CN110553669A - 云台校准方法及校准系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种云台校准方法及校准系统，该方法包括：将待校准云台放置在水平设置的校准平台上，并与所述校准平台的中继模块形成通信连接；接收经由所述中继模块转发的校准指令，并在云台静止时根据所接收到的校准指令进行云台校准。本发明通过将待校准云台放置在水平设置的校准平台上，并与所述校准平台的中继模块形成通信连接以接收中继模块转发的校准指令而进行自动校准，无需特殊治具，降低生产成本，且校准操作简单。

Description

云台校准方法及校准系统

技术领域

本发明涉及机器/仪器校准技术领域，尤其涉及一种云台校准方法及校准系统。

背景技术

云台所用的传感器包括IMU(惯性测量单元)和磁编码传感器(或霍尔传感器)。IMU由陀螺仪和加速度计组成，陀螺仪测量xyz三轴的角速度，加速度计则测量xyz三轴的关节角的角度值。一般云台控制从外环到内环分别为位置环-速度环-电流环，其中，位置环需要准确的陀螺仪和加速度计值进行姿态结算，速度环需要准确的关节角值进行速度解耦，速度环也需要准确的陀螺仪的值，电流环需要准确的电角度值。因此，云台的校准是云台使用的重要环节，现有的云台中的各校准一般为人工独立进行，需要特殊平台治具，校准操作较为复杂。

发明内容

本发明实施例提供了一种云台校准方法及校准系统，旨在实现云台多种校准的自动进行，无需特殊治具，降低生产成本，校准操作简单。

第一方面，本发明实施例提供了一种云台校准方法，其包括：将待校准云台放置在水平设置的校准平台上，并与所述校准平台的中继模块形成通信连接；接收经由所述中继模块转发的校准指令，并在云台静止时根据所接收到的校准指令进行云台校准。

第二方面，本发明实施例还提供了一种云台校准系统，用于校准内设有MCU和IMU的云台，其包括上位机及校准平台，所述上位机用于发送校准指令；所述校准平台水平设置且其上设有一中继模块，所述中继模块与上位机通信连接，并与置于校准平台上的待校准云台连接，以接收并转发校准指令；所述云台的MCU与IMU连接，以控制IMU及云台工作，用于接收经由所述中继模块转发的校准指令，并在云台静止时根据所接收到的校准指令进行云台校准。

本发明实施例提供了一种云台校准方法及校准系统。本发明实施例通过将待校准云台放置在水平设置的校准平台上，并与所述校准平台的中继模块形成通信连接以接收中继模块转发的校准指令而进行自动校准，无需特殊治具，降低生产成本，且校准操作简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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，还可以提供这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的云台校准系统的示意性框图；

图2为本发明实施例提供的云台校准系统的MCU的关节角零偏校准模块的示意性框图；

图3为本发明另一实施例提供的云台校准系统的MCU的关节角零偏校准模块的示意性框图；

图4为本发明实施例提供的云台校准方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的云台校准方法的子流程示意图；

图6为本发明实施例提供的云台校准方法的关节角零偏校准的流程示意图；以及

图7为本发明另一实施例提供的云台校准方法的流程示意图。

具体实施方式

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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其他情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的属于“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的云台校准系统的示意性框图。如图1所示，本发明提供一种云台校准系统10用于校准云台20，所述云台20内设有MCU210及惯性测量单元(Inertial measurement unit,IMU)220。所述IMU220设置于所述云台20上，包括陀螺仪221及加速度计222，所述陀螺仪221用于根据云台20的转动而测量各轴轴向的角速度。所述加速度计222用于根据云台20的转动而测量各轴轴向的加速度。所述云台20的各轴上设置有控制各轴旋转的电机，所述MCU210设置于所述云台20的主体中，且与所述IMU220连接，以控制IMU220及云台20工作。

其中，所述云台20采用三轴云台，其包括三个轴，分别为横滚轴(roll轴)、俯仰轴(pitch轴)及航向轴(yaw轴)，分别对应于空间坐标系的x轴、y轴及z轴，所述陀螺仪221采用三轴陀螺仪，检测的轴向分别包括x轴、y轴及z轴。云台20转动时，所述横滚轴(roll轴)绕x轴轴向旋转，所述俯仰轴(pitch轴)绕y轴轴向旋转，所述航向轴(yaw轴)绕z轴轴向旋转。

