一种无人机机载工业摄影机的连接装置和无人机测量系统的制作方法

1.本实用新型涉及测量装备技术领域，尤其涉及一种无人机机载工业摄影机的连接装置和无人机测量系统。


背景技术：

2.工业摄影测量作为测绘学科的一个分支，在工业领域内，利用近景摄影测量的理论方法和技术手段，结合工业产品的特点，逐步发展成为新的学科领域。工业摄影测量目前逐渐向相机多元化、高精度、高自动化、实现动态化测量和多传感器协同化方向发展。
3.目前，对大型结构件进行工业摄影测量的研究工作和实际应用越来越多，飞行测量技术的应用范围越来越广泛。
4.但是，飞行测量中的拍摄设备需要很好的稳定性，同时需要灵活的角度调节。二者之间存在掣肘。
5.目前，急需要一种装置，能够很好地解决上述技术问题。


技术实现要素：

6.鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种无人机机载工业摄影机的连接装置和无人机测量系统，用以解决大型结构件工业测量过程中摄影机安装在无人机上稳定性不高，拍摄过程中摄影机单元旋转部灵活，不能实时追踪馈源表面法线进行拍摄的技术问题。
7.本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：
8.一种无人机机载工业摄影机的连接装置，用于将摄影机单元连接在对大型结构件进行形位测量的无人机上；其特征在于，所述连接装置包括竖直旋转组件、竖直旋转配重组件、水平旋转组件和框架板组件。
9.进一步的，所述框架板组件包括框架主板和框架支板；2个所述框架支板相对设置，分别垂直连接在所述框架主板同一平面的两端。
10.进一步的，所述框架主板中部设置有框架主过孔；所述框架支板的下部设置有内框通过槽口，并在所述内框通过槽口周边设有框架内板通过孔。
11.进一步的，所述竖直旋转组件包括旋转电机、第一谐波减速器单元、第一内框、第一外框、第一减振连接一组件和第一减振连接二组件；所述第一内框外设置第一内框吊耳。
12.进一步的，所述旋转电机的输出轴连接所述第一谐波减速器单元的输入端；所述第一谐波减速器单元的输出端连接所述第一减振连接二组件；所述减振连接二组件的输出端连接所述摄影机单元。
13.进一步的，所述第一减振连接一组件依次连接所述第一内框、第一外框和框架支板。
14.进一步的，所述第减振连接一组件和第一减振连接二组件均包括摄影机安装连接单元和摄影机阻尼单元。
15.进一步的，所述竖直旋转配重组件包括配重块、配重连接组件、第二内框、第二外
框和第二减振连接一组件；所述配重块的第一端连接所述第二内框；所述配重块的第二端连接所述配重连接组件；所述配重连接组件为所述第一减振连接二组件的反向安装组件。
16.进一步的，所述水平旋转组件包括旋转电机、第二谐波减速器单元、第三内框、第三减振连接一组件、水平旋转外框和水平连接组件；所述水平旋转外框包括第三外框和设置在第三外框端面上的飞行连接单元。
17.一种无人机测量系统，包括所述的无人机机载工业摄影机的连接装置，还包括所述摄影机单元、无人机、测量标识模块和控制终端。
18.上述方案的有益效果如下：
19.与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
20.(1)本实用新型的无人机机载工业摄影机的连接装置能以稳定的结构将摄影机单元定位在无人机上，保证摄影机单元随无人机稳定运行；
21.(2)本实用新型的无人机机载工业摄影机的连接装置可以使得摄影机单元相对于无人机进行自如的竖直旋转和水平旋转，从而保证摄影方向能实时调整为与馈源表面的法线方向一致；
22.(3)本实用新型的无人机机载工业摄影机的连接装置上设置有摄影机阻尼单元，能够有效降低无人机振动向摄影机单元的传递；
23.(4)本实用新型的无人机机载工业摄影机的连接装置搭载在无人机测量系统中，能提高飞行测量的拍摄质量，提高测量精度，可应用范围广泛。
24.本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的内容中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过文字以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
