CN109669482A

CN109669482A - 云台控制方法、装置及设备

Info

Publication number: CN109669482A
Application number: CN201811360058.1A
Authority: CN
Inventors: 曹进喜; 戴天荣; 邹李兵; 闵珊珊; 邸顺然
Original assignee: Goertek Inc
Current assignee: Goertek Inc
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2019-04-23

Abstract

本申请实施例提供一种云台控制方法、装置及设备。其中，所述云台控制方法包括：获取中间动平台欲达到的目标位姿，其中，所述云台包括静平台及所述中间动平台，所述中间动平台通过至少三个可伸缩机构连接于所述静平台上，所述中间动平台可相对所述静平台运动；基于目标位姿，确定所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第一驱动力；按照所述至少三个可伸缩机构各自对应的第一驱动力，控制所述至少三个可伸缩机构动作。本申请实施例提供了一种适于并联机构云台的控制方案，不需要显示的控制每个可伸缩机构的伸缩量，实现简单，且控制精度高。

Description

云台控制方法、装置及设备

技术领域

本申请涉及一种云台控制方案，尤其涉及一种具有并联驱动设计的云台控制方法、装置及设备。

背景技术

云台是用于安装摄像机的支撑工作台。摄像机设置在云台上，云台动作时带动摄像机朝向不同的方向，实现多角度拍摄。因此，云台摄像机可以满足用户全方位、多角度的拍摄要求。

按照驱动机构特点，云台分为串联云台及并联云台。串联云台是指若干个单自由度的基本机构顺序联接而成的一种开链式云台，每一个前置机构的输出运动是后置机构的输入。并联云台是指若干个基本机构可以同时接受控制器输入，然后共同决定输出。与现有串联云台相比，并联云台具有较高的刚度和负载能力。并联云台作为一种新型云台，目前还没有相关的控制方案。

发明内容

鉴于上述问题，本申请各实施例提供了一种解决上述问题或至少部分解决上述问题的云台控制方法、装置及设备。

在本申请的一个实施例中，提供了一种云台控制方法。该方法包括：

获取中间动平台欲达到的目标位姿，其中，所述云台包括静平台及所述中间动平台，所述中间动平台通过至少三个可伸缩机构连接于所述静平台上，所述中间动平台可相对所述静平台运动；

基于目标位姿，确定所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第一驱动力；

按照所述至少三个可伸缩机构各自对应的第一驱动力，控制所述至少三个可伸缩机构动作。

在本申请的另一个实施例中，提供了一种云台控制装置。该云台控制装置包括：存储器及控制器，其中，

所述存储器，用于存储程序；

所述控制器，与所述存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的所述程序，以用于：

在本申请的另一个实施例中，提供了一种云台控制设备。该云台控制设备包括云台控制装置，该云台控制装置包括：存储器及控制器，其中，

所述存储器，用于存储程序；

本申请实施例提供了一种适于并联云台的控制方案，即根据中间动平台的实际位姿，确定至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第一驱动力；然后基于确定出的各可伸缩机构对应的第一驱动力做控制；不需要显示的控制每个可伸缩机构的伸缩量，实现方案简单，且控制精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的并联云台的结构示意图；

图2为本申请一实施例提供云台控制方法的流程示意图；

图3为本申请一实施例提供云台控制方法中增加位姿修正过程的流程示意图；

图4为本申请一实施例提供的云台并联部分控制的原理性示图；

图5为本申请一实施例提供的云台串联部分控制的原理性示图；

图6为本申请一实施例提供的云台的并联部分控制和串联部分控制整合在一起原理性示图；

图7为本申请一实施例提供的云台控制装置的结构示意图；

图8为本申请一实施例提供的云台控制设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将对本申请提供的技术方案针对的并联机构云台的结构进行简单说明。

图1示出了并联云台的结构示意图。并联云台包括：静平台1、中间动平台7、至少三个可伸缩机构(图1中示出的三个结构相同的可伸缩机构的示例，三个可伸缩机构31、32和33)、及中央伸缩支杆10。至少三个可伸缩机构设置在静平台1和中间动平台7之间，且可伸缩机构的两端分别与静平台1和中间动平台7较接。中央伸缩支杆10的一端与静平台1固定连接且垂直于静平台1，另一端较接于中间动平台7。可伸缩机构的两端可通过万向节或球较分别与静平台1和中间动平台7连接，中间伸缩支杆10可通过万向节与中间动平台7连接。

