軌道移動式多維測量平臺及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地面遙感儀器測量平臺技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及軌道移動式多維測量平臺及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]觀測測量中搭載傳感器的工具統(tǒng)稱為測量平臺。目前多維測量平臺中，多角度觀測平臺的研究較多。例如在遙感領(lǐng)域，為了研究多角度遙感理論，瑞士蘇黎世大學(xué)1999年開發(fā)了一種地面測量平臺FIG0S，其優(yōu)點為穩(wěn)定、精度高、載重量大。缺點是測量高度(半徑)SHAPE\* MERGEF0RMAT恒定、陰影大、不方便移動。
[0003]專利號為ZL200910243719.7的發(fā)明專利提出了一種移動多角度觀測平臺及使用其的觀測方法，包括:用于移動和支撐的三輪底盤；高度可調(diào)且用于支撐的傾斜主梁；長度可調(diào)的水平平面旋轉(zhuǎn)大臂；長度可調(diào)的豎直平面旋轉(zhuǎn)測量臂；伸出長度可調(diào)的參考板拖架，三輪底盤的底部設(shè)有輪子，傾斜主梁固定在該三輪底盤的上方，傾斜主梁通過上端的滾動軸承與旋轉(zhuǎn)大臂實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接，旋轉(zhuǎn)大臂的下端采用軸承與測量臂一端實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接，測量臂的一端有探頭安裝平臺，固定有觀測探頭，參考板拖架用于固定參考板，與傾斜主梁通過旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接。該移動多角度觀測平臺有移動底盤，能夠移動，全方位多角度對同一觀測熱點進行觀測，并且傳感器到觀測熱點的距離可調(diào)。但是該平臺主要是應(yīng)用于地物光譜儀的多角度觀測，并且其觀測半徑有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了解決上述技術(shù)問題，而提供軌道移動式多維測量平臺及其控制方法。
[0005]本發(fā)明包括行走軌道、多維測量平臺塔架、垂直升降機構(gòu)、測量儀器安裝平臺和配電及自動控制系統(tǒng)，所述行走軌道鋪設(shè)在地面上，所述多維測量平臺塔架包括下部塔架底座、行走機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、上部塔架、自動伸縮塔臂和配重塊，所述下部塔架底座的底部通過行走機構(gòu)在行走軌道上移動，所述上部塔架的底部通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在下部塔架底座的頂部，所述自動伸縮塔臂安裝在上部塔架的頂部，所述配重塊安裝在自動伸縮塔臂的尾部，所述垂直升降機構(gòu)的動力裝置固定安裝在自動伸縮塔臂的頭部，所述測量儀器安裝平臺掛載在垂直升降機構(gòu)的升降鋼繩末端，所述配電及自動控制系統(tǒng)分別為行走機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、自動伸縮塔臂和垂直升降機構(gòu)各執(zhí)行器供電，并控制各執(zhí)行器的執(zhí)行動作。
[0006]所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)通過中心旋轉(zhuǎn)集電器與配電及自動控制系統(tǒng)電連接，且中心旋轉(zhuǎn)集電器安裝在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)內(nèi)。
[0007]所述垂直升降機構(gòu)由伺服電機、渦輪蝸桿減速器、轉(zhuǎn)盤、定滑輪組件和鋼絲繩組成，所述伺服電機、渦輪蝸桿減速器和定滑輪組件的支架分別固定安裝在自動伸縮塔臂的頭部位置，所述渦輪蝸桿減速器與伺服電機傳動相連，所述轉(zhuǎn)盤與渦輪蝸桿減速器的動力輸出軸傳動相連，鋼絲繩的一端與轉(zhuǎn)盤相連，并分別繞在轉(zhuǎn)盤和定滑輪組件的定滑輪上，所述測量儀器安裝平臺掛載在鋼絲繩的另一端。
[0008]它還有自收放卷線裝置和三根電纜，所述自收放卷線裝置安裝在測量儀器安裝平臺上，所述三根電纜通過中心旋轉(zhuǎn)集電器與配電及自動控制系統(tǒng)電連接，并繞在自收放卷線裝置上。
[0009]所述配電及自動控制系統(tǒng)分別通過無線傳輸模塊控制行走機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、自動伸縮塔臂和垂直升降機構(gòu)各執(zhí)行器的執(zhí)行動作。
[0010]所述無線傳輸模塊是2.4GZigBee傳輸模塊。
[0011 ] 所述配電及自動控制系統(tǒng)安裝在塔架底座上。
[0012]所述軌道移動式多維測量平臺的控制方法包括以下步驟:
A.確定試驗需求，規(guī)劃試驗關(guān)鍵位置信息、速度信息。
[0013]B.系統(tǒng)上電后，進行系統(tǒng)自檢，對編碼器和電機驅(qū)動機進行功能自檢；如果系統(tǒng)自檢通過，進入步驟C，如果沒有自檢通過，進行報警，退出試驗；
C.對于離散固定點觀測，需要確定行走機構(gòu)的水平方向平移位置信息X、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度信息y、垂直升降機構(gòu)的垂直方向高度位置信息z、自動伸縮塔臂的塔臂距離信息t ;每個固定觀測點對應(yīng)一個位置變量(xi，yi，zi，ti)，其中i表示固定觀測點的標(biāo)號；
