專(zhuān)利名稱(chēng)：一種小型水平穩(wěn)定平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種穩(wěn)定平臺(tái)，具體是一種小型水平穩(wěn)定平臺(tái)。
背景技術(shù)：
穩(wěn)定平臺(tái)自誕生以來(lái)一直是國(guó)內(nèi)外各相關(guān)領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，目前， 穩(wěn)定平臺(tái)在科學(xué)、軍事、商業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，穩(wěn)定平臺(tái)的基本功能均相類(lèi)似，即使系統(tǒng)的目標(biāo)平臺(tái)與載體或底座的角運(yùn)動(dòng)干擾相隔離，在慣性空間保持相對(duì)的穩(wěn)定性，并能根據(jù)控制指令要求，使被穩(wěn)定對(duì)象在有干擾力矩作用的情況下沿著一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)。穩(wěn)定平臺(tái)是用來(lái)使被穩(wěn)定對(duì)象相對(duì)于方位保持穩(wěn)定的裝置，它的主要特征是廣泛使用陀螺作為角運(yùn)動(dòng)敏感元件，采用的技術(shù)手段歸于慣性技術(shù)研究的范疇。其特有的功能是隔離載體運(yùn)動(dòng)，不斷測(cè)量平臺(tái)姿態(tài)和位置的變化，精確保持載體動(dòng)態(tài)姿態(tài)基準(zhǔn)。如專(zhuān)利號(hào)為ZL94218035. 6(授權(quán)公告號(hào)為CN2204069Y)的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利公開(kāi)了一種陀螺穩(wěn)定平臺(tái)二軸天線裝置，它利用陀螺穩(wěn)定平臺(tái)上旋轉(zhuǎn)的飛輪所形成的陀螺力矩與干擾力矩方向相反，達(dá)到維持天線裝置原水平姿態(tài)。但是，陀螺具有不可避免的零點(diǎn)漂移的缺陷，而該裝置并沒(méi)有給出消除漂移的具體解決方案，導(dǎo)致裝置的精度較低，平臺(tái)的穩(wěn)定性較差。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提供一種成本較低、精度高且能有效消除陀螺傳感器的零點(diǎn)漂移的小型水平穩(wěn)定平臺(tái)。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為該小型水平穩(wěn)定平臺(tái)，包括基座，基座上設(shè)有俯仰框架、橫滾框架和感知上述框架俯仰和橫滾運(yùn)動(dòng)的陀螺傳感器，所述俯仰框架上連接有χ軸驅(qū)動(dòng)裝置，所述橫滾框架上連接有Y軸驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述基座上還設(shè)有第一單片機(jī)、第二單片機(jī)、第三單片機(jī)和傾角傳感器，所述傾角傳感器用于測(cè)量水平平臺(tái)在俯仰和橫滾兩個(gè)方向的角度偏差數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)輸入到第一單片機(jī)進(jìn)行處理， 所述第二單片機(jī)接收來(lái)自第一單片機(jī)的俯仰方向的角度偏差數(shù)據(jù)，結(jié)合所述陀螺傳感器獲得的載體俯仰角速度，轉(zhuǎn)換成俯仰補(bǔ)償脈沖輸出給所述的X軸驅(qū)動(dòng)裝置；所述第三單片機(jī)接收來(lái)自第一單片機(jī)的橫滾方向的角度偏差數(shù)據(jù)，結(jié)合所述陀螺傳感器獲得的載體橫滾角速度，轉(zhuǎn)換成橫滾補(bǔ)償脈沖輸出給所述的Y軸驅(qū)動(dòng)裝置。所述的X軸驅(qū)動(dòng)裝置可以采用多種驅(qū)動(dòng)方式，優(yōu)選的，所述的X軸驅(qū)動(dòng)裝置包括X 軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和連接在X軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的X軸步進(jìn)電機(jī)，所述X軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收并處理來(lái)自所述第二單片機(jī)的數(shù)據(jù)，所述X軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述的俯仰框架；所述的Y軸驅(qū)動(dòng)裝置包括Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和連接在Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的Y軸步進(jìn)電機(jī)，所述Y軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收并處理來(lái)自所述第三單片機(jī)的數(shù)據(jù)，所述Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述的橫滾框架。進(jìn)一步優(yōu)選，所述的傾角傳感器安裝在所述的俯仰框架上。被穩(wěn)定平臺(tái)由俯仰框架?chē)隙?，傾角傳感器能直接感知載體的運(yùn)動(dòng)，并直接輸出傾斜角度信號(hào)。作為該穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，所述的第一單片機(jī)、第二單片機(jī)及第三單片機(jī)均采用AVR單片機(jī)。AVR單片機(jī)是一種高速低能耗的單片機(jī)，具有較高的性價(jià)比。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于該穩(wěn)定平臺(tái)在設(shè)有陀螺傳感器的基礎(chǔ)上還安裝了傾角傳感器，傾角傳感器能感應(yīng)得到俯仰和橫滾兩組數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)交給單片機(jī)處理，由單片機(jī)還原成角度值并結(jié)合陀螺傳感器獲得的載體俯仰和橫滾角速度，換算成平臺(tái)的俯仰和橫滾補(bǔ)償脈沖輸出，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置將被穩(wěn)定平臺(tái)調(diào)節(jié)在水平平面上?？