常，在云台控制器内部可以预先存储有指定的温度参数，该指定的温度参数可以参考陀螺仪的有效工作温度范围进行设定，如正常室温15～20摄氏度等，云台控制器可以根据接收到的温度参数判断当前陀螺仪所处的环境温度是否超出陀螺仪的有效工作温度范围，如果是，可以通过向恒温控制模块发送驱动信号，以驱动加热部件进行加热，当加热过程中，温度参数达到陀螺仪的有效工作温度范围，则可以向恒温控制模块发送停止加热的驱动信号。

考虑到无人机的飞行高度较高，为了避免陀螺仪所处环境的温度参数变化较大，导致恒温控制模块频繁进行启停，上述陀螺仪可以设置在保温材料层内部，且，上述加热部件(加热片)也可以与陀螺仪一起，同时设置在保温材料层内部。

具体地，上述温度传感器可以通过热敏电阻实现，上述有效工作温度范围的设定和恒温驱动电路，可以通过比较电路实现，例如，当温度参数小于指定的温度参数时，可以通过热敏电阻阻值的变化来改变比较电路电压的大小，然后通过比较电路来对加热片导通，实现加热和停止加热，进而实现恒温控制，使得陀螺仪所处的环境温度在一个恒定的设定温度下。

进一步，上述电机驱动模块为单路电机驱动模块、两路电机驱动模块，或者三路电机驱动模块，以实现单轴云台、双轴云台或者三轴云台，具体的电极驱动模块可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

具体实现时，上述云台控制器接收到增稳云台的姿态信息后，可以根据姿态信息调整控制电机驱动模块，使得电机转到相应位置，从而达到云台姿态的稳定状态。

在本发明实施例中，上述电机驱动模块40包括MCU，以及与MCU连接的电流检测装置402和电机驱动单元403；其中，电机驱动单元403与电机连接。

具体实现时，MCU用于接收台控制器10发送的电机驱动信号，通过电机驱动单元驱动电机转动，以及接收电流检测装置反馈的电流值；根据电流值通过电机驱动单元控制电机的驱动扭力。其中，该电流值为电机的电流值。

本发明实施例提供的增稳云台，其电机在转动过程中，电机转动角度的检测是通过非接触式的电磁感应原理实现的，因此，本发明实施例所述的电机驱动模块40还包括磁铁404和磁编码器405，其中，磁编码器405与MCU连接；磁铁404与电机的转子同轴设置，以使电机转子在转动时，带动磁铁一起转动。

具体实现时，磁编码器设置在靠近磁铁的指定距离位置，且其监测方向与磁铁相匹配，并通过电磁感应原理检测电机转动带动磁铁转动时的磁通量的变化，可以在电机带动磁铁转动时，通过磁通量变化计算电机转动的角度信息，并将角度信息发送至MCU；MCU还用于将角度信息发送至云台控制器，以使设置在该增稳云台上的相机始终保持一个稳定的状态。

因此，本发明实施例提供的增稳云台，其电机角度的检测是通过磁编码器实现的，磁编码器的反馈信息，可以直接是数字量，不需要再进行AD转换，且检测精度较高，同时也有助于减少增稳云台控制偏移的问题。

在实际使用时，本发明实施例才用的电机驱动单元，可以包括门驱动单元和MOS驱动单元。

基于上述信息，结合图3所示的增稳云台的结构示意图，本发明实施例提供的增稳云台的实现过程可以包括以下内容：

(1)检测模块用于检测增稳云台的姿态信息和温度参数，并将姿态信息和温度参数传输给云台控制器处理；

(2)云台控制器用于接收检测模块上传的姿态信息和测量到的温度参数，根据温度参数驱动恒温控制模块进行加热，以及停止加热，使得陀螺仪工作在恒定的温度条件下；同时根据收到的姿态信息控制电机驱动模块，驱动电机转动到相应的控制位。

(3)恒温控制模块用于控制陀螺仪工作检测的环境温度，使陀螺仪始终工作在设定的恒定温度下。

(4)电机驱动模块可以是单路电机，两路电机或三路电机，形成单轴，两轴或三轴电机系统；电机驱动模块可以包括MCU、电机驱动单元、磁铁和磁编码器，以及，电流检测装置、门驱动单元和MOS驱动单元(也称为，gate+MOS Driver电路)，电机驱动单元与电机连接，用于驱动电机转动和扭力大小。

(5)MCU接收到云台控制器的电机驱动信号后，可以输出三相PWM信号去控制门驱动单元和MOS驱动单元驱动电机转动，同时电流检测装置检测门驱动单元和MOS驱动单元的驱动电流的大小反馈给MCU，MCU根据反馈的电流大小来控制电机驱动扭力的大小。

