CN111076761B - 磁编码器校准方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种磁编码器校准方法及***。该方法包括：获取磁编码器测量获得的电机关节角角度；结合角度对应关系表和线性插值算法对测量获得的电机关节角角度进行修正；角度对应关系表通过如下步骤建立：选取校准角度范围，根据校准角度范围设置采样点数，并根据采样点数及校准角度范围设置每一采样点对应的目标欧拉角度；控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴根据采样点依序转动至所有目标欧拉角度，获取并记录该旋转轴转动至各个目标欧拉角度时磁编码器测量获得的对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表。本发明通过将磁编码器安装于旋转设备的旋转轴上直接进行校准，利用磁编码器测量获得的电机关节角角度映射为真实的角度，操作简单快捷。

Description

磁编码器校准方法及***
技术领域
本发明涉及机器/仪器校准技术领域，尤其涉及一种磁编码器校准方法及***。
背景技术
近年来随着人工智能的快速发展和普及，越来越多的智能设备开始出现，极大地便利人们的生活，智能设备的运动往往需要电机来实现。无刷直流电机不使用机械结构的换向电刷，而使用电子换向器，具有更好的扭矩转速特性，高效率，低噪声，长寿命，因此，在各种智能设备中被广泛应用。无刷直流电机的控制方法有多种，其中，电机矢量控制原理简单，控制效果优异，得到了广泛应用，矢量控制中需要利用位置传感器检测转子位置，在小型智能设备中，磁编码器体积小且测量角度精度高，因此被大量使用。
但是，磁编码器测量得到的角度会存在误差问题，具体表现为磁编码器的测量值输出从0到360°的过程是非线性的，有的位置角度改变比实际变化角度快，有的位置角度改变比实际变化角度慢，使得某些位置的角度测量存在误差，导致电机矢量控制出现转矩脉冲、速度波动等问题，影响电机控制效果。
为确保角度测量的准确性，目前主流的方法是对编码器进行校准，该方法的关键在于准确角度的获取，如国家知识产权局于2017年5月17日公开的公开号为CN106679710A的发明专利申请所公开的一种磁编码器校准方法及***，其公开利用电调板驱动电机转动到固定电角度以实现校准，但该方法本质上是一种开环控制，开环控制的弊端在于没有反馈，不能保证结果的准确性，而且还需要对获得的电角度进行机械角度的换算，但是电角度和机械角度对应关系不唯一，由电角度转换得到准确机械角度的过程复杂，同时，上位机和电调板进行交互，采集数据可靠性低，对硬件要求较多，操作成本高，实验方案复杂。又如国家知识产权局于2015年7月8日公开的公开号CN104767467A的发明专利申请所公开的一种电机机械零点的校准方法，其公开向电机注入直轴分量电流可以确保转子转到电角度为0的位置，操作简单，然而该方法对于多对级电机操作起来也十分不方便，因为对n对级电机在机械角度0-360°中将会出现n个电角度为0的位置，而电机转动到的位置存在随机性，为了确保采集到的所有的机械零点，需要多次采样，并且对结果进行检验，增大了操作量和操作难度，此外，该方法采样点数原理上会收到电机极对数的限制，最多只能在0-360°范围内采集电机极对数n个数据作为准确值，校准效果受限。
发明内容
本发明实施例提供了一种磁编码器校准方法及***，旨在无需专门的治具和校准设备直接进行磁编码器的校准，操作成本低，且无需进行电角度和机械角度的复杂换算，操作简单快捷，且可靠性强。
第一方面，本发明实施例提供了一种磁编码器校准方法，其包括：获取磁编码器测量获得的电机关节角角度；结合角度对应关系表和线性插值算法对测量获得的电机关节角角度进行修正，得到修正后的电机关节角角度；其中，角度对应关系表通过如下步骤建立：选取校准角度范围，根据所述校准角度范围设置采样点数，并根据采样点数及校准角度范围设置每一采样点对应的目标欧拉角度；控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴根据采样点依序转动至所有目标欧拉角度，获取并记录该旋转轴转动至各个目标欧拉角度时旋转轴上的磁编码器测量获得的对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表。
