CN110471459B - 一种云台自动化校准设备以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种云台自动化校准设备和方法，该设备包括校准控制器以及与该校准控制器连接的第一六维运动机械手、第二六维运动机械手以及图像采集装置，该校准控制器包括存储模块，该存储模块预存云台多位置校准特征以及图像分析模块，被测云台放置在其中一六维运动机器手并连接至该校准控制器，该校准控制器控制该第一六维运动机械手以及第二六维运动机械调整被测云台的不同姿态和位置，在该图像采集装置辅助下完成该被测云台多个种类的校准和检测。本发明的自动化校准设备和方法可全自动检测被测云台，使得云台初始化参数更精准，并能识别校准结果，一方面提高了生产效率，同事经过校准的云台产品飞行顺畅，云台姿态更精准。

Description

一种云台自动化校准设备以及方法

技术领域

本发明涉及云台设备技术领域，特别是涉及一种云台自动化校准设备以及云台自动化校准方法。

背景技术

云台是用以实现目标载体的固定、调节目标载体的姿态(例如：方向、横滚和俯仰)和使目标载体稳定保持在确定的姿态上，从而实现目标载体的稳定、流畅且多角度拍摄。

通过对云台的调整，比如手机稳定器可调整手机的镜头朝向，从而准确地实现对目标的观察和摄像，因此越来越多的用户喜欢将手机固定在云台上来进行拍摄。

云台姿态感应组件一般主要由角度传感器组件及惯性测量组件(IMU)构成，它们与云台的多个电机连接，能实时手机的姿态以及运动状态。现有的云台产品，为了提供更精准的三轴姿态调整，在出厂前云台的控制系统需要初始化姿态感应组件的参数。

现有的云台参数初始化一般是采用手动校正的完成，为了保证云台产品的姿态精确和顺畅，工人需要较强的岗位技能，但是，人工作业的校准方式无法保证产品机械、重复性工作的精准度和一致性；工作效率低下，且不能保证被测云台一次校准到位。

因此，现有的云台校准技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明针对以上存在的技术问题，提供一种可全自动检测和校准被测云台，使得云台初始化参数更精准，并能识别校准结果，提高生产效率并且提高校准后云台产品的飞行顺畅度以及姿态精准度的云台自动化校准设备以及云台自动化校准方法。

第一方面，本发明实施方式提供的技术方案是：提供一种云台自动化校准设备，用于云台参数初始化设置以及校准，包括校准控制器以及与该校准控制器连接的第一六维运动机械手、第二六维运动机械手以及图像采集装置，该校准控制器包括存储模块，该存储模块预存云台多位置校准特征以及图像分析模块，被测云台放置在其中一六维运动机器手并连接至该校准控制器，该校准控制器控制该第一六维运动机械手以及第二六维运动机械调整被测云台的不同姿态和位置，在该图像采集装置辅助下完成该被测云台多个种类的校准和检测。

其中，该校准和检测包括第一校准和检测，该第一校准和检测为三轴电机旋转校准，该三轴电机包括航向轴电机、横滚轴电机以及俯仰轴电机，该校准控制器驱动该第一六维运动机械手将该被测云台定位在第一校准位置，并控制该第二六维运动机械分别对该三轴电机模拟匀速旋转动作，使得该被测云台获取每一电机旋转位置参数以及运动轨迹。

进一步地，该校准和检测包括第二校准和检测，该第二校准和检测为六面位置校准，该校准控制器驱动该第一六维运动机械手和/或该第二六维运动机械手旋转该被测云台至其中一六面位置，并停留第一检测时间，该被测云台在该第一检测时间内获取六面位置参数，该图像采集装置在该第一检测时间内获取该被测云台的当前位置图像，该图像分析模块根据该预存云台多位置校准特征分析该当前位置图像，以判断该当前位置是否合格。

