跟踪测量机器人制造技术

一种跟踪测量机器人，包括遥感遥测系统、三维姿态系统和中央控制与定位通信系统，遥感遥测系统包括测距单元(1)、红外激光光源(2)、搜索成像单元(3)、图像处理单元(4)、天文望远镜成像单元(5)和光敏电阻(6)；三维姿态系统包括仰俯姿态单元(7)、横轴(10)、水平姿态单元(8)、航向姿态单元(9)和竖轴(11)；中央控制与定位通信系统包括中央处理器(12)、人机交互单元(13)、存储单元(14)、全球定位单元(15)、通信单元(16)、图像识别单元(17)、电源单元(18)。本实用新型专利技术是低成本高性价比产品，可作为微波测距设备、雷达设备的光学附件，用于地面测站对地面目标和近距离空中目标的测量。

【技术实现步骤摘要】
跟踪测量机器人
本技术属于地理信息
的延伸应用范畴，特别是涉及一种跟踪测量机器人。
技术介绍
地理信息产业有成千上万的应用，源于4个核心需求:获取目标物的三维大地坐标；获取三维大地坐标下的地形图；获取三维大地坐标下的物方三维影像；获取大地坐标系下基于三维影像的三维导航图。 地理信息
的延伸应用中，跟踪测量是重要一枝。 一、地理信息产业技术现状 多组人员使用种类繁多的多组仪器设备以不同方式分段获取上述某一核心需求，形成各种应用。 目前市场上有4类用于野外测绘的相关产品:常规测绘仪器、“精密测量机器人”、用于近景道路摄影测量数据采集的设备集成系统、三维激光扫描仪。 1、常规测绘仪器: 如测距仪、水准仪、平板仪、倾斜仪、沉降仪、经纬仪、全站仪(测距仪+经纬仪)、GPS定位仪以及配套使用的数传电台/GPRS/3G通信设备、超站仪(全站仪+GPS定位仪)等。全球、我国均有多家公司生产销售。常规测绘仪器均无摄影测量功能。常规测绘仪器存在的局限是: I)传统设备:测距仪、水准仪、平板仪、倾斜仪、沉降仪、经纬仪、标杆、棱镜等传统设备均属单一功能仪器，通过测角、测高、测距、测水准等手段的综合使用来获取测站与被测目标之间在自定义坐标下的的相对关系数据。传统设备依靠人工操作，人为误差和分段引入大地坐标的误差均大且无有效的误差改正方法。传统设备效率很低，获取一个低精度的物方三维大地坐标常常需要一队专业技术人员工作很长时间。大量耗费人力和时间，实际工作成本高。 2) GPS定位仪:须将仪器架设在被测目标上观测，这首先需要被测目标具有架设仪器的条件，在此前提下还需投入较大的人力、物力和较长的时间，而需要测量的目标点常常并不具备架设仪器的条件。 3)全站仪:只能在自定义坐标系内测角和测距；完全依靠人工操作，人为误差较大且无有效的误差改正方法；测量物方三维坐标时需要同时具备两个以上的已知控制点；确定正北方向须借助GPS定位仪并购买当地GPS控制网(如果当地存在这样的网)数据，或借助陀螺仪；引入大地坐标须借助GPS定位仪。 4)超站仪:除测角、测距之外还能够测定自身的三维大地坐标(日本拓扑康超站仪单价60万元人民币)。超站仪存在与全站仪类似的问题。 2、“精密测量机器人”(全站仪+伺服系统，无摄影功能): “精密测量机器人”是新型全站仪，与常规全站仪的唯一区别是具有“ATR功能(棱镜瞄准功能)”:人工瞄准棱镜目标后，按照常规全站仪方法获取并存储这些棱镜在自定义坐标下的三维坐标数据和自身的姿态数据。启动伺服系统后，机器参照上次测量获取的坐标数据和姿态数据重新自动瞄准棱镜并再次获取自定义坐标下的三维坐标数据，据此扩展出一个以棱镜为观测目标的可用于形变监测的功能。 精密测量机器人是瑞士徕卡公司的独家产品，其航向角和仰俯角的测量精度达到 0.5角秒，代表了全站仪的当今全球最高水平；价格适中:当需要扫描的棱镜个数小于10时，单台售价45万元人民币；棱镜个数大于10时另作系统方案，按系统方案另外加价。 精密测量机器人无摄影功能且存在与全站仪类似的局限。 3、用于道路摄影测量数据采集的设备集成系统: 目前市场上的道路摄影测量数据采集系统均为设备集成系统。美国谷歌、日本拓扑康的车载道路摄影测量系统是代表。其硬件特征是将位置测量设备(GPS)、姿态测量设备、定位补偿设备(INS或航位推算系统)、视频设备(CCD系统)、激光测距扫描仪、车载计算机系统设备连接在一起，安装在汽车上，在车辆的行进之中采集道路及道路两旁地物的空间位置数据和属性数据，如:道路中心线或边线位置坐标、目标地物的位置坐标、路(车道)宽、桥(隧道)高、交通标志、道路设施等。