CN102607559A - 可自标定的惯性定位定向装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自标定的惯性定位定向装置，包括底座、框架、滑动减振部件、安装在框架上的外轴系、安装在外轴系上的内轴系、安装在外轴系上的外轴锁紧部件和安装在底座上的整机锁紧部件，框架通过滑动减振部件安装在底座的底面上，框架与底座的侧面通过整机锁紧部件锁紧配合，外轴系与框架通过外轴锁紧部件锁紧配合，内轴系上安装有惯组，外轴系与内轴系之间设置有对惯组压紧固定的压紧部件。本发明的外轴系与内轴系组成惯组自标定系统；内轴系绕竖直轴转动可实现定向功能；锁紧内外轴系和框架使惯组与运载体捷联，可实现惯性定位和姿态传递的功能。本发明实现惯性定位定向和姿态基准的传递，并具有自动标定惯组参数的功能。

Description

可自标定的惯性定位定向装置

技术领域

本发明属于惯性定位定向领域，具体地指一种可自标定的惯性定位定向装置。

背景技术

惯性定位定向装置主要应用于高机动武器装备系统及矿山开采、隧道施工、大地测量等需要建立方位基准的领域。

现有的光纤陀螺寻北仪是一种自主指示方位的高精度惯性仪器，它能够在不输入纬度值的情况下，给出载体与真北方向的夹角。其结构采用单轴设计，敏感元件仅使用一个光纤陀螺，只具有定向寻北的功能。

惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪，又称惯性导航组合(简称惯组)。3个自由度陀螺仪用来测量飞行器的3个转动运动；3个加速度计用来测量运载体的3个平移运动的加速度。捷联式惯性导航系统的结构简单、体积小、维护方便，是通过惯组直接安装在运载体上以完成制导与导航任务。但是，这种装置也只具有惯性导航定位的功能。

以上惯性定位定向装置的结构设计功能单一，没有进行一体化、自动化设计，不能同时满足定位、定向和姿态基准的传递，更不具有自动标定惯组参数的能力，在使用上有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的就是针对目前惯性定位定向装置功能单一的问题，提供一种可自标定的惯性定位定向装置，集惯性定位定向、姿态传递和惯组自标定于一体。

为实现上述目的，本发明所设计的可自标定的惯性定位定向装置，包括L型的底座、框架、安装在框架上的外轴系和安装在外轴系上的内轴系，所述内轴系上安装有惯组，它还包括滑动减振部件以及可将惯组的姿态传递到底座的压紧部件、外框锁紧部件和整机锁紧部件，所述框架通过滑动减振部件安装在底座的底面上，所述外轴锁紧部件安装在外轴系上，所述外轴系与框架通过外轴锁紧部件锁紧配合，所述整机锁紧部件安装在底座上，所述框架与底座的侧面通过整机锁紧部件锁紧配合，所述外轴系和可在竖直方向旋转完成惯组定向寻北功能的内轴系组成惯组的自标定系统，所述压紧部件安装在外轴系内，用于对惯组的压紧固定。

优选地，所述底座的底面上开设有用于安装滑动减振部件的滑动槽，所述底座的侧面与框架之间安装有弹簧，所述底座的侧面还开有用于整机锁紧部件的安装孔。这样，底座的底面为整个框架的安装承重面，侧面为定向和姿态传递的捷联基准面；框架通过滑动减振部件相对于底座水平方向上滑动时，采用弹簧减振。

优选地，所述框架的侧面设置有定位销，所述底座的侧面设置有与所述定位销配合的销孔；所述框架的侧面还设置有与所述整机锁紧部件配合的锁紧拉块。这样，框架上的定位销和底座的销孔配合实现锁紧导向和定位，整机锁紧部件的蜗轮蜗杆驱动螺杆直线运动，从而拉动或推动框架实现框架与底座侧面的贴合锁紧或解锁。

