CN108321983B - 一种轻小型云台框架力矩电机与光电码盘组合式连接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻小型云台框架力矩电机与光电码盘组合式连接装置，包括一个光电码盘、一个光电码盘支架、四个光电码盘支架紧定螺钉、一个框架力矩电机、一个电机安装底座、一个联轴器、四个电机定子紧定螺钉和两个联轴器紧定螺钉；当框架力矩电机主轴旋转时，由于本发明的固定连接作用，可使光电码盘转子保持与框架力矩电机主轴的同步高精度旋转，实现对框架力矩电机角位移的实时高精度测量，为框架角位置闭环控制系统提供实时角位置测量反馈，实现轻小型云台对目标的高精度位置跟踪控制；本发明可实现对力矩电机及光电码盘的一体式连接，结构紧凑，安装拆卸简便，适用于轻小型航空遥感稳定跟踪系统以及其他光电设备。
Description
技术领域
本发明属于航空遥感技术领域，涉及一种轻小型云台框架力矩电机与光电码盘组合式连接装置，可用于轻小型云台等光电稳定跟踪平台系统力矩电机与光电码盘组合一体式连接，可使光电码盘转子部分保持与框架力矩电机主轴的同步高精度旋转，从而实现对框架力矩电机角位移的实时高精度测量，适用于航空遥感稳定跟踪系统以及其他光电设备。
背景技术
稳定跟踪平台是航空遥感的关键设备之一，主要作用为隔离载体扰动，使光轴(Line of Sight，LOS)根据上位机输出位置指令在惯性空间保持对目标的跟踪稳定。在伺服状态下，稳定跟踪平台LOS实时跟踪目标在空间的运动变化，平台通过对框架的反向驱动实时隔离各种扰动因素影响，从而保持载荷姿态对目标的稳定跟踪。
由于无人机对载荷重量和体积等方面的严格要求，云台需要具有大承载比、大驱动力矩、实时高精度角位置测量等特性，从而实现高精度实时位置跟踪的目的。而选型合适的框架力矩电机和光电码盘是独立式的，需要设计紧凑连接装置将二者一体化，达到大力矩驱动及实时高精度测量的总体目的。
轻小型无人机遥感云台可以有效跟踪目标和稳定成像载荷，是一种广泛使用的航拍成像平台。云台的俯仰、横滚和方位三个框架两两相互正交，将成像载荷置于云台最内的俯仰框架上，通过陀螺敏感成像载荷相对惯性空间的角运动，然后经稳定回路驱动框架力矩电机，克服外界干扰力矩，达到稳定视轴的目的。典型的国外产品主要有：以色列CONTROP精密技术公司研制的ESP-600C型无人机载光电侦查平台采用两轴平台，其方位转动范围360°×N、俯仰+10°～-10°、最大角速度50°/s、最大角加速度-50°/s2，其稳定精度达到15urad。MSSP-3型海事观察平台主要用于海事巡逻飞机和巡逻船，采用四框架陀螺稳定系统，带有高分辨力前视红外相机、高性能CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)相机和激光测距仪。但是目前研究较多的是承载大、重量大、体积大的稳定平台，此外，还存在没有POS提供姿态基准不能工作的问题。
目前，已公开专利主要包括两类，第一类是针对航空遥感测绘用大负载三轴惯性稳定平台的设计与控制，如专利“一种多功能航空遥感三轴惯性稳定平台系统”(CN201110214640.9)提出一种针对航空遥感的惯性稳定平台系统，在遥感测绘时实时稳定大型遥感相机，保证相机对地水平；第二类主要是两轴稳定跟踪平台的设计及控制方法，如专利“一种两自由度大负载跟踪稳定平台系统”(CN201310045028.2)提出一种针对大面积电力巡线的两自由度大负载跟踪稳定平台系统，在电力巡线时对相机进行稳定和跟踪；专利“一种基于可控摆系统的双轴水平稳定平台及其控制方法”(CN201010606011.6)提出了一种无陀螺控制方案，没有提及结构系统设计。专利“一种轻型二自由度相机稳定平台装置”(CN201410051218.X)提出双轴平台系统的设计方案，但是主要针对控制系统。
