專利名稱：陀螺定向穩(wěn)定平臺的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種陀螺定向穩(wěn)定平臺，特別是安裝在運動載體如船舶，車輛和飛行器上，為衛(wèi)星電視天線，衛(wèi)星通訊天線，氣象云圖接收天線，觀測攝影儀器等要求瞄準或跟蹤的設備所提供的二自由度陀螺穩(wěn)定平臺。
現(xiàn)有的穩(wěn)定平臺，大致上可以分為被動式(無源)平臺和主動式(有源)平臺兩類。典型的被動式平臺見中國實用新型專利ZL94218035.6，美國專利US4020491,US893123和US4442435等。其工作原理都是利用陀螺的定向性，直接靠陀螺力矩穩(wěn)定平臺的姿態(tài)。例如在ZL94218035.6中，利用陀螺穩(wěn)定平臺上旋轉(zhuǎn)的飛輪所形成的陀螺力矩與干擾力矩相反，維持天線裝置原水平姿態(tài)。典型的主動式平臺見美國專利US5922039,US5227806和US4156241等。在US5922039中，於運動載體上按一定規(guī)律排列多個傾斜儀(Inclinometer)和加速度計。這些傳感器能輸出反映運動載體姿態(tài)及其變化率的信號，經(jīng)微處理器解算后，求出當?shù)刂亓Υ咕€方向。將平臺的法線方向與重力垂線方向比較，求出偏差值，用以控制驅(qū)動裝置，將平臺法線調(diào)整到與重力垂線一致，從而實現(xiàn)對平臺的穩(wěn)定。
上述被動式平臺的主要缺點，一是當平臺負荷較大時，要求陀螺有足夠大的角動量矩。這意味著陀螺須增大轉(zhuǎn)動慣量，提高轉(zhuǎn)速，導致運行時震動和噪聲大，陀螺壽命短；二是陀螺對平臺施加穩(wěn)定力矩的同時，其自身也承受相等的反力矩，這不可避免地使陀螺產(chǎn)生進動漂移，破壞平臺的穩(wěn)定性；三是當陀螺不開動時平臺失去穩(wěn)定力矩，成為自由懸垂擺，當運動載體顛簸時，平臺易受撞擊損壞。
上述主動式平臺的主要缺點是，利用傾斜儀和加速度計的輸出信號，間接求取重力垂線的方法比較復雜，座標轉(zhuǎn)換等計算環(huán)節(jié)易導入誤差，而且成本較高。
本發(fā)明目的在于解決上述被動式平臺和主動式平臺存在的缺點，而提供一種以陀螺為定向基準，精度高，體積小，成本低的新型陀螺定向穩(wěn)定平臺。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的它由支承在平臺萬向架上的平臺，支承在陀螺萬向架上的陀螺，轉(zhuǎn)角傳感器，驅(qū)動裝置，信號處理裝置，漂移修正裝置等組成。當運動載體如船舶等產(chǎn)生俯仰(Pitch)和滾轉(zhuǎn)(Roll)，導致平臺傾斜時，懸掛在陀螺萬向架內(nèi)的自由陀螺，仍保持自轉(zhuǎn)軸指向不變。用傳感器測出平臺法線相對于陀螺自轉(zhuǎn)軸的平行度偏差，經(jīng)處理后作為控制信號，通過驅(qū)動裝置實時控制平臺的兩個自由度，使平臺法線始終與作為垂直基準的陀螺自轉(zhuǎn)軸平行，從而保持平臺的姿態(tài)不變。
和被動式平臺相比，本發(fā)明中的陀螺只作為垂直基準，完全工作于無負荷狀態(tài)。陀螺尺寸小，解決了震動和噪聲問題，也延長了壽命。當陀螺不承受平臺施加的反力矩時，其進動就只受陀螺萬向架軸承摩擦力矩的微小影響，漂移小且能定量測定。用本發(fā)明中的漂移修正裝置，可實現(xiàn)對陀螺漂移的定向修正。在本發(fā)明中平臺通過驅(qū)動裝置與運動載體連接，全部自由度都受控制。即使平臺不工作時，平臺與運動載體間也有驅(qū)動裝置耦合，不會因自由擺動而意外受損。和主動式平臺相比，本發(fā)明不是通過計算傾斜儀和加速度計的輸出信號，間接求取平臺偏差。而是利用陀螺和傳感器，直接測量平臺法線相對于陀螺自轉(zhuǎn)軸的平行度偏差，既簡單又精確，因此成本低。這樣本發(fā)明就解決了現(xiàn)有技術(shù)所存在的主要缺點。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本發(fā)明進一步詳細說明。


