一种用于舰载天线的轻型两轴两框架式稳定平台的制作方法

1.本发明涉及机械技术领域，特别是涉及一种用于舰载天线的轻型两轴两框架式稳定平台。


背景技术：

2.海上航行的船舶，会受到海浪、海风等气象环境的影响使船体本身发生纵、横摇摆现象，此时船用天线的工作性能会受到严重影响。为了保证船用天线具有稳定可靠、髙精度的探测能力，则需要隔离船体本身的纵摇运动和横摇运动。
3.稳定平台能够有效克服水面舰船摇摆对天线波束指向的影响，使天线始终保持与水平面垂直，使其最大增益始终指向水平方向。现有稳定平台多为两轴框架或三轴框架式，但是现有稳定平台的结构较为复杂且精度较低无法很好地保证雷达、通信和天线等相关专业的需求。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种用于舰载天线的轻型两轴两框架式稳定平台，以解决现有稳定平台不能很好满足雷达、通信和天线的专业需求的问题。
5.本发明提供了一种用于舰载天线的轻型两轴两框架式稳定平台，该稳定平台包括：支撑架和控制器，以及设置在所述支撑架上的纵摇机构、横摇机构和限位机构，其中，所述纵摇机构的纵摇轴系与所述横摇机构的横摇轴系相互正交，并通过所述限位机构限制所述纵摇机构和所述横摇机构的转动角度；所述支撑架进一步包括底座，以及设置在所述底座上的第一支架和第二支架；
6.所述横摇机构设置在所述第一支架和所述第二支架之间，且所述横摇机构进一步包括横摇壳体，以及设置在所述横摇壳体内的横摇电机，通过所述控制器控制所述横摇电机使得所述横摇机构绕所述横摇输入轴在预设横摇角度范围内进行转动，其中，所述横摇输入轴与所述第一支架和所述第二支架之间的中心轴线相平行；
7.所述纵摇机构进一步包括纵摇电机、纵摇输入轴和纵摇输出轴，所述纵摇输入轴设置在所述第一支架上，且所述纵摇输入轴的一端与所述纵摇电机连接，所述纵摇输入轴的一端固定在所述横摇壳体上，所述纵摇输出轴设置在所述第二支架上，且所述纵摇输出轴的一端设置在所述第二支架上，另一端固定在所述横摇壳体上；通过所述控制器控制所述纵摇电机使得所述纵摇输入轴转动，并通过所述横摇机构带动所述天线单元整体在预设纵摇角度范围内进行转动；
8.所述横摇壳体上设有天线单元、倾角仪和速度陀螺仪，通过所述倾角仪测量所述天线单元的水平信息，并通过所述速度陀螺仪测量船体摇摆倾斜的速度信息；
9.所述控制器实时根据所测得的所述天线单元的水平信息以及船体摇摆倾斜的速度信息计算补偿天线单元平衡的横摇角度和纵摇角度，并基于所计算得到的横摇角度和纵摇角度控制所述横摇机构和所述纵摇机构进行转动，以使得所述天线单元保持在水平位
置。
10.可选地，所述横摇壳体上设有横摇支架，所述横摇支架包括有两个支撑臂和一个支撑平台，所述支撑平台通过两个支撑臂与所述横摇壳体的中心轴两侧相连接，并通过所述支撑平台用于固定所述天线单元、所述倾角仪和所述速度陀螺仪。
11.可选地，所述横摇机构还包括第二谐波减速器、横摇输入轴和横摇输出轴，所述横摇机构由所述横摇电机驱动，经所述第二谐波减速器减速后，带动横摇输入轴转动，并最终通过所述横摇支架带动天线单元进行摆动。
12.可选地，所述横摇壳体为圆筒状，且所述横摇输入轴和所述横摇输出轴设置在所述横摇壳体的中心轴的两端；
13.通过所述横摇电机驱动，经所述第二谐波减速器减速后，带动所述横摇输入轴转动，再通过所述横摇输入轴的转动带动所述横摇支架运动，并通过所述横摇支架带动所述横摇输出轴运动，最终所述天线单元在所述横摇角度内进行摆动。
