CN209328355U - 一种用于瞄准装置的双轴平台教学仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于瞄准装置的双轴平台教学仪器，包括：调平底座、第一转轴、U形支撑架、载物平台、六自由度惯性传感器、摄像头、第一驱动单元和第二驱动单元；第一转轴的一端与调平底座连接，另一端与U形支撑架的外底面连接，第一转轴可绕第一转轴的中心轴线转动；载物平台设置在U形支撑架的U形口内，载物平台的中心正对第一转轴的中心轴线，载物平台的两端分别与U形支撑架的两内侧面可转动地连接，使载物平台可绕载物平台的沿水平方向的中心轴线转动；六自由度惯性传感器和摄像头均设置在载物平台上，位于载物平台的中心；第一驱动单元用于驱动第一转轴转动，第二驱动单元用于驱动载物平台转动。该仪器使学生直观感受空间稳定的效果。

Description

一种用于瞄准装置的双轴平台教学仪器

技术领域

本实用新型涉及双轴平台技术领域，尤其涉及一种用于瞄准装置的双轴平台教学仪器。

背景技术

武器装备、无人平台等等往往造价比较高昂，体积比较大，不方便拆装。因此，通过拆装这些设备以便在教学中演示的难度大。即使从理论上向学生阐述了空间稳定控制的原理，但无实物演示，学生仍然较难感受到空间稳定的效果，难以掌握瞄准线稳定原理以及载体设备空间稳定原理。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种用于瞄准装置的双轴平台教学仪器，以解决现有仪器设备难以向学生实物演示空间稳定控制的效果的问题。

本实用新型实施例提供一种用于瞄准装置的双轴平台教学仪器，包括：调平底座、第一转轴、U形支撑架、载物平台、六自由度惯性传感器、摄像头、第一驱动单元和第二驱动单元；所述第一转轴的一端与所述调平底座连接，所述第一转轴的另一端与所述U形支撑架的外底面连接，且所述第一转轴可绕所述第一转轴的中心轴线转动；所述载物平台设置在所述U形支撑架的U形口内，所述载物平台的中心正对所述第一转轴的中心轴线，且所述载物平台的两端分别与所述U形支撑架的两内侧面可转动地连接，使所述载物平台可绕所述载物平台的沿水平方向的中心轴线转动；所述六自由度惯性传感器和所述摄像头均设置在所述载物平台上，且位于所述载物平台的中心；所述第一驱动单元用于驱动所述第一转轴转动，所述第二驱动单元用于驱动所述载物平台转动。

进一步，还包括：激光发射器，所述激光发射器设置在所述载物平台上，所述激光发射器发射的激光线所在的直线平行于所述载物平台的表面，且垂直于所述载物平台的沿水平方向的中心轴线，且与所述第一转轴的中心轴线所在的直线相交。

进一步，还包括：第一水平仪，所述第一水平仪设置在所述载物平台上。

进一步，还包括：第二水平仪和支撑平台，所述支撑平台设置在所述调平底座上，所述第二水平仪设置在所述支撑平台上。

进一步，所述第一驱动单元包括：第一电机和第一编码器，所述第一电机固定在所述支撑平台的下表面上，所述第一编码器通过固定支架固定在所述调平底座上，所述第一电机和所述第一编码器均与所述第一转轴连接，所述第一电机用于驱动所述第一转轴转动，所述第一编码器用于指示所述第一电机驱动所述第一转轴转动的角度，其中，所述第一转轴转动的角度为所述六自由度惯性传感器检测得到的水平向的转动角度。

进一步，还包括：两根第二转轴，所述载物平台的两端分别通过一所述第二转轴与所述U形支撑架的两内侧面可转动地连接。

进一步，所述第二驱动单元包括：第二电机和第二编码器，所述第二电机和所述第二编码器分别固定在所述U形支撑架的两外侧面上；所述第二电机与一所述第二转轴连接，用于驱动所述第二转轴转动；所述第二编码器与另一所述第二转轴连接，用于指示所述第二电机驱动所述第二转轴转动的角度，其中，所述第二转轴转动的角度为所述六自由度惯性传感器检测得到的俯仰向的转动角度。

