CN111102977A - 一种惯性测量组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种惯性测量组件，包括：台体结构，包括具有中间空腔的中间体和以中间体为中心、并与中间体形成十字结构的四个凸台；四个凸台的外端面上均设有减震结构安装位；外壳体，以套筒的形式包络在台体结构的侧壁外，其外周壁开设有与四个减震结构安装位的位置一一对应的安装孔；连接件，贯穿安装孔并连接至对应的减震结构安装位，用于将台体结构连接于外壳体。呈十字布置的四个凸台可以实现减震结构安装位的空间对角布局，保证了外壳体和台体结构的四个减振支撑点在参考坐标系中的跨距一致；实现台体结构的“减振支撑中心”和“质心”、“几何中心”的统一，在确保惯性测量组件结构强度和测量精度的前提下，实现了轻量化和小型化设计。

Description

一种惯性测量组件

技术领域

本发明涉及一种惯性测量组件，属于导航、制导与控制技术领域，用于测量载体的加速度和旋转角速率，适用于位置姿态系统以及捷联惯性导航系统。

背景技术

惯性测量组件是一种基于陀螺仪与加速度计的惯性测量组件，常用于惯性导航或者组合导航系统当中。惯性测量组件一般由惯性传感器、装配支撑结构和相应的电子电路组成；其工作原理是利用惯性传感器(陀螺仪与加速度计)建立空间惯性测量坐标系，即通过陀螺仪测量角速度，加速度计测量加速度，得到运动载体的动态参数，进而通过积分与导航算法计算得到运动载体的姿态信息。通常情况下惯性测量组件多应用在较为复杂与恶劣的工作环境中，特别是在一些特殊的应用环境中惯性传感组件要适应高过载冲击与振动等。

惯性测量组件不仅需要利用特殊设计的装配支撑结构实现传感器敏感轴之间的三轴正交关系，满足惯性测量的自由度需求；更要考虑为装配支撑结构提供支撑和保护，以提高装配支撑结构的抗高过载能力。

公开号为CN108692723A的中国发明专利公开了一种抗高过载的微惯性测量组件结构，支撑结构为由支撑棱形成的中部镂空的六面体结构，外部壳体采用上下外壳的形式，上下外壳通过螺钉进行固连，惯性测量组件的六面体框架结构与下部壳体同样通过螺钉进行固连；在满足体积限制的前提下，适当增加下部壳体的侧壁厚度，为惯性测量组件的六面体框架结构提供支撑和保护，结构设计新颖，易于装配操作，在实现小型化设计的同时满足抗高过载需求。

但是，这种六面体框架结构是通过下部壳体的底部安装的连接螺钉固定连接在下部壳体上，下部壳体会将外部设备的振动传递到六面体框架结构，六面体框架结构在冲击和振动条件下会表现出了各向异性的动力学特征，从而影响六面体框架结构上惯性传感器的测量精度。

因此，需要设计一种在确保惯性测量组件安装测量精度的情况下，可以通过合理布局达到高集成、小体积的惯性测量组件。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中惯性测量组件的六面体框架结构和外壳体之间的连接方式难以同时满足小型化和高精度测量的问题，从而提供一种惯性测量组件。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种惯性测量组件，包括：

台体结构，为由底壁和侧壁围合形成有中间空腔的六面体结构，所述台体结构包括位于中间的中间体和以所述中间体为中心、分别由所述中间体纵向延伸的四条棱向外延伸、并与所述中间体形成十字结构的四个凸台；四个所述凸台背向所述中间空腔的外端面上均设有减震结构安装位；

