CN108513637B - 云台及云台控制方法 - Google Patents

Abstract

一种云台及云台控制方法。本发明的云台，用于支撑负载(5)，所述云台包括至少三个可转动连接的驱动轴组件，每个所述驱动轴组件包括驱动元件和由所述驱动元件驱动的关节臂，所述关节臂可在所述驱动元件的驱动下相对转动，所述云台还包括控制器(4)，所述控制器(4)用于在所述云台转动的过程中，控制所述云台以限制所述至少一个驱动轴组件的转动。本发明能够在云台进行高低机位切换等大幅度转动时，保证云台的转动顺畅。

Description

云台及云台控制方法

技术领域

本发明涉及云台领域，尤其涉及一种云台及云台控制方法。

背景技术

在人工进行摄影摄像时，为了保持摄像机或照相机等摄像设备的稳定，通常会使用云台来固定摄像设备，使人在手持并移动云台时，仍能保持摄像设备的稳定。

目前，为了适应不同的摄影场景需求，摄像设备通常会有高低机位的变化。为了适应高低不同两种机位，现有的云台可以具有倒置模式。例如，在现有的一种云台中，当位于一般的悬挂机位时，云台上的摄影设备为正立姿态，且位于云台下方；而切换为高机位时，将云台的手持杆沿俯仰轴倒转180°角，从而使摄影设备改为位于云台上方，同时摄影设备的姿态会变为倒立姿态。

然而，当现有的云台改为倒置模式时，摄影设备中所拍摄的画面会上下颠倒，需要软件进行后期调整才能将画面恢复为正立的姿态。此外，云台在倒转过程中，可能出现由于关节角死锁导致的疯转问题。

发明内容

本发明提供一种云台及云台控制方法，保证云台顺利翻转。

第一方面，本发明提供一种云台，用于支撑负载，云台包括至少三个可转动连接的驱动轴组件，每个驱动轴组件包括驱动元件和由驱动元件驱动的关节臂，关节臂可在驱动元件的驱动下相对转动，云台还包括控制器，控制器用于在云台转动的过程中，控制云台以限制至少一个驱动轴组件的转动。

第二方面，本发明提供一种云台控制方法，其中云台用于支撑负载，云台包括至少三个可转动连接的驱动轴组件，每个驱动轴组件包括驱动元件和由驱动元件驱动的关节臂，关节臂可在驱动元件的驱动下相对转动，该方法包括：检测云台的转动状态；根据转动状态控制云台以限制至少一个驱动轴组件的转动。

本发明的云台及云台控制方法，云台用于支撑负载，云台包括至少三个可转动连接的驱动轴组件，每个驱动轴组件包括驱动元件和由驱动元件驱动的关节臂，关节臂可在驱动元件的驱动下相对转动，云台还包括控制器，控制器用于在云台转动的过程中，控制云台以限制至少一个驱动轴组件的转动。这样云台在进行较大范围的姿态调整，例如使负载的位置从位于云台下方的便携悬挂状态，调整至位于云台上方的上下倒置状态时，能够保持正常转动，并避免在转动过程中因关节角死锁而导致的疯转的现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种云台的外形示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种云台的结构示意图；

图3是图1中的云台的转动示意图；

图4a是图3中的云台在初始位置的示意图；

图4b是图3中的云台在转动过程中的位置示意图；

图4c是图3中的云台转动完成时的位置示意图；

图5是本发明实施例一提供的另一种云台的结构示意图；

图6是本发明实施例二提供的一种云台控制方法的流程示意图；

图7是本发明实施例二提供的云台控制方法中一种控制云台以限制偏航轴组件的驱动元件的转动的流程示意图；

图8是本发明实施例二提供的云台控制方法中另一种控制云台以限制偏航轴组件的驱动元件的转动的流程示意图；

图9是本发明实施例二提供的云台控制方法中第三种控制云台以限制偏航轴组件的驱动元件的转动的流程示意图；

图10是本发明实施例二提供的云台控制方法中另一种限制偏航轴组件的驱动元件的转动的流程示意图。

附图标记说明：

1—偏航轴组件；

2—横滚轴组件；

3—俯仰轴组件；

11—驱动元件

13—关节臂

4—控制器；

5—负载；

6—把手组件；

15、51—惯性测量单元；

17、21—角度传感器；

61—支撑杆；

62—握持杆；

63—提手。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作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。

图1是本发明实施例一提供的一种云台的外形示意图。图2是本发明实施例一提供的一种云台的结构示意图。如图1和图2所示，本实施例提供的云台，用于支撑负载5，云台包括至少三个可转动连接的驱动轴组件，每个驱动轴组件包括驱动元件和由驱动元件驱动的关节臂，关节臂可在驱动元件的驱动下相对转动，云台还包括控制器4，控制器4用于在云台转动的过程中，控制云台以限制至少一个驱动轴组件的转动。

其中，云台所支撑的负载5一般可以为摄像设备或者其它如扫描仪、测绘仪等需要利用云台稳定其姿态的设备。由于摄像设备等负载在移动和工作时，需要保证较为稳定的姿态，同时可以自由进行水平或者俯仰角度的调节，所以负载5一般可设置在云台上，并利用云台进行运动和位移的补偿，确保负载5始终维持正常的工作姿态。云台一般包括有至少三个可转动连接的驱动轴组件，驱动轴组件中的关节臂可由驱动元件所驱动，并绕转轴产生相对转动，从而可改变相邻两个驱动轴组件的相对位置和相对角度。因此，可以通过设置各个驱动轴组件的转轴方向，以使驱动轴组件在产生相对转动时，对云台各个方向上的姿态进行调整。

