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一种基于绳索的移动式巡检摄像装置

阅读：664发布：2020-05-15

专利汇可以提供一种基于绳索的移动式巡检摄像装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于绳索的移动式巡检摄像装置，包括绳索系统，从动轮系统，框架系统，驱动系统，控制系统，摄像系统。其中绳索系统由绳索及绳索两端固定装置组成，为整个装置提供运动空间和导轨；框架系统为整个装置搭建架构和提供部件安装位置；驱动系统与从动轮系统通过直流电机和主从动槽轮实现整个机构在绳索上的移动运动；控制系统可以实现整个装置运动控制功能；摄像系统用于完成巡检摄像任务；充电系统为整个装置的自充电提供接口。本发明通过绳索和轮式移动机构带动摄像云台实现在空间中的定位和移动，低成本地实现大范围、可移动的拍摄任务。，下面是一种基于绳索的移动式巡检摄像装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于绳索的移动式巡检摄像装置，包括绳索系统(1)、从动轮系统(2)、框架系统(3)、驱动系统(4)、控制系统(5)和摄像系统(6)，其特征在于：
所述绳索系统(1)包括绳索(11)、绳索连接装置(12)、锚点(13)和立柱(14)，为整个装置提供运动空间和导轨；
所述从动轮系统(2)包括从动轮转轴(21)从动槽轮(22)、测速盘(23)和双耳螺母(24)组成，用于辅助运动；
所述框架系统(3)包括前安装板(31)、后安装板(33)、连接二者的支撑柱(32)和云台连接装置(34)，为整个装置搭建架构和提供部件安装位置；
所述驱动系统(4)包括直流电机(41)、风扇(42)、主动槽轮(43)、主动带轮转轴(44)、主动带轮(45)、从动带轮(46)和同步带(47)构成，驱动系统(4)与从动轮系统(2)共同配合实现整个机构的移动运动功能；
所述控制系统(5)包括控制面板(51)、电池(52)、电池固定扣(53)、控制器(54)、测速传感器(55)和遥控器(56)组成，实现整个装置的运动控制功能；
所述摄像系统(6)由三轴云台(61)和相机(62)组成，用于完成巡检摄像任务。
2.根据权利要求1所述的一种基于绳索的移动式巡检摄像装置，其特征在于，还包括充电系统(7)，所述充电系统(7)包括充电头(72)和供电座(74)，充电系统(7)为巡检装置提供自充电接口；充电头(72)安装在巡检机构的一侧，固定在后安装板(33)上，绳索(11)一端的支柱(14)上安装有供电座(74)，当装置运动到最右端充电位置时，充电头(72)与供电座(74)相接合，可实现巡检装置的自动充电。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于绳索的移动式巡检摄像装置，其特征在于：所述的绳索系统(1)中，绳索(11)两端通过锚点(13)连接在立柱(14)上的绳索连接装置(12)上，立柱(14)和绳索连接装置(12)的选取可随工作要求发生改变，满足不同工作场景要求。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于绳索的移动式巡检摄像装置，其特征在于：从动轮系统(2)设置有两组，对称地分布在主动槽轮(43)的两侧。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于绳索的移动式巡检摄像装置，其特征在于：其中所述从动槽轮(22)和主动槽轮(43)之间存在安装高度差，安装时保证从动槽轮正下方水平切线低于主动槽轮正上方水平切线1-5厘米，使得绳索(11)在二者之间形成折线形，便于利用压力产生牵引的摩擦力；从动槽轮(22)的安装位置可上下调节，从而产生不同大小的绳索包角，能满足于不同工作环境对摩擦力的需求。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于绳索的移动式巡检摄像装置，其特征在于：其中所述驱动系统(4)能实现机械层面的速度调节；直流电机(41)产生的转动经过主动带轮(45)、同步带(47)和从动带轮(46)组成的一级带传动减速机构之后，将运动传递给主动槽轮(43)，由于绳索(11)与主动槽轮(43)之间的摩擦力和绳索(11)的不动性，最终表现为主动槽轮(43)带动整个装置沿绳索(11)移动，其中，一级带传动减速机构的主动带轮(45)尺寸可调节，实现机构传动比的变化和机械式速度调整能力。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于绳索的移动式巡检摄像装置，其特征在于：其中所述的控制器(54)可根据事先设定的程序或者接收来自遥控器(56)的信号，控制直流电机(41)转动，实现对整个装置的运动控制功能。
8.根据权利要求1或2所述的一种基于绳索的移动式巡检摄像装置，其特征在于：其中所述测速传感器(55)配合从轮槽轮(22)上的测速盘(23)可获得装置当前运动速度，并反馈给控制器(54)，构成了闭环速度控制系统。
9.根据权利要求1或2所述的一种基于绳索的移动式巡检摄像装置，其特征在于：其中所述控制系统(5)具有中断功能；当控制系统(5)检测到电池(52)电量不足时，可中断当前巡检任务，控制装个装置自动向充电位置移动，使装置回到最右端充电，充电完成后继续巡检任务。
10.根据权利要求1或2所述的一种基于绳索的移动式巡检摄像装置，其特征在于：其中所述相机(62)通过与三轴云台(61)相连，能实现全方位角度的稳定拍摄，三轴云台(61)通过云台连接装置(34)固定在巡检装置的正下方，使整个装置的重心不产生偏移，保证稳定性。

