专利名称：具有动态稳定功能的三轴转台的制作方法
技术领域：
本发明属于稳定平台类设备，具体的说，涉及一种具有动态稳定功能的三轴转台。
背景技术：
现有的稳定平台类设备，从功能上看，主要是为其搭载设备提供相对于大地水平面(或某一参考平台)稳定的功能，使稳定平台所搭载的设备在其安装环境运动的条件下，能够相对于大地水平面，在俯仰、横滚两方向上的角度保持稳定，即在动态条件下，稳定平台的设备搭载平面的俯仰角、横滚角相对于大地水平面的角度理想值为0°。从稳定平台的实现方式来看，有机械摆锤稳定方式和测量控制稳定方式。机械摆 锤稳定方式缺点是技术落后，稳定效果不佳，测量控制稳定方式是目前稳定平台类设备普遍采用的方式。从使用器件上看，主要采用陀螺仪或编码器实现测量或补偿功能。但是，陀螺仪成本高、体积较大，进行低成本、小型化开发较为困难。而采用编码器虽然可以降低成本、减小体积，但编码器由于其测量结果是相对于其安装零点的值，因此，当其安装平台摇摆的情况下，虽然能够提供相对其安装基准的稳定功能，但不具备相对于惯性空间或大地水平面的稳定功能，对于观测、探测设备而言，无法保证平稳观测，影响观测效果。从观测所需要获得的测量数据来看，一部观测/探测设备需要获得相对于安装平面的俯仰角、方位角，个别系统需要获得横滚角，从观测/探测设备对稳定功能的需要来看，稳定平台需要向观测/探测设备提供相对于惯性空间(或大地水平面)的稳定功能，或者提供相对于安装平面的稳定功能，许多搭载于运动系统中的稳定平台还需要提供方位方向的稳定功能。当稳定平台设备上加装观测仪器时，一般形式为，在具有俯仰和横滚稳定功能的稳定平台上安装具有观测设备的两轴(方位、俯仰)转台。这样，在“稳定平台+两轴转台+观测设备”组成的系统中，将可能存在一或两个方位转轴、两个俯仰转轴、至少一个横滚转轴。采用这种模式，使得系统结构复杂、整体体积大、重量大，而且制造成本增加。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，本发明提供了一种具有动态稳定功能的三轴转台，其将转台机构与工作平台有效结合，结合数字控制，为需要稳定的设备提供小体积、低成本、自动的技术解决方案，能够有效满足车辆、船只、小型飞行器等需要搭载小型稳定观测设备的需要。为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的一种具有动态稳定功能的三轴转台，其特征在于包括外部控制模块、DSP控制器、电源、测量元件以及三轴转台本体，所述外部控制模块连接所述DSP控制器，所述电源连接所述DSP控制器和所述三轴转台本体，所述DSP控制器连接所述三轴转台本体，所述三轴转台本体设有测量元件，所述三轴转台本体包括转台机构以及活动连接于该转台机构的工作平台，所述转台机构和所述工作平台之间设有方位转轴、俯仰转轴、横滚转轴。其中，所述工作平台上设有第一传感器，所述转台机构上设有第二传感器。也可以，所述工作平台上设有第一传感器，所述转台机构上设有绝对式光电编码器组。也可以，所述工作平台上设有第一传感器，所述转台机构上设有绝对式光电编码器组和第二传感器。其中，所述绝对式光电编码器组包括三个绝对式光电编码器，其分别安装在所述三轴转台本体的方位转轴、俯仰转轴、横滚转轴上。
也可以，所述工作平台上设有第一传感器。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明所述的具有动态稳定功能的三轴转台，包括外部控制模块，DSP控制器、电源、测量元件以及三轴转台本体，所述外部控制模块连接所述DSP控制器，所述电源连接所述DSP控制器和所述三轴转台本体，所述DSP控制器连接所述三轴转台本体，所述三轴转台本体设有测量元件，所述三轴转台本体包括转台机构以及活动连接于该转台机构的工作平台，所述转台机构和所述工作平台之间设有方位转轴、俯仰转轴、横滚转轴，采用以上技术方案，本发明为小型观测、探测设备提供了一种通用、低成本的具有稳定功能的三轴转台，其结合数字控制，为需要保持动态稳定的设备提供小体积、低成本、自动的技术解决方案，稳定性好，制造成本低。观测/探测仪器可架设在本发明的工作平台上，具有动态稳定功能的本发明主要提供以下功能a)具有方位、俯仰、横滚三轴的全周转动功能；b)可在任意角度上提供动态稳定功能；c)能够获得观测设备在惯性坐标系的姿态数据，及相对于安装坐标系的姿态数据，并可向外部发送；d)可方便架设多种仪器。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。图I是本发明实施例I的系统结构示意图；图2是本发明实施例2的系统结构示意图；图3是本发明实施例3的系统结构示意图；图4是本发明实施例4的系统结构示意图；图5是本发明方位轴稳定控制的原理；图6是本发明俯仰轴稳定控制的原理；图7是本发明横滚轴稳定控制的原理。其中，I、外部控制模块；2、DSP控制器；3、电源；4、三轴转台本体；41、转台机构；42、工作平台；43、方位转轴；44、俯仰转轴；45、横滚转轴；5、第一传感器；6、第二传感器；
