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自平衡“獨(dú)輪”摩托車 你敢騎嗎

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發(fā)表于 2009-9-27 15:23:28 | 只看該作者 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式

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我們曾經(jīng)為大家介紹過坐在輪子里面駕駛的“獨(dú)輪摩托車”,可是像這樣一個(gè)只有一個(gè)輪子的傳統(tǒng)摩托車,要怎么駕駛呢?2 d8 @; ^; {; I' f
) t2 @( z& h; X( Q# }; X
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9 k4 G, n+ @9 n; ~) W8 M9 f* Q( L9 m9 a4 Z8 t
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8 g+ V  T1 P/ g" ]* _
& V+ J6 x2 j) \; P
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) }6 K' j2 @* K, f: g" M這款摩托車同樣有兩個(gè)輪子,不過這兩個(gè)輪子是并排在一起的,所以從側(cè)面看上去就像是一個(gè)獨(dú)輪摩托車。即便如此,它的平衡問題似乎仍然沒有得到解決。
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其實(shí),這款摩托車是通過內(nèi)置的一對陀螺儀來實(shí)現(xiàn)平衡的,如果你曾經(jīng)看過我們介紹的“不可思議的平衡機(jī)器人”以及“全方位平衡機(jī)器人”,相信你會大膽的騎上去。而它的速度則是由傾斜程度來控制的,想要加速則向前傾,減速和后退則像后傾,非常簡單。
( L6 S7 ^" D0 A+ \$ l另外, 120磅的車身重量不僅非常輕便而且能夠減少油耗。6 w: J1 s0 u7 X  I5 u( a: w6 |
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設(shè)計(jì)師:Ben J. Poss Gulak
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 樓主| 發(fā)表于 2009-9-27 15:42:41 | 只看該作者
看了很多這類雙輪的、單論的自行車,摩托車,還有機(jī)器人,都提到關(guān)于“陀螺儀”這一裝置。
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看來,這是核心部件了啊。
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) I6 s, j4 ^/ p3 w: `發(fā)本貼的目的,不在獵奇,而在討論一下,陀螺儀怎么這么重要?現(xiàn)在都有哪些應(yīng)用?
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 樓主| 發(fā)表于 2009-9-27 15:44:32 | 只看該作者
陀螺儀簡介
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' b5 |/ l. ]8 Y& a+ h
. ?. F  l- d% H1 A6 L
      繞一個(gè)支點(diǎn)高速轉(zhuǎn)動的剛體稱為陀螺(top)。通常所說的陀螺是特指對稱陀螺,它是一個(gè)質(zhì)量均勻分布的、具有軸對稱形狀的剛體,其幾何對稱軸就是它的自轉(zhuǎn)軸。 由蒼蠅后翅(特化為平衡棒)仿生得來。6 G/ E* W+ l& V2 g

* H- B& R: d4 Z' M5 S- b+ p& a
9 ^% E3 l8 S) x- V% G* w: r  在一定的初始條件和一定的外在力矩作用下,陀螺會在不停自轉(zhuǎn)的同時(shí),還繞著另一個(gè)固定的轉(zhuǎn)軸不停地旋轉(zhuǎn),這就是陀螺的旋進(jìn)(precession),又稱為回轉(zhuǎn)效應(yīng)(gyroscopic effect)。陀螺旋進(jìn)是日常生活中常見的現(xiàn)象,許多人小時(shí)候都玩過的陀螺就是一例。' l; l/ ?# H. ]* P; H% E