外壳体，以套筒的形式包络在所述台体结构的侧壁外，其外周壁开设有与四个所述减震结构安装位的位置一一对应的安装孔；

连接件，贯穿所述安装孔并连接至对应的所述减震结构安装位，用于将所述台体结构连接于所述外壳体。

进一步地，所述减震结构安装位包括：

连接座，连接于所述凸台背向所述中间空腔的外端面上，其中间设有通孔；

连接柱，置于所述通孔内，其上设有用于与所述连接件连接的连接孔；

减震垫，套设在所述连接柱的外周且与所述连接座弹性相抵，以将所述连接柱连接于所述连接座。

进一步地，所述凸台背向所述中间空腔的外端面上开设有安装槽，所述连接座的通孔与所述安装槽对应，所述连接柱的一端伸进所述安装槽内。

进一步地，所述连接柱为两端粗中间细的柱状结构，所述减震垫与所述连接柱的外壁面紧密配合。

进一步地，所述外壳体包括下壳体和依次连接在所述下壳体上方的若干上壳体，所述台体结构安装于所述下壳体，若干所述上壳体和所述下壳体通过紧固件连接。

进一步地，所述下壳体的顶部设有台阶结构，所述上壳体的底端与所述台阶结构相配。

进一步地，所述下壳体内壁设有四个分别与对应的所述安装孔的位置对应的安装台，所述安装台为凸出于所述下壳体内壁面的块状结构。

进一步地，所述上壳体的内周壁上设有供线路板安装的安装耳孔结构。

进一步地，所述外壳体整体呈柱状的圆筒体结构，其外侧面包括定位平面和圆弧面。

进一步地，所述外壳体上供与外接部件连接的连接孔。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的惯性测量组件，将台体结构设计成具有中间凹腔的六面体结构，且台体结构的侧壁上的四个凸台以中间体为中心呈十字向外延伸并与中间体形成十字结构，相邻两个凸台之间形成有供惯性传感器安装的容纳空间，从而可以实现台体结构的小型化设计；同时，在四个凸台背向中间空腔的外端面上设置减震结构安装位，外壳体通过连接件固定在四个凸台的减震结构安装位上，可以实现台体结构与外壳体的连接，而且呈十字布置的四个凸台可以实现减震结构安装位的空间对角布局，保证了外壳体和台体结构的四个减振支撑点在参考坐标系中的跨距一致；实现台体结构在安装惯性传感器后的“减振支撑中心”和“质心”、“几何中心”的统一，在冲击和振动条件下表现出了各向同性动力学特征，确保惯性测量组件在高过载冲击与振动情况下的测量精度。

2.本发明提供的惯性测量组件，减震结构安装位上的连接柱可以与连接件实现刚性连接，减震垫弹性抵压在连接座和连接柱之间，一方面对连接柱起到一定的固定作用，另一方面可以抵消部分外部振动对台体结构的影响。

3.本发明提供的惯性测量组件，外壳体采用上壳体和下壳体相互套接的装配方式，在安装过程中，可以先将台体结构安装在下壳体上，并在上壳体上安装好线路板，再进行上壳体和下壳体之间的对插连接，最后再通过紧固件将上壳体和下壳体固定连接，可以有效避免安装过程中对线路板及其上元器件造成的损伤。

4.本发明提供的惯性测量组件，外壳体的外侧面包括有定位平面，再加上外壳体底面，方便实现外壳体与外接部件的定位安装。

综上所述，本发明提供的惯性测量组件，具有结构简单、材料易于获取、加工成本低、在满足结构强度要求的前提下具有质量轻、尺寸小的优点，而且整体结构轻巧易于安装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中惯性测量组件的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中惯性测量组件的整体结构示意图，其中外壳体的上壳体已影藏以展示其内部结构；

图3为图2的半剖结构示意图；

图4为本发明实施例中惯性测量组件内台体结构的整体结构示意图；

图5为图4中台体结构的半剖结构示意图。

附图标记说明：1、台体结构；11、底壁；12、侧壁；13、凸台；131、安装槽；2、外壳体；21、下壳体；211、安装孔；212、台阶结构；213、安装台；22、上壳体；221、安装耳孔结构；23、定位平面；24、连接孔；3、减震结构安装位；31、连接座；32、连接柱；33、减震垫；4、紧固件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1－5所示的一种惯性测量组件，包括呈十字结构的台体结构1和以套筒的形式包络在台体结构1的侧壁12外的外壳体2。台体结构1为由底壁11和侧壁12围合形成有中间空腔的六面体结构，台体结构1包括位于中间的中间体和以中间体为中心、分别由中间体纵向延伸的四条棱向外延伸、并与中间体形成十字结构的四个凸台13。四个凸台13背向中间空腔的外端面上均设有减震结构安装位3，外壳体2的外周壁开设有与四个减震结构安装位3的位置一一对应的安装孔211，凸台13结构通过四个分别贯穿安装孔211并连接至对应的减震结构安装位3的连接件连接于外壳体2。具体的，连接件可以为锁紧螺钉。

