一种相机云台系统技术方案

本发明专利技术公开一种相机云台系统，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。本发明专利技术具有调整精度高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术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。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：(1)高负载。本专利技术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专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术的保护范围。本专利技术提供的大倾角、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专利技术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，本专利技术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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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、固定在活动支架端部的平台，粗调舵机和所对应的粗调摇臂、微调舵机和所对应的微调摇臂，粗调摇臂和微调摇臂之间通过拉杆刚性连接；微调舵机固定在平台上，粗调舵机比微调舵机的马力大，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。

【技术特征摘要】
1.一种相机云台系统，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯伟，孙济洲，王小伟，柴勃隆，张乾，孙胜利，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12