長航時(shí)定區(qū)域浮空監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種長航時(shí)定區(qū)域浮空監(jiān)控系統(tǒng)，包括空中平臺(tái)、具有兩個(gè)以上自由度的地面控制臺(tái)、控制箱和主控機(jī)，空中平臺(tái)通過牽引線和地面控制臺(tái)連接，空中平臺(tái)上安裝有攝像頭并將采集的視頻信號(hào)傳送給控制箱；牽引線依次通過地面控制臺(tái)上的兩自由度拉壓力傳感器、滑輪組后纏繞在繞線輪上，牽引線處還設(shè)有一用來感知牽引線徑向力大小的拉壓力傳感器；主控機(jī)通過兩自由度拉壓力傳感器的信號(hào)發(fā)送給地面控制臺(tái)以調(diào)整地面控制臺(tái)的姿態(tài)，主控機(jī)通過拉壓力傳感器的信號(hào)控制繞線輪實(shí)現(xiàn)牽引線的收放。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作方便、監(jiān)控范圍廣闊、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】長航時(shí)定區(qū)域浮空監(jiān)控系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型主要涉及到監(jiān)控設(shè)備領(lǐng)域，特指一種長航時(shí)定區(qū)域浮空監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，有從業(yè)者提出了眾多類型的高空監(jiān)控系統(tǒng)，主要是通過大量設(shè)置攝像頭對地面進(jìn)行大范圍定點(diǎn)監(jiān)控和拍攝，以面向中低空偵查、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、森林防火、商業(yè)娛樂等軍民領(lǐng)域。這種類型的高空監(jiān)控設(shè)備一般都是位于固定建筑物、樹上或者其他高的固定位置，但是由于攝像頭安裝位置的原因，因此這類監(jiān)控設(shè)備一旦安裝后，其監(jiān)控范圍就十分有限。
[0003]對于中低空的移動(dòng)拍攝，目前普遍采用的解決途經(jīng)是利用無人飛行器進(jìn)行相關(guān)任務(wù)。一般的無人飛行器需要使用電力(電池)、熱能(熱氣球)或太陽能進(jìn)行能量供應(yīng)，因此這種常規(guī)方式存在以下缺點(diǎn):第一、能量供給困難，消耗快，不能保持飛行器長時(shí)間的航行；第二、條件苛刻，需要充足陽光(太陽能)或者晴朗天氣(熱氣球)；第三、成本昂貴，維護(hù)價(jià)格聞昂。
[0004]由上可知，在這種情況下，全天候、高分辨探測、低維護(hù)、低成本的浮空監(jiān)控系統(tǒng)需求日益緊迫。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作方便、活動(dòng)范圍廣闊、性能可靠的長航時(shí)定區(qū)域浮空監(jiān)控系統(tǒng)。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種長航時(shí)定區(qū)域浮空監(jiān)控系統(tǒng)，包括空中平臺(tái)、具有兩個(gè)以上自由度的地面控制臺(tái)、控制箱和主控機(jī)，所述空中平臺(tái)通過牽引線和地面控制臺(tái)連接，所述空中平臺(tái)上安裝有攝像頭并將采集的視頻信號(hào)傳送給控制箱；所述牽引線依次通過地面控制臺(tái)上的兩自由度拉壓力傳感器、滑輪組后纏繞在繞線輪上，所述牽引線處還設(shè)有一用來感知牽引線徑向的力的大小的拉壓力傳感器；所述主控機(jī)通過兩自由度拉壓力傳感器的信號(hào)發(fā)送給地面控制臺(tái)以調(diào)整地面控制臺(tái)的姿態(tài)，所述主控機(jī)通過拉壓力傳感器的信號(hào)控制繞線輪實(shí)現(xiàn)牽引線的收放。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn):
[0009]所述空中平臺(tái)上安裝有攝像頭、電池、無線數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備與空中平臺(tái)的尾部相連，所述攝像頭通過電纜或無線數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備與地面控制臺(tái)相連。
[0010]所述繞線輪通過同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與繞線輪電機(jī)相連，所述繞線輪電機(jī)與主控機(jī)相連并由主控機(jī)控制。
