一种微型框架导引头伺服机构及其设备的制作方法

1.本技术属于航空飞行器技术领域，具体涉及一种微型框架导引头伺服机构及应用微型框架导引头伺服机构的设备。


背景技术：

2.导引头伺服机构作为精确制导武器、光电侦察与火控、高分辨率对地观测、机器人等系统的重要组成部分，用于无人飞行器的目标观察和目标导引，其结构性能的优劣直接影响着导引头系统的整体性能。
3.导引头伺服机构一般由驱动电机、传动结构部件和执行机构等几个部分组成，其中传动结构部件的机械结构对整个伺服机构系统的性能指标有重大影响，因此提高导引头伺服机构机械传动部件的精度显得尤为迫切。
4.目前现有导引头伺服机构多采用电机和光学系统直连的方式，电机和框架直连存在的问题是，在空间尺寸一定的情况下，电机输出力矩较小，在风载、发射过载或者机动过载的情况导引头容易出现扰动，影响图像效果；若选择输出大输出力矩电机，则占用体积和重量较大，不满足微型飞行器的使用要求。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种微型框架导引头伺服机构及其设备，解决了目前现有导引头伺服机构的电机输出力矩较小，在过载的情况下导引头容易出现扰动的问题。本技术实现了导引头在满足体积小重量轻的要求下，抗风载和过载能力强。
6.1.为解决上述问题，本技术所采用的技术方案是：2.一种微型框架导引头伺服机构，包括滚转支撑座、滚转底座、光学镜头组件，滚转支撑座上设置有滚转转轴，滚转底座通过滚转转轴安装在滚转支撑座上；光学镜头组件上设置有俯仰转轴，俯仰转轴安装在光学镜头组件两侧设置的支架上，光学镜头组件通过支架安装在滚转底座上，在滚转底座与光学镜头组件之间设置有用于控制和驱动光学镜头组件转动的控制组件和驱动机构，所述控制组件电连接于驱动机构。
7.为进一步优化，本技术在如下方面做了改进：在一些实施例中，所述光学镜头组件的驱动机构包括滚转驱动机构和俯仰驱动机构。
8.在一些实施例中，所述滚转驱动机构包括滚转电机和滚转减速器，滚转电机的动力输出端连接滚转减速器，所述滚转减速器与滚转转轴之间设置第一传动组件，滚转减速器通过第一传动组件和滚转转轴连接于滚转底座。第一传动组件包括第一主动轮、第一从动轮以及连接第一主动轮和第一从动轮的第一传动部件，第一主动轮连接滚转减速器；所述第一从动轮与滚转底座之间设置滚转轴承，所述第一从动轮通过滚转轴承安装在滚转底座上。
9.在一些实施例中，所述俯仰驱动机构包括俯仰电机和俯仰减速器，俯仰电机的动
力输出端连接俯仰减速器，所述俯仰减速器与光学镜头组件的俯仰转轴之间设置第二传动组件，第二传动组件连接俯仰减速器和光学镜头组件。所述第二传动组件包括第二主动轮、第二从动轮以及连接第二主动轮和第二从动轮的第二传动部件，所述第二主动轮连接俯仰减速器；所述第二从动轮与光学镜头组件的俯仰转轴之间设置俯仰轴承，所述第二从动轮通过俯仰轴承安装在光学镜头组件的俯仰转轴的一端。
10.在一些实施例中，所述滚转减速器和俯仰减速器均选用行星齿轮减速器。
11.在一些实施例中，所述控制组件包括滚转控制电路板和俯仰控制电路板，以及与滚转控制电路板和俯仰控制电路板配套设置的滚转电位计和俯仰电位计；所述滚转电位计安装在滚转控制电路板上，滚转控制电路板安装在滚转转轴上；所述滚转控制电路板通过螺纹柱连接在滚转底座上；所述俯仰电位计安装在俯仰控制电路板上，俯仰控制电路板安装在俯仰转轴上，所述俯仰电位计与光学镜头组件同轴安装。
