CN206494137U - 云台及使用所述云台的无人飞行器 - Google Patents

Abstract

一种云台，包括连接组件以及与所述连接组件相连的驱动机构，所述连接组件能够将所述云台连接于承载体。所述驱动机构包括转子组件、定子以及第一传感器。所述转子组件包括用于承载外部负载的安装件以及设置于所述安装件上的驱动件。所述定子可转动地抵接于所述驱动件，所述定子包括球形表面，所述球形表面与所述驱动件相接触；其中，所述驱动件能够驱动所述安装件相对于所述定子转动。所述第一传感器，设置于所述转子组件上，并用于检测所述转子组件的运动状态，所述第一传感器的检测结果能够用于调整所述转动组件的运动。本实用新型还涉及一种使用所述云台的无人飞行器。

Description

云台及使用所述云台的无人飞行器

技术领域

本实用新型涉及一种云台及使用该云台的无人飞行器。

背景技术

通常情况下，多轴电动云台，如两轴云台或三轴云台等，其各轴的转动分别由不同的驱动件驱动，以实现云台在多个方向上的协同运动。然而，上述的云台由于包括了分别用于驱动各轴转动的驱动件，其体积相对较大，不利于所述云台的小型化设计。

实用新型内容

鉴于以上内容，有必要提供一种结构相对更为紧凑的云台以及使用该云台的无人飞行器。

一种云台，包括连接组件以及与所述连接组件相连的驱动机构，所述连接组件能够将所述云台连接于承载体，其特征在于，所述驱动机构包括：

转子组件，包括：

安装件，用于承载外部负载；以及

驱动件，设置于所述安装件上；

定子，可转动地抵接于所述驱动件，所述定子包括球形表面，所述球形表面与所述驱动件相接触；其中，所述驱动件能够驱动所述安装件相对于所述定子转动；以及

第一传感器，设置于所述转子组件上，并用于检测所述转子组件的运动状态，所述第一传感器的检测结果能够用于调整所述转动组件的运动。

进一步地，所述安装件及所述安装件上的外部负载相对于所述定子的重心能够处于平衡状态。

进一步地，所述第一传感器为以下几种中的至少一种：陀螺仪、加速度计。

进一步地，所述云台还包括处理器，所述处理器与所述第一传感器电连接，所述处理器能够根据所述第一传感器获取的所述运动状态调整所述转子组件的运动。

进一步地，所述连接组件包括连接座，所述定子连接于所述连接座上，所述连接座用于连接所述承载体。

进一步地，所述处理器能够利用所述安装件相对于一参照物的位置数据来校准所述第一传感器；及/或

所述处理器能够利用所述安装件相对于所述连接座的位置数据来校准所述第一传感器；及/或

所述处理器能够利用所述安装件的姿态角以及所述连接座的姿态角来调整所述安装件相对于所述连接座的方位。

进一步地，所述云台还包括第二传感器，所述第二传感器设置于所述连接座上，并与所述处理器连接，所述第二传感器用于感测所述云台整体的运动状态，所述处理器还能够利用所述第二传感器所感测的数据来校准所述第一传感器。

进一步地，所述处理器能够利用所述第一传感器感测所述安装件关于第一轴线或/及关于第二轴线的姿态角，所述第一轴线为所述云台的俯仰轴，所述第二轴线为所述云台的横滚轴；及/或

所述处理器能够利用所述第二传感器感测所述安装件关于第三轴线的姿态角，所述第三轴线为所述云台的偏航轴；及/或

所述处理器能够利用所述第二传感器感测所述连接座关于第三轴线的姿态角，所述第三轴线为所述云台的偏航轴。

进一步地，所述云台还包括致动件，所述致动件连接于所述定子与所述连接座之间，并能够驱动所述定子相对所述连接座运动，所述第二传感器与所述致动件电连接，并用于感测所述致动件的运动状态。

进一步地，所述安装件包括安装部及设置于所述安装部上的支撑部，所述驱动件设置于所述支撑部上，所述安装部用于承载所述外部负载，使所述外部负载及所述云台的整体重心相对所述球形表面的球心偏移。

进一步地，所述安装部为环形，环形的所述安装部环绕设置在所述定子的所述球形表面外周。

进一步地，所述安装件上还设置有平衡件，所述平衡件相对所述安装件的位置能够调整，以平衡所述外部负载及所述云台的整体重心。

进一步地，所述平衡件为多个，多个所述平衡件均布于所述安装件上；

或/及，所述平衡件相对所述安装件的位置能够调整，使所述外部负载及所述云台的整体重心沿一第一轴线相对所述球形表面的球心偏移，所述第一轴线为所述云台的偏航轴；

或/及，所述平衡件相对所述安装件的位置能够调整，使所述外部负载及所述云台的整体重心沿一第二轴线相对所述球形表面的球心偏移，所述第二轴线为所述云台的俯仰轴；

或/及，所述平衡件相对所述安装件的位置能够调整，使所述外部负载及所述云台的整体重心沿一第三轴线相对所述球形表面的球心偏移，所述第三轴线为所述云台的横滚轴；

或/及，所述平衡件相对所述安装件的位置能够调整，使所述外部负载及所述云台的整体重心与所述球形表面的球心重合。

进一步地，所述驱动件为多个压电驱动器，多个所述压电驱动器彼此间隔设置在所述安装件上，所述定子设置于多个所述压电驱动器之间；及/或

多个所述压电驱动器沿所述定子的所述球形表面的一个外圆的周向排列设置；及/或

多个所述压电驱动器均匀分布在所述外圆的圆周上。

一种无人飞行器，包括机身以及设置于所述机身上的上述的云台。

上述的云台，其转子组件及定子所构成的驱动机构大致为球形驱动器，所述云台通过球形驱动器来驱动所述云台各轴的运动，使所述云台的结构相对传统云台更为紧凑、体积相对较小，有利于所述云台的小型化设计。

