CN207809284U - 高精度四自由度锁定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高精度四自由度锁定装置，包括动力单元、传动单元、V型块和电控单元，动力单元包括伺服电机和行星减速器，传动单元包括六对弧形锥齿轮组成的两个转向系结构和两对滑动丝杆组件，伺服电机带动行星减速器，行星减速器输出轴通过联轴器与转向系结构底部第一换向轴系相连，第一换向轴系通过第二换向轴系分别与两对滑动丝杆组件连接，滑动丝杆组件连接V型块。本实用新型不仅保证了侦察监视设备内部的车载惯性定位定向导航精度，同时与传统的方法相比大大提升了经济效率、可实施操作性。

Description

高精度四自由度锁定装置

技术领域

本实用新型涉及精密机械与伺服控制和定位定向领域，具体是一种高精度四自由度锁定装置。

背景技术

目前高精度定位定向导航设备已应用于车载侦察监视系统，单个定位定向导航设备的导航精度已很高，但是当其装载于车载系统，尤其安装于车载监视设备上时，由于行车过程中的路面颠簸、车辆加减速等振动与冲击效应带来定位定向设备在行车过程中与车体的连接位置关系发生变化，而这一变化无法预测或评估，这严重影响车载定位定向导航设备的精度，解决这一方法的通用途径是在车载系统内部安装两个惯性定位定向导航设备，其一用于修正安装于车载监视系统内部的惯性定位定向设备与车体位置变化，其经济性很差。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供了一种高精度四自由度锁定装置，不仅保证了侦察监视设备内部的车载惯性定位定向导航精度，同时与传统的方法相比大大提升了经济效率、可实施操作性。

本实用新型包括动力单元、传动单元、V型块和电控单元，动力单元包括伺服电机和行星减速器，传动单元包括六对弧形锥齿轮组成的两个转向系结构和两对滑动丝杆组件，伺服电机带动行星减速器，行星减速器输出轴通过联轴器与转向系结构底部第一换向轴系相连，第一换向轴系通过第二换向轴系分别与两对滑动丝杆组件连接，第一换向轴系将动力沿正负x轴方向传导到第二换向轴系，第二换向轴系将沿正负x轴方向的力通过y轴方向换向到负正x轴方向并传递到滑动丝杆组件，滑动丝杆组件包括在丝杆上滑动的丝母，丝母与V型块连接，传动单元推动丝母在丝杆上滑动从而带动V型块运动。

所述的电控单元包括电机驱动与控制模块、两个微动开关、两个高重复位置精度接近开关以及安装在电机尾部的编码器。电机驱动与控制模块为传感器、编码器、电机供电，并能够依据编码器、接近传感器、微动开关反馈的信息控制电机的正、反转以及电机需要转动的圈数。

所述的伺服电机为空心杯有刷直流伺服电机。

本实用新型有益效果在于：

1、相比于圆柱锁销锁紧的形式带来其在解锁时可能会出现由于车辆颠簸导致锁销无法解锁的现象，现行的锁紧方式借鉴机床滑台和燕尾槽的定位原理，选用最可靠性的定位方法——双V型块定位，但是双V型块存在过约束的缺陷，通过控制V型块运动精度克服了这一缺陷。当用于锁定光电稳台的V型块到达指定位置后，使用丝杠丝母螺旋副传动，丝母反向自锁的原理，实现惯性定位定向设备位置的完全定位和锁定。这一锁定方式大大降低了在车载装配过程中较高的装配工艺要求，提高了装配效率。

2、为保证单个电机分配给高精度四自由度锁定装置左右两侧的动力均衡，在传动设计时借鉴汽车前、后桥分配左、右轮动力的原理，改进齿轮机构，使高精度四自由度锁定装置左右侧获得均衡的动力输入。

高精度四自由度锁定装置由于尺寸控制和换向的要求，其传动需由四节传动组成，这给传动精度的设计与控制带来了较大的困难，在传动设计中改用选型的弧形锥齿轮、轴、轴承、轴套并分解传动设计精度到每个零件，依据精度要求设计了轴承座、输入轴、传动箱等关键零件，结合各节传动装配工艺要求，最终保证了左右侧V型块的重复位置精度在0.01mm以内，同时保证了推杆同步性输出的要求。

3、为保证V型块运动的精度、速度可调节性、零点位置的准确性、消除传动累积误差，高精度四自由度锁定装置选用伺服驱动，借用高重复定位精度传感器指示编码器零点位置的整体设计思路，设计了满足稳台锁紧机构需求的电控单元。嵌入式软件上通过精妙的算法克服了传感器的温漂误差和增量式编码器无绝对零点的缺陷。在上位机软件设计上，依据“分步集成测试后总装”原则，在分步测试中设计了传动单元传动精度测试、传感器精度测试、零位精度测试、PID参数设置测试等，在整机测试中设计了能够快速设置控制参数、进行位置调整、准确检验稳台锁紧机构各项功能、性能指标的界面。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为传动结构示意图。

