CN115373429A - 云台控制方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种云台控制方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：基于云台的惯性测量单元数据，预估所述云台的夹持座的第一姿态信息；获取所述云台的各电机转动的机械角；根据所述机械角和所述夹持座的第一姿态信息，计算出所述云台的手柄的姿态信息；基于目标角度和所述手柄的姿态信息，计算所述夹持座的第二姿态信息；依据所述目标角度、第一姿态信息和所述第二姿态信息更新电机控制参数，并根据更新后的电机控制参数对各所述电机进行转动控制。采用本方法能够提高云台控制的准确性以及增强云台的稳定性。

Description

云台控制方法、装置、计算机设备和存储介质

技术领域

本申请涉及云台控制技术领域，特别是涉及一种云台控制方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

随着互联网技术的发展，手机直播和视频录制进入了人们的生活，为了更好地进行视频录制或手机直播，能够稳定拍摄的云台逐渐进入了人们的视野。

然而，现有的云台在转动过程中会挡住手机的摄像头或者手机的屏幕，甚至在某些角度会卡住手机。基于此，相关技术中设计了一种三轴非正交的云台，能够实现不遮挡手机摄像头和手机屏幕，然而，三轴非正交的云台存在漂移，使得云台的稳定性和云台对电机转动控制准确性的降低，进而导致云台拍摄的画面存在来回摆动的现象。因此，如何增强三轴非正交云台的稳定性，以及提高云台对电机转动控制的准确性成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够增强稳定性和提高云台控制的准确性的云台控制方法、装置、计算机设备和存储介质。

第一方面，本申请提供了一种云台控制方法。所述方法包括：

基于云台的惯性测量单元数据，预估所述云台的夹持座的第一姿态信息；

获取所述云台的各电机转动的机械角；

根据所述机械角和所述夹持座的第一姿态信息，计算出所述云台的手柄的姿态信息；

基于所述目标角度和所述手柄的姿态信息，计算所述夹持座的第二姿态信息；

依据所述目标角度、第一姿态信息和所述第二姿态信息更新电机控制参数；

根据更新后的电机控制参数对各所述电机进行转动控制。

在其中一个实施例中，所述惯性测量单元数据包括陀螺仪信号和惯性测量单元的温度信号；所述方法还包括：

读取所述云台中惯性测量单元的初始陀螺仪信号和初始温度信号；

对所述初始温度信号进行动态补偿，得到补偿后的温度信号；

根据标度因数和非正交矩阵对所述初始陀螺仪信号进行校正处理，得到校正后的陀螺仪信号。

在其中一个实施例中，所述基于云台的惯性测量单元数据，估计所述云台中夹持座的第一姿态信息，包括：

对云台中的陀螺仪进行动态估计，得到俯仰轴和横滚轴的陀螺零偏；

通过编码器确定所述陀螺仪的航向轴零偏；

根据所述惯性测量单元数据中的陀螺仪信号、所述航向轴零偏和所述陀螺零偏，计算得到所述云台中夹持座的第一姿态信息。

在其中一个实施例中，所述根据所述惯性测量单元数据中的陀螺仪信号、所述航向轴零偏和所述陀螺零偏，计算得到所述云台中夹持座的第一姿态信息，包括：

将所述航向轴零偏和所述陀螺零偏的和值作为所述陀螺仪的三轴零偏；

根据第一旋转矩阵将所述三轴零偏转换到惯性测量单元坐标系中，得到所述陀螺仪在所述惯性测量单元坐标系下的三轴零偏；其中，所述第一旋转矩阵表示世界坐标系到所述惯性测量单元坐标系之间的转换关系；