进一步地，该校准和检测包括第三校准和检测，该第三校准和检测为正交位置校准，该校准控制器驱动该第一六维运动机械手旋转该被测云台至正交位置，并停留第二检测时间，该被测云台在该第二检测时间内获取正交位置参数，该图像采集装置在该第二检测时间内获取该被测云台的正交位置图像，该图像分析模块根据该预存云台多位置校准特征分析该正交位置图像，以判断该正交位置是否合格。

优选地，在该当前位置或者该正交位置不合格时，重新装载该被测云台，该校准控制器重新开始新的校准和测试。

该云台自动化校准设备还包括报警装置，该报警装置包括报警灯以及蜂鸣器，该报警装置连接至该校准控制器，在该当前位置或者该正交位置不合格时，该校准控制器驱动该报警装置打开报警灯以及发出警报。

第二方面，本发明实施方式提供的技术方案是：提供一种云台自动化校准方法，用于云台参数初始化设置以及校准，包括以下步骤：

将被测云台放置在模拟人手上，并将该被测云台连接至校准控制器；

该校准控制器控制该模拟人手调整被测云台的不同姿态和位置；

在图像采集装置辅助下完成该被测云台多个种类的校准和检测。

在一实施例中，该校准和检测包括第一校准和检测，该第一校准和检测为三轴电机旋转校准，该三轴电机包括航向轴电机、横滚轴电机以及俯仰轴电机；还包括以下步骤：

该校准控制器驱动该模拟人手将该被测云台定位在第一校准位置；

控制该模拟人手分别匀速转动该三轴电机，使得该被测云台获取每一电机旋转位置参数以及运动轨迹。

在二实施例中，该校准和检测包括第二校准和检测，该第二校准和检测为六面位置校准，还包括以下步骤：

该校准控制器驱动该模拟人手旋转该被测云台至其中一六面位置，并停留第一检测时间；

该被测云台在该第一检测时间内获取六面位置参数；

该图像采集装置在该第一检测时间内获取该被测云台的当前位置图像；

该图像分析模块根据预存云台多位置校准特征分析该当前位置图像，以判断该当前位置是否合格。

在三实施例中，该校准和检测包括第三校准和检测，该第三校准和检测为正交位置校准，还包括以下步骤：

该校准控制器驱动该模拟人手旋转该被测云台至正交位置，并停留第二检测时间；

该被测云台在该第二检测时间内获取正交位置参数；

该图像采集装置在该第二检测时间内获取该云台的正交位置图像；

该图像分析模块根据预存云台多位置校准特征分析该正交位置图像，以判断该正交位置是否合格。

本发明实施方式的有益效果是：本实施例的云台自动化校准设备以及云台自动化校准方法，使用有六个自由度的仿真模拟人手以来调整云台的姿态和位置，模拟人手与真手一样灵活并可精确控制长时间重复完成云台校准动作，从而实现云台的全自动检测和校准，使得云台初始化的参数更精准，该设备还并能识别校准结果，提高生产效率并且提高校准后云台产品的飞行顺畅度以及姿态精准度。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明实施例云台自动化校准设备第一实施例的立体图；

图2是本发明实施例云台自动化校准设备第二实施例的立体图；

图3是本发明实施例云台自动化校准设备第二实施例的侧视图；

图4是本发明实施例云台自动化校准设备的被测云台结构图；

图5是本发明实施例云台自动化校准设备的被测云台的另一结构图；

图6是本发明实施例云台自动化校准方法的主要流程图；以及

图7是本发明实施例云台自动化校准方法的详细流程图。

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明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参考图1至图3，本发明涉及云台自动化校准设备以及云台自动化校准方法。

该设备和方法，用于云台参数初始化设置以及校准，被测云台7放置在模拟人手上并连接至校准控制器，该校准控制器控制该模拟人手调整被测云台7的不同姿态和位置，在该图像采集装置辅助下完成该被测云台7多个种类的校准和检测。

