石效維++陳澤

【摘 要】在基于慣性的導(dǎo)航方面，無(wú)人飛機(jī)上安裝攝像頭在拍攝地面上的固定對(duì)象時(shí)，操作人員需要對(duì)飛機(jī)本身的狀況進(jìn)行正確位置的姿態(tài)、方向來(lái)改變當(dāng)時(shí)無(wú)人飛機(jī)的控制攝像頭的攝像機(jī)云臺(tái)。在利用當(dāng)時(shí)的慣性導(dǎo)航這個(gè)原理來(lái)獲取無(wú)人飛機(jī)的系統(tǒng)姿態(tài)特征信息，然后根據(jù)數(shù)據(jù)一系列的分析通過(guò)技術(shù)ARM處理自動(dòng)云臺(tái)控制，使其穩(wěn)定。其目的都是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高速、精準(zhǔn)。也在自動(dòng)云臺(tái)控制系統(tǒng)的慣性導(dǎo)航進(jìn)行不斷改善。

【關(guān)鍵詞】慣性導(dǎo)航 ARM 自動(dòng)云臺(tái)控制系統(tǒng)

1 制造原理和系統(tǒng)組成

1.1 制造原理

自動(dòng)云臺(tái)控制系統(tǒng)主要是根據(jù)小型的無(wú)人駕駛直升機(jī)在拍攝地面上的固定物體時(shí)，會(huì)由于無(wú)人駕駛的原因出現(xiàn)了晃動(dòng)，導(dǎo)致直升機(jī)的機(jī)身不穩(wěn)定，所以需要進(jìn)行調(diào)試直升機(jī)的方位與直升機(jī)上攝像頭的角度，從而將拍攝的地面固定物體對(duì)準(zhǔn)攝像頭。一般情況下，這種進(jìn)行的調(diào)試是在手動(dòng)遙控下進(jìn)行調(diào)整的。當(dāng)時(shí)提出的攝像頭對(duì)準(zhǔn)攝像物品的設(shè)計(jì)時(shí)，是利用了最基本的數(shù)據(jù)關(guān)于平面轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，加速了變化數(shù)據(jù)。其最終控制機(jī)身穩(wěn)定的并非數(shù)據(jù)或那些設(shè)計(jì)，而是在這一系列的鋪墊下，通過(guò)ARM系統(tǒng)的插入控制電機(jī)本身，來(lái)保持?jǐn)z像機(jī)的穩(wěn)定。

1.2 系統(tǒng)組成

慣性導(dǎo)航的自動(dòng)云臺(tái)控制系統(tǒng)主要是根據(jù)ARM來(lái)進(jìn)行操作完成。根據(jù)慣性導(dǎo)航必須將直升機(jī)的機(jī)身保持穩(wěn)定，在控制直升機(jī)的轉(zhuǎn)向時(shí)首先要將攝像頭系統(tǒng)本身的方向、姿態(tài)一系列的位置信息確定好。這個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)采用的數(shù)據(jù)分析得到自身的位置信息后再次通過(guò)ARM系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)控制直升機(jī)姿態(tài)位置，將其的位置保持不變，穩(wěn)定下來(lái)。

所以，在利用ARM這個(gè)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行位置穩(wěn)定與控制的過(guò)程中，系統(tǒng)的組成主要是由數(shù)據(jù)分析與處理、數(shù)據(jù)采集和電機(jī)驅(qū)動(dòng)這三大部分組成。

2 云臺(tái)

2.1 云臺(tái)簡(jiǎn)述與內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成

2.1.1 云臺(tái)簡(jiǎn)述

攝像機(jī)云臺(tái)安裝在一個(gè)平臺(tái)上，這個(gè)平臺(tái)由攝像機(jī)所支撐。他們兩者連接著。在云臺(tái)發(fā)生運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，發(fā)生垂直、水平運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，攝像機(jī)也根據(jù)云臺(tái)做出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，大大提高了攝像機(jī)的應(yīng)用價(jià)值。云臺(tái)的垂直和水平運(yùn)動(dòng)的功能也發(fā)揮了作用。為了更加將攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)的靈活性達(dá)到最高，根據(jù)云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)功能、安裝方式、承載重量等進(jìn)行了分類，自動(dòng)云臺(tái)控制系統(tǒng)在應(yīng)用上得到發(fā)展。

2.1.2 云臺(tái)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成

云臺(tái)的主要內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由電機(jī)組成，主要有兩個(gè)電機(jī)組成，一個(gè)電機(jī)負(fù)責(zé)上下方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)負(fù)責(zé)左右方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)根據(jù)電壓伏力大小來(lái)產(chǎn)生不同效果的轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)一般整體的工作電壓在交流電二十四伏、交流電二百二十伏，以及直流電二十四伏。一般在接到上下運(yùn)動(dòng)的電壓時(shí)，垂直電流轉(zhuǎn)動(dòng)，在接到左右運(yùn)動(dòng)電壓時(shí)，水平電流轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 云臺(tái)性能指標(biāo)

