专利名称：一种小型水平稳定平台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种稳定平台，具体是一种小型水平稳定平台。
背景技术：
稳定平台自诞生以来一直是国内外各相关领域研究机构的重点关注对象，目前， 稳定平台在科学、军事、商业等多个领域已得到了广泛应用。在这些应用中，稳定平台的基本功能均相类似，即使系统的目标平台与载体或底座的角运动干扰相隔离，在惯性空间保持相对的稳定性，并能根据控制指令要求，使被稳定对象在有干扰力矩作用的情况下沿着一定规律运动。稳定平台是用来使被稳定对象相对于方位保持稳定的装置，它的主要特征是广泛使用陀螺作为角运动敏感元件，采用的技术手段归于惯性技术研究的范畴。其特有的功能是隔离载体运动，不断测量平台姿态和位置的变化，精确保持载体动态姿态基准。如专利号为ZL94218035. 6(授权公告号为CN2204069Y)的中国实用新型专利公开了一种陀螺稳定平台二轴天线装置，它利用陀螺稳定平台上旋转的飞轮所形成的陀螺力矩与干扰力矩方向相反，达到维持天线装置原水平姿态。但是，陀螺具有不可避免的零点漂移的缺陷，而该装置并没有给出消除漂移的具体解决方案，导致装置的精度较低，平台的稳定性较差。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术，提供一种成本较低、精度高且能有效消除陀螺传感器的零点漂移的小型水平稳定平台。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为该小型水平稳定平台，包括基座，基座上设有俯仰框架、横滚框架和感知上述框架俯仰和横滚运动的陀螺传感器，所述俯仰框架上连接有χ轴驱动装置，所述横滚框架上连接有Y轴驱动装置，其特征在于所述基座上还设有第一单片机、第二单片机、第三单片机和倾角传感器，所述倾角传感器用于测量水平平台在俯仰和横滚两个方向的角度偏差数据，该数据输入到第一单片机进行处理， 所述第二单片机接收来自第一单片机的俯仰方向的角度偏差数据，结合所述陀螺传感器获得的载体俯仰角速度，转换成俯仰补偿脉冲输出给所述的X轴驱动装置；所述第三单片机接收来自第一单片机的横滚方向的角度偏差数据，结合所述陀螺传感器获得的载体横滚角速度，转换成横滚补偿脉冲输出给所述的Y轴驱动装置。所述的X轴驱动装置可以采用多种驱动方式，优选的，所述的X轴驱动装置包括X 轴电机驱动器和连接在X轴电机驱动器上的X轴步进电机，所述X轴电机驱动器接收并处理来自所述第二单片机的数据，所述X轴步进电机驱动所述的俯仰框架；所述的Y轴驱动装置包括Y轴电机驱动器和连接在Y轴电机驱动器上的Y轴步进电机，所述Y轴步进电机驱动器接收并处理来自所述第三单片机的数据，所述Y轴电机驱动所述的横滚框架。进一步优选，所述的倾角传感器安装在所述的俯仰框架上。被稳定平台由俯仰框架围合而成，倾角传感器能直接感知载体的运动，并直接输出倾斜角度信号。作为该稳定平台系统实现的关键，所述的第一单片机、第二单片机及第三单片机均采用AVR单片机。AVR单片机是一种高速低能耗的单片机，具有较高的性价比。与现有技术相比，本实用新型的优点在于该稳定平台在设有陀螺传感器的基础上还安装了倾角传感器，倾角传感器能感应得到俯仰和横滚两组数据，并将数据交给单片机处理，由单片机还原成角度值并结合陀螺传感器获得的载体俯仰和横滚角速度，换算成平台的俯仰和横滚补偿脉冲输出，进而驱动相应的驱动装置将被稳定平台调节在水平平面上。可见本实用新型的结构简单，成本较低，而且通过倾角传感器还实现了陀螺零点漂移误差的补偿，使平台的精度较高、稳定性更好。

图1为本实用新型实施例平台框架的结构示意图；图2为本实用新型实施例的系统框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。如图1所示，载体安装在稳定平面1上，内框架即俯仰框架2可绕X轴旋转，外框架即横滚框架3可绕Y轴旋转，俯仰框架2和横滚框架3安装在基座4上。X轴设为俯仰轴， Y轴设为横滚轴。在双轴两框架结构中，仪器设备放置于相互正交的俯仰框架2和横滚框架3组成的框架系统上，通过伺服稳定控制，克服来自基座4的干扰，实现稳定的效果。这种双轴两框架稳定结构对于小负载、高精度的稳定是十分有效的。如图2所示，倾角传感器与相应的元件安装于俯仰框架上，陀螺传感器为两个且安装于基座上，分别用于感知载体的俯仰运动和横滚运动。倾角传感器具有分辨率高、体积小、易于集成、工作温度范围宽等优点。倾角传感器本质上是运用惯性原理的一种加速度传感器，主要用于测量极慢速或静止载体的倾角值，而在快速运动的载体上有极大的延迟。该稳定平台的工作原理如下采用陀螺传感器作为敏感元件，感受载体的俯仰和横滚运动，当载体即基座4摇动时，陀螺传感器可以感知载体空间运动角速度，该角速度经单片机计算得到脉冲，经过电机驱动器放大处理后分别驱动与X、Y轴相连的步进电机校正平台的运动，从而保证平台处于水平状态。由于陀螺传感器具有不可避免的零点漂移的缺陷，单靠陀螺传感器难以达到平台始终处于水平状态的目的。