PL222594B1

PL222594B1 - Stabilized suspension of the measuring unit on the mobile device, especially digital photogrammetry camera on the flying vehicle

Info

Publication number: PL222594B1
Application number: PL400108A
Authority: PL
Inventors: Jan Żywot; Zuzanna Bryzgalska
Original assignee: Zuzanna Bryzgalska; Jan Żywot
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2016-08-31
Also published as: PL400108A1

Description

(21) Num^{er z}gł^oszeni^a: ⁴00¹08 B60R 11/04 (2006.01)(21) Num ^of D ^er ^oszen and ^a: ⁴ 00 ¹ 08 B60R 11/04 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 24.07.2012Patent Office of the Republic of Poland (22) Date of filing: 24.07.2012

Stabilizowane zawieszenie zespołu pomiarowego na środku mobilnym, zwłaszcza kamery fotogrametrii cyfrowej na pojeździe latającymStabilized suspension of the measuring unit on the mobile center, especially the digital photogrammetry camera on the flying vehicle

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 03.02.2014 BUP 03/14 (43) Application was announced: 03/02/2014 BUP 03/14 (73) Uprawniony z patentu: ŻYWOT JAN, Wałbrzych, PL BRYZGALSKA ZUZANNA, Chorzów, PL (73) The right holder of the patent: LIFE JAN, Wałbrzych, PL BRYZGALSKA ZUZANNA, Chorzów, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.08.2016 WUP 08/16 (45) The grant of the patent was announced: August 31, 2016 WUP 08/16 (72) Twórca(y) wynalazku: JAN ŻYWOT, Wałbrzych, PL ZUZANNA BRYZGALSKA, Chorzów, PL (72) Inventor (s): JAN ŻYWOT, Wałbrzych, PL ZUZANNA BRYZGALSKA, Chorzów, PL

PL 222 594 B1PL 222 594 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest stabilizowane zawieszenie zespołu pomiarowego na środku m obilnym, zwłaszcza kamery fotogrametrii cyfrowej na pojeździe latającym, przeznaczone do utrzym ywania stałego kierunku w przestrzeni osi zespołu pomiarowego zamocowanego na poruszającym się urządzeniu lądowym, powietrznym i wodnym, przykładowo samochodzie, samolocie, pojeździe k osmicznym, łodzi pod- i nawodnej.The subject of the invention is a stabilized suspension of a measuring unit in the center, especially a digital photogrammetry camera on a flying vehicle, intended to maintain a constant direction in the axis space of the measuring unit mounted on a moving land, air and water device, for example a car, airplane, or motor vehicle. , sub and surface boats.

Bezprzewodowe pozyskiwanie danych stanowi podstawę wielu nowoczesnych technologii badawczych i dokumentacyjnych. Szczególnym przykładem jest fotogrametria cyfrowa dostarczająca cenne informacje metryczne i tematyczne dla różnych baz danych, tworzonych dla potrzeb rozwoju gospodarczego, a uzyskiwanych z pułapu lotniczego i satelitarnego.Wireless data acquisition is the basis of many modern research and documentation technologies. A particular example is digital photogrammetry, which provides valuable metric and thematic information for various databases created for the purposes of economic development and obtained from the aerial and satellite ceiling.

Znanych jest bardzo wiele rozwiązań stabilizowanych zawieszeń, które zadanie utrzymywania założonego kierunku osi zespołu pomiarowego wykonują poprzez szybką i adekwatną do zmian położenia środka mobilnego zmianę przestrzennego ustawienia obsady tego zespołu. Wymagany układ o trzech stopniach swobody w większości rozwiązań realizowany jest w oparciu o zasadę przegubu Cardana, którego osie napędzane są serwomechanizmami elektrycznymi, sterowanymi z układu przetwarzającego sygnały żyroskopu elektronicznego. Rozwiązania takie przedstawione są przykładowo w opisach wynalazków PLP-388776, US20110221900 i opisie patentowym US7658555, ich układ konstrukcyjny cechują znaczne wymiary i ciężar.There are many solutions of stabilized suspensions, which perform the task of maintaining the assumed direction of the axis of the measuring assembly by changing the spatial arrangement of the assembly quickly and adequate to changes in the position of the mobile means. The required system with three degrees of freedom is in most solutions implemented on the basis of the cardan joint principle, the axles of which are driven by electric servos, controlled from the electronic gyroscope signal processing system. Such solutions are presented, for example, in the inventions PLP-388776, US20110221900 and the patent description US7658555, their structural arrangement is characterized by considerable dimensions and weight.

