CN210400412U - 一种通用型imu校准设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型旨在提供一种结构简单、成本低、精度较高、且应用广泛的通用型IMU校准设备。本实用新型包括底板、左支架、右支架、第一旋转机构、第二旋转机构及校准机构，所述左支架与所述右支架分别固定在所述底板的两端，所述第一旋转机构设置在所述左支架与所述右支架上，所述第二旋转机构固定在所述第一旋转机构的旋转部位上，所述第二旋转机构上设置有校准平台，所述校准机构放置在所述校准平台上所述校准机构包括双轴倾角传感器和IMU传感器。本实用新型应用于电子产品的校准领域。

Description

一种通用型IMU校准设备

技术领域

本实用新型应用于电子产品的校准领域，特别涉及一种通用型IMU校准设备。

背景技术

随着时代的发展，人们对消费类电子产品的要求越来越高，IMU作为一种重要的传感器，广泛搭载于智能手机、可穿戴产品、VR设备等。但是，如果电子产品内部的IMU传感器不稳定或者精度差，就会极大地影响用户体验，比如会出现手机计步不准，手表抬腕亮屏不灵，VR手柄无法捕捉人手的移动等情况。因此，对于提升产品质量和用户体验，IMU的精度至关重要，在IMU传感器装配到产品内部后，或者是在产品出货前，都需要对IUM进行校准，让IMU输出准确的数据。然而，现有的IMU校准设备存在着结构复杂、成本高、使用范围小等缺点。如能设计一种结构简单、成本低、精度较高、且应用广泛的通用型IMU校准设备，则能很好地解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种结构简单、成本低、精度较高且应用广泛的通用型IMU校准设备。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括底板、左支架、右支架、第一旋转机构、第二旋转机构及校准机构，所述左支架与所述右支架分别固定在所述底板的两端，所述第一旋转机构设置在所述左支架与所述右支架上，所述第二旋转机构固定在所述第一旋转机构的旋转部位上，所述第二旋转机构上设置有校准平台，所述校准机构放置在所述校准平台上所述校准机构包括双轴倾角传感器和IMU传感器。

由上述方案可见，因为校准平台在初始状态时是倾斜的，所以要利用校准机构进行校准，IMU传感器在出厂时已经做好校准，因此以IMU传感器上自身的数据为基准，双轴倾角传感器作为辅助，驱动两个旋转机构，实时记录IMU传感器自身数据所输出的姿态角数据，根据姿态角数据来判断校准平台的角度，当校准平台达到绝对水平后，记录下此时两个旋转机构编码器的位置，并把两个旋转机构的位置设为零位，此时，整个校准平台已经完成校准，之后就可以拆掉校准机构，换上电子产品进行校准，当设备运行一段时间后，需要重新进行校准以及重新设置两个旋转机构的零位，这样能够大大地保证电子产品的校准准确性。在校准电子产品时，首先把电子产品通过设计好的夹具固定在校准平台上，然后通过设置几个校准点，即第一旋转机构和第二旋转机构分别多次旋转，记录好每一次所旋转的角度，这些角度可以自行设置，然后这些角度经过坐标变换，可以计算出转每种角度下的理论姿态角，然后把理论的姿态角写进IMU芯片的内部，让IMU芯片记住几种状态下的理论姿态角，在后续的测量中，IMU芯片可以以这些数据作为参照，对电子产品进行校准，这样测量的精度就会更加高，并且能广泛应用于各种不同的电子产品。

进一步地，所述第一旋转机构包括第一滑环、第一中空轴、摇篮及第一动力装置，所述第一动力装置设置在所述右支架上，所述摇篮的右端固定在所述第一动力装置的转动轴上，所述第一中空轴与所述左支架转动配合，所述摇篮的左端与所述第一滑环分别连接在所述第一中空轴的两端。由此可见，本实用新型在通电之后，能够驱动第一动力装置带动着摇篮在垂直方向上进行旋转，能够提供校准所需要的旋转角度，旋转角度经过坐标变换成理论的姿态角作为所需要的参照数据。另外，第一滑环中的转子与第一中空轴相连，也会随着摇篮一起转动。

