分布交互式測繪通用機器人制造技術

本發明專利技術提供一種分布交互式測繪通用機器人，其特征在于：包括分布交互通用測繪機（1）和機器執行系統（2），所述分布交互通用測繪機包括所述數據采集系統（1.1）、分布交互通信系統（1.2）、數據處理系統（1.3）和莫氏錐度公口端同軸接口（1.4）；所述機器執行系統（2）包括同軸接口單元、仰俯姿態單元、航向姿態單元、水平姿態單元、支架（2.5）、架設式藍牙通信單元（2.6）、微機板（2.7）和舵機。本發明專利技術是低成本、高性價比的產品，具有重要的市場價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于測量
，特別是涉及一種分布交互式測繪通用機器人。
技術介紹
地理信息產業有成千上萬的應用，源于4個核心需求：獲取目標物的三維大地坐標；獲取三維大地坐標下的物方三維影像；獲取三維大地坐標下的地形圖和三維導航圖；針對目標物時空變化的跟蹤測量。測繪儀器技術現狀是：圍繞地理信息產業的各種具體應用，產生了種類繁多的測繪儀器，每種儀器對應一種或幾種具體應用?；蛴啥嘟M人員使用種類繁多的多組儀器設備以不同方式分段滿足上述某一核心需求，組合形成各種復合式應用。一、測繪儀器技術現狀目前市場上有7類用于野外測繪的相關產品：常規測繪儀器、精密測量機器人、攝影式自動全站儀、用于近景道路攝影測量數據采集的設備集成系統、三維激光掃描儀、便攜式三維成像儀、遙感遙測便攜機。1、常規測繪儀器：如測距儀、水準儀、平板儀、傾斜儀、沉降儀、經緯儀、全站儀(測距儀+經緯儀)、GPS定位儀以及配套使用的數傳電臺/GPRS/3G通信設備、超站儀(全站儀+GPS定位儀)等。全球、我國均有多家公司生產銷售。常規測繪儀器均無攝影測量功能。常規測繪儀器存在的局限是：1)傳統設備：測距儀、水準儀、平板儀、傾斜儀、沉降儀、經緯儀、標桿、棱鏡等傳統設備均屬單一功能儀器，通過測角、測高、測距、測水準等手段的綜合使用來獲取測站與被測目標之間在自定義坐標下的的相對關系數據。傳統設備依靠人工操作，人為誤差和分段引入大地坐標的誤差均大且無有效的誤差改正方法。傳統設備效率很低，獲取一個低精度的物方三維大地坐標常常需要一隊專業技術人員工作很長時間。大量耗費人力和時間，實際工作成本高。2)GPS定位儀：須將儀器架設在被測目標上觀測，這首先需要被測目標具有架設儀器的條件，在此前提下還需投入較大的人力、物力和較長的時間，而需要測量的目標點常常并不具備架設儀器的條件。3)全站儀：能在自定義坐標系內測角和測距；依靠人工操作，人為誤差較大且無有效的誤差改正方法；測量物方三維坐標時需要同時具備兩個以上的已知控制點；確定正北方向須借助GPS定位儀或購買當地GPS控制網(如果當地存在這樣的網)數據，或借助陀螺儀；引入大地坐標須借助GPS定位儀。4)超站儀：除測角、測距之外還能夠測定自身的三維大地坐標(日本拓撲康超站儀單價60萬元人民幣)。超站儀存在與全站儀類似的問題。2、瑞士徠卡公司的“精密測量機器人”(全站儀+伺服系統)：“精密測量機器人”是新型全站儀，與常規全站儀的唯一區別是具有“ATR功能(棱鏡瞄準功能)”：人工瞄準棱鏡目標后，按照常規全站儀方法獲取并存儲這些棱鏡在自定義坐標下的三維坐標數據和自身的姿態數據。