專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及一種雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本工作原理是以牛頓力學(xué)定律為基礎(chǔ)，它利用陀螺和加速度計(jì)測(cè)量載體在慣性參考系中的角速度和加速度，從而連續(xù)估算載體在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的速度、 位置和姿態(tài)等信息。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種不依賴于外部信息、也不向外輻射能量的自主導(dǎo)航系統(tǒng)，其主要缺點(diǎn)是誤差會(huì)隨時(shí)間發(fā)散，不利于長(zhǎng)時(shí)間高精度導(dǎo)航。
旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)是將慣性器件安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，通過(guò)控制慣性器件隨旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)將誤差調(diào)制成周期變化的形式，在導(dǎo)航解算過(guò)程中利用積分運(yùn)算將誤差抵消，以此來(lái)減小系統(tǒng)誤差的積累，提高慣導(dǎo)系統(tǒng)的長(zhǎng)航時(shí)導(dǎo)航精度。
旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)主要有單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)和雙軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)兩類(lèi)。單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)僅能調(diào)制垂直于旋轉(zhuǎn)軸的器件誤差，旋轉(zhuǎn)軸方向上的慣性器件誤差無(wú)法得到調(diào)制。 雙軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)則可以使三個(gè)方向的慣性器件誤差都能夠得到調(diào)制，采用同等精度的慣性器件可以獲得更高的導(dǎo)航精度。
目前旋轉(zhuǎn)調(diào)制慣導(dǎo)系統(tǒng)都是單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)，如專(zhuān)利CN200910044428. 5公開(kāi)了一種高精度激光陀螺單軸旋轉(zhuǎn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；雙軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)還處在理論研究和試驗(yàn)階段，公開(kāi)文獻(xiàn)中都是對(duì)于慣導(dǎo)系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法的記載，如專(zhuān)利CN200910210714. 4 公開(kāi)了一種捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方法。
另外，如果將捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)整體安裝在雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，系統(tǒng)的體積、重量都會(huì)很大；但如果僅將慣性器件安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，則必須解決好系統(tǒng)內(nèi)部干擾、信號(hào)無(wú)損傳輸?shù)葐?wèn)題，因此雙軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的小型化難度很大。光纖陀螺對(duì)磁場(chǎng)較為敏感，在雙軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)中，電機(jī)磁場(chǎng)成為影響光纖陀螺精度的主要因素，尤其是在小型化旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)內(nèi)部空間有限，使得磁屏蔽設(shè)計(jì)難度很大。因此，在整個(gè)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，對(duì)于雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)尤為重要，目前的雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一般是用于實(shí)驗(yàn)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，如專(zhuān)利 CN201010503742. 8公開(kāi)了一種雙軸手動(dòng)無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)，都不能滿足既要適合系統(tǒng)小型化，又要保證磁場(chǎng)屏蔽的實(shí)際要求。發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種雙軸旋轉(zhuǎn)光纖捷聯(lián)慣性導(dǎo)航裝置。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),包括內(nèi)旋轉(zhuǎn)組件、外旋轉(zhuǎn)組件、外框組件；外框組件、外旋轉(zhuǎn)組件、內(nèi)旋轉(zhuǎn)組件由外向內(nèi)逐層安裝；
