一种大载荷三维稳定平台的制作方法

1.本发明属于物理测量中稳定的平台技术领域，具体涉及一种大载荷三维稳定平台。


背景技术：

2.对于有定向需求、安装平面需要保持水平的一些仪器仪表来说，其装载于运载体（车、船等）上，如果运载体本身的姿态在不断的发生变化，就会极大的影响仪器仪表的正常使用，比如机载吊舱、车载或舰载定向跟踪设备等。这种情况下就必须要用到稳定平台，将需要稳定的仪器仪表放置在稳定平台工作面上，通过稳定平台装载于运载体上，依靠稳定平台的反向运动抵消运载体本身姿态变化对仪器仪表的影响。
3.现有的三轴稳定平台，平台的负载基本都不能太大，如us20030014874a1、cn200954872y、cn205262489u所公开，平台多采用步进电机直接驱动各转动环来达到稳定的目的，cn205262489u还重在提供一种体积小、重量轻的平台结构，目前的驱动形式使得稳定平台能负载的重量小，而不适于一些重量较重的仪器仪表，有待优化改进；重量和体积较大的仪器仪表置于稳定平台上后的水电气供给连接也应综合考虑，以保证实用性。


技术实现要素：

4.针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种大载荷三维稳定平台，避免目前的结构、驱动形式使得稳定平台能负载的重量较小的问题，取得提高稳定平台的负载能力并能有效使用的效果。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种大载荷三维稳定平台，包括水平的底板，所述底板上凸起设有两平行正对的支撑座，两支撑座之间连接有纵摇环，纵摇环的外侧面通过两共线的水平纵转轴分别与对应侧的支撑座可转动相连；纵摇环内连接有横摇环，横摇环的外侧面通过两共线的水平横转轴分别与对应侧的纵摇环的内侧面可转动相连，水平横转轴垂直于所述水平纵转轴；横摇环内连接有可沿自身轴线转动的竖向方位轴，底板通过第一滚珠丝杠驱动单元与纵摇环相连并通过所述第一滚珠丝杠驱动单元驱动纵摇环的转动；纵摇环通过第二滚珠丝杠驱动单元与横摇环相连并通过所述第二滚珠丝杠驱动单元驱动横摇环的转动。
6.进一步完善上述技术方案，第一滚珠丝杠驱动单元的主动端和从动输出端分别与底板、纵摇环相铰接；第二滚珠丝杠驱动单元的主动端和从动输出端分别与纵摇环、横摇环相铰接。
7.进一步地，横摇环的下端连接有底封板，所述竖向方位轴位于底封板上方；底封板的下表面凸起设有铰接支耳，纵摇环的下表面凸起设有铰接凸耳，第二滚珠丝杠驱动单元的主动端和从动输出端分别铰接于所述铰接支耳和铰接凸耳。
8.进一步地，第二滚珠丝杠驱动单元的主动端包括第二伺服电机，第二伺服电机驱动连接于螺杆的一端；第二滚珠丝杠驱动单元的从动输出端包括套设在所述螺杆上的螺
母，所述螺母上连接有一套筒，所述套筒套设于螺杆的自由端并可随螺母同步运动；第二伺服电机固定置于外壳体内，外壳体的外侧和套筒远离螺母的一端分别铰接于所述铰接支耳和铰接凸耳。
9.进一步地，所述外壳体包括依次连接的电机外壳、连接段外壳和螺杆外壳，所述第二伺服电机固定置于电机外壳内，第二伺服电机的输出轴伸入连接段外壳并在连接段外壳内与螺杆的一端相连，连接段外壳在远离电机外壳的一端与对应的螺杆段之间设有滚动轴承以保证螺杆的转动和有效支撑，螺杆的自由端位于螺杆外壳内，所述螺母也位于螺杆外壳内，所述套筒从螺杆外壳远离连接段外壳的一端穿出，所述螺母和套筒的外壁与螺杆外壳的内壁为滑动间隙配合；连接段外壳的外侧与所述铰接支耳相铰接；套筒的远离螺母的一端封口并与所述铰接凸耳相铰接。