7、绝对式光电编码器组。
具体实施例方式实施例I :如图I所示，本发明所述的具有动态稳定功能的三轴转台，包括外部控制模块I、DSP控制器2、电源3、测量元件以及三轴转台本体4，外部控制模块I连接DSP控制器2，电源3连接DSP控制器2和三轴转台本体4，DSP控制器2连接三轴转台本体4，三轴转台本体4设有测量元件,三轴转台本体4包括转台机构41以及活动连接于该转台机构41的工作平台42，转台机构41和工作平 台42之间设有方位转轴43、俯仰转轴44、横滚转轴45。DSP控制器2是系统的控制和处理核心，负责采集测量元件的数据，经过解算处理，控制三轴转台转动及稳定控制。DSP控制器2也负责接收来自外部控制模块I发送的控制命令，以及负责同外部的计算机系统进行控制命令和数据的交换。外部控制模块I由人操作，可向DSP控制器2发送控制命令、控制三轴转台转动以及方位向、俯仰向、横滚向的稳定期望角度等。本发明的转台机构41具有方位转轴43、俯仰转轴44、横滚转轴45，由电机带动实现三轴转动，工作平台42上的工作平面可放置仪器，动态稳定功能即针对该工作平面进行动态稳定控制，电源3为系统中的各部分提供所需的电能。在本实施例中，测量兀件包括第一传感器5和第二传感器6,第一传感器5设于工作平台42，用于测量工作平台42指向相对于惯性空间(或大地水平面)的姿态角，以及相对于地理正北的方位角，第二传感器6设于转台机构41上，经过相对于转台机构41的安装底面的位置校正，用于测量转台机构41底面相对于惯性空间的姿态角，以及相对于地理正北的方位角。本实施例主要具有以下功能a)具有方位、俯仰、横滚三轴的全周转动功能；b)能够为搭载的仪器提供相对于惯性空间(或大地水平面)的俯仰稳定功能、横滚稳定功能以及相对于地理正北的方位稳定功能；c)可在任意位置上动态稳定；d)能够测量工作平台42对于惯性空间(或大地水平面)的指向姿态角(方位角、俯仰角、横滚角)、转台机构41的安装底面相对于惯性空间(或大地水平面)的姿态角(方位角、俯仰角、横滚角)。实施例2 如图2所示,本实施例与实施例I大致相同,其区别点在于测量元件包括第一传感器5和绝对式光电编码器组7，第一传感器5设于工作平台42上，用于测量工作平台42指向相对于惯性空间的姿态角，绝对式光电编码器组7包括三个绝对式光电编码器，其分别安装在三轴转台本体4的方位转轴43、俯仰转轴44、横滚转轴45上，用于测量工作平台42指向相对于转台机构41底面的姿态角。本实施例主要具有以下功能a)具有方位、俯仰、横滚三轴的全周转动功能；b)能够为搭载的仪器提供相对于惯性空间(或大地水平面)的俯仰稳定功能、横滚稳定功能以及相对于地理正北的方位稳定功能；或提供相对于载体安装平面的方位稳定功能、俯仰稳定功能、横滚稳定功能；
c)可在任意位置上动态稳定；d)能够测量工作平台42相对于惯性空间(或大地水平面)指向姿态角(方位角、俯仰角、横滚角)、工作平台42相对于转台机构41安装底面的指向姿态角(方位角、俯仰角、横滚角)。实施例3 如图3所示,本实施例与实施例I大致相同,其区别点在于测量元件包括第一传感器5、绝对式光电编码器组7和第二传感器6，第一传感器5设于工作平台42上，用于测量工作平台42指向相对于惯性空间的姿态角，第二传感器6设于转台机构41上，用于测量转台机构41底面相对于惯性空间的姿态角，绝对式光电编码器组7的三个编码器分别安装在方位转轴43、俯仰转轴44、横滚转轴45上，用于测量工作平台42指向相对于转台机构41底面的姿态角。主要具有以下功能·a)具有方位、俯仰、横滚三轴的全周转动功能；b)能够为搭载的仪器提供相对于惯性空间(或大地水平面)的俯仰稳定功能、横滚稳定功能以及相对于地理正北的方位稳定功能；或提供相对于载体安装平面的方位稳定功能、俯仰稳定功能、横滚稳定功能；c)可在任意位置上动态稳定；d)能够测量工作平台42对于惯性空间(或大地水平面)指向姿态角(方位角、俯仰角、横滚角)、工作平台42相对于转台机构41底面的指向姿态角(方位角、俯仰角、横滚角)、转台机构41的安装底面相对于惯性空间(或大地水平面)的姿态角(方位角、俯仰角、横滚角)。