專利名稱：具有動態(tài)穩(wěn)定功能的三軸轉(zhuǎn)臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于穩(wěn)定平臺類設(shè)備，具體的說，涉及一種具有動態(tài)穩(wěn)定功能的三軸轉(zhuǎn)臺。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的穩(wěn)定平臺類設(shè)備，從功能上看，主要是為其搭載設(shè)備提供相對于大地水平面(或某一參考平臺)穩(wěn)定的功能，使穩(wěn)定平臺所搭載的設(shè)備在其安裝環(huán)境運動的條件下， 能夠相對于大地水平面，在俯仰、橫滾兩方向上的角度保持穩(wěn)定，即在動態(tài)條件下，穩(wěn)定平臺的設(shè)備搭載平面的俯仰角、橫滾角相對于大地水平面的角度理想值為0°。從穩(wěn)定平臺的實現(xiàn)方式來看，有機械擺錘穩(wěn)定方式和測量控制穩(wěn)定方式。機械擺錘穩(wěn)定方式缺點是技術(shù)落后，穩(wěn)定效果不佳，測量控制穩(wěn)定方式是目前穩(wěn)定平臺類設(shè)備普遍采用的方式。從使用器件上看，主要采用陀螺儀或編碼器實現(xiàn)測量或補償功能。但是，陀螺儀成本高、體積較大，進行低成本、小型化開發(fā)較為困難。而采用編碼器雖然可以降低成本、減小體積，但編碼器由于其測量結(jié)果是相對于其安裝零點的值，因此，當(dāng)其安裝平臺搖擺的情況下，雖然能夠提供相對其安裝基準(zhǔn)的穩(wěn)定功能，但不具備相對于慣性空間或大地水平面的穩(wěn)定功能，對于觀測、探測設(shè)備而言，無法保證平穩(wěn)觀測，影響觀測效果。從觀測所需要獲得的測量數(shù)據(jù)來看，一部觀測/探測設(shè)備需要獲得相對于安裝平面的俯仰角、方位角，個別系統(tǒng)需要獲得橫滾角，從觀測/探測設(shè)備對穩(wěn)定功能的需要來看，穩(wěn)定平臺需要向觀測/探測設(shè)備提供相對于慣性空間(或大地水平面)的穩(wěn)定功能，或者提供相對于安裝平面的穩(wěn)定功能，許多搭載于運動系統(tǒng)中的穩(wěn)定平臺還需要提供方位方向的穩(wěn)定功能。當(dāng)穩(wěn)定平臺設(shè)備上加裝觀測儀器時，一般形式為，在具有俯仰和橫滾穩(wěn)定功能的穩(wěn)定平臺上安裝具有觀測設(shè)備的兩軸(方位、俯仰)轉(zhuǎn)臺。這樣，在“穩(wěn)定平臺+兩軸轉(zhuǎn)臺 +觀測設(shè)備”組成的系統(tǒng)中，將可能存在一或兩個方位轉(zhuǎn)軸、兩個俯仰轉(zhuǎn)軸、至少一個橫滾轉(zhuǎn)軸。采用這種模式，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、整體體積大、重量大，而且制造成本增加。

實用新型內(nèi)容本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，本實用新型提供了一種具有動態(tài)穩(wěn)定功能的三軸轉(zhuǎn)臺，其將轉(zhuǎn)臺機構(gòu)與工作平臺有效結(jié)合，結(jié)合數(shù)字控制，為需要穩(wěn)定的設(shè)備提供小體積、低成本、自動的技術(shù)解決方案，能夠有效滿足車輛、船只、小型飛行器等需要搭載小型穩(wěn)定觀測設(shè)備的需要。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種具有動態(tài)穩(wěn)定功能的三軸轉(zhuǎn)臺，其特征在于包括外部控制模塊、DSP控制器、電源、測量元件以及三軸轉(zhuǎn)臺本體，所述外部控制模塊連接所述DSP控制器，所述電源連接所述DSP控制器和所述三軸轉(zhuǎn)臺本體，所述DSP控制器連接所述三軸轉(zhuǎn)臺本體，所述三軸轉(zhuǎn)臺本體設(shè)有測量元件，所述三軸轉(zhuǎn)臺本體包括轉(zhuǎn)臺機構(gòu)以及活動連接于該轉(zhuǎn)臺機構(gòu)的工作平臺，所述轉(zhuǎn)臺機構(gòu)和所述工作平臺之間設(shè)有方位轉(zhuǎn)軸、俯仰轉(zhuǎn)軸、橫滾轉(zhuǎn)軸。其中，所述工作平臺上設(shè)有第一傳感器，所述轉(zhuǎn)臺機構(gòu)上設(shè)有第二傳感器。