附图说明

图1为本实用新型实施方式中的可移动设备的示意图。

图2为本实用新型实施方式中的无人飞行器的示意图。

图3为图1所示可移动设备的云台的立体示意图。

图4为图3所示云台的驱动机构的示意图。

图5为图3所示云台的反馈控制回路示意图。

图6为图3所示云台的初始化校准的控制流程示意图。

图7为本实用新型实施方式中的云台的操作方法的流程示意图。

图8为本实用新型实施方式中的云台的控制方法的流程示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型实施方式提供一种云台，包括驱动机构，所述驱动机构包括：转子组件，包括：安装件，用于承载外部负载；以及驱动件，设置于所述安装件上；定子，可转动地抵接于所述驱动件，所述定子包括球形表面，所述球形表面与所述驱动件相接触；其中，所述驱动件能够驱动所述安装件相对于所述定子转动；以及第一传感器，设置于所述转子组件上，并用于检测所述转子组件的运动状态。

本实用新型实施方式还提供一种无人飞行器，包括机身以及设置于所述机身上的云台.所述云台包括驱动机构，所述驱动机构包括：定子，连接于所述机身，所述定子包括球形表面；转子组件，包括：安装件，用于承载外部负载；以及驱动件，设置于所述安装件上，且与所述定子的所述球形表面相抵持；其中，所述驱动件能够驱动所述安装件相对于所述定子转动，以及第一传感器，设置于所述转子组件上，并用于检测所述转子组件的运动状态。

本实用新型实施方式还提供一种云台控制方法，用于控制云台，所述云台包括驱动机构，所述驱动机构包括：转子组件，包括：安装件，用于承载外部负载；以及驱动件，设置于所述安装件上；以及定子，可转动地抵接于所述驱动件，所述定子包括球形表面，所述球形表面与所述驱动件相接触；以及第一传感器，设置于所述转子组件上，并用于检测所述转子组件的运动状态。所述云台的控制方法包括：利用第一传感器获取所述安装件的运动状态；以及根据所述运动状态，控制所述驱动件驱动所述安装件相对所述定子转动。

本实用新型实施方式还提供一种云台，包括驱动机构，所述驱动机构包括：转子组件，包括：安装件，用于承载外部负载；以及驱动件，设置于所述安装件上；以及定子，可转动地抵接于所述驱动件，所述定子包括球形表面，所述球形表面与所述驱动件相接触。其中，所述驱动件能够驱动所述安装件相对于所述定子转动，所述安装件及所述安装件上的外部负载相对于所述定子的重心能够处于平衡状态。

本实用新型实施方式还提供一种无人飞行器，其包括机身以及设置于所述机身上的云台。所述云台包括驱动机构，所述驱动机构包括：定子，连接于所述机身，所述定子包括球形表面；转子组件，包括：安装件，用于承载外部负载；以及驱动件，设置于所述安装件上，且与所述定子的所述球形表面相抵持。其中，所述驱动件能够驱动所述安装件相对于所述定子转动，所述安装件及所述安装件上的外部负载相对于所述定子的重心能够处于平衡状态。

本实用新型实施方式还提供一种云台的操作方法，所述云台包括驱动机构。所述驱动机构包括：转子组件，包括：安装件，用于承载外部负载；以及驱动件，设置于所述安装件上；以及定子，可转动地抵接于所述驱动件，所述定子包括球形表面，所述球形表面与所述驱动件相接触。所述操作方法包括：将外部负载设置于所述安装件上，使所述外部负载相对于所述定子的重心处于平衡状态；以及控制所述驱动件驱动所述安装件相对所述定子转动，以带动所述外部负载运动。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1及图2，本实用新型实施例所提供一种可移动设备 300，所述可移动设备300包括机身310以及连接于所述机身310上的云台100。所述云台100用于搭载外部负载，如图像获取装置等，以允许所述可移动设备300进行摄像作业。

可以理解，所述外部负载可以为但不限于为下几种中的任一种：图像获取装置、通讯装置、传感器。所述可移动设备300可以为但并不限于为无人飞行器、无人车或无人船等。在本实施例中，所述可移动设备300以无人飞行器500(请参阅图2)为例进行说明。所述无人飞行器500包括机架510以及设置于所述机架510上的动力系统。