如图1中示出的三个可伸缩机构的示例，三个可伸缩机构31、32和33中的部分可伸缩机构伸长或缩短使得中间动平台7相对静平台1发生摆动；三个可伸缩机构31、32和33中的全部伸长或缩短相同量使得中间动平台7相对静平台1发生平动。中央伸缩支杆10随着中间动平台7摆动或平动适应性地伸长或缩短，并维持中间动平台7的与中央伸缩支杆10较接的位置始终处于中央伸缩支杆10的轴线上。

继续参见图1所示，云台还包括目标动平台8；中间动平台7与目标动平台8平行设置。目标动平台8维持与中间动平台7的平行位置关系以与所述中间动平台具有相同的位姿；除此之外，还能相对中间动平台7自转(即目标动平台8能绕图1中的z₇轴旋转)。中间动平台7上设有旋转驱动机构(图中未示出)，旋转驱动机构与目标动平台8连接，以向目标动平台8输出旋转动力，从而使目标动平台相对中间动平台7旋转。

静平台1、中间动平台7及至少三个可伸缩机构形成了云台的3自由度并联部分；中间动平台7的输出运动是目标动平台8的输入，因此中间动平台7与目标动平台8又形成了云台的串联部分。

在本申请的说明书、权利要求书及上述附图中描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行。操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在介绍本申请实施例提供的云台控制方法之前，对图1所示的并联云台进行运动学分析，以便于后续理解本申请各实施例的实现原理。

在中间动平台7的中心o₇处建立中间坐标系x₇y₇z₇，在静平台1的中心o₀处建立基准坐标系x₀y₀z₀。中间坐标系x₇y₇z₇以中间动平台7所在第一平面以及垂直于该第一平面的方向构建；基准坐标系x₀y₀z₀以静平台1所在第二平面以及垂直于该第二平面的方向构建。中间动平台7的中心o₇相对基准坐标系x₀y₀z₀的x₀方向和y₀方向上运动均为零。也就是说，目标动平台8具有4个自由度，分别为：与中间动平台7联动的3个自由度以及绕z₇轴旋转的1个自由度。其中，与中间动平台7联动的3个自由度分别为：一个绕y₀轴翻转的自由度、一个绕x₀轴俯仰的自由度、一个沿z₀方向平动的自由度。具体实施时，可预先建立三个可伸缩机构31、32和33的伸缩量T＝[t₁ t₂ t₃]与输出位姿X＝[z_p θ_x θ_y]之间的关系，可表征为如下公式：

f(T，X)＝0 (1)

其中，z_p为原点o₇在基准坐标系x₀y₀z₀下的坐标；θ_x为目标动平台绕x₀轴转动的俯仰角；θ_y为目标动平台绕y₀轴转动的翻转角。这里需要说明的是：由于静平台与中间动平台之间设置有中央伸缩支杆，原点o₇不会在基准坐标系x₀y₀z₀的x₀轴y₀轴方向上发生位移，因此原点o₇的在基准坐标系x₀y₀z₀的下坐标实质上是原点o₇在z₀轴方向上的坐标。

上述公式(1)的建立过程如下：以图1中A铰接点为例，A点在中间坐标系x₇y₇z₇中的坐标值和A点在基准坐标系x₀y₀z₀中的坐标值的变换如下：

其中，A⁰为A点在基准坐标系x₀y₀z₀中的坐标；A¹为A点在中间坐标系x₇y₇z₇中的坐标；R⁰¹为中间坐标系x₇y₇z₇相对基准坐标系x₀y₀z₀的方向余弦阵，该R⁰¹由绕中间坐标系x₇y₇z₇的x₇轴的转动角θ_x和绕y₇轴的转动角θ_y确定。T⁰¹为中间坐标系x₇y₇z₇原点o₇相对基准坐标系x₀y₀z₀的位置矢量。

由上述推理，在给定位姿(目标动平台)X＝[z_p θ_x θ_y]后，根据上述公式(2)可求出A点在基准坐标系x₀y₀z₀的坐标。结合云台结构实际尺寸及z_p，可得出A铰接点与其静平台对应铰接点之间的距离，也就是A铰接点所在可伸缩机构的长度或伸缩量t₁。