为了消除陀螺传感器的零点漂移对系统的影响，本实施例在俯仰框架2上安装有倾角传感器，根据倾角传感器的信号来修正陀螺传感器的零点漂移，两者结合来达到平台水平的目的。实现该稳定平台系统的关键点是实现对第一单片机AVR0、第二单片机AVRl和第三单片机ARV2的编程，由单片机来实现智能控制，其中第二单片机AVRl控制俯仰运动，第三单片机AVR2控制横滚运动，它们的功能和设计思路相一致，其主要功能是确认和接收第一单片机AVRO传输过来平台倾斜角度值，然后结合陀螺传感器传输过来的载体角速度，驱动俯仰和横滚电机以保持平台水平。该稳定平台的具体工作步骤为首先，倾角传感器感应得到俯仰和横滚两组数据， 并将这两组数据传输给第一单片机AVR0，第一单片机AVRO从倾角传感器获得数据后对该数据进行处理，该数据处理过程就是把获得的这两组数据转换成所需要的对应角度即平台偏离水平位置的角度，并且在获得数据时，为消除抖动，需对所取得的数据进行滤波，为提高平台灵敏性，本设计采用多数据取中平均值法。然后，第一单片机AVRO将处理后的数据通过串口发送到第二单片机AVRl和第三单片机AVR2，然后，AVRl和AVR2结合陀螺传感器检测的载体角速度值，换算为电机转动驱动脉冲，最后，该单片机向X轴驱动装置和Y轴驱动装置发送脉冲，由驱动装置驱动来调节双轴两框架，从而使稳定平台处于水平位置。在本实施例中，X轴驱动装置包括X轴电机驱动器和连接在X轴电机驱动器上的X轴步进电机， X轴电机驱动器接收并处理来自第二单片机AVRl的数据，X轴步进电机驱动俯仰框架；Y轴驱动装置包括Y轴电机驱动器和连接在Y轴电机驱动器上的Y轴步进电机，Y轴步进电机驱动器接收并处理来自第三单片机AVR2的数据，Y轴电机驱动横滚框架。步进电机每接收一个脉冲，电机就转动(前进或后退)一个步长，所以，第二单片机AVRl和第三单片机AVR2 在处理时还需要确定电机的转动方向。此外，第二单片机AVRl和第三单片机AVR2还需要计算向电机发送脉冲的数量和频率。其中脉冲的多少由于载体始终是在运动的所以难以确定，因此解决方案是一直发送脉冲直到平台水平为止。发送电平的频率可以由每发送两个脉冲之间的时间间隔的长短来控制。此外，需要计算出发送电平的时间间隔(Delay)，该时间间隔可以根据电机齿轮半径、俯仰轴(横滚轴)齿轮半径、步进电机的步长和单片机晶振计算得到的定时器常数(TIMER_DELAY_CONST)结合补偿角度的大小计算得到。由于倾角传感器和陀螺传感器的特性，即倾角传感器的滞后性和陀螺零点漂移， 本设计利用倾角传感器来修正陀螺的零漂。以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理前提下，可以对本实用新型作出多种改型或改进，这些均被视为本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种小型水平稳定平台，包括基座，基座上设有俯仰框架、横滚框架和感知上述框架俯仰和横滚运动的陀螺传感器，所述俯仰框架上连接有X轴驱动装置，所述横滚框架上连接有Y轴驱动装置，其特征在于所述基座上还设有第一单片机、第二单片机、第三单片机和倾角传感器，所述倾角传感器用于测量水平平台在俯仰和横滚两个方向的角度偏差数据，该数据输入到第一单片机进行处理，所述第二单片机接收来自第一单片机的俯仰方向的角度偏差数据，结合所述陀螺传感器获得的载体俯仰角速度，转换成俯仰补偿脉冲输出给所述的X轴驱动装置；所述第三单片机接收来自第一单片机的横滚方向的角度偏差数据，结合所述陀螺传感器获得的载体横滚角速度，转换成横滚补偿脉冲输出给所述的Y轴驱动装置。
2.根据权利要求1所述的小型水平稳定平台，其特征在于所述的X轴驱动装置包括X 轴电机驱动器和连接在X轴电机驱动器上的X轴步进电机，所述X轴电机驱动器接收并处理来自所述第二单片机的数据，所述X轴步进电机驱动所述的俯仰框架；所述的Y轴驱动装置包括Y轴电机驱动器和连接在Y轴电机驱动器上的Y轴步进电机，所述Y轴步进电机驱动器接收并处理来自所述第三单片机的数据，所述Y轴电机驱动所述的横滚框架。
3.根据权利要求1或2所述的小型水平稳定平台，其特征在于所述的倾角传感器安装在所述的俯仰框架上。
4.根据权利要求1或2所述的小型水平稳定平台，其特征在于所述的第一单片机、第二单片机及第三单片机均采用AVR单片机。
专利摘要本实用新型涉及一种小型水平稳定平台，其包括基座，基座上设有俯仰框架、横滚框架和感知上述框架俯仰和横滚运动的陀螺传感器，倾角传感器能感应得到俯仰和横滚两组数据，并将数据交给单片机处理，由单片机还原成角度值并结合陀螺传感器获得的载体俯仰和横滚角速度，换算成平台的俯仰和横滚补偿脉冲输出，进而驱动相应的驱动装置将被稳定平台调节在水平平面上。与现有技术相比，本实用新型的结构简单，成本较低，而且通过倾角传感器还实现了零点漂移误差的补偿，使平台的精度较高、稳定性更好。
文档编号G01C21/18GK202267481SQ201120249280
公开日2012年6月6日 申请日期2011年7月13日 优先权日2011年7月13日
发明者亓常松, 潘洪军, 王燕乐, 陈洪涛 申请人:浙江海洋学院