说明书全文

一种基于绳索的移动式巡检摄像装置

技术领域

[0001] 本发明涉及机器人与自动化领域，特别涉及一种基于绳索的移动式巡检摄像装置。

背景技术

[0002] 在电力、仓库、街道等领域和场景中，巡检和监控是保证环境正常、及时发现问题，消除隐患的必要措施。另外在各种商业活动(商业路演、开业庆典、产品发布、会议论坛等)、体育赛事、文化演出以及影视拍摄越来越频繁，大范围移动式摄像的需求不断增长。

[0003] 目前现有技术中，实现巡检、监控和移动摄像功能的设备主要有无人机、固定摄像头、摇臂摄像以及专业摄像车等。其中，无人机主要应用于室外的大空间的移动场景，在室内难以应用，且无人机的续航能力不足，无法进行长时间不间断拍摄监控作业。固定摄像头只能静态拍摄，无法跟随目标移动，而且镜头角度有限决定了拍摄范围较小，因此适用范围受限。摇臂摄像、摄像车等成本高，对环境要求高，便携性差，同时拍摄效果对人的依赖性较高。

[0004] 因此，针对大范围移动式摄像和巡检需求，目前缺乏一种可以室内室外兼顾、重构性好、能高效稳定地工作，满足在空间的快速准确定位和移动等要求的移动式摄像装置。

发明内容

[0005] 为了克服现有巡检摄像中存在的拍摄范围受限、对拍摄环境要求高以及成本高等缺点，本发明的目的在于提供一种新型的巡检摄像装置，该装置不仅能实现大范围的运动拍摄，降低对拍摄环境的要求，而且制造成本低、携带方便安装简单、重构性好，可以实现多种工况速度下的稳定拍摄。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0007] 一种基于绳索的移动式巡检摄像装置，包括绳索系统1，从动轮系统2，框架系统3，驱动系统4，控制系统5，摄像系统6和充电系统7。

[0008] 所述绳索系统1包括绳索11、绳索连接装置12、锚点13和立柱14，为整个装置提供运动空间和导轨。

[0009] 所述从动轮系统2包括从动轮转轴21、从动槽轮22、测速盘23和双耳螺母24组成，用于辅助运动。

[0010] 所述框架系统3包括前安装板31、后安装板33以及连接二者的支撑柱32，为整个装置搭建架构和提供部件安装位置。

[0011] 所述驱动系统4由直流电机41、风扇42、主动槽轮43、主动带轮转轴44、主动带轮45、从动带轮46和同步带47构成，驱动系统4与从动轮系统2共同配合实现整个机构的移动运动功能。