12.另外，本技术还提供了一种具有该微型框架导引头伺服机构的设备，所述设备的伺服机构为上述微型框架导引头伺服机构。
13.本技术的有益效果是：1. 本技术一种微型框架导引头伺服机构采用了滚转驱动机构和俯仰驱动机构组合式驱动，分别用于驱动光学镜头组件相对于滚转转轴和俯仰转轴做滚转和俯仰旋转运动。在结构设计上，滚转驱动机构和俯仰驱动机构采用了电机、行星齿轮减速器和皮带组合结构传动方式，有效克服了目前现有导引头伺服机构采用电机和光学镜头系统直接连接存在的电机输出力矩较小，风载、发射过载或者机动过载的情况下，导引头容易出现扰动，影响图像效果问题。
14.2．本技术一种微型框架导引头伺服机构采用该结构设计可以根据使用要求的不同搭载不同的光学镜头系统，在满足体积小重量轻的要求下，一方面实现对光学系统两个方向的运动控制，另一方面可以输出较大力矩，且能有效抗击飞行器飞行过程中风载和过载扰动。
15.3. 本技术一种微型框架导引头伺服机构的控制组件设置滚转控制电路板和俯仰控制电路板，与滚转控制电路板和俯仰控制电路板配套设置滚转电位计和俯仰电位计，且将滚转电位计和俯仰电位计分别对应同轴安装在对应的滚转转轴和俯仰转轴上分别用于测量光学组件轴向和俯仰旋转运动角度。上述电路板与电位计组合式的结构设计，在保证体积小轻量化的要求的同时，保证了测量旋转角度的精准度。
16.4.本技术一种微型框架导引头伺服机构通过滚转驱动机构和俯仰驱动机构的结构的优化，在满足使用要求的情况下，整体上具有体积小，重量轻，输出力矩大，稳定性和抗过载能力强的特点。
17.5.本技术一种微型框架导引头伺服机构具有广泛的适用性，可适用于制导武器、光电侦察与火控、高分辨率对地观测、机器人等多个领域。
附图说明
18.图1是本技术整体结构示意图；图2是本技术整体爆炸图；图3是本技术中滚转驱动机构安装在滚转底座上的剖视图；
图4是本技术中俯仰驱动机构安装在滚转底座上的局部剖视图；图5是本技术中俯仰驱动机构安装在滚转底座上的侧视图。
19.附图标记说明：图中：1、滚转底座；2、滚转支撑座； 3、光学镜头组件； 4、控制组件；41、滚转控制电路板；411、滚转电位计；42、俯仰控制电路板；421、俯仰电位计； 5、驱动机构；51、滚转驱动机构；511、滚转电机；512、滚转减速器； 52、俯仰驱动机构；521、俯仰电机；522、俯仰减速器；6、滚转转轴；7、滚转轴承；8、俯仰转轴；9、支架；10、第一传动组件；101、第一主动轮；102、第一从动轮；103、第一传动部件；11、保护罩；111、左护罩；112、右护罩；113、底罩；12、第二传动组件；121、第二主动轮；122、第二从动轮；123、第二传动部件；13、俯仰轴承；14、辅助安装架。
具体实施方式
20.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
21.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
23.如图1、图2所示，本技术一种微型框架导引头伺服机构是精确制导武器、光电侦察与火控、高分辨率对地观测、机器人等系统的重要组成部分，用于无人飞行器的目标观察和目标导引。
24.微型框架导引头伺服机构包括滚转底座1、滚转支撑座2、光学镜头组件3以及保护罩11。
