CN116827237A - 一种球形电机驱动的t型光电跟踪转台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台，属于光电跟踪设备领域。该跟踪转台包括基座、球形电机、中间平台、左右边壳、工作组件。基座上安装有球形电机定子，球形电机转子上安装中间平台，中间平台两端安装左右边壳，左右边壳中安装工作组件。该光电跟踪转台结合球形电机体积小、隔振能力强、摩擦小、多自由运动以及T型跟踪转台扩展性好、负载能力强的优势，能实现对目标的无盲区跟踪，使光电跟踪转台具有更强的环境适应能力，以满足不同跟踪任务的需求。
Description
技术领域
本发明属于光电跟踪设备领域，尤其涉及一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台。
背景技术
跟踪转台是光电跟踪系统中用于粗跟踪任务的主要设备，其基本结构形式有“U型”和“T型”两种类型，U型转台具有传感器集中、光轴跨度小、结构紧凑、机械特性好的特点，T型转台具有扩展性强、负载适应能力强的特点。相对于U型台，T型转台由于其负载安装于俯仰转台的两侧，可允许左右轴头挂载更多的测量传感器，同时具有很好的移植性、维修性，当需要增减或更换负载(如光电传感器)时，可以通过改变左右负载台的尺寸来实现，而不需要改变方位机构和俯仰机构，可维护性好，其在光电火控系统具有广泛的应用。但是由于T型光电转台两侧负载距离方位回转轴较远，因而转动惯量较大、风阻较大，因而有必要设计结构更加紧凑的T型光跟踪转台，以获得更好的机械特性。
T型转台是典型的地平式跟踪转台，因而其存在地平式转台的固有缺陷——天顶跟踪盲区，当目标进入天顶区域时，为了跟踪目标，跟踪转台的方位角速度迅速增大，以至趋于无穷大。然而，实际中方位角速度有限，不能无限增大，因而会导致视轴不能平稳跟踪目标，跟踪误差快速增大，造成跟踪不连续、目标丢失等问题。目前对于T型结构的设计主要为两轴形式的，因而还缺少关于解决T型跟踪转台天顶跟踪盲区问题的结构设计。
发明内容
为了克服T型光电跟踪转台转动惯量大、机械特性差，存在天顶跟踪盲区的缺点，提升T型光电跟踪转台的响应速度和跟踪范围，本发明提出了一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台。
本发明为解决T型光电跟踪转台存在天顶盲区和转动惯量大的问题，所采取的技术方案是：
一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台，该跟踪转台包括基座、球形电机定子、球形电机转子、中间平台、左右边壳和工作组件，所述左右边壳包括左边壳和右边壳；
所述基座上安装有球形电机定子，球形电机转子与球形电机定子通过球关节连接，球形电机转子上安装所述中间平台，中间平台两端安装左右边壳，左右边壳内安装工作组件；球形电机定子上布置有球形电机定子线圈；球形电机转子上布置有球形电机转子永磁体；球形电机转子能够实现空间多自由度运动；整个跟踪转台呈字母“T”型结构。
进一步地，所述跟踪转台还包括限制球形电机转子运动的限位机构，所述限位机构由限位继电器和凸型块组成，所述球形电机定子上设有所述限位继电器，所述电机转子上设有所述凸型块，所述限位继电器中间为凹面，四周为凸面，所述凸面上设有橡胶垫，起缓冲作用，所述凹面为触发开关，当凸型块碰撞到限位继电器的凹面后，触发限位。由此能够避免高速撞击造成工作组件内的元件损坏。
进一步地，中间平台上安装有姿态测量传感器，用于获取球形电机转子的转动位置、速度以及加速度。
进一步地，左右边壳的前端盖板根据工作组件的数量而被配置相应数量的开孔，以满足不同任务的需求。
进一步地，所述工作组件包括任意组合的粗电视系统、精电视系统和红外测距机，用于相应的任务需求。组件可根据需求进行增加或减少。
进一步地，所述基座上部具有凹球面结构，作为球形电机定子的安装槽。
进一步地，所述球形电机定子上设有多个圆形凹槽，用于安装球形电机定子线圈。
