云台零位标定方法和云台
技术领域
本发明涉及云台领域，尤其涉及一种云台零位标定方法和云台。
背景技术
现有的大云台不能与有结构限位的小云台一样，通过上电检测机械限位点来确定云台的关节角零位，大云台一般利用治具来完成关节角的零位标定。而长期使用治具，治具会产生磨损，磨损以及操作不当等因素会导致治具存在虚位，导致零位标定出现偏差，影响了零位标定的精度。若关节角的零位偏差大于一定阈值，陀螺仪速度映射到关节角角速度计算雅克比矩阵会出现偏差，基于速度积分方式计算获得的关节角角度也存在偏差，最终导致用户在拍摄运动的画面时，若快速遥控云台的偏航轴(yaw)转动，云台的横滚轴(roll)则会出现歪斜，使得拍摄质量不佳。
发明内容
本发明提供一种云台零位标定方法和云台。
具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：
根据本发明的第一方面，提供一种云台零位标定方法，所述云台包括加速度计，用于检测搭载在所述云台上的负载的姿态；所述方法包括：
在所述云台处于特定状态时，基于所述加速度计获取所述云台的当前姿态；
根据所述云台的当前姿态，确定所述云台的俯仰轴关节角和/或横滚轴关节角的偏移量；
根据所述云台的俯仰轴关节角和/或横滚轴关节角的偏移量，确定所述云台的俯仰轴零位关节角和/或横滚轴零位关节角。
根据本发明的第二方面，提供一种云台，所述云台包括：
俯仰轴组件，用于搭载负载，并能够绕俯仰轴转动；
横滚轴组件，能够绕横滚轴转动，带动所述俯仰轴组件和所述负载绕横滚轴转动；
加速度计，用于检测所述负载的姿态；以及
处理器，与所述俯仰轴组件、所述横滚轴组件以及所述加速度计分别电连接，其中，所述处理器用于执行如下操：
在所述云台处于特定状态时，基于所述加速度计获取所述云台的当前姿态；
根据所述云台的当前姿态，确定所述云台的俯仰轴关节角和/或横滚轴关节角的偏移量；
根据所述云台的俯仰轴关节角和/或横滚轴关节角的偏移量，确定所述云台的俯仰轴零位关节角和/或横滚轴零位关节角。
由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明利用云台上的加速度计确定云台的俯仰轴关节角和/或横滚轴关节角的偏移量，再根据偏移量标定对应轴的零位关节角，即利用加速度计检测的大地重力方向估计出云台的俯仰轴关节角和/或横滚轴关节角的偏移量，补偿对应轴的关节角的偏差，采用这种方式估算的偏移量精度较高，从而提高了关节角零位标定的精度，防止了云台横滚轴出现歪斜的情况，同时也解决了云台零位标定过分依赖治具结构精度的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中的云台的结构示意图；
图2是本发明一实施例中的云台零位标定方法的方法流程图；
图3A是本发明一实施例中的云台的俯仰轴关节角和横滚轴关节角不存在零位偏差时，重力加速度与俯仰轴、横滚轴的位置关系示意图；
图3B是本发明一实施例中的云台的俯仰轴关节角和横滚轴关节角存在零位偏差时，重力加速度与俯仰轴、横滚轴的位置关系示意图；
图4是本发明一实施例中的云台零位标定方法的一具体的方法流程图；
图5是本发明一实施例中的云台的结构框图。
附图标记：
1：俯仰轴组件；11：俯仰轴轴臂；12：俯仰轴电机；2：横滚轴组件；21：横滚轴轴臂；22：横滚轴电机；3：偏航轴组件；4：承载部；5加速度计；6：握持部；7：处理器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
本发明实施例中，云台被配置为能够绕俯仰轴和横滚轴转动，可选的，本实施例的云台被配置为能够绕俯仰轴和横滚轴转动；可选的，云台还被配置为能够绕偏航轴转动，也即，云台被配置为能够绕偏航轴、俯仰轴和横滚轴转动。
可选的，云台为两轴云台，该云台包括俯仰轴组件和横滚轴组件，其中，俯仰轴组件用于搭载负载，并能够绕俯仰轴转动，带动负载绕俯仰轴转动，使得负载的俯仰轴姿态角变化；横滚轴组件能够绕横滚轴转动，带动俯仰轴组件和负载绕横滚轴转动，使得负载的横滚轴姿态角变化。