同样可根据位姿X＝[z_p θ_x θ_y]分别求出B铰接点所在可伸缩机构的长度或伸缩量t₂，C铰接点所在可伸缩机构的长度或伸缩量t₃；继而可得到上述公式(1)f(T，X)＝0。

利用该公式(1)，可得出如下公式(3)：

其中，J为雅可比矩阵；表示X对时间导数；表示T对时间导数。

进一步，基于运动学分析可知，空间力信息(即表征欲使目标动平台具有给定位姿需要提供的空间力/力矩)与各可伸缩机构的驱动力存在如下关系：

F＝J^Tτ (4)

其中，J^T为J的转置，τ为驱动各可伸缩机构的驱动力，F为空间力信息。

基于上述运动学分析理论，本申请一实施例提供了一种云台控制方法。该云台控制方法适于图1所示的并联云台。具体地，如图2所示，所述方法包括：

S101、获取中间动平台欲达到的目标位姿。

参见图1，所述云台包括静平台1及所述中间动平台7，所述中间动平台7通过至少三个可伸缩机构(如图1中的三个可伸缩机构31、32和33)连接于所述静平台1上，所述中间动平台7可相对所述静平台1运动。具体实现参见前述内容，此处不再赘述。

S102、基于目标位姿，确定所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第一驱动力。

S103、按照所述至少三个可伸缩机构各自对应的第一驱动力，控制所述至少三个可伸缩机构动作。

上述S101中，位姿包括：姿态及位置。实际上，位姿可由欧拉角表征、或由四元素表征等，本实施例对此不作具体限定。如图1所示的并联云台，位姿包括：绕基准坐标系x₀y₀z₀的x₀轴转动的俯仰角、绕所述基准坐标系x₀y₀z₀的y₀轴转动的翻转角。位置包括：所述中间坐标系x₇y₇z₇的原点o₇在基准坐标系x₀y₀z₀上的坐标，即简单理解即中央伸缩支杆10的实时长度。由于，中间动平台7通过中央伸缩支杆10与静平台1连接，且中央伸缩支杆10的一端固定且垂直于所述静平台1上，另一端铰接中间动平台7上；因此在中央伸缩支杆的自由度限制下，所述第一位置实质上是中间坐标系x₇y₇z₇的原点o₇在所述基准坐标系x₀y₀z₀的竖直位置(即z₀轴上的)分量。其中，所述基准坐标系的中心建立在所述静平台的中心，z₀轴垂直于所述静平台所在的平面，所述x₀轴和所述y₀轴位于所述静平台所在的平面。

在一种可实现的技术方案中，上述S102中“基于目标位姿，确定所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第一驱动力”可采用如下步骤实现：

S1021、根据所述目标位姿，计算用以提示所述中间动平台达到所述目标位姿所需提供力情况的第一空间力信息。

S1022、根据所述第一空间力信息，确定所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第一驱动力。

所述第一空间力信息可包括：第一空间力和/或第一空间力矩。第一空间力可简单理解为：一个在三维空间内的力。第一空间力可包括：x轴方向的第一分力、y轴方向上的第二分力、z轴方向上的第三分力。相应的，第一空间力矩可包括：第一分力与其对应的第一力臂的乘积、第二分力与其对应的第二力臂的乘积、第三分力与其对应的第三力臂的乘积。

上述S1021中，可通过存储有用于表征位姿与空间力信息之间的转换关系的函数信息来计算得到，该函数信息可简单理解为计算模型。将目标位姿作为计算模型的输入即可计算得到第一空间力信息。具体实施时，计算模型可采用但不限于如下的公式实现：

其中，F₁为所述第一空间力信息，K₁为第一预设参数，K₂为第二预设参数，p_位姿为所述目标位姿，表示所述目标位姿的微分。具体实施时，所述K₁可为第一预设比例系数矩阵，K₂可为第一微分系数矩阵。第一比例系数矩阵、第一微分系数矩阵通常根据经验调试确定，也可以先利用软件工具(如matlab的simulink)根据控制要求先进行大致估计，再根据实际情况进行微调。

得到第一空间力信息后，即可根据前述运动学分析理论得到的空间力信息与各可伸缩机构的驱动力存在的函数关系来得到各可伸缩机构对应的第一驱动力。其中，空间力信息与各可伸缩机构的驱动力存在的函数关系可表征为但不限于如下公式：