25.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
26.图1为本实用新型所适用的无人机测量系统整体构成示意图；
27.图2为本实用新型复合编码标志板示意图；
28.图3为本实用新型工业摄影测量模块整体结构示意图；
29.图4为摄影机主体结构示意图；
30.图5为本实用新型竖直旋转组件整体结构示意图；
31.图6为本实用新型内框整体结构示意图；
32.图7为本实用新型竖直旋转配重组件整体结构示意图；
33.图8为本实用新型水平旋转配重组件整体结构示意图；
34.图9为图8中轴线处剖面结构示意图；
35.图10为本实用新型工业摄影测量模块整体结构示意图；
36.图11为本实用新型工业摄影测量模块整体结构示意图；
37.图12为本实用新型工业摄影测量模块整体结构示意图。
38.附图标记：
39.1.无人机；2.工业摄影测量模块；21.摄影机单元；211.摄像机本体；2111.摄影头；2112.闪光灯；212.摄影机本体连接组件；2121.摄影机螺孔；2122.摄影机顶尖孔；22无人机机载工业摄影机的连接装置；221.竖直旋转组件；2211.旋转电机；2212.谐波减速器单元；2213.内框；22131.内框底；22132.内框体；22133.内框吊耳；2214.外框；22141.框板体；22142.框板体过孔；2215.减振连接一组件；2216.减振连接二组件；222.竖直旋转配重组件；2221.配重块；223.水平旋转组件；2231.水平旋转外框；22311.安装柱；22312.安装柱螺栓；2232.水平连接组件；224.框架板组件；2241.框架主板；2242.框架支板；2243.内框通过槽口；2244.内板通过孔；2245.框架主过孔；3.测量标识模块；31.复合编码标志板；311.标志板；312.标志圆；313.标称标识；313-1.第一标称标识；313-2.第二标称标识；313-3.第三标称标识；32.普通标识点；32-1.第一普通标识；313-3.第三标称标识；4.控制终端；100.大型结构件；100-1.幕墙；100-2.窗体。
具体实施方式
40.下面结合图1-图12，以优选实施例，即对曲面的幕墙100-1和即将安装在幕墙100-1上的窗体100-2的工业扫描，来具体描述本实用新型的无人机机载工业摄影机的连接装置和无人机测量系统。
41.其中，附图构成本实用新型一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
42.一种大型结构件工业摄影动态测量系统，用于对大型结构件100进行形位测量大型结构件100上的，具体测量幕墙100-1和即将安装在幕墙100-1上的窗体100-2。定义被测量的表面为馈源表面。
43.大型结构件工业摄影动态测量系统包括无人机1、工业摄影测量模块2、测量标识模块3和控制终端4；所述工业摄影测量模块2搭载在无人机1上；所述控制终端4控制所述无人机1和工业摄影测量模块2；所述测量标识模块3设置在所述大型结构件100上；所述测量标识模块3包括复合编码标志板31和多种标识点32。如图1所示。
44.具体的，所述复合编码标志板31包括标志板311、编码标志和多种标称标识313；所述编码标志和标称标识313设置在标志板311同一表面上。如图2所示。
45.本具体实施例优选复合编码标志板31为金属板；复合编码标志板31背面设置有磁吸材料，方便安装在大型结构件100的表面的金属结构上，或在大型结构件100的表面特别安装金属块，即可便捷将复合编码标志板31固定贴附在大型结构件100的表面。复合编码标志板31的正面设置编码标志和标称标识313。
46.进一步具体的，编码标志为一组相同半径的标志圆312组成，每一个编码标志由于所包含的标志圆312数量不同和位置关系不同，而能够加以区分，从而具有编码的特性，成为测量系统中唯一的测量标称特征。该测量标称特征被记录在控制终端4的摄影数据处理模块内，用于测量数据的整体拼接。本具体实施例中，如图1所示，采用3*3的9个标志圆312，通过不同数量和位置关系的标志圆312，分别构成不同测量标称特征的编码标志。
47.进一步具体的，设置在复合编码标志板31上的标称标识313至少包括2组半径不同的标称圆，多组标称圆可以单独排列，也可以混合编排，但是每组标称圆的圆点的间距均是经过出厂校准的标准尺寸，该标准尺寸可以相同，也可以不同，但均记录在控制终端4的摄
