Способ автоматического наведения телекамеры



Способ автоматического наведения телекамеры
Способ автоматического наведения телекамеры

 


Владельцы патента RU 2556441:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) (RU)

Изобретение относится к способам управления подвижными объектами и может быть использовано в системах управления угловым положением телекамеры и акустических средств подводных и летательных аппаратов. Техническим результатом является обеспечение автоматического наведения продольной оси телекамеры, установленной на подводном аппарате, на среднюю точку схвата манипулятора. Способ автоматического наведения телекамеры, установленной на подводном аппарате с возможностью изменения пространственной ориентации ее оптической оси относительно корпуса этого подводного аппарата и точки крепления к нему многозвенного манипулятора, в котором непрерывно определяют положение средней точки схвата манипулятора в связанной с ним системе координат, при этом на два привода, обеспечивающих угловые перемещения телекамеры по двум ее степеням подвижности, подают сигналы управления, пропорциональные угловому смещению вектора, совпадающего с оптической осью телекамеры и определяющего текущее положение средней точки схвата манипулятора относительно точки крепления телекамеры к подводному аппарату, от исходного положения оптической оси телекамеры, которые обеспечивают наведение оптической оси телекамеры на среднюю точку схвата манипулятора в процессе его работы, причем положение средней точки схвата манипулятора в пространстве определяется посредством аналитических выражений, определяющих решения обратной задачи кинематики для используемого манипулятора. 2 ил.

 

Изобретение относится к способам управления подвижными объектами и может быть использовано в системах управления угловым положением телекамеры и акустических средств подводных и летательных аппаратов.

Известна система управления телекамерой, обеспечивающая автоматическое наведение телекамеры, установленной на подводном аппарате с возможностью изменения пространственной ориентации ее оптической оси относительно корпуса этого подводного аппарата и точки крепления к нему многозвенного манипулятора (патент РФ 997544, МПК G05B 11/40, 2000).

Недостатком этой системы является то, что она не всегда обеспечивает качественное слежение за целью, особенно тогда, когда оптическая ось телекамеры составляет с горизонтом угол около 90°.

Известен также способ автоматического наведения телекамеры, установленной на подводном аппарате с возможностью изменения пространственной ориентации ее оптической оси относительно корпуса этого подводного аппарата и точки крепления к нему многозвенного манипулятора (патент РФ 2200971, МПК G05B 11/00, 2003).

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает непрерывного автоматического наведения продольной оси телекамеры, установленной на подводном аппарате, на среднюю точку схвата перемещающегося манипулятора, также установленного на подводном аппарате.

Задачей изобретения является обеспечение автоматического наведения продольной оси телекамеры, установленной на подводном аппарате, на среднюю точку схвата манипулятора, также установленного на подводном аппарате, в процессе его работы.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении угловых перемещений продольной оси телекамеры, установленной на подводном аппарате, в пространстве относительно продольной оси этого аппарата. При этом информация об угловых перемещениях телекамеры формируется на основе информации о положении в пространстве средней точки охвата манипулятора.

Поставленная задача решается тем, что способ автоматического наведения телекамеры, установленной на подводном аппарате с возможностью изменения пространственной ориентации ее оптической оси относительно корпуса этого подводного аппарата и точки крепления к нему многозвенного манипулятора, отличается тем, что непрерывно определяют положение средней точки схвата манипулятора, установленного на подводном аппарате, в связанной с ним системе координат, при этом на два привода, обеспечивающих угловые перемещения телекамеры по двум ее степеням подвижности, подают сигналы управления, пропорциональные угловому смещению вектора, совпадающего с оптической осью телекамеры и определяющего текущее положение средней точки схвата манипулятора относительно точки крепления телекамеры к подводному аппарату, от исходного положения оптической оси телекамеры, которые обеспечивают наведение оптической оси телекамеры на среднюю точку схвата манипулятора в процессе его работы, причем положение средней точки схвата манипулятора в пространстве определяется посредством аналитических выражений, определяющих решения обратной задачи кинематики для используемого манипулятора.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого способа с признаками аналогов и прототипа свидетельствует о соответствии этого способа критерию "новизна".