[0012] 所述控制系统5由控制面板51、电池52、电池固定扣53、控制器54、测速传感器55和遥控器56组成，实现整个装置的运动控制功能。

[0013] 所述摄像系统6由三轴云台61和相机62组成，用于完成巡检摄像任务。

[0014] 所述供电摄像系统7由充电头72和供电座74组成，为巡检装置提供自充电接口。

[0015] 优选地，所述绳索系统1的绳索11两端通过锚点13连接在立柱14上的绳索连接装置12上，立柱14和绳索连接装置12的选取可随工作要求发生改变，满足不同工作场景要求。

[0016] 优选地，所述的从动轮系统2在每个装置上有两组，对称地分布在主动槽轮43的两侧。

[0017] 优选地，所述从动轮系统2的从动槽轮22和主动槽轮43之间存在安装高度差，在安装时保证从动槽轮正下方水平切线低于主动槽轮正上方水平切线1-5厘米，使得绳索11在二者之间形成折线形，便于利用压力产生牵引的摩擦力；从动槽轮22的安装位置可上下调节，从而产生不同大小的绳索包角，能满足于不同工作环境对摩擦力的需求。

[0018] 优选地，所述驱动系统4能实现机械层面的速度调节。直流电机41产生的转动经过主动带轮45、同步带47和从动带轮46组成的一级带传动减速机构之后，将运动传递给主动槽轮43，由于绳索11与主动槽轮43之间的摩擦力和绳索的不动性，最终表现为主动槽轮43带动整个装置沿绳索移动，其中，一级带传动减速机构的主动带轮45尺寸可调节，实现机构传动比的变化和机械式速度调整能力。

[0019] 优选地，所述控制系统5的控制器54可根据事先设定的程序或者接收来自遥控器56的信号，控制直流电机41转动，实现对整个装置的运动控制功能。

[0020] 优选地，所述控制系统5的测速传感器55配合从轮槽轮22上的测速盘23可获得装置当前运动速度，并反馈给控制器54，构成了闭环速度控制系统。

[0021] 优选地，所述控制系统5具有中断功能。当控制系统5检测到电池52电量不足时，可中断当前巡检任务，控制装个装置自动向充电位置移动，使装置回到最右端充电，充电完成后继续巡检任务。

[0022] 优选地，所述的摄像系统6的相机62通过与三轴云台61相连，能实现全方位角度的稳定拍摄，三轴云台61通过云台连接装置34固定在巡检装置的正下方，使整个装置的重心不产生偏移，保证稳定性。

[0023] 优选地，所述的充电系统7的充电头72安装在巡检机构的一侧，固定在后安装板33上，绳索11一端的支柱14上安装有供电座74，当装置运动到最右端充电位置时，充电头72与供电座74相接合，可实现巡检装置的自动充电。

[0024] 优选地，所述充电头的头部被设计为椭圆形，同时供电座上设计有矩形槽，矩形槽开口设有向外侧过渡的圆角，椭圆形插头和圆弧引导凹槽的设计保证了充电头可以顺利地被引导进入供电座凹槽内，保证二者的电极片接触以顺利充电。

[0025] 与现有技术相比，本发明的特点是将沿绳索移动的巡检机构作为一级机构，接有云台的相机作为二级机构，从而实现线性维度上的全方位稳定拍摄。采用长度可调的绳索作为运动引导件，实现了拍摄范围的可调节性，满足了大范围的拍摄要求。在高度方向上改变从动槽轮与主动槽轮的距离，可以使装置满足不同斜度工作状态下对摩擦力的需求，降低了对环境的要求。巡检装置的速度调节存在机械和控制两种方式，可以实现多级巡检摄像速度的要求，自动控制的稳定性提高了拍摄质量。自动往复巡检功能和自充电模式提高了工作效率，减少了人力、物力的使用，节约大量的成本，该装置的发明具有一定的意义。附图说明