进一步：所述摄像头和所述激光发射器均设置在所述载物平台的一表面上，所述六自由度惯性传感器设置在所述载物平台的相对的另一表面上。

进一步：所述六自由度惯性传感器与所述载物平台通过螺杆连接，且通过螺母锁紧，所述螺杆的两端各套设有一减震垫。

进一步，还包括：控制器和电源，所述调平底座的上表面形成容纳箱，所述控制器和所述电源置于所述容纳箱内，所述控制器分别与所述电源、所述六自由度惯性传感器、所述第一驱动单元和所述第二驱动单元电连接，所述电源还分别与所述六自由度惯性传感器、所述第一驱动单元和所述第二驱动单元电连接。

这样，本实用新型实施例中，仅仅搭载一个六自由度惯性传感器就可以检测由于震动等原因造成的第一转轴和载物平台的转动角度，从而可使第一驱动单元和第二驱动单元分别驱动第一转轴和载物平台向相反方向转动同样的角度，以便保持摄像头和激光发射器的位置稳定；且通过摄像头采集的图像以及激光发射器的激光发射线可以直观地感受摄像头及激光发射器的位置的稳定；整个装置结构简单，可有效地模拟武器设备等在实际操作过程中遇到颠簸而保持稳定的场景，从而使学生直观地感受空间稳定的效果，有利于学生掌握瞄准线稳定原理以及载体设备空间稳定原理。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的用于瞄准装置的双轴平台教学仪器的立体图；

图2是本实用新型实施例的用于瞄准装置的双轴平台教学仪器的前视图；

图3是本实用新型实施例的用于瞄准装置的双轴平台教学仪器的俯视图；

图4是本实用新型实施例的用于瞄准装置的双轴平台教学仪器的载物平台的局部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种用于瞄准装置的双轴平台教学仪器。如图1所示，该教学仪器包括：调平底座1、第一转轴2、U形支撑架3、载物平台4、六自由度惯性传感器5、摄像头6、第一驱动单元和第二驱动单元。

该调平底座1可以是现有技术的任意一种形式的底座，起到将自身调整为水平的作用。例如，调平底座1为底部带有螺孔和调平螺栓101的底座。调平螺栓101从调平底座1的底部插入螺孔。一般的，调平底座1的螺孔均匀分布。例如，当调平底座1是圆形的，则可设置三个呈三角形均匀分布的螺孔。当调平底座1是四边形的，可在四个角上各设置一个螺孔。当由于放置该教学仪器的表面不平造成调平底座1不水平，或者，由于该仪器上的元件的位置造成调平底座1不水平等等情况发生时，可通过调整调平螺栓101插入螺孔的深度，以实现自身的调平。

第一转轴2的一端与调平底座1连接，第一转轴2的另一端与U形支撑架3的外底面连接，且第一转轴2可绕第一转轴2的中心轴线转动，从而可带动U形支撑架3绕第一转轴2的中心轴线转动。

载物平台4设置在U形支撑架3的U形口内。载物平台4的中心正对第一转轴2的中心轴线，且载物平台4的两端分别与U形支撑架3的两内侧面可转动地连接，使载物平台4可绕载物平台4的沿水平方向的中心轴线转动。具体的，该教学仪器还可以包括：两根第二转轴7。载物平台4的两端分别通过一第二转轴7与U形支撑架3的两内侧面可转动地连接。两根第二转轴7的位置相对，且分别与载物平台4的两端的中心连接，因此，两根第二转轴7均位于载物平台4的沿水平方向的中心轴线上。

六自由度惯性传感器5和摄像头6均设置在载物平台4上，且位于载物平台4的中心。例如，摄像头6设置在载物平台4的一表面上，六自由度惯性传感器5设置在载物平台4的相对的另一表面上。当使用该教学仪器进行教学时，为了便于操作，一般使摄像头6所在的载物平台4的一表面朝上，六自由度惯性传感器5所在的载物平台4的另一表面朝下。其中，六自由度惯性传感器5可以采用ADIS16405芯片。ADIS16405芯片内置一个三轴陀螺仪，一个三轴加速度计以及磁力计，采用SPI数据接口，可以实时输出陀螺仪、加速度计以及磁力计检测的数值。六自由度惯性传感器5的检测精度较高。因此，只需要采用一个六自由度惯性传感器5，就可同时获取六自由度惯性传感器5所在位置的水平向和俯仰向的角速度，从而可进一步获取因载体运动或外力干扰导致的第一转轴2和载物平台4转动而产生的转动角度，并使得该教学仪器的结构简单，体积减小。该摄像头6可用无线摄像头或者有线摄像头。摄像头6相当于瞄准装置，用于采集图像，通过摄像头6采集的图像的变化，可以直观地反映该教学仪器在水平向和俯仰向的空间稳定效果。