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак, указывающий, что «непрерывно определяют положение средней точки схвата манипулятора, установленного на подводном аппарате, в связанной с ним системе координат» позволяет получать информацию о текущем положении в пространстве средней точки А схвата манипулятора.

Признаки «…на два привода, обеспечивающих угловые перемещения телекамеры по двум ее степеням подвижности, подают сигналы управления, пропорциональные угловому смещению вектора, совпадающего с оптической осью телекамеры и определяющего текущее положение средней точки схвата манипулятора относительно точки крепления телекамеры к подводному аппарату, от исходного положения оптической оси телекамеры, которые обеспечивают наведение оптической оси телекамеры на среднюю точку схвата манипулятора в процессе его работы…» позволяют реализовать программные сигналы управления, подаваемые на входы соответствующих следящих приводов поворотной телекамеры.

Признаки, указывающие, что «положение средней точки схвата манипулятора в пространстве определяется посредством аналитических выражений, определяющих решения обратной задачи кинематики для используемого манипулятора» позволяют сформировать программные сигналы управления, обеспечивающие перемещение телекамеры в текущее положение, тем самым обеспечивая наведение продольной оси этой телекамеры на среднюю точку А схвата манипулятора.

Заявленный способ осуществляют с помощью системы автоматического наведения телекамеры, которое иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 схематически показан подводный аппарат 1, а также закрепленные на нем в точке O поворотная телекамера 2 в исходном положении, имеющая две степени подвижности, и в точке C - многозвенный манипулятор 3; а на фиг.2 дана схема одного канала управления одним из двух движителей поворотной телекамеры 2, который обеспечивает ее угловое перемещение в одном из двух ее шарниров.

Кроме того, на чертежах показаны телекамера 4, наведенная на среднюю точку A схвата манипулятора 3 во время его перемещения; блок 5 решения прямой задачи кинематики манипулятора 3; блок 6 формирования сигналов перемещения телекамеры 4 в двух ее шарнирах на углы φ и ψ; элемент 7 сравнения; корректирующее устройство 8; усилитель 9; двигатель 10 одной из двух степеней подвижности телекамеры; поворотный шарнир 11 соответствующей степени подвижности телекамеры; датчик 12 поворота в рассматриваемой степени подвижности телекамеры; линия 13 отрицательной обратной связи; X, Y и Z - оси связанной с подводным аппаратом 1 правой прямоугольной системы координат (СК) XYZ, начало которой совпадает с точкой O, а ось Y - с продольной осью этого подводного аппарата; K=[x, y, z]∈R3 - вектор, определяющий положение средней точки A схвата манипулятора 3 в СК XYZ; φ - угол между осью Y и проекцией вектора K, совпадающего с продольной осью телекамеры 4, на плоскость YZ; ψ - угол между вектором K и его проекцией на плоскость XY; εφ - текущая ошибка управления приводом поворотной телекамеры, управляющим углом φ; q1-qn - обобщенные координаты манипулятора; n - число степеней подвижности манипулятора.

Следует отметить, что при работе с подводным манипулятором 3 требуется отслеживать перемещения его схвата с помощью телекамеры 4. Отслеживание в ручном режиме неудобно, снижает скорость выполнения работ, оказывает дополнительную нагрузку на оператора и проводит к его большей утомляемости.

В результате возникает необходимость автоматического перемещения телекамеры 4 при работе манипулятора 3, которое должно обеспечивать постоянную ориентацию ее продольной оси на среднюю точку A схвата манипулятора 3. Это перемещение осуществляется на основе информации о текущем положении в пространстве средней точки A схвата манипулятора 3.

Заявленный способ реализуют следующим образом. От всех степеней подвижности работающего манипулятора 3 на блок 5 поступают сигналы q1-qn, и он начинает формировать сигналы x, y и z, с помощью которых блок 6 начинает формировать программные сигналы управления φ и ψ, поступающие на входы соответствующих следящих приводов поворотной телекамеры 4. На выходах элементов 7 сравнения этих следящих приводов формируются соответствующие ошибки εφ и εψ слежения, которые после коррекции в блоках 8, усиливаясь усилителями 9, поступают на входы двигателей 10, обеспечивая перемещения в соответствующих шарнирах 11 поворотной телекамеры 4, которые измеряются датчиками 12 и обеспечивают перемещение телекамеры 4 в текущее положение, тем самым обеспечивая наведение продольной оси этой телекамеры на среднюю точку А охвата манипулятора 3.