[0026] 图1是本发明一种基于绳索的移动式巡检摄像装置的整体示意图。描述了多个子系统之间的安装关系，以及整体的布局效果。

[0027] 图2是本发明一种基于绳索的移动式巡检摄像装置轮式运动系统的正视图。描述了装置运动的原理图，主要说明运动的实现方式及结构调整能力。

[0028] 图3是本发明一种基于绳索的移动式巡检摄像装置轮式运动系统的后视图。主要用于说明运动的传递过程。

[0029] 图4是本发明一种基于绳索的移动式巡检摄像装置的测速机构示意图。

[0030] 图5是本发明一种基于绳索的移动式巡检摄像装置的应用场景示意图。

[0031] 图6是本发明一种基于绳索的移动式巡检摄像装置充电系统示意图。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进行详细说明。

[0033] 如图1所示是基于绳索的移动式巡检摄像装置示意图。基于绳索的移动式巡检摄像装置由绳索系统1、框架系统3、从动槽轮系统2、驱动系统4、控制系统5、摄像系统6和充电系统7组成。

[0034] 其中绳索系统1起导轨作用，整个装置挂装于绳索11上，可沿绳索11在直线方向上运动。运动系统由框架系统3、从动槽轮系统2、驱动系统4和控制系统5组成。从动槽轮系统2、驱动系统4、控制系统5和摄像系统6均安装于框架系统3。

[0035] 框架系统3由前安装板31、后安装板33和二者之间的支撑柱32组成。通过支撑柱32和螺栓螺母将前安装板31和后安装板33安装固定在一起，并在二者之间形成空隙用以安装从动槽轮系统2和主动槽轮43。主动槽轮43安装在框架系统3正中间，每个装置配备有两个从动槽轮系统2，分别安装在框架系统3两端，关于主动轮槽轮43对称。驱动系统4和控制系统5安装于框架系统3前安装板31和后安装板33。框架系统3底部有云台连接装置34，用于连接摄像系统6。充电系统7安装在框架系统3的一侧。

[0036] 如图2和图3是分别是本发明一种基于绳索的移动式巡检摄像装置运动系统的正视图和后视图，描述了装置运动的原理图。结合图2和图3说明本装置的运动实现方式、结构调整能力和运动的传递过程。

[0037] 驱动系统4由直流电机41、风扇42、主动槽轮43、主动带轮转轴44、主动带轮45、从动带轮46和同步带47组成。直流电机41和主动带轮45直接相连，从动带轮46与主动槽轮43同轴，如图3所示。直流电机41产生的转动经过主动带轮45、从动带轮46及同步带47组成的一级带传动减速机构之后，将运动传递给与从动带轮46同轴的主动槽轮43，由于绳索11与主动槽轮43之间的摩擦力和绳索的不动性，最终表现为主动槽轮43带动整个装置沿绳索移动。其中，可以通过调整一级带传动减速机构的主动带轮45的尺寸大小，改变减速机构的传动比，因此可以根据整个装置对速度分级的要求更换不同大小的主动带轮45，形成机械式速度调节方式。直流电机41上安装有风扇42用于散热。

[0038] 从动轮系统2由从动槽轮转轴21、从动槽轮22、测速盘23和双耳螺母24组成，其中在一侧的从动槽轮22上同轴安装有测速盘23。两个从动轮系统2对称安装于主动槽轮43两侧。从动槽轮22通过从动槽轮转轴21和双耳螺母24安装于前安装板31和后安装板33两端的槽型孔上，槽型孔的设计使得从动槽轮22的安装高度可调。安装时，应使主动槽轮43和从动槽轮22安装在不同高度上，使得绳索11在经过各个槽轮时呈折线形，如图2所示，绳索11在主动槽轮43处呈凸起状态，在从动槽轮22处呈下凹状态，保证绳索11与槽轮之间的包角和摩擦力，防止运动过程中打滑。通过调节从动槽轮22的安装高度可对绳索11包角和摩擦力大小进行调节，使装置能满足不同斜度的工作环境对摩擦力的需求。

