CN109163713B - 一种新型无人机测绘*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型无人机测绘***,包括外壳、内环、球壳、立柱、支架、扇叶、连杆、滚轮、浮板、弹簧、抽插杆、摆杆、网罩壳、引脚、绝缘层、压电晶片、共振片、阻抗匹配器、电线,内环两端铰接在外壳内,内环在外壳内摆动;球球壳顶部两个铰接片铰接在内环上,球壳在内环内摆动,保持球壳始终竖直向下;立柱底端销接在球壳内侧底面中心处,扇叶外端通过连杆铰接在立柱上,扇叶底部装有滚轮;扇叶环绕立柱顶端转动,随着气流的增大加速转动,扇叶底部的滚轮将浮板下压,浮板下移带动两件摆杆的头部向下移动,最终实现摆杆底部的两件网罩壳之间的夹角增大,以保证机尾侧的网罩壳能够顺利接收到地面物体反射的超声波,进一步推动测绘行业技术发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据采集***,特别是涉及一种新型无人机测绘***。
背景技术
测绘就是测量和绘图。以计算机技术、光电技术、网络通讯技术、空间科学、信息科学为基础,以全球导航卫星定位***(GNSS)、遥感(RS)、地理信息***(GIS)为技术核心,将地面已有的特征点和界线通过测量手段获得反映地面现状的图形和位置信息,供工程建设的规划设计和行政管理之用。测绘事业是一个为国家经济建设、国防建设和社会发展服务的基础性、先进性、公益性事业,是现代化建设事业中必不可少的重要保障,其在社会发展规划、国民经济建设、国防建设等诸多领域都发挥着其独特的作用。
无人机是未来航空发展趋势之一,是大力推进测绘科技自主创新、切实提高测绘保障服务能力的重要举措。随着科技的迅猛发展,近年来无人机技术广泛运用于测绘工作。无人机测绘相对人力成本更低,效率更高,目前无人机作业都是在计算机上利用控制器直接布设好作业路线,无人机只要起飞后接受计算机指令就可以完成飞行作业,无需驾驶员控制。另外,对于人类来说非常艰巨而又危险的区域的测绘任务,无人机可进行无障碍测绘工作,很好的避免出现测绘事故。无人机上装有图像采集装置和测高装置,两种采集数据相结合即可构建出地表的三维立体影像。
但是,目前无人机测绘工作中,由于无人机在升高、转弯、降低等过程中会机身倾斜,而测高装置不能保持始终竖直向下,导致测量目标的高度测量偏差较大,并且随着无人机飞行速度的改变,由于发射器和接收器之间的角度不可调,测高装置中的接收器经常无法接收到目标物体反射回来的波段。因此,亟需一种新型的无人机测绘***,无论无人机的机身如何倾斜,飞行速度如何改变,测高装置始终能保持竖直向下,并且发射器和接收器之间的夹角能够随着飞行速度的变化而改变,能够极大提高目标物的高度测量精度。本发明有利于有关部门及时掌握所需动态地理信息,对于推动测绘行业技术发展,加快数字城市/智慧城市建设,全面提高测绘工作在国家经济建设中的保障服务能力与水平等具有重要意义。
发明内容
因此,本发明克服传统无人机测绘过程中,目标物的高度测量精度较差的缺点,将高度测量***设计成三维可转动结构,始终保持竖直向下,并且实现了随着飞行速度的增加,波段发射器和接收器之间的夹角随之增大的目标。
本发明所采用的技术方案是:一种新型无人机测绘***,其特征在于:包括外壳、内环、球壳、立柱、支架、扇叶、连杆、滚轮、浮板、弹簧、抽插杆、摆杆、网罩壳、引脚、绝缘层、压电晶片、共振片、阻抗匹配器、电线。
所述外壳的主体为中心轴线竖直的环形结构,环形结构的内外均为球面,所述外壳的顶面沿着气流方向的两侧边缘处,向上设有竖直的立壁,立壁顶部螺接在机身底部;所述外壳的内壁上,对向设有两个圆柱形凸起的内环铰接柱;所述外壳的内球面底部边缘,设有环形凸起的阶梯台。
所述内环为环形,内环的内外均为球面,所述内环上开设有两个对向的铰接孔,分别套装在外壳内部的内环铰接柱上;所述内环的内侧球面上对向设有两个圆柱形凸起的球壳铰接柱。
