CN106352899B - 惯性测量单元三自由度快速标定装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种惯性测量单元三自由度快速标定装置，包括能够旋转的转台，所述转台上固定有圆轨道，所述圆轨道内圈设有转动环，所述转动环能够在圆轨道上转动，所述转动环上设有转轴，所述转轴相对于所述转动环能够转动；所述转动环上固定有测试组件，所述测试组件包括至少一个惯性测量单元。本发明的惯性测量单元三自由度快速标定装置具有精度较高、操作方便、维护便利，且成本低的优点。

Description

惯性测量单元三自由度快速标定装置

技术领域

本公开一般涉及无人机领域，具体涉及惯性测量单元三自由度快速标定装置。

背景技术

惯性测量单元的标定的成熟的常用方法为让惯性测量单元一次绕自身轴系依次旋转，使得惯性测量单元基准正方向分别朝向X+,X-,Y+,Y-,Z+,Z-六个方向，当然也可以更多方向，并绕相应轴旋转。然后利用误差补偿算法求出陀螺零偏、比例因子、加速度计零偏等数据。现有的标定设备和标定装置多为大型的自动化设备，利用伺服电机实现精准的角度位置旋转进给。利用伺服电机的大型惯性测量单元标定设备价格十分昂贵，操作繁琐且维护不便。不利于企业或小型实验室使用。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种操作方便，维护便利的惯性测量单元三自由度快速标定装置。

本发明提供一种惯性测量单元三自由度快速标定装置，包括能够旋转的转台，所述转台上固定有圆轨道，所述圆轨道内圈设有转动环，所述转动环能够在圆轨道上转动，所述转动环上设置有转轴，所述转轴相对于所述转动环能够转动；所述转动环上固定有测试组件，所述测试组件包括至少一个惯性测量单元。

本发明的惯性测量单元三自由度快速标定装置在批量惯性测量单元装入后，只需很小力按顺序转动相应机构即可完成整批标定工作，操作方便。因本发明的装置不存在动力系统，所以维护仅需要定期在滚动和滑动部位加润滑油即可，具有维护便利、且成本低的优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的惯性测量单元三自由度快速标定装置的结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为本发明实施例提供的一局部分解示意图；

图4为本发明实施例提供的安装在转轴上各部件的分解示意图；

图5为本发明实施例提供的测试组件安装在转轴上的结构示意图；

图6为图5的分解示意图；

图7为本发明实施例提供的第一自锁机构的局部剖视图；

图8为本发明实施例提供的第一自锁机构的正视图；

图9-图13为本发明实施例提供的自锁定位机构自锁定位的过程图。

图中：1转台；2第一自锁机构，20第一销轴，21第一套筒，22第一回位弹簧，23第一堵头，24第一轴肩，25第一垫片；3第二自锁机构；4法兰盖；5圆轨道，50定位部；6转动环；7转轴；8滚花螺母；9测试组件，90惯性测量单元；91电路板，92接插线，93连接线；10定位转子，10a第一凹槽，10b第二凹槽，10c第三凹槽，10d第四凹槽，10e弧形导向部；11压片；12定位轴承座，12a导向孔；13定位平台；14阻挡部；15支撑座；16底座；17轴承；18通讯接口；18a第一制动平台，18b第二制动平台，18c第三制动平台；19走线转子。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1至图6，该惯性测量单元三自由度快速标定装置，包括能够旋转的转台1，转台1上固定有圆轨道5，圆轨道5内圈设有转动环6，转动环6能够在圆轨道5上转动，转动环6上设置有转轴7，转轴7相对于转动环6能够转动；转动环6上固定有测试组件9，测试组件9包括至少一个惯性测量单元90。本实施例中，该转轴7优选为沿径向设置在转动环6上。

参见图5和图6，本实施例在上述实施例的基础上，测试组件9还包括电路板91，电路板91通过压片11固定套设在转轴7上，电路板91上设有2-6个惯性测量单元90，优选设置4个惯性测量单元90。

本发明4个惯性测量单元通过螺钉固定在电路板上，电路板通过螺钉固定在压片上，压片为一十字型，在每个十字的延伸角设有螺栓固定孔，方便固定电路板。

参见图1、图2、图5和图6，优选地，测试组件9为2-4组，优选为3组，每组测试组件9依次套设在转轴7上并电连接，优选通过接插线92相连接。接插线保证电路板之间的通讯。