所述云台校准系统10包括有上位机110及校准平台120。所述上位机110用于发送校准指令。所述校准平台120水平设置且其上设有一中继模块121，所述中继模块121与上位机110通信连接，并与置于所述校准平台120上的待校准的云台20连接，以接收并转发校准指令。待校准的云台20放置于水平设置的校准平台120上，且该云台20的输入管脚与所述中继模块121的顶针连接以接收中继模块121转发的校准指令。所述云台20的MCU210用于接收经由所述中继模块121转发的校准指令，并在云台20静止时根据所接收到的校准指令进行云台校准。

在本实施例中，所述MCU210包括陀螺仪零偏校准模块211、电机电角度校准模块212及关节角零偏校准模块213。所述陀螺仪零偏校准模块211与陀螺仪221连接，用于在云台静止时根据接收到的校准指令，控制云台20的陀螺仪221进行零偏校准。所述电机电角度校准模块212用于控制云台20上的各轴电机进行电角度校准；所述关节角零偏校准模块213用于控制各轴电机工作，对云台20的各轴进行关节角零偏校准。通过于校准平台120上设置中继模块121以实现上位机110与云台20之间的连接，以进行信号传递，输入与输出间电气隔离，实现信号隔离传输，可增强整个系统的抗干扰能力。在本实施例中，所述陀螺仪零偏校准模块211、电机电角度校准模块212及关节角零偏校准模块213为可被MCU210执行的程序模块。

陀螺仪221的零偏校准是指当云台20静止时，陀螺仪零偏校准模块211在预设时间内获取陀螺仪221测量获得的云台20各轴轴向的角速度，并求取获得的角速度的均值，将求得的角速度均值作为陀螺仪221的零位误差，以对陀螺仪221进行零偏校准，并发送陀螺仪零偏校准结束信号至MCU210。具体地，所述MCU210接收到校准指令后，在预设时间内获取陀螺仪221测量获得的云台20各轴轴向的角速度，判断获得的云台20各轴轴向的角速度是否小于预设阈值，若是，则云台20静止，控制陀螺仪零偏校准模块211工作；若否，则云台20不静止，重复在预设时间内获取陀螺仪221测量获得的云台20各轴轴向的角速度，判断获得的云台20各轴轴向的角速度是否小于预设阈值。

当MCU210接收到陀螺仪零偏校准模块211发送的陀螺仪零偏校准结束信号，则控制云台20静置，并控制所述电机电角度校准模块212工作，以控制云台20上的各轴电机进行电角度校准，并在校准完成后发送电角度校准结束信号至MCU210。陀螺仪零偏校准及云台20上的各轴电机的电角度校准完成后，即可启动各轴电机以使云台20正常工作。

其中，所述云台20的各轴上设置有磁编码传感器或霍尔传感器，以用于测量获取各轴的关节角角度，所述MCU210与各轴上的磁编码传感器及霍尔传感器连接，以采集获取各轴的关节角角度。当MCU210接收到电机电角度校准模块212发送的电角度校准结束信号，则控制所述关节角零偏校准模块213工作，以控制各轴电机工作，对云台20的各轴进行关节角零偏校准。

在一些实施例中，如图2所示，所述关节角零偏校准模块213包括有初步校准单元2131，所述初步校准单元2131用于控制云台20的俯仰轴电机及横滚轴电机工作，以控制俯仰轴及横滚轴分别处于对应的轴的欧拉角为零处，即控制俯仰轴转动至俯仰轴欧拉角为零处，控制横滚轴转动至横滚轴欧拉角为零处，测量获取并记录此时俯仰轴、横滚轴及航向轴的关节角角度，以完成初步的关节角的零偏校准。其中，欧拉角由角速度及加速度进行数据融合获得，即MCU210可根据陀螺仪221测量获得的各轴轴向的角速度及加速度计222测量获得的各轴轴向的加速度进行数据融合以获得对应的各轴的欧拉角。所述欧拉角为零处代表对应的轴欧拉角的值为零时该轴的位置。所述初步校准单元2131完成初步的关节角零偏校准后发送初步关节角零偏校准结束信号至MCU210。当MCU210接收到校准指令，控制陀螺仪零偏校准模块211及电机电角度校准模块212工作后，所述MCU210控制所述初步校准单元2131完成初步的关节角零偏校准，根据接收到的初步关节角零偏校准结束信号控制所述关节角零偏校准模块213结束校准工作。

