专利名称：一种内环直立式四轴稳定平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内环直立式四轴稳定平台，尤其是紧凑型内环直立式四轴稳定平
台，以承载光电传感器等有效载荷并实现四轴稳定，属于光电设备技术领域。
背景技术：
光电传感器等有效载荷在工作时需进行高精度的稳定，以便能跟踪或锁定高速运动目标，尤其在飞机或舰船等动平台上的光电传感器还需消除动平台自身摇摆、振动以及风阻干扰的影响，对体积和稳定精度要求更高。为满足高精度的稳定要求，一般应用四轴稳定平台。目前四轴稳定平台的外框架组多采用定轴齿轮系的齿轮传动方式，而内框架组一般采用环形的安装支架，这些结构存在紧凑性、刚性及稳定精度等不足问题。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术存在的不足，提供一种结构更紧凑、刚性及精度更优的内环直立式四轴稳定平台。 本发明的技术方案是一种内环直立式四轴稳定平台，它由一个外方位回转机构、外俯仰回转机构、内方位回转机构及内俯仰回转机构组成所述外方位回转机构包括一个固定安装在载体上的外方位壳体，该外方位壳体通过轴承支撑一个外方位轴；外方位壳体与外方位轴齿轮传动联接外方位轴上端靠近边缘安装一具有小齿轮的外方位伺服电机，小齿轮与固定在外方位壳体上的大齿轮啮合；所述外俯仰机构包括一个固定在外方位轴上的外俯仰座；该外俯仰座的左侧固定有左俯仰支撑臂，右侧固定有右俯仰支撑臂；俯仰球壳体通过其左俯仰支撑臂和右俯仰支撑臂上安装的轴承支撑俯仰球壳体两端的轴；左俯仰支撑臂下部安装一个输出轴上具有小同步带轮的外俯仰伺服电机；小同步带轮与俯仰球壳体一端的轴上安装的大同步带轮以同步带传动联接；所述内方位转动机构包括固定在俯仰球壳体内部的上端盖和下端盖；上端盖安装有轴承，轴承外圈支撑上轴；下端盖上安装有轴承，轴承外圈支撑下轴；上卡式联接板安装在上轴上；下卡式联接板安装在下轴上；内俯仰支撑臂上下两端分别与上卡式联接板和下卡式联接板定位并固定联接；上轴设置有内方位测角元件；下轴设置有内方位力矩电机；所述内俯仰转动机构包括安装在内俯仰支撑臂上的轴承；左俯仰挂壁通过轴承支撑，右俯仰挂壁通过轴承支撑；在内俯仰支撑臂(23)中部的左俯仰挂壁(16)上设置有内俯仰测角元件(15)，在右俯仰挂壁(25)上设置有内俯仰力矩电机(26)。 在上述方案基础上进一步的技术方案是 所述的内环直立式四轴稳定平台，其外方位伺服电机是通过螺钉和电机套筒固定在外方位轴上。 所述的内环直立式四轴稳定平台，其外俯仰伺服电机通过电机安装板安装在左俯仰支撑臂下部；外俯仰伺服电机的尾部插入外俯仰座内部。 所述的内环直立式四轴稳定平台，其内俯仰支撑臂的上端与上卡式联接板之间是
4通过卡槽定位并夹紧；下卡式联接板与下轴之间通过螺钉固定，内俯仰支撑臂的下端与下卡式联接板之间通过卡槽定位并夹紧；上卡式联接板上通过螺钉固定一个上轴；下卡式联接板上通过螺钉固定一个下轴。 所述的内环直立式四轴稳定平台，其内俯仰支撑臂的上端与上卡式联接板之间、下端与下卡式联接板之间的卡槽定位并夹紧是通过单燕尾形的卡槽定位并通过膨胀锁紧条夹紧。 所述的内环直立式四轴稳定平台，其左俯仰挂壁和右俯仰挂壁通过螺钉固连。由左俯仰挂壁和右俯仰挂壁组成可围绕轴承的公共轴线相对内俯仰支撑臂回转的组件。
所述的内环直立式四轴稳定平台，其右俯仰挂壁上的圆柱面与内俯仰力矩电机的转子进行配合，并通过螺钉固定。 所述的内环直立式四轴稳定平台，其俯仰球壳体下部通过螺钉固定一个下端盖，轴承的内圈与下端盖上的圆柱面配合，轴承的外圈与下轴的圆孔配合；内方位力矩电机的转子与下轴的圆柱面配合并通过螺钉固定；内方位力矩电机的定子与俯仰球壳体之间通过螺钉固定。 所述的内环直立式四轴稳定平台，其内方位测角元件的内圈与上轴的外圆柱面配合，内方位测角元件的外圈与俯仰球壳体的圆孔配合。