0 A0 C2 h1 q% o8 s
$ |. @6 a; P4 L$ L) Z/ D4 B4 ?( Y9 P  人們利用陀螺的力學(xué)性質(zhì)所制成的各種功能的陀螺裝置稱為陀螺儀(gyroscope),它在科學(xué)、技術(shù)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。比如:回轉(zhuǎn)羅盤、定向指示儀、炮彈的翻轉(zhuǎn)、陀螺的章動、地球在太陽(月球)引力矩作用下的旋進(jìn)(歲差)等。
) f* U( d/ }9 k4 z: `3 l1 I
8 R) R! f" T" C, ^, q! G' l. I) _- Z
$ g( {$ a' ^; @, c; j  F8 t3 w1 S  陀螺儀的種類很多,按用途來分,它可以分為傳感陀螺儀和指示陀螺儀。傳感陀螺儀用于飛行體運(yùn)動的自動控制系統(tǒng)中,作為水平、垂直、俯仰、航向和角速度傳感器。指示陀螺儀主要用于飛行狀態(tài)的指示,作為駕駛和領(lǐng)航儀表使用。. ]+ T9 g5 T, B! {( r

' ~! a% ^7 O9 }
( p8 c6 {  i+ i/ p+ M7 I5 @' m8 q  現(xiàn)在的陀螺儀分為,壓電陀螺儀,微機(jī)械陀螺儀,光纖陀螺儀,激光陀螺儀,都是電子式的,可以和加速度計(jì),磁阻芯片,GPS,做成慣性導(dǎo)航控制系統(tǒng),可以參考:http://www.lhy3176.sm160.com/ % ^6 Q; I: l4 y: f
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 樓主| 發(fā)表于 2009-9-27 15:49:35 | 只看該作者
陀螺儀原理
+ n/ a: @+ a  o+ G5 k
- [5 x$ R* O' F/ b6 G# P2 [; _; i4 ~     陀螺儀的原理就是,一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí),是不會改變的。人們根據(jù)這個(gè)道理,用它來保持方向,制造出來的東西就叫陀螺儀。我們騎自行車其實(shí)也是利用了這個(gè)原理。輪子轉(zhuǎn)得越快越不容易倒,因?yàn)檐囕S有一股保持水平的力量。陀螺儀在工作時(shí)要給它一個(gè)力,使它快速旋轉(zhuǎn)起來,一般能達(dá)到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn),可以工作很長時(shí)間。然后用多種方法讀取軸所指示的方向,并自動將數(shù)據(jù)信號傳給控制系統(tǒng)。
- O9 v" v; ^0 B- F
2 w6 ~- ~3 z" ~) r  \0 d( v
" W0 u$ L# t2 K+ Q3 Z* Z& _ 在現(xiàn)實(shí)生活中,陀螺儀發(fā)生的進(jìn)動是在重力力矩的作用下發(fā)生的。3 d# m3 L. V7 x) z0 l  D3 f$ b# d

