本發(fā)明專利涉及隨動(dòng)控制領(lǐng)域，特別是一種搭載快速反射鏡的粗精復(fù)合隨動(dòng)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)。

背景技術(shù)：

在隨動(dòng)控制系統(tǒng)中為了提高控制精度需要在大慣量、寬帶寬、響應(yīng)慢且跟蹤范圍大的俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)中引入小慣量、高精度和響應(yīng)速度快的快速反射鏡(faststeeringmirror，fsm)形成粗精復(fù)合隨動(dòng)系統(tǒng)，來(lái)提高跟瞄系統(tǒng)的精度和帶寬，增強(qiáng)其抗擾動(dòng)能力和穩(wěn)定跟蹤能力。快速反射鏡是由壓電陶瓷堆疊驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)支點(diǎn)上所搭載的鏡片，使其可以實(shí)現(xiàn)俯仰和偏擺運(yùn)動(dòng)，fsm具有較大的工作帶寬約150hz，但也受到擺動(dòng)范圍的制約(壓電陶瓷式大約為15urad)，而隨動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)節(jié)帶寬小，但是調(diào)整范圍大，它們之間相互匹配就能實(shí)現(xiàn)對(duì)光路的快速、精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種搭載快速反射鏡的高精度粗精復(fù)合隨動(dòng)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)，以滿足室內(nèi)小范圍的隨動(dòng)控制系統(tǒng)—控制算法和控制策略的測(cè)試需求。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種搭載快速反射鏡的粗精跟蹤實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)，包括快速反射鏡、通光孔、激光頭夾持座、俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)上轉(zhuǎn)接板、45°反射座、ccd和激光測(cè)距儀直角支架、視覺(jué)采集ccd、俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐、俯仰閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)、第一支架、直角支架、方位轉(zhuǎn)接板、方位閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)、方位轉(zhuǎn)臺(tái)通信控制接口、方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐、第二支架、快速反射鏡平臺(tái)、反射鏡、俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)梁、俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)通信接口、激光頭、轉(zhuǎn)接座和底座，其中，底座上設(shè)置方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐，方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐上設(shè)置方位轉(zhuǎn)接板、與外界控制裝置連接的方位轉(zhuǎn)臺(tái)通信控制接口和方位閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)，所述方位轉(zhuǎn)接板上設(shè)置轉(zhuǎn)接座，所述轉(zhuǎn)接座通過(guò)第一支架、第二支架以及設(shè)置在第一支架和第二支架內(nèi)側(cè)的直角支架連接俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)梁，所述俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)梁上依次設(shè)置俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)上轉(zhuǎn)接板、45°反射座、ccd和激光測(cè)距儀直角支架，其中45°反射座的45°切面上設(shè)置反射鏡，ccd和激光測(cè)距儀直角支架的水平段上設(shè)置ccd攝像頭，ccd和激光測(cè)距儀直角支架的豎直段上設(shè)置激光測(cè)距儀，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)梁一端設(shè)置通光孔和快速反射鏡平臺(tái)，另一端設(shè)置俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐，所述通光孔和快速反射鏡平臺(tái)固定在第二支架的外側(cè)，其中快速反射鏡平臺(tái)上設(shè)置快速反射鏡和激光頭，快速反射鏡通過(guò)壓電陶瓷固定在快速反射鏡平臺(tái)上，激光頭通過(guò)激光頭夾持座固定在快速反射鏡平臺(tái)上，所述俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐固定在第一支架外側(cè)，俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐上設(shè)置俯仰閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)、與外界控制裝置連接的俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)通信接口。

工作原理：步進(jìn)電機(jī)與外部控制器連接，控制器首先接收ccd采集到的目標(biāo)圖像信息，然后通過(guò)圖像處理將檢測(cè)到的目標(biāo)位置信息轉(zhuǎn)化為目標(biāo)的脫靶量信息，再通過(guò)解算獲得控制轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰和偏航所需要的方位信息，先控制方位和俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)將目標(biāo)鎖定到較小的跟蹤范圍內(nèi)，當(dāng)目標(biāo)處于快速反射鏡所能覆蓋的范圍時(shí)，再微調(diào)快速反射鏡使光束逐步穩(wěn)定移動(dòng)到目標(biāo)區(qū)域位置，從而實(shí)現(xiàn)粗跟蹤。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明可以用于室內(nèi)粗精隨動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，具有體積小，方便靈活的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為隨動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)前視圖。

圖2為隨動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)后視圖。

圖3為隨動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)俯視圖。

圖4為隨動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)后側(cè)視圖，其中圖(a)為后偏左視圖，(b)為后偏右視圖。

圖5為p-t04k010搭載鏡片的快速反射鏡。

圖6為隨動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)粗通道運(yùn)動(dòng)分解圖，其中圖(a)為初始位置示意圖、圖(b)為方位轉(zhuǎn)臺(tái)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°角后的示意圖、圖(c)為俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)上擺動(dòng)30°角后的示意圖。