D.將固定觀測點的位置變量輸入配電及自動控制系統(tǒng)的控制程序中；
E.操作人員點擊需要運動到的位置，控制程序根據(jù)該位置對應(yīng)的位置變量，自動控制行走機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、垂直升降機構(gòu)、自動伸縮塔臂各執(zhí)行器的動作；
F.動作到位后，控制遙感儀器設(shè)備進行觀測，完成該點的測量；
G.重復(fù)步驟E和步驟F，實現(xiàn)所有固定觀測點的運動控制和測量。
[0014]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:該軌道移動式多維測量平臺測量精度高，控制自動化程度高，特別在遙感領(lǐng)域，可以用于包括可見、紅外、微波在內(nèi)的遙感實驗中對下墊面的測量。另夕卜，軌道式多維測量平臺的顯著優(yōu)點是展臂長，可以在不破壞地表及其覆蓋物的情況下做大范圍區(qū)域的測量。另外，傳統(tǒng)的塔吊旋轉(zhuǎn)機構(gòu)頂端的電源和信號所有線纜由中心孔下垂到下部的控制室，使得塔臂不可做連續(xù)360度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)高塔不工作時，旋轉(zhuǎn)臂沒有制動，因風(fēng)的原因，可以多圈連續(xù)轉(zhuǎn)動，使得纜線扭結(jié)，產(chǎn)生隱患。本發(fā)明引入了中心旋轉(zhuǎn)集電器進行電氣連接。中心旋轉(zhuǎn)集電器為大電流5極連續(xù)旋轉(zhuǎn)集電器，可實現(xiàn)5路電器連接任意角度水平旋轉(zhuǎn)時保持良好接觸。從而使塔吊可以實現(xiàn)水平任意圈數(shù)旋轉(zhuǎn)。各機構(gòu)的控制均采用無線模式，選用2.4GZigBee傳輸模塊實現(xiàn)。系統(tǒng)內(nèi)通過統(tǒng)一的無線RS485模塊相互連接，所有的變頻器、測量模塊、控制主機均通過此總線進行通信。ZigBee技術(shù)的抗干擾能力及通信自恢復(fù)能力，足以保障系統(tǒng)控制的安全可靠。擯棄了大把的連接線纜，避免塔吊測控中出現(xiàn)的線纜接觸不良等問題。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中:1、行走軌道；2、塔架底座；3、行走機構(gòu)；4、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；5、上部塔架；6、自動伸縮塔臂；7、配重塊；8、垂直升降機構(gòu)；9、測量儀器安裝平臺；10、自收放卷線裝置；11、三根電纜；13、配電及自動控制系統(tǒng)；14、中心旋轉(zhuǎn)集電器。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明包括行走軌道1、多維測量平臺塔架、垂直升降機構(gòu)8、測量儀器安裝平臺9和配電及自動控制系統(tǒng)13，所述行走軌道I鋪設(shè)在地面上，所述多維測量平臺塔架包括下部塔架底座2、行走機構(gòu)3、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4、上部塔架5、自動伸縮塔臂6和配重塊7，所述下部塔架底座2的底部通過行走機構(gòu)3在行走軌道I上移動，所述上部塔架5的底部通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4安裝在下部塔架底座2的頂部，所述自動伸縮塔臂6安裝在上部塔架5的頂部，所述配重塊7安裝在自動伸縮塔臂6的尾部，所述垂直升降機構(gòu)8的動力裝置固定安裝在自動伸縮塔臂6的頭部，所述測量儀器安裝平臺9掛載在垂直升降機構(gòu)8的升降鋼繩末端，所述配電及自動控制系統(tǒng)13分別為行走機構(gòu)3、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4、自動伸縮塔臂6和垂直升降機構(gòu)8各執(zhí)行器供電，并控制各執(zhí)行器的執(zhí)行動作。
[0019]所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4通過中心旋轉(zhuǎn)集電器14與配電及自動控制系統(tǒng)13電連接，且中心旋轉(zhuǎn)集電器14安裝在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4內(nèi)。
[0020]所述垂直升降機構(gòu)8由伺服電機、渦輪蝸桿減速器、轉(zhuǎn)盤、定滑輪組件和鋼絲繩組成，所述伺服電機、渦輪蝸桿減速器和定滑輪組件的支架分別固定安裝在自動伸縮塔臂6的頭部位置，所述渦輪蝸桿減速器與伺服電機傳動相連，所述轉(zhuǎn)盤與渦輪蝸桿減速器的動力輸出軸傳動相連，鋼絲繩的一端與轉(zhuǎn)盤相連，并分別繞在轉(zhuǎn)盤和定滑輪組件的定滑輪上，所述測量儀器安裝平臺9掛載在鋼絲繩的另一端；所述垂直升降結(jié)構(gòu)8采用伺服電機通過蝸輪蝸桿減速器帶動I根鋼絲繩以單動滑輪的方式實現(xiàn)測量儀器安裝平臺9的垂直升降，單動滑輪結(jié)構(gòu)相比單根鋼絲繩的結(jié)構(gòu)可以加大垂直升降機構(gòu)8的負(fù)載能力并提高系統(tǒng)的剛性。
[0021]它還有自收放卷線裝置10和三根電纜11，所述自收放卷線裝置10安裝在測量儀器安裝平臺9上，所述三根電纜11通過中心旋轉(zhuǎn)集電器14與配電及自動控制系統(tǒng)13電連接，并繞在自收放卷線裝置10上。
[0022]所述配電及自動控制系統(tǒng)13分別通過無線傳輸模塊控制行走機構(gòu)3、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)