梢?jiàn)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，而且通過(guò)傾角傳感器還實(shí)現(xiàn)了陀螺零點(diǎn)漂移誤差的補(bǔ)償，使平臺(tái)的精度較高、穩(wěn)定性更好。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例平臺(tái)框架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，載體安裝在穩(wěn)定平面1上，內(nèi)框架即俯仰框架2可繞X軸旋轉(zhuǎn)，外框架即橫滾框架3可繞Y軸旋轉(zhuǎn)，俯仰框架2和橫滾框架3安裝在基座4上。X軸設(shè)為俯仰軸， Y軸設(shè)為橫滾軸。在雙軸兩框架結(jié)構(gòu)中，儀器設(shè)備放置于相互正交的俯仰框架2和橫滾框架3組成的框架系統(tǒng)上，通過(guò)伺服穩(wěn)定控制，克服來(lái)自基座4的干擾，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的效果。這種雙軸兩框架穩(wěn)定結(jié)構(gòu)對(duì)于小負(fù)載、高精度的穩(wěn)定是十分有效的。如圖2所示，傾角傳感器與相應(yīng)的元件安裝于俯仰框架上，陀螺傳感器為兩個(gè)且安裝于基座上，分別用于感知載體的俯仰運(yùn)動(dòng)和橫滾運(yùn)動(dòng)。傾角傳感器具有分辨率高、體積小、易于集成、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。傾角傳感器本質(zhì)上是運(yùn)用慣性原理的一種加速度傳感器，主要用于測(cè)量極慢速或靜止載體的傾角值，而在快速運(yùn)動(dòng)的載體上有極大的延遲。該穩(wěn)定平臺(tái)的工作原理如下采用陀螺傳感器作為敏感元件，感受載體的俯仰和橫滾運(yùn)動(dòng)，當(dāng)載體即基座4搖動(dòng)時(shí)，陀螺傳感器可以感知載體空間運(yùn)動(dòng)角速度，該角速度經(jīng)單片機(jī)計(jì)算得到脈沖，經(jīng)過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器放大處理后分別驅(qū)動(dòng)與X、Y軸相連的步進(jìn)電機(jī)校正平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，從而保證平臺(tái)處于水平狀態(tài)。由于陀螺傳感器具有不可避免的零點(diǎn)漂移的缺陷，單靠陀螺傳感器難以達(dá)到平臺(tái)始終處于水平狀態(tài)的目的。為了消除陀螺傳感器的零點(diǎn)漂移對(duì)系統(tǒng)的影響，本實(shí)施例在俯仰框架2上安裝有傾角傳感器，根據(jù)傾角傳感器的信號(hào)來(lái)修正陀螺傳感器的零點(diǎn)漂移，兩者結(jié)合來(lái)達(dá)到平臺(tái)水平的目的。實(shí)現(xiàn)該穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)對(duì)第一單片機(jī)AVR0、第二單片機(jī)AVRl和第三單片機(jī)ARV2的編程，由單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能控制，其中第二單片機(jī)AVRl控制俯仰運(yùn)動(dòng)，第三單片機(jī)AVR2控制橫滾運(yùn)動(dòng)，它們的功能和設(shè)計(jì)思路相一致，其主要功能是確認(rèn)和接收第一單片機(jī)AVRO傳輸過(guò)來(lái)平臺(tái)傾斜角度值，然后結(jié)合陀螺傳感器傳輸過(guò)來(lái)的載體角速度，驅(qū)動(dòng)俯仰和橫滾電機(jī)以保持平臺(tái)水平。該穩(wěn)定平臺(tái)的具體工作步驟為首先，傾角傳感器感應(yīng)得到俯仰和橫滾兩組數(shù)據(jù)， 并將這兩組數(shù)據(jù)傳輸給第一單片機(jī)AVR0，第一單片機(jī)AVRO從傾角傳感器獲得數(shù)據(jù)后對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，該數(shù)據(jù)處理過(guò)程就是把獲得的這兩組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所需要的對(duì)應(yīng)角度即平臺(tái)偏離水平位置的角度，并且在獲得數(shù)據(jù)時(shí)，為消除抖動(dòng)，需對(duì)所取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，為提高平臺(tái)靈敏性，本設(shè)計(jì)采用多數(shù)據(jù)取中平均值法。然后，第一單片機(jī)AVRO將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到第二單片機(jī)AVRl和第三單片機(jī)AVR2，然后，AVRl和AVR2結(jié)合陀螺傳感器檢測(cè)的載體角速度值，換算為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)脈沖，最后，該單片機(jī)向X軸驅(qū)動(dòng)裝置和Y軸驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)送脈沖，由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)雙軸兩框架，從而使穩(wěn)定平臺(tái)處于水平位置。在本實(shí)施例中，X軸驅(qū)動(dòng)裝置包括X軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和連接在X軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的X軸步進(jìn)電機(jī)， X軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收并處理來(lái)自第二單片機(jī)AVRl的數(shù)據(jù)，X軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)俯仰框架；Y軸驅(qū)動(dòng)裝置包括Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和連接在Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的Y軸步進(jìn)電機(jī)，Y軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收并處理來(lái)自第三單片機(jī)AVR2的數(shù)據(jù)，Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫滾框架。