一種無人機(jī)自穩(wěn)定細(xì)分驅(qū)動(dòng)視覺跟蹤云臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及無人機(jī)云臺控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無人機(jī)自穩(wěn)定細(xì)分驅(qū)動(dòng)視覺跟蹤云臺。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注。單純的無人機(jī)沒有太多的實(shí)用價(jià)值，但是當(dāng)無人機(jī)上安裝攝像頭等探測設(shè)備就可以進(jìn)行實(shí)現(xiàn)諸如森林巡檢等有價(jià)值的民用應(yīng)用。但是無人機(jī)在飛行過程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)，導(dǎo)致探測到目標(biāo)的圖像模糊不清;在特定情況，需要對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，這就需要保證探測設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)不同方向的轉(zhuǎn)動(dòng)或者移動(dòng)。因此，需要在無人機(jī)上設(shè)計(jì)自穩(wěn)定云臺用來承載攝像機(jī)，并可以用來控制攝像機(jī)并使之在水平方向與垂直方向隨意穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的主要是為了解決上述技術(shù)問題，而提供一種無人機(jī)自穩(wěn)定細(xì)分驅(qū)動(dòng)視覺跟蹤云臺。
[0004]本實(shí)用新型包括云平臺穩(wěn)定控制模塊、圖像處理模塊、攝像模塊、加速度計(jì)、陀螺、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊、步進(jìn)電機(jī)以及無線通信模塊，所述加速度計(jì)和陀螺分別與云平臺穩(wěn)定控制模塊通訊相連，所述攝像模塊與圖像處理模塊通訊相連，所述電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊與云平臺穩(wěn)定控制模塊通訊相連，所述步進(jìn)電機(jī)與電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊通訊相連。
[0005]所述的攝像I旲塊為CCD攝像機(jī)。
[0006]所述的云平臺穩(wěn)定控制模塊與圖像處理模塊通過有線相連進(jìn)行數(shù)據(jù)交互通訊。
[0007]所述的加速度計(jì)為三軸加速度計(jì)。
[0008]所述的無線通信模塊可以是3G/4G通信模塊或者WIFI模塊，無人機(jī)通過3G/4G通信模塊或者WIFI模塊向地面接收站發(fā)送采集的圖片數(shù)據(jù)，接收地面接收站發(fā)送的指令。
[0009]本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是:本實(shí)用新型專利提出無人機(jī)自穩(wěn)定細(xì)分驅(qū)動(dòng)視覺跟蹤云臺根據(jù)地面發(fā)送的跟蹤目標(biāo)及指令，云平臺穩(wěn)定控制模塊，根據(jù)跟蹤目標(biāo)的誤差角以及通過加速度計(jì)和陀螺采集的云臺當(dāng)前狀態(tài)，輸出云臺轉(zhuǎn)動(dòng)角度，控制電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊輸出驅(qū)動(dòng)電壓，此時(shí)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器將所需驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)角按照細(xì)分?jǐn)?shù)(如8細(xì)分?jǐn)?shù))輸出脈沖，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)按給定的方向和相應(yīng)的角度轉(zhuǎn)動(dòng)，保證步進(jìn)電機(jī)輸出均勻的力矩和步距角，運(yùn)行平穩(wěn)；從而實(shí)現(xiàn)對云臺系統(tǒng)的精度控制，保證跟蹤目標(biāo)始終在視采集圖片中心。
【附圖說明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型原理示意圖。
[0011]圖中:100、云平臺穩(wěn)定控制模塊;200、圖像處理模塊;300、攝像模塊;400、加速度計(jì);500、陀螺;600、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊;700、步進(jìn)電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0013]如圖1所示，本實(shí)用新型包括云平臺穩(wěn)定控制模塊100、圖像處理模塊200、攝像模塊300、加速度計(jì)400、陀螺500、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊600、步進(jìn)電機(jī)700和無線通信模塊，所述加速度計(jì)400和陀螺500分別與云平臺穩(wěn)定控制模塊100通訊相連;所述攝像模塊300與圖像處理模塊200通訊相連;所述電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊600與云平臺穩(wěn)定控制模塊100通訊相連;步進(jìn)電機(jī)700與電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊600通訊相連。
[0014]所述的攝像_旲塊300為攝像機(jī)。
[0015]所述的電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊為東芝公司的細(xì)分驅(qū)動(dòng)芯片THB6064AH，該芯片有三個(gè)細(xì)分?jǐn)?shù)控制端Ml，12肩3。本實(shí)用新型設(shè)置祖=0，12=1，M3=1，使得芯片可以自由選擇1/8細(xì)分?jǐn)?shù)。
[0016]所述的云平臺穩(wěn)定控制模塊100與圖像處理模塊200通過有線相連進(jìn)行數(shù)據(jù)交互通訊。
[0017]所述的加速度計(jì)400為三軸加速度計(jì)。
[0018]所述的無線通信模塊可以是3G/4G通信模塊、WIFI模塊或者其他無線通訊模塊，無人機(jī)通過該3G、4G或WIFI等方式向地面接收站發(fā)送采集的圖片數(shù)據(jù)，接收地面接收站發(fā)送的指令。
[0019]結(jié)合附圖1介紹該實(shí)用新型專利的一種實(shí)施用例。無人機(jī)在接收地面起飛指令后，通過攝像模塊300采集無人機(jī)飛過區(qū)域的圖像，并將采集的每一幀數(shù)據(jù)通過實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)協(xié)議RTP傳輸?shù)綀D像處理模塊200。
[0020]無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)接收地面接收站的指令為圖像信息采集，則圖像處理模塊200使用某種目標(biāo)識別方法(如，黑白度)對圖片中的物體進(jìn)行圖像識別并把識別結(jié)果存儲到本地的磁盤中；同時(shí)將圖片及識別結(jié)果通過無線通信模塊以流媒體方式傳輸?shù)降孛娼邮赵O(shè)備中，供操作員判斷是否有跟蹤目標(biāo);如果所傳送的圖片中存在需要跟蹤的目標(biāo)，則操作人員點(diǎn)擊相應(yīng)的目標(biāo)區(qū)域，通過無線通信模塊向無人機(jī)飛行控制模塊發(fā)送目標(biāo)跟蹤指令及被跟蹤目標(biāo)的特征(如，形狀，顏色等)，無人機(jī)收到該指令同時(shí)將被跟蹤目標(biāo)的特征(如，形狀，顏色等)存放在本地?cái)?shù)據(jù)庫。
[0021 ]無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)接收的指令為目標(biāo)跟蹤，當(dāng)圖像處理模塊200接收到攝像模塊300采集圖片后，使用目標(biāo)識別方法(如，黑白度)對采集圖片中的物體進(jìn)行識別，同時(shí)讀取被跟蹤目標(biāo)的特征(如，形狀，顏色等)。如果與被跟蹤目標(biāo)的特征符合，則圖像處理模塊200讀取平臺穩(wěn)定控制模塊100采集的加速度計(jì)及陀螺采集的無人機(jī)飛行姿態(tài)，據(jù)此計(jì)算出被跟蹤目標(biāo)的位置信息(即視軸偏差角)，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果傳輸給云臺穩(wěn)定控制模塊100。
[0022]云平臺穩(wěn)定控制模塊100，根據(jù)跟蹤目標(biāo)的誤差角以及通過加速度計(jì)和陀螺采集的云臺當(dāng)前狀態(tài)，輸出云臺轉(zhuǎn)動(dòng)角度，控制電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊600輸出驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)700精確轉(zhuǎn)動(dòng)云臺，保證跟蹤目標(biāo)始終在視采集圖片中心。
[0023]結(jié)合附圖1介紹該實(shí)用新型專利的另一實(shí)施用例。無人機(jī)在接收地面起飛指令后當(dāng)無人機(jī)起飛之后，云平臺穩(wěn)定控制模塊100接收陀螺儀400和加速度計(jì)500傳來的平臺轉(zhuǎn)動(dòng)角度和角速度。此時(shí)云平臺穩(wěn)定控制單元100將該參數(shù)傳送到圖像處理模塊200。如果云平臺穩(wěn)定控制單元100未接收到圖像處理模塊調(diào)整云臺的指令時(shí)，本實(shí)用新型專利進(jìn)入本實(shí)施用例。
[0024]云平臺穩(wěn)定控制單元100根據(jù)云平臺的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和角速度，根據(jù)云臺三維抖動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系計(jì)算得到步進(jìn)電機(jī)所需要補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)角度及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。將該信息傳遞給電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊600。此時(shí)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器將所需驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)角按照細(xì)分?jǐn)?shù)(如8細(xì)分?jǐn)?shù))輸出脈沖，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)按給定的方向和相應(yīng)的角度轉(zhuǎn)動(dòng)，保證步進(jìn)電機(jī)輸出均勻的力矩和步距角，運(yùn)行平穩(wěn);從而實(shí)現(xiàn)對云臺系統(tǒng)的精度控制。
[0025]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無人機(jī)自穩(wěn)定細(xì)分驅(qū)動(dòng)視覺跟蹤云臺，其特征在于它包括云平臺穩(wěn)定控制模塊、圖像處理模塊、攝像模塊、加速度計(jì)、陀螺、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊、步進(jìn)電機(jī)以及無線通信模塊，所述加速度計(jì)和陀螺分別與云平臺穩(wěn)定控制模塊通訊相連，所述攝像模塊與圖像處理模塊通訊相連，所述電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊與云平臺穩(wěn)定控制模塊通訊相連，所述步進(jìn)電機(jī)與電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊通訊相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機(jī)自穩(wěn)定細(xì)分驅(qū)動(dòng)視覺跟蹤云臺，其特征在于所述的攝像t吳塊為CCD攝像機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機(jī)自穩(wěn)定細(xì)分驅(qū)動(dòng)視覺跟蹤云臺，其特征在于所述的云平臺穩(wěn)定控制模塊與圖像處理模塊通過有線相連進(jìn)行數(shù)據(jù)交互通訊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機(jī)自穩(wěn)定細(xì)分驅(qū)動(dòng)視覺跟蹤云臺，其特征在于所述的加速度計(jì)為三軸加速度計(jì)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機(jī)自穩(wěn)定細(xì)分驅(qū)動(dòng)視覺跟蹤云臺，其特征在于所述的無線通信模塊可以是3G/4G通信模塊或者WIFI模塊，無人機(jī)通過3G/4G通信模塊或者WIFI模塊向地面接收站發(fā)送采集的圖片數(shù)據(jù)，接收地面接收站發(fā)送的指令。
【專利摘要】一種無人機(jī)自穩(wěn)定細(xì)分驅(qū)動(dòng)視覺跟蹤云臺，涉及無人機(jī)云臺控制技術(shù)領(lǐng)域，它包括云平臺穩(wěn)定控制模塊、圖像處理模塊、攝像模塊、加速度計(jì)、陀螺、電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊、步進(jìn)電機(jī)以及無線通信模塊，所述加速度計(jì)和陀螺分別與云平臺穩(wěn)定控制模塊通訊相連，所述攝像模塊與圖像處理模塊通訊相連，所述電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊與云平臺穩(wěn)定控制模塊通訊相連，所述步進(jìn)電機(jī)與電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模塊通訊相連。本實(shí)用新型無人機(jī)自穩(wěn)定細(xì)分驅(qū)動(dòng)視覺跟蹤云臺利用細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)可以保持云臺自穩(wěn)定性，同時(shí)保證在視覺跟蹤過程云臺運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定，以確保追蹤目標(biāo)穩(wěn)定地被采集圖像中。
【IPC分類】G05D1/12
【公開號】CN205263658
【申請?zhí)枴緾N201521062900
【發(fā)明人】李朝仁
【申請人】威海三智科技有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月21日