优选地，所述滑动减振部件包括滑动板、与底座固连的下滑板和固定在下滑板上的侧压板，所述侧压板和下滑板之间形成可供滑动板水平滑动的滑轨，所述滑动板的上下两面均安装有嵌在所述底座的滑动槽内的减振垫，所述滑动板通过减振垫与框架固连，所述滑动板与下滑板滑动接触，所述滑动板在滑动方向的最远端设置有限位挡块，所述限位挡块与滑动板接触的一端设置有橡胶垫。这样，滑动板可在侧压板和下滑板形成的滑轨内沿一个水平方向滑动；滑动板在竖直方向采用减振垫减振，在水平方向采用橡胶垫减振。

优选地，所述滑动板下面的减振垫的底部设置有限位套，所述滑动板和下滑板均采用钢材料，滑动接触面采用高平面度加工。这样，减少滑动板和下滑板之间滑动摩擦的阻力。

优选地，所述外轴系包括相啮合的第一蜗轮和第一蜗杆、驱动第一蜗杆的外轴电机、铜套及回转控制机构，所述第一蜗轮通过铜套安装在框架上，所述第一蜗轮与铜套间隙配合，铜套和框架之间过盈配合，所述回转控制机构包括与框架固连的固定支架、与第一蜗轮固连的转动支架和控制转动支架相对固定支架旋转的旋转变压器，所述转动支架上开设有与外轴锁紧部件配合的插销孔，所述外轴锁紧部件安装在固定支架上，所述旋转变压器包括空心轴结构的内旋转轴和外旋转轴，所述外旋转轴与固定支架固连，所述内旋转轴与转动支架上设置的旋转轴过盈配合。第一蜗轮和铜套采用间隙配合实现回转，使转动支架随第一蜗轮相对固定支架旋转，旋转角度采用旋转变压器控制。

优选地，所述回转控制机构的旋转轴外侧端设置有压紧端盖，所述压紧端盖通过锁紧螺母固定在内旋转轴的外侧端上。

优选地，所述内轴系包括与惯组连接的上齿盘、与外轴系固连的下齿盘、驱动上齿盘升起的顶升电机和顶升传动机构及驱动上齿盘旋转的转动电机和转动传动机构，所述上齿盘在锁紧时与下齿盘啮合。这样，上齿盘旋转角度精度采用齿盘精度控制，上、下齿盘采用齿盘啮合方式锁紧。

优选地，所述压紧部件、外轴锁紧部件和整机锁紧部件均包括螺杆、控制螺杆运动行程的微动开关、与螺杆相配合并控制螺杆直线运动的限转块及相啮合的第二蜗轮和第二蜗杆，所述第二蜗轮的轴孔内设置有与螺杆配合的内螺纹，所述螺杆上设置有与微动开关相对应的感应片。这样，传动方式采用蜗轮蜗杆副和螺纹副联合驱动，通过限位滑块将第二蜗轮的旋转运动转变成螺杆的直线运动，并利用微动开关控制直线运动的行程。

优选地，所述压紧部件的螺杆和转动支架的旋转轴均为空心轴，所述转动支架的内侧开有走线槽。这样，保证电缆线从内轴系到外轴系及外轴系到外部之间的旋转过渡，在旋转过程中电缆线不会发生扭曲和缠绕。

本发明的有益效果：本发明的外轴系与内轴系组成惯组自标定系统；内轴系绕竖直轴转动可实现定向功能；锁紧内外轴系和框架使惯组与运载体捷联，可实现惯性定位和姿态传递的功能。本发明实现惯性定位定向和姿态基准的传递，并具有自动标定惯组参数的功能。该装置使用功能多样，自动化程度高，具有良好的结构工艺性。

