一种云台控制方法、云台、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及电机控制技术领域，更具体地，涉及一种云台控制方法、云台、设备及存储介质。


背景技术：

2.为了达到更丰富的拍摄体验和更优质的拍摄效果，云台被越来越多的运用到拍摄中，通常拍摄器是被搭载在云台上进行拍摄，云台可以实现拍摄器的固定、调节拍摄器的姿态和使拍摄器稳定保持在确定姿态上，从而实现拍摄器的稳定、流畅且多角度拍摄。三轴云台是目前较为常见的云台结构之一。
3.针对云台姿态控制，在云台姿态控制闭环中，姿态控制模块依赖于电机控制模块通过can总线反馈的电机机械角进行解耦解算，电机控制模块依赖于姿态控制模块通过can总线发送的电流目标值完成电机的电流闭环控制。can总线是一种应用广泛、使用简单的现场总线，但在受到强电磁干扰或其他硬件故障时，can总线亦容易出现错误导致收发失败。若某一电路板的can总线接口收发异常，或某一电路板因断电或其他情况导致不在线，将会导致姿态控制闭环运行错误，出现电机乱转甚至电机过热烧毁等情况。


技术实现要素：

4.本发明为克服can总线容易出现错误导致收发失败，容易导致电机乱转甚至电机过热烧毁的缺陷，提供一种云台控制方法、云台、设备及存储介质。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
6.一种云台控制方法，包括以下步骤：
7.定时接收用于控制电机工作的第一信号；当超出预设的时间未收到所述第一信号时，控制电机停止工作；
8.定时采集包括电机机械角数据的第二信号；当超出预设的时间未收到所述第二信号时，控制电机停止工作。
9.本技术方案中提出一种can总线通信错误保护设计，当云台内的相应功能模块超时未收到用于控制电机工作的第一信号时，则进入保护模式，自动将电机的电流值置零，使电机停止输出力矩以保护电机；当云台内的相应功能模块超时未收到包括电机机械角数据的第二信号时，相应功能模块无法对第一信号进行调整，此时进入保护模式，并将相应的电机电流目标值置零，控制相应的电机停止输出力矩以保护电机。
10.进一步地，本发明还提出一种云台，应用于上述技术方案提出的云台控制方法，其中云台包括：
11.电机；
12.第一模块，用于根据控制指令输出用于控制电机工作的第一信号；
13.第二模块，用于根据第一信号对电机进行控制，并根据电机的工作状态向第一模块反馈包括电机机械角数据的第二信号；
14.所述第一模块根据第二信号对第一信号进行调整；
15.当第一模块超出预设的时间未收到第二信号时，所述第一模块向第二模块输出带控制电机停止工作指令的第一信号；
16.当第二模块超出预设的时间未收到第一信号时，所述第二模块控制电机停止工作。
17.进一步地，本发明还提出一种云台控制设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述技术方案提出的云台控制方法的步骤。
18.进一步地，本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述技术方案提出的云台控制方法的步骤。
19.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明通过对信号接收情况判断是否存在can总线接口收发异常或姿态控制闭环运行错误，并根据检测结果作出相应的保护措施，有效避免电机乱转或电机过热，避免影响云台的使用寿命。
附图说明
20.图1为实施例1的三轴云台姿态控制保护方法的流程图。
21.图2为姿态控制模块执行can总线通信错误保护的流程图。
22.图3为堵转过流保护的流程图。
23.图4为过温保护的流程图。
24.图5为实施例2的云台的架构图。
具体实施方式
25.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
26.为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
27.对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
