一种用于定位定向的小型转位机构

技术领域

本发明属于惯性组合导航技术领域，具体涉及一种用于定位定向的小型转位机构。

背景技术

在车载、舰载等定位定向系统中，系统一般使用惯性导航、卫星导航的组合导航方式进行定位定向。而惯组导航中的惯组器件在定位定向工作时，根据不同的算法，需要在某些角度位置作为基准，得到需要的结果。转位机构就是这样的角度装置，用于提供给惯组高精度的角度位置。

随着系统的要求不断提高，对惯组导航系统的精度要求也不断提高，由于惯性陀螺本身的零漂特性，使得惯组在长时间工作时会出现精度下降。此时若是可以给予惯组系统一定的转动速率，完成惯性陀螺的标定工作，可以消除陀螺的零漂，提高惯组的精度。而传统的转位机构只能提供角度位置基准，无法提供高精度的速率精度。同时惯组系统尺寸受到限制，需要压缩转位机构的尺寸，对转位机构的集成性提出更高要求。

为了解决惯组长时间工作和空间尺寸的问题，需要一种新式小型转位机构，能够为惯组提供精确的角度位置和一定的转动速率，同时体积满足系统小型化要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新式小型转位机构。该转位机构可以为惯组系统提供高精度的角度位置，同时也可以提供高精度的速率精度，整体结构内嵌到定位定向系统的壳体中，满足了系统的体积要求。适用于各种高精度、长时间工作的小型定位定向系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于定位定向的小型转位机构，包括壳体、安装在所述壳体内的旋转组件和升降组件、安装在所述旋转组件上的端齿盘、设置在所述旋转组件内的滑环、设置在壳体内侧的用于控制所述升降组件和旋转组件的控制电路；所述端齿盘包括上齿盘和下齿盘，所述上齿盘和所述下齿盘相啮合。

进一步地，所述旋转组件包括旋转电机、与所述旋转电机的输出轴同轴设置的旋转轴、安装在所述旋转轴上的主动旋转齿轮、安装在所述壳体上且与所述主动旋转齿轮相配合的从动旋转齿轮、与所述从动旋转齿轮的输出轴同轴设置的角度编码器；所述旋转轴内部设置有滑环。

进一步地，所述升降组件包括安装在所述壳体内侧的升降电机、与所述升降电机的输出轴同轴设置的升降齿轮组，所述升降齿轮组的输出端与所述端齿盘通过升降丝杠连接。

进一步地，所述升降齿轮组包括与所述升降电机的输出轴同轴设置的第一升降齿轮、安装在所述壳体的下板上且与所述第一升降齿轮外啮合连接的第二升降齿轮、与所述第二升降齿轮外啮合连接的第三升降齿轮；所述第三升降齿轮的输出轴同轴设置有升降丝杠，所述升降丝杠的螺母与所述下齿盘连接。

进一步地，所述主动旋转齿轮和从动旋转齿轮均采用消隙结构，一个齿轮做成两片，两片齿轮中间通过一根弹簧进行连接。

进一步地，所述旋转电机为直流无刷力矩电机。

进一步地，所述升降电机为直流空心杯电机。

进一步地，所述角度编码器为高精度旋转变压器。

更进一步地，所述下齿盘与所述壳体的下板之间设置有至少两个导向柱；所述导向柱通过密珠轴系与下齿盘过盈配合。

本发明的一种用于定位定向的小型转位机构的有益效果是：

1、本发明的壳体直接作为定位定向系统的外壳，其机械零件和控制电路均安装在上面，减小了系统的体积，提高了系统的集成性，采用上齿盘和下齿盘相配合的方式，使本发明有较高的定位精度和较好的力学适应性。

2、本发明将角度编码器侧向放置，避免了安装面高的问题，且本发明采用直流无刷力矩电机作为旋转电机，保证了本发明的高精度的转动速率，能够为惯组提供精确的角度位置和一定的转动速率的同时，体积和重量满足系统小型化的要求。

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的说明。

图1是本发明实施例的立体图；

图2是本发明实施例的壳体内部结构示意图；

图3是本发明实施例的部分结构示意图；

图4是本发明实施例的俯视图；

图5是图4中A-A处剖面图；

图6是本图4中B-B处剖面图。

图中:1、壳体，2、旋转组件，21、旋转电机，22、旋转轴， 23、主动旋转齿轮，24、从动旋转齿轮，25、角度编码器，3、升降组件，31、升降电机，32、升降齿轮组，321、第一升降齿轮，322、第二升降齿轮，323、第三升降齿轮，33、升降丝杠， 4、端齿盘，41、上齿盘，42、下齿盘，5、滑环，6、控制电路， 7、导向柱。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-图6所示的本发明的一种用于定位定向的小型转位机构的具体实施例，一种用于定位定向的小型转位机构，包括壳体1、安装在壳体1内的旋转组件2和升降组件3、安装在旋转组件2 上的端齿盘4、设置在旋转组件2内的滑环5、设置在壳体1内侧的用于控制升降组件3和旋转组件2的控制电路6；端齿盘4 包括上齿盘41和下齿盘42，上齿盘41和下齿盘42相啮合。端齿盘4采用端面向心刚性直齿，直齿做表面硬化、防锈处理，采用合金结构钢，分度精度不大于3″，重复精度不大于1″。