可选的，云台为三轴云台，该云台包括俯仰轴组件、横滚轴组件和偏航轴组件，其中，俯仰轴组件用于搭载负载，并能够绕俯仰轴转动，带动负载绕俯仰轴转动，使得负载的俯仰轴姿态角变化；横滚轴组件能够绕横滚轴转动，带动俯仰轴组件和负载绕横滚轴转动，使得负载的横滚轴姿态角变化；偏航轴组件能够绕偏航轴转动，带动横滚轴组件、俯仰轴组件和负载绕偏航轴转动，使得负载的偏航轴姿态角变化。
以三轴云台为例，如图1所示，俯仰轴组件1可包括俯仰轴轴臂11和能够绕俯仰轴转动的俯仰轴电机12，横滚轴组件2可包括横滚轴轴臂21和能够绕横滚轴转动的横滚轴电机22，偏航轴组件3可包括能够绕偏航轴转动的偏航轴电机，其中，横滚轴轴臂21的一端连接偏航轴电机的转子，横滚轴轴臂21的另一端连接横滚轴电机22的定子；俯仰轴轴臂11的一端连接横滚轴电机22的转子，俯仰轴轴臂11的另一端连接俯仰轴电机12，负载搭载在俯仰轴电机12的转子上。
负载可以为成像传感器，也可为承载部4，该承载部4用于搭载相机等具有拍摄功能的设备。进一步的，请再参见图1，云台包括加速度计5，该加速计可以用于检测负载的姿态。可以理解，负载的姿态也即云台的姿态。可选的，加速度计5固定在负载上。
本发明实施例的云台可以为手持云台，也可以为非手持云台；该云台可以搭载在无人机、车辆等可移动设备上。当云台为手持云台时，云台进一步包括握持部6，偏航轴电机固定连接在握持部6的顶部。
如图2所示，本发明实施例提供一种云台零位标定方法，所述方法可以包括如下步骤：
S201：在云台处于特定状态时，基于加速度计5获取云台的当前姿态；
本实施例中，云台的当前姿态即为负载的实时姿态。
基于加速度计5获取云台的当前姿态的过程具体包括：基于加速计，获得云台在俯仰轴和横滚轴上的实时重力加速度分量；根据重力加速度分量，确定对应轴的当前姿态角；也即，根据云台在俯仰轴上的实时重力加速度分量，确定俯仰轴的当前姿态角，并根据云台在横滚轴上的实时重力加速度分量，确定横滚轴的当前姿态角。
如图3A所示，若云台的俯仰轴关节角和横滚轴关节角不存在零位偏差，则重力加速度与俯仰轴共线，并与横滚轴正交，云台在俯仰轴上的实时重力加速度分量Ax＝0，云台在横滚轴上的实时重力加速度分量Ay＝g(g即为重力加速度)，此时，俯仰轴的姿态角为0度，横滚轴的姿态角也为0度；如图3B所示，若云台的俯仰轴关节角和横滚轴关节角均存在零位偏差，则重力加速度与俯仰轴不共线，并与横滚轴非正交，Ax≠0，且Ay≠0，并且，Ax＝gsinα，Ay＝gcosα，即可确定α大小，根据α，即可进一步确定俯仰轴的当前姿态角以及横滚轴的当前姿态角。
特定状态可以为非水平状态，也可以为水平状态。本实施例中，特定状态为水平状态，减少非水平状态对云台零位标定的影响，从而提高云台零位标定的精度。可选的，特定状态包括：云台放置在水平面上，且云台处于姿态回中模式。该水平面可以为一个绝对水平的水平台面，这为理想状态下的水平面，可以理解，当水平台面的与水平面夹角小于预设角度阈值(如0.5度)时，也可认为该水平台面为水平面。将云台放置在水平面上，有利于云台处于静止状态，减少云台的计算量，从而加快云台零位标定的速度。当然，若云台处于匀速运动状态，也可进行云台的零位标定，与云台处于静止状态相比，若在云台处于匀速运动状态时，对云台进行零位标定，云台需要在零位标定确定的俯仰轴关节角和横滚轴关节角的基础上，减去对应轴在匀速运动时的关节角变化，再判断对应轴的关节角是否存在零位偏差。
另外，云台处于姿态回中模式时，云台各轴的姿态角均为0度，且各轴电机的关节角也为0度，从而加快零位标定的速度。当然，在进行云台零位标定时，云台也可不处于姿态回中模式，云台在零位标定时确定的俯仰轴关节角和横滚轴关节角的基础上，减去对应轴的初始关节角，再判断对应轴的关节角是否存在零位偏差。
如上所述，特定状态可进一步包括：云台处于静止状态，以减少云台的计算量，从而加快云台零位标定的速度。