在本实用新型实施方式中，所述无人飞行器500为旋翼飞行器，所述动力系统为旋翼组件530。具体在图示的实施方式中，所述无人飞行器500为四旋翼飞行器，即具有四个旋翼组件530的飞行器。所述旋翼组件530包括电机531以及与所述电机531相连的螺旋桨533。所述电机531能够驱动所述螺旋桨533转动，以为所述无人飞行器 500提供飞行的动力。可以理解，所述无人飞行器500也可以为六旋翼飞行器、八旋翼飞行器、十二旋翼飞行器等，甚至，所述无人飞行器500可以为单旋翼飞行器；另外，在其他实施方式中，所述无人飞行器500可以为固定翼飞行器，或者固定翼-旋翼混合的飞行器。

所述无人飞行器500还包括主控制器、惯性测量单元(IMU， Inertialmeasurement unit)以及电子调速器。本实施方式中，所述主控制器和所述惯性测量单元集成在一起。

所述主控制器可以为飞行控制器，其用于控制所述无人飞行器 500整体的飞行作业，包括飞行速度、飞行姿态等，还用于控制所述拍摄装置200执行拍摄作业。所述惯性测量单元与所述主控制器电性连接，其用于检测所述无人飞行器500的姿态。所述电子调速器设置在所述机架510上，并与所述主控制器以及所述惯性测量单元均电性连接。所述电子调速器在所述主控制器的控制下，能够调节所述电机 531的转动速度。具体而言，所述电子调速器可以为多个，多个所述电子调速器分别与所述旋翼组件530的电机531相连接，并用于调节所述电机531的转动速度，以调节所述无人飞行器500的飞行速度、飞行姿态。

请同时参阅图3，在本实施方式中，所述云台100为电动云台，具体而言，所述云台100为三轴电动云台。所述云台100包括连接组件20以及驱动机构40，所述云台100通过所述连接组件20连接于承载体，例如所述可移动设备300的机身310，所述驱动机构40设置于所述连接组件20上，并用于装设外部负载。

所述连接组件20可拆卸地装设于所述机身310上，其用于装设所述驱动机构40，并用于驱动所述驱动机构40相对所述机身310绕第一轴线Y转动。所述第一轴线Y为所述可移动设备300的航向轴，同时为所述云台100的偏航轴。具体在图示的实施例中，所述连接组件20包括连接座21、致动件23以及连接杆25。

所述连接座21连接于所述机身310。可以理解，在其他的一些实施方式中，当所述云台100应用于其他的设备/应用平台上时，如，当所述云台100应用在手持设备或无人车上时，所述连接座21可以用于连接对应的所述手持设备或无人车等设备/应用平台。所述应用平台可以为但不限于为以下几种中的任一种：遥控移动装置、车辆、船舶、固定基站、手持设备。

所述致动件23设置于所述连接座21上，并连接于所述连接座 21与所述驱动机构40机构之间。在本实施方式中，所述致动件23 为旋转驱动件，所述致动件23能够驱动所述驱动机构40相对所述连接座21绕所述第一轴线Y转动。具体而言，所述致动件23为旋转电机。

所述连接杆25设置在所述致动件23上，并用于连接所述驱动机构40。可以理解，在其他的实施方式中，所述连接杆25可以省略，而将所述驱动机构40直接设置于所述致动件23的驱动端。甚至，在一些实施方式中，所述连接座21也可以省略，而直接将所述驱动机构40通过所述致动件23连接于所述机身310或所述应用平台，并使所述驱动机构40能够在所述致动件23的驱动下，相对所述机身310 或所述应用平台转动。同样可以理解的是，在一些实施方式中，所述致动件23可以省略，而直接将所述驱动机构40连接于所述机身310 或所述应用平台。

具体在本实施方式中，所述驱动机构40设置在所述连接杆25远离所述致动件23的一端。所述驱动机构40包括定子41以及转子组件43，所述定子41连接于所述连接杆25，所述转子组件43可转动地连接于所述定子41上。

在本实施方式中，所述驱动机构40为球形驱动器，所述定子41 为球形定子，其包括球形表面411，所述球形表面411连接于所述连接杆25。可以理解，所述定子41可以为半球形，可以为整球形，也可以为部分球形，并不局限于本实用新型实施例所描述。

所述转子组件43邻近所述定子41设置，并大致环绕于所述定子 41周围。所述转子组件43包括安装件431以及设置于所述安装件431 上的驱动件433。

请同时参阅图4，所述安装件431包括安装部4311以及支撑部 4313。所述安装部4311用于装设所述外部负载，所述支撑部4313设置于所述安装部4311上，并用于支撑所述驱动件433。

在本实施方式中，所述安装部4311大致为环形，环形的所述安装部4311环绕设置在所述定子41的所述球形表面411外周。可以理解，在其他的实施方式中，所述安装部4311的形状不局限于环形，其可以为其他合适的结构，例如板状、块状、长条状等等。

在本实施方式中，所述支撑部4313为多个，多个所述支撑部4313 彼此间隔设置于所述安装部4311上，所述定子41设置于多个所述支撑部4313之间。具体在图示的实施方式中，所述支撑部4313设置于所述安装部4311朝向所述连接杆25的一侧，多个所述支撑部4313 均匀间隔分布在环形的所述安装部4311上，且环绕在所述定子41的所述球形表面411之外。

