CN114111778B - 一种光电探测装置的稳定平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光电探测装置的稳定平台，包括用于安装载体的安装板、方位补偿模块、俯仰补偿模块、升沉补偿模块，升沉补偿模块包括下壳体、固定于下壳体底部的升沉伺服电机、固定连接于升沉伺服电机输出轴的螺旋轨道、齿条、与齿条啮合的升沉齿轮、支撑导杆，齿条固定设置连接杆，螺旋轨道转动带动连接杆滑动，从而带动齿条竖直运动，支撑导杆一端与升沉齿轮铰接，另一端与俯仰补偿模块铰接，齿条上下移动带动升沉齿轮转动，从而带动俯仰补偿模块上下移动，方位补偿模块带动下壳体转动，安装板与俯仰补偿模块连接。通过螺旋轨道将大行程转动转化为俯仰补偿模块小行程竖直轴向上下移动，运动平稳，有利于精确调控，有效实现升沉补偿效果。

Description

一种光电探测装置的稳定平台
技术领域
本发明涉及无人水面艇载惯性平台稳定装置，具体是涉及一种光电探测装置的稳定平台。
背景技术
无人水面艇在水上巡逻、勘测和救援等方面发挥着重要作用，广泛执行各类军事和民用领域。随着无人系统的智能化，无人水面艇通常配有光电探测装置作为装备的“眼睛”。由于水上风浪影响，无人水面艇在实际航行中会产生六自由度的随机运动，即横摇、纵摇、艏摇、前进、横漂和升沉运动。这些姿态扰动对光电探测装置的有效作业提出了极大挑战，尤其是无人水面艇在升沉方向运动，对光电探测装置产生了严重的不良影响。
目前，为了隔离无人水面艇运动所带来的扰动，市场上的稳定平台根据实现方式分为两种：一种方式是采用陀螺稳定平台保证光电探测系统视轴在惯性空间内稳定，另一种方式是采用两轴或三轴伺服转台主动实现稳定。陀螺稳定平台所采用的陀螺仪结构复杂，成本较高，不适合大范围使用；两轴或三轴伺服转台通过建立光电探测系统的视轴扰动模型，并根据无人水面艇的惯性姿态测量数据进行补偿，对于无人水面艇来说，这种稳定方式较难应对复杂海况和高速行进带来的浪涌影响，尤其是升沉扰动对无人水面艇的影响。在5级海况时，开始出现高大的波峰，船体随机运动的方向和幅度都开始增加，由于追踪控制系统动态响应速度的限制，造成系统的实时性有限，现有稳定平台的俯仰调整机构仅能补偿船体横摇和纵摇，对于升沉方向补偿能力不足，造成平台稳定状态保持能力不高，使得定位跟踪精度偏低。
发明内容
发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种精确调控的光电探测装置的稳定平台。
技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种光电探测装置的稳定平台，包括用于安装载体的安装板、驱动安装板转动的方位补偿模块、驱动安装板俯仰运动的俯仰补偿模块、驱动安装板上下运动的升沉补偿模块，所述升沉补偿模块包括下壳体、固定于下壳体底部的升沉伺服电机、固定连接于升沉伺服电机输出轴的螺旋轨道、齿条、与齿条啮合的升沉齿轮、与升沉齿轮铰接的支撑导杆，所述齿条固定设置连接杆，连接杆延伸方向垂直于齿条延伸方向，齿条延伸方向平行于螺旋轨道中轴线，连接杆在螺旋轨道上滑动，螺旋轨道转动带动连接杆滑动，从而带动齿条沿竖直方向运动，所述支撑导杆一端与升沉齿轮铰接，支撑导杆另一端与俯仰补偿模块铰接，齿条上下移动带动升沉齿轮转动，从而带动俯仰补偿模块上下移动，所述下壳体与方位补偿模块连接，方位补偿模块带动下壳体转动，所述安装板与俯仰补偿模块连接。
进一步的，所述俯仰补偿模块包括上壳体、俯仰伺服电机、齿轮传动装置以及与安装板固定连接的圆弧齿条，所述支撑导杆与上壳体底部铰接，所述俯仰伺服电机固定设置于上壳体内，俯仰伺服电机输出轴与齿轮传动装置连接，俯仰伺服电机通过齿轮传动装置驱动圆弧齿条转动，圆弧齿条的转轴平行于安装板所在平面，圆弧齿条转动带动安装板俯仰运动。
