本發(fā)明涉及云臺(tái)技術(shù)領(lǐng)域，如機(jī)載航拍云臺(tái)、車載云臺(tái)以及手持穩(wěn)定器云臺(tái)等等，尤其涉及一種云臺(tái)、及云臺(tái)電機(jī)的控制方法和裝置。

背景技術(shù)：

一般無(wú)人機(jī)航拍云臺(tái)，車載云臺(tái)以及電子陀螺儀手持穩(wěn)定器云臺(tái)都是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)可以是有刷的或者無(wú)刷的。當(dāng)采用無(wú)刷電機(jī)的時(shí)候，一種云臺(tái)電機(jī)的控制方法叫做電機(jī)閉環(huán)矢量控制，此控制方法需要知道電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)定子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，才能控制電機(jī)磁場(chǎng)的正確換向，保證電機(jī)的力矩輸出平穩(wěn)，這種做法也叫做電機(jī)閉環(huán)矢量控制；另外，此控制方法一般采用轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器來(lái)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)定子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，常用的轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器有光柵編碼器、磁編碼器、線性霍爾或電位器等，但是由于每個(gè)電機(jī)都有轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器，控制方案較為復(fù)雜，同時(shí)云臺(tái)結(jié)構(gòu)需要配合轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，因此整體設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本較高。另一種云臺(tái)電機(jī)的控制方法是對(duì)電機(jī)直接采用開環(huán)控制，此控制方法在云臺(tái)受到持續(xù)外力擾動(dòng)的時(shí)候，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩表現(xiàn)出很大的波動(dòng)，甚至有周期性出現(xiàn)反向力矩的現(xiàn)象，也叫做電機(jī)丟步；并且，此種控制方式在外力擾動(dòng)消失，云臺(tái)回歸到目標(biāo)位置后，電機(jī)消耗的電流依然很大，效率低，時(shí)間久了電機(jī)會(huì)發(fā)熱嚴(yán)重，同時(shí)電機(jī)響應(yīng)慢，云臺(tái)使用效果不理想，但是云臺(tái)控制以及結(jié)構(gòu)都較為簡(jiǎn)單，成本較低。

因此，怎樣簡(jiǎn)化云臺(tái)的控制及機(jī)械結(jié)構(gòu)，降低成本，又能保證對(duì)云臺(tái)電機(jī)控制時(shí)響應(yīng)快、力矩平穩(wěn)、發(fā)熱小、效率高、控制效果好等眾多優(yōu)點(diǎn)，這是本發(fā)明亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提供一種云臺(tái)、及云臺(tái)電機(jī)的控制方法和裝置，以至少解決以上部分或全部技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

基于本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種云臺(tái)電機(jī)的控制方法，所述云臺(tái)為多軸云臺(tái)，所述多軸為至少兩軸，每個(gè)軸分別對(duì)應(yīng)一臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)，且每臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)由各自對(duì)應(yīng)的剛體構(gòu)件來(lái)承載，在所述云臺(tái)的載體平臺(tái)上設(shè)置有第一慣性測(cè)量單元imu，且在用來(lái)承載所述轉(zhuǎn)軸電機(jī)的至少一個(gè)剛體構(gòu)件上設(shè)置有第二imu，所述方法包括：

獲得所述第一imu測(cè)量得到的第一測(cè)量姿態(tài)信息，以及所述第二imu測(cè)量得到的第二測(cè)量姿態(tài)信息；

根據(jù)所述第一測(cè)量姿態(tài)信息和第二測(cè)量姿態(tài)信息，計(jì)算所述多軸云臺(tái)上各個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

基于所述各個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，對(duì)相應(yīng)的轉(zhuǎn)軸電機(jī)執(zhí)行閉環(huán)矢量控制。

在一實(shí)施方式中，所述根據(jù)第一測(cè)量姿態(tài)信息和第二測(cè)量姿態(tài)信息，計(jì)算所述多軸云臺(tái)上各個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，包括：

根據(jù)所述第一測(cè)量姿態(tài)信息計(jì)算獲得第一四元數(shù)q1，所述第一四元數(shù)q1用于表示所述第一imu的慣性系姿態(tài)角；并根據(jù)所述第一四元數(shù)q1獲得所述第一imu相對(duì)于自身慣性系的旋轉(zhuǎn)矩陣c1；

根據(jù)所述第二測(cè)量姿態(tài)信息計(jì)算獲得第二四元數(shù)q2，所述第二四元數(shù)q2用于表示所述第二imu的慣性系姿態(tài)角；并根據(jù)所述第二四元數(shù)q2獲得所述第二imu相對(duì)自身慣性系的旋轉(zhuǎn)矩陣c2；

根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)矩陣c1和旋轉(zhuǎn)矩陣c2，獲得所述第二imu相對(duì)于所述第一imu的旋轉(zhuǎn)矩陣c3＝c1^tc2；

根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)矩陣c3計(jì)算所述第一imu相對(duì)于所述第二imu的姿態(tài)角，所述姿態(tài)角即用于表示所述多軸云臺(tái)上相應(yīng)轉(zhuǎn)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

在一實(shí)施方式中，所述基于各個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，對(duì)相應(yīng)的轉(zhuǎn)軸電機(jī)執(zhí)行閉環(huán)矢量控制，包括：

將所述轉(zhuǎn)軸電機(jī)定子的磁場(chǎng)矢量對(duì)齊到轉(zhuǎn)子的交軸上，并在所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，基于所述轉(zhuǎn)軸電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，保持所述定子的磁場(chǎng)矢量跟隨所述轉(zhuǎn)子的交軸。

在一實(shí)施方式中，所述云臺(tái)為三軸云臺(tái)，第一剛體構(gòu)件用于承載第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)，且所述第一剛體構(gòu)件也作為支撐整個(gè)云臺(tái)的剛體構(gòu)件，第二剛體構(gòu)件連接所述第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)和第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)，所述第二剛體構(gòu)件用于承載所述第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)，第三剛體構(gòu)件連接所述第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)和第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)，所述第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)連接所述云臺(tái)的載體平臺(tái)，所述第三剛體構(gòu)件用于承載所述第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)和所述載體平臺(tái)；

