惯性传感装置制造方法

惯性传感装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种惯性传感装置，包括线路板，所述线路板上有惯性传感器；其创新点在于：还包括底座、转盘和动力源组件，所述线路板装在转盘上，而所述动力源组件装在底座上，且转盘与动力源组件的动力输出轴传动连接，所述线路板随转盘一起往复转动或连续转动，且所述转盘的转速在1?200RPM范围内，在工况下，该惯性传感装置与被监测活动目标相结合，由惯性传感器所采集的信号传至个人导航系统，并由个人导航系统显示被监测活动目标即时的地理位置。本发明不仅生产成本低、体积小，而且能够使得航向误差控制在1°/小时以内，大幅提局了室内导航系统精度的惯性传感装置。
【专利说明】惯性传感装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种惯性传感装置，具体涉及一种安装在脚部或鞋上的惯性传感器的 个人导航系统，可以用在室内和室外环境，属于惯性导航【技术领域】。

【背景技术】
[0002] 本发明所述的惯性传感器包括加速度计和陀螺仪，当然，还可以再包含地磁传感 器。
[0003] 个人导航系统可以应用在多种应用中。例如：在军事作战或对抗演习中跟踪和引 导军事人员的移动；在特警执行反恐或解救人质过程跟踪和引导参战人员的位置；在火灾 或事故现场跟踪和定位消防员的位置；通过个人行走采集室内地图等。特别的针对消防员 的应用，由于缺少有效的室内导航和跟踪系统而使得消防员们在浓烟的火场中迷路失踪以 致失去生命。因此，对于可以在室内使用的定位导航系统一直有强烈的需求，这类系统也可 应用于军事作战、对抗演习、反恐营救、火场搜救和室内地图绘制等领域。
[0004] 虽然用于室外的卫星导航技术如GPS已经得到广泛的使用，但在室内用于导航， 它的信号往往是不可用的。能够在室内环境使用的导航系统往往是价格昂贵或定位精度不 理想的。例如，在建筑物内安装射频标记基站的方法往往由于安装和维护的问题导致使用 这类系统的障碍；其次，在建筑物内射频信号往往受到遮挡、反射、衰减或多路径效应导致 定位精度下降或覆盖范围不足；另外，多层的建筑物环境往往需要三维定位以实现准确定 位所在楼层。
[0005] 还有一类导航系统是惯性导航系统（INS)，这是一种使用计算单元和惯性测量单 元（Inertial Measurement Unit,简称IMU，内置加速度计和陀螺仪，有时也包含地磁传感 器）的设备，在不需要额外参考的情况下经由初始位置、方向和速度推算移动物体的位置、 方向和速度的连续工作的导航设备，这种导航方法不依赖于外部信号，如GPS或其它射频 信号等。但是最大问题在于会有累计误差，因为惯性测量单元测量的是加速度和角速度值， 加速度值积分后得到速度，再次积分得到运动的距离，而角速度值积分后得到方向的变化 量。由于积分操作，惯性测量单元的测量误差被不断累计，从而导致较大的定位累计误差。
[0006] 通过把惯性测量单元安装在脚部或鞋上，利用人行走过程中的脚部会周期性地与 地面相对静止的特性，采用零速修正（ZUPT)算法可以大大减少惯性导航的累计误差。但是 仍然无法消除航向上的累计误差，而航向上的微小偏差在经过一段较长的距离后也将导致 较大的误差。例如，航向上3°角的偏差，在经过100米的距离后，误差将达到5. 2米，这样 大的偏差对于室内环境来说会误差到1到2个房间。
[0007] 造成航向上偏差的根本原因在于惯性传感器中的陀螺仪存在零点漂移(简称零 漂)，零漂是衡量惯性传感器包括的陀螺仪性能的一个重要指标。零漂是指当输入角速度为 零时，陀螺仪的输出不为零。对于MEMS陀螺仪来说，其核心敏感元件以及其处理电路部分 很容易受到复杂的周围环境的影响，例如温度、电磁、震动、甚至辐射、重力异常、湿度、气压 等都可能会影响陀螺仪敏感元件和处理电路的特性，从而影响测量的输出精度。这些影响 陀螺仪特性的环境因素，大都不容易准确量化和研究，而且这些因素引起的误差会互相耦 合和叠加，使得总误差缺少规律性而表现出较强的随机性，即使严格利用标准的陀螺仪测 试、标定、建模和补偿等处理方法处理这些环境因素，对陀螺仪精度的提高也不够明显。
[0008] 目前，针对零漂的处理方式大多是对其进行建模，然后根据模型进行补偿，但是陀 螺的零漂往往是弱非线性、非平稳、慢时变的，必须在线实时拟合模型、辨识参数才能达到 补偿效果，这在实时系统中难于实现。
