CN102645213A - 一种用于光纤陀螺寻北仪的锁紧定位机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于光纤陀螺寻北仪的锁紧定位机构，它主要由定位盘和锁紧部件组成；本发明通过对直流电机的控制及对光电传感器信号的检测配合定位盘实现光纤陀螺寻北仪转动部件的锁紧、解锁、定位等功能，并由此实现光纤陀螺寻北仪的寻北功能。本发明体积小，可靠性高，满足光纤陀螺寻北仪所需的精确定位要求，提高了光纤陀螺寻北仪转动部件的稳定性和可靠性。

Description

一种用于光纤陀螺寻北仪的锁紧定位机构
技术领域
本发明属于惯性技术领域，尤其涉及一种用于光纤陀螺寻北仪的锁紧定位机构。
背景技术
地球上某一点处的地理北向为该点子午线的北向切线方向，即地球上该点处水平面上指向北极点的切线方向。地球表面或地球内或地球上空某一点处某一方向的北向角是指该方向在该点处水平面上的投影与地理北向的夹角。通过某种方法确定北向角的过程叫寻北。
寻北仪一般采用磁寻北（电子罗盘）、陀螺寻北、加速度计寻北、无线电寻北等原理设计，光纤陀螺是新一代的惯性器件，具有成本低、可靠性高、性能好、体积小、启动时间短、与重力加速度无关等优点，成为陀螺寻北仪的首选器件。
目前，光纤陀螺寻北仪的主流设计方案是多位置寻北法，即利用光纤陀螺对地球自转角速度在不同方位上水平分量的测量值来计算地理真北方向。原理如下：光纤陀螺输入轴与水平面平行时，其输出值可以写为：
Figure 2012101484154100002DEST_PATH_IMAGE002
；
式中，K为光纤陀螺标度因数，Ωe为地球自转角速度（约15.041067o/h），Φ为当地地理纬度，θ为光纤陀螺输入轴与地理北向的夹角（由地理北向顺时针方向计算）,D0为光纤陀螺零位。
在若干个特定的相隔角度已知的位置上分别采集光纤陀螺输出，即可根据公式（1）求解出θ的数值。以4位置寻北法为例，4位置寻北法在相互正交的4个位置上采集光纤陀螺输出，第1位置与地理北向的夹角为θ，第2位置与地理北向的夹角为θ+90度，第3位置与地理北向的夹角为θ+180度，第4位置与地理北向的夹角为θ+270度。根据公式（1）可知，四个位置光纤陀螺的输出值分别为：
Figure 2012101484154100002DEST_PATH_IMAGE004
   ；
从而可以解算出：
    。
欲实现多位置寻北方案，光纤陀螺寻北仪中需要转动部件带动光纤陀螺旋转，需要锁紧定位机构保证测试位置间的夹角精度以及测试时光纤陀螺的稳定性。
现有光纤陀螺寻北仪的定位精度主要依赖于角度传感器精度，而高精度角度传感器价格较高，不利于降低成本。现有光纤陀螺寻北仪的锁紧主要采用销孔配合方式，在振动环境下，易发生锁死状况，可靠性不高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于光纤陀螺寻北仪的锁紧定位机构。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于光纤陀螺寻北仪的锁紧定位机构，它主要由定位盘和锁紧部件组成；其中，所述定位盘上均匀分布8个V型槽；所述锁紧部件包括前轴承座、后轴承座、前球轴承、后球轴承、左直线轴承、右直线轴承、左直线轴承导杆、右直线轴承导杆、螺母连接块、直流电机、电机座、底板、直线导轨、直线导轨滑块、直线滑轨连接块、锁紧光电传感器、松锁光电传感器、锁紧挡板、松锁挡板、丝杆轴、锁紧头、弹簧和联轴器等；所述直流电机通过电机座安装在底板下，直流电机的输出轴通过联轴器和丝杆轴连接；前球轴承和后球轴承分别内嵌于安装在底板下的前轴承座和后轴承座中，用于支撑丝杆轴；左直线轴承导杆和右直线轴承导杆均安装于前轴承座和后轴承座间