啟動伺服系統后，機器參照上次測量獲取的坐標數據和姿態數據重新自動瞄準棱鏡并再次獲取自定義坐標下的三維坐標數據，據此擴展出一個以棱鏡為觀測目標的可用于形變監測的功能。精密測量機器人是瑞士徠卡公司的獨家產品，其航向角和仰俯角的測量精度達到0.5角秒，代表了全站儀的當今全球最高水平；價格適中：當需要掃描的棱鏡個數小于10時，單臺售價45萬元人民幣；棱鏡個數大于10時另作系統方案，按系統方案另外加價。精密測量機器人存在與全站儀類似的局限。3、攝影式自動全站儀（全站儀+伺服系統+CCD照像機）繼瑞士徠卡公司的精密測量機器人之后，美國天寶、瑞士徠卡、日本索佳/拓普康又推出升級版產品：帶有攝影功能的自動全站儀——全站儀+伺服系統+CCD照像機的便攜式測量儀器。攝影式自動全站儀功能相同，技術指標上的差異使其市場價格有異：49萬元人民幣/臺—62萬元人民幣/臺不等。攝影式自動全站儀的功能和局限性都是在自定義坐標系內測角和測距。4、用于道路攝影測量數據采集的設備集成系統：目前市場上的道路攝影測量數據采集系統均為設備集成系統。美國谷歌、日本拓撲康的車載道路攝影測量系統是代表。其硬件特征是將位置測量設備(GPS)、姿態測量設備、定位補償設備(INS或航位推算系統)、視頻設備(CCD系統)、激光測距掃描儀、車載計算機系統設備連接在一起，安裝在汽車上，在車輛的行進之中采集道路及道路兩旁地物的空間位置數據和屬性數據，如：道路中心線或邊線位置坐標、目標地物的位置坐標、路(車道)寬、橋(隧道)高、交通標志、道路設施等。數據同步存儲在車載計算機系統中；軟件特征是基于GPS、RS、GIS、數據的3S集成，將外業采集回來的數據進行事后編輯處理，形成各種有用的專題數據成果，如導航電子地圖等等。它的顯著特點是：a.針對道路及臨近兩側的獨立的測成圖系統。無需借助任何底圖，即可獨立完成路網圖測量。在作業流程上形成了攝影測量的閉環控制，空間坐標數據與包含豐富屬性信息的道路及臨近兩側之立體影像同時獲得，外業與內業緊密銜接，避免了人工方式下的人為誤差；b.針對道路的實景三維可視化的數據成果。它以面狀的方式快速采集道路及道路臨近周邊的地理空間數據，其數據成果是連續拍攝的實景可量測影像；c.道路及道路臨近周邊信息與衛片/航片無縫鏈接，形成針對道路及臨近周邊地物的“天地一體化”新一代地理信息系統。存在的局限是：1)工作范圍限于道路，無法進行野外作業：移動道路測量系統(道路攝影測量數據采集系統)是將GPS(全球定位系統)、姿態測量系統、CCD(視頻系統)、INS(慣性導航系統或航位推算系統)、三維激光掃描系統、車載計算機系統等先進的傳感器和設備裝配在汽車上，這就意味著它只能用于道路及其臨近兩側的攝影測量，無法進行野外環境的攝影測量。2)近景：不帶望遠鏡，廣角攝影。能夠對道路兩側200m內的景物進行近景攝影測量數據采集。物方三維大地坐標的解算精度為1米左右。3)移動與操作：組成系統的各設備體積大、重量大，系統結構松散，須固定于汽車等大型載體上，多人操作。