25.保护罩11包括左护罩111、右护罩112以及底罩113，左护罩111和右护罩112分别通过螺钉连接在光学镜头组件3两侧设置的的支架，底罩113通过螺钉安装在滚转底座1上，用于保护伺服机构。
26.在滚转底座1与光学镜头组件3之间设置用于控制和驱动光学镜头组件的控制组件4和驱动机构5，控制组件4电连接于驱动机构5，用于控制驱动机构5驱动光学镜头组件沿轴向或俯仰方向转动。
27.滚转支撑座2上设置有滚转转轴6，滚转底座1通过滚转转轴6安装在滚转支撑座2上，滚转底座1可滚转转轴6绕滚转支撑座2的轴心做旋转运动。滚转转轴6一端通过底部设置的滚转轴承7安装在滚转支撑座1上，另一端连接光学镜头组件3。
28.光学镜头组件3上设置有俯仰转轴8，在光学镜头组件3的俯仰转轴8左右两侧设置
支架9，左、右两侧设置的支架用于支撑光学镜头组件3。光学镜头组件3通过俯仰转轴8两侧设置的支架9安装在滚转底座1上，光学镜头组件3可沿俯仰转轴8做旋转运动。
29.光学镜头组件的轴向滚转和上下俯仰旋转是通过驱动机构实现的，光学镜头组件的驱动机构5包括滚转驱动机构51和俯仰驱动机构52，分别用于驱动在轴向和俯仰两个方向的转动，在驱动机构的驱动下，光学镜头组件实现了对目标的多角度观察和导引。
30.如图2、图3所示，驱动光学镜头轴向方向滚转运动的滚转驱动机构51包括滚转电机511和滚转减速器512。
31.滚转电机511是滚转驱动的动力输出机构，为光学镜头组件提供轴向的滚转运动提供动力。滚转减速器是光学镜头组件做滚转运动的中间力矩传递机构，用于提升动力输出力矩，本实施中滚转减速器选用是行星齿轮减速器，输出力矩大，稳定性和抗过载能力强。
32.为实现光学镜头组件的轴向滚转运动，滚转电机511的动力输出端与滚转减速器512的中心齿轮固连，滚转电机511和滚转减速器512安装在光学镜头组件3一侧的支架9上。在滚转减速器512与滚转转轴6之间设置第一传动组件10，滚转减速器512通过第一传动组件10和滚转转轴6连接于滚转底座1，滚转减速器将滚转电机输出动力传递给滚转底座，从而驱动滚转底座带动光学镜头组件轴向滚转。
33.滚转减速器512与滚转转轴6之间的第一传动组件10包括第一主动轮101、第一从动轮102以及连接第一主动轮101和第一从动轮102的第一传动部件103。
34.第一主动轮101通过轴承安装在滚转底座1上，第一主动轮102的动力输入端连接滚转减速器512。第一从动轮102通过滚转轴承7和滚转支撑座2安装在滚转底座1上。
35.第一传动组件10可采用带轮传动组件或链轮传动组件，也可以采用满足上述传动要求的其他替代传动方式。本实施例中，第一传动组件10选用的是带轮传动组件，其中，第一主动轮101选择用的小带轮，第一从动轮102选用的是大带轮，第一传动部件103选用的皮带。
36.安装时，小带轮通过轴承固定在滚转底座上，小带轮和大带轮之间通过皮带连接传递动力，滚转电机的动力输出轴连接小带轮，顶丝将小带轮固定在滚转电机的动力输出轴上，并通过皮带将旋转动力传递给大带轮，大带轮通过滚转轴承安转在滚转底座上。
37.滚转驱动机构工作时，滚转电机转动带动行星齿轮减速器的输出轴转动，行星齿轮减速器的输出轴转动带动小带轮转动，滚转电机带动小带轮一边做自转，一边绕滚转支撑座中心做旋转运动。小带轮通过皮带带动大带轮转动，大带轮带动光学镜头组件一起转动，实现对光学镜头组件轴向的旋转运动的控制。
38.如图4、图5所示，光学镜头组件的俯仰运动是通过俯仰驱动机构驱动实现的，俯仰驱动机构52包括俯仰电机521和俯仰减速器522。