所述第二imu設(shè)置于所述第一剛體構(gòu)件上，所述第一imu和第二imu為9軸imu，所述9軸imu由三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)和三軸地磁計(jì)組成，所述第一測(cè)量姿態(tài)信息包括第一三軸角速度、第一三軸加速度和第一三軸地磁計(jì)測(cè)量信息，所述第二測(cè)量姿態(tài)信息包括第二三軸角速度、第二三軸加速度和第二三軸地磁計(jì)測(cè)量信息。

在一實(shí)施方式中，所述云臺(tái)為三軸云臺(tái)，第一剛體構(gòu)件用于承載第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)，且所述第一剛體構(gòu)件也作為支撐整個(gè)云臺(tái)的剛體構(gòu)件，第二剛體構(gòu)件連接所述第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)和第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)，所述第二剛體構(gòu)件用于承載所述第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)，第三剛體構(gòu)件連接所述第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)和第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)，所述第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)連接所述云臺(tái)的載體平臺(tái)，所述第三剛體構(gòu)件用于承載所述第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)和所述載體平臺(tái)；

所述第二imu設(shè)置于所述第二剛體構(gòu)件上，所述第一imu和第二imu為6軸imu，所述6軸imu由三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)組成，所述第一測(cè)量姿態(tài)信息包括第一三軸角速度和第一三軸加速度，所述第二測(cè)量姿態(tài)信息包括第二三軸角速度和第二三軸加速度。

基于本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供了一種云臺(tái)電機(jī)的控制裝置，所述云臺(tái)為多軸云臺(tái)，所述多軸為至少兩軸，每個(gè)軸分別對(duì)應(yīng)一臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)，且每臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)由各自對(duì)應(yīng)的剛體構(gòu)件來(lái)承載，在所述云臺(tái)的載體平臺(tái)上設(shè)置有第一慣性測(cè)量單元imu，且在用來(lái)承載所述轉(zhuǎn)軸電機(jī)的至少一個(gè)剛體構(gòu)件上設(shè)置有第二imu，所述裝置包括：

測(cè)量姿態(tài)信息獲得單元，用于獲得所述第一imu測(cè)量得到的第一測(cè)量姿態(tài)信息，以及所述第二imu測(cè)量得到的第二測(cè)量姿態(tài)信息；

電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度計(jì)算單元，用于根據(jù)所述第一測(cè)量姿態(tài)信息和第二測(cè)量姿態(tài)信息，計(jì)算所述多軸云臺(tái)上各個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

閉環(huán)控制單元，用于基于所述各個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，對(duì)相應(yīng)的轉(zhuǎn)軸電機(jī)執(zhí)行閉環(huán)矢量控制。

在一實(shí)施方式中，所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度計(jì)算單元進(jìn)一步用于，

根據(jù)所述第一測(cè)量姿態(tài)信息計(jì)算獲得第一四元數(shù)q1，所述第一四元數(shù)q1用于表示所述第一imu的慣性系姿態(tài)角；并根據(jù)所述第一四元數(shù)q1獲得所述第一imu相對(duì)于自身慣性系的旋轉(zhuǎn)矩陣c1；

根據(jù)所述第二測(cè)量姿態(tài)信息計(jì)算獲得第二四元數(shù)q2，所述第二四元數(shù)q2用于表示所述第二imu的慣性系姿態(tài)角；并根據(jù)所述第二四元數(shù)q2獲得所述第二imu相對(duì)自身慣性系的旋轉(zhuǎn)矩陣c2；

根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)矩陣c1和旋轉(zhuǎn)矩陣c2，獲得所述第二imu相對(duì)于所述第一imu的旋轉(zhuǎn)矩陣c3＝c1^tc2；

根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)矩陣c3計(jì)算所述第一imu相對(duì)于所述第二imu的姿態(tài)角，所述姿態(tài)角即用于表示所述多軸云臺(tái)上相應(yīng)轉(zhuǎn)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

在一實(shí)施方式中，所述閉環(huán)控制單元進(jìn)一步用于，將所述轉(zhuǎn)軸電機(jī)定子的磁場(chǎng)矢量對(duì)齊到轉(zhuǎn)子的交軸上，并在所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，基于所述轉(zhuǎn)軸電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，保持所述定子的磁場(chǎng)矢量跟隨所述轉(zhuǎn)子的交軸。

在一實(shí)施方式中，所述云臺(tái)為三軸云臺(tái)，第一剛體構(gòu)件用于承載第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)，且所述第一剛體構(gòu)件也作為支撐整個(gè)云臺(tái)的剛體構(gòu)件，第二剛體構(gòu)件連接所述第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)和第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)，所述第二剛體構(gòu)件用于承載所述第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)，第三剛體構(gòu)件連接所述第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)和第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)，所述第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)連接所述云臺(tái)的載體平臺(tái)，所述第三剛體構(gòu)件用于承載所述第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)和所述載體平臺(tái)；

所述第二imu設(shè)置于所述第一剛體構(gòu)件上，所述第一imu和第二imu為9軸imu，所述9軸imu由三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)和三軸地磁計(jì)組成，所述第一測(cè)量姿態(tài)信息包括第一三軸角速度、第一三軸加速度和第一三軸地磁計(jì)測(cè)量信息，所述第二測(cè)量姿態(tài)信息包括第二三軸角速度、第二三軸加速度和第二三軸地磁計(jì)測(cè)量信息。

在一實(shí)施方式中，所述云臺(tái)為三軸云臺(tái)，第一剛體構(gòu)件用于承載第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)，且所述第一剛體構(gòu)件也作為支撐整個(gè)云臺(tái)的剛體構(gòu)件，第二剛體構(gòu)件連接所述第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)和第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)，所述第二剛體構(gòu)件用于承載所述第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)，第三剛體構(gòu)件連接所述第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)和第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)，所述第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)連接所述云臺(tái)的載體平臺(tái)，所述第三剛體構(gòu)件用于承載所述第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)和所述載體平臺(tái)；