第二方面，本发明实施例还提供了一种磁编码器校准***，用于校准具有旋转轴的旋转设备的磁编码器，所述旋转轴上设置有用于控制旋转轴转动的电机，所述磁编码器安装于所述旋转设备的旋转轴上，用于测量获取对应的电机的电机关节角角度，所述磁编码器校准***包括：采集模块，用于获取磁编码器测量获得的电机关节角角度；校正模块，用于结合角度对应关系表和线性插值算法对测量获得的电机关节角角度进行修正，得到修正后的电机关节角角度；设置模块，用于选取校准角度范围，根据所述校准角度范围设置采样点数，并根据采样点数及校准角度范围设置每一采样点对应的目标欧拉角度；角度对应处理模块，用于控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴根据采样点依序转动至所有目标欧拉角度，获取并记录该旋转轴转动至各个目标欧拉角度时旋转轴上的磁编码器测量获得的对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表。
本发明实施例提供了一种磁编码器校准方法及***。本发明实施例由于磁编码器直接安装于旋转设备的旋转轴上，通过控制旋转轴绕轴向转动至一预设角度，获取磁编码器测量获得的电机关节角角度，结合角度对应关系表及线性插值算法对该电机关节角角度进行修正，获得修正后的电机关节角角度，实现可直接利用磁编码器测量获得的电机关节角角度映射为真实准确的角度，从而提高磁编码器的线性度，无需专门的治具和校准设备直接实现磁编码器的校准，操作成本低，且无需进行电角度和机械角度的复杂换算，其中，角度对应关系表可通过多次控制旋转轴绕轴向转动至设置的目标欧拉角度，获取目标欧拉角度与旋转轴上的磁编码器测量获得的电机关节角角度之间的对应关系，操作简单快捷，且可靠性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，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的前提下，还可以提供这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的磁编码器校准***的示意性框图；
图2为本发明实施例提供的磁编码器校准***的角度对应处理模块的示意性框图；
图3为本发明实施例提供的磁编码器校准***的采集模块的示意性框图；
图4为本发明实施例提供的磁编码器校准***一具体应用的示意性框图；
图5为本发明实施例提供的磁编码器校准方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的磁编码器校准方法的具体流程示意图
图7为本发明实施例提供的磁编码器校准方法的建立角度对应关系表的流程示意图；以及
图8为本发明实施例提供的磁编码器校准方法的建立角度对应关系表的子流程示意图。
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，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其他情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的属于“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的磁编码器校准***的示意性框图。如图1所示，本发明提供一种磁编码器校准***10用于校准具有旋转轴的旋转设备20的磁编码器210，所述旋转轴上设置有用于控制旋转轴转动的电机，所述磁编码器210安装于所述旋转设备20的旋转轴上，每一所述磁编码器210与对应的电机通信连接，用于测量获取对应的电机的电机关节角角度。
所述磁编码器校准***10包括有采集模块110、校正模块120、设置模块130及角度对应处理模块140，所述采集模块110用于获取磁编码器210测量获得的电机关节角角度。所述校正模块120用于结合角度对应关系表和线性插值算法对测量获得的电机关节角角度进行修正，得到修正后的电机关节角角度；通过角度对应关系表和线性插值算法对测量获得的电机关节角角度进行修正，提高了磁编码器210测量值的线性度，从而提高了磁编码器210的准确率。
所述设置模块130用于选取校准角度范围，根据所述校准角度范围设置采样点数，并根据采样点数及校准角度范围设置每一采样点对应的目标欧拉角度。所述校准角度范围的选取及采样点数目的设置均可由用户输入，其中，所述采样点数可设置为n，n≥3，根据采样点数n，所述采样点分别为1～n，结合选取的校准角度范围及采样点数，将校准角度范围平均分为n等份，以对应每一所述采样点分别设置相应的目标欧拉角度，相邻的两个采样点之间对应的目标欧拉角度呈等差递增关系。假设采样点的序号为i，i＝1,2,···,n，其对应的目标欧拉角度用bi表示，对应于采样点序号分别为b1,b2,···,bn，相应地，所述电机关节角角度用ai表示，对应于采样点序号分别为a1,a2,···,an。
