CN111536998B - 一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置 - Google Patents

Abstract

一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置，它涉及仪器标定技术领域。本发明为解决现有陀螺仪未标定存在测量误差的问题，进而提供了一种陀螺仪标定装置。本发明采用联轴器将磁电编码器分别在两轴陀螺仪的X轴、Y轴上同轴安装，令磁电编码器依次在调速驱动电机驱动的两轴陀螺仪的X轴、Y轴上同轴旋转，建立磁电编码器实际角度输出值与陀螺的角速度AD值积分而来的实际角度输出值一一对应的关系，将角度偏差制作成表格存入到单片机内部存储中，查表对陀螺仪的角速度AD值进行校正，从而实现对陀螺仪的校正。

Description

一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置

技术领域

本发明涉及仪器标定技术领域，尤其涉及一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置。

背景技术

陀螺仪作为一种可对运动物体的姿态进行测量的仪器，以其体积小、重量轻等优点被高频使用在导航领域，在导航领域中陀螺仪需要对物体进行速度测量，然而在惯导平台上陀螺输入轴的不对准误差相当于一个等效的常值陀螺漂移，测量装置只能测量陀螺本身的漂移，而无法准确测量陀螺自身的安装误差，对于中等精度的惯导系统来说，陀螺的安装误差影响不大，但是对于高精度惯导系统，安装误差等效的常值漂移就是一个不容忽视的因素，所以陀螺仪在使用前需要进行标定。如果使用未标定的陀螺仪对物体进行测量，陀螺仪测量输出的物体转速可能有误差，而该误差可以通过对陀螺仪进行标定来消除。

磁电编码器是一种新型的角度或位置测量装置，具有抗震动、抗腐蚀、抗污染、抗干扰、体积小的特性，被广泛应用于机械制造、工业控制、航空航天、军工、雷达等领域，通常其测量精度高于其他标定仪器。

传统的标定方式一般采用使用六面体标定方式。六面体标定方式是指在水平台面上通过手动旋转六面体配合标定指令完成对产品的标定。其优点是结构简单、成本低廉。目前可以使用高精度转台来对陀螺仪进行标定。通过控制高精度转台以预设转速分别进行正向、反向转动，获取陀螺仪沿各敏感轴正向、反向转动时测量高精度转台输出的每个坐标轴上的正向转速分量，保证各敏感轴与标准轴之间的夹角不大于预设阈值，获取该陀螺仪的零偏信息和姿态信息，以实现标定该陀螺仪。但发明人发现上述技术至少存在以下问题：

对于六面体标定方式，首先是操作复杂。由于标定操作对稳定性要求较高，六面体的重量一般设计的较重，手动翻转比较消耗体力。同时在标定过程中，操作人员还需要配合不同的标定指令完成一系列翻转六面体的复杂动作，对操作人员的要求较高，很难短时间内学会，即使是熟练的操作人员也很容易操作错误而导致标定失败；其次是精度差，由于标定过程是手动完成的，每次操作的准确度不能保证。同时，随着六面体使用时间的增加，会产生磨损，导致标定的精度越来越差；最后是标定效率低，由于整个标定过程均使用手动人工操作，单次标定所需时间较长。同时，考虑到人的力量有限，六面体的体积不能过大，导致六面体上固定的产品数量有限。这些因素均会导致标定效率降低。

对于高精度转台标定方式来说，高精度转台精度较高，导致其价格非常昂贵。另外，高精度转台安装复杂，且对安装场地要求严格，使得一般实验室无法拥有高精度转台，以至于无法对陀螺仪进行标定。

发明内容

为克服上述现有技术问题，本发明的目的是利用一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置，采用将磁电编码器分别与两轴陀螺仪的X轴、Y轴同轴安装的方式，令磁电编码器依次在调速驱动电机驱动的两轴陀螺仪的X轴、Y轴上同轴旋转，建立磁电编码器实际角度输出值与陀螺的角速度AD值积分而来的实际角度输出值一一对应的关系，将角度偏差制作成表格并存入单片机的内存储器中，查表对陀螺仪的角速度AD值进行校正，从而实现对陀螺仪的校正。解决两轴陀螺仪标定效率低、成本高、操作复杂的问题，使产品的安装与拆卸更方便且标定精度高速度快。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

本发明的一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置，它由两轴标定装置基体1、标定电机装置2、标定测速仪装置3、两轴陀螺标定载体4、磁电标定编码器5、联轴器组6六部分组成；其特征在于：所述的标定电机装置、标定测速仪装置、两轴陀螺标定载体、磁电标定编码器分别与两轴标定装置基体固接。