4)外業數據采集內業事后處理的工作方式導致重復性外業勞動不可避免。5)需要道路沿途有GPS控制網的支持。6)價格昂貴：移動道路測量系統的全部組件均系外購，這些高端設備的昂貴價格使得“移動道路測量系統”的成本居高不下，無激光測距掃描儀的移動道路測量系統(無測距功能的數據采集系統)產品的價格為300-400萬元人民幣/套；有激光掃描測距設備的國外產品價格600萬元人民幣/套—1400萬元人民幣/套。5、三維激光掃描儀三維激光掃描儀可在自定義坐標下提供近景三維影像：用高速激光掃描測距方式獲得大量的目標點距離數據并同步記錄計算測距姿態數據，計算得到目標點三維坐標；用數碼相機攝取目標景物影像；將兩者疊加，獲得三維影像。三維激光掃描儀可廣泛應用于室內燈光環境和室外晴朗天氣的白晝環境下的近景目標。美國、日本、中國均有數家公司生產銷售。瑞典Rigle公司的野外三維激光掃描儀處于國際領先地位：好天氣、良好能見度條件下測距可達2公里。三維激光掃描儀單臺售價為60萬元人民幣—600萬元人民幣不等。6、便攜式三維成像儀（三維激光掃描儀+伺服系統+CCD照像機）近幾年來美國谷歌、美國天寶、瑞士徠卡相繼推出便攜式三維成像儀，用于近距離（100米左右）內的白光三維成像?？砂惭b在帶有類似全站儀支架的手推車上使用，以克服車載系統只能在道路上使用的局限性。其單臺售價為100萬元人民幣左右。國內已有模仿跟進的類似產品（采購三維激光掃描儀等核心部件，自行生產手推車等配件、自行組裝成型本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種分布交互式測繪通用機器人，其特征在于：包括分布交互通用測繪機（1）和機器執行系統（2），所述分布交互通用測繪機包括所述數據采集系統（1.1）、分布交互通信系統（1.2）、數據處理系統（1.3）和莫氏錐度公口端同軸接口（1.4）；所述數據采集系統（1.1）包括全球定位單元、內置式三維姿態單元、自動成像單元、測距單元；所述全球定位單元包括全球定位天線（1.1.1.1），所述自動成像單元包括物鏡（1.1.3.1.1）、變焦鏡組（1.1.3.1.2）、調焦鏡組（1.1.3.2.4）和CCD模塊（1.1.3.2.5）、光敏電阻（1.1.3.3），所述測距單元包括激光發射裝置（1.1.4.1）和激光接收裝置（1.1.4.2）；物鏡（1.1.3.1.1）的視準軸、變焦鏡組（1.1.3.1.2）的視準軸、調焦鏡組（1.1.3.2.4）的視準軸、CCD模塊（1.1.3.2.5）光學鏡頭的視準軸處在同一直線M上，直線M稱為自動成像單元的視準軸；自動成像單元的視準軸M、激光發射裝置（1.1.4.1）的光軸N、激光接收裝置（1.1.4.2）的光軸P三者相互平行或重合；所述自動成像單元的視準軸M與直線L垂直相交于O’’點，所述直線L是如下兩點構成的直線，全球定位天線（1.1.1.1）的相位中心點O1，莫氏錐度公口端同軸接口(1.4)的組合到位點?O2；所述機器執行系統（2）包括同軸接口單元、仰俯姿態單元、航向姿態單元、水平姿態單元、支架（2.5）、架設式藍牙通信單元（2.6）、微機板（2.7）和舵機。...

