CN109143916B - 自适应水平调整装置 - Google Patents

Abstract

一种自适应水平调整装置，平台面是平台的水平基准面，与壳体通过螺钉固定连接；壳体内有调平机构总成，调平机构总成有3个，呈等边三角形均布于平台面的下表面，调平机构总成包括升降箱体、置于升降箱体内的电机、丝杆、升降套；电机的传动轴上有传动齿轮a，丝杆上有与传动齿轮a啮合的齿轮b，丝杆通过螺纹装于升降套，升降套与升降箱体连接固定，升降箱体与平台面连接固定；所述调平检测及控制模块由倾角传感器和电子电路模块组成；倾角传感器安装于平台面下表面上；电机a与电子电路模块中的电机驱动模块电路电性连接。本发明具有调整速度快、调整精度高和承重性好的特点，其结构简单紧凑、稳定性高、自锁能力强，具有广泛的实用性。

Description

自适应水平调整装置

技术领域

本发明涉及一种自适应水平调整装置，特别涉及一种可以快速自动地实现较高精度水平的平台。

背景技术

为精确跟踪和瞄准空间动态目标，需要建立坐标系并确定目标的实际坐标参数，而这些实际坐标参数一般包括方位、俯仰和距离等，其中俯仰参数的基准为水平面。因此，负载或测量平台基准的水平度对影响坐标参数（方位和俯仰）有很大的影响。目标为动态目标，稍纵即逝，为准确迅速测量坐标参数，需要对平台水平基准面进行快速和精确的调平，如经纬仪、寻北仪、雷达、智能弹药等高精度设备，其调平的精度、效率及稳定性直接影响设备的使用性能。

传统的平台调平方法多采用4支腿结构，结合液压或气压系统、电气系统及机械系统对平台进行调平。气压系统往往由于气压系统自身缺点无法保证长时间的保持高度水平状态；液压或气压系统抗温度等干扰能力较差；同时，体积和质量亦较大。

在智能弹药等运用中，需要使平台在调平后保证拥有自锁能力，即调平后长时间保持水平状态，且需要系统抗干扰能力强、体积小、重量轻。因此，传统的平台调平方法不能满足智能弹药等系统对快速自动地实现较高精度水平基准的需求。

发明内容

本发明的目的在于为解决上述技术问题，为以高精度水平为基准作为正常工作前提条件的装置和设备提供一种具有自适应水平调整功能的自适应水平调整装置。本发明可自动检测平台面水平倾角，并通过一套机电调平机构使平台面水平倾角为零，随后将状态锁定，达到保持平台面水平的目的。

本发明采用的技术方案包括平台面、壳体、调平机构总成、调平检测及控制模块、盖板；平台面是平台的水平基准面，与壳体通过螺钉固定连接；壳体内有调平机构总成，调平机构总成有3个，呈等边三角形均布于平台面的下表面，调平机构总成包括升降箱体、置于升降箱体内的电机a、丝杆、升降套；电机a的传动轴上有传动齿轮a，丝杆上有与传动齿轮a啮合的齿轮b，丝杆通过螺纹装于升降套，升降套与升降箱体连接固定，升降箱体与平台面连接固定；所述调平检测及控制模块由倾角传感器和电子电路模块组成；倾角传感器安装于平台面下表面上；电机a与电子电路模块中的电机驱动模块电路电性连接。

本发明升降箱体上有导槽，推轴穿过导槽固定于升降套上并随升降套上下运动在导槽上下移动，拔叉式光电挡片经一铰轴装于升降箱体外，拔叉式光电挡片一端有长孔槽，推轴装于长孔槽并可在长孔槽内滑动，拔叉式光电挡片另一端置于光电开关组件a的凹槽中。

本发明所述电子电路模块包括一个采集倾角传感器信号的传感信息采集电路；一个将采样到的倾角传感器信号进行分析、处理，通过软件算法计算并适时产生电机控制信号的单片机模块电路；一个接收单片机模块电路提供的控制信号，分别驱动3个调平机构总成中的电机工作的电机驱动模块电路。

本发明自适应水平调整平台的另一技术方案在于包括平台面、壳体、调平机构总成、调平检测及控制模块、盖板；平台面是平台的水平基准面，与壳体通过螺钉固定连接；壳体内有调平机构总成，调平机构总成有3个，呈等边三角形均布于平台面的下表面；调平机构总成包括电机b、电机支板、摇杆、推杆、调节杆、光电开关b；摇杆与电机b相连接，摇杆前端有滑槽，推杆置于滑槽内，推杆与调节杆固定连接，调节杆与平台面连接固定。