数据同步存储在车载计算机系统中；软件特征是基于GPS、RS、GIS、数据的3S集成，将外业采集回来的数据进行事后编辑处理，形成各种有用的专题数据成果，如导航电子地图等等。它的显著特点是:a.针对道路及临近两侧的独立的测成图系统。无需借助任何底图，即可独立完成路网图测量。在作业流程上形成了摄影测量的闭环控制，空间坐标数据与包含丰富属性信息的道路及临近两侧之立体影像同时获得，外业与内业紧密衔接，避免了人工方式下的人为误差；b.针对道路的实景三维可视化的数据成果。它以面状的方式快速采集道路及道路临近周边的地理空间数据，其数据成果是连续拍摄的实景可量测影像；c.道路及道路临近周边信息与卫片/航片无缝链接，形成针对道路及临近周边地物的“天地一体化”新一代地理信息系统。 存在的局限是: I)工作范围限于道路，无法进行野外作业:移动道路测量系统(道路摄影测量数据采集系统)是将GPS (全球定位系统)、姿态测量系统、CCD (视频系统)、INS (惯性导航系统或航位推算系统)、三维激光扫描系统、车载计算机系统等先进的传感器和设备装配在汽车上，这就意味着它只能用于道路及其临近两侧的摄影测量，无法进行野外环境的摄影测量。 2)近景:不带望远镜，广角摄影。能够对道路两侧200m内的景物进行近景摄影测量数据采集。物方三维大地坐标的解算精度为I米左右。 3)移动与操作:组成系统的各设备体积大、重量大，系统结构松散，须固定于汽车等大型载体上，多人操作。 4)外业数据采集内业事后处理的工作方式导致重复性外业劳动不可避免。 5)需要道路沿途有GPS控制网的支持。 6)价格昂贵:移动道路测量系统的全部组件均系外购，这些高端设备的昂贵价格使得“移动道路测量系统”的成本居高不下，无激光测距扫描仪的移动道路测量系统(无测距功能的数据采集系统)产品的价格为400万元人民币/套；有激光扫描测距设备的国外产品价格高于600万元人民币/套。 4、三维激光扫描仪 三维激光扫描仪可在自定义坐标下提供近景三维影像:用高速激光扫描测距方式获得大量的目标点距离数据并同步记录计算测距姿态数据，计算得到目标点三维坐标；用数码相机摄取目标景物影像；将两者叠加，获得三维影像。 三维激光扫描仪可广泛应用于室内灯光环境和室外晴朗天气的白昼环境下的近景目标。美国、日本、中国均有数家公司生产销售。瑞典Rigle公司的野外三维激光扫描仪处于国际领先地位:好天气、良好能见度条件下测距可达2公里。 三维激光扫描仪单台售价为60万元人民币一600万元人民币不等。 二、地理信息
的跟踪测量延伸应用 跟踪测量技术分为静态目标跟踪测量和动态目标跟踪测量两类。 1、静态目标跟踪测量 静态目标跟踪测量技术用于对静态地物近距离高精度的形变监测。目前的静态目标跟踪测量设备是加装了伺服系统的全站仪。市面产品目前只能实现对棱镜的跟踪测量。如前所述之瑞士徕卡公司生产的精密测量机器人即属此类。 2、动态目标跟踪测量 用于动态目标跟踪测量的设备是较为庞大复杂的设备系统。例如雷达系统、反导系统。迄今未见便携式野外设备。 雷达探测技术是最早发展起来的动态目标跟踪测量技术，得到极为广泛的应用，早已成为动态目标跟踪测量技术的主干。雷达设备系统由发射机、接收机和终端机构成，有固定地面站、车载站、机载站、船载站方式。利用雷达探测技术的地对空、空对地、地对地探测得到长足发展，三坐标雷达、高分辨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种跟踪测量机器人，其特征在于：包括遥感遥测系统、三维姿态系统和中央控制与定位通信系统，所述遥感遥测系统包括测距单元(1)、红外激光光源(2)、搜索成像单元(3)、图像处理单元(4)、天文望远镜成像单元(5)和光敏电阻(6)；所述三维姿态系统包括仰俯姿态单元(7)、横轴(10)、水平姿态单元(8)、航向姿态单元(9)和竖轴(11)；横轴(10)的中轴线与竖轴(11)的中轴线相互正交且交于空间点O，横轴(10)的中轴线与竖轴(11)的中轴线所构成的平面垂直于跟踪测量机器人的底座平面；所述中央控制与定位通信系统包括中央处理器(12)、人机交互单元(13)、存储单元(14)、全球定位单元(15)、通信单元(16)、图像识别单