39.俯仰电机521是滚转驱动的动力输出机构，为光学镜头组件提供俯仰旋转运动提供动力。
40.俯仰减速器522是光学镜头组件做俯仰旋转运动的中间力矩传递机构，用于提升动力输出力矩，本实施中俯仰减速器同样选用的是行星齿轮减速器，输出力矩大，抗过载能力强。
41.俯仰电机521和俯仰减速器522通过螺纹连接，俯仰电机521的动力输出端与俯仰
减速器522的中心齿轮固连，俯仰电机521和俯仰减速器522通过辅助安装架14安装在光学镜头组件3两侧的支架9上。在俯仰减速器521与光学镜头组件3的俯仰转轴8之间设置第二传动组件12，第二传动组件12连接俯仰减速器522和光学镜头组件3。
42.第二传动组件12包括第二主动轮121、第二从动轮122以及连接第二主动轮121和第二从动轮122的第二传动部件123。第二主动轮121连接俯仰减速器522，第二从动轮122与光学镜头组件3的俯仰转轴8之间设置俯仰轴承13，第二从动轮122通过俯仰轴承13安装在光学镜头组件的俯仰转轴8的一端。
43.第二传动组件12可采用带轮传动组件或链轮传动组件，以及可以实现上述传动要求的其他已公开的替代传动方式。
44.本实施例中，第二传动组件12选用的是带轮传动组件，其中，第二主动轮121选择用的小带轮，第二从动轮122选用的是大带轮，第二传动部件123选用的皮带。
45.俯仰驱动机构工作时，俯仰电机转动带动行星齿轮减速器的输出轴转动，行星齿轮减速器的输出轴转动带动小带轮转动，小带轮通过皮带带动大带轮转动，大带轮带动光学镜头组件一起转动，实现对光学镜头组件俯仰方向上旋转运动的控制。
46.控制组件4是控制光学镜头组件3做滚转和俯仰旋转运动的控制机构。控制组件4包括滚转控制电路板41和俯仰控制电路板42，以及与滚转控制电路板41和俯仰控制电路板42配套设置的滚转电位计411和俯仰电位计421。
47.滚转电位计411安装在滚转控制电路板41上，滚转控制电路板41安装在滚转转轴上，滚转控制电路板41通过螺纹柱连接在滚转底座1上，滚转电位计411与滚转控制电路板41同轴安装，用于测量光学光学镜头组件的轴向旋转角度。
48.俯仰电位计421安装在俯仰控制电路板42上，俯仰控制电路板42安装在俯仰转轴8上，所述俯仰电位计421与光学镜头组件3同轴安装，用测量俯仰旋转角度。
49.工作时，滚转运动过程为，滚转支撑座固定不动，在滚转电机带动行星齿轮减速器转动，行星齿轮减速器带动小带轮转动，小带轮通过皮带将力矩传递到大带轮上，在力矩作用下滚转底座绕滚转转轴做旋转运动，滚转电位计绕旋转轴转动，可以反馈转动角度信息。
50.俯仰运动过程：俯仰电机带动行星齿轮减速器转动，行星齿轮减速器带动小带轮转动，小带轮通过皮带带动大带轮和光学镜头组件一起做旋转运动。俯仰电位计轴孔与镜头组件同轴安装，记录光学镜头组件俯仰旋转角度。
51.另外，本技术还提供了一种具有该微型框架导引头伺服机构的设备，所述设备的伺服机构为上述微型框架导引头伺服机构。