[0011]所述地面控制臺(tái)包括支撐板組件、俯仰驅(qū)動(dòng)組件和轉(zhuǎn)臺(tái)，所述支撐板組件固定于一個(gè)俯仰驅(qū)動(dòng)組件上，所述俯仰驅(qū)動(dòng)組件固定于轉(zhuǎn)臺(tái)上。[0012]所述轉(zhuǎn)臺(tái)包括水平轉(zhuǎn)盤、底座和方位步進(jìn)電機(jī)，所述水平轉(zhuǎn)盤安裝于底座上，所述水平轉(zhuǎn)盤與方位步進(jìn)電機(jī)的輸出端相連，所述方位步進(jìn)電機(jī)與主控機(jī)并由主控機(jī)控制。
[0013]所述控制箱包括主控機(jī)顯示器、面板、監(jiān)控顯示器、電源開關(guān)、工作模式選擇開關(guān)、手動(dòng)控制操作柄、無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備、數(shù)字視頻錄像機(jī)和線長顯示區(qū)，所述監(jiān)控顯示器用來顯示視頻信號(hào)，所述數(shù)字視頻錄像機(jī)用來存儲(chǔ)視頻信號(hào)，所述主控機(jī)顯示器用來顯示控制狀態(tài)信號(hào)。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0015]1、本實(shí)用新型可采用風(fēng)箏等作為空中平臺(tái)和載具，風(fēng)箏屬于升力型空中平臺(tái)，且飛行受引線的限制與控制。風(fēng)越大，飛行越穩(wěn)定，且負(fù)載能力越強(qiáng)，而且其飛行范圍始終被限制在以施放點(diǎn)為中心的小范圍空域中。本實(shí)用新型通過地面控制臺(tái)測得牽引線三自由度的力作為飛行器穩(wěn)定飛行控制的反饋量，減輕了空中平臺(tái)上的重量。
[0016]2、本實(shí)用新型采用無線傳輸視頻信號(hào)，可以通過無線接入移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，接收端多樣化；本實(shí)用新型可以直接接收無線視頻信號(hào)，也可以通過訪問移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)訪問攝像頭。
[0017]3、本實(shí)用新型空中拍攝設(shè)備靠風(fēng)供給能量而不需要其它能量，空中的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可以保證空中能源的自給自足，從而實(shí)現(xiàn)長時(shí)間滯空工作。
[0018]4、本實(shí)用新型空中平臺(tái)的監(jiān)控范圍廣闊，通過適當(dāng)設(shè)置地面控制臺(tái)位置，使空中平臺(tái)懸浮飛行在需要監(jiān)控區(qū)域的上方，空中平臺(tái)上的拍攝設(shè)備可以以任何角度對下方拍攝，拍攝面積大。
[0019]5、本實(shí)用新型空中平臺(tái)更加適合在有風(fēng)的天氣下飛行，因此不存在抗風(fēng)飛行的問題，保證7級(jí)大風(fēng)依然可以正常工作。
[0020]6、本實(shí)用新型拍攝單元安裝在空中平臺(tái)上，監(jiān)控范圍隨著空中平臺(tái)的飛行高度而增加，監(jiān)控范圍比以往固定在地面的攝像頭的監(jiān)控范圍大。
[0021]7、本實(shí)用新型造價(jià)低廉、使用免維護(hù)，空中平臺(tái)如有破損，可回收更換，且更換簡單，只需將牽引線和空中平臺(tái)之間的線鉤取下，把鉤子鉤在新的空中平臺(tái)上即可。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0023]圖2為本實(shí)用新型的空中平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3為本實(shí)用新型中地面控制臺(tái)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為本實(shí)用新型中地面控制臺(tái)的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖5為本實(shí)用新型中地面控制臺(tái)的局部俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖6為本實(shí)用新型中控制箱的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖7為本實(shí)用新型中控制箱的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖例說明:
