CN111608641A - 一种方位追踪平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方位追踪平台，包括主体盘、连接单元、补偿盘和运动盘，中部开设有通孔，所述通孔的内部固定有固定轴，所述固定轴圆周面的上下两端转动连接有两个相对应的转环，所述主体盘的上下两端开设有两个相对应的安装槽，包含电机、电调、陀螺仪和齿轮，所述电机安装在安装槽的内部，所述电机的外壳上安装有电调，所述电调的外部安装有陀螺仪，所述电机的输出轴固定在齿轮的端面上，安装在上侧的转环的圆周面上，所述补偿盘与连接单元相配合，安装在下侧的转环的圆周面上，所述运动盘与连接单元相配合，还包括固定盘、安装盘、蓄电池、通讯接收器和PLC控制器，能够在仅用一根钢丝的条件下勘探数百米的竖井甬道。

Description

一种方位追踪平台

技术领域

本发明涉及资源勘探技术领域，具体为一种方位追踪平台。

背景技术

关于地质资源的开发从古至今一直是一个国家的重中之重，关键地下资源能直接决定一个国家的工业发展基础和发展上限，而在开采之前，又需要一系列工作：一、探矿，寻找可能存在的矿床；二、勘探，确定矿床的蕴涵量和范围；三、定量估算矿物的品质和埋藏范围；四、进行可行性研究，决定是否有开采价值等等，因此需要一款在分析完当地地质和可能资源后，能直接记录当地资源状况的第一手数据的设备，以验证和校准分析的精度，而就国内现在的竖井勘探设备来说，动辄50多公分的直径和庞大的后续基础设备要求，无疑是对勘探工作的巨大挑战，不仅需要庞大的勘探口，而且一些偏僻，地理环境不佳的勘探口也无法满足其安装要求，因此，一款小巧精密的勘探设备的作用对现在的矿物开采业无疑是十分巨大的，这也是本发明出现的直接原因。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种方位追踪平台，能够在仅用一根钢丝的条件下勘探数百米的竖井甬道，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种方位追踪平台，包括主体盘、连接单元、补偿盘和运动盘；

主体盘：中部开设有通孔，所述通孔的内部固定有固定轴，所述固定轴圆周面的上下两端转动连接有两个相对应的转环，所述主体盘的上下两端开设有两个相对应的安装槽；

连接单元：包含电机、电调、陀螺仪和齿轮，所述电机安装在安装槽的内部，所述电机的外壳上安装有电调，所述电调的外部安装有陀螺仪，所述电机的输出轴固定在齿轮的端面上；

补偿盘：安装在上侧的转环的圆周面上，所述补偿盘与连接单元相配合；

运动盘：安装在下侧的转环的圆周面上，所述运动盘与连接单元相配合；

其中：还包括固定盘、安装盘、蓄电池、通讯接收器和PLC控制器，所述固定盘固定在固定轴的上端面上，所述固定盘的上端面上固定有安装盘，所述安装盘的上端面上从左往右依次安装有蓄电池、通讯接收器和PLC控制器，所述PLC控制器的输入电连接蓄电池的输出端，所述PLC控制器的输出端电连接两个电调的输入端，两个电调的输出端分别电连接两个电机的输入端，所述PLC控制器与通讯接收器、陀螺仪分别双向电连接。

进一步的，所述补偿盘包含第一齿轮环和第一连接环，所述第一齿轮环固定在上侧的转环的圆周面上，所述第一齿轮环与上侧的齿轮相啮合，所述第一连接环固定在第一齿轮环的上端面上。

进一步的，所述运动盘包含第二齿轮环、第二连接环、卡槽和视觉辅助模块，所述第二齿轮环固定在下侧的转环的圆周面上，所述第二齿轮环与下侧的齿轮相啮合，所述第二齿轮环的下端面上固定有第二连接环，所述第二连接环的圆周面上开设有卡槽，所述第二连接环的下端面上安装有两个相对应的视觉辅助模块，所述视觉辅助模块由摄像头和红外线测距仪两部分组成，所述摄像头和红外线测距仪均与PLC控制器双向电连接。

进一步的，还包括上保护壳、钢丝绳和下保护壳，所述上保护壳卡接在主体盘圆周面的上端，所述上保护壳的上端面上固定有钢丝绳，所述下保护壳的上端卡接在主体盘圆周面的下端，所述下保护壳的下端卡接在卡槽的内部。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方位追踪平台，具有以下好处：

