Gyro

1.1.2 Вибрационные гироскопы

Вибрационный гироскоп, прибор для определения угловой скорости объекта, содержащий реагирующие на вращение объекта вибрирующие детали. Различают вибрационные гироскопы стержневого и роторного типа. У стержневого типа чувствительным элементом являются некоторые вибрирующие массы, например стержни, подобные ветвям камертона. Один из вибрационного гироскопа стержневого типа, получивший практическое применение, называется гиротроном. Его чувствительным элементом является вибратор, состоящий из стержней , упругого торсиона связывающего стержни с основанием вибратора, пластинки , жестко скрепленной с торсионом и перемещающейся в поле катушек , укрепленных на основании . Ветви вибратора-камертона с помощью специальной электрической. схемы приводятся в колебательное движение. Если при этом объект вместе с основанием вибратора поворачивается вокруг оси с угловой скоростью wV, то возникает момент кориолиса сил инерции, вызывающий крутильные колебания вибратора вокруг оси . При этом пластинка колеблется между катушками ; амплитуда колебаний пропорциональна угловой скорости wV. Значение wV снимают с катушек с помощью радиотехнических методов. Прибор обладает рядом достоинств: отсутствие карданова подвеса, вращающихся и трущихся частей; наличие одной оси чувствительности; линейность показаний; высокая надёжность . Принцип работы роторного вибрационного гироскопа аналогичен, но вместо стержней и пластин вибрирующим элементом является вращающийся ротор с упругим подвесом. Однако создание этого гироскопа сопряжено с рядом технических трудностей. Возможности применения гироскопа весьма разнообразны. Наиболее просто прибор используется в качестве измерителя угловой скорости объекта. Вибрационные гироскопы могут также найти применение в системах гироскопической стабилизации, в инерциальных навигационных системах и др. областях гироскопической техники.

гироскоп угловой скорость курс

SDwarfs

Не существует «6-осевого гироскопа» …

Если вы где-то читаете «gyro: 6 axis», это может быть связано с ограниченными знаниями человека, заполняющего поля, или с ограничением указанных полей (например, есть поле описания для «gyro», но нет для «акселерометра») ).

Фактически это будет означать 3D-гироскоп (3 оси) + 3D-акселерометр (в 99% случаев это тоже может быть 3D-компас).

Есть только 3 возможных оси для гироскопа. Таким образом, имея 6 значений измерения, будет означать: измерение (по крайней мере косвенно) всех осей дважды. Это может иметь смысл, если вы хотите избежать отказа всего устройства, если один гироскоп неисправен. Также: достижение более точных измерений

Но обратите внимание, что большая часть шума при измерении связана с шипами / шумом источника питания. Таким образом, вам потребовалось бы 2 независимых источника питания для действительно независимых измерений (таким образом, достигается улучшение шума измерения на 3 дБ )

4-х осевое фрезерование

4-осевая обработка добавляет вращение вокруг оси X, называемое осью A. Шпиндель имеет 3 линейные оси движения (XYZ), как и при 3-осевой обработке, плюс ось A возникает при вращении заготовки. Есть несколько различных устройств для 4-х осевых станков, но обычно они относятся к типу «вертикальной обработки», когда шпиндель вращается вокруг оси Z. Заготовка установлена по оси X и может вращаться вместе с приспособлением по оси A. При установке одного приспособления можно обрабатывать 4 стороны детали.

4-х осевое фрезерование

Сложные профили, такие как кулачки, можно обрабатывать на 4-осевом станке

Существует два типа 4-осевой обработки с ЧПУ: индексирующая и непрерывная.

Индекс 4-осевой обработки с ЧПУ — это когда 4-я ось (ось A) вращается, когда станок не режет материал. После выбора правильного вращения включается тормоз, и машина возобновляет резку.

При непрерывной 4-осевой обработке станок может резать материал одновременно с вращением по оси A. Это позволяет обрабатывать сложные дуги, такие как профиль кулачков и спиралей.

4-х осевое фрезерование дает нам возможность обрабатывать детали под углом, что невозможно на 3-осевом станке. Имейте в виду, что 4-осевая обработка допускает одну ось вращения для каждой установки приспособления, поэтому все элементы, расположенные под углом, должны быть расположены под углом относительно одних и тех же осей, или дополнительные приспособления должны быть установлены на место.

