本發(fā)明涉及航空航天類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特別涉及一種五軸位標(biāo)器。

背景技術(shù)：

對于采用比例導(dǎo)引律的位標(biāo)器而言，都需要有一個空間穩(wěn)定裝置。目前最常見的是動力陀螺穩(wěn)定式位標(biāo)器，其具有一個高速旋轉(zhuǎn)的陀螺轉(zhuǎn)子，產(chǎn)生一個數(shù)值很大的動量矩h。該陀螺轉(zhuǎn)子安裝在萬向支架系統(tǒng)上構(gòu)成跟蹤陀螺。陀螺依靠h的空間定軸性，在慣性空間實現(xiàn)定軸。

現(xiàn)有動力陀螺穩(wěn)定式位標(biāo)器的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，尺寸小，良好的三軸穩(wěn)定視場、成本低。然而，動力陀螺穩(wěn)定式位標(biāo)器也有跟蹤場小，跟蹤角速度慢的局限性，此外，其缺點還表現(xiàn)在：當(dāng)方位角增大時，探測器不能與光學(xué)系統(tǒng)共焦面，當(dāng)方位角增加時精度特性急劇惡化，限制了位標(biāo)器探測性能發(fā)揮。所以為了突破動力陀螺穩(wěn)定式位標(biāo)器的上述局限性，需要設(shè)計一種新的穩(wěn)定裝置，在方位角增加時精度特性不會急劇惡化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種五軸位標(biāo)器，有效解決當(dāng)方位角增大時，探測器不能與光學(xué)系統(tǒng)共焦面導(dǎo)致產(chǎn)品精度特性急劇降低的問題，并且具有更大的跟蹤場和更快的跟蹤角速度。

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種五軸位標(biāo)器：它包含：

雙軸框架伺服機構(gòu)，其包含雙軸框架內(nèi)框、雙軸框架外框和雙軸框架底座；雙軸框架內(nèi)框、雙軸框架外框和雙軸框架底座在x向同軸安裝；雙軸框架外框通過軸承連接至雙軸軸框架底座內(nèi)側(cè)，使雙軸框架外框可繞y向的外框軸轉(zhuǎn)動；雙軸框架內(nèi)框通過軸承連接在雙軸框架外框內(nèi)側(cè)，使雙軸框架內(nèi)框可繞z向的內(nèi)框軸轉(zhuǎn)動；

自由陀螺，其通過外殼在x向同軸安裝至雙軸框架內(nèi)框內(nèi)側(cè)，自由陀螺包含陀螺轉(zhuǎn)子、萬向支架、探測器；萬向支架包含內(nèi)環(huán)、外環(huán)、萬向支架底座；外環(huán)通過軸承連接至內(nèi)環(huán)的外側(cè)，內(nèi)環(huán)通過軸承連接至萬向支架底座外側(cè)；陀螺轉(zhuǎn)子連接在萬向支架外面，并由萬向支架支撐使陀螺轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動；光學(xué)系統(tǒng)集成在陀螺轉(zhuǎn)子上，探測器固連在萬向支架底座上。

優(yōu)選地，雙軸框架內(nèi)框的z向的內(nèi)框軸和雙軸框架外框的y向外框軸垂直相交。

優(yōu)選地，陀螺轉(zhuǎn)子繞萬向支架的x向的內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)，光學(xué)系統(tǒng)的光軸與陀螺轉(zhuǎn)子的x向的極軸重合。

優(yōu)選地，外環(huán)、內(nèi)環(huán)和陀螺轉(zhuǎn)子相對萬向支架底座分別具有一個、兩個和三個自由度。

優(yōu)選地，雙軸框架內(nèi)框和雙軸框架外框各有一個轉(zhuǎn)動自由度。

優(yōu)選地，探測器伸入萬向支架底座的內(nèi)部，探測器光敏面與萬向支架中心重合。

優(yōu)選地，萬向支架的y向軸和z向軸的中心、雙軸框架伺服機構(gòu)y向的外框軸和z向的內(nèi)框軸的中心和探測器光敏面位置三點重合。

優(yōu)選地，自由陀螺（3）在近零方位角工作。

優(yōu)選地，雙軸框架相對雙軸框架底座（1）的偏轉(zhuǎn)范圍為±60°，自由陀螺（3）相對于雙軸框架的偏轉(zhuǎn)范圍為±15°。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：（1）本發(fā)明的一種五軸位標(biāo)器實現(xiàn)了更大的跟蹤場和更快的跟蹤角速度。（2）同時在萬向支架底座上而非陀螺轉(zhuǎn)子上安裝全尺寸探測器，提高了位標(biāo)器探測性能，并且保留了單轉(zhuǎn)子自由陀螺產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的繼承性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的五軸位標(biāo)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的自由陀螺結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a是本發(fā)明的萬向支架結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3b是本發(fā)明的萬向支架結(jié)構(gòu)截面圖；

圖4是本發(fā)明的五軸示意圖。

其中：1.雙軸框架底座；2.雙軸框架外框；3.自由陀螺；4.雙軸框架內(nèi)框；5.光學(xué)系統(tǒng)；6.萬向支架；7.探測器；8.陀螺轉(zhuǎn)子；9.外環(huán)；10.內(nèi)環(huán)；11.萬向支架底座；12.軸承；13.外殼；14.軸承。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種五軸位標(biāo)器，為使本發(fā)明更明顯易懂，下面結(jié)合附圖與具體方式對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供了一種五軸位標(biāo)器，如圖1所示，它包含自由陀螺3、雙軸框架伺服機構(gòu)，復(fù)合構(gòu)成一種五軸位標(biāo)器。雙軸框架伺服機構(gòu)包含雙軸框架內(nèi)框4、雙軸框架外框2、雙軸框架底座1及軸承。自由陀螺3通過外殼13在x向同軸安裝至雙軸框架內(nèi)框4內(nèi)側(cè)，構(gòu)成五軸位標(biāo)器。

