專利名稱：一種基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于慣性技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
地球上某一點(diǎn)處的地理北向?yàn)樵擖c(diǎn)子午線的北向切線方向，即地球上該點(diǎn)處水平面上指向北極點(diǎn)的切線方向。地球表面或地球內(nèi)或地球上空某一點(diǎn)處某一方向的北向角是指該方向在該點(diǎn)處水平面上的投影與地理北向的夾角。通過某種方法確定北向角的過程叫尋北。尋北儀一般采用磁尋北(電子羅盤)、陀螺尋北、加速度計(jì)尋北、無線電尋北等原理設(shè)計(jì)，光纖陀螺是新一代的慣性器件，具有成本低、可靠性高、性能好、體積小、啟動(dòng)時(shí)間短、 與重力加速度無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，成為陀螺尋北儀的首選器件。但是，現(xiàn)有尋北儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜、體積質(zhì)量較大，基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)動(dòng)定位精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，一種基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，它包括外殼、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、蝸桿、定位盤、鎖緊支架、偏心輪、V型槽、鎖緊銷、零位擋片、鎖緊松鎖擋片、傳動(dòng)齒輪、鎖緊光電傳感器、零位光電傳感器、松鎖光電傳感器、蝸輪、鎖緊電機(jī)。蝸桿和蝸輪均置于外殼內(nèi)。所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)通過傳動(dòng)齒輪與蝸桿相連，傳動(dòng)蝸輪。蝸輪和定位盤通過中心軸固定，蝸輪的順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)定位盤的順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；定位盤上具有相隔90度的四個(gè)V型槽，在其中兩個(gè)V型槽間固定一零位擋片；鎖緊支架和鎖緊銷相連，偏心輪置于鎖緊支架內(nèi)，鎖緊支架放置在鎖緊電機(jī)上方，偏心輪與鎖緊電機(jī)的輸出軸相連，鎖緊松鎖擋片固定在鎖緊支架的左側(cè)，同時(shí)將鎖緊光電傳感器和松鎖光電傳感器固定在外殼上，鎖緊光電傳感器與鎖緊松鎖擋片配合實(shí)現(xiàn)鎖緊到位、 松鎖光電傳感器與鎖緊松鎖擋片配合實(shí)現(xiàn)松鎖到位；零位光電傳感器固定在外殼上，使得定位盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，零位擋片能順利通過零位光電傳感器。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)使用傳動(dòng)齒輪加蝸輪蝸桿方式，減小了體積和重量，提高了四位置尋北方法的定位精度，加強(qiáng)了光纖陀螺尋北儀在使用過程中的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明的俯視圖； 圖2為本發(fā)明的左視圖3為光纖陀螺尋北的方位角控制方法的流程3圖中，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)1、蝸桿2、定位盤3、鎖緊支架4、偏心輪5、V型槽6、鎖緊銷7、零位擋片 8、鎖緊松鎖擋片9、傳動(dòng)齒輪10、鎖緊光電傳感器11、零位光電傳感器12、松鎖光電傳感器
13、蝸輪14、鎖緊電機(jī)15。
具體實(shí)施例方式四位置尋北法的原理是光纖陀螺在相差90度的四個(gè)方向上采集地球自轉(zhuǎn)角速率分量，通過計(jì)算消除光纖陀螺零偏和漂移趨勢，最后解算出光纖陀螺尋北儀基準(zhǔn)軸向與北向的夾角。以四位置法為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)尋北功能，需要轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)帶動(dòng)光纖陀螺準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)到測試的四個(gè)位置，需要鎖緊定位機(jī)構(gòu)保證測試位置的穩(wěn)定性和一致性，因此光纖陀螺尋北儀的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)需具有準(zhǔn)確定位和穩(wěn)定鎖緊功能。本設(shè)計(jì)基于自主設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，采用轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)齒輪加蝸輪蝸桿方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位，采用偏心輪傳動(dòng)鎖緊支架及鎖緊銷實(shí)現(xiàn)鎖緊。轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)使用PWM加H橋的控制方式對轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、鎖緊電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，同時(shí)，采集轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)編碼器信號并監(jiān)測光電傳感器信號，根據(jù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的位置值實(shí)現(xiàn)四個(gè)位置的精確定位并鎖緊，在四個(gè)位置采集光纖陀螺輸出數(shù)據(jù)并按尋北數(shù)學(xué)解算模型進(jìn)行尋北解算，得到真北方向。本發(fā)明基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，包括外殼(圖中未示出)、 轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)1、蝸桿2、定位盤3、鎖緊支架4、偏心輪5、V型槽6、鎖緊銷7、零位擋片8、鎖緊松鎖擋片9、傳動(dòng)齒輪10、鎖緊光電傳感器11、零位光電傳感器12、松鎖光電傳感器13、蝸輪