进一步的，所述上壳体下方部分嵌套于下壳体内，且上壳体上下移动时始终嵌套于下壳体内。
进一步的，所述齿轮传动装置包括主动锥齿轮、与主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮、与圆弧齿条啮合的从动圆柱齿轮，所述主动锥齿轮与俯仰伺服电机输出轴固定连接，俯仰伺服电机输出轴沿竖直方向延伸，所述从动锥齿轮转轴延伸方向垂直于俯仰伺服电机输出轴延伸方向，从动圆柱齿轮的转轴与从动锥齿轮的转轴固定连接，俯仰伺服电机驱动主动锥齿轮转动，主动锥齿轮带动从动锥齿轮，从动圆柱齿轮随从动锥齿轮的转动而转动，从而带动圆弧齿条转动。
进一步的，所述方位补偿模块包括底座、与底座固定连接的方位伺服电机，方位伺服电机输出轴与下壳体固定连接。
进一步的，所述方位伺服电机与底座之间设置弹簧减震装置，方位伺服电机输出轴与下壳体之间设置减速装置。
进一步的，所述螺旋轨道采用双螺旋轨道，所述齿条固定设置两个连接杆，两个连接杆分别设置于双螺旋轨道的两个轨道上。
进一步的，所述下壳体内壁设置两条竖直导轨，所述连接杆端部位于导轨内，且连接杆沿导轨滑动。
进一步的，所述升沉补偿模块包括四个齿条，四个齿条分别与四个升沉齿轮啮合，四个升沉齿轮圆周等角度分布，四个升沉齿轮分别通过支撑导杆与上壳体底部铰接，上壳体底部的铰接点沿圆周均匀分布。
进一步的，所述安装板部分镂空。
有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是通过螺旋轨道将大行程转动转化为小行程竖直轴向上下移动，运动平稳，有利于精确调控，有效实现升沉补偿效果。上壳体部分下段嵌套于下壳体上段，在上壳体移动过程中，始终保证上下壳体端部结构处于封闭状态，提高光电探测稳定平台的防水能力。安装板采用镂空设计，能够减轻结构重量，降低俯仰伺服电机驱动载荷负担。本发明中的方位补偿装置、俯仰补偿装置及升沉补偿装置能有效补偿无人水面艇在行驶的中受到的水面风浪扰动，提高光电探测稳定平台的稳定精度。
附图说明
图1为本发明稳定平台的结构分解示意图；
图2为本发明稳定平台的结构示意图；
图3为本发明稳定平台的结构剖切示意图；
图4为本发明中升沉补偿装置部分结构示意图；
图5为本发明中下壳体的结构剖切示意图；
图6为本发明中下壳体的俯视图；
图7为本发明中上壳体的结构剖切示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示，本实施例中的一种光电探测装置的稳定平台，包括用于安装光电探测装置的安装板15、驱动安装板15转动的方位补偿模块、驱动安装板15俯仰运动的俯仰补偿模块、驱动安装板15上下运动的升沉补偿模块。
方位补偿模块包括底座1、与底座1固定连接的方位伺服电机2，底座1通过螺栓固定于无人水面艇上，底座1上部包括壳体结构，方位伺服电机2通过螺丝固定在底座1壳体内部，方位伺服电机2的输出轴伸出壳体，方位伺服电机2与底座1之间安装弹簧减震装置，减少无人水面艇行驶过程中传递给方位伺服电机2的震动。方位伺服电机2输出轴与下壳体5固定连接，在本实施例中，下壳体5为圆柱形，方位伺服电机2输出轴与下壳体5底面圆心固定连接，且方位伺服电机2输出轴延伸方向平行于下壳体5圆柱母线。方位伺服电机2输出轴端通过减速装置输出动力，下壳体5通过螺栓连接安装在减速装置输出端，由方位伺服电机2控制光电探测装置转向的角度，用于光电探测装置方位上的补偿。
