一种经纬仪防飞车机电保护系统技术方案

本发明专利技术提供一种经纬仪防飞车机电保护系统，解决经纬仪工作过程中俯仰轴存在飞车情况，导致光学负载和控制系统电路损坏的问题。该经纬仪防飞车机电保护系统采用常开型单摩擦片电磁式制动器与缓冲吸能单元组合的结构形式。该结构形式具有吸能效果强、避免结构刚性碰撞、安装方便等优点，辅助配合伺服电机刹停运动，可进一步保护伺服控制系统和光学负载，提高系统可靠性。提高系统可靠性。提高系统可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种经纬仪防飞车机电保护系统


[0001]本专利技术属于经纬仪领域，具体涉及一种经纬仪防飞车机电保护系统。

技术介绍

[0002]经纬仪是一种根据测角原理设计的测量方位角和俯仰角的测量仪器。
[0003]经纬仪方位轴上安装有滑环机构，可实现360
°
无限制旋转。经纬仪俯仰轴搭载光学负载在一定角度内旋转，一般为
‑5°
～185
°
。但是，对于经纬仪俯仰轴的伺服控制系统，往往会因程序跑飞、控制算法奇点、电磁干扰等问题而出现飞车情况，严重时会造成光学负载撞击在俯仰轴的U型架上使系统结构受损，设备损失所带来的经济损失往往非常高。
[0004]公开号为CN110661233A的中国专利明确了判定飞车的几种情况。情况1：通过获取角度余量是否小于极限刹停角度判定是否飞车。情况2：通过监视看门狗系统定时器是否超过阈值，判定伺服控制程序是否跑飞。情况3：通过计算转动角速度、角加速度是否超过设定值，判定控制算法是否出现奇点。在判断飞车后，利用伺服控制系统刹停伺服电机，使机构停止转动。
[0005]伺服系统刹停伺服电机是一个减速并停转的过程，而非直接制动停转。主要原因是直接制动停转会在伺服控制系统中产生过载电流，控制系统电路存在损坏风险。同时制动停转会使光学负载承受一个较大的惯性制动力矩，对光学负载同样存在损坏风险。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种经纬仪防飞车机电保护系统，解决经纬仪工作过程中俯仰轴存在飞车，导致光学负载和控制系统电路损坏的问题。本专利技术经纬仪防飞车机电保护系统采用常开型单摩擦片电磁式制动器与缓冲吸能单元组合的结构形式。该结构形式具有吸能效果强、避免结构刚性碰撞、安装方便等优点，辅助配合伺服电机刹停运动，可进一步保护伺服控制系统和光学负载，提高系统可靠性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术经纬仪防飞车机电保护系统包括常开型单摩擦片电磁式制动器、控制电源、吸能撞杆和两组缓冲吸能单元；所述常开型单摩擦片电磁式制动器设置在经纬仪的俯仰右主轴上，用于吸收光学负载因速度产生的惯性势能，所述控制电源设置在经纬仪机架上，用于给常开型单摩擦片电磁式制动器提供电能；所述吸能撞杆设置在经纬仪的俯仰左主轴上，与经纬仪的俯仰左主轴同步转动；两组缓冲吸能单元设置在经纬仪机架上，且位于俯仰左主轴的两侧；所述缓冲吸能单元包括限位座、碰撞头、吸能弹簧、轴盖、锁紧螺母、调整螺套和吸能缓冲垫；所述限位座为筒体结构，设置在经纬仪机架上，内部设置有缓冲腔；所述轴盖设置在限位座的顶部开口端，所述吸能缓冲垫设置在缓冲腔的底部，所述碰撞头的一端设置在缓冲腔内，另一端延伸至缓冲腔外，用于与吸能撞杆配合；所述吸能弹簧设置在限位座的缓冲腔内，其一端套装在吸能缓冲垫上，另一端套装在碰撞头上；所述碰撞头上设置有限位台阶，延伸至缓冲腔外碰撞头套装有调整螺套，且调整螺套通过限位台阶限位，
所述调整螺套与轴盖螺纹配合，通过调整轴盖与调整螺套之间的螺纹配合位置能够调整碰撞头伸出限位座的高度；所述锁紧螺母套装在调整螺套外侧，用于锁紧调整螺套的位置。
[0009]上述常开型单摩擦片电磁式制动器可通过多种形式实现，主要能够吸收部分光学负载因速度产生的惯性势能即可。优选的，采用以下结构形式实现：常开型单摩擦片电磁式制动器包括电磁制动器定子支撑架、制动器定子、制动器衔铁、板状变形弹簧和电磁制动器转子支撑架；所述电磁制动器定子支撑架套装在俯仰右主轴上，且分别与制动器定子、经纬仪机架固定连接，所述制动器衔铁设置在制动器定子的一侧，且与制动器定子设有制动间隙，所述板状变形弹簧设置在制动器衔铁和电磁制动器转子支撑架之间，所述制动器衔铁和板状变形弹簧固定连接，所述板状变形弹簧和电磁制动器转子支撑架固定连接，所述电磁制动器定子支撑架与俯仰右主轴固定连接。
[0010]进一步地，上述吸能缓冲垫的刚度和吸能弹簧的刚度通过以下公式通过获取，
[0011]X
t
＝sin(θ3‑
θ1)
·
L
t
[0012]X
d
＝sin(θ3‑
θ2)
·
L
t
[0013][0014]其中，X
t
为吸能弹簧的刹车距离；L
t
为俯仰左主轴中心与碰撞头中心轴线的距离；θ1为吸能撞杆碰到碰撞头时的俯仰左主轴角度；θ2为碰撞头底部端面与吸能缓冲垫接触时的俯仰左主轴角度；θ3为吸能缓冲垫压缩到极限位置时的俯仰左主轴角度；J
