CN110939842B - 基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台 - Google Patents

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Abstract

本发明属于精密机械传动技术领域，具体涉及一种基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台，所述平台包括：方位组件、U型架组件、俯仰组件；其中，方位组件及俯仰组件中，钢丝绳均以“8字形”缠绕于主动轮和从动轮上，主动轮转动带动钢丝绳运动，钢丝绳牵引从动轮转动，进而实现平台方位及俯仰的有限角转动。该两轴两框架稳定平台采用力矩直驱电机+钢丝绳传动的方式，具有传动精度和传动刚度高、结构简单、拆装方便、加工成本低、易于平台轻量化和小型化的特点。可解决传统两轴两框架采用力矩直驱时平台体积重量大的问题，或者采用齿轮减速驱动时平台存在空回传动刚度低的问题。

Description

基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台
技术领域
本发明属于精密机械传动技术领域，具体涉及一种基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台，该平台可满足小型化、轻量化、高性能光电系统的使用需求。
背景技术
无人机在军民领域有广阔的应用前景，目前正在朝小型化、轻量化、智能化方向快速发展，这使得机载光电系统在小型化、轻量化及性能提升方面面临极大的挑战。现有小型无人机载光电产品多是基于两轴两框架稳定平台进行设计，平台方位和俯仰采用力矩电机直驱或齿轮减速驱动。力矩电机直接驱动需大力矩电机，光电系统体积重量大；齿轮减速驱动存在传动精度/刚度低和成本高的问题。以上传动方式直接影响光电系统的性能提升、轻量化设计和成本控制，难以满足未来小型无人机载光电系统的发展需求。因此，迫切需要在现有两轴两框架机载光电稳定平台的基础上，改进其结构设置，使其一方面需满足方位和俯仰转动的功能需求，另一方面需具备高精度、大力矩和轻量化的性能。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何在满足当前技术环境对方位和俯仰转动的功能需求前提下，进一步提升两轴两框架光电稳定平台的传动精度/刚度、加大其力矩强度，并实现轻量化性能。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台，所述平台包括：方位组件1、U型架组件2、俯仰组件3；其中，
所述方位组件1包括：方位传动组件4、方位转接板5；所述方位转接板5为圆盘状部件，其用于连接方位组件1及处于其下方的U型架组件2；
所述U型架组件2包括：U型架8；所述U型架8上端面的中间板8a 连接所述方位转接板5；
所述俯仰组件3置于所述U型架8下端的左侧板8b及右侧板8c之间；所述俯仰组件3包括：俯仰传动组件13、光具座14、俯仰左轴系 16、俯仰右轴系17；其中，所述光具座14用于安装光电传感器；所述俯仰左轴系16、俯仰右轴系17用于分别从左侧及右侧连接U型架8下端的左侧板8b及右侧板8c，从而实现U型架组件2和俯仰组件3之间的连接。
其中，所述方位传动组件4包括：方位主动轴组件18、方位钢丝绳组件19、方位从动轮20、方位法兰盘21；所述方位主动轴组件18 中包含方位主动轮24；方位钢丝绳组件19中包含方位钢丝绳组26；
所述方位主动轴组件18通过深沟球轴承22安装于方位法兰盘21 上，方位从动轮20通过角接触轴承23安装于方位法兰盘21上，方位钢丝绳组26以“8字形”绕绳方式缠绕于方位主动轮24和方位从动轮20 上，端部固定于方位从动轮20；方位电机带动方位主动轮24转动，进而牵引方位钢丝绳组26运动，方位钢丝绳组26带动方位从动轮20转动，最终实现平台方位的转动。
其中，所述方位法兰盘21的主体形状为圆盘状，所述方位法兰盘 21中部凸出形成有圆筒形法兰盘，所述方位法兰盘21外侧边缘形成有圆盘形法兰盘；所述圆筒形法兰盘用于安装方位从动轮20，所述圆盘形法兰盘的端面与载机连接；且，所述方位法兰盘21上，在圆筒形法兰盘与圆盘形法兰盘之间形成有与圆筒形法兰盘同向凸出的U型支座27，所述U型支座27凸出结构侧面为方形，所述U型支座27上板中部设置有安装孔，用于安装方位主动轴组件18，U型支座27底部与方位法兰盘21连接。
其中，所述方位主动轴组件18包括：方位电机、方位电机支座29、方位主动轴30和方位主动轮24；其中，所述方位电机定子28a与方位电机支座29连接，方位电机转子28b与方位主动轴30连接，方位主动轴30与方位主动轮24连接；方位电机转动时带动方位主动轴30转动，方位主动轴30带动方位主动轮24转动。