附图说明

图1为可自标定的惯性定位定向装置的正面立体结构示意图。

图2为可自标定的惯性定位定向装置的背面立体结构示意图。

图3为图1中框架通过滑动减振部件安装在底座上的主视结构示意图。

图4为图3中A部分放大的剖视结构示意图。

图5为图3中滑动减振部件的俯视结构示意图。

图6为外轴系的立体结构示意图。

图7为内轴系的剖视结构示意图。

图8为外轴锁紧部件与外轴系的安装结构示意图。

图9为图8中B部分放大的结构示意图。

图10为整机锁紧部件与底座的安装结构示意图。

图11为压紧部件的立体结构示意图。

图12为图11的俯视结构示意图。

图13为图12的A-A结构示意图。

图14为可自标定的惯性定位定向装置的电缆线布置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

图1、2中所示的可自标定的惯性定位定向装置，包括L型的底座1、框架2、安装在框架2上的外轴系4和安装在外轴系4上的内轴系5，内轴系5上安装有惯组9，它还包括滑动减振部件3以及可将惯组9的姿态传递到底座1的压紧部件6、外框锁紧部件7和整机锁紧部件8。框架2通过滑动减振部件3安装在底座1的底面上。外轴锁紧部件7安装在外轴系4上，外轴系4与框架2通过外轴锁紧部件7锁紧配合。整机锁紧部件8安装在底座1上，框架2与底座1的侧面通过整机锁紧部件8锁紧配合。外轴系4和可在竖直方向旋转完成惯组9定向寻北功能的内轴系5组成惯组9的自标定系统，所述压紧部件6安装在外轴系4内，用于对惯组9的压紧固定。

再结合图3和图10，底座1的底面上开设有用于安装滑动减振部件3的滑动槽1.1，底座1的侧面与框架2之间安装有弹簧17，底座1的侧面还开有用于整机锁紧部件8的安装孔1.3。

结合图10，框架2的侧面设置有定位销2.1，底座1的侧面设置有与定位销2.1配合的销孔1.2。框架2的侧面还设置有与整机锁紧部件8配合的锁紧拉块2.2。

结合图3～5，滑动减振部件3包括滑动板3.1、与底座1固连的下滑板3.2和固定在下滑板3.2上的侧压板3.3，侧压板3.3和下滑板3.2之间形成可供滑动板3.1水平滑动的滑轨。滑动板3.1的上下两面均安装有嵌在滑动槽1.1内的减振垫3.4，滑动板3.1通过减振垫3.4与框架2固连，滑动板3.1与下滑板3.2滑动接触。滑动板3.1在滑动方向的最远端设置有限位挡块3.6，限位挡块3.6与滑动板3.1接触的一端设置有橡胶垫3.5。滑动板3.1下面的减振垫3.4的底部设置有限位套3.7，滑动板3.1和下滑板3.2均采用钢材料，滑动接触面采用高平面度加工。

结合图1、图6、8、9，外轴系4包括相啮合的第一蜗轮4.1和第一蜗杆4.2、驱动第一蜗杆4.2的外轴电机4.3、铜套4.4及回转控制机构。第一蜗轮4.1通过铜套4.4安装在框架2上，第一蜗轮4.1与铜套4.4间隙配合，铜套4.4和框架2之间过盈配合。回转控制机构包括与框架2固连的固定支架4.5、与第一蜗轮4.1固连的转动支架4.6和控制转动支架4.6相对固定支架4.5旋转的旋转变压器4.7。转动支架4.6上开设有与外轴锁紧部件7配合的插销孔4.6.3，外轴锁紧部件7安装在固定支架4.5上。旋转变压器4.7包括空心轴结构的内旋转轴4.7.1和外旋转轴4.7.2，外旋转轴4.7.2与固定支架4.5固连，内旋转轴4.7.1与转动支架4.6上设置的旋转轴4.6.1过盈配合。回转控制机构的旋转轴4.6.1的外侧端设置有压紧端盖4.6.2，压紧端盖4.6.2通过锁紧螺母4.8固定在内旋转轴4.7.1的外侧端上。

外轴系4的蜗轮蜗杆副的传动比为230∶1，传动效率为45％；导程角为3°13′28″，蜗轮蜗杆副具有自锁能力；外轴电机4.3采用型号为M24241S的步进电机驱动蜗轮蜗杆副的回转运动。