该校准和检测包括三轴电机旋转校准、六面位置校准以及正交位置校准。该模拟人手还可以配合校准控制器以及图像采集装置共同完成其它云台需要的校准和检测。

本发明实施例中，云台通常采用的是线性霍尔传感器作为角度传感器组件，所以云台投入使用时都需要进入校准模式进行转轴的校准，在校准模式下，云台设备会控制转轴分别旋转到关节角的最大值和最小值对应的位置，进而获取到转轴的关节角的最大值和最小值，从而完成校准。

同时，云台也需要获取多个极限点作为姿态调整的参数，比如云台的正投影的六面位置以及正交位置。

实施例1

本实施例的云台自动化校准设备从硬件构造来看，包括校准控制器以及与该校准控制器连接的模拟人手以及图像采集装置。该校准控制器包括存储模块。

该模拟人手包括第一六维运动机械手3以及第二六维运动机械手5。如图1所示，该设备包括机台1、固定在机台上的保护箱，该保护箱上设置安装用于用户数据交互的触控面板12。该保护箱在箱体顶部设置报警装置14。该模拟人手安装在校准设备保护箱的工作室内。该机台1的底部可以安装若干滑轮13，以方便搬动该校准设备。

从软件构造来看，该存储模块预存云台多位置校准特征以及图像分析模块。

被测云台7放置在其中一六维运动机器手中并连接至该校准控制器。该校准控制器设置在机台1中。该校准控制器控制该第一六维运动机械手3以及第二六维运动机械调整被测云台7的不同姿态和位置，在该图像采集装置辅助下完成该被测云台7多个种类的校准和检测。

如图4以及图5所示，本实施例的被测云台7用于承载手机，包括感应组件、驱动电机及其三组连接轴、微型控制单元及其控制组件等部件。从结构上看，被测云台7包括手持部71、三组连接轴以及手机夹75。

该手持部71装有感应组件。感应组件主要包括使用线性霍尔传感器的角度传感器和惯性测量组件，设置于电机组件上，与电机连接，用于实时监测手机的运动状态。该三组连接轴中，一组为俯仰轴C和俯仰轴电机74，用于驱动手机沿俯仰轴转动。一组为横滚轴B和横滚轴电机73，用于驱动手机沿横滚轴B转动。另一组为航向轴A和航向轴电机72，用于驱动手机沿航向轴A转动。每个驱动电机上都连接有角度传感器。一旦角度传感器安装于电机上，其重复性和稳定性较为稳定，能够测量电机转轴转动的相对角度；云台的控制器及其控制组件则用于控制对应电机转动到目标角度。

该校准和检测包括第一校准和检测，该第一校准和检测为上述的航向轴电机72、横滚轴电机73以及俯仰轴电机74的三轴电机旋转校准。

该校准控制器驱动该第一六维运动机械手3将该被测云台7定位在第一校准位置，并控制该第二六维运动机械分别对该三轴电机模拟匀速旋转动作，使得该被测云台7获取每一电机旋转位置参数以及运动轨迹。

该校准和检测包括第二校准和检测，该第二校准和检测为六面位置校准，该六面位置台也就是云台的正投影的六面位置，包括上、下、左、右、俯、仰视角的正视图。

该校准控制器驱动该第一六维运动机械手3和/或该第二六维运动机械手5旋转该被测云台7至其中一六面位置，并停留第一检测时间，该被测云台7在该第一检测时间内获取六面位置参数，该图像采集装置在该第一检测时间内获取该被测云台7的当前位置图像，该图像分析模块根据该预存云台多位置校准特征分析该当前位置图像，以判断该当前位置是否合格。

该校准和检测包括第三校准和检测，该第三校准和检测为正交位置校准，该正交位置为横滚轴B转动至于该航向轴A重叠。

该校准控制器驱动该第一六维运动机械手3旋转该被测云台7至正交位置，并停留第二检测时间，该被测云台7在该第二检测时间内获取正交位置参数，该图像采集装置在该第二检测时间内获取该被测云台7的正交位置图像，该图像分析模块根据该预存云台多位置校准特征分析该正交位置图像，以判断该正交位置是否合格。

