PL69864Y1

PL69864Y1 - Gyroscopic holder for fastening a video camera outside the aircraft, preferably the helicopter

Info

Publication number: PL69864Y1
Application number: PL124391U
Authority: PL
Inventors: Grzegorz Chmaj; Tadeusz UHL
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2018-04-30
Also published as: PL124391U1

Description

Opis wzoruPattern description

Przedmiotem wzoru użytkowego jest żyroskopowy uchwyt do mocowania kamery video na zewnątrz statku powietrznego, zwłaszcza helikoptera. Uchwyt o trzech stopniach swobody przystosowany jest do rozłącznego zamocowania do elementów podwozia statku, jego konstrukcji podkabinowych, przykładowo do haka holowniczego.The object of the utility model is a gyroscopic mount for attaching a video camera to the exterior of an aircraft, in particular a helicopter. The handle with three degrees of freedom is adapted to be detachably attached to elements of the ship's chassis, its sub-cabin structures, for example to a towing hook.

Znany z opisu patentowego US4752791 uchwyt do mocowania kamery wideo ma jarzmo w postaci prostokątnej ramy, przytwierdzone do konstrukcji kadłuba helikoptera poprzez zawiasowe zaczepy z poduszkami amortyzującymi oraz przez dwa zastrzały prętowe o regulowanej długości - ustalające jarzmo w pozycji pionowej. W środku górnej i dolnej belki ramy jarzma osadzone są pionowe czopy osi zawieszenia, na których łożyskowana jest wychylnie rama środkowa. Wewnątrz ramy środkowej na przegubach o poziomej osi obrotu zamocowane jest ramię dolne, o kształcie ceowym. Na belce dolnej ramienia dolnego posadowiona jest platforma kamery. Członami ruchomymi uchwytu są rama środkowa i ramię dolne, wychylane względem dwóch osi obrotu: pionowej i poziomej serwomechanizmami, które sterowane są sygnałami z układu sterowania, zabudowanego w kabinie helikoptera. Układ sterowania wykonuje zadanie utrzymywania wyznaczonego kierunku osi optycznej kamery niezależnie od zmiany położenia helikoptera - z wykorzystaniem sygnałów z żyroskopów elektronicznych, zamocowanych pod platformą kamery. Serwomechanizmy i żyroskopy elektroniczne połączone są przewodami z układem sterowania. Oprócz podstawowego zadania kinematycznej stabilizacji kierunku osi optycznej kamery istotnym jest wibroizolacja od drgań statku powietrznego. W opisanym rozwiązaniu US4752791 układ wibroizolacji wykorzystuje pasywne elementy amortyzujące, poduszki zamocowania jarzma oraz amortyzatory tłokowe członów ruchomych.The handle for mounting a video camera known from the patent description US4752791 has a yoke in the form of a rectangular frame, attached to the structure of the helicopter's fuselage by hinged catches with shock-absorbing cushions and by two rod struts with adjustable length - fixing the yoke in a vertical position. In the middle of the upper and lower beam of the yoke frame, there are vertical pivots of the suspension axle, on which the middle frame is swiveled. Inside the central frame, the lower C-shaped arm is mounted on joints with a horizontal axis of rotation. The camera platform is placed on the lower beam of the lower arm. The moving parts of the holder are the central frame and the lower arm, tilted in relation to the two axes of rotation: vertical and horizontal by servos, which are controlled by signals from the control system installed in the helicopter cabin. The control system performs the task of maintaining the designated direction of the optical axis of the camera regardless of the change in the helicopter's position - using signals from electronic gyroscopes mounted under the camera platform. Servomechanisms and electronic gyroscopes are connected by wires to the control system. In addition to the basic task of kinematic stabilization of the direction of the optical axis of the camera, vibration isolation from aircraft vibrations is also important. In the described solution US4752791, the vibration isolation system uses passive shock absorbers, yoke mounting pads and piston shock absorbers of the moving members.

Przepisy dotyczące statków powietrznych wymagają by przy każdej zmianie związanej z zabudową sprzętu a wymagającej ingerencji w konstrukcję statku - przykładowo w opisywanym rozwiązaniu dodatkowe zaczepy jarzma i zastrzałów prętowych, otwory w kadłubie na przewody zasilająco-sterujące, a ponadto zwiększone obciążenie generatora prądu - przeprowadzane były uzupełniające badania certyfikacyjne dla danego typu statku powietrznego, badania, które są kosztowne i czasochłonne.The regulations concerning the aircraft require that for each change related to the installation of the equipment that requires interference with the ship's structure - for example, in the described solution, additional hooks for the yoke and rod struts, openings in the fuselage for power supply and control cables, and, moreover, an increased load on the power generator - supplementary certification tests for a given type of aircraft, tests that are costly and time-consuming.