[0009] 为了克服陀螺仪的零漂导致航向上累计误差的影响，往往需要采用其他传感器来 检测航向，例如GPS或地磁。然而对于室内环境来说，GPS信号受到建筑物的遮挡而无法使 用；地磁环境受到建筑物内部铁质或其它材质的影响，导致地磁方向受到干扰，采用地磁传 感器来确定航向也是不可靠的。因此，解决此类问题往往需要采用高性能的惯性测量单 元，而高性能的惯性测量单元的尺寸、成本和复杂性为实际使用的环境设置了限制。往往导 致系统成本大幅增加，体积也相应增大，甚至导致体积大幅增加到无法满足实际应用要求。 如零漂小于Γ /小时的MEMS陀螺仪价格高达几万人民币，性能更好的光纤陀螺仪不仅价 格更高，其体积也大，无法满足安装在脚部或鞋上的要求。


【发明内容】

[0010] 本发明的目的是：提供一种不仅生产成本低、体积小，而且能够使得航向误差控制 在Γ /小时以内，大幅提高了室内导航系统精度的惯性传感装置，以克服现有技术的不 足。
[0011] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种惯性传感装置，包括线路板，所述 线路板上有惯性传感器；其创新点在于：还包括底座、转盘和动力源组件，所述线路板装在 转盘上，而所述动力源组件装在底座上，且转盘与动力源组件的动力输出轴传动连接，所述 线路板随转盘一起往复转动或连续转动，且所述转盘的转速在1?200RPM范围内，在工况 下，该惯性传感装置与被监测活动目标相结合，由惯性传感器所采集的信号传至个人导航 系统，并由个人导航系统显示被监测活动目标即时的地理位置。
[0012] 在上述技术方案中，所述动力源组件包括第一减速器和第一电机，所述第一减速 器和第一电机均装在底座上，且第一减速器与第一电机传动连接，而所述的动力输出轴是 第一减速器的动力输出轴，且转盘套装在第一减速器的动力输出轴上，所述线路板随转盘 一起往复转动。
[0013] 在上述技术方案中，所述线路板还包括第一无线受电模块、第一无线通信模块、第 一无线受电线圈、第一绝缘片和第一微处理器，所述第一无线受电线圈通过第一绝缘片装 在线路板上，且第一无线受电线圈与第一无线受电模块相应的连接端电连接，所述第一无 线受电模块、第一无线通信模块和惯性传感器分别与第一微处理器相应的连接端电连接。
[0014] 在上述技术方案中，还包括第一机架和第一导电滑环，所述第一机架呈倒L型，且 其下部固定在底座上，第一导电滑环装在第一机架的顶部；所述动力源组件包括第二减速 器和第二电机，所述第二减速器和第二电机均装在底座上，且第二减速器与第二电机传动 连接，而所述的动力输出轴是第二减速器的动力输出轴，转盘套装在第二减速器的动力输 出轴上，所述第一导电滑环的第一转子与第二减速器的动力输出轴传动连接。
[0015] 在上述技术方案中，还包括第二导电滑环，所述第二导电滑环装在底座上，且转盘 与第二导电滑环的第二转子相配装；所述动力源组件包括第三减速器、第三电机和第一主 动轮，所述第三减速器和第三电机均装在底座上，且第三减速器与第三电机传动连接，而所 述的动力输出轴是第三减速器的动力输出轴，第一主动轮套装在第三减速器的动力输出轴 上，所述转盘是从动轮，第一主动轮与转盘啮合。
[0016] 在上述技术方案中，所述动力源组件包括第四减速器、第四电机、第一转轴和第二 主动轮，所述第四减速器和第四电机均装在底座上，且第四减速器与第四电机传动连接，而 所述的动力输出轴是第四减速器的动力输出轴，第二主动轮套装在第四减速器的动力输出 轴上，所述转盘是从动轮，第二主动轮与转盘啮合，第一转轴与底座相配装，转盘与第一转 轴转动相配装；所述线路板还包括第二无线受电模块、第二无线通信模块、第二无线受电线 圈、第二绝缘片和第二微处理器，所述第二无线受电线圈通过第二绝缘片装在线路板上，且 第二无线受电线圈与第二无线受电模块相应的连接端电连接，所述第二无线受电模块、第 二无线通信模块和惯性传感器分别与第二微处理器相应的连接端电连接。
[0017] 在上述技术方案中，还包括第二机架和第三导电滑环，所述第二机架呈倒L型，且 其下部固定在底座上，第三导电滑环装在第二机架的顶部；所述动力源组件包括第五电机、 第一定位块、第三主动轮、第一内齿轮和第二转轴，第五电机设在转盘上，所述动力输出轴 是第五电机的动力输出轴，且第五电机的动力输出轴穿过转盘并与第三主动轮相配装，且 第三主动轮与第一内齿轮的内齿啮合，第一内齿轮和第一定位块均固定在底座上，且第一 定位块位于第一内齿轮内，而第二转轴的一端穿过第一定位块与底座相配装，所述转盘和 线路板穿过第二转轴并设在第一定位块上表面，第二转轴的另一端与第三导电滑环的第三 转子相配装。