F₁＝J^Tτ

其中，F₁为上述步骤计算得到的所述第一空间力信息；J^T为J的转置，基于上述运动学分析可知J^T为已知量；求解上述公式中的τ即可得到各可伸缩机构对应的第一驱动力。τ实质上是包含有各可伸缩机构对应的第一驱动力的矩阵。

本实施例提供了一种适于并联云台的控制方案，即根据中间动平台的实际位姿，确定至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第一驱动力；然后基于确定出的各可伸缩机构对应的第一驱动力做控制；不需要显示的控制每个可伸缩机构的伸缩量，实现方案简单，且控制精度高。

在实际应用中，由于存在云台自身机械结构误差、云台载重等因素的影响，按照上述实施例方法控制后中间动平台的实际位姿很有可能与预期的目标位姿存在差异。为此，本申请实施例提供的所述方法，如图3所示，还包括如下步骤：

S104、获取所述中间动平台的实际位姿。

其中，本步骤S104可在上述步骤S103执行之后再执行，即实际位姿是至少三个可伸缩机构采用上述步骤S101～S103提供的控制方案动作后，由传感器检测得到的。

S105、所述实际位姿与所述目标位姿存在位姿误差时，基于所述位姿误差，确定所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第二驱动力。

S106、按照所述至少三个可伸缩机构各自对应的第二驱动力，控制所述至少三个可伸缩机构动作。

在一具体实现方案中，上述S105中“基于所述位姿误差，确定所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的驱动力”可采用如下步骤实现：

S1051、根据所述位姿误差，计算第二空间力信息。

S1052、基于所述第二空间力信息，确定所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的驱动力。

其中，所述第二空间力信息包括：第二空间力和/或第二空间力矩。第二空间力可简单理解为：一个在三维空间内的力。第二空间力可包括：x轴方向的第一分力、y轴方向上的第二分力、z轴方向上的第三分力。相应的，第二空间力矩可包括：第一分力与其对应的第一力臂的乘积、第二分力与其对应的第二力臂的乘积、第三分力与其对应的第三力臂的乘积。

上述S1051中，可将所述位姿误差作为第一计算模型的入参，执行所述第一计算模型得到所述第二空间力信息。所述第一计算模型中存储有用于表征位姿误差与空间力信息之间的转换关系的函数信息。例如，所述第一计算模块可选择但不限于如下公式实现：

F₂为所述第二空间力信息，K_p为第三预设参数，K_D为第四预设参数，e_位姿为所述位姿误差，表示所述位姿误差的微分。

具体实施时，所述K_p为第二比例系数矩阵，K_D为第二微分系数矩阵。第二比例系数矩阵、第二微分系数矩阵通常根据经验调试确定，也可以先利用软件工具(如matlab的simulink)根据控制要求先进行大致估计，再根据实际情况进行微调。

上述S1052“基于所述第二空间力信息，确定所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第二驱动力”可具体采用如下步骤实现：

将所述第二空间力信息作为第二计算模型的入参，执行所述第二计算模型得到所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第二驱动力。同样的，所述第二计算模型存储有用于表征空间力信息与各可伸缩机构对应驱动力之间的转换关系的函数信息。例如，

所述第二计算模型可采用上述公式(4)实现，具体为：

F₂＝J^Tτ_并

J^T为第三预设参数，F₂为所述第二空间力信息，τ_并为包含有所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的驱动力的矩阵。具体实施时，J为雅克比矩阵，J^T表征雅克比矩阵的转置，基于上述运动学分析理论可知J^T为已知量。因此，将上述步骤得到的第二空间力信息代入公式中，即可计算得到各可伸缩机构对应的第二驱动力。