根据所述陀螺仪信号和所述陀螺仪在所述惯性测量单元坐标系下的三轴零偏，计算得到所述夹持座的第一姿态信息。

在其中一个实施例中，所述根据所述机械角和所述夹持座的第一姿态信息，计算出所述云台的手柄的姿态信息，包括：

根据所述机械角计算出所述云台中的手柄相对于夹持座的第二旋转矩阵；

获取第一旋转矩阵；其中，所述第一旋转矩阵表示世界坐标系到惯性测量单元坐标系之间的转换关系；

根据所述第一旋转矩阵、所述第二旋转矩阵和所述夹持座的第一姿态信息，计算得到所述手柄的姿态信息。

在其中一个实施例中，所述依据所述目标角度、第一姿态信息和所述第二姿态信息更新电机控制参数，包括：

根据所述第一姿态信息和所述目标角度，估计所述云台转动到所述目标角度后的第三姿态信息；

根据所述第三姿态信息和所述第二姿态信息进行差值计算，得到姿态差值；

基于所述姿态差值更新电机控制参数。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

测量各所述电机转动的第一角速度；

根据所述姿态差值确定各所述电机转动到所述目标角度对应的第二角速度，并根据所述第一角速度和所述第二角速度确定角速度差值；

根据所述角速度差值确定各所述电机对应的力矩差值，并根据所述力矩差值更新各所述电机的所述电机控制参数，并根据所述电机控制参数控制各所述电机的转动。

第二方面，本申请还提供了一种云台控制装置。所述装置包括：

第一姿态信息估计模块，用于基于云台的惯性测量单元数据，估计所述云台中夹持座的第一姿态信息；

机械角获取模块，用于获取所述云台的各电机转动的机械角；

手柄的姿态信息计算模块，用于根据所述机械角和所述夹持座的第一姿态信息，计算出所述云台的手柄的姿态信息；

第二姿态计算模块，用于基于目标角度和所述手柄的姿态信息，计算所述夹持座的第二姿态信息；

电机控制参数更新模块，用于依据所述目标角度、第一姿态信息和所述第二姿态信息更新电机控制参数；

电机控制模块，用于根据更新后的电机控制参数对所述各电机进行转动控制。

第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面实施例的步骤。

第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面实施例的步骤。

第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面实施例的步骤。

上述云台控制方法、装置、计算机设备和存储介质，通过基于云台的惯性测量单元数据，预估云台的夹持座的第一姿态信息，然后获取云台的各电机转动的机械角，再根据机械角和夹持座的第一姿态信息，计算出云台的手柄的姿态信息，然后基于目标角度和手柄的姿态信息，计算夹持座的第二姿态信息；再依据目标角度、第一姿态信息和第二姿态信息更新电机控制参数，并根据更新后的电机控制参数对各电机进行转动控制。本申请实施例的技术方案，通过确定估计出的姿态和实际转动后的姿态之间的误差，然后对各电机的电机控制参数进行更新，从而提高了云台控制的准确性，并且，通过准确获取各电机转动的机械角，修正了云台的漂移，从而增强了云台的稳定性。

附图说明

图1为一个实施例中云台控制方法的应用环境图；

图2为一个实施例中云台的结构示意图；

图3为一个实施例中世界坐标系、惯性测量单元坐标系和云台手柄坐标系的示意图；

图4为一个实施例中云台控制方法的流程示意图；

图5为另一个实施例中云台控制方法的流程示意图；

图6为一个实施例中计算第一姿态信息的流程示意图；

图7为另一个实施例中云台控制方法的流程示意图；

图8为另一个实施例中云台控制方法的流程示意图；

图9为一个实施例中云台控制装置的结构框图；

图10为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例提供的云台控制方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，终端102通过网络与服务器104进行通信。数据存储系统可以存储服务器104需要处理的数据。数据存储系统可以集成在服务器104上，也可以放在云上或其他网络服务器上。终端获取云台的惯性测量单元数据，并基于云台的惯性测量单元数据，预估云台的夹持座的第一姿态信息，然后获取云台的各电机转动的机械角，再根据机械角和夹持座的第一姿态信息，计算出云台中手柄的姿态信息，然后根据目标角度和计算得到的手柄的姿态信息，计算夹持座的第二姿态信息，再依据目标角度、第一姿态信息和第二姿态信息更新电机控制参数，并根据更新后的电机控制参数对各电机进行转动控制。其中，终端102可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑等。服务器104可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。

如图2和图3所示，在一些实施例中，本申请实施例提供了一种云台结构示意图和一种世界坐标系、惯性测量单元坐标系和云台手柄坐标系的示意图，该云台包括手柄202、三轴电机和夹持座210，其中该三轴电机包括第一电机204、第二电机206、第三电机208。拍摄设备可以夹持在夹持座上，手柄202即云台的底座，手柄所处的坐标系为云台手柄坐标系。夹持座所处的坐标系为惯性测量单元坐标系。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种云台控制方法，以该方法应用于图1中的终端102为例进行说明，包括以下步骤：