10.进一步地，所述水平纵转轴与水平横转轴共面。
11.进一步地，所述竖向方位轴通过滚动轴承可转动支撑连接于横摇环内，横摇环上设有方位电机，方位电机传动连接固连于竖向方位轴上的方位齿轮副以驱动竖向方位轴。
12.进一步地，还包括控制箱，控制箱控制连接所述第一滚珠丝杠驱动单元、第二滚珠丝杠驱动单元和方位电机，水平纵转轴、水平横转轴以及竖向方位轴分别同步转动连接有编码器，各编码器信号连接控制箱以反馈转动角度。
13.进一步地，底板或支撑座上设有外接的插接件和惯导系统安装部。
14.进一步地，竖向方位轴上设有水电滑环，所述水电滑环与所述插接件相连，竖向方位轴的上方同步转动连接有负载箱体以便为负载提供安装平面和控制系统安装位置，水电滑环伸入负载箱体中以便转接连接负载。
15.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：1、本发明的一种大载荷三维稳定平台，优化了连接结构和驱动方式，采用交流伺服电机带动滚珠丝杠进行纵摇环、横摇环的驱动，精度高，驱动力大，可以克服目前的稳定平台可负载的重量小的问题，通过在竖向方位轴上连接同步转动的负载箱体，就可以通过负载箱体连接重量和体积较大的仪器仪表，负载箱体可为负载提供安装平面和控制系统安装位置，保证稳定平台的有效使用。
16.2、本发明的一种大载荷三维稳定平台，竖向方位轴上设有水电滑环，同步转动连接有负载箱体，可以为负载提供安装平面和控制系统安装位置，水电滑环与插接件相连以转接至负载箱体中，方便负载的连接，连接方便，保障使用效果。
附图说明
17.图1为具体实施例的一种大载荷三维稳定平台的结构示意图；图2为具体实施例的一种大载荷三维稳定平台隐去负载箱体的结构示意图；图3为具体实施例中单独示意纵摇环及内部相关结构的示意图；图4为图3的仰视角度的立体图；图5为图3的仰视图；图6为具体实施例中第二滚珠丝杠驱动单元的结构示意图；图7为以图5为基础，隐去底封板的示意图；其中，底板1，第一滚珠丝杠驱动单元11，第一伺服电机12，
支撑座2，插接件21，惯导系统安装部22，机械限位装置23，纵摇环3，水平纵转轴31，第二滚珠丝杠驱动单元32，第二伺服电机33，螺杆34，螺母35，套筒36，外壳体37，电机外壳371、连接段外壳372，螺杆外壳373，铰接凸耳38，横摇环4，水平横转轴41，方位电机42，底封板43，铰接支耳44，竖向方位轴5，方位齿轮副51，水电滑环52，负载箱体53。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
19.请参见图1、图2，具体实施例的一种大载荷三维稳定平台，包括水平的底板1，所述底板1上凸起设有两平行正对的支撑座2，两支撑座2之间连接有纵摇环3，纵摇环3的外侧面通过两共线的水平纵转轴31分别与对应侧的支撑座2可转动相连；纵摇环3内连接有横摇环4，横摇环4的外侧面通过两共线的水平横转轴41分别与对应侧的纵摇环3的内侧面可转动相连，水平横转轴41垂直于所述水平纵转轴31；横摇环4内连接有可沿自身轴线转动的竖向方位轴5，底板1通过第一滚珠丝杠驱动单元11与纵摇环3相连并通过所述第一滚珠丝杠驱动单元11驱动纵摇环3的转动；纵摇环3通过第二滚珠丝杠驱动单元32与横摇环4相连并通过所述第二滚珠丝杠驱动单元32驱动横摇环4的转动。