进一步地，所述第二旋转机构包括支架、第二滑环、第二中空轴及第二动力装置，所述支架固定在所述摇篮的下端面，所述第二滑环固定在所述支架上，所述第二动力装置设置在所述第二滑环的上面，所述第二中空轴穿过所述摇篮及所述第二动力装置并与所述第二滑环的上端面相连接，所述第二中空轴与所述摇篮转动配合。由此可见，整个第二旋转机构设置在第一旋转机构的摇篮上，本实用新型在通电之后，能够驱动第二动力装置带动着第二中空轴在水平方向上进行旋转，能够提供校准所需要的旋转角度，旋转角度经过坐标变换成理论的姿态角作为所需要的参照数据。另外，第二滑环中的转子与第二中空轴相连，随着第二中空轴一起转动。

进一步地，所述摇篮的左右两端设置有配重块。由此可见，在校准设备搭建好以后，通过所设置的配重块可以调整第一旋转机构的重心位置，当重心在第一旋转机构的轴线上时，让第一动力装置断电，然后用手拨动摇篮，摇篮能够在任意的位置上悬停，可以以此来判断本实用新型的动平衡是否合格，保证校准的精度。

进一步地，所述左支架或者所述右支架与底板之间设置有精密垫片，所述左支架或者所述右支架的底部设置有调整螺丝。由此可见，在装配设备的过程中难免会产生装配误差，而且各个零部件的加工误差也无法消除，因此，一方面，可以通过放置精密垫片来调整左支架或者右支架的高度位置，另一方面，还可以使用调整螺丝来调整左支架或者右支架的前后位置，调整螺丝每旋转一圈，左支架或者右支架就能够在前方或者后方移动某一段距离，距离的大小因调整螺丝的规格而定，这样就能够大大地提升设备左右两边的同轴度。

又进一步地，所述第一动力装置与所述第二动力装置均采用DD马达。由此可见，DD马达具有输出扭矩大，可以直接与负载相连，与传统的动力装置相比，减小了装配误差，也不会带入齿轮啮合时的齿侧间隙误差等。

又进一步地，所述第一中空轴通过深沟球轴承与所述左支架转动配合，所述第二中空轴通过圆锥滚子轴承与所述摇篮转动配合。由此可见，第一旋转机构通过设置深沟球轴承，能够提高转速，还能够承受径向负荷，也可承受一定量的轴向负荷，这样可以减小第一旋转机构的跳动，保证旋转精度。而第二旋转机构设置圆锥滚子轴承，不仅可以承受径向负荷，还可以承受单一方向的轴向负荷，由于第二旋转机构要承受校准平台、被校准产品以及夹具的重力，采用圆锥滚子轴承可以很好地解决了受力问题。

再进一步地，所述第二中空轴的上端面设置有安装平台，所述校准平台设置在所述安装平台上。由此可见，通过设置安装平台，能够方便地安装校准平台，而校准平台上面可以放置各种所需要校准的电子产品。

再进一步地，所述第一滑环与所述第二动力装置信号连接，所述第二滑环与所述校准机构信号连接。由此可见，第一动力装置驱动第一滑环转动，第一滑环通过电信号的输送驱动第二动力装置转动，第二动力装置驱动第二滑环转动，而第二滑环负责对被校准产品信号输送。

再进一步地，所述底板上设置有输出型双轴倾角开关。由此可见，通过该开关的设置，可以自行设定报警角度阈值，在本IMU校准设备中，将该开关的报警角度阈值设置为0.1度，如果本校准设备在运行过程中底板出现倾斜，那么该开关可以及时报警，提醒相关人员对底板进行校平。

