CN115164934A - 双轴旋转机构和惯性导航装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种双轴旋转机构和惯性导航装置，其中，双轴旋转机构包括由外向内依次设置的固定框、外旋转框和内旋转框，以及第一旋变器、第一伺服电机、第二旋变器和第二伺服电机；固定框固定在载体内，第一旋变器和第一伺服电机安装在固定框和外旋转框之间且相对设置，第一旋变器和第一伺服电机之间的连线位于第一轴线上，外旋转框绕第一轴线旋转；第二旋变器和第二伺服电机安装在外旋转框和内旋转框之间且相对设置，第二旋变器和第二伺服电机之间的连线位于第二轴线上，内旋转框绕第二轴线旋转，第二轴线与第一轴线相互垂直；内旋转框围成的空间用于安装惯性导航组件。本申请提供的双轴旋转机构和惯性导航装置可减小双轴旋转机构占用的空间。

Description

双轴旋转机构和惯性导航装置

技术领域

本申请涉及伺服控制技术领域，尤其涉及一种双轴旋转机构和惯性导航装置。

背景技术

惯性导航系统(简称“惯导系统”)是导弹制导控制的核心，为导弹的命中精度和使用性能提供保障，是影响导弹命中精度和使用性能的关键部件。随着制导技术的不断发展，对于惯导系统的使用精度有着更多的要求，也促进着惯导系统的进一步发展。

惯导系统通常直接固定安装在导弹中，但长时间放置后，惯导系统将会出现内部器件老化、结构件应力释放等问题，导致其精度下降，在使用时存在较大误差。为了保证其使用精度，工作人员须定期将惯导系统从导弹中拆卸下来，将其放在标定转台上进行标定，完成标定测试后再重新装入导弹内部。为避免频繁装取惯导系统，可将标定转台小型化后装设于导弹内，如此，惯导系统可在导弹内部完成标定（即实现自标定功能）。其中，双轴旋转机构是导弹实现自标定功能的重要部件。

然而，现有的双轴旋转机构结构复杂、占用空间过大，限缩了惯导系统的可用空间，导致惯导系统的精度降低。

发明内容

本申请提供一种双轴旋转机构和惯性导航装置，用于解决现有的双轴旋转机构结构复杂、占用空间过大，限缩了惯导系统的可用空间，导致惯导系统的精度降低的问题。

本申请提供一种双轴旋转机构，其包括固定框、外旋转框、内旋转框、第一旋变器、第一伺服电机、第二旋变器和第二伺服电机；

固定框、外旋转框和内旋转框由外向内依次设置，固定框的外侧壁用于固定在安装空间内，第一旋变器和第一伺服电机安装在固定框和外旋转框之间且相对设置，第一旋变器和第一伺服电机之间的连线位于第一轴线上，外旋转框绕第一轴线旋转；

第二旋变器和第二伺服电机安装在外旋转框和内旋转框之间且相对设置，第二旋变器和第二伺服电机之间的连线位于第二轴线上，内旋转框绕第二轴线旋转，第二轴线与第一轴线相互垂直；内旋转框围成的空间用于安装惯性导航组件。

本申请提供的双轴旋转机构，通过由外向内依次设置固定框、外旋转框和内旋转框，并使外旋转框和内旋转框绕相互垂直的两条轴线旋转，可实现基本的双轴旋转功能；通过将传统的直流电机和减速器等动力控制部件替换为伺服电机和旋变器，可减小双轴旋转机构占用的空间，为惯导组件留出足够的可用空间，以提高惯导组件的精度。具体的，相互垂直的两条轴线分别为第一轴线和第二轴线，伺服电机包括第一伺服电机和第二伺服电机，旋变器包括第一旋变器和第二旋变器；第一旋变器和第一伺服电机安装在固定框和外旋转框之间且相对设置，第一旋变器和第一伺服电机之间的连线位于第一轴线上，外旋转框绕第一轴线旋转；第二旋变器和第二伺服电机安装在外旋转框和内旋转框之间且相对设置，第二旋变器和第二伺服电机之间的连线位于第二轴线上，内旋转框绕第二轴线旋转，结构简单，且伺服电机和旋变器占用空间较小，固定框、外旋转框和内旋转框设置较为紧凑，可有效减小双轴旋转机构占用的空间。另外，通过将惯性导航组件安装于内旋转框围成的空间，使得惯性导航组件可随内旋转框全角度转动，以消除各方向的系统误差，完成自标定。

