專利名稱：一種基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于慣性技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機構(gòu)。
背景技術(shù)：
地球上某一點處的地理北向為該點子午線的北向切線方向，即地球上該點處水平面上指向北極點的切線方向。地球表面或地球內(nèi)或地球上空某一點處某一方向的北向角是指該方向在該點處水平面上的投影與地理北向的夾角。通過某種方法確定北向角的過程叫尋北。尋北儀一般采用磁尋北(電子羅盤)、陀螺尋北、加速度計尋北、無線電尋北等原理設(shè)計，光纖陀螺是新一代的慣性器件，具有成本低、可靠性高、性能好、體積小、啟動時間短、 與重力加速度無關(guān)等優(yōu)點，成為陀螺尋北儀的首選器件。但是，現(xiàn)有尋北儀的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜、體積質(zhì)量較大，基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)動定位精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機構(gòu)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，一種基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機構(gòu)，它包括外殼、轉(zhuǎn)動電機、蝸桿、定位盤、鎖緊支架、偏心輪、V型槽、鎖緊銷、零位擋片、鎖緊松鎖擋片、傳動齒輪、鎖緊光電傳感器、零位光電傳感器、松鎖光電傳感器、蝸輪、鎖緊電機。蝸桿和蝸輪均置于外殼內(nèi)。所述轉(zhuǎn)動電機通過傳動齒輪與蝸桿相連，傳動蝸輪。蝸輪和定位盤通過中心軸固定，蝸輪的順時針或逆時針轉(zhuǎn)動帶動定位盤的順時針或逆時針轉(zhuǎn)動；定位盤上具有相隔90度的四個V型槽，在其中兩個V型槽間固定一零位擋片；鎖緊支架和鎖緊銷相連，偏心輪置于鎖緊支架內(nèi)，鎖緊支架放置在鎖緊電機上方，偏心輪與鎖緊電機的輸出軸相連，鎖緊松鎖擋片固定在鎖緊支架的左側(cè)，同時將鎖緊光電傳感器和松鎖光電傳感器固定在外殼上，鎖緊光電傳感器與鎖緊松鎖擋片配合實現(xiàn)鎖緊到位、 松鎖光電傳感器與鎖緊松鎖擋片配合實現(xiàn)松鎖到位；零位光電傳感器固定在外殼上，使得定位盤轉(zhuǎn)動時，零位擋片能順利通過零位光電傳感器。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機構(gòu)使用傳動齒輪加蝸輪蝸桿方式，減小了體積和重量，提高了四位置尋北方法的定位精度，加強了光纖陀螺尋北儀在使用過程中的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明的俯視圖； 圖2為本發(fā)明的左視圖3為光纖陀螺尋北的方位角控制方法的流程3圖中，轉(zhuǎn)動電機1、蝸桿2、定位盤3、鎖緊支架4、偏心輪5、V型槽6、鎖緊銷7、零位擋片 8、鎖緊松鎖擋片9、傳動齒輪10、鎖緊光電傳感器11、零位光電傳感器12、松鎖光電傳感器
13、蝸輪14、鎖緊電機15。
具體實施例方式四位置尋北法的原理是光纖陀螺在相差90度的四個方向上采集地球自轉(zhuǎn)角速率分量，通過計算消除光纖陀螺零偏和漂移趨勢，最后解算出光纖陀螺尋北儀基準(zhǔn)軸向與北向的夾角。以四位置法為基礎(chǔ)實現(xiàn)尋北功能，需要轉(zhuǎn)位機構(gòu)帶動光纖陀螺準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)到測試的四個位置，需要鎖緊定位機構(gòu)保證測試位置的穩(wěn)定性和一致性，因此光纖陀螺尋北儀的轉(zhuǎn)位機構(gòu)需具有準(zhǔn)確定位和穩(wěn)定鎖緊功能。本設(shè)計基于自主設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)，采用轉(zhuǎn)動電機傳動齒輪加蝸輪蝸桿方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)位，采用偏心輪傳動鎖緊支架及鎖緊銷實現(xiàn)鎖緊。