CN114180085A - 一种用于三维真彩环境建模的无人机吊舱 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于三维真彩环境建模的无人机吊舱，其特征在于，包括固定电控舱和设于固定电控舱下方的旋转扫描组件；所述固定电控舱设有双目相机和惯性测量单元，所述旋转扫描组件设有激光雷达和两个单目相机，两个单目相机的安装方位为非平行，两个单目相机组合后的视场角度与激光雷达的扫描角度一致；所述双目相机的视觉测量数据与惯性测量单元的感知数据用于提供吊舱自定位信息，补偿无人机飞行抖动所带来的数据采集的误差。采用多源融合方式，补偿采集数据的误差。能为三维真彩建模功能提供一个优质软硬件平台，补充了现有产品中缺乏三维真彩环境建模功能的无人机吊舱的问题。
Description
技术领域
本申请涉及一种用于三维真彩环境建模的无人机吊舱，吊挂在无人机下，用于三维真彩环境建，涉及无人机技术领域。
背景技术
三维真彩环境建模是指一种将激光点云与图像数据融合，实现环境的自动化三维真彩模型构建，最终获得可实景展示、可量测的三维真彩互动环境的先进技术。而无人机作为一种灵活、快速、有效的影像获取手段,以其飞行距离长、巡航面积大、飞行速度快、空间分辨率高等特点，在三维建模应用方面的优势突出。
结合了两者特点的机载三维真彩环境建模技术需要一个同时具有结构特性和功能特性，并能安装并集成相关电气器件、相机、激光雷达的整体吊舱。
深圳天眼激光科技有限公司申请的机载微型激光雷达三维测绘装置(公开号：CN107748370A)，包括激光扫描仪、高分辨率数码相机、激光扫描仪和外壳，一般都是将感知器件固定在壳内，没有通过激光雷达的高精度转动，实现三维密集真彩点云融合。北京航空航天大学申请的发明光电吊舱多级稳像/回扫复合控制系统(公开号：CN108107934A5)，采用六自由度振动隔离装置，提高光电吊舱成像精度，只是在机械设计上提高无人机吊舱的稳定性，不能做到精准补偿。
发明内容
本申请要解决的技术问题是如何采用多源融合方式补偿三维真彩环境建模中采集数据的误差。
为了解决上述技术问题，本申请的技术方案是提供了一种用于三维真彩环境建模的无人机吊舱，其特征在于，包括固定电控舱和设于固定电控舱下方的旋转扫描组件；所述固定电控舱设有双目相机和惯性测量单元，所述旋转扫描组件设有激光雷达和两个单目相机，两个单目相机的安装方位为非平行，两个单目相机组合后的视场角度与激光雷达的扫描角度一致；所述双目相机的视觉测量数据与惯性测量单元的感知数据用于提供吊舱自定位信息，补偿无人机飞行抖动所带来的数据采集的误差。
优选的，所述固定电控舱包括电控舱盖和电控舱体，电控舱体外设有所述双目相机和天线，电控舱体内设有驱动控制板、连接并控制驱动控制板的中央控制器、过渡连接供电端的稳压模块、惯性测量单元和进行数据传输的数据链模块；所述双目相机电连接至中央控制器、由中央控制器控制采集双目视觉信号；所述数据链模块与外部的所述天线电连接、通过天线与操纵者远程通信或传递数据；所述电控舱体两侧设有嵌入螺纹孔作为无人机的安装挂点；所述电控舱盖与电控舱体的上平面连接、实现密封；电控舱体下方设有两个对称的垂臂，用于连接下方的旋转扫描组件。
优选的，所述电控舱体上设有电源开关按钮、用于可视化操作的HDMI接口和提供电源和数据的J30J总集成接口。
优选的，所述电控舱体设有均匀分布的散热槽。