所述校准指令可为初步校准指令，所述MCU210接收到校准指令后对其进行分析，并进行控制操作。当校准指令为初步校准指令时，且陀螺仪零偏校准及电机电角度校准完成后，所述MCU210控制所述初步校准单元2131完成初步的关节角零偏校准，根据接收到的初步关节角零偏校准结束信号控制所述关节角零偏校准模块213结束校准工作，并发送初步校准结束信号至中继模块121以将初步校准结束信号传送至上位机110。根据中继模块121转发的校准指令，云台20即可依序自动完成陀螺仪零偏校准、各轴电机的电角度校准及关节角零偏校准多种校准内容，无需特殊治具，校准操作简单。

优选地，所述关节角零偏校准模块213还包括有校准提示单元2132，所述校准提示单元2132用于控制云台20的一轴或多轴转动以提示校准完成。

其中，当所述MCU210接收到所述初步关节角零偏校准结束信号时，发送控制初步校准完成提示指令至所述校准提示单元2132以控制其按照预设规则控制云台20的一轴或多轴转动以提示初步校准完成。所述预设规则可为当接收到初步校准完成提示指令时，控制云台20的航向轴转动。当然，在一些实施例中，所述预设规则可为当接收到初步校准完成提示指令时，控制云台20的横滚轴、俯仰轴及航向轴的一轴或多轴转动。

在一些实施例中，云台20上可安装有用于拍摄设备的摄像装置，如图3所示，所述校准指令可为精确校准指令，所述校准平台120上形成有航向轴限定位，所述航向轴限定位为用于使得校准平台120上的待校准的云台20的摄像装置对应于所需拍摄的设备的正中心的限定结构。所述上位机110接收到中继模块121传送的初步校准结束信号后可发送精确校准指令至中继模块121以转发传送至云台20，所述云台20的MCU210接收到校准指令后对其进行分析，并进行控制操作。所述关节角零偏校准模块213还包括加速度计校准单元2133及精确校准单元2134。所述加速度计校准单元2133用于控制云台20的俯仰轴电机及横滚轴电机工作，以控制云台的俯仰轴及横滚轴旋转至多个预设位置，且依序根据每一预设位置，当云台20处于相对静止状态时，保存加速度计222采集到的加速度，并将所有预设位置的加速度进行基于最小二乘法拟合的RANSAC运算，以获取加速度计的修正参数模型并进行加速度的修正。所述精确校准单元2134用于控制云台20的俯仰轴电机及横滚轴电机工作，以控制云台20的俯仰轴及横滚轴分别处于相应的轴的欧拉角为零处，即控制云台20的俯仰轴转动至俯仰轴欧拉角为零处，控制横滚轴转动至横滚轴欧拉角为零处，且控制云台20的航向轴电机工作，以控制云台20的航向轴转动至校准平台120的航向轴限定位处，采集获取并记录俯仰轴、横滚轴及航向轴的关节角角度，以完成精确的各轴的关节角零偏校准。通过加速度计校准单元2133进行加速度计校准，减小加速度计222的误差，从而减小欧拉角的误差，则此时云台20的俯仰轴及横滚轴的欧拉角为零处更加精确，使得后续进行的关节角零偏校准更加精确。

其中，所述预设位置之间的俯仰轴的关节角角度或横滚轴的关节角角度呈渐进缩小变化，如第一个预设位置时，横滚轴的关节角角度为-135°，俯仰轴的关节角角度为80°；第二个预设位置时，横滚轴的关节角角度为-135°，俯仰轴的关节角角度为77°，或者，横滚轴的关节角角度为-132°，俯仰轴的关节角角度为80°，所述预设位置之间的俯仰轴的关节角角度或横滚轴的关节角角度依序缩小。所述相对静止状态是指预设时间内陀螺仪221测量获得的各轴轴向的角速度及加速度计222测量获得的各轴轴向的加速度分别小于预设的相应的静止阈值。