本实施例中，因直接采用前述运动学分析得出的公式(4)，不涉及各可伸缩机构的具体伸缩量，而是基于空间力直接得出各可伸缩机构对应的驱动力。

参见图1所示的云台，云台控制除包含有并联部分的控制外，还包含有串联部分的控制。即本实施例提供的云台控制方法还可包括如下步骤：

S107、获取目标动平台欲相对所述中间动平台转动的目标角度。

参见图1所示，所述目标动平台8与所述中间动平台7平行设置，述目标动平台8与所述中间动平台7联动，并能相对所述中间动平台7产生自转。

S108、基于目标角度，确定所述目标动平台相对所述中间动平台的第一转动驱动信息。

S109、按照所述第一转动驱动信息，控制所述目标动平台转动。

其中，目标角度即所述目标动平台绕基准坐标系z₀轴或中间坐标系z₇轴转动的角度。

上述108可通过表征角度与转动驱动信息之间的转换关系的函数计算得到。例如，该函数可包括但不限于如下的表达式：

其中，τ_串1为所述第一转动驱动信息，K₃为第五预设参数，K₄为第六预设参数，p_角度为目标角度，表征目标角度的微分。具体实施时，第一转动驱动信息可包括：第一转动驱动力和/或第一转动驱动力矩。

具体实施时，K₃可为第三比例系数；K₄可为第三微分系数。其中，第三比例系数和第三微分系数通常根据经验调试设定，也可先利用工具软件(如matlab的simulink)根据控制要求先进行大致估计，然后再根据实际情况微调。

同样的，由于各种干扰因素(如结构误差、载重等)的影响，目标动平台相对中间动平台转动的实际角度有可能与目标角度存在偏差，为了修正该角度偏差，本实施例提供的所述方法，还可包括如下步骤：

S110、获取所述目标动平台受控相对所述中间动平台转动的实际角度。

其中，本步骤S110可在上述步骤S109执行之后再执行，即实际角度是目标动平台采用上述步骤S101～S103提供的控制方案动作后，由传感器检测得到的。

S111、所述实际角度与所述目标角度存在角度误差时，基于所述角度误差，确定所述目标动平台相对所述中间动平台的第二转动驱动信息。

S112、按照所述第二转动驱动信息，控制所述目标动平台转动以纠正所述目标动平台的转动角度。

在一种可实现的技术方案中，上述S111中“基于所述角度误差，确定所述目标动平台相对所述中间动平台的第二转动驱动信息”可具体采用如下方法实现：

将所述角度误差作为第三计算模型的入参，执行所述第三计算模型得到所述第二转动驱动信息。其中，所述第三计算模型存储有用于表征角度误差与转动驱动信息之间的转换关系的函数信息。例如，

所述第三计算模型表征为：

τ_串2为所述第二转动驱动信息，K’_p为第七预设参数，K’_D为第八预设参数，e_角度为所述角度误差，表示所述角度误差的微分。第二转动驱动信息可包括：第二转动驱动力和/或第二转动驱动力矩。

具体实施时，K’_p可具体为第四比例系数；K’_D可具体为第四微分系数。其中，第四比例系数和第四微分系数通常根据经验调试设定，也可先利用工具软件(如matlab的simulink)根据控制要求先进行大致估计，然后再根据实际情况微调。

在具体实施时，可在图1所示的云台上设置相应的传感器来获得中间动平台的位姿(即目标动平台的位姿)以及目标动平台相对中间动平台的转动角度。由于目标动平台与中间动平台的位姿一致，因此，用于感测中间动平台位姿的第一传感器可设置在目标动平台，也可设置在中间动平台上。例如，该第一传感器可选用9轴传感器(如9轴微机电MEMS传感器)。但这里需要说明的是，如将第一传感器设置在中间动平台上，目标动平台上还需设置一个用于检测目标动平台相对中间动平台的转动角度的第二传感器。若将第一传感器(9轴传感器)设置在目标动平台上，基于第一传感器测得的结果以及设置中央伸缩支杆上的第三传感器测得的结果，可得出中间动平台的第一位姿以及目标动平台相对中间动平台的转动角度。

即当第一传感器设置在目标动平台上时，本实施例提供的技术方案还可包括如下步骤：

S113、检测所述目标动平台的位姿信息。

S114、基于所述位姿信息，计算所述目标动平台相对所述中间动平台转动的所述实际角度以及所述中间动平台的所述实际位姿。

上述S113中，所述位姿信息可由设置在目标动平台上的第一传感器以及设置在中央伸缩支杆上的第三传感器共同测得。

上述S114中，利用运动学分析，即可基于第一传感器及第三传感器测得的第二位姿中计算出目标动平台相对所述中间动平台转动的实际角度，以及中间动平台的所述实际位姿。具体的计算过程，可参见现有运动学分析技术得到，本实施例对此不作具体限定。