其中，所述方位从动轮20为圆筒状，上端面加工有方位转动限位槽20a，侧面加工有钢丝绳螺旋槽20b，用于钢丝绳传动导向；所述方位从动轮20侧面加工有两个平台，分为第一平台20c和第二平台20d，其中，第一平台20c用于安装方位钢丝绳预紧组件19b，第二平台20d 用于安装方位钢丝绳固定板19a；所述方位从动轮20通过一对角接触轴承23安装于方位法兰盘21上；
所述方位钢丝绳组件19包括：方位钢丝绳组26、方位钢丝绳固定板19a和方位钢丝绳预紧组件19b；其中，方位钢丝绳组26以“8字形”绕绳方式缠绕于方位主动轮24及方位从动轮20，方位钢丝绳固定板 19a用于固定方位钢丝绳组26的端头，方位钢丝绳预紧组件19b用于预紧方位钢丝绳组26；
所述钢丝绳预紧组件19b包括：固定块31和第一预紧滑块32；所述固定块31上加工有导向槽31a，所述第一预紧滑块32设置为可沿所述导向槽31a在固定块31内滑动；所述方位钢丝绳组26从固定块31一侧穿入，绕过第一预紧滑块32再从固定块31的另一侧穿出；所述第一预紧滑块32上设有第一螺纹孔32a，导向槽31a底部设有与之匹配的螺纹孔，通过旋转固定块31上的螺钉可带动第一预紧滑块32在导向槽 31a内滑动，实现方位钢丝绳组26的预紧；
所述方位钢丝绳固定板19a为矩形板，其上加工有一字孔和沉孔；其中，所述一字孔用于固定方位钢丝绳组26的端头，沉孔用于连接方位从动轮20。
其中，所述U型架8包括：中间板8a、侧面板8d、左侧板8b及右侧板8c；其中，所述左侧板8b及右侧板8c上水平开有对向的俯仰轴孔，用于安装俯仰左轴系16、俯仰右轴系17；
位于U型架8上端面的中间板8a用于和方位转接板5连接；
而位于U型架8上部侧面的侧面板8d用于在U型架8内上部空间内安装俯仰主动轴组件33。
其中，所述俯仰传动组件13包括：俯仰主动轴组件33、俯仰从动轮34和俯仰钢丝绳组件；
其中，所述俯仰主动轴组件33包含俯仰主动轮37；所述俯仰钢丝绳组件包含：俯仰钢丝绳组36；
所述俯仰钢丝绳组36以“8字形”绕绳方式缠绕于俯仰主动轮37 和俯仰从动轮34之间；俯仰主动轮37带动俯仰钢丝绳组36运动，俯仰钢丝绳组36带动俯仰从动轮34转动，进而实现平台俯仰的转动。
其中，所述俯仰主动轴组件33包括：俯仰主动轴支座38、俯仰主动轴39、俯仰电机、俯仰主动轮37、轴承端盖40；
其中，所述俯仰电机定子35a与安装于U型架8上的俯仰主动轴支座38连接，俯仰电机转子35b与俯仰主动轴39连接，俯仰主动轴39与俯仰主动轮37连接；俯仰电机转动时带动俯仰主动轴39转动，俯仰主动轴39转动带动俯仰主动轮37转动。
其中，所述俯仰从动轮34是一个半球壳型件，其包括：俯仰环形框架34a与俯仰后球壳34b；所述俯仰从动轮34外表面加工有钢丝绳螺旋导向槽34c，以及用于安装第二预紧滑块42的凹槽；
所述俯仰钢丝绳组件包括：俯仰钢丝绳组36、俯仰钢丝绳第一固定板41、俯仰钢丝绳第二固定板43和第二预紧滑块42；其中，俯仰钢丝绳第一固定板41安装于俯仰从动轮34的上端面，俯仰钢丝绳第二固定板43和第二预紧滑块42安装于俯仰从动轮34的凹槽内；
所述俯仰钢丝绳第一固定板41和俯仰钢丝绳第二固定板43用于固定俯仰钢丝绳组36端部，旋转俯仰钢丝绳第二固定板43上的螺钉可带动第二预紧滑块42在俯仰从动轮34的凹槽内滑动，实现俯仰钢丝绳组36的预紧。
其中，所述方位钢丝绳组26及俯仰钢丝绳组36中所包含的钢丝绳的数量，根据两轴两框架光电稳定平台的具体体积重量需求而定，设置为一根或多根钢丝绳。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明的整体技术效果体现在以下几方面：
(1)“力矩电机+钢丝绳”的组合传动方式取代“单一力矩电机直驱”或“力矩电机+齿轮减速驱动”；
本发明的两轴两框架光电稳定平台方位和俯仰均采用了钢丝绳传动的方式。方位主动轮通过方位主动轴与方位电机连接，方位从动轮通过方位转接板与U型架连接，方位钢丝绳组以“8字形”缠绕于主动轮和从动轮之间，其端部通过固定于从动轮上，通过预紧滑块调节预紧力。方位电机转动时方位主动轮带动钢丝绳组运动，然后钢丝绳组牵动方位从动轮转动，进而实现平台方位的有限角转动(绕法兰盘轴线)。
且，俯仰主动轮通过俯仰主动轴与俯仰电机连接，俯仰主动轴组件安装于U型架侧方，将俯仰壳体作为从动轮，俯仰钢丝绳组以“8 字形”缠绕于主动轮和俯仰壳体之间，其端部固定于壳体上，通过预紧滑块调节预紧力。U型架上的俯仰电机转动时，俯仰主动轮带动俯仰钢丝绳组运动，钢丝绳组牵动俯仰壳体进行转动，进而实现平台俯仰的有限角转动(绕U型架水平轴线)。
该平台采用了力矩直驱电机+钢丝绳减速传动的方式，相较于传统单一力矩电机直驱，该发明可选用体积重量更小的电机，平台易于轻量化设计；相较于传统力矩电机+齿轮减速传动的方式，该平台具有更高的传动精度和刚度，并且无需润滑。
(2)空间利用思路巧妙，节省布局空间