所述加速度计修正参数模型可用公式(1)表示：

其中，i表示预设位置的次序标号，x₀、y₀、z₀为三轴轴向的零位误差，x_i、y_i、z_i为第i个预设位置的真实的三轴轴向的加速度值，此处的加速度为平移加速度而非转动加速度。x_im、y_im、z_im为第i个预设位置的加速度计222测量的三轴轴向的加速度值，k₁、k₂、k₃分别为三轴轴向的比例因素误差，k₄、k₅、k₆分别为三轴轴向的不正交误差。

现实中重力加速度为常值G，因此，相对静止状态时，真实的加速度值与重力加速度之间的关系可用公式(2)表示：

其中，i表示预设位置的次序标号，x_i、y_i、z_i为第i个预设位置的真实的三轴轴向的加速度值。

则加速度计的误差函数可用公式(3)表示：

其中，i表示预设位置的次序标号，x_i、y_i、z_i为第i个预设位置的真实的三轴轴向的加速度值，f_i代表第i个预设位置的误差函数。

则基于非线性最小二乘法的数学模型可用公式(4)表示：

其中，i表示预设位置的次序标号，x_i、y_i、z_i为第i个预设位置的真实的三轴轴向的加速度值，m代表预设位置的数目。

所述RANSAC代表(RANdom SAmple Consensus)随机抽样一致性算法，它采用迭代的方式从一组包含离群的被观测数据中估算出数学模型的参数。其具体实现步骤为：在数据中随机抽样设定为内群；计算拟合内群的模型；利用该模型测试剩余的其他数据，判断其是否为内群；记录内群中数据的数量；重复执行以上步骤，并比较各内群中数据的数量，获取数据数量最多的内群作为最优选的内群，其对应的模型为最优解。

则将所有预设位置的加速度进行基于最小二乘法拟合的RANSAC运算，以获取加速度计修正参数模型具体为：

(A)采集所有预设位置的加速度计222测量的三轴轴向的加速度值；

(B)初始化加速度修正模型的三轴轴向的零位误差、比例因素误差及不正交误差；

(C)设定RANSAC的迭代次数、随机抽样数量及用于判断数据是否适应于模型的误差阈值；

(D)在所有预设位置中抽取所述随机抽样数量的预设位置，并将对应的预设位置的三轴轴向的加速度值结合公式(4)获取其对应的最小二乘法的数学模型，结合公式(1)及该数学模型计算获得加速度修正模型的三轴轴向的零位误差、比例因素误差及不正交误差，以获得加速度修正模型；

(E)将所有预设位置的三轴轴向的加速度值分别代入公式(3)，统计误差函数值小于所述误差阈值的预设位置的个数；迭代次数累计加一；

(F)重复迭代步骤(D)和步骤(E)直至到达设定的迭代次数；

(G)选取在设定的迭代次数中误差函数值小于所述误差阈值的预设位置的个数最多的该次迭代作为最优解，获取该次迭代对应的加速度计修正参数模型作为最终的加速度计修正参数模型。

所述加速度计校准单元2133计算处理获得最终的加速度计修正参数模型后对加速度计222采集到的三轴轴向的加速度进行修正，以对加速度计222进行校准，加速度计校准单元2133基于最小二乘法拟合的RANSAC运算可提高加速度计校准的可靠性，若某些加速度数据出现错误也不会对加速度计校准的准确性产生影响，提高了加速度计222的准确性，提高了关节角零偏校准的准确性。

