CN105508829B - 一种两轴四框架光电平台内框架机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种两轴四框架光电平台内框架机构，该机构包括电机支撑平台及布置在电机支撑平台周围的四个旋转音圈电机，载荷连接臂，第一、第二、第三连接轴，第一、第二、第三连接臂；载荷固定在电机支撑平台上且与载荷连接臂刚性连接；第一连接轴安装在载荷连接臂的轴孔内，第三连接轴安装在第三连接臂的轴孔内，第一连接轴和第三连接轴分别通过第一连接臂和第二连接臂与第二连接轴铰接；第一、第二、第三连接轴的轴线向上交于一点。本发明大大降低了框架的尺寸和体积，增加了平台带负载能力，并且小尺寸的内框架结构受到空间的约束更小，有更好的适应能力，拓宽了光电平台的发展及应用范围。

Description

一种两轴四框架光电平台内框架机构
技术领域
本发明属于空间光电子学技术领域，具体涉及一种新型两轴四框架光电平台内框架机构。
背景技术
光电平台作为一种新型实时图像侦查设备，它是集光、机、电于一体的***。而采用两轴四框架的稳定结构形式的光电平台是一种非常成熟、常规的稳定装置，外框架用于粗跟踪，平台的控制精度主要由内框架***实现。对于这种结构形式，由于内框架和外框架之间有机械连接，外框架的运动会耦合到内框架上，影响内框架的精度。因此为了实现高精度高稳定光电平台的控制，光电平台需要新型的两轴四框架结构实现更高的精度、更好的稳定性。
中国专利公报公开的“一种两轴四框架光电吊舱的伺服控制方法及***”(公开号：CN104635746)，具体涉及一种两轴四框架光电吊舱的平台稳定技术以及高精度光电跟踪控制技术。该发明首先设计了一种内外框架联动平台稳定控制技术使该吊舱具有很好的平台稳定性能，该平台稳定控制技术可保证内方位框架与内俯仰框架始终互相垂直，减小了吊舱框架的几何约束耦合，使光电吊舱在过顶时也具有很好的平台稳定性能；在此基础上，该发明又设计了一种内外框联动光电跟踪控制技术以提高光电跟踪精度，最终使该光电吊舱实现该吊舱的高精度与高稳定度的光电跟踪控制。该发明作为可以应用于两轴四框架光电吊舱的关键伺服控制技术，具有较好的应用前景，能产生较大经济效益和军事效益。
上述传统的两轴四框架结构的光电平台，能够实现平台姿态的方位、俯仰、横滚运动，从而完后对目标的跟踪功能。这种复合框架结构通过轴向上安装的光电编码器感知平台内外框架的方位与俯仰等相对姿态运动，进而为平台的多闭环伺服控制***提供输入参考量与基准。但是上述结构由于存在轴系与框架占用了大量空间，造成平台带负载能力下降，限制了光电平台的发展及应用范围。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够大大降低框架的尺寸和体积，增加平台带负载能力的两轴四框架光电平台内框架机构，该机构能够实现方位、横滚、俯仰三轴的运动。
为了解决上述技术问题，本发明的两轴四框架光电平台内框架机构包括电机支撑平台及布置在电机支撑平台周围的四个旋转音圈电机，载荷连接臂，第一、第二、第三连接轴，第一、第二、第三连接臂；载荷固定在电机支撑平台上且与载荷连接臂刚性连接；第一连接轴安装在载荷连接臂的轴孔内，第三连接轴安装在第三连接臂的轴孔内，第一连接轴和第三连接轴分别通过第一连接臂和第二连接臂与第二连接轴铰接；第一、第二、第三连接轴的轴线向上交于一点。
所述电机支撑平台为矩形，四个旋转音圈电机布置于矩形的四个顶角处，且四个旋转音圈电机的轴线与矩形对角线重合。
所述电机支撑平台还可以是正方形，四个旋转音圈电机布置于正方形的四个顶角处，且四个旋转音圈电机的轴线与正方形对角线重合。
所述电机支撑平台还可以是圆形，四个旋转音圈电机布置于电机支撑平台的圆周上。
第三连接臂位置固定，通过控制四个旋转音圈电机转子的转动方向和角度即可实现载荷的方位、俯仰、横滚三轴的小角度运动。
有益效果：本发明使用一种空间连杆结构配合采用四个电机实现传统光电平台内框架的功能，可以通过该空间连杆结构和四个电机实现方位、横滚、俯仰范围在±5°内的运动，大大降低了框架的尺寸和体积，由于不存在轴系与框架占用大量空间的问题，增加了平台带负载能力，并且小尺寸的内框架结构受到空间的约束更小，有更好的适应能力，拓宽了光电平台的发展及应用范围。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的两轴四框架光电平台内框架机构中的轴系结构图。
图2是电机支撑平台与四个旋转音圈电机连接的俯视图。
图3是电机支撑平台与四个旋转音圈电机连接的仰视图。
图4是电机支撑平台与四个旋转音圈电机连接的立体图。
图5是载荷方位运动时四个旋转音圈电机转子转动方向示意图。
图6是载荷横滚运动时四个旋转音圈电机转子转动方向示意图。
图7是载荷俯仰运动时四个旋转音圈电机转子转动方向示意图。