可选的，基于触发方式触发云台进行零位标定，也即，可以基于用户需求来触发云台进行零位标定。本实施例中，云台零位标定方法还包括：在云台处于特定状态之后，基于加速度计5获取云台的当前姿态之前，检测到零位标定触发信号。零位标定触发信号可基于不同的方式产生，比如，在某些实施例中，零位标定触发信号由外部设备发送，该外部设备可以为能够控制云台工作的遥控器、能够与云台进行通信的控制终端(如手机、平板电脑等)或其他能够与云台进行通信的智能设备(如智能手环)等等。在某些实施例中，零位标定触发信号由云台的按键被触发而产生，可以理解，云台也可设有其他类型的控制部，用户通过操作控制部而产生零位标定触发信号，该控制部不限于按键，也可为旋钮或其他类型。当云台为手持云台时，控制部可设于手持云台的握持部6上，方便用户操作。
可选的，云台在检测到其处于特定状态时，自动进入云台零位标定的程序。
S202：根据云台的当前姿态，确定云台的俯仰轴关节角和/或横滚轴关节角的偏移量；
可选的，根据云台的当前姿态，确定俯仰轴关节角的偏移量，再根据俯仰轴关节角的偏移量来判断俯仰轴关节角是否存在零位偏差；可选的，根据云台的当前姿态，确定横滚轴关节角的偏移量，再根据横滚轴关节角的偏移量来判断横滚轴关节角是否存在零位偏差；可选的，根据云台的当前姿态，确定俯仰轴关节角的偏移量和横滚轴关节角的偏移量，再根据俯仰轴关节角的偏移量和横滚轴关节角的偏移量来判断对应轴关节角是否存在零位偏差。
可以理解，若特定状态为水平状态，且时，俯仰轴关节角的偏移量即为俯仰轴关节角的零位偏移量，横滚轴关节角的偏移量即为横滚轴关节角的零位偏移量；若特定状态为非水平状态，俯仰轴关节角的偏移量、横滚轴关节角的偏移量则为非零位时对应轴的偏移量。
图4为S202的一种具体实现过程，如图4所示，S202的具体实现过程可以包括：
S401：根据云台的当前姿态，确定云台的当前俯仰轴关节角和/或当横滚轴关节角；
本实施例中，根据现有的姿态角与关节角之间的转换关系，将当前俯仰轴姿态角转换成当前俯仰轴关节角，和/或将当前横滚轴姿态角转换成当横滚轴关节角。
S402：确定当前俯仰轴关节角与第一预设阈值的第一偏移量和/或当前横滚轴关节角与第二预设阈值的第二偏移量；
通常，云台未进行零位标定前，云台处于零位时的俯仰轴零位关节角、横滚轴零位关节角均为0度。因此，本实施例中，若云台为第一次零位标定，则第一预设阈值、第二预设阈值均为0度；也即，第一偏移量＝当前俯仰轴关节角，第二偏移量＝当前横滚轴关节角。
然而，在某些实施例中，云台未进行零位标定前，云台处于零位时的俯仰轴零位关节角、横滚轴零位关节角并非0度，则云台在第一次零位标定时，第一预设阈值为俯仰轴零位关节角，第二预设阈值为横滚轴零位关节角；也即，第一偏移量＝当前俯仰轴关节角-云台未进行零位标定前，云台处于零位时的俯仰轴零位关节角，第二偏移量＝当前横滚轴关节角-云台未进行零位标定前，云台处于零位时的横滚轴零位关节角。
此外，若云台非第一次零位标定，则第一预设阈值为云台最近一次进行零位标定所确定的云台的俯仰轴零位关节角，第二预设阈值为云台最近一次进行零位标定所确定的云台的横滚轴零位关节角；也即，第一偏移量＝当前俯仰轴关节角-云台最近一次进行零位标定所确定的云台的俯仰轴零位关节角，第二偏移量＝当前横滚轴关节角-云台最近一次进行零位标定所确定的云台的横滚轴零位关节角。
S303：若第一偏移量满足预设的零位偏差条件，则根据第一偏移量，确定云台的俯仰轴关节角的偏移量，和/或，若第二偏移量满足预设的零位偏差条件，则根据第二偏移量，确定云台的横滚轴关节角的偏移量。
第一偏移量满足预设的零位偏差条件，表明云台的俯仰轴关节角存在零位偏差，需要对俯仰轴关节角进行零位补偿；第二偏移量满足预设的零位偏差条件，表明云台的横滚轴关节角存在零位偏差，需要对横滚轴关节角进行零位补偿。