本发明单片机模块电路的作用是对采样到的倾角传感器信号进行分析、处理，通过软件算法计算并适时产生电机控制信号；电机驱动模块电路的作用是根据单片机提供的控制信号，分别驱动3个调平机构总成中的电机运转，通过机构传动带动伸缩杆在垂直平面上作伸缩滑动，调整伸缩距离使得随动平台与水平面达到平行；当倾角传感器检测到水平后，电子电路模块根据这一信息控制调整机构停止运动，实现自适应调整水平功能。

其中的软件算法提供一种3支点快速调平系统的调平控制方法，其步骤为：

（1）3个支点的中心构成等边三角形，y轴与1#和3#支撑腿中心点所在的直线平行，x轴与2#支撑腿中心点到y轴的垂线平行；

（2）平台与y轴的夹角为α，平台与x轴的夹角为β；

（3）设定平台调平精度为ε；

（4）设定y轴精调倾角为，当α≤/>时支撑腿慢速运动，否则进行大倾角范围内粗调，支撑腿快速运动；

（5）利用倾角传感器检测α和β的角度大小和方向，控制系统控制支撑腿运动，调整α和β的角度值，使α和β的绝对值不断减小，直到满足|α|≤ε和|β|≤ε的要求，

（6）粗调：

（a）当β＜0，|β|＞时1#、3#支撑腿同时快速上升，2#支撑腿快速下降，使|β|≤/>；

（b）当β＞0，|β|＞时1#、3#支撑腿同时快速下降，2#支撑腿快速上升，使|β|≤/>；

（c）当α＜0，|α|＞时1#支撑腿快速上升，3#支撑腿快速下降，2#支撑腿不动，使|α|≤/>；

（d）当α＞0，|α|＞时1#支撑腿快速下降，3#支撑腿快速上升，2#支撑腿不动，使|α|≤/>；

（7）精调：

（a）当β＜0，ε≤|β|≤时1#、 3#支撑腿同时慢速上升，2#支撑腿慢速下降，使|β|≤ε；

（b）当β＞0，ε≤|β|≤时1#、 3#支撑腿同时慢速下降，2#支撑腿慢速上升，使|β|≤ε。

（c）当α＜0，ε≤|α|≤时1#支撑腿慢速上升，3#支撑腿慢速下降，2#支撑腿不动，使|α|≤ε；

（d）当α＞0，ε≤|α|≤时1#支撑腿慢速下降，3#支撑腿慢速上升，2#支撑腿不动，使|α|≤ε。

本发明通过采用软件控制算法，将倾角传感器获得的量作为嵌入式控制器驱动调平机构总成的反馈，通过机构传动带动升降套或调节杆将水平运动转化为垂直运动，实现快速精确的调整水平。与现有技术相比，本发明具有调整速度快、调整精度高和承重性好的特点，本发明可以实现快速、高精度自动调平，调平精度优于0.1°，体积小、重量轻。其结构简单紧凑、稳定性高、可承载较重的负载、自锁能力强，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明的整体结构组成图。

图2是图1的结构剖面图。

图3是装置中调平机构总成的实施例1的结构图。

图4是图3的剖面图。

图5是装置中调平机构总成的实施例2的结构图。

图6是本发明的电路原理框图。

图7是倾角传感器安装位置图。

图8是本发明的软件流程图。

图中1—平台面，2—壳体，3—盖板，4—调平机构总成，5—调平检测与控制模块，6—倾角传感器，7—齿轮b，8—齿轮a，9—箱体，10—拔叉式光电挡片，11—光电开关，12—电机a，13—丝杆，14—升降套，15—光电开关b，16—电机支板，17—电机b，18—摇杆，19—推杆，20—调节杆，21—光电开关挡片，22—电源电路，23—传感信息采集电路，24—单片机模块电路，25—电机驱动模块电路，26—通讯接口。

具体实施方式

下面结合附图详述本实施方案，该说明仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明的保护范围。

图1、图2中，一种自适应水平调整平台包括平台面1、壳体2、盖板3、调平机构总成4、调平检测与控制模块5。平台面1是所述平台的水平基准面，与壳体2通过螺钉固定连接；盖板3通过螺钉与壳体2的底面连接，与壳体2一起起保护平台内部机构和电路板的作用；调平机构总成4和调平检测与控制模块5均通过螺钉固定安装于平台面1的下表面。调平检测及控制模块5由倾角传感器6和电子电路模块组成；倾角传感器6焊接安装在电子电路模块中的电路板上，与控制电路板一同安装于所述平台的平台面1下表面上；因倾角传感器6的安装存在与平台面1下表面的平行偏差，为保证精度，装置出厂之前，需要给倾角传感器6与平台面1下表面进行标定；倾角传感器6为VTI高精度双轴倾角传感器SCA100T－D01,误差0.0025°，内置温度传感器，可随温度情况进行修正；倾角传感器6是为转台上3个调平机构总成4提供相对水平运行角度的位置传感器，负责采集随动平台与水平面的倾斜角度，并将采集的数据传送至电子电路模块22。