[0018] 在上述技术方案中，所述动力源组件包括第六电机、第二定位块、第四主动轮、第 二内齿轮和第三转轴，第六电机设在转盘上，所述动力输出轴是第六电机的动力输出轴，且 第六电机的动力输出轴穿过转盘并与第四主动轮相配装，且第四主动轮与第二内齿轮的内 齿啮合，第二内齿轮和第二定位块均固定在底座上，且第二定位块位于第二内齿轮内，而第 三转轴的一端穿过第二定位块与底座相配装，所述转盘和线路板穿过第三转轴并设在第二 定位块上表面；所述线路板还包括第三无线受电模块、第三无线通信模块、第三无线受电线 圈、第三绝缘片和第三微处理器，所述第三无线受电线圈通过第三绝缘片装在线路板上，且 第三无线受电线圈与第三无线受电模块相应的连接端电连接，所述第三无线受电模块、第 三无线通信模块和惯性传感器分别与第三微处理器相应的连接端电连接。
[0019] 本发明所具有的积极效果是：使用时，将发明安装在使用者的脚部或鞋上；并对 动力源组件供直流电，本发明在工况下，所述线路板上的惯性传感器(陀螺仪）是随着转盘 一起往复转动或连续转动的；由于本发明的惯性传感器在工况下是旋转的，这样就能够周 期性的改变惯性传感器敏感轴方向，使得依附于敏感轴上的误差在导航系中周期性的发生 改变，不同方向上的等效器件引起的系统导航误差相互抵消，就可以调制惯性传感器大部 分的零漂，使得航向误差大大降低，这样，本发明不仅生产成本低、体积小，而且能够使得航 向误差控制在Γ /小时以内，大幅提高了室内导航系统精度，实现了本发明的目的。

【专利附图】

【附图说明】
[0020] 图1是本发明第一种【具体实施方式】的结构示意图，其中，11是线路板4引出的第一 导线； 图2是图1的左视图； 图3是图1的俯视图； 图4是图1的A-A剖视不意图； 图5是本发明第二种【具体实施方式】的结构示意图； 图6是图5的左视图； 图7是图5的俯视图； 图8是图5的B-B剖视示意图； 图9是图5中线路板的电路原理7]^意图； 图10是本发明第三种【具体实施方式】的结构示意图； 图11是图10的左视图； 图12是图10的俯视图； 图13是图10的C-C剖视示意图； 图14是图10的立体示意图，其中，11是线路板4引出的第一导线，12是线路板4引出 的第二导线； 图15是本发明第四种【具体实施方式】的结构示意图，其中，11是线路板4引出的第一导 线. 图16是图15的左视图； 图17是图15的俯视图； 图18是图15的D-D剖视示意图； 图19是本发明第五种【具体实施方式】的结构示意图； 图20是图19的左视图； 图21是图19的俯视图； 图22是图19的E-E剖视示意图； 图23是图19中线路板的电路原理7]^意图； 图24是本发明第六种【具体实施方式】的结构示意图； 图25是图24的左视图，其中，11是线路板4引出的第一导线，12是线路板4引出的第 二导线； 图26是图24的俯视图； 图27是图24的F-F剖视示意图； 图28是本发明第七种【具体实施方式】的结构示意图； 图29是图28的左视图； 图30是图28的俯视图； 图31是图28的G-G剖视示意图； 图32是图28中线路板的电路原理示意图； 图33是已有技术中静止不动的惯性传感器的运行轨迹图； 图34是本发明在工况下，旋转的惯性传感器的运行轨迹图； 图35是惯性传感器的陀螺仪在静止情况下，其在敏感轴X方向上的零漂误差随时间变 化曲线图； 图36是惯性传感器的陀螺仪在静止情况下，其在敏感轴X方向上推算值随时间变化的 曲线图； 图37是惯性传感器的陀螺仪在转动情况下，其在敏感轴X方向上的零漂误差随时间变 化曲线图； 图38是惯性传感器的陀螺仪在转动情况下，其在敏感轴X方向上推算值随时间变化的 曲线图。

【具体实施方式】
[0021] 以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
[0022] 实施例1 如图1、2、3、4所示，一种惯性传感装置，包括线路板4,所述线路板4上有惯性传感器 4-3 ;而其：还包括底座1、转盘3和动力源组件DZ，所述线路板4装在转盘3上，而所述动 力源组件DZ装在底座1上，且转盘3与动力源组件DZ的动力输出轴6传动连接，所述线路 板4随转盘3 -起往复转动或连续转动，且所述转盘3的转速在1?200RPM范围内，在工 况下，该惯性传感装置与被监测活动目标相结合，由惯性传感器4-3所采集的信号传至个 人导航系统，并由个人导航系统显示被监测活动目标即时的地理位置。本发明所述的个人 导航系统是安装在脚部或鞋上的惯性传感器的个人导航系统，可以用在室内和室外环境。
