CN215335491U - 一种两轴惯性稳定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种两轴惯性稳定装置，包括：稳定平台；惯性单元，设置于稳定平台的第三侧；控制模组，设置于稳定平台的第四侧，且其输入端与惯性单元的输出端连接；滚动电机模组，设置于稳定平台的第一侧；且滚动电机模组的输入端与控制模组的第一输出端连接；俯仰电机模组，设置于稳定平台的第二侧，且其垂直于滚动电机模组；俯仰电机模组的输入端与控制模组的第二输出端连接。此系统解决了现有稳定平台响应频率低、补偿角度范围有限、单方向稳定的问题，通过垂直设置的一组运动补偿机构，在横向和纵向两个方向上做补偿运动，实现了该稳定装置在摇晃环境下为负载设备提供了横轴和纵轴两轴方向上的稳定，为负载设备提供了稳定的工作环境。

Description

一种两轴惯性稳定装置

技术领域

本实用新型涉及稳定平台技术领域，具体涉及一种两轴惯性稳定装置。

背景技术

海面漂浮的舰船、路面上行驶的车辆，其平台安装面都会起伏不定。而舰船或车辆上搭载的诸如摄像头、激光雷达等需要一个相对稳定的环境才能充分发挥出其功能和性能。稳定平台就可以很有效解决这个问题。

以舰船为例，其静止漂浮时，受海浪影响左右横摇比较剧烈；其直线航行后，受前进方向水面阻力影响，前后纵摇比较距离；其航行拐弯时，会产生较大的横摇幅度。根据舰船体积大小，其纵摇和横摇的幅度和频率各不相同，频率范围从0.02Hz～1Hz不等，摇晃幅度从0.05～30°不等。

舰船自身摇晃将带来以下影响，如使得安装其上面的探照灯、摄像头、激光雷达等设备就无法始终指向特定方向，从而无法持久照明或获取有效信息。

以车辆为例，其熄火停放受风载荷以及自身迎风面会晃动；车辆启动但未行驶受发动机振动以及自身结构设计会晃动；车辆启动且行驶，因路面起伏、车辆爬坡、车辆转弯、车辆自身减震以及结构强度会晃动。根据不同车辆发动机以及不同路面、环境，车辆在前后俯仰和左右滚动的幅度和频率各不相同，频率范围比较宽，从几赫兹到数十、数千赫兹都有，当然基于车辆安全角度，爬坡幅度(前后俯仰)一般不会超过30％(约16.2°)，即使高性能越野车也就45％(约24.2°)。

车辆振动将带来以下影响，如使得安装其上面的激光雷达、瞄准器械等设备就无法始终指向特定方向，从而持久获取有效信息，或正常工作。

针对船舶、车辆这种运动载体，现有的稳定平台或稳定装置的实施有以下几种：

(1)在船体内部增加减摇装置，尽量减少船舶自身的摇晃。

(2)在船舶、车辆这种运动载体，实用新型连杆机构(六连联杆、三联杆)，通过感知载体晃动，利用联杆机构的几何运动反向补偿，消除摇晃。

(3)在船舶、车辆这种运动载体，实用新型两轴UT型或U型转台，通过感知载体晃动，利用框内俯仰轴反向转动，消除摇晃。

专利1：申请号为CN202010745722.5，实用新型名称为一种可变形的减摇鳍；专利2：申请号为CN201922267598.1，实用新型名称为一种减摇陀螺转子系统；专利1和专利2都是通过在船体内部安装特定减摇装置，让船体整体在纵摇或横摇两个方向尽可能的稳定。然而，不适用船体上特定的设备，如探照灯、摄像头、激光雷达等，无法获得稳定的工作环境。

专利3：申请号为20191100254.6，实用新型名称为一种船载自稳平台及其控制系统和方法；专利4：申请号201621478726.7，实用新型名称为一种智能车载体平衡自稳装置；专利5：申请号201811310173.8，实用新型名称为一种用于海浪补偿的混联机构；专利3-5均是利用可以直线运动的伸缩缸通过复合运动起到反向补偿船体摇晃起到稳定的。

专利6：申请号201821078298.2，实用新型名称为一种可清晰稳定取证的船用光电取证系统，通过在回转运动机构上额外增加连杆弹簧，可以使得回转机构摇晃时靠弹簧伸缩被动的降低摇晃幅度。

