CN205333064U - 一种六自由度航空倾斜摄影模拟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种六自由度航空倾斜摄影模拟系统，包括导轨系统、云台机构、成像装置及控制装置；所述导轨系统包括四个直线导轨；所述云台机构采用球面机构，包括静平台、动平台及并联在所述静平台和所述动平台之间的三个分支机构，三个所述分支机构结构相同且沿圆周方向均匀布置，所述静平台沿竖向滑动连接在所述第四直线导轨上；所述成像装置包括固定安装在所述动平台底面上的CCD相机；所述控制装置可操作地控制所述云台机构在所述导轨系统上的运动及所述CCD相机在所述云台机构上的运动。本实用新型可以模拟任意轨迹、任意姿态的航空摄影测量过程。

Description

一种六自由度航空倾斜摄影模拟系统

技术领域

本实用新型涉及一种航空摄影模拟系统，特别是涉及一种六自由度航空倾斜摄影模拟系统。

背景技术

航空摄影测量是指在飞行器上用航摄仪器对地面连续摄取像片，结合地面控制点测量、调绘和立体测绘等步骤，绘制出地形图的作业。航空摄影测量一直是我国基本地图成图的主要方式，由于其制图速度快，精度高且均匀，是我们今后数字制图的一个重要发展方向。随着数字地球在中国的广泛认同，数字城市建设正如火如荼。航空数字测量为数字城市建设提供基础城市空间数据，同时还广泛应用于国土资源调查、土地利用、城市规划、道路交通、港口选址及房地产等方面。按摄像机物镜主光轴相对于地表的垂直度，可分为垂直航空摄影和倾斜航空摄影。为了更简便有效地研究航空摄影测量技术，相关技术人员亟需一种能够有效模拟航空摄影测量过程的设备。基于该需求，中国专利201310298803.5公开了一种航空摄影测量模拟系统，可以模拟固定水平面内飞行器的运动，然而由于整个模拟系统不能调节飞行器姿态，故该系统无法满足倾斜航空摄影的研究需要。中国专利201220681352.4公开了一种数字航空倾斜摄影测量装置，其在云台上按照前后左右下五个方向安装五个相机，来实现倾斜航空摄影，然而若基于该思路研制相关倾斜航空摄影模拟系统，则存在成本高的缺点。并且由于相机数量多导致云台整体质量较大，从而不利于对云台实施平稳的控制。此外，中国专利201210501131.9、中国专利201220646494.7也公开了类似的装置，然而这些装置均无法模拟飞行器在六个自由度方向的运动，无法模拟飞行器的真实位姿变化。从科学研究的意义上来看，前述系统或装置尚缺乏模拟信息的完整性与航线设置的灵活性。

发明内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种六自由度航空倾斜摄影模拟系统，该系统可以模拟任意轨迹、任意姿态的航空摄影测量过程。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种六自由度航空倾斜摄影模拟系统，包括导轨系统、云台机构、成像装置及控制装置；所述导轨系统包括四个直线导轨，其中第一直线导轨与第二直线导轨在水平面内相互平行设置，第三直线导轨横跨在所述第一直线导轨和所述第二直线导轨之上，且第三直线导轨与所述第一直线导轨和所述第二直线导轨形成滑动连接，第四直线导轨垂直滑动连接在所述第三直线导轨上，并且所述第四直线导轨垂直于所述第一直线导轨与所述第二直线导轨所确定的平面；所述云台机构采用球面机构，包括静平台、动平台及并联在所述静平台和所述动平台之间的三个分支机构，三个所述分支机构结构相同且沿圆周方向均匀布置，所述静平台沿竖向滑动连接在所述第四直线导轨上；所述成像装置包括固定安装在所述动平台底面上的CCD相机；所述控制装置可操作地控制所述云台机构在所述导轨系统上的运动及所述CCD相机在所述云台机构上的运动。

所述第三直线导轨通过第一传动机构与第一电机连接，所述第一电机固定在所述第一直线导轨的一端；在所述第一直线导轨的一端安装有第一限位开关，另一端安装有第二限位开关；所述第四直线导轨通过第二传动机构与第二电机连接，所述第二电机固定在所述第三直线导轨的一端，在所述第三直线导轨的一端安装有第三限位开关，另一端安装有第四限位开关；所述静平台通过第三传动机构与第三电机连接，所述第三电机固定在所述第四直线导轨的一端，在所述第四直线导轨的一端安装有第五限位开关，另一端安装有第六限位开关。

