云台控制系统和控制方法
【专利摘要】本发明提供一种云台控制系统，所述系统包括云台本体、中央控制模块、运动控制模块和指令模块，所述中央控制模块接收指令模块发出的控制指令，并获取所述运动控制单元的控制数据，以对所述运动控制模块进行控制和调度；所述运动控制模块监测所述云台的运动状态、驱动所述云台的电机，以调整所述云台的姿态。应用本发明实施例，可以根据拍摄的需要以及拍摄过程中无人机的飞行姿态，适用性地对无人机上摄像头的云台进行控制，调整云台的姿态，从而调整摄像头的拍摄角度，使摄像头保持较佳的拍摄角度，提高拍摄质量。
【专利说明】
TI台彳￡制系统和彳￡制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及无人机控制技术领域，尤其涉及一种云台控制系统和控制方法。
【背景技术】
[0002]随着计算机技术、电子技术等快速发展，多旋翼无人机也越来越普遍，被广泛应用在地质勘查、抗灾救援和城市服务等多个领域。在现有的无人机航拍系统中，摄像头往往直接固定于无人机机身或安装在一个仅能对摄像头姿态进行手动调整的云台上，这类系统结构简单成本低廉，但是，当无人机在巡航过程中，在需要改变飞行姿态时，摄像头拍摄出来的画面往往非常不稳定，导致拍摄出来的画面质量较差，画面利用效率低。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明提供云台控制系统和控制方法，能够在无人机巡航过程中，根据无人机的飞行姿态，相应地调整所述云台的姿态，使摄像头保持较佳的拍摄角度，提高拍摄质量。
[0004]具体地，本发明是通过如下技术方案实现的:
根据本发明一方面，提供一种云台控制系统，所述系统包括云台本体、中央控制模块、运动控制模块和指令模块，
所述中央控制模块接收指令模块发出的控制指令，并获取所述运动控制单元的控制数据，以对所述运动控制模块进行控制和调度；
所述运动控制模块监测所述云台的运动状态、驱动所述云台的电机，以调整所述云台的姿态。
[0005]进一步地，所述云台本体包括陀螺仪，连接至所述运动控制模块，用于检测所述云台的运动状态输出检测数据，
所述运动控制模块接收所述检测数据，确定所述云台的姿态是否发生变化，并在确定所述云台的姿态发生变化时，驱动所述云台的电机，以调整所述云台的姿态。
[0006]进一步地，所述运动控制模块的数量为三个，包括第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，以及
所述陀螺仪与运动控制模块一一对应，包括航向轴陀螺仪、俯仰轴陀螺仪和横滚轴陀螺仪，用于控制所述云台三个轴向的运动，
所述第一控制模块与所述航向轴陀螺仪连接，用于检测并获取所述云台的航向轴的运动状态的检测数据，并根据所述检测数据控制航向轴的电机；
所述第二控制模块与所述俯仰轴陀螺仪连接，用于检测并获取所述云台的俯仰轴的运动状态的检测数据，并根据所述检测数据控制俯仰轴的电机;以及，
所述第三控制模块与所述横滚轴陀螺仪连接，用于检测并获取所述云台的横滚轴的运动状态的检测数据，并根据所述检测数据控制横滚轴的电机。
[0007]进一步地，所述系统还包括电机驱动模块，所述陀螺仪在所述云台发生姿态变化时，所述陀螺仪的输出电压发生线性变化，
所述运动控制模块，用于在检测到所述陀螺仪的输出电压发生线性变化时，经由所述电机驱动模块向对应的电机发送控制信号和驱动脉动信号。
[0008]进一步地，所述运动控制模块，用于在检测到所述陀螺仪的输出电压的变化量超过变化量阈值时，经由所述电机驱动模块向对应的电机发送控制信号和驱动脉动信号。
[0009]进一步地，所述运动控制模块还包括与其一一对应的限位开关，用于控制所述云台的运动范围。
[0010]根据本发明的另一个方面，提供一种云台控制方法，应用在云台控制系统上，所述云台控制系统包括云台本体、中央控制模块、运动控制模块和指令模块，所述方法包括:
所述中央控制模块接收来自指令模块的控制指令，获取运动控制模块的控制数据，并向所述运动控制模块发送控制和调度命令；
