一种云台增稳装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及云台控制技术领域，特别涉及一种云台增稳装置及方法。
【背景技术】
[0002] 摄像云台系统是一种特殊影视拍摄设备，可以实现远距离两点之间水平、垂直或 倾斜方向的运动拍摄。摄像云台系统主要包括绳索系统和摄像云台两大部分。绳索系统主 要驱动摄像云台，实现摄像云台在空间内的移动。
[0003] -方面，由于大多数的绳索系统都采用几根具有弹性的绳索牵引云台运动，绳索 间的弹性差异、绳索回收或放出的速度不匀，会造成绳索摆荡，加上大风等外界环境因素会 加剧摆荡幅度。这一摆荡运动首先施加于与绳索直接相连的云台基座上，继而耦合传递到 摄像机上，造成摄像机视轴晃动，拍摄图像不稳定。
[0004] 另一方面，当操纵人员控制云台实现摄像机视轴快速转动时，控制电机将反作用 力快速施加于云台基座，且绳索刚性较小，无法及时提供对云台基座运动的约束力，导致云 台基座发生移动或晃动，继而影响摄像机拍摄画面的稳定度。
[0005] 云台基座的扰动直接引起摄像机视轴晃动，因此，必须先稳定云台基座。现有的云 台增稳解决方案主要包括两种：（1)采用增加云台基座惯量或者提高绳索刚性的方法。比 如，将云台基座固连在一个惯量较大的小车上，以减小基座扰动运动的幅值；或者采用刚性 较高的钢丝绳拉拽云台移动；（2)采用人工操纵扰动补偿的方法。比如，要求操纵人员在操 控索道摄像机实现空间移动和视轴转动时尽量操作柔和一些，或者在发生视轴晃动时通过 反向操纵加以补偿。
[0006] 综上所述，现有的云台增稳方案存在不足，具体如下：（1)采用增加云台基座惯量 或提高绳索刚性的方法，使用场合限制较大；（2)采用人工操作扰动补偿的方法，加大了操 作人员的工作难度，较难实现。
【发明内容】
[0007] 本发明实施例提出了一种云台增稳装置及方法，用以解决现有技术中云台增稳控 制中存在的应用场合受限或操作难度较大的问题。
[0008] 本发明实施例提供了一种云台增稳装置，主要包括：电池组、检测电路、电池组基 座、电机、控制电路，其中，
[0009] 电池组位于电池组基座上；
[0010] 检测电路，用于检测当前时刻的状态信息，并输出检测信号至控制电路，所述检测 信号携带当前时刻的状态信息；
[0011] 控制电路，用于接收所述检测信号，并根据所述当前时刻的状态信息、上一时刻的 状态信息及上一时刻的驱动信号确定当前时刻的驱动信号；
[0012] 电机，用于根据控制电路输出的当前时刻的驱动信号驱动电池组旋转；所述电机 的转子与电池组基座连接，电机的定子与云台基座连接。
[0013] 本发明实施例还提供了一种云台增稳方法，包括如下步骤：
[0014] 检测电路检测当前时刻的状态信息，并输出检测信号至控制电路，所述检测信号 携带当前时刻的状态信息；
[0015] 控制电路根据所述当前时刻的状态信息、上一时刻的状态信息及上一时刻的驱动 信息确定当前时刻的驱动信号，发送所述当前时刻的驱动信号至电机；
[0016] 电机根据所述当前时刻的驱动信号带动电池组旋转；
[0017] 电池组旋转产生的力矩通过电机作用于云台基座，抵消云台基座受到的扰动。
[0018] 本发明有益效果如下：
[0019] 本发明实施例提供的云台增稳装置，由于利用检测电路检测当前时刻的状态信 息作为控制电路的控制输入，控制电路根据当前时刻的状态信息、上一时刻的状态信息及 上一时刻的驱动信号确定当前时刻的驱动信号，电机接收并根据该当前时刻的驱动信号工 作，带动电池组转速，通过电池组旋转产生的力矩抵消云台受到的扰动，实现云台增稳。该 云台增稳装置将云台系统中的电池组作为增稳装置的一部分，仅增加了电池组基座、检测 电路、控制电路和电机，和现有的将云台基座固连在一个惯量较大的小车上、采用刚性较高 的钢丝绳拉拽云台移动、或者采用人工操作补偿的方案相比，该云台增稳装置结构简单，易 于实现，且能有效地保证了云台的稳定性。
[0020] 本发明实施例提供的云台增稳方法，由于利用检测电路检测当前时刻的状态信 息，控制电路根据当前时刻的状态信息、上一时刻的状态信息及上一时刻的驱动信号确定 当前时刻的驱动信号，电机接收并根据该当前时刻的驱动信号工作，带动电池组转速，通过 电池组旋转产生的力矩抵消云台受到的扰动，实现云台增稳。由于电池组通过电机与云台 基座连接，电池组旋转产生的力矩通过连接结构作用于云台基座，抵消云台基座受到的干 扰力矩。该方案基于云台已有的电池组进行云台增稳，易于实现，极大地简化了云台增稳的 控制工作，且效果较为显著、可靠。
【附图说明】
[0021] 下面将参照附图描述本发明的具体实施例。
[0022] 图1为本发明实施例中提供的云台增稳装置的正式剖面结构图示意图；
[0023] 图2为含有本发明实施例中提供的云台增稳装置的云台系统结构示意图；