本发明的积极效果在于 1、结构更紧凑、刚性强、抗振性能好；体积小、抗风阻能力强、稳定精度高，有效载荷空间大、安装及维护方便。 2、外方位采用行星式驱动方式，能够充分利用外俯仰座的内部空间，减少了总体轴向尺寸。 3、外俯仰采用同步带传动方式，能够实现大跨距平行轴传动，使得外俯仰伺服电机长度方向部分能够伸入外俯仰座的内部，有效利用外俯仰座的内部空间，减少了总体尺寸。同时同步带为非金属弹性材料，有吸振的效果，可有效隔离载体的振动传递，有利于稳定平台的稳定精度提高。 4、内俯仰支撑臂的上、下端均采用单燕尾形的卡槽精确定位，并通过膨胀锁紧条夹紧的安装方式，可实现内俯仰支撑臂、左俯仰挂壁、右俯仰挂壁、载荷等相关元件从俯仰球壳体内部的快速拔插和复装，并可以保证复装精度，便于内部载荷等元件的维修及更换。
图1直立式四轴稳定平台剖面 图2右俯仰挂壁；
图3左俯仰挂壁；
图4俯仰支撑臂。 图中各附图标记的名称为l-外方位壳体；2-轴承；3_大齿轮；4_外方位轴；5-轴承；6-小同步带轮；7_电机安装板；8-外俯仰伺服电机；9-同步带；10_左侧罩；ll-左俯仰支撑臂；12-轴承；13-大同步带轮；14-轴承；15-内俯仰测角元件；16-左俯仰挂壁；17-俯仰球壳体；18-膨胀锁紧条；19-内方位测角元件；20-上端盖；21-轴承；22_上卡式
联接板；23-内俯仰支撑臂；24-上轴；25-右俯仰挂壁；26-内俯仰力矩电机；27-右俯仰支撑臂；28-右侧罩；29-载荷；30-轴承；31-轴承；32-膨胀锁紧条；33-下卡式联接板； 34-下轴；35-内方位力矩电机；36-轴承；37-外俯仰座；38-下端盖；39-外方位伺服电机； 40-电机套筒；41-小齿轮。
具体实施例方式
结合附图和实施例对本发明作进一步说明如下 如图l-6所示，一种内环直立式四轴稳定平台，它由一个外方位回转机构、外俯仰 回转机构、内方位回转机构及内俯仰回转机构组成所述外方位回转机构包括一个固定安
装在载体上的外方位壳体l，该外方位壳体1通过轴承2、5支撑一个外方位轴4 ;外方位壳 体1与外方位轴4齿轮传动联接外方位轴4上端靠近边缘安装一具有小齿轮41的外方位 伺服电机39，小齿轮41与固定在外方位壳体1上的大齿轮3啮合；所述外俯仰机构包括一 个固定在外方位轴4上的外俯仰座37 ;该外俯仰座37的左侧固定有左俯仰支撑臂ll，右侧 固定有右俯仰支撑臂27 ;俯仰球壳体17通过其左俯仰支撑臂11和右俯仰支撑臂27上安 装的轴承12、30支撑俯仰球壳体两端的轴；左俯仰支撑臂11下部安装一个输出轴上具有小 同步带轮6的外俯仰伺服电机8 ;小同步带轮6与俯仰球壳体17 —端的轴上安装的大同步 带轮13以同步带9传动联接；所述内方位转动机构包括固定在俯仰球壳体17内部的上端 盖20和下端盖38 ;上端盖20安装有轴承21，轴承外圈支撑上轴24 ;下端盖38上安装有轴 承36，轴承外圈支撑下轴34 ;上卡式联接板22安装在上轴24上；下卡式联接板33安装在 下轴34上；内俯仰支撑臂23上下两端分别与上卡式联接板22和下卡式联接板33定位并 固定联接；上轴24设置有内方位测角元件19 ;下轴34设置有内方位力矩电机35 ;所述内 俯仰转动机构包括安装在内俯仰支撑臂23上的轴承14、31 ;左俯仰挂壁16通过轴承14支 撑，右俯仰挂壁25通过轴承31支撑；在内俯仰支撑臂(23)中部的左俯仰挂壁(16)上设置 有内俯仰测角元件(15)，在相对应的右俯仰挂壁(25)上设置有内俯仰力矩电机(26)。所 述的外方位伺服电机39是通过螺钉和电机套筒40固定在外方位轴4上。外俯仰伺服电机 8通过电机安装板7安装在左俯仰支撑臂11下部；外俯仰伺服电机8的尾部插入外俯仰座 内部。实现大跨距平行轴传动。内俯仰支撑臂23的上端与上卡式联接板22之间是通过 卡槽定位并夹紧；下卡式联接板33与下轴34之间通过螺钉固定，内俯仰支撑臂23的下端 与下卡式联接板33之间通过卡槽定位并夹紧；上卡式联接板22上通过螺钉固定一个上轴 24 ;下卡式联接板33上通过螺钉固定一个下轴34。