控制云台运动的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种控制云台运动的方法及装置。

背景技术

现有的重载云台摄像机是通过控制安装在X轴和Y轴上的步进电机实现摄像机的运动来达到监控场景的目的。由于步进电机缺少对运动状态的检测的反馈以及在高速下力矩小的特性，导致云台跟踪高速物体时，出现电机失步现象，但控制器不能判断云台是否按要求转到预定位置或者是否存在转动偏差，导致长时间工作时，云台的误差越来越大。

目前业界会使用软件上对云台重启的方式对云台角度进行校准，这样严重影响了键控摄像机的工作效率。现有的重载云台相机无法实现高精度的运动控制和快速的相应控制。

针对相关技术中，云台运动控制准确率低的问题，目前尚未存在有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种控制云台运动的方法及装置，以至少解决相关技术中云台运动控制准确率低的问题。

根据本发明的一个实施例，提供了一种控制云台运动的方法，包括：接收摄像机发送的业务指令，其中，所述业务指令用于指示云台的运行方式；根据所述云台的运行方式生成相应的运行曲线；通过电机控制所述云台按照所述运行曲线运动。

可选地，在所述根据所述云台的运行方式生成相应的运行曲线之前，所述方法包括：在所述云台的运行方式为持续运动的情况下，确定所述云台持续运动的第一运行速度；在所述云台的运行方式为精确定位的情况下，确定所述云台按照第二运行速度运动至目标运行位置。

可选地，在所述云台的运行方式为所述持续运动的情况下，所述根据所述目标运行信息生成运行曲线，包括：根据所述云台的当前运行速度和所述第一运行速度生成第一运行曲线，其中，所述第一运行曲线包括所述云台从所述当前运行速度调整至所述第一运行速度的速度变化曲线，以及按照所述第一运行速度持续运动曲线。

可选地，在所述云台的运行方式为持续运动的情况下，通过电机控制所述云台按照所述运行曲线运动，包括：重复执行以下步骤，直至所述电机的当前运动速度为所述第一运行速度：通过电机编码器确定所述电机的当前电气角和当前运行速度；根据所述电机的当前电气角和当前运行速度，控制所述电机的当前运行速度为所述第一运行曲线中当前目标运行速度运动。

可选地，在所述云台的运行方式为精确定位的情况下，所述根据所述目标运行信息生成运行曲线，包括：根据所述云台的当前位置、所述第二运行速度和所述目标运行位置生成第二运行曲线，其中，所述第二运行曲线包括所述云台从所述当前位置按照所述第二运行速度运动到所述目标运行位置的运动轨迹。

可选地，在所述云台的运行方式为精确定位的情况下，通过电机控制所述云台按照所述运行曲线运动，包括：重复执行以下步骤，直至所述电机运行至所述目标运行位置：通过电机编码器确定所述电机的当前电气角、当前运行速度和当前机械角；根据所述电机的当前电气角、当前运行速度和当前机械角，控制所述电机运行至所述第二运行曲线中当前目标运行位置。

可选地，在所述接收摄像机机芯发送的业务指令之前，所述方法包括：确定电机编码器的计数值与所述电机的电气角度之间的偏移值；通过所述偏移值对所述电机编码器进行校准。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种控制云台运动的装置，包括：接收模块，用于接收摄像机发送的业务指令，其中，所述业务指令用于指示云台的运行方式；生成模块，用于根据所述云台的运行方式生成相应的运行曲线；控制模块，用于通过电机控制所述云台按照所述运行曲线运动。

根据本发明的又一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

根据本发明的又一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

通过本发明，由于通过接收摄像机发送的业务指令，业务指令用于指示云台的运行方式；根据云台的运行方式生成相应的运行曲线；通过电机控制云台按照运行曲线运动，实现了高精度的运动控制，因此，可以解决云台运动控制准确率低的问题，达到提高云台运动控制准确率的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的一种控制云台运动的方法的移动终端的硬件结构框图；

