一种测绘仪器使用的自动调平装置的制作方法

本实用新型属于测绘仪器调平技术领域，特别涉及一种测绘仪器使用的自动调平装置，尤其适用于水准仪、经纬仪、全站仪、GPS、RTK等一系列需要调平作业的测绘仪器。

背景技术：

原有测绘仪器产品的调平结构是三个脚丝杆，通过使用者手动转动不同脚丝杆，将设备水泡调节到中心位置，来达到设备水平的目的。使用这种方式将设备调平，既要动手转动脚丝杆，还要动脑分析应该怎么调(调节哪个脚丝杆，以及转动方向)，这个过程既费力又费时，尤其对于新手，其调节难度增加了不少。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的不足，本实用新型提供一种测绘仪器上使用的自动调平装置。

本实用新型通过以下技术方案予以实现。

一种测绘仪器使用的自动调平装置，它包括动力传动模组、PCB控制电路板、托底以及用于连接测绘仪器的测绘仪器连接座，其中：若干所述动力传动模组均匀布置于托底的上方，若干动力传动模组的上方设置有PCB控制电路板外罩，所述PCB控制电路板设置于PCB控制电路板外罩中，所述测绘仪器连接座设置于PCB控制电路板外罩的上方；

所述动力传动模组包括变速箱、驱动电机、电机罩、手轮和脚丝杆，所述变速箱中设置有相互啮合的变速齿轮；所述驱动电机设置于变速箱一侧的上方，所述电机罩设置于驱动电机的外部，变速箱的转子竖直向下设置于变速箱中，驱动电机的转子驱动变速箱中的动力输入齿轮转动；所述脚丝杆竖直向下设置于变速箱另一侧的下方，变速箱中的动力输出齿轮驱动脚丝杆转动，脚丝杆的上部贯穿变速箱并延伸至变速箱的上方，所述手轮设置于脚丝杆的上部。

进一步地，所述动力传动模组设置有三个。

进一步地，所述托底中设置有电池舱，电池舱中安装有电池，电池与调平装置中的各电器元件电连接为各电器元件提供电源。

进一步地，所述PCB控制电路板上还设置有倾角传感器。

与现有技术相比本实用新型的有益效果为：

1、手自一体脚丝杆调平结构：在保留原有手动调节功能的基础上，增加了步进电机齿轮减速并驱动脚丝杆转动的传动结构，步进电机和减速齿轮配合的方式，减速机构增加了力矩，保证设备能在调平时旋脚有足够的力量旋转脚丝杆。同时，减速机构考虑人为调节时的力度，对减速比进行适应性调整，既可保证小电机可转动脚丝杆，又可实现人工手动调节的轻松旋转力度适中。

2、采用倾角传感器：产品电路集成了倾角传感器，计算出水平倾角的大小，由此确定产品的水平状态。

3、锂电池供电：产品内置锂电池为设备提供电源，且具备硬件低功耗电源电路，可实现实际使用场景下一个月不充电。

4、调平角度大：产品可自动调平得倾斜角度范围为±6度。

5、调平用时短：产品调平用时最大18秒(在最大可调倾斜角度)，

6、调平精度高：最高调平精度可达到5″。

附图说明

图1为本实用新型零件爆炸图。

图2为动力传动模组零件爆炸图。

图3为设备调平的数学模型示意图。

图4为图3中数学模型在非水平状态下的分析示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

如图1和图2所示的一种测绘仪器使用的自动调平装置，它包括动力传动模组3、PCB控制电路板5、托底1以及用于连接测绘仪器的测绘仪器连接座6，其中：若干所述动力传动模组3均匀布置于托底1的上方，若干动力传动模组3的上方设置有PCB控制电路板外罩4，所述PCB控制电路板5设置于PCB控制电路板外罩4中，所述测绘仪器连接座6设置于PCB控制电路板外罩4的上方；

