本發(fā)明屬于攝像儀載體設(shè)備，尤其涉及一種橫滾角運動隔離的單軸穩(wěn)定云臺。

背景技術(shù)：

穩(wěn)定云臺是一種能夠在運動狀態(tài)下為拍攝器提供穩(wěn)定方向的承載裝置，廣泛用于無人機載拍攝系統(tǒng)、車載拍攝系統(tǒng)和手持拍攝系統(tǒng)。運動拍攝過程中，載體(無人機、車輛或拍攝人員)的角運動進行隔離，使拍攝器對地的全部(三個)或部分(一個或兩個)角自由不變或按動態(tài)規(guī)律變化，從而改善拍攝畫面的清晰度和穩(wěn)定性。穩(wěn)定云臺按能夠隔離的角的自由度數(shù)量分為三軸穩(wěn)定云臺、雙軸穩(wěn)定云臺和單軸穩(wěn)定云臺。

現(xiàn)有單軸穩(wěn)定云臺主要用于隔離載體的俯仰角運動或航向角運動。但對于手持拍攝來說，由于載體很難將拍攝器繞橫滾方向穩(wěn)定在某一角度，繞橫滾方向的晃動導(dǎo)致拍攝效果嚴重下降。目前，尚無用于橫滾角運動隔離的單軸穩(wěn)定云臺。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種橫滾角運動隔離的單軸穩(wěn)定云臺，其能解決載體橫滾角運動過大時對拍攝效果的影響的問題。

本發(fā)明的目的之二在于一種橫滾角運動隔離的單軸穩(wěn)定云臺的控制方法，其能解決載體橫滾角運動過大時對拍攝效果的影響的問題。

本發(fā)明的目的之一采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種橫滾角運動隔離的單軸穩(wěn)定云臺，包括云臺手柄、電機、拍攝器卡具和電路倉；所述電路倉內(nèi)設(shè)置有電路板和電源模塊，所述電路板上設(shè)置有主控模塊、陀螺儀和加速度計；所述電源模塊、電機、陀螺儀和加速度計均與主控模塊電性連接；

所述電機包括電機轉(zhuǎn)子和電機定子，所述云臺手柄與電機轉(zhuǎn)子固定連接，所述電機定子與電路倉固定連接，拍攝器卡具與電路倉固定連接，所述拍攝器卡具用于卡接一拍攝器。

優(yōu)選地，所述電機為無刷電機。

優(yōu)選地，所述陀螺儀為三軸陀螺儀，所述加速度計為三軸加速度計。

本發(fā)明的目的之二采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種橫滾角運動隔離的單軸穩(wěn)定云臺的控制方法，其應(yīng)用于上述任意一項所述的單軸穩(wěn)定云臺，包括以下步驟：

S1：根據(jù)穩(wěn)定云臺啟動后的位置來確定橫滾角的零位；

S2：獲取工作狀態(tài)下穩(wěn)定云臺的橫滾角和俯仰角，并判斷當前的俯仰角是否處于第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果是，則執(zhí)行S3；如果否，則執(zhí)行S4；

S3：根據(jù)獲取到的橫滾角得到第一電機控制信號，并將該第一電機控制信號傳輸至電機以使所述穩(wěn)定云臺的橫滾角為零；

S4：根據(jù)獲取到的橫滾角的角速度積分得到第二電機控制信號，并將第二電機控制信號傳輸至電機以使所述穩(wěn)定云臺的橫滾角的角速度積分為零，將此時的橫滾角記為第一橫滾角。

優(yōu)選地，在S4之后還包括以下步驟：

S5：根據(jù)獲取到的第一橫滾角得到第三電機控制信號，并將該第三電機控制信號傳輸至電機以使所述穩(wěn)定云臺的橫滾角減小至第二預(yù)設(shè)范圍，將橫滾角減小至第二預(yù)設(shè)范圍的橫滾角記為第二橫滾角；根據(jù)獲取到的第二橫滾角得到第四電機控制信號，并將該第四電機控制信號傳輸至電機以使所述穩(wěn)定云臺的橫滾角為零。

優(yōu)選地，在步驟S5中具體包括以下步驟：

S51：據(jù)獲取到的第一橫滾角得到第三電機控制信號，并將該第三電機控制信號傳輸至電機以使所述穩(wěn)定云臺的橫滾角減小至第二預(yù)設(shè)范圍，將橫滾角減小至第二預(yù)設(shè)范圍的橫滾角記為第二橫滾角；

S52：根據(jù)獲取到的第二橫滾角得到第四電機控制信號，并將該第四電機控制信號傳輸至電機以使所述穩(wěn)定云臺的橫滾角為零。

優(yōu)選地，步驟S51具體包括以下子步驟：

S511：根據(jù)獲取到的第一橫滾角得到減小至第二預(yù)設(shè)范圍所需要的角速度；

S512：根據(jù)得到的角速度得到第三電機控制信號；

S513：將該第三電機控制信號傳輸至電機以使所述穩(wěn)定云臺的橫滾角減小至第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，將此時的橫滾角記為第二橫滾角。