14.可选地，所述纵摇机构还包括纵摇壳体，所述纵摇外壳设置在所述纵摇电机外，并与所述第一支架相连接。
15.可选地，所述纵摇机构还包括第一谐波减速器，所述纵摇机构由所述纵摇电机驱动，经所述第一谐波减速器减速后，带动纵摇输入轴转动，进而带动所述横摇机构和纵摇输出轴转动，最终通过所述横摇机构带动天线单元进行摆动。
16.可选地，所述限位机构包括横摇止挡和纵摇止挡，其中，所述横摇止挡设置在所述第一支架和/或所述第二支架上，所述纵摇止挡设置在所述底座上；
17.所述横摇止挡，用于限制所述横摇机构的转动角度；
18.所述纵摇止挡，用于限制所述纵摇机构的转动角度。
19.可选地，所述横摇止挡为两个，分别设置在所述第一支架和所述第二支架顶部；所述纵摇止挡也为两个，分别对称设置在所述底座上。
20.可选地，所述预设纵摇角度范围为
±
10
°
，所述预设横摇角度范围为
±
20
°
。
21.可选地，所述倾角仪和所述速度陀螺仪对称设置在所述天线单元的两侧。
22.本发明有益效果如下：
23.本发明通过设置纵摇机构，横摇机构、限位机构、天线单元以及测量采集单元来实现稳定平台绕x、y轴两个自由度的运动，也可实现同时绕x、y轴两个自由度的复合运动，并且，本发明的稳定平台采用“交流电机+减速器”驱动方式，该平台具有重量轻、体积小、机构形式简单且结构紧凑、稳定可靠，使用维修方便等优点，也即本发明的稳定平台能够很好地满足雷达、通信和天线的专业需求的问题，最终大大提升用户体验。
24.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
25.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
26.图1是本发明实施例提供的系统原理框图；
27.图2是本发明实施例提供的工作原理示意图；
28.图3是本发明实施例提供的二维等轴侧视图；
29.图4是本发明实施例提供的主视结构示意图；
30.图5是本发明实施例提供的限位机构的安装示意图；
31.图6是本发明实施例提供的左视结构示意图；
32.图7是本发明实施例提供的横摇轴系装配示意图；
33.图8是本发明实施例提供的纵摇轴系装配示意图；
34.图9是本发明实施例提供的整个稳定平台的三维效果图。
35.附图说明：1纵摇机构，该纵摇机构包括零件：6电机罩、7纵摇电机、8纵摇壳体、9纵摇支架、10第一谐波减速器、纵摇输入轴进一步包括纵摇轴11以及与该纵摇轴相键合的另一纵摇轴12、13纵摇输出轴、14调心球轴承、15轴承挡板、16油封、17第一压板、18第二压板及19纵摇压盖；
36.2横摇机构，横摇机构包括零件：20横摇电机、10'第二谐波减速器、横摇输入轴进一步包括横摇输入轴21以及与该横摇输入轴相键合的另一横摇输入轴22、23横摇输出轴、14'调心球轴承、24轴承挡板、25锁紧螺母、26第一横摇盖板、27第二横摇盖板、28第一横摇端盖、29第二横摇端盖、16'油封、30第三压板、31第四压板、32横摇壳体、33横摇支架；
37.3限位机构，限位机构包括34横摇止挡和35纵摇止挡；
38.4天线单元，天线单元零件包括36天线和37天线支撑法兰；
39.5测量采集单元，测量采集单元包括38倾角仪和39速率陀螺仪。
具体实施方式