所述球壳的主体为半球壳形,球壳的顶部向上设有两个凸起的铰接片,铰接片套装在内环内侧球面的球壳铰接柱上;所述球壳的内外面均为球面;所述球壳的内侧面底部中央处,设有竖直的立柱插管,在立柱插管的两侧均开设有摆杆槽,所述摆杆槽内中间位置处设有摆杆铰接柱。
所述立柱为竖直细杆形,立柱的底部插在球壳内的立柱插管内,并且通过销钉连接;所述立柱的中间高度处设有水平圆形的限位片,限位片上侧一段距离处,环绕立柱中心轴线设有多个凸片。
所述支架由多个辐射状的水平横杆组成,支架中央套装在立柱的顶端区域;所述扇叶为弧形片状,弧形片状的中间位置设为管形,套在支架的横杆上;所述扇叶的外侧向下弯折为竖直的竖管,所述竖管的底端铰接有滚轮;所述连杆的外端铰接在竖管的中间位置处,内端铰接在立柱的凸片上。
所述浮板为水平圆板,中间开设有圆孔套装在立柱的凸片和限位片之间,所述浮板的底面设有两个竖直片状的竖片;所述弹簧套在立柱上,安装在浮板和限位片之间。
所述摆杆有两件,主体为细长杆形,细长杆底端设有基座,所述基座铰接在球壳的摆杆槽内的摆杆铰接柱上,每个基座的底部均装有一件网罩壳;细长杆与基座的衔接部位弯折,使得细长杆和基座不在同一个竖直面内。
所述摆杆的细长杆内中空,所述抽插杆的顶端铰接在浮板底面的竖片上,底部***对向侧摆杆的细长杆内。
所述网罩壳内顶端设有绝缘层,所述引脚穿过绝缘层后伸出在网罩壳顶部外侧,所述压电晶片粘在绝缘层底部,所述共振片粘贴在压电晶片的底部,朝向无人机后方的网罩壳内的共振片外部,装有阻抗匹配器。
本发明的原理为:无人机起飞时机头抬起,机身倾斜,并且当无人机转弯时左右机翼倾斜向机身一侧。所述内环在外壳内,环绕内环铰接柱转动;所述球壳在内环内,环绕球壳铰接柱摆动,所以由于重力作用,球壳的球面始终保持向下。
无人机在起飞时速度越来越大,超声波测距装置的发射器和接收器的夹角也要随之增大才能保证测距的精度。所述扇叶的转速随着气流速度的增大而增大,由于离心力的影响,扇叶在环绕立柱转动过程中,同时背向立柱方向滑动,由于连杆的长度是固定的,所以扇叶上的滚轮将浮板向下压迫。
浮板克服弹簧的弹力向下移动时,抽插杆带动摆杆的顶部向下移动,摆杆带动网罩壳倾斜,使得两个网罩壳之间的夹角增大。
无人机在飞行过程中,朝向机头侧的网罩壳内产生的超声波向前向下发射,经过地面障碍物的反射后,由朝向机尾的网罩壳接收。
本发明一种新型无人机测绘***具有如下优点:
(1)克服目前基于无人机测绘工作的目标物的高度测量精度较差的难题;
(2)利用扇叶转动的离心力,配合连杆结构,实现扇叶下压浮板的结构;
(3)利用抽插杆在摆杆内滑动的结构,实现浮板下压带动网罩壳倾斜的结构。
所以,这种新型无人机测绘***,高度测量***设计成三维可转动结构,始终保持竖直向下,并且实现了随着飞行速度的增加,波段发射器和接收器之间的夹角随之增大的目标,能够极大提高目标物的高度测量精度。本发明有利于有关部门及时掌握所需动态地理信息,对于推动测绘行业技术发展,加快数字城市/智慧城市建设,全面提高测绘工作在国家经济建设中的保障服务能力与水平等具有重要意义。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的,而并不认为是对本发明的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件。
图1是无人机将测绘数据传递至数据库的原理示意图。
图2是测高***安装在机身底部的结构示意图。
图3是俯视角度的测距结构的整体装配示意图。
图4是仰视角度的测距结构的整体装配示意图。
图5是外壳沿气流方向的对称面剖切后的内部装配结构示意图。
图6是外壳沿气流方向的对称面剖切后的外壳、内环、球壳的装配示意图。
图7是外壳的结构示意图。
图8是内环和球壳的装配示意图。
图9是球壳的内部结构示意图。
图10是球壳的底部结构示意图。
图11是风动旋转部分和球壳的装配结构示意图。
图12是球壳剖开时的风动旋转部分和球壳的装配结构示意图。