$ m- ?7 y3 u" B( C4 O; X現(xiàn)代陀螺儀
8 I+ z3 C9 @$ ~0 j0 m
' }4 K, z: o0 c+ p! {6 w+ g現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運(yùn)動物體的方位的儀器,它是現(xiàn)代航空,航海,航天和國防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器,它的發(fā)展對一個(gè)國家的工業(yè),國防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機(jī)械式的陀螺儀,機(jī)械式的陀螺儀對工藝結(jié)構(gòu)的要求很高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,它的精度受到了很多方面的制約。自從上個(gè)世紀(jì)七十年代以來,現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。1976年 等提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設(shè)想,到八十年代以后,現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展,與此同時(shí)激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。由于光纖陀螺儀具有結(jié)構(gòu)緊湊,靈敏度高,工作可靠等等優(yōu)點(diǎn),所以目前光纖陀螺儀在很多的領(lǐng)域已經(jīng)完全取代了機(jī)械式的傳統(tǒng)的陀螺儀,成為現(xiàn)代導(dǎo)航儀器中的關(guān)鍵部件。和光纖陀螺儀同時(shí)發(fā)展的除了環(huán)式激光陀螺儀外,還有現(xiàn)代集成式的振動陀螺儀,集成式的振動陀螺儀具有更高的集成度,體積更小,也是現(xiàn)代陀螺儀的一個(gè)重要的發(fā)展方向。
- v' M) S2 ]2 A: v/ B& t% }9 F9 M7 W; O" A- O8 \/ H7 D
. I' m+ c! I6 n, J2 D
  現(xiàn)代光纖陀螺儀包括干涉式陀螺儀和諧振式陀螺儀兩種,它們都是根據(jù)塞格尼克的理論發(fā)展起來的。塞格尼克理論的要點(diǎn)是這樣的:當(dāng)光束在一個(gè)環(huán)形的通道中前進(jìn)時(shí),如果環(huán)形通道本身具有一個(gè)轉(zhuǎn)動速度,那么光線沿著通道轉(zhuǎn)動的方向前進(jìn)所需要的時(shí)間要比沿著這個(gè)通道轉(zhuǎn)動相反的方向前進(jìn)所需要的時(shí)間要多。也就是說當(dāng)光學(xué)環(huán)路轉(zhuǎn)動時(shí),在不同的前進(jìn)方向上,光學(xué)環(huán)路的光程相對于環(huán)路在靜止時(shí)的光程都會產(chǎn)生變化。利用這種光程的變化,如果使不同方向上前進(jìn)的光之間產(chǎn)生干涉來測量環(huán)路的轉(zhuǎn)動速度,就可以制造出干涉式光纖陀螺儀,如果利用這種環(huán)路光程的變化來實(shí)現(xiàn)在環(huán)路中不斷循環(huán)的光之間的干涉,也就是通過調(diào)整光纖環(huán)路的光的諧振頻率進(jìn)而測量環(huán)路的轉(zhuǎn)動速度,就可以制造出諧振式的光纖陀螺儀。從這個(gè)簡單的介紹可以看出,干涉式陀螺儀在實(shí)現(xiàn)干涉時(shí)的光程差小,所以它所要求的光源可以有較大的頻譜寬度,而諧振式的陀螺儀在實(shí)現(xiàn)干涉時(shí),它的光程差較大,所以它所要求的光源必須有很好的單色性。: i) Y1 o+ [; c3 H, c/ O( H
" ]6 R( E5 J+ S' p4 y
陀螺儀的用途
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陀螺儀是一種既古老而又很有生命力的儀器,從第一臺真正實(shí)用的陀螺儀器問世以來已有大半個(gè)世紀(jì),但直到現(xiàn)也,陀螺儀仍在吸引著人們對它進(jìn)行研究,這是由于它本身具有的特性所決定的。陀螺儀最主要的基本特性是它的穩(wěn)定性和進(jìn)動性。人們從兒童玩的地陀螺中早就發(fā)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺可以豎直不倒而保持與地面垂直,這就反映了陀螺的穩(wěn)定性。研究陀螺儀運(yùn)動特性的理論是繞定點(diǎn)運(yùn)動剛體動力學(xué)的一個(gè)分支,它以物體的慣性為基礎(chǔ),研究旋轉(zhuǎn)物體的動力學(xué)特性。
. Y( m& V& S) N2 x" h; G3 F# m; F1 `- I) _$ w" {+ a
0 S8 t$ u& K  o
  陀螺儀器最早是用于航海導(dǎo)航,但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,它在航空和航天事業(yè)中也得到廣泛的應(yīng)用。陀螺儀器不僅可以作為指示儀表,而更重要的是它可以作為自動控制系統(tǒng)中的一個(gè)敏感元件,即可作為信號傳感器。根據(jù)需要,陀螺儀器能提供準(zhǔn)確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號,以便駕駛員或用自動導(dǎo)航儀來控制飛機(jī)、艦船或航天飛機(jī)等航行體按一定的航線飛行,而在導(dǎo)彈、衛(wèi)星運(yùn)載器或空間探測火箭等航行體的制導(dǎo)中,則直接利用這些信號完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控制。作為穩(wěn)定器,陀螺儀器能使列車在單軌上行駛,能減小船舶在風(fēng)浪中的搖擺,能使安裝在飛機(jī)或衛(wèi)星上的照相機(jī)相對地面穩(wěn)定等等。作為精密測試儀器,陀螺儀器能夠?yàn)榈孛嬖O(shè)施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導(dǎo)彈發(fā)射井等提供準(zhǔn)確的方位基準(zhǔn)。由此可見,陀螺儀器的應(yīng)用范圍是相當(dāng)廣泛的,它在現(xiàn)代化的國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中均占重要的地位。
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! V' ^1 I3 E9 C" L' {
  現(xiàn)在廣泛使用的MEMS陀螺(微機(jī)械)可應(yīng)用于航空、航天、航海、兵器、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域。并且MEMS陀螺相比傳統(tǒng)的陀螺有明顯的優(yōu)勢:
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( p/ V. d+ j: v- {% D" R, k/ {: M' e7 X
  1、體積小、重量輕。適合于對安裝空間和重量要求苛刻的場合,例如彈載測量等。
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! [8 Y. j5 b, y: \+ s* n  2、低成本。) N5 o+ @# u' Y6 a" C) O

