SI24055A - Krmilni sistem stabilizacijske glave za letečo ali stacionarno platformo - Google Patents
Krmilni sistem stabilizacijske glave za letečo ali stacionarno platformo Download PDFInfo
- Publication number
- SI24055A SI24055A SI201200117A SI201200117A SI24055A SI 24055 A SI24055 A SI 24055A SI 201200117 A SI201200117 A SI 201200117A SI 201200117 A SI201200117 A SI 201200117A SI 24055 A SI24055 A SI 24055A
- Authority
- SI
- Slovenia
- Prior art keywords
- head
- orientation
- platform
- stabilization
- instrument
- Prior art date
Links
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 title claims description 11
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims abstract description 77
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims abstract description 77
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 21
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 claims 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims 1
- 230000014616 translation Effects 0.000 claims 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 80
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/0011—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots associated with a remote control arrangement
- G05D1/0016—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots associated with a remote control arrangement characterised by the operator's input device
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/0094—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots involving pointing a payload, e.g. camera, weapon, sensor, towards a fixed or moving target
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
- B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0093—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for monitoring data relating to the user, e.g. head-tracking, eye-tracking
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Izum se nanaša na krmiljenje instrumenta (4) nameščenega na leteči (1) ali stacionarni (8) platformi, ki je namenjen za opravljanje različnih nalog kot so na primer snemanje s kamero, opravljanje meritev, pozicioniranje, nadzor, in podobno. Predlagan sistem dovoljuje zanesljivo, natančno in enostavno ravnanje z letečo (1) ali stacionarno (8) platformo in instrumentom (4) hkrati. V primeru leteče platforme (1), tako imenovan brezpilotni leteči sistem ("unmanned aircraft system" -UAS), je le tosestavljeno iz konstrukcije, ki se sestoji iz trupa (2), in rok platforme (3) na katere so nameščeni rotorji (33), in je opremljena z instrumentom (4) kot je na primer kamera, stabilizacijskim sistemom, t.j. stabilizacijsko glavo (5), krmilnim sistemom sestavljenim iz komandnega pulta (6) za krmiljenje leteče platforme (1) ter sistemom za sledenje orientacije glave (7) za vodenje instrumenta (4). Leteča platforma je lahko tudi v obliki fiksnega krila. V primeru stacionarne platforme (8), se le ta sestojiiz instrumenta (4), kot je na primer kamera, nameščenega na stabilizacijski sistem, t.j. stabilizacijsko glavo (5), pri čemer je vse skupaj pritrjeno na fiksno podporo (stativ) ali na premično (tirnica, dvigalo, žerjav, škripci, vzvodi, lestev, in podobno) podporo (9).
Description
Krmilni sistem stabilizacijske glave za letečo ali stacionarno platformo
Področje tehnike, v katero spada izum
Predlagan izum se navezuje na sistem krmiljenja instrumenta nameščenega na stabilizacijsko glavo stacionarne ali leteče platforme, oziroma bolj natančno, na krmilni sistem instrumenta vodenega s pomočjo sistema za sledenje orientacije glave (“head-tracking” sistema) in komandnega pulta za daljinsko upravljanje platforme.
Stanje tehnike
Predlagan izum spada v področje vodenja in krmiljenja stacionarnih ali letečih platform, kot na primer enorotomi oziroma večrotomi brezpilotni leteči sistemi (“UAS - unmanned aircraft system”), ki so opremljeni z instrumentom kot je na primer fotografska ali filmska kamera za snemanje iz zraka ali laserski merilnik.
Enorotomi in večrotomi brezpilotni leteči sistemi se trenutno uporabljajo v najrazličnejših aplikacijah, pri čemer je njihova konfiguracija odvisna od namena uporabe.
V patentni prijavi US 2011/0017865 Al je opisana večrotoma leteča platforma pri kateri so rotorji nameščeni tako, da se nameščeni kameri omogoča neoviran pogled naprej.
V patentni prijavi US 7,658,555 BI je predstavljena stabilizacijska glava za zmanjšanje vibracij kamere, ki je lahko nameščena na mobilno platformo kot na primer letalo, pri čemer se stabilizacija okrog treh osi vrši s pomočjo žiroskopov.
V patentni prijavi US 2006083501 (Al) je opisana naprava za fotografiranje iz zraka pri čemer je omogočena rotacija naprave za 360°.
Iz patentne prijave CN 101619971 (A) je poznan sistem za fotografiranje iz zraka s pomočjo platforme, ki omogoča tri-osno stabilizacijo.
Iz patentne prijave US 2003213868 (Al) je poznan krmilni sistem za kamero, ki omogoča sledenje objektom iz letala pri čemer je kamera premična, njeno gibanje pa je krmiljeno s strani uporabnika in vgrajenega krmilnega sistema.
V patentni prijavi US 5995758 (A) je opisan stabilizacijski sistem za usmerjanje kamere pri čemer rotacijski senzoiji vgrajeni na platformo kamere zaznavajo spremembo rotacije v treh oseh.
Iz patentne prijave JP2006264568 (A) je poznan helikopter s preprosto konstrukcijo in sistemom za vodenje kamere ter dušenje vibracij.
Iz patentne prijave CN201002722 (Y) je poznan dvoosni sistem za stabilizacijo slike posnete iz letala. Izum se nanaša na stabilizacijo leče in kompenzacijo slike zaradi gibanja letala.
Patentna prijava CN201287830 (Y) opisuje stabilizacijsko ohišje za snemanje iz zraka pri čemer sistem kompenzira tresenje in gibanje letala.