優(yōu)選地，所述第一預(yù)設(shè)范圍為-65°～+65°。

優(yōu)選地，所述第二預(yù)設(shè)范圍為-5°～+5°。

優(yōu)選地，所述電機為無刷電機。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的穩(wěn)定云臺俯仰角從接近±90°的狀態(tài)重新減小到合理的范圍后，首先以小角速度將橫滾軸角調(diào)整到較小的范圍后再重新恢復(fù)將橫滾角控制為0°的穩(wěn)定控制功能，從而避免由此引起的控制發(fā)散。本發(fā)明使載體在拍攝器橫滾軸向的角運動對拍攝器的影響得到抑制，從而有效改善拍攝畫面的清晰度和穩(wěn)定性。同時，本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計科學合理，安全有效，成本較低、小型輕便、無噪節(jié)能、廣泛適用于各類拍攝場合，特別是手機和運動相機的手持拍攝場合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種橫滾角運動隔離的單軸穩(wěn)定云臺的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明一種橫滾角運動隔離的單軸穩(wěn)定云臺的控制方法。

附圖標記：1、云臺手柄；2、無刷電機；3、電池倉；4、電路板；5、電源模塊；6、拍攝器卡具。

具體實施方式

下面，結(jié)合附圖以及具體實施方式，對本發(fā)明做進一步描述：

如圖1所示，一種橫滾角運動隔離的單軸穩(wěn)定云臺，包括云臺手柄、電機、拍攝器卡具和電路倉；所述電路倉內(nèi)設(shè)置有電路板和電源模塊，所述電路板上設(shè)置有主控模塊、陀螺儀和加速度計；所述電源模塊、電機、陀螺儀和加速度計均與主控模塊電性連接；其中，所述電機為無刷電機，所述陀螺儀為三軸陀螺儀，所述加速度計為三軸加速度計，一般的，在此將三軸陀螺儀和三軸加速度計的組合叫做微機械慣性測量組合；

所述無刷電機包括電機轉(zhuǎn)子和電機定子，所述云臺手柄與電機轉(zhuǎn)子固定連接，所述電機定子與電路倉固定連接，拍攝器卡具與電路倉固定連接，所述拍攝器卡具用于卡接一拍攝器。當采用穩(wěn)定云臺后，拍攝器的俯仰角(也即是穩(wěn)定云臺的俯仰角)由穩(wěn)定云臺的載體來決定，并不受穩(wěn)定云臺的控制，拍攝器繞無刷電機軸，也即是橫滾軸的角度受穩(wěn)定云臺的控制。

在穩(wěn)定云臺啟動前，俯仰角要求處于幅度較小的狀態(tài)，比如在-45°～+45°之間，然后手動調(diào)整繞橫滾軸的角度到預(yù)定的角度狀態(tài)，比如，當拍攝器為手機的時候，可選擇豎屏拍攝或者橫屏拍攝。

如圖2所示，一種橫滾角運動隔離的單軸穩(wěn)定云臺的控制方法，其上述所描述的單軸穩(wěn)定云臺，包括以下步驟：

S1：根據(jù)穩(wěn)定云臺啟動后的位置來確定橫滾角的零位；確定好橫滾角的零位之后才能進行下述控制操作；

穩(wěn)定云臺控制分為三種工作狀態(tài)，第一種是以橫滾角等于零為控制目標的狀態(tài)；第二種是以繞橫滾軸角速度積分為零作為控制目標的狀態(tài)；第三種是以橫滾軸以小角速度將橫滾角調(diào)整至較小范圍內(nèi)的工作狀態(tài)；穩(wěn)定云臺的工作過程根據(jù)俯仰角變化在這個三種狀態(tài)之間進行轉(zhuǎn)換；

S2：獲取工作狀態(tài)下穩(wěn)定云臺的橫滾角和俯仰角，并判斷當前的俯仰角是否處于第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果是，則執(zhí)行S3；如果否，則執(zhí)行S4；所述第一預(yù)設(shè)范圍為-65°～+65°；如果穩(wěn)定云臺的俯仰角超過這個范圍，由于載體角運動干擾會導(dǎo)致穩(wěn)定云臺橫滾角的計算值出現(xiàn)大幅度變化，如果繼續(xù)工作在第一種工作狀態(tài)中，則會對拍攝造成不利的影響；