图2是根据本发明实施例的控制云台运动的方法的流程图；

图3是根据本发明可选实施例的系统模块框架示意图；

图4是根据本发明可选实施例的控制流程示意图；

图5是根据本发明可选实施例的速度S曲线示意图；

图6是根据本发明可选实施例的基于编码器的速度控制示意图；

图7是根据本发明可选实施例的位置S曲线示意图；

图8是根据本发明可选实施例的基于编码器的位置控制示意图；

图9是根据本发明实施例的控制云台运动的装置的结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请实施例一所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。以运行在移动终端上为例，图1是本发明实施例的一种控制云台运动的方法的移动终端的硬件结构框图。如图1所示，移动终端10可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，可选地，上述移动终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述移动终端的结构造成限定。例如，移动终端10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。

存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的控制云台运动的方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至移动终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、运动通信网及其组合。

传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括移动终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

在本实施例中提供了一种运行于上述移动终端的控制云台运动的方法，图2是根据本发明实施例的控制云台运动的方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S202，接收摄像机发送的业务指令，其中，所述业务指令用于指示云台的运行方式；

步骤S204，根据所述云台的运行方式生成相应的运行曲线；

步骤S206，通过电机控制所述云台按照所述运行曲线运动。

通过上述步骤，由于通过接收摄像机发送的业务指令，业务指令用于指示云台的运行方式；根据云台的运行方式生成相应的运行曲线；通过电机控制云台按照运行曲线运动，实现了高精度的运动控制，因此，可以解决云台运动控制准确率低的问题，达到提高云台运动控制准确率的效果。

可选地，上述步骤的执行主体可以为移动终端，例如云台等，但不限于此。

作为一个可选的实施方式，如图3所示是根据本发明可选实施例的系统模块框架示意图，其中，摄像机机芯负责监控图像的处理以及云台之间的交互通信，按照约定好的云台控制协议控制云台相应的业务功能；云台业务模块负责处理机芯下发的云台命令并读取云台当前位置和速度信息反馈给机芯；伺服FOC控制模块负责电机的控制算法，通过读取云台业务模块下发的目标速度和目标角度进行算法控制，最终输出三相电压给电机；伺服电机接收到三相电压后进行旋转，旋转过程中编码器将编码值发送给电机控制模块。在本实施例中，业务指令可以由摄像机机芯发送至云台，业务指令中携带有指示云台运行方式的信息，云台的运行方式包括但不限于持续移动和精确定位。持续移动是指按照目标速度持续运动，精确定位是指控制云台从当前运行位置运动到目标运行位置。

作为一个可选的实施方式，如图4所示是根据本发明可选实施例的控制流程示意图，其中，包括如下步骤：

步骤S41，获取摄像机云台参数，完成摄像机系统初始化，以及对电机编码器进行校准。

云台参数包括但不限于：运动最大速度V

步骤S42，云台获取摄像机机芯发送的业务指令，并分析业务指令所指示的云台运行方式，云台运行方式包括持续运动和精确定位。若业务指令指示的是持续运动，则跳转至步骤S43，若业务指令指示的是精确定位，则跳转到步骤S46。

步骤S43，在业务指令指示云台的运行方式是持续运动的情况下，设置目标速度，目标速度可以是云台持续运动的最大速度。

步骤S44，可以根据云台的当前运行速度和目标速度绘制速度曲线，并且可以根据中断频率离散曲线。

步骤S45，通过伺服电机进行速度控制，以控制云台持续运动。

步骤S46，在业务指令指示云台的运动方式是精确定位的情况下，可以设置目标角度和运行速度，目标角度用于控制云台的方向，运行速度可以对云台的速度进行控制。

步骤S47，通过伺服电机进行位置环控制，可以使用运行速度对云台的速度进行限制。

在本实施例总，电机可以是伺服电机，以伺服电机作为传动组件，使用矢量控制算法和磁编码器校正策略以保证云台可以高精度控制和快速响应控制。

可选地，在所述根据所述云台的运行方式生成相应的运行曲线之前，所述方法包括：在所述云台的运行方式为持续运动的情况下，确定所述云台持续运动的第一运行速度；在所述云台的运行方式为精确定位的情况下，确定所述云台按照第二运行速度运动至目标运行位置。

