【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及惯性导航领域，具体涉及一种寻北仪的转位机构和控制方法。
技术介绍
1、惯性导航系统（inertial navigation system，ins，简称惯导）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角。
2、捷联式惯性导航系统(strap-down inertial navigation system，sins)是将加速度计和陀螺仪直接安装在载体上，在计算机中实时计算姿态矩阵，即计算出载体坐标系与导航坐标系之间的关系，从而把载体坐标系的加速度计信息转换为导航坐标系下的信息，然后进行导航计算。
3、捷联惯性测量单元(inertial measurement unit，imu)是惯导系统的核心组件，是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。其惯性测量单元(imu)主要由3个光纤陀螺(北向陀螺、东向陀螺和天向陀螺)和3个加速度计组成，利用惯性导航初始对准进行寻北，然后通过捷联惯性导航算法解算出航向角，抗干扰能力强，适用于车载雷达、矿山测绘隧道勘探等领域，导航精度较高。
4、寻北仪对转位机构的要求主要包括角定位精度、体积、质量、成本、功耗等。现有技术通常选用伺服电机控制系统或高精度步进电机作为执行机构，利用精密的机械结构，如精密端齿盘或精密电磁锁
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种寻北仪的转位机构和控制方法，通过直流电机作为转位机构的执行机构，控制解算板实现直流电机的正/反转控制和限位控制，利用控制方法优化寻北仪结构，降低转位机构和控制电路的复杂程度，减小寻北仪的整体体积，提高测量结果精度。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种寻北仪的转位机构和控制方法，包括：限位电机、转位电机、安装支座、主动轮、从动轮、主限位块、从限位块、控制解算板、旋转组件；
4、所述安装支座上方设有旋转组件，所述旋转组件通过连接轴与安装支座下方的从动轮连接，所述从动轮下方设有从限位块，所述从限位块与主限位块端部的限位止挡接触，所述主限位块与设置在安装支座上方的限位电机的输出轴固定连接，所述从动轮与主动轮啮合，所述主动轮安装在安装支座下且与设置在安装支座上方的转位电机的输出轴固定连接，所述转位电机和所述限位电机的输入轴连接至控制解算板的控制端；
5、所述控制解算板用于读取所述转位电机的转动行程、控制所述限位电机与转位电机的正/反转、采集四位置旋转组件信号数据进行寻北解算。
6、优选的，所述旋转组件包括陀螺仪、加速度计和转台，所述陀螺仪和所述加速度计固定在转台上。
7、优选的，所述限位电机、转位电机以及旋转组件设置安装在安装支座的同一侧面上。
8、优选的，所述转位电机和所述限位电机采用直流电机。
9、优选的，所述转位电机中包括光电编码器和电机，所述光电编码器的输入端与所述电机的输出端连接。
10、优选的，所述方法利用上述的寻北仪的转位机构实现，包括以下步骤：
11、s1、利用控制解算板控制限位电机正转，主限位块到达止挡位，并控制转位电机反转，利用与转位电机连接的主动轮带动从动轮转动，实现旋转组件的转动，并通过光电编码器的脉冲进行计数，记录转位电机所处位置；
12、s2、利用限位控制，当光电编码器的脉冲计数不变时，转位电机处于堵转状态，旋转组件处于机械零度位置，完成初始化阶段；
13、s3、获取电气零度位置，并将所述电气零度位置作为旋转组件目标位置；
14、s4、利用控制解算板控制限位电机反转，主限位块到达开放位，并控制转位电机正转，通过光电编码器记录的转位电机的转动行程，从动轮带动旋转组件至目标位置；
15、s5、利用控制解算板依次对转位电机和限位电机断电，采集断电后目标位置数据；
16、s6、利用控制解算版控制转位电机和限位电机上电，将目标位置作为当前位置，将下一90度位置作为新的目标位置，返回步骤s4；
17、s7、重复步骤s4-s6，依次完成180度、270度的转位及数据采集，并对四位置的采集数据通过控制解算板进行寻北解算，完成寻北转位阶段；
18、s8、控制解算板确保主限位块位于止挡位，并根据光电编码器所记录转台转动270度的脉冲数，旋转组件反向转动相应脉冲数，直至光电编码器的脉冲计数不变时，转位电机处于堵转状态，旋转组件处于机械零度位置，完成控制过程。
19、优选的，步骤s2中，所述限位控制的具体方式为，根据所述主限位块到达止挡位，主限位块端部的限位止挡与从限位块接触产生限制，从而限制旋转组件转动。
