[發(fā)明專利]三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810051086.5
• 申請(qǐng)日: 2008-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN101339701A
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙丁選;張紅彥;張祝新;艾學(xué)忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G09B9/00
• 分類號(hào): G09B9/00;G09B25/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 朱世林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)及其控制系統(tǒng)，該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)具有俯仰、滾動(dòng)及前后平移三個(gè)自由度，適用于模擬車輛、飛行器、艦船的滾動(dòng)、俯仰、加速、減速、制動(dòng)等，也適用于虛擬現(xiàn)實(shí)、娛樂業(yè)等其它領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前的運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)，大多針對(duì)車輛、船舶、飛行器等運(yùn)動(dòng)模擬對(duì)象，采用Stewart(斯圖爾特)平臺(tái)等多自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為運(yùn)動(dòng)模擬裝置，模擬器座艙多裝于并聯(lián)機(jī)構(gòu)撐起的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的上方，這樣的運(yùn)動(dòng)模擬器整體尺寸較高，故需要安裝在較高的建筑物內(nèi)。其主要缺點(diǎn)是重心高，安全性低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種重心低、承載能力強(qiáng)、更多地考慮乘員安全性，并大幅度降低運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)整體高度的三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)，以更好地滿足車輛、船舶、飛行器、虛擬現(xiàn)實(shí)、娛樂業(yè)等領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)模擬需求。

本發(fā)明的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，結(jié)合附圖說明如下：

一種三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)，主要由框架、連接框架的作動(dòng)器和伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成，所說的框架包括下框架1、中框架2、上框架3，下框架1、中框架2的中心位置通過一個(gè)萬向節(jié)4連接，下框架1和中框架2之間通過兩個(gè)作動(dòng)器5、6連接，中框架2和上框架3之間通過中間作動(dòng)器9和兩個(gè)直線導(dǎo)軌7、8連接，作動(dòng)器5、6和中間作動(dòng)器9由伺服控制系統(tǒng)控制伸縮。

所說的兩個(gè)作動(dòng)器5、6垂向并對(duì)稱分布在平臺(tái)前側(cè)，其一端分別通過萬向節(jié)10、12與下框架1相連，另一端分別通過萬向節(jié)11、13與中框架2伸出的支撐臂相連，通過控制作動(dòng)器中的一個(gè)伸長而另一個(gè)縮短時(shí)，運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)作動(dòng)器同時(shí)伸出或同時(shí)縮回時(shí)，運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

所說的中間作動(dòng)器9和兩個(gè)直線導(dǎo)軌7、8沿前后平行放置于中框架2和上框架3之間，中間作動(dòng)器9的一端通過萬向節(jié)14與中框架2相連，另一端通過萬向節(jié)15與上框架3相連，通過控制該作動(dòng)器的伸縮，可使上框架3相對(duì)于中框架2產(chǎn)生前后平移運(yùn)動(dòng)。

所說的由伺服控制系統(tǒng)控制的三個(gè)作動(dòng)器可以采用液壓伺服缸、氣動(dòng)伺服缸或采用電動(dòng)伺服缸。

所說的伺服控制系統(tǒng)包括上位機(jī)16和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器24，上位機(jī)16通過RS485接口將控制指令傳送到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器24，由其解釋成三個(gè)電動(dòng)伺服缸的動(dòng)作指令，并將該指令信號(hào)傳給三個(gè)電動(dòng)伺服缸的伺服電機(jī)19，控制三個(gè)電動(dòng)伺服缸進(jìn)行預(yù)定的動(dòng)作。

所說的每個(gè)電動(dòng)伺服缸上設(shè)有最大行程、最小行程極限位置的上限位開關(guān)20和下限位開關(guān)21，在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器24上設(shè)置有急停按鈕17，在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器上還設(shè)置有手動(dòng)調(diào)整俯仰、滾動(dòng)、及前后平移幅度的手操器組18。

本發(fā)明所提供的三個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)模擬器，通過將作動(dòng)器布置于平臺(tái)四周和將作動(dòng)器橫向放置等措施，將平臺(tái)的高度降低到最低限度。從而使故障出現(xiàn)時(shí)乘員的安全度大為提高，并降低了放置運(yùn)動(dòng)模擬器所需的建筑物的高度要求，使運(yùn)動(dòng)模擬器的初裝成本大為降低。

本發(fā)明的技術(shù)效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比該三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先是本發(fā)明所提供的三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)與同噸位其它類型的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相比，其平臺(tái)高度大為降低，對(duì)降低整個(gè)運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)的高度極為有利；其次，本發(fā)明所提供的三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)的前后平移的運(yùn)動(dòng)幅度可以做得比較大，對(duì)車輛、船舶、飛行器等前進(jìn)方向的加、減速，制動(dòng)的運(yùn)動(dòng)模擬比較有利。

附圖說明

下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1是三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2是三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)的實(shí)體結(jié)構(gòu)示例；

圖3是三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)控制系統(tǒng)組成示例。

圖中：1.下框架2.中框架3.上框架4.萬向節(jié)5.一個(gè)作動(dòng)器6.另一個(gè)作動(dòng)器7.一個(gè)直線導(dǎo)軌8.另一個(gè)直線導(dǎo)軌9.中間作動(dòng)器10～15.為結(jié)構(gòu)相同的萬向節(jié)16.上位機(jī)17.急停按鈕18.手操器組19.伺服電機(jī)20.上限位開關(guān)21.下限位開關(guān)22.滾珠絲杠23.同步齒形帶24.運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器5′、6′、9′.分別為三個(gè)電動(dòng)伺服缸A.俯仰手操器B.滾動(dòng)手操器C.前后平移手操器D.來自于上位機(jī)的指令E.控制總線F.位置控制信號(hào)

具體實(shí)施方式

作動(dòng)器可以采用液壓伺服缸、氣動(dòng)伺服缸和電動(dòng)伺服缸等，在本示例中作動(dòng)器采用電動(dòng)伺服缸。