Patentna prijava US7658555 (BI) opisuje ohišje za video kamero s stabilizacijskim sistemom, ki omogoča ročno ravnanje s kamero na letalu.
Iz patentne prijave CN101619971 (A) je poznana rešitev triosne stabilizacije platforme s pomočjo žiroskopov, ki omogoča kompenzacijo rotacije platforme in njenih vibracij.
V patentni prijavi US5995758 (A) je opisana naprava za stabilizacijo instrumenta, kot je na primer kamera, pri čemer senzorji nameščeni na platformi zaznavajo odmik oziroma rotacijo platforme od začetnega položaja v katerokoli od treh osi. Zaznana rotacija v katerikoli osi se izniči oziroma kompenzira z uporabo motorjev, ki platformo usmerijo nazaj v začetno stanje.
Iz patentne prijave W02005114366 (Al) je poznana rešitev sistema za sledenje orientacije glave (“head-tracking” sistem), pri kateri sta oddajnik in baterija vgrajena v slušalko.
Iz patentne prijave EP2428813 (Al) je poznana rešitev sistema za sledenje orientacije glave pri kateri je položaj glave določen s pomočjo zvoka.
Iz patentne prijave US2009237355 (Al) je poznana rešitev za določitev lokacije vsaj enega uporabnika relativno glede na video prikazovalnik, pri čemer je naprava za sledenje nameščena na uporabnika, na primer preko očal, slušalk ali na roki.
V patentni prijavi US2011293129 (Al) je opisana rešitev sistema za sledenje orientacije glave, ki določa rotacijo glave uporabnika glede na referenčno (začetno) orientacijo glave.
Patentna prijava US5138555(A) opisuje sistem za napovedovanje gibanja glave pilota.
V patentni prijavi US2008120408 (Al) je opisan sistem in metoda za sledenje orientacije glave pri čemer sistem bazira na akustičnih signalih.
Patentna prijava US2006146046 (Al) opisuje metodo za sledenje in napovedovanje pričakovane orientacije glave s pomočjo sistema za sledenje orientacije glave.
Opis obstoječih sistemov
Danes poznani brezpilotni leteči sistemi glede na trenutno stanje tehnike zahtevajo vsaj dva operaterja za nemoteno delovanje celotnega sistema: eden je potreben za vodenje leteče platforme medtem, ko je drugi potreben za nadzor in krmiljenje kamere ter sledenje objektu, ki ga opazujemo. Takšen sistem ima posledično višje obratovalne stroške in slabše usklajeno translacijsko in rotacijsko gibanje stabilizacijske glave.
Nadalje, obstoječi sistemi glede na trenutno stanje tehnike uporabljajo enega ali oba možna načina sledenja in vodenja sistema, to je, vodenje platforme in/ali orientacijo stabilizacijske glave. Vendar vsi
sistemi, ki uporabljajo oba načina hkrati, ne omogočajo optimalnega vodenja platforme in hkrati usklajenega in enostavnega snemanja s kamero.
Trenutno stanje tehnike na področju sistemov za sledenje orientacije glave (“head-tracking”) z namenom vodenja kamer prav tako ne pozna kombinacije proporcionalnega in progresivnega vodenja kamere glede na premik glave od neke začetne referenčne točke. Takšen sistem vodenja kamere omejuje fleksibilnost uporabe kamer nameščenih na stacionarnih ali letečih sistemih in povzroči, daje celoten sistem manj odziven in posledično manj uporaben. Prav tako je takšen sistem vodenja kamere neroden oziroma naporen za samega pilota oziroma operaterja kamere, saj lahko v posameznih primerih zahteva hitre in nenadne gibe, ter ekstremne obrate glave. To je še posebej jasno v primeru rotacije glave okrog vertikalne osi (gor-dol). Človeško telo namreč omogoča obrat glave navzgor za največ 55° od normalne vodoravne lege. V kolikor želimo usmeriti pogled v smeri, ki je odmaknjena za več kot 55° od vodoravne lege, si moramo pomagati z očmi, ki na ta način omogočijo pogled vse do 90° navpično navzgor. Ker sistemi za sledenje orientacije glave spremljajo obrat glave in ne samih oči, so takšni sistemi manj fleksibilni v primeru snemanja navpično navzgor. Naprednejši sistemi za vodenje kamere sicer uporabljajo tako imenovane “eye-tracking” sisteme (sistemi za sledenje gibanja oči) s katerimi se lahko pokrije celoten 90° kot, vendar se lahko takšen sistem enostavno nadomesti z uporabo progresivnega vodenja kamere, na primer z uporabo eksponentnega odziva kamere glede na premik glave operaterja.
Namen in cilj izuma
Namen predlaganega izuma je način vodenja in krmiljenja naprave nameščene na stacionarnih ali letečih sistemih s katero je možno preseči omenjene pomanjkljivosti in ovire. Z uporabo rešitev omenjenih v tem patentu se lahko doseže in zagotovi enostavna, natančnejša, zanesljivejša in cenejša uporaba različnih instrumentov nameščenih na stacionarnih ali letečih sistemih, še posebej za fotografiranje ali filmsko snemanje.