轉(zhuǎn)位機構(gòu)使用PWM加H橋的控制方式對轉(zhuǎn)動電機、鎖緊電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，同時，采集轉(zhuǎn)動電機編碼器信號并監(jiān)測光電傳感器信號，根據(jù)轉(zhuǎn)位機構(gòu)的位置值實現(xiàn)四個位置的精確定位并鎖緊，在四個位置采集光纖陀螺輸出數(shù)據(jù)并按尋北數(shù)學(xué)解算模型進(jìn)行尋北解算，得到真北方向。本發(fā)明基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機構(gòu)，包括外殼(圖中未示出)、 轉(zhuǎn)動電機1、蝸桿2、定位盤3、鎖緊支架4、偏心輪5、V型槽6、鎖緊銷7、零位擋片8、鎖緊松鎖擋片9、傳動齒輪10、鎖緊光電傳感器11、零位光電傳感器12、松鎖光電傳感器13、蝸輪
14、鎖緊電機15。蝸桿2和蝸輪14均置于外殼內(nèi)。轉(zhuǎn)動電機1通過傳動齒輪10與蝸桿2相連，傳動蝸輪14。蝸輪14和定位盤3通過中心軸固定，蝸輪14的順時針或逆時針轉(zhuǎn)動帶動定位盤3的順時針或逆時針轉(zhuǎn)動；定位盤3上設(shè)計了相隔90度的四個V型槽6，在其中兩個V 型槽間置零位擋片8 ；鎖緊支架4和鎖緊銷7相連，偏心輪5置于鎖緊支架4內(nèi)，鎖緊支架4 放置在鎖緊電機15上方，偏心輪5與鎖緊電機15的輸出軸相連，鎖緊松鎖擋片9通過自身的安裝孔固定在鎖緊支架4的左側(cè)，同時將鎖緊光電傳感器11和松鎖光電傳感器13固定在外殼上，鎖緊光電傳感器11與鎖緊松鎖擋片9配合實現(xiàn)鎖緊到位、松鎖光電傳感器13與鎖緊松鎖擋片9配合實現(xiàn)松鎖到位；零位光電傳感器12通過自身的安裝孔固定在外殼上， 使得定位盤3轉(zhuǎn)動時，零位擋片8能順利通過零位光電傳感器12。轉(zhuǎn)動電機1為自帶增量式編碼器的直流力矩電機，可用經(jīng)典的PWM加H橋方式對其轉(zhuǎn)動速度及方向進(jìn)行控制，可用經(jīng)典的QEP正交編碼方式實現(xiàn)增量脈沖計數(shù)。轉(zhuǎn)動電機 1順時針或逆時針轉(zhuǎn)動，通過傳動齒輪10帶動蝸桿2蝸輪14傳動，實現(xiàn)定位盤3的正向或反向旋轉(zhuǎn)及精確位置控制，定位盤3用于安裝光纖陀螺，實現(xiàn)基于四位置法的光纖陀螺尋北功能。鎖緊電機15為直流力矩電機，可用經(jīng)典的PWM加H橋方式對其轉(zhuǎn)動速度及方向進(jìn)行控制，鎖緊光電傳感器11和松鎖光電傳感器13為通用位置傳感器，當(dāng)其光路被遮擋時， 產(chǎn)生電脈沖信號；當(dāng)鎖緊電機15帶動偏心輪5逆時針轉(zhuǎn)動時，使安裝在鎖緊支架4上的鎖緊銷7前進(jìn)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)位機構(gòu)的鎖緊操作，當(dāng)鎖緊松鎖擋片9恰好遮住鎖緊光電傳感器11的光路時，說明鎖緊到位；當(dāng)鎖緊電機15帶動偏心輪5順時針轉(zhuǎn)動時，使安裝在鎖緊支架4上的鎖緊銷7后退，實現(xiàn)轉(zhuǎn)位機構(gòu)的松鎖操作，當(dāng)鎖緊松鎖擋片9恰好遮住松鎖光電傳感器13 的光路時，說明松鎖到位。零位光電傳感器12為通用位置傳感器，當(dāng)其光路被遮擋時，產(chǎn)生電脈沖信號；轉(zhuǎn)位機構(gòu)使用尋沿方式確定零位，當(dāng)定位盤3轉(zhuǎn)動至某特定位置時，零位擋片8恰好遮住零位光電傳感器12的光路，此時將轉(zhuǎn)位機構(gòu)的位置值歸零，該位置即為轉(zhuǎn)位機構(gòu)的零位，每次上電時轉(zhuǎn)位機構(gòu)均應(yīng)先自尋零位；采用正交編碼的方法對轉(zhuǎn)動電機1的編碼器輸出脈沖進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)定位盤3順時針轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)位機構(gòu)的位置值根據(jù)記錄的脈沖個數(shù)相應(yīng)增加，當(dāng)定位盤3逆時針轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)位機構(gòu)的位置值根據(jù)記錄的脈沖個數(shù)相應(yīng)減少；定位盤3每次轉(zhuǎn)動到相同的位置時，轉(zhuǎn)位機構(gòu)的位置值相同。