轨道移动式多维测量平台及其控制方法，涉及地面遥感仪器测量平台技术领域，它包括行走轨道（1）、多维测量平台塔架、垂直升降机构（8）、测量仪器安装平台（9）和配电及自动控制系统（13），所述行走轨道1铺设在地面上，所述多维测量平台塔架包括下部塔架底座（2）、行走机构（3）、旋转机构（4）、上部塔架（5）、自动伸缩塔臂（6）和配重块（7），所述下部塔架底座（2）的底部通过行走机构（3）在行走轨道（1）上移动；该轨道移动式多维测量平台测量精度高，控制自动化程度高，特别在遥感领域，可以用于包括可见、红外、微波在内的遥感实验中对下垫面的测量。
1.轨道移动式多维测量平台，其特征在于它包括行走轨道(1)、多维测量平台塔架、垂直升降机构(8)、测量仪器安装平台(9)和配电及自动控制系统(13)，所述行走轨道(1)铺设在地面上，所述多维测量平台塔架包括下部塔架底座(2)、行走机构(3)、旋转机构(4)、上部塔架(5)、自动伸缩塔臂(6)和配重块(7)，所述下部塔架底座(2)的底部通过行走机构(3)在行走轨道(1)上移动，所述上部塔架(5)的底部通过旋转机构(4)安装在下部塔架底座(2)的顶部，所述自动伸缩塔臂(6)安装在上部塔架(5)的顶部，所述配重块(7)安装在自动伸缩塔臂(6)的尾部，所述垂直升降机构(8)的动力装置固定安装在自动伸缩塔臂(6)的头部，所述测量仪器安装平台(9)挂载在垂直升降机构(8)的升降钢绳末端，所述配电及自动控制系统(13)分别为行走机构(3)、旋转机构(4)、自动伸缩塔臂(6)和垂直升降机构(8)各执行器供电，并控制各执行器的执行动作；
所述旋转机构(4)通过中心旋转集电器(14)与配电及自动控制系统(13)电连接，且中心旋转集电器(14)安装在旋转机构(4)内；
所述垂直升降机构(8)由伺服电机、涡轮蜗杆减速器、转盘、定滑轮组件和钢丝绳组成，所述伺服电机、涡轮蜗杆减速器和定滑轮组件的支架分别固定安装在自动伸缩塔臂(6)的头部位置，所述涡轮蜗杆减速器与伺服电机传动相连，所述转盘与涡轮蜗杆减速器的动力输出轴传动相连，钢丝绳的一端与转盘相连，并分别绕在转盘和定滑轮组件的定滑轮上，所述测量仪器安装平台(9)挂载在钢丝绳的另一端；所述垂直升降机构(8)采用伺服电机通过蜗轮蜗杆减速器带动一根钢丝绳以单动滑轮的方式实现测量仪器安装平台(9)的垂直升降；
还设置有自收放卷线装置(10)和三根电缆(11)，所述自收放卷线装置(10)安装在测量仪器安装平台(9)上，所述三根电缆(11)通过中心旋转集电器(14)与配电及自动控制系统(13)电连接，并绕在自收放卷线装置(10)上；自收放卷线装置(10)主要包括线缆卷轴、连接在线缆卷轴上的驱动电机、电机驱动器，垂直升降机构(8)上升时，电机驱动器驱动电机转动，带动线缆卷轴将线缆收入转轴内，垂直升降机构(8)下降时，测量仪器安装平台(9)克服驱动电机的力矩，直接将线缆拉出卷轴。
2.根据权利要求1所述的轨道移动式多维测量平台，其特征在于所述配电及自动控制系统(13)分别通过无线传输模块控制行走机构(3)、旋转机构(4)、自动伸缩塔臂(6)和垂直升降机构(8)各执行器的执行动作。
3.根据权利要求2所述的轨道移动式多维测量平台，其特征在于所述无线传输模块是
4.根据权利要求1所述的轨道移动式多维测量平台，其特征在于所述配电及自动控制系统(13)安装在塔架底座(2)上。
5.根据权利要求1所述的轨道移动式多维测量平台，其特征在于所述轨道移动式多维测量平台的控制方法包括以下步骤：A.确定试验需求，规划试验关键位置信息、速度信息；
B.系统上电后，进行系统自检，对编码器和电机驱动机进行功能自检；如果系统自检通过，进入步骤C，如果没有自检通过，进行报警，退出试验；
C.对于离散固定点观测，需要确定行走机构(3)的水平方向平移位置信息x、旋转机构(4)的旋转角度信息y、垂直升降机构(8)的垂直方向高度位置信息z、自动伸缩塔臂(6)的塔臂距离信息t；每个固定观测点对应一个位置变量(xi，yi，zi，ti)，其中i表示固定观测点的标号；
