三维自稳平台的制作方法

本实用新型涉及三维转台技术领域，具体而言，涉及一种三维自稳平台。

背景技术：

三维转台是用于精确调整指向的执行结构，多用于激光雷达领域，要求高精度、响应速度快，转台性能的好坏直接影响指向的准确性。在使用时，由于使用环境的不同，其设置的位置无法保证始终设置在水平面上。现有的三维转台结构设计复杂，且无法始终保持转台相对于大地的水平，为此，针对上述问题，提出一种三维自稳平台来解决这一问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种三维自稳平台，实现了转盘的全方位转动，并能始终保持转盘轴线相对于大地的水平。

本实用新型的实施例是这样实现的：

具体的，一种三维自稳平台，包括转盘、旋转机构、俯仰机构、横滚机构、底座及电控组件，所述转盘与所述旋转机构顶端固定连接，旋转机构底端与所述俯仰机构顶端固定连接，且旋转机构带动转盘旋转；所述俯仰机构的底端与所述横滚机构的顶端固定连接，且俯仰机构带动所述旋转机构在相对于转盘转动面的垂直面上转动；所述横滚机构与所述底座滑动连接，所述横滚机构用于调整所述俯仰机构的水平度；

所述横滚机构包括横滚架、第一齿轮及第一电机，所述横滚架顶端为平面，底端为向外凸起的弧面，所述弧面上固定连接有与弧面对应的弧形齿条，所述弧形齿条与所述第一齿轮啮合，所述第一齿轮与所述第一电机的输出轴固定连接，第一电机与所述底座固定连接，弧面与底座滑动连接；

所述旋转机构还包括第二电机，所述俯仰机构还包括第三电机，所述第二电机用于驱动旋转机构转动，所述第三电机用于驱动俯仰机构转动；

所述电控组件设置在所述底座内，用于控制所述旋转机构、俯仰机构及横滚机构的动作；

所述电控组件包括微控制器、三维电子罗盘、第一电机驱动器、第二电机驱动器及第三电机驱动器，所述第一电机驱动器、第二电机驱动器及第三电机驱动器的输入端分别与所述微控制器的输出端连接，第一电机驱动器、第二电机驱动器及第三电机驱动器的输出端分别与所述第一电机、第二电机及第三电机的输入端连接，所述三维电子罗盘与微控制器电连接；所述三维电子罗盘用于获取所述转盘的方位角、俯仰角及横滚角数据，并将获取到的角度数据反馈给所述微控制器，微控制器根据获取到的角度数据驱动第一电机、第二电机或第三电机动作，使转盘始终保持水平。

进一步的，所述旋转机构还包括第一减速器、第一大齿轮、第一轴承、第一小齿轮及转盘底座，所述转盘中心设置有一中空转轴，所述转盘底座中心设置有一中空连接轴，所述第一轴承套设在所述中空连接轴上，且第一轴承的内圈与中空连接轴的外壁固定连接，所述中空转轴的内壁与第一轴承的外圈固定连接，中空连接轴与中空转轴的轴线重合；

所述第一大齿轮套设在所述第一轴承上，且第一大齿轮与第一轴承的外圈固定连接，所述中空转轴的底部与第一大齿轮的顶部通过螺栓固定连接；所述第一大齿轮与所述第一小齿轮啮合，第一小齿轮与所述第一减速器的输出轴固定连接，第一减速器的输入端与所述第二电机的输出端连接，第二电机与所述转盘底座固定连接。

进一步的，所述弧面远离所述俯仰机构的一侧设置有凹槽，所述底座上设置有多个滚动轴承，每个滚动轴承均套设在一滚动轴的一端，所述滚动轴的另一端与底座固定连接；多个所述滚动轴承与所述凹槽对应设置，使得所述弧面能通过滚动轴承与所述底座滑动连接。

进一步的，所述旋转机构还包括侧板及盖板，所述侧板、盖板及转盘底座围合并在所述中空连接轴外壁与侧板内壁之间形成环状的第一空腔；所述盖板与所述中空转轴的外壁固定连接，盖板与所述侧板滑动连接。