在一种可实现的方式中，固定框的相对两侧均设有第一安装口，第一旋变器和第一伺服电机分别位于两侧的第一安装口内；

外旋转框的相对两侧均设有第二安装口，第二旋变器和第二伺服电机分别位于两侧的第二安装口内。

在一种可实现的方式中，第一旋变器的定子和第一伺服电机的定子分别与两侧的第一安装口的内壁面连接，第一旋变器的转子和第一伺服电机的转子连接于外旋转框的外侧壁；

第二旋变器的定子和第二伺服电机的定子分别与两侧的第二安装口的内壁面连接，第二旋变器的转子和第二伺服电机的转子连接于内旋转框的外侧壁。

在一种可实现的方式中，固定框的外侧壁上连接有两个第一端盖，两个第一端盖分别盖设两个第一安装口；

外旋转框的外侧壁上连接有两个第二端盖，两个第二端盖分别盖设两个第二安装口。

在一种可实现的方式中，第一端盖的内壁面上伸出有第一定位柱，第一旋变器的转子和第一伺服电机的转子分别套设于两侧的第一定位柱；

第二端盖的内壁面上伸出有第二定位柱，第二旋变器的转子和第二伺服电机的转子分别套设于两侧的第二定位柱。

在一种可实现的方式中，第一旋变器的转子与对应的第一定位柱之间及第一伺服电机的转子与对应的第一定位柱之间均设置有第一轴承；

第二旋变器的转子与对应的第二定位柱之间及第二伺服电机的转子与对应的第二定位柱之间均设置有第二轴承。

在一种可实现的方式中，第一定位柱内设有第一走线孔，外旋转框的与第一走线孔对应的部位设有第一通孔；

第二定位柱内设有第二走线孔，内旋转框的与第二走线孔对应的部位设有第二通孔。

在一种可实现的方式中，外旋转框的外侧壁设有走线槽，走线槽的一端与第二走线孔连通，走线槽的另一端与第一通孔连通。

在一种可实现的方式中，走线槽的槽口盖设有挡板。

在一种可实现的方式中，第一走线孔和第二走线孔内均设有导电滑环。

在一种可实现的方式中，外旋转框的朝向内旋转框的内壁面设有第一限位槽，内旋转框的朝向外旋转框的外壁面设有第二限位槽，第一限位槽和第二限位槽中共同容纳有限位球。

在一种可实现的方式中，第一限位槽和第二限位槽中的一者为螺旋形限位槽，螺旋形限位槽在其所在的壁面由内向外盘旋延伸；另一者为直线形限位槽，直线形限位槽在其所在的壁面由内向外直线延伸。

在一种可实现的方式中，螺旋形限位槽的旋转角度大于或等于360°。

本申请提供一种惯性导航装置，其包括惯性导航组件、光源及数据处理模块和上述任一种实现方式提供的双轴旋转机构，惯性导航组件和光源及数据处理模块安装在双轴旋转机构的内旋转框的安装空间内。

本申请提供的惯性导航装置，其中，惯性导航组件可测量载体（例如导弹）的导航参数；光源及数据处理模块可为惯性导航组件提供光源并对惯性导航组件传来的数据进行处理，得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。双轴旋转机构通过由外向内依次设置固定框、外旋转框和内旋转框，并使外旋转框和内旋转框绕相互垂直的两条轴线旋转，可实现基本的双轴旋转功能；通过将传统的直流电机和减速器等动力控制部件替换为伺服电机和旋变器，可减小双轴旋转机构占用的空间，为惯导组件留出足够的可用空间，以提高惯导组件的精度。通过将惯性导航组件和光源及数据处理模块安装于内旋转框围成的空间，使得惯性导航组件可随内旋转框全角度转动，以消除各方向的系统误差，并使得光源及数据处理模块可与惯性导航组件保持相对静止，避免两者之间连有的光纤缠绕扭伤。

