云台的控制方法和控制设备与流程

本发明涉及控制技术领域，特别涉及一种云台的控制方法和控制设备。

背景技术：

无人机的云台，一般采用云台处理器和电调处理器的构架，电调处理器设置在电调板上，云台在升级时，一般是先升级电调处理器的固件，然后再升级云台处理器的固件。在这个过程中存在云台处理器的固件升级完成后，由于之前电调处理器的固件升级完成并且已经自检完毕，云台的姿态随机，很大程度上云台的各轴未处于关节角为零的位置(下称“关节角零位”)，此时，电调板会反馈一个很大的关节角给云台处理器，如果云台处理器直接采用该关节角去闭环调整，云台在运动时可能会产生很大的超调，即云台会在预期姿态附近回荡，影响用户的使用体验。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种云台的控制方法和控制设备，以提高云台运动的平稳性，减小云台运动时的超调。

本发明提供一种云台的控制方法。云台的控制方法包括：

在处理器完成升级之后，获取所述云台的轴的关节角；

判断所述轴的关节角是否处于第一预设关节角范围内；和

当所述轴的关节角不在所述第一预设关节角范围内时，将所述轴的关节角调整到所述第一预设关节角范围内。

本发明提供一种云台的控制设备。控制设备包括存储器和处理器。所述存储器用于存储程序代码。所述处理器用于执行所述程序代码。当所述程序代码被执行时，用于执行以下操作：

在所述处理器完成升级之后，获取所述云台的轴的关节角；

判断所述轴的关节角是否处于第一预设关节角范围内；和

当所述轴的关节角不在所述第一预设关节角范围内时，将所述轴的关节角调整到所述第一预设关节角范围内。

本发明实施方式的控制方法和控制设备在处理器完成升级后，会判断云台的轴的关节角是否处于第一预设关节角范围内，并在不处于第一预设关节角范围内时，将轴的关节角调整至第一预设关节角范围内，从而避免云台在接收到姿态控制量后云台从当前随机的姿态运动到预期姿态时可能会产生的超调，防止云台产生超调而发生回荡，改善用户的使用体验。

本发明的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施方式的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明某些实施方式的控制方法的流程示意图。

图2是本发明某些实施方式的云台和控制设备的模块示意图。

图3是本发明某些实施方式的控制方法的流程示意图。

图4是本发明某些实施方式的三轴云台的结构示意图。

图5是本发明某些实施方式的控制方法的流程示意图。

图6是本发明某些实施方式的控制方法的流程示意图。

图7是本发明某些实施方式的控制方法的原理示意图。

图8是本发明某些实施方式的控制方法的原理示意图。

图9是本发明某些实施方式的控制方法的流程示意图。

图10是本发明某些实施方式的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请一并参阅图1至2，本发明提供一种云台100的控制方法。云台100的控制方法包括：

s1：在处理器12完成升级之后，获取云台100的轴的关节角；

s3：判断轴的关节角是否处于第一预设关节角范围内；和

s5：当轴的关节角不在第一预设关节角范围内时，将轴的关节角调整到第一预设关节角范围内。

请再参阅图2，本发明还提供一种云台100的控制设备10。本发明实施方式的云台100的控制方法可以由本发明实施方式的云台100的控制设备10实现。云台100的控制设备10包括存储器11和处理器12。存储器11用于存储程序代码111。处理器12用于执行存储在存储器11中的程序代码111。当程序代码111被处理器12执行时，可实现步骤s1、步骤s2和步骤s3。也即是说，当程序代码111被处理器12执行时，可实现以下操作：

s1：在处理器12完成升级之后，获取云台100的轴的关节角；

s3：判断轴的关节角是否处于第一预设关节角范围内；和

s5：当轴的关节角不在第一预设关节角范围内时，将轴的关节角调整到第一预设关节角范围内。

其中，云台100的轴的关节角可采用角度传感器进行检测，即角度传感器可以测量云台各轴的实际关节角，下文将详细描述。

可以理解，云台100出厂后，商家往往会对云台100进行性能提升、bug修复或者添加新功能等方面的维护，通常采用升级云台固件的方式进行升级维护，也即是说对云台100的处理器12进行升级，其中，处理器12可以是云台处理器。在处理器12升级过程中，用户难免会触碰到云台100从而导致云台100的关节角不处于关节角零位，例如用户在升级过程中触动了云台100或者云台100在重力的作用下转动都可能会导致偏离关节角零位，此时电调板可能会向处理器12反馈一个很大的关节角。若在处理器12升级完成之后未将云台100的各轴的关节角调整至关节角零位，则后续用户控制云台100转动以带动搭载在云台100上的摄像头从当前随机的姿态转动到预期姿态时，预期姿态与当前随机的姿态可能存在较大的姿态差，云台100可能会先到关节角零位，再去到预期姿态，在云台100去到预期姿态时，云台100会有超调，在预期姿态处产生回荡，如此会导致摄像头拍摄的画面也有瞬间的抖动，影响拍摄质量和用户的使用体验。