综上，随着轻小型无人机技术的发展和应用的普及，针对轻小型无人机高精度的稳像执行机构有了巨大需求，而相关研究还比较缺乏。现有的整体式力矩电机与光电码盘组合装置主要由制造商提供，存在尺寸、重量、力矩、测角精度等与设计不符情况，难以准确选型，因此需要分别订制购买力矩电机与光电码盘，以满足设计需要。然而，分体式力矩电机与光电码盘没有一体化连接装置，给使用带来不便。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种轻小型云台框架力矩电机与光电码盘组合式连接装置，从轻小型无人机云台大承载比、大驱动力矩、实时高精度角位置测量等要求出发，设计紧凑将框架力矩电机和光电码盘二者连接一体化，达到大力矩驱动及实时高精度测量的总体目的。
本发明技术方案具体如下：一种轻小型云台框架力矩电机与光电码盘组合式连接装置，其特征在于：包括一个光电码盘、一个光电码盘支架、四个光电码盘支架紧定螺钉、一个框架力矩电机、一个电机安装底座、一个联轴器、四个电机定子紧定螺钉和两个联轴器紧定螺钉；四个光电码盘支架紧定螺钉由径向旋紧，通过静摩擦力将光电码盘支架和框架力矩电机的定子部分上下紧定连接为一体；四个电机定子紧定螺钉由轴向将框架力矩电机的定子部分与电机安装底座紧定安装为一体，从而实现光电码盘支架和框架力矩电机的定子部分与电机安装底座的一体化固定安装；两个联轴器紧定螺钉由径向旋紧，通过静摩擦力将光电码盘的主轴和框架力矩电机的主轴紧定连接为一体；光电码盘支架通过光电码盘支架紧定螺钉将光电码盘和框架力矩电机的定子部分固定连接在一起，光电码盘的主轴部分和框架力矩电机的主轴部分通过联轴器相连，当框架力矩电机的主轴旋转时，光电码盘的主轴保持与框架力矩电机主轴的同步高精度旋转，从而实现对框架力矩电机角位移的实时高精度测量，为轻小型云台框架控制系统的实时角位置闭环控制提供高精度角位置测量反馈，实现云台高精度位置跟踪控制。
所述光电码盘支架为一个端面为空心的圆柱体结构，圆柱体结构的上表面的中心轴线位置开设一个光电码盘定位孔，上表面中心轴线两侧180°对称开设两个光电码盘固定安装孔；以光电码盘定位孔的中心为基准，在上表面与光电码盘定位孔之间沿圆周方向均匀开设8个通孔，用于光电码盘和框架力矩电机的走线和散热及减重；圆柱体结构的外径表面圆周等间距开设4个矩形窗孔，用于光电码盘和框架力矩电机的走线和散热及减重；圆柱体结构的底面为空心形状，圆柱体大内孔用于与框架力矩电机定子外径的安装定位；由底面沿轴向设有圆周环状凸台，其直径尺寸大于圆柱体结构的外径表面，并径向开设四个螺纹通孔，与圆柱体大内孔联通，用于光电码盘支架与框架力矩电机的紧固安装。
所述联轴器为圆柱体结构，以圆柱体纵向中心轴线为中心轴线开设通孔，将上端面和下端面联通，用于连接光电码盘支架和框架力矩电机的主轴部分；在圆柱体结构外侧表面垂直于圆柱体纵向中心轴线开设两个螺纹通孔，沿圆柱体轴向均匀分布，用于两个联轴器紧定螺钉的定位和旋紧。
所述电机安装底座为平板式圆盘结构，以圆盘轴向中心线为中心轴线开设电机通孔，用于框架力矩电机的定子部分连接，并在左端面处加工与电机通孔同轴的圆周定位台阶，用于力矩电机的定子定位；在右端面上开设360°圆周环形槽，用于减重和增强刚度；在右端面上电机通孔外径的外侧开设4个螺钉通孔，呈360°圆周均布，用于框架力矩电机的定子部分与电机安装底座的紧定安装为一体。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明可实现对独立式力矩电机及光电码盘的一体式连接，可同时实现大力矩驱动及实时高精度测量的双重目的；
(2)本发明结构紧凑，采用减重、高刚度设计，连接精度高，实现了航空产品体积小、重量轻、精度高的总体要求；