步骤402，基于云台的惯性测量单元数据，预估云台的夹持座的第一姿态信息。

其中，云台可以指拍摄设备的支撑平台。云台包括夹持座、手柄和三轴电机，三轴电机包括第一电机、第二电机和第三电机，夹持座用于夹持拍摄设备，拍摄设备包括但不限于智能手机和相机。

惯性测量单元数据可以指惯性测量单元中的数据。该惯性测量单元数据可以是惯性测量单元测量得到的数据，包括但不限于陀螺仪信号(角速度信号)、温度信号、加速度信号。

第一姿态信息可以指表征夹持座当前姿态的信息。需要理解的是，拍摄设备被夹持在夹持座上，因此，夹持座的第一姿态信息也可以表征拍摄设备的姿态信息。例如，夹持座上夹持着相机，那么第一姿态信息也可以表征相机的姿态信息。

在一些实施例中，惯性测量单元数据可以通过惯性测量单元中的传感器获得。例如，通过温度传感器获取温度信号，通过加速度传感器获取加速度信号，通过角速度传感器获取角速度信号。需要说明的是，还可以通过其他的方式获取惯性测量单元数据，如通过云台中的MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)采集惯性测量单元的数据，如通过外部的检测设备(如加速度计、温度计等)检测惯性测量单元中的数据，如获取服务器的数据存储系统中预先存储的惯性测量单元数据，本申请对于获取惯性测量单元数据的具体方式不作具体限制，可以根据实际情况进行选择。

在一些实施例中，在获取惯性测量单元数据后，根据惯性测量单元数据估计出夹持座的第一姿态信息。例如，使用EKF算法(Extended Kalman Filter，扩展卡尔曼滤波算法)进行夹持座的姿态估计，得到第一姿态信息。

步骤404，获取云台的各电机转动的机械角。

其中，机械角可以指电机每对磁极在定子内圆上所占的角度。在本实施例中，各电机可以指三轴电机中的第一电机、第二电机和第三电机，或者可以指两轴电机中的第四电机和第五电机。当各电机指的是三轴电机中的第一电机、第二电机和第三电机时，机械角包括第一电机转动的机械角、第二电机转动的机械角和第三电机转动的机械角。

在一些实施例中，利用霍尔传感器获取云台中的每个电机(第一电机、第二电机和第三电机)分别转动的机械角，得到第一电机转动的机械角、第二电机转动的机械角和第三电机转动的机械角。

在一些实施例中，通过霍尔传感器获取云台的每个电机分别转动的原始机械角，然后对该原始机械角进行降噪和IIR(Infinite Impulse Response，无限脉冲响应数字滤波器)滤波，得到滤波处理后的机械角，从而提高获得的机械角的准确性。

在一些实施例中，当云台包括手柄、夹持座和两轴电机，其中，两轴电机包括第四电机和第五电机时。在这种情况下，机械角可以包括第四电机转动的机械角和第五电机转动的机械角。

示例性地，利用霍尔传感器获取云台中每个电机(第四电机和第五电机)分别转动的机械角，得到第四电机转动的机械角和第五电机转动的机械角。

示例性地，可以通过霍尔传感器获取云台中第四电机转动的原始机械角和第五电机转动的原始机械角，然后对每个原始机械角都进行降噪和IIR滤波，得到滤波处理后的机械角，从而提高获得的机械角的准确性。

步骤406，根据机械角和夹持座的第一姿态信息，计算出云台的手柄的姿态信息。

其中，手柄的姿态信息可以指表征云台的手柄在世界坐标系中的当前姿态的信息。

在一些实施例中，通过前述步骤获得的第一电机的机械角、第二电机的机械角和第三电机的机械角，确定云台手柄坐标系与惯性测量单元坐标系之间的转换关系，再根据云台手柄坐标系与惯性测量单元坐标系之间的转换关系和第一姿态信息确定手柄的姿态信息。