专利7：申请号201821005359.2，实用新型名称为稳定平台；专利8：申请号20110325164.8，实用新型名称为单自由度船用激光测距仪稳定平台及控制方法；专利9：申请号202010358780.2，实用新型名称为一种轻微型光电吊舱及设备；专利7-9均是采用UT型或U型结构。然而，专利7-9的稳定平台只能单俯仰轴稳定，即使有方位轴和俯仰轴两个轴的稳定，正常使用时其方位轴回转轴线与大地水平面垂直，俯仰轴回转轴线与方位轴回转轴线垂直，使得其只能消除船舶或车辆或飞机等在前后或纵摇、在航向或方位角度上的晃动，无法消除左右横滚的晃动。

然而，这些伸缩缸直线运动机构需要通过复杂算法才能达到摇晃中旋转运动补偿，有一定实施难度。而且，这种直线转变成旋转的运动，最终达到的旋转角度范围、旋转角速度和旋转角加速度能力有限，尤其响应频率不高，从而不能快速响应晃动量，补偿晃动量中的高频信息。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种两轴惯性稳定装置。此装置旨在解决解决现有稳定平台响应频率低、补偿角度范围有限、单方向稳定的问题，通过垂直设置的一组运动补偿机构，在横向和纵向两个方向上做补偿运动，实现了该稳定装置在摇晃环境下为负载设备提供了横轴和纵轴两轴方向上的稳定，为负载设备提供稳定的工作环境。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种两轴惯性稳定装置，该两轴惯性稳定装置包括：

稳定平台，安装在运动载体上，用于安装负载设备；

惯性单元，设置于所述稳定平台的第三侧，用于实时采集稳定平台的晃动信息；

控制模组，设置于所述稳定平台的第四侧，且其输入端与惯性单元的输出端连接，根据稳定平台所处环境带来的晃动信息，生成控制信息；

滚动电机模组，设置于所述稳定平台的第一侧；且滚动电机模组的输入端与控制模组的第一输出端连接，根据控制信息，绕横轴旋转，且横轴回转轴线与稳定平台的第一侧垂直线平行，以补偿该负载设备在横轴方向上的晃动；

俯仰电机模组，设置于所述稳定平台的第二侧，且其垂直于所述滚动电机模组；所述俯仰电机模组的输入端与控制模组的第二输出端连接，根据控制信息，绕纵轴旋转，且纵轴回转轴线与稳定平台的第二侧垂直线平行，以补偿该负载设备在纵轴方向上的晃动。

最优选的，该稳定平台的晃动信息包括：稳定平台在横轴方向上的横摇晃动信息和纵轴方向上的纵摇晃动信息。

最优选的，控制信息包括：用于补偿该稳定平台在横轴方向上晃动的补偿横摇信息和用于补偿该稳定平台在纵轴方向上晃动的补偿纵摇信息。

最优选的，控制模组的输入端与惯性单元的输出端连接，第一输出端与滚动电机模组的输入端连接，根据该稳定平台的晃动信息中的横摇晃动信息，生成用于补偿该负载设备在横轴方向上晃动的补偿横摇信息，第二输出端与俯仰电机模组的输入端连接，根据该稳定平台的晃动信息中的纵摇晃动信息，生成用于补偿该负载设备在纵轴方向上晃动的补偿纵摇信息。

最优选的，稳定平台还包括：

固定平台，用于放置惯性单元、控制模组、滚动电机模组和俯仰电机模组，且保证滚动电机模组与俯仰电机模组垂直设置；

开放式安装平台，套设于固定平台、惯性单元、控制模组、滚动电机模组和俯仰电机模组的外周，且其外周呈开放式，用于安装负载设备。

最优选的，固定平台为四周开口的四通体。

最优选的，滚动电机模组设置于四通体的第一侧的开口处；

俯仰电机模组设置于四通体的第二侧的开口处；

惯性单元设置于四通体的第三侧的开口处，且与滚动电机模组对称设置；

控制模组设置于四通体的第四侧的开口处，且与俯仰电机模组对称设置；

惯性单元、控制模组、滚动电机模组和俯仰电机模组分别设置于四通体的四周开口处，且两两互相垂直，使得该两轴惯性稳定装置呈十字型结构。

最优选的，该两轴惯性稳定装置还包括：

安装支座，设置于该两轴惯性稳定装置的底端，且可拆卸水平放置于该运动载体上，用于承载该两轴惯性稳定装置。

最优选的，安装支座包括：

横板，可拆卸水平固定于该运动载体上；

支耳，第一端与横板连接，第二端与该两轴惯性稳定装置的底端连接，用于支撑并固定该两轴惯性稳定装置。

最优选的，支耳有两个，包括：

第一支耳，第一端与横板的第一端连接，第二端与控制模组连接；

第二支耳，第一端与横板的第二端连接，第二端与俯仰电机模组连接。

最优选的，该运动载体为船舶或车辆。

运用此实用新型，解决了现有稳定平台响应频率低、补偿角度范围有限、单方向稳定的问题，通过垂直设置的一组运动补偿机构，在横向和纵向两个方向上做补偿运动，实现了该稳定装置在摇晃环境下为负载设备提供了横轴和纵轴两轴方向上的稳定，为负载设备提供了稳定的工作环境。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的两轴惯性稳定装置，采用十字型结构的两轴惯性稳定平台，使得结构简单紧凑；采用开放式安装平台，增大了负载设备的安装空间，极大方便了用户安装不同型号和规格的负载。