本发明技术方案将俯仰电机安装于U型架上，一方面俯仰壳体内空间体积可增大，便于光电传感器的布局；另一方面可减少方位轴上的配重，更易于实现平台的轻量化设计。
(3)根据不同应用需求，可灵活组合设置驱动介质
本发明的两轴两框架光电稳定平台，具有结构简单、传动精度/ 刚度高、加工成本低、安装方便等特点。同时，可根据光电系统的体积重量选用不同的钢丝绳组数，体积重量较大时可选择较多钢丝绳组数，体积重量较小时可选择较少钢丝绳组数(或者单根)，以解决小型化、轻量化、高精度两轴两框架光电系统设计时面临的难题。
附图说明
图1-1至图1-3是本发明的平台装配示意图；其中，图1-1是后视图，图1-2是侧剖视图；图1-3是正剖视图。
图2是图1-1至图1-3中所示的方位传动组件的剖视图。
图3-1及图3-2是图2中所示的方位法兰盘的示意图；其中，图3-1 是零件侧视图，图3-2是零件剖视图。
图4-1及图4-2是图2中所示的方位主动轴组件的示意图；其中，图4-1是零件侧视图，图4-2是零件剖视图。
图5-1及图5-2是图2中所示的方位从动轮组示意图；其中，图5-1 是零件侧视图，图5-2是零件剖视图。
图6是图2中所示的方位钢丝绳组件示意图。
图7-1及图7-3是图6中所示的方位钢丝绳预紧组件示意图；其中，图7-1是预紧组件侧视图，图7-2是固定块侧视图，图7-3是滑块侧视图。
图8-1及图8-3是图6中所示的钢丝绳固定板示意图；其中，图8-1 是固定板后视图，图8-2是固定板侧视图，图8-3是固定板正视图。
图9-1及图9-2是图1-1至图1-3中所示的U型架示意图；其中，图9-1 是U型架侧视图，图9-2是U型架剖视图。
图10-1及图10-2是图1-1至图1-3中所示的俯仰传动组件示意图；其中，图10-1是俯仰传动组件侧视图，图10-2是俯仰传动组件剖视图。
图11-1及图11-2是图10-1及图10-2中所示的俯仰主动轴组件示意图；其中，图11-1是俯仰主动轴剖视图，图11-2是俯仰主动轴侧视图。
图12-1及图12-3是图11-1及图11-2中所示的俯仰主动轴支座示意图；其中，图12-1是支座侧视图，图12-2是支座左视图，图12-3是支座剖视图。
图13-1及图13-2是图10-1及图10-2中所示的俯仰从动轮示意图；其中，图13-1是后视图，图13-2是侧视图。
图14是图10-1及图10-2中所示的俯仰钢丝绳组件示意图。
图15-1及图15-3是图14中所示的固定板和预紧滑块示意图；其中，图15-1是固定板2侧视图，图15-2是固定板3侧视图，图15-3是预紧滑块侧视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明涉及的是一种基于钢丝绳(组)传动的两轴两框架光电稳定平台，其方位和俯仰均采用了钢丝绳传动，即以钢丝绳作为传动介质，通过钢丝绳与轮之间的摩擦力和钢丝绳的张力来实现运动和力矩传递，具有高精度、大力矩、低成本的特点。可解传统决力矩电机直驱时光电系统体积重量大或齿轮减速驱动时存在空回和间隙的问题。此外，采用钢丝绳传动后，俯仰框架内还能进一步节省空间，在同等体积重量前提下，可安装更高性能的光电传感器，以提升光电系统的整体性能。
具体而言，本发明提供一种基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台，如图1-1至图1-3所示，所述平台包括：方位组件1、U型架组件2、俯仰组件3；其中，
所述方位组件1包括：方位传动组件4、方位转接板5；所述方位转接板5为圆盘状部件，其用于连接方位组件1及处于其下方的U型架组件2；
所述U型架组件2包括：U型架8；所述U型架8上端面的中间板8a 连接所述方位转接板5；
所述俯仰组件3置于所述U型架8下端的左侧板8b及右侧板8c之间；所述俯仰组件3包括：俯仰传动组件13、光具座14、俯仰左轴系 16、俯仰右轴系17；其中，所述光具座14用于安装光电传感器；所述俯仰左轴系16、俯仰右轴系17用于分别从左侧及右侧连接U型架8下端的左侧板8b及右侧板8c，从而实现U型架组件2和俯仰组件3之间的连接。
其中，所述方位组件1还包括：方位上罩6、方位下罩7；其中，所述方位上罩6及方位下罩7均为圆筒状部件，用于结合于一体后密封所述方位传动组件1；
所述U型架组件2还包括：U型架前罩9、U型架后罩10、U型架左罩11、U型架右罩12；其中，所述U型架前罩9及U型架后罩10均为半圆柱形罩体部件，用于从前后方向上来密封U型架8的上部前后面；所述U型架左罩11、U型架右罩12均为半球壳形罩体部件，用于从左右方向上形成罩体，以密封U型架8的左右侧面整体；
所述俯仰组件3还包括：俯仰前球壳15；所述俯仰前球壳15为半球壳形部件，用于密封俯仰组件3。
其中，如图2所示，所述方位传动组件4包括：方位主动轴组件18、方位钢丝绳组件19、方位从动轮20、方位法兰盘21；所述方位主动轴组件18中包含方位主动轮24；方位钢丝绳组件19中包含方位钢丝绳组 26；