圖1是本發(fā)明的第一種實施方式的示意透視圖。
圖2是圖1所示第一種實施方式的沿Y軸縱剖面圖。
圖3是圖1所示第一種實施方式的沿X軸橫剖面圖。
圖4是本發(fā)明的第二種實施方式的示意透視圖。
圖5是圖4所示第二種實施方式的沿Y軸縱剖面圖。
圖6是圖4所示第二種實施方式的沿X軸橫剖面圖。
圖7是本發(fā)明的第四種實施方式的示意透視圖。
圖8是本發(fā)明的第五種實施方式的示意透視圖為了敘述的方便，先為平臺系統(tǒng)設定一個坐標系X軸和Y軸在水平面內(nèi)，z軸垂直向上。Y軸向前，與運動載體的縱軸(即搖滾軸)平行。X軸向右，與運動載體的俯仰軸平行。坐標系原點與平臺萬向架的中點重合。
本發(fā)明的第一種實施方式，請參看圖1，圖2及圖3。平臺10的上平面裝有工作負載，如天線及其瞄準跟蹤系統(tǒng)等(未示出)。為保證天線等設備的正常工作，要求穩(wěn)定平臺10的姿態(tài)。平臺10通過從延伸出的平臺支架42,43上的耳軸28,29(這些都可視為平臺10本身)，用軸承30,31支承在懸架16上。懸架16也有兩個耳軸17,18，支承在U形支架21的兩個軸承19,20內(nèi)。懸架16上的兩個耳軸17,18的共同軸心線，與兩個軸承30,31的共同軸心線在同一平面內(nèi)，而且垂直相交。因此以平臺10和懸架16為主，構(gòu)成平臺萬向架46。平臺10在平臺萬向架46中，可做二自由度的受控旋轉(zhuǎn)。即平臺10繞X軸的轉(zhuǎn)角，受懸架16上的X軸驅(qū)動裝置32控制，而平臺10繞Y軸的轉(zhuǎn)角，受U形支架21上的Y軸驅(qū)動裝置24控制。
作垂直基準的陀螺1是自由陀螺，它由電機2及飛輪3組成。從電機2的殼體上伸出兩個耳軸4,5，分別支承在內(nèi)環(huán)26的軸承6,7內(nèi)。內(nèi)環(huán)26的兩個耳軸12,13，則支承在平臺10的兩個軸承14,15內(nèi)。因此陀螺1被支承在由電機2的殼體和內(nèi)環(huán)26所構(gòu)成的陀螺萬向架25上。耳軸4,5的共同軸心線是陀螺萬向架25的內(nèi)轉(zhuǎn)軸49，耳軸12,13的共同軸心線是陀螺萬向架25的外轉(zhuǎn)軸50。內(nèi)轉(zhuǎn)軸49，外轉(zhuǎn)軸50和陀螺1的自轉(zhuǎn)軸11,三者相互垂直并相交于一點。陀螺萬向架25通過外轉(zhuǎn)軸50懸掛在平臺10上，其兩條回轉(zhuǎn)軸與平臺萬向架46的兩條回轉(zhuǎn)軸平行。
平臺10以及上面所裝的全部工作負載，其共同重心恰好落在平臺萬向架46兩自由度轉(zhuǎn)軸的交點上，即平臺10為隨遇平衡，以保證驅(qū)動功率最小。
陀螺1的重心位于陀螺萬向架25兩自由度轉(zhuǎn)軸的交點下方稍低處，這樣設置可保證陀螺1不工作時，其自轉(zhuǎn)軸11由于重力矩而自動處于垂直指向。