在本实施方式中，所述驱动件433为多个，每个所述驱动件433 设置于一个所述支撑部431上。具体而言，所述驱动件433及所述支撑件431均为三个。每个所述驱动件433设置于对应的所述支撑部 431朝向所述定子41的一侧，并与所述球形表面411相抵持。所述驱动件433能够驱动所述安装件431相对于所述定子41转动。

在本实施方式中，所述驱动件433为压电驱动器，所述压电驱动器能够驱动所述安装件431相对于所述定子41绕至少一轴线转动。所述安装件431相对所述定子41转动的轴线至少包括以下的任一轴：所述云台100的偏航轴、所述云台100的横滚轴、所述云台100的俯仰轴。可以理解，在一些实施方式中，所述支撑部4313可以省略，而直接将多个所述驱动件433设置在所述安装部4311上，并使多个所述驱动件433环绕设置在所述定子41的所述球形表面411之外，且所述驱动件433与所述球形表面411相接触。

具体在本实施方式中，多个所述驱动件433环绕设置在所述定子 41的所述球形表面411之外时，多个所述驱动件433沿所述球形表面411的一个外圆的周向排列设置。具体在图示的实施方式中，多个所述驱动件433均匀分布在所述外圆的圆周上，所述外圆偏离于所述球形表面411的大圆，即，所述外圆所在的平面不通过所述球形表面 411的球心O。可以理解，在一些实施方式中，所述外圆可以为所述球形表面411的大圆，即，所述外圆所在的平面可以通过所述球形表面411的球心O。

在一些实施方式中，当所述定子41可转动地连接于所述连接座 21上时，所述定子41能够相对所述连接座21绕所述第一轴线Y转动，此时，多个所述驱动件433沿一第一圆周排列设置，并能够驱动所述安装件431绕一第二轴线P及一第三轴线R相对所述定子41转动，所述第二轴线P及所述第三轴线R分别为所述云台100的俯仰轴及横滚轴。

可以理解，在另一实施方式中，当所述定子41固定地连接于所述连接座21上时，多个所述驱动件433沿一第二圆周排列设置，并能够驱动所述安装件431绕所述第一轴线Y、所述第二轴线P及所述第三轴线R相对所述定子41转动。所述第二圆周与所述第一圆周不相同。

进一步地，所述转子组件43还包括平衡件435，所述平衡件435 可调整地设置在所述安装件431上，以平衡所述外部负载的重心，即，使所述外部负载及所述云台100的整体重心G相对所述球形表面411 的球心O达到平衡状态，以使所述云台100的各轴运动更为灵活。所述平衡状态，应当理解为，所述外部负载及所述云台100的整体重心G能够落在所述云台100的至少一轴上，如，所述外部负载及所述云台100的整体重心G落在所述云台100的偏航轴/俯仰轴/横滚轴上，使驱动所述安装件431绕所述云台100的偏航轴/俯仰轴/横滚轴转动时所需的转矩相对较小，且所述安装件431的转动运动更易于控制，有利于所述云台100整体的平衡，并有利于精确控制所述云台 100的运动。

在本实施方式中，所述平衡件435为多个，多个所述平衡件435 彼此间隔设置在所述安装部4311上。优选地，多个所述平衡件435 均匀间隔分布于所述安装部4311上。当所述平衡件435设置在所述安装部4311上，且所述安装部4311上设置有所述外部负载时，所述平衡件435使所述外部负载及所述云台100的整体重心G相对所述球形表面411的球心O达到平衡。在本实施方式中，所述外部负载设于所述安装部4311上时，通过调整所述平衡件435的装设位置，能够使所述外部负载及所述云台100的整体重心G落在所述第一轴线Y 上。优选地，所述外部负载设于所述安装部4311上时，所述外部负载及所述云台100的整体重心G沿所述第一轴线Y相对所述球形表面411的球心O偏移。

可以理解，在一些实施方式中，可以通过调整所述平衡件435的装设位置，使所述外部负载及所述云台100的整体重心G落在所述第二轴线P或/及所述第三轴线R上；进一步地，所述外部负载及所述云台100的整体重心G可以沿所述第二轴线P或所述第三轴线R 相对所述球形表面411的球心O偏移。同样可以理解的是，所述外部负载设于所述安装部4311上时，通过调整所述平衡件435的装设位置，还能够使所述外部负载及所述云台100的整体重心G与所述球形表面411的球心O重合，以使所述外部负载及所述云台100的整体重心G相对所述定子41达到平衡状态，使所述云台100在各轴上的转动运动更易于控制且更为灵活。

可以理解，在一些实施方式中，为了平衡所述外部负载及所述云台100的重心，所述外部负载设于所述安装部4311上时，可以通过调整所述平衡件435的装设位置，使所述外部负载及所述云台100的整体重心沿一第一方向相对所述球形表面411的球心O偏移，所述第一方向与所述第一轴线Y大致平行或重合，即，所述第一方向与所述云台100的偏航轴大致平行或重合。