[0023] 所述动力源组件DZ包括第一减速器7-1和第一电机8-1，所述第一减速器7-1和 第一电机8-1均装在底座1上，且第一减速器7-1与第一电机8-1传动连接，而所述的动力 输出轴6是第一减速器7-1的动力输出轴，且转盘3套装在第一减速器7-1的动力输出轴 上，为了防止线路板4上的引出的导线发生缠绕，所述线路板4随转盘3 -起往复转动。
[0024] 所述线路板4是粘接在转盘3上的、也可以是线路板4由凸台通孔配合副与转盘 3固定连接、也可以是将线路板4与转盘3铆接；当然，并不局限于此，也可以采用其它方式 相配装。
[0025] 实施例1在工况下，第一电机8-1驱动第一减速器7-1的动力输出轴转动，由于转 盘3套装在第一减速器7-1的动力输出轴上，这样，所述线路板4可随转盘3 -起往复转动。
[0026] 实施例2 如图5、6、7、8、9所不，实施例2与实施例1的不同之处在于：所述线路板4还包括第一 无线受电模块4-11、第一无线通信模块4-21、第一无线受电线圈4-41、第一绝缘片4-51和 第一微处理器4-61，所述第一无线受电线圈4-41通过第一绝缘片4-51装在线路板4上，且 第一无线受电线圈4-41与第一无线受电模块4-11相应的连接端电连接，所述第一无线受 电模块4-11、第一无线通信模块4-21和惯性传感器4-3分别与第一微处理器4-61相应的 连接端电连接。实施例2的其它结构与实施例1的结构完全相同。
[0027] 实施例2中线路板4上的各个模块通过无线方式通信，这样能够避免线路板4上 引出的导线缠绕，所述线路板4随转盘3能够一起往复转动或连续转动。
[0028] 实施例2在工况下，所述第一电机8-1驱动第一减速器7-1的动力输出轴转动，由 于转盘3套装在第一减速器7-1的动力输出轴上，这样，所述线路板4可随转盘3 -起往复 转动或连续转动；所述线路板4加装了第一无线受电模块4-11、第一无线通信模块4-21、第 一无线受电线圈4-41、第一绝缘片4-51和第一微处理器4-61 ;第一无线受电线圈4_41通 过电磁感应方式接收外部的电磁感应信号并输入给第一无线受电模块4-11，第一无线受电 模块4-11把感应信号转换为直流电压输出给惯性传感器4-3、第一无线通信模块4-21和第 一微处理器4-61，由所述第一微处理器4-61读取惯性传感器4-3的测量值，并发送至第一 无线通讯模块4-21，且第一无线通讯模块4-21把测量值通过无线方式发送给外部接收装 置；这种无线供电和通讯方式避免了连续转动时候发生导线缠绕的问题。
[0029] 实施例3 如图10、11、12、13、14所示，实施例3与实施例1的不同之处在于：还包括第一机架2-1 和第一导电滑环5-1，所述第一机架2-1呈倒L型，且其下部固定在底座1上，第一导电滑环 5-1装在第一机架2-1的顶部；所述动力源组件DZ包括第二减速器7-2和第二电机8-2,所 述第二减速器7-2和第二电机8-2均装在底座1上，且第二减速器7-2与第二电机8-2传 动连接，而所述的动力输出轴6是第二减速器7-2的动力输出轴，转盘3套装在第二减速器 7-2的动力输出轴上，所述第一导电滑环5-1的第一转子5-1-1与第二减速器7-2的动力输 出轴传动连接。实施例3的其它结构与实施例1的结构完全相同。
[0030] 实施例3在工况下，所述第二电机8-2驱动第二减速器7-2的动力输出轴转动，由 于转盘3套装在第二减速器7-2的动力输出轴上，这样，所述线路板4可随转盘3 -起往复 转动或连续转动；第一导电滑环5-1的定子与第一机架2-1固定连接，第一导电滑环的转子 5-1-1与动力输出轴6套装连接，第二导线12连接到线路板4上，通过第一导电滑环5-1的 转子5-1-1与定子之间的导电环与电刷之间的滑动接触实现了第一导线11与第二导线12 之间电器连接，这样通过第一导线11对惯性传感器4-3进行供电和数据传输，就可以实现 连续转动下的电流和电信号传输，避免了连续转动时候发生导线缠绕的问题。
[0031] 实施例4 如图15、16、17、18所示，实施例4与实施例1的不同之处在于：还包括第二导电滑环 5-2,所述第二导电滑环5-2装在底座1上，且转盘3与第二导电滑环5-2的第二转子5-2-1 相配装；所述动力源组件DZ包括第三减速器7-3、第三电机8-3和第一主动轮9-1，所述第 三减速器7-3和第三电机8-3均装在底座1上，且第三减速器7-3与第三电机8-3传动连 接，而所述的动力输出轴6是第三减速器7-3的动力输出轴，第一主动轮9-1套装在第三减 速器7-3的动力输出轴上，所述转盘3是从动轮，第一主动轮9-1与转盘3啮合。实施例4 的其它结构与实施例1的结构完全相同。