具體實(shí)施方式

一種搭載快速反射鏡的粗精跟蹤實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)，包括快速反射鏡1、通光孔3、激光頭夾持座4、俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)上轉(zhuǎn)接板5、45°反射座6、ccd和激光測(cè)距儀直角支架7、視覺(jué)采集ccd8、俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐9、俯仰閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)10、第一支架11、直角支架12、方位轉(zhuǎn)接板13、方位閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)14、方位轉(zhuǎn)臺(tái)通信控制接口15、方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐16、第二支架18、快速反射鏡平臺(tái)19、反射鏡20、俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)梁21、俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)通信接口22、激光頭25、轉(zhuǎn)接座27和底座，其中，底座上設(shè)置方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐16，方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐16上設(shè)置方位轉(zhuǎn)接板13、與外界控制裝置連接的方位轉(zhuǎn)臺(tái)通信控制接口15和方位閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)14，所述方位轉(zhuǎn)接板13上設(shè)置轉(zhuǎn)接座27，所述轉(zhuǎn)接座27通過(guò)第一支架11、第二支架18以及設(shè)置在第一支架11和第二支架18內(nèi)側(cè)的直角支架12連接俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)梁21，所述俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)梁21上依次設(shè)置俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)上轉(zhuǎn)接板5、45°反射座6、ccd和激光測(cè)距儀直角支架7，其中45°反射座6的45°切面上設(shè)置反射鏡20，ccd和激光測(cè)距儀直角支架7的水平段上設(shè)置ccd攝像頭8，ccd和激光測(cè)距儀直角支架7的豎直段上設(shè)置激光測(cè)距儀，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)梁21一端設(shè)置通光孔3和快速反射鏡平臺(tái)19，另一端設(shè)置俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐9，所述通光孔3和快速反射鏡平臺(tái)19固定在第二支架18的外側(cè)，其中快速反射鏡平臺(tái)19上設(shè)置快速反射鏡1和激光頭25，快速反射鏡1通過(guò)壓電陶瓷固定在快速反射鏡平臺(tái)19上，激光頭25通過(guò)激光頭夾持座4固定在快速反射鏡平臺(tái)19上，所述俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐9固定在第一支架11外側(cè)，俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐9上設(shè)置俯仰閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)10、與外界控制裝置連接的俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)通信接口22。

所述激光頭25中軸線、快速反射鏡1負(fù)載鏡片2中心法線、通光孔3中軸線以及反射鏡20中心法線處于同一平面，所述激光頭26中軸線與快速反射鏡1負(fù)載鏡片2成45°角，與通光孔3中軸線垂直，所述反射鏡20與通光孔3中軸線成45°角，激光頭(25)所發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)與其成45°角的快速反射鏡(1)反射之后垂直進(jìn)入通光口(3)照射到反射座45°平面處的反射鏡(20)上。

所述快速反射鏡平臺(tái)19通過(guò)三個(gè)水平定位螺絲固定在支架18上，快速反射鏡平臺(tái)19與方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐16平行。

所述快速反射鏡1上設(shè)置運(yùn)動(dòng)支點(diǎn)，快速反射鏡1負(fù)載的鏡片2粘貼在快速反射鏡1的運(yùn)動(dòng)支點(diǎn)上。

所述快速反射鏡平臺(tái)19上設(shè)置開(kāi)孔26，用于防止快速反射鏡1負(fù)載的鏡片2過(guò)大時(shí)與快速反射鏡平臺(tái)19發(fā)生碰撞。

所述通光孔3和俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐9通過(guò)固定塊24固定在第一支架11和第二支架18上。

所述反射鏡20的厚度為5mm。

所述方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐16下部設(shè)置底座，所述底座上設(shè)置把手17。

所述俯仰閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)10和方位閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)14分別通過(guò)對(duì)應(yīng)的聯(lián)軸器23分別與俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐9和方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐16連接。

本發(fā)明裝置能實(shí)現(xiàn)快速反射鏡和俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)的粗精復(fù)合隨動(dòng)控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1：