2、本实用新型提供的两轴惯性稳定装置，采用惯性器件感知舰船等在纵摇和横摇两个方向的运动信息，并采用俯仰电机模组与滚动电机模组回转轴线垂直安装，在纵摇和横摇两个方向反向进行运动角度补偿，使得舰船上特定的设备安装在此稳定平台上后，可以不受船体在纵摇和横摇两个方向摇动，为需要相对稳定环境下才能有效作业的设备提供了解决方案。

附图说明

图1为本实用新型提供的两轴惯性稳定装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的两轴惯性稳定装置的俯视结构示意图；

图3为本实用新型提供的初始状态下负载设备、两轴惯性稳定装置和运动载体在横轴和纵轴两个方向与水平面保持水平的示意图；

图4为本实用新型提供的运动载体在横轴方向上晃动，该两轴惯性稳定装置调整负载设备横轴方向保持稳定的示意图；

图5为本实用新型提供的运动载体在纵轴方向上晃动，该两轴惯性稳定装置调整负载设备纵轴方向保持稳定的示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过具体实施例对本实用新型作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本实用新型，并不是对本实用新型保护范围的限制。

本实用新型是一种两轴惯性稳定装置，该两轴惯性稳定装置设置于运动载体上，且该两轴惯性稳定装置上放置有负载设备，随着运动载体在横轴和纵轴两个方向上的晃动，相应地，该两轴惯性稳定装置会产生横轴方向上的横轴晃动信息和纵轴方向上的纵轴晃动信息。

如图1和图2所示，该两轴惯性稳定装置包括：稳定平台、惯性单元2、控制模组3、滚动电机模组4和俯仰电机模组5。

其中，稳定平台用于安装负载设备；在本实施例中，该运动载体为船舶或车辆；负载设备包括形状不同的摄像机、激光雷达等光电设备，能够满足用户多种多样的需求。

惯性单元2设置于稳定平台的第四侧，用于实时采集稳定平台的晃动信息；其中，稳定平台的晃动信息包括：稳定平台在横轴方向上的横摇晃动信息和纵轴方向上的纵摇晃动信息。

如图2所示，控制模组3设置于稳定平台的第三侧，且其输入端与惯性单元2的输出端连接，根据该稳定平台的晃动信息，生成控制信息；其中，控制信息包括：补偿横摇信息和补偿纵摇信号。

其中，控制模组3的输入端与惯性单元2的输出端连接，第一输出端与滚动电机模组4的输入端连接，根据该稳定平台1的晃动信息中的横摇晃动信息，生成用于补偿该负载设备在横轴方向上摇晃的补偿横摇信息；第二输出端与俯仰电机模组5的输入端连接，根据该稳定平台的晃动信息中的纵摇晃动信息，生成用于补偿该负载设备在纵轴方向上摇晃的补偿纵摇信息。

滚动电机模组4设置于所述稳定平台的第一侧；且滚动电机模组4的输入端与控制模组3的第一输出端连接，根据控制信息中的补偿横摇信息，绕横轴旋转，且横轴回转轴线与稳定平台的第一侧垂直线平行，以补偿该负载设备在横轴方向上的晃动；

俯仰电机模组5设置于所述稳定平台的第二侧，且其垂直于所述滚动电机模组4；所述俯仰电机模组5的输入端与控制模组3的第二输出端连接，根据控制信息中的补偿纵摇信息，绕纵轴旋转，且纵轴回转轴线与稳定平台的第二侧垂直线平行，以补偿该负载设备在纵轴方向上的晃动。

其中，如图1所示，稳定平台还包括：固定平台101和开放式安装平台102；固定平台101用于放置惯性单元2、控制模组3、滚动电机模组4和俯仰电机模组5，且保证滚动电机模组4与俯仰电机模组5成垂直设置；开放式安装平台102套设于固定平台、惯性单元2、控制模组3、滚动电机模组4和俯仰电机模组5的外周，且其外周呈开放式，用于安装负载设备。