S3：根據(jù)獲取到的橫滾角得到第一電機控制信號，并將該第一電機控制信號傳輸至電機以使所述穩(wěn)定云臺的橫滾角為零；當拍攝器的橫滾角不為零的時候，即圖中拍攝器的下邊沿與水平面不平行的時候，電路板上的微機械慣性測量組合(三軸陀螺儀和三軸加速度計)通過解算可實時檢測出上述橫滾角的角度，根據(jù)該角度計算消除上述角度所需要的電機交軸電流，然后根據(jù)計算結(jié)果向無刷電機傳輸相應(yīng)的控制信號，使得拍攝器的橫滾角為零；

S4：根據(jù)獲取到的橫滾角的角速度積分得到第二電機控制信號，并將該第二電機控制信號傳輸至電機以使所述穩(wěn)定云臺的橫滾角的角速度積分為零；將橫滾角的角速度積分為零的橫滾角記為第一橫滾角，也即是此時的橫滾角，當拍攝器繞橫滾軸角速度積分不為零的時候，電路板上的微機械慣性測量組合通過解算可實時檢測出上述角速度積分，并根據(jù)角速度積分計算消除上述角速度積分所需要的電機交軸電流，然后根據(jù)計算結(jié)果向無刷電機傳輸相應(yīng)的控制信號以使拍攝器繞橫滾軸的角速度積分為零。該步驟雖然不能保證拍攝畫面下邊沿水平，但可確保畫面繞鏡頭方向不發(fā)生明顯轉(zhuǎn)動，從而達到改善拍攝效果的目的，在此步驟中存在橫滾角不為零的問題，即拍攝畫面下邊沿不水平，拍攝畫面穩(wěn)定效果不如S3中的效果好，所以當穩(wěn)定云臺俯仰角重新減小到合理范圍的時候，需要退出此工作狀態(tài)；但是考慮到此工作狀態(tài)下橫滾角可能較大，故而會先轉(zhuǎn)入步驟S5。

S5：根據(jù)獲取到的第一橫滾角得到第三電機控制信號，并將該第三電機控制信號傳輸至電機以使所述穩(wěn)定云臺的橫滾角減小至第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；且所述第二預(yù)設(shè)范圍為-5°～+5°；根據(jù)獲取到的第二橫滾角得到第四電機控制信號，并將該第四電機控制信號傳輸至電機以使所述穩(wěn)定云臺的橫滾角為零。步驟S51具體包括以下子步驟：

S511：根據(jù)獲取到的第一橫滾角得到減小至第二預(yù)設(shè)范圍所需要的角速度；

S512：根據(jù)得到的角速度得到第三電機控制信號；

S513：將該第三電機控制信號傳輸至電機以使所述穩(wěn)定云臺的橫滾角減小至第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。在步驟S5中，當拍攝器繞橫滾軸的轉(zhuǎn)角較大時，例如在-5°～+5°以外，電路板上的微機械慣性測量組合通過解算可實時檢測出上述角度，并根據(jù)該角度計算減小上述角度所需要的角速度，進而計算電機交軸電流，然后根據(jù)計算結(jié)果向無刷電機傳輸相應(yīng)的控制信號以使拍攝器橫滾角減小到規(guī)定的范圍內(nèi)，也即是-5°～+5°內(nèi)。此步驟避免由于橫滾角過大時轉(zhuǎn)入第一種狀態(tài)引起控制發(fā)散的問題。

S6：根據(jù)獲取到的第二橫滾角得到第四電機控制信號，并將該第四電機控制信號傳輸至電機以使所述穩(wěn)定云臺的橫滾角為零。其中，所述電機為無刷電機。無刷電機定子與裝有電路板和電池的電池倉相連，避免了使用滑環(huán)作為活動供電連接向電機供電引起的可靠性下降或使用軟導(dǎo)線(或柔性PCB)作為活動供電連接部件向電機供電引起的電機轉(zhuǎn)角限位問題。本步驟的實現(xiàn)方式與步驟S3的實現(xiàn)方式相同，目的也相同。

本實施例的工作原理：

在進行拍攝的時候，先判斷俯仰角是否處于第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，如果處于第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則執(zhí)行第一種工作狀態(tài)，也即是以橫滾角等于零為控制目標的狀態(tài)，如果處于第一預(yù)設(shè)范圍之外，則執(zhí)行第二工作狀態(tài)，也即是以橫滾角的角速度積分為零的工作狀態(tài)。但是在整個工作過程中，存在變換狀態(tài)的情況，也即是當從第二種狀態(tài)變換到第一種工作狀態(tài)的時候，由于在第二中狀態(tài)中存在橫滾角過大的問題，故而需要先經(jīng)過第三種工作狀態(tài)，也即是將橫滾角調(diào)整至較小范圍內(nèi)的工作狀態(tài)，在從第三種工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入第一種工作狀態(tài)，避免了由于橫滾角過大引起的控制發(fā)散的問題。

對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。