40.本发明实施例针对现有稳定平台能够很好地满足雷达、通信和天线的专业需求的问题，本发明通过设置纵摇机构，横摇机构、限位机构、天线单元以及测量采集单元来实现稳定平台绕x、y轴两个自由度的运动，也可实现同时绕x、y轴两个自由度的复合运动，并且，本发明的稳定平台采用“交流电机+减速器”驱动方式，该平台具有重量轻、体积小、机构形式简单且结构紧凑、稳定可靠，使用维修方便等优点，也即本发明的稳定平台能够很好地满足雷达、通信和天线的专业需求的问题，最终大大提升用户体验。以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
41.本发明实施例提供了一种用于舰载天线的轻型两轴两框架式稳定平台，参见图1至图9，该稳定平台包括：支撑架和控制器，以及设置在所述支撑架上的纵摇机构1、横摇机构和限位机构，其中，所述纵摇机构1的纵摇轴系与所述横摇机构的横摇轴系相互正交，并通过所述限位机构限制所述纵摇机构1和所述横摇机构的转动角度；所述支撑架进一步包括底座，以及设置在所述底座上的第一支架和第二支架；
42.所述横摇机构设置在所述第一支架和所述第二支架之间，且所述横摇机构进一步包括横摇壳体，以及设置在所述横摇壳体内的横摇电机20，通过所述控制器控制所述横摇电机20使得所述横摇机构绕所述横摇输入轴在预设横摇角度范围内进行转动，其中，所述横摇输入轴与所述第一支架和所述第二支架之间的中心轴线相平行；
43.所述纵摇机构1进一步包括纵摇电机7、纵摇输入轴和纵摇输出轴13，所述纵摇输入轴设置在所述第一支架上，且所述纵摇输入轴的一端与所述纵摇电机7连接，所述纵摇输入轴的一端固定在所述横摇壳体上，所述纵摇输出轴13设置在所述第二支架上，且所述纵摇输出轴13的一端设置在所述第二支架上，另一端固定在所述横摇壳体上；通过所述控制器控制所述纵摇电机7使得所述纵摇输入轴在预设纵摇角度范围内进行转动，并通过所述横摇机构带动所述天线单元整体进行转动；
44.所述横摇壳体上设有天线单元、倾角仪38和速度陀螺仪39，通过所述倾角仪38测量所述天线单元的水平信息，并通过所述速度陀螺仪39测量船体摇摆倾斜的速度信息；
45.所述控制器实时根据所测得的所述天线单元的水平信息以及船体摇摆倾斜的速度信息计算补偿天线单元平衡的横摇角度和纵摇角度，并基于所计算得到的横摇角度和纵摇角度控制所述横摇机构和所述纵摇机构1进行转动，以使得所述天线单元保持在水平位置。
46.并且，在具体实施时，本发明实施例中的横摇壳体上设有横摇支架33，所述横摇支架33包括有两个支撑臂和一个支撑平台，所述支撑平台通过两个支撑臂与所述横摇壳体的中心轴两侧相连接，并通过所述支撑平台用于固定所述天线单元、所述倾角仪38和所述速度陀螺仪39。
47.也就是说，本发明实施例是通过设置纵摇机构1，横摇机构、限位机构、天线单元以及测量采集单元来实现稳定平台绕x、y轴两个自由度的运动，也可实现同时绕x、y轴两个自由度的复合运动，并且，本发明的稳定平台采用“交流电机+减速器”驱动方式，该平台具有重量轻、体积小、机构形式简单且结构紧凑、稳定可靠，使用维修方便等优点，也即本发明的稳定平台能够很好地满足雷达、通信和天线的专业需求的问题，最终大大提升用户体验。
48.参见图2，本发明实施例中的所述纵摇轴系能够实现绕y轴
±
10
°
回转；然后横摇轴系能够实现绕x轴
±
20
°
