[发明专利]三轴微型云台及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及云台技术领域，具体涉及一种三轴微型云台及其控制方法。

背景技术

现有无人机上连接的云台所用电机为无刷电机，无刷电机接口为A、B、C三相。

如图1所示现有云台控制方法流程图，其采用了三闭环控制，云台主控处理器通过IMU传感器解算出云台当前的横滚、俯仰姿态角及偏航角，得到云台各轴位置控制量；云台各轴的位置控制量经过位置控制器形成闭环，得到各轴的速度控制量；各轴的速度控制量，经过速度控制器形成闭环，得到各轴的电流控制量；各轴的电流控制量经过电流控制器形成闭环，经过转子磁场定向控制FOC算法和SVPWM及逆变技术对无刷电机进行控制。如图，在FOC算法中，需要采集电机的三相电流，并将三相电流由三相平面坐标系向两相静止平面直角坐标系的转换，转换为，称之为 Clarke变换(也叫 3s/2s 变换)；由两相静止平面直角坐标系向两相旋转直角坐标系的转换，称之为 Park变换（也叫2s/2r变换)；以及它们的逆变换。在进行Park变换及其逆变换过程中，需要用到电机电角度信息，需要有测角传感器对电机电角度进行测量。

因此采用FOC控制算法对无刷电机进行控制，FOC控制算法的前提条件是要获取电机的电角度和电机三相电流。获取三相电流的方式都是采用采样电阻测量。测量电机的电角度常用的有两种测量方法：第一种是采用角度传感器测量，其将角度传感器套在电机轴上，获取电机的物理角度，然后换算出电机的电角度。但是这种传感器存在物理摩擦，寿命短的缺点；并且传感器的体积大，无法小型化，从而导致云台的体积大；另一种是采用磁编码器测量，磁编码为非接触式传感器，不存在物理摩擦，故寿命比角度传感器长。但是需要外部磁铁配合，无法进行微型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三轴微型云台及其控制方法，其体积小巧，实现了微型化，可挂载于微型无人机或口袋式无人机，为用户提供清晰稳定的视频图像，同时其控制方式简单。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种三轴微型云台，包括横滚轴组件、俯仰轴组件及偏航轴组件，其中所述横滚轴组件、俯仰轴组件及偏航轴组件上分别安装有微型直流电机和用于采集各轴角速度、加速度的IMU传感器，三个所述微型直流电机、三个IMU传感器分别与处理电路装置电连接，所述处理电路装置通过接收三个IMU传感器实时采集的各轴角速度与加速度数据实时控制横滚轴组件、俯仰轴组件上的微型直流电机转动。

优选地，三个所述微型直流电机均采用空心杯电机。

优选地，所述偏航轴组件上安装有用于采集偏航轴组件角度的微型磁编码器，所述微型磁编码器与所述处理电路装置电连接，所述处理电路装置通过读取微型磁编码器的角度数据和偏航轴组件上的IMU传感器的偏航角速度数据，实时控制偏航轴组件上的微型直流电机转动。

优选地，所述横滚轴组件、俯仰轴组件及偏航轴组件分别沿各自轴心线方向固定有所述微型直流电机。

优选地，所述横滚轴组件、俯仰轴组件及偏航轴组件分别包括一安装座，所述横滚轴组件、俯仰轴组件、偏航轴组件中任意两个相邻设置的组件之间通过其中一个微型直流电机的输出轴与另一个安装座连接固定。

优选地，远离无人机连接端的最外侧所述横滚轴组件或俯仰轴组件或偏航轴组件上安装有相机组件，所述相机组件与所述处理电路装置电连接，所述相机组件包括微型镜头模组及极细同轴线，所述极细同轴线的一端固定于微型镜头模组，另一端经过所连接的横滚轴组件或俯仰轴组件或偏航轴组件上的微型直流电机后固定于相邻的俯仰轴组件或偏航轴组件或横滚轴组件的微型直流电机上，并与所述处理电路装置电连接，所述处理电路装置实时获取微型镜头模组采集的视频数据。

优选地，所述微型镜头模组包括镜头及与镜头连接的PCB板，所述PCB板上集成有可实时检测微型镜头模组角速度和加速度的惯性测量单元。

优选地，所述PCB板上还集成有极细同轴线插座，所述极细同轴线与极细同轴线插座对接。

优选地，所述相机组件所连接的横滚轴组件或俯仰轴组件或偏航轴组件及与该组件相连接的组件上的两个所述微型直流电机上分别设置有卡槽，所述极细同轴线卡固于两个卡槽上。

优选地，所述相机组件安装于一固定座内，所述固定座与远离无人机连接端的最外侧所述横滚轴组件或俯仰轴组件或偏航轴组件上的微型直流电机输出轴连接，所述极细同轴线穿出所述固定座后卡固于两个所述卡槽上，所述极细同轴线上靠近其中一个卡槽且对应其所在的微型直流电机轴心位置的部位包扎有软胶，所述极细同轴线上靠近另一个卡槽且对应其所在的微型直流电机轴心位置的部位也包扎有软胶。