D.将固定观测点的位置变量输入配电及自动控制系统(13)的控制程序中；
E.操作人员点击需要运动到的位置，控制程序根据该位置对应的位置变量，自动控制行走机构(3)、旋转机构(4)、垂直升降机构(8)、自动伸缩塔臂(6)各执行器的动作；
F.动作到位后，控制遥感仪器设备进行观测，完成该点的测量；
G.重复步骤E和步骤F，实现所有固定观测点的运动控制和测量。
轨道移动式多维测量平台及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及地面遥感仪器测量平台技术领域，具体涉及轨道移动式多维测量平台及其控制方法。
背景技术
[0002] 观测测量中搭载传感器的工具统称为测量平台。目前多维测量平台中，多角度观测平台的研究较多。例如在遥感领域，为了研究多角度遥感理论，瑞士苏黎世大学1999年开发了一种地面测量平台FIGOS，其优点为稳定、精度高、载重量大。缺点是测量高度（半径） SHAPE \* MERGEFORMAT 恒定、阴影大、不方便移动。
[0003] 专利号为ZL200910243719.7的发明专利提出了一种移动多角度观测平台及使用其的观测方法，包括：用于移动和支撑的三轮底盘；高度可调且用于支撑的倾斜主梁；长度可调的水平平面旋转大臂；长度可调的竖直平面旋转测量臂；伸出长度可调的参考板拖架，三轮底盘的底部设有轮子，倾斜主梁固定在该三轮底盘的上方，倾斜主梁通过上端的滚动轴承与旋转大臂实现转动连接，旋转大臂的下端采用轴承与测量臂一端实现转动连接，测量臂的一端有探头安装平台，固定有观测探头，参考板拖架用于固定参考板，与倾斜主梁通过旋转轴转动连接。该移动多角度观测平台有移动底盘，能够移动，全方位多角度对同一观测热点进行观测，并且传感器到观测热点的距离可调。但是该平台主要是应用于地物光谱仪的多角度观测，并且其观测半径有限。
发明内容
[0004] 本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供轨道移动式多维测量平台及其控制方法。
[0005] 本发明包括行走轨道、多维测量平台塔架、垂直升降机构、测量仪器安装平台和配电及自动控制系统，所述行走轨道铺设在地面上，所述多维测量平台塔架包括下部塔架底座、行走机构、旋转机构、上部塔架、自动伸缩塔臂和配重块，所述下部塔架底座的底部通过行走机构在行走轨道上移动，所述上部塔架的底部通过旋转机构安装在下部塔架底座的顶部，所述自动伸缩塔臂安装在上部塔架的顶部，所述配重块安装在自动伸缩塔臂的尾部，所述垂直升降机构的动力装置固定安装在自动伸缩塔臂的头部，所述测量仪器安装平台挂载在垂直升降机构的升降钢绳末端，所述配电及自动控制系统分别为行走机构、旋转机构、自动伸缩塔臂和垂直升降机构各执行器供电，并控制各执行器的执行动作。
[0006] 所述旋转机构通过中心旋转集电器与配电及自动控制系统电连接，且中心旋转集电器安装在旋转机构内。
[0007] 所述垂直升降机构由伺服电机、涡轮蜗杆减速器、转盘、定滑轮组件和钢丝绳组成，所述伺服电机、涡轮蜗杆减速器和定滑轮组件的支架分别固定安装在自动伸缩塔臂的头部位置，所述涡轮蜗杆减速器与伺服电机传动相连，所述转盘与涡轮蜗杆减速器的动力输出轴传动相连，钢丝绳的一端与转盘相连，并分别绕在转盘和定滑轮组件的定滑轮上，所述测量仪器安装平台挂载在钢丝绳的另一端。
[0008] 它还有自收放卷线装置和三根电缆，所述自收放卷线装置安装在测量仪器安装平台上，所述三根电缆通过中心旋转集电器与配电及自动控制系统电连接，并绕在自收放卷线装置上。
[0009] 所述配电及自动控制系统分别通过无线传输模块控制行走机构、旋转机构、自动伸缩塔臂和垂直升降机构各执行器的执行动作。
[0010] 所述无线传输模块是2.4GZigBee传输模块。
[0011] 所述配电及自动控制系统安装在塔架底座上。