[0030]1、空中平臺(tái)；101、攝像頭；102、牽引線；103、電池；104、無線數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備；105、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備；106、線鉤；2、地面控制臺(tái)；201、兩自由度拉壓力傳感器；202、兩自由度拉壓力傳感器支架；203、第一滑輪；204、第一滑輪支架；205、第二滑輪；206、第二滑輪支架；207、第三滑輪；208、第三滑輪支架；209、第四滑輪；210、第一光電編碼器支架；211、第一光電編碼器；212、繞線輪；213、第一繞線輪固定支架；214、繞線輪軸；215、第二繞線輪固定支架；216、大同步帶輪安裝支架；217、大同步帶輪；218、同步帶；219、第一小同步帶輪支架；220、第二小同步帶輪支架；221、小同步帶輪；222、小同步帶輪軸；223、繞線輪電機(jī)聯(lián)軸器；224、繞線輪電機(jī)支架；225、繞線輪電機(jī)；226、上層支撐板；227、支撐柱；228、下層支撐板；229、U型支架；230、第二光電編碼器；231、俯仰步進(jìn)電機(jī)支架；232、俯仰步進(jìn)電機(jī)；233、俯仰角度刻度盤；234、水平轉(zhuǎn)盤；235、底座；236、底座支撐腳；237、方位步進(jìn)電機(jī)；238、接線盒；239、拉壓力傳感器；3、第一信號(hào)線纜；4、控制箱；401、主控機(jī)顯示器；402、面板；403、監(jiān)控顯示器；404、電源開關(guān)；405、工作模式選擇開關(guān)；406、手動(dòng)控制操作柄；407、無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備；408、數(shù)字視頻錄像機(jī)；409、線長顯示區(qū)；5、VGA視頻數(shù)據(jù)線；6、第二信號(hào)線纜；
7、主控機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0032]圖1?圖7所示，本實(shí)用新型的長航時(shí)定區(qū)域浮空監(jiān)控系統(tǒng)，包括空中平臺(tái)1、地面控制臺(tái)2、控制箱4和主控機(jī)7，空中平臺(tái)I通過牽引線102和地面控制臺(tái)2連接，牽引線102依次通過地面控制臺(tái)2上的兩自由度拉壓力傳感器201、滑輪組(由第一滑輪203、第二滑輪205、第三滑輪207、第四滑輪209)后纏繞在繞線輪212上，牽引線102處還設(shè)有一用來感知牽引線102徑向的力的大小的拉壓力傳感器239 ;地面控制臺(tái)2和控制箱4之間通過第一信號(hào)線纜3連接，控制箱4和主控機(jī)7之間通過VGA視頻數(shù)據(jù)線5和第二信號(hào)線纜6連接?？罩衅脚_(tái)I可以采用風(fēng)箏、氣球或者其他類型的可進(jìn)行中低空懸浮的飛行物，空中平臺(tái)I的飛行活動(dòng)范圍為地面控制臺(tái)2上方200米?500米。通過兩自由度拉壓力傳感器201實(shí)時(shí)檢測牽引線102對于當(dāng)前地面控制臺(tái)2的姿態(tài)的偏移量大小，從而得到控制量的大小。
[0033]本實(shí)施例中，兩自由度拉壓力傳感器201通過兩自由度拉壓力傳感器支架202安裝于支撐板組件上。為了安裝第一滑輪203、第二滑輪205、第三滑輪207，依次對應(yīng)設(shè)有第一滑輪支架204、第二滑輪支架206、第三滑輪支架208。上層支撐板226上還設(shè)有第一光電編碼器211，第一光電編碼器211通過第一光電編碼器支架210固定安裝。
[0034]參見圖1和圖2，本實(shí)施例中，空中平臺(tái)I上安裝有攝像頭101、電池103、無線數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備104、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備105，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備105與空中平臺(tái)I的尾部相連，當(dāng)然也可以安裝于空中平臺(tái)I的其他位置處。牽引線102通過線鉤106與空中平臺(tái)I相連，攝像頭101將拍攝到的圖像傳送給地面控制臺(tái)2。攝像頭101固定在牽引線102上與線鉤106距離10米?20米的位置處。該攝像頭101可以通過電纜與位于地面的地面控制臺(tái)2相連，或者通過無線數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備104與地面的地面控制臺(tái)2相連。進(jìn)一步，還可以在空中平臺(tái)I上增加濕度、溫度、高度、姿態(tài)、壓力等傳感器，進(jìn)行相關(guān)的環(huán)境監(jiān)測和氣象監(jiān)測。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備105通過空中平臺(tái)I的飛行發(fā)電，并將電能源源不斷的供應(yīng)到電池103中。