在一种可实现的方式中，惯性导航组件和光源及数据处理模块间隔设置。

在一种可实现的方式中，惯性导航组件包括安装架、棱镜、三个光纤陀螺仪和三个加速度计；

棱镜、三个光纤陀螺仪和三个加速度计均安装于安装架，三个光纤陀螺仪两两相互垂直，三个加速度计两两相互垂直，棱镜具有分别与三个光纤陀螺仪的轴线垂直的三个表面。

在一种可实现的方式中，安装架包括基架和辅架，辅架安装于基架，至少一个加速度计安装于辅架。

在一种可实现的方式中，基架上设置有减震垫，减震垫与内旋转框接触。

本申请的构造以及它的其他发明目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

通过参照附图的以下详细描述，本申请实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本申请的多个实施例进行说明，其中：

图1为本申请实施例提供的惯性导航装置的立体图；

图2为图1的侧视图；

图3为图2的A-A断面中双轴旋转机构的剖视图；

图4为图1的俯视图；

图5为图4的B-B断面的剖视图；

图6为图4的C-C断面的剖视图；

图7为图1中惯性导航组件的立体图。

附图标记：

100-双轴旋转机构；

110-固定框；111-第一安装口；112-第一端盖；1121-第一定位柱；1122-第一走线孔；113-凸缘；114-第一限位凸台；

120-外旋转框；121-第二安装口；122-第二端盖；1221-第二定位柱；1222-第二走线孔；123-第一限位槽；124-第二限位凸台；125-第一通孔；

130-内旋转框；131-第二限位槽；132-配重块；133-第二通孔；

140-限位球；

151-第一旋变器；1511-第一旋变器的定子；1512-第一旋变器的转子；152-第一伺服电机；1521-第一伺服电机的定子；1522-第一伺服电机的转子；153-第一轴承；

161-第二旋变器；1611-第二旋变器的定子；1612-第二旋变器的转子；162-第二伺服电机；1621-第二伺服电机的定子；1622-第二伺服电机的转子；163-第二轴承；

200-惯性导航组件；210-安装架；211-基架；212-辅架；220-棱镜；230-光纤陀螺仪；240-加速度计；250-减震垫；

300-光源及数据处理模块。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

惯性导航系统(简称“惯导系统”)是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统，具有隐蔽性好，可在空中、地面、水下等各种复杂环境下工作的特点。惯导系统的基本工作原理是：以牛顿力学定律为基础，通过惯导系统中的敏感器件测量载体（例如导弹）在惯性参考系的加速度，将加速度对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。

惯导系统作为导弹制导控制的核心，可为导弹的命中精度和使用性能提供保障，是影响导弹命中精度和使用性能的关键部件。惯导系统通常直接固定安装在导弹中，但长时间放置后，惯导系统将会出现内部器件老化、结构件应力释放等问题，导致其精度下降，在使用时存在较大误差。为了保证惯导系统的使用精度，工作人员须定期将惯导系统从导弹中拆卸下来，将其放在标定转台上进行标定，完成标定测试后再重新装入导弹内部。

相关技术中，平均半年就要对惯导系统进行标定测试，周期较短，在大批量使用的情况下，更是需要不停地对不同批次的产品进行拆卸、标定、装配，操作繁琐、工作量大、耗时长、维护成本高，且重复拆装会对导弹内的机械零件造成磨损，降低导航精度。为避免频繁装取惯导系统，可将标定转台小型化后装设于导弹内，如此，惯导系统可在导弹内部完成标定（即实现自标定功能）。

其中，双轴旋转机构是导弹实现自标定功能的重要部件，其上安装有惯导系统，双轴旋转机构可通过控制惯导系统中的敏感器件随自身转动将误差调制成周期变化的形式，在导航解算过程中利用积分运算将误差抵消，以此来减小系统误差的积累，提高惯导系统的长航时导航精度。

然而，现有的双轴旋转机构结构复杂、占用空间过大，限缩了惯导系统的可用空间，导致惯导系统的精度降低。并且，现有的惯导系统还存在安装拆卸繁琐、维护成本较高等弊端。

有鉴于此，本申请实施例提供一种双轴旋转机构和惯性导航装置，其中，双轴旋转机构通过由外向内依次设置固定框、外旋转框和内旋转框，并使外旋转框和内旋转框绕相互垂直的两条轴线旋转，可实现基本的双轴旋转功能；通过将传统的直流电机和减速器等动力控制部件替换为伺服电机和旋变器，可减小双轴旋转机构占用的空间，为惯导组件留出足够的可用空间。

