CN103335640B - 一种自动调平与陀螺定向观瞄装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动调平与陀螺定向观瞄装置，包括陀螺寻北部件、经纬仪部件和支撑用三脚架，陀螺寻北部件和经纬仪部件通过支撑盘连接为一体，陀螺寻北部件安装在支撑盘上表面，经纬仪部件的垂直轴上端安装在支撑盘下表面。三脚架上端具有一调平底座，在调平底座上设有三个直线电机，直线电机的输出轴上端连接一万向调节柱，调平台安装在万向调节柱上，在调平台上嵌入安装有电子水平仪，电子水平仪的输出通过控制电路接直线电机，经纬仪底座安装在调平台台面上。本发明体积小，重量轻，便于携带；机械结构简单，便于维护。本发明能够实现自动调平，调平耗时短，实际寻北时间缩短，且调平精度高，寻北结果准确。

Description

一种自动调平与陀螺定向观瞄装置

技术领域

本发明涉及一种自动调平与陀螺定向观瞄装置，特别涉及一种快速和方便地传递方位角的自动调平与陀螺定向观瞄装置（以下简称观瞄装置），属于惯性测量设备自主测量方位角技术领域。

背景技术

自二十世纪七十年代以来，随着惯性测量设备在工程上的应用及电子计算机的迅速推广，发达国家开始致力于高精度自动陀螺定向仪器的研究。目前的陀螺定向仪器通常采用分体式结构，即陀螺仪和经纬仪是两个独立的装置，使用时将两者安装在一起。陀螺仪基本上是采用吊丝悬挂的摆式陀螺寻北仪，其陀螺部分的基本结构是一个金属吊丝悬挂陀螺房体，房体内装有高速旋转的陀螺马达（即陀螺转子，转子轴呈水平安装），吊丝和陀螺房体的连接点（即下悬挂点，吊丝的上悬挂点连接在经纬仪垂直轴系的下端，转动经纬仪垂直轴时可转动上悬挂点）成为陀螺房体的自由悬挂的转轴，构成一个质心下移的自由陀螺系统。因此，存在结构复杂，体积大而笨重，造价十分昂贵，推广使用受到较大限制。

为了达到高精度的定向效果，陀螺定向仪器在定向寻北前，需要安装在一个水平台面上，以此作为观测基准。因此，需要先将安装台面调整到大地水平状态，再安装陀螺定向仪器。目前的水平调整都是人工实现的，即调节人员边调节边观察水平仪器的状态，直到水泡居中即可。手工调平，调节慢、效率比较低，且人工劳动强度较大，不利于测量效率的提高。

随着陀螺定向理论的深入研究，以及微型计算机和光电子技术的飞速发展，发明一种轻便实用、快速灵活的工程型陀螺定向装置，减轻测量人员的劳动强度，满足日益增加的各种实际定向的需要，已是势在必行。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种轻便实用、造价低、测量前调节方便、寻北时间缩短的自动调平与陀螺定向观瞄装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：

一种自动调平与陀螺定向观瞄装置，包括陀螺寻北部件、经纬仪部件和支撑用三脚架，其特征在于：所述陀螺寻北部件和经纬仪部件通过支撑盘连接为一体，陀螺寻北部件安装在支撑盘上表面，经纬仪部件的垂直轴上端安装在支撑盘下表面；

所述三脚架上端具有一调平底座，在调平底座上设有三个直线电机，直线电机的输出轴竖直向上并在输出轴上端连接一万向调节柱，调平台安装在万向调节柱上由万向调节柱进行支撑，万向调节柱与调平台通过万向节连接；在调平台上嵌入安装有电子水平仪，电子水平仪的输出通过控制电路接直线电机；

在调平台和调平底座中部设有中心孔，便于经纬仪的光学对中器观察地面标志，以实现对中十字丝中心与地面标准中心重合。在调平台台面上沿中心孔设有若干螺孔，在经纬仪底座下表面设有若干螺杆，螺杆的数量和位置跟调平台台面的螺孔一一对应；经纬仪底座安装在调平台台面上，经纬仪底座上的螺杆从调平台台面的螺孔穿过并通过锁紧螺母将经纬仪底座与调平平台锁紧连接。

