CN112556667A

CN112556667A - 一种多自由度调节的古建筑测绘智能平台

Info

Publication number: CN112556667A
Application number: CN202011408708.2A
Authority: CN
Inventors: 李丰延; 马甲辰; 崔建昕
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2020-12-04
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2021-03-26

Abstract

本发明公开了一种多自由度调节的古建筑测绘智能平台，涉及测绘设备领域，包括控制器模块、蓝牙模块、数据测量模块、蓄电池和测绘装置组件，数据测量模块通过蓝牙模块与外接设备进行无线信息传输，控制器模块与外接设备连接远程控制测绘装置组件中的电机系统，通过测绘装置组件中的机械传动和自锁装置，实现对数据测量模块的高度、偏转角度、俯仰角度精准调节，大大方便了古建筑测绘工作。

Description

一种多自由度调节的古建筑测绘智能平台

技术领域

本发涉及测绘设备领域，尤其涉及一种多自由度调节的古建筑测绘智能平台。

背景技术

古建筑测绘是保护、发掘、整理和利用古代优秀建筑遗产的基础环节，同时又为建筑历史与理论研究、建筑史教学提供翔实的基础资料，为继承发扬传统建筑文化、探索有中国特色的现代建筑创作提供借鉴。

目前古建筑测绘针对不同的测绘内容有不同的测绘方法。对于建筑群的总平面图，可采用全站仪测量，其坐标定点统一，集经纬仪、水准仪、测距仪功能于一体，效率高，但是这类测绘设备只能进行外部测绘，需要较好的光线和场地条件；对于单体建筑的立面图和剖面图，粗略测量时，能够通过竹竿、皮卷尺和铅锤球等辅助工具进行测量，但是稳定性差、误差大，精确记录时还需依靠全站仪、激光测距仪等设备；对于包含了各种砖雕、脊饰、梁架的斗拱等部分的大样图测绘，有些场合只能用搭架子的形式获取，存在安全隐患，局限性很大。

目前上述常用的古建筑测绘方法和设备各有优劣，虽能够实现既定的测绘目的，但是还需要人为在测绘设备旁边实时记录，测量人员测绘位置受到一定约束，不便于移动测绘，且传动的测绘仪支撑脚架和支撑主体多为固定式，无法根据需求进行搬运和调节位置。针对上述情况，为此提出了一种多自由度调节的古建筑测绘智能平台。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺点，本发明提供一种多自由度调节的古建筑测绘智能平台，能够实现测绘工作中操作智能化、识别智能化和资料传送智能化。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种多自由度调节的古建筑测绘智能平台，组成构件包括控制器模块、蓝牙模块、数据测量模块和测绘装置组件；组成构件的结构和连接关系为：

所述控制器模块包括用于控制测绘装置组件的电机系统和数据测量模块的启停及模式调整的无线传输组件和控制器，控制器模块可通过适配接口连接在外接设备中；

所述数据测量模块包括对古建筑信息进行摄像观测的摄像机、对古建筑进行测量测绘仪和在光线昏暗的环境中对测绘仪和摄像机进行补光的照明灯，测绘仪和摄像机采集的信息通过蓝牙模块实时传输到外接设备中；