當陀螺1工作時，電機2和飛輪3高速旋轉(zhuǎn)，對于不受外力矩干擾的自由陀螺，其角動量矩保持不變，因此無論運動載體如何顛簸，陀螺1的自轉(zhuǎn)軸11始終保持垂直。而平臺10則隨運動載體的顛簸，會產(chǎn)生繞X軸的俯仰和繞Y軸的滾轉(zhuǎn)，于是平臺10的法線不再平行于作為垂直基準的自轉(zhuǎn)軸11。平臺10的法線與自轉(zhuǎn)軸11的相對轉(zhuǎn)角可用傳感器測出。例如圖1，圖2及圖3本發(fā)明的第一種實施方式中，在陀螺1的耳軸5和內(nèi)環(huán)26之間安裝轉(zhuǎn)角傳感器8，其輸出+x,-x可反映平臺10相對于陀螺1繞X軸的轉(zhuǎn)角。相似地內(nèi)環(huán)26的耳軸13和平臺10之間安裝的轉(zhuǎn)角傳感器9，其輸出+y,-y可反映平臺10相對于陀螺1繞Y軸的轉(zhuǎn)角。因此只要平臺10相對于陀螺1產(chǎn)生傾斜，轉(zhuǎn)角傳感器8,9將輸出+x,-x和+y,-y的誤差信號。此信號送到穩(wěn)定信號處理裝置47,48，經(jīng)處理后通過X軸驅(qū)動裝置32和Y軸驅(qū)動裝置24，就可實時控制平臺10的兩個自由度，使平臺10向減小誤差的方向回歸，直至平臺10的法線又重新回到與自轉(zhuǎn)軸11平行。此動態(tài)過程反復進行，即使運動載體不斷顛簸，但平臺10能抵消顛簸的影響，始終保持其水平姿態(tài)不變。本發(fā)明采用的轉(zhuǎn)角傳感器，可以是電位器，編碼器，同步發(fā)送器或其它可以測出相對轉(zhuǎn)角的傳感器。本發(fā)明采用的驅(qū)動裝置，則可由驅(qū)動元件如各類電機，自整角機或電磁鐵配以傳動或減速機構(gòu)組成。
上述穩(wěn)定過程，是假定陀螺1不發(fā)生漂移。在短期內(nèi)陀螺1的漂移是可以忽略的，但長久來說漂移會不斷積累。如果陀螺1發(fā)生漂移，平臺10將一直追隨陀螺1而偏離水平面越來越遠，因此必須對陀螺1的漂移自動進行修正。
作為一般用途的穩(wěn)定平臺，只需平臺的姿態(tài)保持穩(wěn)定，并基本上平行于重力水平面即可。運動載體如船舶等，雖然不斷受到滾轉(zhuǎn)和俯仰等擾動，從短期看顯得雜亂無章，但作稍長時間的考查，其擾動有穩(wěn)定的平均值。例如船舶甲板的平均位姿，從長期來看基本上保持與重力水平面平行。在本發(fā)明中，利用陀螺的定向性，消除運動載體的短周期擾動，保持平臺穩(wěn)定的方法已如上述。下面將說明本發(fā)明中，如何參考運動載體長周期的平均位姿信號，自動修正陀螺進動漂移的方法。
在US4020491,US4582291和US3893123等現(xiàn)有技術(shù)中，公開了用重力或彈簧力來修正立式陀螺漂移的方法。即當陀螺因漂移而傾斜時，由重力或彈簧力產(chǎn)生一個與漂移方向相反的恢復力矩。但根據(jù)陀螺進動原理，對陀螺施加的恢復力矩，并不能使陀螺的自轉(zhuǎn)軸，在施加恢復力矩的平面內(nèi)返回。相反陀螺會繞與自轉(zhuǎn)軸和力矩軸垂直的第三軸轉(zhuǎn)動，結(jié)果使陀螺的自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)出一個圓錐面?？梢姾唵蔚赜弥亓驈椈闪?，不可能完全修正陀螺漂移(使圓錐頂角為0)，而只能將漂移限制在一定范圍之內(nèi)。本發(fā)明中首先測出漂移的方向和大小，再根據(jù)陀螺進動方向與外力矩垂直的原理，將進動修正裝置設在其所施力矩，能使陀螺的自轉(zhuǎn)軸正確地向待修正的方向進動的位置，因此可以把漂移修正到最小。