影数据处理模块内，成为扫描数据尺寸确定的标称长度特征，因而均具有基准尺的功能。优选的，本具体实施例采用三组半径大小不同的标称圆作为标称标识313，设置在标志板311上。三组标称标识313为第一标称标识313-1、第二标称标识313-2和第三标称标识313-3，半径为依次从大到小。如图2所示。
48.具体的，所述测量标识模块3还包括多种普通标识32；多种所述普通标识32为具有不同半径的标识圆。每种普通标识32的标识圆半径，对应一种标称标识313的标称圆的半径；不同的所述普通标识32设置在所述大型结构件100上的不同单元体表面。进一步具体的，对应第一标称标识313-1，普通标识32对应有第一普通标识32-1；对应第三标称标识313-3，普通标识32对应有第三普通标识32-3。
49.具体到本实施例，将第三普通标识32-3粘附在窗体100-2的馈源表面，同时黏附多个复合编码标志板31；将第一普通标识32-1粘附在幕墙100-1的馈源表面，同时黏附多个复合编码标志板31。不论是复合编码标志板31还是普通标识32，均尽可能非对称布设，特别是在馈源表面曲率变化较大的区域和每个单元件的边界区域，应布置较多的多个复合编码标志板31和普通标识32，特别是普通标识32。
50.具体的，所述工业摄影测量模块2包括摄影机单元21和无人机机载工业摄影机的连接装置22；所述摄影机单元21通过无人机机载工业摄影机的连接装置22连接在所述无人机1下方。如图3所示。
51.进一步具体的，无人机1下方具有连接工业摄影测量模块2的无人机连接结构，为无人机机载工业摄影机的连接装置22。优选的，本具体实施例将工业摄影测量模块2吊装在无人机1的飞行器机腹下部，飞行器机腹下部设置的无人机连接结构可以连接螺栓。
52.摄影机单元21是本实用新型无人机测量系统的功能执行单元，面向馈源表面拍摄时，需要拍摄方向尽可能沿着馈源表面的法线，同时拍摄的瞬间需要尽可能的稳定。无人机1在飞行过程中，要提供尽可能的拍摄位置和角度，但是由于馈源表面的曲率变化无法详尽规划，同时飞行门口1中飞行器本身飞行过程随时改变航向会对摄影机单元21拍摄过程增加更大的不稳定性，因此，需要通过无人机机载工业摄影机的连接装置22上设计必要结构，以支撑摄影机单元21能随时旋转以面向馈源表面的法线，同时具有隔离无人机1振动的功能。
53.本具体实施例中，无人机机载工业摄影机的连接装置22带动摄影机单元21在无人机1下方做仰俯旋转和平面旋转运动，同时，无人机机载工业摄影机的连接装置22上还设置有可以降低无人机1的振动向摄影机单元21传递的装置。
54.进一步具体的，摄影机单元21包括摄像机本体211和设置在摄像机本体上的摄影机本体连接组件212，摄影机本体连接组件212用以连接无人机机载工业摄影机的连接装置22。本具体实施例中摄影机本体连接组件212为与集成了摄像机本体211的壳体，该壳体的两侧面分别设置摄影机螺孔2121和摄影机顶尖孔2122。摄影机螺孔2121和摄影机顶尖孔2122用于连接无人机机载工业摄影机的连接装置22，并形成摄像机本体211竖直旋转中心线。摄像机本体211集成有摄影头2111、闪光灯2112等常规摄影模块。摄影头2111根据实际拍摄需要选用不同的镜头。
55.进一步具体的，无人机机载工业摄影机的连接装置22包括竖直旋转组件221、竖直旋转配重组件222、水平旋转组件223和框架板组件224。所述的竖直旋转组件221、竖直旋转
配重组件222、水平旋转组件223和框架板组件224分别包括各自的摄影机安装连接单元和摄影机阻尼单元；摄影机阻尼单元集成在所述摄影机安装连接单元中。优选的，摄影机阻尼单元包括一组或多组弹性件，每组弹性件包括至少2个碟簧叠放在一起构成；摄影机安装连接单元包括螺杆或螺栓，以及安装在螺杆或螺栓上的弹性垫圈、平垫圈和锁紧螺母，并且作为弹性件的碟簧穿插其间。这种摄影机阻尼单元集成在摄影机安装连接单元中的复合结构可以在起到连接作用的同时，产生阻尼熊爱国，保持摄影机单元21的相对平稳性。
56.进一步具体的，水平旋转组件223的第一端连接无人机连接结构，第二端固定连接在框架板组件24的中部；框架板组件24的两端分别连接竖直旋转组件221和竖直旋转配重组件222；竖直旋转组件221和竖直旋转配重组件222分别通过摄影机螺孔2121和摄影机顶尖孔2122，与摄影机单元21连接。
