云臺控制方法、裝置及云臺與流程

本發明涉及云臺技術領域，尤其涉及一種云臺控制方法、裝置及云臺。

背景技術：

云臺是用于安裝和固定攝像設備的承載設備，其可以通過云臺的軸臂與電機的配合，帶動攝像設備在一個或者多個方向上運動，從而在較大范圍內拍攝圖像。目前，云臺已被廣泛應用于各種特殊行業，比如在航拍領域，當攝像設備固定在云臺上后，可由飛行器攜帶云臺至高空進行拍攝。

相關技術中，通常通過遙控器控制云臺的運動，遙控器上設置有搖桿或者波輪，用戶通過操控搖桿或者波輪，向云臺發出運動指令，云臺根據接收到的運動指令，驅動電機帶動相應軸臂進行旋轉、位移等。但是，由于用戶操控搖桿或者波輪的力度不穩定，通常一次操作難以控制云臺運動到目標姿態，可能需要反復操作進行調整，操作比較繁瑣，定位精度也不夠高。

技術實現要素：

本發明提供一種云臺控制方法、裝置及云臺。

依據本發明的第一方面，提供一種云臺控制方法，所述云臺包括軸臂和電機，所述電機用于驅動所述軸臂轉動，從而帶動搭載于所述云臺上的攝像設備在一個或者多個方向上運動，所述方法包括：

獲取所述云臺的工作參數；

檢測到所述工作參數與預設的人力掰動云臺條件相匹配；

按照人力掰動云臺的方向，控制所述電機驅動所述軸臂轉動到人力停止掰動云臺時的目標姿態。

依據本發明的第二方面，提供一種云臺控制裝置，所述云臺包括軸臂和電機，所述電機用于驅動所述軸臂轉動，從而帶動搭載于所述云臺上的攝像設備在一個或者多個方向上運動，所述裝置包括：

獲取模塊，用于獲取所述云臺的工作參數；

檢測模塊，用于檢測到所述工作參數與預設的人力掰動云臺條件相匹配；

控制模塊，用于按照人力掰動云臺的方向，控制所述電機驅動所述軸臂轉動到人力停止掰動云臺時的目標姿態。

依據本發明的第三方面，提供一種云臺，所述云臺包括：固定機構，一個或多個軸臂，電機，imu以及控制器，其中，

所述固定機構，用于固定搭載于所述云臺上的攝像設備；

所述電機，用于驅動所對應的軸臂轉動，從而帶動所述攝像設備在一個或者多個方向上運動；

所述控制器，用于獲取所述云臺的工作參數，如果檢測到所述工作參數與預設的人力掰動云臺條件相匹配，按照人力掰動云臺的方向，控制所述電機驅動所述軸臂轉動到人力停止掰動云臺時的目標姿態。

由以上本發明實施例提供的技術方案可見，本發明實施例中在檢測到云臺的工作參數與預設的人力掰動云臺條件相匹配時，按照人力掰動云臺的方向控制云臺來改變自身的目標姿態，與現有通過遙控器控制云臺目標姿態的方式相比，操作過程簡單直觀，定位精度高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是一種三軸云臺的工作原理示意圖；

圖2是本發明云臺控制方法的一個實施例流程圖；

圖3是本發明云臺控制方法的另一個實施例流程圖；

圖4是本發明云臺控制方法的另一個實施例流程圖；

圖5是本發明云臺控制方法的另一個實施例流程圖；

圖6a是本發明云臺控制裝置的實施例框圖；

圖6b是圖6a中獲取模塊的一個實施例框圖；

圖6c是圖6a中獲取模塊的另一個實施例框圖；

圖6d是圖6a中控制模塊的實施例框圖；

圖7是本發明云臺的實施例框圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。另外，在不沖突的情況下，下述的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

本發明實施例中的云臺可以是手持云臺，也可以是由飛行器攜帶的云臺。上述云臺通常包括軸臂和電機，電機用于驅動軸臂轉動。以常見的三軸云臺為例，三軸云臺包括三個軸臂，以及分別驅動三個軸臂轉動的電機，其中，三個軸臂分別為俯仰軸，橫滾軸，以及橫向軸。

在控制上述云臺改變目標姿態時，可以帶動搭載于云臺上的攝像設備，例如，照相機或者攝像機在一個或者多個方向上運動，從而實現大范圍拍攝。現有技術中，使用者通過遙控設備，例如遙控器搖桿或者波輪等，控制云臺改變目標姿態，其操作過程比較繁瑣，定位精度不夠高。因此本發明實施例中，提供使用者通過人力掰動云臺的方式，從而使云臺可以快速準確地運動到目標姿態。