第一驱动单元用于驱动第一转轴2转动。第二驱动单元用于驱动载物平台4转动。

使用该教学仪器进行教学时，可首先通过第二驱动单元驱动载物平台4转动到水平或设定的状态并保持。当因载体运动或外力干扰等因素导致该载物平台4或者第一转轴2转动时，六自由度惯性传感器5可感知所在位置的水平向和俯仰向的角速度，从而可得到第一转轴2的转动角度(即水平向转动角度)以及载物平台4在俯仰向的转动角度。根据第一转轴2的转动角度，可通过第一驱动单元使第一转轴2向相反方向转动相同的角度，从而可以保持载物平台4在水平向的位置不变；根据载物平台4在俯仰向的转动角度，可通过第二驱动单元使载物平台4向相反方向转动相同的角度，从而可以保持载物平台4在俯仰向的位置不变；通过摄像头6采集的图像的变化，可以确定该教学仪器是否保持了空间稳定，从而使学生直观地感受空间稳定的效果，有利于学生掌握瞄准线稳定原理以及载体设备空间稳定原理。

优选的，本实用新型实施例的教学仪器还可以模拟双瞄装置。具体的，该教学仪器还包括：激光发射器8。该激光发射器8与摄像头6一起组成双瞄结构。激光发射器8设置在载物平台4上。激光发射器8发射的激光线所在的直线平行于载物平台4的表面，且垂直于载物平台4的沿水平方向的中心轴线，且与第一转轴2的中心轴线所在的直线相交。优选的，摄像头6和激光发射器8均设置在载物平台4的一表面上。具体的，如图1所示，激光发射器8可以设置在摄像头6的正前方。激光发射器8可以向前方发射激光瞄准线，摄像头6可采集激光瞄准线在水平向和俯仰向的变化，以便确定该教学仪器是否保持了稳定，从而使学生直观地感受空间稳定的效果，有利于学生掌握瞄准线稳定原理以及载体设备空间稳定原理。

在本实用新型一优选的实施例中，该教学仪器还包括：第一水平仪9。第一水平仪9设置在载物平台4上。如图1所示，第一水平仪9设置在载物平台4的设置有摄像头6的一表面上。第一水平仪9起到安装该教学仪器时或使用该教学仪器开始演示前，预先检测载物平台4是否处于水平的作用。具体的，可通过在载物平台4增加配重的方式，使载物平台4保持水平。例如，载物平台4上可均匀设置多个通孔。该教学仪器可包括多个配重杆。配重杆可插入适合位置的通孔内，以使载物平台4承载的重量均衡，从而可保持水平。该配重杆包括插入杆和设置在插入杆的一端的限位帽。插入杆的直径与通孔的直径匹配，以便可插入通孔内。限位帽的直径大于通孔的直径，以便避免配重杆从通孔中脱落。应当理解的是，本技术方案并不以此为限，还可以通过其他方式增加配重。

使用该教学仪器开始演示前，为了进一步使载物平台4保持水平，该教学仪器还可以包括：第二水平仪10和支撑平台11。支撑平台11设置在调平底座1上，第二水平仪10设置在支撑平台11上。例如，第二水平仪10位于支撑平台11的上表面上。具体的，支撑平台11可通过至少三根支撑柱12支撑。支撑柱12的一端设置在调平底座1上，支撑柱12的另一端连接支撑平台11。第二水平仪10起到使用该教学仪器开始演示前，预先检测支撑平台11是否处于水平的作用，以便预先通过调平底座1将支撑平台11调整到水平。由于支撑平台11设置在调平底座1上，因此，第二水平仪10的检测结果可间接表明调平底座1是否水平。调平底座1支撑整个教学仪器，因此，当调平底座1水平时，可更有利于实现载物平台4的水平。具体的，在初始校准的过程中，根据第二水平仪10的检测结果，通过调整调平底座1可使支撑平台11水平。