由于负载5在工作时，可能需要大幅调整云台各元件与负载5之间的相对位置，例如将负载5由位于云台底端的位置调整至位于云台顶端的位置，此时，驱动轴组件的转动角度较大。而如果云台的驱动轴组件中，存在一个驱动轴组件的转动轴线与另一驱动轴组件的转动轴线重合或者接近重合，即驱动轴组件的驱动元件的关节角接近或达到90度时，则会造成云台无法准确判定驱动轴组件的运动姿态和运动趋势，导致驱动轴组件产生无法转动或者出现不受控转动的现象，即产生万向节死锁的问题，此时云台可能出现疯转。因此，云台上还包括有控制器4，控制器4用于在云台的转动过程中，控制云台各个驱动轴组件的转动，以限制各驱动轴组件中至少一个驱动轴组件的转动，从而使驱动轴组件在云台进行较大范围的姿态调整时，能够保持正常转动，并避免驱动轴组件出现不受控转动的现象，从而保证对于负载5的运动和姿态补偿，使负载5始终保持正常工作的姿态和位置。

其中，作为可选的方式，云台所支撑的负载5上设置有惯性测量单元51。惯性测量单元51可以提供负载5当前的转动角度和位置，从而使控制器4能够针对惯性测量单元51所检测的转动角度和位置，对各个驱动轴组件进行稳定，以保证负载的姿态和位置不变。此外，控制器4也可以通过其它测量装置对负载当前的姿态和位置进行控制。

为了使控制器4对驱动轴组件进行控制，云台一般还包括电子调速器(图中未示出)，电子调速器与控制器4及驱动轴组件中的驱动元件相连，控制器4通过电子调速器控制驱动元件的工作，例如驱动元件的转动角度和转动速度等。其中，驱动元件一般可以为电机等。

一般的，为了使云台进行全方向的转动，云台包括三个驱动轴组件，分别为偏航轴组件1、横滚轴组件2及俯仰轴组件3。其中，偏航轴组件1能够在偏航轴(Yaw轴)上进行转动，而横滚轴组件2能够在横滚轴(Roll轴)上转动，俯仰轴组件3能够在俯仰轴(Pitch轴)上实现转动。这样三个驱动轴组件可分别在相互正交的三个轴线方向实现转动，以实现云台的水平转动、横滚以及俯仰操作，并保证云台上的负载5可朝向各个不同的方向。

相应的，为了实现云台在各方向上的转动，偏航轴组件1、横滚轴组件2和俯仰轴组件3依次可转动地连接，具体的，本实施例的云台中，偏航轴组件1的驱动元件11位于云台的顶部位置，而横滚轴组件2与偏航轴组件1连接，俯仰轴组件3再和横滚轴组件2连接，且负载5由俯仰轴组件3的关节臂支撑，而偏航轴上一般可设置有手持杆或者用于固定的固定装置。此时，为了适应云台的大范围转动，控制器4可用于在云台转动的过程中，控制云台以限制偏航轴组件1的驱动元件11的转动。当偏航轴组件1的驱动元件11被限制时，云台此时从原先由偏航轴组件1、横滚轴组件2和俯仰轴组件3所组成的三轴云台暂时性地转换成为了只有横滚轴组件2与俯仰轴组件3能转动的两轴云台，控制器4依照两轴模式对云台进行控制。由于在两轴云台的工作模式中，横滚轴组件2和俯仰轴组件3只能够绕着两个轴线进行转动，因而不会产生转轴重合，即可避免由于万向节死锁而导致的不受控转动问题，从而保证云台的正常转动。

需要说明的是，本实施例中的云台中，负载5由俯仰轴组件3的关节臂支撑，而在云台转动过程中，也是以控制器4限制距离负载最远的偏航轴组件1中驱动元件11的转动为例进行说明。而可以理解的是，也可以根据云台结构或者实际需求的不同，而使控制器4限制俯仰轴组件3中驱动元件的转动，其具体的实现过程和上述限制偏航轴组件1转动时类似，此处不再赘述。

进一步的，作为一种可选的实施方式，当云台暂时性的工作在两轴云台的模式下时，控制器可用于在云台转动的过程中，当支撑负载的俯仰轴组件3旋转至偏航轴组件1的驱动元件11的上方时，控制横滚轴组件2相对偏航轴组件1转动，以将俯仰轴组件3上的负载5的位置调节为正向。

具体的，以对云台进行姿态调整，使负载5由位于云台下方的位置调整至位于云台上方的位置为例进行说明，即以云台从悬挂状态调整到倒立姿态为例进行说明。此时，负载5可以为摄像设备，例如摄像机或者照相机等。而用户可以通过手持等方式，将负载5的位置从位于云台下方的便携悬挂状态，调整至位于云台上方的上下倒置状态，也就是使负载5进行高低机位切换。图3是图1中的云台的转动示意图。如图1至图3所示，具体的，用户可以手持云台以绕横滚轴进行翻滚，从而改变负载5相对于云台的上下位置。此时，由于俯仰轴组件3直接支撑着负载5，所以俯仰轴组件3也会随之移动，并旋转至偏航轴组件1的驱动元件11的上方。具体的，图4a是图3中的云台在初始位置的示意图。图4b是图3中的云台在转动过程中的位置示意图。图4c是图3中的云台转动完成时的位置示意图。在初始的便携悬挂状态时，负载5位于云台下方，且负载5是正向位置，如图4a所示，为了使负载5从便携悬挂状态变为上下倒置状态，可以通过手持等方式绕横滚轴旋转整个云台；当负载5旋转至驱动轴组件的驱动元件的关节角接近或到达90度时，为了避免在关节角呈90度时发生万向节死锁现象，使云台产生不可控旋转，会限制偏航轴组件1的运动，而通过另外两个驱动轴组件对负载的位置进行补偿和调整，使云台能够正常保持负载5的正向位置，如图4b所示；而当云台绕横滚轴旋转完成，则负载5的位置变为位于云台上方，且负载5在云台的运动补偿下仍然处于正向状态，如图4c所示。此处所述负载5的位置处于云台上方，可为负载5的高度大于所述偏航轴组件1的驱动元件11的高度。