下面将结合附图对本申请实施例提供的双轴旋转机构和惯性导航装置进行详细说明。

图1为本申请实施例提供的惯性导航装置的立体图。如图1所示，本申请实施例提供一种惯性导航装置，该惯性导航装置包括惯性导航组件200、光源及数据处理模块300和双轴旋转机构100，惯性导航组件200和光源及数据处理模块300安装在双轴旋转机构100内。

其中，惯性导航组件200可测量载体（例如导弹）的导航参数；光源及数据处理模块300可为惯性导航组件200提供光源并对惯性导航组件200传来的导航参数进行处理，得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息；双轴旋转机构100可使惯性导航组件200随自身全角度转动，以消除各方向的系统误差，完成自标定。

图2为图1的侧视图；图3为图2的A-A断面中双轴旋转机构的剖视图。如图2和图3所示，本实施例提供一种双轴旋转机构100，该双轴旋转机构100包括固定框110、外旋转框120、内旋转框130、第一旋变器151、第一伺服电机152、第二旋变器161和第二伺服电机162。

本实施例提供的双轴旋转机构100，固定框110、外旋转框120和内旋转框130由外向内依次设置，固定框110的外侧壁用于固定在安装空间内，外旋转框120相对于固定框110旋转，内旋转框130相对于外旋转框120旋转。

示例性的，固定框110的外侧壁上可以设置有凸缘113，凸缘113上可以开设有螺孔，双轴旋转机构100可以通过凸缘113固定在安装空间内，安装空间是载体内以导弹为例，安装空间位于导弹的弹体内部。

具体的，第一旋变器151和第一伺服电机152安装在固定框110和外旋转框120之间且相对设置，第一旋变器151和第一伺服电机152之间的连线位于第一轴线上，外旋转框120绕第一轴线旋转；第二旋变器161和第二伺服电机162安装在外旋转框120和内旋转框130之间且相对设置，第二旋变器161和第二伺服电机162之间的连线位于第二轴线上，内旋转框130绕第二轴线旋转，第二轴线与第一轴线相互垂直，这样构成的双轴旋转机构100结构简单，固定框110、外旋转框120和内旋转框130设置较为紧凑，可有效减小双轴旋转机构100占用的空间。

其中，伺服电机（指第一伺服电机152和第二伺服电机162）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置，伺服电机可以控制速度，位置精度高，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。双轴旋转机构100采用伺服电机控制悬停定位，可避免设计锁定锁紧机构，结构简单紧凑，为惯导组件留出足够的可用空间，而且制作装配简单，安装维护方便。

旋变器（指第一旋变器151和第二旋变器161）的全称是旋转变压器，是一种电磁式传感器，又称同步分解器，它是一种测量角度用的小型交流电动机，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，由定子和转子组成。本申请实施例采用旋变器对角位移和角速度进行测量监控，与伺服电机配合可精准控制双轴旋转机构100的悬停位置。

另外，双轴旋转机构100的内旋转框130围成的空间用于安装惯性导航组件200和光源及数据处理模块300。惯性导航组件200可随内旋转框130全角度转动，以消除各方向的系统误差，完成自标定，并且，光源及数据处理模块300可与惯性导航组件200保持相对静止，避免两者之间连有的光纤缠绕扭伤。

如图3所示，固定框110的相对两侧均可以设有第一安装口111，第一旋变器151和第一伺服电机152分别位于两侧的第一安装口111内，第一安装口111提供了避让空间，第一旋变器151和第一伺服电机152分别容纳于两侧的第一安装口111内，可以减小固定框110和外旋转框120之间的间隙，减小双轴旋转机构100的整体体积。同样，外旋转框120的相对两侧也均可以设有第二安装口121，第二旋变器161和第二伺服电机162分别位于两侧的第二安装口121内，以减小双轴旋转机构100的整体体积。

具体的，第一旋变器的定子1511和第一伺服电机的定子1521可以分别与两侧的第一安装口111的内壁面连接，第一旋变器的转子1512和第一伺服电机的转子1522连接于外旋转框120的外侧壁，以实现外旋转框120与固定框110之间的相对转动；第二旋变器的定子1611和第二伺服电机的定子1621可以分别与两侧的第二安装口121的内壁面连接，第二旋变器的转子1612和第二伺服电机的转子1622连接于内旋转框130的外侧壁，以实现内旋转框130与外旋转框120之间的相对转动。