步骤408，基于目标角度和手柄的姿态信息，计算夹持座的第二姿态信息。

其中，目标角度可以指云台需要转动到的角度。例如，用户用手拨动手柄上的控制按钮，从而将云台调整到需要对准到的方向，即将云台调整到了目标角度。

第二姿态信息可以指云台转动到目标角度后，夹持座的实际姿态信息(即实际计算得到的姿态信息)。

在一些实施例中，根据前述步骤得到的姿态信息，确定云台中手柄的当前参考航向信息，再根据当前参考航向信息和目标角度，计算得到目标姿态信息，该目标姿态信息即夹持座转动到目标角度后的第二姿态信息。

在一些实施例中，可以根据手柄的姿态信息判断云台当前所处的状态，再根据云台当前所处的状态确定云台中手柄的当前航向信息。其中，当前所处的状态包括竖直、水平、向前倒下、向后倒下、向左倒下、向右倒下等状态。通过手柄的姿态信息判断云台当前所处的状态，便于后续设定云台的最优姿态。

步骤410，依据目标角度、第一姿态信息和第二姿态信息更新电机控制参数。

其中，电机控制参数可以指用于控制电机转动的参数。该电机控制参数包括角度环控制参数、角速度环控制参数和电流环控制参数。

示例性地，可以根据目标角度、第一姿态信息和第二姿态信息进行差值计算，得到姿态差值，再将姿态差值输入至云台的自抗扰控制器中，以在自抗扰控制器中实现电机控制参数的更新。

步骤412，根据更新后的电机控制参数对各电机进行转动控制。

示例性地，获取前述步骤中自抗扰控制器输出的电机控制参数，然后，根据输出的电机控制参数进行电机的磁场导向控制，并根据电机控制参数控制电机转动。

上述云台控制方法中，通过基于云台的惯性测量单元数据，预估云台的夹持座的第一姿态信息，然后获取云台的各电机转动的机械角，再根据机械角和夹持座的第一姿态信息，计算出云台的手柄的姿态信息，然后基于目标角度和手柄的姿态信息，计算夹持座的第二姿态信息；再依据目标角度、第一姿态信息和第二姿态信息更新电机控制参数，并根据更新后的电机控制参数对各电机进行转动控制。本申请实施例的技术方案，通过确定估计出的姿态和实际转动后的姿态之间的误差，然后对各电机的电机控制参数进行更新，从而提高了云台控制的准确性，并且，通过准确获取各电机转动的机械角，修正了云台的漂移，从而增强了云台的稳定性。

在一个实施例中，如图5所示，惯性测量单元数据包括陀螺仪信号和惯性测量单元的温度信号；云台控制方法还包括：

步骤502，读取云台中惯性测量单元的初始陀螺仪信号和初始温度信号。

其中，初始陀螺仪信号可以指云台中MCU直接采集到的陀螺仪信号，温度信号可以指云台中MCU直接采集到的温度信号。

在一些实施例中，云台中的MCU按照指定的频率(如4KHz)，间隔读取惯性测量单元中的陀螺仪、加速度计、温度等信号，得到初始陀螺仪信号、初始温度信号和初始加速度信号。需要说明的是，可以通过MCU中的ADC采样单元直接采集得到初始陀螺仪信号、初始温度信号和初始加速度信号，可以是读取惯性测量单元中温度传感器上的温度信号得到初始温度信号，读取陀螺仪上的信号得到初始陀螺仪信号，读取加速度计上的信号，得到初始加速度信号。

步骤504，对初始温度信号进行动态补偿，得到补偿后的温度信号。

通过对初始温度信号进行动态补偿，得到补偿后的温度信号，以补偿温度传感器的温度漂移。

在一些实施例中，通过获取温度传感器在不同温度下的零偏变化曲线，得到温度零偏量对于温度的变化率，然后，再通过温度的变化率实时补偿不同温度下的零偏，以实现对初始温度信号的动态补偿。

例如，通过多次从-40～80摄氏度的温箱中获取零偏变化曲线，得到温度偏移量相对于温度的变化率，然后，再通过温度的变化率实时补偿不同温度下的零偏，以实现对初始温度信号的动态补偿。

步骤506，根据标度因数和非正交矩阵对初始陀螺仪信号进行校正处理，得到校正后的陀螺仪信号。

其中，标度因数可以指陀螺仪输出量与输入角速率的比值。非正交矩阵可以指惯性测量单元中的陀螺仪和加速度计之间的矩阵。惯性测量单元中的陀螺仪、三轴加速度计理论上应该是相互正交的(两两之间互相垂直)，但制造工艺导致可能会存在一些非正交的情况。

