CN106352873A - 一种小型惯性测量单元的内减振结构 - Google Patents

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曹化瑞
史龙
雷志荣
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Abstract

本发明涉及一种小型惯性测量单元的内减振结构，由壳体、电路板组件、质量块和减振器组件构成，电路板组件和质量块组成待减振对象，减振器组件包括第一减振器和第二减振器，第一减振器和第二减振器具有与待减振对象相配合的凹槽状环形结构，可实现待减振对象的夹持和包裹，第一减振器和第二减震器的外形与壳体内部的定位槽相配合，通过壳体闭合完成固定和内减振功能。本发明依靠减振器和待减振对象，以及减振器和壳体自身的相互结构配合实现层层固定与定位，避免了在小型惯性测量单元内部的狭小空间内采用螺丝或粘接等固定方法所带来的工艺或流程上的困难，一方面简化了系统的组装过程，另一方面还可实现系统的快捷无损拆卸，从而大大提升了系统的可组装性和可维护性。

Description

一种小型惯性测量单元的内减振结构
技术领域
本发明属于惯性测量系统减振技术领域，具体涉及一种针对小型惯性测量单元的内减振结构。
背景技术
惯性测量单元(IMU：Inertial Measurement Unit)一般由三轴陀螺、三轴加速度计等惯性元件组成，通常安装于运动载体上构成捷联系统，用来测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出运动载体的姿态。近年来随着MEMS惯性器件的不断成熟，基于MEMS陀螺和加速度计的小型惯性测量单元在航空、机器人、工业自动化、车辆控制、玩具等领域得到了广泛应用。
由于实际工况中往往存在不同程度的冲击和振动，因此必须对IMU进行减振设计，以减小外部振动对系统量测造成的不利影响。
小型惯性测量单元由于体积小、重量轻，往往采用基于质量块的内减振结构设计，主要原理是将三轴陀螺、三轴加速度计及相应电路板固定安装于六面体形状的质量块上，然后针对该质量块进行减振设计，目前存在两种主流方案。一种是将常用的外减振方案小型化，即基于传统外减振方案，设计更小的减振器和减振结构，然后将惯性测量单元和减振结构安装固定于外部壳体之内实现内减振。另一种主要采用基于特定弹性材料的减振垫和各种复杂的限位结构来实现内减振，例如深圳大疆创新科技有限公司专利ZL201220623804.3“用于飞行器的控制模块”中所述的减振器结构。基于上述两种方案设计的小型惯性测量单元往往存在一个共性问题，即内减振结构实现复杂，需要将减振对象、减振器和外部壳体三者之间通过螺丝或粘接等手段固定，在空间体积非常有限的情况下，其组装、固定和拆卸必须依赖特定专有工具或特殊工艺流程，实现难度大，而且系统维护性也不好。
发明内容
本发明的目的是：提出一种新的小型惯性测量单元内减振结构，简化小型惯性测量单元内减振结构设计和实现的复杂程度，并提高系统的可维护性。
本发明的技术方案是：
提供一种小型惯性测量单元的内减振结构，包括壳体、电路板组件、质量块和减振器组件；所述电路板组件、质量块和减振器组件安装于所述壳体内，其特征在于，
所述电路板组件(1)中包括三轴陀螺和三轴加速度计，该电路板组件为单独的一块电路板，或为多块电路板并多块电路板之间通过柔性薄膜电缆互相连接；
质量块(2)作为电路板组件的固定台架；所述电路板组件(1)固定于所述质量块(2)上，固定方式包括但不限于采用螺丝、粘接等方法，更进一步的，在质量块(2)上开有与电路板组件尺寸相配合的安装槽，电路板组件(1)固定于安装槽内，二者共同构成平齐表面的待减振对象(3)；
所述减振器组件包括第一减振器(4)和第二减振器(5)，第一减振器(4)和第二减振器(5)均采用具有一定硬度的弹性材料制成，例如橡胶、硅胶等，所述的第一减振器(4)和第二减振器(5)用于夹持所述的待减振对象(3)，所述第一减振器(4)和第二减振器(5)具有与所述的待减振对象(3)相适配的凹槽状环形结构，通过所述凹槽状环形结构能够将待减振对象(3)嵌入第一减振器(4)和第二减振器(5)之间，实现对待减振对象(3)的夹持和包裹；