Z opisu wynalazku DE3737027 znane jest również rozwiązanie stabilizowanego zawieszenia o napędzie hydraulicznym. Zawiera ono płytę bazową zamocowaną do korpusu środka mobilnego i płytę stabilizowaną z obrotową obsadą zespołu pomiarowego. Płyta stabilizowana podparta jest tłoczyskami czterech hydraulicznych siłowników dwustronnego działania, które w położeniu „zerowym” ustalają ją równolegle do płyty bazowej. Osie siłowników rozstawione są według wierzchołków kwadratu ze środkiem współosiowym z osią obrotu obsady zespołu pomiarowego. Wszystkie siłowniki połączone są między sobą układem hydraulicznym zawierającym pompy o pracy ciągłej, które włączone są między komorami siłowników natomiast ciśnienie zasilania ustalane jest zaworem z układu sterowania. W wykonaniu z siłownikami dwustronnego działania układ hydrauliczny jest otwarty, co ogranicza zakres położeń zawieszenia.From the description of the invention DE3737027 there is also known a solution for a stabilized suspension with a hydraulic drive. It comprises a base plate fixed to the body of the mobile means and a stabilized plate with a rotatable measuring assembly holder. The stabilized plate is supported by the piston rods of four double-acting hydraulic cylinders, which in the "zero" position fix it parallel to the base plate. The axes of the actuators are spaced according to the vertices of the square with the center coaxial with the axis of rotation of the measuring assembly holder. All actuators are connected with each other by a hydraulic system containing pumps with continuous operation, which are connected between the actuator chambers, while the supply pressure is set by a valve from the control system. In the version with double-acting cylinders, the hydraulic system is open, which limits the range of suspension positions.

Zawieszenie według niniejszego wynalazku również wykorzystuje napęd hydrauliczny, ale który wyróżnia się tym, że tworzą go dwa niezależne, hydraulicznie zamknięte podukłady, z których każdy łączy po dwa siłowniki podpierające płytę stabilizowaną w wierzchołkach przekątnej czworokąta. Komory równoimienne tych siłowników, tłokowe albo tłoczyskowe, połączone są z komorami pompy tłokowej o przelotowym tłoczysku. Komory po drugiej stronie tłoka połączone są bezpośrednio na zasadzie naczyń połączonych, a tłoczyska wszystkich siłowników połączone są z płytą stabilizowaną przez podpory kulisto-przesuwne.The suspension of the present invention also uses a hydraulic drive, but which is distinguished by the fact that it is made up of two independent, hydraulically closed subsystems, each of which connects two actuators supporting a plate stabilized at the diagonal apexes of the quadrilateral. Equivalent chambers of these cylinders, piston or piston rod, are connected with the chambers of a piston pump with a through piston rod. The chambers on the other side of the piston are directly connected by the principle of connected vessels, and the piston rods of all actuators are connected to a plate stabilized by spherical and sliding supports.

Korzystnym jest, gdy pompa tłokowa zawiera: silnik elektryczny, enkoder, przekładnię bezpośl izgową bezluzową korzystnie z pasem zębatym i naprężaczem i przekładnię śrubową, której nakrętka sztywno połączona jest z przelotowym tłoczyskiem pompy tłokowej. Obie komory pompy tłokowej połączone są z komorami równoimiennymi, tłokowymi albo tłoczyskowymi, pary siłowników zamocowanych na przekątnych czworokąta.Preferably, the piston pump comprises: an electric motor, an encoder, a backlashless gearbox, preferably with a toothed belt and a tensioner, and a helical gear, the nut of which is rigidly connected to the through piston rod of the piston pump. Both chambers of the piston pump are connected with equal chambers, piston or piston rod, of a pair of actuators mounted on the diagonals of a quadrilateral.

Korzystnym jest również, gdy każda z podpór kulisto-przesuwnych ma na końcu tłoczyska przegub kulowy, który osadzony jest suwliwie na sworzniu zamocowanym do płyty stabilizowanej w położeniu osi zgodnym z przekątną czworokąta zamocowania siłowników.It is also advantageous if each of the spherical-sliding supports has a ball joint at the end of the piston rod, which is slidably mounted on a pin attached to the stabilized plate in the axis position coinciding with the diagonal of the actuator mounting quadrilateral.