Opis rešitve tehničnega problema z izvedbenimi primeri
Izum predlaga rešitev problema vodenja in krmiljenja instrumenta 4 nameščenega na letečo 1 ali stacionarno platformo 8, pri čemer je instrument 4 lahko kamera, fotoaparat, laserski merilnik oziroma kakšen drug merilni, snemalni ali nadzorni instrument. Celoten sistem se sestoji iz naslednjih glavnih sklopov:
a) Leteče platforme 1 (zračno plovilo) ali stacionarne platforme 8 (fiksna ali premična konstrukcija);
b) Sistema za vodenje in pogon platforme (motorji 35 z rotorji 33 ali krila letala v primeru leteče platforme 1, in vzvodi, kabli, stativi, tirnice, žerjavi in podobno v primeru stacionarne platforme 8);
c) Stabilizacijskega sistema instrumenta 4 - na primer stabilizacijska glava 5;
d) Komandnega pulta 6 s katerim se nadzoruje in vodi letečo platformo 1 ali stacionarno platformo 8;
e) Sistema za sledenje orientacije glave 7 za vodenje in nadzor instrumenta 4.
Izum se nanaša na krmilni sistem instrumenta 4, ki se lahko montira na letečo platformo 1 ali stacionarno platformo 8, in se lahko uporablja za katerokoli storitev kot so na primer fotografiranje ali video snemanje, nadzor, reševanje in varovanje, geo-informacijske storitve, lasersko meijenje in ostale podobne aktivnosti in storitve. Splošne značilnosti so skupne obema platformama, tako leteči kot stacionarni, in so zato opisane spodaj. V nadaljevanju so nato predstavljeni izvedbeni primeri za posamezno obliko platforme.
Stabilizacijski sistem instrumenta oziroma stabilizacijska glava
Instrument 4 je nameščen na stabilizacijski sistem platforme oziroma tako imenovano stabilizacijsko glavo 5. Stabilizacijska glava 5 omogoča premikanje instrumenta 4 okrog vseh treh osi: vzdolžne 11, prečne 10 in vertikalne 12. Vse tri rotacije so omogočene s pomočjo ležajev 34, ki so nameščeni znotraj stabilizacijske glave 5. Stabilizacijska glava 5 je projektirana in izdelana tako, da se vse tri osi stabilizacijske glave 5, vzdolžna 11, prečna 10 in vertikalna os 12, sekajo v težišču instrumenta 4 in stabilizacijske glave 5. Takšna namestitev instrumenta 4 zmanjša obremenitve aktuatoijev 15, ki krmilijo gibanje instrumenta 4, in hkrati poveča odzivnost sistema.
V stabilizacijski glavi 5 so vgrajeni aktuatorji 15 in reduktor 16, ki so projektirani tako, daje največja hitrost rotacije približno 70° na sekundo. Aktuatoiji 15 stabilizacijske glave 5 imajo povratno zanko, ki omogoča zelo natančno in gladko stabilizacijo instrumenta 4, saj sistem aktivno nastavlja hitrost in moment motorjev 15 glede na želeno pozicijo oziroma orientacijo.
Stabilizacijska glava 5 ima vgrajen tudi oddajnik 14 za prenos signala od stabilizacijske glave 5 do komandnega pulta 6.
Na stabilizacijski glavi 5 so lahko nameščene dodatne krmilne ali nadzorne enote 13 kot na primer inercijski merilni sistem (“inertial measurement unit” - IMU) ali krmilna enota za stabilizacijo same stabilizacijske glave 5.
• ·
Krmilni sistemi instrumenta
Instrument 4 je aktivno krmiljen s strani operaterja 17 s pomočjo komandnega pulta 6 s katerim operater 17 usmerja letečo 1 ali stacionarno platformo 8, in s pomočjo sistema za sledenje orientacije glave 7 s katerim operater upravlja sam instrument 4.
Operater 17 nadzoruje gibanje leteče 1 ali stacionarne 8 platforme z uporabo komandnega pulta 6 na katerem je eden ali več krmilnih palic. En primer takšne izvedbe je naslednji: leva krmilna palica 18 se uporablja za krmiljenje hitrosti po višini - gor/dol (vzdolž z-osi) - in kotno hitrost okoli z-osi medtem, ko se desna krmilna palica 19 uporablja za vodenje platforme v vodoravni smeri: naprej/nazaj (vzdolž x-osi) in levo/desno (vzdolž y-osi).
Hkrati lahko isti operater 17 (ali njegov pomočnik) nadzoruje in vodi instrument 4 nameščen na stabilizacijski glavi 5 s pomočjo sistema za sledenje orientacije glave 7. Sistem za sledenje orientacije glave 7 se sestoji iz video prikazovalnika 20 za prikaz slike in/ali signalov iz instrumenta 4 ter obratovalnih podatkov leteče 1 ali stacionarne platforme 8, iz inercijske merilne enote 21, ter krmilnega računalnika 22 za procesiranje in prenos podatkov o orientaciji in gibanju operaterjeve glave od inercijske merilne enote 21 do računalnika 23 nameščenega na leteči 1 ali stacionarni platformi 8.
Komunikacija med instrumentom, komandnim pultom in sistemom za sledenje orientacije glave
Komunikacija med sistemom za sledenje orientacije glave 7, ki je lahko v obliki očal ali vizirja na čeladi, in komandnega pulta 6 je lahko ali brezžična 25 ali pa komunikacija preko kabla 24. Prenos podatkov med letečo 1 ali stacionarno platformo 8 in komandnim pultom 6 je lahko v vsaj dveh oblikah:
Podatkovna povezava 26 za prenos podatkov o želeni hitrosti in/ali orientaciji leteče 1 ali stacionarne platforme 8, želeni orientaciji stabilizacijske glave 5, in za statusne informacije platforme (stanje platforme);
Video povezava 27 med instrumentom 4 in sistemom za sledenje orientacije glave 7 preko komandnega pulta 6.
Izmerjeni podatki o lokaciji in usmerjenosti instrumenta 4 se lahko prav tako pošiljajo med instrumentom 4 in sistemom za sledenje orientacije glave 7 preko podatkovne povezave (povratna zanka), in prikazujejo na video prikazovalniku 20, ali kakšnem drugem podatkovnem prikazovalniku.