2.2.1 云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)速度

一個(gè)云臺(tái)質(zhì)量的好壞取決于云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的快慢。在云臺(tái)的檔次選取上也是根據(jù)云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)選取的。云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向分為水平和垂直兩種方向。但是由于制造過(guò)程中的實(shí)際監(jiān)控下，一般來(lái)說(shuō)云臺(tái)的垂直轉(zhuǎn)速比水平轉(zhuǎn)速稍微低一些。

2.2.2 云臺(tái)的載重能力

云臺(tái)的載重量在云臺(tái)控制系統(tǒng)中也起了一定的作用，作為云臺(tái)選擇的一個(gè)方向，當(dāng)云臺(tái)的載重量比實(shí)際的載重量小時(shí)，不僅會(huì)使操作功能下降，而且云臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間的工作負(fù)荷導(dǎo)致云臺(tái)機(jī)能有所損壞。云臺(tái)都中心作為云臺(tái)載重量的最大負(fù)載能力點(diǎn)，一般云臺(tái)的載重能力的都是根據(jù)這個(gè)點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

2.2.3 云臺(tái)的周圍環(huán)境

云臺(tái)的室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境有一定的差距，但是相對(duì)情況下云臺(tái)的環(huán)境還是相對(duì)穩(wěn)定的。但是云臺(tái)的室外環(huán)境在整個(gè)云臺(tái)環(huán)境中還是比較重要的一部分，因?yàn)樵谠婆_(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，室外的環(huán)境受著潮濕和灰塵等自然因素的干擾。如果云臺(tái)的溫度不在云臺(tái)所控制的這個(gè)范圍內(nèi)可以通過(guò)人工的調(diào)試下進(jìn)行溫度的改變，將其調(diào)整最佳溫度。室外云臺(tái)也受著潮濕灰塵的侵蝕，在實(shí)際的制造中，云臺(tái)的制作材料也盡量選取了一些防塵防水的材料，在根本上解決問(wèn)題。

2.3 云臺(tái)控制系統(tǒng)

云臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)其本身的轉(zhuǎn)動(dòng)，按照一定的要求作出相應(yīng)的動(dòng)作。在滿足云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的控制要求，云臺(tái)將系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置為自動(dòng)與手動(dòng)兩種方式。

3 云臺(tái)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

云臺(tái)系統(tǒng)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)是步進(jìn)電機(jī)，還要由鍵盤、PC、ULN2003A、單片機(jī)等硬件相互配合發(fā)生的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的前提也需要系統(tǒng)與其上位機(jī)進(jìn)行信息的交換以便系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。云臺(tái)分為兩種運(yùn)行模式自動(dòng)和手動(dòng)，本次主要對(duì)自動(dòng)云臺(tái)控制系統(tǒng)進(jìn)行討論。在受上位機(jī)控制的同時(shí)，自動(dòng)云臺(tái)控制系統(tǒng)需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤模塊等構(gòu)成下，控制系統(tǒng)的總體控制思路有了一定的完善。

3.1 慣性導(dǎo)航的組成與分類

慣性導(dǎo)航一般情況下最基本結(jié)構(gòu)由計(jì)算機(jī)、慣性測(cè)量裝置、顯示器等組成。慣性測(cè)量裝置中有最基本的慣性導(dǎo)航組合：加速度計(jì)和陀螺儀。陀螺儀用來(lái)測(cè)量飛行器的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，加速計(jì)用來(lái)測(cè)量平移運(yùn)動(dòng)的加速度。從而根據(jù)顯示器所顯示出來(lái)的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。

一般慣性導(dǎo)航是安裝在飛行器上的安裝裝置，在慣性導(dǎo)航組合在飛行器上的安裝方式來(lái)看，分為平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。

3.2 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

有一定的獨(dú)立性。因?yàn)樗谙到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中不依賴任何的外部信息，也不向外發(fā)出任何的信號(hào)，更不受在外界實(shí)現(xiàn)過(guò)程中所帶來(lái)的外界干擾。①適應(yīng)能力強(qiáng)。慣性系統(tǒng)不論時(shí)間地點(diǎn)都可以進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。②精準(zhǔn)度高。在提供位置、速度、方向及姿態(tài)的數(shù)據(jù)時(shí)精準(zhǔn)度高，也在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中產(chǎn)生的導(dǎo)航信息連續(xù)性好。③造價(jià)高，效率低。慣性導(dǎo)航設(shè)備的價(jià)格比較昂貴，在工作過(guò)程中不能給出時(shí)間信息，長(zhǎng)期的精準(zhǔn)度明顯下降。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要分析了云臺(tái)控制系統(tǒng)的具體實(shí)際情況與要求，提出了一些對(duì)于系統(tǒng)的實(shí)際的設(shè)計(jì)方案。在自動(dòng)云臺(tái)控制系統(tǒng)的過(guò)程中加入慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，在穩(wěn)定性方面加強(qiáng)了自動(dòng)云臺(tái)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)將其自身優(yōu)點(diǎn)融入在自動(dòng)云臺(tái)系統(tǒng)中，在云臺(tái)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中更加完善。

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