[0035]本實(shí)施例中，參見圖1?圖5，繞線輪212的繞線輪軸214通過第一繞線輪固定支架213、第二繞線輪固定支架215固定在由上層支撐板226、下層支撐板228組成支撐板組件上，上層支撐板226與下層支撐板228之間設(shè)有支撐柱227。繞線輪212的運(yùn)動(dòng)與大同步帶輪217的運(yùn)動(dòng)一致,大同步帶輪217與小同步帶輪221之間通過同步帶218傳動(dòng)。小同步帶輪軸222與繞線輪電機(jī)225通過繞線輪電機(jī)聯(lián)軸器223連接，從而達(dá)到利用繞線輪電機(jī)225驅(qū)動(dòng)繞線輪212收放線的功能。S卩，牽引線102的收放由繞線輪電機(jī)225控制，繞線輪電機(jī)225可以連續(xù)正反轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)收放線。牽引線102的收放取決于拉壓力傳感器239，拉壓力傳感器239用來感知牽引線102徑向的力的大小，為保證徑向拉力在一定的范圍內(nèi)，主控機(jī)7通過分析拉壓力傳感器239感知到的壓力而得到控制量，驅(qū)動(dòng)繞線輪電機(jī)225卷線或者放線。大同步帶輪217通過大同步帶輪安裝支架216固定,小同步帶輪221通過第一小同步帶輪支架219、第二小同步帶輪支架220、小同步帶輪223安裝固定。繞線輪電機(jī)225通過繞線輪電機(jī)支架224安裝固定。可以理解，還可以通過其他類型傳動(dòng)，例如齒輪或鏈條等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成對繞線輪212的驅(qū)動(dòng)。
[0036]本實(shí)施例中，支撐板組件固定于一個(gè)俯仰驅(qū)動(dòng)組件上，俯仰驅(qū)動(dòng)組件包括U型支架229以及安裝于U型支架229上的俯仰步進(jìn)電機(jī)232、第二光電編碼器230、俯仰角度刻度盤233，俯仰步進(jìn)電機(jī)232通過俯仰步進(jìn)電機(jī)支架231安裝于U型支架229上。正常工作時(shí)，俯仰驅(qū)動(dòng)組件的俯仰步進(jìn)電機(jī)232驅(qū)動(dòng)俯仰驅(qū)動(dòng)組件及其上的零件做俯仰方向的運(yùn)動(dòng)，以圖3位置為參考位置,運(yùn)動(dòng)幅度為0°?90°。
[0037]俯仰驅(qū)動(dòng)組件固定于一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)包括水平轉(zhuǎn)盤234、底座235、方位步進(jìn)電機(jī)237、接線盒238，底座235的底部設(shè)有底座支撐腳236，轉(zhuǎn)臺(tái)的方位步進(jìn)電機(jī)237驅(qū)動(dòng)水平轉(zhuǎn)盤234及以上的俯仰驅(qū)動(dòng)組件做方位方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，活動(dòng)范圍為0°?360°。俯仰方向和方位方向的運(yùn)動(dòng)信號(hào)來自主控機(jī)7,決定信號(hào)大小的是兩自由度拉壓力傳感器201。
[0038]如圖6和圖7所示，本實(shí)施例中控制箱4包括主控機(jī)顯示器401、面板402、監(jiān)控顯示器403、電源開關(guān)404、工作模式選擇開關(guān)405、手動(dòng)控制操作柄406、無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備407、數(shù)字視頻錄像機(jī)408和線長顯示區(qū)409?？刂葡?的工作模式包括手動(dòng)和自動(dòng)模式；處于手動(dòng)工作模式時(shí)，利用手動(dòng)控制操作柄406控制地面控制臺(tái)2上的三個(gè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)；處于自動(dòng)模式時(shí)，不需要人監(jiān)管，主控機(jī)7采集傳感器的信號(hào)經(jīng)過處理以后驅(qū)動(dòng)三個(gè)電機(jī)自行運(yùn)動(dòng)。手動(dòng)模式則主要用于檢測系統(tǒng)是否正常工作，本實(shí)施例處于正常工作時(shí)為自動(dòng)模式。
[0039]本實(shí)施例中，無線數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備104用來與無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備407進(jìn)行通信，無線數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備104將空中平臺(tái)I上的攝像頭101采集到的信號(hào)發(fā)送到地面，無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備407接收到信號(hào)以后通過數(shù)字視頻錄像機(jī)408存儲(chǔ)，以備查看，同時(shí)還可在監(jiān)控顯示器403上實(shí)時(shí)顯示攝像頭101采到的圖像。
