專利名稱：基于慣性姿態傳感器的自穩定云臺的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種自穩定云臺，特別是一種基于加速度計和陀螺儀傳感器的自穩定云臺。
背景技術：
目前，無人機航拍攝影技術在很多領域已得到廣泛應用。但航拍過程中飛行器載體的震動與晃動，會使得與之相連的攝像機拍攝平臺進行受迫的振動和晃動，導致拍攝的圖像不夠清晰，不能滿足實際需要。目前，已有通過基于圖像處理的方法研制穩定云臺，來獲取優質的航拍效果的方法，但這種方法對環境比較敏感，而且算法較復雜占用計算機資源多。通過基于MEMS的檢測方法研制的自穩定云臺，來獲取清晰航拍圖像的方法受環境影響小，不占用計算機資源。目前，尚未見到通過基于加速度計和陀螺儀傳感器設計的自穩定云臺技術。

發明內容
針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種基于加速度計和陀螺儀傳感器的云臺自穩定方法，通過加權算法對加速度計和陀螺儀的數據進行融合提高姿態傳感器的測量精度，得到最優姿態角。加速度具有比陀螺儀更高的靜態精度；而陀螺儀具有比加速度計更高的動態精度。所以，通過加權系數來融合加速度計和陀螺儀的數據，可以更好地檢測出云臺的動態、靜態姿態角，提高云臺的自穩定效果。為達到上述目的，本發明運用如下技術方案
一種基于加速度計和陀螺儀傳感器的自穩定云臺，包括傳感模塊、主控單元、云臺、云臺驅動單元；所述傳感模塊由加速度計、陀螺儀組成；所述云臺驅動單元由俯仰軸舵機、橫滾軸舵機組成；所述主控單元通過數字I2C接口與所述加速度計、所述陀螺儀連接；所述主控單元的PWM波形輸出端口連接所述云臺驅動單元；所述傳感模塊固定在所述云臺上；所述云臺螺釘固定在所述俯仰軸舵機和所述橫滾軸舵機的驅動軸上，使所述俯仰軸舵機和所述橫滾軸舵機分別驅動所述云臺的俯仰運動和橫滾運動。所述主控模塊使用加權法將所述加速度計的信號和所述陀螺儀的信號進行融合處理，獲得最優的姿態角。所述加權算法如下
I ) 設所計算的姿態角為
φ=[5 ，其中為俯仰角，為橫滾角，姿態角的計算公式為
權利要求
1.1. 一種基于加速度計和陀螺儀傳感器的自穩定云臺，其特征在于包括傳感模塊(I)、主控單元(2)、云臺(3)、云臺驅動單元(4);所述傳感模塊(I)由加速度計(11)、陀螺儀(12 )組成，所述傳感模塊(I)固定在所述云臺(3 )上；所述主控單元(2 )通過數字12C接口與所述加速度計(11)、所述陀螺儀(12 )連接，所述主控單元(2 )的PWM波形輸出端口連接所述云臺驅動單元(4);所述云臺驅動單元(4)由俯仰軸舵機(41)、橫滾軸舵機(42)組成，所述云臺(3 )螺釘固定在所述俯仰軸舵機(41)和所述橫滾軸舵機(42 )的驅動軸上，使所述俯仰軸舵機(41)和所述橫滾軸舵機(42)分別驅動所述云臺(3)的俯仰運動和橫滾運動。
2.2.根據權利要求I所述的基于加速度計和陀螺儀傳感器的自穩定云臺，其特征在于所述主控單元(2 )使用加權法將所述加速度計(11)的信號和所述陀螺儀(12 )的信號進行融合處理，獲得最優的姿態角；所述加權算法如下設所計算的姿態角為#=[5 ，其中為俯仰角，為橫滾角，姿態角的計算公式為<D=acUacc+ (l-a) ,。 其中 …為使用所述加速度計(11)數據計算得到的姿態角為使用所述陀螺儀(12)數據計算得到的姿態角；式中a為加權系數； 上述使用加速度計(11)數據計算得到的姿態角 W中計算俯仰角的公式為.5 = arcsm(ifs/g);橫滾角的計算公式為#= arctanOyZg)，其中Xg、5、Zg分別為加速度計X、Y、Z軸測得的加速度值，g為重力加速度； 上述使用陀螺儀(12)數據計算得到的姿態角中計算俯仰角的公式為 =;橫滾角的計算公式為其中左=1，2，……，n;n為正整數,其中和I為々時刻的俯仰角和翻滾角； 、IV分別是繞X、Y軸的轉動角速度；T為采樣周期； 上述加權系數的計算公式為a=e~^e~s^ ,其中為衰減系數，ge ^ Xl +Yl +Z2g , g為重力加速度。
3.3.根據權利要求I所述的基于加速度計和陀螺儀傳感器的自穩定云臺，其特征在于所述加速度計(11)為三軸加速度計，所述陀螺儀(12)為三軸陀螺儀。
全文摘要
一種基于加速度計和陀螺儀的自穩定云臺，包括慣性姿態傳感器、主控單元、云臺、云臺驅動單元。所述傳感模塊由加速度計、陀螺儀組成；所述云臺驅動單元由俯仰軸舵機、橫滾軸舵機組成；所述傳感模塊固定在云臺上，所述傳感模塊上的所述加速度計、所述陀螺儀各自測量所述云臺的姿態信息；所述主控單元使用加權算法將所述加速度計的信號和所述陀螺儀的信號進行融合處理，獲得最優的姿態角；所述控制單元比較期望姿態角與所述最優姿態角，通過控制算法計算出消除云臺姿態偏離期望姿態的控制量，并發送給所述云臺驅動單元，驅動所述云臺到期望姿態，從而使所述云臺達到自穩定。本發明中同時使用了加速度計和陀螺儀，因此云臺穩定性更好，精度更高。
文檔編號G05D3/12GK102707734SQ20121020138
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者唐瑞, 羅均, 高同躍, 龔振邦 申請人:上海大學