(3)本发明结构简单，可拆卸，零件成本较低，易于设备维修与改进。
附图说明
图1为本发明一种轻小型云台框架力矩电机与光电码盘组合式连接装置的整体三维结构图示；
图2为本发明一种轻小型云台框架力矩电机与光电码盘组合式连接装置的总体装配剖面结构；
图3为本发明的光电码盘支架结构的整体三维图示；
图4为本发明的光电码盘支架结构的剖面图示；
图5为本发明的联轴器结构图示；
图6为本发明的电机安装底座结构图示。
具体实施方式
如图1和图2所示，本连接装置包括一个光电码盘1、一个光电码盘支架2、四个光电码盘支架紧定螺钉3、一个框架力矩电机4、一个电机安装底座5、一个联轴器6、四个电机定子紧定螺钉7和两个联轴器紧定螺钉8；四个光电码盘支架紧定螺钉3由径向旋紧，通过静摩擦力将光电码盘支架2和框架力矩电机4的定子部分上下紧定连接为一体；四个电机定子紧定螺钉7由轴向将框架力矩电机4的定子部分402与电机安装底座5紧定安装为一体，从而实现光电码盘支架2和框架力矩电机4的定子部分与电机安装底座5的一体化固定安装；两个联轴器紧定螺钉8由径向旋紧，通过静摩擦力将光电码盘1的主轴101和框架力矩电机4的主轴401紧定连接为一体；光电码盘支架2通过光电码盘支架紧定螺钉3将光电码盘1和框架力矩电机4的定子部分固定连接在一起，光电码盘1的主轴部分和框架力矩电机4的主轴部分通过联轴器6相连，当框架力矩电机4的主轴401旋转时，光电码盘1的主轴101保持与框架力矩电机4主轴401的同步高精度旋转，从而实现对框架力矩电机4角位移的实时高精度测量；
如图3和图4所示，光电码盘支架2为一个端面为空心的圆柱体结构，圆柱体结构的上表面201的中心轴线位置开设一个光电码盘定位孔203，上表面201中心轴线两侧180°对称开设两个光电码盘固定安装孔202；以光电码盘定位孔203的中心为基准，在光电码盘定位孔203与圆柱体结构的外径表面205之间沿圆周方向均匀开设8个通孔204，用于光电码盘1和框架力矩电机4的走线和散热及减重；圆柱体结构的外径表面205圆周等间距开设4个矩形窗孔206，用于光电码盘1和框架力矩电机4的走线和散热及减重；圆柱体结构的底面210为空心形状，圆柱体大内孔209用于与框架力矩电机4定子外径的安装定位；由底面210沿轴向设有圆周环状凸台207，其直径尺寸大于圆柱体结构的外径表面205，并径向开设四个螺纹通孔208，与圆柱体大内孔209联通，用于光电码盘支架2与框架力矩电机4的紧固安装；
如图5所示，联轴器6为圆柱体结构，以圆柱体纵向中心轴线为中心轴线开设通孔602，将上端面604和下端面603联通，用于连接光电码盘支架2和框架力矩电机4的主轴部分；在圆柱体结构外侧表面垂直于圆柱体纵向中心轴线开设两个螺纹通孔605，沿圆柱体轴向均匀分布，用于两个联轴器紧定螺钉8的定位和旋紧；
如图6所示，电机安装底座5为平板式圆盘结构，以圆盘轴向中心线506为中心轴线开设电机通孔507，用于框架力矩电机4的定子部分连接，并在左端面504处加工与电机通孔507同轴的圆周定位台阶505，用于框架力矩电机4的定子定位；在右端面501上开设360°圆周环形槽502，用于减重和增强刚度；在右端面501上电机通孔507外径的外侧开设4个螺钉通孔503，呈360°圆周均布，用于框架力矩电机4的定子部分与电机安装底座5的紧定安装为一体；
如图1和图2所示，本发明当框架力矩电机4的主轴旋转时，由于光电码盘支架2和联轴器6对光电码盘1和框架力矩电机4对应旋转轴部分和对应定子部分402的固定连接作用，使光电码盘1转子部分保持与框架力矩电机4主轴的同步高精度旋转，从而实现对框架力矩电机4角位移的实时高精度测量，为框架控制系统实时角位置闭环控制提供角位置测量反馈，实现轻小型云台高精度位置跟踪控制；本发明可实现对独立式力矩电机及光电码盘的一体式连接，结构紧凑，简便容易，适用于轻小型云台等航空遥感稳定跟踪系统以及其他光电设备。