进一步地，为了控制所述云台100各轴的运动，并校准所述云台 100各轴的运动数据，所述云台100还包括处理器80(请参阅图1)，所述处理器80能够根据所述云台100在各轴上的实时运动状态以及实时位置姿态，进一步地控制并调整所述云台100的运动，使所述云台100各轴的运动状态以及位置姿态分别满足目标运动状态及目标位置姿态。所述处理器80与所述驱动件433有线连接或无线连接，并通过控制所述驱动件433运动，以达到调整所述云台100的运动的目的。所述处理器80通过控制所述驱动件433驱动所述安装件431 相对于所述定子41转动，以使所述安装件431的姿态角满足目标姿态角。

具体而言，所述处理器80通过计算所述驱动件433将所述安装件431驱动至所述目标姿态角时所需要的输入转矩，且能够根据所述输入转矩控制所述驱动件433驱动所述安装件431转动，以使所述安装件431的姿态角满足所述目标姿态角。

进一步地，所述云台100还包括比例-积分-微分控制器(PID控制器，请参阅图1)85，所述PID控制器85设置于所述安装件431 上，并与所述处理器80电连接，所述处理器80能够利用所述PID控制器85通过反馈控制回路来获取所述输入转矩。

进一步地，为了感测所述云台100的运动状态以及位置姿态，以使所述处理器80对所述云台100运动的控制更为精确，所述云台100 还包括第一传感器62(请参阅图1)及第二传感器64(请参阅图1)，所述第一传感器62及所述第二传感器64分别与所述处理器80有线连接或无线连接。

在本实施方式中，所述第一传感器62设置于所述安装件431上，并用于检测所述转子组件43的运动状态，同时用于检测所述转子组件43的位置姿态。具体在图示的实施方式中，所述第一传感器62用于检测所述安装件431的运动状态及位置姿态，所述处理器80能够根据所述第一传感器62获取的所述运动状态及位置姿态调整所述转子组件43的运动状态及位置姿态。其中，所述运动状态包括但不限于转动角度及转动速度。

具体而言，请同时参阅图5，为了详细阐明上述的控制过程，图 5示出了所述处理器80通过所述PID控制器85利用所述第一传感器 62对所述驱动件433及所述安装件431进行控制的反馈控制回路示意图。所述第一传感器62与所述PID控制器85有线连接或无线连接，所述PID控制器85能够根据所述目标姿态角及所述第一传感器62 检测的所述安装件431的实际姿态角之间的差值来获取所述驱动件 433所需的输入角速度，并进一步地根据所述输入角速度及所述第一传感器62检测的安装件431的实际角速度之间的差值来获取所述驱动件433所需的所述输入转矩，以允许所述处理器80根据所述输入转矩来控制所述驱动件433运动，从而达到调整所述转子组件43的运动状态及位置姿态的目的。

所述第一传感器62可以为以下几种中的至少一种：陀螺仪、加速度计。所述第一传感器62不包括光学传感器或磁场传感器。所述转子组件43/所述安装件431的运动状态包括以下几种中的至少一种：转动角度、转动速度、角速度、角加速度。可以理解，在其他的实施方式中，为满足实际需要，所述第一传感器62可以设置在所述转子组件43的其他合适的部位，例如，设置在所述平衡件435上，设置在所述驱动件433上等等，以利用所述第一传感器60感测所述转子组件43的运动状态。

为了使所述处理器80能够更为精确地控制所述云台100的运动，有必要在其控制所述云台100运动之初，对所述云台100进行初始化校准。在本实用新型实施方式中，所述处理器80能够利用所述安装件431的姿态角以及所述连接座21的姿态角来调整所述安装件431 相对于所述连接座21的方位，以达到初始化校准所述云台100的目的。具体地，所述处理器80能够根据所述连接座21关于所述第二轴线P及所述第三轴线R的姿态角来调整所述安装件431的姿态角，以使所述安装件431对齐所述连接座21。

请同时参阅图6，为了详细阐明上述的初始化校准过程，图6示出了云台100初始化校准的控制流程示意图。具体在图示的实施方式中，所述云台100初始化校准的控制流程包括如下步骤：

步骤S101：获取所述安装件431关于所述第二轴线P、所述第三轴线R的姿态角。具体而言，所述处理器80利用所述第一传感器62 获取所述安装件431关于所述第二轴线P及所述第三轴线R的姿态角。

步骤S103：控制所述安装件431运动，使所述安装件431关于所述第二轴线P及所述第三轴线R的姿态角分别满足预设姿态角。具体而言，所述处理器80通过所述PID控制器及所述第一传感器62 对所述驱动件433及所述安装件431进行闭环控制，使所述驱动件 433驱动所述安装件431运动，从而使所述安装件431关于所述第二轴线P及所述第三轴线R的姿态角分别满足预设姿态角。具体在本实施方式中，所述预设姿态角为0度，所述处理器80控制所述安装件431运动后，所述安装件431关于所述第二轴线P及所述第三轴线 R的姿态角均为0度。

