WO2019232697A1 - 云台及其校准方法、无人机和计算设备 - Google Patents

Abstract

一种云台的校准方法，所述云台包括惯性传感器和关节电机，所述方法包括：响应于确定所述云台的状态满足预设条件，测量并更新所述惯性传感器的漂移值；在对所述关节电机的关节角偏移进行校准后，执行关节角回中操作并记录当前关节角；以及基于所述当前关节角来控制所述云台的目标姿态。根据本公开的实施例提供的云台校准方法，在完成惯性传感器和关节角的校准后，基于回中操作后的关节角来控制云台的目标姿态，能够避免云台的姿态突变，进而防止出现云台的抖动和乱甩等现象。

Description

云台及其校准方法、无人机和计算设备 技术领域

本公开涉及云台技术领域，尤其涉及一种云台及其校准方法、无人机和计算设备。

背景技术

随着无人机、手持稳定器等设备的普及，云台技术也进入了迅速的发展期。以无人机为例，一般设置云台用来安装例如摄像头等负载设备，从而实现飞行过程中的实时拍摄或其他所需操作；由于无人机的姿态在飞行期间可能有所改变，云台会控制自身姿态在横滚、俯仰、或航向轴方向做相应的调整，以确保负载设备的姿态稳定。云台在手持稳定器上的应用场景也类似。

云台一般通过惯性传感器和多轴电机来实现姿态的调整，前者用来感测云台的姿态变化，设置在多个关节上的电机则通过感测结果来调整云台的姿态。然而，电子设备难免带有自身的误差；例如，惯性传感器中的陀螺仪的零漂使得，即使在静止的状态下，测量姿态也会由于积分作用产生漂移；而电机在各关节都存在角度偏移(offset)，如果不进行补偿会导致云台开机时的初始姿态是歪的。因此，为了保证云台初始姿态的正确性，需要对陀螺仪的零漂以及关节角的偏移(offset)进行校准。

在云台的校准过程中，通常需要云台运动到特定的姿态，并且涉及到云台姿态模式的切换和校准数据的更新，该过程中会带来姿态的突变。如何通过适当的控制策略来控制云台规避该问题，一直是业界致力解决的问题。

应当理解的是，以上的一般描述仅是对相关技术的示例性解释，并不表示属于本公开的现有技术。

发明内容

本公开的目的是提供一种云台及其校准方法、无人机和计算设备，至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种云台的校准方法，所述云台包括惯性传感器和关节电机，所述方法包括：响应于确定所述云台的状态满足预设条件，测量并更新所述惯性传感器的漂移值；在对所述关节电机的关节角偏移进行校准后，执行关节角回中操作并记录当前关节角；以及基于所述当前关节角来控制所述云台的目标姿态。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种云台，包括：处理器；存储器，存储有可由所述处理器执行的指令；其中所述处理器被配置为执行如上本公开实施例的第一方面所述的方法。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种无人机，包括如上本公开实施例的第二或第三方面所述的云台。

根据本公开实施例的第四方面，提供一种存储有计算机程序的存储介质，所述计算机程序在由计算机的处理器运行时，使所述计算机执行如上本公开实施例的第一方面所述的方法。

根据本公开实施例的第五方面，提供一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品中的指令由处理器执行时，执行如上本公开实施例的第一方面所述的方法。

根据本公开的实施例提供的云台校准方案，在完成惯性传感器和关节角的校准后，基于回中操作后的关节角来控制云台的目标姿态，能够避免云台的姿态突变，进而防止出现云台的抖动和乱甩等现象。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

图1为根据本公开一实施例云台的校准方法示意流程图。

图2为图1实施例中步骤102的示意流程图。

图3为根据本公开另一实施例云台的校准方法示意流程图。

图4为根据本公开又一实施例云台的校准方法示意流程图。

图5为根据本公开一实施例的云台结构示意图。

图6为根据本公开另一实施例的云台结构示意图。

图7为根据本公开一实施例的计算装置示意图。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本领域技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。

根据本发明的实施方式，提出了一种云台及其校准方法、无人机和计算设备。

下面首先对本发明实施方式涉及的一些术语进行解释。

零飘(drift)，又称为零位漂移或零位偏移，是指陀螺仪等惯性传感器元件的输出信号围绕其均值的起伏或波动，习惯上用标准差(σ)或均方根(RMS)表示，一般折算为等效输入角速率(°/h)。在角速度输入为零时，惯性传感器的输出是一条复合白噪声信号缓 慢变化的曲线，曲线的峰峰值就是零偏。在整个性能指标集中，零偏是评价惯性传感器性能优劣的最重要指标之一。

关节角偏移(bias)，在对云台的关节电机进行标定的过程中通常需要标定关节电机的零位，关节角偏移是指标定得到的零位与实际的零位之间的差异。以欧拉角坐标系中的偏航(yaw)轴为例，通常规定与安装云台的基座头完全对齐时关节角为零，如果云台与基座头对齐时关节角不为零，则此时的关节角就是关节角偏移。