具体地址，在此时，为了控制负载5的位置和姿态，控制器4可控制横滚轴组件2相对于偏航轴组件产生转动，从而将俯仰轴组件3所支撑的负载5的位置调节为正向位置。其中，负载5的正向位置即为负载5在正常工作状态下的位置和姿态。由于横滚轴组件2相对于偏航轴组件发生转动，因而当负载5绕着横滚轴转动时，横滚轴组件2能够对负载5的转动进行适应性的补偿，始终让负载5维持在正向位置。例如当负载5为摄像设备时，通过横滚轴组件2的转动，使摄像设备维持在正向位置上，则摄像设备能够保证直接拍摄到正立的影像画面，而不用再进行后期的图像倒置处理。

其中，可选的，偏航轴组件1相对于横滚轴组件2的旋转角度一般大于或等于360度。以保证负载5能够顺利从位于云台下方的便携悬挂位置转动至位于云台上方的上下倒置位置。

其中，用于限制云台中的偏航轴组件1的转动的方式可以有多种，例如可以云台可以包括锁定结构(图未示)，控制器4若检测到所述锁定结构为锁定状态，关闭所述驱动元件11，以实现限制所述偏航轴组件1的转动并依照两轴模式控制所述云台。或者是利用控制器4独立地对偏航轴组件1进行运动补偿和控制，以将其维持在稳定不动的位置。

作为一种可选的实施方式，云台可以包括锁定结构，云台开始转动时，通过所述锁定结构锁定所述偏航轴组件1的关节臂13在驱动元件11的驱动下的转动或者锁定所述驱动元件11使其无法转动。此时，控制器4获取到所述锁定结构的锁定状态，控制所述驱动元件11关闭，避免驱动元件11发生堵转，并依照两轴模式控制所述云台，调整控制逻辑以及控制方式。

其中，锁定结构可以为机械式锁定装置或电控式锁定结构等，并可由用户进行手动锁定操作，或者在云台转动前或者云台转动开始时触发。这样在云台转动开始时，锁定结构就会锁定所述偏航轴组件1的关节臂13在驱动元件11的驱动下的转动，控制器4获取到所述锁定结构的锁定状态，控制所述驱动元件11关闭，从而达到通过控制器4限制所述偏航轴组件1的驱动元件11转动的目的。而当用户通过手持等方式，将负载5的位置从位于云台下方的便携悬挂状态，调整至位于云台上方的上下倒置状态时，偏航轴组件1的转动都会被限制，而不再跟随负载5的相对位置进行运动补偿，而只由横滚轴组件2与俯仰轴组件3进行转动而对负载5的运动补偿，使负载5在用户的转动过程中始终保持正向状态。其中，机械式锁定装置可以为锁定销、卡扣等常用的锁定结构，电控式锁定结构可以为通过控制按键及由控制按键控制的卡位、卡扣、锁定元件等，此处不再赘述。

具体的，当控制器4限制偏航轴组件1的驱动元件11的转动时，可以直接控制偏航轴组件1中的驱动元件11停止转动并依照两轴模式控制所述云台，此时，云台工作在仅有横滚轴组件2和俯仰轴组件3的两轴云台的模式下，不会产生万向节死锁的问题。

此外，可以省略所述锁定结构，所述控制器4还可以直接接受用户的输入指令，以控制所述偏航轴组件1的驱动元件11停止转动并切换到两轴控制模式。

所述偏航轴组件1还包括角度传感器17(图未示)，用于检测所述偏航轴组件1的驱动元件11的转动角度。角度传感器17，可以为角度编码器、霍尔传感器或者电位计等接触式或者非接触式的传感器，此处不再赘述。

进一步的，当云台转动结束后或负载5旋转至所述偏航轴组件1的驱动元件11的正上方后，若需要恢复三轴控制模式，则解除对所述偏航轴组件1的驱动元件11的转动限制，如打开所述锁定结构对所述偏航轴组件的锁定。此时，所述控制器4若通过角度传感器17获取到偏航轴组件1的驱动元件11的转动角度大于或等于预定角度，则恢复对偏航轴组件1的控制，按照三轴模式控制所述云台。

具体的，当负载5旋转至偏航轴组件1的驱动元件11的正上方后，即处于上下倒置状态。如果需要使用三轴模式，则解除对所述偏航轴组件1的驱动元件11的转动限制，具体地，接触锁定结构对偏航轴组件1的锁定。此时，若负载5相对于偏航轴组件1的驱动元件11的正上方偏离预定角度，控制器4会通过角度传感器17获取该转动角度，并开启所述偏航轴组件1的驱动元件11，并依照三轴模式控制所述云台。其中，预定角度一般可以为5度，即负载5如果相对于偏航轴组件1的驱动元件11的正上方朝向任意方向偏离了5度，控制器4即可解除对偏航轴组件1的转动限制，并恢复至三轴云台的工作状态。具体的，解锁所述锁定结构，可以通过人工手动方式操作，。

此外，也可在云台运动至倒置模式，且负载5已经转动至正立姿态时，手动解除对偏航轴组件1的锁定。

上述控制器4通过锁定结构对偏航轴组件1的转动进行限制，并在云台转动开始时就控制云台，以限制偏航轴组件1的驱动元件11的转动的方式，能够通过人工手动方式或者控制器触发的方式来限制偏航轴组件1中驱动元件11的转动，限制方式简单可靠，且便于实现。