所述运动控制模块接收到所述中央控制模块发送的控制和调度命令后，监测所述云台的运动状态、驱动所述云台的电机，以调整所述云台的姿态。
[0011 ]进一步地，所述云台本体包括陀螺仪，所述方法还包括:
通过所述检测所述云台的运动状态输出检测数据至所述运动控制模块；
所述运动控制模块监测所述云台的运动状态、驱动所述云台的电机，以调整所述云台的姿态，包括:
基于所述检测数据，通过所述运动控制模块确定所述云台的姿态是否发生变化，并在云台的姿态发生变化时，驱动所述云台的电机，以调整所述云台的姿态。
[0012]进一步地，所述运动控制模块的数量为三个，包括第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，以及
所述陀螺仪与运动控制模块一一对应，包括航向轴陀螺仪、俯仰轴陀螺仪和横滚轴陀螺仪，用于控制所述云台三个轴向的运动；
所述方法包括:
基于所述航向轴陀螺仪检测并获取所述云台的航向轴的运动状态的检测数据，并将所述检测数据输出至所述第一控制模块；
基于所述云台的航向轴的运动状态的检测数据，通过所述第一控制模块控制所述云台的航向轴的电机，以控制所述云台的航向轴的运动姿态；
以及，
基于所述俯仰轴陀螺仪检测并获取所述云台的俯仰轴的运动状态的检测数据，并将所述检测数据输出至所述二控制模块；
基于所述云台的俯仰轴的运动状态的检测数据，通过所述第二控制模块控制所述云台的俯仰轴的电机，以控制所述云台的俯仰轴的运动姿态；
以及，
基于所述横滚轴陀螺仪检测并获取所述云台的横滚轴的运动状态的检测数据，并将所述检测数据输出至所述第三控制模块；
基于所述云台的横滚轴的运动状态的检测数据，通过所述第二控制模块控制所述云台的横滚轴的电机，以控制所述云台的横滚轴的运动姿态。
[0013]进一步地，所述运动控制模块还包括与其一一对应的限位开关，所述方法还包括: 通过所述限位开关控制所述云台的运动范围；
通过所述运动控制模块控制所述云台向所述限位开关所在方向运动，且当所述云台与所述限位开关接触时，控制所述云台停止运动。
[0014]应用本发明实施例，可以根据拍摄的需要以及拍摄过程中无人机的飞行姿态，适用性地对无人机上摄像头的云台进行控制，调整云台的姿态，从而调整摄像头的拍摄角度，使摄像头保持较佳的拍摄角度，提高拍摄质量。
【附图说明】
[0015]图1是本发明一示例性实施例示出的一种云台控制系统的结构框图；
图2是本发明一示例性实施例示出的一种云台控制方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0016]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0017]在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0018]应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
[0019]图1是本发明一示例性实施例示出的一种云台控制系统的结构框图。
[0020]如图1所示，本发明实施例提供的云台控制系统可以包括云台本体110、中央控制模块120、运动控制模块130和指令模块140。
[0021]中央控制模块110接收指令模块140发出的控制指令，并获取运动控制单元130的控制数据，以对运动控制模块130进行控制和调度。运动控制模块130监测云台的运动状态、驱动云台的电机，以调整云台的姿态。
[0022]示例性地，中央控制模块110可以为单片机，例如ATmegal280单片机，指令模块140可以为便携式移动终端如手机，也可以是个人电能PC，中央控制模块110与指令模块140连接，且与运动控制模块130连接，而运动控制模块130还可以与云台110连接，可以理解的是，本发明实施例中所述的“连接”可以是直接相连也可以是间接连接，间接连接时两个端点之间还可以连接若干节点，本发明不对此进行限制。指令模块110可以通过人机交互的方式接收比如用户发送的指令，并对该指令进行处理后，将指令发送给中央控制模块120，且中央控制模块120还可以获取或者接收运动控制模块130的控制数据以及运动控制模块130获取到的云台在轴向的运动数据，并根据该控制数据和运动数据向运动控制模块130发送控制和调度指令或者信号。运动控制模块130接收到控制和调度指令或者信号后，将根据云台的运动状态，相应地驱动云台的电机，从而打到调整云台的姿态的目的。