[0032] 实施例4在工况下，所述第三电机8-3驱动第三减速器7-3的动力输出轴转动，从 而带动第一主动轮9-1转动，由于转盘3是从动轮，而第一主动轮9-1与转盘3啮合，因此， 线路板4随转盘3 -起往复转动或连续转动；第二导电滑环5-2的定子与底座1固定连接， 第二导电滑环5-2的转子5-2-1与转盘3套装连接，第二导线12连接到线路板4上，通过 第二导电滑环5-2的转子5-2-1与定子之间的导电环与电刷之间的滑动接触实现了第一导 线11与第二导线12之间电器连接，这样通过第一导线11对惯性传感器4-3进行供电和数 据传输，就可以实现连续转动下的电流和电信号传输，避免了连续转动时候发生导线缠绕 的问题。
[0033] 实施例5 如图19、20、21、22、23所示，实施例5与实施例1的不同之处在于：所述动力源组件02 包括第四减速器7-4、第四电机8-4、第一转轴6-1和第二主动轮9-2,所述第四减速器7-4 和第四电机8-4均装在底座1上，且第四减速器7-4与第四电机8-4传动连接，而所述的动 力输出轴6是第四减速器7-4的动力输出轴，第二主动轮9-2套装在第四减速器7-4的动 力输出轴上，所述转盘3是从动轮，第二主动轮9-2与转盘3啮合，第一转轴6-1与底座1 相配装，转盘3与第一转轴6-1转动相配装；所述线路板4还包括第二无线受电模块4-12、 第二无线通信模块4-22、第二无线受电线圈4-42、第二绝缘片4-52和第二微处理器4-62， 所述第二无线受电线圈4-42通过第二绝缘片4-52装在线路板4上，且第二无线受电线圈 4- 42与第二无线受电模块4-12相应的连接端电连接，所述第二无线受电模块4-12、第二无 线通信模块4-22和惯性传感器4-3分别与第二微处理器4-62相应的连接端电连接。实施 例5的其它结构与实施例1的结构完全相同。
[0034] 实施例5在工况下，所述第四电机8-4驱动第四减速器8-4的动力输出轴转动，从 而带动第二主动轮9-2转动，由于转盘3是从动轮，而第二主动轮9-2与转盘3啮合，因此， 线路板4随转盘3-起往复转动或连续转动；线路板4加装了第二无线受电模块4-12、第二 无线通信模块4-22、第二无线受电线圈4-41、第二绝缘片4-51和第二微处理器4-62 ;第二 无线受电线圈4-42通过电磁感应方式接收外部的电磁感应信号并输入给第二无线受电模 块4-12,第二无线受电模块4-12把感应信号转换为直流电压输出给惯性传感器4-3、第二 无线通信模块4-22和第二微处理器4-62,由所述第二微处理器4-62读取惯性传感器4-3 的测量值，并发送至第二无线通讯模块4-22,且第二无线通讯模块4-22把测量值通过无线 方式发送给外部接收装置；这种无线供电和通讯方式，避免了连续转动时候发生导线缠绕 的问题。
[0035] 实施例6 如图24、25、26、27所示，实施例6与实施例1的不同之处在于：还包括第二机架2-2和 第三导电滑环5-3,所述第二机架2-2呈倒L型，且其下部固定在底座1上，第三导电滑环 5- 3装在第二机架2-2的顶部；所述动力源组件DZ包括第五电机8-5、第一定位块12-1、第 三主动轮9-3、第一内齿轮10-1和第二转轴6-2,第五电机8-5设在转盘3上，所述动力输 出轴6是第五电机8-5的动力输出轴，且第五电机8-5的动力输出轴穿过转盘3并与第三 主动轮9-3相配装，且第三主动轮9-3与第一内齿轮10-1的内齿啮合，第一内齿轮10-1和 第一定位块12-1均固定在底座1上，且第一定位块12-1位于第一内齿轮10-1内，而第二 转轴6-2的一端穿过第一定位块12-1与底座1相配装，所述转盘3和线路板4穿过第二转 轴6-2并设在第一定位块12-1上表面，第二转轴6-2的另一端与第三导电滑环5-3的第三 转子5-3-1相配装。实施例6的其它结构与实施例1的结构完全相同。
