[發明專利]一種使用正交解耦力矩驅動的三自由度光電吊艙

有效

• 申請號: 202010341796.2
• 申請日: 2020-04-27
• 公開（公告）號: CN111506118B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 代旺;毛耀;張超;任戈
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種使用正交解耦力矩驅動的三自由度光電吊艙，該吊艙至少包含以下結構：球關節支撐，正交解耦驅動組，相對姿態檢測模塊和驅動控制系統，在球關節約束下，穩定平臺與載體間可以認為僅存在位移自由度約束；三個方向的旋轉自由度通過分布在載體定子與穩定臺動子上的正交解耦驅動組進行驅動。通過慣性姿態測量單元，接觸或非接觸測量方式對穩定平臺相對載體的姿態進行測量，結合光電載荷測量得到的目標絕對姿態偏差，饋入驅動控制系統，解算出控制電流加載到球形驅動組中，實現對光軸的穩定跟蹤功能。由于正交解耦驅動中，各方向的驅動力矩互相垂直，系統的電流驅動轉換效率高，驅動力矩誤差低，有利于穩定平臺的控制精度提高。

技術領域

本發明涉及光電跟蹤領域，更具體地，涉及一種使用正交解耦力矩驅動的三自由度光電吊艙，用于光電設備的穩定與目標跟蹤領域。

背景技術

光電吊艙設備廣泛應用于遙感測繪，激光通信，安防監控等領域，通過隔離載體振動對光電載荷的光軸進行高精密穩定控制，實現對目標的跟蹤測量等工作需求。由于目標距離一般超過千米，空間六自由度運動中對光軸影響最大的自由度為垂直光軸平面的轉動自由度，理論上該平面的兩自由度轉動控制即可實現光軸的精密穩定。

現有的吊艙結構一般為串聯支撐驅動的兩軸兩框架或兩軸四框架結構，驅動方向相對載體往往無法變化，但是實際工作中光軸跟蹤目標的需求會使得光軸指向發生變化，因而必須依賴驅動正切補償來實現對光軸的穩定，當正切補償過大，超出系統跟蹤能力時便會出現跟蹤盲區。同時串聯旋轉電機的方式使得系統結構耦合復雜，有效載荷空間縮小，且多轉動部件的摩擦力矩直接影響著跟蹤精度的提高。

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發明內容

本發明解決的技術難題為現有光電吊艙設計中存在載荷空間小，跟蹤盲區，摩擦耦合嚴重的問題，設計出一種基于球關節支撐，正交解耦驅動的光電吊艙裝置，擴大有效載荷空間，克服正切補償跟蹤盲區問題，降低轉動摩擦，增強系統的被動隔轉特性，提高光電吊艙的穩定跟蹤能力。

本發明采用的技術方案為：一種使用正交解耦力矩驅動的三自由度光電吊艙，該吊艙使用球關節作為載體與穩定平臺的支撐，該吊艙至少包含以下結構：球關節支撐，正交解耦驅動組，相對姿態檢測模塊和驅動控制系統，在球關節約束下，穩定平臺與載體間可以認為僅存在位移自由度約束，三個方向的旋轉自由度通過分布在載體定子與穩定臺動子上的正交解耦驅動組進行驅動，通過慣性姿態測量單元，接觸或非接觸測量方式對穩定平臺相對載體的姿態進行測量，結合光電載荷測量得到的目標絕對姿態偏差，饋入驅動控制系統，解算出控制電流加載到球形驅動組中，實現對光軸的穩定跟蹤功能。

進一步地，球關節固定于載體上，穩定平臺通過球關節與載體相聯，球關節約束作用下，載體與平臺間僅存在三方向平移約束，而載體的旋轉擾動很難通過球關節傳遞到穩定平臺上，又由于載體的加速度到穩定平臺的傳遞率與穩定平臺質心到球關節中心密切關聯，因而穩定平臺外形設計會圍繞旋轉中心，保證穩定平臺與球關節中心盡量接近。

進一步地，基于特殊設計的正交驅動組，實現球關節支撐吊艙的精確運動，其中包括至少三對驅動解耦的面型電機，巧妙布置于系統的赤道面上，實現XYZ三軸方向的小范圍旋轉驅動。