基于无人飞行器对线性工程对象的自适应聚焦云台制造技术

本发明专利技术公开了基于无人飞行器对线性工程对象的自适应聚焦云台，按均匀距离选择标记点并提取点位在地球系上的位置；开启自适应聚焦功能；聚焦云台控制器在移动点与标记点之间生成一条直线，在距离移动点小于100毫米的位置生成一个瞄准点；聚焦云台控制器不断比较移动点与序列中正在聚焦点及下一个标记点之间的距离差，一旦序列中下一个点的距离小于正在聚焦点，则重复上述步骤执行换点聚焦，以达到连续自适应聚焦的效果。本发明专利技术通过计算标记点和无人机在空间中的相对坐标位置，在无人机坐标系中反算迭代生成一个瞄准点，通过瞄准点来控制云台主动对准管线上的标记点，解决巡线目标丢失的问题，提高无人机飞行采集的视频可编辑、可阅读性能。

Adaptive focusing platform based on UAV for linear engineering objects

【技术实现步骤摘要】
基于无人飞行器对线性工程对象的自适应聚焦云台
本专利技术属于无人机
，尤其涉及一种无人机云台，特别是涉及一种基于无人飞行器对线性工程对象的自适应聚焦云台。
技术介绍
石油天然气长输管道巡线需要开展工作包括：视频数据采集、激光甲烷探测、正射和数字高程模型数据生产等。目前多采用多轴旋翼机巡线,飞行距离较短、荷载较小，工作效率低下。在固定翼无人机开展长程管道巡线工作中，现有固定翼巡线的无人机对地观测照准管线的概率太低，往往导致巡线目标丢失，判别对象繁琐，严重影响了固定翼无人机飞行采集的视频可编辑、可阅读性能，特别对可见光识别泄漏湍流这样的特定研究课题导致了严重阻碍。因此，如何解决上述现有技术存在的缺陷成为了该领域技术人员努力的方向。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种基于无人飞行器对线性工程对象的自适应聚焦云台，提高航测巡线工作效率，能完全解决上述现有技术的不足之处。本专利技术的目的通过下述技术方案来实现：一种基于无人飞行器对线性工程对象的自适应聚焦云台，其自适应聚焦方法为：第一步、通过线性工程DEM图，按均匀距离选择标记点并提取点位在地球系上的位置；第二步、将提取来的标记点位置按序列依次导入聚焦云台控制器的记忆体中；第三步、开启自适应聚焦功能，聚焦云台控制器通过千寻差分设备收集移动点在地球系上的位置；第四步、将上述两个点在地球系上的位置通过计算得到移动点相对于标记点的方位角、高度角和距离；第五步、聚焦云台控制器在移动点与标记点之间生成一条直线，在距离移动点小于100毫米的位置生成一个瞄准点；第六步、聚焦云台控制器将瞄准点通过坐标系反算得到瞄准点在f系的X轴值、Y轴值和Z轴值；第七步、将上述三轴的值输入机载PWM编码器编码后，打包发送给X轴舵机、Y轴舵机和Z轴舵机；第八步、上述三轴舵机按编码内容进行机械运动达到聚焦效果；第九步、聚焦云台控制器不断比较移动点与序列中正在聚焦点及下一个标记点之间的距离差，一旦序列中下一个点的距离小于正在聚焦点，则重复上述步骤执行换点聚焦，以达到连续自适应聚焦的效果。作为优选方式之一，所述云台包括挂载点碳纤维挂架、甲烷激光探测器、云台基体、可调球头连杆、轴承座、伺服舵机和挂载点锁止扣，所述挂载点碳纤维挂架与无人机相应挂载点相连，挂载点碳纤维挂架通过挂载点锁止扣与云台机体组件相连；所述甲烷激光探测器固定于云台基体上；所述可调球头连杆为旋转式结构，可调球头连杆的一端通过球头卡扣与云台基体固定，另一端为360°旋转的球头卡扣；球头卡扣通过伺服舵机与云台基体相连；伺服舵机的一端与云台基体相连，另一端通过卡扣与可调球头连杆相连。