所述第二imu設(shè)置于所述第二剛體構(gòu)件上，所述第一imu和第二imu為6軸imu，所述6軸imu由三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)組成，所述第一測(cè)量姿態(tài)信息包括第一三軸角速度和第一三軸加速度，所述第二測(cè)量姿態(tài)信息包括第二三軸角速度和第二三軸加速度。

基于本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明還提供了一種云臺(tái)，所述云臺(tái)為多軸云臺(tái)，所述多軸為至少兩軸，每個(gè)軸分別對(duì)應(yīng)一臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)，且每臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)由各自對(duì)應(yīng)的剛體構(gòu)件來(lái)承載，在所述云臺(tái)的載體平臺(tái)上設(shè)置有第一慣性測(cè)量單元imu，且在用來(lái)承載所述轉(zhuǎn)軸電機(jī)的至少一個(gè)剛體構(gòu)件上設(shè)置有第二imu，所述第一imu用于測(cè)量獲得第一測(cè)量姿態(tài)信息，所述第二imu用于測(cè)量獲得第二測(cè)量姿態(tài)信息。

在一實(shí)施方式中，所述云臺(tái)還包括本發(fā)明所述的云臺(tái)電機(jī)的控制裝置。所述云臺(tái)電機(jī)的控制裝置可以安裝在所述云臺(tái)的載體平臺(tái)上，也可以安裝在用于支撐整個(gè)云臺(tái)的支撐端(如：第一剛體構(gòu)件上)；當(dāng)然，本發(fā)明并不僅限于以上的安裝位置，本發(fā)明并不限制控制裝置的安裝位置，實(shí)際應(yīng)用中任何能夠適用于本發(fā)明的安裝位置應(yīng)當(dāng)都屬于本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)范圍。

本發(fā)明基于imu測(cè)量的方式來(lái)獲得多軸云臺(tái)上各轉(zhuǎn)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，一方面簡(jiǎn)化了云臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即省去了電機(jī)的轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器，使得原本分散的云臺(tái)電機(jī)控制板可以整合在一起，省去了板間通訊，縮減了云臺(tái)控制板的總體積，降低了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同電子電路設(shè)計(jì)之間的相互影響；另一方面，在省去了云臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器的情況下，依舊能對(duì)云臺(tái)電機(jī)實(shí)施閉環(huán)矢量控制，從而降低云臺(tái)總體控制方案成本；再一方面，基于獲得的多軸云臺(tái)上各轉(zhuǎn)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的閉環(huán)矢量控制，能夠確保云臺(tái)電機(jī)的響應(yīng)快，效率高，力矩平穩(wěn)、發(fā)熱小、耗電省，控制效果好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種三軸云臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的云臺(tái)電機(jī)的控制方法流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的一種三軸云臺(tái)上的imu安裝位置示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例三的一種三軸云臺(tái)上的imu安裝位置示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例五的一種云臺(tái)電機(jī)的控制裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中三軸云臺(tái)的電機(jī)爆炸示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例，旨在簡(jiǎn)化云臺(tái)的控制及機(jī)械結(jié)構(gòu)，降低成本，又保證對(duì)云臺(tái)電機(jī)控制時(shí)響應(yīng)快、力矩平穩(wěn)、發(fā)熱小、效率高、控制效果好等眾多優(yōu)點(diǎn)。下面結(jié)合具體附圖并分實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明的技術(shù)方案。

實(shí)施例一

本發(fā)明實(shí)施例一提供了一種云臺(tái)電機(jī)的控制方法，該方法用于實(shí)施對(duì)云臺(tái)電機(jī)的控制，所述云臺(tái)為多軸云臺(tái)，所述多軸為至少兩軸，如：兩軸云臺(tái)、三軸云臺(tái)等等；每個(gè)軸分別對(duì)應(yīng)一臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)，如：兩軸云臺(tái)可以包括兩臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)，每臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)分別繞一軸線旋轉(zhuǎn)(如分別繞x軸、y軸旋轉(zhuǎn))，三軸云臺(tái)可以包括三臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)，每臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)分別繞一軸線旋轉(zhuǎn)(如分別繞x軸、y軸、z軸旋轉(zhuǎn))；每臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)由各自對(duì)應(yīng)的剛體構(gòu)件來(lái)承載，例如：參見(jiàn)圖1所示的三軸云臺(tái)結(jié)構(gòu)，第一剛體構(gòu)件11用于承載第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12，且所述第一剛體構(gòu)件11也作為支撐整個(gè)云臺(tái)的剛體構(gòu)件，第一剛體構(gòu)件11可以固定在支撐座上，如固定在無(wú)人機(jī)的基座上，或固定在地面移動(dòng)機(jī)器人的身體或頭部基座上，或固定在手持穩(wěn)定器云臺(tái)的手柄基座上等等，第二剛體構(gòu)件21連接第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12和第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22，第二剛體構(gòu)件21用于承載第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22，第三剛體構(gòu)件31連接第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22和第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32，第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32連接云臺(tái)的載體平臺(tái)33，第三剛體構(gòu)件31用于承載第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32和載體平臺(tái)33，所述載體平臺(tái)33上用于架設(shè)拍攝裝置，如相機(jī)、拍照手機(jī)等等。第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)第二剛體構(gòu)件21旋轉(zhuǎn)，第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)第三剛體構(gòu)件31旋轉(zhuǎn)，第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)載體平臺(tái)33旋轉(zhuǎn)，如此就實(shí)現(xiàn)了載體平臺(tái)33在三自由度(如俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn))上的活動(dòng)。

再例如：對(duì)于兩軸云臺(tái)結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于圖1所示的三軸云臺(tái)結(jié)構(gòu)去掉第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12和第二剛體構(gòu)件21，而是由第一剛體構(gòu)件11來(lái)承載第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22，其他結(jié)構(gòu)關(guān)系不變。兩軸云臺(tái)實(shí)現(xiàn)載體平臺(tái)33在兩自由度上的活動(dòng)。

