传感器或组合式传感器一武器战地单元(“战地单元”)，例如广域 武器，通常按照穿越防御位置的预定区域分布。这样的单元根据许多 技术散布，包括从空中位置散布，从移动卡车上抛落，或者由安装人 员手工放置。一旦展开，需要战地单元扶直(righting)自己从而传感 器可以开始搜索威胁或感兴趣的目标。
战地单元可以包括例如罐形的大的上主体，其悬在下基座之上。 基座可以包括用于旋转和定位上主体的各种机构。多个腿或脚典型地 从基座释放以用于扶直和稳定单元。上主体容纳各种系统，所述系统 例如可以包括武器或多个子武器，天线，地震传感器，声学传感器， 光学传感器，雷达传感器，等等。
一旦确定威胁或感兴趣的目标，基座机构致使上主体摆动或倾斜 预定角并且旋转以便朝威胁的大致方向定向相关传感器或武器。因此， 可以在目标上收集附加数据，并且如果需要，武器朝那个方向开火。
在传统的战地单元中，上主体使用复杂的机械系统相对于基座以 固定的分度增量，例如以9度的增量旋转。另外，倾斜的角度也是固 定的，例如为45度倾斜角。这样的单元主要依靠用于扶直和旋转定位 的机械系统。它们例如包括用于展开脚以用于扶直单元的大载荷弹簧。 尽管这样的弹簧是可利用的最可靠的弹簧，但是它们倾向于是一次性 使用的弹簧，所以价格昂贵。另外，它们难以替换和维护，并且实际 上对于安装人员来说是危险的，原因是不适时的触发会导致严重伤害。
另外，以9度的分度增量被固定的旋转机构不会提供在现代跟踪 系统中可能另外需要的高精确度。这同样适用于上主体的固定45度倾 斜角。固定倾斜和旋转角倾向于限制这些单元的功能和效率。

本发明涉及解决传统方法的限制的系统和方法。特别是，本发明 提供了一种系统，通过该系统展开的战地单元提供了上主体旋转的连 续范围和上主体相对于下基座的摆动或倾斜角的连续范围。用于展开 腿的可选系统在它们释放时提供了连续的、受控的运动。为此，本发 明提供了一种具有更高灵活性、精确性和可靠性的系统。
在一个方面，本发明涉及一种用于控制主体的倾斜角和旋转角的 系统。旋转致动器联接到基座。枢转致动器联接到旋转致动器的输出 轴。旋转致动器控制枢转致动器的角位置。位移元件联接到枢转致动 器的输出轴。枢转致动器控制位移元件的线性位置。支承轴可枢转地 联接到位移元件。轴承，例如球面轴承，包括联接到基座的固定部分 和联接到支承轴的移动部分。以这种方式，所述位移元件的角位置和 线性位置被转化为所述支承轴中的相应旋转角和倾斜角。
在一个实施例中，支承轴从所述位移元件延伸通过所述轴承。所 述轴承例如可以包括球面轴承，在该情况下所述固定部分包括承窝 (socket)，所述移动部分包括球。例如包括武器，多个子武器，天线， 地震传感器，声学传感器或光学传感器的主体联接到所述支承轴。
在另一实施例中，所述旋转致动器包括步进电机。平台联接到所 述旋转致动器的所述输出轴，并且所述枢转致动器联接到所述平台。 所述枢转致动器例如可以包括线性致动器。在一个例子中，所述线性 致动器包括在螺杆中引起运动的步进电机，并且所述位移元件包括位 移滑座，所述螺杆与所述位移滑座中的相应螺纹配合以用于在所述位 移滑座中引起线性运动。所述线性致动器可以进一步包括轨道，并且 所述位移滑座可滑动地安装到所述轨道上。在另一例子中，所述线性 致动器包括在所述输出轴中引起线性运动的步进电机，所述输出轴与 所述位移元件配合以用于在所述位移元件中引起线性运动。
在另一实施例中，所述支承轴包括球面轴承，所述位移元件包括 与所述支承轴的球面轴承配合的承窝。作为另一选择，所述支承轴可 以包括圆盘轴承。所述基座可以进一步包括用于容纳所述基座的护罩， 在该情况下所述轴承的所述固定部分联接到所述护罩。所述主体的重 量基本上由所述护罩支承。