回转，而在具体实施时，本领域技术人员可以根据实际需要来设置具体旋转的角度，本发明对此不作详细限定。
49.需要说明的是，本发明实施例1中纵摇输入轴进一步包括纵摇轴11以及与该纵摇轴相键合的另一纵摇轴12、且本发明实施例中的横摇输入轴进一步包括横摇输入轴21以及与该横摇输入轴相键合的另一横摇输入轴22，也即，两个纵摇轴组成纵摇输入轴，然后两个横摇输入轴组成横摇输入轴，详见图7和图8。
50.具体实施时，本发明实施例中的所述横摇机构还包括第二谐波减速器10'、横摇输入轴和横摇输出轴23，所述横摇机构由所述横摇电机20驱动，经第二谐波减速器10'减速后，带动横摇输入轴以及横摇支架33转动，进而带动所述横摇输出轴23转动，并最终带动天线单元进行摆动。其中，本发明实施例中的横摇壳体为圆筒状，且所述横摇输入轴和所述横摇输出轴23设置在所述横摇壳体的中心轴的两端；
51.也即，本发明实施例是通过所述横摇电机20驱动，经所述第二谐波减速器10'减速后，带动所述横摇输入轴转动，再通过所述横摇输入轴的转动带动所述横摇支架33运动，并通过所述横摇支架33带动所述横摇输出轴23运动，最终带动所述天线单元进行摆动。
52.参见图7，本发明实施例中的横摇机构由横摇电机20、第二谐波减速器10'、横摇轴1、横摇轴、横摇输出轴23、调心球轴承14'、轴承挡板24、锁紧螺母25、第一横摇盖板26、第二横摇盖板27、第一横摇端盖28、第二横摇端盖29、油封16'及第三压板30和第四压板31组成。
横摇机构传动原理是横摇电机20驱动经第二谐波减速器10'减速后，带动横摇轴21和横摇轴22转动，最终带动横摇支架33、天线单元及横摇输出轴23转动。
53.相类似地，本发明实施例中的纵摇机构1还包括纵摇外壳，所述纵摇外壳设置在所述纵摇电机7外，并与所述第一支架相连接。并且本发明实施例中的纵摇机构1还包括第一谐波减速器10，所述纵摇机构1由所述纵摇电机7驱动，经第一谐波减速器10减速后，带动纵摇输入轴以及横摇机构转动，进而带动所述纵摇输出轴13转动，最终通过所述横摇机构带动天线单元进行摆动。
54.具体来说，本发明实施例中的纵摇机构1由电机罩6、纵摇电机7、纵摇壳体8、纵摇支架9、第一谐波减速器10、纵摇轴1、纵摇轴2、纵摇输出轴13、调心球轴承14、轴承挡板15、油封16、第一压板17、第二压板18及纵摇压盖19组成。纵摇机构1的传动原理是纵摇电机7驱动经第一谐波减速器10减速后，通过两个纵摇轴带动内框架及纵摇输出轴13转动。
55.并且，本发明实施例中的纵摇电机7属于交流伺服制动电机，具有制动功能，且工作可靠，维护保养要求低等优点；其通过螺钉安装于纵摇壳体8外部法兰接口，所述纵摇壳体8与纵摇支架9通过螺钉连接，所述的纵摇支架9具有轴系支撑和定位作用。
56.本发明实施例中的横摇机构与纵摇机构1的结构和运动原理可以具体参见图3、图7、图8和图9进行理解，本发明对此不作详细论述。
57.需要说明是，本发明实施例中的横摇电机20和纵摇电机7属于同类型交流伺服制动电机，其安装于横摇壳体32内部安装法兰接口，具有自锁功能且工作可靠，维护保养要求低等优点。
58.并且，本发明实施例所述第二谐波减速器10'与横摇电机20输出端连接，并安装于横摇壳体32内部法兰；所述第二谐波减速器10'具有高精度、传动比大、高承载力以及传动平稳、无冲击等优点，和普通减速器相比，体积和质量可大幅降低，占据空间更小。