在该当前位置或者该正交位置不合格时，操作员重新装载该被测云台7，该校准控制器重新开始新的校准和测试。

该云台自动化校准设备还包括报警装置14，该报警装置14包括报警灯以及蜂鸣器，该报警装置14连接至该校准控制器，在该当前位置或者该正交位置不合格时，该校准控制器驱动该报警装置14打开报警灯以及发出警报。

实施例2

请参考图6，本实施例的云台自动化校准方法，用于云台参数初始化设置以及校准，主要包括以下步骤：

步骤101：将被测云台7放置在模拟人手上，并将该被测云台7连接至校准控制器；

步骤102：该校准控制器控制该模拟人手调整被测云台7的不同姿态和位置；

步骤103：在图像采集装置辅助下完成该被测云台7多个种类的校准和检测。

请一并参考图7，该校准和检测包括第一校准和检测113、第二校准和检测123以及第二校准和检测133。

该第一校准和检测113为三轴电机旋转校准，该三轴电机包括航向轴电机72、横滚轴电机73以及俯仰轴电机74；还包括以下步骤：

该校准控制器驱动该模拟人手将该被测云台7定位在第一校准位置；

控制该模拟人手分别匀速转动该三轴电机，使得该被测云台7获取每一电机旋转位置参数以及运动轨迹。

该第二校准和检测123为六面位置校准，还包括以下步骤：

该校准控制器驱动该模拟人手旋转该被测云台7至其中一六面位置，并停留第一检测时间；

该被测云台7在该第一检测时间内获取六面位置参数；

该图像采集装置在该第一检测时间内获取该被测云台7的当前位置图像；

该图像分析模块根据预存云台多位置校准特征分析该当前位置图像，以判断该当前位置是否合格。

该第三校准和检测133为正交位置校准，还包括以下步骤：

该校准控制器驱动该模拟人手旋转该被测云台7至正交位置，并停留第二检测时间；

该被测云台7在该第二检测时间内获取正交位置参数；

该图像采集装置在该第二检测时间内获取该云台的正交位置图像；

该图像分析模块根据预存云台多位置校准特征分析该正交位置图像，以判断该正交位置是否合格。

本实施例的云台自动化校准设备以及云台自动化校准方法，使用有六个自由度的仿真模拟人手以来调整云台的姿态和位置，模拟人手与真手一样灵活并可精确控制长时间重复完成云台校准动作，从而实现云台的全自动检测和校准，使得云台初始化的参数更精准，该设备还并能识别校准结果，提高生产效率并且提高校准后云台产品的飞行顺畅度以及姿态精准度。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种云台自动化校准设备，用于云台参数初始化设置以及校准，其特征在于，包括校准控制器以及与所述校准控制器连接的第一六维运动机械手、第二六维运动机械手以及图像采集装置，所述校准控制器包括存储模块，所述存储模块预存云台多位置校准特征以及图像分析模块，被测云台放置在其中一六维运动机器手并连接至所述校准控制器，所述校准控制器控制所述第一六维运动机械手以及第二六维运动机械调整被测云台的不同姿态和位置，在所述图像采集装置辅助下完成所述被测云台多个种类的校准和检测，所述校准和检测包括：三轴电机旋转校准、六面位置校准以及正交位置校准，以使得所述被测云台获取每一电机旋转位置参数以及运动轨迹，判断六面位置是否合格，及使得所述被测云台获取正交位置参数，利用获取的正交位置图像确定正交位置是否合格。

2.根据权利要求1所述的云台自动化校准设备，其特征在于，所述校准和检测包括第一校准和检测，所述第一校准和检测为三轴电机旋转校准，所述三轴电机包括航向轴电机、横滚轴电机以及俯仰轴电机，所述校准控制器驱动所述第一六维运动机械手将所述被测云台定位在第一校准位置，并控制所述第二六维运动机械分别对所述三轴电机模拟匀速旋转动作，使得所述被测云台获取每一电机旋转位置参数以及运动轨迹。