Возможна винтовая обработка на 4-осевых станках

5-и осевая обработка

Эти фрезерные станки с ЧПУ используют 2 из 3 возможных осей вращения, в зависимости от типа станка. Машина будет либо использовать вращение в А-оси и оси С, или поворот в B-оси и оси С. Вращение происходит либо за счет заготовки, либо за счет шпинделя.

Есть два основных типа 5-осевых станков с ЧПУ, 3 + 2 станки и 5-осевые станки непрерывного действия.

При обработке по схеме 3 + 2 две оси вращения работают независимо друг от друга, что означает, что заготовку можно повернуть на любой составной угол по отношению к режущему инструменту для обработки деталей. Однако вращение двух осей одновременно с обработкой невозможно. Обработка 3 + 2 позволяет создавать очень сложные 3D-формы. Полностью непрерывная 5-осевая обработка может вращать две оси вращения, одновременно с обработкой и линейным движением режущего инструмента в координатах XYZ.

5-и осевое фрезерование

Непрерывная 5-осевая обработка позволяет создавать очень сложные трехмерные формы, не только плоские составные угловые элементы, но и сложные криволинейные трехмерные поверхности, что дает нам возможность изготавливать детали, обычно предназначенные для процессов формования.

Возможности одновременной 5-осевой обработки

5-осевая обработка дает конструкторам огромную гибкость при проектировании очень сложной трехмерной геометрии. Понимание возможностей каждого типа обработки с ЧПУ имеет важное значение при проектировании деталей с ЧПУ. Если ваш дизайн требует использования 5-осевого ЧПУ, извлеките из него максимум пользы! Какие еще функции могут выиграть от 5-осевой обработки?

Статья переведена с сайта https://cloudnc.com/

3-х осевое фрезерование

Самый простой вид обработки, при котором заготовка фиксируется в одном положении. Движение шпинделя доступно в линейных направлениях X, Y и Z.

3-Х осевое фрезерование

3-осевые станки обычно используются для обработки геометрии 2D и 2,5D. При трехосевой обработке возможна обработка всех 6 сторон детали, но для каждой стороны требуется новая установка крепления, что может быть дорогостоящим (подробнее об этом ниже). При установке одного приспособления можно обрабатывать только одну сторону детали.

Для каждой стороны детали требуется уникальная настройка.

Многие сложные и практичные формы могут быть изготовлены с помощью 3-х осевого фрезерования с ЧПУ, особенно когда это находится в руках обрабатывающего оборудования мирового класса. Трехосевая обработка лучше всего подходит для изготовления плоских фрезерованных профилей, сверления и резьбовых отверстий на одной оси. Возможны подрезы с использованием фрез с Т-образным пазом и фрез типа «ласточкин хвост».

Однако иногда конструктивная деталь физически не может быть изготовлена на 3-осевом станке, или эта особенность может быть более экономически выгодной для обработки на 4 или 5-осевом станке.

Элементы, недоступные при 3-осевом фрезеровании, включают любые элементы, расположенные под углом к системе координат XYZ, даже если сам элемент является плоским. Вы можете разработать два типа угловых элементов, и понимание различия между ними важно при разработке деталей для фрезерования с ЧПУ

УГЛОВОЙ ЭЛЕМЕНТ

Это элемент, обрабатываемый под углом к одной из осей X, Y или Z. Например, плоская фрезерованная поверхность ниже находится под углом 45 ° к оси X, например, вращение оси A.

Фрезерованный элемент расположен под углом 45 ° в одной плоскости

СОСТАВНОЙ УГОЛ

Это элемент, обработанный под углом к двум осям. Например, плоская фрезерованная поверхность ниже обрабатывается под углом 45 ° к оси X и под углом 30 ° к оси Z.

Как угловые, так и составные угловые элементы нельзя обрабатывать на 3-осевых станках с ЧПУ.

Фрезерованный составной угловой элемент в двух плоскостях: 45 ° по оси X, 30 ° по оси Z

Анубис

Есть ли реальная разница между этими двумя модулями? Если так, то что это?