图5是本发明实施例一提供的另一种云台的结构示意图。如图1、图3、图4a、图4b和图4c所示，作为另一种可选的实施方式，控制器4可以独立地对偏航轴组件1进行控制，使云台中的横滚轴组件2与俯仰轴组件3在为避免万向节死锁问题而工作在两轴云台的模式时，偏航轴组件1也得到独立的控制，从而让云台能够对负载5的转动进行运动补偿，使其始终维持在正向位置。

此时，在负载5绕着横滚轴由云台下方转动至云台上方的过程中，可以在云台的驱动轴组件中驱动元件的关节角接近会产生万向节死锁的范围时，才对其进行限制，而在关节角为其它角度时，云台的三个驱动轴组件仍然保持在正常的工作状态下，而不是一直限制驱动轴组件的转动。由于负载5转动的过程中，横滚轴组件2的驱动元件的转动角度较大，且会达到180度左右，而其余驱动轴组件的转动角度较小，所以只需对驱动轴组件中横滚轴组件2的关节角进行检测即可。这样，横滚轴组件2还包括角度传感器21，控制器4用于获取横滚轴组件2的角度传感器21所测得的横滚轴组件2中驱动元件的关节角，并当关节角位于预设阈值区间时，控制云台以限制偏航轴组件1的驱动元件11的转动。

需要说明的是，在负载5由位于云台下方的便携悬挂状态绕横滚轴旋转至位于云台上方的上下倒置状态时，负载5的旋转角度通常会超过180度。为了适应负载5在横滚轴上的大范围旋转，横滚轴组件2上的限位装置或限位结构也应相应改变或取消，从而使偏航轴组件1相对横滚轴组件2的转动角度大于或等于360度。

具体的，横滚轴组件2具有一个独立的角度传感器21，该角度传感器21能够获取横滚轴组件2中驱动元件的关节角，并使控制器4根据该关节角来限制偏航轴组件1中驱动元件11的转动。当角度传感器21所检测到的关节角位于预设的阈值范围内时，则说明驱动轴组件转动到了可能发生万向节死锁的角度范围内，此时可限制偏航轴组件1的驱动元件11的转动以避免出现驱动轴组件产生不转动或者转动不可控的问题，且此时控制器4依照两轴模式控制云台的运动；而当关节角位于该预设范围外时，则可使所有驱动轴组件均正常工作，控制器4恢复对偏航轴组件1的正常控制，并依照三轴模式控制云台的运动，以对负载5的位置形成较好的控制和补偿。

其中，用于获取横滚轴组件2中驱动元件的关节角的角度传感器21，可以为角度编码器、霍尔传感器或者电位计等接触式或者非接触式的传感器，此处不再赘述。

可选的，由于云台在转动时，如果驱动轴组件的转动角度达到90度时，就易出现万向节死锁的现象，所以预设阈值范围包括有90度角。一般的，可以根据驱动轴组件的实际结构特性而设置大小不一的预设阈值范围，只要该预设阈值范围包括90度角即可。

优选的，预设阈值可以为70度至110度。当横滚轴组件2中驱动元件转动到关节角到达该预设阈值的范围内时，控制器4即可控制云台以限制俯仰轴组件3的驱动元件的转动，依照两轴模式控制云台。

进一步的，预设阈值的允许偏差为±5度，即可以根据驱动轴组件的实际结构或者用户的需求而对使预设阈值的角度值上下浮动5度，从而使用不同的结构和应用场景。

而相应的，当检测到横滚轴组件2中驱动元件的关节角位于预设阈值范围内，需要限制偏航轴组件1的驱动元件11的转动时，可以利用惯性测量元件等对偏航轴组件进行独立的伺服控制，使偏航轴组件独立地对负载的运动进行补偿。具体的，偏航轴组件1中还可以包括惯性测量单元15，惯性测量单元15能够利用惯性原理测量偏航轴的角度和加速度，从而可用于实时获取偏航轴组件1的姿态并反馈给控制器4。其中，惯性测量单元15一般设置于偏航轴组件1的驱动元件11上。

此时，云台中的偏航轴组件1依靠独立设置的惯性测量单元15而进行姿态的获取和控制，而横滚轴组件2与俯仰轴组件3则通过云台原先的控制系统进行运动补偿和姿态控制，从而使控制器4能够分别对偏航轴组件1以及其它两个驱动轴组件进行独立控制，从而保持负载5在转动时始终位于正立位置。

其中，可选的，惯性测量单元15可以与控制器4及偏航轴组件1的驱动元件11共同形成闭环控制系统，闭环控制系统用于实时调整偏航轴组件1相对其他元件的转动。具体的，闭环控制系统中，惯性测量单元15所检测到的角度可以形成反馈量并发送给控制器4，以使控制器4对偏航轴组件1中驱动元件11的转动角度进行闭环控制。

进一步的，在闭环系统中，控制器4可根据惯性测量单元15的反馈实时调整偏航轴组件1的驱动元件11，以使偏航轴组件1的驱动元件11保持稳定，并维持在相应的角度和姿态。

通过设置惯性测量单元15，能够对偏航轴组件1的驱动元件11的转动角度进行检测，并根据检测结果对驱动轴组件的转动进行实时控制，以使云台在负载5的转动过程中，达到良好的运动补偿和姿态稳定性能。

为了方便的对云台进行握持，云台还包括把手组件6，把手组件6通过偏航轴组件1的驱动元件11与偏航轴组件1可转动地连接。用户可以通过握持把手组件6而对云台进行拿取。

进一步的，为了便于单手或者双手的拿取，把手组件6通常可包括支撑杆61、设置于支撑杆61两端的握持杆62以及设置于支撑杆61中部的提手63，提手63位于靠近偏航轴组件1的驱动元件11的位置。用户在握持云台时，既可以两只手分别握持在握持杆62上，也可以单手提起提手63，以实现对云台的握持操控。