所述方位主动轴组件18通过深沟球轴承22安装于方位法兰盘21 上，方位从动轮20通过角接触轴承23安装于方位法兰盘21上，方位钢丝绳组26以“8字形”绕绳方式缠绕于方位主动轮24和方位从动轮20 上，端部固定于方位从动轮20；方位电机带动方位主动轮24转动，进而牵引方位钢丝绳组26运动，方位钢丝绳组26带动方位从动轮20转动，最终实现平台方位的转动。
其中，如图3-1及图3-2所示，所述方位法兰盘21的主体形状为圆盘状，所述方位法兰盘21中部凸出形成有圆筒形法兰盘
Figure GDA0003043707490000091
所述方位法兰盘21外侧边缘形成有圆盘形法兰盘(φ法兰盘)；所述圆筒形法兰盘
Figure GDA0003043707490000092
用于安装方位从动轮20，所述圆盘形法兰盘(φ法兰盘) 的端面与载机连接；且，所述方位法兰盘21上，在圆筒形法兰盘
Figure GDA0003043707490000093
与圆盘形法兰盘(φ法兰盘)之间形成有与圆筒形法兰盘
Figure GDA0003043707490000094
同向凸出的U型支座27，所述U型支座27凸出结构侧面为方形，所述 U型支座27上板中部设置有安装孔，用于安装方位主动轴组件18，U 型支座27底部通过螺钉与方位法兰盘21连接。
其中，如图4-1及图4-2所示，所述方位主动轴组件18包括：方位电机、方位电机支座29、方位主动轴30和方位主动轮24；其中，所述方位电机定子28a与方位电机支座29连接，方位电机转子28b与方位主动轴30连接，方位主动轴30与方位主动轮24连接；方位电机转动时带动方位主动轴30转动，方位主动轴30带动方位主动轮24转动。
其中，如图5-1及图5-2所示，所述方位从动轮20为圆筒状，上端面加工有方位转动限位槽20a，侧面加工有钢丝绳螺旋槽20b，用于钢丝绳传动导向；所述方位从动轮20侧面加工有两个平台，分为第一平台20c和第二平台20d，其中，第一平台20c用于安装方位钢丝绳预紧组件19b，第二平台20d用于安装方位钢丝绳固定板19a；所述方位从动轮20通过一对角接触轴承23安装于方位法兰盘21上；
如图6所示，所述方位钢丝绳组件19包括：方位钢丝绳组26、方位钢丝绳固定板19a和方位钢丝绳预紧组件19b；其中，方位钢丝绳组26以“8字形”绕绳方式缠绕于方位主动轮24及方位从动轮20，方位钢丝绳固定板19a用于固定方位钢丝绳组26的端头，方位钢丝绳预紧组件19b用于预紧方位钢丝绳组26；
如图7-1至图7-3所示，所述钢丝绳预紧组件19b包括：固定块31 和第一预紧滑块32；所述固定块31上加工有导向槽31a，所述第一预紧滑块32设置为可沿所述导向槽31a在固定块31内滑动；所述方位钢丝绳组26从固定块31一侧穿入，绕过第一预紧滑块32的半圆柱面32b 再从固定块31的另一侧穿出；所述第一预紧滑块32上设有第一螺纹孔 32a，导向槽31a底部设有与之匹配的螺纹孔，通过旋转固定块31上的螺钉可带动第一预紧滑块32在导向槽31a内滑动，实现方位钢丝绳组 26的预紧；
如图8-1至图8-3所示，所述方位钢丝绳固定板19a为矩形板，其上加工有一字孔和沉孔；其中，所述一字孔用于固定方位钢丝绳组26 的端头，沉孔用于连接方位从动轮20。
其中，如图9-1至图9-2所示，所述U型架8包括：中间板8a、侧面板8d、左侧板8b及右侧板8c；其中，所述左侧板8b及右侧板8c上水平开有对向的俯仰轴孔，用于安装俯仰左轴系16、俯仰右轴系17；
位于U型架8上端面的中间板8a用于和方位转接板5连接；
而位于U型架8上部侧面的侧面板8d用于在U型架8内上部空间内安装俯仰主动轴组件33。U型架通常采用铸造或组合加工的成形方法，本示例中采用了组合加工的方法，即由左侧板、右侧板和中间板组合加工成形。
其中，如图10-1至图10-2所示，所述俯仰传动组件13包括：俯仰主动轴组件33、俯仰从动轮34和俯仰钢丝绳组件；
其中，所述俯仰主动轴组件33包含俯仰主动轮37；所述俯仰钢丝绳组件包含：俯仰钢丝绳组36；
所述俯仰钢丝绳组36以“8字形”绕绳方式缠绕于俯仰主动轮37 和俯仰从动轮34之间；俯仰主动轮37带动俯仰钢丝绳组36运动，俯仰钢丝绳组36带动俯仰从动轮34转动，进而实现平台俯仰的转动。
其中，如图11-1至图11-2所示，所述俯仰主动轴组件33包括：俯仰主动轴支座38、俯仰主动轴39、俯仰电机、俯仰主动轮37、轴承端盖40；
其中，所述俯仰电机定子35a与安装于U型架8上的俯仰主动轴支座38连接，俯仰电机转子35b与俯仰主动轴39连接，俯仰主动轴39与俯仰主动轮37连接；俯仰电机转动时带动俯仰主动轴39转动，俯仰主动轴39转动带动俯仰主动轮37转动。
其中，如图12-1至图12-3所示，所述俯仰主动轴支座38是一个U 型件，加工有安装孔和减重槽；其U型件顶板一侧端面安装于U型架8，其U型件顶板另一侧端面垂直形成有两个互呈平行的圆环(即U型件的两个支腿)分别用于安装俯仰电机和俯仰主动轴39；
