CN102927986A - 一种双轴旋转机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双轴旋转机构，由外框组件、外旋转组件、内旋转组件组成；作为双轴旋转惯导系统的核心，本装置具有重量轻、结构紧凑和电磁屏蔽等特点，特别适用于高精度、长航时的惯性导航系统。

Description

一种双轴旋转机构

技术领域

本发明涉及导航领域，尤其涉及一种双轴旋转机构。

背景技术

惯性导航系统的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，它利用陀螺和加速度计测量载体在惯性参考系中的角速度和加速度，从而连续估算载体在导航坐标系中的速度、位置和姿态等信息。惯性导航系统是一种不依赖于外部信息、也不向外辐射能量的自主导航系统，其主要缺点是误差会随时间发散，不利于长时间高精度导航。

旋转式惯导系统是将惯性器件安装在旋转机构上，通过控制惯性器件随旋转机构往复转动将误差调制成周期变化的形式，在导航解算过程中利用积分运算将误差抵消，以此来减小系统误差的积累，提高惯导系统的长航时导航精度。

旋转式惯导系统主要有单轴旋转惯导系统和双轴旋转惯导系统两类。单轴旋转惯导系统仅能调制垂直于旋转轴的器件误差，旋转轴方向上的惯性器件误差无法得到调制。双轴旋转惯导系统则可以使三个方向的惯性器件误差都能够得到调制，采用同等精度的惯性器件可以获得更高的导航精度。

目前旋转调制惯导系统都是单轴旋转惯导系统，如专利CN200910044428.5公开了一种高精度激光陀螺单轴旋转惯性导航系统；双轴旋转惯导系统还处在理论研究和试验阶段，公开文献中都是对于惯导系统双轴旋转调制方法的记载，如专利CN200910210714.4公开了一种捷联惯性导航系统双轴旋转调制方法。

另外，如果将捷联惯导系统整体安装在双轴旋转机构上，系统的体积、重量都会很大；但如果仅将惯性器件安装在旋转机构上，则必须解决好系统内部干扰、信号无损传输等问题，因此双轴旋转惯导系统的小型化难度很大。光纤陀螺对磁场较为敏感，在双轴旋转惯导系统中，电机磁场成为影响光纤陀螺精度的主要因素，尤其是在小型化旋转惯导系统中，由于系统内部空间有限，使得磁屏蔽设计难度很大。因此，在整个惯性导航系统中，对于双轴旋转机构的设计尤为重要，目前的双轴旋转机构一般是用于实验的旋转平台，如专利CN201010503742．8公开了一种双轴手动无磁转台，都不能满足既要适合系统小型化，又要保证磁场屏蔽的实际要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种双轴旋转光纤捷联惯性导航装置。

本发明是这样实现的：

一种双轴旋转机构，包括内旋转组件、外旋转组件、外框组件；外框组件、外旋转组件、内旋转组件由外向内逐层安装；

所述内旋转组件包括内环支架、内环电机的转子、内环角度传感器的转子和内环导电滑环的转子；内环电机的转子固定在内环支架的下端，内环角度传感器的转子和内环导电滑环的转子固定在内环支架的上端；所述内环导电滑环的转子端用于连接惯性测量组件输出端；

所述外旋转组件包括外环支架、内环电机的定子、内环角度传感器的定子、内环导电滑环的定子、外环电机的转子、外环角度传感器的转子和外环导电滑环的转子；所述内环导电滑环的定子嵌装在所述内环角度传感器的定子上；所述内环角度传感器的定子固定在外环支架的上端；所述内环电机的定子固定在所述外环支架下端；外环电机的转子固定在所述外环支架的左端；外环角度传感器的转子和外环导电滑环的转子固定在所述外环支架的右端；所述内环角度传感器的输出和内环导电滑环的定子端输出都分别与外环导电滑环转子连接；

所述外框组件包括外框、外环电机的定子、外环角度传感器的定子、外环导电滑环的定子；所述外环导电滑环的定子嵌装在外环角度传感器的定子上；所述外环电机的定子固定在外框的左端；所述外环角度传感器的定子固定在外框的右端；所述外环导电滑环定子端输出和外环角度传感器的输出都对外连接。

所述双轴旋转机构还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩安装在双螺旋机构的内环支架上，用于屏蔽地磁场、内环电机磁场和外环电机磁场对光纤陀螺的干扰。

所述内环电机的定子通过多个力矩电机压板和垫片以及标准螺钉安装在外环支架上；外环电机的定子通过多个力矩电机压板和垫片以及标准螺钉安装在外框上。所述内环电机和外环为力矩电机；所述内环角度传感器和外环角度传感器为光电编码器。

本发明采用光电编码器作为角度传感器，相较其他高精度角度传感器，例如旋转变压器、感应同步器，具有体积小、精度高、性能稳定、可靠等特点。

本发明采用直流力矩电机作为双轴旋转机构的驱动装置，具有低转速、大转矩的特点，可在堵转下长期工作，直流力矩电机可以直接带动低速负载和大转矩负载，具有转速和转矩波动小，机械特性和调节特性线性度好等优点。特别适用于高精度的位置伺服系统和低速控制系统。