当校准指令为精确校准指令时，所述MCU210发送加速度计校准指令至所述加速度计校准单元2133，以进行加速度计校准，以提高加速度计222的可靠性，减小加速度计222的误差，从而减小欧拉角的误差。所述加速度计校准单元2133计算获得加速度计222的修正参数模型并对获得的加速度进行修正后，发送加速度修正完成信号至MCU210，MCU210控制精确校准单元2134工作，以控制云台20的俯仰轴转动至俯仰轴欧拉角为零处，控制横滚轴转动至横滚轴欧拉角为零处，且控制云台20的航向轴电机工作，以控制云台20的航向轴转动至校准平台120的航向轴限定位处，获取并记录俯仰轴、横滚轴及航向轴的关节角角度，以完成精确的各轴的关节角零偏校准，并发送精确校准结束信号至MCU210；所述MCU210接收到所述精确校准结束信号后，控制所述关节角零偏校准模块213结束校准工作，并发送精确校准完成信号至中继模块121以将其传送至上位机110。本实施例中，加速度计222校准之后使得姿态误差减小，此时再控制精确校准单元2134进行关节角零偏校准，可进一步提高关节角零偏校准的准确性。

优选地，当所述MCU210接收到所述精确校准结束信号时，发送控制精确校准完成提示指令至所述校准提示单元2132以控制其按照预设规则控制云台20的一轴或多轴转动以提示精确校准完成。所述预设规则可为当接收到精确校准完成提示指令时，控制云台20的横滚轴及俯仰轴转动。当然，在一些实施例中，所述预设规则可为当接收到精确校准完成提示指令时，控制云台20的横滚轴、俯仰轴及航向轴的一轴或多轴转动。

当然，在一些实施例中，所述校准指令可为完全校准指令，所述完全校准指令包括初步校准指令及精确校准指令，所述云台20的MCU210根据接收到的校准指令进行分析，当校准指令为完全校准指令时，依序将完全校准指令分为初步校准指令和精确校准指令，并依序执行对应的校准指令的校准控制。

基于上述设计，工作时，待校准的云台放置在水平设置的校准平台上，且与所述校准平台上的中继模块形成通信连接，上位机发送校准指令至校准平台的中继模块，中继模块将校准指令转发至云台，云台的MCU根据接收到的校准指令控制陀螺仪零偏校准模块工作；在接收到陀螺仪零偏校准模块发送的陀螺仪零偏校准结束信号后，控制电机电角度校准模块工作；在接收到电角度校准结束信号后，控制关节角零偏校准模块工作以进行关节角零偏校准。

本发明实施例通过将待校准的云台放置在水平设置的校准平台上且与校准平台的中继模块通信连接，以接收上位机发送至校准平台并由其上的中继模块转发的校准指令，根据校准指令进行自动校准，无需特殊治具，降低生产成本，且校准操作简单。

图4是本发明实施例提供的云台校准方法的流程示意图。如图所示，该方法包括以下步骤S110-S120。

步骤S110、将待校准云台放置在水平设置的校准平台上，并与所述校准平台的中继模块形成通信连接。

具体地，所述云台上设置有MCU、IMU及磁编码传感器，且分别与云台相互连接，所述IMU包括陀螺仪及加速度计，分别用于获取云台各轴轴向的角速度及加速度。其中，所述云台采用三轴云台，其包括三个轴，分别为横滚轴(roll轴)、俯仰轴(pitch轴)及航向轴(yaw轴)，分别对应于空间坐标系的x轴、y轴及z轴，所述陀螺仪采用三轴陀螺仪，检测的轴向分别包括x轴、y轴及z轴。云台转动时，所述横滚轴(roll轴)绕x轴轴向旋转，所述俯仰轴(pitch轴)绕y轴轴向旋转，所述航向轴(yaw轴)绕z轴轴向旋转。

步骤S120、接收经由所述中继模块转发的校准指令，并在云台静止时根据所接收到的校准指令进行云台校准。所述校准指令通过上位机发送至校准平台的中继模块，并通过中继模块转发至所述云台的MCU，以启动云台的校准工作。

在一些实施例中，如图5所示，所述步骤S120的云台校准包括如下步骤：

步骤S121、接收经由所述中继模块转发的校准指令，并在云台静止时根据所接收到的校准指令控制陀螺仪进行零偏校准。

具体地，云台的MCU根据接收到的校准指令，处理分析校准指令，且在预设时间内获取云台各轴轴向的角速度，判断获得的云台各轴轴向的角速度是否小于预设阈值，以判断云台是否静止，若小于预设阈值，则云台静止，求取获得的预设时间内的各轴轴向的角速度的均值作为陀螺仪的零位误差，以实现陀螺仪零偏校准，使得陀螺仪的工作更加精确。若预设时间内云台各轴轴向的角速度大于预设阈值，则云台不静止，重复执行在预设时间内获取云台各轴轴向的角速度，判断获得的云台各轴轴向的角速度是否小于预设阈值。