在一些实施例中，在初始状态下(第一次校正时)，根据标度因数、非正交系数和零偏建立模型，然后进行拟合处理(如rms拟合处理，即均方根拟合处理)，得到标度因数和非正交矩阵，并将该标度因数和非正交矩阵存储在MCU的flash中，后续的校正直接从flash中读取该标度因数和非正交矩阵，并直接进行校正处理，得到校正后的陀螺仪信号。需要说明的是，标度因数和非正交矩阵也可以是预先设置的，对于此，本申请不作具体限制，可以根据实际情况进行选择。

在一些实施例中，如图6所示，步骤402包括但不限于以下步骤：

步骤602，对云台中的陀螺仪进行动态估计，得到俯仰轴和横滚轴的陀螺零偏。

在一些实施例中，使用扩展卡尔曼滤波算法动态估计陀螺仪水平方向上的陀螺零偏，其中，水平方向包括俯仰轴和横滚轴，即使用扩展卡尔曼滤波算法动态估计俯仰轴和横滚轴的陀螺零偏。在陀螺静止时，陀螺仪仍会以规定时间内测得的输出量平均值相应的等效输入角速率表示，在角速度输入为零时，陀螺仪的输出是一条复合白噪声信号缓慢变化的曲线，曲线的平均值就是零偏值。即该曲线的平均值即为俯仰轴和横滚轴的陀螺零偏。

步骤604，通过编码器确定陀螺仪的航向轴零偏。

编码器实时测量航向轴零偏，从而确定陀螺仪的航向轴零偏。

步骤606，根据惯性测量单元数据中的陀螺仪信号、航向轴零偏和陀螺零偏，计算得到云台中夹持座的第一姿态信息。

在一些实施例中，惯性测量单元数据中的陀螺仪信号为校正处理后的信号，将该校正处理后的信号减去航向轴零偏和陀螺零偏，即可得到夹持座的第一姿态信息。

在一些实施例中，步骤606包括以下步骤：将航向轴零偏和陀螺零偏的和值作为陀螺仪的三轴零偏；根据第一旋转矩阵将三轴零偏转换到惯性测量单元坐标系中，得到陀螺仪在惯性测量单元坐标系下的三轴零偏；其中，第一旋转矩阵表示世界坐标系到惯性测量单元坐标系之间的转换关系；根据陀螺仪信号和陀螺仪在惯性测量单元坐标系下的三轴零偏，计算得到夹持座的第一姿态信息。

在本实施例中，航向轴零偏和陀螺零偏均为世界坐标系的零偏，而夹持座的第一姿态信息是惯性测量单元坐标系中的信息，因此，需要先将航向轴零偏和陀螺零偏转换到惯性测量单元坐标系中，然后，再根据转换后的零偏和陀螺仪信号计算得到第一姿态信息。

具体地，首先将航向轴零偏和陀螺零偏的和值作为陀螺仪的三轴零偏，然后根据第一旋转矩阵将三轴零偏转换到惯性测量单元坐标系中，得到陀螺仪在惯性测量单元坐标系下的三轴零偏，然后再将陀螺仪信号减去在惯性测量单元坐标系下的三轴零偏，得到夹持座的第一姿态信息。

其中，第一旋转矩阵为方向余弦矩阵，可以由两组不同的标准正交基的基底向量之间的方向余弦所形成的矩阵来表示。方向余弦矩阵可以用来表达一组标准正交基与另一组标准正交基之间的关系，也可以用来表达一个向量对于另一组标准正交基的方向余弦。

在一些实施例中，步骤406包括但不限于：根据机械角计算出云台的手柄相对于夹持座的第二旋转矩阵；获取第一旋转矩阵；其中，第一旋转矩阵表示世界坐标系到惯性测量单元坐标系之间的转换关系；根据第一旋转矩阵、第二旋转矩阵和夹持座的第一姿态信息，计算得到手柄的姿态信息。