零位偏差条件可根据需要设定，例如，在某些实施例中，第一偏移量满足预设的零位偏差条件可以包括：第一偏移量的绝对值大于预设的第一偏移阈值。以云台非第一次零位标定为例，若|当前俯仰轴关节角-云台最近一次进行零位标定所确定的云台的俯仰轴零位关节角|>第一偏移阈值，则判断云台的俯仰轴关节角存在零位偏差；也即，在当前俯仰轴关节角-云台最近一次进行零位标定所确定的云台的俯仰轴零位关节角>第一偏移阈值，或者，当前俯仰轴关节角-云台最近一次进行零位标定所确定的云台的俯仰轴零位关节角<第一偏移阈值的相反数时，判断云台的俯仰轴关节角存在零位偏差。而在某些实施例中，第一偏移量满足预设的零位偏差条件可以包括：第一偏移量的绝对值大于或等于预设的第一偏移阈值。
在某些实施例中，第二偏移量满足预设的零位偏差条件可以包括：第二偏移量的绝对值大于预设的第二偏移阈值。同样以云台非第一次零位标定为例，若|当前横滚轴关节角-云台最近一次进行零位标定所确定的云台的横滚轴零位关节角|>第二偏移阈值，则判断云台的横滚轴关节角存在零位偏差；也即，在当前横滚轴关节角-云台最近一次进行零位标定所确定的云台的横滚轴零位关节角>第二偏移阈值，或者，当前横滚轴关节角-云台最近一次进行零位标定所确定的云台的横滚轴零位关节角<第二偏移阈值的相反数时，判断云台的横滚轴关节角存在零位偏差。而在某些实施例中，第二偏移量满足预设的零位偏差条件可以包括：第二偏移量的绝对值大于或等于预设的第二偏移阈值。
其中，第一偏移阈值、第二偏移阈值的大小可根据需要设定。进一步的，第一偏移阈值与第二偏移阈值的大小可相等，也可不相等。例如，在一实施例中，第一偏移阈值＝第二偏移阈值＝0.5度。
在根据第一偏移量，确定云台的俯仰轴关节角的偏移量时，可选的，在某些实施例中，将第一偏移量设定为云台的俯仰轴关节角的偏移量，即云台的俯仰轴关节角的偏移量＝第一偏移量；在某些实施例中，云台的俯仰轴关节角的偏移量根据第一偏移量和第一预设经验值确定，如云台的俯仰轴关节角的偏移量＝第一偏移量*第一预设经验值；可以理解，根据第一偏移量，确定云台的俯仰轴关节角的偏移量的实现方式并不限于上述列举的两种方式，还可以采用其他方式。
在根据第二偏移量，确定云台的横滚轴关节角的偏移量时，可选的，在某些实施例中，将第二偏移量设定为云台的横滚轴关节角的偏移量，即云台的横滚轴关节角的偏移量＝第二偏移量；在某些实施例中，云台的横滚轴关节角的偏移量根据第二偏移量和第二预设经验值确定，如云台的横滚轴关节角的偏移量＝第二偏移量*第二预设经验值；可以理解，根据第二偏移量，确定云台的横滚轴关节角的偏移量的实现方式并不限于上述列举的两种方式，还可采用其他方式。
在某些实施例中，将第一偏移量设定为云台的俯仰轴关节角的偏移量，并将第二偏移量设定为云台的横滚轴关节角的偏移量。
S203：根据云台的俯仰轴关节角和/或横滚轴关节角的偏移量，确定云台的俯仰轴零位关节角和/或横滚轴零位关节角。
可选的，根据云台的俯仰轴关节角的偏移量，确定云台的俯仰轴零位关节角；可选的，根据云台的横滚轴关节角的偏移量，确定云台的横滚轴零位关节角；可选的，根据云台的俯仰轴关节角的偏移量，确定云台的俯仰轴零位关节角，并根据云台的横滚轴关节角的偏移量，确定云台的横滚轴零位关节角。
在根据云台的俯仰轴关节角的偏移量，确定云台的俯仰轴零位关节角时，可选的，在某些实施例中，在云台重新上电时，获取云台重新上电时的俯仰轴关节角；根据云台重新上电时的俯仰轴关节角与云台的俯仰轴关节角的偏移量，确定云台的俯仰轴零位关节角。其中，云台重新上电时的俯仰轴关节角的确定方式与S301中确定云台的当前俯仰轴关节角的方式相同，此处不再赘述。进一步可选的，云台的俯仰轴零位关节角为云台重新上电时的俯仰轴关节角与云台的俯仰轴关节角的偏移量的差值，也即，云台的俯仰轴零位关节角＝云台重新上电时的俯仰轴关节角-云台的俯仰轴关节角的偏移量的差值。可以理解，云台的俯仰轴零位关节角的计算方式并不限于此，还可以为其他计算方式，例如，云台的俯仰轴零位关节角＝(云台重新上电时的俯仰轴关节角与云台的俯仰轴关节角的偏移量的差值)*第一经验系数。