所述测绘装置组件包括基座、电机系统、伸缩转动调节部件和支撑调节部件，所述基座设有支撑脚架，支撑脚架安装有防滑轮，所述基座上端侧壁安装有外接设备放置面板，两侧壁分别固定有第一齿条定位环和第二齿条定位环，所述电机系统有第一电机、第二电机、第三电机，所述伸缩转动调节部件有定位支撑板、第一齿条、第二齿条、第一电机定位座、第二电机定位座、第一齿轮、第二齿轮、第一轴承、第二轴承、第三轴承、第一锥齿轮、第二锥齿轮、套筒和伸缩杆，所述定位支撑板下侧固定有第一齿条和第二齿条，所述第一齿条和第二齿条分别嵌套在基座侧壁上的第一齿条定位环和第二齿条定位环中，与基座形成定位关系，第一电机定位座通过螺钉固定在基座侧壁，第二电机定位座通过螺钉固定在定位支撑板上，第一电机和第二电机分别安装在第一电机定位座和第二电机定位座上，第一齿轮和第二齿轮分别装配在第一电机的传动轴上，第一轴承和第二轴承分别装配在第一齿轮和第二齿轮内侧，并分别与第一齿条和第二齿条啮合，第一锥齿轮安装在第二电机的传动轴上，第三轴承竖直安装在定位支撑板上，第二锥齿轮与轴承内圈过盈配合，并与第一锥齿轮相啮合，套筒一端与第二锥齿轮内圈过盈配合，另一端与伸缩杆过盈配合，通过第二电机12带动第一锥齿轮14旋转，第一锥齿轮14带动第二锥齿轮15旋转，通过过盈配合，实现对支撑调节部件偏转角度的调节，进而对数据测量模块的偏转角度调节，所述支撑调节部件有连接体、第三电机定位座、角度调节螺栓、滑动螺杆、俯仰调节板和设备支撑板，所述连接体通过螺钉与伸缩杆一端连接，支撑调节部件与伸缩杆一端通过螺钉连接，第三电机定位座通过螺钉安装在连接体侧壁上，第三电机安装在第三电机定位座上，角度调节螺栓与第三电机转轴固定连接，滑动螺杆与角度调节螺栓通过螺纹连接，滑动螺杆的杆身与角度调节板侧壁插槽滑动连接，设备支撑板与俯仰调节板通过螺钉连接，通过第三电机驱动角度调节螺栓旋转带动滑动螺杆上下移动，实现一定俯仰角度的调节。

所述电机系统设置有自锁回路，可以保证高度和角度调节过程中随动随停，提高精准控制能力。

所述伸缩杆最大长度达3米，最小长度达0.8米。

所述控制器模块、蓝牙模块、蓄电池设置在测绘装置组件内部。

所述数据测量模块通过胶合连接在测绘装置组件的设备支撑板上。

本发明的有益效果为：

1、通过基座的防滑轮，能够实现测绘装置的自由移动，满足移动测绘需求；

2、通过伸缩杆的伸缩变化，能够实现数据测量模块的大范围高度快速定位；

3、通过控制器模块和第一电机、第一齿轮、第二齿轮、第一齿条、第二齿条的配合使用，能够控制数据测量模块小范围精准高度变化，通过控制器模块和第二电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮的配使用，能够控制数据测量模块的偏转角度变化，通过控制器模块和第三电机、角度调节螺栓、滑动螺杆、俯仰调节板、连接体的配合使用，能够控制数据测量模块的俯仰角度变化；

4、通过控制器模块和外接设备连接，操作人员可以在外接设备上对控制器所控制的电机系统进行控制，从而实现操作上的智能化和便捷化；

5、通过测绘装置组件的机械传动及电机系统的自锁功能，可以实现360度无死角自动识别、对焦和扫描，避免了传统测绘人工繁琐的操作，实现识别智能化；

6、通过蓝牙模块和外接设备的配合使用，测绘仪测量得到的建筑信息经过数据处理能够输入到外接设备中，能够使操作人员在外接设备上进行数据操作，无需操作人员在测绘仪旁边进行数据测绘，且数据显示更加直观，大大方便了古建筑信息的测绘工作，实现资料传送智能化。