如图13-1至图13-2所示，所述俯仰从动轮34是一个半球壳型件，其包括：俯仰环形框架34a与俯仰后球壳34b；所述俯仰从动轮34外表面加工有钢丝绳螺旋导向槽34c，以及用于安装第二预紧滑块42的凹槽(与图7-2所示的导向槽31a相似)；
如图14所示，所述俯仰钢丝绳组件包括：俯仰钢丝绳组36、俯仰钢丝绳第一固定板41、俯仰钢丝绳第二固定板43和第二预紧滑块42；其中，俯仰钢丝绳第一固定板41安装于俯仰从动轮34的上端面，俯仰钢丝绳第二固定板43和第二预紧滑块42安装于俯仰从动轮34的凹槽内；
如图15-1及图15-3所示，所述俯仰钢丝绳第一固定板41和俯仰钢丝绳第二固定板43用于固定俯仰钢丝绳组36端部，旋转俯仰钢丝绳第二固定板43上的螺钉可带动第二预紧滑块42在俯仰从动轮34的凹槽内滑动，实现俯仰钢丝绳组36的预紧。
其中，所述方位钢丝绳组26及俯仰钢丝绳组36中所包含的钢丝绳的数量，根据两轴两框架光电稳定平台的具体体积重量需求而定，设置为一根或多根钢丝绳。
实施例1
如图1-1至图1-3所示，本实施例提供一种基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台，其包括方位组件1、U型架组件2和俯仰组件3，具有方位和俯仰两个转动轴，均采用钢丝绳组传动。本示例中平台的外形尺寸为：直径298mm，高度420mm，适用于20kg左右的两轴两框架光电稳定系统。设计时，可根据实际情况减少钢丝绳组数(甚至单根)，以适应更小体积重量的光电系统使用需求。
所述方位组件1包括：方位传动组件4、方位转接板5；所述方位转接板5为圆盘状部件，其用于连接方位组件1及处于其下方的U型架组件2。
如图2所示，所述方位传动组件4包括：方位主动轴组件18、方位钢丝绳组件19、方位从动轮20、方位法兰盘21，用于实现平台方位的转动。所述方位主动轴组件18中包含方位主动轮24；方位钢丝绳组件 19中包含方位钢丝绳组26。设计时，方位主动轮24与方位从动轮20 之间的间隙应尽可能小(略大于钢丝绳直径)，以降低由预紧力引起的传动轴径向力。本示例中，方位主动轮24与方位从动轮20的中心距 D方位为105mm，间隙为5mm，传动比为4。对小轮光轴、大轮表面刻槽的传动结构，传动比i可按式(1)进行计算，其中d主、D从分别为主、从动轮直径，钢丝绳直径d绳为2mm，h槽为从动轮槽深。
Figure GDA0003043707490000121
所述方位主动轴组件18通过深沟球轴承22安装于方位法兰盘21 上，方位从动轮20通过角接触轴承23安装于方位法兰盘21上，方位钢丝绳组26以“8字形”绕绳方式缠绕于方位主动轮24和方位从动轮20 上，端部固定于方位从动轮20；方位电机带动方位主动轮24转动，进而牵引方位钢丝绳组26运动，方位钢丝绳组26带动方位从动轮20转动，最终实现平台方位的转动。
如图3-1及图3-2所示，方位法兰盘21为圆盘状，主要用于安装方位主动轴组件18和方位从动轮20，并通过减振器(本示例中未画出) 与载机连接。本示例中圆筒形法兰盘直径
Figure GDA0003043707490000131
为127mm，通过一对角接触轴承23与方位从动轮20连接，圆盘形法兰盘直径φ法兰盘为296mm，高度h法兰盘为65mm。侧方安装方位主动轴组件18的U型支座 27与法兰盘采用了组合加工的方式，以便于安装方位主动轴组件18。
如图4-1及图4-2所示，所述方位主动轴组件18包括：方位电机、方位电机支座29、方位主动轴30和方位主动轮24。其中，方位电机为有刷力矩直驱电机(峰值力矩1.2Nm)；方位电机支座29为圆筒状，外圆柱直径
Figure GDA0003043707490000132
为55mm，高度h支座为21.7mm(下端面通过螺钉与方位电机定子28a和方位法兰盘21连接)；方位主动轴30为阶梯轴，直径
Figure GDA0003043707490000133
为16mm(上端面通过螺钉与方位电机转子连接)，直径φ方位主动轴为18mm；方位主动轮24为圆筒状，直径
Figure GDA0003043707490000134
为38mm(安装方位钢丝绳组26)，高度h方位从动轮为43mm(上端面通过螺钉与方位主动轴 30连接)。
如图5-1及图5-2所示，所述方位从动轮20是一个圆筒件，直径φ方位从动轮为162mm，加工有钢丝绳螺旋槽20b(钢丝绳传动导向)，半圆槽深1mm，螺距p方位为2.6mm(螺距需大于钢丝绳直径)，6个螺旋槽用于安装3组钢丝绳。内孔
Figure GDA0003043707490000135
为139.7mm，通过一对角接触轴承23与方位法兰盘21连接。高度h方位从动轮为47.8mm，上端面加工有方位转动限位槽20a，下端面通过螺钉与方位转接板5连接。
