CN106330052B - 用于驱动云台电机的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于驱动云台电机的方法及***。方法包括：获取所述电机的输出轴相对于零点位置的相对角位移；根据预设的第一电机负载曲线，确定与相对角位移相对应的最小锁定力矩；确定电机的自锁力矩，并使自锁力矩大于最小锁定力矩；根据自锁力矩驱动电机。本发明既能够在一定程度上满足对摄像机的有效支撑，又能够有效减小功耗，达到了节能减排的目的，环保性能好，符合我国节能减排的基本国策。

Description

用于驱动云台电机的方法及***

技术领域

本发明涉及云台控制技术领域，尤其涉及一种用于驱动云台电机的方法，还涉及一种用于驱动云台电机的***。

背景技术

在安防行业不断成熟的今天，各种各样的云台或者云台摄像机都不断地出现。为了以不同的姿态(即水平角度和垂直角度)监控场所的各个角度，云台包括水平电机和垂直电机。为了使摄像机静止保持在某个姿态，需要向水平电机和/或垂直电机提供足够的自锁力矩。

针对水平电机或者垂直电机，现有技术中通常按照某一固定锁定力矩来驱动电机，以实现全视角定点监控。具体地，现有技术中首先确定每种姿态下电机所需的锁定力矩，然后确定所有锁定力矩中的最大值，将大于该最大值的锁定力矩作为指定锁定力矩，并根据该指定锁力矩全程(云台转动的整个过程)驱动电机。然而，在云台转动的过程中，始终根据上述指定锁定力矩来驱动电机，势必会造成不必要的功率损耗及能源浪费，环保性能差，不符合我国节能减排的基本国策。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中，在云台转动的过程中，始终按照指定锁定力矩(指定锁定力矩大于各种姿态下电机所需的锁定力矩的最大值)来驱动电机，这势必会造成不必要的功率损耗及能源浪费，环保性能差，不符合我国节能减排的基本国策。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于驱动云台电机的方法及***，大大提高了云台的环保性能。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于驱动云台电机的方法，其包括：

获取所述电机的输出轴相对于零点位置的相对角位移；

根据预设的第一电机负载曲线，确定与所述相对角位移相对应的最小锁定力矩；

确定所述电机的自锁力矩，并使所述自锁力矩大于所述最小锁定力矩；

根据所述自锁力矩，驱动所述电机。

优选的是，根据预设的第一电机负载曲线，确定与所述相对角位移相对应的最小锁定力矩，包括：

将所述第一电机负载曲线划分为多个区间；

将每个所述区间的第一电机负载曲线拟合成一条直线，并使所述直线的幅值等于所述区间的第一电机负载曲线的最大值；

根据由所有区间对应的直线构成的分段直线，确定与所述相对角位移相对应的最小锁定力矩。

优选的是，确定所述电机的自锁力矩，并使所述自锁力矩大于所述最小锁定力矩，包括：

根据预设的第二电机负载曲线，确定与所述相对角位移相对应的最大锁定力矩；

计算所述最大锁定力矩减去所述最小锁定力矩的差值；

计算所述差值与预设的百分比的乘积，所述百分比为大于0并且小于1的实数；

将所述最小锁定力矩与所述乘积之和，确定为所述电机的自锁力矩。

优选的是，根据所述自锁力矩，驱动所述电机包括：

根据所述自锁力矩，确定驱动电压；

利用所述驱动电压对所述电机进行恒压驱动。

优选的是，根据所述自锁力矩，驱动所述电机包括：

根据所述自锁力矩，确定驱动电流；

利用所述驱动电流对所述电机进行恒流驱动。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于驱动云台电机的***，其包括：