下面結合附圖對本發明實施例進行詳細說明。

參見圖1，為一種三軸云臺的工作原理示意圖：

圖1所示的一種三軸云臺包括：控制器，三軸電機，三軸軸臂，imu(inertialmeasurementunit，慣性測量單元)，以及積分器。上述三軸云臺可以通過組成imu的陀螺儀作為反饋原件，三軸電機作為輸出原件，形成閉環pi(比例、積分)控制系統。

其中，通過imu獲得云臺的測量姿態，測量姿態與目標姿態的差值作為控制偏差，控制器根據輸入的控制偏差，控制三軸電機的輸入電流，從而驅動三軸電機工作，三軸電機工作過程中輸出扭矩帶動三軸軸臂轉動，在轉動過程中云臺的測量姿態進一步發生變化，通過上述反饋控制過程，使得云臺運動到目標姿態。

參見圖2，為本發明云臺控制方法的一個實施例流程圖：

步驟201：獲取云臺的工作參數。

結合圖1所示，本發明實施例中云臺的工作參數可以包括：電機的電流值，或者電機的扭矩值，或者云臺的控制偏差。上述控制偏差、電流值和扭矩值三個參數之間通常呈正比關系。

步驟202：檢測到工作參數與預設的人力掰動云臺條件相匹配。

通常人力掰動云臺與通過遙控器控制云臺相比，檢測到的工作參數的參數值會有較大差異，因此可以將工作參數作為判斷人力掰動云臺的依據。

首先，在人力掰動云臺時，云臺的工作參數通常大于通過遙控器控制云臺時的工作參數；其次，在人力誤觸云臺時，云臺的工作參數通常也會大于通過遙控器控制云臺時的工作參數，但人力誤觸云臺與人力掰動云臺的區別在于，檢測到的前者的參數值的持續時間要小于后者。基于上述分析，根據工作參數的類型不同，可以分別采用如下可選的實現方式檢測是否由人力掰動云臺：

在第一個可選的實現方式中，對應于步驟201中工作參數為電流值，本步驟中可以檢測電流值是否大于預設的電流閾值，如果大于電流閾值，則可以確定檢測到人力掰動云臺。

進一步的，為了避免檢測到人力誤觸云臺，可以檢測在預設的時間周期內電流值是否均大于電流閾值，如果均大于電流閾值，則可以確定檢測到人力掰動云臺。

在第二個可選的實現方式中，對應于步驟202中工作參數為扭矩值，在獲得電機的電流值后，可以根據電流與扭矩的正比關系，測量得到電機的扭矩值，則本步驟中可以檢測扭矩值是否大于預設的扭矩閾值，如果大于扭矩閾值，則可以確定檢測到人力掰動云臺。

進一步的，為了避免檢測到人力誤觸云臺，可以檢測在預設的時間周期內扭矩值是否均大于扭矩閾值，如果均大于扭矩閾值，則可以確定檢測到人力掰動云臺。

在第三個可選的實現方式中，對應于步驟202中工作參數為控制偏差，可以通過設置在云臺上的imu采集反饋控制過程中云臺的測量姿態，并根據云臺的測量姿態獲得云臺的控制偏差，則本步驟中可以檢測控制偏差是否大于預設的偏差閾值，如果大于偏差閾值，則可以確定檢測到人力掰動云臺。

進一步的，為了避免檢測到人力誤觸云臺，可以檢測在預設的時間周期內控制偏差是否均大于偏差閾值，如果均大于偏差閾值，則可以確定檢測到人力掰動云臺。

步驟203：按照人力掰動云臺的方向，控制電機驅動軸臂轉動到人力停止掰動云臺時的目標姿態。

在檢測到人力掰動云臺后，可以通過設置在云臺上的imu測量人力掰動云臺時的掰動方向，然后調取用于改變云臺目標姿態的目標速度，其中該目標速度大于人力掰動云臺的掰動速度，在該掰動方向上，按照上述目標速度控制電機驅動軸臂轉動到人力停止掰動云臺時的目標姿態。

由上述實施例可見，在檢測到云臺的工作參數與預設的人力掰動云臺條件相匹配時，按照人力掰動云臺的方向控制云臺來改變自身的目標姿態，與現有通過遙控器控制云臺目標姿態的方式相比，操作過程簡單直觀，定位精度高。