进一步的，所述电控组件还包括电滑环，所述转盘还包括第一电滑环转接板，所述第一电滑环转接板设置在所述中空转轴靠近转盘的一端且与中空转轴固定连接，所述转盘底座还包括第二电滑环转接板，所述第二电滑环转接板设在所述中空连接轴靠近转盘底座的一端且与中空连接轴固定连接；所述电滑环的转子端与所述第一电滑环转接板固定连接，电滑环的定子端与所述第二电滑环转接板固定连接。

进一步的，所述俯仰机构还包括u型连接框、第一连接块、第二连接块、俯仰转轴、第二轴承、第三轴承、第二大齿轮、第二小齿轮及第二减速器，所述u型连接框远离开口的一端与所述转盘底座固定连接，u型连接框的开口两端与所述俯仰转轴固定连接；

所述第一连接块及第二连接块与所述横滚架顶端固定连接且设置在横滚架顶端的两端，第一连接块与第二连接块上分别设置有第一通孔及第二通孔，所述第一通孔及第二通孔的轴线重合且平行于所述横滚架的顶端；所述第二轴承设置在所述第一通孔内且第二轴承的外圈与第一通孔的内壁固定连接，所述第三轴承设置在所述第二通孔内且第三轴承的外圈与第二通孔的内壁固定连接，所述俯仰转轴的两端分别插接在所述第二轴承及第三轴承内且俯仰转轴的外壁分别与第二轴承的内圈及第三轴承的内圈固定连接；

所述第二大齿轮套设在所述俯仰转轴上且与俯仰转轴固定连接，第二大齿轮与所述第二小齿轮啮合，第二小齿轮与第二减速器的输出轴固定连接，第二减速器的输入端与所述第三电机的输出端固定连接，第三电机与所述u型连接框固定连接。

本实用新型的有益效果是：

结构简单、紧凑，便于维修；通过三维电子罗盘实时采集转盘的姿态数据并反馈给微控制器，微控制器通过控制第一电机及第二电机实现对转盘的俯仰角及横滚角的调节，使转盘能始终保持与大地的水平，适用于各种场合。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型较佳实施例提供的三维自稳平台的主剖视图；

图2为本实用新型较佳实施例提供的三维自稳平台的侧剖视图；

图3为本实用新型较佳实施例提供的三维自稳平台的局部结构图；

图4为本实用新型较佳实施例提供的三维自稳平台的俯仰机构及横滚机构结构图；

图5为本实用新型较佳实施例提供的三维自稳平台的俯视图；

图6为本发明较佳实施例提供的三维自稳平台的系统结构示意图。

图标：1-转盘，2-底座，301-第一大齿轮，302-第一小齿轮，303-第一轴承，304-中空转轴，305-中空连接轴，306-第一电滑环转接板，307-第二电滑环转接板，401-u型连接框，402-第二大齿轮，403-第二小齿轮，404-第二轴承，405-第三轴承，406-俯仰转轴，500-横滚架，501-弧形齿条，502-第一齿轮，503-滚动轴承。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1～图5所示，本实施例提供一种三维自稳平台，包括转盘1、旋转机构、俯仰机构、横滚机构、底座2及电控组件，转盘1与旋转机构顶端固定连接，旋转机构底端与俯仰机构顶端固定连接，且旋转机构带动转盘1旋转，俯仰机构的底端与横滚机构的顶端固定连接，且俯仰机构带动旋转机构在相对于转盘1转动面的垂直面上转动，横滚机构与底座2滑动连接，横滚机构用于调整俯仰机构的水平度。底座2为内部为空腔的中空结构，电控组件设置在底座2内，用于控制旋转机构、俯仰机构及横滚机构的动作。

横滚机构包括横滚架500、第一齿轮502及第一电机，横滚架500顶端为平面，底端为向外凸起的弧面，弧面上固定连接有与弧面对应的弧形齿条501，弧形齿条501与第一齿轮502啮合，第一齿轮502与第一电机的输出轴固定连接，第一电机与底座2固定连接。