步骤S122、控制云台上的各轴电机进行电角度校准。陀螺仪零偏校准完成后，云台的MCU控制云台各轴上的电机工作以完成电机电角度校准。电机电角度校准后，各轴电机的工作更加准确，有利于提高云台各轴转动的准确性。

步骤S123、控制各轴电机工作，对云台各轴进行关节角零偏校准。

具体地，在一些实施例中，所述步骤S123后还包括：

步骤S124、控制云台的一轴或多轴转动以提示校准完成。

在一些实施例中，所述校准指令可为初步校准指令，如图6所示，所述步骤S123具体为：

步骤S123、控制云台的俯仰轴电机及横滚轴电机工作，以控制俯仰轴及横滚轴分别处于相应的轴的欧拉角为零处，即控制云台的俯仰轴转动至俯仰轴欧拉角为零处，控制横滚轴转动至横滚轴欧拉角为零处，获取并记录俯仰轴、横滚轴及航向轴的关节角角度。

所述步骤S124具体为：

步骤S124、控制云台的一轴转动以提示校准完成。优选地，所述云台的一轴为航向轴。当然，在其他实施例中，可控制云台的横滚轴、俯仰轴及航向轴的一轴或多轴转动以提示校准完成。

本发明实施例通过将待校准的云台放置于水平设置的校准平台上且与校准平台上的中继模块通信连接，以接收上位机发送的而由中继模块转发的校准指令，并根据校准指令进行自动校准，无需特殊治具，降低生产成本，且校准操作简单。云台的校准依序包括陀螺仪零偏校准、电机电角度校准及关节角零偏校准，实现多种校准的自动进行。

图7是本发明另一实施例提供的云台校准方法的流程示意图。云台上可安装有用于拍摄设备的摄像装置，所述校准平台上形成有航向轴限定位，所述航向轴限定位为用于使得校准平台上的待校准的云台的摄像装置对应于所需拍摄的设备的正中心的限定结构。所述校准指令可为完全校准指令，所述完全校准指令包括初步校准指令及精确校准指令，如图7所示，本实施例的云台校准方法包括步骤S210-S220，其中，步骤S210与上述实施例中的步骤S110类似，在此不再赘述，步骤S220又包括步骤S221-S226，步骤S221-S224与上述实施例中的步骤S121-S124类似，在此不再赘述。下面详细说明本实施例中的步骤S225-S226。

步骤S225、控制云台的俯仰轴电机及横滚轴电机工作，以控制云台的俯仰轴及横滚轴旋转至多个预设位置，且依序根据每一预设位置，当云台处于相对静止状态时，保存加速度计采集到的加速度，并将所有预设位置的加速度进行基于最小二乘法拟合的RANSAC运算，获取加速度计的修正参数模型并进行加速度的修正。

其中，所述预设位置之间的俯仰轴的关节角角度或横滚轴的关节角角度呈渐进缩小变化，如第一个预设位置时，横滚轴的关节角角度为-135°，俯仰轴的关节角角度为80°；第二个预设位置时，横滚轴的关节角角度为-135°，俯仰轴的关节角角度为77°，或者，横滚轴的关节角角度为-132°，俯仰轴的关节角角度为80°，所述预设位置之间的俯仰轴的关节角角度或横滚轴的关节角角度依序缩小。所述相对静止状态是指预设时间内陀螺仪测量获得的各轴轴向的角速度及加速度计测量获得的各轴轴向的加速度分别小于预设的相应的静止阈值。

所述加速度计修正参数模型可用公式(1)表示：

其中，i表示预设位置的次序标号，x₀、y₀、z₀为三轴轴向的零位误差，x_i、y_i、z_i为第i个预设位置的真实的三轴轴向的加速度值，此处的加速度为平移加速度而非转动加速度。x_im、y_im、z_im为第i个预设位置的加速度计测量的三轴轴向的加速度值，k₁、k₂、k₃分别为三轴轴向的比例因素误差，k₄、k₅、k₆分别为三轴轴向的不正交误差。