20.实施例的一种大载荷三维稳定平台，优化了连接结构和驱动方式，采用交流伺服电机带动滚珠丝杠进行纵摇环3、横摇环4的驱动，精度高，驱动力大，可以克服目前的稳定平台可负载的重量小的问题，通过在竖向方位轴5上连接同步转动的负载箱体53，就可以通过负载箱体53连接重量和体积较大的仪器仪表，负载箱体53可为负载提供安装平面和控制系统安装位置，保证稳定平台的有效使用。
21.实施时，水平纵转轴31可以是一体成型于纵摇环3的外侧面，且可转动连接于支撑座2；也可以是独立的轴体，两端分别连接纵摇环3和支撑座2，任一端为可转动连接即可。水平横转轴41可以是一体成型于横摇环4的外侧面，且可转动连接于纵摇环3的内侧面（可以是可转动穿过）；也可以是独立的轴体，两端分别连接横摇环4和纵摇环3，任一端为可转动连接即可。
22.其中，第一滚珠丝杠驱动单元11的主动端和从动输出端分别与底板1、纵摇环3相铰接；第二滚珠丝杠驱动单元32的主动端和从动输出端分别与纵摇环3、横摇环4相铰接。具体两端的朝向不是限制性的，可以调头连接。
23.这样，保证纵摇环3、横摇环4的转动与其驱动部分的运动相适配，避免卡滞和运动干涉。
24.请继续参见图3
‑
图6，从设计来说，纵摇环3位于最外环，纵摇环3的外侧和底板1上都有充分的空间用于布置第一滚珠丝杠驱动单元11及其两端的铰接连接，实现方式很多，而横摇环4位于纵摇环3内，布置空间有限，其驱动连接需要细节设计，本实施例中，横摇环4的下端连接有底封板43，所述竖向方位轴5位于底封板43上方；底封板43的下表面凸起设有铰接支耳44，纵摇环3的下表面凸起设有铰接凸耳38，第二滚珠丝杠驱动单元32的主动端和从动输出端分别铰接于所述铰接支耳44和铰接凸耳38。
25.这样，因为稳定平台的转动设计角度并不太大，所以将相关连接设于横摇环4的下端，更加稳定可靠。
26.其中，第二滚珠丝杠驱动单元32的主动端包括第二伺服电机33，第二伺服电机33驱动连接于螺杆34的一端；第二滚珠丝杠驱动单元32的从动输出端包括套设在所述螺杆34上的螺母35，所述螺母35上连接有一套筒36，所述套筒36套设于螺杆34的自由端并可随螺母35同步运动；第二伺服电机33固定置于外壳体37内，外壳体37的外侧和套筒36远离螺母35的一端分别铰接于所述铰接支耳44和铰接凸耳38。
27.这样，提供一种滚珠丝杠驱动连接的具体形式，保障驱动的效果。
28.其中，所述外壳体37包括依次连接的电机外壳371、连接段外壳372和螺杆外壳373，所述第二伺服电机33固定置于电机外壳371内，第二伺服电机33的输出轴伸入连接段外壳372并在连接段外壳372内与螺杆34的一端相连，连接段外壳372在远离电机外壳371的一端与对应的螺杆34段之间设有滚动轴承以保证螺杆34的转动和有效支撑，螺杆34的自由端位于螺杆外壳373内，所述螺母35也位于螺杆外壳373内，所述套筒36从螺杆外壳373远离连接段外壳372的一端穿出，所述螺母35和套筒36的外壁与螺杆外壳373的内壁为滑动间隙配合；连接段外壳372的外侧与所述铰接支耳44相铰接；套筒36的远离螺母35的一端封口并与所述铰接凸耳38相铰接。
29.这样，有效保证驱动过程的稳定性，铰接支耳44铰接连接于连接段外壳372的外侧，一方面便于空间布置，另一方面，第二伺服电机33的输出更平稳。