如图6所示，所述方位钢丝绳组件19包括：方位钢丝绳组26、方位钢丝绳固定板19a和方位钢丝绳预紧组件19b；本示例中采用了3组钢丝绳，钢丝绳直径d绳为2mm，每根钢丝绳的股数为7 19，端部制备有球形固定头。钢丝绳以”8字形”绕绳方式缠绕于方位主动轮24和方位从动轮20上。
如图7-1至图7-3所示，所述钢丝绳预紧组件19b包括：固定块31 和第一预紧滑块32；固定块31是一个长方体(外形尺寸：长35mm，宽34mm，高25mm)，内部加工有滑块导向槽31a，端面通过螺钉固定于方位从动轮20上；第一预紧滑块32是一个加工有半圆柱32b的长方块(外形尺寸：长19.4mm，宽9mm，高8.5mm)，并加工有第一螺纹孔32a。通过旋转固定块31上的螺钉可带动第一预紧滑块32在导向槽 31a内滑动，实现钢丝绳的预紧。
如图8-1至图8-3所示，所述方位钢丝绳固定板19a为矩形状，本示例中外形尺寸为：长43mm，宽16mm，高5mm。所述方位钢丝绳固定板19a上加工有一字孔和沉孔，一字孔用于卡住钢丝绳的端头，沉孔用于连接方位从动轮20。
如图9-1至图9-2所示，本示例中的U型架8采用了组合加工的方法 (由左侧板8b、右侧板8c、中间板8a和侧面板8d组合加工而成)，外形尺寸为：长218mm，宽205mm，高282.5mm。其中，所述左侧板8b 及右侧板8c上水平开有对向的俯仰轴孔，用于安装俯仰左轴系16、俯仰右轴系17；位于U型架8上端面的中间板8a用于和方位转接板5连接；而位于U型架8上部侧面的侧面板8d用于在U型架8内上部空间内安装俯仰主动轴组件33。
如图10-1至图10-2所示，所述俯仰传动组件13包括：俯仰主动轴组件33、俯仰从动轮34和俯仰钢丝绳组件，俯仰主动轴组件33安装于 U型架的侧面板8d上，俯仰从动轮34安装于U型架左侧板8b、右侧板 8c上，俯仰钢丝绳组36以“8字形”缠绕于俯仰主动轮37和俯仰从动轮 34之间，以实现平台俯仰转动。与方位传动组件类似，俯仰主动轮37 与俯仰从动轮34之间的间隙应尽可能小(略大于钢丝绳的直径)，以降低由预紧力引起的传动轴径向力。本示例中，俯仰主动轮37与俯仰从动轮34的中心距D俯仰为170.9mm，间隙为4.9mm，按式(1)进行计算，传动比i为5.4。
如图11-1至图11-2所示，俯仰主动轴组件33包括：俯仰主动轴支座38、俯仰主动轴39、俯仰电机、俯仰主动轮37、轴承端盖40；其中，俯仰电机为有刷力矩直驱电机(峰值力矩1.2N m)；俯仰主动轴39 为阶梯轴，直径
Figure GDA0003043707490000151
为16mm(左端面通过螺钉与俯仰电机转子连接)，直径φ俯仰主动轴为22mm；俯仰主动轮37为圆筒状，直径
Figure GDA0003043707490000152
为 50mm(安装俯仰钢丝绳组36)，长度l俯仰主动轮为50mm(右端面通过螺钉与俯仰主动轴39连接)。
如图12-1至图12-3所示，俯仰主动轴支座38是一个U型件，本示例中其轮廓尺寸为：长134mm，宽61.5mm，高mm53。后端面通过螺钉安装于U型架8，直径φ支座为51mm(右端面通过螺钉与俯仰电机连接)，直径
Figure GDA0003043707490000153
为32mm(通过深沟球轴承与俯仰主动轴39连接)。直径ψ支座为34mm(右端面通过螺钉与轴承端盖40连接)。角度θ为 133.3°，通过改变θ角的大小可调整俯仰主动轮37和俯仰从动轮34之间的中心距。
如图13-1及图13-2所示，俯仰从动轮34是一个半球壳，其包括：俯仰环形框架34a与俯仰后球壳34b。宽度w俯仰从动轮为198mm，球壳直径SR俯仰从动轮为298mm，圆柱直径
Figure GDA0003043707490000154
为282mm。俯仰环形框架34a 和俯仰后球壳34b分别机加工后再进行组合加工刻螺旋槽(螺距为 2.6mm)。本示例中，仰环形框架34a是由左右侧板和上下球形板组合加工成形。
如图14所示，俯仰钢丝绳组件包括：俯仰钢丝绳组36、俯仰钢丝绳第一固定板41、俯仰钢丝绳第二固定板43和第二预紧滑块42。本示例中采用了4组钢丝绳，钢丝绳直径d绳为2mm，每根钢丝的股数为 7×19，端部制备有球形头。钢丝绳以“8字形”绕绳方式缠绕于俯仰主动轮37和俯仰从动轮34上。
如图15-1及图15-3所示，俯仰钢丝绳第一固定板41是制备有半圆柱的长方块(外形尺寸：长50mm，宽10mm，高10mm)，通过螺钉固定于图13-2所示的俯仰从动轮24安装面上；俯仰钢丝绳第二固定板 43是一个加工有一字孔的长方块(外形尺寸：长40mm，宽14mm，高3mm)，通过螺钉固定于图13-2所示的俯仰从动轮34的凹槽内；第二预紧滑块42与图7-3所示的第一预紧滑块32相似。装配时，将钢丝绳穿过第二预紧滑块42的半圆柱面后再安装到俯仰从动轮34的凹槽内，最后安装俯仰钢丝绳第二固定板43。