[0024] 图3为本发明实施例中提供的云台增稳装置去除外罩后的三维结构示意图；
[0025] 图4为本发明实施例中的云台增稳装置中的控制电路的结构示意图；
[0026] 图5为本发明实施例中提供的云台增稳装置的运行示意图；
[0027] 图6为本发明实施例中提供的云台增稳装置中的控制电路构成示意图；
[0028] 图7为本发明实施例中提供的云台增稳方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0029] 为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性 实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是 所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本说明中的实施例及实施例中的特征可以互 相结合。
[0030] 图1为本发明实施例中提供的云台增稳装置的正式剖面结构图示意图，如图所 示，本发明实施例提供的云台增稳装置，可以主要包括：电池组、检测电路、电池组基座、电 机、控制电路，其中，
[0031] 电池组位于电池组基座上；
[0032] 检测电路，用于检测当前时刻的状态信息，并输出检测信号至控制电路，所述检测 信号携带当前时刻的状态信息；
[0033] 控制电路，用于接收所述检测信号，并根据所述当前时刻的状态信息、上一时刻的 状态信息及上一时刻的驱动信号确定当前时刻的驱动信号；
[0034] 电机，用于根据控制电路输出的当前时刻的驱动信号驱动电池组旋转；所述电机 的转子与电池组基座连接，电机的定子与云台基座连接。
[0035] 图2为含有本发明实施例中提供的云台增稳装置的云台系统结构示意图，其中， 11为云台基座，20为云台增稳装置，21为云台，22为绳索。云台系统21通过基座被绳索22 悬吊在空中，可以执行X、Y、Z三个方向上的移动。由于各种干扰存在，使云台基座绕着水 平X、Y轴和垂直Z轴大幅转动，具体实施中，可以按图1所示的方式，将云台增稳装置固定 连接在云台基座上，将为云台系统供电的电池组放置到云台增稳装置中，利用电池组具有 一定质量，控制电池组旋转时会产生一定力矩的特性来维持云台系统的稳定，减小云台基 座绕着水平X、Y轴和垂直Z轴的摆荡幅度，并最终降低摄像机视轴晃动。
[0036] 图3为本发明实施例中提供的云台增稳装置去除外罩后的三维结构示意图，如图 3所示，该云台增稳装置的具体结构为：电池组位于电池组基座上。
[0037] 从理论上来说，只要是能够进行状态检测的技术或装置、模块都可以作为检测电 路来实施本方案的，例如，光电编码器、陀螺、压电传感器等都可以实现，本领域的技术人员 在实施过程中可以结合实践需要来确定相应的方式。
[0038] 实施中，所述检测电路可以是光电编码器，所述状态信息是电池组的转速信息，所 述检测信号是脉冲信号；
[0039] 图4为本发明实施例中的云台增稳装置中的控制电路的结构示意图，如图所示。 所述控制电路可以具体包括：
[0040] 转速处理模块，用于接收光电编码器发出的脉冲信号，将所述脉冲信号转化为电 池组的转速信息，输出至转速控制器；
[0041] 转速控制器，用于接收转速处理模块输出的转速信息，根据所述当前时刻云电池 组的转速信息、上一时刻电池组的转速信息及上一时刻的驱动信号确定当前时刻的驱动信 号，并将所述当前时刻的驱动信号输出至电机。
[0042] 具体实施中，检测电路可以只包括检测电池组旋转角速度的光电编码器，也可以 包括光电编码器和用于检测云台基座的垂直轴扰动角速度的陀螺。其中，光电编码器可以 采用增量式编码器、绝对式编码器或者混合式绝对值编码器。考虑实现效果，优选的，在本 实施例中可以采用增量式编码器，平衡实现效果和成本，本实施例中可以采用14位分辨率 增量式编码器，本领域技术人员也可以根据实际需要选用如16位分辨率等其他分辨率的 增量式编码器。
[0043] 图5为本发明实施例中提供的云台增稳装置的运行示意图，如图所示，具体实施 中，光电编码器的转轴与电机的转子连接，光电编码器的外壳与电机的定子连接，电机的转 子与电池组基座固连，电机的定子于装置基座连接，当电机运行时，转子旋转并同时驱动与 其连接的电池组基座和光电编码器的旋转，因为电池组基座和光电编码器均是受同一个电 机转子驱动旋转，二者的旋转角速度相同，所以光电编码器可以检测电池组的转速，并输出 脉冲信号至控制电路，该脉冲信号携带光电编码器检测到的电池组的转速信息。
[0044] 实施中，所述光电编码器的转轴可以与电机的转子连接，光电编码器的外壳与电 机的定子连接。
[0045] 具体实施中，为了使光电编码器准确地检测电池组的转速，在