闭环模式，是指控制云台或者云台所在设备(例如无人机或手持稳定器)的参数模式，即，使用哪种参数对云台或其所在设备进行闭环控制。

关节角闭环，本文也称关节角模式，闭环模式的一种，是指仅使用关节电机的转动角度对云台或其所在设备进行闭环控制。云台一般包括多个关节电机，因此关节角闭环以每个关节电机为单独控制对象分别进行控制。

姿态闭环，本文也称姿态模式，闭环模式的另一种，是指以控制云台的姿态为目标，通过测量元件检测云台的当前姿态，基于目标姿态进行闭环控制，驱动云台的关节电机，使云台达到目标姿态。

姿态修正方式，根据数据来源不同，姿态模式中检测姿态的方式又包括正常姿态模式、假姿态模式和姿态无效模式(atti_mode_none)三种情形。

正常姿态模式，又称姿态增稳模式，在该模式中云台的姿态由惯性传感器(例如陀螺仪和加速度计)的输出与外部数据(例如无人机的姿态数据)进行融合得到。

假姿态模式，在该模式中云台的姿态由陀螺仪积分得到，同时使用关节角的数据对陀螺仪积分进行修正。

姿态无效模式(atti_mode_none)，在该模式中云台的姿态仅由陀螺仪积分得到，不进行任何修正。

回中，是指使云台回到初始状态的操作。例如，在姿态闭环中，姿态回中是指使云台回到欧拉角的零点位置，包括偏航角(yaw)回到与基座头对齐，俯仰角(pitch)和翻滚角(roll)都回到水平位置。又例如，在关节角闭环中，关节角回中是指使云台的各关节电机回到关节角为零的状态，包括使yaw、pitch和roll三个角度对应的关节电机均回到零度的位置。

下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。

图1为根据本公开一实施例云台的校准方法示意流程图。本实施例的云台可安装于无人机等设备上，包括云台轴和云台电机以及惯性传感器，惯性传感器包括加速度计和陀螺仪。如图1所示，本实施例的方法包括以下步骤101-103。

在步骤101中，响应于确定云台的状态满足预设条件，测量并更新惯性传感器的漂移值。

传统的云台校准策略，一般是默认用户会按照所要求的校准条件去操作，然而实际上用户往往会带入很多不规范的操作，比如用户在无人机倾斜时就进行校准，此时会带来很 大的错误校准数据，进而使得云台开机时无法通过自检，也就无法正常使用云台，因此存在很大的风险。

根据本公开的实施例，在开始云台的校准之前，先确定云台的状态是否满足预设条件。只有在确定云台的状态满足预设条件时，才进行后续的校准操作。

在一个实施例中，确定云台的状态是否满足预设条件可包括，确定云台是否能够进入姿态增稳模式。

如果云台刚启动，还在等待外部数据(例如来自无人机的飞控数据)时就直接收到校准命令，这时如果进入校准但却无法控制云台(因为尚未接收到外部数据)，从而可能一直卡在校准中无法正常运行。本实施例中通过限制只有云台能够进入姿态增稳模式时，才可以进行云台校准，从而解决了上述问题。

例如，无人机搭载的云台在开机时，将闭环模式切换至姿态闭环，无外部输入时锁定至当前位置；在接收到来自无人机的飞控数据时，对云台自身的姿态数据(例如陀螺仪积分)进行修正，当达到收敛状态(修正后方差波动小于预设范围)时，云台可判断能够进入姿态增稳模式。

在一个实施例中，确定云台的状态是否满足预设条件还可包括，确定云台是否处于水平。

如果在云台不水平的状态下进行校准，得到的校准数据也是错误的，传统的校准策略仅依赖用户操作来确认云台的水平状态并不可靠。本实施例中在开始云台校准时，首先基于检测数据来确定云台是否处于水平。进一步，在一个实施例中，可基于例如无人机传入的外部数据来确定云台是否处于水平。在前述实施例已经确认云台能够进入姿态增稳模式的前提下，本实施例中云台便能够接收外部传入的检测数据，进而确定云台的水平状态。

在一个实施例中，当确定云台的状态满足预设条件时，步骤101还可包括，执行关节角回中操作，并在云台的姿态稳定后，将云台的控制模式切换为姿态模式。

如果在云台未稳定的状态下就进行校准，得到的校准数据也不准确，传统的校准策略仅依赖用户操作来确认云台的稳定状态并不可靠。本实施例中在开始云台校准时，通过执行关节角模式下的回中操作，并在姿态稳定后，将云台的控制模式切换为姿态模式，准备进入惯性传感器的校准，能够解决姿态未稳定就记录校准数据造成的校准数据不准的问题。