20、优选的，步骤s3中，所述电气零度位置，根据读取flash存储器中该转位机构安装误差，获取转位机构偏差角，根据光电编码器的脉冲，对应转动旋转组件，使其到达电气零度位置。
21、优选的，步骤s6中，所述下一90度位置的判断的具体方式为，根据光电编码器的脉冲计算得到旋转组件转动的角度。
22、与现有技术相比，本专利技术技术原理具有如下有益效果：
23、1、本专利技术通过初始化阶段，能够对旋转组件进行初始化矫正，保证旋转组件处于机械零度位置，从而使后续寻北阶段转位阶段准确性提高，并通过转位电机中的光电编码器的脉冲进行计数，记录转位电机转动行程，判断转位电机是否堵转，并通过脉冲计数判断转台是否归零，从而提高精度。
24、2、本专利技术通过对转位电机和限位电机进行断电操作，使旋转组件停止转动，在完成数据采集后再次上电，限位电机断电后不易反驱，提高数据采集的准确性。
25、3、本专利技术通过光电编码器的脉冲计数，从而只需设置1个从限位块即可完成四位置转位，通过对控制方法的改进，优化寻北结构降低控制电路的复杂程度，减小了转位机构的体积，从而有效减轻了寻北仪的重量。
26、4、本专利技术在完成四位置寻北转位后，通过光电编码器所记录转台转动270度的脉冲数，使转台逆时针转动相应的脉冲数，对转台进行归零，使其回到转台的机械零度位置，从而保证下一次的寻北更加便捷与精确。
27、5、本专利技术采用直流电机作为转位机构的执行机构，该直流电机功率较大且惯量小，具有高精度、小体积、低成本的优点。
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1.一种寻北仪的转位机构，其特征在于，包括限位电机、转位电机、安装支座、主动轮、从动轮、主限位块、从限位块、控制解算板、旋转组件；
2.如权利要求1所述的寻北仪的转位机构，其特征在于，所述旋转组件包括陀螺仪、加速度计和转台，所述陀螺仪和所述加速度计固定在转台上。
3.如权利要求1所述的寻北仪的转位机构，其特征在于，所述限位电机、转位电机以及旋转组件设置安装在安装支座的同一侧面上。
4.如权利要求1所述的寻北仪的转位机构，其特征在于，所述转位电机和所述限位电机采用直流电机。
5.如权利要求1所述的寻北仪的转位机构，其特征在于，所述转位电机中包括光电编码器和电机，所述光电编码器的输入端与所述电机的输出端连接。
6.一种寻北仪转位机构的控制方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1至5所述的寻北仪的转位机构实现，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的寻北仪转位机构的控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述限位控制的具体方式为，根据所述主限位块到达止挡位，主限位块端部的限位止挡与从限位块接触产生限制，从而限制旋转组件转动
8.如权利要求6所述的寻北仪转位机构的控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述电气零度位置，根据读取flash存储器中该转位机构安装误差，获取转位机构偏差角，根据光电编码器的脉冲，对应转动旋转组件，使其到达电气零度位置。
9.如权利要求6所述的寻北仪转位机构的控制方法，其特征在于，步骤S6中，所述下一90度位置的判断的具体方式为，根据光电编码器的脉冲计算得到旋转组件转动的角度。
...【技术特征摘要】
1.一种寻北仪的转位机构，其特征在于，包括限位电机、转位电机、安装支座、主动轮、从动轮、主限位块、从限位块、控制解算板、旋转组件；
2.如权利要求1所述的寻北仪的转位机构，其特征在于，所述旋转组件包括陀螺仪、加速度计和转台，所述陀螺仪和所述加速度计固定在转台上。
3.如权利要求1所述的寻北仪的转位机构，其特征在于，所述限位电机、转位电机以及旋转组件设置安装在安装支座的同一侧面上。
4.如权利要求1所述的寻北仪的转位机构，其特征在于，所述转位电机和所述限位电机采用直流电机。
5.如权利要求1所述的寻北仪的转位机构，其特征在于，所述转位电机中包括光电编码器和电机，所述光电编码器的输入端与所述电机的输出端连接。
6.一种寻北仪转位机构的控...
【专利技术属性】
技术研发人员：李林，卜凡伟，邓莉，
申请(专利权)人：重庆华渝电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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