结合图1和图7，内轴系5包括与惯组9连接的上齿盘5.1、与外轴系4固连的下齿盘5.2、驱动上齿盘5.1升起的顶升电机5.3和顶升传动机构5.4、及驱动上齿盘5.1旋转的转动电机5.5和转动传动机构5.6，上齿盘5.1在锁紧时与下齿盘5.2啮合。

压紧部件6、外轴锁紧部件7和整机锁紧部件8均包括螺杆10、控制螺杆10运动行程的微动开关14、与螺杆10相配合并控制螺杆10直线运动的限转块11及相啮合的第二蜗轮12和第二蜗杆13，第二蜗轮12的轴孔内设置有与螺杆10配合的内螺纹，螺杆10上设置有与微动开关14相对应的感应片15。第二蜗轮12的外侧端均设置有蜗轮套18。

外轴锁紧部件7的具体结构如图8、9所示，外轴锁紧部件7安装在固定支架4.5上，外轴锁紧部件7的螺杆10为与转动支架4.6上的插销孔4.6.3配合的插销。限转块11固连在固定支架4.5上，螺杆10的下端为与限转块11贴合的半圆柱形，通过限转块11防止螺杆10的转动，控制螺杆10只能直线运动。微动开关14固定安装在固定支架4.5上，感应片15固定在螺杆10的顶部。

外轴系4的初始位置(0°)采用插销方式锁紧，即螺杆10插在插销孔4.6.3中，蜗轮蜗杆副驱动螺杆10直线运动，实现外轴系4和框架2的锁紧。第二蜗轮12采用深沟球轴承装配，轴向使用Φ3的钢珠与蜗轮套18实现轴向限位，采用KW5C-0Z-1型微动开关14控制螺杆10的行程。驱动螺杆10运动的蜗轮蜗杆副的传动比为44∶1，驱动电机使用22SYK0601.R+型号直流电机，螺旋传动效率为40％，第二蜗杆13传动效率为45％。外轴系4的蜗轮蜗杆具有自锁能力，可在蜗轮转动的任意角度实现自锁。

整机锁紧部件8的具体结构如图10所示，整机锁紧部件8的螺杆10通过安装孔1.3安装在底座1的外侧面上，框架2上的锁紧拉块2.2设置有中心通孔2.2.1，螺杆10穿过中心通孔2.2.1，其螺杆10的末端设置有与锁紧拉块2.2配合的凸台10.1。微动开关14固定安装在框架2上，感应片15固定在底座1上。

限转块11固连在螺杆10上，控制螺杆10直线运动。整机锁紧部件8的蜗轮蜗杆驱动螺杆10直线运动，从而拉动锁紧拉块2.2或推动框架2实现框架2与底座1侧面的贴合锁紧或解锁。

第二蜗轮12采用深沟球轴承与轴承座配合，轴向方向采用两个推力球轴承配合承受轴向力及限位。蜗轮蜗杆副的转动比为82∶1，驱动电机使用J60LYX01A型号力矩电机，螺旋传动效率为40％，第二蜗杆13传动效率为45％；导程角为3°16′14″。

压紧部件6的具体结构如图11～13所示，其机械传动方式和电机选型与外轴锁紧部件7相同，仅压紧部件6的螺杆10为空心轴，且在螺杆10的下端设置有与惯组9压紧的压板10.2。外轴系4的第一涡轮4.1还固连有用于安装压紧部件6的安装支架4.9。压紧部件6的限转块11、第二蜗轮12、第二蜗杆13和蜗轮套18以及微动开关14固定安装在安装支架4.9上，感应片15置于螺杆10上，通过微动开关14和感应片15控制螺杆10直线运动的行程。