可以理解的是，本实施例中，是以控制器4限制云台中的一个驱动轴组件的转动进行说明，而实际上，也可以通过限制云台的三个驱动轴组件中的其中两个驱动轴组件的转动，以避免驱动轴组件产生不受控转动的问题。而限制云台中两个驱动轴组件的转动的方式，和上述限制一个驱动轴组件的转动的方式类似，此处不再赘述。

本实施例中，云台用于支撑负载，云台包括至少三个可转动连接的驱动轴组件，每个驱动轴组件包括驱动元件和由驱动元件驱动的关节臂，关节臂可在驱动元件的驱动下相对转动，云台还包括控制器，控制器用于在云台转动的过程中，控制云台以限制至少一个驱动轴组件的转动，并控制云台依照不同模式进行运动。这样云台在进行较大范围的姿态调整，例如使负载的位置从位于云台下方的便携悬挂状态，调整至位于云台上方的上下倒置状态时，能够保持正常转动，并避免驱动轴组件出现不受控转动的现象，以使负载保持在正向姿态和位置。

图6是本发明实施例二提供的一种云台控制方法的流程示意图。本实施例提供的云台控制方法，能够应用在前述实施例一中的云台上，以在云台上的负载进行大幅度转动时，让云台能够正常进行工作。如图6所示，本实施例提供的云台控制方法具体可以包括如下步骤：

S101、检测云台的转动状态。

其中，云台可用于支撑负载，负载一般可以为摄像设备或者其它需要利用云台稳定其姿态的设备。为了适应不同的工作场合，用户可以通过手持等方式，将负载的位置从位于云台下方的便携悬挂状态，调整至位于云台上方的上下倒置状态。而为了适应负载的大幅转动，需要对云台的转动状态进行检测，以使控制器根据云台的转动状态，选择相应的控制策略对云台上各个驱动轴组件的转动进行控制。其中，云台的转动状态可以是云台是否在转动过程中，以及云台的实时姿态等。

S102、根据转动状态控制云台以限制至少一个驱动轴组件的转动。

获知云台的转动状态后，控制器即可根据转动状态控制云台中各个驱动轴组件的转动，并限制其中至少一个驱动轴组件的转动。其中，由于负载在进行大角度转动时，云台的驱动轴组件中，可能存在一个驱动轴组件的转动轴线与另一驱动轴组件的转动轴线重合或者接近重合，即驱动轴组件的驱动元件的关节角接近或达到90度的情况，此时云台由于无法准确判定驱动轴组件的运动姿态和运动趋势，导致驱动轴组件产生无法转动或者出现不受控转动的现象。因而，云台上的控制器需要根据云台的转动状态控制云台各个驱动轴组件的转动，以限制各驱动轴组件中至少一个驱动轴组件的转动，从而让云台在进行较大范围的姿态调整时保持正常转动，避免驱动轴组件出现不受控转动的现象。

具体的，由于云台一般包括有偏航轴组件、横滚轴组件及俯仰轴组件，且在前述实施例一的云台中，偏航轴组件、横滚轴组件和俯仰轴组件依次可转动地连接，负载由俯仰轴组件的关节臂支撑。因而相应的，在云台的转动过程中，根据转动状态控制云台以限制至少一个驱动轴组件的转动的步骤具体可包括在云台转动的过程中，控制云台以限制偏航轴组件的驱动元件的转动。

当负载的位置从位于云台下方的便携悬挂状态，调整至位于云台上方的上下倒置状态时，负载可以绕着横滚轴进行转动。此时，横滚轴组件的转动角度会接近或者超过180度角。为避免横滚轴组件中驱动元件的关节角在达到90度角时的万向节锁死现象，可以限制偏航轴组件的转动，并依照两轴模式控制云台的运动。当偏航轴组件的驱动元件被限制时，云台从原先由偏航轴组件、横滚轴组件和俯仰轴组件所组成的三轴云台而变成了只有横滚轴组件与俯仰轴组件能转动的两轴云台。由于在两轴云台的工作模式中，横滚轴组件和俯仰轴组件只能够绕着两个轴线进行转动，因而不会产生转轴重合，即可避免由于万向节死锁而导致的不受控转动问题，从而保证云台的正常转动。

其中，用于限制云台中的偏航轴组件的转动的方式可以有多种，例如可以通过在控制器上设置锁定结构，以对偏航轴组件的关节臂或者驱动元件进行机械锁定；或者是利用控制器，独立地对偏航轴组件进行运动补偿和控制，以将其维持在稳定不动的位置。

图7是本发明实施例二提供的云台控制方法中一种控制云台以限制偏航轴组件的驱动元件的转动的流程示意图。如图7所示，当利用物理锁定结构对偏航轴组件进行机械锁定时，控制云台以限制偏航轴组件的驱动元件的转动的步骤，具体还可以包括如下步骤：

S201、限制偏航轴组件的驱动元件的转动。

在利用锁定结构对偏航轴组件的驱动元件进行机械锁定时，可以通过用户进行手动锁定，或者让控制器触发锁定结构，以进行自动锁定，从而限制偏航轴组件的驱动元件的转动。其中，锁定结构的各种可能结构和形式已在前述实施例一中进行了详细说明，此处不再赘述。

具体的，为了保证对偏航轴组件的限制，该步骤具体可以包括在云台转动开始时，控制云台以限制偏航轴组件的驱动元件的转动。这样在云台转动开始时，控制器中的锁定结构就会对偏航轴组件的驱动元件进行锁定，从而限制偏航轴组件的驱动元件的转动，控制方式较为简单可靠。