附图说明

图1为本发明所述的多自由度调节的古建筑测绘智能平台的结构示意图。

图2为本发明所述的多自由度调节的古建筑测绘智能平台的数据测量模块及支撑调节部件示意图。

图3为本发明所述的多自由度调节的古建筑测绘智能平台的伸缩转动部件局部剖视图。

图4为本发明所述的多自由度调节的古建筑测绘智能平台的数据测绘原理框图。

图中标记为：摄像机1、测绘仪2、照明灯3、设备支撑板4、俯仰调节板5、连接体6、滑动螺杆7、角度调节螺栓8、第三电机9、第三电机定位座10、伸缩杆11、第二电机12、套筒13、第一锥齿轮14、第二锥齿轮15、第三轴承16、第二电机定位座17、第一电机18、定位支撑板19、第一电机定位座20、第一齿条21、第二齿条22、第一齿轮23、第二齿轮24、第一轴承25、第二轴承26、第一电机传动轴27、第二齿条定位环28、第一齿条定位环29、基座30、外接设备放置面板31、第一防滑轮32、第二防滑轮33、第三防滑轮34、第四防滑轮35、电机系统36、控制器模块37、蓄电池38、蓝牙模块39、数据测量模块40。

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，所述实施例仅是本发明一部分实施例，并非全部实施例。

首先需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参照图1-4，本发明所述的多自由度调节的古建筑测绘智能平台，组成构件包括控制器模块37、蓄电池38、蓝牙模块39、数据测量模块40和测绘装置组件，组成构件的具体结构和连接关系为：

所述控制器模块37、蓄电池38、蓝牙模块39均设置在测绘组件的基座25内部，数据测量模块40通过胶合连接在测绘装置组件的设备支撑板4上。

所述控制器模块37包括无线传输组件、控制器，主要用于控制测绘装置组件的电机系统36和数据测量模块40的启停及模式调整，从而实现对数据测量模块40的位姿控制和状态控制；

所述数据测量模块40包括摄像机1、测绘仪2和照明灯3，通过三者的配合使用，能够获取古建筑复杂环境下(如昏暗)的直观图像和测绘信息，所选摄像机和测绘仪应支持蓝牙等无线传输协议；

测绘装置组件包括基座30、电机系统36、伸缩转动调节部件和支撑调节部件；

所述基座30有四个支撑脚架，每个脚架末端安装有第一防滑轮32、第二防滑轮33、第三防滑轮34、第四防滑轮35能够实现整个测绘装置的自由移动，用以满足古建筑移动测绘需求，基座30上端侧壁安装有外接设备放置面板31，外接设备放置面板31上能够放置外接设备，如笔记本电脑等，通过连接蓝牙模块39接收和处理数据测量模块40采集的信息，基座30两侧壁分别固定有第一齿条定位环29和第二齿条定位环28，用以定位齿条；

所述电机系统36包括第一电机18、第二电机12、第三电机9，优先选择与控制器模块37匹配的伺服电机，用以为测绘装置组件的角度和高度调整提供动力，所述电机系统设置有自锁回路，可以保证高度和角度调节过程中随动随停，提高精准控制能力；

所述伸缩转动调节部件有定位支撑板19、第一齿条21、第二齿条22、第一电机定位座20、第二电机定位座17、第一齿轮23、第二齿轮24、第一轴承25、第二轴承26、第三轴承16、第一锥齿轮14、第二锥齿轮15、套筒13和伸缩杆11，定位支撑板19下侧固定有第一齿条21和第二齿条22，第一齿条21和第二齿条22分别嵌套在基座30侧壁上的第一齿条定位环29和第二齿条定位环28中，与基座30形成定位关系，第一电机定位座20通过螺钉固定在基座30侧壁，第二电机定位座17通过螺钉固定在定位支撑板19上，第一电机18和第二电机12分别安装在第一电机定位座20和第二电机定位座17上，第一电机传动轴27与第一电机18通过螺栓固定连接，第一齿轮23和第二齿轮24分别装配在第一电机传动轴27上，第一轴承25和第二轴承26分别装配在第一齿轮23和第二齿轮24内侧，并分别与第一齿条21和第二齿条22啮合，第一电机18带动与第一齿条21和第二齿条22啮合的第一齿轮23和第二齿轮24，能够实现定位支撑板19以上的机构整体高度小范围调整，即实现对数据测量模40块的高度小范围调整，第一锥齿轮14安装在第二电机12的转轴上，第三轴承16竖直安装在定位支撑板19上，第二锥齿轮15与第三轴承16内圈过盈配合，并与第一锥齿轮14相啮合，所述套筒13一端与第二锥齿轮15内圈过盈配合，另一端与伸缩杆11过盈配合，第二电机12带动第一锥齿轮14旋转，第一锥齿轮14带动第二锥齿轮15旋转，通过过盈配合，即可实现对支撑调节部件偏转角度的调节，即数据测量模块的偏转角度调节；

