一种可随意抛撒的重力基准保持装置 |
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| 申请号 | CN201410104710.9 | 申请日 | 2014-03-20 | 公开(公告)号 | CN103869826B | 公开(公告)日 | 2016-04-20 |
| 申请人 | 中北大学; | 发明人 | 杨卫; 张文栋; 赵迪; 刘前进; 金晓会; 徐胜; 侯爽; 王宝祥; 王淑平; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种可随意抛撒的重 力 基准保持装置，属于自动控制技术领域。解决了目前用于城市反恐等领域的侦查装置不能自动校正重力基准的技术问题。一种可随意抛撒的重力基准保持装置，包括一个内部为中空的 铁 饼状抛撒装置以及位于抛撒装置内部的重力基准保持装置；所述重力基准保持装置包括陀螺 支架 、设置在陀螺支架内部的陀螺 转子 以及自 锁 弹出装置；所述抛撒装置的顶部中心设有开口，陀螺支架位于开口下方且陀螺支架的底部及顶部均设有填充 泡沫 ；所述陀螺转子的表面固设有探测 传感器 阵列。本发明实现了一种在未知环境中随意抛撒后仍可安全着地，并自动判别地心方向，自动弹出侦查装置以及自动校正重力基准的装置。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种可随意抛撒的重力基准保持装置，其特征在于，包括一个内部为中空的铁饼状抛撒装置（1）以及重力基准保持装置本体（2）；所述重力基准保持装置本体（2）包括陀螺支架、设置在陀螺支架内部的球状的陀螺转子（3）以及自锁弹出装置；所述抛撒装置（1）的顶部中心设有开口，陀螺支架位于抛撒装置（1）开口下方且陀螺支架的底部及顶部均设有填充泡沫（4）；所述陀螺支架包括相交且二者中心重合的内环（8）和外环（9）；所述陀螺转子（3）通过与球心同轴的销轴转动设在内环（8）之间；所述外环（9）和内环（8）相交的位置处通过销轴转动连接；所述自锁弹出装置包括与陀螺支架外环转动连接的若干个探测支架、对应每个探测支架的若干组拉簧以及用于对陀螺支架限位的电磁开关；电磁开关对陀螺支架的外环限位；所述抛撒装置（1）外壳上表面环绕开口设有呈放射状的伸入到抛撒装置内部的若干条与探测支架数目相同的滑槽（10）；滑槽（10）的两个侧壁上沿与滑槽（10）走向相同的方向均开有滑轨（15），所述探测支架由与滑槽（10）走向平行的支撑杆（11）以及与支撑杆（11）一端垂直固接的滑动杆（16）组成，所述支撑杆（11）的另一端与陀螺支架外环（9）转动连接，滑动杆（16）滑动设置在滑槽（10）的滑轨内，所述每组拉簧包括两个拉簧（14）且分别位于抛撒装置内部滑槽（10）的两侧；每个拉簧（14）的一端固定在抛撒装置（1）靠近其中心口的内壁上，拉簧（14）的另一端固定在滑动杆（16）的端部；所述陀螺支架的最大外径小于抛撒装置（1）的顶部开口口径；所述陀螺转子（3）的表面固设有用于侦查的探测传感器阵列（6），陀螺转子（3）内部设有重力传感器（7）；所述抛撒装置（1）内部设有一个微处理器；微处理器的信号输出/输入端均与探测传感器阵列（6）以及重力传感器（7）的信号输入/输出端相连接；抛撒装置（1）内部还设有为探测传感器阵列（6）、重力传感器（7）、微处理器以及电磁开关供电回路供电的充电电池；所述微处理器的信号输出端串接在电磁开关的供电回路中。 |