为防止第一旋变器151和第一伺服电机152从第一安装口111脱出，第一安装口111的内壁面可以设有第一限位凸台114，以将第一旋变器151和第一伺服电机152限定在第一安装口111内。同样，为防止第二旋变器161和第二伺服电机162从第二安装口121脱出，第二安装口121的内壁面也可以设有第二限位凸台124。

示例性的，固定框110的外侧壁上可以连接有两个第一端盖112，两个第一端盖112分别盖设两个第一安装口111，以保护第一安装口111内的第一旋变器151和第一伺服电机152；外旋转框120的外侧壁上可以连接有两个第二端盖122，两个第二端盖122分别盖设两个第二安装口121，以保护第二安装口121内的第二旋变器161和第二伺服电机162。

在本实施例中，第一端盖112的内壁面上可以伸出有第一定位柱1121，第一旋变器的转子1512和第一伺服电机的转子1522分别套设于两侧的第一定位柱1121，第一定位柱1121可以定位出第一轴线，保证第一旋变器151和第一伺服电机152的旋转中心与第一轴线重合。同样，第二端盖122的内壁面上也可以伸出有第二定位柱1221，第二旋变器的转子1612和第二伺服电机的转子1622分别套设于两侧的第二定位柱1221，以保证第二旋变器161和第二伺服电机162的旋转中心与第二轴线重合。

在实际应用中，第一旋变器的转子1512与对应的第一定位柱1121之间及第一伺服电机的转子1522与对应的第一定位柱1121之间均设置有第一轴承153，以减小第一旋变器的转子1512与对应的第一定位柱1121之间及第一伺服电机的转子1522与对应的第一定位柱1121之间的摩擦力，保证外旋转框120可以相对于固定框110顺畅地转动；第二旋变器的转子1612与对应的第二定位柱1221之间及第二伺服电机的转子1622与对应的第二定位柱1221之间均设置有第二轴承163，以减小第二旋变器的转子1612与对应的第二定位柱1221之间及第二伺服电机的转子1622与对应的第二定位柱1221之间的摩擦力，保证外旋转框120可以相对于固定框110顺畅地转动。

另外，第一定位柱1121内可以设有第一走线孔1122，外旋转框120的与第一走线孔1122对应的部位可以设有第一通孔125；第二定位柱1221内可以设有第二走线孔1222，内旋转框130的与第二走线孔1222对应的部位可以设有第二通孔133。如此，第一旋变器151和第一伺服电机152连有的导线可以依次通过第一通孔125和第一走线孔1122，以及第二旋变器161、第二伺服电机162和光源及数据处理模块300连有的导线可以依次通过第二通孔133、第二走线孔1222、第一通孔125和第一走线孔1122伸出，以便外接电源。

为规整内旋转框130与外旋转框120之间的导线，外旋转框120的外侧壁可以设有走线槽（图中未示出），走线槽的一端与第二走线孔1222连通，走线槽的另一端与第一通孔125连通，第二旋变器161、第二伺服电机162和光源及数据处理模块300连有的导线从第二走线孔1222伸出后可容纳在走线槽内，并通过走线槽延伸至第一通孔125。

进一步的，走线槽的槽口可以盖设有挡板（图中未示出），以避免导线从走线槽内脱出。

需要说明的是，由于在内旋转框130中固定的光源及数据处理模块300也需要将导线穿至双轴旋转机构100的外侧，所以可在安装双轴旋转机构100时，将光源及数据处理模块300连接的导线一同与其他导线穿出，待安装光源及数据处理模块300时，该导线可通过插件与光源及数据处理模块300连接，以便拆装检修或更换光源及数据处理模块300。并且，惯性导航组件200也可以通过同样的方式处理导线，以便拆装检修或更换惯性导航组件200