获取模块，获取所述电机的输出轴相对于零点位置的相对角位移；

最小锁定力矩确定模块，根据预设的第一电机负载曲线，确定与所述相对角位移相对应的最小锁定力矩；

自锁力矩确定模块，确定所述电机的自锁力矩，并使所述自锁力矩大于所述最小锁定力矩；

驱动模块，根据所述自锁力矩，驱动所述电机。

优选的是，所述最小锁定力矩确定模块包括：

划分单元，将所述第一电机负载曲线划分为多个区间；

拟合单元，将每个所述区间的第一电机负载曲线拟合成直线，并使所述直线的幅值等于所述区间的第一电机负载曲线的最大值；

最小锁定力矩确定单元，根据由所有区间对应的直线构成的分段直线，确定与所述相对角位移相对应的最小锁定力矩。

优选的是，所述自锁力矩确定模块包括：

最大锁定力矩确定单元，根据预设的第二电机负载曲线，确定与所述相对角位移相对应的最大锁定力矩；

第一计算单元，计算所述最大锁定力矩减去所述最小锁定力矩的差值；

第二计算单元，计算所述差值与预设的百分比的乘积，所述百分比为大于0并且小于1的实数；

自锁力矩确定单元，将所述最小锁定力矩与所述乘积之和，确定为所述电机的自锁力矩。

优选的是，所述驱动模块包括：

驱动电压确定单元，根据所述自锁力矩，确定驱动电压；

第一驱动单元，利用所述驱动电压对所述电机进行恒压驱动。

优选的是，所述驱动模块包括：

驱动电流确定单元，根据所述自锁力矩，确定驱动电流；

第二驱动单元，利用所述驱动电流对所述电机进行恒流驱动。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

应用所述驱动方法，根据电机的输出轴相对于零点位置的相对角位移确定当前采样时刻电机的自锁力矩，并利用所确定的自锁力矩来驱动电机。一方面，由于本发明能够保证所确定的自锁力矩大于最小锁定力矩，因此能够在一定程度上满足对摄像机的有效支撑；另一方面，由于本发明可针对云台的不同姿态输出不同的自锁力矩，因此相比于现有技术中始终按照指定锁定力矩(指定锁定力矩大于各种姿态下电机所需的锁定力矩的最大值)驱动电机的情况，本实施例能够有效减小功耗，达到了节能减排的目的，环保性能好，符合我国节能减排的基本国策。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了用于驱动云台电机的方法的流程示意图；

图2示出了确定最小锁定力矩的方法的流程示意图；

图3示出了确定电机的自锁力矩的方法的流程示意图；

图4示出了用于驱动云台电机的***的结构示意图；

图5示出了最小锁定力矩确定模块的结构示意图；以及

图6示出了自锁力矩确定模块的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

在详细阐述各个具体实施例之前，首先简要说明云台机构的结构。该云台机构主要包括底座、水平电机、云台座、垂直电机和第一支架和第二支架。具体地，云台座通过转轴可转动地设置在底座的上表面上，水平电机的输出轴沿垂直方向设置，水平电机的输出轴与转轴(例如通过皮带)传动连接，以通过转轴带动云台座相对于底座的上表面水平旋转。垂直电机、第一支架和第二支架均设置在云台座上。第一支架和第二支架彼此间隔的相对设置，并且在第一支架上开设有第一通孔，在第二支架上开设有第二通孔，第一通孔内固定有第一轴承，第二通孔内固定有第二轴承。摄像机架设在第一支架和第二支架之间，在摄像机的左右两侧分别固装有第一转轴和第二转轴，第一转轴与第一轴承可转动配合连接，第二转轴与第二轴承可转动配合。垂直电机的输出轴呈水平方向，垂直电机的输出轴与第一转轴或者第二转轴(例如通过皮带)传动连接，以通过第一转轴或者第二转轴带动摄像机相对于第一支架和第二支架前后摇摆。

需要指出的是，本实施例不限于上述云台机构，例如可以为仅包括水平电机或者垂直电机的云台机构。

现有技术中，在云台转动的过程中，始终按照指定锁定力矩(指定锁定力矩大于各种姿态下电机所需的锁定力矩的最大值)来驱动电机，这势必会造成不必要的功率损耗及能源浪费，环保性能差，不符合我国节能减排的基本国策。为解决上述技术问题，本实施例提供了一种用于驱动云台电机的方法。

如图1所示，是本实施例的用于驱动云台电机的方法的流程示意图。本实施例所述的用于驱动云台电机的方法，主要包括以下步骤：

步骤101：获取电机的输出轴相对于零点位置的相对角位移。

具体地，在云台上电后，首先通过检测零点开关或者位置传感器来获取电机的输出轴的零点位置。然后在云台转动后，通过位置传感器来获取当前采样时刻电机的输出轴相对于零点位置的相对角位移。这里，相对角位移为当前采样时刻获取的电机的输出轴的角位移减去电机的输出轴处于零点位置的角位移的差。

步骤102：根据预设的第一电机负载曲线，确定与相对角位移相对应的最小锁定力矩。

在具体实施过程中，针对某种负载，通过离线实验建立起电机的输出轴的相对角位移与所需的最小锁定力矩之间相对应的关系。即通过离线实验，建立起电机的输出轴从零点位置过渡到指定位置的过程中，电机所需的最小锁定力矩的变化曲线。在执行本步骤时，直接在该第一电机负载曲线中得到与步骤101获取的相对角位移相对应的最小锁定力矩。