如图1-1至图1-3所示为该发明平台的装配侧视图和剖视图。本示例中的平台方位转动范围为±135°，俯仰转动范围为-20～+110°，可适用于22kg左右的光电系统，稳定精度可达到100rad以下。整个平台的安装及使用程序是：先分别装配方位组件1、U型架组件2和俯仰组件3，然后再进行总装。
步骤1：方位组件装配：
步骤11：先将法兰盘上的U型支座8拆下，然后将方位主动轴组件18穿过法兰盘后再装上U型支座8；
步骤12：将方位从动轮20安装于方位法兰盘21；
步骤13：将方位钢丝绳组26按“8字形”分别缠绕到方位主动轮24 和方位从动轮20上，并将方位钢丝绳预紧组件19b和方位钢丝绳固定板19a安装于方位从动轮20上，旋转固定块31上的螺钉预紧方位钢丝绳组26(预紧力可根据系统指标要求调节)；
步骤14：将方位下罩7安装于方位法兰盘21。
步骤2：U型架组件装配：
步骤21：先完成俯仰主动轴组件33的装配；
步骤22：再通过俯仰主动轴支座38将俯仰主动轴组件33与U型架 8连接；
步骤23：通过方位转接板5将方位组件1和U型架8连接。
步骤3：俯仰组件3装配：
步骤31：先将俯仰钢丝绳第一固定板41安装于图13-1及图13-2所示的俯仰从动轮34上，通过俯仰左/右轴系将俯仰从动轮34安装于U型架8上；
步骤32：将俯仰钢丝绳组36按“8字形”分别缠绕于俯仰主动轮37 和俯仰从动轮34上，一端固定于俯仰钢丝绳第一固定板41，另一端装入俯仰从动轮34的凹槽内，通过第二预紧滑块42和俯仰钢丝绳第二固定板43固定，旋转俯仰钢丝绳第二固定板43上的螺钉预紧俯仰钢丝绳组36(预紧力可根据系统指标要求调节)。
完成以上装配工作后，可根据实际需求在光具座14上安装光电传感器，在壳体内安装控制板等，最后安装方位上罩6、U型架前罩9、 U型架后罩10、U型架左罩11、U型架右罩12和俯仰前球壳15，整个平台可通过方位法兰盘21与载机连接。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台，其特征在于，所述平台包括：方位组件(1)、U型架组件(2)、俯仰组件(3)；其中，
所述方位组件(1)包括：方位传动组件(4)、方位转接板(5)；所述方位转接板(5)为圆盘状部件，其用于连接方位组件(1)及处于其下方的U型架组件(2)；
所述U型架组件(2)包括：U型架(8)；所述U型架(8)上端面的中间板(8a)连接所述方位转接板(5)；
所述俯仰组件(3)置于所述U型架(8)下端的左侧板(8b)及右侧板(8c)之间；所述俯仰组件(3)包括：俯仰传动组件(13)、光具座(14)、俯仰左轴系(16)、俯仰右轴系(17)；其中，所述光具座(14)用于安装光电传感器；所述俯仰左轴系(16)、俯仰右轴系(17)用于分别从左侧及右侧连接U型架(8)下端的左侧板(8b)及右侧板(8c)，从而实现U型架组件(2)和俯仰组件(3)之间的连接；
所述方位传动组件(4)包括：方位主动轴组件(18)、方位钢丝绳组件(19)、方位从动轮(20)、方位法兰盘(21)；所述方位主动轴组件(18)中包含方位主动轮(24)；方位钢丝绳组件(19)中包含方位钢丝绳组(26)；
所述方位主动轴组件(18)通过深沟球轴承(22)安装于方位法兰盘(21)上，方位从动轮(20)通过角接触轴承(23)安装于方位法兰盘(21)上，方位钢丝绳组(26)以“8字形”绕绳方式缠绕于方位主动轮(24)和方位从动轮(20)上，端部固定于方位从动轮(20)；方位电机带动方位主动轮(24)转动，进而牵引方位钢丝绳组(26)运动，方位钢丝绳组(26)带动方位从动轮(20)转动，最终实现平台方位的转动；
所述方位法兰盘(21)的主体形状为圆盘状，所述方位法兰盘(21)中部凸出形成有圆筒形法兰盘，所述方位法兰盘(21)外侧边缘形成有圆盘形法兰盘；所述圆筒形法兰盘用于安装方位从动轮(20)，所述圆盘形法兰盘的端面与载机连接；且，所述方位法兰盘(21)上，在圆筒形法兰盘与圆盘形法兰盘之间形成有与圆筒形法兰盘同向凸出的U型支座(27)，所述U型支座(27)凸出结构侧面为方形，所述U型支座(27)上板中部设置有安装孔，用于安装方位主动轴组件(18)，U型支座(27)底部与方位法兰盘(21)连接。
2.如权利要求1所述的基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台，其特征在于，所述方位主动轴组件(18)包括：方位电机、方位电机支座(29)、方位主动轴(30)和方位主动轮(24)；其中，所述方位电机定子(28a)与方位电机支座(29)连接，方位电机转子(28b)与方位主动轴(30)连接，方位主动轴(30)与方位主动轮(24)连接；方位电机转动时带动方位主动轴(30)转动，方位主动轴(30)带动方位主动轮(24)转动。