[0012] 所述轨道移动式多维测量平台的控制方法包括以下步骤：
[0013] A.确定试验需求，规划试验关键位置信息、速度信息。
[0014] B.系统上电后，进行系统自检，对编码器和电机驱动机进行功能自检；如果系统自检通过，进入步骤C，如果没有自检通过，进行报警，退出试验；
[0015] C.对于离散固定点观测，需要确定行走机构的水平方向平移位置信息x、旋转机构的旋转角度信息y、垂直升降机构的垂直方向高度位置信息z、自动伸缩塔臂的塔臂距离信息t；每个固定观测点对应一个位置变量（xi，yi，zi，ti），其中i表示固定观测点的标号；
[0016] D.将固定观测点的位置变量输入配电及自动控制系统的控制程序中；
[0017] E.操作人员点击需要运动到的位置，控制程序根据该位置对应的位置变量，自动控制行走机构、旋转机构、垂直升降机构、自动伸缩塔臂各执行器的动作；
[0018] F.动作到位后，控制遥感仪器设备进行观测，完成该点的测量；
[0019] G.重复步骤E和步骤F，实现所有固定观测点的运动控制和测量。
[0020] 本发明具有以下优点：该轨道移动式多维测量平台测量精度高，控制自动化程度高，特别在遥感领域，可以用于包括可见、红外、微波在内的遥感实验中对下垫面的测量。另外，轨道式多维测量平台的显著优点是展臂长，可以在不破坏地表及其覆盖物的情况下做大范围区域的测量。另外，传统的塔吊旋转机构顶端的电源和信号所有线缆由中心孔下垂到下部的控制室，使得塔臂不可做连续360度旋转。当高塔不工作时，旋转臂没有制动，因风的原因，可以多圈连续转动，使得缆线扭结，产生隐患。本发明引入了中心旋转集电器进行电气连接。中心旋转集电器为大电流5极连续旋转集电器，可实现5路电器连接任意角度水平旋转时保持良好接触。从而使塔吊可以实现水平任意圈数旋转。各机构的控制均采用无线模式，选用2.4GZigBee传输模块实现。系统内通过统一的无线RS485模块相互连接，所有的变频器、测量模块、控制主机均通过此总线进行通信。ZigBee技术的抗干扰能力及通信自恢复能力，足以保障系统控制的安全可靠。摈弃了大把的连接线缆，避免塔吊测控中出现的线缆接触不良等问题。
附图说明
[0021] 图1是本发明结构示意图。
[0022] 图中：1、行走轨道；2、塔架底座；3、行走机构；4、旋转机构；5、上部塔架；6、自动伸缩塔臂；7、配重块；8、垂直升降机构；9、测量仪器安装平台；10、自收放卷线装置；11、三根电缆；13、配电及自动控制系统；14、中心旋转集电器。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0024] 如图1所示，本发明包括行走轨道1、多维测量平台塔架、垂直升降机构8、测量仪器安装平台9和配电及自动控制系统13，所述行走轨道1铺设在地面上，所述多维测量平台塔架包括下部塔架底座2、行走机构3、旋转机构4、上部塔架5、自动伸缩塔臂6和配重块7，所述下部塔架底座2的底部通过行走机构3在行走轨道1上移动，所述上部塔架5的底部通过旋转机构4安装在下部塔架底座2的顶部，所述自动伸缩塔臂6安装在上部塔架5的顶部，所述配重块7安装在自动伸缩塔臂6的尾部，所述垂直升降机构8的动力装置固定安装在自动伸缩塔臂6的头部，所述测量仪器安装平台9挂载在垂直升降机构8的升降钢绳末端，所述配电及自动控制系统13分别为行走机构3、旋转机构4、自动伸缩塔臂6和垂直升降机构8各执行器供电，并控制各执行器的执行动作。
[0025] 所述旋转机构4通过中心旋转集电器14与配电及自动控制系统13电连接，且中心旋转集电器14安装在旋转机构4内。
[0026] 所述垂直升降机构8由伺服电机、涡轮蜗杆减速器、转盘、定滑轮组件和钢丝绳组成，所述伺服电机、涡轮蜗杆减速器和定滑轮组件的支架分别固定安装在自动伸缩塔臂6的头部位置，所述涡轮蜗杆减速器与伺服电机传动相连，所述转盘与涡轮蜗杆减速器的动力输出轴传动相连，钢丝绳的一端与转盘相连，并分别绕在转盘和定滑轮组件的定滑轮上，所述测量仪器安装平台9挂载在钢丝绳的另一端；所述垂直升降结构8采用伺服电机通过蜗轮蜗杆减速器带动1根钢丝绳以单动滑轮的方式实现测量仪器安装平台9的垂直升降，单动滑轮结构相比单根钢丝绳的结构可以加大垂直升降机构8的负载能力并提高系统的刚性。