[0023]可选地，云台本体包括陀螺仪，连接至运动控制模块130，用于检测云台110的运动状态输出检测数据。运动控制模块130接收检测数据，确定云台110的姿态是否发生变化，并在确定云台110的姿态发生变化时，驱动云台的电机，以调整云台110的姿态。进一步地，运动控制模块130的数量为三个，包括第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，以及陀螺仪与运动控制模块130—一对应，包括航向轴陀螺仪、俯仰轴陀螺仪和横滚轴陀螺仪，用于控制云台110三个轴向的运动。其中，第一控制模块与航向轴陀螺仪连接，用于检测并获取云台110的航向轴的运动状态的检测数据，并根据检测数据控制航向轴的电机。第二控制模块与俯仰轴陀螺仪连接，用于检测并获取云台110的俯仰轴的运动状态的检测数据，并根据检测数据控制俯仰轴的电机。以及，第三控制模块与横滚轴陀螺仪连接，用于检测并获取云台110的横滚轴的运动状态的检测数据，并根据检测数据控制云台110的横滚轴的电机。需要说明的是，第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块的电路结构可以一致也可以不一致，具体可以根据实际需要进行设置。基于该实施例，从三个轴向调整云台，能够使云台的调整更加平稳。优选地，第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块在系统进入稳定状态后，该三个模块同时开始工作并协同运行，从而可以提高系统的实时性。
[0024]进一步地，云台控制系统还可以包括电机驱动模块，陀螺仪在云台发生姿态变化时，陀螺仪的输出电压发生线性变化，运动控制模块，用于在检测到陀螺仪的输出电压发生线性变化时，经由电机驱动模块向对应的电机发送控制信号和驱动脉动信号。基于该可选实施例，电机可以对云台的姿态进行实时反向补偿，从而消除无人机飞行姿态的变化与云台产生的影响，使云台保持稳定。
[0025]更进一步地，运动控制模块130可以用于在检测到陀螺仪的输出电压的变化量超过变化量阈值时，经由电机驱动模块向对应的电机发送控制信号和驱动脉动信号。比如，陀螺仪输出的检测数据为电压值，若该电压值的变化或者振荡值超过预设的变化量阈值时，则确定云台当前的姿态不适合拍摄，控制模块130将经由电机驱动模块向对应的电机发送控制信号和驱动脉动信号，以使电机可以对云台的姿态进行实时反向补偿。由于无人机在飞行过程中其姿态变化频繁，基于该实施例，可以避免运动控制模块130频繁地对电机进行控制，导致做了很多无用功增加设备的损耗。示例性地，可以通过判断陀螺仪的输出电压的变化量超过变化量阈值的大小，相同地调整驱动脉冲的脉宽或者脉峰值，从而控制电机的转速，例如，当陀螺仪的输出电压的变化量超过变化量阈值较大时，如，阈值为1，而变化量为50，此时需要加速电机旋转，快速调整云台的姿态，从而将驱动脉冲的脉宽或者脉峰值调整为更大。
[0026]根据本发明一可选实施例，运动控制模块130还可以包括与其一一对应的限位开关，用于控制云台的运动范围。示例性地，当云台需要调整时，运动控制模块130将向电机发送驱动信号，比如，向电机输出一个高电平，以使电机获得驱动信号后开始工作。电机驱动云台向对应轴向运动，当触碰到该轴向的限位开关时，将触发运动控制模块130发出低电平信号，从而使云台停止运动。
[0027]应用本发明实施例，可以根据拍摄的需要以及拍摄过程中无人机的飞行姿态，适用性地对无人机上摄像头的云台进行控制，调整云台的姿态，从而调整摄像头的拍摄角度，使摄像头保持较佳的拍摄角度，提高拍摄质量。
[0028]与前述云台控制系统的实施例相对应，本发明还提供了云台控制方法的实施例。
[0029]图2是本发明一示例性实施例示出的一种云台控制方法的流程示意图。