附图说明

图1是本实用新型的立体图；

图2是本实用新型的结构示意图；

图3是第一旋转机构的结构示意图；

图4是第二旋转机构的结构示意图；

图5是校准机构的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图1至图3所示，本实用新型包括底板1、左支架2、右支架3、第一旋转机构4、第二旋转机构5及校准机构6，所述左支架2与所述右支架3分别固定在所述底板1的两端，所述第一旋转机构4设置在所述左支架2与所述右支架3上。所述第一旋转机构4包括第一滑环10、第一中空轴11、摇篮12及第一动力装置13，所述第一动力装置13采用DD马达，可以减小装配误差，所述第一动力装置13设置在所述右支架3上，所述摇篮12的右端固定在所述第一动力装置13的转动轴14上，所述第一中空轴11通过深沟球轴承22与所述左支架2转动配合，这样可以减小所述第一旋转机构4的跳动，保证旋转精度，所述摇篮12的左端与所述第一滑环10分别连接在所述第一中空轴11的两端。因此，当本实用新型在通电之后，就能够驱动所述第一动力装置13带动着所述摇篮12在垂直方向上进行旋转。另外，所述摇篮12的左右两端设置有配重块15，用以调整所述第一旋转机构4的重心位置，确保本实用新型的动平衡合格，保证校准的精度。

如图1和图4所示，所述第二旋转机构5固定在所述第一旋转机构4的旋转部位上，所述第二旋转机构5包括支架18、第二滑环19、第二中空轴20及第二动力装置21，所述支架18固定在所述摇篮12的下端面，所述第二滑环19固定在所述支架18上，所述第二动力装置21采用DD马达，所述第二动力装置21设置在所述第二滑环19的上面，所述第二中空轴20穿过所述摇篮12及所述第二动力装置21与所述第二滑环19的上端面相连接，所述第二中空轴20通过圆锥滚子轴承23与所述摇篮12转动配合，所述圆锥滚子轴承23能够承受校准平台7、电子产品以及夹具的重力，可以很好地解决了受力问题。因此，本实用新型在通电之后，就能够驱动所述第二动力装置21带动着所述第二中空轴20在水平方向上进行旋转。

如图1和图5所示，所述第二中空轴20的上端面设置有安装平台24，所述校准机构6或者所述电子产品能够很方便地安装在所述校准平台7上，所述校准机构6包括双轴倾角传感器8和IMU传感器9，所述校准机构6能够利用所述双轴倾角传感器8和所述IMU传感器9对本实用新型进行校准，主要是因为本实用新型组装好之后，所述校准平台7的上表面是个倾斜面，也就是说本实用新型的零位还不确定。而所述第一滑环10与所述第二动力装置21信号连接，所述第二滑环19与所述校准机构6信号连接，这样本实用新型在通电之后，所述第一动力装置13能够驱动所述第一滑环10转动，所述第一滑环10通过电信号的输送驱动所述第二动力装置21转动，所述第二动力装置21驱动所述第二滑环19转动，而所述第二滑环19负责对所述电子产品信号输送。

另外，如图1和图2所示，所述左支架2或者所述右支架3与底板1之间设置有精密垫片16来来调整所述左支架2或者所述右支架3的高度位置，所述左支架2或者所述右支架3的底部设置有调整螺丝17来调整所述左支架2或者所述右支架3的前后位置。所述底板1上设置有输出型双轴倾角开关25，可以自行设定报警角度阈值，在本IMU校准设备中，将所述输出型双轴倾角开关25的报警角度阈值设置为0.1度，如果本校准设备在运行过程中底板出现倾斜，那么所述输出型双轴倾角开关25可以及时报警，提醒相关人员对所述底板1进行校平。

因此，如图1所示，因为所述校准平台7在初始状态时是倾斜的，所以要利用所述校准机构6进行校准，所述IMU传感器9在出厂时已经做好校准，因此以所述IMU传感器9上自身的数据为基准，所述双轴倾角传感器8作为辅助，在通电之后，驱动所述第一旋转机构4和所述第二旋转机构5，实时记录所述IMU传感器9自身数据所输出的姿态角数据，根据姿态角数据来判断所述校准平台7的角度，当所述校准平台7达到绝对水平后，记录下此时两个旋转机构编码器的位置，并把两个旋转机构的位置设为零位，此时，整个所述校准平台7已经完成校准，之后就可以拆掉所述校准机构6，换上所述电子产品进行校准，当本实用新型运行一段时间后，需要重新进行校准以及重新设置两个旋转机构的零位，这样能够大大地保证所述电子产品的校准准确性。在校准所述电子产品时，首先把所述电子产品通过设计好的夹具固定在所述校准平台7上，然后通过设置几个校准点，即所述第一旋转机构4和所述第二旋转机构5分别多次旋转，记录好每一次所旋转的角度，这些角度可以自行设置，然后这些角度经过坐标变换，可以计算出转每种角度下的理论姿态角，然后把理论的姿态角写进IMU芯片的内部，让IMU芯片记住几种状态下的理论姿态角，在后续的测量中，IMU芯片可以以这些数据作为参照，对所述电子产品进行校准，这样测量的精度就会更加高，并且能广泛应用于各种不同的电子产品。