实施例4 如图4所示,本实施例与实施例I大致相同,其区别点在于测量元件包括第一传感器5，第一传感器5设于工作平台42上，用于测量转台指向相对于惯性空间的姿态角。主要具有以下功能a)具有方位、俯仰、横滚三轴的全周转动功能；b)能够为搭载的仪器提供相对于惯性空间(或大地水平面)的俯仰稳定功能、横滚稳定功能以及相对于地理正北的方位稳定功能；c)可在任意位置上动态稳定；d)能够测量工作平台42对于惯性空间(或大地水平面)指向姿态角(方位角、俯仰角、横滚角)。本发明的工作原理是图5用以说明方位轴稳定控制的原理。通过外部控制模块I向系统输入稳定位置的期望值(方位角)，DSP控制器2可根据测量元件的配置以及系统的功能切换，选择由第一传感器5或绝对式光电编码器组7作为反馈测量元件。DSP控制器2解算三轴转台本体4的方位轴转角与外部控制模块I输入的期望值的差值后，发出转动控制信号，经方位伺服驱动单元放大后，送至电机，控制方位轴达到理想的稳定位置。根据系统的具体配置，如果第二传感器6配置于系统中时，第二传感器6将把三轴转台本体4的安装底面相对于地理正北的方位角发送给DSP控制器2。
图6用以说明俯仰轴稳定控制的原理。通过外部控制模块I向系统输入稳定位置的期望值(俯仰角)，DSP控制器2可根据测量元件的配置以及系统的功能切换，选择由第一传感器5或绝对式光电编码器组7作为反馈测量元件。DSP控制器2解算三轴转台本体4的俯仰轴转角与外部控制模块I输入的期望值的差值后，发出转动控制信号，经俯仰伺服驱动单元放大后，送至电机，控制俯仰轴达到理想的稳定位置。根据系统的具体配置，如果第二传感器6配置于系统中时，第二传感器6将把三轴转台本体4的安装底面相对于惯性空间(或大地水平面)的俯仰角发送给DSP控制器2。图7用以说明横滚轴稳定控制的原理。通过外部控制模块I向系统输入稳定位置的期望值(横滚角)，DSP控制器2可根据测量元件的配置以及系统的功能切换，选择由第一传感器5或绝对式光电编码器组7作为反馈测量元件。DSP控制器2解算三轴转台本体4的横滚轴转角与外部控制模块I输入的期望值的差值后， 发出转动控制信号，经横滚伺服驱动单元放大后，送至电机，控制横滚轴达到理想的稳定位置。根据系统的具体配置，如果第二传感器6配置于系统中时，第二传感器6将把三轴转台本体4的安装底面相对于惯性空间(或大地水平面)的横滚角发送给DSP控制器2。本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
权利要求
1.一种具有动态稳定功能的三轴转台，其特征在于包括外部控制模块、DSP控制器、电源、测量元件以及三轴转台本体，所述外部控制模块连接所述DSP控制器，所述电源连接所述DSP控制器和所述三轴转台本体，所述DSP控制器连接所述三轴转台本体，所述三轴转台本体设有测量元件，所述三轴转台本体包括转台机构以及活动连接于该转台机构的工作平台，所述转台机构和所述 工作平台之间设有方位转轴、俯仰转轴、横滚转轴。
2.根据权利要求I所述的具有动态稳定功能的三轴转台，其特征在于所述工作平台上设有第一传感器，所述转台机构上设有第二传感器。
3.根据权利要求I所述的具有动态稳定功能的三轴转台，其特征在于所述工作平台上设有第一传感器，所述转台机构上设有绝对式光电编码器组。
4.根据权利要求I所述的具有动态稳定功能的三轴转台，其特征在于所述工作平台上设有第一传感器，所述转台机构上设有绝对式光电编码器组和第二传感器。
5.根据权利要求3或4所述的具有动态稳定功能的三轴转台，其特征在于所述绝对式光电编码器组包括三个绝对式光电编码器，其分别安装在所述三轴转台本体的方位转轴、俯仰转轴、横滚转轴上。
6.根据权利要求I所述的具有动态稳定功能的三轴转台，其特征在于所述工作平台上设有第一传感器。
全文摘要
本发明属于稳定平台类设备，具体的说，涉及一种具有动态稳定功能的三轴转台，其包括外部控制模块、DSP控制器、电源、测量元件以及三轴转台本体，所述外部控制模块连接所述DSP控制器，所述电源连接所述DSP控制器和所述三轴转台本体，所述DSP控制器连接所述三轴转台本体，所述三轴转台本体设有测量元件，所述三轴转台本体包括转台机构以及活动连接于该转台机构的工作平台，所述转台机构和所述工作平台之间设有方位转轴、俯仰转轴、横滚转轴，其结合数字控制，为需要保持动态稳定的设备提供小体积、低成本、自动的技术解决方案，稳定性好，制造成本低。
文档编号G01C21/18GK102914307SQ201110219258
公开日2013年2月6日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者王靖微 申请人:王靖微