，并平行于丝杆轴，分别用于支撑左直线轴承和右直线轴承；丝杆轴和左直线轴承、右直线轴承共同支撑螺母连接块；锁紧光电传感器安装在前轴承座右侧，锁紧挡板安装在螺母连接块底部的右后端，锁紧光电传感器和锁紧挡板配合完成锁紧到位检测；松锁光电传感器安装在后轴承座左侧，松锁挡板安装在螺母连接块底部的左前端，松锁光电传感器和松锁挡板配合完成松锁到位检测；螺母连接块通过弹簧与安装在直线滑轨连接块上的锁紧头连接；直线滑轨连接块紧固在安装于直线导轨中的直线导轨滑块上，锁紧头锁入V型槽定位盘中的任意一个V型槽中。
本发明的有益效果是：
1、不需要高精度角度传感器做精确定位，只需使用低精度角度传感器进行粗定位（精度不劣于1度），然后驱动锁紧头锁入V型槽，可以自动校正并锁紧；
2、振动环境下，V型槽和锁紧头的配合不会出现锁死状况，提高了可靠性；
3、定位精度由定位盘的加工精度决定，定位盘上各V型槽间的角度误差可以通过测试得到，并建立相应的模型，在寻北算法中进行补偿。客观上提高了寻北精度。
附图说明
图1为本发明的使用示意图；
图2为本发明的锁紧部件左视图；
图3为本发明的锁紧部件仰视图；
图4为本发明的装配示意图。
图中，定位盘1、锁紧部件2、转动部件3、前轴承座201、后轴承座202、前球轴承203、后球轴承204、左直线轴承205、右直线轴承206、左直线轴承导杆207、右直线轴承导杆208、螺母连接块209、直流电机210、电机座211、底板212、直线导轨213、直线导轨滑块214、直线滑轨连接块215、锁紧光电传感器216、松锁光电传感器217、锁紧挡板218、松锁挡板219、丝杆轴220、锁紧头221、弹簧222、联轴器223。
具体实施方式
如图1所示，本发明用于光纤陀螺寻北仪的锁紧定位机构，由定位盘1和锁紧部件2组成。
所述定位盘1上均匀分布8个V型槽。如图2-3所示，所述锁紧部件2包括前轴承座201、后轴承座202、前球轴承203、后球轴承204、左直线轴承205、右直线轴承206、左直线轴承导杆207、右直线轴承导杆208、螺母连接块209、直流电机210、电机座211、底板212、直线导轨213、直线导轨滑块214、直线滑轨连接块215、锁紧光电传感器216、松锁光电传感器217、锁紧挡板218、松锁挡板219、丝杆轴220、锁紧头221、弹簧222、联轴器223。
锁紧部件2中，直流电机210通过电机座211安装在底板212下，直流电机210的输出轴通过联轴器223和丝杆轴220连接。前球轴承203和后球轴承204分别内嵌于安装在底板212下的前轴承座201和后轴承座202中，用于支撑丝杆轴220。左直线轴承导杆207和右直线轴承导杆208均安装于前轴承座201和后轴承座202间，并平行于丝杆轴220，分别用于支撑左直线轴承205和右直线轴承206。丝杆轴220和左直线轴承205、右直线轴承206共同支撑螺母连接块209。锁紧光电传感器216安装在前轴承座201右侧，锁紧挡板218安装在螺母连接块209底部的右后端，锁紧光电传感器216和锁紧挡板218配合完成锁紧到位检测。松锁光电传感器217安装在后轴承座202左侧，松锁挡板219安装在螺母连接块209底部的左前端，松锁光电传感器217和松锁挡板219配合完成松锁到位检测。螺母连接块209通过弹簧222与安装在直线滑轨连接块215上的锁紧头221连接。直线滑轨连接块215紧固在安装于直线导轨213中的直线导轨滑块214上，锁紧头221锁入V型槽定位盘1中的任意一个V型槽中。