SDwarfs

Не существует «6-осевого гироскопа» …

Фактически это будет означать 3D-гироскоп (3 оси) + 3D-акселерометр (в 99% случаев это тоже может быть 3D-компас).

stevenvh

Гироскоп измеряет частоту вращения и в трехмерной системе, которая может быть только вокруг 3 осей: крена, рыскания и тангажа. Как говорит Джим, остальные 3 параметра могут быть из акселерометра, который также дает вам положение вращения вокруг тех же трех осей.

Вам нужно 6 параметров для описания положения и ориентации объектов: расстояние в направлении X, Y и Z и вращение вокруг оси X, Y и Z. Гироскоп / акселерометр может помочь вам с вращением, но не может обнаружить боковое движение. (Акселерометр может косвенно измерять смещение, но для этого требуется двойной интеграл, который может поставить под угрозу точность.)

Джим Пэрис

Я считаю, что «3-осевой гироскоп» — это именно то, что он говорит, а «6-осевой гироскоп» — это 3-осевой гироскоп плюс 3-осевой акселерометр.

Джеймс

Я подтверждаю вопрос о 6-осевой гироскопической системе. Используется для исправления радиолокационных изображений на парусной лодке. Основной шаг, крен, рыскание являются типичными 3-осями, а ускорение вращения для каждой оси — вторыми 3-осями. Почему? Ну, на лодке у вас очень сложное движение, даже больше, чем у самолета. На лодке вас толкает ветер и наклоняет его в стороны, а волны поднимают вверх, а по течению смещает ось. Полный вращательный момент очень полезен для коррекции радиолокационного изображения. Особенно, если учесть, что радар установлен на мачте намного выше центра масс.

Сказав все это, разность по 6 осям по сравнению с 3-осевым гироскопом (или, если вы будете использовать акселерометр с флюксгейтом) является небольшим преимуществом, поэтому … часто 3-осевая работа подойдет. Однако авианосец в бурном море при попытке посадить истребитель с боковым ветром и нервным пилотом всегда предпочтет 6-осевую ось. Мы все можем поблагодарить мистера Исаака Ньютона за этот небольшой кусочек.

ClayStation

Я думаю, что они называют это «6-осевым гироскопом», потому что гироскопическая функция и функция акселерометра выполняются одним и тем же устройством, «гироскопом». Это делается для того, чтобы различать более простые 3-осевые гироскопические устройства, так как два по сути являются одной и той же деталью, отдельного акселерометра нет, это просто дополнительная функциональность для «гироскопа», которую практически ничего не стоит добавлять, но они могут добавить большие деньги на ценник модели для. Вот как «флайбар» вымер, 3-осевой гироскоп сделал его устаревшим, когда он заменил одноосный гироскоп «удержание курса» практически за бесценок в добавленной стоимости.

Как устроен гироскоп в смартфоне, отличие гироскопа от акселерометра

Естественно, гироскоп в смартфоне существенно отличается в плане конструкции от классических гироскопов, хотя и служит той же цели. Механическая энергия в нём преобразуется в электрическую, формирующую последовательность битов – бинарный код, лежащий в основе всех компьютерных программных систем. Никаких вращающихся волчков в гироскопах электронных устройств, разумеется, нет, они слишком малы для этого. Вместо них используется подвижные массы вещества, смещение которых вызывает изменение электрической емкости конденсаторов, регистрируемое микропроцессором.

Вместо конденсаторов могут использоваться вырабатывающие ток пьезокристаллы, особенно часто встречающиеся в определяющих положение в пространстве датчиках другого типа – акселерометрах. Конструктивно акселерометры очень похожи на гироскопы, в них также имеется подвижный элемент – специальный грузик, смещение которого при наклоне устройства оказывает воздействие на пьезокристалл. Таким образом, скорость и давление преобразуются в электрический сигнал, обрабатываемый соответствующим образом микропроцессором. Итак, некоторое представление о том, что это такое гироскоп в смартфоне вы, надеемся, получили.

И вот еще пару моментов. И гироскопы, и акселерометры являются инерционными МЭМС-датчиками, отличаясь, однако, принципом получения данных. Если гироскоп определяет только угол наклона по отношению к земной поверхности, то акселерометр может измерять линейное ускорение, то есть перемещение по горизонтали относительно земли. На практике в смартфонах и прочих устройствах нередко устанавливаются оба датчика, которые прекрасно дополняют друг друга. Теперь давайте посмотрим, как узнать есть ли гироскоп в телефоне.

1.4.1 Гироскопический указатель курса

На( рисунке 1.7) показан пример применения трехстепенного гироскопа в авиационном указателе курса (гирополукомпасе).

1 — основание; 2 — зубчатое колесо синхронизатора; 3 — ручка арретира; 4 — арретир; 5 — шкала азимута; 6 — воздушное сопло; 7 — наружная рамка; 8 — ротор; 9 — корпус; 10 — полуось наружной рамки с фиксаторной гайкой; 11 — внутренняя рамка.

Рисунок 1.7. — Авиационный гироуказатель курса с воздушным приводом

Вращение ротора в шарикоподшипниках создается и поддерживается струей сжатого воздуха, направленной на рифленую поверхность обода. Внутренняя и наружная рамки карданова подвеса обеспечивают полную свободу вращения оси собственного вращения ротора. По шкале азимута, прикрепленной к наружной рамке, можно ввести любое значение азимута, выровняв ось собственного вращения ротора с основанием прибора. Трение в подшипниках столь незначительно, что после того как это значение азимута введено, ось вращения ротора сохраняет заданное положение в пространстве, и, пользуясь стрелкой, скрепленной с основанием, по шкале азимута можно контролировать поворот самолета. Показания поворота не обнаруживают никаких отклонений, если не считать эффектов дрейфа, связанных с несовершенствами механизма, и не требуют связи с внешними средствами навигации.

Что такое гироскоп

Гироскоп (gyroscope, гиродатчик) — это устройство, предназначенное для измерения углов ориентации тела / объекта относительно поверхности земли. Он позволяет узнать направление движения объекта, на котором он установлен, угол его наклона / поворота. В каком положении сейчас находится объект, к примеру, смартфон сейчас в горизонтальном, вертикальном или каком-либо другом положении / наклоне.

Сам термин состоит из двух частей — gyreuо (вращаться) и skopeo (смотреть). Впервые использовался в 1 852 году Ж. Фуко в докладе на тему способов экспериментального обнаружения вращения земли в инерциальном пространстве, выступал он с ним в Французской Академии Наук. Сам же прибор был изобретен еще в 1 817 году немецким астроном Иоганном Боненбергером.

Что делает:

Определяет перемещение объекта в пространстве
Текущий угол наклона
Показывает стороны света, прямо как компас
Дает данные для расчета скорости движения

Обычный роторный гироскоп представляет собой карданный подвес, внутри которого находится вращающееся колесо, шар или диск, ось вращения которого может принимать абсолютно любую ориентацию. При движении / вращении ориентация этой оси не будет зависеть от наклона или поворота карданного подвеса / крепления в соответствии с сохранением углового момента .

Современные гироскопы, которые устанавливаются на смартфоны и различную компьютерную технику представляют собой обычный чип — гироскоп MEMS.

Где используется:

В навигационных системах
Смартфонах и планшетах
Смарт часы
В геймпадах игровых приставок
На кораблях, машинах, космических кораблях, летательных аппаратах — вообще транспортных средствах
В тренажерах
В системах стабилизации камер

Устройство гироскопа

Существует множество разных видов гироскопов: двух и трехстепенные — они отличаются по степеням свободы или возможным осям вращения. Также они разделяются на механические, лазерные и оптические, что определяет их принцип действия.

Сам прибор обычно представляет собой колесо, установленное на двух или трех карданных шарнирах — они обеспечивают поворотные опоры. Это позволяют колесу вращаться вокруг одной оси.

Рассмотрим самый распространенный — механический роторный гироскоп трехстепенный. Состоит из трех карданов, каждый из которых установлен один на другом с ортогональными осями поворота и колесом по центру. Это позволяет колесу, установленному в самом внутреннем кардане иметь ориентацию, независящую от ориентации его опоры. Т.е. как не крути такой прибор — колесо будет всегда в одном положении — крутиться вокруг определенной оси.

Чтобы понять, как все работает, возьмем детскую игрушку Юлу. Когда она крутится, то всегда в одном положении / вокруг определенной оси, если конечно на нее не действуют внешние силы. Плюс, она обладает устойчивостью, так если ее толкнуть, она вернется в то же положение и будет крутиться в том же положении. Момент, когда юла теряет скорость ее ось вращения начинает напоминать конус / меняет свое направление в пространстве — называет прецессией.