所述角度对应处理模块140用于控制旋转设备20的安装有磁编码器210的旋转轴根据采样点依序转动至所有目标欧拉角度，获取并记录该旋转轴转动至各个目标欧拉角度时旋转轴上的磁编码器测量获得的对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表。
在一些实施例中，如图2所示，所述角度对应处理模块140包括转动控制单元141、采样记录单元142、转动计数器143及建表单元144，所述转动控制单元141与具有旋转轴的旋转设备20连接，用于控制旋转设备20的安装有磁编码器210的旋转轴绕对应的轴向转动至相应的目标欧拉角度。所述采样记录单元142与所述磁编码器210连接，用于获取所述旋转轴转动至所述目标欧拉角度时对应的磁编码器210测量获得的电机关节角角度，记录所述目标欧拉角度及其对应的电机关节角角度。所述转动计数器143用于统计转动轴的转动次数，其中转动轴代表转动控制单元141控制所述旋转设备20转动的一旋转轴，初始的转动次数为0，转动次数可与所述采样点相对应。所述建表单元144用于根据所述采样点数，结合所有的目标欧拉角度及其对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表。
所述转动控制单元141控制旋转设备20的旋转轴绕对应的轴向转动至相应的目标欧拉角度后，旋转轴上的磁编码器210测量获得对应的电机关节角角度，所述采样记录单元142获取该电机关节角角度，并将目标欧拉角度及对应的该电机关节角角度进行记录。当所述转动轴完成一次转动时，所述转动计数器143更新转动次数，所述更新转动次数为统计的转动次数加一，根据更新后的转动次数与设置模块130中设置的采样点数进行比较，判断更新后的转动次数是否达到所述采样点数；若否，则代表所述转动控制单元141未控制转动轴旋转至所有目标欧拉角度，则转动控制单元141根据所述设置模块130中的下一采样点对应的目标欧拉角度控制转动轴转动；所述采集记录单元142获取并记录所述目标欧拉角度及对应的磁编码器210测量获得的电机关节角角度；若是，则代表所述转动控制单元141已控制转动轴旋转至所有目标欧拉角度，并已通过采样记录单元142获取并记录所有的目标欧拉角度及其对应的点及关节角角度，所述建表单元144工作，以根据所有采样点数，结合所有的目标欧拉角度及其对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表，同时，所述转动控制单元141停止工作，转动计数器143的转动次数归零。
在一些实施例中，如图3所示，具体地，所述采集模块110包括有转动单元111及采样单元112，所述转动单元111用于控制旋转设备20的安装有磁编码器210的旋转轴转动至一预设角度。所述采样单元112用于获取该旋转轴上的磁编码器210测量获得的电机关节角角度。优选地，所述校正模块120包括处理单元，所述处理单元用于根据旋转轴上的磁编码器210测量获得的电机关节角角度结合所述角度对应关系表，获取该电机关节角角度所在的关节角区间，利用以下计算式根据所述关节角区间的端点及其对应的目标欧拉角度通过线性插值算法获取修正后的电机关节角角度：
当a＜a1时，
Figure BDA0002345402040000081
当a1≤a＜an时，
Figure BDA0002345402040000082
当a≥an时，
Figure BDA0002345402040000083
式中，a表示旋转轴上的磁编码器测量获得的电机关节角角度，a～表示修正后的电机关节角角度，i表示采样点序号，ai、ai+1分别表示电机关节角角度a所在的关节角区间的端点，a1、a2、an-1及an分别表示角度对应关系表中第1个采样点、第2个采样点、第n-1个采样点及第n个采样点对应的电机关节角角度，b1、b2、bn-1及bn分别表示第1个采样点、第2个采样点、第n-1个采样点及第n个采样点对应的目标欧拉角度，bi及bi+1分别表示电机关节角角度a所在的关节角区间端点对应的目标欧拉角度。校准过程中涉及的目标欧拉角度和电机关节角角度都是机械角度，无需进行电角度和机械角度的复杂换算，使得校准过程更加简单快捷。