本发明的工作原理是：直流电机210为直流力矩电机，可以用经典的H桥方式对其转动速度和方向进行控制。锁紧光电传感器216和松锁光电传感器217为通用的位置传感器，当其光路被遮挡时，产生电脉冲信号。直流电机210顺时针转动时，通过联轴器223带动丝杆轴220顺时针转动，使得螺母连接块209向前移动，进而带动锁紧头221向前移动，从而实现锁紧功能，当螺母连接块209上的锁紧档板218恰好遮挡住锁紧光电传感器216的光路时，说明锁紧到位。直流电机210逆时针转动时，通过联轴器223带动丝杆轴220逆时针转动，使得螺母连接块209向后移动，进而带动锁紧头221向后移动，从而实现松锁功能，当螺母连接块209上的松锁档板219恰好遮挡住松锁光电传感器217的光路时，说明松锁到位。
在寻北仪中使用时，如图4所示，将定位盘1安装于寻北仪的转动部件3下，将锁紧部件2安装于寻北仪中，使锁紧头221与定位盘1处于同一平面，且锁紧到位时，锁紧头221恰好完全锁入V型槽，松锁到位时，锁紧头221完全脱离V型槽。
当寻北仪需要转动到某个固定位置时：首先直流电机210逆时针转动，通过联轴器223带动丝杆轴220逆时针转动，使得螺母连接块209向后移动，进而带动锁紧头221向后移动，从而实现松锁功能，当螺母连接块209上的松锁档板219恰好遮挡住松锁光电传感器217的光路时，说明松锁到位。然后寻北仪转动部件3按照寻北流程转动至所需的固定位置。然后直流电机210顺时针转动，通过联轴器223带动丝杆轴220顺时针转动，使得螺母连接块209向前移动，进而带动锁紧头221向前移动，从而实现锁紧功能，当螺母连接块209上的锁紧档板218恰好遮挡住锁紧光电传感器216的光路时，说明锁紧到位。至此完成了寻北仪所需的转动过程。

Claims (1)

1.一种用于光纤陀螺寻北仪的锁紧定位机构，其特征在于，它主要由定位盘（1）和锁紧部件（2）组成；其中，所述定位盘（1）上均匀分布八个V型槽；所述锁紧部件（2）包括前轴承座（201）、后轴承座（202）、前球轴承（203）、后球轴承（204）、左直线轴承（205）、右直线轴承（206）、左直线轴承导杆（207）、右直线轴承导杆（208）、螺母连接块（209）、直流电机（210）、电机座（211）、底板（212）、直线导轨（213）、直线导轨滑块（214）、直线滑轨连接块（215）、锁紧光电传感器（216）、松锁光电传感器（217）、锁紧挡板（218）、松锁挡板（219）、丝杆轴（220）、锁紧头（221）、弹簧（222）和联轴器（223）等；所述直流电机（210）通过电机座（211）安装在底板（212）下，直流电机（210）的输出轴通过联轴器（223）和丝杆轴（220）连接；前球轴承（203）和后球轴承（204）分别内嵌于安装在底板（212）下的前轴承座（201）和后轴承座（202）中，用于支撑丝杆轴（220）；左直线轴承导杆（207）和右直线轴承导杆（208）均安装于前轴承座（201）和后轴承座（202）间，并平行于丝杆轴（220），分别用于支撑左直线轴承（205）和右直线轴承（206）；丝杆轴（220）和左直线轴承（205）、右直线轴承（206）共同支撑螺母连接块（209）；锁紧光电传感器（216）安装在前轴承座（201）右侧，锁紧挡板（218）安装在螺母连接块（209）底部的右后端，锁紧光电传感器（216）和锁紧挡板（218）配合完成锁紧到位检测；松锁光电传感器（217）安装在后轴承座（202）左侧，松锁挡板（219）安装在螺母连接块（209）底部的左前端，松锁光电传感器（217）和松锁挡板（219）配合完成松锁到位检测；螺母连接块（209）通过弹簧（222）与安装在直线滑轨连接块（215）上的锁紧头（221）连接；直线滑轨连接块（215）紧固在安装于直线导轨（213）中的直线导轨滑块（214）上，锁紧头（221）锁入V型槽定位盘（1）中的任意一个V型槽中。
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