Claims (3)
1.一种轻小型云台框架力矩电机与光电码盘组合式连接装置，其特征在于：包括一个光电码盘(1)、一个光电码盘支架(2)、四个光电码盘支架紧定螺钉(3)、一个框架力矩电机(4)、一个电机安装底座(5)、一个联轴器(6)、四个电机定子紧定螺钉(7)和两个联轴器紧定螺钉(8)；其中，所述的四个光电码盘支架紧定螺钉(3)由径向旋紧，通过静摩擦力将光电码盘支架(2)和框架力矩电机(4)的定子部分上下紧定连接为一体；四个电机定子紧定螺钉(7)由轴向将框架力矩电机(4)的定子部分(402)与电机安装底座(5)紧定安装为一体，从而实现光电码盘支架(2)和框架力矩电机(4)的定子部分与电机安装底座(5)的一体化固定安装；两个联轴器紧定螺钉(8)由径向旋紧，通过静摩擦力将光电码盘(1)的主轴(101)和框架力矩电机(4)的主轴(401)紧定连接为一体；光电码盘支架(2)通过光电码盘支架紧定螺钉(3)将光电码盘(1)和框架力矩电机(4)的定子部分固定连接在一起，光电码盘(1)的主轴部分和框架力矩电机(4)的主轴部分通过联轴器(6)相连，当框架力矩电机(4)的主轴(401)旋转时，光电码盘(1)的主轴(101)保持与框架力矩电机(4)主轴(401)的同步高精度旋转，从而实现对框架力矩电机(4)角位移的实时高精度测量；所述光电码盘支架(2)为一个端面为空心的圆柱体结构，圆柱体结构的上表面(201)的中心轴线位置开设一个光电码盘定位孔(203)，上表面(201)中心轴线两侧180°对称开设两个光电码盘固定安装孔(202)；以光电码盘定位孔(203)的中心为基准，在光电码盘定位孔(203)与圆柱体结构的外径表面(205)之间沿圆周方向均匀开设8个通孔(204)，用于光电码盘(1)和框架力矩电机(4)的走线和散热及减重；圆柱体结构的外径表面(205)圆周等间距开设4个矩形窗孔(206)，用于光电码盘(1)和框架力矩电机(4)的走线和散热及减重；圆柱体结构的底面(210)为空心形状，圆柱体大内孔(209)用于与框架力矩电机(4)定子外径的安装定位；由底面(210)沿轴向设有圆周环状凸台(207)，其直径尺寸大于圆柱体结构的外径表面(205)，并径向开设四个螺纹通孔(208)，与圆柱体大内孔(209)联通，用于光电码盘支架(2)与框架力矩电机(4)的紧固安装。
2.根据权利要求1所述的轻小型云台框架力矩电机与光电码盘组合式连接装置，其特征在于：所述联轴器(6)为圆柱体结构，以圆柱体纵向中心轴线为中心轴线开设通孔(602)，将上端面(604)和下端面(603)联通，用于连接光电码盘支架(2)和框架力矩电机(4)的主轴部分；在圆柱体结构外侧表面垂直于圆柱体纵向中心轴线开设两个螺纹通孔(605)，沿圆柱体轴向均匀分布，用于两个联轴器紧定螺钉(8)的定位和旋紧。
3.根据权利要求1所述的轻小型云台框架力矩电机与光电码盘组合式连接装置，其特征在于：所述电机安装底座(5)为平板式圆盘结构，以圆盘轴向中心线(506)为中心轴线开设电机通孔(507)，用于框架力矩电机(4)的定子部分连接，并在左端面(504)处加工与电机通孔(507)同轴的圆周定位台阶(505)，用于框架力矩电机(4)的定子定位；在右端面(501)上开设360°圆周环形槽(502)，用于减重和增强刚度；在右端面(501)上电机通孔(507)外径的外侧开设4个螺钉通孔(503)，呈360°圆周均布，用于框架力矩电机(4)的定子部分与电机安装底座(5)的紧定安装为一体。
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