可自标定的惯性定位定向装置的电缆线布置如图14所示，压紧部件6的螺杆10和转动支架4.6的旋转轴4.6.1均为空心轴，转动支架4.6的内侧开有走线槽16。惯组9上的电缆线从螺杆10的空心轴孔内穿过，通过转动支架4.6内侧的走线槽16，最后从旋转轴4.6.1的空心轴引出，保证电缆线从内轴系5到外轴系4及外轴系4到外部之间的旋转过渡。内轴系5和外轴系4每次旋转角度不超过360°，然后再反方向旋转到初始位置，不会发生扭曲和缠绕。

本发明的工作过程：

本装置在功能使用上分为定位、定向、姿态传递和惯组自标定四种工作模式。

定位工作模式：内轴系5的上、下齿盘啮合锁紧，压紧部件6锁紧，使惯组9与外轴系4固连；外轴系4在初始位置(0°)锁紧，使外轴系4和框架2的固连；整机锁紧部件8解锁，通过滑动减振部件3使整个框架2在底座1上处于减振状态。

定向工作模式：压紧部件6解锁；外轴系4在初始位置(0°)锁紧，使外轴系4和框架2的固连；整机锁紧部件8锁紧，使框架2和底座1侧面固连；内轴系5的上齿盘5.1绕竖直方向旋转实现定向，并将定向角度传递到底座1上。

姿态传递工作模式：内轴系5锁紧，压紧部件6锁紧，使惯组9与外轴系4固连；外轴系4在初始位置(0°)锁紧，使外轴系4和框架2的固连；整机锁紧部件8锁紧，使框架2与底座1侧面固连；最终实现将惯组9的姿态传递到底座1上。

自标定工作模式：整机锁紧部件8锁紧，使框架2与底座1侧面固连；外轴系4和内轴系5复合运动组成惯组9的双轴自标定系统：

当外轴系4旋转时，内轴系5锁紧，压紧部件6锁紧，使惯组9与外轴系4固连；当内轴系5的上齿盘5.1旋转时，压紧部件6解锁，外轴系4在某一角度通过蜗轮蜗杆自锁能力锁紧。

Claims (10)

1.一种可自标定的惯性定位定向装置，包括L型的底座(1)、框架(2)、安装在框架(2)上的外轴系(4)和安装在外轴系(4)上的内轴系(5)，所述内轴系(5)上安装有惯组(9)，其特征在于：它还包括滑动减振部件(3)以及可将惯组(9)的姿态传递到底座(1)的压紧部件(6)、外框锁紧部件(7)和整机锁紧部件(8)，所述框架(2)通过滑动减振部件(3)安装在底座(1)的底面上，所述外轴锁紧部件(7)安装在外轴系(4)上，所述外轴系(4)与框架(2)通过外轴锁紧部件(7)锁紧配合，所述整机锁紧部件(8)安装在底座(1)上，所述框架(2)与底座(1)的侧面通过整机锁紧部件(8)锁紧配合，所述外轴系(4)和可在竖直方向旋转完成惯组(9)定向寻北功能的内轴系(5)组成惯组(9)的自标定系统，所述压紧部件(6)安装在外轴系(4)内，用于对惯组(9)的压紧固定。

2.根据权利要求1所述的可自标定的惯性定位定向装置，其特征在于：所述底座(1)的底面上开设有用于安装滑动减振部件(3)的滑动槽(1.1)，所述底座(1)的侧面与框架(2)之间安装有弹簧(17)，所述底座(1)的侧面还开有用于整机锁紧部件(8)的安装孔(1.3)。

3.根据权利要求1所述的可自标定的惯性定位定向装置，其特征在于：所述框架(2)的侧面沉孔中设置有定位销(2.1)，所述底座(1)的侧面设置有与所述定位销(2.1)配合的销孔(1.2)；所述框架(2)的侧面还设置有与所述整机锁紧部件(8)配合的锁紧拉块(2.2)。