仍由圖1，圖2及圖3，在平臺10的耳軸29和懸架16之間，安裝轉(zhuǎn)角傳感器44，以測定平臺10繞X軸漂移的平均轉(zhuǎn)角。類似地在懸架16的耳軸18和U形支架21之間，安裝轉(zhuǎn)角傳感器45，以測定平臺10繞Y軸漂移的平均轉(zhuǎn)角。先把平臺10調(diào)到與底板23平行，此時把轉(zhuǎn)角傳感器44,45都調(diào)到中點，即輸出為0。如前所述，已知船舶甲板的平均位姿與重力水平面平行，故此時平臺10也和重力水平面平行。當運動載體顛簸時，底板隨運動載體晃動，但平臺10卻被作為垂直基準的陀螺1繼續(xù)維持住與重力水平面平行。分析其穩(wěn)定過程，實際上是X軸驅(qū)動裝置32和Y軸驅(qū)動裝置24，不斷地按照轉(zhuǎn)角傳感器8,9測出的誤差信號+x,-x和+y,-y，朝與運動載體顛簸相反的方向?qū)崟r調(diào)整平臺10，使之來回擺動，在動態(tài)中保持平臺10的水平姿態(tài)不變，已如上述。在此調(diào)整過程中，平臺10繞X軸和懸架16繞Y軸擺動的轉(zhuǎn)角+x*,-x*和+y*,-y*，也被轉(zhuǎn)角傳感器44,45連續(xù)探測出來。將這串輸出信號+x*,-x*和+y*,-y*，分別送到漂移信號處理裝置33,34中求平均值ΔX*和ΔY*，可找出平臺10和懸架16擺動的中點。如果陀螺1不漂移，其自轉(zhuǎn)軸11始終與重力垂線重合，則平臺10永遠水平。此時+x*,-x*和+y*,-y*的平均值ΔX*和ΔY*均為0。如果陀螺1發(fā)生漂移，平臺10必然隨之傾斜，導致平臺10的平均位姿偏離重力水平面。其結(jié)果是這一連串+x*,-x*和+y*,-y*誤差信號，會反映出平臺10的平均位姿已固定地向某方向傾斜。即平臺10和懸架16擺動的中點，偏離了轉(zhuǎn)角傳感器44,45的0點。此時漂移信號處理裝置33,34中，對+x*,-x*和+y*,-y*計算出的平均值ΔX*和ΔY*不再為0。把ΔY*和ΔX*作為漂移修正控制量，分別送到X軸漂移修正裝置41和Y軸漂移修正裝置38中，可使自轉(zhuǎn)軸11重新回到與重力垂線相重合。這樣就實現(xiàn)了利用運動載體長周期的平均位姿作為參照物，修正陀螺1的進動漂移。
安裝在耳軸29附近的X軸漂移修正裝置41，由固定在平臺支架43上的電磁鐵37，和固定在內(nèi)環(huán)26上的永久磁鐵36組成，它可以對內(nèi)環(huán)26繞Y軸施加一個回轉(zhuǎn)力矩。如前所述，根據(jù)陀螺儀進動原理，當陀螺1受到繞Y軸的外力矩時，自轉(zhuǎn)軸11不是繞Y軸而是繞X軸進動。繞X進動的方向，取決于陀螺1的自轉(zhuǎn)方向和外力矩方向。如果陀螺1自轉(zhuǎn)方向已定，則自轉(zhuǎn)軸11的進動方向，只取決于外力矩方向。因此只需改變電磁鐵37的電流大小和方向，就可有效地修正陀螺1繞X軸的漂移。類似地Y軸漂移修正裝置38，由固定在電機2殼體上的永久磁鐵40，和固定在內(nèi)環(huán)26上的電磁鐵39組成，它可以對陀螺1繞X軸施加一個回轉(zhuǎn)力矩，以修正陀螺1繞Y軸方向的漂移。對X軸漂移修正裝置41和Y軸漂移修正裝置38的控制，采取脈沖式的瞬時工作方式，以保證在脈沖空閑時間，陀螺1不承受電磁鐵所加外力矩的干擾。
本發(fā)明的第二種實施方式見圖4，圖5及圖6。在第二種實施方式中，改用二維的位置敏感器件如面陣CCD和PSD等。以PSD位置敏感二極管(Position Sensitive Diode，也叫四象限二極管)為例，如果一個光點投射到PSD的中點，則其輸出端+x,-x,+y,-y皆為0。如果光點投射到位置敏感二極管的第二象限，則輸出-x和+y信號。x和y信號的絕對值大小，與光點距敏感面上x軸和y軸的距離成正比。在圖4，圖5和圖6中，示出第二種實施方式中采用的PSD位置敏感二極管9′，但并未示出沿陀螺1自轉(zhuǎn)軸11投射到位置敏感二極管9′的光點，此光點位置應在自轉(zhuǎn)軸11與位置敏感二極管9′的交點處。