[發(fā)明專利]一種用于隧道圖像采集的車載式調(diào)節(jié)平臺及其實施方法

有效

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• 申請日: 2016-10-14
• 公開（公告）號: CN106657764B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉曉;羅二娟;賈磊;段英杰;劉博
• 申請（專利權(quán)）人: 山西省交通科學(xué)研究院
• 主分類號: H04N5/232
• 分類號: H04N5/232;F16M11/14;F16M13/02;G06T7/80
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 張水俤

1.一種用于隧道圖像采集的車載式調(diào)節(jié)平臺，其特征在于，所述車載式調(diào)節(jié)平臺包括安裝平臺、運(yùn)動分支、基座及回轉(zhuǎn)驅(qū)動；所述安裝平臺自上而下由相機(jī)安裝支架(1)、支撐板(2)、支撐桁架(3)及調(diào)姿平臺(4)構(gòu)成；所述支撐桁架(3)固定端安裝于調(diào)姿平臺(4)中間位置處，其伸縮端安裝于支撐板(2)底部；所述運(yùn)動分支共有三個，其中兩個為SPR結(jié)構(gòu)形式，包括依次連接的上轉(zhuǎn)動副(5)、分支移動副、伺服電動缸(7)和下球鉸(9)，另一個為RPS結(jié)構(gòu)形式，包括依次連接的上球鉸(6)、分支移動副、伺服電動缸(7)和下轉(zhuǎn)動副 (10)；伺服電機(jī)(8)連接并驅(qū)動伺服電動缸(7)；所述上轉(zhuǎn)動副(5)和上球鉸(6)與調(diào)姿平臺(4)連接；所述下球鉸(9)和下轉(zhuǎn)動副(10)與基座(11)連接；所述基座(11)通過回轉(zhuǎn)平臺(13)與車輛行李架(14)連接；所述回轉(zhuǎn)平臺(13)在步進(jìn)電機(jī)(12)驅(qū)動作用下能繞其垂向軸線0～360°任意旋轉(zhuǎn)；所述回轉(zhuǎn)平臺(13)由蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)實現(xiàn)0~360°自由轉(zhuǎn)動；控制系統(tǒng)包括與控制器連接的三向加速度計、陀螺儀、三維激光掃描儀、數(shù)據(jù)采集卡、多軸運(yùn)動控制卡、伺服驅(qū)動器和編碼器；所述編碼器連接伺服電動缸(7)及伺服電機(jī)(8)；所述數(shù)據(jù)采集卡連接三向加速度計、陀螺儀和三維激光掃描儀；所述多軸運(yùn)動控制卡連接各伺服電機(jī)(8)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于隧道圖像采集的車載式調(diào)節(jié)平臺，其特征在于，所述運(yùn)動分支的運(yùn)動副中心點分別構(gòu)成兩個正三角形；所述運(yùn)動分支的三組轉(zhuǎn)動副軸線互相平行；所述調(diào)姿平臺(4)為航空鋁合金材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于隧道圖像采集的車載式調(diào)節(jié)平臺，其特征在于，所述上轉(zhuǎn)動副(5)和下轉(zhuǎn)動副(10)均包括階梯軸、軸承和端蓋；所述上球鉸(6)和下球鉸(9)均由軸線互相垂直且相交于一點的三個轉(zhuǎn)動副復(fù)合構(gòu)成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于隧道圖像采集的車載式調(diào)節(jié)平臺，其特征在于，所述調(diào)姿平臺(4)外形為圓形或矩形，厚度為0.1～0.2m，上表面設(shè)有螺紋安裝孔、下表面布置有運(yùn)動副鉸座，其外接圓直徑為1.5～3.0m；所述基座(11)形狀為圓形或矩形，厚度為0.1～0.2m，上表面布置有運(yùn)動副鉸座、下表面設(shè)有通孔，其對應(yīng)的外接圓直徑為調(diào)姿平臺(4)外接圓直徑的2倍。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于隧道圖像采集的車載式調(diào)節(jié)平臺，其特征在于，所述車載式調(diào)節(jié)平臺處于初始位姿時，調(diào)姿平臺(4)與基座(11)之間的距離為1.5m。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于隧道圖像采集的車載式調(diào)節(jié)平臺，其特征在于，所述相機(jī)安裝支架(1)能同時安裝三組數(shù)字相機(jī)，相鄰兩組相機(jī)軸線夾角為60°。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于隧道圖像采集的車載式調(diào)節(jié)平臺，其特征在于，所述支撐桁架(3)為伸縮桿結(jié)構(gòu)形式，可調(diào)高度為0.5~1.5m。

8.一種如權(quán)利要求1所述的用于隧道圖像采集的車載式調(diào)節(jié)平臺的實施方法，其特征在于，所述實施方法具體步驟為：

a) 首先利用三向加速度計及陀螺儀獲取車輛三維線加速度及角速度值，通過剛體運(yùn)動變換公式及線性插值法建立車輛六維擾動位姿與時間之間的函數(shù)表達(dá)式；

b) 利用激光三維掃描儀獲取隧道內(nèi)部尺寸參數(shù)，通過空間坐標(biāo)變換法，將其變換到相機(jī)坐標(biāo)系中；

c) 結(jié)合上述步驟a）和步驟b）獲得的車輛擾動參數(shù)及隧道結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算數(shù)字相機(jī)需調(diào)節(jié)的運(yùn)動量；

d) 利用并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型將調(diào)節(jié)運(yùn)動量映射為運(yùn)動分支主動輸入量，并將其轉(zhuǎn)換為伺服電動缸位移量變化值；

e) 通過多軸運(yùn)動控制卡對上述計算結(jié)果進(jìn)行合理性判斷后生成輸出信號，通過伺服驅(qū)動器控制所述伺服電動缸運(yùn)行。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于隧道圖像采集的車載式調(diào)節(jié)平臺的實施方法，其特征在于，所述步驟e)中，合理性判斷具體為：

A) 利用編碼器檢測伺服電動缸當(dāng)前實際位移量，并通過機(jī)構(gòu)學(xué)正解模型計算調(diào)姿平臺實際位姿參數(shù)；

B) 將所述當(dāng)前實際位姿與車輛運(yùn)動量、數(shù)字相機(jī)與隧道內(nèi)壁之間的距離作比較，計算當(dāng)前伺服周期內(nèi)需要補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)動量；

C) 將所述補(bǔ)償量與下一段運(yùn)行位移疊加，計算下一個伺服周期內(nèi)各伺服電動缸及電機(jī)的運(yùn)動量；

D) 通過控制器生成輸出信號，并控制所述伺服電動缸和電機(jī)運(yùn)行。