作为优选方式之一，其中，挂载点碳纤维挂架是两根碳纤维圆管，其中一根直径为12毫米，另一根直径为14毫米，长度均为200毫米,挂载点碳纤维挂架直接卡入无人机挂载点的凹槽中并用螺丝锁紧。作为优选方式之一，其中，云台基体是可转动的机械臂结构，由旋偏轴I型臂、横滚轴L臂、俯仰轴L臂、扫摆轴I型臂和轴承座组成。作为优选方式之一，其中,可调球头连杆主要由一根带螺纹的不锈钢螺杆和两个塑料O型球头螺帽组成。作为优选方式之一，其中，轴承座主要由固定端和转动端构成，固定端为直径12毫米的空心铝合金圆柱，长20毫米，圆柱一端焊接有一个盘型固定座，圆柱两端各镶嵌有一颗轴承；转动端为一个圆盘型固定座，盘心处焊有一根直径4毫米，长24毫米的圆柱，转动端的圆柱插入固定端的轴承中，组成轴承座。作为优选方式之一，其中，挂载点锁止扣由两块铝合金凹块组成，凹槽能卡住碳纤维挂架的碳纤维管，通过螺丝拧紧两块铝合金凹块。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术所述基于无人飞行器对线性工程对象的自适应聚焦云台，通过计算标记点和无人机在空间中的相对坐标位置，在无人机坐标系中反算迭代生成一个瞄准点，通过瞄准点来控制云台主动对准管线上的标记点，即使无人机偏离管线飞行，云台也能自适应的主动修正偏移量来对准管线的相应位置；从根本上解决巡线目标丢失的问题，大幅度提高无人机飞行采集的视频可编辑、可阅读性能。附图说明图1是本专利技术自适应聚焦云台的结构示意图之一。图2是本专利技术自适应聚焦云台的零部件示意图之二。图3是本专利技术自适应聚焦云台应用于无人机上的无人机示意图。图4是三套坐标系的示意图。图5是云台聚焦效果典型工况示意图。图6为聚焦云台工作流程图。图7是按均匀距离选择标记点并提取点位在地球系上的位置示意图。图8是自适应聚焦切换到直线距离最短的点的说明图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。如图1-3所示，一种基于无人飞行器对线性工程对象的自适应聚焦云台，甲烷激光探测器：为成品组件，用螺丝与云台对应位置固定，可拆卸式。云台机体组件：云台主框架，螺丝链接，不可拆卸。旋转式可调球头连杆：云台各旋转轴的传动连杆，用球头卡扣与云台主框架链接，可拆卸。轴承座：云台各旋转轴的主要受力部件，用螺丝与云台主框架链接，不可拆卸。伺服舵机：云台的最终物理转动执行组件，用螺丝与云台主框架连接，用卡扣与旋转式可调球头连杆(D)连接，不可拆卸。挂载点锁止扣：与无人机相应挂载点连接时用来限位的扣件，可拆卸。甲烷激光探测器：是使用的成品元器件，技术指标如下：温度：-20到50℃；相对湿度：<98%；大气压力：8-116kpa；风速：0-8m/s；测试距离：0.5-120米；应用环境：甲烷气体巡检。伺服舵机：是使用的成品元器件，技术指标如下：型号：KSTMS325数码舵机；工作频率：1520us/333Hz。扭力：3.8kg.cm@6v；4.6kg.cm@7.4v。速度：0.09秒/60度@6v；0.08秒/60度@7.4v。可调球头连杆的特点是：两个球头螺帽分别旋转固定到螺杆的两头，通过旋转螺杆，可以调整俩个螺帽之间的距离。聚焦云台的实现原理如下：首先，该专利技术的技术模型是近地导航中在移动点上实行的对多个固定点进行序列聚焦跟踪的技术模型。该技术模型有两种技术手段可以实现，第一种是：可见光摄像机跟踪色块聚焦法，第二种是：坐标系反算迭代聚焦法。