弧面远离俯仰机构的一侧设置有2道第一凹槽，分别位于靠近弧面边缘的两端，底座2上设置有多个滚动轴承503，每个滚动轴承503均套设在一滚动轴的一端，滚动轴的另一端与底座2固定连接；多个滚动轴承503分别与2道第一凹槽对应，使得弧面能通过滚动轴承503与底座2滑动连接，同时，滚动轴承503与第一凹槽配合，实现了对横滚架500相对于其转动面垂直方向上的限位。为了进一步增加横滚架500的稳定性，本实施例还在弧面靠近俯仰机构的一侧设置有与2道第一凹槽对应的2道第二凹槽，同时，在底座2上设置有多个与第二凹槽对应的滚动轴承503，使得该部分滚动轴承503与第二凹槽滑动连接，同时配合与第一凹槽对应的滚动轴承503，实现了对横滚架500的支撑及限位，进一步保证了横滚架500的稳定性，从而间接提高了横滚架500的转动精度，同时结构简单、安装方便。当第一电机驱动第一齿轮502转动时，第一齿轮502带动弧形齿条501运动，从而带动横滚机构转动。

旋转机构包括第一减速器、第二电机、第一大齿轮301、第一轴承303、第一小齿轮302及转盘1底座2，转盘1中心设置有一中空转轴304，转盘1底座2中心设置有一中空连接轴305，第一轴承303套设在中空连接轴305上，且第一轴承303的内圈与中空连接轴305的外壁固定连接，中空转轴304的内壁与第一轴承303的外圈固定连接，中空连接轴305与中空转轴304的轴线重合，其中第一减速器采用ps70行星减速器，选择速比为8:1。

旋转机构还包括侧板及盖板，侧板、盖板及转盘1底座2围合并在中空连接轴305外壁与侧板内壁之间形成环状的第一空腔；盖板与中空转轴304的外壁固定连接，盖板底端设置有滑槽，侧板顶端与盖板围合处设置有对应的滑块，盖板与侧板滑动连接，实现了盖板随着中空转轴304旋转的同时具有良好的封闭性，有效避免了灰尘进入第一空腔，影响第一空腔内的零部件。

转盘1还包括第一电滑环转接板306，第一电滑环转接板306设置在中空转轴304靠近转盘1的一端且与中空转轴304固定连接，转盘1底座2还包括第二电滑环转接板307，第二电滑环转接板307设在中空连接轴305靠近转盘1底座2的一端且与中空连接轴305固定连接。

第一大齿轮301套设在第一轴承303上，且第一大齿轮301与第一轴承303的外圈固定连接，中空转轴304的底部与第一大齿轮301的顶部通过螺栓固定连接；第一大齿轮301与第一小齿轮302啮合，转盘1底座2上设置有有可容纳第一减速器输出轴通过的通孔，第一小齿轮302与第一减速器的输出轴固定连接，第一减速器的输入端与第二电机的输出端连接，且第二电机与第一减速器固定连接，第一减速器通过偏心套与转盘1底座2固定连接，第二电机工作时，通过第一减速器进行减速、扭矩放大后，带动第一小齿轮302转动，从而带动第一大齿轮301转动，第一大齿轮301带动中空转轴304转动，从而带动转盘1转动，实现转盘1的360度旋转。

俯仰机构还包括第三电机、u型连接框401、第一连接块、第二连接块、俯仰转轴406、第二轴承404、第三轴承405、第二大齿轮402、第二小齿轮403及第二减速器，u型连接框401远离开口的一端与转盘1底座2固定连接，u型连接框401的开口两端与俯仰转轴406固定连接，其中第二减速器采用ps70行星减速器，选择速比为10:1。

第一连接块及第二连接块与横滚架500顶端固定连接且设置在横滚架500顶端的两端，第一连接块与第二连接块上分别设置有第一通孔及第二通孔，第一通孔及第二通孔的轴线重合且平行于横滚架500的顶端；第二轴承404设置在第一通孔内且第二轴承404的外圈与第一通孔的内壁固定连接，第三轴承405设置在第二通孔内且第三轴承405的外圈与第二通孔的内壁固定连接，俯仰转轴406的两端分别插接在第二轴承404及第三轴承405内且俯仰转轴406的外壁分别与第二轴承404的内圈及第三轴承405的内圈固定连接，俯仰转轴406的轴线与中空转轴304的轴线垂直。俯仰转轴406的转动面与横滚架500的转动面垂直。