14、鎖緊電機(jī)15。蝸桿2和蝸輪14均置于外殼內(nèi)。轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)1通過傳動(dòng)齒輪10與蝸桿2相連，傳動(dòng)蝸輪14。蝸輪14和定位盤3通過中心軸固定，蝸輪14的順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)定位盤3的順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；定位盤3上設(shè)計(jì)了相隔90度的四個(gè)V型槽6，在其中兩個(gè)V 型槽間置零位擋片8 ；鎖緊支架4和鎖緊銷7相連，偏心輪5置于鎖緊支架4內(nèi)，鎖緊支架4 放置在鎖緊電機(jī)15上方，偏心輪5與鎖緊電機(jī)15的輸出軸相連，鎖緊松鎖擋片9通過自身的安裝孔固定在鎖緊支架4的左側(cè)，同時(shí)將鎖緊光電傳感器11和松鎖光電傳感器13固定在外殼上，鎖緊光電傳感器11與鎖緊松鎖擋片9配合實(shí)現(xiàn)鎖緊到位、松鎖光電傳感器13與鎖緊松鎖擋片9配合實(shí)現(xiàn)松鎖到位；零位光電傳感器12通過自身的安裝孔固定在外殼上， 使得定位盤3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，零位擋片8能順利通過零位光電傳感器12。轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)1為自帶增量式編碼器的直流力矩電機(jī)，可用經(jīng)典的PWM加H橋方式對其轉(zhuǎn)動(dòng)速度及方向進(jìn)行控制，可用經(jīng)典的QEP正交編碼方式實(shí)現(xiàn)增量脈沖計(jì)數(shù)。轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī) 1順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過傳動(dòng)齒輪10帶動(dòng)蝸桿2蝸輪14傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定位盤3的正向或反向旋轉(zhuǎn)及精確位置控制，定位盤3用于安裝光纖陀螺，實(shí)現(xiàn)基于四位置法的光纖陀螺尋北功能。鎖緊電機(jī)15為直流力矩電機(jī)，可用經(jīng)典的PWM加H橋方式對其轉(zhuǎn)動(dòng)速度及方向進(jìn)行控制，鎖緊光電傳感器11和松鎖光電傳感器13為通用位置傳感器，當(dāng)其光路被遮擋時(shí)， 產(chǎn)生電脈沖信號；當(dāng)鎖緊電機(jī)15帶動(dòng)偏心輪5逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使安裝在鎖緊支架4上的鎖緊銷7前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的鎖緊操作，當(dāng)鎖緊松鎖擋片9恰好遮住鎖緊光電傳感器11的光路時(shí)，說明鎖緊到位；當(dāng)鎖緊電機(jī)15帶動(dòng)偏心輪5順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使安裝在鎖緊支架4上的鎖緊銷7后退，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的松鎖操作，當(dāng)鎖緊松鎖擋片9恰好遮住松鎖光電傳感器13 的光路時(shí)，說明松鎖到位。零位光電傳感器12為通用位置傳感器，當(dāng)其光路被遮擋時(shí)，產(chǎn)生電脈沖信號；轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)使用尋沿方式確定零位，當(dāng)定位盤3轉(zhuǎn)動(dòng)至某特定位置時(shí)，零位擋片8恰好遮住零位光電傳感器12的光路，此時(shí)將轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的位置值歸零，該位置即為轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的零位，每次上電時(shí)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)均應(yīng)先自尋零位；采用正交編碼的方法對轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)1的編碼器輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)定位盤3順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的位置值根據(jù)記錄的脈沖個(gè)數(shù)相應(yīng)增加，當(dāng)定位盤3逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的位置值根據(jù)記錄的脈沖個(gè)數(shù)相應(yīng)減少；定位盤3每次轉(zhuǎn)動(dòng)到相同的位置時(shí)，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的位置值相同。定位盤3上設(shè)計(jì)了相隔90度的四個(gè)V型槽6，其角度間隔的加工精度優(yōu)于1角分， 當(dāng)定位盤3轉(zhuǎn)動(dòng)至某四個(gè)特定位置時(shí)，鎖緊銷7恰好可以插入V型槽6，實(shí)現(xiàn)定位盤3的鎖緊。