具体地，机械角包括第一电机转动的机械角、第二电机转动的机械角和第三电机转动的机械角。通过第一电机转动的机械角、第二电机转动的机械角和第三电机转动的机械角，可以确定云台手柄坐标系到惯性测量单元坐标系之间的转换关系，即得到第二旋转矩阵，第一旋转矩阵用于表示世界坐标系到惯性测量单元坐标系之间的转换关系。因此，在本实施例中根据第一旋转矩阵、第二旋转矩阵将第一姿态信息转换到世界坐标系中，得到手柄的姿态信息。

在一些实施例中，步骤410包括但不限于以下步骤：根据第一姿态信息和目标角度，估计云台转动到目标角度后的第三姿态信息；根据第三姿态信息和第二姿态信息进行差值计算，得到姿态差值；基于姿态差值更新电机控制参数。

其中，姿态差值可以指夹持座转动到目标角度后的姿态估计值和实际计算值之间的差值。

示例性地，在将第一姿态信息和第二姿态信息都用对应的四元数表示，然后在第一姿态信息的四元数与第二姿态信息的四元数之间计算相对旋转，得到姿态差值。

示例性地，第一姿态信息为云台未转动到目标角度之前的姿态估计值，第二姿态信息为云台转动到目标角度后的实际姿态计算值。将第一姿态信息旋转目标角度后，得到云台转动到目标角度之后夹持座的姿态估计值，即估计云台转动到目标角度后的第三姿态信息。然后，再根据第三姿态信息和第二姿态信息进行差值计算，得到姿态差值，即可得到云台转动到目标角度后的实际姿态计算值与云台转动到目标角度后的姿态估计值之间的误差，在得到姿态差值以后，将该姿态差值输入至云台的自抗扰控制器中，以在自抗扰控制器中实现电机控制参数的更新。

请参照图7，在一些实施例中，云台控制方法还包括但不限于以下步骤：

步骤702，测量各电机转动的第一角速度。

其中，第一角速度可以指各电机在实际转动过程中的实际角速度。

在一些实施例中，可以通过云台中的MCU对各电机进行采样，以获取各电机实际转动的第一角速度，也可以是云台中惯性测量单元自带的角速度传感器测量各电机转动的第一角速度，还可以通过外部设置的检测模块(如角速度测量仪)测量各电机的第一角速度，对于此本申请不作具体限制。

步骤704，根据姿态差值确定各电机转动到目标角度对应的第二角速度，并根据第一角速度和第二角速度确定角速度差值。

其中，第二角速度可以指各电机转动到目标角度所需要的目标角速度。

在一些实施例中，首先将测量得到的第一角速度通过第二旋转矩阵从惯性测量单元坐标系中的信息转换到云台手柄坐标系中，然后再计算云台手柄坐标系中的第一角速度和第二角速度之间的差值，得到角速度差值。

步骤706，根据角速度差值确定各电机对应的力矩差值，并根据力矩差值更新各电机的电机控制参数，并根据电机控制参数控制各电机的转动。

其中，力矩差值可以指电机转动到目标角度应该拥有的力矩值和电机实际的力矩值之间的差值。

通过角速度差值确定各电机对应的力矩差值后，再根据各电机当前测量到的实际力矩值，确定各电机对应的目标力矩值，然后将该目标力矩值转换为对应的三相电压，然后根据三相电压更新各电机的电机控制参数，并根据电机控制参数控制各电机的转动。

请参照图8，在一些实施例中，云台控制方法包括但不限于以下步骤：

步骤802，基于云台的惯性测量单元数据，预估云台的夹持座的第一姿态信息。

步骤804，获取云台的各电机转动的机械角。

步骤806，根据机械角计算出云台中的手柄相对于夹持座的第二旋转矩阵。

步骤808，根据第一旋转矩阵、第二旋转矩阵和夹持座的第一姿态信息，计算得到手柄的姿态信息。

步骤810，基于目标角度和手柄的姿态信息，计算夹持座的第二姿态信息。

步骤812，根据第一姿态信息和目标角度，估计云台转动到目标角度后的第三姿态信息。

步骤814，根据第三姿态信息和第二姿态信息进行差值计算，得到姿态差值。

步骤816，测量各电机转动的第一角速度。

步骤818，根据姿态差值确定各电机转动到目标角度对应的第二角速度，并根据第一角速度和第二角速度确定角速度差值。

步骤820，根据角速度差值确定各电机对应的力矩差值，并根据力矩差值更新各电机的电机控制参数，并根据电机控制参数控制各电机的转动。

需要说明的是，步骤802～步骤820的具体步骤请参照前述的实施例。

应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的云台控制方法的云台控制装置。

在一个实施例中，如图9所示，提供了一种云台控制装置900，包括：第一姿态信息估计模块902、机械角获取模块904、手柄的姿态信息计算模块906、第二姿态计算模块908、电机控制参数更新模块910和电机控制模块912，其中：