作为一个可选的实施方式，持续移动是云台以设定速度持续旋转，是一种速度控制。设定速度可以是第一运行速度，第一运行速度可以是设备持续旋转的速度，可以根据实际情况进行设置。精确定位是以设定速度定位到目标位置，设定速度可以是第二运行速度，第二运行速度可以根据实际情况进行设置。精确定位是一种位置控制。

可选地，在所述云台的运行方式为所述持续运动的情况下，所述根据所述目标运行信息生成运行曲线，包括：根据所述云台的当前运行速度和所述第一运行速度生成第一运行曲线，其中，所述第一运行曲线包括所述云台从所述当前运行速度调整至所述第一运行速度的速度变化曲线，以及按照所述第一运行速度持续运动曲线。

作为一个可选的实施方式，接收摄像机机芯下发给云台的业务指令，判断当前云台需要如何运动。通过逻辑分析，最终得到是持续移动还是精确定位。持续移动可以使用速度S曲线方式，使运动过程平滑柔和。按电机控制周期将速度S曲线离散出来，作为控制速度环的目标速度，单位可以是°/s。如图5所示是根据本发明可选实施例的速度S曲线示意图，图中，Vs可以是云台的当前运行速度，V

可选地，在所述云台的运行方式为持续运动的情况下，通过电机控制所述云台按照所述运行曲线运动，包括：重复执行以下步骤，直至所述电机的当前运动速度为所述第一运行速度：通过电机编码器确定所述电机的当前电气角和当前运行速度；根据所述电机的当前电气角和当前运行速度，控制所述电机的当前运行速度为所述第一运行曲线中当前目标运行速度运动。

作为一个可选的实施方式，可以使用电机FOC算法控制，使用q24定标格式，对所有物理量进行标幺化处理。图6所示是根据本发明可选实施例的基于编码器的速度控制示意图，其中编码器测量出电机的当前电气角和当前运行速度，当前电气角输入到PARK和反PARK变换使用，当前运行速度输入到速度环进行速度控制，图中给定速度可以是S曲线中离散出的速度，如V

可选地，在所述云台的运行方式为精确定位的情况下，所述根据所述目标运行信息生成运行曲线，包括：根据所述云台的当前位置、所述第二运行速度和所述目标运行位置生成第二运行曲线，其中，所述第二运行曲线包括所述云台从所述当前位置按照所述第二运行速度运动到所述目标运行位置的运动轨迹。

作为一个可选的实施方式，可以使用位置S曲线方式，按电机控制周期离散出当前位置到目标位置的S曲线各个离散点，作为控制位置环的目标位置单位可以是°。如图7所示是根据本发明可选实施例的位置S曲线示意图，图中坐标原点可以是云台的当前位置，S

可选地，在所述云台的运行方式为精确定位的情况下，通过电机控制所述云台按照所述运行曲线运动，包括：重复执行以下步骤，直至所述电机运行至所述目标运行位置：通过电机编码器确定所述电机的当前电气角、当前运行速度和当前机械角；根据所述电机的当前电气角、当前运行速度和当前机械角，控制所述电机运行至所述第二运行曲线中当前目标运行位置。

作为一个可选的实施方式，图8是基于编码器的位置控制示意图，编码器驱动可以输出云台当前机械角、电气角、转速和绝对位置等四个量。图中位置S曲线发生器中输入的Pref可以是第二曲线中离散出的各个位置，如S

可选地，在所述接收摄像机机芯发送的业务指令之前，所述方法包括：确定电机编码器的计数值与所述电机的电气角度之间的偏移值；通过所述偏移值对所述电机编码器进行校准。

作为一个可选的实施方式，由于电机FOC算法控制时，用于坐标转换的电气角度是由编码器计数值转换而来，那么编码器对齐异常会造成电机真实电气角度与计算用电气角度存在偏差，磁场与电流夹角不是90°，电机出现快速反转或力矩变小。因此编码器校准的好坏直接影响电机的运行效果。本控制方法编码器校准使用逐次逼近法，主要分为两步。