Orientacija in gibanje platforme in instrumenta
Krmiljenje leteče 1 ali stacionarne platforme 8 in instrumenta 4 sledi naslednji procesno-krmilni logiki:
1. Orientacija in gibanje instrumenta 4 in posledično njegovo krmiljenje je določeno s kontinuiranim merjenjem s pomočjo senzorjev nameščenih na leteči 1 ali stacionarni platformi 8 (inercijska merilna enota - EMU - 28, “real time kinematic global positioning system” RTK GPS 29, tlačni senzor 20, ultrazvočni ali laserski merilnik razdalje 31, ali katerikoli drug posredni ali neposredni merilnik lokacije/hitrosti/orientacije 32), in opcijsko s pomočjo sekundarne oziroma dodatne inercijske merilne enote 13, ki je nameščena na stabilizacijski glavi 5 instrumenta 4 in dodatno meri orientacijo in rotacijo instrumenta samega.
2. Računalnik 23 zbira vse izmerjene podatke, jih obdela in nato izračuna hitrost in orientacijo leteče 1 ali stacionarne platforme 8.
3. Računalnik 23 nato primerja izmerjen položaj ter hitrost leteče 1 ali stacionarne platforme 8 in želen položaj ter hitrost določeno s strani operaterja 17 s pomočjo komandnega pulta 6 in sistema za sledenje orientacije glave 7.
4. Glede na razliko med izmerjenim in želenim položajem ter hitrostjo platforme računalnik 23 nato oceni in določi ustrezno krmiljenje pogonskih sistemov leteče 1 ali stacionarne platforme 8 (bodisi so to motorji, dvigala, propelerji, vzvodi, škripci, in podobno).
5. Računalnik 23 nato glede na razliko med izmerjenim in želenim položajem ter hitrostjo leteče 1 ali stacionarne platforme 8, in glede na želeno orientacijo instrumenta 4 določi želene položaje aktuatorjev 15 stabilizacijske glave 5.
Izboljšanje algoritmov za boljšo oceno stanja sistema
Položaj, hitrost in orientacija leteče platforme 1 so določeni predvsem z meritvami opravljenimi s pospeškomeri in žiroskopskimi senzorji.
Hitrost je izračunana z integriranjem meritev pospeškomera medtem, ko je položaj določen z integriranjem izračunane hitrosti. To privede do osnovnega problema napredovanja integralne napake. Nobena meritev ni 100% točna oziroma zanesljiva in vsaka meritev vsebuje napako. Te napake se tekom merjenja in obdelave podatkov nabirajo v prvem integralu izračuna hitrosti in v drugem integralu izračuna položaja. To napako meritve je moč zmanjšati oziroma obvladati z uporabo dodatnih fizikalno-neodvisnih senzorjev položaja ali hitrosti platforme. Vključitev rezultatov meritev dodatnih senzorjev za boljšo oceno položaja in hitrosti platforme je opravljena v Kalmanovem filtru. Napredovanje integralne napake pri oceni položaja in hitrosti platforme je možno občutno zmanjšati oziroma omejiti s pomočjo uporabe dodatnih senzorjev kot je na primer GPS. V primeru situacije, kjer GPS začasno ali trajno ni na voljo, kot na primer v primeru uporabe sistema v zaprtih stavbah, se lahko namesto GPS sistema uporablja na primer “optical flow” merilnik.
Ί * ·
Izvedbeni primeri
V nadaljevanju je izum podrobneje predstavljen s pomočjo slik in dveh izvedbenih primerov:
Sl. 1 shematsko predstavlja letečo platformo 1 sestavljeno iz trupa platforme 2, na katero so pritrjene roke platforme 3 in na katerih so nameščeni po en rotor 33 na roko platforme 3. Prikazana je tudi lokacija stabilizacijske glave 5 v kateri je nameščen instrument 4;
Sl. 2 je shematska predstavitev stabilizacijskega sistema oziroma stabilizacijske glave 5 instrumenta 4 v treh pogledih ter v 3D prikazu. V tej predstavitvi izvedbenega primera je instrument kamera za snemanje videa ali fotografiranje;
Sl. 3 prikazuje krmilni sistem leteče platforme 1 in instrumenta 4 kot je predstavljen v tem izvedbenem primeru;
Sl. 4 shematsko predstavlja krmilni sistem leteče platforme 1 in instrumenta 4 kot je predstavljeno v tem izvedbenem primeru, vendar iz stališča samega vodenja, torej povezavo med premikom glave operaterja 17 in gibanjem leteče platforme 1 skupaj s stabilizacijsko glavo 5.
Sl. 5 prikazuje dodatni izvedbeni primer pri katerem je instrument 4 (v tem primeru video kamera ali fotoaparat) nameščen na stacionarno platformo 8, kije pritrjena na fiksno ali premično podporo kot na primer tirnice, žerjav, vzvodi, kabli, stativi, in podobno.
Na Sl. 1 je prikazana leteča platforma 1 s štirimi rotorji 33. Rotorji 33 so razporejeni na štirih rokah 3 platforme, ki so pritrjene na trup 2 platforme v X-razporeditvi. Razporeditev rok 3 platforme je lahko v tem primeru kakršnekoli oblike ali ureditve, kot na primer X-,Y-,Z-,A-,H-razporeditve. Rotorje 33 poganjajo motoiji 35.
Instrument 4, kije v tem primeru kamera, je pritrjen na stabilizacijski sistem, t.j. Stabilizacijsko glavo 5, ki izniči vse nezaželene spremembe orientacije in vibracije instrumenta 4.