Rozwiązanie zawieszenia według wynalazku pozwala na istotne obniżenie ciężaru, uzyskanie dużych szybkości reakcji i wysokiej dokładności położenia.The suspension solution according to the invention allows for a significant reduction in weight, high reaction speed and high position accuracy.

Przedmiot wynalazku zobrazowany jest opisem przykładowego wykonania zawieszenia obsady cyfrowego aparatu fotograficznego, zawieszenia pokazanego w ujęciu schematycznym na rysunku. Poszczególne figury przedstawiają: Fig. 1 widok ogólny w perspektywie, Fig. 2 schemat połączeń hydraulicznych, Fig. 3 schemat kinematyczny pompy tłokowej, a Fig. 4 przekrój przez podporę kulisto-przesuwną w „zerowym” położeniu płyty stabilizowanej, prowadzony w płaszczyźnie wychylania.The subject matter of the invention is illustrated by the description of an exemplary embodiment of the suspension of a digital camera holder, the suspension shown in a schematic representation in the drawing. The individual figures show: Fig. 1 a general view in perspective, Fig. 2 a diagram of hydraulic connections, Fig. 3 a kinematic diagram of a piston pump, and Fig. 4 a cross-section through a spherical-sliding support in the "zero" position of the stabilized plate, guided in the tilting plane.

Zawieszenie zamocowane jest płytą bazową 1 do spodniej konstrukcji kadłuba samolotu, na obrzeżu otworu przesłanianego pokrywą. Do płyty bazowej 1 zamocowane są głowice czterech siłowników hydraulicznych S1, S2, S3, S4, dwustronnego działania, których tłoczyska połączone są z płytą stabilizowaną 2. Siłowniki rozstawione są w układzie wierzchołków czworokąta, którego środek jest współosiowy z osią obrotu obsady 3 aparatu fotograficznego. Napęd obrotu obsady nie jestThe suspension is attached to the base plate 1 to the bottom structure of the fuselage, at the edge of the opening covered with a cover. The heads of four double-acting hydraulic cylinders S1, S2, S3, S4, the piston rods of which are connected to the stabilized plate 2, are attached to the base plate 1. The cylinders are arranged in a quadrilateral apex system, the center of which is coaxial with the axis of rotation of the camera holder 3. The cast rotation drive is not