Очевидно, что реализация предложенного способа автоматического наведения телекамеры на среднюю точку A охвата подводного манипулятора 3 не вызывает принципиальных затруднений, поскольку блоки 5 и 6 реализуются на типовых контроллерах, использующих типовые вычислительные алгоритмы, реализуемые в реальном масштабе времени, а элементы 7-10 и 12 являются также типовыми.

Способ автоматического наведения телекамеры, установленной на подводном аппарате с возможностью изменения пространственной ориентации ее оптической оси относительно корпуса этого подводного аппарата и точки крепления к нему многозвенного манипулятора, отличающийся тем, что непрерывно определяют положение средней точки схвата манипулятора, установленного на подводном аппарате, в связанной с ним системе координат, при этом на два привода, обеспечивающих угловые перемещения телекамеры по двум ее степеням подвижности, подают сигналы управления, пропорциональные угловому смещению вектора, совпадающего с оптической осью телекамеры и определяющего текущее положение средней точки схвата манипулятора относительно точки крепления телекамеры к подводному аппарату, от исходного положения оптической оси телекамеры, которые обеспечивают наведение оптической оси телекамеры на среднюю точку схвата манипулятора в процессе его работы, причем положение средней точки схвата манипулятора в пространстве определяется посредством аналитических выражений, определяющих решения обратной задачи кинематики для используемого манипулятора.



 

Похожие патенты:

Устройство для автоматической регулировки жидкости по максимальному ее расходу относится к контрольно-измерительной технике. Устройство может иметь широкое применение, например может быть использовано для регулировки подачи бензина в двигатель внутреннего сгорания, для регулировки расхода сброса воды из водохранилищ для орошения полей, на очистительных сооружениях нефтебаз и т.п.

Изобретение относится к области управления непрерывными технологическими процессами, в частности инерционными объектами с помощью вычислительных технических средств, и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области электронной техники и автоматики и может найти применение в различных системах управления для формирования импульсных команд управления исполнительными элементами командной матрицы.

Изобретение относится к методике компенсации дрожания изображения вследствие дрожания рук и т.п. для предотвращения ухудшения изображения.

Изобретение относится к устройствам автоматики и может найти применение в устройствах управления ракетно-космической техники (РКТ). Техническим результатом является обеспечение формирования в любой момент времени только одной команды, контролируя при этом собственную работоспособность формирователя.

Изобретение относится к системе и способу для оптимизации технологического процесса для электростанции, в частности к оптимизации планирования нагрузки в электростанции посредством использования адаптивных ограничений.

Изобретение относится к способу управления передачами безбатарейного устройства (1), работающего в беспроводной сети. Техническим результатом является повышение эффективности экономии энергии.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для высокоточного автоматического регулирования движения осей оптических телескопов и лидарных станций обнаружения и сопровождения космических объектов.

Устройство относится к области средств автоматизации и может использоваться в системах управления технологическими процессами и объектами в химической промышленности, теплотехнике, энергетике.

Изобретение относится к области осветительных систем. .

Изобретение относится к области гидрооптики и гидроакустики и может быть использовано для обнаружения и обследования подводных объектов гидрооптическими и гидроакустическими средствами.

Изобретение относится к области электронной техники и автоматики и может быть использовано для формирования импульсов команд управления исполнительными элементами. Техническим результатом является повышение надежности устройства многоканального командного аппарата с электронной коммутацией за счет обеспечения контроля прохождения команд управления на входы ключей. Технический результат достигается за счет того, что в многоканальный командный аппарат с электронной коммутацией, содержащий контроллер интерфейсов 1, блок дешифраторов 2, блок формирования команд 3, блок ключей 4, формирователь импульсов сброса 6 и блок шинных формирователей 7, при этом в блок дешифраторов 2 введен дешифратор команд, блок формирования команд 3 выполнен на JK-триггерах, каждый из которых содержит вход синхронизации, J и K входы, вход сброса и управляющий выход. 1 ил.