本发明实施方式的云台100的控制方法和控制设备10在处理器12完成升级后，会判断云台100的轴的关节角是否处于第一预设关节角范围内，并在不处于第一预设关节角范围内时，将轴的关节角调整至第一预设关节角范围内，其中，第一预设关节角范围可以是靠近关节角零位的范围，从而避免云台100在处理器12升级完成后处于随机姿态，并在云台100接收到姿态控制量后从当前随机的姿态运动到预期姿态时可能产生的超调以及回荡的问题，改善用户的使用体验。

请一并参阅图2和图3，在某些实施方式中，云台100具有多个轴，步骤s1获取云台100的轴的关节角包括：

s11：获取云台100每一个轴的关节角。

步骤s3判断轴的关节角是否处于第一预设关节角范围内包括：

s31：判断每一个轴的关节角是否处于所述第一预设关节角范围内。

步骤s5当轴的关节角不在第一预设关节角范围内时，将轴的关节角调整到第一预设关节角范围内包括：

s51：当云台100的一个或多个轴的关节角不处于第一预设关节角范围内时，将一个或多个轴的关节角调整到第一预设关节角范围内。

请再参阅图2，在某些实施方式中，当程序代码111被执行以实现步骤s1获取云台100的轴的关节角时，包括执行步骤s11获取云台100每一个轴的关节角的操作。当程序代码111被执行以实现步骤s3判断轴的关节角是否处于第一预设关节角范围内的操作时，包括执行步骤s31判断每一个轴的关节角是否处于所述第一预设关节角范围内的操作。当程序代码111被执行以实现步骤s5当轴的关节角不在第一预设关节角范围内的操作时，将轴的关节角调整到第一预设关节角范围内时，包括执行步骤s51当云台100的一个或多个轴的关节角不处于第一预设关节角范围内的操作时，将一个或多个轴的关节角调整到第一预设关节角范围内的操作。

请结合图4，在本发明的具体实施例中，云台100具有三个，分别为roll轴、yaw轴和pitch轴。云台100绕roll轴转动时，云台100在横滚方向运动；云台100绕yaw轴转动时，云台100在偏航方向运动；云台100绕pitch轴转动时，云台100在俯仰方向上运动。步骤s1中云台100的轴的关节角不处于第一预设关节角范围内指的是云台100的roll轴、yaw轴或pitch轴中的任意一个或多个轴的关节角不处于第一预设关节角范围内。具体地，例如，云台100的roll轴的关节角不处于第一预设关节角范围内，或者云台100的yaw轴的关节角不处于第一预设关节角范围内，或者云台100的pitch轴的关节角不处于第一预设关节角范围内，或者云台100的roll轴的关节角和云台100的yaw轴的关节角均不处于第一预设关节角范围内，或者云台100的roll轴的关节角和云台100的pitch轴的关节角均不处于第一预设关节角范围内，或者云台100的yaw轴的关节角和云台100的pitch轴的关节角均不处于第一预设关节角范围内，或者云台100的roll轴的关节角、yaw轴的关节角和pitch轴的关节角均不处于第一预设关节角范围内。

假设采用角度传感器(例如电位计、霍尔传感器、光电编码器中的至少一种)测量云台100的roll轴、yaw轴和pitch轴的关节角，则处理器12会从角度传感器中读取各个轴的关节角的值。随后，处理器12根据读取到的数据判断云台100的各个轴的关节角是否处于第一预设关节角范围内。当检测到其中一个轴或多个轴的关节角不处于第一预设关节角范围内时，处理器12将关节角不处于第一预设关节角范围内的轴进行调整，以将其关节角调整到第一预设关节角范围内。例如，云台100的roll轴的关节角和yaw轴的关节角均不处于第一预设关节角范围内，则处理器12会依次将云台100的roll轴的关节角、yaw轴的关节角调整到第一预设关节角范围内，或者处理器12依次将云台100的yaw轴的关节角和roll轴的关节角调整到第一预设关节角范围内，或者处理器12同时将云台100的yaw轴的关节角和roll轴的关节角调整到第一预设关节角范围内。

如此，调整后云台100的每一个轴的关节角均处于第一预设关节角范围内，用户启用云台100并对云台100进行姿态控制时，不会出现云台100在预期姿态处回荡的情况，用户的使用体验较佳。