定位盤3上設(shè)計了相隔90度的四個V型槽6，其角度間隔的加工精度優(yōu)于1角分， 當(dāng)定位盤3轉(zhuǎn)動至某四個特定位置時，鎖緊銷7恰好可以插入V型槽6，實現(xiàn)定位盤3的鎖緊。四個特定位置的轉(zhuǎn)位機構(gòu)的位置值可以通過調(diào)試確定。具體方位角轉(zhuǎn)位控制思想如下當(dāng)定位盤3轉(zhuǎn)動至某特定位置時，零位擋片8恰好遮住零位光電傳感器12的光路，此時將轉(zhuǎn)位機構(gòu)的位置值歸零，該位置即為轉(zhuǎn)位機構(gòu)的零位；采用QEP正交編碼方式，進(jìn)行編碼器脈沖計數(shù)操作，當(dāng)定位盤3順時針轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)位機構(gòu)的位置值根據(jù)記錄的脈沖個數(shù)相應(yīng)增加，當(dāng)定位盤3逆時針轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)位機構(gòu)的位置值根據(jù)記錄的脈沖個數(shù)相應(yīng)減少；定位盤3每次轉(zhuǎn)動到相同的位置時，轉(zhuǎn)位機構(gòu)的位置值相同。 這樣可以根據(jù)轉(zhuǎn)位機構(gòu)的位置值實現(xiàn)定位盤3的精確轉(zhuǎn)位，實現(xiàn)精確轉(zhuǎn)動。只需要事先確定四位置法中的四個位置，即鎖緊銷7恰好可以分別插入定位盤3上的四個V型槽的位置所對應(yīng)的轉(zhuǎn)位機構(gòu)的位置值，再根據(jù)實時的位置值即可判斷轉(zhuǎn)位機構(gòu)是否到達(dá)準(zhǔn)確位置。一般，高精度尋北儀的精度要求為3角分，這就要求轉(zhuǎn)位機構(gòu)的定位誤差優(yōu)于 0. 01度。轉(zhuǎn)位的精度由轉(zhuǎn)動電機1的編碼器精度及轉(zhuǎn)動電機1的減速箱、傳動齒輪10、蝸輪14蝸桿2的傳動比共同決定，設(shè)轉(zhuǎn)動電機1編碼器為7位(電機轉(zhuǎn)動一圈，編碼器輸出增量脈沖128個)，減速箱減速比為四1，傳動齒輪10的傳動比為80:1，則轉(zhuǎn)位機構(gòu)的位置值每變化1個LSB，對應(yīng)定位盤3轉(zhuǎn)過的角度約為0. 0012度，所以本設(shè)計不需要轉(zhuǎn)動電機1具有高精度、高分辨率的編碼器，7位轉(zhuǎn)動電機1已能滿足高精度尋北儀的精度要求。同時，蝸輪14蝸桿2具有自鎖功能，用鎖緊機構(gòu)去除蝸輪14蝸桿2的間隙，定位盤上3的四個V型槽6有加工精度要求(優(yōu)于1角分)，進(jìn)一步保證轉(zhuǎn)動定位精度，足以滿足四位置尋北的轉(zhuǎn)位精度要求。在鎖緊和松鎖過程中，鎖緊電機15轉(zhuǎn)動并監(jiān)測鎖緊光電傳感器11和松鎖光電傳感器13的信號，當(dāng)鎖緊電機15帶動偏心輪5逆時針轉(zhuǎn)動時，使安裝在鎖緊支架4上的鎖緊銷7前進(jìn)，即為鎖緊操作，當(dāng)鎖緊松鎖擋片9恰好遮住鎖緊光電傳感器11的光路時，說明鎖緊到位；當(dāng)鎖緊電機15帶動偏心輪5順時針轉(zhuǎn)動時，使安裝在鎖緊支架4上的鎖緊銷7后退，即為松鎖操作，當(dāng)鎖緊松鎖擋片9恰好遮住松鎖光電傳感器13的光路時，說明松鎖到位。一次完整的尋北過程如下轉(zhuǎn)位機構(gòu)上電后，先進(jìn)行解鎖操作，然后轉(zhuǎn)動電機15 帶動定位盤3逆時針轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)位機構(gòu)自尋零位操作，歸零后，轉(zhuǎn)動電機15順時針轉(zhuǎn)向第一位置，到達(dá)第一位置附近后，進(jìn)行微調(diào)，直到轉(zhuǎn)位機構(gòu)當(dāng)前位置值和事先標(biāo)定的第一位置位置值相等后，轉(zhuǎn)動電機15停轉(zhuǎn)，進(jìn)行鎖緊操作，之后在第一位置采集陀螺數(shù)據(jù)；采集結(jié)束后，轉(zhuǎn)位機構(gòu)解鎖，轉(zhuǎn)動電機15順時針轉(zhuǎn)向第二位置，到達(dá)第二位置附近后，進(jìn)行微調(diào)，直到轉(zhuǎn)位機構(gòu)當(dāng)前位置值和事先標(biāo)定的第二位置位置值相等后，