由此可見，當平臺10的法線與作為垂直基準的螺陀1的自轉(zhuǎn)軸11平行時，把位置敏感二極管9′固定在平臺10上，且令光點與位置敏感二極管9′的中心重合。同時令位置敏感二極管9′的x軸與平臺系統(tǒng)的Y軸平行，而y軸與平臺系統(tǒng)的X軸平行。這樣設置后位置敏感二極管9′，就可輸出正比于平臺10繞X軸和Y軸轉(zhuǎn)動的誤差信號+x,-x和+y,-y。將此誤差信號送到穩(wěn)定信號處理裝置47和48，經(jīng)處理后得到控制信號ΔX和ΔY，用以分別控制X軸驅(qū)動裝置32和Y軸驅(qū)動裝置24，就可實時控制平臺10的傾斜?？梢娪靡粋€位置敏感二極管9′，可取代第一種實施方式中的兩個轉(zhuǎn)角傳感器8,9而保持功能不變。
仍由圖4，圖5及圖6，U形支架21固定在底板23上。另一個位置敏感二極管44′，通過U形支架21也固定在底板23上。當螺陀1的自轉(zhuǎn)軸11垂直于底板23時，使位置敏感二極管44′的中心，與自轉(zhuǎn)軸11重合，并使位置敏感二極管44′的x*軸與y*軸，分別與平臺系統(tǒng)的Y軸與X軸平行。由于和底板23連接在一起的位置敏感二極管44′，不斷隨運動載體晃動，而作為垂直基準的陀螺1的自轉(zhuǎn)軸11則穩(wěn)定不動，因此沿自轉(zhuǎn)軸11方向射出的另一光點(未示出)，在位置敏感二極管44′上畫出晃動的軌跡，可求出軌跡的平均中心。從長期來看，軌跡的平均中心由于陀螺1的漂移，會逐漸偏離位置敏感二極管44′的中心。其偏離的大小和方向，反映在位置敏感二極管44′被光點照射時輸出的一連串+x*,-x*,+y*,-y*信號中。將這一連串+x*,-x*,+y*,-y*誤差信號，在漂移信號處理裝置33和34中取平均值ΔX*和ΔY*，作為漂移修正控制量，分別送到Y(jié)軸漂移修正裝置38′和X軸漂移修正裝置41′中，使陀螺1的自轉(zhuǎn)軸11，在位置敏感二極管44′上所畫軌跡的平均中心，重新回到與位置敏感二極管44′的中心重合，這樣就實現(xiàn)了利用運動載體長周期的平均位姿作為參照物，修正陀螺1的進動漂移，保證自轉(zhuǎn)軸11始終是正確的垂直基準。由此可見，用一個位置敏感二極管44′，可以取代第一種實施方式中的兩個轉(zhuǎn)角傳感器44,45而保持功能不變。
在第二種實施方式中，修正陀螺1漂移的X軸漂移修正裝置41′和Y軸漂移修正裝置38′，由電動機配以傳動機構(gòu)組成，能對內(nèi)環(huán)26和電機2施加修正力矩，從而消除漂移。由圖4，圖5及圖6可見，在第二種實施方式中位置敏感二極管44′輸出的陀螺1漂移誤差信號+x*,-x*和+y*,-y*，經(jīng)漂移信號處理裝置33和34取平均值后，分別向X軸漂移修正裝置41′和Y軸漂移修正裝置38′，發(fā)送控制信號ΔY*和ΔX*。X軸漂移修正裝置41′和Y軸漂移修正裝置38′，也是采用瞬時施力的間歇工作模式。當陀螺1的漂移在允許范圍內(nèi)時，X軸漂移修正裝置41′和Y軸漂移修正裝置38′中的電機完全斷電，使陀螺1盡量處於不受外力矩干擾的自由狀態(tài)。
本發(fā)明的第三種實施方式(無圖)是，取消前兩種實施方式中測定陀螺漂移的轉(zhuǎn)角傳感器44,45或位置敏感二極管44′，但X軸驅(qū)動裝置32和Y軸驅(qū)動裝置24，須采用類似步進電機或有碼盤可以記憶轉(zhuǎn)角的驅(qū)動裝置。以步進電機為例，利用它可以記憶轉(zhuǎn)角的特性，將從穩(wěn)定信號處理裝置47,48，發(fā)向X軸驅(qū)動裝置32和Y軸驅(qū)動裝置24，用以驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)的脈沖串ΔX和ΔY，也用相應的正反向可逆計數(shù)器進行累計，以檢測懸架16和平臺10的平均位置，是否逐漸偏離0點。偏差信號+x*,-x*和+y*,-y*在計數(shù)器中的累加值ΔX*和ΔY*，反映了陀螺的漂移。經(jīng)處理后分別發(fā)送到Y(jié)軸漂移修正裝置38或38′和X軸漂移修正裝置41或41′，也可對陀螺1的漂移進行修正。