[0039] 控制系统5由控制面板51、电池52、电池固定扣53、控制器54、测速传感器55和遥控器56组成，如图1和2所示。电池52通过电源固定扣53安装在框架系统3上，控制面板51和控制器54安装在前安装板31上。各装置的安装布置满足质量分布尽量均匀的原则，如直流电机41和电池52分别安装于中心两侧，使得两侧载荷关于中心基本平衡，使装置运动过程平稳。整个装置可实现多种运动控制模式。控制模式一为自动往复巡检模式，控制器54可根据事先预编程的自动运动程序事先整个装置的自动往复运动，实现自动往复巡检。控制模式二为远程遥控模式，控制器54可接受来自遥控器56的控制信号，根据操作者实时指令实现启停、加减速、换向等运动。另外，控制器54还可结合智能算法实现对监控对象的自动跟踪。不同控制模式的选择可通过控制面板51进行切换。同时，控制面板可实现装置各项设置和命令操作。

[0040] 如图4所示，在装置一侧的从动槽轮22上同轴安装有测速盘23，在前安装板31相应位置安装有测速传感器55。测速传感器55通过感应测速盘23上感应点的运动从而获得从动槽轮22转速。测速传感器55测得的速度信号可反馈给控制器54，从而实现速度闭环控制。通过控制系统5控制直流电机41的转速亦可实现对装置运动速度的无级调节。

[0041] 摄像系统6由三轴云台61和相机62组成，三轴云台61与框架系统3底部的云台连接装置34连接，将摄像系统6安装于整个装置底部。三轴云台61可实现对相机62全方位的姿态调整，从而实现全方位拍摄或跟踪。随着巡检装置沿绳索11不断移动，相机62能实现对绳索11路径的全覆盖拍摄，极大的扩展了拍摄范围，也提高了拍摄稳定性和拍摄质量。

[0042] 如图5示意了本装置的一个应用场景实例。绳索11通过绳索连接装置12上的锚点13上连接固定，绳索连接装置12安装于立柱14上。立柱14的选取可以依据实际工况而改变，如树木、墙壁、脚手架等均可以作为立柱14，并在其上安装绳索连接位置12，只要能实现绳索11固定和悬挂的连接装置均可，因此本装置具有极强的环境适应性，在各类环境下均可发挥作用。绳索11两端连接点的距离可以达几十米甚至几百米，使得装置具有极大的运动范围。

[0043] 本装置还具有自充电功能。如图6所示，充电系统7由充电头72和供电座74组成，二者均布置有正负两个电极片。充电头72安装在巡检机构的一侧，通过其上的圆孔同轴安装在从动轮转轴21上，与后安装板33上贴合。充电头72的头部设计为椭圆形，经试验验证，椭圆形头部比常见的矩形和半圆形头部更有利于引导进入滑槽内。供电座74固定在一端的支柱14上，供电座74上设置有凹槽，凹槽外部开口同样设置有椭圆形圆角过渡，椭圆形引导圆角的设计帮助引导将充电头72插入凹槽内使二者电极片接触。

[0044] 当控制器54检测到电池52电量不足时，启动中断功能，巡检装置中止巡检任务，并自动向最右端的充电位置移动。完全到达充电位置后，充电头72将自动插入到供电座74，充电头电极71与供电座电极73接触，开始充电。当充电完成后，控制器54控制整个装置回到上次中断前的工作位置，继续执行巡检任务。

[0045] 当调整从动槽轮22上下位置时，充电头72的位置也随之调整，从而保证充电头72始终保持与从动槽轮22中心同高度，这保证了充电头72与绳索11之间的高度差保持恒定，从而保证每次回充电位置时充电头72与供电座74之间能顺利接合。另外，椭圆形头部和引导圆角的设计也保证了当二者之间位置存在误差时依然能将充电头72顺利引导插入供电座74凹槽内。

[0046] 值得注意的是，尽管上面结合附图对本发明的技术方案和优选实施例进行了详细描述，但本发明并不仅仅局限于上述的具体实施方式，上述的实施方式仅仅是示意性的，本领域的相关技术人员受本发明的启示，在不脱离本发明宗旨和权利要求保护范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围。

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