专利名称：一种精密的三自由度气浮台测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种三自由度气浮台測量系统。
背景技术：
三自由度气浮台是卫星姿态控制与物理仿真常用的实验平台设备。典型的三自由度气浮台的结构如图1和图2所示，主要包含试验设备1、装载平台2、气浮轴承3、螺杆支架 4、砝码螺母5、圆环6、支柱7和底座8 ；试验设备1是指装配于气浮台上的试验仪器及エ装等；装载平台2是指用于搭载试验设备1的平台，通常为ー个有较大面积的平板；螺杆支架 4用于连接装载平台2与圆环6的螺杆；砝码螺母5可在支架上通过螺旋调整位置以调节整个气浮台的重心分布；砝码螺母5为内有螺纹的质量块，在螺杆支架4上通过螺旋调整位置以调节整个气浮台的重心分布；与螺杆支架4连接的圆环6起支撑和重心调节作用；支柱7 用于支撑气浮轴承3及装载平台2，装有高压进气管9是为了向气浮轴承3提供有压カ的气体以使气浮轴承3悬浮起来。球面气浮轴承结构原理如图2所示，一般将球体10及球窝11做成等半径，当高压气体通过进气通道12进入球面轴承吋，上面的球体10会沿着垂直方向有ー个微小的位移， 在球体10与球窝11之间形成一定的间隙，即气膜13。在气浮轴承的球体10与球窝11之间形成气膜13后，整个装载平台、螺杆支架、砝码螺母、圆环及试验设备为ー个整体，可以在气浮轴承的支撑下做接近无阻尼的三自由度转动。理想的工作状态下，三自由度气浮台试验时要将装载平台、螺杆支架、砝码螺母、 圆环及试验设备的重心(称为试验平台重心)调节到与气浮轴承球心。为保证平台的稳定平衡，通常试验时将试验平台重心调节到气浮轴承球心的正下方，从俯视角度看，试验平台重心(平面重心)与球心重合。这时，装载平台处于水平状态。通常装载平台是否处于水平状态需要靠肉眼观测，而普通的水平尺只能測量ー个方向的水平度，要判断两个方向水平度需要同时使用两个水平尺，并且对操作人员的判读能力有很高的要求。普通水平尺只能在正上方进行判读才准确，对操作空间要求也较高。
发明内容
本发明解决的技术问题是本发明提供ー种精密的三自由度气浮台測量系统，以解决现有三自由度平台搭建时对平台水平面判断不便的问题。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明所述三自由度气浮台測量系统包括陀螺组件、嵌入式控制计算机、地面控制计算机和蓄电池，所述陀螺组件与嵌入式控制计算机双向通信，嵌入式控制计算机通过无线通信�？榛蛭尴咄ㄐ帕绰酚氲孛婵刂萍扑慊ㄐ牛鲂畹绯赜糜谙蛲勇葑榧�、嵌入式控制计算机供电；所述陀螺组件用于获取装载平台的三自由度转动角加速度、三自由度转动角速度和三自由度转动角度，通过嵌入式控制计算机将陀螺组件获取的上述数据传输到地面控制计算机上，所述地面控制计算机用于读取、存储、显示和处理装载平台的三自由度转动角加速度、三自由度转动角速度和三自由度转动角度，为装载平台的平衡调整操提供依据。本发明的有益效果是本发明通过嵌入式控制计算机对陀螺组件进行控制，将陀螺组件获得的三自由度转动角加速度和角速度通过无线通信链路传输到地面控制计算机中，在地面方便地阅读角度、角速度及角加速度等数据，对于后续的平衡调整操作提供便利。本发明通过在三自由度气浮台的装载平台上安装此系统，利用陀螺组件获得平台三个旋转自由度的角加速度和角速度，并积分获得角度，可以方便地读出气浮平台的水平偏差，并可根据偏差判断需向哪个方向增加配重。同时可以根据具体试验的需求设置三个轴的初始指向。发明结构简单，可转动部件的转动惯量�。云√ǖ挠跋炜梢院雎圆患疲� 方便了视觉观测，能够大大节省试验设备配平时间，并同时能够为试验过程提供精确的转角和角速度数据。
图1为现有的三自由度气浮台结构图，图2为图1中的气浮轴承部分结构的放大图；图3为本发明所述的三自由度气浮台测量系统的结构框图，图4为本发明所述的三自由度气浮台测量系统的工作流程图，图5为本发明三自由度气浮台测量系统与三自由度气浮台组合工作示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一如图1 5所示，本实施方式所述的一种精密的三自由度气浮台测量系统18包括陀螺组件(14)、嵌入式控制计算机(15)、地面控制计算机(16)和蓄电池 (17)，所述陀螺组件(14)与嵌入式控制计算机(1 双向通信，嵌入式控制计算机(15)通过无线通信�？榛蛭尴咄ㄐ帕绰酚氲孛婵刂萍扑慊�(16)通信，所述蓄电池(17)用于向陀螺组件(14)、嵌入式控制计算机(1 供电；所述陀螺组件(14)用于获取装载平台2的三自由度转动角加速度、三自由度转动角速度和三自由度转动角度，通过嵌入式控制计算机将陀螺组件(14)获取的上述数据传输到地面控制计算机(16)上，所述地面控制计算机(16)用于读取、存储、显示和处理装载平台2的三自由度转动角加速度、三自由度转动角速度和三自由度转动角度，为装载平台2的平衡调整操提供依据。陀螺组件14为三自由度测量设备，嵌入式控制计算机15对陀螺组件14进行驱动、通信和控制；陀螺组件14和地面控制计算机16安装在被测平面上，当被测平面倾斜或旋转时，陀螺组件14可以实时地获得旋转的角度、角速度和角加速度等量；地面控制计算机16可以对陀螺组件14测量的角加速度、角速度和角度数据进行读取、存储和显示。为陀螺组件14和嵌入式控制计算机15供电的蓄电池17可以是被测系统设备中的电源设备。本实施方式中陀螺组件14可采用光纤式陀螺组件或激光式陀螺组件，嵌入式控制计算机15可选用PC-104、ARM或FPGA类型。