作为优选，所述的两轴标定装置基体上由左侧向右侧依次包含标定电机安装槽，四个相互对称且完全相同的测速仪安装孔a、测速仪安装孔b、测速仪安装孔c、测速仪安装孔d、标定载体安装槽、两个相互对称且完全相同的编码器安装孔a、编码器安装孔b。

作为优选，所述的标定电机装置由调速驱动电机、电机支撑座、电机固定螺栓a、电机固定螺栓b、电机固定螺栓c、电机固定螺栓d组成，其中调速驱动电机由四个电机固定螺栓固定在电机支撑座上，电机支撑座的底部与标定电机安装槽胶接。

作为优选，所述的标定测速仪装置由测速仪、测速仪螺栓a、测速仪螺栓b、测速仪底座、测速仪螺栓c、测速仪螺栓d组成，其中四个测速仪螺栓穿过测速仪底座与两轴标定装置基体的四个测速仪安装孔连接，从而将测速仪底座固定在两轴标定装置基体上，测速仪与测速仪底座胶接。

作为优选，所述的两轴陀螺标定载体由轴承盖a、外环轴承a、陀螺外环、陀螺内环、陀螺仪安装轴、外环轴承b、轴承盖b、标定载体外壳组成，其中外环轴承a、外环轴承b分别对称地固定在标定载体外壳上的壳体外环孔a、壳体外环孔b中，轴承盖a、轴承盖b分别对称地固定在标定载体外壳上的壳体外环孔a、壳体外环孔b上，外环输入轴、外环输出轴分别对称地与外环轴承a、外环轴承b连接，内环输入轴、内环输出轴分别对称地穿过陀螺外环的内环安装孔a、内环安装孔b，陀螺仪安装轴的固定轴a、固定轴b对称地与固定轴安装孔a、固定轴安装孔b连接，陀螺仪安装轴内部安装两轴陀螺仪模块。

作为优选，所述的磁电标定编码器由磁钢转轴、磁钢、磁电编码器、编码器底座、编码器螺栓a、编码器螺栓b组成，其中磁钢转轴与磁钢连接，磁钢转轴与磁电编码器连接，磁电编码器与编码器底座固连，编码器螺栓a、编码器螺栓b分别对称地穿过编码器底座的螺栓孔与两轴标定装置基体上的编码器安装孔a、编码器安装孔b固连。

作为优选，所述的一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置，调速驱动电机的输出轴与联轴器a连接，联轴器a与测速仪的输入轴连接，当标定X轴陀螺时，测速仪的输出轴与联轴器b连接，外环输入轴、外环输出轴分别对称地与联轴器b、联轴器c连接，磁钢转轴与联轴器c连接，当标定Y轴陀螺时，测速仪的输出轴与联轴器d连接，内环输入轴、内环输出轴分别对称地与联轴器d、联轴器e连接，磁钢转轴与联轴器e连接。

本发明的有益效果是：

1、在一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置中，提出通过高精度磁电编码器对两轴陀螺仪的标定，提高了两轴陀螺仪的工作精度和准确度，为陀螺仪的标定问题提供了新方法。

2.本装置只需要调换一次陀螺标定载体装置就可实现分别对X轴陀螺、Y轴陀螺进行标定，提高了装置的可操作性，对于安装场地的要求不高，适用于大多数实验环境，安装方法简单，降低了标定成本。