图4为图1的俯视图；图5为图4的B-B断面的剖视图；图6为图4的C-C断面的剖视图。如图4-图6所示，在本实施例中，外旋转框120的朝向内旋转框130的内壁面可以设有第一限位槽123，内旋转框130的朝向外旋转框120的外壁面可以设有第二限位槽131，第一限位槽123和第二限位槽131中共同容纳有限位球140。第一限位槽123、第二限位槽131和限位球140可以限制内旋转框130与外旋转框120之间相对旋转的角度，以避免内旋转框130相对于外旋转框120绕同一方向旋转多圈，从而避免第二走线孔1222内的导线扭伤。

如图5和图6所示，第一限位槽123和第二限位槽131中的一者可以为螺旋形限位槽，螺旋形限位槽在其所在的壁面由内向外盘旋延伸；另一者可以为直线形限位槽，直线形限位槽在其所在的壁面由内向外直线延伸，以保证第一限位槽123和第二限位槽131能形成良好的配合，使限位球140始终可以同时容纳在第一限位槽123和第二限位槽131中。

示例性的，第一限位槽123可以为螺旋形限位槽，第二限位槽131可以为直线形限位槽。第一限位槽123设置于外旋转框120上，并靠近第一旋变器151或第一伺服电机152设置，第一限位槽123具有较大的布局空间，螺旋形限位槽占用空间较大，直线形限位槽占用空间较小，故第一限位槽123可以为螺旋形限位槽，便于操作加工。

实际应用时，螺旋形限位槽的旋转角度可以大于或等于360°，例如，螺旋形限位槽的旋转角度可以为380°或400°等，以保证内旋转框130可以相对于外旋转框120旋转至任意角度。

同样，为防止第一走线孔1122内的导线扭伤，固定框110的朝向外旋转框120的内壁面可以设有第三限位槽，外旋转框120的朝向固定框110的外壁面可以设有第四限位槽，第三限位槽和第四限位槽中共同容纳有限位球140。其中，第三限位槽和第四限位槽的具体形状与功能与第一限位槽123和第二限位槽131类似，此处不再赘述。

在另一些实施例中，第一走线孔1122和第二走线孔1222内均可以设有导电滑环（图中未示出），以替代限位槽（指第一限位槽123、第二限位槽131、第三限位槽和第四限位槽）和限位球140。

导电滑环是一个可以从固定装置传输电流、数据信号到旋转装置的机电部件，也称之为导电环、集电环、汇流环、电刷、旋转电气关节或电气转头。导电滑环主要是由旋转部分和静止部分组成，连有第一伺服电机152等用电器的导线可以连接于导电滑环的旋转部分，外接电源的导线可以连接至导电滑环的静止部分，两段导线通过旋转部分和静止部分旋转连通，从而可避免导线在旋转过程中造成扭伤。

了解完双轴旋转机构100，再看其内旋转框130的安装空间内装有的惯性导航组件200和光源及数据处理模块300。

结合图1和图4所示，本实施例提供的惯性导航组件200和光源及数据处理模块300可以间隔设置，以避免光源及数据处理模块300产生的热量影响惯性导航组件200，避免惯性导航组件200因温度变化产生误差，从而可提高惯性导航组件200的精度。

实际生产时，可以先将惯性导航组件200和光源及数据处理模块300组装在一起，以便焊接导线和光纤，待导线和光纤焊接完成后，可将惯性导航组件200固定在内旋转框130的安装空间内，然后，再解除惯性导航组件200和光源及数据处理模块300之间的连接，将光源及数据处理模块300固定内旋转框130的安装空间内并与惯性导航组件200保持一定的间距。

并且，解除惯性导航组件200和光源及数据处理模块300之间的连接还可以减轻惯性导航组件200的负载，可优化振动频率，避免产生共振。

另外，如图4所示，由于惯性导航组件200和光源及数据处理模块300安装完成后，内旋转框130的重心不一定位于第一轴线和第二轴线的交点，故内旋转框130上还可以设有配重块132，以避免内旋转框130和外旋转框120因重力而随意旋转，并且还可以避免内旋转框130因偏心而产生的震动。

图7为图1中惯性导航组件的立体图。如图7所示，惯性导航组件200包括安装架210、棱镜220、三个光纤陀螺仪230和三个加速度计240，其中，棱镜220、三个光纤陀螺仪230和三个加速度计240均安装于安装架210，三个光纤陀螺仪230两两相互垂直，三个加速度计240两两相互垂直，棱镜220具有分别与三个光纤陀螺仪230的轴线垂直的三个表面。