基于上述设计，工作时，采集模块的转动单元控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴转动至一预设角度，采样单元获取该旋转轴上的磁编码器测量获得的电机关节角角度，校正模块根据磁编码器测量获得的电机关节角角度，结合角度对应关系表和线性插值算法对测量获得的电机关节角角度进行修正，得到修正后的电机关节角角度；其中，角度对应关系表通过设置模块及角度对应处理模块获得，用户通过设置模块选取校准角度范围，根据所述校准角度范围设置采样点数，并根据采样点数及校准角度范围设置每一采样点对应的目标欧拉角度；角度对应处理模块的转动控制单元根据设置模块的采样点数及对应的目标欧拉角度控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴绕对应的轴向转动至相应的目标欧拉角度；采样记录单元获取所述旋转轴转动至各个所述目标欧拉角度时对应的磁编码器测量获得的电机关节角角度，记录所述目标欧拉角度及其对应的电机关节角角度；当所述转动轴完成一次转动时，所述转动计数器更新转动次数，根据更新后的转动次数与设置模块中设置的采样点数进行比较，判断更新后的转动次数是否达到所述采样点数；若否，则代表所述转动控制单元未控制转动轴旋转至所有目标欧拉角度，则转动控制单元根据所述设置模块中的下一采样点对应的目标欧拉角度控制转动轴转动；所述采集记录单元获取并记录所述目标欧拉角度及对应的磁编码器测量获得的电机关节角角度；若是，则代表所述转动控制单元已控制转动轴旋转至所有目标欧拉角度，并已通过采样记录单元获取并记录所有的目标欧拉角度及其对应的点及关节角角度，所述建表单元工作以根据所有采样点数，结合所有的目标欧拉角度及其对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表，同时，所述转动控制单元停止工作，转动计数器的转动次数归零。
结合图4，在一些实施例中，所述具有旋转轴的旋转设备可采用云台30，所述磁编码器校准***10用于校准云台30的磁编码器310，所述云台30的各轴上分别安装有磁编码器310，所述云台30的各轴上还设置有控制各轴转动的电机，每一所述磁编码器310与对应的电机通信连接，以测量获取各轴的电机关节角角度。所述云台30内设有惯性测量单元(Inertialmeasurementunit,IMU)320，所述IMU320设置于所述云台30上，包括陀螺仪及加速度计，所述陀螺仪用于根据云台30的转动而测量各轴轴向的角速度，所述加速度计用于根据云台30的转动而测量各轴轴向的加速度。云台30为闭环控制，可保证欧拉角度的准确性，可提高转动轴转动至目标欧拉角度的准确性，提高磁编码器校准的可靠性。其中，所述云台30采用三轴云台，其包括三个轴，分别为横滚轴(roll轴)、俯仰轴(pitch轴)及航向轴(yaw轴)，分别对应于空间坐标系的x轴、y轴及z轴，云台20转动时，所述横滚轴(roll轴)绕x轴轴向旋转，所述俯仰轴(pitch轴)绕y轴轴向旋转，所述航向轴(yaw轴)绕z轴轴向旋转。校准时，电机控制旋转轴转动至所需的电机关节角角度是采用对应轴的欧拉角度计算，校准完成后采用磁编码器310修正后的电机关节角角度计算。校准时，云台30的基座可竖直放置，即yaw轴的电机对应的旋转轴垂直于水平面。
所述磁编码器校准***10的采集模块110的转动单元111控制云台30的一轴转动至一预设角度，采样单元112获取所述转动轴上的磁编码器310测量获得的电机关节角角度，校正模块120根据磁编码器310测量获得的电机关节角角度，结合角度对应关系表和线性插值算法对测量获得的电机关节角角度进行修正，得到修正后的电机关节角角度。其中，角度对应关系表通过设置模块130及角度对应处理模块140获得，用户通过设置模块130选取校准角度范围，根据所述校准角度范围设置采样点数，并根据采样点数及校准角度范围设置每一采样点对应的目标欧拉角度；角度对应处理模块140的转动控制单元141根据设置模块130的采样点数及对应的目标欧拉角度控制云台30的一轴绕对应的轴向转动至相应的目标欧拉角度；采样记录单元142获取所述转动轴转动至所述目标欧拉角度时对应的磁编码器310测量获得的电机关节角角度，记录所述目标欧拉角度及其对应的电机关节角角度；当所述转动轴完成一次转动时，所述转动计数器143更新转动次数，根据更新后的转动次数与设置模块130中设置的采样点数进行比较，判断更新后的转动次数是否达到所述采样点数；若否，则代表所述转动控制单元141未控制转动轴旋转至所有目标欧拉角度，则转动控制单元141根据所述设置模块130中的下一采样点对应的目标欧拉角度控制转动轴转动；所述采集记录单元142获取并记录所述目标欧拉角度及转动轴上的磁编码器310测量获得的对应的电机关节角角度；若是，则代表所述转动控制单元141已控制转动轴旋转至所有目标欧拉角度，并已通过采样记录单元142获取并记录所有的目标欧拉角度及其对应的点及关节角角度，所述建表单元144工作以根据所有采样点数，结合所有的目标欧拉角度及其对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表，同时，所述转动控制单元141停止工作，转动计数器143的转动次数归零。