Leteča platforma 1 je opremljena z računalnikom 23, ki zbira in obdeluje podatke ter krmili letečo platformo 1 in stabilizacijsko glavo 5 na katero je nameščen instrument 4. Računalnik 23 vsebuje inercijsko merilno enoto 28 s pomočjo katere oceni položaj, hitrost in orientacijo leteče platforme 1. Leteča platforma nadalje vsebuje tudi RTK GPS 29, tlačni senzor 30, ultrazvočni ali laserski merilnik razdalje 31 ali katerokoli dodatni senzor za določitev položaja, hitrosti, orientacije 32, ki se uporabljajo kot dodatne meritve stanja leteče platforme 1.
Na Sl. 3 je predstavljena leteča platforma 1, ki vključuje tudi podatkovno povezavo 26 za prenos podatkov med letečo platformo 1 in komandnim pultom 6 s pomočjo radijskega signala, in video povezavo 27 za prenos video podatkov na video prikazovalnik 20 nameščen na sistemu za sledenje orientacije glave 7. Prenos video podatkov poteka preko komandnega pulta 6.
Takšna leteča platforma 1, kot je opisana zgoraj, je lahko dodatno opremljena s sistemi opisanimi na drugih mestih tega izuma, t.j. eden ali več senzorjev za stabilizacijo instrumenta 4 s pomočjo stabilizacijske glave 5, krmilni sistem instrumenta 4 s pomočjo sistema za sledenje orientacije glave in komandnega pulta 6, in komunikacijskim sistemom med letečo platformo 1, sistemom za sledenje glave 7 in komandnim pultom 6.
Na Sl. 2 je nadalje predstavljen predlagan izvedbeni primer že opisan zgoraj, pri katerem je leteča platforma opremljena še z dodatno inercijsko merilno enoto 13 pritrjeno na instrument 4. Omenjena meritev preko inercij ske merilne enote 13 je lahko nadalje podvojena z dodatnim senzoijem kot je na primer pospeškomer in/ali senzor za merjenje zemeljskega magnetnega polja, ki lahko nudi časovnostabilno meritev orientacije leteče platforme 1.
V omenjenem izvedbenem primeru je lahko orientacija stabilizacijske glave 5 določena na dva načina: ali direktno s pomočjo dodatne inercijske merilne enote 13 nameščene na stabilizacijski glavi 5, ali pa indirektno preko inercijske merilne enote 28 nameščene na leteči platformi 1, in povratne zanke od aktuatoijev 15 stabilizacijske glave 5, torej povratne informacije o položaju aktuatorjev.
V nadaljevanju omenjenega izvedbenega primera, je stabilizacijska glava 5 vodena samo s signalom od sistema za sledenje orientacije glave 7. Z drugimi besedami, četudi se leteča platforma 1 premika ali rotira glede na ukaze od operaterja 17 in/ali zaradi zunanjih vplivov kot na primer veter, bo stabilizacijska glava 5 držala instrument 4 v želeni orientaciji. Stabilizacijska glava 5 izniči vsakršno rotacijsko gibanje ali premikanje leteče platforme 1.
Stabilizacijska glava 5 opisana v gornjem izvedbenem primeru je lahko nadalje vodena s pomočjo naprednega krmilnega sistema, ki vključuje napoved pričakovanega gibanja platforme. Z drugimi besedami, aktuatorji 15 so lahko krmiljeni glede na trenutne, dejanske izmerjene podatke leteče platforme 1, in hkrati z dodatnim napovedovanjem prihodnjega gibanja platforme pri čemer napoved temelji na preteklih in sedanjih izmerjenih podatkih in vhodnih krmilnih ukazih operaterja 17. Takšno krmiljenje lahko dodatno izboljša stabilizacijo leteče platforme 1 in instrumenta 4.
Opisan izvedbeni primer lahko nadalje vključuje tudi proporcionalno odvisnost odmika krmilne palice (leve 18 ali desne 19) ter hitrosti leteče platforme 1. Takšen način krmiljenja se lahko doseže s tako imenovanim “fly-by-wire” sistemom.
Sl. 4 prikazuje še nadalje predstavljen izvedbeni primer izuma, pri čemer je lahko stabilizacijska glava 5 instrumenta 4 izvedena kot eno-, dvo- ali tri-osno. Hkrati je lahko tudi sistem za sledenje orientacije glave 7 izveden v eni, dveh ali treh oseh. Kombinacija teh možnosti omogoča krmiljenje celotnega sistema pri čemer rotacija celotne leteče platforme 1 okrog njene vertikalne osi 41 hkrati prevzame vlogo krmiljenja stabilizacijske glave okrog njene vertikalne osi 12. Takšen način krmiljenja omogoča, da se ne izvaja aktivna stabilizacija stabilizacijske glave 5 in instrumenta 4 okrog njegove vertikalne osi 12 - to je predvsem zanimivo za aplikacije, kjer dodatna stabilizacija okrog vertikalne osi ni potrebna.
Tehnična rešitev izvedbenega primera kot je opisan zgoraj lahko vključuje tudi katerikoli drug instrument 4 vgrajen v enorotomi ali večrotomi brezpilotni leteči sistem. Ti instrumenti so lahko na primer različni laserski sistemi, infrardeče kamere, radarji in podobno.