可选的，当限制偏航轴组件的驱动元件的转动时，可以直接控制偏航轴组件中的驱动元件停止转动。

S202、控制横滚轴组件和俯仰轴组件的转动。

由于偏航轴组件的转动得到了限制，因而控制器可以采用两轴云台的工作模式，对横滚轴组件和俯仰轴组件的转动进行控制，保证负载转动时，云台也可以正常转动，以对负载的转动进行补偿，以保证负载的姿态不变。

其中，图8是本发明实施例二提供的云台控制方法中另一种控制云台以限制偏航轴组件的驱动元件的转动的流程示意图。如图8所示，在步骤S201之后，可选的，控制横滚轴组件和俯仰轴组件的转动的步骤具体可以为：

S2021、在当支撑负载的俯仰轴组件旋转至偏航轴组件的驱动元件的上方时，控制横滚轴组件相对偏航轴组件转动，以将俯仰轴组件上的负载的位置调节为正向。

其中，用户改变负载的位置时，为了控制负载的位置和姿态，控制器可控制横滚轴组件相对于偏航轴组件产生转动，从而将俯仰轴组件所支撑的负载的位置调节为正向位置。负载的正向位置即为负载在正常工作状态下的位置和姿态。由于横滚轴组件相对于偏航轴产生有转动，因而当负载绕着横滚轴转动时，横滚轴组件能够对负载的转动进行适应性的补偿，始终让负载维持在正向位置。例如当负载为摄像设备时，通过横滚轴组件的转动，能够保证摄像设备能够拍摄到正立的影像画面。

图9是本发明实施例二提供的云台控制方法中第三种控制云台以限制偏航轴组件的驱动元件的转动的流程示意图。如图9所示，在上述S201和S2021步骤之后，该方法还可以包括如下步骤：

S203、解除锁定结构对偏航轴组件的锁定，且若检测到负载相对偏航轴组件的驱动元件的正上方偏离预定角度，则控制云台以三轴模式控制所述云台。

具体的，当负载旋转至偏航轴组件的驱动元件的正上方后，或在转动结束后，若需要恢复三轴控制模式，则解除对所述偏航轴组件的驱动元件的转动限制，如打开所述锁定结构对所述偏航轴组件的锁定。此时，所述控制器若通过角度传感器获取到偏航轴组件的驱动元件的转动角度大于或等于预定角度，则恢复对偏航轴组件的控制，按照三轴模式控制所述云台。

其中，预定角度一般为5度。当负载相对于偏航轴组件的驱动元件的正上方朝向任何方向偏离达到5度时，控制器即可控制云台，以接触对偏航轴组件的驱动元件的转动限制。

利用锁定结构对偏航轴组件的转动进行限制，在云台转动开始时就限制偏航轴组件的驱动元件的转动的方式，能够通过人工手动方式或者控制器触发的方式来限制偏航轴组件中驱动元件的转动，限制方式简单可靠，且便于实现。

此外，作为另一种可选的实施方式，还可以通过设置角度传感器等来检测云台的运动状态。和前述在云台转动开始时就限制偏航轴组件的驱动元件转动的方式相比，本实施方式可以对云台运动时的转动角度进行实时检测。具体的，检测云台的转动状态的步骤，具体可以包括利用横滚轴组件中的角度传感器检测横滚轴组件的驱动元件的关节角。而相应的，云台转动的过程中，控制云台以限制偏航轴组件的驱动元件的转动的步骤，具体可以包括：

当关节角位于预设阈值区间时，控制云台以限制偏航轴组件的驱动元件的转动。

其中，横滚轴组件可以具有一个独立的角度传感器，该角度传感器能够获取横滚轴组件中驱动元件的关节角，并使控制器根据该关节角来限制偏航轴组件中驱动元件的转动。当角度传感器所检测到的关节角位于预设的阈值范围内时，则说明驱动轴组件转动到了可能发生万向节死锁的角度范围内，此时可限制偏航轴组件的驱动元件的转动以避免出现驱动轴组件产生不转动或者转动不可控的问题，且此时控制器依照两轴模式控制云台的运动；而当关节角位于该预设范围外时，则可使所有驱动轴组件均正常工作，控制器恢复对偏航轴组件的正常控制，并依照三轴模式控制云台的运动，以对负载的位置形成较好的控制和补偿。用于获取横滚轴组件中驱动元件的关节角的角度传感器，可以为角度编码器、霍尔传感器或者电位计等接触式或者非接触式的传感器等。

可选的，由于云台在转动时，如果驱动轴组件的转动角度达到90度时，就会出现万向节死锁的现象，所以预设阈值范围一般包括有90度角。

可选的，预设阈值区间为70度-110度。当横滚轴组件中驱动元件的关节角位于该预设阈值区间内时，则限制偏航轴组件的驱动元件的转动，以避免出现万向节死锁问题。

此外可选的，预设阈值的允许偏差为±5度。这样可以根据具体的驱动轴组件结构以及使用场景而进行调整。

此外，和前述图7所示的步骤类似，当通过横滚轴组件中的角度传感器检测横滚轴组件的驱动元件的关节角后，在控制云台以限制偏航轴组件的驱动元件的转动时，该步骤也可以包括限制偏航轴组件的驱动元件的转动，并控制横滚轴组件和俯仰轴组件的转动等分步骤。

其中，在步骤S201之后，控制横滚轴组件和俯仰轴组件的转动的步骤具体可以为：在当支撑负载的俯仰轴组件旋转至偏航轴组件的驱动元件的上方时，控制横滚轴组件相对偏航轴组件转动，以将俯仰轴组件上的负载的位置调节为正向。其具体步骤和前述图8所示的步骤类似，此处不再赘述。

进一步的，图10是本发明实施例二提供的云台控制方法中另一种限制偏航轴组件的驱动元件的转动的流程示意图。如图10所示，限制偏航轴组件的驱动元件的转动的步骤具体可以包括：