28.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
29.实施例1
30.本实施例提出一种三轴云台姿态控制保护方法，如图1所示，为本实施例的三轴云台姿态控制保护方法的流程图。
31.针对can总线在受到强电磁干扰或其他硬件故障时，can总线亦容易出现错误导致收发失败的问题，本实施例提出一种云台控制方法，包括以下步骤：
32.(1)定时接收用于控制电机工作的第一信号；当超出预设的时间未收到所述第一信号时，控制电机停止工作。
33.(2)定时采集包括电机机械角数据的第二信号；当超出预设的时间未收到所述第二信号时，控制电机停止工作。
34.其中步骤(1)和步骤(2)为并行执行或顺序执行。
35.在一可选实施例中，云台中的电机包括俯仰电机、横滚电机和偏航电机，云台为三
轴云台。
36.在一可选实施例中，第二信号包括俯仰电机机械角数据和横滚电机机械角数据。
37.如图2所示，当超出预设的时间未收到所述第二信号时，对第二信号进行判断：
38.判断是否超出预设的时间未收到俯仰电机机械角数据：
39.若是，则控制横滚电机、偏航电机停止工作，并控制俯仰电机维持工作；若否，则进一步判断是否超出预设的时间未收到横滚电机机械角数据：
40.若是，则控制偏航电机停止工作，并控制俯仰电机和横滚电机维持工作；否则控制俯仰电机、横滚电机和偏航电机维持工作。
41.在一具体实施过程中，云台控制方法应用于包括电机控制模块和姿态控制模块的三轴云台。
42.其中电机控制模块用于控制电机工作，以及用于采集电机机械角数据后生成第二信号发送至姿态控制模块。
43.姿态控制模块用于根据控制指令，或根据第二信号中包含的电机机械角数据，结合姿态控制解耦算法生成用于控制电机工作的第一信号，且第一信号中包括控制目标电机工作的电流目标值。
44.其中姿态控制解耦算法包括根据姿态数据及电机的机械角数据通过解耦的方式计算出电流期望。姿态数据包括云台姿态及机体角速度，通过惯性测量单元采集得到。
45.电机控制模块与姿态控制模块连接。在can总线正常工作的情况下，电机控制模块将其采集的俯仰电机、横滚电机和偏航电机的机械角数据传输至姿态控制模块中，姿态控制模块根据姿态控制解耦算法计算相应电机的电流目标值，并将电流目标值传输至电机控制模块，电机控制模块根据其接收的电流目标值控制相应电机的电流值。
46.当can总线受到强电磁干扰或其他硬件故障导致通信错误时，对电机控制模块和姿态控制模块进行检测和判断分析。
47.具体的，当电机控制模块超出预设的时间未收到姿态控制模块发出的电流目标值时，电机控制模块进入保护模式，控制电机的电流值置0，使电机停止输出力矩以保护电机。
48.当姿态控制模块超出预设的时间未收到电机控制模块发出的机械角数据时，姿态控制模块进入保护模式，将相应的电机电流目标值置0并输出至电机控制模块，通过电机控制模块控制相应的电机停止输出力矩以保护电机。
49.进一步地，姿态控制模块在can总线通信错误保护过程中，其具体步骤包括：
50.判断姿态控制模块是否超出预设的时间未收到电机控制模块发出的俯仰电机机械角数据：
51.若是，则将横滚电机电流目标值、偏航电机电流目标值置零，并输出俯仰电机电流目标值。
52.若否，则进一步判断姿态控制模块是否超出预设的时间未收到电机控制模块发出的横滚电机机械角数据：
53.若是，则将偏航电机电流目标值置零，并输出俯仰电机电流目标值和横滚电机电流目标值；否则姿态控制模块向电机控制模块输出俯仰电机电流目标值、横滚电机电流目标值和偏航电机电流目标值。
54.本实施例针对can总线通信错误提供一种三轴云台姿态控制保护方法，对can总线
接口收发异常或姿态控制闭环运行错误进行检测判断，并作出相应的保护措施，有效避免电机乱转或电机过热，避免影响三轴云台的使用寿命。
55.在另一可选实施例中，针对当电机受到外部力矩过大以至电机所产生的力矩无法克服，或电机的转子与定子间由于机械故障卡死时，导致电机出现堵转的现象，提出进一步包括堵转过流保护机制的云台控制方法。
56.在出现堵转现象时，电机将会产生大电流以产生大力矩来抵抗阻力，长时间堵转过流将会导致电机及电机板积累热量，容易降低电机或电机板寿命，严重甚至直接损坏。
