CN112212883A - 高精度手自联动两轴转台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度手自联动两轴转台，高精度手自联动两轴转台包括内框轴系和外框轴系，本发明中转台既可以实现单轴运动也可以实现两轴联动，高精度手自联动两轴转台集手动和电动为一体，手动和电动切换是通过电磁离合器来实现的；电磁离合器上面安装有手动微调机构，手动微调机构主要由微调手轮、螺杆、螺杆活动座、螺杆固定座及微调支架组成，配合电磁离合器使用；手动微调机构主要工作原理是利用螺杆的螺距差来实现微调机构的微调功能，手动微调主要是通过微调手轮回转角度来实现；本发明操作简单、原理可靠、研制成本低，具有很高的实用价值。

Description

高精度手自联动两轴转台

技术领域

本发明涉及具有标定惯性导航设备的装置，尤其是针对一些标定时需要手动切换、并且手动调整精度要求非常高的惯性测试设备。

背景技术

转台是一种复杂的集光机电一体的现代化设备，它在航空、航天领域中进行半实物仿真和测试以及在飞行器的研制中起着关键的作用，它能够模拟各种飞行器的各种姿态角运动，能够复现各种飞行器的各种运动力学特性，对飞行器的制导系统、控制系统以及相应器件的性能进行反复测试，获得充分的试验数据，并且根据数据对系统进行重新设计和改进，达到飞行器总体设计的性能指标要求。

在国内有很多研究机构和高校均从事惯性测试设备的研究与开发，这些研究机构和高校主要有哈尔滨工业大学、中航303研究所、中船6354研究所以及南京航空航天大学等，这些单位近年来研制了许多不同形式不同用途的精密伺服转台，但是综合来说，国内产品仍然存在如下缺点：

1、相同刚度下，国内产品做的较笨重，转台的小型化和机动性比较差；

2、转台精度低，随着产品要求越来越高，现有转台精度满足不了用户使用要求；

3、转台控制方式落后，电动转台运动到要求位置后，转台会有抖动，影响被测产品的测试精度。

基于此背景下，本发明研制了一种高精度手自联动双轴转台，本转台具有手动和自动两种功能，转台可以纯电动回转，也可以手自联动。

相比于现有产品，本发明具有如下优势：

1、转台具有轻量化、成本低特点；

2、转台具有手动+电动的联动方式，工作过程中可以随时切换；

3、转台手动电动位置精度都要求小于或等于±2″，微调步距小于0.5″；

4、转台使用方便，操作灵活。

发明内容

为解决现有惯性测试转台本身振动对惯性导航系统的影响，从而导致惯性导航系统标定过程中出现偏差，本发明提供了一种高精度手自联动两轴转台(以下简称两轴转台)来标定惯性导航系统，它具有如下特点：

1、驱动方式：手动+电动的联动方式，工作过程中方式可以切换；

2、电动状态下，具备控制端口，通过端口控制可以实现转台角度、角速度和角加速度的控制设定问题；

3、运动要求：在任意角度位置定位，可以无限制圈数连续旋转；

4、定位精度：≤±2″；

5、定位精度重复性：≤±1″；

6、微调步距小于0.5″；

7、内外框方式：卧式UO型框架，外框俯仰、内框航向；

8、两轴转台具有数据记录和显示功能，角位置和角速率实时显示并记录保存。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高精度手自联动双轴转台，包括一个机械台体、一个控制机柜、一根电缆线组成，通过它们三者数据的传输，完成高精度手自联动双轴转台标定任务。

上述的高精度手自联动两轴转台，转动具有手动功能。现有转台为实现这一功能主要使用蜗轮蜗杆机构、行星齿轮或者减速机来实现这一功能，但是使用蜗轮蜗杆机构和行星齿轮组合机构这将使结构复杂，结构尺寸将增大；如果使用减速机机构，则该转台成本将大大增加；本发明内外环均使用的是一个手动微调机构，手动微调机构主要包括：微调手轮、螺杆、螺杆活动座、螺杆固定座及微调支架组成，配合电磁离合器使用。