S301、通过偏航轴组件中的惯性测量单元实时获取偏航轴组件的姿态。

具体的，独立设置于偏航轴组件上的惯性测量单元能够利用惯性原理测量偏航轴的角度和加速度，从而可用于实时获取偏航轴组件的姿态并反馈给控制器。其中，惯性测量单元一般设置于偏航轴组件的驱动元件上。

S302、通过偏航轴组件的姿态对偏航轴组件进行闭环控制，以实时调整偏航轴组件相对其他元件的转动。

此时，云台中的偏航轴组件依靠独立设置的惯性测量单元而进行姿态的获取和控制，而横滚轴组件与俯仰轴组件则通过负载上的惯性测量单元或者其它的控制系统进行运动补偿和姿态控制，从而使控制器能够分别对偏航轴组件以及其它两个驱动轴组件进行独立控制，且此时控制器4依照两轴模式控制云台的运动，从而保持负载在转动时始终位于正立位置。而控制器、偏航轴组件和惯性测量单元共同组成用于进行闭环控制的闭环系统。

可选的，步骤S302具体可以包括：根据惯性测量单元的反馈实时调整偏航轴组件的驱动元件，以使偏航轴组件的驱动元件保持稳定。这样惯性测量单元能够为闭环控制系统提供反馈量，以对偏航轴组件的驱动元件的转动角度进行补偿，让偏航轴组件的驱动元件保持稳定。

通过设置惯性测量单元，能够对偏航轴组件的驱动元件的转动角度进行检测，并根据检测结果对驱动轴组件的转动进行实时控制，以使云台在负载的转动过程中，达到良好的运动补偿和姿态稳定性能。

本实施例中，云台控制方法具体可以包括如下步骤：检测云台的转动状态，再根据转动状态控制云台以限制至少一个驱动轴组件的转动。这样云台在进行较大范围的姿态调整，例如使负载的位置从位于云台下方的便携悬挂状态，调整至位于云台上方的上下倒置状态时，能够保持正常转动，并避免驱动轴组件出现不受控转动的现象，以使负载保持在正立姿态和位置。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、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 (39)

1.一种云台，用于支撑负载，所述云台包括三个可转动连接的驱动轴组件，每个所述驱动轴组件包括驱动元件和由所述驱动元件驱动的关节臂，所述关节臂可在所述驱动元件的驱动下相对转动，三个所述驱动轴组件分别为偏航轴组件、横滚轴组件及俯仰轴组件，所述偏航轴组件、所述横滚轴组件和所述俯仰轴组件依次可转动地连接，所述负载由所述俯仰轴组件的关节臂支撑，其特征在于，

所述云台还包括控制器，所述控制器用于在所述云台转动的过程中，控制所述云台以限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动；

所述横滚轴组件还包括角度传感器，所述控制器用于获取所述横滚轴组件的角度传感器所测得的横滚轴组件中驱动元件的关节角，并当所述关节角位于预设阈值区间时，控制所述云台以限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动，并依照两轴模式控制所述云台。

2.根据权利要求1所述的云台，其特征在于，所述控制器用于在所述云台转动的过程中，当所述支撑负载的俯仰轴组件旋转至所述偏航轴组件的驱动元件的上方时，控制所述横滚轴组件相对所述偏航轴组件转动，以将所述俯仰轴组件上的负载的位置调节为正向位置，其中所述正向位置为所述负载在正常工作状态下的位置和姿态。

3.根据权利要求2所述的云台，其特征在于，所述控制器用于在所述云台转动开始时，控制所述云台以限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动。

4.根据权利要求3所述的云台，其特征在于，所述云台还包括锁定结构，所述锁定结构用于锁定所述偏航轴组件的关节臂在驱动元件的驱动下的转动，所述控制器检测到所述锁定结构锁定了所述偏航轴组件的关节臂处于被锁定状态时，关闭所述偏航轴组件的驱动元件并依照两轴模式控制所述云台。

5.根据权利要求3所述的云台，其特征在于，所述控制器还用于在所述云台旋转结束后，解除对所述偏航轴组件的驱动元件的转动限制。

6.根据权利要求5所述的云台，其特征在于，所述控制器用于在所述负载旋转至所述偏航轴组件的驱动元件的正上方后，解除对所述偏航轴组件的驱动元件的转动限制。

7.根据权利要求5或6所述的云台，其特征在于，所述偏航轴组件还包括角度传感器，所述角度传感器用于检测所述偏航轴组件的驱动元件的转动角度，在解除对所述偏航轴组件的驱动元件的转动限制之后，所述控制器若获取到角度传感器的检测角度大于或等于预定角度，则按照三轴模式控制所述云台。

8.根据权利要求7所述的云台，其特征在于，所述预定角度为5度。

9.根据权利要求3所述的云台，其特征在于，所述控制器控制所述偏航轴组件的驱动元件停止转动。

10.根据权利要求1所述的云台，其特征在于，所述预设阈值为70度-110度。

11.根据权利要求10所述的云台，其特征在于，所述预设阈值的允许偏差为±5度。

12.根据权利要求1所述的云台，其特征在于，所述偏航轴组件还包括惯性测量单元，所述惯性测量单元用于实时获取所述偏航轴组件的姿态并反馈给所述控制器。

13.根据权利要求12所述的云台，其特征在于，所述惯性测量单元与所述控制器及所述偏航轴组件的驱动元件形成闭环控制系统，所述闭环控制系统用于实时调整所述偏航轴组件相对其他元件的转动。