在本步骤中，可在云台静止状态下，测量一段时间内陀螺仪的积分，再按时间计算平均值，便可得到单位时间内陀螺仪的漂移值，也即零飘。

在一个实施例中，本步骤得到的漂移值可写入云台的闪存中，在关机之前都可基于闪存中存储的漂移值对陀螺仪的测量值进行修正。

在步骤102中，在对关节电机的关节角偏移进行校准后，执行关节角回中操作。

在一个实施例中，步骤102中所述关节角偏移的校准可基于关节电机的霍尔值来进行。

图2示出步骤102的一个实施例。如图2所示，该实施例中对关节电机的关节角偏移进行校准包括步骤201-204。

步骤201中，使云台的欧拉角从0°旋转至n°，记录关节电机的第一霍尔值。

步骤202中，使云台的欧拉角从n°旋转至-n°，记录关节电机的第二霍尔值。

步骤203中，基于第一霍尔值和第二霍尔值来更新关节角偏移。

这里，n为小于180的正整数，例如为30。

假设步骤201和202得到的第一和第二霍尔值分别为a和b，则步骤203可基于下式来计算关节角偏移O。

O＝(a+b)/2

在一个实施例中，本步骤得到的关节角偏移值可写入云台的闪存中，在关机之前都可基于闪存中存储的偏移值对关节角的测量值进行修正。

在一个实施例中，云台包括多个关节电机，例如包括分别对应yaw、pitch、roll三个轴的关节电机。相应的，图2所示实施例中的欧拉角也包括yaw、pitch、roll三个角度。换言之，可针对这三个关节电机按照图2实施例的步骤分别进行关节角偏移的校准。

另外，在一个实施例中，步骤101所述惯性传感器漂移值的更新与步骤102所述关节角偏移的校准可以循环执行多次。例如，设置计数器来控制循环执行的次数，在步骤102中对关节电机的关节角偏移进行校准后使计数器加一，并与预设次数进行比较，如果达到预设次数，则进行后续关节角的回中操作，否则返回步骤101进行下一次惯性传感器漂移值的测量和更新。

如步骤102所述，在对关节电机的关节角偏移进行校准后，执行关节角回中操作。在一个实施例中，关节角的回中操作包括，将云台的控制模式切换为关节角模式，进而使关节电机回到关节角为零的状态。

在步骤103中，基于当前关节角来控制云台的目标姿态。

在校准关节角偏移的过程中，为了规避惯性传感器对关节角偏移的影响，一般可将云台的控制模式切换到姿态无效模式，只依赖关节角去计算测量姿态。在结束校准后，将控制模式切换到关节角模式进行回中操作，之后再切换回姿态增稳模式以使云台进入准备使用的状态。在控制模式的切换前后，由于姿态计算方式的改变，会使得云台的姿态发生突变，传统的校准策略没有考虑到这一因素，造成的现象就是，在切换时云台会出现抖动或乱甩。

本实施例中，在完成步骤102的关节角偏移校准和回中操作后，基于当前关节角来控制云台的目标姿态，可以防止姿态突变造成的云台乱甩现象。

在一个实施例中，步骤103所述基于当前关节角来控制云台的目标姿态包括，将云台的控制模式切换为姿态增稳模式，并将目标姿态赋值为与当前关节角对应的姿态测量值。

在一个实施例中，本公开的方法在步骤103之后还包括执行姿态回中操作的步骤。例如，使所述云台的yaw轴回到与基座头对齐，pitch和roll都回到水平位置；换言之，使云台的yaw、pitch和roll的姿态都回到0°。

根据本公开的实施例提供的云台校准方法，在完成惯性传感器和关节角的校准后，基 于回中操作后的关节角来控制云台的目标姿态，能够避免云台的姿态突变，进而防止出现云台的抖动和乱甩等现象。

图3为根据本公开另一实施例云台的校准方法示意流程图。本实施例的云台可安装于无人机等设备上，并包括惯性传感器和关节电机。如图3所示，本实施例的方法包括以下步骤301-309。

在步骤301中，确定云台是否能够进入姿态增稳模式，若是则进行下一步骤，否则重复当前步骤。

在一个实施例中，可在云台启动后按预设周期执行本步骤的判断。以云台搭载于无人机为例，如果云台能够正常接收无人机传来的飞控数据并通过自检，表示云台能够进入姿态增稳模式，否则可重复执行本步骤的判断。如果云台刚启动，还在等待飞控数据时就直接收到校准命令，这时如果进入校准但却无法控制云台，从而可能一直卡在校准中无法正常运行。本实施例中通过限制只有云台能够进入姿态增稳模式时，才可以进行云台校准，从而解决了上述问题。

在一个实施例中，云台通过是否能够基于飞控数据修正自身姿态数据达到收敛状态，来判断是否能够进入姿态增稳模式。

例如，无人机搭载的云台在开机时，将闭环模式切换至姿态闭环，无外部输入时锁定至当前位置；在接收到来自无人机的飞控数据时，对云台自身的姿态数据(例如陀螺仪积分)进行修正，当达到收敛状态(修正后方差波动小于预设范围)时，云台可判断能够进入姿态增稳模式。

在步骤302中，确定云台是否处于水平，若是则进行下一步骤，否则重复当前步骤。

在一个实施例中，可基于外部检测数据来确定云台的水平状态。仍以云台搭载于无人机为例，本步骤可基于无人机传入的外部数据，计算云台与水平面的夹角是否小于预设阈值。如果小于则表示云台处于水平，从而可进行后续步骤的操作，否则表示需要调整云台的水平状态。