也可以，所述工作平臺上設(shè)有第一傳感器，所述轉(zhuǎn)臺機構(gòu)上設(shè)有絕對式光電編碼器組。也可以，所述工作平臺上設(shè)有第一傳感器，所述轉(zhuǎn)臺機構(gòu)上設(shè)有絕對式光電編碼器組和第二傳感器。其中，所述絕對式光電編碼器組包括三個絕對式光電編碼器，其分別安裝在所述三軸轉(zhuǎn)臺本體的方位轉(zhuǎn)軸、俯仰轉(zhuǎn)軸、橫滾轉(zhuǎn)軸上。也可以，所述工作平臺上設(shè)有第一傳感器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是本實用新型所述的具有動態(tài)穩(wěn)定功能的三軸轉(zhuǎn)臺，包括外部控制模塊，DSP控制器、電源、測量元件以及三軸轉(zhuǎn)臺本體，所述外部控制模塊連接所述DSP控制器，所述電源連接所述DSP控制器和所述三軸轉(zhuǎn)臺本體，所述DSP控制器連接所述三軸轉(zhuǎn)臺本體，所述三軸轉(zhuǎn)臺本體設(shè)有測量元件，所述三軸轉(zhuǎn)臺本體包括轉(zhuǎn)臺機構(gòu)以及活動連接于該轉(zhuǎn)臺機構(gòu)的工作平臺，所述轉(zhuǎn)臺機構(gòu)和所述工作平臺之間設(shè)有方位轉(zhuǎn)軸、俯仰轉(zhuǎn)軸、橫滾轉(zhuǎn)軸，采用以上技術(shù)方案，本實用新型為小型觀測、探測設(shè)備提供了一種通用、低成本的具有穩(wěn)定功能的三軸轉(zhuǎn)臺，其結(jié)合數(shù)字控制，為需要保持動態(tài)穩(wěn)定的設(shè)備提供小體積、低成本、自動的技術(shù)解決方案，穩(wěn)定性好，制造成本低。觀測/探測儀器可架設(shè)在本實用新型的工作平臺上，具有動態(tài)穩(wěn)定功能的本實用新型主要提供以下功能a)具有方位、俯仰、橫滾三軸的全周轉(zhuǎn)動功能；b)可在任意角度上提供動態(tài)穩(wěn)定功能；c)能夠獲得觀測設(shè)備在慣性坐標(biāo)系的姿態(tài)數(shù)據(jù)，及相對于安裝坐標(biāo)系的姿態(tài)數(shù)據(jù)，并可向外部發(fā)送；d)可方便架設(shè)多種儀器。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細(xì)的說明。

圖1是本實用新型實施例1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型實施例2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型實施例3的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型實施例4的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型方位軸穩(wěn)定控制的原理；圖6是本實用新型俯仰軸穩(wěn)定控制的原理；圖7是本實用新型橫滾軸穩(wěn)定控制的原理。其中，1、外部控制模塊；2、DSP控制器；3、電源；4、三軸轉(zhuǎn)臺本體；41、轉(zhuǎn)臺機構(gòu)； 42、工作平臺；43、方位轉(zhuǎn)軸；44、俯仰轉(zhuǎn)軸；45、橫滾轉(zhuǎn)軸；5、第一傳感器；6、第二傳感器； 7、絕對式光電編碼器組。
具體實施方式
實施例1 如圖1所示，本實用新型所述的具有動態(tài)穩(wěn)定功能的三軸轉(zhuǎn)臺，包括外部控制模塊1、DSP控制器2、電源3、測量元件以及三軸轉(zhuǎn)臺本體4，外部控制模塊1連接DSP控制器 2，電源3連接DSP控制器2和三軸轉(zhuǎn)臺本體4，DSP控制器2連接三軸轉(zhuǎn)臺本體4，三軸轉(zhuǎn)臺本體4設(shè)有測量元件，三軸轉(zhuǎn)臺本體4包括轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41以及活動連接于該轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41的工作平臺42，轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41和工作平臺42之間設(shè)有方位轉(zhuǎn)軸43、俯仰轉(zhuǎn)軸44、橫滾轉(zhuǎn)軸45。