[发明专利]光电吊舱多级稳像/回扫复合控制系统

权利要求书

1.一种光电吊舱多级稳像/回扫复合控制系统，其特征在于：由六自由度振动隔离装置(1)、稳像控制装置(2)、稳像回扫装置(3)及光电吊舱组成；其中六自由度振动隔离装置(1)的基座与无人机机架固连，载物台与光电吊舱固连，基座与载物台通过六个隔振单元相连，当基座受到振动干扰时，通过这六个隔振单元的伸缩运动可以削弱传递到光电吊舱的振动；稳像控制装置(2)通过将光电吊舱残余振动的加速度作为反馈产生控制力以进一步抑制光电吊舱的振动；稳像回扫装置(3)则通过测量光电吊舱的姿态角实现稳像回扫一体化控制；

六自由度振动隔离装置(1)包括载物台(101)、隔振单元(102)和基座(103)；其中：所述载物台(101)包括固定板(104)、上连接块(105)和关节轴承支座(106)，固定板(104)为六边形扁平结构件，三条长边长度相等，三条短边长度相等，三个上连接块(105)分别固定在固定板(104)中的三条短边位置上，最长边与短边重合，每一个上连接块(105)安装固定两个关节轴承支座(106)；所述基座(103)包括底板(108)、下连接块(107)和关节轴承支座(106)，底板(108)形状与固定板(104)相同，下连接块(107)为直角等腰梯形结构件，三个下连接块(107)分别固定在底板(108)中的三条短边位置上，下连接块(107)中两个等腰平面上分别连接一个关节轴承支座(106)；载物台(101)和基座(103)的每一个关节轴承支座(106)通过铰制孔螺栓和关节轴承(118)分别连接一个隔振单元(102)的动关节轴承接头(109)和定关节轴承接头(119)；所述的隔振单元的被动隔振部分包括T形块(112)、支撑弹簧(113)、直线轴承(123)、第二连接螺钉(124)、二力杆(125)、杠杆(111)和横向弹簧(116)，主动隔振部分包括加速度传感器(114)、电机驱动杆(115)、第一连接螺钉(117)、电机安装筒(120)、线圈(121)、磁铁系统(122)和外部驱动控制系统，机械接口部分包括动关节轴承接头(109)、螺纹连接块(110)、关节轴承(118)和定关节轴承接头(119)；所述T形块(112)顶部设有圆孔、底部设有螺纹孔，左右两端分别与杠杆(111)中心孔连接作为固定铰支，支撑弹簧(113)下端与T形块(112)顶部圆孔的底部接触，上端受动关节轴承接头(109)底部压紧，动关节轴承接头(109)外径与直线轴承(123)径向配合，直线轴承(123)外圈与T形块(112)顶部固定，定关节轴承接头(119)的螺纹端与T形块(112)的底部连接固定，另一端与关节轴承(118)固定；螺纹连接块(110)通过螺纹固定在动关节轴承接头(109)外围，两端分别通过铰链连接一个二力杆(125)，二力杆(125)的另一端通过铰链与一个杠杆(111)的一端连接，杠杆(111)的另一端通过铰链与一个电机驱动杆(115)连接；音圈电机的主要构件包括电机驱动杆(115)、线圈(121)、磁铁系统(122)和横向弹簧(116)，电机驱动杆(115)沿电机轴向运动，在磁铁系统(122)内运动的部分作为线圈(121)的支架，外侧面与线圈(121)内侧面贴合固定，底部压紧一个横向弹簧(116)的一端，横向弹簧(116)另一端与磁铁系统(122)的底部接触，音圈电机通过电机安装筒(120)固定在T形块(112)的两侧，电机驱动杆(115)在远离横向弹簧(116)的一端固定有加速度传感器(114)，其信号通过传感器电缆传输到外部驱动控制系统，系统输出信号通过电机安装筒(120)外壁上圆孔传回音圈电机；当装置底部受到振动时，螺纹连接块(110)偏离平衡位置，偏移量依次通过二力杆(125)和杠杆(111)使电机驱动杆(115)产生偏移，横向弹簧(116)产生使螺纹连接块(110)偏离平衡位置的分力，形成负刚度，同时位于电机驱动杆(115)另一端的加速度传感器(114)测到电机驱动杆(115)偏移运动的加速度信号并输出，外部驱动控制系统将加速度作为负反馈积分放大后算得电机力；

稳像控制装置(2)包括外壳结构部分，测量元件及作动机构；外壳结构部分包括顶盖(201)、外筒(202)及安装法兰(203)，该外壳结构部分与光电吊舱固连，为作动机构与光电吊舱之间提供稳定连接；测量元件为加速度计(204)，通过测量光电吊舱的振动加速度为ADC控制器提供控制输入；作动机构包括弹簧(205)、作动器动子安装筒(206)、作动器动子(207)及作动器定子(208)，其中作动器动子安装筒与作动器动子组成辅助质量，由ADC控制器输出驱动产生控制力，以抑制光电吊舱的振动；

稳像回扫装置(3)包括：反射镜(301)；由音圈电机线圈(302)与音圈电机永磁体(303)组成的摆动音圈电机；转角反馈部分；由十字形连接件(305)、金属轴(306)、两个T形连接件(307)与两个梯形连接件(308)组成的万向铰链；基座(309)；环形轴套(310)；第一紧固螺钉(311)；第二紧固螺钉(312)；第三紧固螺钉(313)；其中：基座(309)固连光电吊舱，反射镜(301)通过万向铰链与基座(309)相连，音圈电机一端与基座(309)相连，另一端与反射镜(301)相连，转角反馈部分的激光位移传感器(304)与基座(309)相连于驱动部分下方；

所述反射镜(301)包括反射镜面与机械接口，反射镜面用于调整光路，保证光电吊舱内光学仪器在各种工况下的稳相；反射机械接口为两道矩形凹槽，用于与万向铰链部分连接；

所述万向铰链通过梯形连接件(308)与基座(309)相连，通过T形连接件(307)与反射镜(301)背面的机械接口胶合，T形连接件(307)与梯形连接件(308)分别连接到十字形连接件(305)的两轴上，则反射镜(301)可以通过绕万向铰链的两正交轴做扭转运动完成相对于基座(309)的任意方向转动；安装完成后定义万向铰链两正交轴分别为光电吊舱稳像回扫一体化控制装置X轴与Y轴；

所述摆动音圈电机由音圈电机线圈(302)与音圈电机永磁体(303)组成，音圈电机永磁体(303)垂直穿过音圈电机线圈(302)且与音圈电机线圈(302)间保持一定间隙，音圈电机两两一组，每组音圈电机呈对称布置，对称平面垂直于反射镜平面且过反射镜中点，两组音圈电机连线均与X轴夹角22.5°；安装时其音圈电机线圈(302)部分与基座(309)通过螺钉相连，音圈电机永磁体(303)与反射镜(301)胶合；此种结构下，反射镜(301)可以在X轴上获得较音圈电机最大行程更大的偏转角度；

所述转角反馈部分包括四个激光位移传感器(304)，胶装于驱动部分音圈电机永磁体正下方的基座平面上，测量的数据为音圈电机永磁体距激光位移传感器的距离；音圈电机工作时，音圈电机永磁体与基座(309)发生相对运动，由于每组音圈电机以反射镜中心呈对称布置，故激光传感器可以得到两组关于音圈电机转角的差分数据，进而得到反射镜转角数据。