本发明可实现12组惯性测量单元批量调试标定。

参见图1、图2、图3、图4、图7和图8，本实施例在上述实施例的基础上，还包括第一自锁机构2和第二自锁机构3；

转轴7上固定设有定位转子10，定位转子10上设有阻挡部14；

第一自锁机构2包括第一销轴20、第一套筒21和第一回位弹簧22，第一销轴20上依次套设有第一回位弹簧22和第一套筒21，第一套筒21固定在定位平台13上，定位平台13固定在转动环6上；第一回位弹簧22一端与第一销轴20连接，另一端与第一套筒21连接，第一销轴20的一端能够伸入阻挡部14中，当第一销轴20脱离阻挡部14时，能够使第一回位弹簧22产生弹性形变，随着定位转子10的旋转，弹性形变所产生的弹性作用力能够使第一销轴20进入旋转后定位转子的另一个阻挡部14中，用于阻止转轴7进行旋转；

圆轨道5上设有若干定位部50；

第二自锁机构3包括第二销轴、第二套筒和第二回位弹簧，所述第二销轴上依次套设有第二回位弹簧和第二套筒，所述第二套筒固定在定位平台13上，所述第二回位弹簧一端与第二销轴连接，另一端与所述第二套筒连接，所述第二销轴的一端能够伸入定位部50中，当所述第二销轴脱离定位部50时，能够使所述第二回位弹簧发生弹性形变，随着转台1的旋转，圆轨道5连同转台1一起旋转，所述第二回位弹簧产生的弹性形变所产生的弹性作用力能够使所述第二销轴进入旋转后圆轨道5的另一个定位部中，用于阻止转动环6进行旋转。

本发明可方便实现各种空间姿态变幻，并具有三自由度姿态锁定功能。本发明第二自锁机构与第一自锁机构的结构相同。

优选地，阻挡部14为设置在定位转子10边缘的凹槽，定位部50为设置在圆轨道5上的定位孔，当然也可以设置定位挡片。

参见图4和图7，本实施例在上述实施例的基础上，转轴7的两端设有轴承17，轴承17位于定位轴承座12内，定位轴承座12固定在转动环6上，转轴7的一端通过阴阳十字槽连接定位转子10，定位转子10位于一端的轴承17内，该端轴承17的定位轴承座12上设有导向孔，第一销轴20能够通过导向孔12a伸入阻挡部14内，转轴7的另一端通过阴阳十字槽连接走线转子19，走线转子19位于轴承17内。

优选的固定方式，定位轴承座12上方设有定位平台13，下方设有第一制动平台18a，定位平台13、定位轴承座12和第一制动平台18a通过螺钉固定连接，定位平台13、转动环6、第一制动平台18a通过螺钉固定连接；定位轴承座12上方设有第二制动平台18b，下方设有第三制动平台18c，第二制动平台18b、定位轴承座12和第三制动平台18c通过螺钉固定连接，第二制动平台18b、转动环6和第三制动平台18c通过螺钉固定连接。

参见图1和图2，本实施例在上述实施例的基础上，走线转子19的中间设有缺口，测试组件9的连接线93经走线转子19的缺口，再经定位轴承座12绕出后连接至通讯接口18。

本发明的连接线引入X轴内走线转子缺口处，避免旋转时产生绕线，然后从定位轴承座绕出，至通讯接口。本发明的走线方式实现了旋转运动时惯性测量单元实时数据读取。

参见图1和图3，本实施例在上述实施例的基础上，为了保证转动环的稳定性，转台1上设有支撑座15，支撑座15两侧设有底座16，支撑座15上设有圆轨道5；圆轨道5螺纹连接法兰盖4，法兰盖4与转动环6形成间隙配合。

参见图1、图7和图8，本实施例在上述实施例的基础上，第一销轴20上套设有第一堵头23，第一堵头23通过螺纹连接第一套筒21，第一销轴20上设有第一轴肩24，第一回位弹簧22设置在第一轴肩24和第一套筒21的顶端之间，或第一回位弹簧22一端固定在第一堵头23上，另一端固定在第一轴肩24上。

本实施例在上述实施例的基础上，第二销轴上套设有第二堵头，所述第二堵头通过螺纹连接第一套筒，所述第二销轴上设有第二轴肩，所述第二回位弹簧设置在所述第二轴肩和所述第二套筒的顶端之间，或所述第二回位弹簧一端固定在所述第二堵头上，另一端固定在所述第二轴肩上。

