一種三自由度大負載航空攝影陀螺穩定平臺，包括平臺臺體、驅動系統、慣性測量單元、臺體環架相對轉角測量單元、高頻線振動隔離單元和平臺控制系統。慣性測量單元和臺體環架相對轉角測量單元監測飛機機體角運動引起的平臺臺體角運動信息；平臺控制系統根據監測到的平臺臺體角運動信息，按照一定的控制算法實時解算出平臺相對確定坐標系穩定時施加給驅動系統的控制指令；驅動系統根據控制指令驅動平臺臺體轉動實現飛機機體角運動的隔離；高頻線振動隔離單元實現飛機機體高頻線振動的隔離。本發明專利技術涉及的三自由度大負載航空攝影陀螺穩定平臺有效隔離了飛機機體角運動及高頻線振動，提高了航拍相機視軸的穩定度，且成本較為低廉。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種安裝于飛機機腹內部，隔離飛機機體振動，實現航拍相機視軸跟蹤當地 垂線的三自由度大負載航空攝影陀螺穩定平臺。
技術介紹
航空攝影是獲取地球表面高精度觀測信息的一種現代高技術手段。飛機在飛行攝影時會 受到本機和氣流等的影響產生機體振動，給機載相機對指定區域高精度拍攝帶來困難。如果 不利用穩定平臺隔離機體振動，拍攝飛機必須延長飛行時間、增加拍攝次數、增加航次，而 拍攝質量的下降又將給圖像的事后處理增加難度。為了有效隔離飛機機體振動，提高航拍圖 像質量，高性能的陀螺穩定平臺必不可少；另外航拍使用的輕小型飛機機艙空間狹小，飛機 航程與負載重量成反比，因此航拍用陀螺穩定平臺體積與質量應盡量小。'現有的陀螺穩定平臺大致可分為被動式平臺和主動式平臺兩類典型的被動式平臺見中 國專利CN2204069Y和CN2413266Y，其工作原理是利用陀螺的定向性，直接靠陀螺力矩穩定平 臺的姿態；典型的主動式陀螺穩定平臺見美國專利US5922039、中國專利CN1305091A、 CN2833306Y等，其原理是利用陀螺等傳感器輸出的反映運載體姿態及其變化率的信號，按一 定的算法解算后控制驅動裝置，實現平臺的穩定。上述被動式穩定平臺結構簡單，但其缺點是由于平臺靠陀螺力矩實現姿態穩定，因此 當平臺負荷較大時，要求陀螺有足夠大的角動量矩，這意味著增加陀螺轉子的質量、體積及 其轉速，因此平臺的質量和體積會很大，例如中國專利CN2413266Y所述的穩定平臺的承載能 力僅為10-50kg，但其整體尺寸范圍己高達長300-500mm，寬200-400mm，高480-700咖。由上 述分析可知，被動式穩定平臺不適合重量高達20-100kg的遙感相機及機艙空間狹小的輕小型 遙感飛機。上述主動式穩定平臺利用高精度陀螺、加速度計等傳感器反映穩定平臺姿態及其變化 率，其穩定精度極高，結構較緊湊，但是成本昂貴；在驅動方式上，中國專利CN1305091A所 述的陀螺穩定平臺采用力矩電機直接驅動平臺臺體轉動的驅動方式，這種驅動方式傳動精度 高、結構簡單，但是由于電機輸出扭矩的限制，陀螺穩定平臺承載能力較小。中國專利 CN2833306Y所述的陀螺穩定平臺采用電機經減速器驅動平臺臺體轉動的間接驅動方式，解決 了平臺負載過大時電機輸出扭矩無法滿足要求的難題，但其減速器齒輪均為完整齒輪，質量和體積較大，另外齒輪副沒有進行齒隙消除處理，齒輪副齒隙的存在影響傳動精度。
技術實現思路