图3为电控单元示意图。

图4为本实用新型运动控制原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型结构如图1所示，包括动力单元、传动单元、V型块和电控单元。动力单元包括伺服电机和行星减速器，传动单元如图2所示，包括六对弧形锥齿轮组成的两个转向系结构和两对滑动丝杆组件，伺服电机带动行星减速器，行星减速器输出轴通过联轴器与转向系结构底部第一换向轴系相连，第一换向轴系通过第二换向轴系分别与两对滑动丝杆组件连接，第一换向轴系将动力沿正负x轴方向传导到第二换向轴系，第二换向轴系将沿正负x轴方向的力通过y轴方向换向到负正x轴方向并传递到滑动丝杆组件，滑动丝杆组件包括在丝杆上滑动的丝母，丝母与V型块连接，传动单元推动丝母在丝杆上滑动从而带动V型块运动。

所述的电控单元如图3所示，包括电机驱动与控制模块、两个微动开关、两个高重复位置精度接近开关以及安装在电机尾部的编码器。电机驱动与控制模块为传感器、编码器、电机供电，并能够依据编码器、接近传感器、微动开关反馈的信息控制电机的正、反转以及电机需要转动的圈数。

所述的伺服电机为空心杯有刷直流伺服电机。

本实用新型运动控制原理框图如图4所示，主要通过以下方面实现：

1) 惯性定位定向设备的定位与锁紧：

相比于圆柱锁销锁紧的形式带来其在解锁时可能会出现由于车辆颠簸导致锁销无法解锁的现象，现行的锁紧方式借鉴机床滑台和燕尾槽的定位原理，选用最可靠性的定位方法——双V型块定位，但是双V型块存在过约束的缺陷，通过控制V型块运动精度克服了这一缺陷。当用于锁定光电稳台的V型块到达指定位置后，使用丝杠丝母螺旋副传动，丝母反向自锁的原理，实现惯性定位定向设备位置的完全定位和锁定。这一锁定方式大大降低了在车载装配过程中较高的装配工艺要求，提高了装配效率。

2) 单电机分动下的多节传动及其精度控制：

为保证单个电机分配给高精度四自由度锁定装置左右两侧的动力均衡，在传动设计时借鉴汽车前、后桥分配左、右轮动力的原理，改进齿轮机构，使高精度四自由度锁定装置左右侧获得均衡的动力输入。

高精度四自由度锁定装置由于尺寸控制和换向的要求，其传动需由四节传动组成，这给传动精度的设计与控制带来了较大的困难，在传动设计中改用选型的弧形锥齿轮、轴、轴承、轴套并分解传动设计精度到每个零件，依据精度要求设计了轴承座、输入轴、传动箱等关键零件，结合各节传动装配工艺要求，最终保证了左右侧V型块的重复位置精度在0.01mm以内，同时保证了推杆同步性输出的要求

3) 伺服驱动与控制技术：

为保证V型块运动的精度、速度可调节性、零点位置的准确性、消除传动累积误差，高精度四自由度锁定装置选用伺服驱动，借用高重复定位精度传感器指示编码器零点位置的整体设计思路，设计了满足稳台锁紧机构需求的电控单元。嵌入式软件上通过精妙的算法克服了传感器的温漂误差和增量式编码器无绝对零点的缺陷。在上位机软件设计上，依据“分步集成测试后总装”原则，在分步测试中设计了传动单元传动精度测试、传感器精度测试、零位精度测试、PID参数设置测试等，在整机测试中设计了能够快速设置控制参数、进行位置调整、准确检验稳台锁紧机构各项功能、性能指标的界面。

在整个工作过程中装置的V型块运动状态、负载状态、运动精度、运动行程会处于三个关键位置、两个过程，首先电控单元借助于传感器来为编码器寻找一个可靠的零位，这个零位作为编码器计算上锁所需电机转动圈数的零点（参考点），零点位置的精度直接影响V型块上锁到位的重复位置精度，零点位置的精度主要由控制精度、传感器精度决定；寻找到可靠的零点位置后， V型块继续向前运动，直到V型块的表面与稳台接触，接触之前的阶段传动单元处于空载运行状态，接触之后V型块表面橡胶垫挤压惯性定位定向导航设备的圆柱安装基面，直到惯性定位定向导航设备的圆形安装基面与V型块的中心重合， V型块停止运动。从V型块与惯性定位定向导航设备的圆形安装基面接触到V型块停止运动这一阶段，传动单元是带负载运动，由于锁定运动的行程是在设定电机转动圈数或转动角度的情形下获得的，因此上锁过程中V型块运动的位置精度和锁定精度主要由传动系统精度决定。

本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种高精度四自由度锁定装置，其特征在于：包括动力单元、传动单元、V型块和电控单元，动力单元包括伺服电机和行星减速器，传动单元包括六对弧形锥齿轮组成的两个转向系结构和两对滑动丝杆组件，伺服电机带动行星减速器，行星减速器输出轴通过联轴器与转向系结构底部第一换向轴系相连，第一换向轴系通过第二换向轴系分别与两对滑动丝杆组件连接，第一换向轴系将动力沿正负x轴方向传导到第二换向轴系，第二换向轴系将沿正负x轴方向的力通过y轴方向换向到负正x轴方向并传递到滑动丝杆组件，滑动丝杆组件包括在丝杆上滑动的丝母，丝母与V型块连接，传动单元推动丝母在丝杆上滑动从而带动V型块运动。

2.根据权利要求1所述的高精度四自由度锁定装置，其特征在于：所述的电控单元包括电机驱动与控制模块、两个微动开关、两个高重复位置精度接近开关以及安装在电机尾部的编码器。

3.根据权利要求1或2所述的高精度四自由度锁定装置，其特征在于：所述的伺服电机为空心杯有刷直流伺服电机。