当本发明的回位弹簧位于轴肩和套筒之间时，向上拉出销轴，回位弹簧处于压缩状态，使销轴回位的力为弹簧由压缩状态恢复自由状态的弹力；当本发明的回位弹簧一端固定在堵头上，另一端固定在轴肩上，向上拉出销轴，回位弹簧处于拉伸状态，使销轴回位的力为弹簧由拉伸状态恢复自由状态的弹力。

参见图2、图7和图8，本实施例在上述实施例的基础上，第一销轴20和/或第二销轴的顶端通过螺纹连接滚花螺母8。方便操作者拧住滚花螺母以拉出销轴；为了便于固定，第一套筒21固定连接第一垫片25，第一垫片25通过螺丝连接定位平台13，和/或第二套筒固定连接第二垫片，第二垫片通过螺丝连接定位平台13。

参见图1、图2、图3和图4，转台1为圆形转台，转台1为由传统电机驱动的单轴旋转装置，转动环6能够绕圆轨道5转动，转轴7相对于转动环6转动，本发明第二自锁机构3与圆轨道5构成Y轴定位机构。第二自锁机构3插入圆轨道5上均布N个定位部可实现360°/N的间隔定位，并且在第二回力弹簧的力作用下互锁。

第一自锁机构2与定位转子10构成X轴定位机构。第一自锁机构2插入定位转子10上均布M个凹槽中可实现360°/M的间隔定位，并且在第一回力弹簧力22作用下互锁。

本发明在实现三轴自由旋转的同时，还可实现每个轴的定角度精确定位。

下面以第一自锁定位机构为例来进行详细说明自锁定位机构的自锁操作过程。

参见图7和图8，本申请所提供的自锁定位机构上若均匀开设有n个相同的凹槽(n为自然数，n不小于2)，相邻两凹槽相对于定位转子10中心的夹角为360/n°。自锁定位装置工作过程为，将第一销轴20从凹槽内拉出；当定位转子10在转轴的带动下开始转动时，松开第一销轴20，第一销轴20在松开后能够在第一回位弹簧22的回复力的作用下沿导向孔12a所在的方向快速往定位转子10所在的位置运动，当第一销轴20的第一端接触到定位转子10时，定位转子的转动幅度远小于360/n°，第一销轴20紧贴定位转子10的弧形导向部，在定位转子10的运转下第一销轴20依据弧形导向部的导向作用下进入紧邻的下一个阻挡部内，实现对转轴的自锁。

如图9-图13所示，本申请中定位转子10预设的圆周方向设定为瞬时针方向，定位转子10的边缘上均匀开设了4个相同的凹槽，如图第一凹槽10a、第二凹槽10b、第三凹槽10c、第四凹槽10d，相邻两凹槽相对于定位转子10中心的夹角为90°。如图10所示，第一销轴20被拉出第一凹槽10a；如图10所示，定位转子10开始运动时，松开第一销轴20，第一销轴20在第一回位弹簧22的回复力的作用下沿导向孔的方向快速往定位转子10所在的位置运动，定位转子转动的幅度远小于90°(均匀开设4个凹槽的情况下，一般第一销轴20的第一端接触到定位转子10时，定位转子10转动5°-10°)，第一销轴20的第一端接触于定位转子10的弧形导向部10e；如图10-图13所示，定位转子10在转动轴的带动下继续运转，第一销轴20随弧形导向部10e移动趋近于第二凹槽10b；如图13所示，第一销轴20进入第二凹槽10b，实现自锁定位。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (12)

1.一种惯性测量单元三自由度快速标定装置，其特征在于，包括能够旋转的转台和第一自锁机构，所述转台上固定有圆轨道，所述圆轨道内圈设有转动环，所述转动环能够在圆轨道上转动，所述转动环设置有转轴，所述转轴相对于所述转动环能够转动；所述转动环上固定有测试组件，所述测试组件包括至少一个惯性测量单元；所述转轴上固定设有定位转子，所述定位转子上设有阻挡部；

其中，所述第一自锁机构包括第一销轴、第一套筒和第一回位弹簧，所述第一销轴上依次套设有第一回位弹簧和第一套筒，所述第一套筒固定在定位平台上，所述定位平台固定在所述转动环上；所述第一回位弹簧一端与第一销轴连接，另一端与所述第一套筒连接，所述第一销轴的一端能够伸入所述阻挡部中，当所述第一销轴脱离所述阻挡部时，能够使所述第一回位弹簧产生弹性形变，随着定位转子的旋转，弹性形变所产生的弹性作用力能够使所述第一销轴进入旋转后定位转子的另一个阻挡部中，用于阻止所述转轴进行旋转。