本發(fā)明實(shí)施例一在云臺(tái)的載體平臺(tái)上設(shè)置有第一慣性測(cè)量單元(imu，inertialmeasurementunit)，且在用來(lái)承載轉(zhuǎn)軸電機(jī)的至少一個(gè)剛體構(gòu)件上設(shè)置有第二imu，所述第一imu和第二imu用于分別測(cè)量獲得姿態(tài)信息。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例一的方法還包括：

步驟201，獲得第一imu測(cè)量得到的第一測(cè)量姿態(tài)信息，以及第二imu測(cè)量得到的第二測(cè)量姿態(tài)信息。

第一測(cè)量姿態(tài)信息由第一imu測(cè)量獲得，第二imu測(cè)量姿態(tài)由第二imu測(cè)量獲得。需要說(shuō)明的是，常見(jiàn)的imu有9軸imu和6軸imu，其中，9軸imu由三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)和三軸地磁計(jì)組成，三軸陀螺儀能夠測(cè)量獲得三軸角速度，三軸加速度計(jì)能夠測(cè)量獲得三軸加速度，三軸地磁計(jì)能夠檢測(cè)出地磁場(chǎng)在慣性系中水平面上的分量，該分量的方向始終指向北極；6軸imu由三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)組成，三軸陀螺儀能夠測(cè)量獲得三軸角速度，三軸加速度計(jì)能夠測(cè)量獲得三軸加速度。imu可以檢測(cè)其自身在慣性系中的姿態(tài)角度，6軸imu由于沒(méi)有水平方向的校準(zhǔn)模塊，加之陀螺儀有零漂移，所以其測(cè)算到的姿態(tài)角中的航向角部分會(huì)有漂移；9軸imu由于有地磁計(jì)的存在，其所有的姿態(tài)角相對(duì)慣性系都是絕對(duì)的，且不會(huì)隨著時(shí)間漂移。

步驟202，根據(jù)第一測(cè)量姿態(tài)信息和第二測(cè)量姿態(tài)信息，計(jì)算多軸云臺(tái)上各個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

具體的，根據(jù)第一測(cè)量姿態(tài)信息計(jì)算獲得第一四元數(shù)q1，第一四元數(shù)q1用于表示第一imu的慣性系姿態(tài)角；并根據(jù)第一四元數(shù)q1獲得第一imu相對(duì)于自身慣性系的旋轉(zhuǎn)矩陣c1；

根據(jù)第二測(cè)量姿態(tài)信息計(jì)算獲得第二四元數(shù)q2，第二四元數(shù)q2用于表示第二imu的慣性系姿態(tài)角；并根據(jù)第二四元數(shù)q2獲得第二imu相對(duì)自身慣性系的旋轉(zhuǎn)矩陣c2；

根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣c1和旋轉(zhuǎn)矩陣c2，獲得第二imu相對(duì)于第一imu的旋轉(zhuǎn)矩陣c3＝c1^tc2；

根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣c3計(jì)算第一imu相對(duì)于第二imu的姿態(tài)角，姿態(tài)角即用于表示多軸云臺(tái)上相應(yīng)轉(zhuǎn)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

其中，四元數(shù)獲得方式為：

通過(guò)讀取imu中三軸陀螺儀測(cè)量得到的三軸角速度，則可以獲得關(guān)于四元數(shù)的微分方程，通過(guò)求解該微分方程，則可初步獲得目標(biāo)體的四元數(shù)q3，但是由于陀螺儀會(huì)有漂移，因此該四元數(shù)q3會(huì)隨著時(shí)間變的不準(zhǔn)確，一方面，三軸加速度計(jì)可以感知到慣性系中的重力矢量，因此可以使用加速度計(jì)的數(shù)值對(duì)該四元數(shù)q3進(jìn)行修正，可采用互補(bǔ)濾波、卡爾曼濾波、擴(kuò)展卡爾曼濾波等多種方法進(jìn)行修正，但由于重力矢量在慣性系中是垂直向下，因此q3在水平面上的漂移沒(méi)法被修正，這就是6軸imu測(cè)算其在慣性系中四元數(shù)的基本方法，同時(shí)由該方法獲得的四元數(shù)而計(jì)算出來(lái)的目標(biāo)體在慣性系中的航向角是不準(zhǔn)確的，會(huì)隨著時(shí)間漂移；

另一方面，三軸地磁計(jì)可以檢測(cè)出地磁場(chǎng)在慣性系中水平面上的分量，該分量的方向始終指向北極，因此可以再借助三軸地磁計(jì)的數(shù)據(jù)對(duì)上述經(jīng)過(guò)三軸加速度計(jì)修正后的q3做進(jìn)一步修正，此時(shí)獲得的四元數(shù)q3就更加準(zhǔn)確，這就是9軸imu測(cè)算其在慣性系中四元數(shù)的基本方法。

步驟203，基于各個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，對(duì)相應(yīng)的轉(zhuǎn)軸電機(jī)執(zhí)行閉環(huán)矢量控制。

具體的，將轉(zhuǎn)軸電機(jī)定子的磁場(chǎng)矢量對(duì)齊到轉(zhuǎn)子的交軸上，并在所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，基于所述轉(zhuǎn)軸電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，保持所述定子的磁場(chǎng)矢量跟隨所述轉(zhuǎn)子的交軸。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于圖1所示的三軸云臺(tái)而言，第二imu可以設(shè)置于第一剛體構(gòu)件11上，第一imu和第二imu為9軸imu，9軸imu由三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)和三軸地磁計(jì)組成，所述第一測(cè)量姿態(tài)信息包括第一三軸角速度、第一三軸加速度和第一三軸地磁計(jì)測(cè)量信息，第二測(cè)量姿態(tài)信息包括第二三軸角速度、第二三軸加速度和第二三軸地磁計(jì)測(cè)量信息；后續(xù)實(shí)施例會(huì)對(duì)三軸云臺(tái)的第一剛體構(gòu)件11上安裝第二imu的云臺(tái)電機(jī)控制方法做詳細(xì)說(shuō)明；

