CN207622771U - 一种万向三轴仿真转台组合导航测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种万向三轴仿真转台组合导航测试装置，装置包括：可全方位移动的三轴转台，包括上部转台主体和下部移动底盘两部分；三轴由U型外环、U型中环、O型内环组成，内环上部装置GPS和ADIS16355组合传感器和STM32控制系统板；移动底盘包括两固定轮和一万向轮实现全方位移动；GPS和惯性集成传感器ADIS16355实现组合导航，移动终端APP实现装置控制，通信方式采用支持IEEE802.11b/g/n的SPI接口高速RW009WIFI模块。本实用新型优点：可灵活移动，组合导航定位方式避免了单一导航系统误差随时间积累及易受外界因素干扰的不足，导航精度较高；移动终端APP控制，便捷、智能化，适合推广使用。

Description

一种万向三轴仿真转台组合导航测试装置

技术领域

本实用新型涉及的导航测试装置，具体为一种万向三轴仿真转台组合导航测试装置。

背景技术

目前还未发现基于可全方位移动的三轴仿真转台的组合导航设计，相关参数测量采用的传感器数量较多，使成本加大，系统稍复杂，相关融合算法较复杂；且大多采用单一导航方式，其不足之处是导航误差会随时间不断积累。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种万向三轴仿真转台组合导航测试装置，该导航测试装置即使不能完全解决所述技术缺陷，至少可以达到优化的目标。

本实用新型的技术方案如下：一种万向三轴仿真转台组合导航测试装置，主要包括手动调节阀A，U型中轴，三轴驱动电机A，内轴码盘，三轴驱动电机B，O型内轴，手动调节阀B，中轴码盘，三轴驱动电机C，U型外轴，外轴码盘，手动调节阀C，编码器及电机驱动信号接口，万向轮，固定轮，万向轮转轴，三轴电机信号接口A，编码器信号接口，三轴电机信号接口B，三轴转台台体，移动底盘，下位机控制系统。其特征在于：手动调节阀A连接到U型中轴侧面，U型中轴连接到U型外轴内侧，三轴驱动电机A安装于O型内轴下方，内轴码盘装置于O型内轴下侧，三轴驱动电机B安装于U型外轴前部，O型内轴安装于U型中轴之上，手动调节阀B连接到O型内轴侧面，中轴码盘安装于U型中轴左侧，三轴驱动电机C连接到U型中轴左侧，U型外轴安装于移动底盘之上，外轴码盘放置于外轴下侧，手动调节阀C通过转台台体连接到U型外轴侧面，万向轮装置在移动底座下方右侧，固定轮安装于移动底座下方左侧，万向轮转轴装于万向轮上方，三轴驱动电机信号接口A安装于转台台体前方，编码器及电机驱动信号接口安装于外轴底座前方，三轴电机信号接口B安装于外轴调节阀右侧，三轴转台台体位于装置上方，移动底盘位于下部组成整个测试装置，下位机控制系统装置于O型内轴之上。

一种万向三轴仿真转台的组合导航测试装置，其特征包括：

（1）三轴转台台体包括U型外轴、U型中轴、O型内轴三部分，U-U-O三部分由对应的电机驱动，且各配备一调节器，可对相关方向参数进行粗调节；

（2）三轴转台台体下方设计移动底盘，移动底盘结构包括两固定轮和一万向轮使得整个装置可全方位移动，以便对各个位置进行测试；

（3）惯性组合导航方法采用GPS和惯性集成传感器ADIS16355的组合方式，组合导航方法具体为：惯性集成传感器ADIS16355内部集成三轴加速度计和陀螺仪，用于测量三轴转台的运动状态；

（4）所述导航系统以三轴转台为测试平台，给转台装配可万向移动的平台，导航测试采用GPS和集成惯性传感器ADIS16355组合模块，两者结合进行测试模拟无人机俯仰、偏转、滚转等6个自由度的相关参数及导航定位、温度测试等；