Изобретение относится к электронной технике и автоматике и может использоваться в цифровых и аналоговых автоматических системах управления, регулирования и стабилизации различных физических величин (температуры, давления, производительности, скорости и т.д.) с обратной связью, применяемых в различных отраслях промышленности и в научных исследованиях для управления объектами управления, склонными к колебаниям. Система управления с обратной связью содержит объект управления, вычитающее устройство, регулятор, суммирующее устройство и устройство оценки внешних сигналов, являющееся формирователем короткого корректирующего импульса, а также необходимые связи между элементами. Изобретение решает задачу повышения динамической точности при управлении объектами управления, склонными к колебаниям. 4 ил.

Изобретение относится к области управления сложными объектами, которые не удается представить математической моделью в виде систем линейных дифференциальных уравнений, и быстродействующими технологическими процессами и касается нефтехимической, машиностроительной и нефтеперерабатывающей промышленностей. Технический результат - повышение быстродействия и точности управления. Адаптивный интеллектуальный логический регулятор, работающий в условиях нечетко заданной информации, состоит из фаззификатора, блока логического вывода, дефаззификатора, исполнительного органа, объекта управления, датчика обратной связи, ПИД-регулятора, сумматора, блока базы правил подстройки коэффициентов ПИД-регулятора, блока адаптации коэффициентов ПИД-регулятора и блока идентификации технологического процесса. 3 ил.

Использование: изобретение относится к универсальным автоматизированным системам управления приводами, преимущественно приводом азимутального вращения антенны со стабилизацией опорной платформы антенного поста корабельной радиолокационной станции. Сущность: в устройство управления приводами, содержащее канал отработки показаний датчика углового положения медленно вращающейся антенны (МВА), включающий последовательно соединенные блок определения ошибки, блок пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора и блок формирования выходных сигналов управления двигателем, дополнительно введены генератор сетки частот, блок начальных установок, к первому и второму выходам которого подключены соответственно вход генератора сетки частот и вход блока аппроксимации углового положения быстро вращающейся антенны (БВА), выход которого соединен с первым входом блока управления и ввода-вывода, второй вход которого соединен с выходом блока автоматического выбора навигационного канала, а выход по сигналу заданного углового положения антенны соединен со вторым входом блока определения ошибки, кроме этого, в канал отработки показаний датчика углового положения МВА введены блок возбуждения датчика угла и последовательно соединенные блок входных цепей, блок преобразователя фаза-амплитуда и блок преобразователя амплитуда-код, выход которого соединен с первым входом блока определения ошибки, при этом блок входных цепей выполнен с возможностью аналого-цифрового преобразования как напряжений, так и токовых сигналов в зависимости от типа датчика углового положения антенны, подключаемого ко входу блока входных цепей, а блок преобразователя фаза-амплитуда выполнен с возможностью как преобразования фазы выходных сигналов блока входных цепей, так и непосредственной трансляции их на входы блока преобразователя амплитуда-код, входы начальной установки блока входных цепей, и блока преобразователя фаза-амплитуда соединены с третьим выходом блока начальных установок, к первому выходу генератора сетки частот подключены тактовые входы блока возбуждения датчика угла и блока входных цепей, ко второму выходу подключен тактовый вход блока преобразователя амплитуда-код, к третьему и четвертому выходам подключены соответствующие тактовые входы блока аппроксимации углового положения БВА, а к пятому выходу - тактовый вход блока автоматического выбора навигационного канала, выход блока преобразователя амплитуда-код, на котором формируется код текущего углового положения МВА, соединен также с третьим входом блока управления и ввода-вывода, четвертый вход-выход которого предназначен для подключения канала связи с пультом управления радиолокационной станции. Технический результат: повышение надежности, точности регулировки скорости вращения и остановки антенны в заданный угол с обеспечением стабилизации опорной платформы по крену и дифференту. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх