慣性測量裝置及運動控制設備的制作方法

本公開一般涉及測控領域，具體涉及慣性測量裝置，尤其涉及具有減振裝置的慣性測量裝置及運動控制設備。

背景技術：

慣性測量單元是用來測量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此解算出物體的姿態的裝置。慣性測量單元大多用在需要進行運動控制的設備，如汽車和機器人上。也被用在需要用姿態進行精密位移推算的場合，如潛艇、飛機、導彈和航天器的慣性導航設備等。現有的慣性測量單元往往是直接安裝在需要進行運動控制的設備上。然而，設備產生的高頻振動會對慣性測量單元造成干擾，其檢測精度及效率會受到設備高頻振動的影響。

現有的解決上述問題的方法如下：在不進行物理結構設置減振的情況下運用軟件實現。具體的，其通過軟件算法將高頻振動產生的干擾信號進行消除。然而，當干擾信號與慣性測量單元檢測的信號相似時，采用軟件消除很可能會同時將期望的檢測信號也一并消除而造成信號失真。而且，軟件的實現也跟機體本身的參數有關，如機體的固有頻率。因此，需要將軟件的參數不斷地調整從而適用于不同的機體。這大大增加了軟件實現的難度。

另外一種普遍采用的方法是使用泡棉減振墊作為彈性支撐系統。即，在整個慣性測量單元與使用環境之間鋪設減振墊。或者，在慣性測量單元內部核心部件外鋪設減振墊以期達到減振的效果。然而，采用泡棉用于減振時，其載荷特性表現為顯著的非線性，產品很難保證質地均勻，長時間承壓容易產生永久變形，隔振效率降低。并且減震墊本身具有彈性，增大了隔振系統的固有頻率。

技術實現要素：

鑒于現有技術中的上述缺陷或不足，期望提供一種通過物理結構設置達到良好減振效果的慣性測量裝置，還提供一種運動控制設備。

為了實現上述公開目的，本公開第一方面提供了一種慣性測量裝置，包括外部殼體、內部殼體、傳感器組件和粘性阻尼液。所述內部殼體容納在所述外部殼體中，所述傳感器組件容納在所述內部殼體中，所述粘性阻尼液容納于所述外部殼體和所述內部殼體之間。所述外部殼體和所述內部殼體為密封結構。

可選的，外部殼體包括扣合后密封連接的下殼體和上蓋。

優選的，外部殼體還包括夾設于下殼體與上蓋之間的密封墊。

優選的，外部殼體還包括位于下殼體與上蓋間的數據處理電路板。

優選的，數據處理電路板面向上蓋的一端設有卡合凸起，上蓋面向數據處理電路板的一端設有卡合凹槽，卡合凸起與卡合凹槽配合連接。

可選的，內部殼體包括護蓋及與護蓋扣合后形成密封的容納空間的封蓋。

優選的，內部殼體還包括夾設于護蓋與封蓋之間的密封墊。

可選的，傳感器組件包括位于容納空間內的骨架、固定安裝于骨架上的電路板及安裝于電路板上的慣性傳感器。

優選的，慣性傳感器包括陀螺儀和加速度計。

優選的，骨架及護蓋采用密度不小于銅的材料制成。

優選的，慣性測量裝置還包括緩沖填充物。緩沖填充物分布于粘性阻尼液中。

優選的，外部殼體上還設置有粘性阻尼液注入孔，其通過孔塞進行密封。

本公開第二方面還提供一種運動控制設備，其包含上述慣性測量裝置。所述運動控制設備可以為以下任意一項：汽車，機器人，潛艇、飛機、無人機、導彈和航天器。

通過本公開的采用粘性阻尼液作為隔振材料，與現有技術中采用泡棉比起來，彈性更低，而且剛度更小，從而減小了固有頻率。并且，相比于現有技術中不采用隔振材料填充的情況，其重量相對于不填充情況而言更大。從而更進一步地降低了系統的固有頻率。

還通過本公開的在殼體上設置粘性阻尼液注入孔，使得填充于其中的粘性阻尼液的液位可調節。從而避開共振頻率，避免發生共振帶來的劇烈振動。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為根據本公開實施例的慣性測量裝置的整體結構圖；

圖2為根據本公開實施例的慣性測量裝置的爆炸圖；

圖3為根據本公開實施例的殼體組件的展開圖；

圖4為根據本公開實施例的封裝俯視圖。

標號說明：

11…下殼體 12…數據處理電路板 13…上蓋

2…內部殼體 21…護蓋 22…封蓋

3…傳感器組件 31…骨架 32…電路板 33…慣性傳感器

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本申請作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋相關公開，而非對該公開的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與公開相關的部分。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本申請。

如圖1和圖4所示，一種慣性測量裝置，包括：外部殼體、內部殼體2、傳感器組件3及粘性阻尼液。內部殼體2容納在外部殼體中，傳感器組件3容納在內部殼體2中，粘性阻尼液容納于外部殼體和內部殼體2之間。外部殼體和內部殼體2為密封結構。

具體地，在本實施例中，所述密封結構為液密(liquid tight)結構，即液體無法通過的密封結構。在更多實施例中，所述密封結構還可根據實際需求設置為不同密封標準的密封結構，只要粘性阻尼液無法通過密封結構流出，即可實現相同的技術效果。

參考圖3，外部殼體包括下殼體11，數據處理電路板12及上蓋13。下殼體11與上蓋13扣合形成密封的容納空間。上蓋13面向容納空間一面的一端設置有凹槽，數據處理電路板12跟上蓋13貼合的一面上的一端設置有凸起。通過凸起和凹槽的配合使得數據處理電路板12穩固連接于上蓋13。此外，數據處理電路板12與上蓋13上均設置有螺紋孔，通過螺釘進一步將數據處理電路板12穩固連接于上蓋13。下殼體11底部邊緣設置臺階，上蓋13邊緣與下殼體11咬合處設置成適應于下殼體11底部邊緣臺階的凹凸狀邊緣。上蓋13的凹凸狀邊緣與下殼體11底部邊緣臺階同樣設置螺紋孔，在上蓋13與下殼體11扣合后，進一步通過螺釘穿過螺紋孔將兩者固定。下殼體11與上蓋13均采用密度較大的材料制成。密度較大是指在常態下，密度不小于銅的材料。如鋼、銅、鉛或者其合金。在體積相同的情況下，采用密度較大材料使得慣性測量裝置的重量增大，從而降低隔振系統的固有頻率，提高隔振效率。

參見圖2所示，內部殼體2包括護蓋21及封蓋22。封蓋22與護蓋21扣合后形成密封的容納空間。在某種實現中，護蓋21與封蓋22吻合處的邊緣設置螺紋孔，封蓋22也同樣設置螺紋孔，通過螺釘的連接實現兩者吻合密封。優選的，在另外一個實現中，還可以通過設置密封墊夾設于護蓋21與封蓋22之間進一步實現密封。當然，護蓋21與封蓋22吻合處的邊緣不限定為平面，其也可以設置成凹凸的臺階結構實現護蓋21與封蓋22的扣合。本公開的內部殼體2的密封方式也不限于上述護蓋21以及封蓋22的配合，其也可以采用諸如橡膠塞與護蓋21配合或者采用其他類似方式達到密封的情形。

傳感器組件3包括骨架31、電路板32以及慣性傳感器33。護蓋21為三面封閉一面開口的凹槽結構，其內部凹槽用以容納骨架31、電路板32以及慣性傳感器33。慣性傳感器33包括陀螺儀，加速度計等。骨架31面向容納空間一面設置立柱，電路板32通過卡合嵌入的方式固定于立柱上。慣性傳感器33電連接于電路板32上。當然，在另外一種實現中，通過在立柱上設置螺紋孔，通過螺釘可以將電路板32穩固連接于立柱上。電路板32與骨架3裝配形成的核心測量部件置入護蓋21的容納空間中，核心測量部件的長度與寬度與凹槽內部容納空間的長度寬度大體一致，這樣在核心測量部件裝配進入護蓋21后能頂設于容納空間內壁而不會因為晃動與護蓋21的內壁發生摩擦碰撞。封蓋22邊緣以及護蓋21與封蓋22邊緣吻合處設置螺紋孔，封蓋22與護蓋21扣合后通過螺釘密封。在另外一種實現中，封蓋22與護蓋21之間還可以通過夾設密封墊進一步密封，從而防止外部液體進入核心測量部件。

護蓋21和骨架31均采用高密度材料制成，所述高密度是指在常態下密度不小于銅的金屬或者合金固態材料，如鋼、銅、鉛或者其合金。這樣一來，核心測量部件的重量增大，從而降低隔振系統的固有頻率，提高隔振效率。同時，電路板32可以采用柔性材料制成的電路板，從而減小核心測量部件的剛度，進一步降低系統的固有頻率，提高隔振效率。

粘性阻尼液填充于外部殼體與內部殼體2所形成的容納空間中。下殼體11在機體振動時會跟隨機體一起振動，并將運動傳導至粘性阻尼液。粘性阻尼液在流動時與下殼體11內表面發生摩擦，從而將大量傳導于其的能量消耗掉。從而使得傳到至其包裹的內部殼體2的能量大大降低。由于采用粘性阻尼液作為隔振材料，與現有技術中采用泡棉比起來，彈性更低，而且剛度更小，從而減小了固有頻率。并且，相比于現有技術中不采用隔振材料填充的情況，即相對于中空情況而言，粘性阻尼液的注入使得慣性測量單元的重量進一步增大。從而進一步地降低系統的固有頻率。并且，不使用彈性元件作為減振單元使得避免出現載荷特性表現為顯著非線性的情形。

在另外一個實施例中，相比于上述實施例，慣性測量單元還包括緩沖填充物(未示于圖中)。緩沖填充物可選地包括棉花，石棉絨等。緩沖填充物分布于粘性阻尼液之中，其可以將傳導于內殼體的振動進一步緩沖，從而進一步的起到隔振減振效果。

在本公開的一個優選實施例中，下殼體11上還可以設置粘性阻尼液注入孔(未示于圖中)，其可以通過密封塞進行密封。通過粘性阻尼液注入孔的設置可以使得填充于內部殼體1與外部殼體2之間注入的粘性阻尼液的液位可調節。即，粘性阻尼液可以通過粘性阻尼液注入孔注入內部殼體1與外部殼體2之間形成的容納空間。同樣的，粘性阻尼也可以通過此孔排出上述容納空間。從而達到注入的粘性阻尼液的液位可調并由此導致慣性測量單元的重量可調的技術效果。在某個實現中，通過計算得到慣性測量裝置的固有頻率跟機體的振動頻率一致或者位于振動頻率附近時，為了防止共振的發生，可以通過粘性阻尼液注入孔調節下殼體11內容納的粘性阻尼液的重量，從而避開共振頻率，防止共振的發生。當然，上述粘性阻尼液注入孔和密封塞的配合只是為了解釋本公開示意性的示例，其他的配合方式如采用螺旋蓋與螺紋孔，或者其他類似的不脫離本公開中心思想的方式也應該落入本公開中。

在不沖突的情況下，本實施例中的粘性阻尼液注入孔設置也可適用于前面描述的實施例中。

本公開還提供一種運動控制設備，其內安裝有前面實施例提及的慣性測量裝置。運動控制設備包括汽車、機器人，以及需要用姿態進行精密位移推算的設備，如潛艇、飛機、導彈和航天器等。

以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術原理的說明。本領域技術人員應當理解，本申請中所涉及的公開范圍，并不限于上述技術特征的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋在不脫離所述公開構思的情況下，由上述技術特征或其等同特征進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特征與本申請中公開的(但不限于)具有類似功能的技術特征進行互相替換而形成的技術方案。