專利名稱：一種精密的三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
三自由度氣浮臺是衛(wèi)星姿態(tài)控制與物理仿真常用的實驗平臺設(shè)備。典型的三自由度氣浮臺的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，主要包含試驗設(shè)備1、裝載平臺2、氣浮軸承3、螺桿支架 4、砝碼螺母5、圓環(huán)6、支柱7和底座8 ；試驗設(shè)備1是指裝配于氣浮臺上的試驗儀器及エ裝等；裝載平臺2是指用于搭載試驗設(shè)備1的平臺，通常為ー個有較大面積的平板；螺桿支架 4用于連接裝載平臺2與圓環(huán)6的螺桿；砝碼螺母5可在支架上通過螺旋調(diào)整位置以調(diào)節(jié)整個氣浮臺的重心分布；砝碼螺母5為內(nèi)有螺紋的質(zhì)量塊，在螺桿支架4上通過螺旋調(diào)整位置以調(diào)節(jié)整個氣浮臺的重心分布；與螺桿支架4連接的圓環(huán)6起支撐和重心調(diào)節(jié)作用；支柱7 用于支撐氣浮軸承3及裝載平臺2，裝有高壓進氣管9是為了向氣浮軸承3提供有壓カ的氣體以使氣浮軸承3懸浮起來。球面氣浮軸承結(jié)構(gòu)原理如圖2所示，一般將球體10及球窩11做成等半徑，當(dāng)高壓氣體通過進氣通道12進入球面軸承吋，上面的球體10會沿著垂直方向有ー個微小的位移， 在球體10與球窩11之間形成一定的間隙，即氣膜13。在氣浮軸承的球體10與球窩11之間形成氣膜13后，整個裝載平臺、螺桿支架、砝碼螺母、圓環(huán)及試驗設(shè)備為ー個整體，可以在氣浮軸承的支撐下做接近無阻尼的三自由度轉(zhuǎn)動。理想的工作狀態(tài)下，三自由度氣浮臺試驗時要將裝載平臺、螺桿支架、砝碼螺母、 圓環(huán)及試驗設(shè)備的重心(稱為試驗平臺重心)調(diào)節(jié)到與氣浮軸承球心。為保證平臺的穩(wěn)定平衡，通常試驗時將試驗平臺重心調(diào)節(jié)到氣浮軸承球心的正下方，從俯視角度看，試驗平臺重心(平面重心)與球心重合。這時，裝載平臺處于水平狀態(tài)。通常裝載平臺是否處于水平狀態(tài)需要靠肉眼觀測，而普通的水平尺只能測量ー個方向的水平度，要判斷兩個方向水平度需要同時使用兩個水平尺，并且對操作人員的判讀能力有很高的要求。普通水平尺只能在正上方進行判讀才準確，對操作空間要求也較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是本發(fā)明提供ー種精密的三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有三自由度平臺搭建時對平臺水平面判斷不便的問題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明所述三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)包括陀螺組件、嵌入式控制計算機、地面控制計算機和蓄電池，所述陀螺組件與嵌入式控制計算機雙向通信，嵌入式控制計算機通過無線通信模塊或無線通信鏈路與地面控制計算機通信，所述蓄電池用于向陀螺組件、嵌入式控制計算機供電；所述陀螺組件用于獲取裝載平臺的三自由度轉(zhuǎn)動角加速度、三自由度轉(zhuǎn)動角速度和三自由度轉(zhuǎn)動角度，通過嵌入式控制計算機將陀螺組件獲取的上述數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婵刂朴嬎銠C上，所述地面控制計算機用于讀取、存儲、顯示和處理裝載平臺的三自由度轉(zhuǎn)動角加速度、三自由度轉(zhuǎn)動角速度和三自由度轉(zhuǎn)動角度，為裝載平臺的平衡調(diào)整操提供依據(jù)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過嵌入式控制計算機對陀螺組件進行控制，將陀螺組件獲得的三自由度轉(zhuǎn)動角加速度和角速度通過無線通信鏈路傳輸?shù)降孛婵刂朴嬎銠C中，在地面方便地閱讀角度、角速度及角加速度等數(shù)據(jù)，對于后續(xù)的平衡調(diào)整操作提供便利。本發(fā)明通過在三自由度氣浮臺的裝載平臺上安裝此系統(tǒng)，利用陀螺組件獲得平臺三個旋轉(zhuǎn)自由度的角加速度和角速度，并積分獲得角度，可以方便地讀出氣浮平臺的水平偏差，并可根據(jù)偏差判斷需向哪個方向增加配重。同時可以根據(jù)具體試驗的需求設(shè)置三個軸的初始指向。發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量小，對氣浮臺的影響可以忽略不計， 方便了視覺觀測，能夠大大節(jié)省試驗設(shè)備配平時間，并同時能夠為試驗過程提供精確的轉(zhuǎn)角和角速度數(shù)據(jù)。