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| 说明书全文 | 一种可随意抛撒的重力基准保持装置技术领域[0001] 本发明涉及一种可随意抛撒的重力基准保持装置，属于自动控制技术领域。 背景技术[0002] 目前针对城市搜救、反恐、防爆等对人员有重大生命威胁的敏感地区，进行危险情况下的信息侦查、网络监测，战地环境态势侦查感知具有至关重要的作用。 [0003] 现有技术中，在将相关侦查装置抛撒至上述危险区域后，由于地面环境复杂多变，随机布撒侦查装置后，地面的凸滑或者落地时的震动，会使侦查装置出现倾斜甚至反转，导致侦查装置无法正常进入工作状态。 [0004] 因此迫切需要一种可随意抛撒的且能够保持重力基准的装置，在该装置上组建各种传感器模块构成微型侦查装置，可以将该装置通过各类布撒方式在重要区域内大量布撒，实现战地环境态势实时侦查感知的功能。 [0005] 本发明就是在这样的背景下提出来的。 发明内容[0006] 本发明为解决目前用于城市反恐等领域的侦查装置不能自动校正重力基准的技术问题，提供一种可随意抛撒的重力基准保持装置。 [0007] 本发明是采用以下技术方案实现的：一种可随意抛撒的重力基准保持装置，包括一个内部为中空的铁饼状抛撒装置以及重力基准保持装置本体；所述重力基准保持装置本体包括陀螺支架、设置在陀螺支架内部的球状的陀螺转子以及自锁弹出装置；所述抛撒装置的顶部中心设有开口，陀螺支架位于抛撒装置开口下方且陀螺支架的底部及顶部均设有填充泡沫；所述陀螺支架包括相交且二者中心重合的内环和外环；所述陀螺转子通过与球心同轴的销轴转动设在内环之间；所述外环和内环相交的位置处通过销轴转动连接；所述自锁弹出装置包括与陀螺支架外环转动连接的若干个探测支架、对应每个探测支架的若干组拉簧以及用于对陀螺支架限位的电磁开关；电磁开关对陀螺支架的外环限位；所述抛撒装置外壳上表面环绕开口设有呈放射状的伸入到抛撒装置内部的若干条与探测支架数目相同的滑槽；滑槽的两个侧壁上沿与滑槽走向相同的方向均开有滑轨，所述探测支架由与滑槽走向平行的支撑杆以及与支撑杆一端垂直固接的滑动杆组成，所述支撑杆的另一端与与陀螺支架外环转动连接，滑动杆滑动设置在滑槽的滑轨内，所述每组拉簧包括两个拉簧且分别位于抛撒装置内部滑槽的两侧；每个拉簧的一端固定在抛撒装置靠近其中心口的内壁上，拉簧的另一端固定在滑动杆的端部；所述陀螺支架的最大外径小于抛撒装置的顶部开口口径；所述陀螺转子的表面固设有用于侦查的探测传感器阵列，陀螺转子内部设有重力传感器；所述抛撒装置内部设有一个微处理器；微处理器的信号输出/输入端均与探测传感器阵列以及重力传感器的信号输入/输出端相连接；抛撒装置内部还设有为探测传感器阵列、重力传感器、微处理器以及电磁开关供电回路供电的充电电池；所述微处理器的信号输出端串接在电磁开关的供电回路中。 [0008] 本发明的第一目的在于提供一个可随意抛撒的“铁饼”状抛撒装置，其内部带有各种电路模块，抛撒后的“铁饼”具有缓冲装置，确保所述内部各部件在着陆后完整实现各部功能。 [0009] 本发明的第二目的在于提供一个基于“陀螺支架”的重力基准保持装置，可在“铁饼”抛撒并着地后自动判断地心方向，确保侦查装置的坐标基准时刻保持与地心一致。 [0010] 本发明的第三目的在于提供一个可自动弹出的重力支架装置，在“铁饼”抛出且“陀螺支架”找准地心后，本装置可实现自动弹出，并微调位姿。 [0011] 本发明的第四目的在于提供一个第二重力感应基准模块，在“铁饼”状抛撒装置安全着地且稳定后，所述第二重力感应模块（重力传感器）开始工作，判断地心方向，确定“陀螺支架”重力基准保持装置的弹出方向，给出自锁弹出模块运动方向的指令。 [0012] 本发明的工作原理为:“铁饼”状抛撒装置抛出后，自由落地，由抛撒缓冲模块（填充泡沫）保护所述装置内部各装置完好，内设的充电电池为相应系统上电，然后基于“陀螺支架”的重力基准保持装置本体开始工作，通过陀螺转子确定自平衡后，其内置的重力传感器工作，确定“陀螺支架”的弹出方向，并同时触发自锁弹出装置的转换开关（即电磁开关），推出填充泡沫，自动弹出“陀螺支架”，然后“陀螺转子”模块进行位姿微调，而后侦查装置（探测传感器阵列）开始探测工作。所述探测器阵列以及重力传感器的工作原理以及结构均为本领域技术人员的公知技术。 [0013] 在“铁饼”状抛撒装置抛撒之前，拉簧属于拉伸状态，位于外环上的电磁开关将陀螺支架卡住，固定住整个重力基准保持装置。抛撒后，系统上电，微处理器控制电磁开关断开，释放外环，拉簧恢复稳态需要压缩，带动探测支架在滑槽内沿滑轨滑动，升起重力基准保持装置，实现自锁弹出功能。