在本实用新型一优选的实例中，第一驱动单元包括：第一电机13和第一编码器14。第一电机13固定在支撑平台11的下表面上。第一编码器14通过固定支架15固定在调平底座1上。该固定支架15还可以起到保护第一编码器14的作用。第一电机13和第一编码器14均与第一转轴2连接。第一电机13用于驱动第一转轴2转动。第一编码器14用于指示第一电机13驱动第一转轴2转动的角度，其中，第一转轴2转动的角度为六自由度惯性传感器5检测得到的水平向的转动角度。应当理解的是，本实用新型的第一驱动单元还可以是其他形式，只要具有驱动第一转轴2转动的功能即可。根据第一编码器14指示的转动角度，可以更为精确地控制第一电机13的输出，从而使得第一转轴2转动的角度更加准确，以便保持摄像头6和激光发射器8在水平向的位置不变。同样的，第二驱动单元包括：第二电机16和第二编码器17。第二电机16和第二编码器17分别固定在U形支撑架3的两外侧面上。第二电机16与一第二转轴7连接，用于驱动第二转轴7转动。第二编码器17与另一第二转轴7连接，用于指示第二电机16驱动第二转轴7转动的角度，其中，第二转轴7转动的角度为六自由度惯性传感器5检测得到的俯仰向的转动角度。应当理解的是，本实用新型的第二驱动单元还可以是其他形式，只要具有驱动第二转轴7转动的功能即可。根据第二编码器17指示的转动角度，可以更为精确地控制第二电机16的输出，从而使得第二转轴7转动的角度更加准确，以便保持摄像头6和激光发射器8在俯仰向的位置不变。综上，在该教学仪器演示瞄准线稳定原理时，通过六自由度惯性传感器5的检测，最终得到第一转轴2和第二转轴7转动的角度，第一编码器14和第二编码器17分别根据第一转轴2和第二转轴7转动的角度，使第一电机13和第二电机16分别反转相应的角度。具体的，第一电机13和第二电机16可采用永磁直流电机。电机和编码器的组合，使得该教学仪器的体积较小，成本较低，可达到教学效果，满足教学仪器要求。

在本实用新型一优选的实施例中，六自由度惯性传感器5与载物平台4通过螺杆18连接，且通过螺母19锁紧。应当理解的是，螺杆18的数量可根据实际情况确定，一般多个螺杆18对称分布，以便可以稳定连接。螺杆18上的两端各套设有一减震垫20。这种连接方式是一种硬性连接方式，当载物平台4俯仰运动时，其产生的振动会对六自由度惯性传感器5造成影响，通过在螺杆18两端各套设一减震垫20，可达到双向减震的效果，减小载物平台4运动对六自由度惯性传感器5的影响。优选的，该六自由度惯性传感器5可设置有连接板501。螺杆18的一端的螺母19将一减震垫20压接在载物平台上，螺杆18的另一端的螺母19将另一减震垫20压接在连接板501上。

优选的，该教学仪器还包括：控制器和电源。在本实用新型一优选的实例中，调平底座1的上表面形成容纳箱102。控制器和电源置于容纳箱102内。应当理解的是，控制器和电源也可以不设置在调平底座1上，例如，与该教学仪器的主体分开设置，则调平底座1的上表面无需形成容纳箱102。控制器分别与电源、六自由度惯性传感器5、第一驱动单元(第一电机13和第一编码器14)和第二驱动单元(第二电机16和第二编码器17)电连接。具体的，控制器可通过驱动电路来连接相应的元件。控制器选用TI公司的DSP28335芯片。DSP28335芯片可以实时获取六自由度惯性传感器5采集的信息，得到第一转轴2和载物平台4需要回转的角度，从而可控制第一电机13和第二电机16分别转动，补偿第一转轴2和载物平台4由于自身运动或受外力干扰等产生的干扰力矩，使载物平台4在水平向和俯仰向均保持稳定。此外，该控制器还可以通过接口与外部设备连接，从而可输出检测和调整结果等等。

