CN210036744U - 一种便于器件拆卸的轻量化imu框架及imu系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便于器件拆卸的轻量化IMU框架及IMU系统，所述框架包括由12根方形条组成的立方体框架本体，立方体每个面的四根方形条均设有向立方体内部凹陷的限位台阶，四根方形条的限位台阶相连通围成用于安装IMU的PCB板的安装槽，所述安装槽底面设有用于固定PCB板的螺纹孔一，安装槽内侧壁面开设向内凹陷的便于拆装PCB板的凹槽；立方体框架至少一个面的安装槽内设有进一步向底面和侧壁面凹陷的电线安装槽；所述系统包括上述框架及安装在该框架上的IMU。本实用新型提供的便于器件拆卸的轻量化IMU框架，结构简单，体积小，重量轻，方便IMU安装与拆卸。

Description

一种便于器件拆卸的轻量化IMU框架及IMU系统

技术领域

本实用新型涉及电子设备技术领域，特别涉及一种便于器件拆卸的轻量化IMU框架及 IMU系统。

背景技术

IMU(Inertialmeasurementunit)，即惯性测量单元，是测量物体三轴姿态角(或角速率) 以及加速度的装置。一般的，一个IMU包含三颗单轴的加速度计和三颗单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态，在导航中有着很重要的应用价值。

IMU框架就是将三颗陀螺和三颗加速度计进行固定，合理分布其位置，使其发挥作用，协同工作的安装框架，IMU框架的设计可以直接影响整个IMU的性能指标。目前IMU框架设计需要重点解决以下问题：

1、尺寸。随着各应用场景对导航系统小型化、系统化的发展需求，IMU也在朝着小型化的方向发展，而IMU框架的大小决定了IMU的整体尺寸，这也就意味着要在有限的空间内，合理地进行IMU框架的设计，充分利用空间，使得各惯性器件协同工作。

2、易拆卸。IMU属于捷联式惯导，意味着三颗加速度计和三颗陀螺，只要其中一颗发生故障，那么整个IMU就无法工作，所以在设计IMU框架时，要使得IMU框架上的加速度计和陀螺易于拆卸，并且可以单颗更换而不影响其他元件。

3、可以满足恶劣的工作环境。因为IMU的工作环境非常极端，可能有高低温、强震动等，所以IMU框架也要考虑环境因素，在恶劣环境下要保持稳定性。

目前市场上的IMU框架主要存在的问题有：1、尺寸大，结构复杂，不符合IMU小型化的发展趋势；2、不易拆卸，尤其是不满足单颗更换不影响其他元件的要求；3、稳定性差，在高低温、强震动等复杂工作环境中很容易发生变形，使IMU测试结果出现偏差。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种结构简单、IMU拆卸方便、稳定性好、小体积轻量化的IMU框架及IMU系统。

本实用新型的技术方案如下：

一种便于器件拆卸的轻量化IMU框架，包括由12根方形条组成的立方体框架本体，立方体每个面的四根方形条均设有向立方体内部凹陷的限位台阶，四根方形条的限位台阶相连通围成用于安装IMU的PCB板的安装槽，所述安装槽底面设有用于固定PCB板的螺纹孔一，安装槽内侧壁面开设向内凹陷的便于拆装PCB板的凹槽。

作为优选，所述立方体框架为一体成型。

作为优选，所述立方体框架通过12根方形条和8个三向接头连接而成，立方体框架8个顶角位置分别通过一个三向接头固定三个方形条端口。

作为优选，所述安装槽中设有弹性减震垫，所述弹性减震垫对应螺纹孔一处设有相同直径的孔。

作为优选，所述立方体框架至少一个面的安装槽内设有进一步向底面和侧壁面凹陷的电线安装槽。

作为优选，所述电线安装槽的两面与两面夹角处均为弧形。

作为优选，所述框架底面四角处分别设有相同的底座，所述底座中心设有螺纹孔二。

本实用新型还提供一种IMU系统，包括上述框架、以及安装在该框架上的IMU。

作为优选，所述IMU包括安装在框架左侧面的第一PCB板，所述第一PCB板朝外的一面设有MEMS陀螺仪，所述MEMS陀螺仪敏感轴垂直于安装面，第一PCB板朝内的一面设有MEMS加速度计，所述MEMS加速度计的敏感方向平行于安装面；

安装在框架上侧面的第二PCB板，所述第二PCB板朝外的一面设有MEMS加速度计，所述MEMS加速度计的敏感方向平行于安装面，第二PCB板朝内的一面设有MEMS陀螺仪，所述MEMS陀螺仪敏感轴垂直于安装面；

