CN103744438B - 一种球型稳定跟踪平台 - Google Patents

Abstract

一种球型稳定跟踪平台，包括：底座组件，设置有多个第一驱动球；外球组件，支撑在底座组件上能够沿垂直轴旋转；内球组件，设置在外球组件内，能够相对于外球组件做仰俯运动，并且还支撑在底座组件的所述多个第一驱动球上，所述多个第一驱动球转动时，能够带动内球组件转动；弹簧架，设置在内球组件内部；弹簧架驱动组件，固定在弹簧架上，包括从弹簧架表面露出的多个第二驱动球，多个第二驱动球与内球组件的内表面接触，当该多个第二驱动球以不同的组合方式旋转时，能够带动弹簧架以不同的方式转动；内球组件的顶部和底部具有导向轴，弹簧架的顶部和底部设置有导向槽，两个导向轴分别插入两个导向槽，从而对弹簧架的转动具有引导作用。

Description

一种球型稳定跟踪平台

技术领域

本发明涉及光机电一体化领域，具体地，涉及一种球型稳定跟踪平台。

背景技术

随着科学技术的高速发展，要满足实际应用的需求，光电跟踪系统需要有较高的精度和稳定性。被测动态目标的特性也在发生变化，其中以目标运动速度快、背景复杂、同时伴随人为干扰、目标隐身等为突出特征。同时，对相关的测量设备的研制也提出了更高的要求。比如：要求测量不仅具有高精度、远距离，而且要实时性、全天候、可视化等，由此出现了如由雷达、红外、可见光等传感器配合使用的新型测量设备。在光电跟踪系统中，常常需要克服干扰力矩对光电跟踪平台的影响，以提高平台的稳定精度。光电跟踪系统在实际工作过程中，会受到外界的各种扰动的作用，这将会影响到一些精密仪器的稳定性。稳定跟踪平台能够不断的测量平台的姿态和位置的变化，使实际工作时能够隔离各种扰动对测量的影响，从而使平台上的设备能够准确、快速的跟踪目标。近几年来，稳定跟踪平台在军用、民用上发展十分迅速。

发明内容

本发明就是为解决上述技术问题而做出的，其目的在于提供一种球型稳定跟踪平台，该平台可以进行方位与俯仰的调节，实现对目标的跟踪测量。测量精度高，稳定性好。

根据上述目的，本发明提供一种球型稳定跟踪平台，包括底座组件，设置有多个第一驱动球，以及用于驱动多个第一驱动球旋转的马达；外球组件，通过底部的轴承支撑在底座组件上能够沿垂直轴旋转；内球组件，设置在外球组件内部，内球组件的水平方向的两个侧面可转动地固定到外球组件的内壁，从而能够相对于外球组件做仰俯运动；并且内球组件还支撑在底座组件的所述多个第一驱动球上，使得所述多个第一驱动球转动时，能够带动内球组件）转动；弹簧架，设置在内球组件内部，弹簧架驱动组件，固定在弹簧架上，包括从弹簧架表面露出的多个第二驱动球，和驱动该多个第二驱动球旋转的马达，该多个第二驱动球与内球组件的内表面接触，当该多个第二驱动球以不同的组合方式旋转时，能够带动弹簧架以不同的方式转动；其中，所述内球组件的顶部和底部具有沿竖直方向延伸的导向轴，弹簧架的顶部和底部设置有导向槽，两个导向轴分别插入两个导向槽，从而对弹簧架的转动具有引导作用。