30.第一滚珠丝杠驱动单元11可以采用与第二滚珠丝杠驱动单元32类似的结构，本实施例中，第一滚珠丝杠驱动单元11中的第一伺服电机12的朝向看起来不太一样，只是为了设计输出力的需要，在第一伺服电机12的输出轴后增加了减速齿轮以提高传递出去的扭矩，对应的在其外壳体37上做了适应性的外形结构变化。
31.本实施例中，纵摇环3、横摇环4都是方形的环状结构，所述水平纵转轴31与水平横转轴41的轴线共面。可使稳定平台的稳定性进一步得到提高。
32.请继续参见图7，其中，所述竖向方位轴5通过滚动轴承可转动支撑连接于横摇环4内，横摇环4上设有方位电机42，方位电机42传动连接固连于竖向方位轴5上的方位齿轮副51以驱动竖向方位轴5。
33.这样，实施竖向方位轴5的连接和驱动，使用可靠。本实施例中，方位电机42也连接在底封板43的下表面，输出轴穿过底封板43通过输出小齿轮与方位齿轮副51啮合传动。可以如本实施例选择双电机消隙驱动的方式，进一步提高转动角度的控制精度，本实施例中，方位电机42的数量就是两个，以竖向方位轴5中心对称布置。
34.实施时，还包括控制箱和给各电气件供电的电源箱（图中未示出），放置位置不限，电源箱可选择8u标准机箱，将380v交流电，转换为需要的220v交流电源、直流电源、电机驱动电源；控制箱为6u标准机箱，对稳定平台进行控制，使其保持稳定运行，控制箱控制连接所述第一伺服电机12、第二伺服电机33和方位电机42，水平纵转轴31、水平横转轴41以及竖向方位轴5分别同步转动连接有编码器（图中未示出），各编码器信号连接控制箱以反馈转动角度。
35.其中，底板1或支撑座2上设有外接的插接件21和惯导系统安装部22。竖向方位轴5上设有水电滑环52，所述水电滑环52与所述插接件21相连，竖向方位轴5的上方同步转动连接有负载箱体53以便为负载提供安装平面和控制系统安装位置，水电滑环52伸入负载箱体53中以便转接连接负载。
36.实施例的稳定平台结构设计采用o—o—t形式，即：o型纵摇环3——o型横摇环4——t型竖向方位轴5，可以理解的，转动连接部位均采用精密机械轴承支撑连接，以保证回转精度、系统的刚性以及设备的寿命。纵、横摇环4采用交流伺服电机带动滚珠丝杠进行驱动，方位轴采用双方位电机42消隙驱动，采用绝对式磁栅作为平台轴运动测量反馈元件。使用时，接插件按需连接上水、电或/和气路，控制箱电缆、电源箱电缆也连接到接插件上实现稳定平台的供电和通讯等，惯导系统可连接于惯导系统安装部22，控制箱接收惯导系统提供的运载体的姿态信息（包括航向角、纵摇角、横摇角等信息），对应控制稳定平台上的第一伺服电机12、第二伺服电机33和方位电机42转动，调整负载箱体53的纵摇角、横摇角、方位角，使负载箱体53始终保持平稳。各编码器实时测量纵摇环3、横摇环4、竖向方位轴5的偏移角度，并将信息反馈至控制箱，进行闭环控制。竖向方位轴5装绝对编码器。为保障使用安全性，纵摇环3和横摇环4可装机械限位装置23和电气限位装置，同时可在控制软件中设置软件限位以确保使用安全性。水电滑环52转接接插件上的电源、信号线、冷却缺水等到负载箱体53中，便于对应为负载提供电源、信号和冷却水等。
37.实施例的一种大载荷三维稳定平台，可以承载1000kg的负载，精度高，转动范围可实现：方位：360
°
；纵摇：
±
10
°
；横摇：
±
10
°
；稳定精度可实现：横摇≤0.3
°
（1σ）；纵摇≤0.3
°
（1σ）；方位≤0.1
°
（1σ）。
38.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。