V posebnem izvedbenem primeru opisanem zgoraj, je orientacija glave operaterja 17 merjena s pomočjo inercijske merilne enote 21 vgrajene v sistem za sledenje orientacije glave 7, pri čemer je funkcijsko povezana linearno (za primer: 1° rotacije glave je enako 1° rotacije stabilizacijske glave 5) ali progresivno, na primer exponentno, in je definirana z ustrezno funkcijo. Na ta način se lahko doseže orientiranost stabilizacijske glave v navpični smeri 37 preko kota odklona 55° od vodoravne lege kar je fizična meja človeškega vratu. Takšen sistem posledično dovoljuje opustitev uporabe sistemov za sledenje gibanja oči.
Dodatno je lahko izvedbeni primer opisan zgoraj nadgrajen tako, daje orientacija glave operaterja 17 določena s pomočju inercijske merilne enote 21 in s krmilnim računalnikom 22 nameščenima na sistemu za sledenje orientacije glave 7.
Za natančnejše in/ali časovno-stabilnejše meritve orientacije glave operaterja 17 se lahko dodatno uporabi aksialni pospeškomer, senzor za merjenje zemeljskega magnetnega polja ali kakšen drug sistem, ki omogoča direktno ali indirektno določitev položaja ali orientacije glave operaterja 17. Sistem za sledenje orientacije glave 7, ki meri in ocenjuje orientiranost glave operateija 17, je lahko vgrajen v očala, vizir ali kakšen drug element na operaterjevi glavi, ali pa je lahko nameščen v bližini operateija 17.
Nadalje je lahko izvedbeni primer opisan zgoraj, skupaj z vsemi dodatnimi izvedenimi primeri in nadgradnjami, podobno implementiran v sistemu s krilom (“fixed-wing”) pri katerem vzgon plovila zagotavlja krilo namesto rotoijev.
Na sliki 5 je predstavljena stacionarna platforma 8 s stabilizacijsko glavo 5 in instrumentom 4. Podobno principi vodenja in krmiljenja instrumenta 5 kot so bili zgoraj omenjeni pri leteči platformi 1 se lahko uporabijo tudi v primeru stacionarne platforme 8: vodenje stabilizacijske glave 5 stacionarne platforme 8 se izvaja s pomočjo sistema za sledenje orientacije glave 7 in stabilizacijske glave 5. Vsi podrejeni opisi izvedbenega primera leteče platforme 1 so uporabljeni tudi v tem primeru stacionarne platforme 8 pri čemer je lahko stacionarna platforma 8 nameščena ali na nepremično podporo (stativ) ali na premično vendar stacionarno podporo 9 (tirnice, dvigalo, žerjav, vzvodi, škripci, itd).
Drugi možni izvedbeni primeri izuma bodo razvidni strokovnjakom s področja brezpilotnih letečih sistemov in snemanja iz zraka. Eden izmed njih je ta, da se lahko brezpilotno leteči sistem zamenja za katerokoli plovilo, bodisi na tleh, v vodi ali v zraku, in je tako dodatno opremljeno s stabilizacijskim sistemom, torej stabilizacijsko glavo 5, v katero je nameščen katerikoli instrument 4.
Opisi izvedbenih primerov podanih v tem izumu služijo samo kot primer in v nobenem primeru omejujejo obsega predstavljenega izuma.
Claims (15)
1. Stabilizacijski sistem za različne platforme, ki se sestoji iz stabilizacijske glave (5) nameščene na letečo platformo (1) ali stacionarno platformo (8), ki je opremljena z instrumentom (4) in/ali ostalimi senzoiji, in je integrirana s sistemom za sledenje orientacije glave (7);
pri čemer je sistem za sledenje orientacije glave (7) namenjen za vodenje in krmiljenje stabilizacijske glave (5) in instrumenta (4).
2. Sistem po zahtevku 1 označena s tem, daje platforma leteča platforma (1) pri čemer je lahko v izvedbi s krilom, ali enim oziroma več rotorji, in pri čemer ima leteča platforma (1) šest prostostnih stopenj, torej tri rotacije in tri translacije, in stabilizacijska glava (5) eno, dve ali tri aktivne prostostne stopnje za stabilizacijo orientacije instrumenta (4).
3. Sistem po zahtevku 1 označena s tem, daje stacionarna platforma (8) pritrjena na vozilo ali vodno plovilo, ali je pritrjena na dvigalo, kable, vzvode, škripce, tirnice ali stativ, in pri čemer ima stabilizacijska glava (5) eno, dve ali tri prostostne stopnje za stabilizacijo orientacije instrumenta (4).
4. Sistem po zahtevku 1 označena s tem, da je orientacija stabilizacijske glave (5) ocenjena in izračunana s pomočjo inercijske merilne enote (28) nameščene na platformo, s položajem aktuatorjev (15) stabilizacijske glave (5), in računalnika 23 nameščenega na platformi za zajem in procesiranje izmerjenih podatkov iz senzoijev.
5. Sistem po zahtevku 4 pri čemer je ocena orientacije stabilizacijske glave (5) nadalje izboljšana z uporabo senzorjev za merjenje zemeljskega magnetnega polja in/ali z uporabo drugih naprav za merjenje položaja/orientacije/rotacije, ki omogočajo direktno ali indirektno oceno orientacije stabilizacijske glave (5).
6. Sistem po zahtevku 1 pri čemer je orientacija stabilizacijske glave (5) ocenjena direktno iz meritev inercijske merilne enote (13) nameščene na stabilizacijski glavi (5).
7. Sistem po zahtevkih 4 - 6 pri čemer je ocena orientacije in/ali položaja stabilizacijske glave (5) izračunana s pomočjo izmerjenih podatkov iz senzorjev in ocene stanja s pomočjo Kalmanovega filtra.