Znany jest ze stanu techniki uchwyt do mocowania kamery w bezzałogowym statku powietrznym, ujawniony w opisie patentowym US 2004173726 A1, który stanowi uchwyt żyroskopowy zawierający pionową oś zawieszenia, na której ułożyskowane jest ramię górne oraz zamocowane jest koło napędzane serwomechanizmem ramienia górnego oraz ramię górne i dolne mają kształt ceowy i są połączone na skierowanych do siebie, pionowych końcach ramion przez przeguby obrotowe, o poziomej osi obrotu, natomiast kamera utwierdzona jest na poziomym ramieniu dolnym, w położeniu osi optycznej przecinającej się z osią osi zawieszenia, a ponadto pod ramieniem dolnym zamocowany jest żyroskop. Koło zamocowane do osi zawieszenia zawiera układ sterowania połączony na wejściu z zamocowanymi do ramienia dolnego żyroskopami elektronicznymi, a na wyjściu z silnikami serwomechanizmów.There is known from the prior art a handle for mounting a camera in an unmanned aerial vehicle, disclosed in the patent description US 2004173726 A1, which is a gyroscopic handle including a vertical suspension axis on which the upper arm is mounted, and a servo-driven wheel of the upper arm and the upper and lower arm are mounted. they are C-shaped and are connected at the vertical ends of the arms facing each other by pivot joints with a horizontal axis of rotation, while the camera is fixed on the horizontal lower arm, in the position of the optical axis intersecting with the axis of the suspension axis, and also under the lower arm is mounted gyroscope. The wheel attached to the suspension axle includes a control system connected at the entrance to the electronic gyroscopes attached to the lower arm, and at the exit to the servo motors.

Znany jest również z amerykańskiego opisu patentowego US5497960 uchwyt kamery mocowany do bezzałogowego helikoptera obserwacyjnego. Uchwyt również posiada trzy człony kinematyczne, szeregowo połączone przegubami obrotowymi i wychylane serwomechanizmami względem prostopadłych osi obrotu x, y i z. Ramię górne łożyskowane względem poziomej osi zamocowane jest poprzez elastyczny amortyzator pasywny na czołowej, pionowej ścianie konstrukcji nośnej helikoptera. Ramię górne ma postać ceową z dwoma bocznymi ramionami, na których łożyskowana jest kopuła. Z kolei, wewnątrz kopuły zamocowana jest kulista obejma z elastyczną wykładziną, przestrzennie mocującą w sposób sprężysty kamerę. Rozwiązanie przystosowane jest wyłącznie do wyspecjalizowanego, obserwacyjnego statku powietrznego, który jako taki podlega jednorazowej certyfikacji.There is also known from the US patent US5497960 a camera holder attached to an unmanned observation helicopter. The handle also has three kinematic members, connected in series with rotary joints and pivoted by servos in relation to the perpendicular x, y and z rotation axes. The upper arm, bearing in relation to the horizontal axis, is fixed by a flexible passive shock absorber on the front vertical wall of the helicopter supporting structure. The upper arm is C-shaped with two side arms on which the dome is mounted. On the other hand, inside the dome there is a spherical clamp with an elastic lining, which spatially fixes the camera in an elastic manner. The solution is adapted only to a specialized, observation aircraft, which as such is subject to a one-time certification.

Zadaniem wzoru użytkowego jest opracowanie uchwytu kamery, którego zabudowa na zewnątrz statku powietrznego - posiadającego już certyfikację - nie będzie wymagała dodatkowych decyzji organu dopuszczającego statek do lotów z uwagi na brak jakichkolwiek zmian w zakresie obejmującym certyfikację statku.The task of the utility model is to develop a camera holder, the installation of which outside the aircraft - already certified - will not require additional decisions of the authority admitting the ship to flights due to the lack of any changes in the scope of ship certification.