其中，在本实施例中，如图1所示，固定平台101为四周开口的四通体；滚动电机模组4设置于四通体101的第一侧的第一开口处，俯仰电机模组5设置于四通体101的第二侧的第二开口处；惯性单元2设置于四通体101的第三侧的第三开口处，且与滚动电机模组4对称设置；控制模组3设置于四通体101的第四侧的第四开口处，且与俯仰电机模组5对称设置；则惯性单元2、控制模组3、滚动电机模组4和俯仰电机模组5分别设置于四通体101的四周开口处，且两两互相垂直，使得该两轴惯性稳定装置呈十字型结构。

在本实施例中，滚动电机模组4滚动旋转的角度范围为±30°；俯仰电机模组5俯仰旋转的角度范围为±40°。

在本实施例中，运动载体为船舶，船舶快速航行产生的纵向晃动信息中纵向摇晃幅度为±20°，位于俯仰电机模组5能够补偿的范围内；且船舶快速航行产生的摇晃频率为0.5Hz；该十字型结构的两轴惯性稳定装置的稳定精度为0.5°(1σ)。

该两轴惯性稳定装置还包括安装支座6；安装支座6设置于该两轴惯性稳定装置的底端，且可拆卸水平放置于该运动载体上，用于承载该两轴惯性稳定装置。

其中，安装支座6包括：横板601和支耳602；横板601可拆卸水平固定于该运动载体上；支耳602的第一端与横板601连接，第二端与该两轴惯性稳定装置的底端连接，用于支撑并固定该两轴惯性稳定装置。

在本实施例中，支耳602有两个，包括：第一支耳和第二支耳；且第一支耳的第一端与横板601的第一端连接，第二端与控制模组3连接；第二支耳的第一端与横板601的第二端连接，第二端与俯仰电机模组5连接。

如图3所示，将负载设备安装于稳定平台的开放式安装平台102上，且稳定平台放置于该运动载体K上；在本实施例中，稳定平台水平放置于该运动载体K上，保证负载设备、该两轴惯性稳定装置和运动载体K的初始状态与水平面保持水平一致。

该运动载体K开始运动后，惯性单元2实时采集稳定平台的晃动信息，并实时传输至控制模组3；稳定平台的晃动信息包括：稳定平台在横轴方向上的横摇晃动信息和纵轴方向上的纵摇晃动信息；

在本实施例中，船舶K带动负载设备在横轴方向上的横摇晃动信息为±20°；纵轴方向上的纵摇晃动信息为±20°。

控制模组3根据稳定平台的晃动信息，生成控制信息；控制信息包括：补偿横摇信息和补偿纵摇信号；控制模组3根据稳定平台在横轴方向上的横摇晃动信息，生成用于补偿该负载设备在横轴方向上摇晃的补偿横摇信息；控制模组3根据稳定平台在纵轴方向上的纵摇晃动信息，生成用于补偿该负载设备在纵轴方向上摇晃的补偿纵摇信息。

将补偿横摇信息传输至滚动电机模组4，滚动电机模组4沿稳定平台横轴方向晃动的反方向上，进行滚动旋转，以补偿该负载设备在横轴方向上的晃动。

在本实施例中，如图4所示为船舶K在横轴方向上晃动±20°时，滚动电机模组4沿稳定平台横轴方向晃动的反方向滚动旋转的示意图，以补偿负载设备在横轴方向上的晃动，保证负载设备相对横摇方向保持水平。

将补偿纵摇信息传输至俯仰电机模组5，俯仰电机模组5沿稳定平台纵轴方向晃动的反方向上，进行俯仰旋转，以补偿该负载设备在纵轴方向上的晃动。

在本实施例中，如图5所示为船舶K在纵轴方向上晃动±20°时，俯仰电机模组5沿稳定平台纵轴方向晃动的反方向俯仰旋转的示意图，以补偿负载设备在纵轴方向上的晃动，保证负载设备相对纵摇方向保持水平。

基于所述步骤4和所述步骤5的共同作用，从而实现运动载体上的负载设备在两轴方向上的稳定。

本实用新型的工作原理：

将负载设备安装于稳定平台上，且稳定平台放置于该运动载体上；惯性单元实时采集稳定平台的晃动信息，并实时传输至控制模组；稳定平台的晃动信息包括：稳定平台在横轴方向上的横摇晃动信息和纵轴方向上的纵摇晃动信息；控制模组根据稳定平台的晃动信息，生成控制信息；控制信息包括：补偿横摇信息和补偿纵摇信号；将补偿横摇信息传输至滚动电机模组，滚动电机模组沿稳定平台横轴晃动的反方向滚动旋转，以补偿该负载设备在横轴方向上晃动；将补偿纵摇信息传输至俯仰电机模组，俯仰电机模组沿负载设备纵轴晃动的反方向俯仰旋转，以补偿该负载设备在纵轴方向的晃动；基于滚动电机模组和俯仰电机模组的共同旋转运动，保证运动载体上的负载设备沿两轴方向的稳定。