[0036] 实施例6在工况下，所述第五电机8-5驱动动力输出轴转动，从而带动第三主动轮 9-3转动，由于第五电机8-5的动力输出轴穿过转盘3并与第三主动轮9-3相配装，而第三 主动轮9-3与第一内齿轮10-1的内齿啮合，因此，线路板4随转盘3 -起往复转动或连续 转动；第三导电滑环5-3的定子与第二机架2-2固定连接，第三导电滑环5-3的转子5-3-1 与动力第二转轴6-2套装连接，第二导线12连接到线路板4上，通过第三导电滑环5-3的 转子5-3-1与定子之间的导电环与电刷之间的滑动接触实现了第一导线11与第二导线12 之间电器连接，这样通过第一导线11对惯性传感器4-3进行供电和数据传输，就可以实现 连续转动下的电流和电信号传输，避免了连续转动时候发生导线缠绕的问题。
[0037] 实施例7 如图28、29、30、31、32所示，实施例7与实施例1的不同之处在于：所述动力源组件02 包括第六电机8_6、第二定位块12_2、第四主动轮9_4、第二内齿轮10_2和第二转轴6_3,第 六电机8-6设在转盘3上，所述动力输出轴6是第六电机8-6的动力输出轴，且第六电机 8- 6的动力输出轴穿过转盘3并与第四主动轮9-4相配装，且第四主动轮9-4与第二内齿 轮10-2的内齿啮合，第二内齿轮10-2和第二定位块12-2均固定在底座1上，且第二定位 块12-2位于第二内齿轮10-2内，而第三转轴6-3的一端穿过第二定位块12-2与底座1相 配装，所述转盘3和线路板4穿过第三转轴6-3并设在第二定位块12-2上表面；所述线路 板4还包括第三无线受电模块4-13、第三无线通信模块4-23、第三无线受电线圈4-43、第三 绝缘片4-53和第三微处理器4-63，所述第三无线受电线圈4-43通过第三绝缘片4-53装在 线路板4上，且第三无线受电线圈4-43与第三无线受电模块4-13相应的连接端电连接，所 述第三无线受电模块4-13、第三无线通信模块4-23和惯性传感器4-3分别与第三微处理器 4-63相应的连接端电连接。实施例7的其它结构与实施例1的结构完全相同。
[0038] 实施例7在工况下，所述第六电机8-6驱动动力输出轴转动，从而带动第四主动轮 9- 4转动，由于第六电机8-6的动力输出轴穿过转盘3并与第四主动轮9-4相配装，而第四 主动轮9-4与第二内齿轮10-2的内齿啮合，因此，线路板4随转盘3 -起往复转动或连续 转动；所述线路板4加装了第三无线受电模块4-13、第三无线通信模块4-23、第三无线受电 线圈4-43、第三绝缘片4-53和第三微处理器4-63 ;第三无线受电线圈4-43通过电磁感应 方式接收外部的电磁感应信号并输入给第三无线受电模块4-13,第三无线受电模块4-13 把感应信号转换为直流电压输出给惯性传感器4-3、第三无线通信模块4-23和第三微处理 器4-63,由所述第三微处理器4-63读取惯性传感器4-3的测量值，并发送至第三无线通讯 模块4-23,且第三无线通讯模块4-23把测量值通过无线方式发送给外部接收装置；这种无 线供电和通讯方式，避免了连续转动时候发生导线缠绕的问题。
[0039] 所述无线受电模块优先选用由TI公司生产的型号为BQ51013或者由IDT公司生 产的型号为IDTP9021的无线受电模块；无线通信模块优先选用由济南华茂科技有限公司 生产的蓝牙模块，且型号为HM-06或者由广州汇承信息科技有限公司生产的蓝牙模块，且 型号为HC-06H或者由广州致远电子股份有限公司生产的ZigBee模块，且型号为ZM2410的 无线通信模块；微处理器优先选用由STMicroelectronics公司生产的型号为STM32R)51 或者由NXP公司生产的型号为ILPC1114或者由ΤΙ公司生产的型号为頂SP430F149的 微处理器；所述惯性传感器优先选用由InvenSense公司生产的型号为MPU6050或者由 STMicroelectronics公司生产的型号为LSM330D的惯性传感器或者由InvenSense公司生 产的型号为ITG3205的陀螺仪和Analog Devices公司生产的型号为ADXL345的加速度计 组合而成的惯性传感器； 所述导电滑环优先选用由深圳市晶沛电子有限公司生产的微型导电滑环，且型号 LPMS-06A，或深圳市默孚龙科技有限公司生产的型号为微型导电滑环，且型号为MMC182 ; 当然，上述各个模块选用的型号并不局限于此，也可以采用其它型号的模块。所述绝缘 片是为了防止无线受电线圈与线路板之间发生串扰。
[0040] 本发明中提及的导电滑环也叫做集电环、或称旋转关节、旋转电气接口、滑环、集 流环、回流环、线圈、换向器、转接器，属于电接触滑动连接应用范畴，是实现两个相对转动 机构的图像、数据信号及动力传递的精密输电装置。