3.本装置采用测速仪装置，可以通过调整调速驱动电机的输出转速，从而可对陀螺仪不同转速条件下进行标定，提高了陀螺仪标定的可操作性和准确性。

4.本装置采用陀螺仪和磁电标定编码器同轴安装的方式，可有效降低动力传递误差，提高了陀螺仪标定的精度。

附图说明

附图1：本发明的整体结构示意图；

附图2：本发明的局部结构示意图；

附图3：本发明的两轴标定装置基体结构示意图；

附图4：本发明的标定电机装置结构示意图；

附图5：本发明的标定测速仪装置结构示意图；

附图6：本发明的磁电标定编码器结构示意图；

附图7：本发明的两轴陀螺标定载体局部结构示意图；

附图8：本发明的两轴陀螺标定载体局部结构示意图；

附图9：本发明的X轴标定工装局部结构示意图；

附图10：本发明的Y轴标定工装局部结构示意图；

图中，1-1、标定电机安装槽，1-2、测速仪安装孔a，1-3、测速仪安装孔b，1-6、测速仪安装孔c、1-7、测速仪安装孔d，1-4、标定载体安装槽，1-5、编码器安装孔a，1-6、编码器安装孔b，2-1、调速驱动电机，2-2、电机支撑座，2-3、电机固定螺栓a，2-4、电机固定螺栓b，2-5、电机固定螺栓c，2-6、电机固定螺栓d，2-1-1、电机输出轴，3-1、测速仪，3-2、测速仪螺栓a，3-3、测速仪螺栓b，3-4、测速仪底座，3-5、测速仪螺栓c，3-6、测速仪螺栓d，3-1-1、测速仪输出轴，3-1-2、测速仪输入轴，4-1、轴承盖a，4-2、外环轴承a，4-3、陀螺外环，4-4、陀螺内环，4-5、陀螺仪安装轴，4-6外环轴承b，4-7、轴承盖b，4-8、标定载体外壳，4-3-1、外环输入轴，4-3-2、外环输出轴，4-3-3、内环安装孔a，4-3-4、内环安装孔b，4-4-1、内环输入轴，4-4-2、内环输出轴，4-4-3、固定轴安装孔a，4-4-4、固定轴安装孔b，4-5-1、固定轴a，4-5-2、固定轴b。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

以下结合附图进一步说明本发明的具体结构及实施方式。

本发明的结构组成如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10。

本发明的一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置，它包含两轴标定装置基体1、标定电机装置2、标定测速仪装置3、两轴陀螺标定载体4、磁电标定编码器5、联轴器组6六部分；其特征在于：所述的标定电机装置2、标定测速仪装置3、两轴陀螺标定载体4、磁电标定编码器5分别与两轴标定装置基体1固接。

进一步的，所述的两轴标定装置基体1上由左向右依次包含标定电机安装槽1-1，四个相互对称且完全相同的测速仪安装孔a1-2、测速仪安装孔b1-3、测速仪安装孔c1-6、测速仪安装孔d1-7，标定载体安装槽1-4，两个相互对称且完全相同的编码器安装孔a1-5、编码器安装孔b1-6。

进一步的，所述的标定电机装置2由调速驱动电机2-1、电机支撑座2-2、电机固定螺栓a2-3、电机固定螺栓b2-4、电机固定螺栓c2-5、电机固定螺栓d2-6组成，其中调速驱动电机2-1的电机输出轴2-1-1穿过电机支撑座2-2前端面的中心孔与联轴器a6-1连接，调速驱动电机2-1的前端面紧贴在电机支撑座2-2上，电机固定螺栓a2-3、电机固定螺栓b2-4、电机固定螺栓c2-5、电机固定螺栓d2-6穿过电机支撑座2-2的四个螺栓孔与调速驱动电机2-1的四个螺栓孔连接，电机支撑座2-2的底部与标定电机安装槽1-1胶接。

进一步的，所述的标定测速仪装置3由测速仪3-1、测速仪螺栓a3-2、测速仪螺栓b3-3、测速仪底座3-4、测速仪螺栓c3-5、测速仪螺栓d3-6组成，其中四个测速仪螺栓c3-5、测速仪螺栓d3-6、测速仪螺栓b3-3、测速仪螺栓a3-2穿过测速仪底座3-6的四个螺栓孔分别与两轴标定装置基体1的测速仪安装孔a1-2、测速仪安装孔b1-3、测速仪安装孔c1-6、测速仪安装孔d1-7连接，测速仪3-1与测速仪底座3-4胶接。

进一步的，所述的两轴陀螺标定载体4由轴承盖a4-1、外环轴承a4-2、陀螺外环4-3、陀螺内环4-4、陀螺仪安装轴4-5、外环轴承b4-6、轴承盖b4-7、标定载体外壳4-8组成，其中外环轴承a4-2、外环轴承b4-6分别对称地固定在壳体外环孔a4-8-1、壳体外环孔b4-8-2中，轴承盖a4-1、轴承盖b4-7分别对称地固定在壳体外环孔a4-8-1、壳体外环孔b4-8-2上外环输入轴4-3-1、外环输出轴4-3-2分别对称地与外环轴承a4-1、外环轴承b4-6连接，内环输入轴4-4-1、内环输出轴4-4-2分别对称地穿过陀螺外环4-3的内环安装孔a4-3-3、内环安装孔b4-3-4，陀螺仪安装轴4-5的固定轴a4-5-1、固定轴b4-5-2对称地与固定轴安装孔a4-4-3、固定轴安装孔b4-4-4连接，陀螺仪安装轴4-5内安装两轴陀螺仪模块。