综上所述，本实用新型解决了现有稳定平台响应频率低、补偿角度范围有限、单方向稳定的问题，通过垂直设置的一组运动补偿机构，在横向和纵向两个方向上做补偿运动，实现了该稳定装置在摇晃环境下为负载设备提供了横轴和纵轴两轴方向上的稳定，为负载设备提供了稳定的工作环境。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种两轴惯性稳定装置，其特征在于，包括：

稳定平台，安装于运动载体上，用于放置负载设备；

惯性单元，设置于所述稳定平台的第三侧，用于实时采集所述稳定平台的晃动信息；

控制模组，设置于所述稳定平台的第四侧，且其输入端与所述惯性单元的输出端连接，根据所述稳定平台的晃动信息，生成控制信息；

滚动电机模组，设置于所述稳定平台的第一侧；且所述滚动电机模组的输入端与所述控制模组的第一输出端连接，根据所述控制信息，绕横轴旋转，且横轴回转轴线与稳定平台的第一侧垂直线平行，以补偿所述稳定平台在横轴方向上的晃动；

俯仰电机模组，设置于所述稳定平台的第二侧，且其垂直于所述滚动电机模组；所述俯仰电机模组的输入端与所述控制模组的第二输出端连接，根据所述控制信息，绕纵轴旋转，且纵轴回转轴线与稳定平台的第二侧垂直线平行，以补偿所述稳定平台在纵轴方向上的晃动。

2.如权利要求1所述的两轴惯性稳定装置，其特征在于，所述稳定平台的晃动信息包括：所述稳定平台在横轴方向上的横摇晃动信息和纵轴方向上的纵摇晃动信息。

3.如权利要求2所述的两轴惯性稳定装置，其特征在于，所述控制信息包括：补偿横摇信息和补偿纵摇信息。

4.如权利要求3所述的两轴惯性稳定装置，其特征在于，所述控制模组的输入端与所述惯性单元的输出端连接，其第一输出端与所述滚动电机模组的输入端连接，根据所述横摇晃动信息，生成所述补偿横摇信息，其第二输出端与所述俯仰电机模组的输入端连接，根据所述纵摇晃动信息，生成所述补偿纵摇信息。

5.如权利要求1所述的两轴惯性稳定装置，其特征在于，所述稳定平台还包括：

固定平台，用于放置所述惯性单元、所述控制模组、所述滚动电机模组和所述俯仰电机模组，且保证所述滚动电机模组与所述俯仰电机模组垂直设置；

开放式安装平台，套设于所述固定平台、所述惯性单元、所述控制模组、所述滚动电机模组和所述俯仰电机模组的外周，用于安装所述负载设备。

6.如权利要求5所述的两轴惯性稳定装置，其特征在于，所述固定平台为四周开口的四通体；

所述滚动电机模组设置于所述四通体的第一侧的开口处；

所述俯仰电机模组设置于所述四通体的第二侧的开口处；

所述惯性单元设置于所述四通体的第三侧的开口处，且与所述滚动电机模组对称设置；

所述控制模组设置于所述四通体的第四侧的开口处，且与所述俯仰电机模组对称设置；

所述惯性单元、所述控制模组、所述滚动电机模组和所述俯仰电机模组分别设置于所述四通体的四周开口处，且两两互相垂直，使得该两轴惯性稳定装置呈十字型结构。

7.如权利要求1所述的两轴惯性稳定装置，其特征在于，该两轴惯性稳定装置还包括：安装支座，设置于该两轴惯性稳定装置的底端，且可拆卸水平放置于该运动载体上，用于承载该两轴惯性稳定装置。

8.如权利要求7所述的两轴惯性稳定装置，其特征在于，所述安装支座包括：横板，可拆卸水平固定于该运动载体上；

支耳，第一端与所述横板连接，第二端与该两轴惯性稳定装置的底端连接，用于支撑并固定该两轴惯性稳定装置。

9.如权利要求8所述的两轴惯性稳定装置，其特征在于，所述支耳有两个，包括：

第一支耳，其第一端与所述横板的第一端连接，其第二端与所述控制模组连接；

第二支耳，其第一端与所述横板的第二端连接，其第二端与所述俯仰电机模组连接。

10.如权利要求1所述的两轴惯性稳定装置，其特征在于，该运动载体为船舶或车辆；所述负载设备为形状不同的光电设备，包括摄像机和激光雷达。

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