第二大齿轮402套设在俯仰转轴406上且与俯仰转轴406固定连接，第二大齿轮402与第二小齿轮403啮合，第二小齿轮403与第二减速器的输出轴固定连接，第二减速器的输入端与第三电机的输出端固定连接，第三电机与u型连接框401固定连接，当第三电机工作时，经第二减速器减速、扭矩放大后，带动第二小齿轮403转动，从而带动第二大齿轮402转动，实现俯仰转轴406的转动控制。

如图6所示，电控组件包括微控制器、三维电子罗盘、第一电机驱动器、第二电机驱动器及第三电机驱动器，微控制器、第一电机驱动器、第二电机驱动器及第三电机驱动器集成设置在电路板上，电路板设置在底座2内，并通过螺栓与底座2固定连接。第一电机驱动器、第二电机驱动器及第三电机驱动器的输入端分别与微控制器的输出端连接，第一电机驱动器、第二电机驱动器及第三电机驱动器的输出端分别与第一电机、第二电机及第三电机的输入端连接，三维电子罗盘与微控制器电连接；三维电子罗盘固定安装在转盘1上，用于获取转盘1的方位角、俯仰角及横滚角等姿态数据，并将获取到的姿态数据反馈给微控制器，微控制器根据获取到的角度数据驱动第一电机、第二电机或第三电机动作，使转盘1始终保持水平，其中，三维电子罗盘采用hcm600b，第一电机驱动器、第二电机驱动器及第三电机驱动器分别通过rs422总线与微控制器通信连接，微控制器可以为dsp处理器，微控制器还通过rs422总线与上位机通信连接。

本实施例中，第一电机、第二电机及第三电机上分别设置有第一旋转变压器、第二旋转变压器及第三旋转变压器，用于获取电机的转速及转角数据，第一旋转变压器、第二旋转变压器及第三旋转变压器分别与第一电机驱动器、第二电机驱动器及第三电机驱动器连接。

电控组件还包括电滑环，电滑环的转子端与第一电滑环转接板306固定连接，电滑环的定子端与第二电滑环转接板307固定连接。本实施例中，转盘1上设置有雷达扫描机构及gps模块，gps模块与微控制器电连接，微控制器获取gps数据并将gps数据发送至上位机，雷达扫描机构与电滑环的转子端电连接，电滑环的定子端与微控制器电连接，通过电滑环实现雷达扫描机构与微控制器的电连接，避免了线缆缠绕，减少了布线，同时便于拆卸。

工作原理：

三维转台工作时，微控制器接收上位机的指令，通过第二驱动器驱动第二电机按指定速度转动，从而带动第一小齿轮302转动，第一小齿轮302与第一大齿轮301啮合，带动第一大齿轮301转动，由于中空转轴304与第一大齿轮301固定连接，中空转轴304跟随第一大齿轮301转动，则带动转盘1转动，雷达扫描设备跟随转盘1转动进行扫描工作并通过电滑环将扫描数据传输至微控制器，微控制器通过rs422总线将接收到的扫描数据反馈至上位机；同时，三维电子罗盘实时采集转盘1的姿态数据，并根据接收到的姿态数据控制对应的电机转动，调整俯仰转轴406或横滚架500的位置，使得转盘1始终保持相对大地水平进行工作，提高工作精度；同时，微控制器通过各电机驱动器实时接收各旋转变压器的反馈数据并对各电机的转速、角度进行校准，保证了电机转动的精度，从而提高转盘1、俯仰轴及横滚架500的调整精度，保证了转盘1的水平精度控制；工作人员可通过上位机获取雷达扫描数据、gps数据及三维平台工作数据，也可通过上位机对微控制器发送指令，从而控制三维平台。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。