旋转组件2包括旋转电机21、与旋转电机21的输出轴同轴设置的旋转轴22、安装在旋转轴22上的主动旋转齿轮23、安装在壳体1上且与主动旋转齿轮23相配合的从动旋转齿轮24、与从动旋转24齿轮的输出轴同轴设置的角度编码器25；旋转轴 22内部设置有滑环5。主动旋转齿轮23和从动旋转齿轮24均采用消隙结构，一个齿轮做成两片，两片齿轮中间通过一根弹簧进行连接。

参照图2到图6本发明实施例中上齿盘41通过螺钉与旋转轴22固定连接，外部角接触球轴承安装在旋转轴22的外圆上，旋转电机21通过螺钉固定在旋转轴22的下端，其旋转电机21 为直流无刷力矩电机，使用寿命高，控制精度高。角度编码器 25通过主动、从动旋转齿轮与旋转轴22连接，其角度编码器 25是高精度旋转变压器，角度精度不大于1″，满足角度和速率的精确性。升降组件3中的升降丝杠33与下齿盘42通过螺旋孔配合连接，导向柱7、密珠轴系与下齿盘42上的通孔过盈配合连接。角接触球轴承与旋转轴22采用过盈配合，并在安装时施加预紧力，确保旋转轴22回转精度满足要求。

参照图2和图3升降组件3包括安装在壳体1内侧的升降电机31、与升降电机31的输出轴同轴设置的升降齿轮组32，升降齿轮组32的输出端与端齿盘4通过升降丝杠33连接。升降齿轮组32包括与升降电机31的输出轴同轴设置的第一升降齿轮321、安装在壳体1的下板上且与第一升降齿轮321外啮合连接的第二升降齿轮322、与第二升降齿轮322外啮合连接的第三升降齿轮323；第三升降齿轮323的输出轴同轴设置有升降丝杠33，升降丝杠33的螺母与下齿盘42连接。其中升降电机31 为直流空心杯电机，体积小，转化效率高。下齿盘42与壳体1 的下板之间设置有至少一个导向柱7，导向柱7通过密珠轴系与下齿盘42过盈配合。本发明实施例中导向柱7为两个，如图5 所示，升降丝杠33使用梯形螺纹结构，其中外螺纹旋转，内螺纹升降。

本发明的壳体1直接作为定位定向系统的外壳，其机械零件和控制电路6均安装在上面，减小了系统的体积，提高了系统的集成性，角度编码器25通过一对旋转齿轮与旋转轴22连接，端齿盘4中的上齿盘41与旋转轴22固连，旋转轴22上装有一对角接触球轴承和旋转电机21，下齿盘42与升降组件3 通过升降丝杠33、导向柱7、密珠轴系连接，升降丝杠33通过升降齿轮组32与升降电机31相连，旋转轴22中间放置滑环5 作为电信号传输机构，控制电路6通过相关指令控制升降电机 31、旋转电机21工作，从而带动旋转组件2、升降组件3完成相应的功能。

在本发明的使用过程中，将惯组器件通过螺钉安装在上齿盘41上，惯组器件的信号和电源通过滑环5与外部系统电路连接。

当惯组器件需要精确的角度位置时，控制电路6对升降电机31加载启动电压，升降电机31驱动升降齿轮组32转动，带动升降丝杠33工作，使得下齿盘42下降并与上齿盘41脱开，当下齿盘42降落到指定位置后，控制电路6对旋转电机21加载启动电压，旋转电机21带动旋转轴22转动，上齿盘41和安装在上齿盘41上的惯组器件开始进行转动，角度编码器25通过主动旋转齿轮23和从动旋转齿轮24的共同作用得到惯组器件转过的角度，控制电路6通过角度编码器25反馈的角度信息控制上齿盘41转到指定角度位置，然后给升降电机31加载电压，升降电机31驱动升降齿轮组32转动，带动升降丝杠33工作，使得下齿盘42上升并与上齿盘41啮合，此时惯组器件就精确到达需要的角度位置。由于下齿盘42上的孔配合有三个导向柱7和密珠轴系，因此下齿盘42下降运动接近理想的垂直平移，无轴向扭动，每次升起啮合上齿盘41可以得到很高的重复性和角度精度。

当惯组器件需要精确平稳的速率精度时，控制电路6对升降电机31加载启动电压，升降电机31驱动升降齿轮组32转动，带动升降丝杠33工作，使得下齿盘42下降并与上齿盘41脱开，当下齿盘42降落到指定位置后，控制电路6对旋转电机21加载启动电压，旋转电机21带动旋转轴22编码器通过旋转齿轮得到转过的角度，控制电路6根据角度编码器25反馈的角度信息，对旋转电机21进行PID控制，得到需要的高精度旋转速率。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。