所述动力传动模组3包括变速箱31、驱动电机32、电机罩33、手轮35和脚丝杆34，所述变速箱31中设置有相互啮合的变速齿轮；所述驱动电机32设置于变速箱31一侧的上方，所述电机罩33设置于驱动电机32的外部，变速箱31的转子竖直向下设置于变速箱31中，驱动电机32的转子驱动变速箱31中的动力输入齿轮转动；所述脚丝杆34竖直向下设置于变速箱31另一侧的下方，变速箱31中的动力输出齿轮驱动脚丝杆34转动，脚丝杆34的上部贯穿变速箱31并延伸至变速箱31的上方，所述手轮35设置于脚丝杆34的上部。

进一步地，所述动力传动模组3设置有三个。

进一步地，所述托底1中设置有电池舱，电池舱中安装有电池2，电池2与调平装置中的各电器元件电连接为各电器元件提供电源。

进一步地，所述PCB控制电路板5上还设置有倾角传感器。

本实用新型的原理如下：

1、校准水平：手动调节脚轮，使设备水泡处在正中心，按住按键1s以上，CPU采集此时的倾角传感器数值作为调平时的基准数值。

2、调平设备：短按按键，首先CPU采集倾角传感器数据并滤波处理，然后根据根据设备调平的数学模型，计算调平方案，也就是三个动力传动模组3的驱动电机32运行方式，最后启动驱动电机32运行设备达到水平状态。

本实用新型的使用方法如下：

1、倾角传感器

CPU通过I2C接口与倾角传感器连接，在校准水平或调平设备时，CPU连续不断地采集数据并进行滤波处理，得到有效数据。倾角传感器输出的每组数据有两个数值，分别是是正交的X/Y角度数据。

2、设备调平的数学模型

设备调平过程中，三个脚轮的转动将带动脚轮所在点的高度发生变化，进而使设备水平夹角的发生变化。想要达到快速准确调平设备，需要建立一个合理有效的数学模型来计算三个脚轮电机的运行方式。

如图3所示的设备调平的数学模型，等边三角形三个顶点O、A、B分别代表三个脚轮(机械结构特征)，点M是边OA的中点，线段BM为边OA的中垂线。将倾角传感器固定于设备平面上，且使得X轴正向与OA方向相同，Y轴正向与线段MB方向相同。

该数学模型置于水平面时，倾角传感器X、Y轴输出数据应该为0。

3、调平控制过程

如图4所示，三角形OAB在水平面的垂直投影为三角形OHG，GH的延长线与BA的延长线交于点P，连接OP，BM的延长线与OP相交于点D，GD与OH相交于点N。

(1)由上述条件可知，∠AOH是OA与水平面的夹角，也就是倾角传感器X轴与水平面的夹角，即倾角传感器X轴的输出角度值。∠BDG是DB与水平面的夹角，也就是倾角传感器Y轴与水平面的夹角，即倾角传感器Y轴的输出角度值。

(2)在直角三角形OAH中，∠AOH是OA与水平面的夹角，那么AH可等效为脚轮点A与水平面的高度差h，将脚轮点A降低高度值h，即可将X轴向的水平夹角调为0值。

(3)根据步骤(2)的分析结果，启动点A脚轮电机转动，使得点A降低高度。在电机转动过程中，要时刻判断由倾角传感器数据得出的∠AOH角度值，当该角度值变为0值时，说明点O和点A处于同于水平面上，此时设备在X轴方向上，达到了水平状态。

(4)在X轴方向上达到水平状态后，点A、P、H将重合为一点，点M、D、N将重合为一点。这里仍以上面的示意图分析，在直角三角形BGD中，∠BDG是DB与水平面的夹角，也就是倾角传感器Y轴与水平面的夹角，那么BG可等效为脚轮点B与水平面的高度差h，将脚轮点B降低高度值h，即可将Y轴向的水平夹角调为0值。

(5)根据步骤(4)的分析结果，启动点B脚轮电机转动，使得点B降低高度。在电机转动过程中，要时刻判断由倾角传感器数据得出的∠BDG角度值，当该角度值变为0值时，说明点B处于水平面上，此时设备在Y轴方向上，也达到了水平状态。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。