在一个实施例中，当步骤302确定云台不符合水平条件时，可输出提示消息，以提示用户手动调整云台的状态。提醒消息的形式在所不限，例如包括能够在控制器显示屏上显示的文字消息或者能够通过扬声器播放的语音消息。进一步，在输出提示消息后，可在经过预设时间后再次执行本步骤的判断。

在另一个实施例中，如果步骤302确定云台不符合水平条件，也可直接结束本实施例的校准流程。

在步骤303中，执行关节角回中操作，并在云台的姿态稳定后，将云台的控制模式切换为姿态模式。

为了进行陀螺仪的校准，一般先将云台的控制模式切换为姿态模式；而为了进行关节角偏移的校准，一般要先使关节电机回到零位，因此需要将云台的控制模式切换为关节角 模式，并进行关节角的回中操作。传统校准方案没有考虑到姿态模式切换会造成测量姿态的突变。相比之下，本实施例中在将云台切换到关节角模式后，执行关节角的回中操作，并待云台的姿态稳定后，才将云台切换到姿态模式，准备进行后续的陀螺仪校准。

在一个实施例中，可基于经过的时间长短来判断云台的姿态是否稳定。在当前关节角小于预设角度值的情况下，确定经过了预设时间段时，可判断云台的姿态已经稳定。

在步骤304中，测量并更新惯性传感器的漂移值。

漂移值的测量和更新对于不同的惯性传感器可采用多种不同的手段。

在一个实施例中，上述惯性传感器包括陀螺仪。相应的，步骤304可包括：在云台静止状态下，测量一段时间内陀螺仪的积分，再按时间计算平均值，便可得到单位时间内陀螺仪的漂移值，也即零飘。

在步骤305中，将云台的控制模式切换到姿态无效模式，对关节电机的关节角偏移进行校准。

在校准关节角偏移的过程中，为了规避惯性传感器对关节角偏移的影响，一般可将云台的控制模式切换到姿态无效模式，只依赖关节角去计算测量姿态。

在一个实施例中，步骤305中所述关节角偏移的校准可基于关节电机的霍尔值来进行，例如包括图2所示实施例的步骤201-203。

在步骤306中，使计数器的数值加1，并判断此时计数器数值是否大于等于预设次数，若是则进行下一步骤，否则返回步骤302。

本实施例中通过计数器来控制惯性传感器漂移值和关节角偏移的校准次数。校准次数越多，校准的精度就越高，但相应花费的时间也越长。因此，本实施例中可通过设置适当的预设次数，从而在校准精度与花费时间之间取得一定平衡。在一个实施例中，预设次数例如可为2-4次。

在步骤307中，执行关节角回中操作。

完成关节角偏移的校准后，会得到关节电机的新的零点位置。因此，本实施例在完成关节角偏移的校准后，通过执行关节角回中操作，一方面能够使云台回复到适当位置，以便进入待命的状态；另一方面也能够避免后续将云台切换回姿态增稳模式时，因姿态突变造成的云台抖动或乱甩等现象。

在步骤308中，在云台姿态稳定后，将云台的控制模式切换到姿态增稳模式，并将目标姿态赋值为与当前关节角对应的姿态测量值。

在云台进入待命状态前，一般要将云台的控制模式切换到姿态增稳模式，以便基于外部数据和惯性传感器的测量数据二者融合后的数据，对云台进行更稳定的控制。传统校准方案没有考虑到姿态模式切换会造成测量姿态的突变。相比之下，本实施例中在执行关节角回中操作之后，先等待云台姿态稳定，进而在将云台切换到姿态增稳模式时，以当前关节角对应的测量姿态作为目标姿态对云台进行控制，从而能够避免姿态突变造成的云台抖动或乱甩等现象。

与步骤304中类似，在一个实施例中，步骤308中也可基于经过的时间长短来判断云台的姿态是否稳定。在当前关节角小于预设角度值的情况下，确定经过了预设时间段时，可判断云台的姿态已经稳定。

在步骤309中，执行姿态回中操作。

在完成惯性传感器和关节电机的校准之后，本实施例的方法还包括执行姿态回中操作的步骤。例如，使所述云台的yaw轴回到与基座头对齐，pitch和roll都回到水平位置；换言之，使云台的yaw、pitch和roll都回到0°。执行关节电机的校准之后，进行姿态回中可以防止因关节角偏移的更新所造成的姿态偏差。

根据本公开的实施例提供的云台校准方法，至少可实现以下有益效果：

1)通过限制只有云台能够进入姿态增稳模式时，才可以进行云台校准，能够避免云台进入校准但却无法控制、从而可能一直卡在校准中无法正常运行的问题；

2)在确定云台处于水平时才进行校准，能够避免因用户不规范操作造成的校准数据错误的问题；

3)通过限定在云台姿态稳定后才开始进行校准，能够避免在姿态未稳定时就记录校准数据而可能造成的校准错误问题；

4)在完成惯性传感器和关节角的校准后，基于回中操作后的关节角来控制云台的目标姿态，能够避免云台的姿态突变，进而防止出现云台的抖动和乱甩等现象；

5)执行关节电机的校准之后，进行姿态回中可以防止因关节角偏移的更新所造成的姿态偏差。

图4为根据本公开又一实施例云台的校准方法示意流程图。本实施例的云台可安装于无人机等设备上，并包括惯性传感器和关节电机。如图4所示，本实施例的方法包括以下步骤401-416。