本發(fā)明的第四種實施方式見圖7，圖中的數(shù)字編號，與前面附圖中意義相同。平臺10仍然支持在平臺萬向架46內(nèi)，可做二自由度的受控回轉(zhuǎn)。即平臺10繞X軸及Y軸的回轉(zhuǎn)受X軸驅(qū)動裝置32及Y軸驅(qū)動裝置24的控制。不同的是平臺萬向架46由框架式改為萬向十字聯(lián)軸節(jié)式。它主要由十字形的懸架16，U形支架21和平臺10構(gòu)成。懸架16有兩對互相垂直相交的軸頸，分別支承在U形支架21和平臺支架42,43相應的孔內(nèi)。U形支架21通過立柱22，和底板23固結(jié)在一起，共同支撐著平臺系統(tǒng)。為了調(diào)整平衡，在平臺支架42,43下端裝有重錘27,35。陀螺萬向架25和平臺萬向架46可以不在同一平面內(nèi)，例如在本發(fā)明的第四種實施方式中，就把陀螺萬向架25的二自由度轉(zhuǎn)軸，放在平臺萬向架46的二自由度轉(zhuǎn)軸上方，但要保持兩套萬向架的轉(zhuǎn)軸相互平行。當平臺10隨運動載體搖晃時，由于陀螺1的自轉(zhuǎn)軸11穩(wěn)定不動，平臺10繞X軸和Y軸的轉(zhuǎn)角，被轉(zhuǎn)角傳感器8和9測出，余下的控制過程與第一種實施方式相同。自動修正陀螺1漂移的方法也相同。即在懸架16沿X軸的兩端分別安裝轉(zhuǎn)角傳感器44和X軸驅(qū)動裝置32，沿Y軸的兩端分別安裝轉(zhuǎn)角傳感器45和Y軸驅(qū)動裝置24。其依靠X軸漂移修正裝置41′和Y軸漂移修正裝置38′修正陀螺漂移的過程，同第一種實施方式。
在第四種實施方式中，把陀螺萬向架25放在平臺萬向架46上方，雖然有助於減小中央軸系結(jié)構(gòu)的徑向尺寸，但卻增加了高度。如果要求既要減小中央軸系的徑向尺寸，又不允許增加高度，則可采用圖8的第五種實施方式。將陀螺萬向架25，仍裝在平臺10上，但偏心地放在一旁，使兩個萬向架的高度可以互相重合而不必疊加。
權(quán)利要求
1，一種陀螺定向穩(wěn)定平臺，包括支承在平臺萬向架(46)上的平臺(10)，支承在陀螺萬向架(25)上的陀螺(1)，轉(zhuǎn)角傳感器(8,9),X軸驅(qū)動裝置(32),Y軸驅(qū)動裝置(24)，穩(wěn)定信號處理裝置(47,48)，其特征在于陀螺萬向架(25)用外轉(zhuǎn)軸(50)回轉(zhuǎn)支承在被穩(wěn)定的平臺(10)上，所述陀螺萬向架(25)的兩條回轉(zhuǎn)軸，分別與平臺萬向架(46)的兩條回轉(zhuǎn)軸平行，在陀螺(1)的耳軸(5)和內(nèi)環(huán)(26)的回轉(zhuǎn)支承間，裝有檢測平臺(10)的法線相對于自轉(zhuǎn)軸(11)，繞X軸不平行度誤差的轉(zhuǎn)角傳感器(8)，在內(nèi)環(huán)(26)的耳軸(13)和平臺(10)的回轉(zhuǎn)支承間，裝有檢測平臺(10)的法線相對于自轉(zhuǎn)軸(11)，繞Y軸不平行度誤差的轉(zhuǎn)角傳感器(9)，所述不平行度誤差經(jīng)穩(wěn)定信號處理裝置(47,48)處理后，分別送到控制所述平臺(10)運動的X軸驅(qū)動裝置(32)和Y軸驅(qū)動裝置(24)，在平臺(10)和內(nèi)環(huán)(26)，內(nèi)環(huán)(26)和電機(2)之間有自動修正陀螺(1)漂移的裝置。