优选的，所述双目相机倾斜安装使得双目相机视觉测量范围和激光雷达的扫描范围重合。
优选的，所述旋转扫描组件包括旋转轴系和感知组件：所述旋转轴系包括固定轴、转台固定盘、中控转台、轴承和限位轴套；固定轴两端与两个所述垂臂固定连接；所述中控转台一侧通过转台固定盘固定在固定轴上、中控转台另一侧驱动连接感知组件从而带动感知组件旋转；所述感知组件包括与中控转台连接的转动扫描支撑上壳和用于安装所述激光雷达和两个单目相机的转动扫描支撑下壳。
优选的，所述固定轴上设有花形台阶，所述转台固定盘为中控圆盘、与所述花形台阶配合螺纹固定连接。
优选的，所述转动扫描支撑上壳通过轴承安装在固定轴上，轴承外圈连接转动扫描支撑上壳、轴承内圈安装在固定轴上，中控转台驱动转动扫描支撑上壳绕固定轴转动，从而带动整个感知组件绕固定轴转动。更进一步的，所述限位轴套固定在固定轴上，所述限位轴套结构为中空的圆盘且边缘设有凸出圆弧，安装位置紧贴转动扫描支撑上壳、限制转动扫描支撑上壳在固定轴上的轴向位置，所述转动扫描支撑上壳设有配合凸出圆弧的凸起圆弧段，凸出圆弧和凸起圆弧段构成机械限位，限制转动扫描支撑上壳的转动角度，使这个机械限位的接触状态作为感知组件转动的初始零位。
本申请优点在于，本发明无人机吊舱对于同类的吊舱，采集的数据更为密集。采用多源融合方式，补偿采集数据的误差。能为三维真彩建模功能提供一个优质软硬件平台，补充了现有产品中缺乏三维真彩环境建模功能的无人机吊舱的问题。
附图说明
图1为实施例中提供的无人机吊舱整体结构示意图，其中，图1-1为正视示意图，图1-2为侧视示意图；
图2为实施例中提供的无人机吊舱的固定电控舱立体示意图；
图3为实施例中提供的旋转扫描组件的感知组件立体示意图一；
图4为实施例中提供的旋转扫描组件的感知组件立体示意图二；
图5为实施例中提供的旋转扫描组件的的旋转轴系立体示意图；
附图标记：电控舱盖1-1；电控舱体1-2；双目相机1-3；天线1-4；转台转动扫描支撑上壳2-1；转动扫描支撑下壳2-2；激光雷达2-3；单目相机2-4；固定轴2-5；转台固定盘2-6；高精度中空转台2-7；轴承2-8；限位轴套2-9。
具体实施方式
为使本申请更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例
本实施例提供的是用于三维真彩环境建模的无人机吊舱，包括两部分：固定电控舱和旋转扫描组件。
固定电控舱包括电控舱盖1-1和电控舱体1-2，电控舱体1-2外安装有双目相机1-3和天线1-4，电控舱体1-2内安装有三维真彩环境建模所需要的相关电气器件，包括驱动旋转扫描组件的驱动控制板、连接并控制驱动控制板的中央控制器、过渡连接无人机供电端的稳压模块、惯性测量单元、进行数据传输的数据链模块；双目相机1-3电连接至中央控制器、由中央控制器控制采集双目视觉信号；数据链模块与外部的天线1-4通过SMA接口连接、通过天线1-4与操纵者远程通信或传递数据；电控舱体1-2两侧预留嵌入螺纹孔作为无人机的安装挂点；电控舱盖1-1通过螺丝与电控舱体1-2上平面的螺纹孔连接固定，实现密封；电控舱体1-2下方设有两个对称的垂臂，用于固定下方的旋转扫描组件；在电控舱体1-2后侧，分布有电源开关按钮、用于可视化操作的HDMI接口和提供电源和数据的J30J总集成接口；电控舱体1-2舱体上开有均匀分布的散热槽，为内部装载的电气器件提供散热条件；