探测支架的滑动杆滑动设置滑槽两侧壁的滑轨内，可以沿着滑槽滑动。 [0014] 自锁弹出装置启动将陀螺支架推出抛撒装置，与探测支架支撑杆垂直的滑动杆端部在拉簧伸缩力的带动下向抛撒装置内开口处靠近滑动，同时带动陀螺支架升起，陀螺支架冲破填充泡沫钻出抛撒装置；陀螺支架可以完成自动校正重力基准的工作。 [0015] 重力传感器用于判断出整个重力基准保持装置的方向，并通过微处理器给电磁开关发出信号，控制电磁开关的开断；重力传感器测出整个陀螺支架找准地心方向后，就可以通过微处理器发送相应信号，控制电磁开关断开，将陀螺支架顶出抛撒装置。 [0017] 所述的陀螺转子为现有公知技术，它是一个纯机械结构，陀螺转子在重心作用下绕内外环转动摆正自己位置，其工作原理和工作过程均为本领域技术人员所熟知的。 [0019] 橡胶垫圈能够对整个装置起到更好的缓冲作用，保证整个重力基准保持装置不会因巨大振动造成损坏。四道滑槽等间距设置，在保证能够平稳的对重力基准保持装置定位、缓冲以及支撑的同时，使整个装置的结构简约，安装制造方便。 [0020] 本发明有益效果是：实现一种在未知环境中随意抛撒后仍可安全着地，并自动判别地心方向，自动弹出侦查装置的设备；所述侦查装置还可以自动找准地心，自动校正重力基准；整个装置结构简单，造价低。附图说明 [0021] 图1为本发明的整体结构示意图。 [0022] 图2为本发明所述的“铁饼”状抛撒装置缓冲保护模块说明图。 [0023] 图3本发明所述填充泡沫的俯视图。 [0024] 图4为本发明所述“陀螺支架”工作原理说明图。 [0025] 图5为本发明所述重力基准保持装置的工作状态示意简图。 [0026] 图6为本发明所述重力基准保持装置的全系统工作流程图。 [0027] 图7 本发明所述抛撒装置全剖的俯视结构示意图。 [0028] 图8为图7局部的放大结构示意图。 [0029] 1-抛撒装置，2-重力基准保持装置本体，3-陀螺转子，4-填充泡沫，5-橡胶垫圈，6-探测器阵列，7-重力传感器，8-内环，9-外环，10-滑槽，11-支撑杆，12-封装薄膜，13-螺纹孔，14-拉簧，15-滑轨，16-滑动杆。 具体实施方式[0030] 一种可随意抛撒的重力基准保持装置，包括一个内部为中空的铁饼状抛撒装置1以及重力基准保持装置本体2；所述重力基准保持装置本体2包括陀螺支架、设置在陀螺支架内部的球状的陀螺转子3以及自锁弹出装置；所述抛撒装置1的顶部中心设有开口，陀螺支架位于抛撒装置1开口下方且陀螺支架的底部及顶部均设有填充泡沫4；所述陀螺支架包括相交且二者中心重合的内环8和外环9；所述陀螺转子3通过与球心同轴的销轴转动设在内环8之间；所述外环9和内环8相交的位置处通过销轴转动连接；所述自锁弹出装置包括与陀螺支架外环转动连接的若干个探测支架、对应每个探测支架的若干组拉簧以及用于对陀螺支架限位的电磁开关；电磁开关对陀螺支架的外环限位；所述抛撒装置1外壳上表面环绕开口设有呈放射状的伸入到抛撒装置内部的若干条与探测支架数目相同的滑槽10；滑槽10的两个侧壁上沿与滑槽10走向相同的方向均开有滑轨15，所述探测支架由与滑槽10走向平行的支撑杆11以及与支撑杆11一端垂直固接的滑动杆16组成，所述支撑杆11的另一端与陀螺支架外环9转动连接，滑动杆16滑动设置在滑槽10的滑轨15内，所述每组拉簧包括两个拉簧14且分别位于抛撒装置内部滑槽10的两侧；每个拉簧14的一端固定在抛撒装置1靠近其中心口的内壁上，拉簧14的另一端固定在滑动杆16的端部；所述陀螺支架的最大外径小于抛撒装置1的顶部开口口径；所述陀螺转子3的表面固设有用于侦查的探测传感器阵列6，陀螺转子3内部设有重力传感器7；所述抛撒装置1内部设有一个微处理器；微处理器的信号输出/输入端均与探测传感器阵列6以及重力传感器7的信号输入/输出端相连接；抛撒装置1内部还设有为探测传感器阵列6、重力传感器7、微处理器以及电磁开关供电回路供电的充电电池；所述微处理器的信号输出端串接在电磁开关的供电回路中。销轴穿过球心连接在内环8之间。 [0031] 抛撒装置1外壳最大直径处开有固定防碰撞减振的橡胶垫圈5的水平凹槽；所述抛撒装置1外壳上表面环绕开口等间距设有呈放射状的四道滑槽10。橡胶垫圈5固定在水平凹槽内，环绕整个抛撒装置1，起到缓冲保护作用。 [0032] 所述上下填充泡沫4均由大小相等的三部分组成，填充泡沫4在水平面上的投影呈圆形且每部分对应的圆心角均为120度。 [0033] 位于陀螺支架上部的填充泡沫4的顶部还覆盖有封装薄膜12，（一般采用聚苯乙烯，可以起到保护内部装置的作用）。 [0034] 所述微处理器型号为C8051F020，探测传感器阵列6采用红外传感器阵列，型号为LHI968，重力传感器7选用ADXL345传感器。 [0035] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的介绍。 [0036] （1）重力基准保持装置整体结构图。 [0037] 如图1所示，本发明主要由两部分组成，即“铁饼”状抛撒装置1部分和基于“陀螺支架”的重力基准保持装置本体2部分。 [0039] （2）“铁饼”状抛撒装置缓冲保护模块说明图。 [0040] 如图2为所述“铁饼”状抛撒装置1的侧剖视图，抛撒装置1由两个硬质合金铝壳体硬质合金铝壳体镶嵌扣合组成，通过螺纹孔13固定，形状类似于饼状或者两个盘子扣合在一起。“铁饼”缓冲保护模块包括三部分：冲击缓冲模块、抛撒缓冲模块、陀螺支架模块。“铁饼”状装置抛出后，橡胶垫圈5构成的抛撒缓冲模块保护所述装置在着地后内部各模块功能完好。冲击缓冲模块由特殊材料薄膜12（聚苯乙烯）和填充泡沫4构成，作用之一是保护“陀螺支架”安全着陆。着陆后，系统上电（动力由可充电电池提供，并内嵌在“铁饼”内部），完成自动找准地心等工作后，陀螺支架在拉簧收缩的弹力作用下冲破填充泡沫4和特殊材料薄膜12自动弹出，其中填充泡沫4由三块互成120°（如图3所示）的泡沫塑料组成，从而保证陀螺支架在弹出时填充泡沫4可以自行散开，保护陀螺支架的同时又不影响其弹出运动。 [0041] （3）陀螺支架原理说明图。 [0042] 图4为“陀螺支架”结构示意图，由内环8、“陀螺转子”（转子上环带为探测传感器阵列6、外环9、嵌在内部的重力感应传感器7构成。探测传感器阵列6在X轴方向上由一根通过其球心的销轴联接在内环上，内环8和外环9在Z轴（垂直纸面向里）方向上用一根通过其球心的销轴联接，整个陀螺支架装置由通过外环9在X、Y方向上对称分布的四个销轴和“铁饼”状抛撒装置1通过探测支架进行销轴联接。系统抛撒并安全着地后，在未知地面环境下，基于“陀螺仪”原理的“陀螺支架”保证在地心引力下，不同地面环境中通过内外环姿态的变化调整使得具有重力基准的“陀螺转子”调整位姿，来保证安装在其上的探测传感器阵列测量基准与地心一致（即始终保持与水平面平行）。 [0043] 如示意图5所示，铁饼着地倾斜（与水平面夹角θ）情况下陀螺支架找准地心的情况，实现第一次重力找准。 [0044] 此后，重力传感器7（第二重力感应装置）开始工作，确定地心方向，判断出“陀螺支架”的弹出方向(与地心相反)并启动自锁弹出模块，释放“陀螺支架”单元，弹出后探测器阵列6再进行位姿微调（工作原理参照第一次重力找准过程），至此完成了一种可随意抛撒的重力基准保持，开始全系统工作。所述装置工作流程如图6所示。 [0045] 图7为整个装置的全剖面俯视图，图中可以看出拉簧14、探测支架与陀螺转子3的连接关系，陀螺支架位于抛撒装置内部时，由于电磁开关启动将陀螺支架紧紧吸住，拉簧14张紧；当电磁开关断开后，拉簧14收缩，带动陀螺支架向上运动，探测支架11与陀螺支架连接的一端向上运动，另一端沿着滑槽10向开口中心滑动，陀螺支架就升起并冲破填充泡沫4到达抛撒装置的外部。图8为拉簧14、探测支架与陀螺转子3连接的局部放大图，可以看出陀螺支架的外环9与探测支架以及拉簧14的连接状况。探测支架与陀螺支架的外环9之间可采用铰接的方式连接，以实现转动。 |
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