1、相比于其他需要数根上百米的粗钢丝和数据线的设备来说，本发明仅需一根细钢丝，而且采用无线传输，因此地面配套设备的规模也小巧的多，使得勘探难度低得多；

2、因为只用一根钢丝来吊住设备，即使下潜上百米也不存在钢丝和数据线绞在一起的情况，极大地规避了意外情况的发生，降低了勘探设备的操作难度；

3、本发明另一个主打的特点就是自主纠正姿态***和在不依靠外力的条件下对摄像头等信息收集设备做到运动控制，通过机械上的分块设计和控制***的正负反馈调节，在复杂外在条件的环境下保持自身稳定的同时，可以操控测据设备的定向重点勘探，在大大提高自身稳定性从而极大地提升采集数据质量的同时，也能兼顾到对重要信息点的重点勘探；

4、本发明整体被保护壳包裹，遇到甬道内小型突出磕碰也不会有大问题。

附图说明

图1为本发明前侧结构示意图；

图2为本发明补偿盘结构示意图；

图3为本发明主体盘结构示意图；

图4为本发明连接单元结构示意图；

图5为本发明运动盘结构示意图；

图6为本发明工作原理框图。

图中：1主体盘、2固定轴、3转环、4安装槽、5连接单元、51电机、52电调、53陀螺仪、54齿轮、6补偿盘、61第一齿轮环、62第一连接环、7、运动盘、71第二齿轮环、72第二连接环、73卡槽、74视觉辅助模块、8固定盘、9安装盘、10蓄电池、11通讯接收器、12 PLC控制器、13上保护壳、14钢丝绳、15下保护壳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种方位追踪平台，包括主体盘1、连接单元5、补偿盘6和运动盘7；

主体盘1：中部开设有通孔，通孔的内部固定有固定轴2，固定轴2圆周面的上下两端转动连接有两个相对应的转环3，主体盘1的上下两端开设有两个相对应的安装槽4；

连接单元5：包含电机51、电调52、陀螺仪53和齿轮54，电机51安装在安装槽4的内部，电机51的外壳上安装有电调52，电调52的外部安装有陀螺仪53，电机51的输出轴固定在齿轮54的端面上；

补偿盘6：安装在上侧的转环3的圆周面上，补偿盘6与连接单元5相配合，补偿盘6包含第一齿轮环61和第一连接环62，第一齿轮环61固定在上侧的转环3的圆周面上，第一齿轮环61与上侧的齿轮54相啮合，第一连接环62固定在第一齿轮环61的上端面上；

运动盘7：安装在下侧的转环3的圆周面上，运动盘7与连接单元5相配合，运动盘7包含第二齿轮环71、第二连接环72、卡槽73和视觉辅助模块74，第二齿轮环71固定在下侧的转环3的圆周面上，第二齿轮环71与下侧的齿轮54相啮合，第二齿轮环71的下端面上固定有第二连接环72，第二连接环72的圆周面上开设有卡槽73，第二连接环72的下端面上安装有两个相对应的视觉辅助模块74，视觉辅助模块74由摄像头和红外线测距仪两部分组成，摄像头和红外线测距仪均与PLC控制器12双向电连接；

其中：还包括固定盘8、安装盘9、蓄电池10、通讯接收器11和PLC控制器12，固定盘8固定在固定轴2的上端面上，固定盘8的上端面上固定有安装盘9，安装盘9的上端面上从左往右依次安装有蓄电池10、通讯接收器11和PLC控制器12，PLC控制器12的输入电连接蓄电池10的输出端，PLC控制器12的输出端电连接两个电调52的输入端，两个电调52的输出端分别电连接两个电机51的输入端，PLC控制器12与通讯接收器11、陀螺仪53分别双向电连接。

其中：还包括上保护壳13、钢丝绳14和下保护壳15，上保护壳13卡接在主体盘1圆周面的上端，上保护壳13的上端面上固定有钢丝绳14，下保护壳15的上端卡接在主体盘1圆周面的下端，下保护壳15的下端卡接在卡槽73的内部，加入视觉辅助模块74，通过外加的摄像头和红外测距仪，可以实时检测机器和外界的相对位置，提取物体特征并运动状态，不间断调整运动策略，以opencv和机器学习的方法为主对摄像头采集的图像进行处理和识别，提取图像特征，训练相应的分类器，对图像中的目标进行识别，结合相机得到相对位置信息，实时回传数据，实现对特定目标的跟踪并对其进行处理，使用TensorFlow来训练物体模型，并且使用OpenCV来进行物体检测，并根据红外测距测量出物体的距离，根据距离采取不同的方法，并且使用SLAM算法通过机器人身上的传感器测量周围环境预计图进行匹配定位，通过外部电脑发送无线数据到本发明下端用于接受数据的总成电路板，总成电路板收到数据后将收到的数据解算，然后根据解算出的数据控制电机51运动，电机51运动的过程中，摄像头和总成电路板将电机的PID运动状态、陀螺仪53的机械状态和红外视觉的外界环境实时的通过无线数据反馈到外部的电脑，外部的电脑收到以上信息后将所有的数据储存。