进一步的，所述的磁电标定编码器5由磁钢转轴5-1、磁钢5-2、磁电编码器5-3、编码器底座5-4、编码器螺栓a5-5、编码器螺栓b5-6组成，其中磁钢转轴5-1与磁钢5-2连接，磁钢转轴5-1与磁电编码器5-3连接，磁电编码器5-3与编码器底座5-4固接，编码器螺栓a5-5、编码器螺栓b5-6分别对称地穿过编码器底座5-4的螺栓孔与两轴标定装置基体1上的编码器安装孔a1-5、编码器安装孔b1-6固连。

进一步的，所述的调速驱动电机2-1的输出轴2-1-1与联轴器a6-1连接，联轴器a6-1与测速仪3-1的输入轴3-1-2连接，当标定X轴陀螺时，测速仪3-1的输出轴3-1-1与联轴器b6-2连接，外环输入轴4-3-1、外环输出轴4-3-2分别对称地与联轴器b6-2、联轴器c6-2连接，当标定Y轴陀螺时，测速仪3-1的输出轴3-1-1与联轴器d6-4连接，内环输入轴4-4-1、内环输出轴4-4-2分别对称地与联轴器d6-4、联轴器e6-5连接，磁钢转轴5-1与联轴器e6-5连接。

其工作原理：

当标定X轴陀螺时，即两轴陀螺标定载体4的陀螺外环4-3接入系统，调速驱动电机2-1通电旋转，通过联轴器a6-1带动测速仪3-1的输入轴3-1-2旋转，利用测速仪3-1测量输入转速，从而人为调节调速驱动电机2-1的输出速度到规定的标定转速范围内，测速仪输出轴3-1-1通过联轴器b6-2带动陀螺外环4-3的旋转，进而带动陀螺内环4-4旋转，同时带动陀螺仪安装轴4-5内安装的两轴陀螺仪旋转，此时外环轴承a4-2、外环轴承b4-6分别起支撑外环输入轴4-3-1、外环输出轴4-3-2的作用，轴承盖a4-1、轴承盖b4-7分别起定位和密封外环轴承a4-2、外环轴承b4-6的作用，外环输出轴4-3-2通过联轴器c6-3带动磁钢转轴5-1旋转，进而带动磁钢5-2旋转产生磁电角度信号，磁电编码器5-3对磁电角度信号采样得到对应的角度值，与两轴陀螺仪X轴的角速度AD值积分而来的实际输出的角度值同步上传，并以磁电编码器5-3的角度值为基准建立与陀螺仪X轴的角速度AD值积分而来的实际角度输出值一一对应的关系，并存入单片机的内存储器中，查表对陀螺仪X轴的角速度AD值进行校正，从而实现对陀螺仪的校正。

当标定Y轴陀螺时，当标定X轴陀螺时，即两轴陀螺标定载体4的陀螺内环4-4接入系统，调速驱动电机2-1通电旋转，通过联轴器a6-1带动测速仪3-1的输入轴3-1-2旋转，利用测速仪3-1测量输入转速，从而人为调节调速驱动电机2-1的输出速度到规定的标定转速范围内，测速仪输出轴3-1-1通过联轴器d6-4带动内环输入轴4-4-1的旋转，进而带动陀螺仪安装轴4-5内安装的两轴陀螺仪旋转，内环输出轴4-4-2通过联轴器e6-5带动磁钢转轴5-1旋转，进而带动磁钢5-2旋转产生磁电角度信号，磁电编码器5-3对磁电角度信号采样得到对应的角度值，与两轴陀螺仪Y轴的角速度AD值积分而来的实际输出的角度值同步上传，并以磁电编码器5-3的角度值为基准建立与陀螺仪Y轴的角速度AD值积分而来的实际角度输出值一一对应的关系，并存入单片机的内存储器中，查表对陀螺仪Y轴的角速度AD值进行校正，从而实现对陀螺仪的校正。

Claims (6)

1.一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置，它包含两轴标定装置基体(1)、标定电机装置(2)、标定测速仪装置(3)、两轴陀螺标定载体(4)、磁电标定编码器(5)、联轴器组(6)六部分；其特征在于：所述的标定电机装置(2)、标定测速仪装置(3)、两轴陀螺标定载体(4)、磁电标定编码器(5)分别与两轴标定装置基体(1)固接；