Интересно! Роторные устройства не используются, как датчики, их применяют исключительно в целях стабилизации для различных конструкций и механизмов. К примеру, он используется в гироскопическом тренажере.

Оптические гироскопы работают на основании физического эффекта Саньяка. Он подразумевает, что в инерциальной системе отчетов, скорость света является постоянной. Но, если отправить луч в неинерциальной системе, то его скорость будет изменена. Если пустить траекторию луча через место вращения устройства, то будет задержка в достижении им конечной точки. Полученная разница во времени напрямую зависит от величины углового поворота датчика.

Как уже писалось выше, в электронной технике используются гироскопы-MEMS, маленькие чипы, которые благодаря их размеру можно ставить даже на смарт браслеты. Там они используются вместе с акселерометром, чтобы получаемые данные были еще более точными.

Есть ли разница с акселерометром?

По своей сути, гироскоп и акселерометр могут выполнять практически одни и те же вычисления. Но, акселерометр лучше определяет повороты объекта в пространстве и измеряет кажущееся ускорение — для этого он и используется.

Гироскоп лучше определяет перемещение объекта в пространстве, текущий угол наклона, указывает стороны света, как компас, а также дает данные для расчета скорости движения. Гироскоп может делать все то же самое, что и акселерометр, а вот акселерометр уже нет.

1.1 Механические гироскопы

Среди механических гироскопов выделяется роторный гироскоп — быстро вращающееся твёрдое тело , ось вращения которого может свободно изменять ориентацию в пространстве. При этом скорость вращения гироскопа значительно превышает скорость поворота оси его вращения. Основное свойство такого гироскопа — способность сохранять в пространстве неизменное направление оси вращения при отсутствии воздействия на него моментов внешних сил и эффективно сопротивляться действию внешних моментов сил. Это свойство в значительной степени определяется величиной угловой скорости собственного вращения гироскопа.

Впервые это свойство использовал Фуко в 1852 г. для экспериментальной демонстрации вращения Земли. Именно благодаря этой демонстрации гироскоп и получил своё название от греческих слов «вращение», «наблюдаю».

1.4 Гироскоп с тремя степенями свободы

На( рисунке 1.6) дана упрощенная кинематическая схема гироскопа с тремя степенями свободы (тремя осями вращения), причем направления вращения на ней показаны изогнутыми стрелками. Кинетический момент представлен жирной прямой стрелкой, направленной вдоль оси собственного вращения ротора. Момент силы прикладывается нажатием пальца так, что он имеет составляющую, перпендикулярную оси собственного вращения ротора (вторую силу пары создают вертикальные полуоси, закрепленные в оправе, которая связана с основанием). Согласно законам Ньютона, такой момент силы должен создавать кинетический момент, совпадающий с ним по направлению и пропорциональный его величине. Поскольку же кинетический момент (связанный с собственным вращением ротора) фиксирован по величине (заданием постоянной угловой скорости посредством, скажем, электродвигателя), это требование законов Ньютона может быть выполнено только за счет поворота оси вращения (в сторону вектора внешнего момента силы), приводящего к увеличению проекции кинетического момента на эту ось. Этот поворот и есть прецессия, о которой говорилось ранее. Скорость прецессии возрастает с увеличением внешнего момента силы и убывает с увеличением кинетического момента ротора. Гироскопический указатель курса. Применения трехстепенного гироскопа в авиационном указателе курса (гирополукомпасе). Вращение ротора в шарикоподшипниках создается и поддерживается струей сжатого воздуха, направленной на рифленую поверхность обода. Внутренняя и наружная рамки карданова подвеса обеспечивают полную свободу вращения оси собственного вращения ротора. По шкале азимута, прикрепленной к наружной рамке, можно ввести любое значение азимута, выровняв ось собственного вращения ротора с основанием прибора. Трение в подшипниках столь незначительно, что после того как это значение азимута введено, ось вращения ротора сохраняет заданное положение в пространстве, и, пользуясь стрелкой, скрепленной с основанием, по шкале азимута можно контролировать поворот самолета. Показания поворота не обнаруживают никаких отклонений, если не считать эффектов дрейфа, связанных с несовершенствами механизма, и не требуют связи с внешними (например, наземными) средствами навигации.