57.本实施例在一个云台控制周期中，持续或间歇性执行堵转过流保护工作，具体地，如图3所示，对定时接收的第一信号进行判断：
58.当第一信号大于预设的电流值阈值且保持时间达到预设的时间阈值，将第一信号设置为预设的安全值并输出；
59.当第一信号小于预设的电流值阈值且保持时间达到预设的时间阈值，输出原始的第一信号。
60.在一具体实施过程中，云台控制方法应用于包括电机控制模块和姿态控制模块的三轴云台。
61.针对当电机受到外部力矩过大以至电机所产生的力矩无法克服，或电机的转子与定子间由于机械故障卡死时，导致电机出现堵转的现象，姿态控制模块对其输出的电流目标值进行判断：
62.当姿态控制模块输出的电流目标值大于预设的电流值阈值且保持时间达到预设的时间阈值，姿态控制模块将电流目标值设置为预设的安全值并输出。
63.具体地，在监测到姿态控制闭环输出的电流目标值长时间过大时，进入保护模式，将电流目标值强制置为安全值，其中安全值可为预设的电流目标值。
64.当姿态控制模块输出的电流目标值小于预设的电流值阈值且保持时间达到预设的时间阈值，姿态控制模块将原始电流目标值输出至电机控制模块。
65.当监测到姿态控制闭环输出的电流目标值变小时，即可认为三轴云台脱离堵转状态，电流目标值恢复使用姿态控制闭环输出的电流目标值。从而避免长时间电机电流过大导致电机及电机控制模块过热损坏。
66.进一步地，针对在堵转过流保护机制失效且散热不佳的情况下，电机及电机板将会产生意外温升，长时间过温将会降低云台寿命甚至直接损坏云台的现象，本实施例在一个云台控制周期中，持续或间歇性执行过温保护工作。
67.如图4所示，本实施例中通过温度传感器对电机控制模块和/或姿态控制模块进行温度信号采集，当电机控制模块和/或姿态控制模块的温度大于预设的温度阈值时，控制所述电机控制模块和/或姿态控制模块停止工作。
68.由于电机与电机控制模块一般安装在同一铝合金机臂内，电机温度与电机控制模块温度基本一致，因此在过温保护机制中只需要采集电机板温度参数即可。
69.在一具体实施过程中，通过温度传感器对电机控制模块和姿态控制模块内部mcu的温度数据，过温即强制关闭相应的驱动电路，保护电机，以及电机控制模块和姿态控制模块。
70.在一可选实施例中，针对在外部干扰、电源不稳，或者是软件错误的情况下，云台
主控板内部程序可能出现跑飞现象而进入死循环的现象，本实施例在云台中的mcu内设置看门狗机制。
71.本实施例利用mcu的独立看门狗机制，在程序意外跑飞导致超时未喂狗时，看门狗将重启程序，保证程序快速恢复正常。
72.实施例2
73.本实施例提出一种云台，应用实施例1提出的云台控制方法。如图5所示，为本实施例的云台的架构图。
74.本实施例提出的云台中，包括电机、第一模块110和第二模块120。
75.本实施例中，第一模块110用于根据控制指令输出用于控制电机工作的第一信号。
76.本实施例中，第二模块120用于根据第一信号对电机进行控制，并根据电机的工作状态向第一模块110反馈包括电机机械角数据的第二信号。
77.所述第一模块110根据第二信号对第一信号进行调整。
78.当第一模块110超出预设的时间未收到第二信号时，所述第一模块110向第二模块120输出带控制电机停止工作指令的第一信号；
79.当第二模块120超出预设的时间未收到第一信号时，所述第二模块120控制电机停止工作。
80.在一可选实施例中，云台为三轴云台，其电机包括俯仰电机、横滚电机和偏航电机。
81.在一可选实施例中，第一模块110为云台中的姿态控制模块或姿态板；第二模块120为云台中的电机控制模块或电机板。
82.在一可选实施例中，用于控制电机工作的第一信号中包括各电机的电流目标值，第二模块根据第一信号中的电流目标值控制电机的工作功率。
83.在一可选实施例中，所述包括电机机械角数据的第二信号中，包括俯仰电机机械角数据和横滚电机机械角数据。
84.在具体实施过程中，当电机控制模块超出预设的时间未收到姿态控制模块发出的电流目标值时，电机控制模块控制电机的电流值置零。
85.当姿态控制模块超出预设的时间未收到电机控制模块发出的机械角数据时，姿态控制模块将带电流目标值置零的第一信号输出至电机控制模块。