[0041] 导电滑环是利用导电环的滑动接触、静电耦合或电磁耦合，在固定结构和旋转结 构之间传递电信号和电能传递的精密输电装置，广泛应用于要求提供无限制，连续或断续 的360度旋转，提供多通路的旋转动力、数据和讯号时的所有机电系统。其大大简化系统 结构，避免导线在旋转过程中造成扭伤。
[0042] 图33和图34是针对同一条环形路线采用惯性传感器静止和旋转两种不同条件下 的轨迹对比，此线路的出发点和结束点在同一位置，周长约400米。
[0043] 如图33所示，已有技术中惯性传感器因为零漂误差的影响，导致推算航向与实际 航向的偏差随时间不断累积变大，最终轨迹点与出发位置有较大偏差；如图34所示，由于 本发明的惯性传感器在工况下是旋转的，调制掉了大部分的零漂误差，推算航向与实际航 向的偏差被控制在较小范围内，最终轨迹点与出发位置基本吻合，大大提高了导航精度。
[0044] 当惯性传感器的陀螺仪在静止情况下，由其在敏感轴X方向上的零漂误差随时间 变化曲线图（如图35所示）和X方向推算值随时间变化的曲线图（如图36所示)，可以看出 即使是很小的零漂误差（〇. 01度/秒、.02度/秒)，经过积分后的X方向推算值随时间不 断发散，经过1000秒的时间，会产生15°的方向偏差。
[0045] 当惯性传感器的陀螺仪在转动情况下，由其在敏感轴X方向上的零漂误差随时间 变化曲线图（如图37所示）和X方向推算值随时间变化的曲线图（如图38所示)，可以看出 经过旋转，敏感轴上的零漂误差被周期性的改变大小和方向，使得积分后的X方向推算值 被控制在0. Γ以内。
[0046] 本发明所述的惯性传感器所包括的陀螺仪只是采用普通级别的MEMS陀螺仪，就 可以达到Γ /小时的航向精度，能为个人导航系统提供长时间的航向定位精度，从而大幅 提高导航精度；由于旋转结构成本较低，避免了使用昂贵的高精度陀螺仪，从而大幅降低了 系统成本。
【权利要求】
1. 一种惯性传感装置，包括线路板（4)，所述线路板（4)上有惯性传感器（4-3);其特征 在于：还包括底座（1)、转盘（3)和动力源组件（DZ)，所述线路板（4)装在转盘（3)上，而所 述动力源组件（DZ)装在底座（1)上，且转盘（3)与动力源组件（DZ)的动力输出轴（6)传动 连接，所述线路板（4)随转盘（3) -起往复转动或连续转动，且所述转盘（3)的转速在1? 200RPM范围内，在工况下，该惯性传感装置与被监测活动目标相结合，由惯性传感器（4-3) 所采集的信号传至个人导航系统，并由个人导航系统显示被监测活动目标即时的地理位 置。
2. 根据权利要求1所述的惯性传感装置，其特征在于：所述动力源组件（DZ)包括第一 减速器（7-1)和第一电机（8-1)，所述第一减速器（7-1)和第一电机（8-1)均装在底座（1) 上，且第一减速器（7-1)与第一电机（8-1)传动连接，而所述的动力输出轴（6)是第一减速 器（7-1)的动力输出轴，且转盘（3)套装在第一减速器（7-1)的动力输出轴上，所述线路板 (4)随转盘（3) -起往复转动。
3. 根据权利要求1或2所述的惯性传感装置，其特征在于：所述线路板（4)还包括第一 无线受电模块（4-11)、第一无线通信模块（4-21)、第一无线受电线圈（4-41)、第一绝缘片 (4-51)和第一微处理器（4-61 )，所述第一无线受电线圈（4-41)通过第一绝缘片（4-51)装 在线路板（4)上，且第一无线受电线圈（4-41)与第一无线受电模块（4-11)相应的连接端电 连接，所述第一无线受电模块（4-11)、第一无线通信模块（4-21)和惯性传感器（4-3)分别 与第一微处理器（4-61)相应的连接端电连接。
4. 根据权利要求1所述的惯性传感装置，其特征在于：还包括第一机架（2-1)和第一 导电滑环（5-1)，所述第一机架（2-1)呈倒L型，且其下部固定在底座（1)上，第一导电滑环 (5-1)装在第一机架（2-1)的顶部；所述动力源组件（DZ)包括第二减速器（7-2)和第二电 机（8-2 )，所述第二减速器（7-2 )和第二电机（8-2 )均装在底座（1)上，且第二减速器（7-2 ) 与第二电机（8-2 )传动连接，而所述的动力输出轴（6 )是第二减速器（7-2 )的动力输出轴， 转盘（3)套装在第二减速器（7-2)的动力输出轴上，所述第一导电滑环（5-1)的第一转子 (5-1-1)与第二减速器（7-2)的动力输出轴传动连接。