圖1為現(xiàn)有的三自由度氣浮臺結(jié)構(gòu)圖，圖2為圖1中的氣浮軸承部分結(jié)構(gòu)的放大圖；圖3為本發(fā)明所述的三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，圖4為本發(fā)明所述的三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)的工作流程圖，圖5為本發(fā)明三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)與三自由度氣浮臺組合工作示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖1 5所示，本實施方式所述的一種精密的三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)18包括陀螺組件(14)、嵌入式控制計算機(15)、地面控制計算機(16)和蓄電池 (17)，所述陀螺組件(14)與嵌入式控制計算機(1 雙向通信，嵌入式控制計算機(15)通過無線通信模塊或無線通信鏈路與地面控制計算機(16)通信，所述蓄電池(17)用于向陀螺組件(14)、嵌入式控制計算機(1 供電；所述陀螺組件(14)用于獲取裝載平臺2的三自由度轉(zhuǎn)動角加速度、三自由度轉(zhuǎn)動角速度和三自由度轉(zhuǎn)動角度，通過嵌入式控制計算機將陀螺組件(14)獲取的上述數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婵刂朴嬎銠C(16)上，所述地面控制計算機(16)用于讀取、存儲、顯示和處理裝載平臺2的三自由度轉(zhuǎn)動角加速度、三自由度轉(zhuǎn)動角速度和三自由度轉(zhuǎn)動角度，為裝載平臺2的平衡調(diào)整操提供依據(jù)。陀螺組件14為三自由度測量設(shè)備，嵌入式控制計算機15對陀螺組件14進行驅(qū)動、通信和控制；陀螺組件14和地面控制計算機16安裝在被測平面上，當(dāng)被測平面傾斜或旋轉(zhuǎn)時，陀螺組件14可以實時地獲得旋轉(zhuǎn)的角度、角速度和角加速度等量；地面控制計算機16可以對陀螺組件14測量的角加速度、角速度和角度數(shù)據(jù)進行讀取、存儲和顯示。為陀螺組件14和嵌入式控制計算機15供電的蓄電池17可以是被測系統(tǒng)設(shè)備中的電源設(shè)備。本實施方式中陀螺組件14可采用光纖式陀螺組件或激光式陀螺組件，嵌入式控制計算機15可選用PC-104、ARM或FPGA類型。
具體實施方式
二 如圖1 5所示，本實施方式所述嵌入式控制計算機(15)還用于對陀螺組件(14)進行標定，將裝載平臺2的某一特定姿態(tài)設(shè)置為初始姿態(tài)。地面控制計算機(16)可以依據(jù)實際情況通過嵌入式控制計算機(1 對陀螺組件(14)進行標定，將裝載平臺2某一特定姿態(tài)設(shè)置為初始姿態(tài)；即地面控制計算機15可以根據(jù)需求對某一特定姿態(tài)設(shè)置為初始姿態(tài)，然后再進行修正。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖1 5所示，本實施方式所述嵌入式控制計算機(15)還用于將陀螺組件(14)獲得的三自由度轉(zhuǎn)動角加速度、三自由度轉(zhuǎn)動角速度和三自由度轉(zhuǎn)動角度數(shù)據(jù)傳送給受測試系統(tǒng)的試驗設(shè)備(1)。嵌入式控制計算機可將測量數(shù)據(jù)發(fā)送到被測系統(tǒng)設(shè)備中，與被測設(shè)備構(gòu)成閉環(huán)測試系統(tǒng)。即在有些需求中，嵌入式控制計算機(15)可將陀螺組件(14)獲得的數(shù)據(jù)送給受測試系統(tǒng)的試驗設(shè)備(1)，作為測試系統(tǒng)的一部分構(gòu)成閉環(huán)。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四如圖1 5所示，本實施方式所述陀螺組件(14)與嵌入式控制計算機(1 通過RS232或RS485協(xié)議進行通信。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一、 二或三相同。本發(fā)明的工作過程如圖3 5所示，嵌入式控制計算機，一般通過RS232或RS485協(xié)議與陀螺組件14 進行通信或控制，通過無線通信模塊與地面控制計算機16進行通信；地面控制計算機16通過無線通信模塊與嵌入式控制計算機15進行通信，可以獲得陀螺組件14測量到的數(shù)據(jù)，也可以對陀螺組件的初始狀態(tài)進行設(shè)置；蓄電池17給陀螺組件14和嵌入式控制計算機15供電，通常試驗設(shè)備1中會包括蓄電池，不必額外增加蓄電池?？梢栽诘孛婵刂朴嬎銠C16和嵌入式控制計算機15中對歷史數(shù)據(jù)進行存儲記錄。同時可以在地面控制計算機16中對歷史數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)回放。