57.进一步具体的，竖直旋转组件221和水平旋转组件223结构基本一致，均用于连接相关组件或单元进行旋转运动。水平旋转组件223相较竖直旋转组件221将外框2214变更为水平旋转外框2231，即在外框2214结构基础上，增加了与无人机连接结构相连接的安装柱22311和在安装柱22311端部设置的安装柱螺栓22312，如图5、图9和图10所示；竖直旋转配重组件222与水平旋转组件223外观和连接结构相同，竖直旋转配重组件222的主要功能是与竖直旋转组件221以相同质量执行配重功能，保持工业摄影测量模块2整体的质量平衡，同时在摄影机顶尖孔2122处与竖直旋转组件221共轴，形成摄影机单元21的仰俯运动中心线。如图5和图8所示。
58.进一步具体的，如图5所示，竖直旋转组件221包括旋转电机2211、谐波减速器单元2212、内框2213、外框2214、减振连接一组件2215和减振连接二组件2216。谐波减速器2212包括谐波减速器及其与两端的联轴器，以及连接时所需的辅助零件，包括中间连接板等。减振连接一组件2215和减振连接二组件2216分别包括各自的摄影机安装连接单元和摄影机阻尼单元。
59.旋转电机2211的输出轴通过第一联轴器与谐波减速器单元2212的输入端连接，谐波减速器单元2212的输出端通过第二联轴器连接减振连接二组件2216，减振连接二组件2216的输出端为螺栓，该螺栓螺接在摄影机螺孔2121内。
60.内框2213包括内框底22131、连接在内框底22131端面上的内框体22132，和设置在内框体22132外部设置有内框吊耳22133，如图6所示。
61.外框2214为与内框2213横截面平行的框板，包括框板体22141，和均布在框板体22141上的多个框板体过孔22142。
62.内框底22131连接在谐波减速器单元2212的外壳处，内框2213在内框吊耳22133处通过减振连接一组件2215，穿过外框2214的框板体过孔22142，和框架板组件224连接，如图7所示。
63.优选的，如图8所示，减振连接一组件2215包括第一连接杆，第一连接杆优选为螺栓，该螺栓设置在内框吊耳22133第一侧，贯穿内框吊耳22133、外框2214和框架板组件224。在螺栓头和内框吊耳22133第一侧之间设置平垫片和弹性垫圈；在内框吊耳22133第二侧和外框2214第一侧之间设置多个碟簧，进一步优选为4个；在外框2214第二侧和框架板组件224内侧之间设置有多个碟簧，进一步优选为2个碟簧；在框架板组件224外侧设置弹簧垫圈、平垫圈和锁紧。该描述对应装配过程。只要能起到连接、消减振动的作用，减振连接一组
件2215所包括的锁紧零件和减振零件。
64.优选的，如图8所示，减振连接二组件2216用于将竖直旋转组件221连接在摄影机单元21上，具体连接到摄影机本体连接组件212的壳体上。本具体实施例的减振连接二组件2216包括带有光杆部和螺纹部的第二连接杆。第二连接杆的光杆部连接于谐波减速器输出端连接的联轴器；第二连接杆的螺纹部连接摄影机螺孔2121。在第二连接杆在从联轴器到摄影机螺孔2121依次设置有锁紧螺母、平垫圈、调节套筒、弹性垫圈和平垫圈。调节套筒为可更换尺寸的套筒，以弥补工业摄影测量模块2中零件的制造误差。
65.具体的，竖直旋转配重组件222包括了水平旋转组件223中的内框2213、外框2214和减振连接一组件2215，由于竖直旋转配重组件222的作用是给竖直旋转组件221配重，并起到顶尖形成旋转轴的作用，因此，其用配重块2221代替了竖直旋转组件221中的旋转电机2211、谐波减速器单元2212和两个联轴器，并匹配这些零件的质量总和且质量中心位置相当；同时，将减振连接二组件2216反向安装，并将第二连接杆更换成配重连接杆，即将光轴的端部制成带有与摄影机顶尖孔2122内部顶端的顶尖锥孔相匹配的倒棱锥体，和其它锁紧零件共同构成配重连接组件2222，如图8所示。配圆锥面；该圆锥面贴紧摄影机顶尖孔2122内部顶端的顶尖锥孔；然后将其螺纹部连接配重块2221设置的螺纹孔，并连接所有紧固零件，最后，以锁紧螺母将紧固件锁紧在配重块2221上。即，首先保证顶尖部分贴合到位，最后锁紧。