将台体结构1设计成具有中间凹腔的六面体结构，且台体结构1的侧壁12上的四个凸台13以中间体为中心呈十字向外延伸并与中间体形成十字结构，相邻两个凸台13之间形成有供惯性传感器安装的容纳空间，从而可以实现台体结构1的小型化设计；同时，在四个凸台13背向中间空腔的外端面上设置减震结构安装位3，外壳体2通过连接件固定在四个凸台13的减震结构安装位3上，可以实现台体结构1与外壳体2的连接，而且呈十字布置的四个凸台13可以实现减震结构安装位3的空间对角布局，保证了外壳体2和台体结构1的四个减振支撑点在参考坐标系中的跨距一致；实现台体结构1在安装惯性传感器后的“减振支撑中心”和“质心”、“几何中心”的统一，在冲击和振动条件下表现出了各向同性动力学特征，确保惯性测量组件在高过载冲击与振动情况下的测量精度。

在本实施例中，减震结构安装位3包括连接座31、连接柱32和减震垫33。连接座31连接于凸台13背向中间空腔的外端面上，其中间设有通孔。连接柱32置于通孔内，其上设有用于与连接件连接的连接孔24。减震垫33套设在连接柱32的外周且与连接座31弹性相抵，以将连接柱32连接于连接座31。减震结构安装位3上的连接柱32可以与连接件实现刚性连接，减震垫33弹性抵压在连接座31和连接柱32之间，一方面对连接柱32起到一定的固定作用，另一方面可以抵消部分外部振动对台体结构1的影响。

在本实施例中，凸台13背向中间空腔的外端面上开设有安装槽131，连接座31的通孔与安装槽131对应，连接柱32的一端伸进安装槽131内。凸台13外端面上安装槽131的设计，不仅可以减轻台体结构1整体的重量，还为连接柱32提供安装空间，使台体结构1更加紧凑，有利于实现台体结构1轻量化和小型化设计。

具体的，连接柱32为两端粗中间细的柱状结构，减震垫33与连接柱32的外壁面紧密配合且固定连接在连接座31上。这种结构的减震垫33不仅可以实现沿台体结构1纵向轴线方向上的减震作用，而且四个减震垫33也呈十字结构的布置可以实现台体结构1“减振支撑中心”和“质心”、“几何中心”等的统一，从而确保惯性测量组件在高过载冲击与振动情况下的测量精度。

在本实施例中，外壳体2为整体呈柱状的圆筒体结构，包括下壳体21和依次连接在下壳体21上方的若干上壳体22，台体结构1安装于下壳体21，若干上壳体22和下壳体21通过紧固件4连接，上壳体22上可用于安装线路板。具体的，紧固件4包括四个贯穿若干上壳体22和下壳体21的紧定螺钉，上壳体22有三个。此处可以理解的是，上壳体22的数量和高度可以依据惯性测量组件内所需安装线路板的数量和尺寸进行适应性调整。

外壳体2采用上壳体22和下壳体21相互套接的装配方式，在安装过程中，可以先将台体结构1安装在下壳体21上，并在上壳体22上安装好线路板，再进行上壳体22和下壳体21之间的对插连接，最后再通过紧固件4将上壳体22和下壳体21固定连接，可以有效避免安装过程中对线路板及其上元器件造成的损伤。

在本实施例中，下壳体21的顶部设有台阶结构212，上壳体22的底端与台阶结构212相配。上壳体22和下壳体21通过台阶结构212进行装配的方式，方便两者对插后再通过紧固件4进行固定，从而可以提高外壳体2整体结构的稳定性。当然，相邻两个上壳体22之间也可以采用类似的台阶结构212进行对接。上壳体22的内周壁上还设有供线路板固定安装的安装耳孔结构221。

在本实施例中，下壳体21内壁设有四个分别与对应的安装孔211的位置对应的安装台213，安装台213为凸出于下壳体21内壁面的块状结构。下壳体21内壁向内凸出的块状结构的设计，可以提高下壳体21设有安装孔211部分的结构强度，进而减小穿过下壳体21上的安装孔211的连接件在震动过程对下壳体21结构造成损坏的可能性。