所述內(nèi)旋轉(zhuǎn)組件包括內(nèi)環(huán)支架、內(nèi)環(huán)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、內(nèi)環(huán)角度傳感器的轉(zhuǎn)子和內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的轉(zhuǎn)子；內(nèi)環(huán)電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定在內(nèi)環(huán)支架的下端，內(nèi)環(huán)角度傳感器的轉(zhuǎn)子和內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的轉(zhuǎn)子固定在內(nèi)環(huán)支架的上端；所述內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的轉(zhuǎn)子端用于連接慣性測(cè)量組3件輸出;所述外旋轉(zhuǎn)組件包括外環(huán)支架、內(nèi)環(huán)電機(jī)的定子、內(nèi)環(huán)角度傳感器的定子、內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的定子、外環(huán)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、外環(huán)角度傳感器的轉(zhuǎn)子和外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的轉(zhuǎn)子；所述內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的定子嵌裝在所述內(nèi)環(huán)角度傳感器的定子上；所述內(nèi)環(huán)角度傳感器的定子固定在外環(huán)支架的上端；所述內(nèi)環(huán)電機(jī)的定子固定在所述外環(huán)支架下端；外環(huán)電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定在所述外環(huán)支架的左端；外環(huán)角度傳感器的轉(zhuǎn)子和外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的轉(zhuǎn)子固定在所述外環(huán)支架的右端；所述內(nèi)環(huán)角度傳感器的輸出和內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的定子端輸出都分別與外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)轉(zhuǎn)子連接；所述外框組件包括外框、外環(huán)電機(jī)的定子、外環(huán)角度傳感器的定子、外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的定子；所述外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的定子嵌裝在外環(huán)角度傳感器的定子上；所述外環(huán)電機(jī)的定子固定在外框的左端；所述外環(huán)角度傳感器的定子固定在外框的右端；所述外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)定子端輸出和外環(huán)角度傳感器的輸出都對(duì)外連接。所述雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)還包括屏蔽罩，所述屏蔽罩安裝在雙螺旋機(jī)構(gòu)的內(nèi)環(huán)支架上，用于屏蔽地磁場(chǎng)、內(nèi)環(huán)電機(jī)磁場(chǎng)和外環(huán)電機(jī)磁場(chǎng)對(duì)光纖陀螺的干擾。所述內(nèi)環(huán)電機(jī)的定子通過(guò)多個(gè)力矩電機(jī)壓板和墊片以及標(biāo)準(zhǔn)螺釘安裝在外環(huán)支架上；外環(huán)電機(jī)的定子通過(guò)多個(gè)力矩電機(jī)壓板和墊片以及標(biāo)準(zhǔn)螺釘安裝在外框上。所述內(nèi)環(huán)電機(jī)和外環(huán)為力矩電機(jī)；所述內(nèi)環(huán)角度傳感器和外環(huán)角度傳感器為光電編碼器。本發(fā)明采用光電編碼器作為角度傳感器，相較其他高精度角度傳感器，例如旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器，具有體積小、精度高、性能穩(wěn)定、可靠等特點(diǎn)。本發(fā)明采用直流力矩電機(jī)作為雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置，具有低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，可在堵轉(zhuǎn)下長(zhǎng)期工作，直流力矩電機(jī)可以直接帶動(dòng)低速負(fù)載和大轉(zhuǎn)矩負(fù)載，具有轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性線性度好等優(yōu)點(diǎn)。特別適用于高精度的位置伺服系統(tǒng)和低速控制系統(tǒng)。本發(fā)明的內(nèi)環(huán)支架上設(shè)有屏蔽罩，可有效的屏蔽地磁場(chǎng)、內(nèi)環(huán)電機(jī)磁場(chǎng)和外環(huán)電機(jī)磁場(chǎng)對(duì)光纖陀螺的干擾。本發(fā)明在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上僅將慣性器件及其電路安裝在雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)部上，而直流電源、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)等部件安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)外部；雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，嚴(yán)格結(jié)合慣性器件對(duì)旋轉(zhuǎn)空間的實(shí)際需求來(lái)確定內(nèi)環(huán)支架和外環(huán)支架的形狀和尺寸，因而結(jié)構(gòu)上十分緊湊，能夠滿足整個(gè)慣性測(cè)量裝置的小型化要求；本發(fā)明中外框組件、外旋轉(zhuǎn)組件、內(nèi)旋轉(zhuǎn)組件的結(jié)構(gòu)件材料為質(zhì)量較輕的鋁或鋁合金，滿足整體輕巧的要求。


