一種云臺增穩裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及云臺控制技術領域，特別涉及一種云臺增穩裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 攝像云臺系統是一種特殊影視拍攝設備，可以實現遠距離兩點之間水平、垂直或 傾斜方向的運動拍攝。攝像云臺系統主要包括繩索系統和攝像云臺兩大部分。繩索系統主 要驅動攝像云臺，實現攝像云臺在空間內的移動。
[0003] -方面，由于大多數的繩索系統都采用幾根具有彈性的繩索牽引云臺運動，繩索 間的彈性差異、繩索回收或放出的速度不勻，會造成繩索擺蕩，加上大風等外界環境因素會 加劇擺蕩幅度。這一擺蕩運動首先施加于與繩索直接相連的云臺基座上，繼而耦合傳遞到 攝像機上，造成攝像機視軸晃動，拍攝圖像不穩定。
[0004] 另一方面，當操縱人員控制云臺實現攝像機視軸快速轉動時，控制電機將反作用 力快速施加于云臺基座，且繩索剛性較小，無法及時提供對云臺基座運動的約束力，導致云 臺基座發生移動或晃動，繼而影響攝像機拍攝畫面的穩定度。
[0005] 云臺基座的擾動直接引起攝像機視軸晃動，因此，必須先穩定云臺基座。現有的云 臺增穩解決方案主要包括兩種：（1)采用增加云臺基座慣量或者提高繩索剛性的方法。比 如，將云臺基座固連在一個慣量較大的小車上，以減小基座擾動運動的幅值；或者采用剛性 較高的鋼絲繩拉拽云臺移動；（2)采用人工操縱擾動補償的方法。比如，要求操縱人員在操 控索道攝像機實現空間移動和視軸轉動時盡量操作柔和一些，或者在發生視軸晃動時通過 反向操縱加以補償。
[0006] 綜上所述，現有的云臺增穩方案存在不足，具體如下：（1)采用增加云臺基座慣量 或提高繩索剛性的方法，使用場合限制較大；（2)采用人工操作擾動補償的方法，加大了操 作人員的工作難度，較難實現。

【發明內容】

[0007] 本發明實施例提出了一種云臺增穩裝置及方法，用以解決現有技術中云臺增穩控 制中存在的應用場合受限或操作難度較大的問題。
[0008] 本發明實施例提供了一種云臺增穩裝置，主要包括：電池組、檢測電路、電池組基 座、電機、控制電路，其中，
[0009] 電池組位于電池組基座上；
[0010] 檢測電路，用于檢測當前時刻的狀態信息，并輸出檢測信號至控制電路，所述檢測 信號攜帶當前時刻的狀態信息；
[0011] 控制電路，用于接收所述檢測信號，并根據所述當前時刻的狀態信息、上一時刻的 狀態信息及上一時刻的驅動信號確定當前時刻的驅動信號；
[0012] 電機，用于根據控制電路輸出的當前時刻的驅動信號驅動電池組旋轉；所述電機 的轉子與電池組基座連接，電機的定子與云臺基座連接。
[0013] 本發明實施例還提供了一種云臺增穩方法，包括如下步驟：
[0014] 檢測電路檢測當前時刻的狀態信息，并輸出檢測信號至控制電路，所述檢測信號 攜帶當前時刻的狀態信息；
[0015] 控制電路根據所述當前時刻的狀態信息、上一時刻的狀態信息及上一時刻的驅動 信息確定當前時刻的驅動信號，發送所述當前時刻的驅動信號至電機；
[0016] 電機根據所述當前時刻的驅動信號帶動電池組旋轉；
[0017] 電池組旋轉產生的力矩通過電機作用于云臺基座，抵消云臺基座受到的擾動。
[0018] 本發明有益效果如下：
[0019] 本發明實施例提供的云臺增穩裝置，由于利用檢測電路檢測當前時刻的狀態信 息作為控制電路的控制輸入，控制電路根據當前時刻的狀態信息、上一時刻的狀態信息及 上一時刻的驅動信號確定當前時刻的驅動信號，電機接收并根據該當前時刻的驅動信號工 作，帶動電池組轉速，通過電池組旋轉產生的力矩抵消云臺受到的擾動，實現云臺增穩。該 云臺增穩裝置將云臺系統中的電池組作為增穩裝置的一部分，僅增加了電池組基座、檢測 電路、控制電路和電機，和現有的將云臺基座固連在一個慣量較大的小車上、采用剛性較高 的鋼絲繩拉拽云臺移動、或者采用人工操作補償的方案相比，該云臺增穩裝置結構簡單，易 于實現，且能有效地保證了云臺的穩定性。
[0020] 本發明實施例提供的云臺增穩方法，由于利用檢測電路檢測當前時刻的狀態信 息，控制電路根據當前時刻的狀態信息、上一時刻的狀態信息及上一時刻的驅動信號確定 當前時刻的驅動信號，電機接收并根據該當前時刻的驅動信號工作，帶動電池組轉速，通過 電池組旋轉產生的力矩抵消云臺受到的擾動，實現云臺增穩。由于電池組通過電機與云臺 基座連接，電池組旋轉產生的力矩通過連接結構作用于云臺基座，抵消云臺基座受到的干 擾力矩。該方案基于云臺已有的電池組進行云臺增穩，易于實現，極大地簡化了云臺增穩的 控制工作，且效果較為顯著、可靠。
【附圖說明】
[0021] 下面將參照附圖描述本發明的具體實施例。
[0022] 圖1為本發明實施例中提供的云臺增穩裝置的正式剖面結構圖示意圖；