其中，光源及数据处理模块300可根据三个方向的光纤陀螺仪230的输出建立导航坐标系，并根据三个方向的加速度计240的输出解算出载体（例如导弹）在导航坐标系中的速度和位置等信息。

示例性的，加速度计240可以为挠性加速度计240，以减小双轴旋转机构100转动时，加速度计240产生的震动，从而减小加速度计240的测量误差。

另外，双轴旋转机构100的固定框110上或者安装空间的内壁面上可以设有发光装置和接收装置，发光装置可将光线发射至惯性导航组件200的棱镜220上，棱镜220可将光线反射至接收装置，对惯性导航组件200的安装角度进行校准。而棱镜220具有分别与三个光纤陀螺仪230的轴线垂直的三个表面，故棱镜220具体可对光纤陀螺仪230的角度进行校准，以将第一旋变器151和第二旋变器161的设备误差控制在15″（角秒，1°=60′=3600″）以内，将第一旋变器151和第二旋变器161的测量误差控制在30″以内。

再次参看图7，安装架210可以包括基架211和辅架212，辅架212安装于基架211，至少一个加速度计240安装于辅架212，以保证三个加速度计240可以两两相互垂直。

示例性的，基架211上可以设置有减震垫250，减震垫250与内旋转框130接触，以减小双轴旋转机构100在旋转时，惯性导航组件200的产生的震动。具体的，基架211上可以设有安装孔，减震垫250可设置于安装孔内且减震垫250内设有螺孔，基架211可通过螺钉固定于内旋转框130内。

以导弹为例，本申请实施例提供的惯性导航装置的工作原理如下：

当该双轴旋转机构100处于静止状态时，第一伺服电机152和第二伺服电机162不工作，其内旋转框130和外旋转框120可自由转动，且由于安装在内部的配重块132将整体重心调配至第一轴线和第二轴线的交点处，故内旋转框130和外旋转框120不会因重力而随意旋转。

导弹发射前，第一伺服电机152驱动外旋转框120旋转，第二伺服电机162驱动内旋转框130旋转，即可惯性导航组件200进行全角度旋转，进行自标定。具体可根据惯性导航组件200的输出值建立补偿模型，其中，输出值包括刻度因子补偿系数、安装误差系数等，再利用标定过程记录的数据，进行数据处理，采用最小二乘法计算出各补偿系数的参数项、零位补偿系数、刻度因子补偿系数、安装误差系数的随温度变化的三次（或者二次）方程，并将其补偿到光纤陀螺仪230的输出中将误差抵消，完成自标定。

在本申请中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

此外，除非另有明确的规定和限定，参考术语“安装”、“相连”、“连接”等应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，述的具体特征、结构、材料或者特 点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施方式对本申请已经进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施方式技术方案的范围。

Claims (18)

1.一种双轴旋转机构，其特征在于，包括固定框、外旋转框、内旋转框、第一旋变器、第一伺服电机、第二旋变器和第二伺服电机；

所述固定框、所述外旋转框和所述内旋转框由外向内依次设置，所述固定框的外侧壁用于固定在安装空间内，所述第一旋变器和所述第一伺服电机安装在所述固定框和所述外旋转框之间且相对设置，所述第一旋变器和所述第一伺服电机之间的连线位于第一轴线上，所述外旋转框绕所述第一轴线旋转；

所述第二旋变器和所述第二伺服电机安装在所述外旋转框和所述内旋转框之间且相对设置，所述第二旋变器和所述第二伺服电机之间的连线位于第二轴线上，所述内旋转框绕所述第二轴线旋转，所述第二轴线与所述第一轴线相互垂直；所述内旋转框围成的空间用于安装惯性导航组件。

2.根据权利要求1所述的双轴旋转机构，其特征在于，所述固定框的相对两侧均设有第一安装口，所述第一旋变器和所述第一伺服电机分别位于两侧的所述第一安装口内；

所述外旋转框的相对两侧均设有第二安装口，所述第二旋变器和所述第二伺服电机分别位于两侧的所述第二安装口内。

3.根据权利要求2所述的双轴旋转机构，其特征在于，所述第一旋变器的定子和所述第一伺服电机的定子分别与两侧的所述第一安装口的内壁面连接，所述第一旋变器的转子和所述第一伺服电机的转子连接于所述外旋转框的外侧壁；