59.在具体实施时，本发明实施例所述的调心球轴承14'需成对使用，安装于横摇端盖28和横摇端盖29内部止口，采用一端固定，一端放开的结构形式，具有承受轴向和径向载荷、轴向和径向定位的作用。然后所述的锁紧螺母用于固定输入端和输出端调心球轴承14'内圈，可承受较大的轴向载荷；所述的轴承挡板24用于固定输入端轴承外圈，安装于横摇端盖28。
60.另外，本发明实施例中所述的油封安装于横摇端盖28和横摇端盖29，内部设有止口，具有防潮防雨密封作用；所述的横摇端盖28和横摇端盖29具有支撑轴承轴向和径向定位的作用，并通过紧固件安装于横摇壳体32两侧。并且，本发明实施例中所述的压板30和压板31通过螺钉分别固定于横摇端盖28和横摇端盖29外侧，具有密封、防尘防雨作用。
61.参见图7，本发明实施例中所述的横摇盖板26和横摇盖板27分别用于连接横摇支架33和横摇轴22以及横摇横摇支架33和横摇输出轴23。其中，组件16-24构成横摇机构，整个横摇机构安装于横摇支架33下方。
62.并且，本发明实施例所述的横摇止挡34安装于纵摇支架9两侧上方，具有限位保护作用。
63.具体实施时，本发明实施例所述的天线单元包括天线和天线支撑法兰37，其中支撑法兰37安装于横摇支架33中心正上方，天线安装在天线支撑法兰37上，天线轴即为z轴；所述天线支撑法兰37用来支撑天线。
64.其中，所述天线支撑法兰37、横摇支架33、纵摇支架9、横摇壳体32、纵摇壳体8均为铝合金铸造而成，经机加成型。
65.具体实施时，本发明实施例中的稳定平台的尺寸控制在：x轴≤465mm，y轴≤560mm，z轴≤275mm(不包括天线尺寸)，可以实现绕横摇轴x轴
±
20
°
回转，绕纵摇轴y轴
±
10
°
回转，该稳定平台具有重量体积较小、较高精度、结构紧凑以及使用维修方便等优点，具有较好的应用前景。
66.参见图3和图9，本发明实施例中年的限位机构还包括横摇止挡34和纵摇止挡35，其中，所述横摇止挡34设置在所述第一支架和/或所述第二支架上，所述纵摇止挡35设置在所述底座上；
67.具体来说，本发明实施例中所述横摇止挡34是用来限制所述横摇机构的转动角度，述纵摇止挡35是用来限制所述纵摇机构1的转动角度。
68.具体实施时，本发明实施例中的所述横摇止挡34为两个，分别设置在所述第一支架和所述第二支架顶部；然后所述纵摇止挡35也为两个，分别对称设置在所述底座上。
69.下面将结合图1-图9来通过一个具体的例子来对本发明实施例所述的稳定平台进行详细的解释和说明：
70.参见图1，本发明实施例中的总体原理框图包括稳定平台、驱动控制单元以及监视单元，其中整个稳定平台受控于驱动控制单元的控制，可在x、y两轴方向转动，且驱动控制单元以及监视单元即为本发明实施例上述中所述的控制器，也即，本发明实施例通过该控制器来完成对稳定平台的所有控制，而在具体实施时，本领域技术人员可以对按照控制器实现的功能对该控制器进行任意拆分。并且，参见图3和图4可知，本发明实施例中的稳定平台具体包括纵摇机构1、横摇机构2、限位机构3、天线单元4以及测量采集单元5；
71.需要说明的是，本发明实施例的两轴分别为横摇轴系和纵摇轴系，且本发明实施例中的框架分别为内框架和外框架，其中，横摇轴系位于内框架，纵摇轴系处于外框架上，并且所述纵摇轴系和横摇轴系相互正交。