[0030]如图2所示，一种云台控制方法应用在云台控制系统上，云台控制系统包括云台本体、中央控制模块、运动控制模块和指令模块，该方法包括如下步骤:
步骤210，中央控制模块接收来自指令模块的控制指令，获取运动控制模块的控制数据，并向所述运动控制模块发送控制和调度命令。
[0031]步骤220，运动控制模块接收到所述中央控制模块发送的控制和调度命令后，监测所述云台的运动状态、驱动所述云台的电机，以调整所述云台的姿态。
[0032]根据本发明一可选实施例，云台本体还可以包括陀螺仪，基于此，云台控制方法还可以包括如下步骤:通过所述检测所述云台的运动状态输出检测数据至所述运动控制模块。进一步地，步骤220可以包括包括:基于所述检测数据，通过所述运动控制模块确定所述云台的姿态是否发生变化，并在云台的姿态发生变化时，驱动所述云台的电机，以调整所述云台的姿态。进一步地所述运动控制模块还包括与其一一对应的限位开关，基于此，云台控制方法还可以包括:通过所述限位开关控制所述云台的运动范围；通过所述运动控制模块控制所述云台向所述限位开关所在方向运动，且当所述云台与所述限位开关接触时，控制所述云台停止运动。
[0033]根据本发明另一可选实施例，所述运动控制模块的数量为三个，包括第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，以及所述陀螺仪与运动控制模块一一对应，包括航向轴陀螺仪、俯仰轴陀螺仪和横滚轴陀螺仪，用于控制所述云台三个轴向的运动。基于上述结构，云台控制方法还可以包括:基于所述航向轴陀螺仪检测并获取所述云台的航向轴的运动状态的检测数据，并将所述检测数据输出至所述第一控制模块;基于所述云台的航向轴的运动状态的检测数据，通过所述第一控制模块控制所述云台的航向轴的电机，以控制所述云台的航向轴的运动姿态；以及，基于所述俯仰轴陀螺仪检测并获取所述云台的俯仰轴的运动状态的检测数据，并将所述检测数据输出至所述二控制模块;基于所述云台的俯仰轴的运动状态的检测数据，通过所述第二控制模块控制所述云台的俯仰轴的电机，以控制所述云台的俯仰轴的运动姿态；以及，基于所述横滚轴陀螺仪检测并获取所述云台的横滚轴的运动状态的检测数据，并将所述检测数据输出至所述第三控制模块;基于所述云台的横滚轴的运动状态的检测数据，通过所述第二控制模块控制所述云台的横滚轴的电机，以控制所述云台的横滚轴的运动姿态。
[0034]上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
[0035]对于上述方法实施例而言，由于其基本对应于系统实施例，所以相关之处参见系统实施例的部分说明即可。
[0036]以上所描述的系统实施例和方法实施例仅仅是示意性的，其中系统中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0037]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
【主权项】
1.一种云台控制系统，其特征在于，所述系统包括云台本体、中央控制模块、运动控制模块和指令模块，所述中央控制模块接收指令模块发出的控制指令，并获取所述运动控制单元的控制数据，以对所述运动控制模块进行控制和调度； 所述运动控制模块监测所述云台的运动状态、驱动所述云台的电机，以调整所述云台的姿态。2.根据权利要求1所述的云台控制系统，其特征在于，所述云台本体包括陀螺仪，连接至所述运动控制模块，用于检测所述云台的运动状态输出检测数据，所述运动控制模块接收所述检测数据，确定所述云台的姿态是否发生变化，并在确定所述云台的姿态发生变化时，驱动所述云台的电机，以调整所述云台的姿态。3.