8. Sistem po zahtevku 2 pri čemer je uporabljen tako imenovani “fly-by-wire” krmilni sistem za krmiljenje hitrosti in položaja leteče platforme (1), in pri katerem je hitrost platforme funkcijsko povezana z odmikom leve (18) ali desne (19) krmilne palice na komandnem pultu (6).
9. Sistem po zahtevku 8 pri čemer so aktuatorji (15) in stabilizacijska glava (5) krmiljeni s pomočjo računalniškega algoritma, ki omogoča napovedovanje gibanja platforme v prihodnjih časovnih trenutkih.
10. Sistem po zahtevku 1 pri čemer so lahko senzorji sistema za sledenje orientacije glave (7) neposredno pritrjeni na glavo operaterja (17), čelado, očala ali vizir, ali pa omogočajo posredno merjenje orientacija in/ali položaja glave operaterja (17) preko senzorjev nameščenih v okolici operaterja (17).
11. Naprava za vodenje instrumenta (4) nameščenega na različnih platformah, ki se sestoji iz sistema za sledenje orientacije glave (7) s katerim se upravlja s stabilizacijsko glavo (5) nameščeno na platformo in opremljeno z instrumentom (4) pri čemer je funkcijska odvisnost med premikanjem glave operaterja (17) in orientacijo stabilizacijske glave (5) dosežena z računalniškim algoritmom.
12. Naprava po zahtevku 11 pri čemer je funkcijska povezava med orientacijo glave operaterja (17) in orientacijo stabilizacijske glave (5) odvisna od orientacije glave operaterja (17), in pri čemer je ta funkcijska odvisnost med orientacijo glave operaterja (17) in orientacijo stabilizacijske glave (5) linearna pri odklonu glave operaterja (17) do 20° od normalnega položaja glave, in ne-lineama, na primer eksponentna, pri odklonih glave operaterja (17) za več kot 20°.
13. Naprava po zahtevku 11 pri čemer je povratna zanka z informacijo glede položaja in/ali orientacije stabilizacijske glave (5) vzpostavljena s prenosom podatkov med dodatno inercijsko merilno enoto (13) nameščeno na stabilizacijski glavi (5) in sistemom za sledenje orientacije glave (7).
14. Naprava po zahtevku 11 pri čemer je povratna zanka z informacijo glede položaja in/ali orientacije stabilizacijske glave (5) določena z položajem aktuatorjev (15) in inercijsko merilno enoto (28) nameščeno na platformi.
15. Naprava po zahtevku 13 pri čemer je povratna zanka z informacijo glede položaja in/ali orientacije stabilizacijske glave (5) prikazana na video prikazovalniku (20) operaterjevega sistema za sledenje orientacije glave (7) ali kateregakoli drugega prikazovalnika.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI201200117A SI24055A (sl) | 2012-04-16 | 2012-04-16 | Krmilni sistem stabilizacijske glave za letečo ali stacionarno platformo |
| PCT/SI2013/000007 WO2013158050A1 (en) | 2012-04-16 | 2013-02-18 | Stabilization control system for flying or stationary platforms |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI201200117A SI24055A (sl) | 2012-04-16 | 2012-04-16 | Krmilni sistem stabilizacijske glave za letečo ali stacionarno platformo |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SI24055A true SI24055A (sl) | 2013-10-30 |
Family
ID=48142059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SI201200117A SI24055A (sl) | 2012-04-16 | 2012-04-16 | Krmilni sistem stabilizacijske glave za letečo ali stacionarno platformo |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| SI (1) | SI24055A (sl) |
| WO (1) | WO2013158050A1 (sl) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015082311A1 (en) * | 2013-12-06 | 2015-06-11 | Bae Systems Plc | Imaging method and apparatus |
| EP2881825A1 (en) * | 2013-12-06 | 2015-06-10 | BAE SYSTEMS plc | Imaging method and apparatus |
| RU2548304C1 (ru) * | 2014-03-05 | 2015-04-20 | Дмитрий Сергеевич Дуров | Многовинтовой преобразуемый скоростной вертолет |
| RU2550909C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-05-20 | Дмитрий Сергеевич Дуров | Многовинтовой преобразуемый беспилотный вертолет |
| DE102014211050B4 (de) * | 2014-06-10 | 2020-10-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Bildgebende Vorrichtung mit flugfähiger Tragevorrichtung |
| GB201411293D0 (en) * | 2014-06-25 | 2014-08-06 | Pearson Eng Ltd | Improvements in or relating to inspection systems |
| USD756842S1 (en) | 2014-08-21 | 2016-05-24 | Javad Gnss, Inc. | Unmanned aerial drone |
| CN104369863A (zh) * | 2014-10-31 | 2015-02-25 | 吴建伟 | 一种复合式垂直起降飞行器 |
| US9946267B2 (en) | 2015-04-06 | 2018-04-17 | Thomas A. Youmans | Control and stabilization of a flight vehicle from a detected perturbation by tilt and rotation |
| EP3086554B1 (de) * | 2015-04-24 | 2019-04-24 | Visual Vertigo Software Technologies GmbH | System und verfahren zur herstellung und abgabe stereoskopischer videofilme |
| CN104918020A (zh) * | 2015-06-17 | 2015-09-16 | 宋克凡 | 一种无人机模拟驾驶显示装置 |