当中间动平台上设有所述第一传感器，目标动平台上设有所述第二传感器时，本实施例步骤101中的第一位姿可由第一传感器及第三传感器测得，目标动平台相对所述中间动平台转动的实际角度可由第二传感器测得。

图1所示的云台可看作除目标运行平台8之外，其他部分构成的3自由度并联机构，与目标动平台8串联组成的结构。第一传感器(如9轴微机电MEMS传感器)布置在目标动平台8上。第三传感器(如测距传感器)可设置中央伸缩支杆10上，比如设置在中央伸缩支杆10的上滑杆6的底部；利用云台的尺寸参数及第三传感器的测量高度数据求和，即可求出中间动平台7相对静平台1在竖直方向(即z₀轴)上的坐标。另外，目标动平台8只相对中间动平台7有同轴转动，目标动平台8的中心相对静平台在z₀轴方向上的坐标为中间动平台7相对静平台1在竖直方向(即z₀轴)上的坐标与目标动平台8与中间动平台7维持不变的距离之和。

关于并联部分，发明人发现，也可以针对每个可伸缩机构(31、32、33)分别设计对应的控制器，但由于整个云台的运动学方程较为复杂，为了方便控制器设计，将并联部分的控制器设计整合到一起，即本发明实施例将图1所示云台的控制分为两部分，并联部分的控制(实现各可伸缩机构的整体控制)及串联部分控制。

一、并联部分控制方法，如图4所示，包括：

S11、根据第一传感器实时检测的数据，确定中间动平台的实际位姿；基于输入的目标位姿以及所述实际位姿，求解位姿误差。

其中，位姿误差可表征为：e_并＝X_T-X；X为所述实际位姿，可表征为X＝[z_p θ_x θ_y]，X_T为所述目标位姿，可表征为e_并为位姿误差。

S12、根据位姿误差，计算需输出的第二空间力信息F₂。

具体的，可将位姿误差作为如下第一计算模型的输入，执行所述第一计算模型得到第二空间力信息F₂。

上述K_P、K_D分别为第二比例系数矩阵和第二微分系数矩阵。上述执行第一计算模型的过程可由PID类的控制器来实现；其中，PID类的控制器其比例系数，积分系数，微分系数通常根据经验调试设定，也可以先利用matlab的simulink根据控制要求先进行大致估计，在根据实际情况进行微调。e_位姿为位姿误差；为位姿误差的微分。

S13、根据上述第二空间力信息F₂，确定三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的驱动力。

具体的，将所述第二空间力信息F₂作为如下第二计算模型的入参，执行所述第二计算模型得到三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第二驱动力：

F₂＝J^Tτ_并

其中，J^T表征雅克比矩阵的转置，为已知量；F₂为上一步骤得到的第二空间力信息，可表征为：F₂＝[F_z F_x F_y]；τ_并表征为[τ₁ τ₂ τ₃]，τ₁、τ₂τ₃分别为三个可伸缩机构31、32和33对应的驱动力。

S14、按照三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第二驱动力，控制三个可伸缩机构动作。

这里需要补充的是：图4中干扰项F_d可包括：云台结构上存在的误差、载重等影响因素。由于干扰项的存在致使中间动平台的实际位姿与目标位姿存在偏差。

二、串联部分控制方法，如图5所示，包括：

S21、根据第一传感器实时检测的数据，确定目标动平台相对中间动平台转动的实际角度；基于所述实际角度及目标角度，求解角度误差。

其中，角度误差可表征为：θ_Z为所述实际角度，为所述目标角度，e_θ为角度误差。

S22、根据所述角度误差，计算需输出第二转动驱动信息τ_串2。

具体的，将所述角度误差作为如下第三计算模型的入参，执行所述第三计算模型得到所述转动驱动信息；

τ_串2为所述第二转动驱动信息，K’_p为第七预设参数，K’_D为第八预设参数，e_角度为所述角度误差，表示所述角度误差的微分。上述第三计算模型的执行过程可采用如PD控制器，即上述k’_p，k’_D分别为第四比例参数和第四微分参数。第四比例参数和第四微分参数通常根据经验调试设定，也可先利用工具软件(如matlab的simulink)根据控制要求先进行大致估计，再根据实际情况进行微调。