依次完成roll轴、pitch轴及yaw轴对应的磁编码器310的校准，校准roll轴的磁编码器310时，pitch轴及yaw轴不工作；校准pitch轴时，roll轴和yaw轴不工作。校准yaw轴时，控制roll轴和pitch轴处于欧拉角度为零处的位置，且由于yaw轴的欧拉角度存在一定的积分漂移，为提高yaw轴的磁编码器的校准的准确性，可将云台30的基座水平放置，即yaw轴的电机对应的旋转轴平行于水平面。校准yaw轴时，控制roll轴和pitch轴的电机处于关节角为零处的位置，yaw轴的电机控制yaw轴转动至所需欧拉角度的位置以进行校准。
本发明还提供了磁编码器校准***的另一种优选实施例，在此实施例中，所述磁编码器校准***包括有处理器及存储器，处理器用于执行存储于存储器中的如下程序模块：
采集模块，用于获取磁编码器测量获得的电机关节角角度；
校正模块，用于结合角度对应关系表和线性插值算法对测量获得的电机关节角角度进行修正，得到修正后的电机关节角角度；
设置模块，用于选取校准角度范围，根据所述校准角度范围设置采样点数，并根据采样点数及校准角度范围设置每一采样点对应的目标欧拉角度；
角度对应处理模块，用于控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴根据采样点依序转动至所有目标欧拉角度，获取并记录该旋转轴转动至所有目标欧拉角度时旋转轴上的磁编码器测量获得的对应的所有的电机关节角角度，建立角度对应关系表。
其中，所述处理器可以是MCU。
本发明实施例由于磁编码器直接安装于旋转设备的旋转轴上，通过采集模块控制旋转轴绕轴向转动至一预设角度，获取磁编码器测量获得的电机关节角角度，利用校正模块根据该电机关节角角度，结合角度对应关系表及线性插值算法对该电机关节角角度进行修正，获得修正后的电机关节角角度，实现可直接利用磁编码器测量获得的电机关节角角度映射为真实准确的角度，从而提高磁编码器的线性度，无需专门的治具和校准设备直接实现磁编码器的校准，操作成本低，且无需进行电角度和机械角度的复杂换算，其中，角度对应关系表可通过角度对应处理模块根据设置模块中的采样点及对应的目标欧拉角度控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴根据采样点依序转动至所有目标欧拉角度，获取并记录该旋转轴转动至所有目标欧拉角度时旋转轴上的磁编码器测量获得的对应的所有的电机关节角角度，建立角度对应关系表，操作简单快捷，且可靠性强。
图5是本发明实施例提供的磁编码器校准方法的流程示意图。如图所示，该方法包括以下步骤S101-S102。
步骤S101、获取磁编码器测量获得的电机关节角角度。
具体地，如图6所示，所述步骤S101具体包括：
步骤S1011、控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴转动至一预设角度。
步骤S1012、获取该旋转轴上的磁编码器测量获得的电机关节角角度。
步骤S102、结合角度对应关系表和线性插值算法对测量获得的电机关节角角度进行修正，得到修正后的电机关节角角度。本发明实施例通过角度对应关系表和线性插值算法对测量获得的电机关节角角度进行修正，提高了磁编码器测量值的线性度，从而提高了磁编码器的准确性。
优选地，所述步骤S102具体为：根据旋转轴上的磁编码器测量获得的电机关节角角度结合所述角度对应关系表，获取该电机关节角角度所在的关节角区间，利用以下计算式根据所述关节角区间的端点及其对应的目标欧拉角度通过线性插值算法获取修正后的电机关节角角度：
当a＜a1时，
Figure BDA0002345402040000131
当a1≤a＜an时，
Figure BDA0002345402040000132
当a≥an时，
Figure BDA0002345402040000133
式中，a表示旋转轴上的磁编码器测量获得的电机关节角角度，
Figure BDA0002345402040000134