【技術特征摘要】
1.一種分布交互式測繪通用機器人，其特征在于：包括分布交互通用測繪機（1）和機器執行系統（2），所述分布交互通用測繪機包括所述數據采集系統（1.1）、分布交互通信系統（1.2）、數據處理系統（1.3）和莫氏錐度公口端同軸接口（1.4）；所述數據采集系統（1.1）包括全球定位單元、內置式三維姿態單元、自動成像單元、測距單元；所述全球定位單元包括全球定位天線（1.1.1.1），所述自動成像單元包括物鏡（1.1.3.1.1）、變焦鏡組（1.1.3.1.2）、調焦鏡組（1.1.3.2.4）和CCD模塊（1.1.3.2.5）、光敏電阻（1.1.3.3），所述測距單元包括激光發射裝置（1.1.4.1）和激光接收裝置（1.1.4.2）；物鏡（1.1.3.1.1）的視準軸、變焦鏡組（1.1.3.1.2）的視準軸、調焦鏡組（1.1.3.2.4）的視準軸、CCD模塊（1.1.3.2.5）光學鏡頭的視準軸處在同一直線M上，直線M稱為自動成像單元的視準軸；自動成像單元的視準軸M、激光發射裝置（1.1.4.1）的光軸N、激光接收裝置（1.1.4.2）的光軸P三者相互平行或重合；所述自動成像單元的視準軸M與直線L垂直相交于O’’點，所述直線L是如下兩點構成的直線，全球定位天線（1.1.1.1）的相位中心點O1，莫氏錐度公口端同軸接口(1.4)的組合到位點O2；所述機器執行系統（2）包括同軸接口單元、仰俯姿態單元、航向姿態單元、水平姿態單元、支架（2.5）、架設式藍牙通信單元（2.6）、微機板（2.7）和舵機。2.根據權利要求1所述分布交互式測繪通用機器人，其特征在于：所述分布交互通信系統（1.2）包括藍牙通信單元（1.2.1）、電臺通信單元（1.2.2）、公網通信單元（1.2.3）、cors差分通信單元（1.2.4）、通信平臺（1.2.5）；所述數據處理系統（1.3）包括中央處理器、數據接口單元（1.3.2）、人機交互單元（1.3.3），所述中央處理器包括內置計算單元（1.3.1.1）和遠程的云計算單元（1.3.1.2）。3.根據權利要求2所述分布交互式測繪通用機器人，其特征在于：分布交互通信系統（1.2）是分布交互通用測繪儀與其它分布交互系統處理器之間的通信站，所述分布交互系統處理器是構成分布交互系統的處理器，包括但不限于連接在所述各種通信網絡上的計算機、手機、傳感器、其他分布交互通用測繪儀主機、機器執行系統、全球定位系統基準站、通信平臺（1.2.5）、云計算單元（1.3.1.2）。4.根據權利要求2所述分布交互式測繪通用機器人，其特征在于：所述自動成像單元包括變焦系統和調焦系統，所述變焦系統包括物鏡（1.1.3.1.1）、變焦鏡組（1.1.3.1.2）、變焦電機（1.1.3.1.3）、變焦傳動組（1.1.3.1.4）、變焦編碼器（1.1.3.1.5），中央處理器（1.3.1）、變焦電機（1.1.3.1.3）、變焦傳動組（1.1.3.1.4）、變焦鏡組（1.1.3.1.2）依次連接，光線經物鏡（1.1.3.1.1）射入變焦鏡組（1.1.3.1.2），變焦傳動組（1.1.3.1.4）、變焦編碼器（1.1.3.1.5）、中央處理器（1.3.1）依次連接；所述調焦系統包括物鏡（1.1.3.1.1）、調焦電機（1.1.3.2.1）、調焦傳動組（1.1.3.2.2）、調焦編碼器（1.1.3.2.3）、調焦鏡組（1.1.3.2.4）、CCD模塊（1.1.3.2.5）、圖像處理單元（1.1.3.2.6），變焦系統、調焦系統共用同一個物鏡（1.1.3.1.1），中央處理器（1.3.1）、調焦電機（1.1.3.2.1）、調焦傳動組（1.1.3.2.2）、調焦鏡組（1.1.3.2.4）依次連接，調焦傳動組（1.1.3.2.2）、調焦編碼器（1.1.3.2.3）和中央處理器（1.3.1）依次連接，調焦鏡組、CCD模塊（1.1.3.2.5）、圖像處理單元（1.1.3.2.6）和中央處理器（1.3.1）依次連接。5.根據權利要求1所述分布交互式測繪通用機器人，其特征在于：所述機器執行系統（2）中，所述同軸同心接口單元包括橫曲軸（2.1.1）、莫氏錐度母口端（2.1.2）、退出螺桿（2.1.3）和鎖定螺桿（2.1.4），所述莫氏錐度母口端（2.1.2）、退出螺桿（2.1.3）、鎖定螺桿（2.1.4）安裝在橫曲軸（2.1.1）上；所述支架包括音叉（2.5.1）、豎軸（2....

【專利技術屬性】
技術研發人員：許凱華，
申請(專利權)人：許凱華，
類型：發明
國別省市：湖北;42