轉(zhuǎn)動電機15停轉(zhuǎn)，進(jìn)行鎖緊操作，之后在第二位置采集陀螺數(shù)據(jù)；采集結(jié)束后，轉(zhuǎn)位機構(gòu)解鎖，轉(zhuǎn)動電機15順時針轉(zhuǎn)向第三位置，到達(dá)第三位置附近后，進(jìn)行微調(diào)，直到轉(zhuǎn)位機構(gòu)當(dāng)前位置值和事先標(biāo)定的第三位置位置值相等后，轉(zhuǎn)動電機15停轉(zhuǎn)，進(jìn)行鎖緊操作，之后在第三位置采集陀螺數(shù)據(jù)；采集結(jié)束后，轉(zhuǎn)位機構(gòu)解鎖，轉(zhuǎn)動電機15順時針轉(zhuǎn)向第四位置，到達(dá)第四位置附近后，進(jìn)行微調(diào)， 直到轉(zhuǎn)位機構(gòu)當(dāng)前位置值和事先標(biāo)定的第四位置位置值相等后，轉(zhuǎn)動電機15停轉(zhuǎn)，進(jìn)行鎖緊操作，之后在第四位置采集陀螺數(shù)據(jù)；采集結(jié)束后，轉(zhuǎn)位機構(gòu)解鎖，轉(zhuǎn)動電機15逆時針轉(zhuǎn)向第一位置，到達(dá)第一位置附近后，進(jìn)行微調(diào)，直到轉(zhuǎn)位機構(gòu)當(dāng)前位置值和事先標(biāo)定的第一位置位置值相等后，轉(zhuǎn)動電機停轉(zhuǎn)，進(jìn)行鎖緊操作，之后計算、輸出尋北結(jié)果，完成尋北操作。具體過程如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機構(gòu)，其特征在于，它包括外殼、轉(zhuǎn)動電機(1)、蝸桿(2)、定位盤(3)、鎖緊支架(4)、偏心輪(5)、V型槽(6)、鎖緊銷(7)、零位擋片(8)、鎖緊松鎖擋片(9)、傳動齒輪(10)、鎖緊光電傳感器(11)、零位光電傳感器(12)、松鎖光電傳感器(13)、蝸輪(14)和鎖緊電機(15)等；蝸桿(2)和蝸輪(14)均置于外殼內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機構(gòu)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)動電機(1)通過傳動齒輪(10)與蝸桿(2)相連，傳動蝸輪(14)；蝸輪(14)和定位盤 (3)通過中心軸固定，蝸輪(14)的順時針或逆時針轉(zhuǎn)動帶動定位盤(3)的順時針或逆時針轉(zhuǎn)動；定位盤(3 )上具有相隔90度的四個V型槽(6 )，在其中兩個V型槽(6 )間固定一零位擋片(8);鎖緊支架(4)和鎖緊銷(7)相連，偏心輪(5)置于鎖緊支架(4)內(nèi)，鎖緊支架(4) 放置在鎖緊電機(15)上方，偏心輪(5)與鎖緊電機(15)的輸出軸相連，鎖緊松鎖擋片(9)固定在鎖緊支架(4)的左側(cè)，同時將鎖緊光電傳感器(11)和松鎖光電傳感器(13)固定在外殼上，鎖緊光電傳感器(11)與鎖緊松鎖擋片(9)配合實現(xiàn)鎖緊到位、松鎖光電傳感器(13)與鎖緊松鎖擋片(9)配合實現(xiàn)松鎖到位；零位光電傳感器(12)固定在外殼上，使得定位盤(3) 轉(zhuǎn)動時，零位擋片(8 )能順利通過零位光電傳感器(12 )。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于四位置尋北法的光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機構(gòu)，本發(fā)明通過對轉(zhuǎn)動電機、鎖緊電機的控制及對轉(zhuǎn)動電機編碼器信號、光電傳感器信號的檢測實現(xiàn)轉(zhuǎn)位機構(gòu)的轉(zhuǎn)位、鎖緊、解鎖等功能，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)位機構(gòu)在四個特定位置上的精確定位，并由此實現(xiàn)基于四位置法的光纖陀螺尋北功能；本發(fā)明體積小，重量輕，滿足四位置尋北法的精確定位要求，提高了光纖陀螺尋北儀轉(zhuǎn)位機構(gòu)的穩(wěn)定性和重復(fù)性。
文檔編號G01C19/72GK102506848SQ20111040277
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者于俊, 劉承, 周一覽, 彭星星, 戴昊, 楊建華 申請人:浙江大學(xué)