步骤S105：获取所述安装件431关于所述第一轴线Y的姿态角。具体而言，所述处理器80利用所述第一传感器62获取所述安装件 431关于所述第一轴线Y的姿态角。

步骤S107：获取所述连接座21关于所述第一轴线Y的姿态角。具体而言，所述处理器80利用所述第二传感器64获取所述连接座 21关于所述第一轴线Y的姿态角。

步骤S109：计算所述连接座21关于所述第一轴线Y的姿态角及所述安装件431关于所述第一轴线Y的姿态角之间的差值。具体而言，所述处理器80计算所述差值。

步骤S111：控制所述安装件431运动，使所述安装件431关于所述第一轴线Y姿态角满足预设姿态角，从而使所述安装件431对齐所述连接座21。具体而言，所述处理器80通过所述PID控制器及所述第一传感器62对所述驱动件433及所述安装件431进行闭环控制，使所述驱动件433驱动所述安装件431运动，从而使所述安装件 431关于所述第一轴线Y姿态角满足预设姿态角。具体在本实施方式中，所述预设姿态角大致等于所述连接座21关于所述第一轴线Y的姿态角，所述处理器80控制所述安装件431运动后，所述安装件431 关于所述第一轴线Y的姿态角和所述连接座21关于所述第一轴线Y 的姿态角之间的差值为0，从而使所述安装件431对齐所述连接座21。为了使所述第一传感器62能够更为精确地感测所述云台100的运动状态数据及位置姿态数据，有必要在所述处理器80控制所述云台100 运动之初，对所述第一传感器62进行初始化校准。在本实用新型实施方式中，所述第一传感器62的初始化校准的控制流程与所述云台 100的初始化校准的控制流程大致相同。当所述云台100完成初始化校准后，所述处理器80能够利用所述安装件431相对于一参照物的位置数据来校准所述第一传感器62，以使所述第一传感器62感测的数据更为准确。所述参照物可以为固定物件，如地面、建筑物等；所述参照物也可以为可动物件，如所述可移动设备300上的装置等。在本实施方式中，所述参照物为所述连接座21，所述处理器80能够利用所述安装件431相对于所述连接座21的位置数据来校准所述第一传感器62。具体而言，所述处理器80能够利用所述第一传感器62 感测所述安装件431关于所述第二轴线P或/及关于所述第三轴线R 的姿态角，并根据所述第一传感器62所感测的数据来校准所述第一传感器62。

在本实施方式中，所述第二传感器64设置在所述连接组件20上，并与所述致动件23电连接。所述第二传感器64用于感测所述致动件 23的运动状态，以允许所述处理器80能够根据所述致动件23的运动状态调整所述致动件23的运动。所述第二传感器64为以下几种中至少一种：陀螺仪、加速度计。所述第二传感器4不包括光学传感器或磁场传感器。所述致动件23的运动状态包括以下几种中的至少一种：转动角度、转动速度、角速度、角加速度。

所述处理器80还能够利用所述第二传感器64所感测的数据来校准所述第一传感器62。具体在图示的实施方式中，所述第二传感器64设置于所述连接座21上，并用于感测所述连接座21或/及所述致动件23的运动状态，以获取所述云台100整体的运动状态。具体而言，所述处理器80能够利用所述第二传感器64感测所述连接座21 或/及所述安装件431关于所述第一轴线Y的姿态角，以允许所述处理器80根据所述第二传感器64感测的数据来校准所述第一传感器 62。

请参阅图7，基于上述的云台，本实用新型实施方式还提供一种云台的操作方法，所述云台的操作方法应用于上文所描述的云台。所述云台包括驱动机构及第一传感器，所述驱动机构包括转子组件及定子，所述转子组件包括安装件及驱动件；所述安装件用于承载外部负载，所述驱动件设置于所述安装件上，所述定子可转动地抵接于所述驱动件，所述定子包括球形表面，所述球形表面与所述驱动件相接触；所述第一传感器设置于所述转子组件上，并用于检测所述转子组件的运动状态。所述云台的操作方法包括如下步骤：

步骤S201：将所述定子连接于一应用平台上。具体而言，将所述定子通过一连接座连接于所述应用平台上，使所述定子相对所述连接座固定设置。所述应用平台为以下几种中的任一种：遥控移动装置、车辆、船舶、固定基站、手持设备。可以理解，在其他的实施方式中，将所述定子连接于所述连接座上时，可以使所述定子能够绕一第一轴线Y相对所述连接座转动，所述第一轴线Y为所述云台的偏航轴。

步骤S203：将外部负载设置于所述安装件上，使所述外部负载相对于所述定子的重心处于平衡状态。具体而言，所述转子组件还包括平衡件，所述平衡件可调整地设置在所述安装件上；通过调整所述平衡件的装设位置，使所述外部负载及所述云台的整体重心沿所述第一轴线Y方向相对所述球形表面的球心偏移，从而使所述外部负载相对于所述定子的重心处于平衡状态。可以理解，在一些实施方式中，可以通过调整所述平衡件的装设位置，使所述外部负载及所述云台的整体重心与所述球形表面的球心重合。

步骤S205：利用第一传感器检测所述转子组件的运动状态。所述第一传感器为以下几种中的至少一种：陀螺仪、加速度计。所述第一传感器不包括光学传感器或磁场传感器。所述转子组件的运动状态包括以下几种中的至少一种：转动角度、转动速度、角速度、角加速度。