5 Q' ~4 D! j8 k0 @
0 u  S/ j) d; v6 B5 n  3、高可靠性。內(nèi)部無轉(zhuǎn)動部件,全固態(tài)裝置,抗大過載沖擊,工作壽命長。0 C; u/ G' |- g  {3 \" _

) @1 |  L+ `% D1 r
: g$ n7 p  t5 B: r: i2 S' ~  4、低功耗。  @2 Z! [/ c9 ^2 G  ?" O
* G  o+ T* s, \" a

* J9 ~7 y. @6 }: q6 M" g  5、大量程。適于高轉(zhuǎn)速大g值的場合。
5 M- _$ q9 F5 ^% H  D6 z& L( D/ k$ ~' v5 X7 o
- B- |3 _' Q, A0 H9 S
  6、易于數(shù)字化、智能化。可數(shù)字輸出,溫度補(bǔ)償,零位校正等。
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 樓主| 發(fā)表于 2009-9-27 15:55:04 | 只看該作者
陀螺儀的基本部件
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從力學(xué)的觀點(diǎn)近似的分析陀螺的運(yùn)動時(shí),可以把它看成是一個(gè)剛體,剛體上有一個(gè)萬向支點(diǎn),而陀螺可以繞著這個(gè)支點(diǎn)作三個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動,所以陀螺的運(yùn)動是屬于剛體繞一個(gè)定點(diǎn)的轉(zhuǎn)動運(yùn)動。更確切地說,一個(gè)繞對稱鈾高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子叫陀螺。將陀螺安裝在框架裝置上,使陀螺的自轉(zhuǎn)軸有角轉(zhuǎn)動的自由度,這種裝置的總體叫做陀螺儀," b. r5 _6 x3 q' ^. {
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' S  L( H7 K" y7 K  陀螺儀的基本部件有:
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  (1) 陀螺轉(zhuǎn)子(常采用同步電機(jī)、磁滯電機(jī)、三相交流電機(jī)等拖動方法來使陀螺轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn),并見其轉(zhuǎn)速近似為常值);& f9 A, n" r9 F+ |0 y7 K  O
1 f: \  E; z! O% H, j5 K
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  (2) 內(nèi)、外框架(或稱內(nèi)、外環(huán),它是使陀螺自轉(zhuǎn)軸獲得所需角轉(zhuǎn)動自由度的結(jié)構(gòu));
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9 c1 L  @3 j/ h$ ]( ^; t  (3) 附件(是指力矩馬達(dá)、信號傳感器等)。
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陀螺儀的基本類型
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根據(jù)框架的數(shù)目和支承的形式以及附件的性質(zhì)決定陀螺儀的類型有:
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8 L) t( d* K) c$ W$ ?
3 F- B1 @4 H1 ?' d# y6 S) [$ F  三自由度陀螺儀(具有內(nèi)、外兩個(gè)框架,使轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動自由度。在沒有任何力矩裝置時(shí),它就是一個(gè)自由陀螺儀)。( O; ?) r2 z: U& V3 }( i4 ?6 j! n