本專利技術的技術解決問題克服現有技術的不足，提供一種三自由度的航空攝影用大負 載陀螺穩定平臺。本專利技術的技術解決方案三自由度大負載航空攝影陀螺穩定平臺，由平臺臺體、平臺驅 動系統、慣性測量單元、臺體環架相對轉角測量單元、高頻線振動隔離單元和平臺控制系統 組成。平臺臺體由內而外依次由方位框、俯仰框、橫滾框和底座組成；方位框由回轉支承軸 承內環與方位轉動過渡架連接構成，方位框由回轉支承軸承外環固定在俯仰框上，方位框相 對俯仰框可繞方位框的軸向自由轉動；俯仰框由第一俯仰框轉軸、第二俯仰框轉軸支撐在橫滾框上，第一俯仰框轉軸、第二俯仰框轉軸同軸安裝構成穩定平臺的俯仰軸，第一深溝球軸 承的內環、外環分別緊固在第一俯仰框轉軸上和橫滾框的對應位置的軸承座上，第二深溝球 軸承的內環、外環分別緊固在第二俯仰框轉軸上和橫滾框的對應位置的軸承座上，俯仰框相 對橫滾框可繞穩定平臺俯仰軸自由轉動；橫滾框通過第一橫滾框轉軸、第二橫滾框轉軸支撐在底座上，第一橫滾框轉軸、第二橫滾框轉軸同軸安裝構成穩定平臺的橫滾軸，第三深溝球軸承的內環、外環分別緊固在第一橫滾框轉軸上和橫滾框對應位置的軸承座上，第四深溝球軸承的內環、外環分別緊固在第二橫滾框轉軸上和橫滾框對應位置的軸承座上，橫滾框相對底座可繞穩定平臺橫滾軸自由轉動；穩定平臺方位框的轉軸、穩定平臺的俯仰軸和橫滾軸相互正交；平臺驅動系統包括方位框組件驅動系統、俯仰框組件驅動系統和橫滾框組件驅動系統；方位框組件驅動系統由安裝在俯仰框上的方位驅動力矩電機、方位減速器主動齒輪軸與方位減速器從動齒輪串連構成，方位減速器主動齒輪軸通過方位電機軸承座安裝在俯仰框上，方位減速器的從動齒輪固定在方位框上且其中心線與方位框的轉軸同心；俯仰框組件驅動系統由安裝在橫滾框上的俯仰驅動力矩電機、俯仰減速器主動齒輪軸與俯仰減速器從動齒輪串連構成，俯仰減速器主動齒輪軸通過俯仰電機軸承座安裝在橫滾框上，俯仰減速器從動齒輪固定在俯仰框上且其中心線與俯仰軸同心；橫滾框組件驅動系統由安裝在橫滾框上的橫滾驅動力矩電機、橫滾減速器主動齒輪軸與橫滾減速器從動齒輪串連構成，橫滾減速器主動齒輪軸通過橫滾電機軸承座安裝在橫滾框上，，橫滾減速器從動齒輪固定在底座上且其中心線與橫滾軸同心；慣性測量單元由三個光纖陀螺和兩個加速度計組成，三個光纖陀螺分別安裝在橫滾框、俯仰框和方位框上，光纖陀螺敏感軸與對應框架的轉軸平行，兩個加速度計沿俯仰框安裝面正交安裝在俯仰框上，其中一個加速度計的敏感軸與俯仰軸平行；平臺環架相對轉角測量單元由三個線性旋轉變壓器組成，敏感橫滾框相對底座轉角的第一線性旋轉變壓器串連在第二橫滾框轉軸上，敏感俯仰框相對橫滾框轉角的第二線性旋轉變壓器經俯仰減速器主動齒輪軸和俯仰減速器從動齒輪組成的齒輪輻串連在俯仰減速器主動齒輪^^J:，敏感方位框相對俯仰框轉角的第三線性旋轉變壓器經方位轉動大齒輪和方位轉動齒輪軸組成的齒 輪副串連在方位轉動齒輪軸上高頻線陣動隔離單元由四個對稱安裝在臺體底座上的立柱式 橡膠減振器組成。所述的方位框為相機安裝座，方位框的轉軸與相機視軸重合，便于實現航拍時相機視軸 跟蹤當地垂線；方位框的回轉支承軸承內環上的第一凸臺、第二凸臺、第三凸臺、第四凸臺 為相機安裝面；回轉支承軸承內環上的第一凹槽、第二凹槽為相機安裝基準；回轉支承軸承 內環上的第一螺紋孔、第二螺紋孔、第三螺紋孔、第四螺紋孔實現相機與方位框的緊固。所述的方位減速器從動齒輪、方位轉動大齒輪、俯仰減速器主動齒輪軸的齒輪部分、俯 仰減速器從動齒輪、橫滾減速器主動齒輪軸的齒輪部分、橫滾減速器從動齒輪均為嚙合轉動 范圍確定的齒輪弧；方位減速器主動齒輪軸的齒輪部分、方位轉動齒輪軸的齒輪部分、俯仰 減速器主動齒輪軸的齒輪部分、橫滾減速器主動齒輪軸的齒輪部分均設計成雙片彈性消隙齒 輪的形式。所述的第一橫滾框轉軸、第二橫滾框轉軸通過軸向螺紋孔緊固在底座上；第一俯仰框轉 軸、第二俯仰框轉軸通過軸向螺紋孔緊固在俯仰框上。