或者，對(duì)于圖1所示的三軸云臺(tái)而言，第二imu也可以設(shè)置于第二剛體構(gòu)件21上，此時(shí)第一imu和第二imu可以為6軸imu，6軸imu由三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)組成，所述第一測(cè)量姿態(tài)信息包括第一三軸角速度和第一三軸加速度，所述第二測(cè)量姿態(tài)信息包括第二三軸角速度和第二三軸加速度。后續(xù)實(shí)施例會(huì)對(duì)三軸云臺(tái)的第二剛體構(gòu)件21上安裝第二imu的云臺(tái)電機(jī)控制方法做詳細(xì)說(shuō)明。

通過(guò)實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例一，基于imu測(cè)量的方式來(lái)獲得多軸云臺(tái)上各轉(zhuǎn)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，一方面簡(jiǎn)化了云臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即省去了電機(jī)的轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器(電機(jī)轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器是指：除采用imu間接計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)角之外的直接測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)定子轉(zhuǎn)動(dòng)角度的一切傳感器)，使得原本分散的云臺(tái)電機(jī)控制板可以整合在一起，省去了板間通訊，縮減了云臺(tái)控制板的總體積，降低了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同電子電路設(shè)計(jì)之間的相互影響；另一方面，在省去了云臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器的情況下，依舊能對(duì)云臺(tái)電機(jī)實(shí)施閉環(huán)矢量控制，從而降低云臺(tái)總體控制方案成本；再一方面，基于獲得的多軸云臺(tái)上各轉(zhuǎn)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的閉環(huán)矢量控制，能夠確保云臺(tái)電機(jī)的響應(yīng)快、效率高，力矩平穩(wěn)、發(fā)熱小、耗電省，控制效果好。電機(jī)閉環(huán)矢量控制的優(yōu)點(diǎn)為：云臺(tái)在受到持續(xù)不平衡力擾動(dòng)的時(shí)候，電機(jī)可以持續(xù)輸出平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩，當(dāng)外力擾動(dòng)消失時(shí)，云臺(tái)的載體平臺(tái)回歸目標(biāo)位置后，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩立即下降，電機(jī)消耗的電流立即降低。

實(shí)施例二

如圖3所示，實(shí)施例二為一三軸云臺(tái)，第一剛體構(gòu)件11用于承載第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12，且所述第一剛體構(gòu)件11也作為支撐整個(gè)云臺(tái)的剛體構(gòu)件，第一剛體構(gòu)件11可以固定在支撐座上，如固定在無(wú)人機(jī)的基座上，或固定在地面移動(dòng)機(jī)器人的身體或頭部基座上，或固定在手持穩(wěn)定器云臺(tái)的手柄基座上等等，第二剛體構(gòu)件21連接第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12和第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22，第二剛體構(gòu)件21用于承載第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22，第三剛體構(gòu)件31連接第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22和第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32，第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32連接云臺(tái)的載體平臺(tái)33，第三剛體構(gòu)件31用于承載第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32和載體平臺(tái)33，所述載體平臺(tái)33上用于架設(shè)拍攝裝置，如相機(jī)、拍照手機(jī)等等。第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)第二剛體構(gòu)件21旋轉(zhuǎn)，第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)第三剛體構(gòu)件31旋轉(zhuǎn)，第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)載體平臺(tái)33旋轉(zhuǎn)，如此就實(shí)現(xiàn)了載體平臺(tái)33在三自由度(如俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn))上的活動(dòng)。

本實(shí)施例中，第一imu01安裝在載體平臺(tái)33上，第二imu01安裝在第一剛體構(gòu)件11上，且第一imu01和第二imu02均為9軸imu，基于第一imu01測(cè)量所得姿態(tài)角，能夠計(jì)算出用于表示第一imu的慣性系姿態(tài)角的第一四元數(shù)q1，基于第二imu02測(cè)量所得姿態(tài)角，能夠計(jì)算出用于表示第二imu的慣性系姿態(tài)角的第二四元數(shù)q2；根據(jù)第一四元數(shù)q1能夠獲得第一imu01相對(duì)于自身慣性系的旋轉(zhuǎn)矩陣c1；根據(jù)第二四元數(shù)q2能夠獲得第二imu02相對(duì)自身慣性系的旋轉(zhuǎn)矩陣c2；根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣c1和旋轉(zhuǎn)矩陣c2，能夠獲得第二imu02相對(duì)于第一imu01的旋轉(zhuǎn)矩陣c3＝c1^tc2，c3即表示第一剛體構(gòu)件11所在物體系到載體平臺(tái)33所在的物體系的旋轉(zhuǎn)矩陣，由該旋轉(zhuǎn)矩陣能夠計(jì)算出第一剛體構(gòu)件11所在的物體系旋轉(zhuǎn)到載體平臺(tái)33所在的物體系的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，包括航向角、滾轉(zhuǎn)角、俯仰角。有了該轉(zhuǎn)動(dòng)角度則可以在控制三軸云臺(tái)時(shí)對(duì)各轉(zhuǎn)軸電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)矢量控制。另外，在進(jìn)行電機(jī)控制時(shí)，還基于獲得的第一四元數(shù)q1，判斷是否達(dá)到主控制器指定的目標(biāo)值，從而發(fā)出指令控制三個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)；基于獲得的第二四元數(shù)q2，用來(lái)確定云臺(tái)控制中各個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)的換軸策略。

針對(duì)上述實(shí)施例二，需要說(shuō)明的是，當(dāng)?shù)诙mu02安裝在第一剛體構(gòu)件11上時(shí)，第二imu02相對(duì)第一imu01有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，因此理論恰好可以計(jì)算出三軸云臺(tái)的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，這個(gè)角度恰好就是三個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子相對(duì)定子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。但是本實(shí)施例中的imu需要采用9軸imu，若采用6軸imu，會(huì)由于第一imu01和第二imu02各自慣性系姿態(tài)角中偏航角的漂移，最后導(dǎo)致三電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度計(jì)算的錯(cuò)誤；而9軸imu的航偏角是由地磁計(jì)校準(zhǔn)而來(lái)，而地磁計(jì)容易受到電機(jī)磁場(chǎng)的影響，因此9軸imu的方案對(duì)電機(jī)的設(shè)計(jì)和imu的布局也有嚴(yán)格的要求，電機(jī)的漏磁要嚴(yán)格控制，此外imu的擺放位置要遠(yuǎn)離電機(jī)。