參見圖3，為本發明云臺控制方法的另一個實施例流程圖，該實施例示出了通過電機扭矩值檢測人力掰動云臺的過程：

步驟301：獲取電機的電流值。

結合圖1所示，當控制器獲得控制偏差后，可以根據該控制偏差控制電機的輸入電流，以三軸云臺為例，控制器可以根據控制偏差分別控制三個電機的輸入電流。在通常情況下，云臺的控制偏差比較小，在本發明實施例中，當人力掰動云臺時，云臺的控制偏差瞬間加大，根據該控制偏差得到的電機的輸入電流也相應增大。

步驟302：根據電流與扭矩的正比關系，測量與電流值對應的扭矩值。

電機的扭矩就是指電機從其曲軸端輸出的力矩，扭矩是使電機對應軸臂可以發生轉動的力。通常電機的電流與扭矩呈正比關系，如下公式所示：

m＝ca×i；其中，m表示扭矩，ca表示一常數，i表示電流；

當獲得電機的電流值后，可以按照上述公式計算電機的扭矩值。

步驟303：判斷測量得到的扭矩值是否大于預設的扭矩閾值，若是，則執行步驟304；否則，結束當前流程。

在人力掰動云臺時，云臺的扭矩值通常大于通過遙控器控制云臺時的扭矩值。因此本實施例中，可以預先設置扭矩閾值，該扭矩閾值為用于判斷人力掰動云臺時扭矩值的下限值。

本步驟中，當實時測量得到電機的電流值對應的扭矩值后，將該扭矩值與扭矩閾值進行比較，如果扭矩值不大于扭矩閾值，則可以確定當前非人力掰動云臺，可以結束當前流程，如果扭矩值大于扭矩閾值，執行步驟304。

步驟304：判斷是否達到預設的時間周期，若是，則執行步驟305；否則，返回步驟301。

由于在人力誤觸云臺時，云臺的扭矩值通常也會大于通過遙控器控制云臺時的扭矩值，但人力誤觸云臺與人力掰動云臺的區別在于，前者大于扭矩閾值的扭矩值的持續時間要小于后者。因此本實施例中，可以預先設置一個時間周期，用于判斷在一段連續的時間內，云臺的扭矩值是否持續大于扭矩閾值，從而避免將人力誤觸云臺也確定為人力掰動云臺，以此提高對人力掰動云臺檢測的準確性。

步驟305：確定檢測到人力掰動云臺，結束當前流程。

參見圖4，為本發明云臺控制方法的另一個實施例流程圖，該實施例示出了通過控制偏差值檢測人力掰動云臺的過程：

步驟401：通過設置在云臺上的imu采集云臺的測量姿態。

步驟402：根據云臺的測量姿態獲得云臺的控制偏差。

結合圖1所示，在本發明實施例的反饋控制過程中，可以通過云臺上的imu采集云臺的測量姿態，根據測量姿態獲得云臺的控制偏差。在人力掰動云臺時，初始的目標姿態為0，此時控制偏差最大，在目標姿態不斷向測量姿態調整的過程中，控制偏差逐漸減小。

步驟403：判斷控制偏差是否大于預設的偏差閾值，若是，則執行步驟404；否則，結束當前流程。

在通常情況下，云臺的控制偏差都比較小，而當人力掰動云臺時，云臺的控制偏差會加大。因此本實施例中，可以預先設置偏差閾值，該偏差閾值為用于判斷人力掰動云臺時控制偏差的下限值。

本步驟中，當實時獲得云臺的控制偏差后，將該控制偏差與偏差閾值進行比較，如果控制偏差不大于偏差閾值，則可以確定當前非人力掰動云臺，可以結束當前流程，如果控制偏差大于偏差閾值，則執行步驟404。

步驟404：判斷是否達到預設的時間周期，若是，則執行步驟405；否則，返回步驟401。

由于在人力誤觸云臺時，云臺的控制偏差通常也會大于通過遙控器控制云臺時的控制偏差，但人力誤觸云臺與人力掰動云臺的區別在于，前者大于偏差閾值的控制偏差的持續時間要小于后者。因此本實施例中，可以預先設置一個時間周期，用于判斷在一段連續的時間內，云臺的控制偏差是否持續大于偏差閾值，從而避免將人力誤觸云臺也確定為人力掰動云臺，以此提高對人力掰動云臺檢測的準確性。