表示修正后的电机关节角角度，i表示采样点序号，ai及ai+1分别表示电机关节角角度a所在的关节角区间的端点，a1、a2、an-1及an分别表示角度对应关系表中第1个采样点、第2个采样点、第n-1个采样点及第n个采样点对应的电机关节角角度，b1、b2、bn-1及bn分别表示第1个采样点、第2个采样点、第n-1个采样点及第n个采样点对应的目标欧拉角度，bi及bi+1分别表示电机关节角角度a所在的关节角区间端点对应的目标欧拉角度。校准过程中涉及的目标欧拉角度和电机关节角角度都是机械角度，无需进行电角度和机械角度的复杂换算，使得校准过程更加简单快捷。
具体地，如图7所示，所述角度对应关系表可通过如下步骤建立：
步骤S110、选取校准角度范围，根据所述校准角度范围设置采样点数，并根据采样点数及校准角度范围设置每一采样点对应的目标欧拉角度。
其中，所述校准角度范围的选取及采样点数目的设置均可由用户输入，所述采样点数可设置为n，n≥3，根据采样点数n，所述采样点分别为1～n，结合选取的校准角度范围及采样点数，将校准角度范围平均分为n等份，以对应每一所述采样点分别设置相应的目标欧拉角度，相邻的两个采样点之间对应的目标欧拉角度呈等差递增关系。假设采样点的序号为i，i＝1,2,···,n，其对应的目标欧拉角度用bi表示，对应于采样点序号分别为b1,b2,···,bn，相应地，所述电机关节角角度用ai表示，对应于采样点序号分别为a1,a2,···,an。
步骤S120、控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴根据采样点依序转动至所有目标欧拉角度，获取并记录该旋转轴转动至各个目标欧拉角度时旋转轴上的磁编码器测量获得的对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表。
具体地，如图8所示，所述步骤S120具体包括：
步骤S121、控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴绕对应的轴向转动至相应的目标欧拉角度，更新转动次数。
优选地，所述步骤S121具体为：根据设置的采样点数及每一采样点对应的目标欧拉角度，控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴绕对应的轴向依序转动至相应的目标欧拉角度，更新转动次数。其中，初始的转动次数为0，所述更新转动次数为统计的转动次数加一，更新后的转动次数可与所述采样点相对应。
步骤S122、获取所述旋转轴转动至所述目标欧拉角度时对应的磁编码器测量获得的电机关节角角度，记录所述目标欧拉角度及与其对应的电机关节角角度；
步骤S123、判断更新后的转动次数是否达到所述采样点数，若是，执行步骤S124；否则，返回执行步骤S121；
步骤S124、根据所述采样点数，结合所有的目标欧拉角度及其对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表。
本发明实施例由于磁编码器直接安装于旋转设备的旋转轴上，通过控制旋转轴绕轴向转动至一预设角度，获取磁编码器测量获得的电机关节角角度，并根据该电机关节角角度，结合角度对应关系表及线性插值算法对该电机关节角角度进行修正，获得修正后的电机关节角角度，实现可直接利用磁编码器测量获得的电机关节角角度映射为真实准确的角度，从而提高磁编码器的线性度，无需专门的治具和校准设备直接实现磁编码器的校准，操作成本低，且无需进行电角度和机械角度的复杂换算，其中，角度对应关系表可根据设置的采样点及对应的目标欧拉角度控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴根据采样点依序转动至所有目标欧拉角度，获取并记录该旋转轴转动至各个目标欧拉角度时旋转轴上的磁编码器测量获得的对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表，操作简单快捷，且可靠性强。
具体地，所述旋转设备可采用云台，所述云台上设置有IMU及磁编码器，且分别与云台相互连接，所述IMU包括陀螺仪及加速度计，分别用于获取云台各轴轴向的角速度及加速度，所述磁编码器分别设置于所述云台的各轴上。所述云台的各轴上还设置有控制各轴转动的电机，每一所述磁编码器与对应的电机通信连接，以测量获取各轴的电机关节角角度。所述云台可采用三轴云台，其包括三个轴，分别为横滚轴(roll轴)、俯仰轴(pitch轴)及航向轴(yaw轴)，分别对应于空间坐标系的x轴、y轴及z轴，云台转动时，所述横滚轴(roll轴)绕x轴轴向旋转，所述俯仰轴(pitch轴)绕y轴轴向旋转，所述航向轴(yaw轴)绕z轴轴向旋转。欧拉角度由角速度及加速度进行数据融合获得，即可根据陀螺仪测量获得的对应轴向的角速度及加速度计测量获得的对应轴向的加速度进行数据融合以获得对应的该轴的欧拉角度。