在一个实施例中，所述导向轴的直径等于导向槽的槽的宽度。

所述弹簧架驱动组件包括的马达优选是压电马达。

在一个实施例中，所述底座组件和所述内球组件之间设置有环形内球驱动组件，所述内球驱动组件与底座组件之间设有多个弹簧，以防所述内球驱动组件因与底座直接接触造成损坏。

在一个实施例中，球型稳定跟踪平台还包括光学设备，设置在所述内球组件内。

在一个实施例中，所述光学设备包括激光照明、图像传感器、指示激光以及激光器，激光照明和图像传感器安装在内球组件上，指示激光和激光器安装在弹簧架上。

本发明所涉及的球型稳定跟踪平台可以进行精确的方位和俯仰调整，能够实现精密的跟踪与测量。

附图说明

图1是示出本发明所述的球型稳定跟踪平台的沿着俯仰轴的竖直剖面图。

图2是示出本发明所述的球型稳定跟踪平台的底座组件的示意图。

图3是示出本发明所述的球型稳定跟踪平台的底座组件和内球驱动组件的示意图。

图4是示出本发明所述的球型稳定跟踪平台的内球壳的示意图。

图5是示出本发明所述的球型稳定跟踪平台的弹簧架和弹簧架驱动组件示意图。

图6是示出本发明所述的球型稳定跟踪平台的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的球型稳定跟踪平台的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，相同的附图标记表示相同或相似的部分。

图1是示出本发明所述的球型稳定跟踪平台的沿着俯仰轴的竖直剖面图。

参照图1，本发明所述的球形稳定平台包括底座100、内球驱动组件200、外球组件300、内球组件400、弹簧架500、导向机构600、弹簧架驱动组件700以及光学设备组合800。

图2是示出本发明所述的球型稳定跟踪平台的底座组件100的示意图。

如图1和图2所示，所述底座组件100包括底座110、轴承紧固圈120、底盖130以及孔（140、150、160、170）。底座110可以通过螺钉固定在地面，螺钉穿过通孔150与地面连接。在一个实施例中，底盖130上设有螺纹孔，所述螺纹孔沿圆周均匀分布，并与底座上的通孔170相对应，底盖130通过螺钉固定在底座110上，螺钉穿过通孔170与底盖连接。轴承紧固圈120位于底座上，所述轴承紧固圈120上设有沿圆周分布的通孔160，底座110上设有与所述通孔160相对应的螺纹孔，轴承紧固圈120通过穿过通孔160并与底座110连接的螺钉固定在底座110上。底座110靠近轴承紧固圈120处为阶梯状，与轴承紧固圈120之间形成凹槽，所述凹槽用于固定方位轴承。

图3是示出本发明所述的球型稳定跟踪平台的底座和内球驱动组件的示意图。

如图3所示，内球驱动组件200位于底座组件100之上，所述内球驱动组件200包括压电马达210、驱动盘220、第一驱动球230以及框架240。在内球驱动组件200与底座组件100之间设有弹簧180，用于支撑所述内球驱动组件，以防所述内球驱动组200件因与底座组件100直接碰撞造成损坏。所述框架240为圆环状，其上设有多个小通孔，用于固定压电马达，所述框架240还设有多个大通孔，各第一驱动球230分别从各个大通孔露出，驱动盘220布置在第一驱动球230的下部，以驱动各所述第一驱动球230转动。

如图1和图6所示，所述的球型稳定跟踪平台的外球组件300包括外球310和外球内框架320。外球310与底座组件100之间通过轴承190连接，从而外球组件300能够绕着垂直于底座组件100的旋转轴旋转。外球310与外球内框架320之间固定连接，无相对运动。内球组件400的相对的两侧分别通过轴承330连接到外球内框架320上，使得外球组件300能起到对内球组件400的支撑作用，并且内球组件400相对于底座绕垂直轴旋转时，能够带动外球组件300一起绕垂直轴旋转，从而调整方位角。另外，由于内球组件400通过两侧的轴承支撑在外球组件300上，内球组件400可以相对于外球组件300进行俯仰旋转。

图4是示出本发明所述的球型稳定跟踪平台的内球组件的示意图。

如图4所示，所述的球型稳定跟踪平台的内球组件400大致为壳形，具有内部空间，内球组件400顶上设有通孔（410、420），用于安装固定导向轴620，在其两个侧面设有通孔（430、440），用于固定使内球组件400能够进行仰俯转动的轴承；该内球组件400设有前窗口460、和与前窗口460相对于的尺寸小于与前窗口460的后窗口470以及在内部空间的固定板450。

所述通孔410与通孔420用于固定导向轴620，导向轴620从内球组件400顶部垂直向下延伸。从在一个实施例中，导向轴与内球组件400之间通过轴承连接，通过通孔420的螺钉可以连接导向轴承压盖，所述导向轴承压盖用于固定导向轴承的外圈。这样，阶梯状的导向轴就可以安装在孔410之中。

