一种相机云台系统的制作方法

本发明涉及一种相机云台系统，有助于稳定和保持相机姿态，保证相机拍摄效果。

背景技术：

目前，自动稳定相机云台在航空拍摄等领域得到比较广泛应用，其目标是保证拍摄时相机的实时稳定性，从而保证相机的拍摄图像的稳定。但此类拍摄云台的承载能力不大，一般做旋转的角度也有限，且要求相机的质心与调节旋转轴轴心一致，因此一般只能支持特定型号的相机，且不能负载其他设备，使用范围较为窄，如大疆公司禅思系列云台^[1]。

参考文献

[1]禅思H3-3D云台|DJI大疆http://www.dji.com/cn/product/zenmuse-h3-3d

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的就是克服现有技术的不足之处，提供一种高负载、高精度的相机云台，所采用的技术方案如下：

一种相机云台系统，包括水平方向的旋转调整装置、俯仰方向的旋转调整装置、用于测量俯仰方向旋转角度的俯仰传感器和控制器，俯仰方向的旋转调整装置固定在水平方向的旋转调整装置上，其特征在于，俯仰方向的旋转调整装置采用粗细两级旋转调整结构，包括俯仰方向的活动支架1、固定在活动支架1端部的平台，粗调舵机7和所对应的粗调摇臂6、微调舵机3和所对应的微调摇臂4，粗调摇臂6和微调摇臂4之间通过拉杆5刚性连接；微调舵机3固定在平台上，粗调舵机7比微调舵机3的马力大，控制器用于根据俯仰传感器的测量信号控制两个舵机的运行。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)高负载。本发明的云台借助舵机的动力可承载含相机在内的多种相关设备，根据舵机的动力大小一般可承载3～5kg的重量，且承载设备无严格安装布局要求，不需要严格将设备重心调整到与X、Y轴轴心均保持一致，从而保证承载能力的情况下提高了承载设备布局的灵活度。

(2)对俯仰角的调整使用精细两级调整结构，加之软件策略配合，可以保证平台运动的精度，实现高精度平台旋转。

附图说明

图1：云台粗细两级旋转调整结构图

图2：软件反馈控制策略流程图

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例方式仅用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

本发明提供的大倾角、高负载、自平衡的高精度相机云台技术，包含两个方面的内容，一是硬件的设计和布局，二是基于上述硬件设备的自动平衡反馈控制软件。

(1)硬件的设计和布局：一种大倾角、高负载、自平衡的高精度相机云台，关键结构设计在于：在俯仰方向使用粗细两级旋转调整结构。

粗细两级旋转调整结构包括俯仰方向的支架1、一个粗调的舵机7(大舵机)和所对应的摇臂6、一个微调的舵机3(小舵机)和所对应的摇臂4、还有一个两个摇臂之间的连接部分—拉杆5

其中，粗调的舵机使用的是大型舵机，其舵机的特点在于马力大，可以驱动平台上高负载设备的旋转，可调节的范围也较大，由于大型舵机的缺点在于精度略低，而且此时已经不需要较大范围内的旋转，所以微调的舵机我们使用小型舵机，针对大型舵机所遗留下的误差进行小范围高精度的调整。

粗调舵机7和与之相对应的摇杆6进行连接，当粗调舵机控制器接获得发送过来的控制指令向舵机发送信号，并驱使粗调舵机进行运动，使得设备在俯仰方向进行旋转，在达到预定阈值后，通过两个摇臂之间的连接部分—拉杆5，将两个舵机进行连接，当细调舵机控制器接获得发送过来的控制指令向舵机发送信号，驱使微调舵机进行运动，从而达到细微调节旋转的功能。

(2)自动平衡反馈控制软件

本发明为实现了相机云台的实时自动平衡，需要根据当前角度传感器的状态实时反馈调节X轴和Y轴的平衡状态，调节策略如下：

a)对传感器数据进行滤波。由于传感器工作环境、自身状态、传输过程等因素会导致传感器产生的数据产生一定的不稳定性，导致错误数据的产生，从而会对系统平稳性造成干扰，因此软件系统首先会对传感器数据进行实时滤波处理，以消除偶然因素导致的数据错误。优选地，本发明采用限幅滤波和卡尔曼滤波相互结合的方式对数据进行滤波，消除错误数据，保证数据的正确性。

b)调节X轴平衡状态。在设计上，X轴(翻滚方向)平衡采用单个舵机调节，当X轴方向上传感器角度值与预设角度之间的差值，即角度偏差小于X轴允许误差值E(即精度)时，舵机停止X方向的调节。当X轴方向上传感器测得的角度偏差值大于允许误差值时，若偏差较大，则采用比例调节策略(详见下部说明)进行调节，若偏差较小(小于慢调节临界值T)，则采用慢调节策略，以慢速进行调节，保证调节的稳定性。

c)调节Y轴平衡状态。Y轴(俯仰方向)平衡采用大小两个舵机结合进行调节，当Y轴方向传感器角度值与预设角度之间的差值即角度偏差小于Y轴允许误差值(即精度)时，舵机停止调节。当Y轴方向上传感器测得的角度偏差大于允许误差值时，若传感器角度偏差较大(大于粗细调节转换临界角度值S)时，则采用大舵机，按照比例调节策略进行大范围快速调节，若传感器角度偏差较小(小于大于粗细调节转换临界角度值S)，则采用小舵机进行调节，且当传感器角度大于慢调节临界值时，小舵机按照比例调节方式进行调节，当小于慢调节临界值时，小舵机按照慢调节方式进行调节。

d)重复以上三个过程，直至达到平衡状态(即角度传感器在X、Y轴两个方向的角度误差均在精度范围内)。

比例调节策略是将传感器感知的角度值与预设角度之间的差值，即角度偏差(平衡时角度偏差应当为0)与比例K相乘而得到将要变化的舵机脉冲宽度调制值(△PWM值)，作为舵机脉冲宽度值(PWM)的变化量，附加到舵机原有的脉冲宽度值上而构成新的脉冲宽度值，从而对舵机进行调节的一种方式。

慢调节策略，则是将每次变化脉冲宽度值△PWM设置为一个较小的固定值，该值仅与角度偏差正负有关，与角度偏差大小无关，从而使舵机以比较稳定的慢速度运转的调节方式。

自动平衡反馈控制软件可在通用个人计算机平台上实现，也可在嵌入式单片机系统下实现。