当然，需要说明的是，云台100的轴的数量除了上述实施方式中的3个轴之外，还可以是1个轴、2个轴、4个轴、5个轴等。

在某些实施方式中，上述实施方式中提及的第一预设关节角范围包括关节角为0°的范围。在用户启用云台100并对云台100进行姿态控制时，由于云台100从第一预设关节角范围内向预期姿态转动，相对于现有技术中处理器12升级完成后云台从当前随机姿态转动到预期姿态，在很多情况中，可以减小超调，保持拍摄画面的稳定，进一步地改善用户的使用体验。

在某些实施方式中，上述实施方式中提及的第一预设关节角范围为[-0.5°,0.5°]。可以理解，将云台100的轴的关节角调整到[-0.5°,0.5°]的范围内时，虽然云台100的轴的关节角可能未处于0°位置，但由于-0.5°与0.5°的关节角相对较小，因此，可以认为云台的关节角已经处于关节角零位。因此，将云台100的轴的关节角调整至[-0.5°,0.5°]范围内也可解决云台100在预期姿态处回荡的问题。

请一并参阅图2和图5，在某些实施方式中，步骤s51将轴的关节角调整到第一预设关节角范围内包括：

s511：当一个或多个轴中的第一轴的关节角处于第二预设关节角范围内时，将第一轴的目标关节角设置为0°；和

s512：根据目标关节角将云台100的第一轴的关节角闭环调整到第一预设关节角范围内。

请再参阅图2，在某些实施方式中，当程序代码111被执行以完成步骤s51将轴的关节角调整到第一预设关节角范围内的操作时，包括执行步骤s511当一个或多个轴中的第一轴的关节角处于第二预设关节角范围内时，将第一轴的目标关节角设置为0°，以及步骤s512根据目标关节角将云台100的第一轴的关节角闭环调整到第一预设关节角范围内的操作。

其中，所述一个或多个轴为关节角未处于第一预设关节角范围内的云台100的轴，第一轴为所述一个或多轴中关节角为第二预设关节角内的任意一个轴。具体地，假设roll轴的关节角未处于第一预设关节角范围内，则处理器12进一步判断roll轴的关节角是否处于第二预设关节角范围内。当roll轴的关节角处于第二预设关节角范围内时，所述roll为第一轴，处理器12将roll轴的目标关节角设置为0°，随后，处理器12根据0°的目标关节角将roll轴的关节角闭环调整到第一预设关节角范围内。其中，第一预设关节角范围可为[-0.5°,0.5°]。处理器12包括用于调整各个轴的伺服电机转动的电调(如图8所示)。处理器12根据0°的目标关节角将roll轴的关节角闭环调整到第一预设关节角范围内是通过电调来控制roll轴伺服电机转动以使得云台100的roll轴的关节角调整到第一预设关节角范围内的。具体地，roll轴伺服电机可先以固定的或变化的角加速度做加速转动，再以固定的或变化的角加速度做减速转动，以将roll轴的关节角调整到第一预设关节角范围内；或者，roll轴伺服电机可先以固定的或变化的角加速度做加速转动，再做匀速转动，最后以固定的或变化的角加速度做减速转动，以将roll轴的关节角调整到第一预设关节角范围内。

进一步地，请一并参阅图2和图6，步骤s511将第一轴的目标关节角设置为0°包括：

s5111：当一个或多个轴的关节角中的第一轴的关节角的绝对值在预设绝对值范围内时，将第一轴的目标关节角设置为0°。

请再参阅图2，当程序代码111被执行以完成步骤s511将第一轴的目标关节角设置为0°的操作时，包括执行步骤s5111当一个或多个轴的关节角中的第一轴的关节角的绝对值在预设绝对值范围内时，将第一轴的目标关节角设置为0°的操作。

请结合图7和图8，预设绝对值范围指的是[0.5°,8°]，也即是说，第二预设关节角范围为[-8°,-0.5°]∪[0.5°,8°]。以云台100的roll轴为例，若检测到roll轴的关节角为6°，即θm＝6°，则处理器12判定roll轴的关节角θm处于第二预设关节角范围内，处理器12将目标关节角θt设定为0°，并根据θm和θt的值计算出roll轴的关节角需要调整的角度err，其中，err＝θt-θm＝-6°。随后，处理器12根据err的值向电调发出控制指令，由电调控制roll轴伺服电机转动以使关节角调整到第一预设关节角范围内。若检测到roll轴的关节角为-7.5°，即θm＝-7.5°，则处理器12判定roll轴的关节角θm处于第二预设关节角范围内，处理器12将目标关节角θt设定为0°，并根据θm和θt的值计算出roll轴的关节角需要调整的角度err，其中，err＝θt-θm＝7.5°。随后，处理器12根据err的值向电调发出控制指令，由电调控制roll轴伺服电机转动err的角度以使关节角回到第一预设关节角范围内。