在步骤401中，确定云台是否能够进入姿态增稳模式，若是则进行下一步骤，否则等待第一预设时间后重复当前步骤。

以云台搭载于无人机为例，如果云台能够正常接收无人机传来的飞控数据并通过自检，表示云台能够进入姿态增稳模式，否则可在第一预设时间后重复执行本步骤的判断。

在步骤402中，确定云台是否处于水平，若是则进行下一步骤，否则输出提示消息，并在等待第一预设时间后重复当前步骤。

在一个实施例中，可基于外部检测数据来确定云台的水平状态。仍以云台搭载于无人机为例，本步骤可基于无人机传入的外部数据，计算云台与水平面的夹角是否小于预设阈值。如果小于则表示云台处于水平，从而可进行后续步骤的操作，否则表示需要调整云台的水平状态。

当确定云台不符合水平条件时，本步骤可输出提示消息，以提示用户手动调整云台的状态。提醒消息的形式在所不限，例如包括能够在控制器显示屏上显示的文字消息或者能 够通过扬声器播放的语音消息。进一步，在输出提示消息后，可在经过预设时间后再次执行本步骤的判断。

在步骤403中，执行关节角回中操作。

为了进行后续关节角偏移的校准，一般要先使关节电机回到零位，因此需要将云台的控制模式切换为关节角模式，并进行关节角的回中操作。

在步骤404中，判断当前关节角是否小于预设角度值并且已经过预设时间段。

本实施例中基于经过的时间长短来判断云台的姿态是否稳定。例如，在当前关节角的绝对值小于0.2f的情况下，确定经过了0.3f的时间，可判断云台的姿态已经稳定。这里的f代表浮点(float)类型的数据，单位可以忽略。

在步骤405中，将云台的控制模式切换为姿态模式。

为了进行惯性传感器的校准，一般先将云台的控制模式切换为姿态模式。本实施例中在将云台切换到关节角模式后，执行关节角的回中操作，并待云台的姿态稳定后，才将云台切换到姿态模式，能够避免在姿态未稳定时就记录校准数据而可能造成的校准错误问题，同时能够防止因姿态突变造成的云台抖动或乱甩等现象。

在步骤406中，测量并更新惯性传感器的漂移值。

漂移值的测量和更新对于不同的惯性传感器可采用多种不同的手段。在一个实施例中，上述惯性传感器包括陀螺仪。相应的，步骤406可包括：在云台静止状态下，测量一段时间内陀螺仪的积分，再按时间计算平均值，便可得到单位时间内陀螺仪的漂移值，也即零飘。

在步骤407中，将云台的控制模式切换到姿态无效模式。

在校准关节角偏移的过程中，为了规避惯性传感器对关节角偏移的影响，一般可将云台的控制模式切换到姿态无效模式，只依赖关节角去计算测量姿态。

在步骤408中，使云台的欧拉角从0°旋转至30°，记录关节电机的第一霍尔值。

在步骤409中，使云台的欧拉角从30°旋转至-30°，记录关节电机的第二霍尔值。

在步骤410中，使云台的欧拉角从-30°旋转至0°。

在步骤411中，基于第一和第二霍尔值的平均值来更新关节角偏移。

步骤408-411是基于图2所示的实施例来进行关节角偏移的校准，此处取n＝30。

在步骤412中，使计数器的数值加1，并判断此时计数器数值是否大于等于2，若是则进行下一步骤，否则返回步骤402。

本实施例中通过计数器来控制惯性传感器漂移值和关节角偏移的校准次数。校准次数越多，校准的精度就越高，但相应花费的时间也越长。因此，本实施例中可通过设置预设次数为2，从而在校准精度与花费时间之间取得一定平衡。

在步骤413中，执行关节角回中操作。

完成关节角偏移的校准后，会得到关节电机的新的零点位置。因此，本实施例在完成关节角偏移的校准后，通过执行关节角回中操作，一方面能够使云台回复到适当位置，以 便进入待命的状态；另一方面也能够避免后续将云台切换回姿态增稳模式时，因姿态突变造成的云台抖动或乱甩等现象。

在步骤414中，判断当前关节角是否小于预设角度值并且已经过预设时间段。

本实施例中基于经过的时间长短来判断云台的姿态是否稳定。与步骤404类似，此处步骤414也可在当前关节角的绝对值小于0.2f的情况下，确定经过了0.3f的时间时，判断云台的姿态已经稳定。这里的f代表浮点(float)类型的数据，单位可以忽略。

在步骤415中，将云台的控制模式切换到姿态增稳模式，并将目标姿态赋值为与当前关节角对应的姿态测量值。

本实施例中在执行关节角回中操作之后，先等待云台姿态稳定，进而在将云台切换到姿态增稳模式时，以当前关节角对应的测量姿态作为目标姿态对云台进行控制，从而能够避免姿态突变造成的云台抖动或乱甩等现象。