86.在一可选实施例中，当第一模块110超出预设的时间未收到第二信号时，对第二信号进行判断：
87.判断第一模块110是否超出预设的时间未收到俯仰电机机械角数据：
88.若是，则第一模块110向第二模块120输出第一信号用于控制横滚电机、偏航电机停止工作，并控制俯仰电机维持工作；
89.若否，则进一步判断是否第一模块110超出预设的时间未收到横滚电机机械角数据：
90.若是，则第一模块110向第二模块120输出第一信号用于控制偏航电机停止工作，并控制俯仰电机和横滚电机维持工作；否则第一模块110向第二模块120输出第一信号用于控制俯仰电机、横滚电机和偏航电机维持工作。
91.在一可选实施例中，针对当电机受到外部力矩过大以至电机所产生的力矩无法克
服，或电机的转子与定子间由于机械故障卡死时，导致电机出现堵转的现象，本实施例中的云台还设置有堵转过流保护模块200，用于对第一模块110输出的第一信号进行判断。
92.本实施例中，堵转过流保护模块200对第一模块110输出的电流目标值进行判断：
93.1)当第一模块110输出的第一信号中用于控制电机工作的工作电流目标值大于预设的电流值阈值且保持时间达到预设的时间阈值，堵转过流保护模块200向第一模块110反馈信号，所述第一模块110将第一信号设置为预设的安全值并输出。
94.2)当第一模块110输出的第一信号小于或等于预设的电流值阈值且保持时间达到预设的时间阈值，堵转过流保护模块200向第一模块110反馈信号，所述第一模块110将原始第一信号输出至第二模块120。
95.在一具体实施过程中，在堵转过流保护模块200监测到姿态控制闭环输出的电流目标值长时间过大时，控制姿态控制模块进入保护模式，将电流目标值强制置为安全值可为预设的电流目标值。当堵转过流保护模块200监测到姿态控制闭环输出的电流目标值变小时，即可认为三轴云台脱离堵转状态，此时控制姿态控制模块恢复使用姿态控制闭环输出的电流目标值，从而避免长时间电机电流过大导致电机及电机控制模块过热损坏。
96.在一可选实施例中，针对在堵转过流保护机制失效且散热不佳的情况下，电机及电机板将会产生意外温升，长时间过温将会降低云台寿命甚至直接损坏云台的现象，本实施例中的云台还设置有过温保护模块300，用于对通过温度传感器对第一模块110和/或第二模块120进行温度信号采集及判断。
97.其中，当第一模块110和/或第二模块120的温度大于预设的温度阈值时，过温保护模块300控制所述第一模块110和/或第二模块120停止工作。
98.在一具体实施过程中，通过温度传感器对电机控制模块和姿态控制模块内部mcu的温度数据，过温即强制关闭相应的驱动电路，保护电机，以及电机控制模块和姿态控制模块。当电机控制模块和/或姿态控制模块的温度大于预设的温度阈值时，过温保护模块300控制所述电机控制模块和/或姿态控制模块停止工作。
99.在一可选实施例中，针对在外部干扰、电源不稳，或者是软件错误的情况下，云台主控板内部程序可能出现跑飞现象而进入死循环的现象，本实施例中的云台还设置有看门狗模块400，用于控制第一模块110、第二模块120周期性工作。
100.本实施例利用mcu的独立看门狗机制，在程序意外跑飞导致超时未喂狗时，看门狗将重启程序，保证程序快速恢复正常。
101.实施例3
102.本实施例提供一种云台控制设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例1中提出的云台控制方法。
103.实施例4
104.本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被控制器执行时实现上述实施例1中提出的云台控制方法。
105.相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
106.附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
107.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可
以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。