以这种方式，所述旋转致动器在角位置的连续范围上控制所述枢 转致动器的角位置，所述枢转致动器在线性位置的连续范围上控制所 述位移元件的线性位置。
在另一实施例中，多个腿可旋转地联接到所述主体。铰接接头网 络联接所述腿，并且电机旋转所述接头网络以用于全体展开所述腿。
在另一方面，本发明涉及一种用于控制主体的倾斜角和旋转角的 系统。所述系统包括基座，旋转致动器，线性致动器，和位移元件。 所述线性致动器控制所述位移元件的线性位置，所述旋转致动器控制 所述位移元件的角位置。支承轴可枢转地联接到所述位移元件。外壳 联接到所述基座以用于容纳所述旋转致动器，线性致动器和位移元件。 轴承包括联接到所述外壳的固定部分和联接到所述支承轴的移动部 分。以这种方式，所述位移元件的角位置和线性位置被转化为所述支 承轴中的相应旋转角和倾斜角。
在另一方面，本发明涉及一种用于控制主体的倾斜角和旋转角的 方法。围绕基座的纵轴在角位置的连续范围上控制位移元件的角位置。 相对于所述基座的纵轴在线性位置的连续范围上控制所述位移元件的 线性位置。所述位移元件在支承轴的第一位置可枢转地联接到所述主 体的支承轴，并且所述支承轴在所述支承轴的第二位置可枢转地联接 到所述基座。以这种方式，所述位移元件的角位置和线性位置被转化 为所述支承轴中的相应旋转角和倾斜角。
在另一方面，本发明涉及一种用于定位主体的方法。支承轴相对 于基座移动通过倾斜角的连续范围。所述支承轴围绕旋转轴旋转通过 旋转角的连续范围。联接到所述支承轴的主体由此移动到理想的旋转 角和倾斜角。
附图说明
从本发明的优选实施例的更具体描述将显而易见本发明的前述和 其它目标、特征和优点，所述优选实施例在附图中示出，其中在所有 不同视图中相似的参考字符表示相同的部件。附图不一定按照比例， 而是着重于示出本发明的原理。
图1是本发明的一个实施例的剖面侧视图。
图2是图1的实施例的透视图，其中为了进一步观察内部部件而 去除了基座的外护罩。
图3是根据本发明的图1的实施例的定位致动器的透视图。
图4是根据本发明的图1的实施例的截面侧视图。
图5A是根据本发明的图1的实施例的截面侧视图，其示出了枢转 致动器的操作。图5B是根据本发明的图1的实施例的截面侧视图，其 示出了旋转致动器的操作。
图6A是根据本发明依照第一球面轴承实施例的支承轴承与滑座 承窝(carriage socket)的接口的透视图。图6B和6C是根据本发明的 滑座承窝，球面轴承和护罩的球面轴承的相互作用的侧视图。
图7A是根据本发明依照第二圆盘轴承实施例的支承轴承与滑座 承窝的接口的透视图。图7B和7C是根据本发明的滑座承窝，圆盘轴 承和护罩的圆盘轴承的相互作用的侧视图。
图8是根据本发明控制主体的旋转角和倾斜角的方法的流程图。

参考图1，利用根据本发明的定位系统的战地单元包括上主体22， 基座24和多个腿26。在该实施例中，战地单元20通常为圆筒形。其 它形状可同样适用于本发明的原理。
腿26围绕基座24的下周边分布，并且铰接到基座24。在一个实 施例中，线性电机46用于驱动联接到所有腿26的双铰接接头网络44。 以这种方式，电机46和接头网络44控制腿26降低到适当位置，从而 在其功能上允许更大的控制和精度。腿26可以可选地为弹簧加载的， 以在它们的展开中帮助电机46。所述腿可以配备有一个或多个可选的 离合器，当需要时，例如在驱动腿时超过一定量的扭矩的情况下，所 述离合器将允许一个或多个所述腿相对于接头网络44滑动。
一个或多个离合器的使用可以允许战地单元从水平位置自己扶直 到理想方向，即使一个或多个腿例如被岩石或树枝阻碍。在这样的情 况下，未被阻碍的腿工作并且由于离合器滑动而正常展开，而被阻碍 的一个或多个腿保持部分展开或不展开。通过允许腿容易地移动到安 置位置，这样的离合器也可以便于收回展开的战地单元。