S23、按照所述第二转动驱动信息τ_串2，控制目标动平台转动。

具体实施时，目标动平台可通过旋转驱动机构设置在所述中间动平台上。控制目标动平台转动实质上就是控制旋转驱动机构动作，以带动所述目标动平台转动。

图6示出了串联部分的控制方法与串联部分的控制方法的整合示意图。图6中，输入数据即用户期待目标运动平台的位姿数据；目标运动平台的位姿控制包括并联部分和串联部分，因此需通过运动学分析确定出用于并联部分控制的输入X_T以及串联部分控制的输入同样的，采用设置在目标动平台上的9轴传感器与设置在中央伸缩支杆上的测距传感器共同得到的检测数据，需通过运动学分析确定出用于并联部分控制的输入X以及串联部分控制的输入θ_Z。另外，图6中并联部分控制同图4所示的过程，串联部分控制同图5所示的过程。

本实施例将4自由度云台的控制根据云台结构特点，分解为两部分进行分别控制，分别采用任务空间的控制方法，相比较逐个驱动关节进行控制的方法，减少了控制器的设计数量，并对任务空间位姿直接测量，有利于高精度控制系统的设计。

需要说明的是：上述实施例所提供方法的各步骤的执行主体均可以是同一设备，或者，该方法也由不同设备作为执行主体。比如，步骤101至步骤103的执行主体可以为设备A；又比如，步骤101和102的执行主体可以为设备A，步骤103的执行主体可以为设备B；等等。

图7示出了本申请一实施例提供的云台控制设备的结构框图。如图7所示，该云台控制设备包括存储器21及控制器22。存储器21可被配置为存储其它各种数据以支持在云台控制设备上的操作。这些数据的示例包括用于在云台控制设备上操作的任何应用程序或方法的指令。存储器31可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

所述控制器22，与所述存储器21耦合，用于执行所述存储器21中存储的所述程序，以用于：

其中，控制器22在执行存储器21中的程序时，除了上面的功能之外，还可实现其它功能，具体可参见前面各实施例的描述。

进一步的，如图7所示，云台控制装置还可包括：电源组件26、通信组件25等其它组件。图7中仅示意性给出部分组件，并不意味着云台控制装置只包括图7所示组件。

相应地，本申请实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被计算机执行时能够实现上述各实施例提供的云台控制方法的步骤或功能。

本申请还提供了一种运动控制设备的实施例。如图8所示，所述云台控制设置包括云台控制装置31。该云台控制装置31包括存储器21及控制器22。所述存储器用于存储程序。所述控制器22，与所述存储器21耦合，用于执行所述存储器21中存储的所述程序，以用于：

这里需要说明的是：本实施例提供的所述云台控制装置的具体实现可参见上述图7所示实施例提供的方案实现，此处不再赘述。

进一步的，所述云台控制设备还包括：第一传感器32及第二传感器33。其中，第一传感器32设置在所述目标动平台上；第二传感器33设置在中央伸缩支杆上；其中，所述第一传感器32与所述第二传感器33共同作用，以用于检测所述目标动平台在所述基准坐标系下的第二位姿。参见图1所示，所述中央伸缩支杆的一端与所述静平台固定连接且垂直于所述静平台，另一端铰接于所述中间动平台；所述目标动平台与所述中间动平台平行设置，所述目标动平台与所述中间动平台联动，并能相对所述中间动平台产生自转。

所述云台控制装置的控制器22，与所述第一传感器32和所述第二传感器33连接，还用于根据所述第一传感器32及所述第二传感器33检测到的所述第二位姿，计算所述目标动平台相对所述中间动平台的转动角度以及所述中间动平台在所述基准坐标系下的所述第一位姿。

实际应用中，所述第一传感器32可具体为9轴传感器，例如9轴微机电(MEMS)传感器；所述第二传感器33为测距传感器。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种云台控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于目标位姿，确定所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第一驱动力，包括：

根据所述目标位姿，计算用以提示所述中间动平台达到所述目标位姿所需提供力情况的第一空间力信息；

根据所述第一空间力信息，确定所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第一驱动力。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，按照所述至少三个可伸缩机构各自对应的第一驱动力，控制所述至少三个可伸缩机构动作，之后还包括：