实施例二：

如图1至图5所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：所述第一动力装置（13）和所述第二动力装置（21）均采用伺服电机配谐波减速器或者伺服电机配中空旋转平台，所述谐波减速器具有速比大、精度高、效率高及重量轻的优点，而所述中空旋转平台具有高效率、高定位精度、高刚度及高性价比的优点。

Claims (10)

1.一种通用型IMU校准设备，其特征在于：它包括底板（1）、左支架（2）、右支架（3）、第一旋转机构（4）、第二旋转机构（5）及校准机构（6），所述左支架（2）与所述右支架（3）分别固定在所述底板（1）的两端，所述第一旋转机构（4）设置在所述左支架（2）与所述右支架（3）上，所述第二旋转机构（5）固定在所述第一旋转机构（4）的旋转部位上，所述第二旋转机构（5）上设置有校准平台（7），所述校准机构（6）放置在所述校准平台（7）上，所述校准机构（6）包括双轴倾角传感器（8）和IMU传感器（9）。

2.根据权利要求1所述的一种通用型IMU校准设备，其特征在于：所述第一旋转机构（4）包括第一滑环（10）、第一中空轴（11）、摇篮（12）及第一动力装置（13），所述第一动力装置（13）设置在所述右支架（3）上，所述摇篮（12）的右端固定在所述第一动力装置（13）的转动轴（14）上，所述第一中空轴（11）与所述左支架（2）转动配合，所述摇篮（12）的左端与所述第一滑环（10）分别连接在所述第一中空轴（11）的两端。

3.根据权利要求2所述的一种通用型IMU校准设备，其特征在于：所述第二旋转机构（5）包括支架（18）、第二滑环（19）、第二中空轴（20）及第二动力装置（21），所述支架（18）固定在所述摇篮（12）的下端面，所述第二滑环（19）固定在所述支架（18）上，所述第二动力装置（21）设置在所述第二滑环（19）的上面，所述第二中空轴（20）穿过所述摇篮（12）及所述第二动力装置（21）并与所述第二滑环（19）的上端面相连接，所述第二中空轴（20）与所述摇篮（12）转动配合。

4.根据权利要求2所述的一种通用型IMU校准设备，其特征在于：所述摇篮（12）的左右两端设置有配重块（15）。

5.根据权利要求1所述的一种通用型IMU校准设备，其特征在于：所述左支架（2）或者所述右支架（3）与底板（1）之间设置有精密垫片（16），所述左支架（2）或者所述右支架（3）的底部设置有调整螺丝（17）。

6.根据权利要求3所述的一种通用型IMU校准设备，其特征在于：所述第一动力装置（13）与所述第二动力装置（21）均采用DD马达。

7.根据权利要求3所述的一种通用型IMU校准设备，其特征在于：所述第一中空轴（11）通过深沟球轴承（22）与所述左支架（2）转动配合，所述第二中空轴（20）通过圆锥滚子轴承（23）与所述摇篮（12）转动配合。

8.根据权利要求7所述的一种通用型IMU校准设备，其特征在于：所述第二中空轴（20）的上端面设置有安装平台（24），所述校准平台（7）设置在所述安装平台（24）上。

9.根据权利要求3所述的一种通用型IMU校准设备，其特征在于：所述第一滑环（10）与所述第二动力装置（21）信号连接，所述第二滑环（19）与所述校准机构（6）信号连接。

10.根据权利要求1所述的一种通用型IMU校准设备，其特征在于：所述底板（1）上设置有输出型双轴倾角开关（25）。

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