图13是球壳剖开时的浮板和摆杆的装配结构示意图。
图14是扇叶在低速转动时的两个网罩壳的倾斜角度示意图。
图15是扇叶在速度增加时的两个网罩壳向两侧转动时的结构示意图。
图16是立柱、扇叶、连杆的装配结构示意图。
图17是支架、扇叶、滚轮的装配结构示意图。
图18是扇叶的结构示意图。
图19是扇叶外侧的竖管的结构示意图。
图20是浮板、抽插杆、摆杆、网罩壳的装配结构示意图。
图21是浮板、弹簧、立柱的装配结构示意图。
图22是摆杆的结构示意图。
图23是两个网罩壳外的超声波传递方向示意图。
图24是两个网罩壳内的结构示意图。
图25是发射超声波的网罩壳内的结构剖视图。
图26是接收超声波的网罩壳内的结构剖视图。
图27是无人机起飞过程中的测距原理图。
图中标号:a-无人机、b-摄像头、c-数据库、Q-无线网络、F-无人机飞行方向、W-气流方向、1-外壳、101-立壁、102-内环铰接柱、103-阶梯台、2-内环、201-铰接孔、202-球壳铰接柱、3-球壳、301-铰接片、302-立柱插管、303-摆杆槽、304-摆杆铰接柱、4-立柱、401-限位片、402-凸片、5-支架、6-扇叶、601-竖管、7-连杆、8-滚轮、9-浮板、901-竖片、10-弹簧、11-抽插杆、12-摆杆、1201-基座、13-网罩壳、14-引脚、15-绝缘层、16-压电晶片、17-共振片、18-阻抗匹配器、19-电线、D-扇叶向下移动、K-网罩壳转动方向、S-超声波发射方向、R-超声波反射方向、G-地面。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明一种新型无人机测绘***作进一步的详细描述。
一种新型无人机测绘***,其特征在于:包括外壳1、内环2、球壳3、立柱4、支架5、扇叶6、连杆7、滚轮8、浮板9、弹簧10、抽插杆11、摆杆12、网罩壳13、引脚14、绝缘层15、压电晶片16、共振片17、阻抗匹配器18、电线19。
如图7所示,所述外壳1的主体为中心轴线竖直的环形结构,环形结构的内外均为球面,所述外壳1的顶面沿着气流方向的两侧边缘处,向上设有竖直的立壁101,立壁101顶部螺接在机身底部;所述外壳1的内壁上,对向设有两个圆柱形凸起的内环铰接柱102;所述外壳1的内球面底部边缘,设有环形凸起的阶梯台103。
进一步讲,所述两个内环铰接柱102的中心轴线共线,并且均穿过外壳1的球面球心。
进一步讲,所述外壳1的阶梯台103将内环2的转动幅度限定在一定范围内。
如图6、图8所示,所述内环2为环形,内环2的内外均为球面,所述内环2上开设有两个对向的铰接孔201,分别套装在外壳1内部的内环铰接柱102上;所述内环2的内侧球面上对向设有两个圆柱形凸起的球壳铰接柱202。
进一步讲,所述内环2的两个铰接孔201的中心轴线共线并且穿过球面球心;所述内环2的两个球壳铰接柱202的中线轴线共线并且穿过球面球心,同时与铰接孔201的中心轴线垂直。
如图4、图5、图6、图8、图9、图10所示,所述球壳3的主体为半球壳形,球壳3的顶部向上设有两个凸起的铰接片301,铰接片301套装在内环2内侧球面的球壳铰接柱202上;所述球壳3的内外面均为球面;所述球壳3的内侧面底部中央处,设有竖直的立柱插管302,在立柱插管302的两侧均开设有摆杆槽303,所述摆杆槽303内中间位置处设有摆杆铰接柱304。
如图12、图13所示,所述立柱4为竖直细杆形,立柱4的底部插在球壳3内的立柱插管302内,并且销接为一体;所述立柱4的中间高度处设有水平圆形的限位片401,限位片401上侧一段距离处,环绕立柱4中心轴线设有多个凸片402。
如图16、图17所示,所述支架5由多个辐射状的水平横杆组成,支架5中央套装在立柱4的顶端区域;如图18、图19所示,所述扇叶6为弧形片状,弧形片状的中间位置设为管形,套在支架5的横杆上;所述扇叶6的外侧向下弯折为竖直的竖管601,所述竖管601的底端铰接有滚轮8;所述连杆7的外端铰接在竖管601的中间位置处,内端铰接在立柱4的凸片402上。