實(shí)施例三

如圖4所示，實(shí)施例三為一三軸云臺(tái)，第一剛體構(gòu)件11用于承載第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12，且所述第一剛體構(gòu)件11也作為支撐整個(gè)云臺(tái)的剛體構(gòu)件，第一剛體構(gòu)件11可以固定在支撐座上，如固定在無(wú)人機(jī)的基座上，或固定在地面移動(dòng)機(jī)器人的身體或頭部基座上，或固定在手持穩(wěn)定器云臺(tái)的手柄基座上等等，第二剛體構(gòu)件21連接第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12和第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22，第二剛體構(gòu)件21用于承載第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22，第三剛體構(gòu)件31連接第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22和第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32，第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32連接云臺(tái)的載體平臺(tái)33，第三剛體構(gòu)件31用于承載第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32和載體平臺(tái)33，所述載體平臺(tái)33上用于架設(shè)拍攝裝置，如相機(jī)、拍照手機(jī)等等。第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)第二剛體構(gòu)件21旋轉(zhuǎn)，第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)第三剛體構(gòu)件31旋轉(zhuǎn)，第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)載體平臺(tái)33旋轉(zhuǎn)，如此就實(shí)現(xiàn)了載體平臺(tái)33在三自由度(如俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn))上的活動(dòng)。

在本實(shí)施例中，第一imu01安裝在載體平臺(tái)33上，第二imu01安裝在第二剛體構(gòu)件21上(位于第二剛體構(gòu)件21上任意位置都可)，且第一imu01和第二imu02均為6軸imu，基于第一imu01測(cè)量所得姿態(tài)角，能夠計(jì)算出用于表示第一imu的慣性系姿態(tài)角的第一四元數(shù)q1，基于第二imu02測(cè)量所得姿態(tài)角，能夠計(jì)算出用于表示第二imu的慣性系姿態(tài)角的第二四元數(shù)q2；根據(jù)第一四元數(shù)q1能夠獲得第一imu01相對(duì)于自身慣性系的旋轉(zhuǎn)矩陣c1；根據(jù)第二四元數(shù)q2能夠獲得第二imu02相對(duì)自身慣性系的旋轉(zhuǎn)矩陣c2；根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣c1和旋轉(zhuǎn)矩陣c2，能夠獲得第二imu02相對(duì)于第一imu01的旋轉(zhuǎn)矩陣c3＝c1^tc2，c3即表示第二剛體構(gòu)件21所在物體系到載體平臺(tái)33所在的物體系的旋轉(zhuǎn)矩陣，由該旋轉(zhuǎn)矩陣能夠計(jì)算出第二剛體構(gòu)件21所在的物體系旋轉(zhuǎn)到載體平臺(tái)33所在的物體系的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，即滾轉(zhuǎn)角和俯仰角，分別對(duì)應(yīng)第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22和第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

針對(duì)上述實(shí)施例三，還需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例使用6軸imu的原因時(shí)，當(dāng)?shù)诙mu02安裝在第二剛體構(gòu)件21上時(shí)，第二imu02相對(duì)第一imu01只有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，被約束的自由度恰好是慣性系的偏航角，因此這種應(yīng)用中，姿態(tài)角中的偏航角是無(wú)用信息。也就是說(shuō)，本實(shí)施例中由于第二imu02和第一imu01真實(shí)的慣性系偏航角被約束了，得不到第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12的轉(zhuǎn)角，因此第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12的轉(zhuǎn)角需要由一個(gè)轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器來(lái)檢測(cè)，但由于省去了兩顆轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器(即第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22和第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32的轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器)，云臺(tái)整體的控制和結(jié)構(gòu)也有很大的簡(jiǎn)化，同時(shí)6軸imu更加便宜，降低了整體成本。此種應(yīng)用中，第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22和第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32的轉(zhuǎn)動(dòng)角度獲得方式同實(shí)施例二，分別為第一四元數(shù)q1、第二四元數(shù)q2推算出的第一imu相對(duì)第二imu的姿態(tài)角中的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角，而第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12的轉(zhuǎn)動(dòng)角度由轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器測(cè)量獲得。有了該轉(zhuǎn)動(dòng)角度則可以在控制三軸云臺(tái)時(shí)對(duì)各轉(zhuǎn)軸電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)矢量控制。另外，在進(jìn)行電機(jī)控制時(shí)，還基于獲得的第一四元數(shù)q1，判斷是否達(dá)到主控制器指定的目標(biāo)值，從而發(fā)出指令控制三個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)；基于獲得的第二四元數(shù)q2，用來(lái)確定云臺(tái)控制中各個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)的換軸策略。

總結(jié)實(shí)施例二和實(shí)施例三，當(dāng)采用一9軸imu位于云臺(tái)的載體平臺(tái)上，另一9軸imu位于第一剛體構(gòu)件上時(shí)，第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器可以省去；當(dāng)采用一6軸imu位于云臺(tái)的載體平臺(tái)上，另一6軸imu位于第二剛體構(gòu)件上時(shí)，第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器則需要保留。