[0027] 它还有自收放卷线装置10和三根电缆11，所述自收放卷线装置10安装在测量仪器安装平台9上，所述三根电缆11通过中心旋转集电器14与配电及自动控制系统13电连接，并绕在自收放卷线装置10上。
[0028] 所述配电及自动控制系统13分别通过无线传输模块控制行走机构3、旋转机构4、自动伸缩塔臂6和垂直升降机构8各执行器的执行动作。
[0029] 所述无线传输模块是2.4GZigBee传输模块。
[0030] 所述配电及自动控制系统13安装在塔架底座2上。
[0031] 所述轨道移动式多维测量平台的控制方法包括以下步骤：
[0032] A.确定试验需求，规划试验关键位置信息、速度信息。
[0033] B.系统上电后，进行系统自检，对编码器和电机驱动机进行功能自检；如果系统自检通过，进入步骤C，如果没有自检通过，进行报警，退出试验；
[0034] C.对于离散固定点观测，需要确定行走机构3的水平方向平移位置信息x、旋转机构4的旋转角度信息y、垂直升降机构8的垂直方向高度位置信息z、自动伸缩塔臂6的塔臂距离信息t；每个固定观测点对应一个位置变量（xi，yi，zi，ti），其中i表示固定观测点的标号；
[0035] D.将固定观测点的位置变量输入配电及自动控制系统13的控制程序中；
[0036] E.操作人员点击需要运动到的位置，控制程序根据该位置对应的位置变量，自动控制行走机构3、旋转机构4、垂直升降机构8、自动伸缩塔臂6各执行器的动作；
[0037] F.动作到位后，控制遥感仪器设备进行观测，完成该点的测量；
[0038] G.重复步骤E和步骤F，实现所有固定观测点的运动控制和测量。
[0039] 工作原理：多维测量平台塔架通过行走机构3在行走轨道1上行走，自动伸缩塔臂6通过旋转机构4完成旋转动作，自动伸缩塔臂6的伸缩来调整垂直升降机构8和测量仪器安装平台9与上部塔架5的垂直距离，配电及自动控制系统13通过2.4GZigBee传输模块分别向行走机构3、旋转机构4、垂直升降机构8、自动伸缩塔臂6各执行器发出动作指令来[0040] 控制安装在测量仪器安装平台9上的测量仪器的三维位置；
[0041] 引入了旋转集电器进行电气连接。中心旋转集电器14为大电流5极连续旋转集电器，可实现5路电器连接任意角度水平旋转时保持良好接触。从而使上部塔架5可以实现水平任意圈数旋转。5极分别连接380v的3根相线和1根零线以及接地线。
[0042] 多数的遥感传感器工作时需要使用220V交流电。平台垂直方向上安装了自收放卷线装置10，该装置中有三根电缆11，其中2根给仪器设备提供220V交流电源，另外1根是地线。自收放卷线装置10固定于数字化垂直升降结构的最底端并与仪器架设平台固定在一起。自收放卷线装置主要包括线缆卷轴、连接在线缆卷轴上的驱动电机、电机驱动器。垂直升降机构8上升时，电机驱动器驱动电机转动，带动线缆卷轴将线缆收入转轴内。垂直升降机构8下降时，测量仪器安装平台9克服电机的力矩，直接将线缆拉出卷轴。
[0043] 各执行器的动作指令传输，均采用无线模式，选用2.4GZigBee传输模块实现。配电及自动控制系统13内通过统一的无线RS485模块相互连接，所有的变频器、测量模块、控制主机均通过此总线进行通信。ZigBee技术的抗干扰能力及通信自恢复能力，足以保障系统控制的安全可靠。摈弃了大把的连接线缆，避免塔吊测控中出现的线缆接触不良等问题。
[0044] 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同。的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