14.根据权利要求13所述的云台，其特征在于，所述控制器根据惯性测量单元的反馈实时调整所述偏航轴组件的驱动元件，以使所述偏航轴组件的驱动元件保持稳定。

15.根据权利要求12所述的云台，其特征在于，所述惯性测量单元设置于所述偏航轴组件的驱动元件上。

16.根据权利要求1所述的云台，其特征在于，所述偏航轴组件相对所述横滚轴组件的转动角度大于或等于360度。

17.根据权利要求1所述的云台，其特征在于，所述云台还包括把手组件，所述把手组件通过所述偏航轴组件的驱动元件与所述偏航轴组件可转动地连接。

18.根据权利要求17所述的云台，其特征在于，所述把手组件包括支撑杆、设置于所述支撑杆两端的握持杆以及设置于所述支撑杆中部的提手，所述提手位于靠近所述偏航轴组件的驱动元件的位置。

19.根据权利要求1所述的云台，其特征在于，所述云台所支撑的所述负载上设置有惯性测量单元。

20.根据权利要求1所述的云台，其特征在于，所述云台还包括电子调速器，所述电子调速器与控制器及驱动元件相连，所述控制器通过所述电子调速器控制所述驱动元件的工作。

21.根据权利要求1所述的云台，其特征在于，所述控制器用于在所述云台绕横滚轴旋转过程中限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动。

22.一种云台控制方法，其中云台用于支撑负载，所述云台包括至少三个可转动连接的驱动轴组件，每个所述驱动轴组件包括驱动元件和由所述驱动元件驱动的关节臂，所述关节臂可在所述驱动元件的驱动下相对转动，三个所述驱动轴组件分别为偏航轴组件、横滚轴组件及俯仰轴组件，所述偏航轴组件、所述横滚轴组件和所述俯仰轴组件依次可转动地连接，所述负载由所述俯仰轴组件的关节臂支撑，所述方法包括：

利用所述横滚轴组件中的角度传感器检测所述横滚轴组件的驱动元件的关节角；

当所述关节角位于预设阈值区间时，控制所述云台以限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动，并依照两轴模式控制所述云台。

23.根据权利要求22所述的云台控制方法，其特征在于，所述控制所述云台以限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动，具体包括：

限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动；

控制所述横滚轴组件和所述俯仰轴组件的转动。

24.根据权利要求23所述的云台控制方法，其特征在于，所述控制所述横滚轴组件和所述俯仰轴组件的转动，具体包括：

在当所述支撑负载的俯仰轴组件旋转至所述偏航轴组件的驱动元件的上方时，控制所述横滚轴组件相对所述偏航轴组件转动，以将所述俯仰轴组件上的负载的位置调节为正向位置；其中所述正向位置为所述负载在正常工作状态下的位置和姿态。

25.根据权利要求23或24所述的云台控制方法，其特征在于，所述限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动，具体包括：在所述云台转动开始时，控制所述云台以限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动。

26.根据权利要求25所述的云台控制方法，所述云台还包括锁定结构，其特征在于，在所述云台转动开始时，控制所述云台以限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动步骤具体包括：

控制所述锁定结构锁定所述偏航轴组件的关节臂在驱动元件的驱动下的转动；

若获取到所述锁定结构处于锁定状态，则关闭所述偏航轴组件的驱动元件并依照两轴模式控制所述云台。

27.根据权利要求23所述的云台控制方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述云台旋转结束后，解除对所述偏航轴组件的驱动元件的转动限制。

28.根据权利要求27所述的云台控制方法，其特征在于，在所述俯仰轴组件旋转至所述偏航轴组件的驱动元件的正上方后，解除对所述偏航轴组件的驱动元件的转动限制。

29.根据权利要求27或28所述的云台控制方法，其特征在于，在解除对所述偏航轴组件的驱动元件的转动限制之后，若获取到所述偏航轴组件的驱动元件的角度大于或等于预定角度，则按照三轴模式控制所述云台。

30.根据权利要求29所述的云台控制方法，其特征在于，所述预定角度为5度。

31.根据权利要求25所述的云台控制方法，其特征在于，所述限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动，具体包括：控制所述偏航轴组件的驱动元件停止转动。

32.根据权利要求22所述的云台控制方法，其特征在于，所述控制所述云台以限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动，具体包括：

限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动；

控制所述横滚轴组件和所述俯仰轴组件的转动。

33.根据权利要求32所述的云台控制方法，其特征在于，所述控制所述横滚轴组件和所述俯仰轴组件的转动，具体包括：

在当所述支撑负载的俯仰轴组件旋转至所述偏航轴组件的驱动元件的上方时，控制所述横滚轴组件相对所述偏航轴组件转动，以将所述俯仰轴组件上的负载的位置调节为正向位置；其中所述正向位置为所述负载在正常工作状态下的位置和姿态。

34.根据权利要求22或32所述的云台控制方法，其特征在于，所述限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动，具体包括：

通过所述偏航轴组件中的惯性测量单元实时获取所述偏航轴组件的姿态；

通过所述偏航轴组件的姿态对所述偏航轴组件进行闭环控制，以实时调整所述偏航轴组件相对其他元件的转动。

35.根据权利要求34所述的云台控制方法，其特征在于，所述通过所述偏航轴组件的姿态对所述偏航轴组件进行闭环控制，以实时调整所述偏航轴组件相对其他元件的转动，具体包括：

根据所述惯性测量单元的反馈实时调整所述偏航轴组件的驱动元件，以使所述偏航轴组件的驱动元件保持稳定。

36.根据权利要求22所述的云台控制方法，其特征在于，所述预设阈值区间为70度-110度。

37.根据权利要求36所述的云台控制方法，其特征在于，所述预设阈值的允许偏差为±5度。

38.根据权利要求22所述的云台控制方法，其特征在于，所述偏航轴组件相对于所述横滚轴组件的旋转角度大于或等于360度。

39.根据权利要求22所述的云台控制方法，其特征在于，在所述云台绕横滚轴转动的过程中，限制所述偏航轴组件的驱动元件的转动。

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