DSP控制器2是系統(tǒng)的控制和處理核心，負(fù)責(zé)采集測量元件的數(shù)據(jù)，經(jīng)過解算處理，控制三軸轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動及穩(wěn)定控制。DSP控制器2也負(fù)責(zé)接收來自外部控制模塊1發(fā)送的控制命令，以及負(fù)責(zé)同外部的計算機系統(tǒng)進行控制命令和數(shù)據(jù)的交換。外部控制模塊1由人操作，可向DSP控制器2發(fā)送控制命令、控制三軸轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動以及方位向、俯仰向、橫滾向的穩(wěn)定期望角度等。本實用新型的轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41具有方位轉(zhuǎn)軸43、俯仰轉(zhuǎn)軸44、橫滾轉(zhuǎn)軸45，由電機帶動實現(xiàn)三軸轉(zhuǎn)動，工作平臺42上的工作平面可放置儀器，動態(tài)穩(wěn)定功能即針對該工作平面進行動態(tài)穩(wěn)定控制，電源3為系統(tǒng)中的各部分提供所需的電能。在本實施例中，測量元件包括第一傳感器5和第二傳感器6，第一傳感器5設(shè)于工作平臺42，用于測量工作平臺42指向相對于慣性空間(或大地水平面)的姿態(tài)角，以及相對于地理正北的方位角，第二傳感器6設(shè)于轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41上，經(jīng)過相對于轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41的安裝底面的位置校正，用于測量轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41底面相對于慣性空間的姿態(tài)角，以及相對于地理正北的方位角。本實施例主要具有以下功能a)具有方位、俯仰、橫滾三軸的全周轉(zhuǎn)動功能；b)能夠為搭載的儀器提供相對于慣性空間(或大地水平面)的俯仰穩(wěn)定功能、橫滾穩(wěn)定功能以及相對于地理正北的方位穩(wěn)定功能；c)可在任意位置上動態(tài)穩(wěn)定；d)能夠測量工作平臺42對于慣性空間(或大地水平面)的指向姿態(tài)角(方位角、 俯仰角、橫滾角)、轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41的安裝底面相對于慣性空間(或大地水平面)的姿態(tài)角(方位角、俯仰角、橫滾角)。實施例2 如圖2所示，本實施例與實施例1大致相同，其區(qū)別點在于測量元件包括第一傳感器5和絕對式光電編碼器組7，第一傳感器5設(shè)于工作平臺42上，用于測量工作平臺42 指向相對于慣性空間的姿態(tài)角，絕對式光電編碼器組7包括三個絕對式光電編碼器，其分別安裝在三軸轉(zhuǎn)臺本體4的方位轉(zhuǎn)軸43、俯仰轉(zhuǎn)軸44、橫滾轉(zhuǎn)軸45上，用于測量工作平臺 42指向相對于轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41底面的姿態(tài)角。本實施例主要具有以下功能a)具有方位、俯仰、橫滾三軸的全周轉(zhuǎn)動功能；b)能夠為搭載的儀器提供相對于慣性空間(或大地水平面)的俯仰穩(wěn)定功能、橫滾穩(wěn)定功能以及相對于地理正北的方位穩(wěn)定功能；或提供相對于載體安裝平面的方位穩(wěn)定功能、俯仰穩(wěn)定功能、橫滾穩(wěn)定功能；c)可在任意位置上動態(tài)穩(wěn)定；d)能夠測量工作平臺42相對于慣性空間(或大地水平面)指向姿態(tài)角(方位角、 俯仰角、橫滾角)、工作平臺42相對于轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41安裝底面的指向姿態(tài)角(方位角、俯仰角、橫滾角)。