这里，由于通过离线实验获取第一电机负载曲线的方法为本领域技术人员的常规技术手段，属公知技术，因此在本文中对该方法不再进行展开说明。

步骤103：确定电机的自锁力矩，并使自锁力矩大于最小锁定力矩。

在本步骤中，原则上在保证所确定的自锁力矩大于最小锁定力矩的条件下，可以灵活自如地确定自锁力矩。然而，在具体实施例过程中，仍需考虑云台机构的整体硬件参数。确定电机的自锁力矩的优选方法将在下文中结合图2进行详细地阐述。

步骤104：根据自锁力矩，驱动电机。根据自锁力矩驱动电机的方法将在下文中结合图3进行详细地阐述。

需要注意的是，本实施例的方法既适用于云台机构的水平电机，也适用于云台机构的垂直电机。

应用本实施例所述的驱动方法，根据电机的输出轴相对于零点位置的相对角位移确定当前采样时刻电机的自锁力矩，并利用所确定的自锁力矩来驱动电机。一方面，由于本实施例能够保证所确定的自锁力矩大于最小锁定力矩，因此能够在一定程度上满足对摄像机的有效支撑；另一方面，由于本实施例可针对云台的不同姿态输出不同的自锁力矩，因此相比于现有技术中始终按照指定锁定力矩(指定锁定力矩大于各种姿态下电机所需的锁定力矩的最大值)驱动电机的情况，本实施例能够有效减小功耗，达到了节能减排的目的，环保性能好，符合我国节能减排的基本国策。

如图2所示，是确定最小锁定力矩的方法的流程示意图。本实施例根据预设的第一电机负载曲线，确定与相对角位移相对应的最小锁定力矩的方法，主要包括以下步骤：

步骤201：将第一电机负载曲线划分为多个区间。

步骤202：将每个区间的第一电机负载曲线拟合成一条直线，并使直线的幅值等于区间的第一电机负载曲线的最大值。

步骤203：根据由所有区间对应的直线构成的分段直线，确定与相对角位移相对应的最小锁定力矩。

在本实施例中，旨在将第一电机负载曲线拟合成分段直线，然后根据拟合后的分段直线确定与当前采样时刻获取的相对角位移相对应的最小锁定力矩。具体地，首先将第一电机曲线划分为多个连续的区间，然后将每个区间的第一电机曲线拟合成一条直线。拟合的规则为，使直线的幅度等于该区间内第一电机曲线的最大值。这样，就得到了由所有区间对应的直线构成的分段直线。

应用本实施例，可根据相对简单的分段直线即可得到最小锁定力矩，相比于上一实施例，由于分段直线要比复杂的第一电机负载曲线简单得多，因此本实施例能够在节能减排的基础上降低信息处理的复杂度，提高了***的控制性能。

在实际实施过程中，可根据硬件设备条件适当增加划分的区间个数，以达到节能减排与***控制性能的有机均衡。

如图3所示，是确定电机的自锁力矩的方法的流程示意图。本实施例确定电机的自锁力矩，并使自锁力矩大于最小锁定力矩的方法，主要包括以下步骤：

步骤301：根据预设的第二电机负载曲线，确定与相对角位移相对应的最大锁定力矩。

具体地，与第一电机负载曲线的建立过程相类似，在具体实施过程中，针对某种负载，通过离线实验建立起电机的输出轴的相对角位移与所需的最大锁定力矩之间相对应的关系。即通过离线实验，建立起电机的输出轴从零点位置过渡到指定位置的过程中，电机所需的最大锁定力矩的变化曲线。在执行本步骤时，直接在该第二电机负载曲线中得到与步骤101获取的相对角位移相对应的最大锁定力矩。

这里，由于通过离线实验获取第二电机负载曲线的方法为本领域技术人员的常规技术手段，属公知技术，因此在本文中对该方法不再进行展开说明。

步骤302：计算最大锁定力矩减去最小锁定力矩的差值。

步骤303：计算差值与预设的百分比的乘积，百分比为大于0并且小于1的实数。

步骤304：将最小锁定力矩与乘积之和，确定为电机的自锁力矩。

在本实施例中，根据表达式T＝T_min+α(T_max-T_min)来确定电机的自锁力矩。其中T表示确定的自锁力矩，T_min表示最小锁定力矩，T_max表示最大锁定力矩，α表示步骤303中的百分比，其满足0<α<1。

在一优选的实施例中，利用恒压驱动型电机驱动方案来驱动电机。上述步骤104涉及的根据自锁力矩驱动电机的方法为：首先根据自锁力矩，确定驱动电压。然后，利用驱动电压对电机进行恒压驱动。这里，在具体实施过程中，需要在离线构建的第一驱动数据库中确定与自锁力矩相对应的驱动电压，然后利用确定的驱动电压来恒压驱动电机。