四個(gè)特定位置的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的位置值可以通過調(diào)試確定。具體方位角轉(zhuǎn)位控制思想如下當(dāng)定位盤3轉(zhuǎn)動(dòng)至某特定位置時(shí)，零位擋片8恰好遮住零位光電傳感器12的光路，此時(shí)將轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的位置值歸零，該位置即為轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的零位；采用QEP正交編碼方式，進(jìn)行編碼器脈沖計(jì)數(shù)操作，當(dāng)定位盤3順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的位置值根據(jù)記錄的脈沖個(gè)數(shù)相應(yīng)增加，當(dāng)定位盤3逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的位置值根據(jù)記錄的脈沖個(gè)數(shù)相應(yīng)減少；定位盤3每次轉(zhuǎn)動(dòng)到相同的位置時(shí)，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的位置值相同。 這樣可以根據(jù)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的位置值實(shí)現(xiàn)定位盤3的精確轉(zhuǎn)位，實(shí)現(xiàn)精確轉(zhuǎn)動(dòng)。只需要事先確定四位置法中的四個(gè)位置，即鎖緊銷7恰好可以分別插入定位盤3上的四個(gè)V型槽的位置所對應(yīng)的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的位置值，再根據(jù)實(shí)時(shí)的位置值即可判斷轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)是否到達(dá)準(zhǔn)確位置。一般，高精度尋北儀的精度要求為3角分，這就要求轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的定位誤差優(yōu)于 0. 01度。轉(zhuǎn)位的精度由轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)1的編碼器精度及轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)1的減速箱、傳動(dòng)齒輪10、蝸輪14蝸桿2的傳動(dòng)比共同決定，設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)1編碼器為7位(電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，編碼器輸出增量脈沖128個(gè))，減速箱減速比為四1，傳動(dòng)齒輪10的傳動(dòng)比為80:1，則轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的位置值每變化1個(gè)LSB，對應(yīng)定位盤3轉(zhuǎn)過的角度約為0. 0012度，所以本設(shè)計(jì)不需要轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)1具有高精度、高分辨率的編碼器，7位轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)1已能滿足高精度尋北儀的精度要求。同時(shí)，蝸輪14蝸桿2具有自鎖功能，用鎖緊機(jī)構(gòu)去除蝸輪14蝸桿2的間隙，定位盤上3的四個(gè)V型槽6有加工精度要求(優(yōu)于1角分)，進(jìn)一步保證轉(zhuǎn)動(dòng)定位精度，足以滿足四位置尋北的轉(zhuǎn)位精度要求。在鎖緊和松鎖過程中，鎖緊電機(jī)15轉(zhuǎn)動(dòng)并監(jiān)測鎖緊光電傳感器11和松鎖光電傳感器13的信號，當(dāng)鎖緊電機(jī)15帶動(dòng)偏心輪5逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使安裝在鎖緊支架4上的鎖緊銷7前進(jìn)，即為鎖緊操作，當(dāng)鎖緊松鎖擋片9恰好遮住鎖緊光電傳感器11的光路時(shí)，說明鎖緊到位；當(dāng)鎖緊電機(jī)15帶動(dòng)偏心輪5順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使安裝在鎖緊支架4上的鎖緊銷7后退，即為松鎖操作，當(dāng)鎖緊松鎖擋片9恰好遮住松鎖光電傳感器13的光路時(shí)，說明松鎖到位。一次完整的尋北過程如下轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)上電后，先進(jìn)行解鎖操作，然后轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)15 帶動(dòng)定位盤3逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)自尋零位操作，歸零后，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)15順時(shí)針轉(zhuǎn)向第一位置，到達(dá)第一位置附近后，進(jìn)行微調(diào)，直到轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)當(dāng)前位置值和事先標(biāo)定的第一位置位置值相等后，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)15停轉(zhuǎn)，進(jìn)行鎖緊操作，之后在第一位置采集陀螺數(shù)據(jù)；采集結(jié)束后，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)解鎖，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)15順時(shí)針轉(zhuǎn)向第二位置，到達(dá)第