电源还分别与六自由度惯性传感器5、第一驱动单元(第一电机13和第一编码器14)和第二驱动单元(第二电机16和第二编码器17)电连接，用于向这些元件供电。

应当理解的是，当调平底座1的上表面形成容纳箱102时，前述设置在调平底座1上的元件可设置在容纳箱102的上表面。

综上，本实用新型实施例的用于瞄准装置的双轴平台教学仪器，结构简单，体积较小，检测精度较高，且可精确控制转动角度，从而可以较好地保持载物平台4的位置稳定，使学生直观地感受空间稳定的效果，有利于学生掌握瞄准线稳定原理以及载体设备空间稳定原理。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于瞄准装置的双轴平台教学仪器，其特征在于，包括：调平底座、第一转轴、U形支撑架、载物平台、六自由度惯性传感器、摄像头、第一驱动单元和第二驱动单元；

所述第一转轴的一端与所述调平底座连接，所述第一转轴的另一端与所述U形支撑架的外底面连接，且所述第一转轴可绕所述第一转轴的中心轴线转动；

所述载物平台设置在所述U形支撑架的U形口内，所述载物平台的中心正对所述第一转轴的中心轴线，且所述载物平台的两端分别与所述U形支撑架的两内侧面可转动地连接，使所述载物平台可绕所述载物平台的沿水平方向的中心轴线转动；

所述六自由度惯性传感器和所述摄像头均设置在所述载物平台上，且位于所述载物平台的中心；

所述第一驱动单元用于驱动所述第一转轴转动，所述第二驱动单元用于驱动所述载物平台转动。

2.根据权利要求1所述的双轴平台教学仪器，其特征在于，还包括：激光发射器，所述激光发射器设置在所述载物平台上，所述激光发射器发射的激光线所在的直线平行于所述载物平台的表面，且垂直于所述载物平台的沿水平方向的中心轴线，且与所述第一转轴的中心轴线所在的直线相交。

3.根据权利要求1所述的双轴平台教学仪器，其特征在于，还包括：第一水平仪，所述第一水平仪设置在所述载物平台上。

4.根据权利要求1所述的双轴平台教学仪器，其特征在于，还包括：第二水平仪和支撑平台，所述支撑平台设置在所述调平底座上，所述第二水平仪设置在所述支撑平台上。

5.根据权利要求4所述的双轴平台教学仪器，其特征在于，所述第一驱动单元包括：第一电机和第一编码器，所述第一电机固定在所述支撑平台的下表面上，所述第一编码器通过固定支架固定在所述调平底座上，所述第一电机和所述第一编码器均与所述第一转轴连接，所述第一电机用于驱动所述第一转轴转动，所述第一编码器用于指示所述第一电机驱动所述第一转轴转动的角度，其中，所述第一转轴转动的角度为所述六自由度惯性传感器检测得到的水平向的转动角度。

6.根据权利要求1所述的双轴平台教学仪器，其特征在于，还包括：两根第二转轴，所述载物平台的两端分别通过一所述第二转轴与所述U形支撑架的两内侧面可转动地连接。

7.根据权利要求6所述的双轴平台教学仪器，其特征在于，所述第二驱动单元包括：第二电机和第二编码器，所述第二电机和所述第二编码器分别固定在所述U形支撑架的两外侧面上；所述第二电机与一所述第二转轴连接，用于驱动所述第二转轴转动；所述第二编码器与另一所述第二转轴连接，用于指示所述第二电机驱动所述第二转轴转动的角度，其中，所述第二转轴转动的角度为所述六自由度惯性传感器检测得到的俯仰向的转动角度。

8.根据权利要求2所述的双轴平台教学仪器，其特征在于：所述摄像头和所述激光发射器均设置在所述载物平台的一表面上，所述六自由度惯性传感器设置在所述载物平台的相对的另一表面上。

9.根据权利要求1所述的双轴平台教学仪器，其特征在于：所述六自由度惯性传感器与所述载物平台通过螺杆连接，且通过螺母锁紧，所述螺杆的两端各套设有一减震垫。

10.根据权利要求1所述的双轴平台教学仪器，其特征在于，还包括：控制器和电源，所述调平底座的上表面形成容纳箱，所述控制器和所述电源置于所述容纳箱内，所述控制器分别与所述电源、所述六自由度惯性传感器、所述第一驱动单元和所述第二驱动单元电连接，所述电源还分别与所述六自由度惯性传感器、所述第一驱动单元和所述第二驱动单元电连接。