將本發(fā)明中的陀螺組件14和嵌入式控制計算機15安裝在裝載平臺 2上。如圖4所示，[100]測試開始時進行系統(tǒng)加載測試準備；[200]嵌入式計算機15對陀螺組件14驅(qū)動成功后開始讀取數(shù)據(jù)。[300]嵌入式控制計算機15對數(shù)據(jù)進行分析和控制。[400]嵌入式計算機15將數(shù)據(jù)進行存儲并傳輸?shù)降孛婵刂朴嬎銠C16中。[500]地面控制計算機16對數(shù)據(jù)進行顯示、記錄或設(shè)置操作。[600]當(dāng)系統(tǒng)接到停止測試指令時進入 [700]，否則繼續(xù)到[200]。[700]測試停止，系統(tǒng)關(guān)機。凡符合上述權(quán)利要求的用于角度、角速度及角加速度測量的系統(tǒng)，除應(yīng)用于三自由度氣浮臺之外，無論應(yīng)用于任何平面的角度、角速度和角加速度測量的實施方案，均屬于本專利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種精密的三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)，其特征在于所述三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)包括陀螺組件(14)、嵌入式控制計算機(15)、地面控制計算機(16)和蓄電池(17)，所述陀螺組件(14)與嵌入式控制計算機(1 雙向通信，嵌入式控制計算機(1 通過無線通信模塊或無線通信鏈路與地面控制計算機(16)通信，所述蓄電池(17)用于向陀螺組件(14)、嵌入式控制計算機(1 供電；所述陀螺組件(14)用于獲取裝載平臺( 的三自由度轉(zhuǎn)動角加速度、三自由度轉(zhuǎn)動角速度和三自由度轉(zhuǎn)動角度，通過嵌入式控制計算機(巧)將陀螺組件(14)獲取的上述數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婵刂朴嬎銠C(16)上，所述地面控制計算機(16)用于讀取、存儲、顯示和處理裝載平臺( 的三自由度轉(zhuǎn)動角加速度、三自由度轉(zhuǎn)動角速度和三自由度轉(zhuǎn)動角度，為裝載平臺O)的平衡調(diào)整操提供依據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種精密的三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)，其特征在于所述嵌入式控制計算機(1 還用于對陀螺組件(14)進行標定，將裝載平臺O)的某一特定姿態(tài)設(shè)置為初始姿態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種精密的三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)，其特征在于所述嵌入式控制計算機(1 還用于將陀螺組件(14)獲得的三自由度轉(zhuǎn)動角加速度、三自由度轉(zhuǎn)動角速度和三自由度轉(zhuǎn)動角度數(shù)據(jù)傳送給受測試系統(tǒng)的試驗設(shè)備(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種精密的三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)，其特征在于 所述陀螺組件(14)與嵌入式控制計算機(1 通過RS232或RS485協(xié)議進行通信。
全文摘要
一種精密的三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)，它涉及一種三自由度氣浮臺測量系統(tǒng)。解決現(xiàn)有三自由度平臺搭建時對平臺水平面判斷不便的問題。所述陀螺組件與嵌入式控制計算機雙向通信，嵌入式控制計算機通過無線通信模塊或無線通信鏈路與地面控制計算機通信；所述陀螺組件用于獲取裝載平臺的三自由度轉(zhuǎn)動角加速度、三自由度轉(zhuǎn)動角速度和三自由度轉(zhuǎn)動角度，通過嵌入式控制計算機將陀螺組件獲取的上述數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婵刂朴嬎銠C上，地面控制計算機用于讀取、存儲、顯示和處理裝載平臺的三自由度轉(zhuǎn)動角加速度、三自由度轉(zhuǎn)動角速度和三自由度轉(zhuǎn)動角度。本發(fā)明方便了視覺觀測，能夠大大節(jié)省試驗設(shè)備配平時間，并同時能夠為試驗過程提供精確的轉(zhuǎn)角和角速度數(shù)據(jù)。
文檔編號G01C9/00GK102564394SQ20111044754
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者呂建婷, 張顯, 高翔宇 申請人:黑龍江大學(xué)