實(shí)施例四

參見(jiàn)圖3，對(duì)于兩軸云臺(tái)結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于圖3所示的三軸云臺(tái)結(jié)構(gòu)去掉第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12和第二剛體構(gòu)件21，而是由第一剛體構(gòu)件11來(lái)承載第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22，其他結(jié)構(gòu)關(guān)系不變。兩軸云臺(tái)實(shí)現(xiàn)載體平臺(tái)33在兩自由度上的活動(dòng)。那么，針對(duì)兩軸云臺(tái)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的電機(jī)控制方法仍然適用，第一imu01安裝在載體平臺(tái)33上，第二imu01安裝在第一剛體構(gòu)件11上，且第一imu01和第二imu02均為6軸imu，基于第一imu01測(cè)量所得姿態(tài)角，能夠計(jì)算出用于表示第一imu的慣性系姿態(tài)角的第一四元數(shù)q1，基于第二imu02測(cè)量所得姿態(tài)角，能夠計(jì)算出用于表示第二imu的慣性系姿態(tài)角的第二四元數(shù)q2；根據(jù)第一四元數(shù)q1能夠獲得第一imu01相對(duì)于自身慣性系的旋轉(zhuǎn)矩陣c1；根據(jù)第二四元數(shù)q2能夠獲得第二imu02相對(duì)自身慣性系的旋轉(zhuǎn)矩陣c2；根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣c1和旋轉(zhuǎn)矩陣c2，能夠獲得第二imu02相對(duì)于第一imu01的旋轉(zhuǎn)矩陣c3＝c1^tc2，c3即表示第一剛體構(gòu)件11所在物體系到載體平臺(tái)33所在的物體系的旋轉(zhuǎn)矩陣，由該旋轉(zhuǎn)矩陣能夠計(jì)算出第一剛體構(gòu)件11所在的物體系旋轉(zhuǎn)到載體平臺(tái)33所在的物體系的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，即第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22和第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，基于該轉(zhuǎn)動(dòng)角度則可以在控制兩軸云臺(tái)時(shí)對(duì)各轉(zhuǎn)軸電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)矢量控制。

還需要說(shuō)明的是，對(duì)應(yīng)第二imu安裝在云臺(tái)的第三剛體構(gòu)件31上的實(shí)施例，第二imu相對(duì)第一imu只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，被約束的自由度恰好是慣性系的俯仰角，此時(shí)兩個(gè)imu只能檢測(cè)出第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，對(duì)于只有第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32的單軸云臺(tái)進(jìn)行電機(jī)閉環(huán)矢量控制，該方案可以直接使用，對(duì)于兩軸或三軸云臺(tái)，需要在其他的轉(zhuǎn)軸電機(jī)上再增加相應(yīng)的轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感器來(lái)檢測(cè)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

實(shí)施例五

對(duì)應(yīng)本發(fā)明實(shí)施例的云臺(tái)電機(jī)的控制方法，本發(fā)明實(shí)施例五還提供了一種云臺(tái)電機(jī)的控制裝置，該裝置用于實(shí)施對(duì)云臺(tái)電機(jī)的控制，所述云臺(tái)為多軸云臺(tái)，所述多軸為至少兩軸，如：兩軸云臺(tái)、三軸云臺(tái)等等；每個(gè)軸分別對(duì)應(yīng)一臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)，如：兩軸云臺(tái)可以包括兩臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)，每臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)分別繞一軸線旋轉(zhuǎn)(如分別繞x軸、y軸旋轉(zhuǎn))，三軸云臺(tái)可以包括三臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)，每臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)分別繞一軸線旋轉(zhuǎn)(如分別繞x軸、y軸、z軸旋轉(zhuǎn))；每臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)由各自對(duì)應(yīng)的剛體構(gòu)件來(lái)承載，例如：參見(jiàn)圖1所示的三軸云臺(tái)結(jié)構(gòu)，第一剛體構(gòu)件11用于承載第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12，且所述第一剛體構(gòu)件11也作為支撐整個(gè)云臺(tái)的剛體構(gòu)件，第一剛體構(gòu)件11可以固定在支撐座上，如固定在無(wú)人機(jī)的基座上，或固定在地面移動(dòng)機(jī)器人的身體或頭部基座上，或固定在手持穩(wěn)定器云臺(tái)的手柄基座上等等，第二剛體構(gòu)件21連接第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12和第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22，第二剛體構(gòu)件21用于承載第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22，第三剛體構(gòu)件31連接第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22和第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32，第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32連接云臺(tái)的載體平臺(tái)33，第三剛體構(gòu)件31用于承載第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32和載體平臺(tái)33，所述載體平臺(tái)33上用于架設(shè)拍攝裝置，如相機(jī)、拍照手機(jī)等等。第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)第二剛體構(gòu)件21旋轉(zhuǎn)，第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)第三剛體構(gòu)件31旋轉(zhuǎn)，第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)載體平臺(tái)33旋轉(zhuǎn)，如此就實(shí)現(xiàn)了載體平臺(tái)33在三自由度(如俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn))上的活動(dòng)。

再例如：對(duì)于兩軸云臺(tái)結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于圖1所示的三軸云臺(tái)結(jié)構(gòu)去掉第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12和第二剛體構(gòu)件21，而是由第一剛體構(gòu)件11來(lái)承載第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22，其他結(jié)構(gòu)關(guān)系不變。兩軸云臺(tái)實(shí)現(xiàn)載體平臺(tái)33在兩自由度上的活動(dòng)。

本發(fā)明的實(shí)施例五在云臺(tái)的載體平臺(tái)上設(shè)置有第一imu，且在用來(lái)承載所述轉(zhuǎn)軸電機(jī)的至少一個(gè)剛體構(gòu)件上設(shè)置有第二imu，電機(jī)控制裝置包括：

測(cè)量姿態(tài)信息獲得單元601，用于獲得所述第一imu測(cè)量得到的第一測(cè)量姿態(tài)信息，以及所述第二imu測(cè)量得到的第二測(cè)量姿態(tài)信息；

電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度計(jì)算單元602，用于根據(jù)所述第一測(cè)量姿態(tài)信息和第二測(cè)量姿態(tài)信息，計(jì)算所述多軸云臺(tái)上各個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

閉環(huán)控制單元603，用于基于所述各個(gè)轉(zhuǎn)軸電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，對(duì)相應(yīng)的轉(zhuǎn)軸電機(jī)執(zhí)行閉環(huán)矢量控制。

其中，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度計(jì)算單元602進(jìn)一步用于，

根據(jù)所述第一測(cè)量姿態(tài)信息計(jì)算獲得第一四元數(shù)q1，所述第一四元數(shù)q1用于表示所述第一imu的慣性系姿態(tài)角；并根據(jù)所述第一四元數(shù)q1獲得所述第一imu相對(duì)于自身慣性系的旋轉(zhuǎn)矩陣c1；