2.根据权利要求1所述的惯性测量单元三自由度快速标定装置，其特征在于，所述测试组件还包括电路板，所述电路板通过压片固定套设在所述转轴上，所述电路板上设有2-6个惯性测量单元。

3.根据权利要求2所述的惯性测量单元三自由度快速标定装置，其特征在于，所述测试组件为2-4组，每组测试组件依次套设在转轴上并电连接。

4.根据权利要求1所述的惯性测量单元三自由度快速标定装置，其特征在于，还包括第二自锁机构；

所述圆轨道上设有若干定位部；

所述第二自锁机构包括第二销轴、第二套筒和第二回位弹簧，所述第二销轴上依次套设有第二回位弹簧和第二套筒，所述第二套筒固定在所述定位平台上，所述第二回位弹簧一端与第二销轴连接，另一端与所述第二套筒连接，所述第二销轴的一端能够伸入所述定位部中，当所述第二销轴脱离所述定位部时，能够使所述第二回位弹簧发生弹性形变，随着所述转台的旋转，所述圆轨道连同转台一起旋转，所述第二回位弹簧产生的弹性形变所产生的弹性作用力能够使所述第二销轴进入旋转后圆轨道的另一个定位部中，用于阻止所述转动环进行旋转。

5.根据权利要求4所述的惯性测量单元三自由度快速标定装置，其特征在于，所述阻挡部为设置在所述定位转子边缘的凹槽，所述定位部为设置在圆轨道上的定位孔。

6.根据权利要求5所述的惯性测量单元三自由度快速标定装置，其特征在于，所述转轴的两端设有轴承，所述轴承分别位于定位轴承座内，所述定位轴承座固定在转动环上，所述转轴的一端通过阴阳十字槽连接定位转子，所述定位转子位于一端的轴承内，该端轴承的所述定位轴承座上设有导向孔，所述第一销轴能够通过导向孔伸入所述阻挡部内，所述转轴的另一端通过阴阳十字槽连接走线转子，所述走线转子位于轴承内。

7.根据权利要求6所述的惯性测量单元三自由度快速标定装置，其特征在于，所述定位轴承座上方设有所述定位平台，下方设有第一制动平台，所述定位平台、定位轴承座和第一制动平台通过螺钉固定连接，所述定位平台、转动环、第一制动平台通过螺钉固定连接；所述定位轴承座上方设有第二制动平台，下方设有第三制动平台，所述第二制动平台、定位轴承座和第三制动平台通过螺钉固定连接，所述第二制动平台、转动环和第三制动平台通过螺钉固定连接。

8.根据权利要求6所述的惯性测量单元三自由度快速标定装置，其特征在于，所述走线转子的中间设有缺口，所述测试组件的连接线经所述缺口，再经定位轴承座绕出后连接至通讯接口。

9.根据权利要求5所述的惯性测量单元三自由度快速标定装置，其特征在于，所述转台上设有支撑座，所述支撑座两侧设有底座，所述支撑座上设置所述圆轨道；所述圆轨道螺纹连接法兰盖，所述法兰盖与转动环形成间隙配合。

10.根据权利要求4所述的惯性测量单元三自由度快速标定装置，其特征在于，所述第一销轴上套设有第一堵头，所述第一堵头通过螺纹连接第一套筒，所述第一销轴上设有第一轴肩，所述第一回位弹簧设置在所述第一轴肩和所述第一套筒的顶端之间，或所述第一回位弹簧一端固定在所述第一堵头上，另一端固定在所述第一轴肩上。

11.根据权利要求10所述的惯性测量单元三自由度快速标定装置，其特征在于，所述第二销轴上套设有第二堵头，所述第二堵头通过螺纹连接第二套筒，所述第二销轴上设有第二轴肩，所述第二回位弹簧设置在所述第二轴肩和所述第二套筒的顶端之间，或所述第二回位弹簧一端固定在所述第二堵头上，另一端固定在所述第二轴肩上。

12.根据权利要求11所述的惯性测量单元三自由度快速标定装置，其特征在于，所述第一销轴和/或第二销轴的顶端通过螺纹连接滚花螺母；所述第一套筒固定连接第一垫片，所述第一垫片通过螺丝连接所述定位平台，和/或所述第二套筒固定连接第二垫片，所述第二垫片通过螺丝连接所述定位平台。