安装在框架后侧面的第三PCB板，所述第三PCB板朝外的一面设有MEMS陀螺仪，所述MEMS陀螺仪敏感轴垂直于安装面；

安装在框架右侧面的第四PCB板，所述第四PCB板朝内的一面设有MEMS加速度计，所述MEMS加速度计的敏感方向平行于安装面；

安装在框架下侧面的第五PCB板，所述第五PCB板上设有MCU与电源，第五PCB板分别于第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板、第四PCB板相连，为其供电与运算。

本实用新型的有益效果是：

1、通过设置由12根方形条组成的立方体框架本体，能够减轻框架重量，且能够很好地释放高低温环境下结构产生的应力，提高框架稳定性。

2、通过在立方体每个面的四根方形条均设有向立方体内部凹陷的限位台阶，四根方形条的限位台阶相连通围成用于安装IMU的PCB板的安装槽，安装槽底面设有用于固定PCB板的螺纹孔一，能够使IMU的PCB板通过螺钉可拆卸限位安装在安装槽中，也使得框架每个面仅比IMU稍大一些，从而减小框架体积。

3、通过在安装槽内侧壁面开设向内凹陷的便于拆装PCB板的凹槽，能够方便IMU的PCB 板放置和取出。

4、通过在立方体框架至少一个面的安装槽内设有进一步向底面和侧壁面凹陷的电线安装槽，能够在立方体每个面安装了IMU密封后通过电线安装槽使电线伸入框架内连接各面的 IMU，且该电线安装槽未直接向框架内部贯穿，避免减小框架刚度；且避免电线直接在框架外部与IMU连接，电线容易损坏且影响整体美观整洁性。

5、通过设置框架为立方体，能够方便设计IMU敏感轴的方向，使IMU计算更加方便。

6、通过设置立方体框架为一体成型，能够提高框架刚度，且不需要组装，节省人力。

7、通过设置立方体框架为通过12根方形条和8个三向接头连接而成，立方体框架8个顶角位置分别通过一个三向接头固定三个方形条端口，能够方便更换损坏方形条，避免一根损坏，整体浪费的情况发生，节省资源。

8、通过在安装槽中设置弹性减震垫，所述弹性减震垫对应螺纹孔处设有相同直径的孔，能够吸收消耗震动，避免IMU损伤。

9、通过设置电线安装槽的两面与两面夹角处均为弧形，能减小电线与电线安装槽的摩损，提高电线使用寿命。

10、通过在框架底面四角处分别设有相同的底座，所述底座中心设有螺纹孔，能够方便封装外壳，且底座能使下表面的IMU与外壳间形成一定空间，避免接触产生应力且能通过该空间释放高低温环境下结构产生的应力。

11、通过设置包括框架、以及安装在该框架上的IMU的IMU系统，利用其合理分布位置的陀螺仪和加速度计，测量物体的三轴姿态角(或角速率)以及加速度。

12、通过保留框架正面空间不放置PCB板，能够方便后期使用IMU系统时，与其他器件如接插件等的连接具有足够空间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本实用新型便于器件拆卸的轻量化IMU框架的立体结构示意图。

图2为本实用新型便于器件拆卸的轻量化IMU框架的仰视结构示意图。

图3为本实用新型便于器件拆卸的轻量化IMU框架的电线安装槽局部放大结构示意图。

图4为本实用新型IMU系统的立体结构示意图。

图5为本实用新型IMU系统的仰视结构示意图。

图中标号：

1-方形条、2-安装槽、3-螺纹孔一、4-弹性减震垫、5-凹槽、6-电线安装槽、7-底座、8- 螺纹孔二、9-三向接头、10-第一PCB板、11-MEMS陀螺仪、12-MEMS加速度计、13-第二 PCB板、14-第三PCB板、15-第四PCB板、16-第五PCB板、17-MCU、18-电源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1-3所示，本实用新型提供一种便于器件拆卸的轻量化IMU框架，包括由12根方形条1组成的立方体框架本体，立方体每个面的四根方形条1均设有向立方体内部凹陷的限位台阶，四根方形条1的限位台阶相连通围成用于安装IMU的PCB板的安装槽2，安装槽2底面设有用于固定PCB板的螺纹孔一3，安装槽2中设有弹性减震垫4，所述弹性减震垫4 对应螺纹孔一3处设有相同直径的孔。安装槽2内侧壁面开设向内凹陷的便于拆装PCB板的凹槽5，立方体框架至少一个面的安装槽2内设有进一步向底面和侧壁面凹陷的电线安装槽6，所述电线安装槽6的两面与两面夹角处均为弧形，所述框架底面四角处分别设有相同的底座 7，所述底座7中心设有螺纹孔二8。