云台为闭环控制，可保证欧拉角度的准确性，可提高转动轴转动至目标欧拉角度的准确性，提高磁编码器校准的可靠性。对云台的磁编码器进行校准时，可依次完成roll轴、pitch轴及yaw轴对应的磁编码器的校准，校准roll轴的磁编码器时，pitch轴及yaw轴不工作；校准pitch轴时，roll轴和yaw轴不工作，校准roll轴及pitch轴时，云台的基座可竖直放置，即yaw轴的电机对应的旋转轴垂直于水平面。校准yaw轴时，控制roll轴和pitch轴处于欧拉角度为零处的位置，且由于yaw轴的欧拉角度存在一定的积分漂移，为提高yaw轴的磁编码器的校准的准确性，可将云台的基座水平放置，即yaw轴的电机对应的旋转轴平行于水平面。校准yaw轴时，控制roll轴和pitch轴的电机处于关节角为零处的位置，yaw轴的电机控制yaw轴转动至所需欧拉角度的位置以进行校准。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的***实施例仅仅是示意性的。例如，各个单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本发明实施例***中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种磁编码器校准方法，其特征在于，包括：
获取磁编码器测量获得的电机关节角角度；
结合角度对应关系表和线性插值算法对测量获得的电机关节角角度进行修正，得到修正后的电机关节角角度；
其中，角度对应关系表通过如下步骤建立：
选取校准角度范围，根据所述校准角度范围设置采样点数，并根据采样点数及校准角度范围设置每一采样点对应的目标欧拉角度；
控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴根据采样点依序转动至所有目标欧拉角度，获取并记录该旋转轴转动至各个目标欧拉角度时旋转轴上的磁编码器测量获得的对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表；
所述控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴根据采样点依序转动至所有目标欧拉角度，获取并记录该旋转轴转动至各个目标欧拉角度时旋转轴上的磁编码器测量获得的对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表的步骤具体包括：
步骤S121、控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴绕对应的轴向转动至相应的目标欧拉角度，更新转动次数；
步骤S122、获取所述旋转轴转动至所述目标欧拉角度时对应的磁编码器测量获得的电机关节角角度，记录所述目标欧拉角度及与其对应的电机关节角角度；
步骤S123、判断更新后的转动次数是否达到所述采样点数，若是，执行步骤S124；否则，返回执行步骤S121；
步骤S124、根据所述采样点数，结合所有的目标欧拉角度及其对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表。
2.如权利要求1所述的磁编码器校准方法，其特征在于，所述获取磁编码器测量获得的电机关节角角度的步骤具体为：
控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴转动至一预设角度；
获取该旋转轴上的磁编码器测量获得的电机关节角角度。
3.如权利要求1所述的磁编码器校准方法，其特征在于，所述结合角度对应关系表和线性插值算法对测量获得的电机关节角角度进行修正，得到修正后的电机关节角角度的步骤具体包括：
根据旋转轴上的磁编码器测量获得的电机关节角角度结合所述角度对应关系表，获取该电机关节角角度所在的关节角区间，利用以下计算式根据所述关节角区间的端点及其对应的目标欧拉角度通过线性插值算法获取修正后的电机关节角角度：
当a＜a1时，
Figure FDA0003817121660000021
当a1≤a＜an时，
Figure FDA0003817121660000022
当a≥an时，
Figure FDA0003817121660000023
式中，a表示旋转轴上的磁编码器测量获得的电机关节角角度，
Figure FDA0003817121660000024