所述的两轴陀螺标定载体(4)由轴承盖a(4-1)、外环轴承a(4-2)、陀螺外环(4-3)、陀螺内环(4-4)、陀螺仪安装轴(4-5)、外环轴承b(4-6)、轴承盖b(4-7)、标定载体外壳(4-8)组成，其中外环轴承a(4-2)、外环轴承b(4-6)分别对称地固定在壳体外环孔a(4-8-1)、壳体外环孔b(4-8-2)上，轴承盖a(4-1)、轴承盖b(4-7)分别对称地固定在壳体外环孔a(4-8-1)上，外环输入轴(4-3-1)、外环输出轴(4-3-2)分别对称地与外环轴承a(4-1)、外环轴承b(4-6)连接，内环输入轴(4-4-1)、内环输出轴(4-4-2)分别对称地与陀螺外环(4-3)的内环安装孔a(4-3-3)、内环安装孔b(4-3-4)连接，陀螺仪安装轴(4-5)的固定轴a(4-5-1)、固定轴b(4-5-2)分别对称地与固定轴安装孔a(4-4-3)、固定轴安装孔b(4-4-4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置，其特征在于：所述的两轴标定装置基体(1)上由左向右依次包含标定电机安装槽(1-1)，四个相互对称且完全相同的测速仪安装孔a(1-2)、测速仪安装孔b(1-3)、测速仪安装孔c(1-6)、测速仪安装孔d(1-7)，标定载体安装槽(1-4)，两个相互对称且完全相同的编码器安装孔a(1-5)、编码器安装孔b(1-6)。

3.根据权利要求1所述的一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置，其特征在于：所述的标定电机装置(2)由调速驱动电机(2-1)、电机支撑座(2-2)、电机固定螺栓a(2-3)、电机固定螺栓b(2-4)、电机固定螺栓c(2-5)、电机固定螺栓d(2-6)组成，其中调速驱动电机(2-1)的电机输出轴(2-1-1)穿过电机支撑座(2-2)前端面的中心孔与联轴器a(6-1)连接，调速驱动电机(2-1)的前端面紧贴在电机支撑座(2-2)上，电机固定螺栓a(2-3)、电机固定螺栓b(2-4)、电机固定螺栓c(2-5)、电机固定螺栓d(2-6)穿过电机支撑座(2-2)的四个螺栓孔与调速驱动电机(2-1)的四个螺栓孔连接，电机支撑座(2-2)的底部与标定电机安装槽(1-1)胶接。

4.根据权利要求1所述的一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置，其特征在于：所述的标定测速仪装置(3)由测速仪(3-1)、测速仪螺栓a(3-2)、测速仪螺栓b(3-3)、测速仪底座(3-4)、测速仪螺栓c(3-5)、测速仪螺栓d(3-6)组成，其中四个测速仪螺栓c(3-5)、测速仪螺栓d(3-6)、测速仪螺栓b(3-3)、测速仪螺栓a(3-2)穿过测速仪底座(3-6)的四个螺栓孔分别与两轴标定装置基体(1)的测速仪安装孔a(1-2)、测速仪安装孔b(1-3)、测速仪安装孔c(1-6)、测速仪安装孔d(1-7)连接，测速仪(3-1)与测速仪底座(3-4)胶接。

5.根据权利要求1所述的一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置，其特征在于：所述的磁电标定编码器(5)由磁钢转轴(5-1)、磁钢(5-2)、磁电编码器(5-3)、编码器底座(5-4)、编码器螺栓a(5-5)、编码器螺栓b(5-6)组成，其中磁钢转轴(5-1)与磁钢(5-1)连接，磁钢转轴(5-1)与磁电编码器(5-3)连接，磁电编码器(5-3)与编码器底座(5-4)固接，编码器螺栓a(5-5)、编码器螺栓b(5-6)分别对称地穿过编码器底座(5-4)的螺栓孔与两轴标定装置基体(1)上的编码器安装孔a(1-5)、编码器安装孔b(1-6)固连。

6.根据权利要求1所述的一种采用磁电编码器的两轴分离式陀螺仪标定装置，其特征在于：调速驱动电机(2-1)的输出轴(2-1-1)与联轴器a(6-1)连接，联轴器a(6-1)与测速仪(3-1)的输入轴(3-1-2)连接，当标定X轴螺时，测速仪(3-1)的输出轴(3-1-1)与联轴器b(6-2)连接，外环输入轴(4-3-1)、外环输出轴(4-3-2)分别对称地与联轴器b(6-2)、联轴器c(6-2)连接，磁钢转轴(5-1)与联轴器c(6-2)连接，当标定Y轴陀螺时，测速仪(3-1)的输出轴(3-1-1)与联轴器d(6-4)连接，内环输入轴(4-4-1)、内环输出轴(4-4-2)分别对称地与联轴器d(6-4)、联轴器e(6-5)连接，磁钢转轴(5-1)与联轴器e(6-5)连接。

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