步驟405：確定檢測到人力掰動云臺，結束當前流程。

參見圖5，為本發明云臺控制方法的另一個實施例流程圖，該實施例示出了按照人力掰動云臺方向改變云臺目標姿態的過程：

步驟501：通過設置在云臺上的imu測量人力掰動云臺時的掰動方向。

imu可以用于測量物體的姿態信息，本實施例中，在檢測到人力掰動云臺后，可以通過imu測量人力掰動云臺時的掰動方向，例如，對于三軸云臺，可以測量到人力掰動俯仰軸，橫滾軸，以及橫向軸中的至少一個軸臂時的掰動方向。

步驟502：調取用于改變云臺目標姿態的目標速度，該目標速度大于人力掰動云臺的掰動速度。

在檢測到人力掰動云臺的方向后，如果要使云臺運動到人力掰動的目標姿態，可以控制云臺以目標速度進行運動，上述目標速度通常大于人力掰動云臺的掰動速度。以三軸云臺為例，在三軸電機上均設置有角度傳感器，通過角度傳感器可以測量到人力掰動云臺時不同軸臂的掰動速度。

在應用本發明實施例時，可以預先通過多組測試實驗，測試出人力掰動云臺時的常規掰動速度，根據該掰動速度確定用于改變云臺目標姿態的目標速度，比如目標速度略大于掰動速度即可。云臺控制器可以保存上述目標速度，當檢測到人力掰動云臺后，調取上述目標速度，控制云臺改變目標姿態。

步驟503：在掰動方向上，按照目標速度控制電機驅動軸臂轉動到人力停止掰動云臺時的目標姿態。

本步驟中，在檢測到的人力掰動云臺的掰動方向上，按照目標速度改變云臺的目標姿態，即按照目標速度進行反饋控制，以使電機驅動軸臂進行轉動，直至轉動到人力停止掰動云臺時的姿態。在上述控制過程中，由于目標速度大于掰動速度，因此可以保證當人力停止掰動云臺時，云臺的目標姿態已經改變到人力掰動的實際姿態。

與本發明云臺控制方法的實施例相對應，本發明還提供了云臺控制裝置和云臺的實施例。

參見圖6a，為本發明云臺控制裝置的一個實施例框圖：

該云臺控制裝置包括：獲取模塊610、檢測模塊620和控制模塊630。

其中，獲取模塊610，用于獲取所述云臺的工作參數；

檢測模塊620，用于檢測到所述工作參數與預設的人力掰動云臺條件相匹配；

控制模塊630，用于按照人力掰動云臺的方向，控制所述電機驅動所述軸臂轉動到人力停止掰動云臺時的目標姿態。

在一個可選的實現方式中，參見圖6b，是圖6a中獲取模塊的一個實施例框圖：

該獲取模塊610可以包括：電流值獲取子模塊611和扭矩測量子模塊612。

其中，電流值獲取子模塊611，用于獲取所述電機的電流值；

扭矩測量子模塊612，用于根據電流與扭矩的正比關系，測量與所述電流值對應的扭矩值，將所述扭矩值確定為所述云臺的工作參數。

相應的，所述檢測模塊620，可以具體用于檢測測量得到的扭矩值是否大于預設的扭矩閾值，如果大于所述扭矩閾值，則檢測到所述扭矩值與預設的人力掰動云臺條件相匹配。

進一步，所述檢測模塊620，可以具體用于檢測在預設的時間周期內所述測量得到的扭矩值是否均大于所述扭矩閾值。

在另一個可選的實現方式中，參見圖6c，是圖6a中獲取模塊的另一個實施例框圖：

該獲取模塊610可以包括：測量姿態獲得子模塊613和控制偏差獲得子模塊614。

其中，測量姿態獲得子模塊613，用于通過設置在所述云臺上的imu采集所述云臺的測量姿態；

控制偏差獲得子模塊614，用于根據所述云臺的測量姿態獲得所述云臺的控制偏差，將所述控制偏差確定為所述云臺的工作參數。

相應的，所述檢測模塊620，可以具體用于檢測所述控制偏差是否大于預設的偏差閾值，如果大于所述偏差閾值，則檢測到所述控制偏差與預設的人力掰動云臺條件相匹配。

進一步，所述檢測模塊620，可以具體用于檢測在預設的時間周期內所述控制偏差是否均大于所述偏差閾值。

在另一個可選的實現方式中，所述檢測模塊620，可以具體用于當所述獲取模塊610獲取的工作參數為所述電機的電流值時，檢測所述電流值是否大于預設的電流閾值，如果大于所述電流閾值，則檢測到所述電流值與預設的人力掰動云臺條件相匹配。