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的陀螺定向穩(wěn)定平臺，其特征在于該自動修正陀螺(1)漂移的裝置，是在平臺(10)和懸架(16)的回轉(zhuǎn)支承間，安裝測定平臺(10)繞X軸漂移的轉(zhuǎn)角傳感器(44)，在懸架(16)和U形支架(21)的回轉(zhuǎn)支承間，安裝測定平臺(10)繞Y軸漂移的轉(zhuǎn)角傳感器(45)，在平臺(10)和內(nèi)環(huán)(26)之間分別安裝X軸漂移修正裝置(41)的電磁鐵(37)和永久磁鐵(36)，在內(nèi)環(huán)(26)和電機(2)之間分別安裝Y軸漂移修正裝置(38)的電磁鐵(39)和永久磁鐵(40)，所述轉(zhuǎn)角傳感器(44,45)測出的漂移信號，經(jīng)漂移信號處理裝置(33,34)處理后，分別送到修正所述陀螺(1)漂移的X軸漂移修正裝置(41)和Y軸漂移修正裝置(38)。
3，根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陀螺定向穩(wěn)定平臺，其特征在于所述轉(zhuǎn)角傳感器(8,9,44,45)可以是電位器，編碼器，同步發(fā)送器，或其它可以測出相對轉(zhuǎn)角的傳感器。
4，根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陀螺定向穩(wěn)定平臺，其特征在于所述轉(zhuǎn)角傳感器(8,9)可以用安裝在平臺(10)的一個位置敏感二極管(9′)或CCD等二維傳感器代替，轉(zhuǎn)角傳感器(44,45)可以用安裝在底板(23)的一個位置敏感二極管(44′)或CCD等二維傳感器代替。
5，根據(jù)權(quán)利要求2所述的陀螺定向穩(wěn)定平臺，其特征在于所述X軸漂移修正裝置(41′)由安裝在平臺(10)和內(nèi)環(huán)(26)的回轉(zhuǎn)支承間的各類電動機配以傳動機構(gòu)組成，Y軸漂移修正裝置(38′)由安裝在內(nèi)環(huán)(26)和電機(2)的回轉(zhuǎn)支承間的各類電動機配以傳動機構(gòu)組成。
6，根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項所述的陀螺定向穩(wěn)定平臺，其特征在于所述X軸驅(qū)動裝置(32)和Y軸驅(qū)動裝置(24)，采用步進電機或能記憶轉(zhuǎn)角的電動機做驅(qū)動裝置時，可取消所述轉(zhuǎn)角傳感器(44,45)或位置敏感二極管(44′)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陀螺定向穩(wěn)定平臺,它由平臺,自由陀螺,傳感器,信號處理裝置,驅(qū)動裝置組成。通過自動修正漂移,能使作為基準的陀螺自轉(zhuǎn)軸,始終保持在重力垂線方向。當運動載體顛簸使平臺偏斜時,其誤差被傳感器測出,通過驅(qū)動裝置將平臺校正回水平姿態(tài)。陀螺只作為基準而不承受平臺負載,因此尺寸小,壽命長。和基于傳感器輸出,間接計算垂直基準相比,用陀螺直接提供垂直基準不但精度高,而且價廉,便于推廣。
文檔編號G01C19/30GK1305091SQ0110421
公開日2001年7月25日 申請日期2001年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月26日
發(fā)明者伍少昊 申請人:伍少昊