[發明專利]三軸微型云臺及其控制方法

在審

• 申請號: 201710166311.9
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106873641A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 黃立;薛源;吳晗;王效杰;顧興;劉華斌
• 申請（專利權）人: 普宙飛行器科技（深圳）有限公司
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 北京市安倫律師事務所11339
• 代理人: 楊永波

1.一種三軸微型云臺，包括橫滾軸組件、俯仰軸組件及偏航軸組件，其特征在于，所述橫滾軸組件、俯仰軸組件及偏航軸組件上分別安裝有微型直流電機和用于采集各軸角速度、加速度的IMU傳感器，三個所述微型直流電機、三個IMU傳感器分別與處理電路裝置電連接，所述處理電路裝置通過接收三個IMU傳感器實時采集的各軸角速度與加速度數據實時控制橫滾軸組件、俯仰軸組件上的微型直流電機轉動。

2.根據權利要求1所述的三軸微型云臺，其特征在于，三個所述微型直流電機均采用空心杯電機。

3.根據權利要求2所述的三軸微型云臺，其特征在于，所述偏航軸組件上安裝有用于采集偏航軸組件角度的微型磁編碼器，所述微型磁編碼器與所述處理電路裝置電連接，所述處理電路裝置通過讀取微型磁編碼器的角度數據和偏航軸組件上的IMU傳感器的偏航角速度數據，實時控制偏航軸組件上的微型直流電機轉動。

4.根據權利要求1-3任一項所述的三軸微型云臺，其特征在于，所述橫滾軸組件、俯仰軸組件及偏航軸組件分別沿各自軸心線方向固定有所述微型直流電機。

5.根據權利要求4所述的三軸微型云臺，其特征在于，所述橫滾軸組件、俯仰軸組件及偏航軸組件分別包括一安裝座，所述橫滾軸組件、俯仰軸組件、偏航軸組件中任意兩個相鄰設置的組件之間通過其中一個微型直流電機的輸出軸與另一個安裝座連接固定。

6.根據權利要求5所述的三軸微型云臺，其特征在于，遠離無人機連接端的最外側所述橫滾軸組件或俯仰軸組件或偏航軸組件上安裝有相機組件，所述相機組件與所述處理電路裝置電連接，所述相機組件包括微型鏡頭模組及極細同軸線，所述極細同軸線的一端固定于微型鏡頭模組，另一端經過所連接的橫滾軸組件或俯仰軸組件或偏航軸組件上的微型直流電機后固定于相鄰的俯仰軸組件或偏航軸組件或橫滾軸組件的微型直流電機上，并與所述處理電路裝置電連接，所述處理電路裝置實時獲取微型鏡頭模組采集的視頻數據。

7.根據權利要求6所述的三軸微型云臺，其特征在于，所述微型鏡頭模組包括鏡頭及與鏡頭連接的PCB板，所述PCB板上集成有可實時檢測微型鏡頭模組角速度和加速度的慣性測量單元。

8.根據權利要求7所述的三軸微型云臺，其特征在于，所述PCB板上還集成有極細同軸線插座，所述極細同軸線與極細同軸線插座對接。

9.根據權利要求8所述的三軸微型云臺，其特征在于，所述相機組件所連接的橫滾軸組件或俯仰軸組件或偏航軸組件及與該組件相連接的組件上的兩個所述微型直流電機上分別設置有卡槽，所述極細同軸線卡固于兩個卡槽上。

10.根據權利要求9所述的三軸微型云臺，其特征在于，所述相機組件安裝于一固定座內，所述固定座與遠離無人機連接端的最外側所述橫滾軸組件或俯仰軸組件或偏航軸組件上的微型直流電機輸出軸連接，所述極細同軸線穿出所述固定座后卡固于兩個所述卡槽上，所述極細同軸線上靠近其中一個卡槽且對應其所在的微型直流電機軸心位置的部位包扎有軟膠，所述極細同軸線上靠近另一個卡槽且對應其所在的微型直流電機軸心位置的部位也包扎有軟膠。

11.一種三軸微型云臺控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

處理電路裝置實時接收IMU傳感器的三軸角速度和加速度數據；

處理電路裝置實時解算出云臺橫滾和俯仰方向的姿態角，與處理電路裝置預設的姿態角做比較，得到姿態角誤差；

在姿態增穩的情況下預設姿態角度為零度，姿態角誤差經過控制器運算輸出；

輸出量作為預設值與采集到的橫滾、俯仰角速度做比較，得到速度誤差值；

速度誤差值經過控制器運算輸出，產生電機驅動控制信號，輸出給橫滾軸組件、俯仰軸組件的微型直流電機驅動器。

12.根據權利要求11所述的三軸微型云臺控制方法，其特征在于，

還包括對偏航軸組件的微型直流電機的驅動控制步驟：

處理電路裝置實時讀取偏航磁編碼器的角度數據；

與處理電路裝置預設的偏航角度做比較，得到偏航角誤差，偏航方向預設偏航角度與飛機機頭保持一致；

偏航角誤差經過控制器計算后輸出；

輸出量作為偏航預設角速度與采集到的偏航軸角速度數據做對比，得到偏航角速度誤差；

偏航角速度誤差經過控制器計算后輸出形成電機驅動控制信號，電機驅動控制信號經過偏航軸組件的微型直流電機驅動器，驅動該微型直流電機轉動。