根據(jù)所述第二測(cè)量姿態(tài)信息計(jì)算獲得第二四元數(shù)q2，所述第二四元數(shù)q2用于表示所述第二imu的慣性系姿態(tài)角；并根據(jù)所述第二四元數(shù)q2獲得所述第二imu相對(duì)自身慣性系的旋轉(zhuǎn)矩陣c2；

根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)矩陣c1和旋轉(zhuǎn)矩陣c2，獲得所述第二imu相對(duì)于所述第一imu的旋轉(zhuǎn)矩陣c3＝c1^tc2；

根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)矩陣c3計(jì)算所述第一imu相對(duì)于所述第二imu的姿態(tài)角，所述姿態(tài)角即用于表示所述多軸云臺(tái)上相應(yīng)轉(zhuǎn)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

其中，閉環(huán)控制單元603進(jìn)一步用于，將所述轉(zhuǎn)軸電機(jī)定子的磁場(chǎng)矢量對(duì)齊到轉(zhuǎn)子的交軸上，并在所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，基于所述轉(zhuǎn)軸電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，保持所述定子的磁場(chǎng)矢量跟隨所述轉(zhuǎn)子的交軸。

在一可實(shí)施方式中，云臺(tái)為三軸云臺(tái)，第一剛體構(gòu)件用于承載第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)，且所述第一剛體構(gòu)件也作為支撐整個(gè)云臺(tái)的剛體構(gòu)件，第二剛體構(gòu)件連接所述第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)和第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)，所述第二剛體構(gòu)件用于承載所述第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)，第三剛體構(gòu)件連接所述第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)和第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)，所述第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)連接所述云臺(tái)的載體平臺(tái)，所述第三剛體構(gòu)件用于承載所述第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)和所述載體平臺(tái)；

所述第二imu設(shè)置于所述第一剛體構(gòu)件上，所述第一imu和第二imu為9軸imu，所述9軸imu由三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)和三軸地磁計(jì)組成，所述第一測(cè)量姿態(tài)信息包括第一三軸角速度、第一三軸加速度和第一三軸地磁計(jì)測(cè)量信息，所述第二測(cè)量姿態(tài)信息包括第二三軸角速度、第二三軸加速度和第二三軸地磁計(jì)測(cè)量信息。

在另一可實(shí)施方式中，云臺(tái)為三軸云臺(tái)，第一剛體構(gòu)件用于承載第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)，且所述第一剛體構(gòu)件也作為支撐整個(gè)云臺(tái)的剛體構(gòu)件，第二剛體構(gòu)件連接所述第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)和第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)，所述第二剛體構(gòu)件用于承載所述第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)，第三剛體構(gòu)件連接所述第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)和第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)，所述第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)連接所述云臺(tái)的載體平臺(tái)，所述第三剛體構(gòu)件用于承載所述第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)和所述載體平臺(tái)；

所述第二imu設(shè)置于所述第二剛體構(gòu)件上，所述第一imu和第二imu為6軸imu，所述6軸imu由三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)組成，所述第一測(cè)量姿態(tài)信息包括第一三軸角速度和第一三軸加速度，所述第二測(cè)量姿態(tài)信息包括第二三軸角速度和第二三軸加速度。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例五中的測(cè)量姿態(tài)信息獲得單元601、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度計(jì)算單元602和閉環(huán)控制單元603可以由微控制器(mcu,microcontrollerunit)來(lái)實(shí)現(xiàn)，mcu可以安裝在所述云臺(tái)的載體平臺(tái)上，也可以安裝在用于支撐整個(gè)云臺(tái)的支撐端(如：第一剛體構(gòu)件上)；當(dāng)然，本發(fā)明實(shí)施例并不僅限于以上的安裝位置，本發(fā)明實(shí)施例并不限制mcu的安裝位置，實(shí)際應(yīng)用中任何能夠適用于本發(fā)明的安裝位置應(yīng)當(dāng)都屬于本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)范圍。

實(shí)施例六

本發(fā)明實(shí)施例六還提供了一種云臺(tái)，所述云臺(tái)為多軸云臺(tái)，所述多軸為至少兩軸，每個(gè)軸分別對(duì)應(yīng)一臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)，且每臺(tái)轉(zhuǎn)軸電機(jī)由各自對(duì)應(yīng)的剛體構(gòu)件來(lái)承載，在所述云臺(tái)的載體平臺(tái)上設(shè)置有第一imu，且在用來(lái)承載所述轉(zhuǎn)軸電機(jī)的至少一個(gè)剛體構(gòu)件上設(shè)置有第二imu，所述第一imu用于測(cè)量獲得第一測(cè)量姿態(tài)信息，所述第二imu用于測(cè)量獲得第二測(cè)量姿態(tài)信息。

在一可實(shí)施方式中，云臺(tái)還包括本發(fā)明前述實(shí)施例中所述的云臺(tái)電機(jī)的控制裝置(如mcu)，控制裝置可以安裝在所述云臺(tái)的載體平臺(tái)上，也可以安裝在用于支撐整個(gè)云臺(tái)的支撐端(如：第一剛體構(gòu)件上)；當(dāng)然，本發(fā)明實(shí)施例并不僅限于以上的安裝位置，本發(fā)明實(shí)施例并不限制控制裝置的安裝位置，實(shí)際應(yīng)用中任何能夠適用于本發(fā)明的安裝位置應(yīng)當(dāng)都屬于本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)范圍。

最后，還需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例的前述附圖1、3、4中，第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)、第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)、第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)分別位于標(biāo)號(hào)12、22、32所指的位置，但附圖1、3、4中第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)、第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)、第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)沒(méi)有顯露在外；而結(jié)合圖6所示的電機(jī)爆炸圖可以看出，本發(fā)明實(shí)施例中第一轉(zhuǎn)軸電機(jī)12、第二轉(zhuǎn)軸電機(jī)22、第三轉(zhuǎn)軸電機(jī)32的具體安裝位置。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。