0 ~; p+ Q5 H. k! W- W  K* u
2 J9 d+ O6 r( C! `0 ?" L) ^3 p  二自由度陀螺儀(只有一個(gè)框架,使轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸具有一個(gè)轉(zhuǎn)動自由度)。7 |9 i& N. e8 O6 ]
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! U" S# t; ?; ~9 @
  根據(jù)二自由度陀螺儀中所使用的反作用力矩的性質(zhì),可以把這種陀螺儀分成三種類型:
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2 a6 x3 u% M. d% H  速率陀螺儀(它使用的反作力矩是彈性力矩);
! |: x8 j0 S& }; p3 z/ \9 q$ J" E# I" b+ L; `

6 K* s1 J* S& ]6 w/ W: e" T  積分陀螺儀(它使用的反作用力矩是阻尼力矩);* q! Y$ x, M+ A% m9 z+ v) k

) g; E6 b$ H$ y# h5 \; o5 f" y$ g0 V: B- C/ p5 w9 K3 t
  無約束陀螺(它僅有慣性反作用力矩);
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9 V3 t3 u( o$ Y; K$ U$ O  現(xiàn)在,除了機(jī)、電框架式陀螺儀以外,還出現(xiàn)了某些新型陀螺儀,如靜電式自由轉(zhuǎn)子陀螺儀,撓性陀螺儀,激光陀螺儀等。; C4 C4 ^$ f2 A7 u% o
- Q, f; [: c* i
二自由度陀螺儀的基本特性8 z5 A7 T$ \4 }) K$ B2 j/ Z

+ v. F3 g& ?1 F( }二自由度陀螺儀的轉(zhuǎn)子支承在一個(gè)框架內(nèi),沒有外框架,因而轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)有一個(gè)進(jìn)動自由度,即少了垂直于內(nèi)框架軸和自轉(zhuǎn)軸方向的轉(zhuǎn)動自由度。因此二自由度陀螺儀與三自由度陀螺儀的特性也有所不同。, w3 \6 B, z; z$ G  z  {$ q1 D

( u! X# N! D8 b+ f/ v# x( V% a  m- r$ f. P* M
  進(jìn)動性是三自由度陀螺儀的基本特性之—,當(dāng)繞內(nèi)框架軸作用外力矩時(shí),將使高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生繞外框架軸的進(jìn)動,而繞外框架軸作用外力矩時(shí),將使轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生繞內(nèi)框架軸的進(jìn)動。
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: X% X; s! c& ?1 u
  定軸性是三自由度陀螺儀的另一基本特性。無論基座繞陀螺儀自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,還是繞內(nèi)框架軸或外框架軸方向轉(zhuǎn)動,都不會直接帶動陀螺轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(指轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)之外的轉(zhuǎn)動)。由內(nèi)、外框架所組成的框架裝置,將基座的轉(zhuǎn)動與陀螺轉(zhuǎn)子隔離開來。這樣,如果陀螺儀自轉(zhuǎn)軸穩(wěn)定在慣性空間的某個(gè)方位上,當(dāng)基座轉(zhuǎn)動時(shí),它仍然穩(wěn)定在原來的方位上。2 X+ j( H/ k1 B  M