在本实施例中，外壳体2的外周面包括定位平面23和圆弧面，外壳体2外周面上的定位平面23加上外壳体2的底面，方便实现外壳体2与外界部件的定位安装。外壳体2上还设有供与外接部件连接的连接孔24。

综上所述，本发明实施例提供的惯性测量组件，在四个凸台13背向中间空腔的外端面上设置减震结构安装位3，外壳体2通过连接件固定在四个凸台13的减震结构安装位3上，可以实现台体结构1与外壳体2的连接，而且呈十字布置的四个凸台13可以实现减震结构安装位3的空间对角布局，保证了外壳体2和台体结构1的四个减振支撑点在参考坐标系中的跨距一致；实现台体结构1在安装惯性传感器后的“减振支撑中心”和“质心”、“几何中心”的统一，在冲击和振动条件下表现出了各向同性动力学特征，确保惯性测量组件在高过载冲击与振动情况下的测量精度；而且具体结构简单、材料易于获取、加工成本低、在满足结构强度要求的前提下具有质量轻、尺寸小的优点，而且整体结构轻巧易于安装。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种惯性测量组件，其特征在于，包括：

台体结构(1)，为由底壁(11)和侧壁(12)围合形成有中间空腔的六面体结构，

所述台体结构(1)包括位于中间的中间体和以所述中间体为中心、分别由所述中间体纵向延伸的四条棱向外延伸、并与所述中间体形成十字结构的四个凸台(13)；四个所述凸台(13)背向所述中间空腔的外端面上均设有减震结构安装位(3)；

外壳体(2)，以套筒的形式包络在所述台体结构(1)的侧壁(12)外，其外周壁开设有与四个所述减震结构安装位(3)的位置一一对应的安装孔(211)；

连接件，贯穿所述安装孔(211)并连接至对应的所述减震结构安装位(3)，用于将所述台体结构(1)连接于所述外壳体(2)。

2.根据权利要求1所述的惯性测量组件，其特征在于，所述减震结构安装位(3)包括：

连接座(31)，连接于所述凸台(13)背向所述中间空腔的外端面上，其中间设有通孔；

连接柱(32)，置于所述通孔内，其上设有用于与所述连接件连接的连接孔(24)；

减震垫(33)，套设在所述连接柱(32)的外周且与所述连接座(31)弹性相抵，以将所述连接柱(32)连接于所述连接座(31)。

3.根据权利要求2所述的惯性测量组件，其特征在于，所述凸台(13)背向所述中间空腔的外端面上开设有安装槽(131)，所述连接座(31)的通孔与所述安装槽(131)对应，所述连接柱(32)的一端伸进所述安装槽(131)内。

4.根据权利要求2所述的惯性测量组件，其特征在于，所述连接柱(32)为两端粗中间细的柱状结构，所述减震垫(33)与所述连接柱(32)的外壁面紧密配合。

5.根据权利要求1所述的惯性测量组件，其特征在于，所述外壳体(2)包括下壳体(21)和依次连接在所述下壳体(21)上方的若干上壳体(22)，所述台体结构(1)安装于所述下壳体(21)，若干所述上壳体(22)和所述下壳体(21)通过紧固件(4)连接。

6.根据权利要求5所述的惯性测量组件，其特征在于，所述下壳体(21)的顶部设有台阶结构(212)，所述上壳体(22)的底端与所述台阶结构(212)相配。

7.根据权利要求5所述的惯性测量组件，其特征在于，所述下壳体(21)内壁设有四个分别与对应的所述安装孔(211)的位置对应的安装台(213)，所述安装台(213)为凸出于所述下壳体(21)内壁面的块状结构。

8.根据权利要求5所述的惯性测量组件，其特征在于，所述上壳体(22)的内周壁上设有供线路板安装的安装耳孔结构(221)。

9.根据权利要求1所述的惯性测量组件，其特征在于，所述外壳体(2)整体呈柱状的圆筒体结构，其外侧面包括定位平面(23)和圆弧面。

10.根据权利要求1所述的惯性测量组件，其特征在于，所述外壳体(2)上供与外接部件连接的连接孔(24)。

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