第一姿态信息估计模块902，用于基于云台的惯性测量单元数据，预估云台的夹持座的第一姿态信息。

机械角获取模块904，用于获取云台的各电机转动的机械角。

手柄的姿态信息计算模块906，用于根据机械角和夹持座的第一姿态信息，计算出云台的手柄的姿态信息。

第二姿态计算模块908，用于基于目标角度和手柄的姿态信息，计算夹持座的第二姿态信息。

电机控制参数更新模块910，用于依据目标角度、第一姿态信息和第二姿态信息更新电机控制参数。

电机控制模块912，用于根据更新后的电机控制参数对各电机进行转动控制。

在一些实施例中，惯性测量单元数据包括陀螺仪信号和惯性测量单元的温度信号；云台控制装置还包括：

信号读取模块，用于读取云台中惯性测量单元的初始陀螺仪信号和初始温度信号。

动态补偿模块，用于对初始温度信号进行动态补偿，得到补偿后的温度信号。

校正处理模块，用于根据标度因数和非正交矩阵对初始陀螺仪信号进行校正处理，得到校正后的陀螺仪信号。

在一些实施例中，第一姿态信息估计模块902包括：

陀螺零偏确定单元，用于对云台中的陀螺仪进行动态估计，得到俯仰轴和横滚轴的陀螺零偏。

航向轴零偏确定单元，用于通过编码器确定陀螺仪的航向轴零偏。

第一姿态信息计算单元，用于根据惯性测量单元数据中的陀螺仪信号、航向轴零偏和陀螺零偏，计算得到云台中夹持座的第一姿态信息。

在一些实施例中，第一姿态信息计算单元包括：

三轴零偏计算子单元，用于将航向轴零偏和陀螺零偏的和值作为陀螺仪的三轴零偏。

转换子单元，用于根据第一旋转矩阵将三轴零偏转换到惯性测量单元坐标系中，得到陀螺仪在惯性测量单元坐标系下的三轴零偏；其中，第一旋转矩阵表示世界坐标系到惯性测量单元坐标系之间的转换关系。

第一姿态信息子单元，用于根据陀螺仪信号和陀螺仪在惯性测量单元坐标系下的三轴零偏，计算得到夹持座的第一姿态信息。

在一些实施例中，第二姿态计算模块908包括：

第二旋转矩阵计算单元，用于根据机械角计算出云台中的手柄相对于夹持座的第二旋转矩阵。

第一旋转矩阵获取单元，用于获取第一旋转矩阵；其中，第一旋转矩阵表示世界坐标系到惯性测量单元坐标系之间的转换关系。

第二姿态计算单元，用于根据第一旋转矩阵、第二旋转矩阵和夹持座的第一姿态信息，计算得到手柄的姿态信息。

在一些实施例中，电机控制参数更新模块910包括：

第三姿态信息计算单元，用于根据第一姿态信息和目标角度，估计云台转动到目标角度后的第三姿态信息。

姿态差值计算单元，用于根据第三姿态信息和第二姿态信息进行差值计算，得到姿态差值；

电机控制参数更新单元，用于基于姿态差值更新电机控制参数。

在一些实施例中，云台控制装置还包括：

第一角速度测量模块，用于测量各电机转动的第一角速度。

角速度差值确定模块，用于根据姿态差值确定各电机转动到目标角度对应的第二角速度，并根据第一角速度和第二角速度确定角速度差值；

电机转动控制模块，用于根据角速度差值确定各电机对应的力矩差值，并根据力矩差值更新各电机的电机控制参数，并根据电机控制参数控制各电机的转动。

上述云台控制装置900中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口、显示单元和输入装置。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口、显示单元和输入装置通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种云台控制方法。该计算机设备的显示单元用于形成视觉可见的画面，可以是显示屏、投影装置或虚拟现实成像装置。显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述的云台控制方法的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的云台控制方法的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的云台控制方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种云台控制方法，其特征在于，所述方法包括：