4.根据权利要求1所述的可自标定的惯性定位定向装置，其特征在于：所述滑动减振部件(3)包括滑动板(3.1)、与底座(1)固连的下滑板(3.2)和固定在下滑板(3.2)上的侧压板(3.3)，所述侧压板(3.3)和下滑板(3.2)之间形成可供滑动板(3.1)水平滑动的滑轨，所述滑动板(3.1)的上下两面均安装有减振垫(3.4)，其中滑动板(3.1)下面的减振垫(3.4)嵌在所述底座(1)的滑动槽(1.1)内，滑动板(3.1)上面的减振垫(3.4)与框架(2)固连，所述滑动板(3.1)与下滑板(3.2)滑动接触，所述滑动板(3.1)在滑动方向的最远端设置有限位挡块(3.6)，所述限位挡块(3.6)与滑动板(3.1)接触的一端设置有橡胶垫(3.5)。

5.根据权利要求4所述的可自标定的惯性定位定向装置，其特征在于：所述滑动板(3.1)下面的减振垫(3.4)的底部设置有限位套(3.7)，所述滑动板(3.1)和下滑板(3.2)均采用钢材料，两者的滑动接触面为高平面度接触面。

6.根据权利要求1所述的可自标定的惯性定位定向装置，其特征在于：所述外轴系(4)包括相啮合的第一蜗轮(4.1)和第一蜗杆(4.2)、驱动第一蜗杆(4.2)的外轴电机(4.3)、铜套(4.4)及回转控制机构，所述第一蜗轮(4.1)通过铜套(4.4)安装在框架(2)上，所述第一蜗轮(4.1)与铜套(4.4)间隙配合，所述铜套(4.4)和框架(2)之间过盈配合，所述回转控制机构包括与框架(2)固连的固定支架(4.5)、与第一蜗轮(4.1)固连的转动支架(4.6)和控制转动支架(4.6)相对固定支架(4.5)旋转的旋转变压器(4.7)，所述转动支架(4.6)上开设有与外轴锁紧部件(7)配合的插销孔(4.6.3)，所述外轴锁紧部件(7)安装在固定支架(4.5)上，所述旋转变压器(4.7)包括空心轴结构的内旋转轴(4.7.1)和外旋转轴(4.7.2)，所述外旋转轴(4.7.2)与固定支架(4.5)固连，所述内旋转轴(4.7.1)与转动支架(4.6)上设置的旋转轴(4.6.1)过盈配合。

7.根据权利要求6所述的可自标定的惯性定位定向装置，其特征在于：所述回转控制机构的旋转轴(4.6.1)外侧端设置有压紧端盖(4.6.2)，所述压紧端盖(4.6.2)通过锁紧螺母(4.8)固定在内旋转轴(4.7.1)的外侧端上。

8.根据权利要求1所述的可自标定的惯性定位定向装置，其特征在于：所述内轴系(5)包括与惯组(9)连接的上齿盘(5.1)、与外轴系(4)固连的下齿盘(5.2)、驱动上齿盘(5.1)升起的顶升电机(5.3)和顶升传动机构(5.4)及驱动上齿盘(5.1)旋转的转动电机(5.5)和转动传动机构(5.6)，所述上齿盘(5.1)在锁紧时与下齿盘(5.2)啮合。

9.根据权利要求1所述的可自标定的惯性定位定向装置，其特征在于：所述压紧部件(6)、外轴锁紧部件(7)和整机锁紧部件(8)均包括螺杆(10)、控制螺杆(10)运动行程的微动开关(14)、与螺杆(10)相配合并控制螺杆(10)直线运动的限转块(11)及相啮合的第二蜗轮(12)和第二蜗杆(13)，所述第二蜗轮(12)的轴孔内设置有与螺杆(10)配合的内螺纹，所述螺杆(10)上设置有与微动开关(14)相对应的感应片(15)。

10.根据权利要求6或9所述的可自标定的惯性定位定向装置，其特征在于：所述压紧部件(6)的螺杆(10)和转动支架(4.6)的旋转轴(4.6.1)均为空心轴，所述转动支架(4.6)的内侧开有走线槽(16)。

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