在根据云台的横滚轴关节角的偏移量，确定云台的横滚轴零位关节角时，可选的，在云台重新上电时，获取云台重新上电时的横滚轴关节角；根据云台重新上电时的横滚轴关节角与云台的横滚轴关节角的偏移量，确定云台的横滚轴零位关节角。其中，云台重新上电时的横滚轴关节角的确定方式与S301中确定云台的当前横滚轴关节角的方式相同，此处不再赘述。进一步可选的，云台的横滚轴零位关节角为云台重新上电时的横滚轴关节角与云台的横滚轴关节角的偏移量的差值，也即，云台的横滚轴零位关节角＝云台重新上电时的横滚轴关节角-云台的横滚轴关节角的偏移量。可以理解，云台的横滚轴零位关节角的计算方式并不限于此，还可以为其他计算方式，例如，云台的横滚轴零位关节角＝(云台重新上电时的横滚轴关节角-云台的横滚轴关节角的偏移量)*第二经验系数。
本发明实施例的云台零位标定方法，利用云台上的加速度计5确定云台的俯仰轴关节角和/或横滚轴关节角的偏移量，再根据偏移量标定对应轴的零位关节角，即利用加速度计5检测的大地重力方向估计出云台的俯仰轴关节角和/或横滚轴关节角的偏移量，补偿对应轴的关节角的偏差，采用这种方式估算的偏移量精度较高，从而提高了关节角零位标定的精度，防止了云台横滚轴出现歪斜的情况，同时也解决了云台零位标定过分依赖治具结构精度的问题。
对应于上述实施例的云台零位标定方法，结合图1及图5，本发明实施例还提供一种云台，所述云台可包括俯仰轴组件1、横滚轴组件2、加速度计5以及处理器7。其中，俯仰轴组件1用于搭载负载，并能够绕俯仰轴转动；横滚轴组件2能够绕横滚轴转动，带动所述俯仰轴组件1和所述负载绕横滚轴转动；加速度计5用于检测所述负载的姿态；处理器7与所述俯仰轴组件1、所述横滚轴组件2以及所述加速度计5分别电连接，本实施例的处理器7与俯仰轴电机12、横滚轴电机22电连接。
具体的，处理器7用于执行如下操：在所述云台处于特定状态时，基于所述加速度计5获取所述云台的当前姿态；根据所述云台的当前姿态，确定所述云台的俯仰轴关节角和/或横滚轴关节角的偏移量；根据所述云台的俯仰轴关节角和/或横滚轴关节角的偏移量，确定所述云台的俯仰轴零位关节角和/或横滚轴零位关节角。
本发明实施例的处理器7可以实现如本发明图1、图4所示实施例的云台零位标定方法，具体可参见上述实施例的云台零位标定方法的相应部分，此处不再赘述。
本实施例的处理器7可包括一个或多个，一个或多个处理器7单独地或共同地被配置成用于实现如本发明图1、图4所示实施例的云台零位标定方法。
应当理解，本发明实施例中，处理器7可以是中央处理器(centralprocessingunit，CPU)。该处理器7还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)、现场可编程逻辑门阵列(field-programmable gate array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器7也可以是任何常规的处理器等。
进一步的，云台还包括偏航轴组件3，该偏航轴组件3与处理器7电连接，本实施例的偏航轴电机与处理器7电连接。
此外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明图1所对应实施例中描述的云台零位标定方法，在此不再赘述。
所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的云台的内部存储单元，例如硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是云台的外部存储设备，例如所述设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、SD卡、闪存卡(FlashCard)等。进一步的，所述计算机可读存储介质还可以既包括云台的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述云台所需的其他程序和数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所揭露的仅为本发明部分实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