所述第二旋变器的定子和所述第二伺服电机的定子分别与两侧的所述第二安装口的内壁面连接，所述第二旋变器的转子和所述第二伺服电机的转子连接于所述内旋转框的外侧壁。

4.根据权利要求3所述的双轴旋转机构，其特征在于，所述固定框的外侧壁上连接有两个第一端盖，两个所述第一端盖分别盖设两个所述第一安装口；

所述外旋转框的外侧壁上连接有两个第二端盖，两个所述第二端盖分别盖设两个所述第二安装口。

5.根据权利要求4所述的双轴旋转机构，其特征在于，所述第一端盖的内壁面上伸出有第一定位柱，所述第一旋变器的转子和所述第一伺服电机的转子分别套设于两侧的所述第一定位柱；

所述第二端盖的内壁面上伸出有第二定位柱，所述第二旋变器的转子和所述第二伺服电机的转子分别套设于两侧的所述第二定位柱。

6.根据权利要求5所述的双轴旋转机构，其特征在于，所述第一旋变器的转子与对应的所述第一定位柱之间及所述第一伺服电机的转子与对应的所述第一定位柱之间均设置有第一轴承；

所述第二旋变器的转子与对应的所述第二定位柱之间及所述第二伺服电机的转子与对应的所述第二定位柱之间均设置有第二轴承。

7.根据权利要求5所述的双轴旋转机构，其特征在于，所述第一定位柱内设有第一走线孔，所述外旋转框的与所述第一走线孔对应的部位设有第一通孔；

所述第二定位柱内设有第二走线孔，所述内旋转框的与所述第二走线孔对应的部位设有第二通孔。

8.根据权利要求7所述的双轴旋转机构，其特征在于，所述外旋转框的外侧壁设有走线槽，所述走线槽的一端与所述第二走线孔连通，所述走线槽的另一端与所述第一通孔连通。

9.根据权利要求8所述的双轴旋转机构，其特征在于，所述走线槽的槽口盖设有挡板。

10.根据权利要求7所述的双轴旋转机构，其特征在于，所述第一走线孔和所述第二走线孔内均设有导电滑环。

11.根据权利要求1-10任一项所述的双轴旋转机构，其特征在于，所述外旋转框的朝向所述内旋转框的内壁面设有第一限位槽，所述内旋转框的朝向所述外旋转框的外壁面设有第二限位槽，所述第一限位槽和所述第二限位槽中共同容纳有限位球。

12.根据权利要求11所述的双轴旋转机构，其特征在于，所述第一限位槽和所述第二限位槽中的一者为螺旋形限位槽，所述螺旋形限位槽在其所在的壁面由内向外盘旋延伸；另一者为直线形限位槽，所述直线形限位槽在其所在的壁面由内向外直线延伸。

13.根据权利要求12所述的双轴旋转机构，其特征在于，所述螺旋形限位槽的旋转角度大于或等于360°。

14.一种惯性导航装置，其特征在于，包括惯性导航组件、光源及数据处理模块和权利要求1-13任一项所述的双轴旋转机构，所述惯性导航组件和所述光源及数据处理模块安装在所述双轴旋转机构的内旋转框的安装空间内。

15.根据权利要求14所述的惯性导航装置，其特征在于，所述惯性导航组件和所述光源及数据处理模块间隔设置。

16.根据权利要求14所述的惯性导航装置，其特征在于，所述惯性导航组件包括安装架、棱镜、三个光纤陀螺仪和三个加速度计；

所述棱镜、所述三个光纤陀螺仪和所述三个加速度计均安装于所述安装架，三个所述光纤陀螺仪两两相互垂直，三个所述加速度计两两相互垂直，所述棱镜具有分别与所述三个光纤陀螺仪的轴线垂直的三个表面。

17.根据权利要求16所述的惯性导航装置，其特征在于，所述安装架包括基架和辅架，所述辅架安装于所述基架，至少一个所述加速度计安装于所述辅架。

18.根据权利要求17所述的惯性导航装置，其特征在于，所述基架上设置有减震垫，所述减震垫与所述内旋转框接触。

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