66.具体的，水平旋转组件223包括了水平旋转组件223中的旋转电机2211、谐波减速器单元2212、内框2213、减振连接一组件2215，还包括水平旋转外框2231和水平连接组件2232。如图9和图10所示。
67.进一步具体的，水平旋转外框2231包括外框2214，均布在外框2214的框板体22141一个端面上的多个飞行连接单元；每个飞行连接单元分别包括安装柱22311和安装柱22311上的安装柱螺栓22312；其中，框板体22141上均布有框板体过孔22142；优选的，本具体实施例包括4个均布在框板体22141的4个正方形顶点的安装柱22311，每个安装柱上螺接有1个安装柱螺栓22312。如图11所示。飞行器机腹下部设置的无人机连接结构可以连接该安装柱螺栓22312。
68.进一步具体的，水平连接组件2232用于将水平旋转组件223与框架板组件224连接。优选的，所述水平连接组件2232包括水平连接杆，水平连接杆包括水平连接杆光轴部和水平连接杆螺纹部。水平连接杆光轴部连接水平连接组件2232中与谐波减速器单元2212连接的第二联轴器，水平连接杆螺纹部用于连接部框架板组件224。在水平连接杆上，在第二联轴器和框架板组件224外侧之间依次设置有弹性垫圈、平垫圈、锁紧螺母、水平旋转调节套筒、弹性垫圈和平垫圈；水平连接杆螺纹部在框架板组件224外侧依次设置有多个碟簧、弹性垫圈、平垫圈和锁紧螺母。
69.具体的，框架板组件224包括框架主板2241和分别安装在框架主板2241两端的框架支板2242；框架主板2241的中部设置有安装水平连接组件2232的桥接主过孔2245，对应水平连接组件2232的水平连接杆通过；框架支板2242下部设置有内框通过槽口2243；内框通过槽口2243周边的框架支板2242上均布有桥接内板通过孔2244，对应与通过减振连接一组件2215连接内框吊耳22133。如图12所示。
70.具体的，所述无人机1包括无人机单元和飞行执行单元；所述飞行执行单元内置在
无人机单元内；所述飞行执行单元内至少包括惯性检测装置；惯性检测装置优选imu传感器；该imu传感器包含三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计，用以记录无人机在飞行过程中的姿态信息，提供给控制终端4进行判断和发出下一步飞行命令。飞行执行单元至少还要包括避障单元和定位单元；避障单元可以保证飞行的安全，定位单元可以确保飞行路线的准确。无人机1还包括遥控器和电源；所述避障单元、定位单元和电源设置在所述无人机上，所述遥控器独立于所述无人机。
71.具体的，所述控制终端4至少包括内置的飞行控制模块、工业测量摄影机控制模块、摄影数据处理模块和应急处置模块；所述控制终端4与所述无人机1和工业摄影测量模块2无线连通。
72.其中，飞行控制模块根据无人机上各传感器的反馈信号，向飞行执行单元输出信号控制无人机单元动力输出，保证无人机平稳飞行。
73.其中，摄影数据处理模块内置了测量标称特征、标称长度特征的定义文件，还内置了追踪模块，可以通过一次测量后所得测量数据，自动分割，形成基准部和追踪部，之后，通过摄影机单元21对追踪部的进一步拍摄，实施跟踪追踪部，在控制终端4的终端处实时解析出追踪部相对于基准部的位置变化。
74.其中，工业测量摄影机控制模块内置闪光灯控制模块，工业测量摄影机控制模块接收影像采集信号，触发闪光灯控制模块，闪光灯响应信号，触发摄影机单元执行影像采集任务。
75.其中，应急处置模块接收避障单元、相各关传感器的信号，向飞行控制模块输出信号，控制无人机悬停或者返航。
76.本具体实施例即为将窗体100-2安装到曲面的幕墙100-1过程中的工业摄影动态测量，可以在摄影数据处理模块上解析出一次完整的摄影测量数据，对数据进行成分划分，定义幕墙100-1上的点云数据为基准部，窗体100-2上的点云数据为追踪部，然后用摄影机单元21实施跟踪窗体100-2上的普通标识32，在控制终端4的终端处解析出窗体100-2上的点云相对于已经测量得出的幕墙100-1上的点云数据的位置变化，即可实时给出窗体100-2的系一部运动轨迹，指导窗体100-2以最佳路径安装到曲面的幕墙100-1上。
77.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。