在步骤416中，执行姿态回中操作。

在完成惯性传感器和关节电机的校准之后，本实施例的方法还包括执行姿态回中操作的步骤。例如，使所述云台的yaw轴回到与基座头对齐，pitch和roll都回到水平位置；换言之，使云台的yaw、pitch和roll都回到0°。执行关节电机的校准之后，进行姿态回中可以防止因关节角偏移的更新所造成的姿态偏差。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。另外，也易于理解的是，这些步骤可以是例如在多个模块/进程/线程中同步或异步执行。

本公开的实施例进一步提供了一种云台。

图5为根据本公开一实施例的云台结构示意图。如图5所示，本实施例的云台包括传感器校准模块510、电机校准模块520和控制模块530。

传感器校准模块510设置为响应于确定云台的状态满足预设条件，测量并更新惯性传感器的漂移值。

电机校准模块520设置为在对关节电机的关节角偏移进行校准后，执行关节角回中操作。

控制模块530设置为基于当前关节角对应的姿态测量值来控制所述云台的目标姿态。

根据本公开的实施例提供的云台，在完成惯性传感器和关节角的校准后，基于回中操作后的关节角来控制云台的目标姿态，能够避免云台的姿态突变，进而防止出现云台的抖动和乱甩等现象。

图6为根据本公开另一实施例的云台结构示意图。如图6所示，在图5实施例的基础上，本实施例的云台还包括状态检测模块540和模式切换模块550。

状态检测模块540设置为对所述云台的状态是否满足预设条件进行检测，并进一步包括自检单元541、水平检测单元542以及稳定检测单元543。

自检单元541设置为确定云台是否能够进入姿态增稳模式。在姿态增稳模式中，所述云台的姿态至少基于外部姿态数据以及所述惯性传感器的测量数据来控制。

水平检测单元542设置为确定云台是否处于水平。在一个实施例中，水平检测单元542设基于外部姿态数据确定云台与水平面的夹角是否小于预设阈值，若是则确定云台处于水平。例如，在云台搭载于无人机上时，水平检测单元542可基于从无人机接收的飞控数据来计算云台与水平面之间的夹角。

稳定检测单元543设置为确定云台的姿态是否稳定。在一个实施例中，稳定检测单元543设置为基于经过的时间长短来判断云台的姿态是否稳定。在当前关节角小于预设角度值的情况下，确定经过了预设时间段时，稳定检测单元543可判断云台的姿态已经稳定。

模式切换模块550设置为使控制模块530的控制模式在关节角模式与姿态模式之间切换。在一个实施例中，姿态模式还包括姿态增稳模式、假姿态模式和姿态无效模式。

在一个实施例中，状态检测模块540对所述云台的状态是否满足预设条件进行检测包括，通知模式切换模块550将云台切换至关节角模式，并执行关节角回中操作；之后稳定检测单元543确定云台的姿态稳定后，再模式切换模块550将云台切换至姿态模式。在上述关节角模式中，所述云台的姿态基于所述关节电机的关节角来控制。在上述姿态模式中，所述云台的姿态至少基于所述惯性传感器的测量数据来控制。

在一个实施例中，云台的惯性传感器包括陀螺仪。相应的，传感器校准模块510设置为，在云台保持静止的情况下，测量预设时间段内陀螺仪的积分值，进而基于积分值的测量结果，得到并记录陀螺仪在单位时间内的漂移值。

在一个实施例中，电机校准模块520设置为根据使云台旋转到指定欧拉角时关节电机的霍尔值，来更新关节角偏移。例如，关节角偏移的更新过程可包括：使所述云台的欧拉角从0°旋转至n°，记录所述关节电机的第一霍尔值；使所述云台的欧拉角从n°旋转至-n°，记录所述关节电机的第二霍尔值；使所述云台的欧拉角从-n°旋转至0°，记录所述关节电机的第三霍尔值；以及基于所述第一至第三霍尔值来更新所述关节角偏移，其中，n为小于180的正整数。

在一个实施例中，控制模块530基于当前关节角来控制云台目标姿态的过程可包括，由模式切换模块550将云台切换至姿态增稳模式，并将目标姿态赋值为与当前关节角对应的姿态测量值。

在一个实施例中，控制模块530在基于当前关节角来控制云台目标姿态之后，还设置为执行姿态回中操作。

在一个实施例中，控制模块530执行的关节角回中操作包括，在关节角模式下使关节电机回到关节角为零的状态。

在一个实施例中，控制模块530在执行的姿态回中操作包括，在姿态模式下使云台的 yaw、pitch和roll均回到0°。

根据本公开的实施例提供的云台，至少可实现以下有益效果：通过限制只有云台能够进入姿态增稳模式时，才可以进行云台校准，能够避免云台进入校准但却无法控制、从而可能一直卡在校准中无法正常运行的问题；在确定云台处于水平时才进行校准，能够避免因用户不规范操作造成的校准数据错误的问题；通过限定在云台姿态稳定后才开始进行校准，能够避免在姿态未稳定时就记录校准数据而可能造成的校准错误问题；在完成惯性传感器和关节角的校准后，基于回中操作后的关节角来控制云台的目标姿态，能够避免云台的姿态突变，进而防止出现云台的抖动和乱甩等现象；执行关节电机的校准之后，进行姿态回中可以防止因关节角偏移的更新所造成的姿态偏差。