實施例3 如圖3所示，本實施例與實施例1大致相同，其區(qū)別點在于測量元件包括第一傳感器5、絕對式光電編碼器組7和第二傳感器6，第一傳感器5設(shè)于工作平臺42上，用于測量工作平臺42指向相對于慣性空間的姿態(tài)角，第二傳感器6設(shè)于轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41上，用于測量轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41底面相對于慣性空間的姿態(tài)角，絕對式光電編碼器組7的三個編碼器分別安裝在方位轉(zhuǎn)軸43、俯仰轉(zhuǎn)軸44、橫滾轉(zhuǎn)軸45上，用于測量工作平臺42指向相對于轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41 底面的姿態(tài)角。主要具有以下功能a)具有方位、俯仰、橫滾三軸的全周轉(zhuǎn)動功能；b)能夠為搭載的儀器提供相對于慣性空間(或大地水平面)的俯仰穩(wěn)定功能、橫滾穩(wěn)定功能以及相對于地理正北的方位穩(wěn)定功能；或提供相對于載體安裝平面的方位穩(wěn)定功能、俯仰穩(wěn)定功能、橫滾穩(wěn)定功能；c)可在任意位置上動態(tài)穩(wěn)定；d)能夠測量工作平臺42對于慣性空間(或大地水平面)指向姿態(tài)角(方位角、俯仰角、橫滾角)、工作平臺42相對于轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41底面的指向姿態(tài)角(方位角、俯仰角、橫滾角)、轉(zhuǎn)臺機構(gòu)41的安裝底面相對于慣性空間(或大地水平面)的姿態(tài)角(方位角、俯仰角、橫滾角)。實施例4 如圖4所示，本實施例與實施例1大致相同，其區(qū)別點在于測量元件包括第一傳感器5，第一傳感器5設(shè)于工作平臺42上，用于測量轉(zhuǎn)臺指向相對于慣性空間的姿態(tài)角。主要具有以下功能a)具有方位、俯仰、橫滾三軸的全周轉(zhuǎn)動功能；b)能夠為搭載的儀器提供相對于慣性空間(或大地水平面)的俯仰穩(wěn)定功能、橫滾穩(wěn)定功能以及相對于地理正北的方位穩(wěn)定功能；c)可在任意位置上動態(tài)穩(wěn)定；d)能夠測量工作平臺42對于慣性空間(或大地水平面)指向姿態(tài)角(方位角、俯仰角、橫滾角)。本實用新型的工作原理是圖5用以說明方位軸穩(wěn)定控制的原理。通過外部控制模塊1向系統(tǒng)輸入穩(wěn)定位置的期望值(方位角)，DSP控制器2可根據(jù)測量元件的配置以及系統(tǒng)的功能切換，選擇由第一傳感器5或絕對式光電編碼器組7作為反饋測量元件。DSP控制器2解算三軸轉(zhuǎn)臺本體 4的方位軸轉(zhuǎn)角與外部控制模塊1輸入的期望值的差值后，發(fā)出轉(zhuǎn)動控制信號，經(jīng)方位伺服驅(qū)動單元放大后，送至電機，控制方位軸達(dá)到理想的穩(wěn)定位置。根據(jù)系統(tǒng)的具體配置，如果第二傳感器6配置于系統(tǒng)中時，第二傳感器6將把三軸轉(zhuǎn)臺本體4的安裝底面相對于地理正北的方位角發(fā)送給DSP控制器2。圖6用以說明俯仰軸穩(wěn)定控制的原理。通過外部控制模塊1向系統(tǒng)輸入穩(wěn)定位置的期望值(俯仰角)，DSP控制器2可根據(jù)測量元件的配置以及系統(tǒng)的功能切換，選擇由第一傳感器5或絕對式光電編碼器組7作為反饋測量元件。DSP控制器2解算三軸轉(zhuǎn)臺本體 4的俯仰軸轉(zhuǎn)角與外部控制模塊1輸入的期望值的差值后，發(fā)出轉(zhuǎn)動控制信號，經(jīng)俯仰伺服驅(qū)動單元放大后，送至電機，控制俯仰軸達(dá)到理想的穩(wěn)定位置。根據(jù)系統(tǒng)的具體配置，如果第二傳感器6配置于系統(tǒng)中時，第二傳感器6將把三軸轉(zhuǎn)臺本體4的安裝底面相對于慣性空間(或大地水平面)的俯仰角發(fā)送給DSP控制器2。圖7用以說明橫滾軸穩(wěn)定控制的原理。通過外部控制模塊1向系統(tǒng)輸入穩(wěn)定位置的期望值(橫滾角)，DSP控制器2可根據(jù)測量元件的配置以及系統(tǒng)的功能切換，選擇由第一傳感器5或絕對式光電編碼器組7作為反饋測量元件。