[0040]以上僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本實(shí)用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種長航時(shí)定區(qū)域浮空監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括空中平臺(tái)(I)、具有兩個(gè)以上自由度的地面控制臺(tái)(2)、控制箱(4)和主控機(jī)(7)，所述空中平臺(tái)(I)通過牽引線(102)和地面控制臺(tái)(2)連接，所述空中平臺(tái)(I)上安裝有攝像頭(101)并將采集的視頻信號(hào)傳送給控制箱(4);所述牽引線(102)依次通過地面控制臺(tái)(2)上的兩自由度拉壓力傳感器(201)、滑輪組后纏繞在繞線輪(212)上，所述牽引線(102)處還設(shè)有一用來感知牽引線(102)徑向的力的大小的拉壓力傳感器(239);所述主控機(jī)(7)通過兩自由度拉壓力傳感器(201)的信號(hào)發(fā)送給地面控制臺(tái)(2)以調(diào)整地面控制臺(tái)(2)的姿態(tài)，所述主控機(jī)(7)通過拉壓力傳感器(239)的信號(hào)控制繞線輪(212)實(shí)現(xiàn)牽引線(102)的收放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長航時(shí)定區(qū)域浮空監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述空中平臺(tái)(I)上安裝有攝像頭(101 )、電池(103)、無線數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備(104)和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(105)，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(105)與空中平臺(tái)(I)的尾部相連，所述攝像頭(101)通過電纜或無線數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備(104)與地面控制臺(tái)(2)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長航時(shí)定區(qū)域浮空監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述繞線輪(212)通過同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與繞線輪電機(jī)(225)相連，所述繞線輪電機(jī)(225)與主控機(jī)(7)并由主控機(jī)(7)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的長航時(shí)定區(qū)域浮空監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述地面控制臺(tái)(2)包括支撐板組件、俯仰驅(qū)動(dòng)組件和轉(zhuǎn)臺(tái)，所述支撐板組件固定于一個(gè)俯仰驅(qū)動(dòng)組件上，所述俯仰驅(qū)動(dòng)組件固定于轉(zhuǎn)臺(tái)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的長航時(shí)定區(qū)域浮空監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)臺(tái)包括水平轉(zhuǎn)盤(234)、底座(235)和方位步進(jìn)電機(jī)(237)，所述水平轉(zhuǎn)盤(234)安裝于底座(235)上，所述水平轉(zhuǎn)盤(234)與方位步進(jìn)電機(jī)(237)的輸出端相連，所述方位步進(jìn)電機(jī)(237)與主控機(jī)(7)并由主控機(jī)(7)控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的長航時(shí)定區(qū)域浮空監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述控制箱(4)包括主控機(jī)顯示器(401)、面板(402)、監(jiān)控顯示器(403)、電源開關(guān)(404)、工作模式選擇開關(guān)(405)、手動(dòng)控制操作柄(406)、無線數(shù)據(jù)接收設(shè)備(407)、數(shù)字視頻錄像機(jī)(408)和線長顯示區(qū)(409)，所述監(jiān)控顯示器(403)用來顯示視頻信號(hào)，所述數(shù)字視頻錄像機(jī)(408)用來存儲(chǔ)視頻信號(hào)，所述主控機(jī)顯示器(401)用來顯示控制狀態(tài)信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK203397179SQ201320418352
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月15日
【發(fā)明者】謝海斌, 李睿, 陳璟, 路暢, 鄭睿, 王茂, 尹棟 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)