[實用新型]慣性導航定位測量全能輪系系統

有效

• 申請號: 201821761686.6
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN208765732U
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 張俊卿;李智;劉建芬;秦中;許軍
• 申請（專利權）人: 唐山市中宇科技發展有限公司
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本實用新型公開的慣性導航定位測量全能輪系系統，包括中心桿微調鎖死機構、多管徑系列輪系支臂系統、慣性導航定位儀懸浮減震系統、慣性導航定位儀多管徑輪系及支臂系列系統；慣性導航定位儀懸浮減震系統安裝在慣性儀剛性骨架的頂端，為慣性導航定位儀測量運行時提供剛性支撐和柔性連接，慣性儀剛性骨架的兩端通過轉接法蘭安裝有軸承直軌，軸承直軌上設置有直線軸承，軸承直軌的靠近端部的位置設置有中心桿微調鎖死機構；中心桿微調鎖死機構通過微調彈簧與直線軸承連接。本實用新型中心桿微調鎖死機構提供彈簧壓力轉換成輪系對管壁附著力與輪系前進時胎面對管壁的摩擦力，確保陀螺儀輪系不會打滑丟轉，確保慣性導航陀螺儀測量精準性。

技術領域

本實用新型涉及導航定位輪系技術領域，特別涉及一種慣性導航定位測量全能輪系系統。

背景技術

著現代都市的飛速發展，地下管道網絡系統日益發達，電力、電信、燃氣、給排水、雨污水等各類管道蛛網密布，錯綜復雜。然而由于歷史與技術原因，已建成的地下管線很少能夠提供準確的管線位置與埋深，影響到日漸龐大的管網系統的管理與維護。如何精準的探測地下管線如電力管線的位置與埋深，已成為急需解決的問題。傳統管線探測方法多采用物探方法，或利用電磁場感應金屬管線的位置與埋深(如管線儀探測)，或利用管線與周邊介質的物性差異進行探查(如地質雷達探測)。這些方法雖有其優勢之處，但往往受制于管線材質、埋設深度、環境干擾、定位精度等因素，使其測量精度大打折扣。而電力管線常采用非開挖定向穿越，其埋深往往超越現有儀器的探測范圍，更是使得這些方法英雄無用武之處。慣性陀螺定位儀三維定位技術是近年來出現的一項管線測量新技術。它結合了陀螺儀定向、慣性導航、計算機三維計算等技術，拖曳慣性陀螺定位儀穿行于待測管線，自動追蹤記錄其在管線內的運動軌跡，生成管道中心軸線的三維坐標與位置圖。測量時受管線材質、管線埋深、周圍環境和地質影響較小，只要慣性陀螺定位儀能夠穿行于待測管線，即可實現高精確度的管線測量。陀螺儀定向原理慣性陀螺定位儀交叉利用了重力場、計算機矢量計算等多學科知識，其核心原理為陀螺儀定向及慣性導航。陀螺是一個繞某一支點作高速旋轉的剛體。ω(進動角速度)M(外力矩矢量)Z(外框軸)H(動量矩矢量)X(自轉軸)Y(內框軸)F當陀螺高速旋轉時，其旋轉軸所指方向在不受外力影響的情況下是不會改變的，人們由此制造出了陀螺儀。

陀螺儀在角動量守恒原則下，具有兩大特性:(1)定軸性。當陀螺轉子高速旋轉時，就產生了慣性，這慣性使得陀螺轉子的旋轉軸保持在空間指向一固定方向，同時反抗任何改變轉子軸向的力量。(2)進動性。當陀螺轉子高速旋轉時，若外力矩作用于外環軸，陀螺儀將繞內環軸轉動；若外力矩作用于內環軸，陀螺儀將繞外環軸轉動。其轉動角速度方向與外力矩作用方向互相垂直。根據陀螺儀的定軸性和進動性，可確定運動物體在慣性參照系中的方向和姿態。

慣性導航原理慣性導航系統包括陀螺儀、加速度計及計算機。開始時，外界給系統提供初始位置及初始速度，此后系統通過不斷檢測自身的瞬時角速度和瞬時加速度，可以確定自身的位置變化(如向東或向西的運動)、速度變化(速度大小或方向)和姿態變化(繞各個軸的旋轉)，通過積分不斷更新系統當前位置及速度。陀螺儀在慣性參照系中用于測量系統的角速度。通過以慣性參照系中系統初始方位作為初始條件，對角速度進行積分，就可以得到系統的當前方向。加速度計在慣性參照系中用于測量系統的線加速度，由于加速度計與系統固定并隨系統轉動，不知道自身的方向，只能測量相對于系統運動方向的加速度。通過系統的當前運動方向及相對于系統運動方向的當前線加速度，就可以確定參照系中系統當前的慣性加速度向量。以起始速度作為初始條件，對慣性加速度進行積分就可得到系統慣性速度，然后以起始位置作初始條件再次積分就可得到慣性位置。