进一步地，所述定子线圈采用空心线圈，不含铁芯，且铜线绕组缠绕在直径为20mm的圆柱形塑料圈上，所述定子线圈成散射状分布。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明提出的球形电机驱动的T型光电跟踪转台具有三个自由度，即包含方位轴、俯仰轴和滚动轴，能有效避免传统T型跟踪转台的跟踪盲区；
本发明提出的球形电机驱动的T型光电跟踪转台不仅继承了传统T型光电跟踪转台扩展性强、负载适应能力强、移植性强的特点，而且本发明利用球形电机转矩大、体积小、结构简单、能够实现多自由度运动的优势，由单个电机来实现空间的多维运动可以避免由多个单自由度电机组合而采用复杂连接装置，简化了机械结构，能够降低光电跟踪系统的转动惯量，具有结构紧凑、机械特性好的特点；
本发明提出的球形电机驱动的T型光电跟踪转台，利用球形电机隔振能力强的优点，能够适应扰动形式更复杂的工作环境；
本发明提出的球形电机驱动的T型光电跟踪转台，以球关节作为连接，具有更小的摩擦；
本发明提出的球形电机驱动的T型光电跟踪转台转子输出轴从任意初始位置出发都能到达期望的连续轨迹，以上所述优点都将有利于提高光电跟踪系统的跟踪精度。
附图说明
图1是本发明提出的一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台的结构示意图。
图2是本发明提出的一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台的基座结构示意图。
图3是本发明所提光电跟踪转台跟踪水平运动目标的示意图。
具体实施方式
为使本技术领域的人员能够更进一步理解本发明的技术方法、特点和作用效果，兹举例以下实施例，并结合附图对具体实施方式做详细说明。
本发明提出的一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台，其结构示意图如图1所示，其包括基座1、球形电机定子2、球形电机转子3、中间平台4、左右边壳5、工作组件6、定子线圈7、转子永磁体8。
具体的，基座1上部安装球形电机定子2，所述部件间采用固连；基座1上部设计为凹球面结构，作为球形电机安装槽的壳体；球形电机定子2上设有圆形凹槽，如图2所示，圆形凹槽内安装有球形电机定子线圈7；定子线圈采用空心线圈，即不含铁芯，铜线绕组缠绕在直径为20mm的圆柱形塑料圈上，所述线圈成散射状分布。
具体的，球形电机转子3外部设计为球面，是球形电机的转动球芯，所述球芯表面设有散射状分布的圆形凹孔，孔内嵌入圆形永磁体8，在定子线圈上电后，定子线圈和永磁体相互作用，用于驱动球形电机转子运动。
具体的，球形电机转子3与中间平台4之间使用固连，所述中间平台既作为左右边壳5的支撑，又用于安装姿态测量传感器等传感器。
具体的，中间平台4与左右边壳5使用螺栓以及加强筋连接，方便进行拆卸；左右边壳内工作组件可以任意组合如粗电视、精电视、摄像机、测距机、热像仪、光源等满足不同任务需求，组件可根据需求进行增加或减少。
如图1所示，球形电机驱动的T型三轴光电跟踪转台主要有垂直轴(z轴)、滚动轴(x轴)、俯仰轴(y轴)，z轴垂直于地面，x轴与地平面平行且与工作组件端平面垂直，y轴平行于地面且与x、z轴两两正交，x轴即为视轴方向，当视轴指向水平时，x、y轴处于零位。z轴的工作范围为0～360°，y轴的工作范围根据安装角度的倾斜角的不同而不同，当安装面与水平面倾角为45°时，其工作范围为-2°～95°，x轴的工作范围为-25°～25°。
所述跟踪转台的工作原理为在定子线圈中通过不同大小和方向的电流，使得定子线圈产生不同大小和方向的磁场，该磁场与转子永磁体磁场相互作用，最终磁场叠加产生的合力驱动转子运动到所需位置。当所述跟踪转台处于工作模式时，由粗电视获取目标在视场中的位置，进而计算脱靶量，根据脱靶量大小的不同，由控制算法产生每个定子线圈所需的电流大小和方向，进而驱动该跟踪转台完成跟踪任务。
球形电机驱动的T型三轴光电跟踪转台能够有效避免跟踪盲区。如图3所示，假设空间中的目标位于点A处，其距离电视成像中心o的水平距离和垂直高度分别为x0和h0，该目标沿直线AB以速度v0经过时间Δt后运动到B点，方位z轴转过的角度为滚动轴转过的角度为θ，则：
则其方位轴和滚动轴的运动角速度分别为：
则其方位轴和滚动轴运动的加速度分别为：