# F3 `4 h; L0 r( M7 h' M3 ^. w
4 M" Z8 s- F9 W0 E$ H& V  對于二自由度陀螺儀,當(dāng)基座繞陀螺儀自轉(zhuǎn)軸或內(nèi)框架軸方向轉(zhuǎn)動時(shí),仍然不會帶動轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動,即內(nèi)框架仍然起隔離運(yùn)動的作用。但是,當(dāng)基座繞陀螺儀缺少自由度的x軸方向以角速度ωx轉(zhuǎn)動時(shí),由于陀螺儀繞該軸沒有轉(zhuǎn)動自由度,所以基座轉(zhuǎn)動時(shí),就通過內(nèi)框架軸上的一對支承帶動陀螺轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動。但陀螺儀自轉(zhuǎn)軸仍盡力保持其原來的空間方位不變。因此,基座轉(zhuǎn)動時(shí),內(nèi)框架軸上的一對支承就有推力F作用在內(nèi)框架軸的兩端,而形成作用在陀螺儀上的推力矩mx, 其方向垂直于動量矩H,并沿x鈾正向。由于陀螺儀繞內(nèi)框架軸有轉(zhuǎn)動的自由度,所以這個(gè)推力矩就使陀螺儀產(chǎn)生繞內(nèi)框架軸的進(jìn)動,進(jìn)動角速度β指向內(nèi)框架軸y的正向,使轉(zhuǎn)子軸趨向與x軸重合。
" R* g1 u0 T# B% q9 ?; M6 R
3 J( T: c3 ?/ x) @
# _8 }+ G& f1 @3 U  h- I" L$ {: ~$ _  因此,當(dāng)基座繞陀螺儀缺少自由度的方向轉(zhuǎn)動時(shí),將強(qiáng)迫陀螺儀跟隨基座轉(zhuǎn)動,同時(shí)陀螺儀轉(zhuǎn)子軸繞內(nèi)框架軸進(jìn)動。結(jié)果使轉(zhuǎn)子軸趨向與基座轉(zhuǎn)動角速度的方向重合。即二自由度陀螺儀具有敏感繞其缺少轉(zhuǎn)動自由度方向旋轉(zhuǎn)角速度的特性。* N2 c9 @  w, G1 @- S# j

- @- ~- }$ y/ @4 F+ D& s7 c# Z+ H3 v; \: @& }, a
  二自由度陀螺儀受到沿內(nèi)框架軸向外力矩作用時(shí),轉(zhuǎn)子軸繞內(nèi)框軸運(yùn)動。
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% ~6 X3 i7 A+ g( t  沿內(nèi)框架軸向作用力矩時(shí)轉(zhuǎn)子軸的運(yùn)動。設(shè)沿內(nèi)框架鈾y的正向有外力矩My作用,則二自由度陀螺儀的轉(zhuǎn)子軸將力圖以角速度My/H繞x軸的負(fù)向進(jìn)動,如圖3所示。由于陀螺轉(zhuǎn)子軸繞x軸方向不能轉(zhuǎn)動,這個(gè)進(jìn)動是不可能實(shí)現(xiàn)的。但其進(jìn)動趨勢仍然存在,并對內(nèi)框架軸兩端的支承施加壓力,這樣,支承就產(chǎn)生約束反力F作用在內(nèi)框架軸兩端,而形成作用在陀螺儀上的約束反力矩mx,其方向垂直于動量矩H并沿x軸的正向。由于轉(zhuǎn)子軸繞內(nèi)框架軸存在轉(zhuǎn)動自由度,所以在這個(gè)約束反力矩mx的作用下,陀螺儀轉(zhuǎn)子軸就繞內(nèi)框架軸以β的角速度沿y軸正向進(jìn)動。簡單地說,如果陀螺繞x軸方向不能轉(zhuǎn)動,那么在繞內(nèi)框架軸向的外力矩作用下,陀螺儀的轉(zhuǎn)子軸也繞內(nèi)框架軸轉(zhuǎn)動。) k! C! j; [8 I

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  陀螺繞主軸轉(zhuǎn)動的角動量以H表示,H=JsΩ,式中Js為陀螺轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。
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陀螺儀工作原理與應(yīng)用/ s# K7 b" v7 F