所述第一传动机构包括与所述第三直线导轨固接的传动带，所述传动带张紧在两根传动轴上，两根所述传动轴分别安装在所述第一直线导轨和所述第二直线导轨的两端，一根所述传动轴由所述第一电机驱动。

每个所述分支机构包括依次连接第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第一连杆的上端固接在所述静平台上，所述第一连杆的下端与所述第二连杆的上端通过第一转动副连接，所述第二连杆的上端与驱动电机的输出轴连接，所述第二连杆的下端与所述第三连杆的上端通过第二转动副连接，所述第三连杆的下端与所述第四连杆的上端通过第三转动副连接，所述第四连杆的下端固接在所述动平台上；三个所述分支机构中所有的所述第一转动副、所述第二转动副和所述第三转动副的转动轴线相交于空间一点。

本实用新型具有的优点和积极效果是：可以精确模拟垂直航空摄影以及倾斜航空摄影的主要过程，解决现有技术灵活性与完整性不足的缺陷。具体地说，该系统可以模拟成像装置随飞行器开展航空摄影测量过程中的位置与姿态，可以灵活地实现成像装置三个平动自由度及三个转动自由度的空间六维运动；可模拟成像装置跟随飞行器在三维空间中的平动以及成像装置自身相对于飞行器的俯仰、滚转及偏航运动，其与地物模型、航摄数据处理技术相结合后，既能满足摄影测量相关专业的教学需求，又能为摄影测量专业的技术人员开展科学研究提供专业化实验装备。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的云台机构拓扑结构图。

图1中：1-导轨系统；2-云台机构；3-成像装置；4-控制装置；11-第一直线导轨；12-第二直线导轨；13-第三直线导轨；14-第四直线导轨；50-传动轴；51-第一电机；52-第二电机；53-第三电机；54-第一限位开关；55-第二限位开关；56-第三限位开关；57-第四限位开关；58-第五限位开关；59-第六限位开关。

图2中：21-静平台；22-动平台；23-分支机构；L1-第一连杆；M1-分支电机；R1-第一转动副；L2-第二连杆；R2-第二转动副；L3-第三连杆；R3-第三转动副；L4-第四连杆。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图2，一种六自由度航空倾斜摄影模拟系统，包括导轨系统1、云台机构2、成像装置3及控制装置4。

所述导轨系统1通常固定于室内空间顶部，包括四个直线导轨，其中第一直线导轨11与第二直线导轨12在水平面内相互平行设置，第三直线导轨13横跨在所述第一直线导轨11和所述第二直线导轨12之上，且第三直线导轨13与所述第一直线导轨11和所述第二直线导轨12形成滑动连接，第四直线导轨14垂直滑动连接在所述第三直线导轨13上，并且所述第四直线导轨14垂直于所述第一直线导轨11与所述第二直线导轨12所确定的平面。上述四条直线导轨可形成一个可实现空间三维平动的三自由度运动系统。

所述云台机构2采用球面机构，包括静平台21、动平台22及并联在所述静平台21和所述动平台22之间的三个分支机构23，三个所述分支机构23结构相同且沿圆周方向均匀布置，所述静平台21沿竖向滑动连接在所述第四直线导轨14上。所述云台机构2可以实现绕三个互相垂直轴线的旋转运动，实现三个转动自由度的运动。

所述成像装置3包括固定安装在所述动平台22底面上的CCD相机，用于获取底面影像信息和航摄相片。

所述控制装置4可操作地控制所述云台机构2在所述导轨系统1上的运动及所述CCD相机在所述云台机构2上的运动。

在本实施例中，所述第三直线导轨13通过第一传动机构与第一电机51连接，所述第一电机51固定在所述第一直线导轨11的一端；在所述第一直线导轨11的一端安装有第一限位开关54，另一端安装有第二限位开关55；所述第四直线导轨14通过第二传动机构与第二电机52连接，所述第二电机52固定在所述第三直线导轨13的一端，在所述第三直线导轨13的一端安装有第三限位开关56，另一端安装有第四限位开关57；所述静平台21通过第三传动机构与第三电机53连接，所述第三电机53固定在所述第四直线导轨14的一端，在所述第四直线导轨14的一端安装有第五限位开关58，另一端安装有第六限位开关59。

在本实施例中，所述第一传动机构包括与所述第三直线导轨13固接的传动带，所述传动带张紧在两根传动轴50上，两根所述传动轴50分别安装在所述第一直线导轨11和所述第二直线导轨12的两端，一根所述传动轴50由所述第一电机51驱动，另一根所述传动轴在图1中没有示出。