圖I雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)去掉外框的立體圖；圖2雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)去掉外框和屏蔽罩的立體圖；圖3雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)俯視圖；圖4雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)A-A向剖視圖。其中1內(nèi)環(huán)支架、2內(nèi)環(huán)力矩電機(jī)、3內(nèi)環(huán)光電編碼器、4內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)、5慣性測(cè)量組件、6外環(huán)支架、7內(nèi)環(huán)力矩電機(jī)壓板和墊片、8外環(huán)力矩電機(jī)、9外環(huán)光電編碼器、10外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)、11外框、12外環(huán)力矩電機(jī)壓板和墊片、13前屏蔽罩、14后屏蔽罩。
具體實(shí)施方式
如圖I、圖2、圖3和圖4所示，雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括內(nèi)旋轉(zhuǎn)組件、外旋轉(zhuǎn)組件、外框組件；外框組件、外旋轉(zhuǎn)組件、內(nèi)旋轉(zhuǎn)組件由外向內(nèi)逐層安裝。
本實(shí)施例中內(nèi)旋轉(zhuǎn)組件包括內(nèi)環(huán)力矩電機(jī)2的轉(zhuǎn)子固定在內(nèi)環(huán)支架I的下端，內(nèi)環(huán)光電編碼器3的轉(zhuǎn)子和內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)4的轉(zhuǎn)子固定在內(nèi)環(huán)支架I的上端；內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán) 4的轉(zhuǎn)子端用于連接慣性測(cè)量組件5的輸出和內(nèi)環(huán)力矩電機(jī)2的驅(qū)動(dòng)輸入。
本實(shí)施例中外旋轉(zhuǎn)組件包括內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)4的定子通過(guò)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)螺釘安裝在內(nèi)環(huán)光電編碼器3的定子上，內(nèi)環(huán)光電編碼器3的定子通過(guò)六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)螺釘安裝在外環(huán)支架6 的上端，內(nèi)環(huán)力矩電機(jī)2的定子通過(guò)六個(gè)內(nèi)環(huán)力矩電機(jī)壓板和墊片7以及六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)螺釘安裝在外環(huán)支架6下端，利用力矩電機(jī)壓板和墊片固定力矩電機(jī)即可以保證力矩電機(jī)牢固連接，又可以通過(guò)墊片調(diào)整力矩電機(jī)的位置；外環(huán)力矩電機(jī)8的轉(zhuǎn)子固定在外環(huán)支架6的左端；外環(huán)光電編碼器9的轉(zhuǎn)子和外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)10的轉(zhuǎn)子固定在外環(huán)支架的右端；內(nèi)環(huán)光電編碼器3的輸出、內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)4的定子端輸出以及外環(huán)力矩電機(jī)8的驅(qū)動(dòng)輸入端都分別與外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)10的轉(zhuǎn)子連接；
本實(shí)施例中外框組件包括外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)10的定子通過(guò)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)螺釘安裝在外環(huán)光電編碼器9的定子上；外環(huán)光電編碼器9的定子通過(guò)六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)螺釘安裝在外框11的右端，外環(huán)力矩電機(jī)8的定子通過(guò)六個(gè)外環(huán)力矩電機(jī)壓板和墊片12以及六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)螺釘安裝在外框11左端。
為屏蔽地磁場(chǎng)、內(nèi)環(huán)電機(jī)磁場(chǎng)和外環(huán)電機(jī)磁場(chǎng)對(duì)光纖陀螺的干擾，內(nèi)環(huán)支架I上設(shè)有屏蔽罩，本實(shí)施例中屏蔽罩分前屏蔽罩13、后屏蔽罩14兩部分，分別從前后兩個(gè)方向安裝在內(nèi)環(huán)支架上。