; a, d2 q$ H: p- K& ]$ p! X/ Y7 A, J: [1、陀螺工作站的原理
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/ k6 V" @1 u( F6 s& ~2 m, k) ]7 j' S
# |! j: y2 y. {  高速旋轉(zhuǎn)的物體的旋轉(zhuǎn)軸,對于改變其方向的外力作用有趨向于鉛直方向的傾向。而且,旋轉(zhuǎn)物體在橫向傾斜時(shí),重力會向增加傾斜的方向作用,而軸則向垂直方向運(yùn)動,就產(chǎn)生了搖頭的運(yùn)動(歲差運(yùn)動)。當(dāng)陀螺經(jīng)緯儀的陀螺旋轉(zhuǎn)軸以水平軸旋轉(zhuǎn)時(shí),由于地球的旋轉(zhuǎn)而受到鉛直方向旋轉(zhuǎn)力,陀螺的旋轉(zhuǎn)體向水平面內(nèi)的子午線方向產(chǎn)生歲差運(yùn)動。當(dāng)軸平行于子午線而靜止時(shí)可加以應(yīng)用。
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; d! S& r: U  s" e! {  2、陀螺工作站的構(gòu)造
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) b- J9 b! T$ `5 O, a6 J, o
4 `: ~1 z% p) o! t  陀螺經(jīng)緯儀的陀螺裝置由陀螺部分和電源部分組成。此陀螺裝置與全站儀結(jié)合而成。陀螺本體在裝置內(nèi)用絲線吊起使旋轉(zhuǎn)軸處于水平。當(dāng)陀螺旋轉(zhuǎn)時(shí),由于地球的自轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)軸在水平面內(nèi)以真北為中心產(chǎn)生緩慢的歲差運(yùn)動。旋轉(zhuǎn)軸的方向由裝置外的目鏡可以進(jìn)行觀測,陀螺指針的振動中心方向指向真北。利用陀螺經(jīng)緯儀的真北測定方法有“追尾測定”和“時(shí)間測定”等。
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  追尾測定[反轉(zhuǎn)法]8 k) K( P# @1 j: |" ^8 [

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6 U# v& m3 [8 c9 ^( l+ p4 i  利用全站儀的水平微動螺絲對陀螺經(jīng)緯儀顯示歲差運(yùn)動的刻度盤進(jìn)行追尾。在震動方向反轉(zhuǎn)的點(diǎn)上(此時(shí)運(yùn)動停止)讀取水平角。如此繼續(xù)測定之,求得其平均震動的中心角。用此方法進(jìn)行20分鐘的觀測可以求得+/-0。5分的真北方向。0 ?( N/ E1 T, M, `$ N4 M, `
5 o& ^; r9 w0 F) P: T! B

+ \: M$ V1 `1 E$ l! W0 B" h5 r  時(shí)間測定[通過法]
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( L( H1 {0 ?. l5 J  用追尾測定觀測真北方向后,陀螺經(jīng)緯儀指向了真北方向,其指針由于歲差運(yùn)動而左右擺動。用全站儀的水平微動螺絲對指針的擺動進(jìn)行追尾,當(dāng)指針通過0點(diǎn)時(shí)反復(fù)記錄水平角,可以提高時(shí)間測定的精度,并以+/-20秒的精度求得真北方向。& s# }, V4 j1 Q/ s

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  3、 陀螺全站儀的應(yīng)用實(shí)例; r$ p9 \. W# m# s" s