（5）三个方向的运动状态：俯仰、偏转、滚转，传感器内部的温度传感器随时测量环境温度参数，GPS测量三轴转台的运动具体位置，通过集成传感器ADIS16355输出的转台状态（加速度、角速度）和温度等进12个参数，结合GPS单元的导航定位更加精确的模拟出无人飞行器的运动状态及实现导航定位功能。

（6）装置控制通过移动终端APP经无线WIFI实现，WIFI模块采用支持IEEE802.11b/g/n的SPI接口高速RW009WIFI模块。

（7）测试装置的控制通过移动终端APP实现，装置与移动终端间通信通过无线WIFI连接。

（8）GPS和集成惯性传感器ADIS16355组合采用松散组合方式，其中 GPS 和 SINS仍独立工作。用 GPS和惯导输出的位置和速度信息的差值作为量测值，经卡尔曼滤波器，估计惯导系统的误差，然后对惯导系统进行校正。

本实用新型的优点是：

（1）测试装置采用如附图1所示可全方位移动的三轴转台，包括上部转台主体和下部移动平台；测试装置包括：U型外环、U型中环、O型内环，且O型内环上部装置GPS和ADIS16355组合传感器和STM32控制系统平台,如附图2所示；装置下方安装结构包括两固定轮和一万向轮使得整个装置可全方位移动。

（2）仅使用一块惯性集成传感器ADIS16355，该传感器安装于O型内环平台上，实现对三轴转台的相关数据的采集，设备成本较低，适合推广使用。

（3）使用集成惯性传感器加GPS组合导航的方式，避免了单一导航中误差随时间积累的缺陷。

附图说明

图1 为本实用新型专利的三轴转台组合导航装置立体图。

图2 为本实用新型专利的测试下位机系统结构框图。

图3 为本实用新型专利的ADIS16355内部结构。

图4 为本实用新型专利的万向轮结构图。

图5 为本实用新型专利的三轴及编码器通信接口图。

图6 、7、8 为本实用新型专利的三轴驱动电机及粗调部分结构图。

附图中各部件标记如下，1—手动调节阀A，2—U型中轴，3-三轴驱动电机A，4—内轴码盘，5-三轴驱动电机B，6—O型内轴，7-手动调节阀B，8—中轴码盘，9-三轴驱动电机C，10—U型外轴，11—外轴码盘，12-手动调节阀C，13—编码器及电机驱动信号接口，14—万向轮，15—固定轮，16—万向轮转轴，17—三轴电机信号接口A，18—编码器信号接口，19-三轴电机信号接口B，20-三轴转台台体，21-移动底盘，22-下位机控制系统。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型发明的具体实施作进一步详述，以使发明的优点及特征更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围作出清楚明确的界定。

请参阅图1-8，本实用新型专利实施例包括：一种万向三轴转台组合导航测试装置主要包括：第一手动调节阀A，第二手动调节阀B，第三手动调节阀C，U型中轴2，O型内轴驱动电机A、U型外轴驱动电机B、U型中轴驱动电机C，内轴码盘4，O型内轴6，中轴码盘8，U型外轴10，外轴码盘11，编码器及电机驱动信号接口13，万向轮14，固定轮15，万向轮转轴16，三轴驱动电机信号接口17和19，编码器信号接口18，转台台体20，移动底盘21，下位机控制系统22组成；其特征在于：手动调节阀A、B、C通过转台台体连接到三轴侧面，U型中轴2连接到外轴和内轴间，O型内轴驱动电机3、U型外轴驱动电机5、U型中轴驱动电机9分别连接到三轴转轴，内轴码盘4装置于内轴下侧，O型内轴6安装于中轴之上，且图2所示下位机控制系统装置于O型内轴之上，中轴码盘8安装于中轴左侧，U型外轴10安装于基座之上，外轴码盘11放置于外轴下侧，编码器及电机驱动信号接口13安装于外轴基座前方，万向轮14装置在基座下方右侧，固定轮15安装于基座下方左侧，万向轮转轴16装于万向轮上方，三轴驱动电机信号接口17和19分别安装于台体前方及外轴调节阀右侧，编码器信号接口18放置于13中间部分。