需要说明的是，前述对云台的校准方法实施例的解释说明也适用于本实施例的云台，此处不再赘述。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。作为模块或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木公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本示例实施方式中，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可以实现上述任意一个实施例中云台的校准方法的步骤。具体步骤可参考前述图1-图4任一实施例中各步骤的详细描述，此处不再赘述。所述计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本示例实施方式中，还提供一种云台，该云台包括处理器，以及用于存储所述处理器的可执行指令的存储器。其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述任意一个实施例中所述云台的校准方法的步骤。该云台的校准方法的步骤可参考前述图1-图4任一实施例中的详细描述，此处不再赘述。

本示例实施方式中，还提供一种无人机，包括如上本公开实施例所述的云台。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、触控终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的上述方法。

图7示出根据本公开示例实施方式中一种计算装置700的示意图。参照图7，装置700 包括处理组件701，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器702所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件701的执行的指令，例如应用程序。存储器702中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件701被配置为执行指令，以执行上述的通信方法。

装置700还可以包括一个电源组件703被配置为执行装置700的电源管理，一个有线或无线网络接口704被配置为将装置700连接到网络，和一个输入输出(I/O)接口705。装置700可以操作基于存储在存储器702的操作系统，例如Windows Server，Mac OS X，Unix,Linux，FreeBSD或类似。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

虽然已参照几个典型实施例描述了本公开，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本公开能够以多种形式具体实施而不脱离申请的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (30)

1. 一种云台的校准方法，所述云台包括惯性传感器和关节电机，所述方法包括：

   响应于确定所述云台的状态满足预设条件，测量并更新所述惯性传感器的漂移值；

   在对所述关节电机的关节角偏移进行校准后，执行关节角回中操作；以及

   基于当前关节角来控制所述云台的目标姿态。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述的确定所述云台的状态满足预设条件，包括：

   确定所述云台能够进入姿态增稳模式；在所述姿态增稳模式中，所述云台的姿态至少基于外部姿态数据以及所述惯性传感器的测量数据来控制。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其中，所述的确定所述云台的状态满足预设条件，还包括：

   确定所述云台处于水平。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，所述的确定所述云台处于水平，包括：

   基于外部姿态数据确定所述云台与水平面的夹角小于预设阈值时，确定所述云台处于水平。
5. 如权利要求2或4所述的方法，其中，所述云台搭载于无人机上，所述方法还包括：

   从所述无人机接收所述外部姿态数据。
6. 如权利要求2所述的方法，其中，在所述的确定所述云台的状态满足预设条件时，所述方法还包括：

   执行关节角回中操作；以及

   待所述云台的姿态稳定后，将所述云台的控制模式切换为姿态模式，在所述姿态模式中，所述云台的姿态至少基于所述惯性传感器的测量数据来控制。
7. 如权利要求1或6所述的方法，其中，所述的执行关节角回中操作，包括：

   将所述云台的控制模式切换为关节角模式，在所述关节角模式中，所述云台的姿态基于所述关节电机的关节角来控制；以及

   使所述关节电机回到关节角为零的状态。
8. 如权利要求1所述的方法，其中，所述惯性传感器包括陀螺仪，所述的测量并更新所述惯性传感器的漂移值，包括：

   使所述云台保持静止，在预设时间段内测量所述陀螺仪的积分值；以及

   基于所述积分值的测量结果，得到并记录所述陀螺仪在单位时间内的漂移值。
9. 如权利要求1所述的方法，其中，所述的对所述关节电机的关节角偏移进行校准，包括：

   根据使所述云台旋转到指定欧拉角时所述关节电机的霍尔值，来更新所述关节角偏移。
10. 如权利要求9所述的方法，其中，所述的根据使所述云台旋转到指定欧拉角时所述关节电机的霍尔值，来更新所述关节角偏移，包括：

    使所述云台的欧拉角从0°旋转至n°，记录所述关节电机的第一霍尔值；

    使所述云台的欧拉角从n°旋转至-n°，记录所述关节电机的第二霍尔值；以及

    基于所述第一霍尔值和所述第二霍尔值来更新所述关节角偏移，

    其中，n为小于180的正整数。
11. 如权利要求1所述的方法，其中，所述的基于当前关节角来控制所述云台的目标姿态，包括：

    将所述云台的控制模式切换为姿态增稳模式，在所述姿态增稳模式中，所述云台的姿态至少基于外部姿态数据以及所述惯性传感器的测量数据来控制；以及

    将所述目标姿态赋值为与所述当前关节角对应的姿态测量值。
12. 如权利要求1或11所述的方法，其中，在所述的基于当前关节角来控制所述云台的目标姿态之后，所述方法还包括：执行姿态回中操作。
13. 如权利要求12所述的方法，其中，所述的执行姿态回中操作，包括：