基座24包括用于相对于基座24枢转和旋转上主体22的枢转或线 性致动器50和旋转致动器52。枢转或线性致动器50和旋转致动器52 的操作和组成在下面关于图3，4和5A-5B进一步具体论述。基座24 包括护罩28，该护罩可操作地保护基座24的内部部件，同时根据本发 明，也用于支承上主体22的重量，这在下面进一步具体论述。外壳可 以由许多合适材料中的任何一个形成，例如塑料，组合物，合金，或 金属片，并且可以由许多合适方法中的任何一种成形，例如包括模铸， 压制或机械加工。
上主体22可以是任何形状并且可以由任何合适的材料制造。例如， 上主体22可以包括如图所示的圆筒形罐，其容纳许多系统中的任何一 个，例如包括如上所述的武器或多个子武器，天线，地震传感器，声 学传感器，光学传感器，雷达传感器，等等。由于可能容纳在上主体 22中的系统和部件的数量，上主体22倾向于具有大重量，从而在上述 的传统系统中难以定向。由于大重量，传统系统需要复杂的、重型的、 因而昂贵的机械系统来执行定向功能。
然而，本发明通过使用例如采用球面轴承36形式的万向接头将上 主体22联接到基座24的护罩28而减轻了该负担。在该例子中，支承 轴48从上主体22的下部延伸，并且支承轴48联接到球面轴承36的 球，或移动部分。轴承套37，或承窝，固定安装到护罩28的顶部(例 如参见下述的图4)并且球面轴承36相对于轴承套37自由旋转。支承 轴48延伸通过护罩28并且与上主体22的定位致动器60对接，所述 定位致动器包括线性致动器50和旋转致动器52，其位于基座中(例如 参见下述的图3)。以这种方式，球面轴承36和护罩28承受上主体22 的大部分重量，而上主体22的较小载荷通过支承轴48传递到定位致 动器60。这允许定位致动器60由较小的、精确的、轻型的和便宜的部 件形成，同时在定位上主体22的方向时提供改进的精度级。球面轴承 36例如可以包括从康涅狄格州托灵顿市托灵顿公司获得的一种类型的 轴承。
图2是图1的实施例的透视图，其中基座24的外护罩28被去除。 在该视图中，可以看出上主体22具有罐形的大体形状，其用于包含各 种系统。另外，定位致动器60的部件被暴露。如上所述，定位致动器 60包括枢转或线性致动器50和旋转致动器52。
在该例子中，如图所示，线性致动器50包括可操作地在线性方向 沿轨道40驱动滑座34的线性步进电机38。滑座34包括位于支承轴 48的末端的承窝35(参见图3，如下所述)。以这种方式，由线性致动 器38产生的滑座34的线性运动应用于支承轴承54，当所述支承轴承 移动时，引起上主体22朝相反方向移动，由于球面轴承36的位置固 定在护罩28中，因此球面轴承36用作枢转点。线性致动器50的线性 步进电机38可以包括许多合适电机中的任何一个，例如AH线性致动 器系列电机，其可从加利福尼亚州阿纳海姆市的Anaheim Automation 公司获得。
线性致动器50组件接着又安装到位于旋转致动器52的顶部上的 旋转平台32。在该例子中，旋转致动器52包括安装到基座外壳25的 旋转步进电机30。步进电机30包括联接到平台32的垂直电机轴。以 这种方式，由步进电机30产生的旋转致动器52的旋转运动可操作地 旋转枢转致动器组件50。线性致动器组件50的旋转接着又在上主体 22中引起旋转运动。
电路板42安装到基座24以用于控制步进电机30、线性致动器电 机38和/或腿电机46的操作。电路板42从系统电子设备接收命令，这 些命令与上主体22的理想枢转角和/或理想旋转角有关，和/或与腿电 机46展开腿26有关。