所述的敏感橫滾框相對底座轉角的第一線性旋轉變壓器的定子固定在橫滾軸承蓋上，轉 子利用第一全金屬鎖緊螺母緊固在第一橫滾框轉軸上；敏感俯仰框相對橫滾框轉角的第二線' 性旋轉變壓器的定子固定在安裝于橫滾框上的俯仰電機軸承座上，轉子利用第二全金屬鎖緊 螺母緊固在俯仰減速器主動齒輪軸上；敏感方位框相對俯仰框轉角的第三線性旋轉變壓器的 定子固定在俯仰框上，轉子利用第三全金屬鎖緊螺母緊固在方位轉動齒輪軸上。所述的驅動方位框組件轉動的方位驅動力矩電機的轉子利用第一可打亂螺紋鎖緊螺母 緊固在方位減速器主動齒輪軸上，方位驅動力矩龜機的定子通過電機安裝定位墊圏固定在俯 仰框上，方位驅動力矩電機的定子利用固定在俯仰框上的電機安裝定位墊圈的內環面實現軸本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種三自由度大負載航空攝影陀螺穩定平臺，其特征在于：由平臺臺體、平臺驅動系統、慣性測量單元、臺體環架相對轉角測量單元、高頻線振動隔離單元和平臺控制系統組成；平臺臺體由內而外依次由方位框（１）、俯仰框（２）、橫滾框（３）和底座（４）組成；方位框（１）由回轉支承軸承內環（５）與方位轉動過渡架（６）連接構成，方位框（１）由回轉支承軸承外環（７）固定在俯仰框（２）上，方位框（１）相對俯仰框（２）可繞方位框（１）軸向自由轉動；俯仰框（２）由第一俯仰框轉軸（８）、第二俯仰框轉軸（９）支撐在橫滾框（３）上，第一俯仰框轉軸（８）、第二俯仰框轉軸（９）同軸安裝構成穩定平臺的俯仰軸，第一深溝球軸承（１０）的內環、外環分別緊固在第一俯仰框轉軸（８）上和橫滾框（３）的對應位置的軸承座上，第二深溝球軸承（１１）的內環、外環分別緊固在第二俯仰框轉軸（９）上和橫滾框（３）的對應位置的軸承座上，俯仰框（２）相對橫滾框（３）可繞穩定平臺俯仰軸自由轉動；橫滾框（３）通過第一橫滾框轉軸（１２）和第二橫滾框轉軸（１３）支撐在底座（４）上，第一橫滾框轉軸（１２）和第二橫滾框轉軸（１３）同軸安裝構成穩定平臺的橫滾軸，第三深溝球軸承（１４）的內環、外環分別緊固在第一橫滾框轉軸（１２）上和橫滾框（３）對應位置的軸承座上，第四深溝球軸承（１５）的內環、外環分別緊固在第二橫滾框轉軸（１３）上和橫滾框（３）對應位置的軸承座上，橫滾框（３）相對底座（４）可繞穩定平臺橫滾軸自由轉動；穩定平臺方位框（１）的轉軸、穩定平臺的俯仰軸和橫滾軸相互正交；平臺驅動系統包括方位框組件驅動系統、俯仰框組件驅動系統和橫滾框組件驅動系統；方位框組件驅動系統由安裝在俯仰框（２）上的方位驅動力矩電機（１６）、方位減速器主動齒輪軸（１７）與方位減速器從動齒輪（１９）串連構成，方位減速器主動齒輪軸（１７）通過方位電機軸承座（１８）安裝在俯仰框（２）上，方位減速器從動齒輪（１９）固定在方位框（１）上且方位減速器從動齒輪（１９）中心線與方位框（１）的轉軸同心；俯仰框組件驅動系統由安裝在橫滾框（３）上的俯仰驅動力矩電機（２０）、俯仰減速器主動齒輪軸（２１）與俯仰減速器從動齒輪（２３）串連構成，俯仰減速器主動齒輪軸（２１）通過俯仰電機軸承座（２２）安裝在橫滾框（３）上，俯仰減速器從動齒輪（２３）固定在俯仰框（２）上且俯仰減速器從動齒輪（２３）中心線與俯仰軸同心；橫滾框組件驅動系統由安裝在橫滾框上的橫滾驅...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：房建成，彭修廣，鐘麥英，周向陽，張延順，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]
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