PL 222 594 B1 uwidoczniony na rysunku. Siłowniki włączone są w dwa podukłady hydrauliczne UH1 i UH2, z których UH1 łączy poprzez pompę tłokową P1 siłowniki S1 i S3 - usytuowane na przekątnej czworokąta. Podukład UH2 łączy siłowniki S2 i S4 usytuowane na drugiej przekątnej. Wszystkie siłowniki S1, S2, S3, S4 połączone są mechanicznie z płytą stabilizowaną 2 poprzez podpory kulisto-przesuwne 10. Jest oczywistym, że przy sterowaniu wspomaganym komputerowo czworokątny układ rozmieszczenia siłowników S1, S2, S3, S4 oprócz kwadratu stanowić może również romb, prostokąt, równoległobok i trapez. Każda z podpór kulisto-przesuwnych 10 składa się z zamocowanego na końcu tłoczyska przegubu kulowego 11, który osadzony jest suwliwie na sworzniu 12 zamocowanym do płyty stabilizowanej 2 w położeniu osi zgodnym z kierunkiem przekątnej. Przekątne czworokąta wyznaczają dwie [wycięty tekst] osie wychylania płyty stabilizowanej 2. Przeciwbieżny ruch siłowników S1 i S3 powoduje wychylanie płyty stabilizowanej 2 względem osi sworzni 12 siłowników S2 i S4, i odwrotnie. Ruch tłoczysk powodujący zwiększenie odległości między punktem podparcia płyty stabilizowanej 2 a osią wychylania kompensowany jest odpowiednim przesunięciem przegubu kulowego po sworzniu 12. Pompy tłokowe P1 i P2 stanowią zespoły złożone z silnika elektrycznego 4, enkodera 5, przekładni 6 z pasem zębatym i naprężaczem, kulkowej przekładni śrubowej ze śrubą napędową 7 i nakrętką 8. Nakrętka 8 sztywno połączona jest z tłoczyskiem pompy tłokowej P1. Bezpoślizgowa i bezluzowa praca takiego zespołu zapewnia dokładne i szybkie wykonywanie sygnałów poleceń z układu sterowania US. Sygnały wyjściowe dla danej pompy tłokowej P1, P2 stanowią przetworzone sygnały żyroskopu elektronicznego 13, kontrolowane jednocześnie sygnałami enkoderów 5.PL 222 594 B1 shown in the drawing. The actuators are included in two hydraulic subsystems UH1 and UH2, of which UH1 connects, through a piston pump P1, actuators S1 and S3 - situated on the diagonal of the quadrilateral. The UH2 subsystem connects the S2 and S4 actuators located on the other diagonal. All S1, S2, S3, S4 actuators are mechanically connected to the stabilized plate 2 through spherical-sliding supports 10. It is obvious that in computer-aided control, the quadrilateral arrangement of actuators S1, S2, S3, S4, apart from a square, may also be a rhombus, rectangle , parallelogram and trapezoid. Each of the spherical-sliding supports 10 consists of a ball joint 11 mounted at the end of the piston rod, which is slidably mounted on a pin 12 attached to the stabilized plate 2 in the position of the axis corresponding to the diagonal direction. The diagonals of the quadrilateral define two [cut-out text] axes of pivoting the stabilized plate 2. The counter-rotating movement of the actuators S1 and S3 causes the stabilized plate 2 to tilt relative to the axis of the bolts 12 of the actuators S2 and S4, and vice versa. The movement of the piston rods increasing the distance between the support point of the stabilized plate 2 and the pivoting axis is compensated by the appropriate displacement of the ball joint on the pin 12. Piston pumps P1 and P2 are assemblies consisting of an electric motor 4, an encoder 5, a gear 6 with a toothed belt and a tensioner, a ball gear screw with lead screw 7 and nut 8. The nut 8 is rigidly connected to the piston rod of the piston pump P1. The non-slip and backlash-free operation of such a unit ensures accurate and fast execution of command signals from the US control system. The output signals for a given piston pump P1, P2 are processed signals of the electronic gyroscope 13, simultaneously monitored by the signals of the encoders 5.

Zastrzeżenia patentowePatent claims

Claims

1. Stabilized suspension of the measuring unit on a mobile device, in particular digital photogrammetry cameras on a flying vehicle, containing:

- base plate attached to the body of the mobile device,

- a stabilized plate with a rotating measuring assembly housing, which is supported by the piston rods of four double-acting hydraulic cylinders in the "zero" position parallel to the base plate, and whose axes are spaced according to the vertices of the quadrilateral with the center coaxial with the axis of rotation of the measuring assembly housing,

- hydraulic system with pumps connected to conduits connecting the cylinder chambers, and in addition:

- a control system with an electronic gyroscope mounted on the stabilized plate or in the mounting of the measuring unit, the signals of which are converted in a programmed computer into signals controlling the flows in the hydraulic system, characterized in that the hydraulic system consists of two independent, hydraulically closed subsystems (UH1, UH2) , each of which connects two actuators (S1, S3 and S2, S4) supporting a plate stabilized at the apex of the diagonal of the quadrilateral, where the equal chambers of these cylinders, piston or piston rod, are connected with the piston pump chambers (P1, P2) with a through piston rod , while the chambers on the other side of the piston are directly connected, and that the piston rods of all actuator forces (S1, S2, S3, S4) are connected to the stabilized plate (2) by spherical-sliding supports (10).

2. The suspension according to claim The piston pump (P1, P2) according to claim 1, characterized in that the piston pump (P1, P2) comprises: an electric motor (4), an encoder (5), a backlash-free non-skid transmission, preferably with a toothed belt (6) and a tensioner, a helical gear (7) whose nut (8) it is rigidly connected to the through piston rod (9) of the piston pump (P1, P2), and both chambers of the piston pump (P1, P2) are connected with equal, piston or piston rod chambers, pairs of actuators (S1, S3 and S2, S4) mounted on diagonals of a quadrilateral.

3. The suspension according to claim 1, characterized in that each of the spherical-sliding supports (10) has: a ball joint (11) mounted at the end of the piston rod, which is slidably mounted on a pin (12) attached to the stabilized plate (2) in the axis position consistent with the diagonal of the quadrilateral cylinder mountings (S1, S2, S3, S4).