一种跟踪云台的制作方法

本发明涉及云台，特别是涉及一种跟踪云台。

背景技术：

机载云台用于安装和固定目标载体、调节目标载体姿态以及保持目标载体在确定姿态，使得目标载体能稳定、流畅、多角度地拍摄。其中，目标载体包括摄像机、照相机、手机等，姿态包括方向、横滚和俯仰。

机载云台适用于大范围扫描监视，可以扩大目标载体的监视范围，对被摄目标进行拍摄时，机载云台上的目标载体须随被摄目标的移动进行姿态调整或姿态保持。其工作过程为在视频场景中检测出处于静止或运动的被摄目标,即在视频中做运动检测,对检测出来的被摄目标做特征提取,以此特征在后续视频帧序列中做目标匹配,根据匹配结果获取被摄目标在后续视频帧中的位置,以此实现被摄目标跟踪,最后把此结果与云台控制系统相结合,不断的调整云台的位置和角度,把被摄目标控制在目标载体的视场中。

申请号为201420652441.5的中国发明公开了一种手持三轴云台，设置了muc、x轴电机控制电路、y轴电机控制电路、z轴电机控制电路，mcu与各电机控制电路连接，各电机控制电路分别用于控制x轴电机、y轴电机和z轴电机。该方案是在被摄目标与云台之间有相对移动时通过人为跟踪来保证云台与被摄目标同步移动，然而，这种人为跟踪往往因为人的反应能力有限，使得跟踪精度低、跟踪滞后，不能真正实现稳定拍摄。

技术实现要素：

本发明提供一种跟踪云台，解决现有云台无法自动跟踪，导致无法实现稳定、流畅、多角度拍摄的问题。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种跟踪云台，包括云台本体、x轴电机、y轴电机和z轴电机，x轴电机、y轴电机和z轴电机安装在云台本体上，进一步还包括目标端信息获取单元和云台端跟踪单元，所述目标端信息获取单元与云台端跟踪单元无线连接；所述目标端信息获取单元安装在被摄目标上，由目标端定位模块、目标端中央处理器模块和目标端无线传输模块组成；所述云台端跟踪单元安装在云台本体上，包括云台端定位模块、云台端中央处理器模块和云台端无线传输模块；

所述目标端定位模块的输出端与目标端中央处理器模块连接，所述目标端无线传输模块的输入端与目标端中央处理器模块连接，所述目标端无线传输模块的发射端与云台端无线传输模块的接收端无线连接；所述云台端无线传输模块的输出端与云台端中央处理器模块连接；所述云台端定位模块的输出端与云台端中央处理器模块连接；所述云台端中央处理器模块的输出端与x轴电机、y轴电机和z轴电机连接。

上述方案中，所述云台端跟踪单元进一步还包括电机转角转速检测模块，所述电机转角转速检测模块由x轴磁编码器、y轴磁编码器和z轴磁编码器组成；所述x轴磁编码器安装在x轴电机的转子上，所述x轴磁编码器的输出端与云台端中央处理器模块的一路输入端相连；所述y轴磁编码器安装在y轴电机的转子上，所述y轴磁编码器的输出端与云台端中央处理器模块的另一路输入端相连；所述z轴磁编码器安装在z轴电机的转子上，所述z轴磁编码器的输出端与云台端中央处理器模块的再一路输入端相连。

上述方案中，所述x轴磁编码器对应地设有一个永磁体，所述永磁体设置在x轴编码器的上方或下方；所述y轴磁编码器对应地设有一个永磁体，所述永磁体设置在y轴编码器的上方或下方；所述z轴磁编码器对应地设有一个永磁体，所述永磁体设置在z轴编码器的上方或下方。

上述方案中，所述云台本体包括固定架，所述x轴电机、y轴电机和z轴电机呈正交分布，z轴电机的转子与y轴电机的定子连接，y轴电机的转子与x轴电机的定子连接，固定架与x轴电机的转子连接。