步骤S207：根据所述运动状态，控制所述驱动件驱动所述安装件相对所述定子转动，以带动所述外部负载运动。具体而言，所述云台还包括处理器，所述处理器与所述第一传感器电连接；通过处理器根据所述第一传感器获取的所述运动状态控制所述驱动件，使所述驱动件驱动所述安装件相对所述定子转动，此时，所述安装件能够绕一第一轴线Y、一第二轴线P及一第三轴线R相对所述定子转动。所述第一轴线Y、所述第二轴线P及所述第三轴线R分别为所述云台的偏航轴、横滚轴及俯仰轴。

请参阅图8，基于上述的云台，本实用新型实施方式还提供一种云台的控制方法，所述云台的控制方法应用于上文所描述的云台。所述云台包括驱动机构及第一传感器，所述驱动机构包括转子组件及定子，所述转子组件包括安装件及驱动件；所述安装件用于承载外部负载，所述驱动件设置于所述安装件上，所述定子可转动地抵接于所述驱动件，所述定子包括球形表面，所述球形表面与所述驱动件相接触；所述第一传感器设置于所述转子组件上，并用于检测所述转子组件的运动状态。所述云台的操作方法包括如下步骤：

步骤S301：对所述云台进行初始化校准。具体而言，所述云台还包括连接座，所述定子连接于所述连接座上，所述连接座用于连接一应用平台；对所述云台进行校准时，利用所述安装件的姿态角以及所述连接座的姿态角来调整所述安装件相对于所述连接座的方位，从而校准所述云台的姿态角。进一步地，根据所述连接座的姿态角来调整所述安装件的姿态角，以使所述安装件对齐所述连接座。具体在本实施方式中，所述云台还包括处理器，所述处理器与所述第一传感器及所述第二传感器分别连接，并能够控制所述驱动件驱动所述安装件运动；所述处理器通过利用所述第一传感器获取所述安装件关于所述第一轴线Y、所述第二轴线P及所述第三轴线R的姿态角，控制所述安装件运动，使所述安装件关于所述第二轴线P及所述第三轴线R 的姿态角分别满足预设姿态角，在本实施方式中，所述预设姿态角为 0度；并且，所述处理器通过利用所述第二传感器获取所述连接座关于所述第一轴线Y的姿态角，并计算所述连接座关于所述第一轴线Y 的姿态角及所述安装件关于所述第一轴线Y的姿态角之间的差值，且根据所述差值调整所述安装件的关于所述第一轴线Y的姿态角，使所述连接座关于所述第一轴线Y的姿态角及所述安装件关于所述第一轴线Y的姿态角之间的差值为0，使所述安装件对齐所述连接座，从而完成所述云台的校准工作。

步骤S303：对所述第一传感器进行初始化校准。具体而言，所述第一传感器的校准方法与上述云台的校准方法大致相同，对所述第一传感器进行校准时，利用所述安装件相对于一参照物的位置数据来校准所述第一传感器。在本实施方式中，所述连接座作为所述参照物，对所述第一传感器进行校准时，利用所述安装件相对于所述连接座的位置数据来校准所述第一传感器。在一些实施方式中，所述云台还包括第二传感器，所述第二传感器用于感测所述云台整体的运动状态；对所述第一传感器进行校准时，还可以利用所述第二传感器所感测的数据来校准所述第一传感器。

步骤S305：获取所述安装件的运动状态。具体而言，利用第一传感器获取所述安装件的运动状态。所述安装件的运动状态包括但不限于：转动角度、转动速度、角速度、角加速度。

步骤S307：计算所述驱动件将所述安装件驱动至所述目标姿态角时所需要的输入转矩。具体而言，所述云台还包括与所述处理器连接的PID控制器，计算所述输入转矩时，利用PID控制器通过反馈控制回路来获取所述输入转矩。具体在本实施方式中，利用所述PID控制器根据所述目标姿态角及所述第一传感器检测的安装件的实际姿态角之间的差值来获取所述驱动件所需的输入角速度，并利用PID 控制器根据所述输入角速度及所述第一传感器检测的安装件的实际角速度之间的差值来获取所述驱动件所需的输入转矩。

步骤S309：根据所述输入转矩，控制所述驱动件驱动所述安装件相对所述定子转动，使所述安装件的姿态角满足目标姿态角。

上述的云台，其转子组件及定子所构成的驱动机构大致为球形驱动器，所述云台通过球形驱动器来驱动所述云台各轴的运动，使所述云台的结构相对传统云台更为紧凑、体积相对较小，有利于所述云台的小型化设计。同时，所述云台包括了直接设置在所述转子组件上的第一传感器，所述第一传感器用于检测所述转子组件的运动状态，避免了在所述驱动机构上设置额外的检测组件(如霍尔元件或其他光电元件等)，进一步地减小了所述云台的体积，且实现了较高精度检测所述云台在空间中运动的转动角度以及转动角速度。

另外，所述外部负载设置于所述安装件上时，所述安装件及所述安装件上的外部负载相对于所述定子的重心能够处于平衡状态，所述外部负载及所述云台的整体重心相对所述球形表面的球心达到平衡状态，以使所述云台的各轴运动更为灵活，有利于所述云台整体的平衡，并有利于精确控制所述云台的运动。