所述三脚架的每根脚架由上段电动缸和下段升降伸缩杆构成，升降伸缩杆为圆筒状，内表面具有内螺纹；电动缸和升降伸缩杆之间设有升降驱动机构，升降伸缩杆的上端位于电动缸内，在两者的结合面上设有导向机构使得在升降驱动机构的驱动下升降伸缩杆可从电动缸内伸出或缩回；升降驱动机构由升降电机、丝杆和驱动齿轮构成；升降电机位于电动缸外部的电机箱内；升降电机的输出通过驱动齿轮与丝杆连接，丝杆上端位于升降电动缸内并通过轴承固定在电动缸内，丝杆下端从升降伸缩杆上端伸入并与升降伸缩杆内部螺纹旋接，升降伸缩杆下端通过万向调节柱与脚板连接。

所述每根脚架的电动缸下端通过转销与展开伸缩杆一端活动连接，展开伸缩杆另一端位于展开电动缸内，所有展开电动缸另一端固定连接在一起；展开伸缩杆为圆筒状，内表面具有内螺纹；展开电动缸和展开伸缩杆之间设有展开驱动机构，展开伸缩杆和展开电动缸两者的结合面上设有导向机构使得在展开驱动机构的驱动下展开伸缩杆可从展开电动缸内伸出或缩回；展开驱动机构由展开电机、丝杆和驱动齿轮构成；展开电机位于展开电动缸外部的电机箱内；展开电机的输出通过驱动齿轮与丝杆连接，丝杆一端位于展开电动缸内并通过轴承固定在展开电动缸内，丝杆另一端伸入展开伸缩杆内并与展开伸缩杆内部螺纹旋接。

本发明体积小，重量轻，便于携带；机械结构简单，便于维护。本发明能够实现自动调平，调平耗时短，实际寻北时间缩短，且调平精度高，寻北结果准确。本发明能更好的满足实际工程领域中的自主、快速测量方位角的迫切需要。

附图说明

图1-本发明整体结构示意图。

图2-本发明设备主机结构示意图。

图3-本发明三脚架结构示意图。

图4-本发明三脚架自动调平机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1，从图上可以看出，本发明自动调平与陀螺定向观瞄装置，包括陀螺寻北部件1、经纬仪部件2和支撑用三脚架4。陀螺寻北部件负责完成高精度的寻北定向功能；经纬仪部件负责视轴瞄准，实现视轴指向的精确传递。所述陀螺寻北部件1和经纬仪部件2通过支撑盘固定连接为一体，陀螺寻北部件1安装在支撑盘上表面，经纬仪部件2的垂直轴上端安装在支撑盘下表面。陀螺寻北部件1、经纬仪部件2和支撑盘共同构成设备主机，设备主机安装在三脚架4上，不使用时设备主机可与三脚架4相脱开。

设备主机如图2所示，图中，1-1为陀螺，1-2为陀螺驱动电机，3为经纬仪底座，2为经纬仪部件。陀螺寻北部件对应于寻北定向功能单元，经纬仪部件对应于观瞄传递单元，两部件共同构成设备主机，在结构上呈一体化形式并一体化安装。

经纬仪部件位于设备主机的下半部分。该部件包括水平轴系和垂直轴系，两个轴系分别带有水平测角编码器和垂直测角编码器，组成经纬仪部件的测角系统，可以对经纬仪部件的水平轴和垂直轴相对于起始点转过的角度分别进行精确测量；经纬仪部件的望远镜沿水平轴系安装与U形架上，U形架可绕垂直轴360°全向旋转；望远镜内的光学系统包含半导体激光光源，在进行目标观瞄时可以发射可见的红色激光，用于辅助瞄准。