表示修正后的电机关节角角度，i表示采样点序号，ai及ai+1分别表示电机关节角角度a所在的关节角区间的端点，a1、a2、an-1及an分别表示角度对应关系表中第1个采样点、第2个采样点、第n-1个采样点及第n个采样点对应的电机关节角角度，b1、b2、bn-1及bn分别表示第1个采样点、第2个采样点、第n-1个采样点及第n个采样点对应的目标欧拉角度，bi及bi+1分别表示该所述关节角区间端点对应的目标欧拉角度。
4.一种磁编码器校准***，用于校准具有旋转轴的旋转设备的磁编码器，所述旋转轴上设置有用于控制旋转轴转动的电机，所述磁编码器安装于所述旋转设备的旋转轴上，用于测量获取对应的电机关节角角度，其特征在于，所述磁编码器校准***包括：
采集模块，用于获取磁编码器测量获得的电机关节角角度；
校正模块，用于结合角度对应关系表和线性插值算法对测量获得的电机关节角角度进行修正，得到修正后的电机关节角角度；
设置模块，用于选取校准角度范围，根据所述校准角度范围设置采样点数，并根据采样点数及校准角度范围设置每一采样点对应的目标欧拉角度；
角度对应处理模块，用于控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴根据采样点依序转动至所有目标欧拉角度，获取并记录该旋转轴转动至各个目标欧拉角度时旋转轴上的磁编码器测量获得的对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表；
其中，所述角度对应处理模块包括：
转动控制单元，用于控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴绕对应的轴向转动至相应的目标欧拉角度；
采样记录单元，与所述磁编码器连接，用于获取所述旋转轴转动至所述目标欧拉角度时对应的磁编码器测量获得的电机关节角角度，记录所述目标欧拉角度及其对应的电机关节角角度；
转动计数器，用于统计转动轴的转动次数；
建表单元，用于根据所述采样点数，结合所有的目标欧拉角度及其对应的电机关节角角度，建立角度对应关系表。
5.如权利要求4所述的磁编码器校准***，其特征在于，所述校正模块包括：
处理单元，用于根据旋转轴上的磁编码器测量获得的电机关节角角度结合所述角度对应关系表，获取该电机关节角角度所在的关节角区间，利用以下计算式根据所述关节角区间的端点及其对应的目标欧拉角度通过线性插值算法获取修正后的电机关节角角度：
当a＜a1时，
Figure FDA0003817121660000041
当a1≤a＜an时，
Figure FDA0003817121660000042
当a≥an时，
Figure FDA0003817121660000043
式中，a表示旋转轴上的磁编码器测量获得的电机关节角角度，
Figure FDA0003817121660000044
表示修正后的电机关节角角度，i表示采样点序号，ai及ai+1分别表示电机关节角角度a所在的关节角区间的端点，a1、a2、an-1及an分别表示角度对应关系表中第1个采样点、第2个采样点、第n-1个采样点及第n个采样点对应的电机关节角角度，b1、b2、bn-1及bn分别表示第1个采样点、第2个采样点、第n-1个采样点及第n个采样点对应的目标欧拉角度，bi及bi+1分别表示该所述关节角区间端点对应的目标欧拉角度。
6.如权利要求4所述的磁编码器校准***，其特征在于，所述采集模块包括有：
转动单元，用于控制旋转设备的安装有磁编码器的旋转轴转动至一预设角度；
采样单元，用于获取该旋转轴上的磁编码器测量获得的电机关节角角度。
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CN115562369A (zh) * 2022-09-22 2023-01-03 北京富吉瑞光电科技股份有限公司 云台的控制方法及装置、存储介质和处理器
CN117782187B (zh) * 2024-02-23 2024-05-07 泉州昆泰芯微电子科技有限公司 一种编码器的非线性误差修正方法及编码器

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CN105116926B (zh) * 2015-08-20 2018-05-04 深圳一电航空技术有限公司 云台控制方法和装置
CN106679710B (zh) * 2017-02-08 2020-03-10 亿航智能设备（广州）有限公司 一种磁编码器校准方法及***
CN109655083B (zh) * 2019-02-15 2021-10-08 广州极飞科技股份有限公司 磁编码器及其校准方法和校准装置、电机以及无人飞行器

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