二位置附近后，進(jìn)行微調(diào)，直到轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)當(dāng)前位置值和事先標(biāo)定的第二位置位置值相等后，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)15停轉(zhuǎn)，進(jìn)行鎖緊操作，之后在第二位置采集陀螺數(shù)據(jù)；采集結(jié)束后，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)解鎖，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)15順時(shí)針轉(zhuǎn)向第三位置，到達(dá)第三位置附近后，進(jìn)行微調(diào)，直到轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)當(dāng)前位置值和事先標(biāo)定的第三位置位置值相等后，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)15停轉(zhuǎn)，進(jìn)行鎖緊操作，之后在第三位置采集陀螺數(shù)據(jù)；采集結(jié)束后，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)解鎖，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)15順時(shí)針轉(zhuǎn)向第四位置，到達(dá)第四位置附近后，進(jìn)行微調(diào)， 直到轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)當(dāng)前位置值和事先標(biāo)定的第四位置位置值相等后，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)15停轉(zhuǎn)，進(jìn)行鎖緊操作，之后在第四位置采集陀螺數(shù)據(jù)；采集結(jié)束后，轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)解鎖，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)15逆時(shí)針轉(zhuǎn)向第一位置，到達(dá)第一位置附近后，進(jìn)行微調(diào)，直到轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)當(dāng)前位置值和事先標(biāo)定的第一位置位置值相等后，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)停轉(zhuǎn)，進(jìn)行鎖緊操作，之后計(jì)算、輸出尋北結(jié)果，完成尋北操作。具體過程如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，其特征在于，它包括外殼、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)(1)、蝸桿(2)、定位盤(3)、鎖緊支架(4)、偏心輪(5)、V型槽(6)、鎖緊銷(7)、零位擋片(8)、鎖緊松鎖擋片(9)、傳動(dòng)齒輪(10)、鎖緊光電傳感器(11)、零位光電傳感器(12)、松鎖光電傳感器(13)、蝸輪(14)和鎖緊電機(jī)(15)等；蝸桿(2)和蝸輪(14)均置于外殼內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)(1)通過傳動(dòng)齒輪(10)與蝸桿(2)相連，傳動(dòng)蝸輪(14)；蝸輪(14)和定位盤 (3)通過中心軸固定，蝸輪(14)的順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)定位盤(3)的順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；定位盤(3 )上具有相隔90度的四個(gè)V型槽(6 )，在其中兩個(gè)V型槽(6 )間固定一零位擋片(8);鎖緊支架(4)和鎖緊銷(7)相連，偏心輪(5)置于鎖緊支架(4)內(nèi)，鎖緊支架(4) 放置在鎖緊電機(jī)(15)上方，偏心輪(5)與鎖緊電機(jī)(15)的輸出軸相連，鎖緊松鎖擋片(9)固定在鎖緊支架(4)的左側(cè)，同時(shí)將鎖緊光電傳感器(11)和松鎖光電傳感器(13)固定在外殼上，鎖緊光電傳感器(11)與鎖緊松鎖擋片(9)配合實(shí)現(xiàn)鎖緊到位、松鎖光電傳感器(13)與鎖緊松鎖擋片(9)配合實(shí)現(xiàn)松鎖到位；零位光電傳感器(12)固定在外殼上，使得定位盤(3) 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，零位擋片(8 )能順利通過零位光電傳感器(12 )。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，本發(fā)明通過對轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、鎖緊電機(jī)的控制及對轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)編碼器信號、光電傳感器信號的檢測實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)位、鎖緊、解鎖等功能，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)在四個(gè)特定位置上的精確定位，并由此實(shí)現(xiàn)基于四位置法的光纖陀螺尋北功能；本發(fā)明體積小，重量輕，滿足四位置尋北法的精確定位要求，提高了光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和重復(fù)性。
文檔編號G01C19/72GK102506848SQ20111040277
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者于俊, 劉承, 周一覽, 彭星星, 戴昊, 楊建華 申請人:浙江大學(xué)