第一驱动数据库通过一系列的离线试验构建而成。具体地，离线构建第一驱动数据库的方法包括：确定多个用于试验的驱动电压；依次对各个驱动电压，利用所述驱动电压来驱动电机并采集驱动电机的自锁力矩；将对应所述驱动电压的自锁力矩保存到第一驱动数据库。

在一优选的实施例中，利用恒流驱动型电机驱动方案来驱动电机。上述步骤104涉及的根据自锁力矩驱动电机的方法为：首先根据自锁力矩，确定驱动电流。然后，利用驱动电流对电机进行恒流驱动。这里，在具体实施过程中，需要在离线构建的第二驱动数据库中确定与自锁力矩相对应的驱动电流，然后利用确定的驱动电流来恒流驱动电机。

类似地，第二驱动数据库通过一系列的离线试验构建而成。具体地，离线构建第二驱动数据库的方法包括：确定多个用于试验的驱动电流；依次对各个驱动电流，利用所述驱动电流来驱动电机并采集驱动电机的自锁力矩；将对应所述驱动电流的自锁力矩保存到第二驱动数据库。

相应地，本实施例还提供了一种用于驱动云台电机的***。

如图4所示，是本实施例用于驱动云台电机的***的结构示意图。该***主要包括顺次电连接的获取模块401、最小锁定力矩确定模块402、自锁力矩确定模块403和驱动模块404。

具体地，获取模块401，设置为获取电机的输出轴相对于零点位置的相对角位移。特别地，获取模块401优选为零点开关或者位移传感器。

最小锁定力矩确定模块402，设置为根据预设的第一电机负载曲线，确定与相对角位移相对应的最小锁定力矩。

自锁力矩确定模块403，设置为确定电机的自锁力矩，并使自锁力矩大于最小锁定力矩。

驱动模块404，设置为根据自锁力矩，驱动电机。

如图5所示，是本实施例中最小锁定力矩确定模块402的结构示意图。该最小锁定力矩确定模块402主要包括顺次电连接的划分单元501、拟合单元502和最小锁定力矩确定单元503。

具体地，划分单元501，设置为将第一电机负载曲线划分为多个区间。

拟合单元502，设置为将每个区间的第一电机负载曲线拟合成直线，并使直线的幅值等于区间的第一电机负载曲线的最大值。

最小锁定力矩确定单元503，设置为根据由所有区间对应的直线构成的分段直线，确定与相对角位移相对应的最小锁定力矩。

如图6所示，是本实施例中自锁力矩确定模块403的结构示意图。该自锁力矩确定模块403主要包括顺次电连接的最大锁定力矩确定单元601、第一计算单元602、第二计算单元603和自锁力矩确定单元604。

具体地，最大锁定力矩确定单元601，设置为根据预设的第二电机负载曲线，确定与相对角位移相对应的最大锁定力矩。

第一计算单元602，设置为计算最大锁定力矩减去最小锁定力矩的差值。

第二计算单元603，设置为计算差值与预设的百分比的乘积，百分比为大于0并且小于1的实数。

自锁力矩确定单元604，设置为将最小锁定力矩与乘积之和，确定为电机的自锁力矩。

在一优选的实施例中，利用恒压驱动型电机驱动方案来驱动电机，驱动模块404包括彼此连接的驱动电压确定单元和第一驱动单元。

具体地，驱动电压确定单元，设置为根据自锁力矩，确定驱动电压。

第一驱动单元，设置为利用驱动电压对电机进行恒压驱动。

在一优选的实施例中，利用恒流驱动型电机驱动方案来驱动电机，驱动模块404包括彼此连接的驱动电流确定单元和第二驱动单元。

具体地，驱动电流确定单元，设置为根据自锁力矩，确定驱动电流。

第二驱动单元，设置为利用驱动电流对电机进行恒流驱动。

综上所述，应用本实施例所述的驱动***，根据电机的输出轴相对于零点位置的相对角位移确定当前采样时刻电机的自锁力矩，并利用所确定的自锁力矩来驱动电机。一方面，由于本实施例能够保证所确定的自锁力矩大于最小锁定力矩，因此能够在一定程度上满足对摄像机的有效支撑；另一方面，由于本实施例可针对云台的不同姿态输出不同的自锁力矩，因此相比于现有技术中始终按照指定锁定力矩(指定锁定力矩大于各种姿态下电机所需的锁定力矩的最大值)驱动电机的情况，本实施例能够有效减小功耗，达到了节能减排的目的，环保性能好，符合我国节能减排的基本国策。