根据权利要求2所述的云台控制系统，其特征在于，所述运动控制模块的数量为三个，包括第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，以及所述陀螺仪与运动控制模块一一对应，包括航向轴陀螺仪、俯仰轴陀螺仪和横滚轴陀螺仪，用于控制所述云台三个轴向的运动，所述第一控制模块与所述航向轴陀螺仪连接，用于检测并获取所述云台的航向轴的运动状态的检测数据，并根据所述检测数据控制航向轴的电机； 所述第二控制模块与所述俯仰轴陀螺仪连接，用于检测并获取所述云台的俯仰轴的运动状态的检测数据，并根据所述检测数据控制俯仰轴的电机；以及，所述第三控制模块与所述横滚轴陀螺仪连接，用于检测并获取所述云台的横滚轴的运动状态的检测数据，并根据所述检测数据控制横滚轴的电机。4.根据权利要求2或者3所述的云台控制系统，其特征在于，所述系统还包括电机驱动模块，所述陀螺仪在所述云台发生姿态变化时，所述陀螺仪的输出电压发生线性变化， 所述运动控制模块，用于在检测到所述陀螺仪的输出电压发生线性变化时，经由所述电机驱动模块向对应的电机发送控制信号和驱动脉动信号。5.根据权利要求4所述的云台控制系统，其特征在于，所述运动控制模块，用于在检测到所述陀螺仪的输出电压的变化量超过变化量阈值时，经由所述电机驱动模块向对应的电机发送控制信号和驱动脉动信号。6.根据权利要求2所述的云台控制系统，其特征在于，所述运动控制模块还包括与其一一对应的限位开关，用于控制所述云台的运动范围。7.—种云台控制方法，其特征在于，应用在云台控制系统上，所述云台控制系统包括云台本体、中央控制模块、运动控制模块和指令模块，所述方法包括: 所述中央控制模块接收来自指令模块的控制指令，获取运动控制模块的控制数据，并向所述运动控制模块发送控制和调度命令； 所述运动控制模块接收到所述中央控制模块发送的控制和调度命令后，监测所述云台的运动状态、驱动所述云台的电机，以调整所述云台的姿态。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述云台本体包括陀螺仪，所述方法还包括: 通过所述检测所述云台的运动状态输出检测数据至所述运动控制模块； 所述运动控制模块监测所述云台的运动状态、驱动所述云台的电机，以调整所述云台的姿态，包括: 基于所述检测数据，通过所述运动控制模块确定所述云台的姿态是否发生变化，并在云台的姿态发生变化时，驱动所述云台的电机，以调整所述云台的姿态。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述运动控制模块的数量为三个，包括第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，以及所述陀螺仪与运动控制模块一一对应，包括航向轴陀螺仪、俯仰轴陀螺仪和横滚轴陀螺仪，用于控制所述云台三个轴向的运动； 所述方法包括: 基于所述航向轴陀螺仪检测并获取所述云台的航向轴的运动状态的检测数据，并将所述检测数据输出至所述第一控制模块； 基于所述云台的航向轴的运动状态的检测数据，通过所述第一控制模块控制所述云台的航向轴的电机，以控制所述云台的航向轴的运动姿态； 以及，基于所述俯仰轴陀螺仪检测并获取所述云台的俯仰轴的运动状态的检测数据，并将所述检测数据输出至所述二控制模块； 基于所述云台的俯仰轴的运动状态的检测数据，通过所述第二控制模块控制所述云台的俯仰轴的电机，以控制所述云台的俯仰轴的运动姿态； 以及，基于所述横滚轴陀螺仪检测并获取所述云台的横滚轴的运动状态的检测数据，并将所述检测数据输出至所述第三控制模块； 基于所述云台的横滚轴的运动状态的检测数据，通过所述第二控制模块控制所述云台的横滚轴的电机，以控制所述云台的横滚轴的运动姿态。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述运动控制模块还包括与其一一对应的限位开关，所述方法还包括: 通过所述限位开关控制所述云台的运动范围； 通过所述运动控制模块控制所述云台向所述限位开关所在方向运动，且当所述云台与所述限位开关接触时，控制所述云台停止运动。
【文档编号】G05D3/12GK105912028SQ201511031391
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年12月30日
【发明人】刘丽蓉, 马莉, 夏校军
【申请人】东莞市青麦田数码科技有限公司