[0023] 圖2為含有本發明實施例中提供的云臺增穩裝置的云臺系統結構示意圖；
[0024] 圖3為本發明實施例中提供的云臺增穩裝置去除外罩后的三維結構示意圖；
[0025] 圖4為本發明實施例中的云臺增穩裝置中的控制電路的結構示意圖；
[0026] 圖5為本發明實施例中提供的云臺增穩裝置的運行示意圖；
[0027] 圖6為本發明實施例中提供的云臺增穩裝置中的控制電路構成示意圖；
[0028] 圖7為本發明實施例中提供的云臺增穩方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 為了使本發明的技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖對本發明的示例性 實施例進行進一步詳細的說明，顯然，所描述的實施例僅是本發明的一部分實施例，而不是 所有實施例的窮舉。并且在不沖突的情況下，本說明中的實施例及實施例中的特征可以互 相結合。
[0030] 圖1為本發明實施例中提供的云臺增穩裝置的正式剖面結構圖示意圖，如圖所 示，本發明實施例提供的云臺增穩裝置，可以主要包括：電池組、檢測電路、電池組基座、電 機、控制電路，其中，
[0031] 電池組位于電池組基座上；
[0032] 檢測電路，用于檢測當前時刻的狀態信息，并輸出檢測信號至控制電路，所述檢測 信號攜帶當前時刻的狀態信息；
[0033] 控制電路，用于接收所述檢測信號，并根據所述當前時刻的狀態信息、上一時刻的 狀態信息及上一時刻的驅動信號確定當前時刻的驅動信號；
[0034] 電機，用于根據控制電路輸出的當前時刻的驅動信號驅動電池組旋轉；所述電機 的轉子與電池組基座連接，電機的定子與云臺基座連接。
[0035] 圖2為含有本發明實施例中提供的云臺增穩裝置的云臺系統結構示意圖，其中， 11為云臺基座，20為云臺增穩裝置，21為云臺，22為繩索。云臺系統21通過基座被繩索22 懸吊在空中，可以執行X、Y、Z三個方向上的移動。由于各種干擾存在，使云臺基座繞著水 平X、Y軸和垂直Z軸大幅轉動，具體實施中，可以按圖1所示的方式，將云臺增穩裝置固定 連接在云臺基座上，將為云臺系統供電的電池組放置到云臺增穩裝置中，利用電池組具有 一定質量，控制電池組旋轉時會產生一定力矩的特性來維持云臺系統的穩定，減小云臺基 座繞著水平X、Y軸和垂直Z軸的擺蕩幅度，并最終降低攝像機視軸晃動。
[0036] 圖3為本發明實施例中提供的云臺增穩裝置去除外罩后的三維結構示意圖，如圖 3所示，該云臺增穩裝置的具體結構為：電池組位于電池組基座上。
[0037] 從理論上來說，只要是能夠進行狀態檢測的技術或裝置、模塊都可以作為檢測電 路來實施本方案的，例如，光電編碼器、陀螺、壓電傳感器等都可以實現，本領域的技術人員 在實施過程中可以結合實踐需要來確定相應的方式。
[0038] 實施中，所述檢測電路可以是光電編碼器，所述狀態信息是電池組的轉速信息，所 述檢測信號是脈沖信號；
[0039] 圖4為本發明實施例中的云臺增穩裝置中的控制電路的結構示意圖，如圖所示。 所述控制電路可以具體包括：
[0040] 轉速處理模塊，用于接收光電編碼器發出的脈沖信號，將所述脈沖信號轉化為電 池組的轉速信息，輸出至轉速控制器；
[0041] 轉速控制器，用于接收轉速處理模塊輸出的轉速信息，根據所述當前時刻云電池 組的轉速信息、上一時刻電池組的轉速信息及上一時刻的驅動信號確定當前時刻的驅動信 號，并將所述當前時刻的驅動信號輸出至電機。
[0042] 具體實施中，檢測電路可以只包括檢測電池組旋轉角速度的光電編碼器，也可以 包括光電編碼器和用于檢測云臺基座的垂直軸擾動角速度的陀螺。其中，光電編碼器可以 采用增量式編碼器、絕對式編碼器或者混合式絕對值編碼器。考慮實現效果，優選的，在本 實施例中可以采用增量式編碼器，平衡實現效果和成本，本實施例中可以采用14位分辨率 增量式編碼器，本領域技術人員也可以根據實際需要選用如16位分辨率等其他分辨率的 增量式編碼器。
[0043] 圖5為本發明實施例中提供的云臺增穩裝置的運行示意圖，如圖所示，具體實施 中，光電編碼器的轉軸與電機的轉子連接，光電編碼器的外殼與電機的定子連接，電機的轉 子與電池組基座固連，電機的定子于裝置基座連接，當電機運行時，轉子旋轉并同時驅動與 其連接的電池組基座和光電編碼器的旋轉，因為電池組基座和光電編碼器均是受同一個電 機轉子驅動旋轉，二者的旋轉角速度相同，所以光電編碼器可以檢測電池組的轉速，并輸出 脈沖信號至控制電路，該脈沖信號攜帶光電編碼器檢測到的電池組的轉速信息。
[0044] 實施中，所述光電編碼器的轉軸可以與電機的轉子連接，光電編碼器的外殼與電 機的定子連接。
[0045] 具體實施中，為了使光電編碼器準確地檢測電池組的轉速，在