52.以上所述只是本技术的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种微型框架导引头伺服机构，其特征在于，包括滚转支撑座、滚转底座、光学镜头组件，滚转支撑座上设置有滚转转轴，滚转底座通过滚转转轴安装在滚转支撑座上；光学镜头组件上设置有俯仰转轴，俯仰转轴安装在光学镜头组件两侧设置的支架上，光学镜头组件通过支架安装在滚转底座上，在滚转底座与光学镜头组件之间设置有用于控制和驱动光学镜头组件转动的控制组件和驱动机构，所述控制组件电连接于驱动机构。2.根据权利要求1所述的一种微型框架导引头伺服机构，其特征在于，所述光学镜头组件的驱动机构包括滚转驱动机构和俯仰驱动机构。3.根据权利要求2所述的一种微型框架导引头伺服机构，其特征在于，所述滚转驱动机构包括滚转电机和滚转减速器，滚转电机的动力输出端连接滚转减速器，所述滚转减速器与滚转转轴之间设置第一传动组件，所述滚转减速器通过第一传动组件和滚转转轴连接于滚转底座。4.根据权利要求3所述的一种微型框架导引头伺服机构，其特征在于，所述第一传动组件包括第一主动轮、第一从动轮以及连接第一主动轮和第一从动轮的第一传动部件，所述第一主动轮连接滚转减速器；所述第一从动轮与滚转底座之间设置滚转轴承，所述第一从动轮通过滚转轴承安装在滚转底座上。5.根据权利要求2所述的一种微型框架导引头伺服机构，其特征在于，所述俯仰驱动机构包括俯仰电机和俯仰减速器，俯仰电机的动力输出端连接俯仰减速器，所述俯仰减速器与光学镜头组件的俯仰转轴之间设置第二传动组件，第二传动组件连接俯仰减速器和光学镜头组件。6.根据权利要求5所述的一种微型框架导引头伺服机构，其特征在于，所述第二传动组件包括第二主动轮、第二从动轮以及连接第二主动轮和第二从动轮的第二传动部件，所述第二主动轮连接俯仰减速器；所述第二从动轮与光学镜头组件的俯仰转轴之间设置俯仰轴承，所述第二从动轮通过俯仰轴承安装在光学镜头组件的俯仰转轴的一端。7.根据权利要求4所述的一种微型框架导引头伺服机构，其特征在于，所述滚转减速器选用行星齿轮减速器。8.根据权利要求6所述的一种微型框架导引头伺服机构，其特征在于，所述俯仰减速器选用行星齿轮减速器。9.根据权利要求1所述的一种微型框架导引头伺服机构，其特征在于，所述控制组件包括滚转控制电路板和俯仰控制电路板，以及与滚转控制电路板和俯仰控制电路板配套设置的滚转电位计和俯仰电位计；所述滚转电位计安装在滚转控制电路板上，滚转控制电路板安装在滚转转轴上；所述滚转控制电路板通过螺纹柱连接在滚转底座上；所述俯仰电位计安装在俯仰控制电路板上，俯仰控制电路板安装在俯仰转轴上，所述俯仰电位计与光学镜头组件同轴安装。10.一种具有该微型框架导引头伺服机构的设备，其特征在于，所述设备的伺服机构为权利要求1-9任意一项所述微型框架导引头伺服机构。

技术总结
本申请公开了一种微型框架导引头伺服机构及其设备，包括滚转支撑座、滚转底座、光学镜头组件，滚转支撑座上设置有滚转转轴，滚转底座通过滚转转轴安装在滚转支撑座上；光学镜头组件上设置有俯仰转轴，俯仰转轴安装在光学镜头组件两侧设置的支架上，光学镜头组件通过支架安装在滚转底座上，在滚转底座与光学镜头组件之间设置有用于控制和驱动光学镜头组件转动的控制组件和驱动机构，所述控制组件电连接于驱动机构。本申请解决了目前现有导引头伺服机构的电机输出力矩较小，在过载的情况下导引头容易出现扰动的问题。本申请实现了导引头在满足体积小重量轻的要求下，可以抵抗风载和机动过载的要求，具有输出力矩大，抗风扰、过载能力强的特点。力强的特点。力强的特点。


技术研发人员：刘晓东 李保平 葛航宇 马伍元 陈跷圻 张治峰
受保护的技术使用者：中天引控科技股份有限公司
技术研发日：2022.02.08
技术公布日：2022/5/25