DSP控制器2解算三軸轉(zhuǎn)臺本體 4的橫滾軸轉(zhuǎn)角與外部控制模塊1輸入的期望值的差值后，發(fā)出轉(zhuǎn)動控制信號，經(jīng)橫滾伺服驅(qū)動單元放大后，送至電機，控制橫滾軸達(dá)到理想的穩(wěn)定位置。根據(jù)系統(tǒng)的具體配置，如果第二傳感器6配置于系統(tǒng)中時，第二傳感器6將把三軸轉(zhuǎn)臺本體4的安裝底面相對于慣性空間(或大地水平面)的橫滾角發(fā)送給DSP控制器2。本實用新型并不局限于上述實施方式，如果對本實用新型的各種改動或變形不脫離本實用新型的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本實用新型的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變形。
權(quán)利要求1.一種具有動態(tài)穩(wěn)定功能的三軸轉(zhuǎn)臺，其特征在于包括外部控制模塊、DSP控制器、 電源、測量元件以及三軸轉(zhuǎn)臺本體，所述外部控制模塊連接所述DSP控制器，所述電源連接所述DSP控制器和所述三軸轉(zhuǎn)臺本體，所述DSP控制器連接所述三軸轉(zhuǎn)臺本體，所述三軸轉(zhuǎn)臺本體設(shè)有測量元件，所述三軸轉(zhuǎn)臺本體包括轉(zhuǎn)臺機構(gòu)以及活動連接于該轉(zhuǎn)臺機構(gòu)的工作平臺，所述轉(zhuǎn)臺機構(gòu)和所述工作平臺之間設(shè)有方位轉(zhuǎn)軸、俯仰轉(zhuǎn)軸、橫滾轉(zhuǎn)軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有動態(tài)穩(wěn)定功能的三軸轉(zhuǎn)臺，其特征在于所述工作平臺上設(shè)有第一傳感器，所述轉(zhuǎn)臺機構(gòu)上設(shè)有第二傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有動態(tài)穩(wěn)定功能的三軸轉(zhuǎn)臺，其特征在于所述工作平臺上設(shè)有第一傳感器，所述轉(zhuǎn)臺機構(gòu)上設(shè)有絕對式光電編碼器組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有動態(tài)穩(wěn)定功能的三軸轉(zhuǎn)臺，其特征在于所述工作平臺上設(shè)有第一傳感器，所述轉(zhuǎn)臺機構(gòu)上設(shè)有絕對式光電編碼器組和第二傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的具有動態(tài)穩(wěn)定功能的三軸轉(zhuǎn)臺，其特征在于所述絕對式光電編碼器組包括三個絕對式光電編碼器，其分別安裝在所述三軸轉(zhuǎn)臺本體的方位轉(zhuǎn)軸、俯仰轉(zhuǎn)軸、橫滾轉(zhuǎn)軸上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有動態(tài)穩(wěn)定功能的三軸轉(zhuǎn)臺，其特征在于所述工作平臺上設(shè)有第一傳感器。
專利摘要本實用新型屬于穩(wěn)定平臺類設(shè)備，具體的說，涉及一種具有動態(tài)穩(wěn)定功能的三軸轉(zhuǎn)臺，其包括外部控制模塊、DSP控制器、電源、測量元件以及三軸轉(zhuǎn)臺本體，所述外部控制模塊連接所述DSP控制器，所述電源連接所述DSP控制器和所述三軸轉(zhuǎn)臺本體，所述DSP控制器連接所述三軸轉(zhuǎn)臺本體，所述三軸轉(zhuǎn)臺本體設(shè)有測量元件，所述三軸轉(zhuǎn)臺本體包括轉(zhuǎn)臺機構(gòu)以及活動連接于該轉(zhuǎn)臺機構(gòu)的工作平臺，所述轉(zhuǎn)臺機構(gòu)和所述工作平臺之間設(shè)有方位轉(zhuǎn)軸、俯仰轉(zhuǎn)軸、橫滾轉(zhuǎn)軸，其結(jié)合數(shù)字控制，為需要保持動態(tài)穩(wěn)定的設(shè)備提供小體積、低成本、自動的技術(shù)解決方案，穩(wěn)定性好，制造成本低。
文檔編號G01C21/18GK202229764SQ20112027772
公開日2012年5月23日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者王靖微 申請人:王靖微