Rozwiązanie uchwytu według niniejszego wzoru posiada znany, powyżej opisany układ kinematyczny trzech członów ruchomych, połączonych z jarzmem przegubami obrotowymi i wychylanymi względem prostopadłych osi obrotu serwomechanizmami.The handle solution according to the present formula has a known, above-described kinematic system of three movable members, connected to the yoke by rotary joints and pivotable in relation to perpendicular axes of rotation by servos.

Uchwyt do mocowania kamery, składający się z jarzma rozłącznie przytwierdzonego, poprzez poduszki amortyzujące do elementów podwozia statku, posiada połączone z jarzmem przegubami obrotowymi, szeregowo trzy człony ruchome: ramię górne, ramię dolne i platformę kamery, wychylanymi względem prostopadłych osi obrotu, przez trzy serwomechanizmy uruchamiane sygnałami wyjściowymi układu sterowania i utrzymujące wyznaczony kierunek osi optycznej kamery, natomiast sygnałami wejściowymi układu sterowania są sygnały z żyroskopów elektronicznych, akcelerometrów oraz czujnika pola magnetycznego ziemi, zamocowanych do platformy kamery, przy czym na osi zawieszenia, usytuowanej pionowo, ułożyskowane jest ramię górne, a ramię górne oraz dolne mają kształt ceowy i połączone są na skierowanych do siebie, pionowych końcach ramion przez przeguby obrotowe o poziomej osi obrotu, zaś oś optyczna kamery przecina się z osią zawieszenia.The bracket for mounting the camera, consisting of a yoke detachably attached to the landing gear elements through shock-absorbing cushions, has three movable members connected to the yoke in series: the upper arm, the lower arm and the camera platform, tilted in relation to the perpendicular axes of rotation, by three servos activated by the output signals of the control system and maintaining the designated direction of the optical axis of the camera, while the input signals of the control system are signals from electronic gyroscopes, accelerometers and the earth magnetic field sensor, attached to the camera platform, with the upper arm bearing on the vertical axis of the suspension, and the upper and lower arms are C-shaped and are connected at the facing vertical ends of the arms by pivot joints with a horizontal axis of rotation, and the optical axis of the camera intersects with the axis of the suspension.

Istota rozwiązania polega na tym, że jarzmo ma cztery, parami zbieżne wsporniki poduszek amortyzujących, które w rzucie na płaszczyznę poziomą usytuowane są w układzie prostokąta. Do jarzma zamocowana jest obudowa amortyzatora talerzowego, którego wibroizolowany element stanowi jednocześnie oś zawieszenia, usytuowaną pionowo i przechodzącą przez punkt przecięcia się przekątnych prostokątnego układu poduszek amortyzujących. Kamera utwierdzona jest na platformie łożyskowanej na poziomym ramieniu dolnym poprzez poduszkę amortyzującą. Pod ramieniem dolnym zamocowany jest układ akumulatorowego zasilania i układ sterowania. Układ sterowania posiada blok odbiorczo-nadawczy bezprzewodowej transmisji sygnałów i blok sterowaniaThe essence of the solution lies in the fact that the yoke has four pairs of converging supports for shock-absorbing cushions, which are arranged in a rectangular pattern when projected onto a horizontal plane. The casing of the plate damper is attached to the yoke, the vibro-insulated element of which is also the suspension axis, situated vertically and passing through the point of intersection of the diagonals of the rectangular system of shock-absorbing cushions. The camera is mounted on a platform mounted on a horizontal lower arm through a shock-absorbing cushion. A battery power supply and control system are mounted under the lower arm. The control system has a receiving-transmitting unit for wireless signal transmission and a control unit

Niezależność funkcjonalna i energetyczna uchwytu według wzoru użytkowego umożliwia zamocowanie kamery do każdego statku mającego pod kabiną lub kadłubem wystający element, do którego może być rozłącznie zamocowana obejma. Obejma każdorazowo przystosowana kształtem do elementu zamocowania stanowi bazę przyłączeniową dla jarzma uchwytu.The functional and energetic independence of the holder according to the utility model allows the camera to be attached to any vessel with a protruding element under the cabin or hull to which the clamp can be detachably attached. The clamp is each time adapted in shape to the fastening element and constitutes the connection base for the grip yoke.

Uchwyt według wzoru użytkowego przedstawiony jest opisem wykonania pokazanym na rysunku. Figura 1 pokazuje uchwyt w widoku perspektywicznym, fig. 2 - widok czołowy, a fig. 3 - przekrój pionowy według oznaczonej na fig. 2 linii A-A.The handle according to the utility model is presented with the description of the embodiment shown in the drawing. FIG. 1 shows the handle in perspective view, FIG. 2 shows a front view and FIG. 3 shows a vertical section according to the line A-A marked in FIG. 2.