Рисунок 1.6. — Гироскоп с тремя степенями свободы

2.5 Перспективы развития гироскопического приборостроения

В настоящее время разрабатывается система навигационных спутников третьего поколения. Она позволит определять координаты объектов на поверхности Земли с точностью до единиц сантиметров в дифференциальном режиме, при нахождении в зоне покрытия корректирующего сигнала DGPS. При этом якобы отпадает необходимость в использовании курсовых гироскопов. Например, установка на крыльях самолета двух приёмников спутниковых сигналов, позволяет получить информацию о повороте самолёта вокруг вертикальной оси.

Однако системы спутниковой навигационной системы оказываются неспособны точно определять положение в городских условиях, при плохой видимости спутников. Подобные проблемы обнаруживаются и в лесистой местности. Кроме того прохождение сигналов навигационной системы зависит от процессов в атмосфере, препятствий и переотражений сигналов. Автономные же гироскопические приборы работают в любом месте — под землёй, под водой, в космосе .В самолётах спутниковая навигационная система оказывается точнее инерциальную навигационную систему на длинных участках. Но использование двух спутниковых навигационных -приёмников для измерения углов наклона самолета даёт погрешности до нескольких градусов. Подсчёт курса путём определения скорости самолёта с помощью этой системы также не является достаточно точным. Поэтому, в современных навигационных системах оптимальным решением является комбинация спутниковых и гироскопических систем, называемая интегрированной системой.

За последние десятилетия, эволюционное развитие гироскопической техники подступило к порогу качественных изменений

Именно поэтому внимание специалистов в области гироскопии сейчас сосредоточилось на поиске нестандартных применений таких приборов. Открылись совершенно новые интересные задачи: геологоразведка, предсказание землетрясений, сверхточное измерение положений железнодорожных путей и нефтепроводов, медицинская техника и многие другие

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Почти каждое морское судно дальнего плавания снабжено гирокомпасом для ручного или автоматического управления судном, некоторые оборудованы гиростабилизаторами. В системах управления огнем корабельной артиллерии много дополнительных гироскопов, обеспечивающих стабильную систему отсчета или измеряющих угловые скорости. Без гироскопов невозможно автоматическое управление торпедами. Самолеты и вертолеты оборудуются гироскопическими приборами, которые дают надежную информацию для систем стабилизации и навигации. К таким приборам относятся авиагоризонт, гировертикаль, гироскопический указатель крена и поворота. Гироскопы могут быть как указывающими приборами, так и датчиками автопилота. На многих самолетах предусматриваются гиростабилизированные магнитные компасы и другое оборудование — навигационные визиры, фотоаппараты с гироскопом, гиросекстанты. В военной авиации гироскопы применяются также в прицелах воздушной стрельбы и бомбометания.

Гироскопы разного назначения (навигационные, силовые) выпускаются разных типоразмеров в зависимости от условий работы и требуемой точности. В гироскопических приборах диаметр ротора составляет 4-20( см), причем меньшее значение относится к авиационно-космическим приборам. Диаметры же роторов судовых гиростабилизаторов измеряются метрами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бороздин В. Н. Гироскопические приборы и устройства систем управления: учеб. пособие /В.Н.Бороздин.-Москва,1990. -480с.

2. Меркурьев И.В. /Динамика микромеханического и волнового твердотельного гироскопов./ И.В.Меркурьев; Подалков В. В. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009.- 228 с.

3. Гироскопические системы / под ред. Д. С. Пельпора.- М.: Высш. шк., 1986—1988.-564с.

4. Павловский М. А. Теория гироскопов: учебник для ВУЗов/М.А.Павловский.- Киев, 1986.-78с.

5. Сивухин Д. В. Общий курс физики./В.Д.Сивухин. — М.: Физматлит, 2006.- 560 с.

6. В.В. Матвеев Основы построение бесплатформенных инерциальных навигационных систем. / В.В.Матвеев., В.Я. Распопова. -Москва 2009.-280 с.

7. Савельев И. В. Курс общей физики: Механика./И.В.Савельев. — М.: Астрель, 2004. — 336 с.

Размещено на Allbest.ru