72.当船体摇摆时，通过本发明实施例中的倾角仪38可敏感测出天线36的水平信息，而通过速率陀螺仪39则可敏感测出船体摇摆倾斜的速度信息，将这些信息送驱动控制单元。驱动控制单元完成闭环控制算法、状态监测、对电机驱动以及与监视单元通信。监视单元供在室内数字显示稳定平台纵、横角度，并对稳定平台状态指示。
73.参见图2可知，本发明实施例中的天线稳定平台采用的是一种典型的全框式结构。纵摇轴，即y轴，以及横摇轴，即x轴，两轴分别与船体的纵摇轴、横摇轴平行。天线支撑法兰37安装在内框上，方位轴即为z轴，内框既可绕横摇轴回转又可绕纵摇轴回转。当伺服系统接收到船摇信号后，分别驱动横摇轴、纵摇轴使平台向船摇相反方向回转，从而保证天线姿态稳定。
74.参见图5，本发明实施例中的限位机构3包括横摇止挡34和纵摇止挡35，具有限位保护作用，限位机构安装于纵摇支架9左右两侧及下方横梁上。
75.参见图6，本发明实施例中的天线单元4包括天线36和天线支撑法兰37，本发明实施例通过天线36来实现信号传输发送接收等功能，该天线36具体是安装于天线支撑法兰37上。而本发明实施例中的测量采集单元由倾角仪38和速度陀螺仪39组成。通过倾角仪38可测出天线36的水平信息，而速率陀螺仪39则可测出船体摇摆倾斜的速度信息，倾角仪38和
速率陀螺仪39分别安装于横摇支架33左右两侧。
76.参见图7，是图4中a-a线的剖视图，本发明实施例中的横摇机构2由横摇电机20、谐波减速器10'、横摇输入轴21、横摇输入轴22、横摇输出轴23、调心球轴承14'、轴承挡板24、锁紧螺母25、横摇盖板26、横摇盖板27、横摇端盖28、横摇端盖29、油封16'、压板30、压板31、横摇壳体32、横摇支架33组成。横摇机构1传动原理是当船体绕x轴摆动时，测量采集单元5可敏感测出天线水平信息和船体摇摆的速度信息，并将该信息传输给驱动控制单元，经监视单元和驱动控制单元反馈，驱动横摇电机20转动，横摇电机20输出端经第二谐波减速器10'减速，带动横摇输入轴21，经横摇输入轴22并带动横摇支架33、天线单元4以及横摇输出轴23朝船体摆动相反方向回转，从而补偿船体横摇运动对天线36探测精度的影响。
77.参见图8，是图6中b-b线的剖视图，本发明实施例中的纵摇机构1由电机罩6、纵摇电机7、纵摇壳体8、纵摇支架9、第一谐波减速器10、纵摇轴11、纵摇轴12、纵摇输出轴13、调心球轴承14、轴承挡板15、油封16、压板17、压板18及纵摇压盖19组成。纵摇机构1传动原理是当船体绕y轴摆动时，测量采集单元5可敏感测出天线水平信息和船体摇摆的速度信息，并将该信息传输给驱动控制单元，经监视单元和驱动控制单元反馈，驱动纵摇电机7转动，纵摇电机7输出端经第一谐波减速器10减速，带动纵摇轴11，经纵摇轴12并带动内框架及纵摇输出轴13朝船体摆动相反方向回转，从而补偿船体纵摇运动对天线36探测精度的影响。
78.总体来说，本发明实施例中的两轴两框架式稳定平台结构紧凑，纵横摇电机驱动的纵横摇机构互不耦合，运动形式简单可靠，设备具有自锁功能，具备电机不加电情况下整机处于可控状态，三维效果具体如图9所示。通过纵横摇输入轴系构成的两自由度稳定平台，可实现纵横摇机构在一定角度范围内的运动，补偿由于船体纵横摇运动对设备性能的影响，该稳定平台采用“交流伺服电机+谐波减速器”的驱动形式，具有响应速度较快，精度较高等优点，满足较多场合使用，具有较广的应用前景。
79.尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。