在本实施例中，每个所述分支机构23包括依次连接第一连杆L1、第二连杆L2、第三连杆L3和第四连杆L4，所述第一连杆L1的上端固接在所述静平台21上，所述第一连杆L1的下端与所述第二连杆L2的上端通过第一转动副R1连接，所述第二连杆L2的上端与驱动电机的输出轴连接，驱动电机用于驱动相应分支机构的运动；所述第二连杆L2的下端与所述第三连杆L3的上端通过第二转动副R2连接，所述第三连杆L3的下端与所述第四连杆L4的上端通过第三转动副R3连接，所述第四连杆L4的下端固接在所述动平台22上；三个所述分支机构23中所有的所述第一转动副R1、所述第二转动副R2和所述第三转动副R3的转动轴线相交于空间一点，以确保所述动平台22实现相对于所述静平台21的球面运动，即三个自由度的转动。

本实用新型的工作原理为：通过控制所述导轨系统1在水平面内两个自由度的平动，可以模拟所述CCD相机在空中某水平面内任意航迹的运动，通过控制所述导轨系统1在竖直方向的平动，可以在一定范围内改变所述CCD相机的高度，以实现航行高度与相机焦距等参数的匹配，通过控制所述云台机构2的三维旋转运动，可模拟CCD相机3的俯仰、滚转及偏航运动。由此，上述六自由度航空倾斜摄影模拟系统可模拟任意轨迹、任意姿态的航空摄影测量过程，其与地物模型、航摄数据处理技术相结合，则既能满足摄影测量相关专业的教学需求，又能为摄影测量专业的技术人员开展科学研究提供实验装备。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种六自由度航空倾斜摄影模拟系统，其特征在于，包括导轨系统、云台机构、成像装置及控制装置；

所述导轨系统包括四个直线导轨，其中第一直线导轨与第二直线导轨在水平面内相互平行设置，第三直线导轨横跨在所述第一直线导轨和所述第二直线导轨之上，且第三直线导轨与所述第一直线导轨和所述第二直线导轨形成滑动连接，第四直线导轨滑动连接在所述第三直线导轨上，并且所述第四直线导轨垂直于所述第一直线导轨与所述第二直线导轨所确定的平面；

所述云台机构采用球面机构，包括静平台、动平台及并联在所述静平台和所述动平台之间的三个分支机构，三个所述分支机构结构相同且沿圆周方向均匀布置，所述静平台沿竖向滑动连接在所述第四直线导轨上；

所述成像装置包括固定安装在所述动平台底面上的CCD相机；

所述控制装置可操作地控制所述云台机构在所述导轨系统上的运动及所述CCD相机在所述云台机构上的运动。

2.根据权利要求1所述的六自由度航空倾斜摄影模拟系统，其特征在于，所述第三直线导轨通过第一传动机构与第一电机连接，所述第一电机固定在所述第一直线导轨的一端；在所述第一直线导轨的一端安装有第一限位开关，另一端安装有第二限位开关；所述第四直线导轨通过第二传动机构与第二电机连接，所述第二电机固定在所述第三直线导轨的一端，在所述第三直线导轨的一端安装有第三限位开关，另一端安装有第四限位开关；所述静平台通过第三传动机构与第三电机连接，所述第三电机固定在所述第四直线导轨的一端，在所述第四直线导轨的一端安装有第五限位开关，另一端安装有第六限位开关。

3.根据权利要求2所述的六自由度航空倾斜摄影模拟系统，其特征在于，所述第一传动机构包括与所述第三直线导轨固接的传动带，所述传动带张紧在两根传动轴上，两根所述传动轴分别安装在所述第一直线导轨和所述第二直线导轨的两端，一根所述传动轴由所述第一电机驱动。

4.根据权利要求1所述的六自由度航空倾斜摄影模拟系统，其特征在于，每个所述分支机构包括依次连接第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第一连杆的上端固接在所述静平台上，所述第一连杆的下端与所述第二连杆的上端通过第一转动副连接，所述第二连杆的上端与驱动电机的输出轴连接，所述第二连杆的下端与所述第三连杆的上端通过第二转动副连接，所述第三连杆的下端与所述第四连杆的上端通过第三转动副连接，所述第四连杆的下端固接在所述动平台上；三个所述分支机构中所有的所述第一转动副、所述第二转动副和所述第三转动副的转动轴线相交于空间一点。