基于云台的惯性测量单元数据，预估所述云台的夹持座的第一姿态信息；

获取所述云台的各电机转动的机械角；

根据所述机械角和所述夹持座的第一姿态信息，计算出所述云台的手柄的姿态信息；

基于所述目标角度和所述手柄的姿态信息，计算所述夹持座的第二姿态信息；

依据所述目标角度、第一姿态信息和所述第二姿态信息更新电机控制参数；

根据更新后的电机控制参数对各所述电机进行转动控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惯性测量单元数据包括陀螺仪信号和惯性测量单元的温度信号；所述方法还包括：

读取所述云台中惯性测量单元的初始陀螺仪信号和初始温度信号；

对所述初始温度信号进行动态补偿，得到补偿后的温度信号；

根据标度因数和非正交矩阵对所述初始陀螺仪信号进行校正处理，得到校正后的陀螺仪信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于云台的惯性测量单元数据，估计所述云台中夹持座的第一姿态信息，包括：

对云台中的陀螺仪进行动态估计，得到俯仰轴和横滚轴的陀螺零偏；

通过编码器确定所述陀螺仪的航向轴零偏；

根据所述惯性测量单元数据中的陀螺仪信号、所述航向轴零偏和所述陀螺零偏，计算得到所述云台中夹持座的第一姿态信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述惯性测量单元数据中的陀螺仪信号、所述航向轴零偏和所述陀螺零偏，计算得到所述云台中夹持座的第一姿态信息，包括：

将所述航向轴零偏和所述陀螺零偏的和值作为所述陀螺仪的三轴零偏；

根据第一旋转矩阵将所述三轴零偏转换到惯性测量单元坐标系中，得到所述陀螺仪在所述惯性测量单元坐标系下的三轴零偏；其中，所述第一旋转矩阵表示世界坐标系到所述惯性测量单元坐标系之间的转换关系；

根据所述陀螺仪信号和所述陀螺仪在所述惯性测量单元坐标系下的三轴零偏，计算得到所述夹持座的第一姿态信息。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述机械角和所述夹持座的第一姿态信息，计算出所述云台的手柄的姿态信息，包括：

根据所述机械角计算出所述云台中的手柄相对于夹持座的第二旋转矩阵；

获取第一旋转矩阵；其中，所述第一旋转矩阵表示世界坐标系到惯性测量单元坐标系之间的转换关系；

根据所述第一旋转矩阵、所述第二旋转矩阵和所述夹持座的第一姿态信息，计算得到所述手柄的姿态信息。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述依据所述目标角度、第一姿态信息和所述第二姿态信息更新电机控制参数，包括：

根据所述第一姿态信息和所述目标角度，估计所述云台转动到所述目标角度后的第三姿态信息；

根据所述第三姿态信息和所述第二姿态信息进行差值计算，得到姿态差值；

基于所述姿态差值更新电机控制参数。

7.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

测量所述各所述电机转动的第一角速度；

根据所述姿态差值确定所述各所述电机转动到所述目标角度对应的第二角速度，并根据所述第一角速度和所述第二角速度确定角速度差值；

根据所述角速度差值确定各所述电机对应的力矩差值，并根据所述力矩差值更新各所述电机的所述电机控制参数，并根据所述电机控制参数控制各所述电机的转动。

8.一种云台控制装置，其特征在于，所述装置包括：

第一姿态信息估计模块，用于基于云台的惯性测量单元数据，估计所述云台中夹持座的第一姿态信息；

机械角获取模块，用于获取所述云台的各电机转动的机械角；

手柄的姿态信息计算模块，用于根据所述机械角和所述夹持座的第一姿态信息，计算出所述云台的手柄的姿态信息；

第二姿态计算模块，用于基于目标角度和所述手柄的姿态信息，计算所述夹持座的第二姿态信息；

电机控制参数更新模块，用于依据所述目标角度、第一姿态信息和所述第二姿态信息更新电机控制参数；

电机控制模块，用于根据更新后的电机控制参数对所述各电机进行转动控制。

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

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