内俯仰支撑臂23的上端与上卡式联接 板22之间、下端与下卡式联接板33之间的卡槽定位并夹紧是通过单燕尾形的卡槽定位并 通过膨胀锁紧条18夹紧。左俯仰挂壁16和右俯仰挂壁25在图1所示的前方和后方通过 螺钉固连。由左俯仰挂壁16和右俯仰挂壁25组成可围绕轴承14、31的公共轴线相对内俯 仰支撑臂23回转的组件。右俯仰挂壁25上的圆柱面与内俯仰力矩电机26的转子进行配 合，并通过螺钉固定。俯仰球壳体17下部通过螺钉固定一个下端盖38，轴承36的内圈与下 端盖38上的圆柱面配合，轴承36的外圈与下轴34的圆孔配合；内方位力矩电机35的转子 与下轴的圆柱面配合并通过螺钉固定；内方位力矩电机35的定子与俯仰球壳体17之间通 过螺钉固定。内方位测角元件19的内圈与上轴24的外圆柱面配合，内方位测角元件19的 外圈与俯仰球壳体17的圆孔配合。 对本发明的原理、技术方案和效果作进一步说明如下
外方位壳体1相对安装载体静止，当外方位伺服电机39转动时，带动小齿轮41转 动，由于小齿轮41与安装在外方位壳体1上的大齿轮3啮合，因此小齿轮41即自传又围绕 大齿轮3公转，同时带动外伺服方位电机39、电机套筒40和外方位轴4相对于外方位壳体1 转动，从而实现外方位轴4的旋转。由于外方位轴4与外俯仰座37固定，故外俯仰座37及 与之相固定左俯仰支撑臂11、右俯仰支撑臂27、俯仰球壳体17等元件将绕外方位轴4的轴 线旋转；最终驱动光电传感器等有效载荷29绕轴承2和轴承5形成的公共轴线进行旋转。
当外俯仰伺服电机8转动时，带动小同步带轮6转动，由于小同步带轮6与大同步 带轮13是通过同步带9连接的，因此驱动大同步带轮13产生转动，同时大同步带轮13是固 定在俯仰球壳体17的轴上，故俯仰球壳体17及与之相固定的上端盖20、上轴24、上卡式联 接板22、膨胀锁紧条18、内俯仰支撑臂23、下卡式联接板33、膨胀锁紧条32、下轴34、左俯 仰挂壁16、右俯仰挂壁25、载荷29等元件绕轴承12和轴承30形成的公共轴线进行旋转。
当内方位力矩电机35工作时，电机驱动下轴34并带动与下轴34相固定的下卡式 联接板33、内俯仰支撑臂23绕轴承21和轴承36形成的公共轴线旋转；最终驱动载荷29绕 轴承21和轴承36形成的公共轴线进行旋转。 当内俯仰力矩电机26工作时，电机驱动右俯仰挂壁25并带动与右俯仰挂壁25相 固定的左俯仰挂壁16绕轴承14和轴承31形成的公共轴线旋转，最终驱动载荷29绕轴承 14和轴承31形成的公共轴线旋转。
权利要求
一种内环直立式四轴稳定平台，其特征在于，它由一个外方位回转机构、外俯仰回转机构、内方位回转机构及内俯仰回转机构组成所述外方位回转机构包括一个固定安装在载体上的外方位壳体(1)，该外方位壳体(1)通过轴承(2、5)支撑一个外方位轴(4)；外方位壳体(1)与外方位轴(4)齿轮传动联接外方位轴(4)上端靠近边缘安装一具有小齿轮(41)的外方位伺服电机(39)，小齿轮(41)与固定在外方位壳体(1)上的大齿轮(3)啮合；所述外俯仰机构包括一个固定在外方位轴(4)上的外俯仰座(37)；该外俯仰座(37)的左侧固定有左俯仰支撑臂(11)，右侧固定有右俯仰支撑臂(27)；俯仰球壳体(17)通过其左俯仰支撑臂(11)和右俯仰支撑臂(27)上安装的轴承(12、30)支撑俯仰球壳体两端的轴；左俯仰支撑臂(11)下部安装一个输出轴上具有小同步带轮(6)的外俯仰伺服电机(8)；小同步带轮(6)与俯仰球壳体(17)一端的轴上安装的大同步带轮(13)以同步带(9)传动联接；所述内方位转动机构包括固定在俯仰球壳体(17)内部的上端盖(20)和下端盖(38)；上端盖(20)安装有轴承(21)，轴承外圈支撑上轴(24)；下端盖(38)上安装有轴承(36)，轴承外圈支