進一步，所述檢測模塊620，可以具體用于檢測在預設的時間周期內所述電流值是否均大于所述電流閾值。

在另一個可選的實現方式中，參見圖6d，是圖6a中控制模塊的實施例框圖：

該控制模塊630可以包括：掰動方向測量子模塊631、目標速度調取子模塊632和目標姿態控制子模塊633。

其中，掰動方向測量子模塊631，用于通過設置在所述云臺上的imu測量人力掰動云臺時的掰動方向；

目標速度調取子模塊632，用于調取用于改變所述云臺目標姿態的目標速度，所述目標速度大于人力掰動所述云臺的掰動速度；

目標姿態控制子模塊633，用于在所述掰動方向上，按照所述目標速度控制所述電機驅動所述軸臂轉動到人力停止掰動云臺時的目標姿態。

由上述實施例可見，在檢測模塊檢測到獲取模塊所獲取的云臺的工作參數與預設的人力掰動云臺條件相匹配時，由控制模塊按照人力掰動云臺的方向控制云臺來改變自身的目標姿態，與現有通過遙控器控制云臺目標姿態的方式相比，操作過程簡單直觀，定位精度高。

參見圖7，為本發明云臺的實施例框圖：

該云臺包括：固定機構710、軸臂720、電機730、imu740和控制器750。

其中，所述固定機構710，用于固定搭載于所述云臺上的攝像設備；

所述電機730，用于驅動所對應的軸臂720轉動，從而帶動所述攝像設備在一個或者多個方向上運動；

所述控制器750，用于獲取所述云臺的工作參數，如果檢測到所述工作參數與預設的人力掰動云臺條件相匹配，按照人力掰動云臺的方向，控制所述電機驅動所述軸臂轉動到人力停止掰動云臺時的目標姿態。

在一個可選的實現方式中：

所述控制器750，可以具體用于獲取所述電機的電流值，根據電流與扭矩的正比關系，測量與所述電流值對應的扭矩值，檢測測量得到的扭矩值是否大于預設的扭矩閾值，如果大于所述扭矩閾值，則確定檢測到所述扭矩值與預設的人力掰動云臺條件相匹配。

進一步，所述控制器750，可以具體用于檢測在預設的時間周期內所述測量得到的扭矩值是否均大于所述扭矩閾值。

在另一個可選的實現方式中：

所述控制器750，可以具體用于通過所述imu740采集所述云臺的測量姿態，根據所述云臺的測量姿態獲得所述云臺的控制偏差，檢測所述控制偏差是否大于預設的偏差閾值，如果大于所述偏差閾值，則確定檢測到所述控制偏差與預設的人力掰動云臺條件相匹配。

進一步，所述控制器750，可以具體用于檢測在預設的時間周期內所述控制偏差是否均大于所述偏差閾值。

在另一個可選的實現方式中：

所述控制器750，可以具體用于當所述工作參數為所述電機的電流值時，檢測所述電流值是否大于預設的電流閾值，如果大于所述電流閾值，則確定檢測到所述電流值與預設的人力掰動云臺條件相匹配。

進一步，所述控制器750，可以具體用于檢測在預設的時間周期內所述電流值是否均大于所述電流閾值。

在另一個可選的實現方式中：

所述控制器750，可以具體用于通過所述imu740測量人力掰動云臺時的掰動方向，調取用于改變所述云臺目標姿態的目標速度，在所述掰動方向上，按照所述目標速度控制所述電機驅動所述軸臂轉動到人力停止掰動云臺時的目標姿態，其中，所述目標速度大于人力掰動所述云臺的掰動速度。

由上述實施例可見，在云臺控制器檢測到云臺的工作參數與預設的人力掰動云臺條件相匹配時，按照人力掰動云臺的方向控制云臺來改變自身的目標姿態，與現有通過遙控器控制云臺目標姿態的方式相比，操作過程簡單直觀，定位精度高。

上述實施例闡明的系統、裝置、模塊或單元，具體可以由計算機芯片或實體實現，或者由具有某種功能的產品來實現。為了描述的方便，描述以上裝置時以功能分為各種單元分別描述。當然，在實施本申請時可以把各單元的功能在同一個或多個軟件和/或硬件中實現。本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或計算機程序產品。因此，本發明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于系統實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本申請的實施例而已，并不用于限制本申請。對于本領域技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的權利要求范圍之內。