    使所述云台的偏航角、俯仰角和翻滚角回到0°。
14. 如权利要求1所述的方法，其中，还包括：

    设置初始值为0的计数器；

    在所述的对所述关节电机的关节角偏移进行校准之后，控制所述计数器数值加一，并与预设次数比较；

    在所述计数器数值达到所述预设次数时，执行所述的关节角回中操作；

    在所述计数器数值未达到所述预设次数时，返回所述的测量并更新所述惯性传感器的漂移值。
15. 一种云台，包括：

    一个或多个处理器；

    存储器，存储有可由所述处理器执行的指令；

    其中所述一个或多个处理器被配置为执行一种云台的校准方法，所述云台包括惯性传感器和关节电机，所述一个或多个处理器被配置为：

    响应于确定所述云台的状态满足预设条件，测量并更新所述惯性传感器的漂移值；

    在对所述关节电机的关节角偏移进行校准后，执行关节角回中操作；以及

    基于当前关节角来控制所述云台的目标姿态。
16. 如权利要求15所述的云台，其中，所述被配置为确定所述云台的状态满足预设条件的处理器被配置为：

    确定所述云台能够进入姿态增稳模式；在所述姿态增稳模式中，所述云台的姿态至少基于外部姿态数据以及所述惯性传感器的测量数据来控制。
17. 如权利要求15或16所述的云台，其中，所述被配置为确定所述云台的状态满足 预设条件的处理器还被配置为：

    确定所述云台处于水平。
18. 如权利要求17所述的云台，其中，所述被配置为确定所述云台处于水平的处理器被配置为：

    基于外部姿态数据确定所述云台与水平面的夹角小于预设阈值时，确定所述云台处于水平。
19. 如权利要求16或18所述的云台，其中，所述云台搭载于无人机上，所述处理器还被配置为：

    从所述无人机接收所述外部姿态数据。
20. 如权利要求16所述的云台，其中，在所述的确定所述云台的状态满足预设条件时，所述处理器还被配置为：

    执行关节角回中操作；以及

    待所述云台的姿态稳定后，将所述云台的控制模式切换为姿态模式，在所述姿态模式中，所述云台的姿态至少基于所述惯性传感器的测量数据来控制。
21. 如权利要求15或20所述的云台，其中，所述被配置为执行关节角回中操作的处理器被配置为：

    将所述云台的控制模式切换为关节角模式，在所述关节角模式中，所述云台的姿态基于所述关节电机的关节角来控制；以及

    使所述关节电机回到关节角为零的状态。
22. 如权利要求15所述的云台，其中，所述惯性传感器包括陀螺仪，所述被配置为测量并更新所述惯性传感器的漂移值的处理器被配置为：

    使所述云台保持静止，在预设时间段内测量所述陀螺仪的积分值；以及

    基于所述积分值的测量结果，得到并记录所述陀螺仪在单位时间内的漂移值。
23. 如权利要求15所述的云台，其中，所述被配置为对所述关节电机的关节角偏移进行校准的处理器被配置为：

    根据使所述云台旋转到指定欧拉角时所述关节电机的霍尔值，来更新所述关节角偏移。
24. 如权利要求23所述的云台，其中，所述被配置为根据使所述云台旋转到指定欧拉角时所述关节电机的霍尔值，来更新所述关节角偏移的处理器被配置为：

    使所述云台的欧拉角从0°旋转至n°，记录所述关节电机的第一霍尔值；

    使所述云台的欧拉角从n°旋转至-n°，记录所述关节电机的第二霍尔值；以及

    基于所述第一霍尔值和所述第二霍尔值来更新所述关节角偏移，

    其中，n为小于180的正整数。
25. 如权利要求15所述的云台，其中，所述被配置为基于当前关节角来控制所述云台的目标姿态的处理器被配置为：

    将所述云台的控制模式切换为姿态增稳模式，在所述姿态增稳模式中，所述云台的姿 态至少基于外部姿态数据以及所述惯性传感器的测量数据来控制；以及

    将所述目标姿态赋值为与所述当前关节角对应的姿态测量值。
26. 如权利要求15或25所述的云台，其中，在所述的基于当前关节角来控制所述云台的目标姿态之后，所述处理器还被配置为：执行姿态回中操作。
27. 如权利要求26所述的云台，其中，所述被配置为执行姿态回中操作的处理器被配置为：

    使所述云台的偏航角、俯仰角和翻滚角回到0°。
28. 如权利要求15所述的云台，其中，所述处理器还被配置为：

    设置初始值为0的计数器；

    在所述的对所述关节电机的关节角偏移进行校准之后，控制所述计数器数值加一，并与预设次数比较；

    在所述计数器数值达到所述预设次数时，执行所述的关节角回中操作；

    在所述计数器数值未达到所述预设次数时，返回所述的测量并更新所述惯性传感器的漂移值。
29. 一种无人机，包括如权利要求15-28中任一项所述的云台。
30. 一种存储有计算机程序的存储介质，所述计算机程序在由计算机的处理器运行时，使所述计算机执行如权利要求1-14中任一项所述的方法。

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