撑下轴(34)；上卡式联接板(22)安装在上轴(24)上；下卡式联接板(33)安装在下轴(34)上；内俯仰支撑臂(23)上下两端分别与上卡式联接板(22)和下卡式联接板(33)定位并固定联接；上轴(24)设置有内方位测角元件(19)；下轴(34)设置有内方位力矩电机(35)；所述内俯仰转动机构包括安装在内俯仰支撑臂(23)上的轴承(14、31)；左俯仰挂壁(16)通过轴承(14)支撑，右俯仰挂壁(25)通过轴承(31)支撑；在内俯仰支撑臂(23)中部的左俯仰挂壁(16)上设置有内俯仰测角元件(15)，在右俯仰挂壁(25)上设置有内俯仰力矩电机(26)。
2. 根据权利要求1所述的内环直立式四轴稳定平台，其特征在于，所述的外方位伺服 电机(39)是通过螺钉和电机套筒(40)固定在外方位轴(4)上。
3. 根据权利要求1所述的内环直立式四轴稳定平台，其特征在于，所述的外俯仰伺服 电机(8)通过电机安装板(7)安装在左俯仰支撑臂(11)下部；外俯仰伺服电机(8)的尾部 插入外俯仰座内部。
4. 根据权利要求1所述的内环直立式四轴稳定平台，其特征在于，所述的内俯仰支撑 臂(23)的上端与上卡式联接板(22)之间是通过卡槽定位并夹紧；内俯仰支撑臂(23)的下 端与下卡式联接板(33)之间通过卡槽定位并夹紧；上卡式联接板(22)上通过螺钉固定一 个上轴(24);下卡式联接板(33)上通过螺钉固定一个下轴(34)。
5. 根据权利要求4所述的内环直立式四轴稳定平台，其特征在于，所述的内俯仰支撑 臂(23)的上端与上卡式联接板(22)之间、下端与下卡式联接板(33)之间的卡槽定位并夹 紧是通过单燕尾形的卡槽定位并通过膨胀锁紧条(18)夹紧。
6. 根据权利要求1所述的内环直立式四轴稳定平台，其特征在于，所述的左俯仰挂壁 (16)和右俯仰挂壁(25)通过螺钉固连。由左俯仰挂壁(16)和右俯仰挂壁(25)组成可围 绕轴承(14、31)的公共轴线相对内俯仰支撑臂(23)回转的组件。
7. 根据权利要求6所述的内环直立式四轴稳定平台，其特征在于，所述的右俯仰挂壁 (25)上的圆柱面与内俯仰力矩电机(26)的转子进行配合，并通过螺钉固定。
8. 根据权利要求1所述的内环直立式四轴稳定平台，其特征在于，所述的其俯仰球壳 体(17)下部通过螺钉固定一个下端盖(3S)，轴承(36)的内圈与下端盖(38)上的圆柱面配 合，轴承(36)的外圈与下轴(34)的圆孔配合；内方位力矩电机(35)的转子与下轴的圆柱 面配合并通过螺钉固定；内方位力矩电机(35)的定子与俯仰球壳体(17)之间通过螺钉固定。
9. 根据权利要求1所述的内环直立式四轴稳定平台，其特征在于，所述的内方位测角 元件(19)的内圈与上轴(24)的外圆柱面配合，内方位测角元件(19)的外圈与俯仰球壳体 (17)的圆孔配合。
全文摘要
本发明涉及内环直立式四轴稳定平台，由外方位回转机构、外俯仰回转机构、内方位回转机构及内俯仰回转机构组成外方位轴上端安装一个具有小齿轮的外方位伺服电机，小齿轮与固定在外方位壳体上的大齿轮啮合；外俯仰回转机构包括一个外俯仰座，该外俯仰座的左侧固定有左俯仰支撑臂，右侧固定有右俯仰支撑臂；俯仰球壳体与左俯仰支撑臂和右俯仰支撑臂转动联接；内方位回转机构和内俯仰回转机构包括一个内俯仰支撑臂，该内俯仰支撑臂，下部有一个内方位电机，上部有一个内方位测角元件，其中部左右两侧分别有内俯仰测角元件和内俯仰力矩电机。本发明可实现高精度四轴稳定，具有结构紧凑，有效载荷大，安装及维护方便等突出优点。
文档编号G01D11/30GK101793534SQ20101010042
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月22日 优先权日2010年1月22日
发明者张志明, 李伦平, 杨长保, 邹志峰, 闫峰, 陈凯 申请人:中国船舶重工集团公司第七一七研究所