Uchwyt podwieszony jest pod kabiną helikoptera na czterech wieszakach obejmy 1, kształtem i wymiarami przystosowanej do sztywnego i rozłącznego połączenia z hakiem holowniczym. Do wieszaków obejmy 1 zamocowane jest jarzmo 2 uchwytu, wykonane z dwóch płaskowników z odgiętymi na końcach wspornikami 7, usytuowanymi w układzie prostokąta w rzucie na płaszczyznę poziomą. Połączenie jarzma 2 z obejmą 1 dokonane jest za pośrednictwem śrub poprzez poduszki amortyzujące 8 - a zawieszenie to stanowi pierwszy stopień wibroizolacji uchwytu. Płaskowniki jarzma 2 połączone są sztywno z obudową 8 amortyzatora talerzowego 10, którego wibroizolowany element stanowi jednocześnie oś zawieszenia 11 uchwytu. Z osią zawieszenia 11 sztywno połączony jest poziomy talerz 10' objęty od dołu i od góry materiałem elastycznym. Amortyzator talerzowy 10 usytuowany jest tak, że oś osi zawieszenia 11 przechodzi przez punkt przecięcia się przekątnych prostokątnego układu poduszek amortyzujących 8. Amortyzator talerzowy 10 jest drugim stopniem wibroizolacji uchwytu. Na osi zawieszenia 11 zamocowane są trzy człony ruchome uchwytu: ramię górne 3, ramię dolne 4 i platforma 5 kamery 14, szeregowo połączone przegubami obrotowymi 6', 6", 6"' o osiach wzajemnie prostopadłych oraz ustawione w wymaganym położeniu względnym serwomechanizmami 13', 13", 13". Zamocowany na ramieniu górnym 3 serwomechanizm 13' sprzężony jest z kołem 12, osadzonym na osi zawieszenia 11. Człony ruchome 3, 4, 5 mają kształt ceowy o budowie ażurowej, połączone są kolejno ze sobą przez przeguby obrotowe 6', 6", 6" usytuowane na skierowanych do siebie, pionowych końcach ramion ich ceowego ukształtowania. Na platformie 5 łożyskowanej na poziomym ramieniu dolnym 4 zamocowana jest kamera 14, osadzona przez poduszkę amortyzującą 15, która stanowi trzeci poziom wibroizolacji uchwytu. Pod platformą 5 zamocowany jest zespół żyroskopów elektronicznych oraz akceleratorów 16, natomiast pod poziomym ramieniem dolnym 4 zamocowane są wewnątrz osłony układ akumulatorowego zasilania UZ i układ sterowania US. Układ sterowania US zawiera blok odbiorczo-nadawczy bezprzewodowej transmisji sygnałów i blok sterowania, który połączony jest na wejściu z żyroskopami elektronicznymi 16 oraz akcelerometrami na wyjściu z silnikami serwomechanizmów 13',13",13" Serwomechanizmy 13', 13", 13" wychylane są sygnałami z układu sterowania US, utrzymującymi wyznaczony kierunek osi optycznej kamery 14 na podstawie fuzji sygnałów z żyroskopów elektronicznych oraz akcelerometrów 16.The handle is suspended under the helicopter's cabin on four clamps of the clamp 1, the shape and dimensions are adapted to a rigid and detachable connection with the towing hook. The yoke 2 of the handle is attached to the hangers of the clamp 1, it is made of two flat bars with brackets 7 bent at the ends, arranged in a rectangular pattern in a projection on a horizontal plane. The connection of the yoke 2 with the clamp 1 is made by means of bolts through shock-absorbing cushions 8 - and this suspension is the first degree of vibration isolation of the handle. The flat bars of the yoke 2 are rigidly connected to the housing 8 of the plate damper 10, the vibro-insulated element of which is also the suspension axis 11 of the holder. The horizontal plate 10 'is rigidly connected to the suspension axle 11 and is covered from below and from above by an elastic material. The disk damper 10 is positioned so that the axis of the suspension axis 11 passes through the intersection point of the diagonals of the rectangular arrangement of shock-absorbing cushions 8. The disk damper 10 is the second degree of vibration isolation of the handle. On the suspension axis 11, three movable parts of the holder are mounted: the upper arm 3, the lower arm 4 and the camera platform 5 14, connected in series by pivot joints 6 ', 6 ", 6"' with mutually perpendicular axes and set in the required relative position by servos 13 '. . 13 ", 13". The servo 13 'mounted on the upper arm 3 is coupled to the wheel 12, mounted on the suspension axis 11. The movable parts 3, 4, 5 are C-shaped with an openwork structure, connected successively by rotary joints 6', 6 ", 6" located on the facing vertical ends of the arms of their C-shaped configuration. A camera 14 is mounted on the platform 5, bearing on the lower horizontal arm 4, mounted by the shock-absorbing cushion 15, which constitutes the third level of vibration isolation of the handle. A set of electronic gyroscopes and accelerators 16 is mounted under the platform 5, while a battery system UZ and a US control system are mounted inside the cover under the lower horizontal arm 4. The US control system includes a receiving-transmitting unit for wireless signal transmission and a control unit, which is connected at the input to electronic gyroscopes 16 and accelerometers at the output to servo motors 13 ', 13 ", 13". The servos 13', 13 ", 13" are tilted signals from the US control system maintaining the determined direction of the optical axis of the camera 14 based on the fusion of signals from electronic gyroscopes and accelerometers 16.