上述方案中，所述目标端无线传输模块和云台端无线传输模块为北斗和/或gps定位模块。

本发明构建的一种跟踪云台，设置了云台端定位模块和目标端定位模块，对目标载体和被摄目标均进行经度、纬度和速度的定位，目标端中央处理器模块将目标端定位模块获取到的定位信息通过目标端无线传输模块发送至云台端跟踪单元，云台端跟踪单元的云台端无线传输模块将接收到的被摄目标的定位信息传输给云台端中央处理器模块，云台端定位模块获取目标载体的经度、纬度和速度，并传输给云台端中央处理器模块，云台端中央处理器模块根据被摄目标和目标载体的经度、纬度和速度，确定目标载体相对被摄目标的方位、位置和速度，计算出x轴电机、y轴电机和z轴电机的转子的理论转动角度和转动速率，并驱动x轴电机、y轴电机和z轴电机的转子按理论值进行转动，在自动跟踪的前提下实现稳定、流畅、多角度拍摄；进一步地，在x轴电机、y轴电机和z轴电机的转子上分别设置磁编码器，用于检测x轴电机、y轴电机和z轴电机的转子的实际转动角度和转动速率，便于云台端中央处理器模块根据理论值对实际值做修正和校准，进一步增强稳定、流畅、多角度拍摄的效果。

本发明的优点与效果是：

1、在云台端和目标端均设置定位模块，通过对目标载体和被摄目标的定位信息进行分析，控制x轴电机、y轴电机、z轴电机的转动，进而控制目标载体与被摄目标的同步移动，以实现目标载体对被摄目标的自动跟踪；

2、在云台端和目标端均的定位模块为北斗和/或gps定位模块，该北斗和/或gps定位模块具有定位和短信通讯双重功能，可以全天候实时地、快速地定位，极少有通信盲区，覆盖面积广，定位精度高，定位速度快，获得的信息包括经度、纬度、速度等信息，为实现稳定、流畅、多角度拍摄提供准确的数据；

3、在x、y、z轴电机都设置磁编码器，以非接触方式精确测量电机的转子360°范围的实际转动角度和转动速率，使用时只需在待测对象上安装磁编码器，在磁编码器上方或下方放置永磁体，安装和使用方便。

附图说明

图1为本发明一种跟踪云台的原理框图。

图2为本发明一种跟踪云台的结构示意图。

图中标号为：1、x轴电机；2、姿态板；3、固定架；4、y轴电机；5、控制盒；6、z轴电机。

具体实施方式

一种跟踪云台，与现有技术相同，包括云台本体，以及电机驱动模块、x轴电机1、y轴电机4和z轴电机6，其中，云台本体包括固定架3，x轴电机1、y轴电机4和z轴电机6安装在固定架3上，在电机驱动模块的驱动下按要求进行运转，不同之处在于：

进一步还包括目标端信息获取单元和云台端跟踪单元，目标端信息获取单元与云台端跟踪单元无线连接；目标端信息获取单元安装在被摄目标上，由目标端定位模块、目标端中央处理器模块和目标端无线传输模块组成；云台端跟踪单元安装在云台本体的控制盒中，包括云台端定位模块、云台端中央处理器模块、云台端无线传输模块以及电机转角转速检测模块；

目标端定位模块的输出端与目标端中央处理器模块连接，目标端无线传输模块的输入端与目标端中央处理器模块连接，目标端无线传输模块的发射端与云台端无线传输模块的接收端无线连接；云台端无线传输模块的输出端与云台端中央处理器模块连接；云台端定位模块的输出端与云台端中央处理器模块连接；云台端中央处理器模块的输出端与x轴电机1、y轴电机4和z轴电机6连接；电机转角转速检测模块由x轴磁编码器、y轴磁编码器和z轴磁编码器组成；x轴磁编码器安装在x轴电机1的转子的上，x轴磁编码器的输出端与云台端中央处理器模块的一路输入端相连；y轴磁编码器安装在y轴电机4的转子的上，y轴磁编码器的输出端与云台端中央处理器模块的另一路输入端相连；z轴磁编码器安装在z轴电机6的转子上，z轴磁编码器的输出端与云台端中央处理器模块的再一路输入端相连，参见图1。

云台本体包括固定架3和姿态板2，还可根据实际需求增设控制盒5，将云台端跟踪单元安装于控制盒5中，参见图2。x轴电机1、y轴电机4和z轴电机6呈正交分布，z轴电机6的转子与y轴电机4的定子连接，y轴电机4的转子与x轴电机1的定子连接，固定架3经姿态板2与x轴电机1的转子连接，控制盒用于安装云台端定位模块、云台端中央处理器模块、云台端无线传输模块、电机转角转速检测模块以及电机驱动模块。