在本实用新型的实施方式中，所述可移动设备为旋翼飞行器，其用于搭载照相机、摄像机等拍摄装置进行航拍作业。可以理解，所述可移动设备还可以用于地图测绘、灾情调查和救援、空中监控、输电线路巡检等工作。

以上实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照以上实施方式对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.一种云台，包括连接组件以及与所述连接组件相连的驱动机构，所述连接组件能够将所述云台连接于承载体，其特征在于，所述驱动机构包括：

转子组件，包括：

安装件，用于承载外部负载；以及

驱动件，设置于所述安装件上；

定子，可转动地抵接于所述驱动件，所述定子包括球形表面，所述球形表面与所述驱动件相接触；其中，所述驱动件能够驱动所述安装件相对于所述定子转动；以及

第一传感器，设置于所述转子组件上，并用于检测所述转子组件的运动状态，所述第一传感器的检测结果能够用于调整所述转动组件的运动。

2.如权利要求1所述的云台，其特征在于：所述安装件及所述安装件上的外部负载相对于所述定子的重心能够处于平衡状态。

3.如权利要求1所述的云台，其特征在于：所述第一传感器为以下几种中的至少一种：陀螺仪、加速度计。

4.如权利要求1所述的云台，其特征在于：所述云台还包括处理器，所述处理器与所述第一传感器电连接，所述处理器能够根据所述第一传感器获取的所述运动状态调整所述转子组件的运动。

5.如权利要求4所述的云台，其特征在于：所述连接组件包括连接座，所述定子连接于所述连接座上，所述连接座用于连接所述承载体。

6.如权利要求5所述的云台，其特征在于：所述处理器能够利用所述安装件相对于一参照物的位置数据来校准所述第一传感器；及/或

所述处理器能够利用所述安装件相对于所述连接座的位置数据来校准所述第一传感器；及/或

所述处理器能够利用所述安装件的姿态角以及所述连接座的姿态角来调整所述安装件相对于所述连接座的方位。

7.如权利要求5所述的云台，其特征在于：所述云台还包括第二传感器，所述第二传感器设置于所述连接座上，并与所述处理器连接，所述第二传感器用于感测所述云台整体的运动状态，所述处理器还能够利用所述第二传感器所感测的数据来校准所述第一传感器。

8.如权利要求7所述的云台，其特征在于：所述处理器能够利用所述第一传感器感测所述安装件关于第一轴线或/及关于第二轴线的姿态角，所述第一轴线为所述云台的俯仰轴，所述第二轴线为所述云台的横滚轴；及/或

所述处理器能够利用所述第二传感器感测所述安装件关于第三轴线的姿态角，所述第三轴线为所述云台的偏航轴；及/或

所述处理器能够利用所述第二传感器感测所述连接座关于第三轴线的姿态角，所述第三轴线为所述云台的偏航轴。

9.如权利要求7所述的云台，其特征在于：所述云台还包括致动件，所述致动件连接于所述定子与所述连接座之间，并能够驱动所述定子相对所述连接座运动，所述第二传感器与所述致动件电连接，并用于感测所述致动件的运动状态。

10.如权利要求1所述的云台，其特征在于：所述安装件包括安装部及设置于所述安装部上的支撑部，所述驱动件设置于所述支撑部上，所述安装部用于承载所述外部负载，使所述外部负载及所述云台的整体重心相对所述球形表面的球心偏移。

11.如权利要求10所述的云台，其特征在于：所述安装部为环形，环形的所述安装部环绕设置在所述定子的所述球形表面外周。

12.如权利要求10所述的云台，其特征在于：所述安装件上还设置有平衡件，所述平衡件相对所述安装件的位置能够调整，以平衡所述外部负载及所述云台的整体重心。

13.如权利要求12所述的云台，其特征在于：所述平衡件为多个，多个所述平衡件均布于所述安装件上；

或/及，所述平衡件相对所述安装件的位置能够调整，使所述外部负载及所述云台的整体重心沿一第一轴线相对所述球形表面的球心偏移，所述第一轴线为所述云台的偏航轴；

或/及，所述平衡件相对所述安装件的位置能够调整，使所述外部负载及所述云台的整体重心沿一第二轴线相对所述球形表面的球心偏移，所述第二轴线为所述云台的俯仰轴；

或/及，所述平衡件相对所述安装件的位置能够调整，使所述外部负载及所述云台的整体重心沿一第三轴线相对所述球形表面的球心偏移，所述第三轴线为所述云台的横滚轴；

或/及，所述平衡件相对所述安装件的位置能够调整，使所述外部负载及所述云台的整体重心与所述球形表面的球心重合。

14.如权利要求1所述的云台，其特征在于：所述驱动件为多个压电驱动器，多个所述压电驱动器彼此间隔设置在所述安装件上，所述定子设置于多个所述压电驱动器之间；及/或

多个所述压电驱动器沿所述定子的所述球形表面的一个外圆的周向排列设置；及/或

多个所述压电驱动器均匀分布在所述外圆的圆周上。

15.一种无人飞行器，包括机身以及设置于所述机身上的如权利要求1-14中任意一项所述的云台。