现实中重力加速度为常值G，因此，相对静止状态时，真实的加速度值与重力加速度之间的关系可用公式(2)表示：

其中，i表示预设位置的次序标号，x_i、y_i、z_i为第i个预设位置的真实的三轴轴向的加速度值。

则加速度计的误差函数可用公式(3)表示：

其中，i表示预设位置的次序标号，x_i、y_i、z_i为第i个预设位置的真实的三轴轴向的加速度值，f_i代表第i个预设位置的误差函数。

则基于非线性最小二乘法的数学模型可用公式(4)表示：

其中，i表示预设位置的次序标号，x_i、y_i、z_i为第i个预设位置的真实的三轴轴向的加速度值，m代表预设位置的数目。

所述RANSAC代表(RANdom SAmple Consensus)随机抽样一致性算法，它采用迭代的方式从一组包含离群的被观测数据中估算出数学模型的参数。其具体实现步骤为：在数据中随机抽样设定为内群；计算拟合内群的模型；利用该模型测试剩余的其他数据，判断其是否为内群；记录内群中数据的数量；重复执行以上步骤，并比较各内群中数据的数量，获取数据数量最多的内群作为最优选的内群，其对应的模型为最优解。

则将所有预设位置的加速度进行基于最小二乘法拟合的RANSAC运算，以获取加速度计修正参数模型的步骤具体为：

(a)采集所有预设位置的三轴轴向的加速度值；

(b)初始化加速度修正模型的三轴轴向的零位误差、比例因素误差及不正交误差；

(c)设定RANSAC的迭代次数、随机抽样数量及用于判断数据是否适应于模型的误差阈值；

(d)在所有预设位置中抽取所述随机抽样数量的预设位置，并将对应的预设位置的三轴轴向的加速度值结合公式(4)获取其对应的最小二乘法的数学模型，结合公式(1)及该数学模型计算获得加速度修正模型的三轴轴向的零位误差、比例因素误差及不正交误差，以获得加速度修正模型；

(e)将所有预设位置的三轴轴向的加速度值分别代入公式(3)，统计误差函数值小于所述误差阈值的预设位置的个数；迭代次数累计加一；

(f)重复迭代步骤(d)和步骤(e)直至到达设定的迭代次数；

(g)选取在设定的迭代次数中误差函数值小于所述误差阈值的预设位置的个数最多的该次迭代作为最优解，获取该次迭代对应的加速度计修正参数模型作为最终的加速度计修正参数模型。

步骤S226、控制云台的俯仰轴电机及横滚轴电机工作，以控制云台的俯仰轴及横滚轴分别处于相应的轴的欧拉角为零处，即控制云台的俯仰轴转动至俯仰轴欧拉角为零处，控制横滚轴转动至横滚轴欧拉角为零处，且控制云台的航向轴电机工作，以将云台的航向轴转动至所述校准平台的航向轴限定位处，获取并记录俯仰轴、横滚轴及航向轴的关节角角度。

本实施例通过进行加速度计校准，以对加速度计采集到的三轴轴向的加速度进行修正，提高加速度计的可靠性，减小加速度计的误差，从而减小欧拉角的误差，则此时云台的俯仰轴及横滚轴的欧拉角为零处更加精确，使得后续进行的关节角零偏校准更加精确。

在一些实施例中，所述步骤S226后还包括：

步骤S227、控制云台的一轴或多轴转动以提示精确校准完成。优选地，提示精确校准完成的所述云台的一轴为横滚轴，或者，提示精确校准完成的所述云台的多轴为横滚轴及俯仰轴。当然，在其他实施例中，可控制云台的横滚轴、俯仰轴及航向轴的一轴或多轴转动以提示精确校准完成。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的。例如，各个单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本发明实施例系统中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换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)