所述壳体内部有与第一减振器(4)和第二减振器(5)相配合的定位槽，将所述待减振对象和减振器组件通过定位槽直接固定于壳体内，从而实现小型惯性测量单元的内减振。
特别是，所述的壳体包括第一壳体(6)和第二壳体(7)，二者上下配合，通过第一壳体(6)和第二壳体(7)的闭合，将所述待减振对象和减振器组件通过定位槽直接固定于壳体内。
特别的，质量块(2)为六面体构型，或其它几何形状构型，采用六面体构型一方面可以在采用单轴惯性元件时保证陀螺和加速度计所测量三轴角速度和三轴加速度的正交性，另一方面可简化减振结构的设计实现难度；不同材质的质量块(2)能够适应不同的减振系统的特征频率；
本发明的优点是：其内部无须其它装置或结构实现固定，依靠减振器和壳体自身的相互结构配合实现层层定位，避免了在小型惯性测量单元内部的狭小空间内采用常规螺丝或粘接等固定方法所带来的工艺或流程上的困难，一方面简化了系统的组装过程，另一方面实现了系统的快捷无损拆卸，从而大大提升了系统的可组装性和可维护性。
附图说明
图1为本发明的凹槽状环形结构减振器示意图；
图2为本发明例待减振对象和减振器组件装配关系示意图；
图3为本发明的小型惯性测量单元减振结构分解示意图；
图4为本发明的壳体结构示意图；
其中：1-电路板组件、2-质量块、3-待减振对象、4-第一减振器、5-第二减振器、6-第一壳体、7-第二壳体。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。参见图1、图2、图3、图4：
提供一种小型惯性测量单元的内减振结构，包括壳体、电路板组件、质量块和减振器组件；所述电路板组件、质量块和减振器组件安装于所述壳体内，其特征在于，
所述电路板组件(1)中包括三轴陀螺和三轴加速度计，该电路板组件为单独的一块电路板，或为多块电路板并多块电路板之间通过柔性薄膜电缆互相连接；
质量块(2)作为电路板组件的固定台架；所述电路板组件(1)固定于所述质量块(2)上，固定方式包括但不限于采用螺丝、粘接等方法，更进一步的，在质量块(2)上开有与电路板组件尺寸相配合的安装槽，电路板组件(1)固定于安装槽内，二者共同构成平齐表面的待减振对象(3)；
所述减振器组件包括第一减振器(4)和第二减振器(5)，第一减振器(4)和第二减振器(5)均采用具有一定硬度的弹性材料制成，例如橡胶、硅胶等，所述的第一减振器(4)和第二减振器(5)用于夹持所述的待减振对象(3)，所述第一减振器(4)和第二减振器(5)具有与所述的待减振对象(3)相适配的凹槽状环形结构，通过所述凹槽状环形结构能够将待减振对象(3)嵌入第一减振器(4)和第二减振器(5)之间，实现对待减振对象(3)的夹持和包裹；
所述壳体内部有与第一减振器(4)和第二减振器(5)相配合的定位槽，将所述待减振对象和减振器组件通过定位槽直接固定于壳体内，从而实现小型惯性测量单元的内减振。
特别是，所述的壳体包括第一壳体(6)和第二壳体(7)，二者上下配合，通过第一壳体(6)和第二壳体(7)的闭合，将所述待减振对象和减振器组件通过定位槽直接固定于壳体内。
特别的，质量块(2)为六面体构型，或其它几何形状构型，采用六面体构型一方面可以在采用单轴惯性元件时保证陀螺和加速度计所测量三轴角速度和三轴加速度的正交性，另一方面可简化减振结构的设计实现难度；不同材质的质量块(2)能够适应不同的减振系统的特征频率。
特别的，不同材质的第一减振器(4)和第二减振器(5)能够适应不同的减振系统的特征频率。
特别的，第一减振器(4)和第二减振器(5)可以具有相同的几何外形，也可以具有不同的几何外形，具体取决于待减振对象(3)的外部几何形状，可以是方形、圆形、椭圆形、菱形、梅花形或其它规则的形状。
特别的，硅胶材料减振器厚度为4毫米，邵氏硬度为10度。
本发明的工作原理是：安装有惯性元件的电路板组件与质量块二者紧固而构成刚性的待减振对象，采用弹性材料设计与待减振对象外形相匹配的凹槽状环形结构减振器，直接套于待减振对象的上下或左右两端，在系统壳体内部设计与减振器外形相匹配的定位槽，固定已套有减振器的待减振对象，通过壳体的闭合实现内减振装置的固定。采用这种减振结构，可通过改变质量块质量和弹性材料特性来适应不同工况的减振要求。