上述各模块中的操作的具体细化，可参见上面结合图1至图3对相关方法的说明，在此不再详细赘述。

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，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。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于驱动云台电机的方法，其特征在于，包括：

获取所述电机的输出轴相对于零点位置的相对角位移；

根据预设的第一电机负载曲线，响应于所获取的所述电机的相对角位移，确定与所述相对角位移相对应的最小锁定力矩；其中，所述预设的第一电机负载曲线用于指示所述电机的输出轴的相对角位移与所需的所述最小锁定力矩之间相对应的关系；

确定所述电机的自锁力矩，并使所述自锁力矩大于所述最小锁定力矩，其包括：

根据预设的第二电机负载曲线，响应于所获取的所述电机的相对角位移，确定与所述相对角位移相对应的最大锁定力矩；

根据T＝T_min+α(T_max-T_min)确定电机的自锁力矩，其中，T表示所述自锁力矩，T_min表示所述最小锁定力矩，T_max表示所述最大锁定力矩，α表示百分比并满足0＜α＜1；

根据所述自锁力矩，驱动所述电机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一电机负载曲线，响应于所获取的所述电机的相对角位移，确定与所述相对角位移相对应的最小锁定力矩，包括：

将所述第一电机负载曲线划分为多个区间；

将每个所述区间的第一电机负载曲线拟合成一条直线，并使所述直线的幅值等于所述区间的第一电机负载曲线的最大值；

根据由所有区间对应的直线构成的分段直线，确定与所述相对角位移相对应的最小锁定力矩。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述电机的自锁力矩，并使所述自锁力矩大于所述最小锁定力矩，包括：

根据预设的第二电机负载曲线，确定与所述相对角位移相对应的最大锁定力矩；

计算所述最大锁定力矩减去所述最小锁定力矩的差值；

计算所述差值与预设的百分比的乘积，所述百分比为大于0并且小于1的实数；

将所述最小锁定力矩与所述乘积之和，确定为所述电机的自锁力矩。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述自锁力矩，驱动所述电机包括：

根据所述自锁力矩，确定驱动电压；

利用所述驱动电压对所述电机进行恒压驱动。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述自锁力矩，驱动所述电机包括：

根据所述自锁力矩，确定驱动电流；

利用所述驱动电流对所述电机进行恒流驱动。

6.一种用于驱动云台电机的***，其特征在于，包括：

获取模块，获取所述电机的输出轴相对于零点位置的相对角位移；

最小锁定力矩确定模块，根据预设的第一电机负载曲线，响应于所获取的所述电机的相对角位移，确定与所述相对角位移相对应的最小锁定力矩；其中，所述预设的第一电机负载曲线用于指示所述电机的输出轴的相对角位移与所需的所述最小锁定力矩之间相对应的关系；

自锁力矩确定模块，确定所述电机的自锁力矩，并使所述自锁力矩大于所述最小锁定力矩，其包括：

根据预设的第二电机负载曲线，响应于所获取的所述电机的相对角位移，确定与所述相对角位移相对应的最大锁定力矩；

根据T＝T_min+α(T_max-T_min)确定电机的自锁力矩，其中，T表示所述自锁力矩，T_min表示所述最小锁定力矩，T_max表示所述最大锁定力矩，α表示百分比并满足0＜α＜1；

驱动模块，根据所述自锁力矩，驱动所述电机。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述最小锁定力矩确定模块包括：

划分单元，将所述第一电机负载曲线划分为多个区间；

拟合单元，将每个所述区间的第一电机负载曲线拟合成直线，并使所述直线的幅值等于所述区间的第一电机负载曲线的最大值；

最小锁定力矩确定单元，根据由所有区间对应的直线构成的分段直线，确定与所述相对角位移相对应的最小锁定力矩。

8.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述自锁力矩确定模块包括：

最大锁定力矩确定单元，根据预设的第二电机负载曲线，确定与所述相对角位移相对应的最大锁定力矩；

第一计算单元，计算所述最大锁定力矩减去所述最小锁定力矩的差值；

第二计算单元，计算所述差值与预设的百分比的乘积，所述百分比为大于0并且小于1的实数；

自锁力矩确定单元，将所述最小锁定力矩与所述乘积之和，确定为所述电机的自锁力矩。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的***，其特征在于，所述驱动模块包括：

驱动电压确定单元，根据所述自锁力矩，确定驱动电压；

第一驱动单元，利用所述驱动电压对所述电机进行恒压驱动。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的***，其特征在于，所述驱动模块包括：

驱动电流确定单元，根据所述自锁力矩，确定驱动电流；

第二驱动单元，利用所述驱动电流对所述电机进行恒流驱动。