目标端定位模块和云台端定位模块均采用北斗定位技术、gps定位技术中的一种或两种相结合的定位技术采集卫星数据，解析经度、纬度和速度等信息，支持bd2b1、gpsl1两个频点，具备多频点、高性能的优势，适用于低成本、低功耗领域。北斗和/或gps定位模块一方面接收来自北斗导航系统bds发出的导航电文，对导航电文进行解析，得到经度、纬度、速度等信息，经目标端中央处理器模块处理后通过目标端无线传输模块发送至云台端跟踪单元，为用户提供高精度的定位服务；另一方面，通过获取gps卫星信号并对搜索到的卫星进行连续追踪以确保获取到实时定位数据，根据这些信号便能解析出云台和被摄目标的经度、纬度、速度等信息，具有覆盖面积广，定位精度高，定位速度快等特点。

为了既能实现有效通信，又能降低管理和维护成本，云台与被摄目标之间采用无线传输的方式传输定位数据。云台端无线传输模块和目标端无线传输模块均采用gsm、gprs、3g、4g之中的一种或一种以上的无线传输技术，其中，gprs网络覆盖面最广，且远距离通信时信号最稳定，成本也不高，因此本发明的云台端无线传输模块和目标端无线传输模块采用grrs的无线传输方式。目标端无线传输模块在目标端中央处理器模块的控制下将被摄目标的经度、纬度、速度等信息传输至云台端无线传输模块，并最终发送至云台端中央处理器模块。

电机转角转速检测模块在每个电机的转子上均设有1个永磁体。x轴磁编码器对应地设有一个永磁体，永磁体设置在x轴编码器的上方或下方；y轴磁编码器对应地设有一个永磁体，永磁体设置在y轴编码器的上方或下方；z轴磁编码器对应地设有一个永磁体，永磁体设置在z轴编码器的上方或下方。磁编码器采用as5045，以非接触方式精确测量电机的转子的360°范围的转动角度以及转动速率，安装和使用方便。as5045为片上系统，在单个封装内整合了集成式hall元件、模拟前端和数据信号处理功能这种绝对角度测量方式可即时指示磁铁的角度位置，其分辩率达到0.0879_＝每圈4096个位置。能够以串行比特流以及pwm信号输出的形式给出数字化数据。as5045具有内部稳压器，可运行在3.3v或5v供电电压之下。

电机驱动模块由x轴电机驱动模块、y轴电机驱动模块和z轴电机驱动模块组成。x轴电机驱动模块用于在云台端中央处理器模块的控制下驱动x电机转动，同理，y轴电机驱动模块用于在云台端中央处理器模块的控制下驱动y轴电机转动，z轴电机驱动模块用于在云台端中央处理器模块的控制下驱动z电机转动。x轴电机1、y轴电机4和z轴电机6协调运转，带动相应的转子，改变目标载体相对被摄目标的方位、距离和速度，以使得目标载体在云台端中央处理器的控制下能有效跟踪被摄目标。

目标端中央处理器模块将目标端定位模块获取的经度、纬度和速度信息通过目标端无线传输模块传输至云台端跟踪单元的云台端无线传输模块，云台端中央处理器模块接收被摄目标的经度、纬度和速度信息，以及目标载体的精度、纬度和速度信息，计算出目标载体相对于被摄目标的方位、位置和速度，计算出x轴电机1、y轴电机4和z轴电机6的转子的理论转动角度和转动速率，并驱动x轴电机1、y轴电机4和z轴电机6的转子按理论值进行转动，从而实现稳定、流畅、多角度拍摄。云台端中央处理器模块还采集各磁编码器检测到的x轴电机1、y轴电机4和z轴电机6的转子的实际转动角度和转动速率，将实际值与理论值做对比，对实际值进行修正和校准，以进一步增强稳定、流畅、多角度拍摄的效果。

本发明的工作过程为：目标端定位模块获取被摄目标的经度、纬度、速度等定位信息，目标端中央处理器模块将这些定位信息通过目标端无线传输模块传输至云台端中央处理器模块，云台端定位模块获取目标载体的经度、纬度、速度等定位信息，并将信息传输至云台端中央处理器模块，云台端中央处理器根据被摄目标的定位信息和目标载体的定位信息计算被目标载体相对摄目标的方位、距离和速度，中央处理器根据方位、距离和速率计算出各电机的理论转动角度和转动速率，并控制各电机按理论的转动角度和转动速率转动，在自动跟踪的前提下实现稳定、流畅、多角度拍摄；云台端中央处理器模块将各磁编码器检测到的各电机的实际转动角度和转动速率与理论的转动角度和转动速率做对比，对误差进行修正和校准，进一步控制实际值向理论值靠拢，增强稳定、流畅、多角度拍摄的效果。