3.根据权利要求1所述的云台自动化校准设备，其特征在于，所述校准和检测包括第二校准和检测，所述第二校准和检测为六面位置校准，所述校准控制器驱动所述第一六维运动机械手和/或所述第二六维运动机械手旋转所述被测云台至其中一六面位置，并停留第一检测时间，所述被测云台在所述第一检测时间内获取六面位置参数，所述图像采集装置在所述第一检测时间内获取所述被测云台的当前位置图像，所述图像分析模块根据所述预存云台多位置校准特征分析所述当前位置图像，以判断所述当前位置是否合格。

4.根据权利要求1所述的云台自动化校准设备，其特征在于，所述校准和检测包括第三校准和检测，所述第三校准和检测为正交位置校准，所述校准控制器驱动所述第一六维运动机械手旋转所述被测云台至正交位置，并停留第二检测时间，所述被测云台在所述第二检测时间内获取正交位置参数，所述图像采集装置在所述第二检测时间内获取所述被测云台的正交位置图像，所述图像分析模块根据所述预存云台多位置校准特征分析所述正交位置图像，以判断所述正交位置是否合格。

5.根据权利要求3所述的云台自动化校准设备，其特征在于，在所述当前位置或者所述正交位置不合格时，重新装载所述被测云台，所述校准控制器重新开始新的校准和测试。

6.根据权利要求5所述的云台自动化校准设备，其特征在于，还包括报警装置，所述报警装置包括报警灯以及蜂鸣器，所述报警装置连接至所述校准控制器，在所述当前位置或者所述正交位置不合格时，所述校准控制器驱动所述报警装置打开报警灯以及发出警报。

7.一种云台自动化校准方法，用于云台参数初始化设置以及校准，其特征在于，包括以下步骤：

将被测云台放置在模拟人手上，并将所述被测云台连接至校准控制器；

所述校准控制器控制所述模拟人手调整被测云台的不同姿态和位置；

在图像采集装置辅助下完成所述被测云台多个种类的校准和检测，所述校准和检测包括：三轴电机旋转校准、六面位置校准以及正交位置校准，以使得所述被测云台获取每一电机旋转位置参数以及运动轨迹，判断六面位置是否合格，及使得所述被测云台获取正交位置参数，利用获取的正交位置图像确定正交位置是否合格。

8.根据权利要求7所述的云台自动化校准方法，其特征在于，所述校准和检测包括第一校准和检测，所述第一校准和检测为三轴电机旋转校准，所述三轴电机包括航向轴电机、横滚轴电机以及俯仰轴电机；还包括以下步骤：

所述校准控制器驱动所述模拟人手将所述被测云台定位在第一校准位置；

控制所述模拟人手分别匀速转动所述三轴电机，使得所述被测云台获取每一电机旋转位置参数以及运动轨迹。

9.根据权利要求7所述的云台自动化校准方法，其特征在于，所述校准和检测包括第二校准和检测，所述第二校准和检测为六面位置校准，还包括以下步骤：

所述校准控制器驱动所述模拟人手旋转所述被测云台至其中一六面位置，并停留第一检测时间；

所述被测云台在所述第一检测时间内获取六面位置参数；

所述图像采集装置在所述第一检测时间内获取所述被测云台的当前位置图像；

所述图像分析模块根据预存云台多位置校准特征分析所述当前位置图像，以判断所述当前位置是否合格。

10.根据权利要求7所述的云台自动化校准方法，其特征在于，所述校准和检测包括第三校准和检测，所述第三校准和检测为正交位置校准，还包括以下步骤：

所述校准控制器驱动所述模拟人手旋转所述被测云台至正交位置，并停留第二检测时间；

所述被测云台在所述第二检测时间内获取正交位置参数；

所述图像采集装置在所述第二检测时间内获取所述云台的正交位置图像；

所述图像分析模块根据预存云台多位置校准特征分析所述正交位置图像，以判断所述正交位置是否合格。

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