测试装置平台为可万向移动的三轴转台，用于实现位置、速度、加速度等自由度数据的实时采集与处理。

下位机控制部分主控CPU采用ARM公司系列STM32F103RCT6芯片，用于实现下位机系统控制，无线通信及实时显示等功能。

组合导航传感器部分下位机采用GPS和集成惯性传感器ADIS16355组合，集成陀螺仪与加速度计，用于实现对导航定位信号的较精确采集。

下位机显示采用TFTLCD液晶屏，用于采集信号的实时更新显示。

测试装置通过移动终端APP应用WIFI无线通信方式实现实时控制，WIFI模块采用支持IEEE802.11b/g/n的SPI接口高速RW009WIFI模块。

如图2所示，为下位机控制系统硬件框图，装置控制通过移动终端APP经过无线WIFI实现，导航实现由GPS/INS（ADIS16355）组合方式，测试数据由TFTLCD液晶实时显示。下位机系统板安装于O型内轴平台上。

如图3所示，为集成惯性传感器ADIS16355内部结构图，其内部集成三轴陀螺仪与加速度计，实现6自由度导航信息的实时检测，其右侧扩展出SPI通信接口，可实现与SPI接口高速RW009WIFI模块连接以实现由移动终端APP对测试装置的控制。

如图4、5、6、7、8所示，为测试装置各部分细节展示，可方便读者更清晰的了解装置构造。

本实用新型专利的工作原理为：本实用新型应用一个集成惯性传感器实现对三轴转台的相关数据采集，成本较低，且使用集成惯性传感器与GPS组合实现导航定位避免了单一导航系统的误差随时间积累及易受外界因素干扰的不足，导航精度较高。测试装置平台为可万向移动的三轴转台，可全方位实现导航定位信息采集，下位机控制部分应用传感器组合方式，由GPS和集成惯性传感器ADIS16355组合，其中包括三轴陀螺仪与加速度计，温度传感器等，实现6自由度包括俯仰、偏转、滚转等的相关参数及导航定位、温度测试。装置控制通过移动终端APP实现，通信采用无线WIFI。该装置组合方式灵活，传感器可自由组合实现不同信号的检测与采集。

以上所述仅为本实用新型专利的实施例，不会因此限制本实用新型的专利范围，利用本实用新型专利说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或间接运用于其他相关技术领域，均同理包括在本实用新型专利的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种万向三轴仿真转台组合导航测试装置，主要包括手动调节阀A，U型中轴，三轴驱动电机A，内轴码盘，三轴驱动电机B，O型内轴，手动调节阀B，中轴码盘，三轴驱动电机C，U型外轴，外轴码盘，手动调节阀C，编码器及电机驱动信号接口，万向轮，固定轮，万向轮转轴，三轴电机信号接口A，编码器信号接口，三轴电机信号接口B，三轴转台台体，移动底盘，下位机控制系统；其特征在于：手动调节阀A连接到U型中轴侧面，U型中轴连接到U型外轴内侧，三轴驱动电机A安装于O型内轴下方，内轴码盘装置于O型内轴下侧，三轴驱动电机B安装于U型外轴前部，O型内轴安装于U型中轴之上，手动调节阀B连接到O型内轴侧面，中轴码盘安装于U型中轴左侧，三轴驱动电机C连接到U型中轴左侧，U型外轴安装于移动底盘之上，外轴码盘放置于外轴下侧，手动调节阀C通过转台台体连接到U型外轴侧面，万向轮装置在移动底座下方右侧，固定轮安装于移动底座下方左侧，万向轮转轴装于万向轮上方，三轴驱动电机信号接口A安装于转台台体前方，编码器及电机驱动信号接口安装于外轴底座前方，三轴电机信号接口B安装于外轴调节阀右侧，三轴转台台体位于装置上方，移动底盘位于下部组成整个测试装置，下位机控制系统装置于O型内轴之上。