在使用时：将本发明投入进需要勘探的坑道内，在正常情况下主体盘1静止，通过上下电机51对称扭矩做工来达到运动盘7运动，上下两盘传动对称设计，齿轮54对中心位置对称，传动力矩一样，第一齿轮环61与第二齿轮环71大小相同，第一齿轮环61和第二齿轮环71与齿轮54比为28比100，电机采用大M2006电机，根据转动惯量计算公式和

定轴动能公式：

运动盘7的质量约为0.579kg，绕中心轴转动惯量约为880.624，补偿盘6质量约为0.973kg，绕中心轴转动惯量约为8508.553因此要运动盘7和补偿盘6做工近似，两者做工速度变化比近似接近1:3.1根据角加速度和合外力矩的计算公式：

在电机51扭矩稳定输出的情况下，电机51的加速度恒定，运动盘7的转动速度也能近似匀加速变化，电机51扭矩设定在输出转速稳定的0.5—1N*m区域，运动盘7角加速度控制在2rad/s^2左右，最高速度不超过3rad/s左右，来达到稳定性和效率的兼顾，当发生不可抗力的影响，如钢丝绳14的自旋，甬道微弱气流，和自身运动带来的弱自旋，需要补偿盘6运动来使主体盘1稳定朝向一个方向，通过两个陀螺仪53的数据测量分析出主体盘1的实时姿态，再反馈到补偿盘6来达到静止平衡，当出现运动盘7运动时主体盘1不稳定的情况时，策略是先保持运动盘7姿态不变，下电机51保持角速度不做工，上电机51解算出主体盘1稳定后，再执行运动盘7运动。

值得注意的是，本实施例中所公开的PLC控制器12控制电机51工作采用现有技术中常用的方法。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种方位追踪平台，其特征在于：包括主体盘（1）、连接单元（5）、补偿盘（6）和运动盘（7）；

主体盘（1）：中部开设有通孔，所述通孔的内部固定有固定轴（2），所述固定轴（2）圆周面的上下两端转动连接有两个相对应的转环（3），所述主体盘（1）的上下两端开设有两个相对应的安装槽（4）；

连接单元（5）：包含电机（51）、电调（52）、陀螺仪（53）和齿轮（54），所述电机（51）安装在安装槽（4）的内部，所述电机（51）的外壳上安装有电调（52），所述电调（52）的外部安装有陀螺仪（53），所述电机（51）的输出轴固定在齿轮（54）的端面上；

补偿盘（6）：安装在上侧的转环（3）的圆周面上，所述补偿盘（6）与连接单元（5）相配合；

运动盘（7）：安装在下侧的转环（3）的圆周面上，所述运动盘（7）与连接单元（5）相配合；

其中：还包括固定盘（8）、安装盘（9）、蓄电池（10）、通讯接收器（11）和PLC控制器（12），所述固定盘（8）固定在固定轴（2）的上端面上，所述固定盘（8）的上端面上固定有安装盘（9），所述安装盘（9）的上端面上从左往右依次安装有蓄电池（10）、通讯接收器（11）和PLC控制器（12），所述PLC控制器（12）的输入电连接蓄电池（10）的输出端，所述PLC控制器（12）的输出端电连接两个电调（52）的输入端，两个电调（52）的输出端分别电连接两个电机（51）的输入端，所述PLC控制器（12）与通讯接收器（11）、陀螺仪（53）分别双向电连接。

2.根据权利要求1所述的一种方位追踪平台，其特征在于：所述补偿盘（6）包含第一齿轮环（61）和第一连接环（62），所述第一齿轮环（61）固定在上侧的转环（3）的圆周面上，所述第一齿轮环（61）与上侧的齿轮（54）相啮合，所述第一连接环（62）固定在第一齿轮环（61）的上端面上。

3.根据权利要求1所述的一种方位追踪平台，其特征在于：所述运动盘（7）包含第二齿轮环（71）、第二连接环（72）、卡槽（73）和视觉辅助模块（74），所述第二齿轮环（71）固定在下侧的转环（3）的圆周面上，所述第二齿轮环（71）与下侧的齿轮（54）相啮合，所述第二齿轮环（71）的下端面上固定有第二连接环（72），所述第二连接环（72）的圆周面上开设有卡槽（73），所述第二连接环（72）的下端面上安装有两个相对应的视觉辅助模块（74），所述视觉辅助模块（74）由摄像头和红外线测距仪两部分组成，所述摄像头和红外线测距仪均与PLC控制器（12）双向电连接。

4.根据权利要求3所述的一种方位追踪平台，其特征在于：还包括上保护壳（13）、钢丝绳（14）和下保护壳（15），所述上保护壳（13）卡接在主体盘（1）圆周面的上端，所述上保护壳（13）的上端面上固定有钢丝绳（14），所述下保护壳（15）的上端卡接在主体盘（1）圆周面的下端，所述下保护壳（15）的下端卡接在卡槽（73）的内部。

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