需要注意的是，电控舱体1-2前侧，双目相机1-3倾斜安装使得双目相机1-3视觉测量范围和旋转扫描组件的激光雷达2-3的扫描范围重合；双目相机1-3的视觉测量数据与惯性测量单元的感知数据融合后提供吊舱自定位信息，从而补偿无人机飞行抖动所带来的数据采集的误差。
旋转扫描组件包括旋转轴系和感知组件：
旋转轴系包括固定轴2-5、转台固定盘2-6、中控转台2-7、轴承2-8和限位轴套2-9；固定轴2-5放置于电控舱体1-2下方的两个对称垂臂中间，通过两个垂臂上两个对称的通孔，与固定轴2-5的两侧端面上的螺纹孔通过螺丝连接固定；转台固定盘2-6是中空的圆盘，固定轴2-5上的花形台阶与转台固定盘2-6进行形状配合，并通过螺丝连接固定，将转台固定盘2-6固定在固定轴2-5上；转台固定盘2-6通过其圆周阵列通孔，与中控转台2-7一侧的圆周阵列螺纹安装孔通过螺丝连接固定，将中控转台2-7安装在转台固定盘2-6上；中控转台2-7的另一侧，通过其分度盘上的圆周阵列螺纹安装孔，与感知组件的转动扫描支撑上壳2-1通过螺纹连接固定；中控转台2-7一侧通过转台固定盘2-6安装在固定轴2-5上，另一侧连接感知组件，从而驱动感知组件旋转；转动扫描支撑上壳2-1通过轴承2-8安装在固定轴2-5上，轴承2-8外圈安装在转动扫描支撑上壳2-1圆柱中空结构内部、转动扫描支撑上壳2-1与高精度中空转台2-7连接固定的对侧面、轴承2-8的内圈安装在固定轴2-5上，中控转台2-7在分度盘的转动下驱动转动扫描支撑上壳2-1绕固定轴2-5转动，从而带动整个感知组件绕固定轴2-5转动；限位轴套2-9固定在固定轴2-5上、结构为中空的圆盘且边缘有凸出圆弧，安装位置在转动扫描支撑上壳2-1与中控转台2-7连接固定的对侧面，既限制转动扫描支撑上壳2-1在固定轴2-5上的轴向位置，又通过边缘的凸出圆弧，与转动扫描支撑上壳2-1圆柱中空结构上凸起圆弧段一起构成机械限位，限制转动扫描支撑上壳2-1的转动角度，使这个机械限位的接触状态作为感知组件转动的初始零位；
感知组件包括与旋转轴系连接的转动扫描支撑上壳2-1、转动扫描支撑下壳2-2、激光雷达2-3和两个单目相机2-4；转动扫描支撑上壳2-1一部分作为圆柱中空结构与旋转轴系连接，另一部分为设有安装槽的壳状结构，与同样是壳状并带有安装槽的转动扫描支撑下壳2-2连接，转动扫描支撑下壳2-2上通过螺丝固定激光雷达2-3和两个单目相机2-4；其中，两个单目相机2-4的放置为非平行放置，使两个单目相机组合后的视场角度与激光雷达2-3的扫描角度一致。
本实施例的工作过程为：感知组件通过旋转轴系的中控转台2-7进行密集的旋转步进，完成密集点云数据采集，结合两个单目相机2-4采集的高清图像，融合生成三维真彩密集点云，在执行过程中，双目相机1-3的视觉测量数据与惯性测量单元的感知数据融合后提供吊舱自定位信息，从而补偿无人机飞行抖动所带来的数据采集的误差。
Claims (9)
1.一种用于三维真彩环境建模的无人机吊舱，其特征在于，包括固定电控舱和设于固定电控舱下方的旋转扫描组件；所述固定电控舱设有双目相机(1-3)和惯性测量单元，所述旋转扫描组件设有激光雷达(2-3)和两个单目相机，两个单目相机的安装方位为非平行，两个单目相机组合后的视场角度与激光雷达(2-3)的扫描角度一致；所述双目相机(1-3)的视觉测量数据与惯性测量单元的感知数据用于提供吊舱自定位信息，补偿无人机飞行抖动所带来的数据采集的误差。
