CN109466784A - 一种基于主动增稳的高精度云台前馈系统及方法 - Google Patents

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杨俊峰
陈龙
杨哲印
邱胜蓝
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D47/00—Equipment not otherwise provided for
    • B64D47/08—Arrangements of cameras
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography

Abstract

本发明公开了一种基于主动增稳的高精度云台前馈系统及方法，所述系统包括传感器测量单元、云台控制单元以及云台电机；传感器测量单元安装在无人机的机体上，采集无人机飞行过程中机体抖动的角速度，传感器测量单元的输出端通过数据总线与云台控制单元连接；所述云台控制单元，将飞机机体坐标系下机体抖动角速度，换算至云台电机运动方向的坐标系，并计算机身震动的反向抵消量，并据此生成云台电机的反向运动指令，传输给云台电机；所述云台电机，在云台控制单元的指令下进行运动，从而带动安装相机的云台震动，以实现对机身震动的反向抵消，达到云台前馈增稳的作用。本发明提高了云台的增稳精度，进而有效提高了安装在云台上相机的拍摄质量。

Description

一种基于主动增稳的高精度云台前馈系统及方法
技术领域
本发明涉及无人机巡检过程中的一种基于主动增稳的高精度云台前馈系统及方法。
背景技术
随着无人机应用的广泛普及，很多应用场合中需要实现无人机自主飞行或半自主飞行以完成巡检拍照工作，如输电线路巡检等。
工业无人机航空摄影的相机设备在工作的时候，由于无人机震动可能导致视频抖动，为减小无人机震动带来不利影响，常常需要安装增稳云台，普通增稳云台通过检测相机的倾斜角度和运动角速度信息，对相机抖动进行修正，有效减小了无人机振动对相机拍摄视频的影响，对无人机的巡航具有重大意义。
但是，目前的增稳云台对于相机抖动进行修正的前提条件是已经检测到了相机的运动，也就是说已经产生了抖动才做修正，这种修正方式增稳精度不高，存在一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于主动增稳的高精度云台前馈系统及方法，提高了云台的增稳精度，进而有效提高了安装在云台上相机的拍摄质量。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于主动增稳的高精度云台前馈系统，包括传感器测量单元、云台控制单元以及云台电机；
所述传感器测量单元安装在无人机的机体上，用于采集无人机飞行过程中机体抖动的角速度，传感器测量单元的输出端通过数据总线与云台控制单元连接；
所述云台控制单元，用于将飞机机体坐标系下机体抖动角速度，换算至云台电机运动方向的坐标系，并计算机身震动的反向抵消量，并据此生成云台电机的反向运动指令，传输给云台电机；
所述云台电机，用于在云台控制单元的指令下进行运动，从而带动安装相机的云台震动，以实现对机身震动的反向抵消，达到云台前馈增稳的作用。
优选地，所述传感器测量单元包括陀螺仪传感器。
一种基于主动增稳的高精度云台前馈系统的前馈方法，包括以下步骤：
S1.在无人机机体上安装测量飞机机体抖动的传感器测量单元；
S2.无人机飞行过程中，传感器测量单元测得无人机机体的抖动角速度，并通过数据总线将测得的抖动角速度传输给云台控制单元；
S3.云台控制单元将飞机机体坐标系换算至云台的电机运动方向的坐标系，计算出机身震动的反向抵消量；
S4.云台控制单元控制电机按照反向抵消量运动，从而带动安装相机的云台震动，以实现对机身震动的反向抵消，达到云台前馈增稳的作用。
其中，所述步骤S3包括：
S301.将飞机机体坐标系换算至云台电机运动方向的坐标系，计算云台坐标系的震动角速度：
测量得到飞机机体坐标系与云台电机运动方向坐标系的航向夹角YAW；
设机体坐标系下陀螺仪传感器采集到的x轴角速度为gyo_x，y轴角速度为gyo_y，z轴角速度为gyo_z；转换到云台电机运动方向的坐标系后，x轴角速度为gyo_g_x，y轴角速度为gyo_g_y，z轴角速度为gyo_g_z，则：
gyo_g_x＝gyo_x*cos(YAW)+gyo_y*sin(YAW)；
gyo_g_y＝gyo_y*cos(YAW)+gyo_x*sin(YAW)；
gyo_g_z＝gyo_z；
S302.根据云台坐标系的震动角速度gyo_g_x、gyo_g_y和gyo_g_z，确定震动的反向抵消量。
本发明的有益效果是：本发明根据机身抖动角速度，计算相应的反向抵消量，并控制云台电机反向运动以抵消机身抖动带来的影响，提高了云台的增稳精度，进而有效提高了安装在云台上相机的拍摄质量。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种基于主动增稳的高精度云台前馈系统，包括传感器测量单元、云台控制单元以及云台电机；