(6)磁铁装配到电机的转子上，与转子同轴，电机转动时转子带动磁铁一起转动。

(7)磁编码器用于检测电机转动角度，主要是是通过电磁感应原理实现；固定在磁铁附近，与磁铁保持一定距离，当电机转动带动磁体一起转动时，磁编码器检测到磁铁的磁通量发生变化，通过电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反馈到MCU，MCU最终将此信息通过通讯口传输到云台控制器。

综上所述，本发明实施例提供的增稳云台，主要设计有恒温控制模块，使陀螺仪工作在恒温条件下，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；另外采用非接触是磁编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，大大提供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。

实施例二：

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种增稳云台实现方法，该方法应用于上述实施例一所述的增稳云台，如图4所示的一种增稳云台实现方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S402，检测模块检测增稳云台的姿态信息和温度参数，并将姿态信息和温度参数传输至云台控制器；

步骤S404，云台控制器用于根据温度参数通过恒温控制模块控制检测模块所处环境的温度；

步骤S406，云台控制器还用于根据姿态信息通过电机驱动模块驱动电机转动。

进一步，本发明实施例还提供了一种无人机系统，该无人机系统包括无人机和上述实施例一所述的增稳云台；增稳云台设置在无人机上；

具体实现时，上述增稳云台携带有图像采集设备，如高清摄像机等，用于在无人机飞行时采集指定方位的图像信息。

本发明实施例提供的增稳云台实现方法和无人机系统，与上述实施例提供的增稳云台具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例所提供的增稳云台、增稳云台实现方法及无人机系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面实施例中所述的过程，具体实现可参见前述实施例，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种增稳云台，其特征在于，包括：云台控制器，以及与所述云台控制器连接的检测模块、恒温控制模块和电机驱动模块；

所述检测模块用于检测增稳云台的姿态信息和温度参数，并将所述姿态信息和所述温度参数传输至所述云台控制器；

所述云台控制器用于根据所述温度参数通过所述恒温控制模块控制所述检测模块所处环境的温度；

所述电机驱动模块与电机连接，所述云台控制器还用于根据所述姿态信息通过所述电机驱动模块驱动所述电机转动。

2.根据权利要求1所述的增稳云台，其特征在于，所述检测模块包括陀螺仪、加速度计和温度传感器，所述温度传感器靠近所述陀螺仪设置；

所述陀螺仪和所述加速度计用于检测所述增稳云台的姿态信息；

所述温度传感器用于检测所述检测模块所处环境的温度参数。

3.根据权利要求2所述的增稳云台，其特征在于，所述恒温控制模块包括保温材料层和设置在所述保温材料层内部的加热部件；

所述恒温控制模块用于接收所述云台控制器发送的驱动信号，驱动所述加热部件进行加热或者停止加热，以使所述陀螺仪工作在恒定的温度环境。

4.根据权利要求3所述的增稳云台，其特征在于，所述加热部件包括：恒温驱动电路和加热片；

所述加热片与所述恒温驱动电路连接；所述恒温驱动电路与所述云台控制器连接。

5.根据权利要求1所述的增稳云台，其特征在于，所述电机驱动模块为单路电机驱动模块、两路电机驱动模块，或者三路电机驱动模块。

6.根据权利要求1所述的增稳云台，其特征在于，所述电机驱动模块包括MCU，以及与所述MCU连接的电流检测装置和电机驱动单元；所述电机驱动单元与所述电机连接；

所述MCU用于接收所述云台控制器发送的电机驱动信号，通过所述电机驱动单元驱动所述电机转动，以及接收所述电流检测装置反馈的电流值；根据所述电流值通过所述电机驱动单元控制所述电机的驱动扭力。

7.根据权利要求6所述的增稳云台，其特征在于，所述电机驱动模块还包括磁铁和磁编码器；

所述磁编码器与所述MCU连接；所述磁铁与所述电机的转子同轴设置；

所述磁编码器设置在靠近所述磁铁的指定距离位置，用于在所述电机带动所述磁铁转动时，通过磁通量变化计算所述电机转动的角度信息，并将所述角度信息发送至所述MCU；

所述MCU还用于将所述角度信息发送至所述云台控制器。

8.根据权利要求6所述的增稳云台，其特征在于，所述电机驱动单元包括门驱动单元和MOS驱动单元。

9.一种增稳云台实现方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1～8任一项所述的增稳云台，所述方法包括：

检测模块检测增稳云台的姿态信息和温度参数，并将所述姿态信息和所述温度参数传输至云台控制器；

所述云台控制器用于根据所述温度参数通过恒温控制模块控制所述检测模块所处环境的温度；

所述云台控制器还用于根据所述姿态信息通过电机驱动模块驱动电机转动。

10.一种无人机系统，其特征在于，所述系统包括无人机和权利要求1～8任一项所述的增稳云台；所述增稳云台设置在所述无人机上；

所述增稳云台携带有图像采集设备，用于在所述无人机飞行时采集指定方位的图像信息。