max
为光学负载绕俯仰左主轴的转动惯量，ω
max
为俯仰左主轴转动达到飞车边界条件的角速度；M
d
为常开型单摩擦片电磁式制动器闭合时的吸合摩擦力矩；θ0为俯仰左主轴的极限工作角度，且吸能撞杆上、下斜面与水平轴线夹角同样设置为θ0；k
t
为吸能弹簧的刚度；k
d
为吸能缓冲垫的刚度。
[0015]进一步地，两个碰撞头的中心线之间的角度为2θ1。
[0016]进一步地，所述碰撞头与吸能撞杆配合的一端设置为球形结构，所述吸能缓冲垫为吸能橡胶缓冲垫，用于减小碰撞振动。
[0017]进一步地，所述电磁制动器转子支撑架与俯仰右主轴连接的端面上设置有电磁制动器隔圈，通过电磁制动器隔圈的厚度修切，用以调整制动器衔铁和制动器定子之间的间隙。所述制动器衔铁和制动器定子之间的间隙为0.2～0.3
㎜
。所述制动器定子通过24V直流电源供电，所述24V直流电源供电设置有端面按钮。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0019]1.本专利技术经纬仪防飞车机电保护系统通过常开型单摩擦片电磁式制动器与缓冲吸能单元组合吸能的结构形式，避免经纬仪俯仰轴飞车时的结构刚性碰撞，辅助配合伺服电机刹停运动，保护伺服控制系统和光学负载。
[0020]2.本专利技术经纬仪防飞车机电保护系统中，无论是常开型单摩擦片电磁式制动器还是缓冲吸能单元，均为径向摩擦力吸能形式，且无制动硬限位，使经纬仪俯仰轴系和光学负载无急停冲击振动，保证了经纬仪俯仰轴系和光学负载的安全。
[0021]3.本专利技术系统的碰撞头伸出限位座的高度可通过轴盖与调整螺套之间的螺纹配合位置调整，并进一步控制吸能撞杆撞上碰撞头的位置，保证经纬仪俯仰轴搭载光学负载可满足旋转角度要求。
附图说明
[0022]图1为搭载本专利技术经纬仪防飞车机电保护系统的经纬仪俯仰轴示意图；
[0023]图2为本专利技术常开型单摩擦片电磁式制动器安装示意图；
[0024]图3a为本专利技术常开型单摩擦片电磁式制动器的常开状态示意图；
[0025]图3b为本专利技术常开型单摩擦片电磁式制动器的闭合状态示意图；
[0026]图4为本专利技术缓冲吸能单元安装示意图；
[0027]图5为本专利技术经纬仪驱动电机的控制电路示意图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种经纬仪防飞车机电保护系统，其特征在于：包括常开型单摩擦片电磁式制动器(9)、控制电源(10)、吸能撞杆(5)和两组缓冲吸能单元(6)；所述常开型单摩擦片电磁式制动器(9)设置在经纬仪的俯仰右主轴(8)上，用于吸收光学负载(2)因速度产生的惯性势能，所述控制电源(10)设置在经纬仪机架(20)上，用于给常开型单摩擦片电磁式制动器(9)提供电能；所述吸能撞杆(5)设置在经纬仪的俯仰左主轴(4)上，与俯仰左主轴(4)同步转动；两组缓冲吸能单元(6)设置在经纬仪机架(20)上，且位于俯仰左主轴(4)的两侧；所述缓冲吸能单元(6)包括限位座(13)、碰撞头(14)、吸能弹簧(15)、轴盖(16)、锁紧螺母(17)、调整螺套(18)和吸能缓冲垫(19)；所述限位座(13)为筒体结构，设置在经纬仪机架(20)上，内部设置有缓冲腔；所述轴盖(16)设置在限位座(13)的顶部开口端，所述吸能缓冲垫(19)设置在缓冲腔的底部，所述碰撞头(14)的一端设置在缓冲腔内，另一端延伸至缓冲腔外，用于与吸能撞杆(5)配合；所述吸能弹簧(15)设置在限位座(13)的缓冲腔内，其一端套装在吸能缓冲垫(19)上，另一端套装在碰撞头(14)上；所述碰撞头(14)上设置有限位台阶，延伸至缓冲腔外的碰撞头(14)套装有调整螺套(18)，且调整螺套(18)通过限位台阶限位，所述调整螺套(18)与轴盖(16)螺纹配合，通过调整轴盖(16)与调整螺套(18)之间的螺纹配合位置能够调整碰撞头(14)伸出限位座(13)的高度；所述锁紧螺母(17)套装在调整螺套(18)外侧，用于锁紧调整螺套(18)的位置。2.根据权利要求1所述的经纬仪防飞车机电保护系统，其特征在于：所述吸能缓冲垫(19)的刚度和吸能弹簧(15)的刚度通过以下公式通过获取，X
t
＝sin(θ3‑
θ1)
·
L
t
X
d
＝sin(θ3‑
θ2)
·
L
t
其中，X
t
为吸能弹簧的刹车距离；L
t
为俯仰左主轴中心与碰撞头中心轴线的距离；θ1为吸能撞杆碰到碰撞头时的俯仰左主轴角度；θ2为碰撞头底部端面与吸能缓冲垫接触时的俯仰左主轴角度；θ3为吸能缓冲垫...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭敏，李翔宇，谢梅林，李治国，郝伟，王海涛，杨小军，阮萍，井岩松，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：