内框手动微调机构微调支架长134mm,螺杆固定座固定在O形外环框架上面，螺距为M14×1.5；螺杆活动座和微调支架通过螺钉连接在一起，螺距为M14×1.25；螺杆设计成两段不同螺距的零件，分布为M14×1.5和M14×1.25；微调支架通过过盈或者螺纹与电磁离合器相连。当转台通过电磁离合器切换到手动转台时，可以通过手轮的转动来实现转台的微调。

手动微调机构主要工作原理是利用螺杆的螺距差实现转台内环轴系的微调。M14×1.5螺杆每转动360度螺杆前进或者后退1.5mm,螺杆每转0.5度可以前进或者后退：

1.5/360×0.5＝0.002mm

M14×1.25螺杆每转动360度螺杆前进或者后退1.25mm,则螺杆每转0.5度可以前进或者后退：

1.25/360×0.5＝0.0017mm

不同螺距配合使用时，手轮每转0.5度，螺杆前进或者后退：

0.002-0.0017＝0.0003mm

螺杆固定座设计成通过铰链与O形内框架连接，螺杆的水平前进或者后退将转换成带

动内环轴系的微调角度，也就是整个两轴转台的微调角度。

每转0.5度，假设轴系旋转角度为θ：

则θ＝1.28×10^-4＝0.46″

0.46″远小于转台电控定位精度，可以实现转台的精确定位要求，所以能够实现转台内环轴系的手动微调功能。

外框轴系微调支架长195mm,螺杆固定座固定在U型框架上面，螺距为M14×1.5；螺杆活动座和微调支架通过螺钉连接在一起，螺距为M14×1.25；螺杆设计成两段不同螺距的零件，分布为M14×1.5和M14×1.25；微调支架通过过盈或者螺纹配合与电磁离合器相连。当转台外环通过电磁离合器切换到手动转台时，可以通过手轮的转动来实现转台的微调。

M14×1.5螺杆每转动360度螺杆前进或者后退1.5mm,则螺杆每转0.5度可以前进或者后退：

1.5/360×0.5＝0.002mm

M14×1.25螺杆每转动360度螺杆前进或者后退1.25mm,则螺杆每转0.5度可以前进或者后退：

1.25/360×0.5＝0.0017mm

那么不同螺距配合使用时，手轮每转0.5度，螺杆前进或者后退：

0.002-0.0017＝0.0003mm

螺杆固定座设计成通过铰链与O形外框架连接，所以螺杆的水平前进或者后退将转换

成微调支架带动内环轴系的微调角度。

则每转0.5度，假设轴系旋转角度为θ，则：

θ＝8.81×10^-5＝0.31″

0.31″远小于转台电控定位精度，能实现转台的精确定位，所以能够实现转台外框轴系的手动微调功能。

高精度手自联动双轴转台机械台体设计成一个双轴U-O型卧式转台，O形内框绕外环轴旋转，O形负载框架绕内环轴旋转。整个转台台体机械台体由外框轴系轴系、内框轴系两大部分组成，主要是转台的功能实现提供负载安装平台，完成所需的机械运动。

手自联动两轴转台均采用精密机械轴承支承(NSK轴承)，两轴均采用永磁直流力矩电机直接驱动，两轴均采用海德汉公司的高精度绝对式角度编码器作为角度反馈元件。台体外框和内框将根据不同的负载设计专用的安装配重块和配重砝码，其配平能力可控制在轴系的静摩擦力矩范围之内。

转台两轴均设置机械零位锁紧装置，以便负载安装时定位使用。由于两轴均要求0～360°范围内连续无限转动，在转台的两个轴系均安装有精密导电滑环，用于被测件和内、外框台体元器件电信号的传输。

上文中描述的电磁离合器和手动微调机构就设计于转台内环轴系和转台外框轴系上面，以实现转台手电运动的切换。为防止转台手电切换一瞬间转台位置的变化，转台离合器切换到手动状态时再断电，手动微调机构设计有手动锁紧装置。