所述支撑调节部件有连接体6、第三电机定位座10、角度调节螺栓8、滑动螺杆7、俯仰调节板5和设备支撑板4，连接体6与伸缩杆11一端通过螺钉连接，从而实现与伸缩杆的同轴转动，完成上述偏转运动的传递，第三电机定位座10通过螺钉安装在连接体6侧壁上，第三电机9安装在第三电机定位座10上，角度调节螺栓8与第三电机9的转轴固定连接，滑动螺杆7与角度调节螺栓8通过螺纹连接，滑动螺杆7的杆身与俯仰调节板5侧壁插槽滑动连接，俯仰调节板5通过螺栓与连接体6转动连接，设备支撑板4与俯仰调节板5通过螺钉连接，第三电机9驱动角度调节螺栓8旋转，通过角度调节螺栓8与滑动螺杆7的螺纹连接，能够带动滑动螺杆7上下移动，滑动螺杆7的杆身与俯仰调节板5滑槽的滑动连接能够在滑动螺杆7上下移动时实现一定俯仰角度的调节。

工作原理及过程：

在使用本发明进行古建筑测绘时，通过蓝牙模块39的设置，可将外接设备如笔记本电脑、手机、平板等与数据测量模块40进行无线连接，并对数据测量模块40进行基本的模式和状态设定，通过测绘仪2能够对古建筑进行测量，通过摄像机1可对古建筑信息进行摄像观测，通过照明灯3能够在光线昏暗的环境中对测绘仪2和摄像机1进行补光，提高数据测量模块40的适应能力，测绘仪2和摄像机1采集的信息能够通过蓝牙模块39实时传输到外接设备中，便于操作人员对数据进行处理并与下一步测绘工作进行判断；

控制器模块通过适配接口与外接设备连接，可以通过外接设备对控制对象电机系统进行控制调节；

当需要对多自由度古建筑测绘装置进行移动时，能够通过基座30下的防滑轮进行移动，省时省力，便于对古建筑多个位置进行测绘工作；

当需要调节数据测量模块40的高度时，多自由度古建筑测绘装置有两种调节方式，一种是通过手拉伸缩杆11进行高度调节，这种调节方式的高度调节范围较大，根据伸缩杆的实际选用情况能够达到0.8米——3米之间，使用这种调节方式能够使数据测量模块快速达到预定位置附近，另一种是通过控制器模块37，使第一电机18带动与第一齿条21和第二齿条22啮合的第一齿轮23和第二齿轮24，第一齿条21和第二齿条在啮合下上下移动能够带动定位支撑板19以上的机构整体高度调整，即实现对数据测量模块的高度调整，第一电机18属于伺服类电机，转角小且精度高，能够实现对数据测量模块40的高度的小范围精确调整，两种方式的配合使用能够在提高高度调节效率的同时保证调整精度；

当需要调节数据测量模块40的偏转角度时，通过控制器模块37，使第二电机12带动第一锥齿轮14旋转，第一锥齿轮14带动第二锥齿轮15旋转，第二锥齿轮15内圈和套筒13为过盈配合，套筒13与第二锥齿轮15同轴转动，套筒13、伸缩杆11和连接体6为固定连接，故支撑调节部件与第二锥齿轮15同轴转动，第二电机12属于伺服类电机，转角小且精度高，从而实现对支撑调节部件偏转角度的调节，即数据测量模块40的偏转角度调节；