优选地，在内球组件400的底部在与顶部的导向轴620对应的位置处设置另一导向轴620，该导向轴620从内球组件400的底部垂直地向上延伸。在一个实施例中，导向轴620与内球组件400之间通过轴承连接。导向轴620用于限制安装在内球组件400内的弹簧架500的运动，详见后面所述。

在一个实施例中，通孔430用于连接俯仰轴承内圈压盖，通过通孔430的螺钉与俯仰轴承内圈压盖连接，可以将所述俯仰轴承内圈压盖固定在内球组件400上。两个轴承在内球组件400的相对的两侧固定到内球组件400上，并且内球组件400通过这两个轴承支撑在外球组件300上，这两个轴承的中心轴共轴，从而内球组件400能够在侧向的两个轴承的支撑下进行仰俯转动。

内球组件400内设有多个固定板450，用于固定光学设备。内球组件400前后各设有一个窗口，及前窗口460和后窗口470。

内球组件400还支撑在如图3所示的多个第一驱动球230上。这样，当所述多个第一驱动球230转动时，能够带动内球组件400转动。所述多个第一驱动球230的不同转动模式，可以引导内球组件400进行不同的转动。例如，当图3所示的多个第一驱动球230都进行顺时针转动（从上往下看，下同）时，内球组件400也进行顺时针转动，从而带动外球组件300也进行顺时针转动。在另一种情况下，例如，当左侧和上侧的第一驱动球230做顺时针转动，同时右侧和下侧的第一驱动球230做逆时针转动时（或者四个第一驱动球230均与上述转向相反），带动内球组件400做仰俯转动。

图5是示出本发明所述的球型稳定跟踪平台的弹簧架500和弹簧架驱动组件示意图。弹簧架500和弹簧架驱动组件设置在内球组件400内部。

如图5所示，所述的球型稳定跟踪平台的弹簧架500上设有螺纹孔（510、530、570）、圆孔（520、550）、螺纹孔530以及半圆孔540。螺纹孔510用于连接弹簧架连接片560，螺纹孔530用于连接驱动球固定架730，螺纹孔570用于连接激光器820。圆孔520用于使驱动球从其穿过，进而驱动内球组件，半圆孔540和圆孔550用于减轻弹簧架的重量。

如图5所示，所述的球型稳定跟踪平台的弹簧架500顶部和底部对称地设有两个导向槽610。所述导向槽610优选呈拱形，设置在内球组件400顶部和底部的导向轴620分别插入到导向槽610中，导向槽610的宽度与导向轴620的直径相等，导向轴620起到运动导向的作用，使弹簧架组件运动控制在预设范围内。也就是说，弹簧架500能够绕导向轴620在水平面内旋转，也能够做俯仰运动，这时导向槽610相对于导向轴620移动。

如图5所示，所述的球型稳定跟踪平台的弹簧架500上安装有弹簧架驱动组件700。所述弹簧架驱动组件700包括压电马达710、驱动盘720、驱动球固定架730以及多个第二驱动球740。所述压电马达710例如通过螺钉固定在驱动球固定架730上。所述驱动盘720呈圆盘形，外表面与压电马达710动力输出端接触，接受从压电马达710传递来的动力，压电马达710的输出轴转动时，带动驱动盘720转动。另外，所述驱动盘720与所述第二驱动球740同轴，第二驱动球740随着驱动盘720的转动而转动。

图5所示的弹簧架500上的多个第二驱动球740与内球组件400的内壁接触，当多个第二驱动球740转动时，在导向轴620和导向槽610的导向作用下，使弹簧架500绕导向轴620在水平面做转动或做俯仰运动。如图1，当图中左上方第二驱动球740和左下第二驱动球740按逆时针旋转（从第二驱动球最底端面向该驱动球顶看，下同），右上方的第二驱动球740和右下方的第二驱动球740按顺时针旋转时，弹簧架500作俯仰旋转，同理，四个第二驱动球740均与上述转向相反时，弹簧架500亦作俯仰旋转。当图1中左上方的第二驱动球740和右上方的第二驱动球740按逆时针旋转，左下方的第二驱动球740和右下方的第二驱动球740按顺时针旋转时，弹簧架500作水平旋转，同理，四个第二驱动球740均与上述转向相反时，弹簧架500亦作水平旋转。