2.根据权利要求1所述的用于三维真彩环境建模的无人机吊舱，其特征在于，所述固定电控舱包括电控舱盖(1-1)和电控舱体(1-2)，电控舱体(1-2)外设有所述双目相机(1-3)和天线(1-4)，电控舱体(1-2)内设有驱动控制板、连接并控制驱动控制板的中央控制器、过渡连接供电端的稳压模块、惯性测量单元和进行数据传输的数据链模块；所述双目相机(1-3)电连接至中央控制器、由中央控制器控制采集双目视觉信号；所述数据链模块与外部的所述天线(1-4)电连接、通过天线(1-4)与操纵者远程通信或传递数据；所述电控舱体(1-2)两侧设有嵌入螺纹孔作为无人机的安装挂点；所述电控舱盖(1-1)与电控舱体(1-2)的上平面连接、实现密封；电控舱体(1-2)下方设有两个对称的垂臂，用于连接下方的旋转扫描组件。
3.根据权利要求2所述的用于三维真彩环境建模的无人机吊舱，其特征在于，所述电控舱体(1-2)上设有电源开关按钮、用于可视化操作的HDMI接口和提供电源和数据的J30J总集成接口。
4.根据权利要求3所述的用于三维真彩环境建模的无人机吊舱，其特征在于，所述电控舱体(1-2)设有均匀分布的散热槽。
5.根据权利要求2所述的用于三维真彩环境建模的无人机吊舱，其特征在于，所述双目相机(1-3)倾斜安装使得双目相机(1-3)视觉测量范围和激光雷达(2-3)的扫描范围重合。
6.根据权利要求2所述的用于三维真彩环境建模的无人机吊舱，其特征在于，所述旋转扫描组件包括旋转轴系和感知组件：所述旋转轴系包括固定轴(2-5)、转台固定盘(2-6)、中控转台(2-7)、轴承(2-8)和限位轴套(2-9)；固定轴(2-5)两端与两个所述垂臂固定连接；所述中控转台(2-7)一侧通过转台固定盘(2-6)固定在固定轴(2-5)上、中控转台(2-7)另一侧驱动连接感知组件从而带动感知组件旋转；所述感知组件包括与中控转台(2-7)连接的转动扫描支撑上壳(2-1)和用于安装所述激光雷达和两个单目相机的转动扫描支撑下壳(2-2)。
7.根据权利要求6所述的用于三维真彩环境建模的无人机吊舱，其特征在于，所述固定轴(2-5)上设有花形台阶，所述转台固定盘(2-6)为中控圆盘、与所述花形台阶配合螺纹固定连接。
8.根据权利要求6所述的用于三维真彩环境建模的无人机吊舱，其特征在于，所述转动扫描支撑上壳(2-1)通过轴承(2-8)安装在固定轴(2-5)上，轴承(2-8)外圈连接转动扫描支撑上壳(2-1)、轴承(2-8)内圈安装在固定轴(2-5)上，中控转台(2-7)驱动转动扫描支撑上壳(2-1)绕固定轴(2-5)转动，从而带动整个感知组件绕固定轴(2-5)转动。
9.根据权利要求8所述的用于三维真彩环境建模的无人机吊舱，其特征在于，所述限位轴套(2-9)固定在固定轴(2-5)上，所述限位轴套(2-9)结构为中空的圆盘且边缘设有凸出圆弧，安装位置紧贴转动扫描支撑上壳(2-1)、限制转动扫描支撑上壳(2-1)在固定轴(2-5)上的轴向位置，所述转动扫描支撑上壳(2-1)设有配合凸出圆弧的凸起圆弧段，凸出圆弧和凸起圆弧段构成机械限位，限制转动扫描支撑上壳(2-1)的转动角度，使这个机械限位的接触状态作为感知组件转动的初始零位。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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