1.一种云台校准方法，其特征在于，包括：

将待校准云台放置在水平设置的校准平台上，并与所述校准平台的中继模块形成通信连接；

接收经由所述中继模块转发的校准指令，并在云台静止时根据所接收到的校准指令进行云台校准。

2.如权利要求1所述的云台校准方法，其特征在于，所述云台校准包括如下步骤：

控制陀螺仪进行零偏校准；

控制云台上各轴电机进行电角度校准；

控制各轴电机工作，对云台各轴进行关节角零偏校准。

3.如权利要求2所述的云台校准方法，其特征在于，所述控制各轴电机工作，对云台各轴进行关节角零偏校准的步骤具体为：

控制云台的俯仰轴电机及横滚轴电机工作，以控制俯仰轴及横滚轴分别处于相应的轴的欧拉角为零处，获取并记录俯仰轴、横滚轴及航向轴的关节角角度。

4.如权利要求3所述的云台校准方法，其特征在于，所述校准平台上形成有航向轴限定位，所述控制各轴电机工作，对云台的航向轴进行关节角零偏校准的步骤后还包括：

控制云台的俯仰轴电机及横滚轴电机工作，以控制云台的俯仰轴及横滚轴旋转至多个预设位置，且依序根据每一预设位置，当云台处于相对静止状态时，保存加速度计采集到的加速度，并将所有预设位置的加速度进行基于最小二乘法拟合的RANSAC运算，获取加速度计的修正参数模型并进行加速度的修正；

控制云台的俯仰轴电机及横滚轴电机工作，以将云台的俯仰轴及横滚轴分别处于相应的轴的欧拉角为零处，且控制云台的航向轴电机工作，以将云台的航向轴转动至所述校准平台的航向轴限定位处，获取并记录俯仰轴、横滚轴及航向轴的关节角角度。

5.如权利要求2所述的云台校准方法，其特征在于，所述控制各轴电机工作，对云台各轴进行关节角零偏校准的步骤后还包括：

控制云台的一轴或多轴转动以提示校准完成。

6.一种云台校准系统，用于校准内设有MCU和IMU的云台，其特征在于，包括：

上位机，用于发送校准指令；

校准平台，所述校准平台水平设置且其上设有一中继模块，所述中继模块与上位机通信连接，并与置于校准平台上的待校准云台连接，以接收并转发校准指令；

所述云台的MCU与IMU连接，以控制IMU及云台工作，用于接收经由所述中继模块转发的校准指令，并在云台静止时根据所接收到的校准指令进行云台校准。

7.如权利要求6所述的云台校准系统，其特征在于，所述MCU包括：

陀螺仪零偏校准模块，用于控制云台的陀螺仪进行零偏校准；

电机电角度校准模块，用于控制云台上的各轴电机进行电角度校准；

关节角零偏校准模块，用于控制各轴电机工作，对云台各轴进行关节角零偏校准。

8.如权利要求7所述的云台校准系统，其特征在于，所述关节角零偏校准模块包括：

初步校准单元，用于控制云台的俯仰轴电机及横滚轴电机工作，以控制俯仰轴及横滚轴分别处于对应的轴的欧拉角为零处，采集获取并记录俯仰轴、横滚轴及航向轴的关节角角度。

9.如权利要求8所述的云台校准系统，其特征在于，所述校准平台上形成有航向轴限定位，所述关节角零偏校准模块还包括：

加速度计校准单元，用于控制云台的俯仰轴电机及横滚轴电机工作，以控制云台的俯仰轴及横滚轴旋转至多个预设位置，且依序根据每一预设位置，当云台处于相对静止状态时，保存云台的加速度计采集到的加速度，并将所有预设位置的加速度进行基于最小二乘法拟合的RANSAC运算，获取加速度计的修正参数模型并进行加速度的修正；

精确校准单元，用于控制云台的俯仰轴电机及横滚轴电机工作，以控制云台的俯仰轴及横滚轴分别处于相应的轴的欧拉角为零处，且控制云台的航向轴电机工作，以控制云台的航向轴转动至所述校准平台的航向轴限定位处，获取并记录俯仰轴、横滚轴及航向轴的关节角角度。

10.如权利要求8所述的云台校准系统，其特征在于，所述关节角零偏校准模块还包括：

校准提示单元，用于控制云台的一轴或多轴转动以提示校准完成。