图6是示出本发明所述的球型稳定跟踪平台的示意图。

如图6所示，所述的球型稳定跟踪平台的光学设备组合800包括图像传感器810、激光器820、指示激光830以及激光照明840。图像传感器810和激光照明840固定在内球组件400的固定板450上，随着内球组件的运动而运动。激光器820固定在弹簧架500上，指示激光830固定在激光器820上方。激光器820和指示激光830随着弹簧架500的运动而运动。工作时先用激光照明840照亮被测目标，通过图像传感器810可以清晰观测到目标。再调整指示激光830精确照亮被测区域，并用激光器820对准指示激光830照亮的位置，进行跟踪测量。

工作时，将球型稳定跟踪平台置于水平的工作台上，位于底座组件100之上的内球驱动组件200工作，四个压电马达210分别带动4个第一驱动球230沿顺时针或者逆时针运动时，不同的搭配情况时，可以实现内球组件400的方位角和俯仰角的调整，达到设备方位角与俯仰角的粗调目的。弹簧架驱动组件700上的四个压电马达710带动第二驱动球740沿顺时针或者逆时针运动时，不同的搭配情况时，可以实现弹簧架500的方位角和俯仰角的调整，即实现弹簧架500上的激光器820和指示激光830的精确调节。

根据上述球形稳定平台，由于使用了压电马达驱动，能够实现跟踪与测量的精度。本设计的球形稳定平台有别于传统的两轴式跟踪平台，利用驱动球与球面之间的摩擦力来驱动内球组件以及弹簧架。内置光学设备能够实现对被测目标的精密跟踪与测量。

本领域技术人员应当理解，对于上述发明涉及的球形稳定平台，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进和组合。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (4)

1.一种球型稳定跟踪平台，其特征在于，包括

底座组件，设置有多个第一驱动球(230)，以及用于驱动多个第一驱动球(230)旋转的马达；

外球组件(300)，通过底部的轴承(190)支撑在底座组件上能够沿垂直轴旋转；

内球组件(400)，设置在外球组件(300)内部，内球组件(400)的水平方向的两个侧面可转动地固定到外球组件的内壁，从而能够相对于外球组件做仰俯运动；并且内球组件(400)还支撑在底座组件的所述多个第一驱动球(230)上，使得所述多个第一驱动球(230)转动时，能够带动内球组件(400)转动；

弹簧架(500)，设置在内球组件(400)内部，

弹簧架驱动组件，固定在弹簧架(500)上，包括从弹簧架(500)表面露出的多个第二驱动球(740)，和驱动该多个第二驱动球(740)旋转的马达，该多个第二驱动球(740)与内球组件(400)的内表面接触，当该多个第二驱动球(740)以不同的组合方式旋转时，能够带动弹簧架(500)以不同的方式转动；

其中，所述内球组件(400)的顶部和底部具有沿竖直方向延伸的导向轴(620)，弹簧架(500)的顶部和底部设置有导向槽(610)，两个导向轴(620)分别插入两个导向槽(610)，从而对弹簧架(500)的转动具有引导作用；

光学设备，设置在所述内球组件(400)内，所述光学设备包括激光照明、图像传感器、指示激光以及激光器，激光照明和图像传感器安装在内球组件上并随内球组件运动，指示激光和激光器安装在弹簧架上并随弹簧架运动。

2.根据权利要求1所述的球型稳定跟踪平台，

其中所述导向轴(620)的直径等于导向槽(610)的槽的宽度。

3.根据权利要求1所述的球型稳定跟踪平台，

其中所述弹簧架驱动组件包括的马达是压电马达。

4.根据权利要求1所述的球型稳定跟踪平台，

其中所述底座组件和所述内球组件(400)之间设置有环形内球驱动组件(200)，所述内球驱动组件与底座组件之间设有多个弹簧，以防所述内球驱动组件因与底座直接接触造成损坏。