具体实施方式
二 如图1 5所示，本实施方式所述嵌入式控制计算机(15)还用于对陀螺组件(14)进行标定，将装载平台2的某一特定姿态设置为初始姿态。地面控制计算机(16)可以依据实际情况通过嵌入式控制计算机(1 对陀螺组件(14)进行标定，将装载平台2某一特定姿态设置为初始姿态；即地面控制计算机15可以根据需求对某一特定姿态设置为初始姿态，然后再进行修正。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三如图1 5所示，本实施方式所述嵌入式控制计算机(15)还用于将陀螺组件(14)获得的三自由度转动角加速度、三自由度转动角速度和三自由度转动角度数据传送给受测试系统的试验设备(1)。嵌入式控制计算机可将测量数据发送到被测系统设备中，与被测设备构成闭环测试系统。即在有些需求中，嵌入式控制计算机(15)可将陀螺组件(14)获得的数据送给受测试系统的试验设备(1)，作为测试系统的一部分构成闭环。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四如图1 5所示，本实施方式所述陀螺组件(14)与嵌入式控制计算机(1 通过RS232或RS485协议进行通信。其它组成及连接关系与具体实施方式
一、 二或三相同。本发明的工作过程如图3 5所示，嵌入式控制计算机，一般通过RS232或RS485协议与陀螺组件14 进行通信或控制，通过无线通信�？橛氲孛婵刂萍扑慊�16进行通信；地面控制计算机16通过无线通信�？橛肭度胧娇刂萍扑慊�15进行通信，可以获得陀螺组件14测量到的数据，也可以对陀螺组件的初始状态进行设置；蓄电池17给陀螺组件14和嵌入式控制计算机15供电，通常试验设备1中会包括蓄电池，不必额外增加蓄电池。可以在地面控制计算机16和嵌入式控制计算机15中对历史数据进行存储记录。同时可以在地面控制计算机16中对历史数据进行数据回放。将本发明中的陀螺组件14和嵌入式控制计算机15安装在装载平台 2上。如图4所示，[100]测试开始时进行系统加载测试准备；[200]嵌入式计算机15对陀螺组件14驱动成功后开始读取数据。[300]嵌入式控制计算机15对数据进行分析和控制。[400]嵌入式计算机15将数据进行存储并传输到地面控制计算机16中。[500]地面控制计算机16对数据进行显示、记录或设置操作。[600]当系统接到停止测试指令时进入 [700]，否则继续到[200]。[700]测试停止，系统关机。凡符合上述权利要求的用于角度、角速度及角加速度测量的系统，除应用于三自由度气浮台之外，无论应用于任何平面的角度、角速度和角加速度测量的实施方案，均属于本专利要求范围内。
权利要求
1.一种精密的三自由度气浮台测量系统，其特征在于所述三自由度气浮台测量系统包括陀螺组件(14)、嵌入式控制计算机(15)、地面控制计算机(16)和蓄电池(17)，所述陀螺组件(14)与嵌入式控制计算机(1 双向通信，嵌入式控制计算机(1 通过无线通信�？榛蛭尴咄ㄐ帕绰酚氲孛婵刂萍扑慊�(16)通信，所述蓄电池(17)用于向陀螺组件(14)、嵌入式控制计算机(1 供电；所述陀螺组件(14)用于获取装载平台( 的三自由度转动角加速度、三自由度转动角速度和三自由度转动角度，通过嵌入式控制计算机(巧)将陀螺组件(14)获取的上述数据传输到地面控制计算机(16)上，所述地面控制计算机(16)用于读取、存储、显示和处理装载平台( 的三自由度转动角加速度、三自由度转动角速度和三自由度转动角度，为装载平台O)的平衡调整操提供依据。
2.根据权利要求1所述的一种精密的三自由度气浮台测量系统，其特征在于所述嵌入式控制计算机(1 还用于对陀螺组件(14)进行标定，将装载平台O)的某一特定姿态设置为初始姿态。
3.根据权利要求1所述的一种精密的三自由度气浮台测量系统，其特征在于所述嵌入式控制计算机(1 还用于将陀螺组件(14)获得的三自由度转动角加速度、三自由度转动角速度和三自由度转动角度数据传送给受测试系统的试验设备(1)。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种精密的三自由度气浮台测量系统，其特征在于 所述陀螺组件(14)与嵌入式控制计算机(1 通过RS232或RS485协议进行通信。
全文摘要
一种精密的三自由度气浮台测量系统，它涉及一种三自由度气浮台测量系统。解决现有三自由度平台搭建时对平台水平面判断不便的问题。所述陀螺组件与嵌入式控制计算机双向通信，嵌入式控制计算机通过无线通信�？榛蛭尴咄ㄐ帕绰酚氲孛婵刂萍扑慊ㄐ牛凰鐾勇葑榧糜诨袢∽霸仄教ǖ娜杂啥茸羌铀俣�、三自由度转动角速度和三自由度转动角度，通过嵌入式控制计算机将陀螺组件获取的上述数据传输到地面控制计算机上，地面控制计算机用于读取、存储、显示和处理装载平台的三自由度转动角加速度、三自由度转动角速度和三自由度转动角度。本发明方便了视觉观测，能够大大节省试验设备配平时间，并同时能够为试验过程提供精确的转角和角速度数据。
文档编号G01C9/00GK102564394SQ20111044754
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者吕建婷, 张显, 高翔宇 申请人:黑龙江大学
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