上述的高精度手自联动两轴转台，使用手动微调机构，微调效果明显、稳定可靠。

本发明的有益效果是，本发明采用的手动微调机构，具有传动精度高，传动效率高等特点，能够满足设备性能指标要求定位精度和微调步距的要求，克服了使用减速机或者蜗轮蜗杆和行星尺寸传动尺度大、成本高等缺陷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1为本发明机械台体总体示意图；

图2为内框轴系示意图；

图3为外框轴系示意图；

图4为带手动切换功能的回转轴系；

图5为内外框手动微调示意图；

图中1.内框轴系，2.外框轴系，3.内框框架，4.内框手动微调机构，5.负载框架，6.外框U形框架，7.调整底座，8.外框手动微调机构，9.内外框回转主轴，10.内外框回转轴承，11.内外框电磁离合器，12.微调支架，13.螺杆活动座，14.螺杆，15.螺杆固定座，16.微调手轮

具体实施方式

【实施例1】

高精度手自联动两轴转台，包括内框轴系(1)和外框轴系(2)组成，内框轴系(1)包括内框框架(3)、内框手动微调机构(4)、负载框架(5)、内外框回转主轴(9)、内外框回转轴承(10)、内外框电磁离合器(11)；外框轴系(2)包括外框U形框架(6)、调整底座(7)、外框手动微调机构(8)、内外框回转主轴(9)、内外框回转轴承(10)、内外框电磁离合器(11)；内框轴系(1)和外框轴系(2)均可以实现360゜连续回转，各个轴系均有自动回转和手动回转功能，可以实现双轴联动、也可以单轴运动。

【实施例2】

高精度手自联动两轴转台，通过调整底座，调整转台到合适位置，给内框轴系(1)和外框轴系(2)上的电机上电，此时电机将回转，此时电机带动内内外框回转主轴(9)、内外框回转轴承(10)一起高精度回转，实现内框轴系(1)和外框轴系(2)位置、速率运动。

【实施例3】

高精度手自联动两轴转台，将内框电机断电，此时内框轴系(1)将从电动状态切换到手动微调状态，该种状态下主要用于模拟各种飞行器的各种姿态角运动，能够复现各种飞行器的各种运动力学特性，对飞行器的制导系统、控制系统以及相应器件的性能进行反复测试等对转台要求稳定，要求不存在抖动时使用，使用该种状态要求电动走到要求位置，然后用手动对转台进行微调。电机停止运动，内框轴系(1)断电后，内外框电磁离合器(11)将通过键槽和主轴连接，内外框电磁离合器(11)也是通过轴承和外框回转主轴(9)连接在一起的，只要调整内框手动微调机构(4)就将对内框轴系进行微调。

【实施例4】

高精度手自联动双轴转台，对内框轴系进行微调。内框手动微调机构主要包括：微调手轮(16)、螺杆(14)、螺杆活动座(13)、螺杆固定座(13)及微调支架(12)组成，配合电磁离合器使用。内框手动微调机构(4)中微调支架(12)长134mm,螺杆(14)固定座固定在O形内框框架上面，螺距为M14×1.5；螺杆活动座(13)和微调支架(12)通过螺钉连接在一起，螺距为M14×1.25；螺杆(14)设计成两段不同螺距的零件，分布为M14×1.5和M14×1.25；微调支架(12)通过过盈或者螺纹与内外框电磁离合器(11)相连。通过回转微调手轮(16)就将通过螺距差实现内框回转主轴(9)的微调。微调手轮每转0.5度就将实现内框轴系(1)0.46″的微小转动，0.46″远小于转台电控定位精度，可以实现转台的精确定位要求。

【实施例5】

高精度手自联动两轴转台，对外框电机断电，此时外框轴系(2)将从电动状态切换到手动微调状态。外框轴系(2)断电，电机停止运动；外框轴系(2)断电后，外框电磁离合器(11)将通过键槽和主轴连接，内外框电磁离合器(11)也是通过轴承和内外框回转主轴(9)连接在一起的，此时只要调整外框手动微调机构(8)就将对内框轴系进行微调。