进一步地，请参阅图9，步骤s51将轴的关节角调整到第一预设关节角范围内还包括：

s513：当一个或多个轴中的第一轴的关节角不处于第二预设关节角范围内时，确定多个时刻的第一轴的目标关节角；和

s514：根据多个时刻的第一轴的目标关节角对第一轴的关节角进行闭环调整。

请再结合图2，当程序代码111被执行以实现步骤s51将轴的关节角调整到第一预设关节角范围内的操作时，包括执行步骤s513当一个或多个轴的关节角不处于第二预设关节角范围内时，确定多个时刻的第一轴的目标关节角，以及步骤s524根据多个时刻的第一轴的目标关节角对第一轴的关节角进行闭环调整的操作。

具体地，请结合图8，当云台100中的任意一个轴的关节角既不处于第一预设关节角范围内，也不处于第二预设关节角范围内时，与第一轴的关节角处于预设范围内时将目标姿态固定为0°不同，可以按照时间顺序，确定第一轴在多个时刻的目标姿态，并按照不同时刻的第一轴的目标姿态进行闭环调整。

例如，在第一时刻时，确定云台的目标关节角θt1，根据第一时刻的目标关节角θt1与第一时刻的实际关节角之间θm1的差值控制云台100调整第一轴的关节角；在第二时刻时，确定云台的目标关节角θt2，根据第二时刻的目标关节角θt1与第二时刻的实际关节角θm2的差值控制云台100调整第一轴的关节角，以此类推，直至某一个时刻，第一轴的实际关节角处于第二预设关节角范围内。

在某些实施例中，多个时刻中的至少一个时刻的目标关节角是根据上一时刻的目标关节角确定的。具体地，多个时刻中的每一个时刻的θtk＝θtk-1-ωkδt，其中θtk可以为当前时刻的目标姿态，θtk-1为上一时刻的目标姿态，ωk可以为k时刻的角速度，其中，ωk可以根据k时刻第一轴的实际关节角θmk确定，θmk可以由角速度传感器在k时刻测量获取，δt为控制周期。

如此，分多段地设定目标关节角将第一轴的关节角向第一预设关节角范围调整直至第一关节实际关节角处于第二预设关节角范围内时，此时，可以按照如前所述的方式，将第一轴的目标关节角设置为0°。

可以理解，当云台100的第一轴的关节角过大(即不处于第一预设关节角范围内，也不处于第二预设关节角范围内)时，若直接将第一轴的目标关节角设为0°，则第一轴的关节角需要调整的err的较大，伺服电机会以较大的速度运转，如此很可能出现第一轴的关节角调到0°位置时因为伺服电机的转动速度过大导致第一轴的关节角在0°位置处回荡的问题，影响用户的使用体验。本发明实施方式的云台100的控制方法和姿态调整设备在云台100的第一轴的关节角过大时，将第一轴的关节角以分段的方式逐步调整到第一预设关节角范围内，由于第一轴的关节角在每一段调整过程中需要调整的err的值较小，伺服电机的运转速度相对缓慢，在第一轴的目标关节角调到0°位置时不会出现关节角在0°位置处回荡的问题，可以有效改善用户的使用体验。

请参阅图10，在某些实施方式中，本发明实施方式的云台100的控制方法还包括：

s7：接收外部设备的姿态控制指令；和

s9：将云台100的每一个轴的关节角调整到第一预设关节角范围内后，根据姿态控制指令对云台100的姿态进行控制。

请再参阅图2，在某些实施方式中，当程序代码111被执行时，还用于执行步骤s7接收外部设备的姿态控制指令，以及步骤s9将云台100的每一个轴的关节角调整到第一预设关节角范围内后，根据姿态控制指令对云台100的姿态进行控制的操作。

其中，外部设备可以是搭载云台100的无人机的飞行控制器，也可以是用于控制云台100姿态的遥控器，还可以是安装云台100控制软件的智能终端，如手机、平板电脑、智能手环等。

处理器12可以接收外部设备的姿态控制指令，具体地，例如，处理器12上设置有有线通信接口或无线通信模组以用于接收外部设备发送的姿态控制指令。

如此，用户启用云台100后，可以通过外部设备给云台100发送姿态控制指令以对云台100的姿态进行控制调整。由于用户启用云台100后的较短时间内，控制设备10会即时调整云台100的轴的关节角至第一预设关节角范围内，因此，用户后续通过外部设备给云台100发送姿态控制指令来调整云台100姿态时，不会出现云台100在关节角零位回荡的情况，极大改善用户使用体验。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于执行特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的执行，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于执行逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体执行在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来执行。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来执行。例如，如果用硬件来执行，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来执行：具有用于对数据信号执行逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解执行上述实施方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式执行，也可以采用软件功能模块的形式执行。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式执行并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。