在一个具体的实施例中，所述立方体框架采用铝块为一体成型。

在另一个具体的实施例中，所述立方体框架通过12根方形条1和8个三向接头9连接而成，立方体框架8个顶角位置分别通过一个三向接头固定三个方形条端口。

如图4-5所示，本实用新型还提供一种IMU系统，包括上述框架、安装在该框架上的IMU。

在一个具体的实施例中，所述IMU包括安装在框架左侧面的第一PCB板10，所述第一PCB板朝外的一面设有MEMS陀螺仪11，所述MEMS陀螺仪11敏感轴垂直于安装面，第一PCB板10朝内的一面设有MEMS加速度计12，所述MEMS加速度计12的敏感方向平行于安装面；安装在框架上侧面的第二PCB板13，所述第二PCB板13朝外的一面设有MEMS 加速度计12，所述MEMS加速度计12的敏感方向平行于安装面，第二PCB板13朝内的一面设有MEMS陀螺仪11，所述MEMS陀螺仪11敏感轴垂直于安装面；安装在框架后侧面的第三PCB板14，所述第三PCB板14朝外的一面设有MEMS陀螺仪11，所述MEMS陀螺仪 11敏感轴垂直于安装面；安装在框架右侧面的第四PCB板15，所述第四PCB板15朝内的一面设有MEMS加速度计12，所述MEMS加速度计12的敏感方向平行于安装面；安装在框架下侧面的第五PCB板16，所述第五PCB板16上设有MCU17与电源18，第五PCB板16 分别于第一PCB板10、第二PCB板13、第三PCB板14、第四PCB板15相连，为其供电与运算。通过第一PCB板10、第二PCB板13、第三PCB板14、第四PCB板15上的各MEMS 陀螺仪11和MEMS加速度计12保证了MEMS陀螺仪11的三轴安装和MEMS加速度计12的三轴安装，实现六轴的IMU功能。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种便于器件拆卸的轻量化IMU框架，其特征在于，包括由12根方形条组成的立方体框架本体，立方体每个面的四根方形条均设有向立方体内部凹陷的限位台阶，四根方形条的限位台阶相连通围成用于安装IMU的PCB板的安装槽，所述安装槽底面设有用于固定PCB板的螺纹孔一，安装槽内侧壁面开设向内凹陷的便于拆装PCB板的凹槽。

2.根据权利要求1所述的便于器件拆卸的轻量化IMU框架，其特征在于，所述立方体框架为一体成型。

3.根据权利要求1所述的便于器件拆卸的轻量化IMU框架，其特征在于，所述立方体框架通过12根方形条和8个三向接头连接而成，立方体框架8个顶角位置分别通过一个三向接头固定三个方形条端口。

4.根据权利要求1所述的一种便于器件拆卸的轻量化IMU框架，其特征在于，所述安装槽中设有弹性减震垫，所述弹性减震垫对应螺纹孔一处设有相同直径的孔。

5.根据权利要求1所述的一种便于器件拆卸的轻量化IMU框架，其特征在于，所述立方体框架至少一个面的安装槽内设有进一步向底面和侧壁面凹陷的电线安装槽。

6.根据权利要求5所述的一种便于器件拆卸的轻量化IMU框架，其特征在于，所述电线安装槽的两面与两面夹角处均为弧形。

7.根据权利要求1所述的便于器件拆卸的轻量化IMU框架，其特征在于，所述框架底面四角处分别设有相同的底座，所述底座中心设有螺纹孔二。

8.一种IMU系统，其特征在于，包括如权利要求1至7中任意一项所述的便于器件拆卸的轻量化IMU框架、以及安装在该框架上的IMU。

9.根据权利要求8所述的IMU系统，其特征在于，所述IMU包括安装在框架左侧面的第一PCB板，所述第一PCB板朝外的一面设有MEMS陀螺仪，所述MEMS陀螺仪敏感轴垂直于安装面，第一PCB板朝内的一面设有MEMS加速度计，所述MEMS加速度计的敏感方向平行于安装面；

安装在框架上侧面的第二PCB板，所述第二PCB板朝外的一面设有MEMS加速度计，所述MEMS加速度计的敏感方向平行于安装面，第二PCB板朝内的一面设有MEMS陀螺仪，所述MEMS陀螺仪敏感轴垂直于安装面；

安装在框架后侧面的第三PCB板，所述第三PCB板朝外的一面设有MEMS陀螺仪，所述MEMS陀螺仪敏感轴垂直于安装面；

安装在框架右侧面的第四PCB板，所述第四PCB板朝内的一面设有MEMS加速度计，所述MEMS加速度计的敏感方向平行于安装面；

安装在框架下侧面的第五PCB板，所述第五PCB板上设有MCU与电源，第五PCB板分别于第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板、第四PCB板相连，为其供电与运算。

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