如图12、图13、图14、图15所示,所述浮板9为水平圆板,中间开设有圆孔套装在立柱4的凸片402和限位片401之间,所述浮板9的底面设有两个竖直片状的竖片901;所述弹簧10套在立柱4上,安装在浮板9和限位片401之间。
进一步讲,所述凸片402是在弹簧10和浮板9安装在立柱4上后焊接在立柱4上。
如图13、图14、图15、图20所示,所述摆杆12有两件,主体为细长杆形,细长杆底端设有基座1201,所述基座1201铰接在球壳3的摆杆槽303内的摆杆铰接柱304上,每个基座1201的底部均装有一件网罩壳13;如图22所示,细长杆与基座1201的衔接部位弯折,使得细长杆和基座1201不在同一个竖直面内。
进一步讲,所述摆杆铰接柱304先穿过摆杆12的基座1201,再焊接在摆杆槽303内。
如图21所示,所述摆杆12的细长杆内中空,所述抽插杆11的顶端铰接在浮板9底面的竖片901上,底部***对向侧摆杆12的细长杆内。
进一步讲,两个摆杆12的细长杆交叉在浮板9下方,细长杆与立柱4间具备一定间距。
如图23、图24、图25、图26所示,所述网罩壳13内顶端设有绝缘层15,所述引脚14穿过绝缘层15后伸出在网罩壳13顶部外侧,所述压电晶片16粘在绝缘层15底部,所述共振片17粘贴在压电晶片16的底部,朝向无人机后方的网罩壳13内的共振片17外部,装有阻抗匹配器18。
所述电线19将引脚14和压电晶片16连接。
无人机起飞时机头抬起,机身倾斜,并且当无人机转弯时左右机翼倾斜向机身一侧。所述内环2在外壳1内,环绕内环铰接柱102转动;所述球壳3在内环2内,环绕球壳铰接柱202摆动,所以由于重力作用,球壳3的球面始终保持向下。
如图27所示,无人机在起飞时速度越来越大,超声波测距装置的发射器和接收器的夹角也要随之增大才能保证测距的精度。所述扇叶6的转速随着气流速度的增大而增大,由于离心力的影响,扇叶6在环绕立柱4转动过程中,同时背向立柱4方向滑动,由于连杆7的长度是固定的,所以扇叶6上的滚轮8将浮板9向下压迫。
浮板9克服弹簧10的弹力向下移动时,抽插杆11带动摆杆12的顶部向下移动,摆杆12带动网罩壳13倾斜,使得两个网罩壳13之间的夹角增大。
无人机在飞行过程中,朝向机头侧的网罩壳13内产生的超声波向前向下发射,经过地面障碍物的反射后,由朝向机尾的网罩壳13接收。
朝向机头侧的网罩壳13内的压电晶片16在电压下产生振动,带动共振片17振动,振动片17产生的超声波从网罩壳13底部射出;超声波在传播和反射过程中,无人机持续向前飞行,最终超声波被朝向机尾的网罩壳13吸收,经过阻抗匹配器18的过滤后,带动共振片17振动,从而带动压电晶片16振动,压电晶片16振动后产生电压信号;超声波的传播速度已知,依据超声波的发射时间和接收时间,即可计算出机身距离地面障碍物之间的距离,在实际计算时,可认为发射波和反射波是平行无夹角的,超声波的总行程的二分之一即可认为是机身距离地面障碍物之间的距离;机身的高度减去距离即可获得目标物体的高度,其测量精度完全可以满足测绘工作中数据精度要求。
进一步讲,无人机本身安装有3D GPS/BDS,机身高度数据可直接获取。
无人机的速度越大,超声波发射和接收的时间间隔越久,两个网罩壳13之间的夹角增大,以保证反射波的顺利接收。
进一步讲,在采集地面目标物高度的同时,机身上的摄像头同步采集图像数据。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种新型无人机测绘***,其特征在于:包括外壳(1)、内环(2)、球壳(3)、立柱(4)、支架(5)、扇叶(6)、连杆(7)、滚轮(8)、浮板(9)、弹簧(10)、抽插杆(11)、摆杆(12)、网罩壳(13)、引脚(14)、绝缘层(15)、压电晶片(16)、共振片(17)、阻抗匹配器(18)、电线(19);