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/ T  v8 n8 X" \( M4 U( g  3.1 隧道中心線測量
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* Y+ I* |1 T6 j1 T  在隧道等挖掘工程中,坑內(nèi)的中心線測量一般采用難以保證精度的長距離導(dǎo)線。特別是進(jìn)行盾構(gòu)挖掘(shield tunnel)的情況,從立坑的短基準(zhǔn)中心線出發(fā)必須有很高的測角精度和移站精度,測量中還要經(jīng)常進(jìn)行地面和地下的對應(yīng)檢查,以確保測量的精度。特別是在密集的城市地區(qū),不可能進(jìn)行過多的檢測作業(yè)而遇到困難。如果使用陀螺經(jīng)緯儀可以得到絕對高精度的方位基準(zhǔn),而且可減少耗費(fèi)很高的檢測作業(yè)(檢查點(diǎn)最少),是一種效率很高的中心線測量方法。
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5 H* N  e( E/ l5 M) z/ A) @
: ]1 j% T& Q9 d0 z* n+ q9 _, C2 c  3.2 通視障礙時(shí)的方向角獲取
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- n7 }$ _8 ^6 N" D  當(dāng)有通視障礙,不能從已知點(diǎn)取得方向角時(shí),可以采用天文測量或陀螺經(jīng)緯儀測量的方法獲取方向角(根據(jù)建設(shè)省測量規(guī)范)。與天文測量比較,陀螺經(jīng)緯儀測量的方法有很多優(yōu)越性:對天氣的依賴少、云的多少無關(guān)、無須復(fù)雜的天文計(jì)算、在現(xiàn)場可以得到任意測線的方向角而容易計(jì)算閉合差。3 a0 D- d) q6 N' D7 g
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4 }% z( s8 ]1 B0 i1 `1 }; `  3.3 日影計(jì)算所需的真北測定( X8 i0 j" U: d+ O1 I1 y
3 ?, |# @% @# B0 ~

1 g# D4 o9 L/ v$ E# n' F9 q  在城市或近郊地區(qū)對高層建筑有日照或日影條件的高度限制。在建筑申請時(shí),要附加日影圖。此日影圖是指,在冬至的真太陽時(shí)的8點(diǎn)到16點(diǎn)為基準(zhǔn),進(jìn)行為了計(jì)算、圖面繪制所需要的高精度真北方向測定。使用陀螺經(jīng)緯儀測量可以獲得不受天氣、時(shí)間影響的真北測量。
6#
 樓主| 發(fā)表于 2009-9-27 15:59:02 | 只看該作者
陀螺儀
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陀螺儀5 ]; Y! H$ g. O* o# v9 f
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回轉(zhuǎn)的構(gòu)造
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$ O& S% u7 R6 I- b三軸9 r5 o9 g4 G8 H- }/ R6 z0 w  R

+ e. P( p4 f* q  j3 n4 Y6 G5 ]. @9 ?5 a# A
  m/ m0 V* E1 h1 q6 R
7#
 樓主| 發(fā)表于 2009-9-27 16:02:25 | 只看該作者
咱們看的哪些個(gè)玩意難道都是靠這個(gè)平衡的?還以為什么高科技呢??呵呵。。。望大蝦批評
8#
發(fā)表于 2009-9-27 16:11:43 | 只看該作者
陀螺因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)才不會倒下。

點(diǎn)評

發(fā)表于 2012-9-8 17:17
9#
發(fā)表于 2009-9-27 16:14:52 | 只看該作者
陀螺因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)才不會倒下。1 U9 F6 R+ m, p: R
旋轉(zhuǎn)的陀螺 發(fā)表于 2009-9-27 16:11

' r5 f( j; T+ ^9 |3 h/ d1 H. ]& k7 e3 e- O, U/ V
貌似從這句就知道兄弟的名稱是咋來的了
10#
 樓主| 發(fā)表于 2009-9-27 16:18:57 | 只看該作者
陀螺因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)才不會倒下。
0 ~( D& D6 O7 ~4 A2 ]旋轉(zhuǎn)的陀螺 發(fā)表于 2009-9-27 16:11

7 t" q) S6 u' c: o
0 L0 V! L9 g8 e. V$ ]& ~這個(gè)我知道,小時(shí)候用鞭子抽著玩
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