Claims (9)

1.一种小型惯性测量单元的内减振结构，其特征在于：包括壳体、电路板组件、质量块和减振器组件；所述电路板组件、质量块和减振器组件安装于所述壳体内；
所述电路板组件(1)中包括三轴陀螺和三轴加速度计，该电路板组件为单独的一块电路板，或为多块电路板并多块电路板之间通过柔性薄膜电缆互相连接；
质量块(2)作为电路板组件的固定台架；所述电路板组件(1)固定于所述质量块(2)上，固定方式为螺丝或粘接；
所述减振器组件包括第一减振器(4)和第二减振器(5)，第一减振器(4)和第二减振器(5)均采用具有一定硬度的弹性材料制成，所述的第一减振器(4)和第二减振器(5)用于夹持所述的待减振对象(3)，所述第一减振器(4)和第二减振器(5)具有与所述的待减振对象(3)相适配的凹槽状环形结构，通过所述凹槽状环形结构能够将待减振对象(3)嵌入第一减振器(4)和第二减振器(5)之间，实现对待减振对象(3)的夹持和包裹；
所述壳体内部有与第一减振器(4)和第二减振器(5)相配合的定位槽，将所述待减振对象和减振器组件通过定位槽直接固定于壳体内，从而实现小型惯性测量单元的内减振。
2.根据权利要求1所述的一种小型惯性测量单元的内减振结构，其特征在于：在质量块(2)上开有与电路板组件尺寸相配合的安装槽，电路板组件(1)固定于安装槽内，二者共同构成平齐表面的待减振对象(3)。
3.根据权利要求1或2所述的一种小型惯性测量单元的内减振结构，其特征在于：所述的壳体包括第一壳体(6)和第二壳体(7)，二者上下配合，通过第一壳体(6)和第二壳体(7)的闭合，将所述待减振对象和减振器组件通过定位槽直接固定于壳体内。
4.根据权利要求1或2所述的一种小型惯性测量单元的内减振结构，其特征在于：质量块(2)为六面体构型，或其它几何形状构型，采用六面体构型能够在采用单轴惯性元件时保证陀螺和加速度计所测量三轴角速度和三轴加速度的正交性。
5.根据权利要求1或2所述的一种小型惯性测量单元的内减振结构，其特征在于：第一减振器(4)和第二减振器(5)的材质为橡胶、硅胶。
6.根据权利要求1或2所述的一种小型惯性测量单元的内减振结构，其特征在于：所述的质量块(2)能够由不同刚性材质制成，采用不同材质的质量块(2)能够适应不同的减振系统的特征频率；所述的质量块(2)的材质为铝合金、不锈钢、硬塑料或碳纤维。
7.根据权利要求1或2所述的一种小型惯性测量单元的内减振结构，其特征在于：所述第一减振器(4)和第二减振器(5)几何外形相同或不同。
8.根据权利要求1或2所述的一种小型惯性测量单元的内减振结构，其特征在于：所述第一减振器(4)和第二减振器(5)的几何外形为方形、圆形、椭圆形、菱形或梅花形。
9.根据权利要求5所述的一种小型惯性测量单元的内减振结构，其特征在于：硅胶材料减振器厚度为4毫米，邵氏硬度为10度。
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