步進(jìn)電機(jī)每接收一個(gè)脈沖，電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)(前進(jìn)或后退)一個(gè)步長(zhǎng)，所以，第二單片機(jī)AVRl和第三單片機(jī)AVR2 在處理時(shí)還需要確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。此外，第二單片機(jī)AVRl和第三單片機(jī)AVR2還需要計(jì)算向電機(jī)發(fā)送脈沖的數(shù)量和頻率。其中脈沖的多少由于載體始終是在運(yùn)動(dòng)的所以難以確定，因此解決方案是一直發(fā)送脈沖直到平臺(tái)水平為止。發(fā)送電平的頻率可以由每發(fā)送兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔的長(zhǎng)短來(lái)控制。此外，需要計(jì)算出發(fā)送電平的時(shí)間間隔(Delay)，該時(shí)間間隔可以根據(jù)電機(jī)齒輪半徑、俯仰軸(橫滾軸)齒輪半徑、步進(jìn)電機(jī)的步長(zhǎng)和單片機(jī)晶振計(jì)算得到的定時(shí)器常數(shù)(TIMER_DELAY_CONST)結(jié)合補(bǔ)償角度的大小計(jì)算得到。由于傾角傳感器和陀螺傳感器的特性，即傾角傳感器的滯后性和陀螺零點(diǎn)漂移， 本設(shè)計(jì)利用傾角傳感器來(lái)修正陀螺的零漂。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不脫離本實(shí)用新型的原理前提下，可以對(duì)本實(shí)用新型作出多種改型或改進(jìn)，這些均被視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種小型水平穩(wěn)定平臺(tái)，包括基座，基座上設(shè)有俯仰框架、橫滾框架和感知上述框架俯仰和橫滾運(yùn)動(dòng)的陀螺傳感器，所述俯仰框架上連接有X軸驅(qū)動(dòng)裝置，所述橫滾框架上連接有Y軸驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述基座上還設(shè)有第一單片機(jī)、第二單片機(jī)、第三單片機(jī)和傾角傳感器，所述傾角傳感器用于測(cè)量水平平臺(tái)在俯仰和橫滾兩個(gè)方向的角度偏差數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)輸入到第一單片機(jī)進(jìn)行處理，所述第二單片機(jī)接收來(lái)自第一單片機(jī)的俯仰方向的角度偏差數(shù)據(jù)，結(jié)合所述陀螺傳感器獲得的載體俯仰角速度，轉(zhuǎn)換成俯仰補(bǔ)償脈沖輸出給所述的X軸驅(qū)動(dòng)裝置；所述第三單片機(jī)接收來(lái)自第一單片機(jī)的橫滾方向的角度偏差數(shù)據(jù)，結(jié)合所述陀螺傳感器獲得的載體橫滾角速度，轉(zhuǎn)換成橫滾補(bǔ)償脈沖輸出給所述的Y軸驅(qū)動(dòng)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型水平穩(wěn)定平臺(tái)，其特征在于所述的X軸驅(qū)動(dòng)裝置包括X 軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和連接在X軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的X軸步進(jìn)電機(jī)，所述X軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收并處理來(lái)自所述第二單片機(jī)的數(shù)據(jù)，所述X軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述的俯仰框架；所述的Y軸驅(qū)動(dòng)裝置包括Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和連接在Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上的Y軸步進(jìn)電機(jī)，所述Y軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收并處理來(lái)自所述第三單片機(jī)的數(shù)據(jù)，所述Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述的橫滾框架。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小型水平穩(wěn)定平臺(tái)，其特征在于所述的傾角傳感器安裝在所述的俯仰框架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小型水平穩(wěn)定平臺(tái)，其特征在于所述的第一單片機(jī)、第二單片機(jī)及第三單片機(jī)均采用AVR單片機(jī)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種小型水平穩(wěn)定平臺(tái)，其包括基座，基座上設(shè)有俯仰框架、橫滾框架和感知上述框架俯仰和橫滾運(yùn)動(dòng)的陀螺傳感器，傾角傳感器能感應(yīng)得到俯仰和橫滾兩組數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)交給單片機(jī)處理，由單片機(jī)還原成角度值并結(jié)合陀螺傳感器獲得的載體俯仰和橫滾角速度，換算成平臺(tái)的俯仰和橫滾補(bǔ)償脈沖輸出，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置將被穩(wěn)定平臺(tái)調(diào)節(jié)在水平平面上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，而且通過(guò)傾角傳感器還實(shí)現(xiàn)了零點(diǎn)漂移誤差的補(bǔ)償，使平臺(tái)的精度較高、穩(wěn)定性更好。
文檔編號(hào)G01C21/18GK202267481SQ201120249280
公開(kāi)日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者亓常松, 潘洪軍, 王燕樂(lè), 陳洪濤 申請(qǐng)人:浙江海洋學(xué)院