5. 根据权利要求1所述的惯性传感装置，其特征在于：还包括第二导电滑环（5-2)， 所述第二导电滑环（5-2)装在底座（1)上，且转盘（3)与第二导电滑环（5-2)的第二转子 (5-2-1)相配装；所述动力源组件（DZ)包括第三减速器（7-3)、第三电机（8-3)和第一主动 轮（9-1 )，所述第三减速器（7-3 )和第三电机（8-3 )均装在底座（1)上，且第三减速器（7-3 ) 与第三电机（8-3 )传动连接，而所述的动力输出轴（6 )是第三减速器（7-3 )的动力输出轴， 第一主动轮（9-1)套装在第三减速器（7-3)的动力输出轴上，所述转盘（3)是从动轮，第一 主动轮（9-1)与转盘（3)啮合。
6. 根据权利要求1所述的惯性传感装置，其特征在于：所述动力源组件（DZ)包括第四 减速器（7-4)、第四电机（8-4)、第一转轴（6-1)和第二主动轮（9-2)，所述第四减速器（7-4) 和第四电机（8-4)均装在底座（1)上，且第四减速器（7-4)与第四电机（8-4)传动连接，而 所述的动力输出轴（6 )是第四减速器（7-4 )的动力输出轴，第二主动轮（9-2 )套装在第四减 速器（7-4)的动力输出轴上，所述转盘（3)是从动轮，第二主动轮（9-2)与转盘（3)啮合，第 一转轴（6-1)与底座（1)相配装，转盘（3)与第一转轴（6-1)转动相配装；所述线路板（4) 还包括第二无线受电模块（4-12)、第二无线通信模块（4-22)、第二无线受电线圈（4-42)、 第二绝缘片（4-52)和第二微处理器（4-62)，所述第二无线受电线圈（4-42)通过第二绝缘 片（4-52)装在线路板（4)上，且第二无线受电线圈（4-42)与第二无线受电模块（4-12)相 应的连接端电连接，所述第二无线受电模块（4-12)、第二无线通信模块（4-22)和惯性传感 器（4-3)分别与第二微处理器（4-62)相应的连接端电连接。
7. 根据权利要求1所述的惯性传感装置，其特征在于：还包括第二机架（2-2)和第三 导电滑环（5-3)，所述第二机架（2-2)呈倒L型，且其下部固定在底座（1)上，第三导电滑环 (5-3)装在第二机架（2-2)的顶部；所述动力源组件（DZ)包括第五电机（8-5)、第一定位块 (12-1)、第三主动轮（9-3)、第一内齿轮（10-1)和第二转轴（6-2)，第五电机（8-5)设在转盘 (3)上，所述动力输出轴（6)是第五电机（8-5)的动力输出轴，且第五电机（8-5)的动力输 出轴穿过转盘（3)并与第三主动轮（9-3)相配装，且第三主动轮（9-3)与第一内齿轮（10-1) 的内齿哨合，第一内齿轮（10-1)和第一定位块（12-1)均固定在底座（1)上，且第一定位块 (12-1)位于第一内齿轮（10-1)内，而第二转轴（6-2)的一端穿过第一定位块（12-1)与底 座（1)相配装，所述转盘（3)和线路板（4)穿过第二转轴（6-2)并设在第一定位块（12-1)上 表面，第二转轴（6-2)的另一端与第三导电滑环（5-3)的第三转子（5-3-1)相配装。
8. 根据权利要求1所述的惯性传感装置，其特征在于：所述动力源组件（DZ)包括第六 电机（8_6)、第二定位块（12_2)、第四主动轮（9_4)、第二内齿轮（10_2)和第二转轴（6_3)， 第六电机（8-6)设在转盘（3)上，所述动力输出轴（6)是第六电机（8-6)的动力输出轴，且 第六电机（8-6)的动力输出轴穿过转盘（3)并与第四主动轮（9-4)相配装，且第四主动轮 (9_4)与第二内齿轮（10_2)的内齿哨合，第二内齿轮（10_2)和第二定位块（12_2)均固定在 底座（1)上，且第二定位块（12-2)位于第二内齿轮（10-2)内，而第三转轴（6-3)的一端穿过 第二定位块（12-2)与底座（1)相配装，所述转盘（3)和线路板（4)穿过第三转轴（6-3)并设 在第二定位块（12-2)上表面；所述线路板（4)还包括第三无线受电模块（4-13)、第三无线 通信模块（4-23)、第三无线受电线圈（4-43)、第三绝缘片（4-53)和第三微处理器（4-63)， 所述第三无线受电线圈（4-43)通过第三绝缘片（4-53)装在线路板（4)上，且第三无线受 电线圈（4-43)与第三无线受电模块（4-13)相应的连接端电连接，所述第三无线受电模块 (4-13)、第三无线通信模块（4-23)和惯性传感器（4-3)分别与第三微处理器（4-63)相应的 连接端电连接。
【文档编号】G01C21/16GK104215241SQ201410441766
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】曹元
申请人:常州巴乌克智能科技有限公司