图中1、载荷连接臂，2、第一连接轴，3、第一连接臂，4、第二连接轴，5、第二连接臂，6、第三连接臂，7、第三连接轴，81、83、85、87、旋转音圈电机，82、84、86、88、连接节，9、载荷，10、电机支撑平台。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，本发明的两轴四框架光电平台内框架机构包括电机支撑平台10及布置在电机支撑平台10周围的四个旋转音圈电机81、83、85、87，载荷连接臂1，第一、第二、第三连接轴2、4、7，第一、第二、第三连接臂3、5、6。
所述电机支撑平台10是正方形，四个旋转音圈电机81、83、85、87布置于电机支撑平台10的四个顶角处，且四个旋转音圈电机的轴线与正方形对角线重合。四个旋转音圈电机81、83、85、87的转子811、831、851、871分别通过四个连接节82、84、86、88与电机支撑平台10连接。载荷9安装在电机支撑平台10上，其后端与载荷连接臂1的侧面11连接固定。
第一连接轴2安装在载荷连接臂1的轴孔内，第三连接轴7安装在第三连接臂6的轴孔内，第一连接轴2和第三连接轴7分别通过第一连接臂3和第二连接臂5与第二连接轴4铰接；第一、第二、第三连接轴2、4、7的轴线向上交于一点可形成一个三棱锥形。第三连接臂6可通过与光电平台其他部件刚性连接的方式固定。
本发明将载荷连接臂1与载荷连接后，通过控制四个旋转音圈电机的转子实现方位、俯仰、横滚运动。
如图5所示，控制四个旋转音圈电机转子均按顺时针(或逆时针)方向以相同角度转动，可以单独实现载荷的方位运动。
如图6所示，控制旋转音圈电机83、81的转子按顺时针(或逆时针)转动，旋转音圈电机85、87的转子按逆时针(或顺时针)方向以相同角度转动，可以单独实现载荷横滚方向的运动。
如图7所示，控制旋转音圈电机83、85的转子按顺时针(或逆时针)转动，第一、第四旋转音圈电机81、87的转子按逆时针(或顺时针)方向以相同角度转动，可以单独实现载荷俯仰方向的运动。
当控制四个旋转音圈电机以不同的方向和角度旋转时，可实现方位与横滚方向的同时运动、方位与俯仰方向的同时运动、横滚与俯仰方向的同时运动，以及方位与横滚、俯仰方向的同时运动。
其中所述电机支撑平台还可以为矩形、圆形或其他形状任意轴对称形状，四个旋转音圈电机位于轴对称形状的对角线上即可。
显然，上述实施仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种两轴四框架光电平台内框架机构，其特征在于包括电机支撑平台(10)及布置在电机支撑平台(10)周围的四个旋转音圈电机(81、83、85、87)，载荷连接臂(1)，第一、第二、第三连接轴(2、4、7)，第一、第二、第三连接臂(3、5、6)；载荷(9)固定在电机支撑平台(10)上且与载荷连接臂(1)刚性连接；第一连接轴(2)安装在载荷连接臂(1)的轴孔内，第三连接轴(7)安装在第三连接臂(6)的轴孔内，第一连接轴(2)和第三连接轴(7)分别通过第一连接臂(3)和第二连接臂(5)与第二连接轴(4)铰接；第一、第二、第三连接轴(2、4、7)的轴线向上交于一点；所述电机支撑平台为轴对称形状，四个旋转音圈电机位于轴对称形状的对角线上；四个旋转音圈电机(81、83、85、87)的转子分别通过四个连接节与电机支撑平台(10)连接；当四个旋转音圈电机转子均按顺时针或逆时针方向以相同角度转动时，驱动载荷作单独的方位运动；当位于直角坐标系第一、第二象限的旋转音圈电机(81、83)的转子按顺时针或逆时针方向，第三、第四象限的旋转音圈电机(85、87)的转子按逆时针或顺时针方向以相同角度转动，驱动载荷作横滚方向的运动；当第二、第三象限的旋转音圈电机(83、85)的转子按顺时针或逆时针转动，第一、第四象限的旋转音圈电机(81、87)的转子按逆时针或顺时针方向以相同角度转动，驱动载荷作俯仰方向的运动；四个旋转音圈电机以不同的方向和角度旋转时，驱动载荷同时做方位与横滚方向的运动、方位与俯仰方向的同时运动、横滚与俯仰方向的同时运动，以及方位与横滚、俯仰方向的同时运动。
2.根据权利要求1所述的两轴四框架光电平台内框架机构，其特征在于所述电机支撑平台(10)为矩形，四个旋转音圈电机(81、83、85、87)布置于矩形的四个顶角处，且四个旋转音圈电机(81、83、85、87)的轴线与矩形对角线重合。
3.根据权利要求1所述的两轴四框架光电平台内框架机构，其特征在于所述电机支撑平台(10)是正方形，四个旋转音圈电机(81、83、85、87)布置于正方形的四个顶角处，且四个旋转音圈电机(81、83、85、87)的轴线与正方形对角线重合。
4.根据权利要求1所述的两轴四框架光电平台内框架机构，其特征在于所述电机支撑平台(10)是圆形，四个旋转音圈电机(81、83、85、87)布置于电机支撑平台(10)的圆周上。
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