所述外壳(1)的主体为中心轴线竖直的环形结构,环形结构的内外均为球面,所述外壳(1)的顶面沿着气流方向的两侧边缘处,向上设有竖直的立壁(101),立壁(101)顶部螺接在机身底部;所述外壳(1)的内壁上,对向设有两个圆柱形凸起的内环铰接柱(102);所述外壳(1)的内球面底部边缘,设有环形凸起的阶梯台(103);
所述内环(2)为环形,内环(2)的内外均为球面,所述内环(2)上开设有两个对向的铰接孔(201),分别套装在外壳(1)内部的内环铰接柱(102)上;所述内环(2)的内侧球面上对向设有两个圆柱形凸起的球壳铰接柱(202);
所述球壳(3)的主体为半球壳形,球壳(3)的顶部向上设有两个凸起的铰接片(301),铰接片(301)套装在内环(2)内侧球面的球壳铰接柱(202)上;所述球壳(3)的内外面均为球面;所述球壳(3)的内侧面底部中央处,设有竖直的立柱插管(302),在立柱插管(302)的两侧均开设有摆杆槽(303),所述摆杆槽(303)内中间位置处设有摆杆铰接柱(304);
所述立柱(4)为竖直细杆形,立柱(4)的底部插在球壳(3)内的立柱插管(302)内,并且销接为一体;所述立柱(4)的中间高度处设有水平圆形的限位片(401),限位片(401)上侧一段距离处,环绕立柱(4)中心轴线设有多个凸片(402);
所述支架(5)由多个辐射状的水平横杆组成,支架(5)中央套装在立柱(4)的顶端区域;所述扇叶(6)为弧形片状,弧形片状的中间位置设为管形,套在支架(5)的横杆上;所述扇叶(6)的外侧向下弯折为竖直的竖管(601),所述竖管(601)的底端铰接有滚轮(8);所述连杆(7)的外端铰接在竖管(601)的中间位置处,内端铰接在立柱(4)的凸片(402)上;
所述浮板(9)为水平圆板,中间开设有圆孔套装在立柱(4)的凸片(402)和限位片(401)之间,所述浮板(9)的底面设有两个竖直片状的竖片(901);所述弹簧(10)套在立柱(4)上,安装在浮板(9)和限位片(401)之间;
所述摆杆(12)有两件,主体为细长杆形,细长杆底端设有基座(1201),所述基座(1201)铰接在球壳(3)的摆杆槽(303)内的摆杆铰接柱(304)上,每个基座(1201)的底部均装有一件网罩壳(13);细长杆与基座(1201)的衔接部位弯折,使得细长杆和基座(1201)不在同一个竖直面内;
所述摆杆(12)的细长杆内中空,所述抽插杆(11)的顶端铰接在浮板(9)底面的竖片(901)上,底部***对向侧摆杆(12)的细长杆内;
所述网罩壳(13)内顶端设有绝缘层(15),所述引脚(14)穿过绝缘层(15)后伸出在网罩壳(13)顶部外侧,所述压电晶片(16)粘在绝缘层(15)底部,所述共振片(17)粘贴在压电晶片(16)的底部,朝向无人机后方的网罩壳(13)内的共振片(17)外部,装有阻抗匹配器(18);
所述两个内环铰接柱(102)的中心轴线共线,并且均穿过外壳(1)的球面球心;
所述内环(2)的两个铰接孔(201)的中心轴线共线并且穿过球面球心;所述内环(2)的两个球壳铰接柱(202)的中线轴线共线并且穿过球面球心,同时与铰接孔(201)的中心轴线垂直。
2.根据权利要求1所述的新型无人机测绘***,其特征在于:所述外壳(1)的阶梯台(103)将内环(2)的转动幅度限定在一定范围内。
3.根据权利要求1所述的新型无人机测绘***,其特征在于:所述凸片(402)是在弹簧(10)和浮板(9)安装在立柱(4)上后焊接在立柱(4)上。
4.根据权利要求1所述的新型无人机测绘***,其特征在于:所述摆杆铰接柱(304)先穿过摆杆(12)的基座(1201),再焊接在摆杆槽(303)内。
5.根据权利要求1所述的新型无人机测绘***,其特征在于:两个摆杆(12)的细长杆交叉在浮板(9)下方,细长杆与立柱(4)间具备一定间距。
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