图3是根据本发明的图1的实施例的定位致动器60的透视图。如 上所述，定位致动器60包括用于引起和控制上主体22的旋转的旋转 致动器52，和用于引起和控制上主体22的枢转角或倾斜角的枢转致动 器50。
在该例子中，旋转致动器52包括安装到基座外壳25的高扭矩步 进电机30。步进电机30提供了对连接到电机30的轴的平台32的角位 置的精确控制。电机30在箭头66所指的方向引起了枢转致动器50的 旋转。旋转致动器52的旋转步进电机30可以包括许多合适电机中的 任何一个，例如L系列高扭矩步进电机，其可从加利福尼亚州阿纳海 姆市的Anaheim Automation公司获得。
在该例子中，线性或枢转致动器50包括线性步进电机38，枢转托 架或轨道40，和滑座34。轨道40联接到平台32并且与平台32一起 旋转。线性步进电机38类似地联接到轨道40和平台32。滑座34被配 置成在线性方向相对于轨道40滑动。轴62接合滑座34以在箭头68 所指的方向控制滑座34相对于轨道40的线性位置。
在一个实施例中，轴62可以包括由旋转步进电机旋转的传动螺杆， 该传动螺杆接合滑座34中的相应内螺纹。以这种方式，螺杆62的旋 转在滑座34中引起线性运动。在另一实施例中，电机38可以包括线 性步进电机，该线性步进电机包括不带螺纹的轴62。轴62从电机的主 体延伸一定的量，所述量受到电机的精确控制。轴62的末端接着又接 合滑座34以用于在电机38的控制下在滑座34中引起相对于轨道40 的线性运动。
滑座34包括在其上部中的承窝35，所述承窝被配置成与上主体 22的支承轴48的末端上的相应轴承54接合。参考图4的截面侧视图， 支承轴48从上主体的下部延伸并且安装到在轴承套37内旋转的球面 轴承36。轴承套37接着又安装到护罩28的上部。支承轴承54位于支 承轴48的末端，并且例如以滑动配合关系与滑座34的承窝35配合。
以这种方式，由定位致动器60引导的滑座34的线性和角位置可 操作地控制支承轴承54相对于球面轴承36的位置。这接着又可操作 地控制上主体22相对于基座24的俯仰角和旋转位置，同时主要通过 使用护罩28支承上主体22的重量，限制施加到定位致动器60的扭矩 的大小。
图5A是根据本发明的图1的实施例的截面侧视图，其示出了枢转 致动器50的操作。在该例子中，可以看到线性致动器38被启动以在 滑座34中在箭头68的方向引起线性运动。作为滑座在箭头68的方向 的线性运动的结果，支承轴48变成相对于护罩28翘起，并且在上主 体22中引起倾斜角α。
图5B是根据本发明的图1的实施例的截面侧视图，其示出了旋转 致动器52的操作。在该例子中，假设已经事先选择了倾斜角α，旋转 步进电机30被启动以在箭头66的方向引起平台32以和相应的枢转致 动器50的旋转运动。作为平台在箭头66的方向的旋转运动，支承轴 48通过球面轴承36相对于护罩28旋转，并且在该例子中上主体被旋 转180度的角位移量β。
尽管以上例子例举了倾斜角α定位之后上主体22的旋转方向，但 是本发明可同样适用于倾斜角α定位期间和倾斜角α定位之前引起上 主体22的旋转方向的实施例。
图6A是根据上述实施例的支承轴承54和滑座承窝35的接口的透 视图。图6B和6C是滑座承窝35，球面支承轴承54和护罩28的球面 轴承36，37的相互作用的侧视图。如上所述，球面轴承的承窝或固定 部分37联接到护罩28。球面轴承的球或移动部分36联接到上主体的 支承轴48。支承轴48在第一端联接到安装板49，该安装板被配置成 接收上主体。如上所述，支承轴48的第二端包括与滑座34的球面承 窝35配合的球或球面轴承54。如图6B和6C的图中所示，由线性致 动器启动的滑座34中的运动导致支承轴48相对于固定在护罩28中的 球面轴承承窝37枢转。