由于第一种方法受光线强度、雨雾天气、地面反光、色块褪色、色块被植被覆盖等自然因素影响，聚焦错误率较高，并且只能在白天使用，所以我们不采用。本专利技术采用第二种技术手段“坐标系反算迭代聚焦法”来实现上诉技术模型，这几乎不受任何自然因素影响，即使在夜晚也能正常工作且聚焦错误率很低。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无人飞行器对线性工程对象的自适应聚焦云台，其特征在于：其自适应聚焦方法为：/n第一步、通过线性工程DEM图，按均匀距离选择标记点并提取点位在地球系上的位置；/n第二步、将提取来的标记点位置按序列依次导入聚焦云台控制器的记忆体中；/n第三步、开启自适应聚焦功能，聚焦云台控制器通过千寻差分设备收集移动点在地球系上的位置；/n第四步、将上述两个点在地球系上的位置通过计算得到移动点相对于标记点的方位角、高度角和距离；/n第五步、聚焦云台控制器在移动点与标记点之间生成一条直线，在距离移动点小于100毫米的位置生成一个瞄准点；/n第六步、聚焦云台控制器将瞄准点通过坐标系反算得到瞄准点在f系的X轴值、Y轴值和Z轴值；/n第七步、将上述三轴的值输入机载PWM编码器编码后，打包发送给X轴舵机、Y轴舵机和Z轴舵机；/n第八步、上述三轴舵机按编码内容进行机械运动达到聚焦效果；/n第九步、聚焦云台控制器不断比较移动点与序列中正在聚焦点及下一个标记点之间的距离差，一旦序列中下一个点的距离小于正在聚焦点，则重复上述步骤执行换点聚焦，以达到连续自适应聚焦的效果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无人飞行器对线性工程对象的自适应聚焦云台，其特征在于：其自适应聚焦方法为：
第一步、通过线性工程DEM图，按均匀距离选择标记点并提取点位在地球系上的位置；
第二步、将提取来的标记点位置按序列依次导入聚焦云台控制器的记忆体中；
第三步、开启自适应聚焦功能，聚焦云台控制器通过千寻差分设备收集移动点在地球系上的位置；
第四步、将上述两个点在地球系上的位置通过计算得到移动点相对于标记点的方位角、高度角和距离；
第五步、聚焦云台控制器在移动点与标记点之间生成一条直线，在距离移动点小于100毫米的位置生成一个瞄准点；
第六步、聚焦云台控制器将瞄准点通过坐标系反算得到瞄准点在f系的X轴值、Y轴值和Z轴值；
第七步、将上述三轴的值输入机载PWM编码器编码后，打包发送给X轴舵机、Y轴舵机和Z轴舵机；
第八步、上述三轴舵机按编码内容进行机械运动达到聚焦效果；
第九步、聚焦云台控制器不断比较移动点与序列中正在聚焦点及下一个标记点之间的距离差，一旦序列中下一个点的距离小于正在聚焦点，则重复上述步骤执行换点聚焦，以达到连续自适应聚焦的效果。


2.根据权利要求1所述的基于无人飞行器对线性工程对象的自适应聚焦云台，其特征在于：所述云台包括挂载点碳纤维挂架、甲烷激光探测器、云台基体、可调球头连杆、轴承座、伺服舵机和挂载点锁止扣，所述挂载点碳纤维挂架与无人机相应挂载点相连，挂载点碳纤维挂架通过挂载点锁止扣与云台机体组件相连；所述甲烷激光探测器固定于云台基体上；所述可调球头连杆为旋转式结构，可调球头连杆的一端通...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗旭，黄冬，黎翔，杨飞，涂翔，
申请(专利权)人：四川川测研地科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51