陀螺寻北部件位于设备主机的上半部分。陀螺寻北部件采用体积小的非吊丝陀螺作为主要部件，配备相应的陀螺电机自动转位机构、计算机控制电路和检测解算电路组成，可实现全自动精确寻北，自动解算并输出寻北值。陀螺寻北部件的原理是利用陀螺敏感地球自转角速率的水平分量来获得地球表面被测点的北向信息，利用水平仪测量值对陀螺仪的输出数据进行补偿，并用滤波算法消除陀螺仪的常值漂移和加速度计偏值的影响，经过解算得到参考轴与真北方向的夹角。

所述三脚架上端具有一调平底座6，在调平底座6上设有三个直线电机5，三个直线电机5按相互间120°夹角沿调平底座6均匀分布。直线电机5的输出轴竖直向上并在输出轴上端连接一万向调节柱7，调平台8安装在万向调节柱7上由万向调节柱7进行支撑，万向调节柱7的顶端与调平台8连接，见图4。在调平台上嵌入安装有电子水平仪，电子水平仪的输出通过控制电路接直线电机。电子水平仪可实现调平台面的俯仰角和横滚角实时测量，根据电子水平仪的实时测量值，控制三个直线电机按照一定的策略伸缩，可快速实现调平台面的水平调整，实现对平台面的精确调平。上述结构共同构成自动调平机构。

在调平台和调平底座中部设有中心孔，便于经纬仪的光学对中器观察地面标志，以实现对中十字丝中心与地面标准中心重合。在调平台8台面上沿中心孔设有若干螺孔，所有螺孔位于以中心孔为圆心的圆周上。在经纬仪底座3下表面设有若干螺杆，螺杆螺纹旋接在底座的螺纹孔内可以方便取下，螺杆的数量和位置跟调平台台面的螺孔一一对应。实施例中螺孔和螺杆为三个，按相互间120°夹角均匀分布。设备主机使用时被水平安放在调平台面上，经纬仪底座3落在调平台8的台面上。经纬仪底座上的螺杆从调平台台面的螺孔穿过并通过锁紧螺母将经纬仪底座与调平平台锁紧连接，从而将设备主机水平地安装在三脚架上。

参见图3，所述三脚架的每根脚架由上段电动缸10和下段升降伸缩杆14构成，升降伸缩杆14为圆筒状，内表面具有内螺纹；电动缸10和升降伸缩杆14之间设有升降驱动机构，升降伸缩杆14的上端位于电动缸10内，在两者的结合面上设有导向机构使得在升降驱动机构的驱动下升降伸缩杆可从电动缸内伸出或缩回。升降驱动机构由升降电机、丝杆和驱动齿轮构成，升降电机为升降伺服电机。升降电机位于电动缸外部顶端处的电机箱9内；升降电机的输出通过驱动齿轮与丝杆连接，丝杆上端位于升降电动缸内并通过轴承固定在电动缸内，丝杆下端从升降伸缩杆上端伸入并与升降伸缩杆内部螺纹旋接，升降伸缩杆14下端通过万向调节柱与脚板连接，可适应不同的地面。升降电机通过驱动齿轮带动丝杆在电动缸内转动，丝杆再带动升降伸缩杆14相对电动缸10伸出或缩回，引起脚架伸长或收缩，调整架设的高度。每个升降脚架具有断电锁紧功能，能够在断电以后支撑调平台保持不动。

每根脚架的电动缸10下端通过转销与展开伸缩杆13一端活动连接，展开伸缩杆13另一端位于展开电动缸12内，所有展开电动缸12另一端固定连接在一起。展开伸缩杆13为圆筒状，内表面具有内螺纹。展开电动缸12和展开伸缩杆13之间设有展开驱动机构，展开伸缩杆和展开电动缸两者的结合面上设有导向机构使得在展开驱动机构的驱动下展开伸缩杆可从展开电动缸内伸出或缩回。展开驱动机构由展开电机、丝杆和驱动齿轮构成；展开电机位于展开电动缸12外部的电机箱11内，展开电机的输出通过驱动齿轮与丝杆连接，丝杆一端位于展开电动缸内并通过轴承固定在展开电动缸内，丝杆另一端伸入展开伸缩杆内并与展开伸缩杆内部螺纹旋接。展开电机通过驱动齿轮带动展开丝杆在展开电动缸内转动，从而使展开伸缩杆相对展开电动缸伸缩，可使三脚架张开或收拢，并保证整个三脚架即使架设在很光滑的地面上时，整个架设机构也不会轻易变动或滑落，从而影响测量或损坏设备。