图3、图4是该装置中调平机构总成的实施例1。该实施例1是一种丝杆结构。由箱体9、电机a12、齿轮b7、齿轮a8、丝杆13、升降套14、拔叉式光电挡片10、光电开关a11等组成；每台平台上有3个同样的调平机构总成4，成等边三角形均布于平台的平台面1的下表面；电机a12传动齿轮a8，啮合带动齿轮b7，齿轮b7带动丝杆13转动，丝杆13通过螺纹带动升降套14在升降箱体9中做上下伸缩运动，进而将旋转运动转为升降套14上下的直线运动，从而调节平台倾斜角度。拔叉式光电挡片10在升降套14的驱动下绕铰轴摆动，当升降套14运动至上下极限位置时，拔叉式光电挡片10离开光电开关a11 的挡光位置，光电开关a11产生电平变化信号，进而起到检测升降套14的运动方向和判断运动极限位置的作用，从而通过控制系统控制升降套14的行程和启用控制策略。

图5是该装置中调平机构总成的实施例2。该实施例2是一种拔叉结构。由电机b17、电机支板16、光电开关挡片21、摇杆18、推杆19、调节杆20、光电开关b15等组成。每台平台上有3个同样的调平机构总成4，成等边三角形均布于平台的平台面1的下表面；电机b17带动摇杆18转动，摇杆18通过推杆19将力传至调节杆20，推动调节杆20做上下运动，从而调节平台倾斜角度；光电开关挡片21与摇杆18固连，并随摇杆18绕电机b17轴转动，推杆19 运动至极限位置时，光电开关挡片21离开光电开关b15的挡光位置，光电开关b15产生电平变化信号，检测推杆19的运动方向和判断运动极限位置，从而通过控制系统控制调节杆20的行程和启用控制策略。

图6中的电子电路模块由电源电路22、传感信息采集电路23、单片机模块电路24、电机驱动模块电路25、通讯接口26及嵌入式软件组成；单片机模块电路24的作用是对采样到的倾角传感器6的数字信号进行分析、处理，通过软件算法计算并适时产生电机控制信号；电机驱动模块电路25的作用是根据单片机模块电路24提供的控制信号，分别驱动3个调平机构总成4中的电机运转，通过机构传动带动升降套14或调节杆20在垂直平面上作伸缩滑动，调整伸缩距离使得随动平台与水平面达到平行；当倾角传感器6检测到水平后，电子电路模块根据这一信息控制调整机构停止运动，实现自适应调整水平功能。

图7中的倾角传感器6与3个同样的调平机构总成呈如图位置安装，3个调平机构总成的支点中心构成等边三角形；为程序算法进行区分，分别将3个调平机构总成命名为1#、2#、3#，；倾角传感器6的y轴与1#和3#调平机构总成支点中心点所在的直线平行，x轴与2#支撑腿中心点到y轴的垂线平行。

图6中单片机模块电路24中的嵌入式软件提供一种3支点快速调平系统的调平控制算法，其步骤为：

（1）控制软件实时读取倾角传感器的数据，分离出X方向和Y方向与水平面的夹角，根据X方向和Y方向与水平面的夹角，来驱动电机使平台向水平方向趋近，直至到规定的误差范围内，同时根据限位开关的状态来调节电机的运动方向；3个支点的中心构成等边三角形，y轴与1#和3#支撑腿中心点所在的直线平行，x轴与2#支撑腿中心点到y轴的垂线平行；