| US10097745B2 (en) * | 2016-04-27 | 2018-10-09 | Zepp Labs, Inc. | Head rotation tracking device for video highlights identification |
| RU2625691C1 (ru) * | 2016-06-28 | 2017-07-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ имени генерала армии А.В. Хрулева" | Система разведки наземных объектов и целеуказания |
| CN106370184A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-02-01 | 北京奇虎科技有限公司 | 无人机自动跟踪拍摄的方法、无人机和移动终端设备 |
| WO2018053824A1 (zh) * | 2016-09-26 | 2018-03-29 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 无人机控制方法、头戴式显示眼镜及系统 |
| CN107004343B (zh) * | 2016-10-25 | 2019-09-17 | 深圳市大疆灵眸科技有限公司 | 计算机可读介质、跟焦器系统、云台系统、云台、云台的数据传输控制方法及装置 |
| ES2755821B2 (es) * | 2018-10-23 | 2021-07-20 | Univ Extremadura | Ojiva giroestabilizadora para aeronaves no tripuladas |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5138555A (en) | 1990-06-28 | 1992-08-11 | Albrecht Robert E | Helmet mounted display adaptive predictive tracking |
| DE19731724A1 (de) * | 1997-07-23 | 1999-01-28 | Horst Juergen Dipl Ing Duschek | Verfahren zum Kontrollieren eines unbemannten Fortbewegungsmittels und unbemanntes Fortbewegungsmittelsystem zum Durchführen dieses Verfahrens |
| US5995758A (en) | 1998-02-02 | 1999-11-30 | Tyler; Nelson | Stabilization apparatus |
| DE19906244A1 (de) * | 1999-02-15 | 2000-08-24 | Alf Holger Tschersich | Vorrichtung zur elektrischen realen Raumbildvermittlung ferngelenkter selbstbeweglicher Vorrichtungen |
| US6672535B2 (en) | 2002-04-22 | 2004-01-06 | Aerial View Systems, Inc. | Camera systems for tracking objects from an aircraft |
| AU2003901528A0 (en) | 2003-03-31 | 2003-05-01 | Seeing Machines Pty Ltd | Eye tracking system and method |
| US20080048931A1 (en) * | 2003-11-26 | 2008-02-28 | Rafael - Armament Development Authority Ltd. | Helmet System for Information or Weapon Systems |
| DE202004008110U1 (de) | 2004-05-22 | 2004-08-12 | Quade, Kay, Dipl.-Ing. (FH) | Autonomes, selbstreferenzierendes Headtracking-Modul |
| US7274868B2 (en) | 2004-10-18 | 2007-09-25 | Mark Segal | Method and apparatus for creating aerial panoramic photography |
| JP4396938B2 (ja) | 2005-03-25 | 2010-01-13 | 日産ディーゼル工業株式会社 | 冷房・冷凍装置及びそれを搭載した自動車 |
| KR101148828B1 (ko) | 2006-11-22 | 2012-05-29 | 삼성전자주식회사 | 홈 네트워크 기능을 갖는 웹 페이지 제공 시스템 및 홈네트워크 디바이스 제어방법 |
| US7658555B1 (en) | 2006-12-15 | 2010-02-09 | Moilanen Joe A | Aerial video mount |
| CN201002722Y (zh) | 2007-01-25 | 2008-01-09 | 仝昊天 | 飞行器二自由度稳像云台 |
| DE102008014853B4 (de) | 2008-03-18 | 2010-11-18 | Ascending Technologies Gmbh | Drehflügelfluggerät |
| US20090237355A1 (en) | 2008-03-24 | 2009-09-24 | Storm Orion | Head tracking for virtual reality displays |
| CN201287830Y (zh) | 2008-10-14 | 2009-08-12 | 西安展翼航空科技有限公司 | 航拍摄像机用稳定支架 |
| EP2396977B1 (en) | 2009-02-13 | 2019-04-10 | Koninklijke Philips N.V. | Head tracking for mobile applications |
| CN101619971B (zh) | 2009-07-31 | 2012-02-01 | 北京航空航天大学 | 一种三自由度大负载航空摄影陀螺稳定平台 |
| WO2011140606A1 (en) * | 2010-05-13 | 2011-11-17 | Constantine Papas | Remote control assembly for use with a model vehicle |
| EP2428813B1 (en) | 2010-09-08 | 2014-02-26 | Harman Becker Automotive Systems GmbH | Head Tracking System with Improved Detection of Head Rotation |
-
2012
- 2012-04-16 SI SI201200117A patent/SI24055A/sl not_active IP Right Cessation
-
2013
- 2013-02-18 WO PCT/SI2013/000007 patent/WO2013158050A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2013158050A1 (en) | 2013-10-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SI24055A (sl) | Krmilni sistem stabilizacijske glave za letečo ali stacionarno platformo | |
| US10556708B2 (en) | Payload mounting platform | |
| US9765926B2 (en) | Systems and methods for payload stabilization | |
| US11572196B2 (en) | Methods and systems for movement control of flying devices | |
| US11118728B2 (en) | Method and system for stabilizing a payload | |
| US10447912B2 (en) | Systems, methods, and devices for setting camera parameters | |
| US10281930B2 (en) | Gimbaled universal drone controller | |
| US20190243212A1 (en) | Flying camera with string assembly for localization and interaction | |
| EP2895819B1 (en) | Sensor fusion | |
| CN107643762A (zh) | 自主导航的无人机系统及其导航方法 | |
| KR101574601B1 (ko) | 비전센서가 결합된 다중회전익 무인비행체 및 다중회전익 무인비행체의 자율비행 제어방법, 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체 | |
| US20200319642A1 (en) | Gimbal control method and device, gimbal, and unmanned aerial vehicle | |
| JP6369877B2 (ja) | プラットフォーム | |
| Bird et al. | Low-cost compact instrumentation, control, and aerial surveillance payload support for small UAVs | |
| JP2019138739A (ja) | 位置計測装置及び位置計測方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OO00 | Grant of patent |
Effective date: 20131119 |
|
| KO00 | Lapse of patent |
Effective date: 20151215 |