元(17)、电源单元(18)，中央处理器(12)与测距单元(1)、红外激光光源(2)、搜索成像单元(3)、图像处理单元(4)、天文望远镜成像单元(5)和光敏电阻(6)、仰俯姿态单元(7)、水平姿态单元(8)、航向姿态单元(9)、人机交互单元(13)、存储单元(14)、全球定位单元(15)、通信单元(16)、图像识别单元(17)、电源单元(18)分别连接，搜索成像单元(3)、天文望远镜成像单元(5)分别与图像处理单元(4)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种跟踪测量机器人，其特征在于:包括遥感遥测系统、三维姿态系统和中央控制与定位通信系统， 所述遥感遥测系统包括测距单元(I)、红外激光光源(2)、搜索成像单元(3)、图像处理单元(4)、天文望远镜成像单元(5)和光敏电阻(6)； 所述三维姿态系统包括仰俯姿态单元(7)、横轴(10)、水平姿态单元(8)、航向姿态单元(9)和竖轴(11);横轴(10)的中轴线与竖轴(11)的中轴线相互正交且交于空间点O，横轴(10)的中轴线与竖轴(11)的中轴线所构成的平面垂直于跟踪测量机器人的底座平面； 所述中央控制与定位通信系统包括中央处理器(12)、人机交互单元(13)、存储单元(14)、全球定位单元(15)、通信单元(16)、图像识别单元(17)、电源单元(18)，中央处理器(12)与测距单元(I)、红外激光光源(2)、搜索成像单元(3)、图像处理单元(4)、天文望远镜成像单元(5)和光敏电阻(6)、仰俯姿态单元(7)、水平姿态单元(8)、航向姿态单元(9)、人机交互单元(13)、存储单元(14)、全球定位单元(15)、通信单元(16)、图像识别单元(17)、电源单元(18)分别连接，搜索成像单元(3)、天文望远镜成像单元(5)分别与图像处理单元(4)连接。2.根据权利要求1所述的跟踪测量机器人，其特征在于:所述三维姿态系统中， 所述仰俯姿态单元(7)包括第一离合器(7.1)、第一同步带放大器(7.2)、第一编码器(7.3)、第一蜗轮(7.4)、第一同步带轮(7.5)、第一蜗杆(7.6)、第一弹性机构(7.7)、第二蜗轮(7.8)、第二弹性机构(7.9)、第二蜗杆(7.10)和第一电机与驱动(7.11)，第一电机与驱动(7.11)连接第二蜗杆(7.10)，第二蜗轮(7.8)和第二蜗杆(7.10)经第二弹性机构(7.9)哨合，第二蜗轮(7.8)和第一蜗杆(7.6)经第一弹性机构(7.7)哨合,第一蜗轮(7.4)和第一蜗杆(7.6)之间经第一同步带轮(7.5)传动，第一蜗轮(7.4)和第一编码器(7.3)之间经第一同步带放大器(7.2)传动，第一蜗轮(7.4)连接第一离合器(7.1)，第一离合器(7.1)闭合时连接横轴(10)，中央处理器(12)和第一离合器(7.1)、第一同步带放大器(7.2)、第一编码器(7.3)、第一电机与驱动(7.11)分别连接； 所述航向姿态单元(9)包括第二离合器(9.1)、第二同步带放大器(9.2)、第二编码器(9.3)、第三蜗轮(9.4)、第二同步带轮(9.5)、第三蜗杆(9.6)、第三弹性机构(9.7)、第四蜗轮(9.8)、第四弹性机构(9.9)、第四蜗杆(9.10)、第二电机与驱动(9.11)，第二电机与驱动(9.11)连接第四蜗杆(9.10)，第四蜗轮(9.8)和第四蜗杆(9.10)经第四弹性机构(9.9)啮合，第四蜗轮(9.8)和第三蜗杆(9.6)经第三弹性机构(9.7)啮合，第三蜗轮(9.4)和第三蜗杆(9.6)之间经第二同步带轮(9.5)传动，第三蜗轮(9.4)和第二编码器(9.3)之间经第二同步带放大器(9.2)传动，第三蜗轮(9.4)连接第二离合器(9.1)，第二离合器(9.1)闭合时连接竖轴(11)，中央处理器(12)和第二离合器(9.1)、第二同步带放大器(9.2)、第二编码器(9.3)、第二电机与驱动(9.11)分别连接。3.根据权利要求1或2所述的跟踪测量机器人，其特征在于:所述红外激光光源(2)包括红外激光镜头(2.1)、红外激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：许凯华，
申请(专利权)人：许凯华，
类型：新型
国别省市：湖北;42