如圖2所示，自由陀螺3包含陀螺轉(zhuǎn)子8、萬向支架6、探測器7。光學(xué)系統(tǒng)5集成在陀螺轉(zhuǎn)子8上，使自由陀螺3對光學(xué)系統(tǒng)5進(jìn)行陀螺穩(wěn)定。陀螺轉(zhuǎn)子8連接在在萬向支架6外面，并由萬向支架6支撐使陀螺轉(zhuǎn)子8可轉(zhuǎn)動。

如圖3a和3b所示，萬向支架6包含內(nèi)環(huán)10、外環(huán)9、萬向支架底座11。外環(huán)9通過軸承12連接至內(nèi)環(huán)10外側(cè)，內(nèi)環(huán)10通過軸承14連接至萬向支架底座11外側(cè)，外環(huán)9、內(nèi)環(huán)10和陀螺轉(zhuǎn)子8相對萬向支架底座11分別具有一個、兩個和三個轉(zhuǎn)動自由度。

陀螺轉(zhuǎn)子8與萬向支架6連接，形成的自由陀螺3構(gòu)成了三自由度跟蹤陀螺。陀螺轉(zhuǎn)子8繞萬向支架6的x向的內(nèi)環(huán)軸高速旋轉(zhuǎn)，其自轉(zhuǎn)軸就是陀螺x向的極軸，光學(xué)系統(tǒng)5的光軸與陀螺x向的極軸重合。

探測器7固連在自由陀螺3的萬向支架底座11上，探測器7伸入萬向支架底座11的內(nèi)部，使探測器7的光敏面與萬向支架6的轉(zhuǎn)動中心重合。

雙軸框架內(nèi)框4、雙軸框架外框2和雙軸框架底座1均在x向同軸安裝。雙軸框架外框2通過軸承連接至雙軸框架底座1內(nèi)側(cè)，使雙軸框框架外框2可繞y向的外框軸轉(zhuǎn)動，雙軸框架內(nèi)框4通過軸承連接至雙軸軸框架外框2內(nèi)側(cè)，使雙軸框架內(nèi)框4可繞z向的內(nèi)框軸轉(zhuǎn)動。

雙軸框架內(nèi)框4的z向的內(nèi)框軸與雙軸框架外框2的y向的外框軸垂直相交，雙軸框架內(nèi)框4、雙軸框架外框2通過限位結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)相同的最大轉(zhuǎn)角，兩軸結(jié)合實現(xiàn)位標(biāo)器的最大光軸轉(zhuǎn)動角。

雙軸框架內(nèi)框4、雙軸框架外框2分別可繞z向的內(nèi)框軸和y向的外框軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)自由陀螺3通過外殼13與雙軸框架內(nèi)框4在x向同軸安裝后，則自由陀螺3在零方位角時，萬向支架6的兩個軸線y向軸和z向軸與雙軸框架伺服機構(gòu)的兩個軸線y向的外框軸和z向的內(nèi)框軸對應(yīng)重合（如圖4所示）。所以與雙軸框架內(nèi)框4連接的自由陀螺3相應(yīng)地也有兩個自由度。自由陀螺3與雙軸框架伺服機構(gòu)組合后，形成五軸位標(biāo)器，五軸示意圖如圖4所示。

通過以上各部件的安裝，可實現(xiàn)萬向支架6的兩軸y向軸和z向軸的中心、雙軸框架伺服機構(gòu)y向的外框軸和z向的內(nèi)框軸的中心、探測器7光敏面位置三點重合。當(dāng)方位角增大時，探測器7與光學(xué)系統(tǒng)5仍然保持共焦面，保證了五軸位標(biāo)器在全方位角下工作的高效穩(wěn)定和精度。雙軸框架伺服機構(gòu)實現(xiàn)了較大的跟蹤場和較快的跟蹤角速度。

現(xiàn)有的動力陀螺穩(wěn)定式位標(biāo)器，當(dāng)方位角增大時，探測器不能與光學(xué)系統(tǒng)共焦面，導(dǎo)致產(chǎn)品精度特性急劇降低，所以自由陀螺相對萬向支架底座的偏轉(zhuǎn)角度一般被限制在±30°，即位標(biāo)器跟蹤場為±30°。

在本發(fā)明優(yōu)選例中，采用的三自由度陀螺加雙軸框架組成的五軸位標(biāo)器，雙軸框架相對雙軸框架底座偏轉(zhuǎn)范圍為±60°，三自由度陀螺相對雙軸框架偏轉(zhuǎn)范圍為±15°，在結(jié)構(gòu)上保證了位標(biāo)器具有±75°跟蹤場。因為有足夠的跟蹤場施展，本例的位標(biāo)器的最大跟蹤角速度可以達(dá)到50°/s，而動力陀螺穩(wěn)定式位標(biāo)器的最大跟蹤角速度一般為10°/s。較大的跟蹤場和較快的跟蹤角速度使本例的五軸位標(biāo)器能夠勝任更加復(fù)雜和困難的使用要求。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。