3.如权利要求2所述的基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台，其特征在于，所述方位从动轮(20)为圆筒状，上端面加工有方位转动限位槽(20a)，侧面加工有钢丝绳螺旋槽(20b)，用于钢丝绳传动导向；所述方位从动轮(20)侧面加工有两个平台，分为第一平台(20c)和第二平台(20d)，其中，第一平台(20c)用于安装方位钢丝绳预紧组件(19b)，第二平台(20d)用于安装方位钢丝绳固定板(19a)；所述方位从动轮(20)通过一对角接触轴承(23)安装于方位法兰盘(21)上；
所述方位钢丝绳组件(19)包括：方位钢丝绳组(26)、方位钢丝绳固定板(19a)和方位钢丝绳预紧组件(19b)；其中，方位钢丝绳组(26)以“8字形”绕绳方式缠绕于方位主动轮(24)及方位从动轮(20)，方位钢丝绳固定板(19a)用于固定方位钢丝绳组(26)的端头，方位钢丝绳预紧组件(19b)用于预紧方位钢丝绳组(26)；
所述钢丝绳预紧组件(19b)包括：固定块(31)和第一预紧滑块(32)；所述固定块(31)上加工有导向槽(31a)，所述第一预紧滑块(32)设置为可沿所述导向槽(31a)在固定块(31)内滑动；所述方位钢丝绳组(26)从固定块(31)一侧穿入，绕过第一预紧滑块(32)再从固定块(31)的另一侧穿出；所述第一预紧滑块(32)上设有第一螺纹孔(32a)，导向槽(31a)底部设有与之匹配的螺纹孔，通过旋转固定块(31)上的螺钉可带动第一预紧滑块(32)在导向槽(31a)内滑动，实现方位钢丝绳组(26)的预紧；
所述方位钢丝绳固定板(19a)为矩形板，其上加工有一字孔和沉孔；其中，所述一字孔用于固定方位钢丝绳组(26)的端头，沉孔用于连接方位从动轮(20)。
4.如权利要求1所述的基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台，其特征在于，所述U型架(8)包括：中间板(8a)、侧面板(8d)、左侧板(8b)及右侧板(8c)；其中，所述左侧板(8b)及右侧板(8c)上水平开有对向的俯仰轴孔，用于安装俯仰左轴系(16)、俯仰右轴系(17)；
位于U型架(8)上端面的中间板(8a)用于和方位转接板(5)连接；
而位于U型架(8)上部侧面的侧面板(8d)用于在U型架(8)内上部空间内安装俯仰主动轴组件(33)。
5.如权利要求1所述的基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台，其特征在于，所述俯仰传动组件(13)包括：俯仰主动轴组件(33)、俯仰从动轮(34)和俯仰钢丝绳组件；
其中，所述俯仰主动轴组件(33)包含俯仰主动轮(37)；所述俯仰钢丝绳组件包含：俯仰钢丝绳组(36)；
所述俯仰钢丝绳组(36)以“8字形”绕绳方式缠绕于俯仰主动轮(37)和俯仰从动轮(34)之间；俯仰主动轮(37)带动俯仰钢丝绳组(36)运动，俯仰钢丝绳组(36)带动俯仰从动轮(34)转动，进而实现平台俯仰的转动。
6.如权利要求5所述的基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台，其特征在于，所述俯仰主动轴组件(33)包括：俯仰主动轴支座(38)、俯仰主动轴(39)、俯仰电机、俯仰主动轮(37)、轴承端盖(40)；
其中，所述俯仰电机定子(35a)与安装于U型架(8)上的俯仰主动轴支座(38)连接，俯仰电机转子(35b)与俯仰主动轴(39)连接，俯仰主动轴(39)与俯仰主动轮(37)连接；俯仰电机转动时带动俯仰主动轴(39)转动，俯仰主动轴(39)转动带动俯仰主动轮(37)转动。
7.如权利要求5所述的基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台，其特征在于，所述俯仰从动轮(34)是一个半球壳型件，其包括：俯仰环形框架(34a)与俯仰后球壳(34b)；所述俯仰从动轮(34)外表面加工有钢丝绳螺旋导向槽(34c)，以及用于安装第二预紧滑块(42)的凹槽；
所述俯仰钢丝绳组件包括：俯仰钢丝绳组(36)、俯仰钢丝绳第一固定板(41)、俯仰钢丝绳第二固定板(43)和第二预紧滑块(42)；其中，俯仰钢丝绳第一固定板(41)安装于俯仰从动轮(34)的上端面，俯仰钢丝绳第二固定板(43)和第二预紧滑块(42)安装于俯仰从动轮(34)的凹槽内；
所述俯仰钢丝绳第一固定板(41)和俯仰钢丝绳第二固定板(43)用于固定俯仰钢丝绳组(36)端部，旋转俯仰钢丝绳第二固定板(43)上的螺钉可带动第二预紧滑块(42)在俯仰从动轮(34)的凹槽内滑动，实现俯仰钢丝绳组(36)的预紧。
8.如权利要求1或5所述的基于钢丝绳传动的两轴两框架光电稳定平台，其特征在于，所述方位钢丝绳组(26)及俯仰钢丝绳组(36)中所包含的钢丝绳的数量，根据两轴两框架光电稳定平台的具体体积重量需求而定，设置为一根或多根钢丝绳。
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