（2）平台与y轴的夹角为α，平台与x轴的夹角为β；

（3）设定平台调平精度为ε；

（4）设定y轴精调倾角为，当α≤/>时支撑腿慢速运动，否则进行大倾角范围内粗调，支撑腿快速运动；

（5）利用倾角传感器检测α和β的角度大小和方向，控制系统控制支撑腿运动，调整α和β的角度值，使α和β的绝对值不断减小，直到满足|α|≤ε和|β|≤ε的要求，

（6）粗调：

（a）当β＜0，|β|＞时1#、3#支撑腿同时快速上升，2#支撑腿快速下降，使|β|≤/>；

（b）当β＞0，|β|＞时1#、3#支撑腿同时快速下降，2#支撑腿快速上升，使|β|≤/>；

（c）当α＜0，|α|＞时1#支撑腿快速上升，3#支撑腿快速下降，2#支撑腿不动，使|α|≤/>；

（d）当α＞0，|α|＞时1#支撑腿快速下降，3#支撑腿快速上升，2#支撑腿不动，使|α|≤/>；

（7）精调：

（a）当β＜0，ε≤|β|≤时1#、 3#支撑腿同时慢速上升，2#支撑腿慢速下降，使|β|≤ε；

（b）当β＞0，ε≤|β|≤时1#、 3#支撑腿同时慢速下降，2#支撑腿慢速上升，使|β|≤ε。

（c）当α＜0，ε≤|α|≤时1#支撑腿慢速上升，3#支撑腿慢速下降，2#支撑腿不动，使|α|≤ε；

（d）当α＞0，ε≤|α|≤时1#支撑腿慢速下降，3#支撑腿慢速上升，2#支撑腿不动，使|α|≤ε；

图8是以上实现调平的软件控制流程图。

尽管上文对本发明的具体方式给与了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种自适应水平调整装置，其特征在于：包括平台面、壳体、调平机构总成（4）、调平检测及控制模块（5）、盖板；平台面与壳体通过螺钉固定连接；壳体内有调平机构总成（4），调平机构总成（4）有3个，呈等边三角形均布于平台面（1）的下表面，调平机构总成（4）包括升降箱体（9）、置于升降箱体（9）内的电机a（12）、丝杆（13）、升降套（14）；电机a（12）的传动轴上有传动齿轮a（8），丝杆（13）上有与传动齿轮a（8）啮合的齿轮b（7），丝杆（13）通过螺纹装于升降套（14），升降套（14）与升降箱体（9）连接固定，升降箱体（9）与平台面（1）连接固定；升降箱体（9）上有导槽，推轴穿过导槽固定于升降套（14）上并随升降套（14）上下运动在导槽上下移动，拔叉式光电挡片（10）经一铰轴装于升降箱体（9）外，拔叉式光电挡片（10）一端有长孔槽，推轴装于长孔槽并可在长孔槽内滑动，拔叉式光电挡片10另一端置于光电开关组件a（11）的凹槽中；所述调平检测及控制模块（5）由倾角传感器（6）和电子电路模块组成；倾角传感器（6）安装于平台面（1）下表面上；电机a（12）与电子电路模块中的电机驱动模块电路（25）电性连接；电机a（12）传动齿轮a（8），啮合带动齿轮b（7），齿轮b（7）带动丝杆（13）转动，丝杆（13）通过螺纹带动升降套（14）在升降箱体（9）中做上下伸缩运动，进而将旋转运动转为升降套（14）上下的直线运动，从而调节平台倾斜角度；拔叉式光电挡片（10）在升降套（14）的驱动下绕铰轴摆动，当升降套（14）运动至上下极限位置时，拔叉式光电挡片（10）离开光电开关a（11） 的挡光位置，光电开关a（11）产生电平变化信号，进而起到检测升降套（14）的运动方向和判断运动极限位置的作用，从而通过控制系统控制升降套（14）的行程和启用控制策略。

2.根据权利要求1所述的自适应水平调整装置，其特征在于：所述电子电路模块包括一个采集倾角传感器（6）信号的传感信息采集电路（23）；

一个将采样到的倾角传感器（6）信号进行分析、处理，通过软件算法计算并适时产生电机控制信号的单片机模块电路（24）；

一个接收单片机模块电路（24）提供的控制信号，分别驱动3个调平机构总成（4）中的电机工作的电机驱动模块电路（25）。

3.一种自适应水平调整装置，其特征在于：包括平台面、壳体、调平机构总成、调平检测及控制模块（5）、盖板；平台面是平台的水平基准面，与壳体通过螺钉固定连接；壳体内有调平机构总成（4），调平机构总成（4）有3个，呈等边三角形均布于平台面（1）的下表面；调平机构总成（4）包括电机b（17）、电机支板（16）、摇杆（18）、推杆（19）、调节杆（20）、光电开关b（15）；摇杆（18）与电机b（17）相连接，摇杆（18）前端有滑槽，推杆（19）置于滑槽内，推杆(19)与调节杆(20)固定连接，调节杆(20)与平台面(1)连接固定；所述调平检测及控制模块由倾角传感器和电子电路模块组成；倾角传感器安装于平台面下表面上；电机a与电子电路模块中的电机驱动模块电路电性连接；电机b（17）带动摇杆（18）转动，摇杆（18）通过推杆（19）将力传至调节杆（20），推动调节杆（20）做上下运动，从而调节平台倾斜角度；光电开关挡片（21）与摇杆（18）固连，并随摇杆（18）绕电机b（17）轴转动，推杆（19） 运动至极限位置时，光电开关挡片（21）离开光电开关b（15）的挡光位置，光电开关b（15）产生电平变化信号，检测推杆（19）的运动方向和判断运动极限位置，从而通过控制系统控制调节杆（20）的行程和启用控制策略。