本发明的内环支架上设有屏蔽罩，可有效的屏蔽地磁场、内环电机磁场和外环电机磁场对光纤陀螺的干扰。

本发明在结构设计上仅将惯性器件及其电路安装在双轴旋转机构内部上，而直流电源、导航计算机等部件安装在旋转机构外部；双轴旋转机构的设计上，严格结合惯性器件对旋转空间的实际需求来确定内环支架和外环支架的形状和尺寸，因而结构上十分紧凑，能够满足整个惯性测量装置的小型化要求；本发明中外框组件、外旋转组件、内旋转组件的结构件材料为质量较轻的铝或铝合金，满足整体轻巧的要求。

附图说明

图1双轴旋转机构去掉外框的立体图；

图2双轴旋转机构去掉外框和屏蔽罩的立体图；

图3双轴旋转机构俯视图；

图4双轴旋转机构A-A向剖视图。

其中：1内环支架、2内环力矩电机、3内环光电编码器、4内环导电滑环、5惯性测量组件、6外环支架、7内环力矩电机压板和垫片、8外环力矩电机、9外环光电编码器、10外环导电滑环、11外框、12外环力矩电机压板和垫片、13前屏蔽罩、14后屏蔽罩。

具体实施方式

如图l、图2、图3和图4所示，双轴旋转机构包括内旋转组件、外旋转组件、外框组件；外框组件、外旋转组件、内旋转组件由外向内逐层安装。

本实施例中内旋转组件包括：内环力矩电机2的转子固定在内环支架1的下端，内环光电编码器3的转子和内环导电滑环4的转子固定在内环支架1的上端；内环导电滑环4的转子端用于连接惯性测量组件5的输出和内环力矩电机2的驱动输入。

本实施例中外旋转组件包括：内环导电滑环4的定子通过两个标准螺钉安装在内环光电编码器3的定子上，内环光电编码器3的定子通过六个标准螺钉安装在外环支架6的上端，内环力矩电机2的定子通过六个内环力矩电机压板和垫片7以及六个标准螺钉安装在外环支架6下端，利用力矩电机压板和垫片固定力矩电机即可以保证力矩电机牢固连接，又可以通过垫片调整力矩电机的位置；外环力矩电机8的转子固定在外环支架6的左端；外环光电编码器9的转子和外环导电滑环10的转子固定在外环支架的右端；内环光电编码器3的输出、内环导电滑环4的定子端输出以及外环力矩电机8的驱动输入端都分别与外环导电滑环10的转子连接；

本实施例中外框组件包括：外环导电滑环10的定子通过两个标准螺钉安装在外环光电编码器9的定子上；外环光电编码器9的定子通过六个标准螺钉安装在外框11的右端，外环力矩电机8的定子通过六个外环力矩电机压板和垫片12以及六个标准螺钉安装在外框ll左端。

为屏蔽地磁场、内环电机磁场和外环电机磁场对光纤陀螺的干扰，内环支架l上设有屏蔽罩，本实施例中屏蔽罩分前屏蔽罩13、后屏蔽罩14两部分，分别从前后两个方向安装在内环支架上。

工作时，双轴旋转机构内外信息的传递，通过内环导电滑环4与外环导电滑环10实现。内环光电编码器3与外环光电编码器9实时接收控制系统定时发出的同步信号，接收到同步信号后，内、外环光电编码器将采集到的双轴旋转机构内、外环角位置信息再输出至控制系统；控制系统根据控制指令和接收到的内、外环角位置信息，按照预定的控制算法计算出对双轴旋转机构内、外环的控制信号，控制信号经过放大后分别送至双轴旋转机构的内环力矩电机2和外环力矩电机8并使其转动，从而实现双轴旋转机构的稳定控制。

Claims (5)

1.一种双轴旋转机构，其特征在于包括外框组件、外旋转组件、内旋转组件；外框组件、外旋转组件、内旋转组件由外向内逐层安装；

所述内旋转组件包括：内环电机的转子固定在内环支架的下端，内环角度传感器的转子和内环导电滑环的转子固定在内环支架的上端；所述内环导电滑环的转子端用于连接惯性测量组件输出端；

所述外旋转组件包括：所述内环导电滑环的定子嵌装在所述内环角度传感器的定子上；所述内环角度传感器的定子固定在外环支架的上端；所述内环电机的定子固定在所述外环支架下端；外环电机的转子固定在所述外环支架的左端；外环角度传感器的转子和外环导电滑环的转子固定在所述外环支架的右端；所述内环角度传感器的输出和内环导电滑环的定子端输出都分别与外环导电滑环转子连接；

所述外框组件包括：所述外环导电滑环的定子嵌装在外环角度传感器的定子上；所述外环电机的定子固定在外框的左端；所述外环角度传感器的定子固定在外框的右端；所述外环导电滑环定子端输出和外环角度传感器的输出都对外连接。

2.根据权利要求1所述的一种双轴旋转机构，其特征在于还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩安装在双螺旋机构的内环支架上。

3.根据权利要求2所述的一种双轴旋转机构，其特征在于所述内环电机的定子通过多个力矩电机压板和垫片以及标准螺钉安装在外环支架上；外环电机的定子通过多个力矩电机压板和垫片以及标准螺钉安装在外框上。

4.根据权利要求3所述的一种双轴旋转机构，其特征在于所述内环电机和外环为力矩电机；所述内环角度传感器和外环角度传感器为光电编码器。

5.根据权利要求1-4所述的任意一种双轴旋转机构，其特征在于所述外框组件、外旋转组件、内旋转组件的结构件材料为铝或铝合金。

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