Kinematyka i wibroizolacyjność uchwytu zapewnia dobrą jakość obrazu z obserwacji terenu, przy płynności ruchów obrotowych kamery: pełnego wokół osi pionowej, około 180° względem osi poziomej, prostopadłej do kierunku lotu oraz około 60° względem osi poziomej równoległej do kierunku lotu - stabilizowanych układem IMU Inertial Measurement Unit.The kinematics and vibro-isolation of the handle ensure good image quality from the observation of the terrain, with smooth rotation of the camera: full around the vertical axis, about 180 ° to the horizontal axis, perpendicular to the direction of flight and about 60 ° to the horizontal axis parallel to the direction of flight - stabilized by the IMU Inertial system Measurement Unit.

Wykaz oznaczeń na rysunku 1 obejma 2 jarzmo 3 ramię górne 4 ramię dolne 5 platforma 6', 6", 6"' przegub obrotowy 7 wspornik 8 poduszka amortyzująca 9 obudowa 10 amortyzator talerzowy 10' talerz 11 oś zawieszenia 12. koło zębate 13', 13", 13" serwomechanizm 14 kamera 15 poduszka amortyzującaList of symbols in Figure 1 clamp 2 yoke 3 upper arm 4 lower arm 5 platform 6 ', 6 ", 6"' swivel joint 7 support 8 shock-absorbing cushion 9 housing 10 disc shock absorber 10 'plate 11 suspension axle 12. gear 13', 13 ", 13" servo 14 camera 15 cushion

16 żyroskopy elektroniczne i akcelerometry - układ IMU UZ układ zasilania US układ sterowania16 electronic gyroscopes and accelerometers - system IMU UZ power system US control system

Claims

Protective disclaimer

1. Gyroscopic bracket for mounting a video camera outside an aircraft, in particular a helicopter, consisting of a yoke detachably attached to the landing gear elements through shock absorbing cushions, having pivoting joints connected to the yoke, three movable members in series: the upper arm, the lower arm and the platform cameras, tilted in relation to perpendicular axes of rotation, by three servos actuated by the output signals of the control system and maintaining the designated direction of the optical axis of the camera, while the input signals of the control system are signals from electronic gyroscopes, accelerometers and the earth magnetic field sensor, attached to the camera platform, suspension axis, located vertically, the upper arm is mounted, and the upper and lower arms are C-shaped and are connected at the facing vertical ends of the arms by pivoting joints with a horizontal axis of rotation, and the optical axis of the camera intersects with the suspension axis system, characterized in that the yoke (2) has four pairs of converging supports (7) of the shock-absorbing cushions (8), situated in a rectangular projection on a horizontal plane, the housing (9) of the disk damper (10) is attached to the yoke (2). ), the vibro-insulated element of which is at the same time the suspension axis (11) located vertically and passing through the intersection point of the diagonals of the rectangular system of shock-absorbing cushions (8), while the camera (14) is fixed by the shock-absorbing cushion (15) on the platform (5) bearing on the horizontal the lower arm (4), and under the lower arm (4), a battery power supply system (UZ) and a control system (US) are mounted, having a receiving-transmitting unit for wireless signal transmission and a control unit.