步骤1：获取逐次逼近最优电压。首先使用开环输入电压ud的方式让电机转动起来，先给ud一个最小值，例q(0.1)，时刻读取编码器值。若一定时间内编码器值不变则增大Δud，直到编码器值连续几个周期内都有数值变化。保持当前ud，并记录此时给定的电气角度Θ1、编码器计数Cnt1。在下次给电气角度Θ1时，计算当前编码器计数值Cnt2与Cnt1的差值是否编码器线数/电机极对数，若不是再次增加Δud，继续②操作，直至编码器差值满足需求。那么此时的ud就是编码器校准时，能让电机转动的最优电压UdCali。步骤2：获取偏移值。保存电压UdCali，设置编码器Z信号为外部中断触发，当Z信号触发时，AB信号计数硬件清零，电机停止。然后给电压UdCali，电气角度给0°，进行对齐操作。对齐后，读取AB信号值，记做偏移值EncoderOffset。至此编码器校准完成，后续只要一直使用当前同型号电机，那么编码器计数值和电机的电气角度存在一个EncoderOffset偏移量。云台再次重启时，就无需再进行编码器校准，后续读取的编码器值减去偏移值即为电气0°对应的编码器值。编码器值与电气角度校准完成。

本申请使用伺服电机替换现有的步进电机，由编码器反馈云台的实时位置，能兼顾高速运作和高精度控制需求，并且可以更快的加减速。逐次逼近法进行编码器校准，相对常规的暴力对齐方式，此方法校准过程电机运行平滑，不对结构造成影响。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

在本实施例中还提供了一种控制云台运动的装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图9是根据本发明实施例的控制云台运动的装置的结构框图，如图9所示，该装置包括：接收模块92，用于接收摄像机发送的业务指令，其中，所述业务指令用于指示云台的运行方式；生成模块94，用于根据所述云台的运行方式生成相应的运行曲线；控制模块96，用于通过电机控制所述云台按照所述运行曲线运动。

可选地，上述装置还用于在所述根据所述云台的运行方式生成相应的运行曲线之前，在所述云台的运行方式为持续运动的情况下，确定所述云台持续运动的第一运行速度；在所述云台的运行方式为精确定位的情况下，确定所述云台按照第二运行速度运动至目标运行位置。

可选地，上述装置用于根据所述云台的当前运行速度和所述第一运行速度生成第一运行曲线，其中，所述第一运行曲线包括所述云台从所述当前运行速度调整至所述第一运行速度的速度变化曲线，以及按照所述第一运行速度持续运动曲线。

可选地，上述装置同于重复执行以下步骤，直至所述电机的当前运动速度为所述第一运行速度：通过电机编码器确定所述电机的当前电气角和当前运行速度；根据所述电机的当前电气角和当前运行速度，控制所述电机的当前运行速度为所述第一运行曲线中当前目标运行速度运动。

可选地，上述装置用于根据所述云台的当前位置、所述第二运行速度和所述目标运行位置生成第二运行曲线，其中，所述第二运行曲线包括所述云台从所述当前位置按照所述第二运行速度运动到所述目标运行位置的运动轨迹。

可选地，上述装置用于重复执行以下步骤，直至所述电机运行至所述目标运行位置：通过电机编码器确定所述电机的当前电气角、当前运行速度和当前机械角；根据所述电机的当前电气角、当前运行速度和当前机械角，控制所述电机运行至所述第二运行曲线中当前目标运行位置。

可选地，上述装置用于在所述接收摄像机机芯发送的业务指令之前，确定电机编码器的计数值与所述电机的电气角度之间的偏移值；通过所述偏移值对所述电机编码器进行校准。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：

S1，接收摄像机发送的业务指令，其中，所述业务指令用于指示云台的运行方式；

S2，根据所述云台的运行方式生成相应的运行曲线；

S3，通过电机控制所述云台按照所述运行曲线运动。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、运动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

S1，接收摄像机发送的业务指令，其中，所述业务指令用于指示云台的运行方式；

S2，根据所述云台的运行方式生成相应的运行曲线；

S3，通过电机控制所述云台按照所述运行曲线运动。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。