[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

技術領域

本發明涉及云臺技術領域，具體涉及一種三軸微型云臺及其控制方法。

背景技術

現有無人機上連接的云臺所用電機為無刷電機，無刷電機接口為A、B、C三相。

如圖1所示現有云臺控制方法流程圖，其采用了三閉環控制，云臺主控處理器通過IMU傳感器解算出云臺當前的橫滾、俯仰姿態角及偏航角，得到云臺各軸位置控制量；云臺各軸的位置控制量經過位置控制器形成閉環，得到各軸的速度控制量；各軸的速度控制量，經過速度控制器形成閉環，得到各軸的電流控制量；各軸的電流控制量經過電流控制器形成閉環，經過轉子磁場定向控制FOC算法和SVPWM及逆變技術對無刷電機進行控制。如圖，在FOC算法中，需要采集電機的三相電流，并將三相電流由三相平面坐標系向兩相靜止平面直角坐標系的轉換，轉換為，稱之為 Clarke變換(也叫 3s/2s 變換)；由兩相靜止平面直角坐標系向兩相旋轉直角坐標系的轉換，稱之為 Park變換（也叫2s/2r變換)；以及它們的逆變換。在進行Park變換及其逆變換過程中，需要用到電機電角度信息，需要有測角傳感器對電機電角度進行測量。

因此采用FOC控制算法對無刷電機進行控制，FOC控制算法的前提條件是要獲取電機的電角度和電機三相電流。獲取三相電流的方式都是采用采樣電阻測量。測量電機的電角度常用的有兩種測量方法：第一種是采用角度傳感器測量，其將角度傳感器套在電機軸上，獲取電機的物理角度，然后換算出電機的電角度。但是這種傳感器存在物理摩擦，壽命短的缺點；并且傳感器的體積大，無法小型化，從而導致云臺的體積大；另一種是采用磁編碼器測量，磁編碼為非接觸式傳感器，不存在物理摩擦，故壽命比角度傳感器長。但是需要外部磁鐵配合，無法進行微型化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三軸微型云臺及其控制方法，其體積小巧，實現了微型化，可掛載于微型無人機或口袋式無人機，為用戶提供清晰穩定的視頻圖像，同時其控制方式簡單。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種三軸微型云臺，包括橫滾軸組件、俯仰軸組件及偏航軸組件，其中所述橫滾軸組件、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。

優選地，三個所述微型直流電機均采用空心杯電機。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，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。