如圖1-4所示，搭載快速反射鏡的粗精跟蹤實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)，包括快速反射鏡1、鏡片2、通光孔3、激光頭夾持座4、俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)上轉(zhuǎn)接板5、45°反射座6、ccd和激光測(cè)距儀直角支架7、視覺(jué)采集ccd8、俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐9、俯仰閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)10、第一支架11、直角支架12、方位轉(zhuǎn)接板13、方位閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)14、方位轉(zhuǎn)臺(tái)通信控制接口15、方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐16、把手17、第二支架18、快速反射鏡平臺(tái)19、反射鏡20、俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)梁21、俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)通信接口22、聯(lián)軸器23、固定塊24、激光頭25，其中快速反射鏡平臺(tái)19的一端設(shè)置通光孔3，快速反射鏡平臺(tái)19上設(shè)置快速反射鏡1、激光頭夾持座4，快速反射鏡1上設(shè)置運(yùn)動(dòng)支點(diǎn)，快速反射鏡1負(fù)載的鏡片2粘貼在快速反射鏡1的運(yùn)動(dòng)支點(diǎn)上，激光頭夾持座4上設(shè)置激光頭25；所述通光孔3的另一端設(shè)置俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)梁21，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)梁21上依次設(shè)置俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)上轉(zhuǎn)接板5、45°反射座6、ccd和激光測(cè)距儀直角支架7，其中45°反射座6的45°切面上設(shè)置反射鏡20，所述反射鏡20的厚度為5mm，ccd和激光測(cè)距儀直角支架7的水平段上設(shè)置ccd攝像頭8，ccd和激光測(cè)距儀直角支架7的豎直段上設(shè)置激光測(cè)距儀；所述俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)梁21的另一端設(shè)置俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐9，俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐9上設(shè)置與外界控制裝置連接的俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)通信接口22和俯仰閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)42hse60-1504a05-a2410，俯仰閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)機(jī)10與俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐9之間設(shè)置聯(lián)軸器23；所述俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)梁21的兩端分別連接第一支架11和第二支架18上部的內(nèi)側(cè)，快速反射鏡平臺(tái)19通過(guò)三個(gè)水平定位螺絲固定在支架18上部的外側(cè)，保證快速反射鏡平臺(tái)19與方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐16平行，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)生俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)候快速反射鏡平臺(tái)19不會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，但會(huì)隨方位轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，通光孔3和俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐9分別通過(guò)固定塊24固定在第一支架11和第二支架18上部的外側(cè)，所述第一支架11和第二支架18的下部其內(nèi)側(cè)設(shè)置直角支架12，直角支架12與轉(zhuǎn)接座27連接，所述轉(zhuǎn)接座27下部設(shè)置方位轉(zhuǎn)接板13，所述方位轉(zhuǎn)接板13下部設(shè)置方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐16，方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐16上設(shè)置與外界控制裝置連接的方位轉(zhuǎn)臺(tái)通信控制接口15和方位閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)60hse3n-d2514，方位閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)14與方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐16之間設(shè)置聯(lián)軸器23；所述方位轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)樞紐16下部設(shè)置底座，底座上設(shè)置把手17。

所述激光頭25中軸線、快速反射鏡1負(fù)載鏡片2中心法線、通光孔3中軸線以及反射鏡20中心法線處于同一平面，所述激光頭26中軸線與快速反射鏡1負(fù)載鏡片2成45°角，與通光孔3中軸線垂直，所述反射鏡20與通光孔3中軸線成45°角。

本發(fā)明實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的目的是將激光頭所發(fā)出的激光經(jīng)快速反射鏡和隨動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)整后投影到遠(yuǎn)場(chǎng)目標(biāo)位置。在初始位置，激光頭25所發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)與其成45°角的快速反射鏡反射之后垂直進(jìn)入通光口3照射到反射座45°平面處的反射鏡上，45°反射座固定于俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)上，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)或者上下?lián)u擺時(shí)，其輸出光軸也會(huì)隨之產(chǎn)生等幅度的偏轉(zhuǎn)，形成粗跟蹤，當(dāng)快速反射鏡發(fā)生偏擺時(shí)這種入射角度也會(huì)發(fā)射擺動(dòng)，進(jìn)而引起遠(yuǎn)場(chǎng)光斑的微小位移，形成精跟蹤，即通過(guò)調(diào)控俯仰/方位閉環(huán)步進(jìn)和快速反射鏡可以方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)光軸的粗精復(fù)合調(diào)整。

搭載于轉(zhuǎn)臺(tái)上的ccd8可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)跟蹤目標(biāo)的遠(yuǎn)近更換不同焦距的鏡頭，外接圖像處理板對(duì)所采樣的信號(hào)進(jìn)行解算獲得脫靶量信息。再經(jīng)過(guò)外部的控制系統(tǒng)引導(dǎo)隨動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行跟蹤，當(dāng)目標(biāo)處于快速反射鏡所能覆蓋的范圍時(shí)，這時(shí)候可以啟動(dòng)快速反射鏡進(jìn)行進(jìn)一步的跟蹤，進(jìn)而提高跟蹤的精度和快速性。

隨動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)作分解如圖6所示，第一階段圖6(a)方位轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)生45°逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；第二階段圖6(b)俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)生30°上仰至圖6(c)姿態(tài)。由于fsm快速反射鏡偏擺范圍極小這里俯仰和偏擺僅分別為正負(fù)12.5mrad，暫不做動(dòng)作分解說(shuō)明。在實(shí)際應(yīng)用中，各自由度運(yùn)動(dòng)之間是相互獨(dú)立的。

由上可知，本發(fā)明裝置能實(shí)現(xiàn)快速反射鏡和俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)的粗精復(fù)合隨動(dòng)控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。

實(shí)施例2：

實(shí)施例2在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，在快速反射鏡平臺(tái)19上設(shè)置開(kāi)孔26，防止快速反射鏡1負(fù)載的鏡片2過(guò)大時(shí)與快速反射鏡平臺(tái)19發(fā)生碰撞。