上述伸缩和展开中的导向机构其目的是使丝杆转动时，展开（或升降）伸缩杆只能相对展开（或升降）电动缸轴向移动，而不能相对展开（或升降）电动缸转动。导向机构为相互配合的导轨和导槽，其中导轨轴向设置在伸缩杆外壁上，导槽轴向设置在电动缸内壁上。或者互相交换都是可以的。

电动伸缩三脚架可调节设备主机架设的高度，以满足实际测量时的需要。

本发明实现了自动架设调平和快速调节高度，可快速和方便的实现测量方位角，提高了测量效率和精度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种自动调平与陀螺定向观瞄装置，包括陀螺寻北部件、经纬仪部件和支撑用三脚架，其特征在于：所述陀螺寻北部件和经纬仪部件通过支撑盘连接为一体，陀螺寻北部件安装在支撑盘上表面，经纬仪部件的垂直轴上端安装在支撑盘下表面；

所述三脚架上端具有一调平底座，在调平底座上设有三个直线电机，直线电机的输出轴竖直向上并在输出轴上端连接一万向调节柱，调平台安装在万向调节柱上由万向调节柱进行支撑，万向调节柱与调平台通过万向节连接；在调平台上嵌入安装有电子水平仪，电子水平仪的输出通过控制电路接直线电机；

在调平台和调平底座中部设有中心孔；在调平台台面上沿中心孔设有若干螺孔，在经纬仪底座下表面设有若干螺杆，螺杆的数量和位置跟调平台台面的螺孔一一对应；经纬仪底座安装在调平台台面上，经纬仪底座上的螺杆从调平台台面的螺孔穿过并通过锁紧螺母将经纬仪底座与调平平台锁紧连接；

所述三脚架的每根脚架由上段电动缸和下段升降伸缩杆构成，升降伸缩杆为圆筒状，内表面具有内螺纹；电动缸和升降伸缩杆之间设有升降驱动机构，升降伸缩杆的上端位于电动缸内，在两者的结合面上设有导向机构使得在升降驱动机构的驱动下升降伸缩杆可从电动缸内伸出或缩回；升降驱动机构由升降电机、丝杆和驱动齿轮构成；升降电机位于电动缸外部的电机箱内；升降电机的输出通过驱动齿轮与丝杆连接，丝杆上端位于电动缸内并通过轴承固定在电动缸内，丝杆下端从升降伸缩杆上端伸入并与升降伸缩杆内部螺纹旋接，升降伸缩杆下端通过万向调节柱与脚板连接。

2.根据权利要求1所述的自动调平与陀螺定向观瞄装置，其特征在于：所述每根脚架的电动缸下端通过转销与展开伸缩杆一端活动连接，展开伸缩杆另一端位于展开电动缸内，所有展开电动缸另一端固定连接在一起；展开伸缩杆为圆筒状，内表面具有内螺纹；展开电动缸和展开伸缩杆之间设有展开驱动机构，展开伸缩杆和展开电动缸两者的结合面上设有导向机构使得在展开驱动机构的驱动下展开伸缩杆可从展开电动缸内伸出或缩回；展开驱动机构由展开电机、丝杆和驱动齿轮构成；展开电机位于展开电动缸外部的电机箱内；展开电机的输出通过驱动齿轮与丝杆连接，丝杆一端位于展开电动缸内并通过轴承固定在展开电动缸内，丝杆另一端伸入展开伸缩杆内并与展开伸缩杆内部螺纹旋接。