当目标进入天顶盲区时，则x0将逐渐趋于零，此时方位的角速度和角加速度逐渐趋于无穷大；而当目标接近地平线时，由于h0将逐渐趋于零，因而滚动轴的角速度和角加速度逐渐趋于无穷大。由于本发明提出的结构具有三个自由度，因而通过控制其中两个特定轴运动和一个特定轴不运动，可以有效避免天顶盲区和地平线盲区。当目标位于天顶区域时，h0为较大数值，此时控制方位轴为当前位置，即方位轴速度和加速度为零，水平方向的脱靶量由滚动轴实现跟踪，由公式(4)和(6)可知，此时滚动轴的速度和加速度为有限值且容易达到，可以实现稳定跟踪。当目标进入地平线区域时，x0为较大数值，此时控制滚动轴速度和加速度为零，水平方向的脱靶量由方位轴实现跟踪，由公式(3)和(5)可知，此时方位轴的速度和加速度为有限值且容易达到，可以实现稳定跟踪。因而本发明可以有效的避免跟踪盲区。
本发明提出的结构利用球形电机体积小、力矩大、隔振能力强、运动灵活的特点，因而相比于传统T型跟踪转台，可以有效简化系统结构、减小转动惯量、增强系统的抗扰能力，有利于提高系统的跟踪精度。
以上所述仅是对本发明较佳的实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明非技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台，其特征在于：该跟踪转台包括基座(1)、球形电机定子(2)、球形电机转子(3)、中间平台(4)、左右边壳(5)和工作组件(6)，所述左右边壳(5)包括左边壳和右边壳；
所述基座(1)上安装有球形电机定子(2)，球形电机转子(3)与球形电机定子(2)通过球关节连接，球形电机转子(3)上安装所述中间平台(4)，中间平台(4)两端安装左右边壳(5)，左右边壳(5)内安装工作组件(6)；球形电机定子(2)上布置有球形电机定子线圈(7)；球形电机转子(3)上布置有球形电机转子永磁体(8)；球形电机转子(3)能够实现空间多自由度运动；整个跟踪转台呈字母“T”型结构。
2.根据权利要求1所述的一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台，其特征在于，所述跟踪转台还包括限制球形电机转子(3)运动的限位机构，所述限位机构由限位继电器和凸型块组成，所述球形电机定子(2)上设有所述限位继电器，所述电机转子(3)上设有所述凸型块，所述限位继电器中间为凹面，四周为凸面，所述凸面上设有橡胶垫，起缓冲作用，所述凹面为触发开关，当凸型块碰撞到限位继电器的凹面后，触发限位。
3.根据权利要求1所述的一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台，其特征在于，中间平台(4)上安装有姿态测量传感器，用于获取球形电机转子(3)的转动位置、速度以及加速度。
4.根据权利要求1所述的一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台，其特征在于，左右边壳(5)的前端盖板根据工作组件的数量而被配置相应数量的开孔。
5.根据权利要求1所述的一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台，其特征在于，所述工作组件(6)包括任意组合的粗电视系统、精电视系统和红外测距机，用于相应的任务需求。
6.根据权利要求1所述的一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台，其特征在于，所述基座(1)上部具有凹球面结构，作为球形电机定子(2)的安装槽。
7.根据权利要求1所述的一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台，其特征在于，所述球形电机定子(2)上设有多个圆形凹槽，用于安装球形电机定子线圈。
8.根据权利要求7所述的一种球形电机驱动的T型光电跟踪转台，其特征在于，所述定子线圈(7)采用空心线圈，不含铁芯，且铜线绕组缠绕在直径为20mm的圆柱形塑料圈上，所述定子线圈(7)成散射状分布。
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