所述传感器测量单元安装在无人机的机体上，用于采集无人机飞行过程中机体抖动的角速度，传感器测量单元的输出端通过数据总线与云台控制单元连接；
所述云台控制单元，用于将飞机机体坐标系下机体抖动角速度，换算至云台电机运动方向的坐标系，并计算机身震动的反向抵消量，并据此生成云台电机的反向运动指令，传输给云台电机；
所述云台电机，用于在云台控制单元的指令下进行运动，从而带动安装相机的云台震动，以实现对机身震动的反向抵消，达到云台前馈增稳的作用。
所述传感器测量单元包括陀螺仪传感器。
如图2所示，一种基于主动增稳的高精度云台前馈系统的前馈方法，包括以下步骤：
S1.在无人机机体上安装测量飞机机体抖动的传感器测量单元；
S2.无人机飞行过程中，传感器测量单元测得无人机机体的抖动角速度，并通过数据总线将测得的抖动角速度传输给云台控制单元；
S3.云台控制单元将飞机机体坐标系换算至云台的电机运动方向的坐标系，计算出机身震动的抵消量；
S4.云台控制单元控制电机按照抵消量进行运动，从而带动安装相机的云台震动，在云台电机运动方向坐标系下，实现对机身震动的反向抵消，达到云台前馈增稳的作用。
其中所述步骤S3包括：
S301.将飞机机体坐标系换算至云台电机运动方向的坐标系，计算云台坐标系的震动角速度：
测量得到飞机机体坐标系与云台电机运动方向坐标系的航向夹角YAW；
设机体坐标系下陀螺仪传感器采集到的x轴角速度为gyo_x，y轴角速度为gyo_y，z轴角速度为gyo_z；转换到云台电机运动方向的坐标系后，x轴角速度为gyo_g_x，y轴角速度为gyo_g_y，z轴角速度为gyo_g_z，则：
gyo_g_x＝gyo_x*cos(YAW)+gyo_y*sin(YAW)；
gyo_g_y＝gyo_y*cos(YAW)+gyo_x*sin(YAW)；
gyo_g_z＝gyo_z；
S302.根据云台坐标系的震动角速度gyo_g_x、gyo_g_y和gyo_g_z，确定震动的反向抵消量。具体地，确定反向抵消量时，只需将云台坐标系的震动角速度gyo_g_x、gyo_g_y和gyo_g_z取反即可。
综上，本发明根据机身抖动角速度，计算相应的抵消量，并控制云台电机反向运动以抵消机身抖动带来的影响，提高了云台的增稳精度，进而有效提高了安装在云台上相机的拍摄质量。
最后需要说明的是，以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于主动增稳的高精度云台前馈系统，其特征在于：包括传感器测量单元、云台控制单元以及云台电机；
所述传感器测量单元安装在无人机的机体上，用于采集无人机飞行过程中机体抖动的角速度，传感器测量单元的输出端通过数据总线与云台控制单元连接；
所述云台控制单元，用于将飞机机体坐标系下机体抖动角速度，换算至云台电机运动方向的坐标系，计算机身震动的反向抵消量，并据此生成云台电机的反向运动指令，传输给云台电机；
所述云台电机，用于在云台控制单元的指令下进行运动，从而带动安装相机的云台震动，以实现对机身震动的反向抵消，达到云台前馈增稳的作用。
2.根据权利要求1所述的一种基于主动增稳的高精度云台前馈系统，其特征在于：所述传感器测量单元包括陀螺仪传感器。
3.如权利要求1～2中任意一项所述的一种基于主动增稳的高精度云台前馈系统的前馈方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.在无人机机体上安装测量飞机机体抖动的传感器测量单元；
S2.无人机飞行过程中，传感器测量单元测得无人机机体的抖动角速度，并通过数据总线将测得的抖动角速度传输给云台控制单元；
S3.云台控制单元将飞机机体坐标系换算至云台的电机运动方向的坐标系，计算出机身震动的反向抵消量；
S4.云台控制单元控制电机按照反向抵消量进行运动，从而带动安装相机的云台震动，以实现对机身震动的反向抵消，达到云台前馈增稳的作用。
4.根据权利要求3所述的一种基于主动增稳的高精度云台前馈方法，其特征在于：所述步骤S3包括：
S301.将飞机机体坐标系换算至云台电机运动方向的坐标系，计算云台坐标系的震动角速度：
测量得到飞机机体坐标系与云台电机运动方向坐标系的航向夹角YAW；
设机体坐标系下陀螺仪传感器采集到的x轴角速度为gyo_x，y轴角速度为gyo_y，z轴角速度为gyo_z；转换到云台电机运动方向的坐标系后，x轴角速度为gyo_g_x，y轴角速度为gyo_g_y，z轴角速度为gyo_g_z，则：
gyo_g_x＝gyo_x*cos(YAW)+gyo_y*sin(YAW)；
gyo_g_y＝gyo_y*cos(YAW)+gyo_x*sin(YAW)；
gyo_g_z＝gyo_z；
S302.根据云台坐标系的震动角速度gyo_g_x、gyo_g_y和gyo_g_z，确定震动的反向抵消量。
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