当需要调节数据测量模块的俯仰角度时，通过控制器模块37，使第三电机9驱动角度调节螺栓8旋转，通过角度调节螺栓8与滑动螺杆7的螺纹连接，能够带动滑动螺杆7上下移动，第三电机9属于伺服类电机，转角小且精度高，滑动螺杆7的杆身与俯仰调节板5滑槽的滑动连接能够在滑动螺杆7上下移动时,实现数据测量模块的俯仰角度调节。

Claims

1.一种多自由度调节的古建筑测绘智能平台，其特征在于，组成构件包括控制器模块、蓝牙模块、数据测量模块和测绘装置组件；组成构件的结构和连接关系为：

所述控制器模块包括用于控制测绘装置组件的电机系统和数据测量模块的启停及模式调整，对数据测量模块的位姿控制和状态控制的无线传输组件的控制器；

所述测绘装置组件包括基座、电机系统、伸缩转动调节部件和支撑调节部件，所述基座设有支撑脚架，支撑脚架安装有防滑轮，所述基座上端侧壁安装有外接设备放置面板，两侧壁分别固定有第一齿条定位环和第二齿条定位环，所述电机系统有第一电机、第二电机、第三电机，所述伸缩转动调节部件有定位支撑板、第一齿条、第二齿条、第一电机定位座、第二电机定位座、第一齿轮、第二齿轮、第一轴承、第二轴承、第三轴承、第一锥齿轮、第二锥齿轮、套筒和伸缩杆，所述定位支撑板下侧固定有第一齿条和第二齿条，所述第一齿条和第二齿条分别嵌套在基座侧壁上的第一齿条定位环和第二齿条定位环中，与基座形成定位关系，第一电机定位座通过螺钉固定在基座侧壁，第二电机定位座通过螺钉固定在定位支撑板上，第一电机和第二电机分别安装在第一电机定位座和第二电机定位座上，第一齿轮和第二齿轮分别装配在第一电机的传动轴上，第一轴承和第二轴承分别装配在第一齿轮和第二齿轮内侧，并分别与第一齿条和第二齿条啮合，第一锥齿轮安装在第二电机的传动轴上，第三轴承竖直安装在定位支撑板上，第二锥齿轮与轴承内圈过盈配合，并与第一锥齿轮相啮合，套筒一端与第二锥齿轮内圈过盈配合，另一端与伸缩杆过盈配合，通过第二电机带动第一锥齿轮旋转，第一锥齿轮带动第二锥齿轮旋转，通过过盈配合，实现对支撑调节部件偏转角度的调节，进而对数据测量模块的偏转角度调节，所述支撑调节部件有连接体、第三电机定位座、角度调节螺栓、滑动螺杆、俯仰调节板和设备支撑板，所述连接体通过螺钉与伸缩杆一端连接，支撑调节部件与伸缩杆一端通过螺钉连接，第三电机定位座通过螺钉安装在连接体侧壁上，第三电机安装在第三电机定位座上，角度调节螺栓与第三电机转轴固定连接，滑动螺杆与角度调节螺栓通过螺纹连接，滑动螺杆的杆身与角度调节板侧壁插槽滑动连接，设备支撑板与俯仰调节板通过螺钉连接，通过第三电机驱动角度调节螺栓旋转带动滑动螺杆上下移动，实现一定俯仰角度的调节。

2.根据权利要求1所述的多自由度调节的古建筑测绘智能平台，其特征在于，所述伸缩杆最大长度达3米，最小长度达0.8米。

3.根据权利要求1所述的多自由度调节的古建筑测绘智能平台，其特征在于，所述控制器模块、蓝牙模块、蓄电池设置在测绘装置组件内部。

4.根据权利要求1所述的多自由度调节的古建筑测绘智能平台，其特征在于，所述数据测量模块通过胶合连接在测绘装置组件的设备支撑板上。

5.根据权利要求1所述的多自由度调节的古建筑测绘智能平台，其特征在于，所述电机系统设置有自锁回路，控制数据测量模块的高度和角度调节过程中随动随停。