获取所述中间动平台的实际位姿，其中，所述实际位姿是所述中间动平台在所述至少三个可伸缩机构受控动作后形成的姿态；

所述实际位姿与所述目标位姿存在位姿误差时，根据所述位姿误差，确定所述至少三个可伸缩机构中各伸缩机构对应的第二驱动力；

按照所述至少三个可伸缩机构各自对应的第二驱动力，控制所述至少三个可伸缩机构动作以纠正所述中间动平台的位姿。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述实际位姿包括：

所述中间动平台的中心在基准坐标系下的位置坐标；

所述中间动平台绕所述基准坐标系的x₀轴转动的俯仰角；以及

所述中间动平台绕所述基准坐标系的y₀轴转动的翻转角；

其中，所述基准坐标系的中心建立在所述静平台的中心，z₀轴垂直于所述静平台所在的平面，所述x₀轴和所述y₀轴位于所述静平台所在的平面。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述位姿误差，确定所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第二驱动力，包括：

根据所述位姿误差，计算用以提示修正所述位姿误差所需提供力情况的第二空间力信息；

基于所述第二空间力信息，确定所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第二驱动力；

其中，所述第二空间力信息包括：第二空间力和/或第二空间力矩。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述位姿误差，计算所述第二空间力信息，包括：

将所述位姿误差作为第一计算模型的入参，执行所述第一计算模型得到所述第二空间力信息；

其中，所述第一计算模型表征为：

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于所述第二空间力信息，确定所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第二驱动力，包括：

将所述第二空间力信息作为第二计算模型的入参，执行所述第二计算模型得到所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第二驱动力；

其中，所述第二计算模型表征为：

F₂＝J^Tτ_并

J^T为第三预设参数，F₂为所述第二空间力信息，τ_并为包含有所述至少三个可伸缩机构中各可伸缩机构对应的第二驱动力的矩阵。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

获取目标动平台欲相对所述中间动平台转动的目标角度，其中，所述目标动平台与所述中间动平台平行设置，所述目标动平台与所述中间动平台联动，并能相对所述中间动平台产生自转；

基于目标角度，确定所述目标动平台相对所述中间动平台的第一转动驱动信息；

按照所述第一转动驱动信息，控制所述目标动平台转动。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，按照所述第一转动驱动信息，控制所述目标动平台转动，之后包括：

获取所述目标动平台受控相对所述中间动平台转动的实际角度；

所述实际角度与所述目标角度存在角度误差时，基于所述角度误差，确定所述目标动平台相对所述中间动平台的第二转动驱动信息；

按照所述第二转动驱动信息，控制所述目标动平台转动以纠正所述目标动平台的转动角度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，基于所述角度误差，确定所述第二转动驱动信息，包括：

将所述角度误差作为第三计算模型的入参，执行所述第三计算模型得到所述第二转动驱动信息；

其中，所述第三计算模型表征为：

τ_串2为所述第二转动驱动信息，K′_p为第七预设参数，K’_D为第八预设参数，e_角度为所述角度误差，表示所述角度误差的微分。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

检测所述目标动平台的位姿信息；

基于所述姿态信息，计算所述目标动平台相对所述中间动平台转动的所述实际角度以及所述中间动平台的所述实际位姿。

12.一种云台控制装置，其特征在于，包括：包括存储器及控制器，其中，

所述存储器，用于存储程序；

所述控制器，与所述存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的所述程序，以实现上述权1至权11中任一项所述的方法。

13.一种云台控制设备，其特征在于，包括权12所述的云台控制装置。

14.根据权利要求13所述的云台控制设备，其特征在于，还包括：

第一传感器，设置在目标动平台上；

第二传感器，设置在中央伸缩支杆上；

其中，所述第一传感器与所述第二传感器共同作用，以用于检测所述目标动平台的位姿信息；所述中央伸缩支杆的一端与所述静平台固定连接且垂直于所述静平台，另一端铰接于所述中间动平台；所述目标动平台与所述中间动平台平行设置，所述目标动平台与所述中间动平台联动，并能相对所述中间动平台产生自转；

以及所述控制器，与所述第一传感器和所述第二传感器连接，还用于根据所述第一传感器及所述第二传感器检测到的所述位姿信息，计算所述目标动平台相对所述中间动平台转动的实际角度以及所述中间动平台的实际位姿。

15.根据权利要求14所述的云台控制设备，其特征在于，所述第一传感器为9轴传感器；所述第二传感器为测距传感器。