升沉补偿模块包括下壳体5、升沉伺服电机3、螺旋轨道4、齿条8、升沉齿轮9、支撑导杆7，升沉伺服电机3固定端固定连接于下壳体5内的底部，方位伺服电机2带动下壳体5转动，从而带动升沉伺服电机3转动。螺旋轨道4固定连接于升沉伺服电机3的输出轴，在本实施例中，螺旋轨道4采用双螺旋轨道，双螺旋轨道的两条轨道旋转轴重合，且两条轨道的端部重合。如图4所示，齿条8固定设置连接杆81，在本实施例中，齿条8固定设置两个连接杆81，且两个连接杆81的延伸方向在一条直线上，连接杆81延伸方向垂直于齿条8的延伸方向，齿条8延伸方向平行于螺旋轨道4的中轴线。连接杆81一端通过小滚轴与螺旋轨道4接触，且在螺旋轨道4上滑动，螺旋轨道4转动带动连接杆81滑动；连接杆81另一端端部设置有通孔滚柱，通孔滚柱在下壳体5内侧壁的导轨82内滚动。如图5和图6所示，下壳体5内侧壁竖直设置两条导轨82，两个连接杆81的端部分别位于两个导轨82内，防止其自转造成齿条8脱位。升沉伺服电机3驱动螺旋轨道4转动，连接杆81随螺旋轨道4的转动沿导轨82上下滑动，从而带动齿条8沿竖直方向上下运动。通过螺旋轨道将大行程转动转化为小行程竖直轴向上下移动，运动平稳，有利于精确调控，有效实现升沉补偿效果。
在本实施例中，设置四个齿条8，相应的设置4对与齿条8配合的升沉齿轮9和支撑导杆7，四个齿条8分别与四个升沉齿轮9啮合，四个升沉齿轮9圆周等角度分布，四个升沉齿轮9分别通过支撑导杆7与上壳体6底部铰接，上壳体6底部的铰接点沿圆周均匀分布，增加升沉时平台的稳定性。在本实施例中，升沉齿轮9采用扇形齿轮，升沉齿轮9的转轴固定于下壳体5内壁，升沉齿轮9绕转轴91转动，升沉齿轮9的铰接点与升沉齿轮9的齿纹位于转轴91的两侧，支撑导杆7一端与升沉齿轮9的铰接点铰接，另一端与上壳体6底部铰接。在齿条8上下移动时，与齿条啮合的升沉齿轮9绕转轴91转动，支撑导杆7受到升沉齿轮9力的作用，将上壳体6顶起或降下，上壳体6下段部分嵌套于下壳体5的上段，上壳体6受到下壳体5外筒壁的约束，沿着竖直方向上下运动，，且上壳体6上下移动时始终嵌套于下壳体5内，在上壳体移动过程中，始终保证上下壳体端部结构处于封闭状态，提高光电探测稳定平台的防水能力。
俯仰补偿模块包括上壳体6、俯仰伺服电机11、主动锥齿轮10、从动锥齿轮12、从动圆柱齿轮13、圆弧齿条14，俯仰伺服电机11固定连接于上壳体6内的侧壁，上壳体6结构如图7所示，俯仰伺服电机11的输出轴朝下沿竖直方向延伸，俯仰伺服电机11的输出轴端部通过键连接安装主动锥齿轮10，俯仰伺服电机11的输出轴延伸方向与主动锥齿轮10转轴重合，从动锥齿轮12与主动锥齿轮10啮合，从动锥齿轮12转轴延伸方向垂直于俯仰伺服电机11输出轴延伸方向，从动圆柱齿轮13的转轴与从动锥齿轮12的转轴固定连接，从动圆柱齿轮13的转轴与从动锥齿轮12的转轴均定位于上壳体6的侧壁，俯仰伺服电机11驱动主动锥齿轮10转动，主动锥齿轮10带动从动锥齿轮12，从动圆柱齿轮13随从动锥齿轮12的转动而转动。从动圆柱齿轮13与圆弧齿条14啮合，从动圆柱齿轮13转动带动圆弧齿条14转动，圆弧齿条14与安装板15底面固定连接，且圆弧齿条14的转轴平行于安装板15所在平面，安装板15与上壳体6铰接，圆弧齿条14转动带动安装板15相对于上壳体6转动，从而实现安装在安装板上的光电探测装置的俯仰运动，安装板15位于上壳体6上方，且安装板15的面积大于上壳体6横截面的面积，通过上壳体6的上端限制安装板15的转动范围，实现俯仰补偿装置转动角度的限位保护。安装板15采用镂空设计，能够减轻结构重量，降低俯仰伺服电机驱动载荷负担。
上述稳定平台的工作过程为：无人水面艇受水上风浪影响，在航行中产生六自由度的随机运动，稳定平台根据无人水面艇的姿态数据控制方位伺服电机2、俯仰伺服电机11和升沉伺服电机3的工作，实时补偿方位、俯仰和升沉方向上扰动，以此达到稳定平衡的目的，确保目标对象在观察范围内。

Claims (5)

