[發(fā)明專利]一種精密的三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110447546.8
• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN102564394A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂建婷;張顯;高翔宇
• 申請（專利權(quán)）人: 黑龍江大學(xué)
• 主分類號: G01C9/00
• 分類號: G01C9/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

三自由度氣浮臺是衛(wèi)星姿態(tài)控制與物理仿真常用的實(shí)驗平臺設(shè)備。典型的三自由度氣浮臺的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，主要包含試驗設(shè)備1、裝載平臺2、氣浮軸承3、螺桿支架4、砝碼螺母5、圓環(huán)6、支柱7和底座8；試驗設(shè)備1是指裝配于氣浮臺上的試驗儀器及工裝等；裝載平臺2是指用于搭載試驗設(shè)備1的平臺，通常為一個有較大面積的平板；螺桿支架4用于連接裝載平臺2與圓環(huán)6的螺桿；砝碼螺母5可在支架上通過螺旋調(diào)整位置以調(diào)節(jié)整個氣浮臺的重心分布；砝碼螺母5為內(nèi)有螺紋的質(zhì)量塊，在螺桿支架4上通過螺旋調(diào)整位置以調(diào)節(jié)整個氣浮臺的重心分布；與螺桿支架4連接的圓環(huán)6起支撐和重心調(diào)節(jié)作用；支柱7用于支撐氣浮軸承3及裝載平臺2，裝有高壓進(jìn)氣管9是為了向氣浮軸承3提供有壓力的氣體以使氣浮軸承3懸浮起來。

球面氣浮軸承結(jié)構(gòu)原理如圖2所示，一般將球體10及球窩11做成等半徑，當(dāng)高壓氣體通過進(jìn)氣通道12進(jìn)入球面軸承時，上面的球體10會沿著垂直方向有一個微小的位移，在球體10與球窩11之間形成一定的間隙，即氣膜13。

在氣浮軸承的球體10與球窩11之間形成氣膜13后，整個裝載平臺、螺桿支架、砝碼螺母、圓環(huán)及試驗設(shè)備為一個整體，可以在氣浮軸承的支撐下做接近無阻尼的三自由度轉(zhuǎn)動。

理想的工作狀態(tài)下，三自由度氣浮臺試驗時要將裝載平臺、螺桿支架、砝碼螺母、圓環(huán)及試驗設(shè)備的重心(稱為試驗平臺重心)調(diào)節(jié)到與氣浮軸承球心。為保證平臺的穩(wěn)定平衡，通常試驗時將試驗平臺重心調(diào)節(jié)到氣浮軸承球心的正下方，從俯視角度看，試驗平臺重心(平面重心)與球心重合。這時，裝載平臺處于水平狀態(tài)。

通常裝載平臺是否處于水平狀態(tài)需要靠肉眼觀測，而普通的水平尺只能測量一個方向的水平度，要判斷兩個方向水平度需要同時使用兩個水平尺，并且對操作人員的判讀能力有很高的要求。普通水平尺只能在正上方進(jìn)行判讀才準(zhǔn)確，對操作空間要求也較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：本發(fā)明提供一種精密的三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有三自由度平臺搭建時對平臺水平面判斷不便的問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明所述三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)包括陀螺組件、嵌入式控制計算機(jī)、地面控制計算機(jī)和蓄電池，所述陀螺組件與嵌入式控制計算機(jī)雙向通信，嵌入式控制計算機(jī)通過無線通信模塊或無線通信鏈路與地面控制計算機(jī)通信，所述蓄電池用于向陀螺組件、嵌入式控制計算機(jī)供電；所述陀螺組件用于獲取裝載平臺的三自由度轉(zhuǎn)動角加速度、三自由度轉(zhuǎn)動角速度和三自由度轉(zhuǎn)動角度，通過嵌入式控制計算機(jī)將陀螺組件獲取的上述數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婵刂朴嬎銠C(jī)上，所述地面控制計算機(jī)用于讀取、存儲、顯示和處理裝載平臺的三自由度轉(zhuǎn)動角加速度、三自由度轉(zhuǎn)動角速度和三自由度轉(zhuǎn)動角度，為裝載平臺的平衡調(diào)整操提供依據(jù)。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過嵌入式控制計算機(jī)對陀螺組件進(jìn)行控制，將陀螺組件獲得的三自由度轉(zhuǎn)動角加速度和角速度通過無線通信鏈路傳輸?shù)降孛婵刂朴嬎銠C(jī)中，在地面方便地閱讀角度、角速度及角加速度等數(shù)據(jù)，對于后續(xù)的平衡調(diào)整操作提供便利。

本發(fā)明通過在三自由度氣浮臺的裝載平臺上安裝此系統(tǒng)，利用陀螺組件獲得平臺三個旋轉(zhuǎn)自由度的角加速度和角速度，并積分獲得角度，可以方便地讀出氣浮平臺的水平偏差，并可根據(jù)偏差判斷需向哪個方向增加配重。同時可以根據(jù)具體試驗的需求設(shè)置三個軸的初始指向。發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量小，對氣浮臺的影響可以忽略不計，方便了視覺觀測，能夠大大節(jié)省試驗設(shè)備配平時間，并同時能夠為試驗過程提供精確的轉(zhuǎn)角和角速度數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的三自由度氣浮臺結(jié)構(gòu)圖，圖2為圖1中的氣浮軸承部分結(jié)構(gòu)的放大圖；圖3為本發(fā)明所述的三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，圖4為本發(fā)明所述的三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)的工作流程圖，圖5為本發(fā)明三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)與三自由度氣浮臺組合工作示意圖。

具體實(shí)施方式