图7A是根据本发明的上述实施例的支承轴承和滑座承窝的一个 替代接口的透视图，其中支承轴承采用圆盘轴承76的形式。图7B和 7C是相应的滑座承窝77，圆盘轴承76和护罩28的球面轴承36，37 的相互作用的侧视图。在该实施例中，支承轴48的第二端包括与滑座 34的相应圆盘形承窝77配合的圆盘形轴承76。如图7B和7C的图中 所示，由线性致动器启动的滑座34中的运动导致支承轴48相对于固 定在护罩28中的轴承承窝37枢转。
尽管图5A和5B的以上例子示出了在假设为正向的第一方向引起 倾斜角α，滑座34以及相关的线性致动器电机38和轨道40可以可选 地被配置成允许在正向或负向引起倾斜角α。假设该配置，通过结合 线性致动器和旋转致动器52的操作，当球面轴承用作例如图4和图6A 中的支承轴承54时，通过旋转致动器52中相应的180度范围的运动， 可以在360度范围上实现上主体22的所有倾斜角和旋转角。因此，通 过以这种方式可选地将旋转致动器52限制到180度范围，旋转平台32 上的枢转致动器50电机38可以直接布线，而不需要信号的无线光学 传输和/或使用电刷将信号传递到旋转平台，原因在于消除了平台全程 旋转的可能性。
图8是根据本发明控制主体的旋转角和倾斜角的方法的流程图。 在步骤102，控制器确定位移元件围绕基座的纵轴的理想角位置并且将 其传递到旋转致动器。在步骤106，旋转致动器在角位置的连续范围上 将位移元件移动到理想角位置110。在步骤104，控制器确定位移元件 相对于基座的纵轴的理想线性位置并且将其传递到线性致动器。在步 骤108，线性致动器在线性位置的连续范围上将位移元件移动到理想线 性位置112。如上所述，位移元件在支承轴的第一位置可枢转地联接到 主体的支承轴并且所述支承轴在支承轴的第二位置可枢转地联接到护 罩。以这种方式，在步骤114位移元件的角位置和线性位置被转化为 所述支承轴和相应主体中的相应旋转角和倾斜角。
以这种方式，本发明提供了在角度的连续范围上对上主体的倾斜 角和旋转方向的控制。与具有固定倾斜角和分度(indexed)旋转位置 的传统系统相比，连续范围允许在定向上主体时具有更大的精度。这 通过使用商业上可获得的步进电机实现，而不需要专门的机械系统， 从而限制了费用，降低了重量，并且提高了优于传统方法的可靠性。 另外，上主体的重量主要或完全由基座的护罩支承，由此允许在定向 上主体时具有更大的精度，同时在底层定位致动器中使用轻质、精确 的部件。
本发明的另一优点在于能够自对准(self-level)或定位单元的上主 体。作为示例，在悬崖或小山上展开战地单元的情况下，可以通过相 应地调节上主体的倾斜角来补偿小山的角度。例如，当所述单元在10 度的堤岸上展开时，上主体可以通过将致动器水平和竖直定位来定位 上主体，而基座保持垂直于小山的坡度。以这种方式，所述单元能够 在不受坡度限制的情况下执行其任务。对于这样的地形情况，可以用 相对于基座的连续倾斜和旋转角将上主体设置和定位在任何地方，然 而在传统战地单元中，当加到上主体的固定倾斜角时，某些倾角将使 战地单元的上主体对准非希望的方向，例如小山的山坡中。
尽管参考其优选实施例特别显示和描述了该发明，本领域的技术 人员将会理解，在不脱离后附权利要求所限定的本发明的精神和范围 的情况下，可以产生各种形式的变化和细节。
例如，尽管以上的示例利用球面轴承将上主体的支承轴48联接到 护罩28，可以利用许多不同的万向接头或常平架，或其它接头中的任 何一个，以允许这样的自由运动。另外，尽管以上利用了单个球面轴 承，可以嵌入多个球面轴承以允许在上主体中相对于基座作更大范围 的运动。