1.一种光电探测装置的稳定平台，其特征在于，包括用于安装载体的安装板（15）、驱动安装板（15）转动的方位补偿模块、驱动安装板（15）俯仰运动的俯仰补偿模块、驱动安装板（15）上下运动的升沉补偿模块，所述升沉补偿模块包括下壳体（5）、固定于下壳体（5）底部的升沉伺服电机（3）、固定连接于升沉伺服电机（3）输出轴的螺旋轨道（4）、齿条（8）、与齿条啮合的升沉齿轮（9）、与升沉齿轮（9）铰接的支撑导杆（7），所述齿条（8）固定设置连接杆（81），连接杆（81）延伸方向垂直于齿条延伸方向，齿条（8）延伸方向平行于螺旋轨道（4）中轴线，连接杆（81）在螺旋轨道上滑动，螺旋轨道（4）转动带动连接杆（81）滑动，从而带动齿条（8）沿竖直方向运动，所述支撑导杆（7）一端与升沉齿轮（9）铰接，支撑导杆（7）另一端与俯仰补偿模块铰接，齿条（8）上下移动带动升沉齿轮（9）转动，从而带动俯仰补偿模块上下移动，所述下壳体（5）与方位补偿模块连接，方位补偿模块带动下壳体（5）转动，所述安装板（15）与俯仰补偿模块连接；
所述螺旋轨道（4）采用双螺旋轨道，所述齿条（8）固定设置两个连接杆（81），两个连接杆（81）分别设置于双螺旋轨道的两个轨道上，双螺旋轨道的两条轨道旋转轴重合，且两条轨道的端部重合，双螺旋轨道套设于齿条（8）外侧，连接杆（81）一端通过小滚轴与螺旋轨道（4）接触，且在螺旋轨道（4）上滑动；
所述方位补偿模块包括底座（1）、与底座（1）固定连接的方位伺服电机（2），方位伺服电机（2）输出轴与下壳体（5）固定连接；所述方位伺服电机（2）与底座（1）之间设置弹簧减震装置，方位伺服电机（2）输出轴与下壳体（5）之间设置减速装置；
所述下壳体（5）内壁设置两条竖直导轨（82），所述连接杆（81）端部位于导轨（82）内，且连接杆（81）沿导轨（82）滑动；所述升沉补偿模块包括四个齿条（8），四个齿条（8）分别与四个升沉齿轮（9）啮合，四个升沉齿轮（9）圆周等角度分布，四个升沉齿轮（9）分别通过支撑导杆（7）与上壳体（6）底部铰接，上壳体（6）底部的铰接点沿圆周均匀分布。
2.根据权利要求1所述的稳定平台，其特征在于，所述俯仰补偿模块包括上壳体（6）、俯仰伺服电机（11）、齿轮传动装置以及与安装板（15）固定连接的圆弧齿条（14），所述支撑导杆（7）与上壳体（6）底部铰接，所述俯仰伺服电机（11）固定设置于上壳体（6）内，俯仰伺服电机（11）输出轴与齿轮传动装置连接，俯仰伺服电机（11）通过齿轮传动装置驱动圆弧齿条（14）转动，圆弧齿条（14）的转轴平行于安装板（15）所在平面，圆弧齿条（14）转动带动安装板（15）俯仰运动。
3.根据权利要求2所述的稳定平台，其特征在于，所述上壳体（6）下方部分嵌套于下壳体（5）内，且上壳体（6）上下移动时始终嵌套于下壳体（5）内。
4.根据权利要求2所述的稳定平台，其特征在于，所述齿轮传动装置包括主动锥齿轮（10）、与主动锥齿轮（10）啮合的从动锥齿轮（12）、与圆弧齿条（14）啮合的从动圆柱齿轮（13），所述主动锥齿轮（10）与俯仰伺服电机（11）输出轴固定连接，俯仰伺服电机（11）输出轴沿竖直方向延伸，所述从动锥齿轮（12）转轴延伸方向垂直于俯仰伺服电机（11）输出轴延伸方向，从动圆柱齿轮（13）的转轴与从动锥齿轮（12）的转轴固定连接，俯仰伺服电机（11）驱动主动锥齿轮（10）转动，主动锥齿轮（10）带动从动锥齿轮（12），从动圆柱齿轮（13）随从动锥齿轮（12）的转动而转动，从而带动圆弧齿条（14）转动。
5.根据权利要求1所述的稳定平台，其特征在于，所述安装板（15）部分镂空；安装板（15）位于上壳体（6）上方，且安装板（15）的面积大于上壳体（6）横截面的面积，通过上壳体（6）的上端限制安装板（15）的转动范围，实现俯仰补偿装置转动角度的限位保护。
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