工作時(shí)，雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)外信息的傳遞，通過(guò)內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)4與外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)10 實(shí)現(xiàn)。內(nèi)環(huán)光電編碼器3與外環(huán)光電編碼器9實(shí)時(shí)接收控制系統(tǒng)定時(shí)發(fā)出的同步信號(hào)，接收到同步信號(hào)后，內(nèi)、外環(huán)光電編碼器將采集到的雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)、外環(huán)角位置信息再輸出至控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)根據(jù)控制指令和接收到的內(nèi)、外環(huán)角位置信息，按照預(yù)定的控制算法計(jì)算出對(duì)雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)、外環(huán)的控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后分別送至雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的內(nèi)環(huán)力矩電機(jī)2和外環(huán)力矩電機(jī)8并使其轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定控制。
權(quán)利要求
1.一種雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其特征在于包括外框組件、外旋轉(zhuǎn)組件、內(nèi)旋轉(zhuǎn)組件；外框組件、外旋轉(zhuǎn)組件、內(nèi)旋轉(zhuǎn)組件由外向內(nèi)逐層安裝； 所述內(nèi)旋轉(zhuǎn)組件包括內(nèi)環(huán)電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定在內(nèi)環(huán)支架的下端，內(nèi)環(huán)角度傳感器的轉(zhuǎn)子和內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的轉(zhuǎn)子固定在內(nèi)環(huán)支架的上端；所述內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的轉(zhuǎn)子端用于連接慣性測(cè)量組件輸出端； 所述外旋轉(zhuǎn)組件包括所述內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的定子嵌裝在所述內(nèi)環(huán)角度傳感器的定子上；所述內(nèi)環(huán)角度傳感器的定子固定在外環(huán)支架的上端；所述內(nèi)環(huán)電機(jī)的定子固定在所述外環(huán)支架下端；外環(huán)電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定在所述外環(huán)支架的左端；外環(huán)角度傳感器的轉(zhuǎn)子和外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的轉(zhuǎn)子固定在所述外環(huán)支架的右端；所述內(nèi)環(huán)角度傳感器的輸出和內(nèi)環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的定子端輸出都分別與外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)轉(zhuǎn)子連接； 所述外框組件包括所述外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)的定子嵌裝在外環(huán)角度傳感器的定子上；所述外環(huán)電機(jī)的定子固定在外框的左端；所述外環(huán)角度傳感器的定子固定在外框的右端；所述外環(huán)導(dǎo)電滑環(huán)定子端輸出和外環(huán)角度傳感器的輸出都對(duì)外連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其特征在于還包括屏蔽罩，所述屏蔽罩安裝在雙螺旋機(jī)構(gòu)的內(nèi)環(huán)支架上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述內(nèi)環(huán)電機(jī)的定子通過(guò)多個(gè)力矩電機(jī)壓板和墊片以及標(biāo)準(zhǔn)螺釘安裝在外環(huán)支架上；外環(huán)電機(jī)的定子通過(guò)多個(gè)力矩電機(jī)壓板和墊片以及標(biāo)準(zhǔn)螺釘安裝在外框上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述內(nèi)環(huán)電機(jī)和外環(huán)為力矩電機(jī)；所述內(nèi)環(huán)角度傳感器和外環(huán)角度傳感器為光電編碼器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的任意一種雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述外框組件、外旋轉(zhuǎn)組件、內(nèi)旋轉(zhuǎn)組件的結(jié)構(gòu)件材料為鋁或鋁合金。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，由外框組件、外旋轉(zhuǎn)組件、內(nèi)旋轉(zhuǎn)組件組成；作為雙軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的核心，本裝置具有重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊和電磁屏蔽等特點(diǎn)，特別適用于高精度、長(zhǎng)航時(shí)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01C21/16GK102927986SQ201210458649
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者曲雪云, 劉峰, 胡平華, 張叢巨, 詹雙豪, 舒釗, 李?lèi)?ài)萍, 唐江河, 王鵬程, 劉東斌 申請(qǐng)人:北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所