【实施例6】

高精度手自联动双轴转台，对外框轴系进行微调。外框手动微调机构主要包括：微调手轮(16)、螺杆(14)、螺杆活动座(13)、螺杆固定座(13)及微调支架(12)组成，配合电磁离合器使用。外框框手动微调机构(8)中微调支架(12)长195mm,螺杆(14)固定座固定在O形外框框架上面，螺距为M14×1.5；螺杆活动座(13)和微调支架(12)通过螺钉连接在一起，螺距为M14×1.25；螺杆(14)设计成两段不同螺距的零件，分布为M14×1.5和M14×1.25；微调支架(12)通过过盈或者螺纹与内外框电磁离合器(11)相连。通过回转微调手轮(16)就将通过螺距差实现外框回转主轴(9)的微调。微调手轮每转0.5度就将实现外框框轴系(2)0.31″的微小转动，0.31″远小于转台电控定位精度，可以实现转台的精确定位要求，所以能够实现转台内环轴系的手动微调功能。

Claims (6)

1.一种高精度手自联动两轴转台，包括内框轴系(1)和外框轴系(2)，本发明高精度手自联动两轴转台既能有电动功能又有手动功能，两个轴系既可以单独回转，又可以双轴联动；当内框轴系(1)或者外框轴系(2)通过电动走到一个位置后，可以通过切断电机供电，然后通过内外框电磁离合器(11)作用，完成高精度手自联动两轴转台电动到手动的切换，通过内框手动微调机构(4)或者外框手动微调机构(8)完成高精度手自联动两轴转台的微调功能。

2.根据权利要求1所述的高精度手自联动两轴转台，其特征在于：内外框电磁离合器(11)可以实现内框轴系(1)和外框轴系(2)的电动到手动的切换，它一上电后，它将和转台台体连接在一起的，内外框电磁离合器(11)将处于静止状态，此时转台两个轴系完全在电机驱动下运动；当内外框电磁离合器(11)断电后，电磁离合器将和内外框回转主轴(9)连接在一起，实现高精度手自联动两轴转台电动到手动的切换。

3.根据权利要求1所述的高精度手自联动两轴转台，其特征在于：内框手动微调机构(4)主要包括：微调手轮(16)、螺杆(14)、螺杆活动座(13)、螺杆固定座(13)及微调支架(12)组成，配合电磁离合器使用。内框手动微调机构(4)中微调支架(12)长134mm,螺杆(14)固定座固定在O形内框框架上面，螺距为M14×1.5；螺杆活动座(13)和微调支架(12)通过螺钉连接在一起，螺距为M14×1.25；螺杆(14)设计成两段不同螺距的零件，分布为M14×1.5和M14×1.25；微调支架(12)通过过盈或者螺纹与内外框电磁离合器(11)相连。通过回转微调手轮(16)就将通过螺距差实现内框回转主轴(9)的微调。微调手轮每转0.5度就将实现内框轴系(1)0.46″的微小转动，0.46″远小于转台电控定位精度。内框手动微调机构(4)中的微调支架(12)的长度可以根据精度要求和转台外形尺寸要求进行调整，调整后的该内框手动微调机构(4)均受本发明权利要求书的保护。

4.根据权利要求1所述的高精度手自联动两轴转台，其特征在于：外框手动微调机构(8)采用和内框手动微调机构(4)相同的原理实现，只是改变了内框手动微调机构(4)中微调支架(12)的外形尺寸。

5.根据权利要求2所述的高精度手自联动两轴转台，其特征在于：内外框电磁离合器(11)与内外框回转主轴(9)的连接是通过键槽和电磁铁实现的，并且自身带有回转轴承，和内外框回转主轴(9)高精度配合连接。

6.根据权利要求1所述的高精度手自联动两轴转台，其特征在于：定位精度：≤±2″；定位精度重复性：≤±1″；微调步距小于0.5″，具有非常高的位置精度，并且降低了研制成本、缩小了整个转台的尺寸，降低了转台的重量，实现了转台的轻量化要求。

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