CN101339701B - 三自由度运动模拟平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三自由度运动模拟平台。提出一种重心低、承载能力强、更多地考虑乘员安全性，并大幅度降低运动模拟***整体高度的三自由度运动模拟平台，以更好地满足车辆、船舶、飞行器、虚拟现实、娱乐业等领域的运动模拟需求。该平台主要由框架、连接框架的作动器和伺服控制***组成，所说的框架包括下框架(1)、中框架(2)、上框架(3)，下框架(1)、中框架(2)的中心位置通过一个万向节(4)连接，下框架(1)和中框架(2)之间通过两个作动器(6、5)连接，中框架(2)和上框架(3)之间通过中间作动器(9)和两个直线导轨(8、7)连接，三个作动器由伺服控制***控制伸缩。

Description

三自由度运动模拟平台

技术领域

本发明涉及一种三自由度运动模拟平台及其控制***，该运动平台具有俯仰、滚动及前后平移三个自由度，适用于模拟车辆、飞行器、舰船的滚动、俯仰、加速、减速、制动等，也适用于虚拟现实、娱乐业等其它领域。

背景技术

目前的运动模拟***，大多针对车辆、船舶、飞行器等运动模拟对象，采用Stewart(斯图尔特)平台等多自由度并联机构作为运动模拟装置，模拟器座舱多装于并联机构撑起的运动平台的上方，这样的运动模拟器整体尺寸较高，故需要安装在较高的建筑物内。其主要缺点是重心高，安全性低。

发明内容

本发明提出了一种重心低、承载能力强、更多地考虑乘员安全性，并大幅度降低运动模拟***整体高度的三自由度运动模拟平台，以更好地满足车辆、船舶、飞行器、虚拟现实、娱乐业等领域的运动模拟需求。

本发明的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下：

一种三自由度运动模拟平台，主要由框架、连接框架的作动器和伺服控制***构成，所说的框架包括下框架1、中框架2、上框架3，下框架1、中框架2的中心位置通过一个万向节4连接，下框架1和中框架2之间通过两个作动器5、6连接，中框架2和上框架3之间通过中间作动器9和两个直线导轨7、8连接，作动器5、6和中间作动器9由伺服控制***控制伸缩。

所说的两个作动器5、6垂向并对称分布在平台前侧，其一端分别通过万向节10、12与下框架1相连，另一端分别通过万向节11、13与中框架2伸出的支撑臂相连，通过控制作动器中的一个伸长而另一个缩短时，运动模拟平台绕纵轴转动，两个作动器同时伸出或同时缩回时，运动模拟平台绕横轴转动。

所说的中间作动器9和两个直线导轨7、8沿前后平行放置于中框架2和上框架3之间，中间作动器9的一端通过万向节14与中框架2相连，另一端通过万向节15与上框架3相连，通过控制该作动器的伸缩，可使上框架3相对于中框架2产生前后平移运动。

所说的由伺服控制***控制的三个作动器可以采用液压伺服缸、气动伺服缸或采用电动伺服缸。

所说的伺服控制***包括上位机16和运动平台伺服控制器24，上位机16通过RS485接口将控制指令传送到运动平台伺服控制器24，由其解释成三个电动伺服缸的动作指令，并将该指令信号传给三个电动伺服缸的伺服电机19，控制三个电动伺服缸进行预定的动作。

所说的每个电动伺服缸上设有最大行程、最小行程极限位置的上限位开关20和下限位开关21，在运动平台伺服控制器24上设置有急停按钮17，在运动平台伺服控制器上还设置有手动调整俯仰、滚动、及前后平移幅度的手操器组18。

本发明所提供的三个自由度运动模拟器，通过将作动器布置于平台四周和将作动器横向放置等措施，将平台的高度降低到最低限度。从而使故障出现时乘员的安全度大为提高，并降低了放置运动模拟器所需的建筑物的高度要求，使运动模拟器的初装成本大为降低。

本发明的技术效果是：与现有技术相比该三自由度运动模拟平台的优点主要体现在两个方面：首先是本发明所提供的三自由度运动模拟平台与同吨位其它类型的运动平台相比，其平台高度大为降低，对降低整个运动模拟***的高度极为有利；其次，本发明所提供的三自由度运动模拟平台的前后平移的运动幅度可以做得比较大，对车辆、船舶、飞行器等前进方向的加、减速，制动的运动模拟比较有利。

附图说明

下面结合附图所示实施例对本发明作进一步说明。

图1是三自由度运动模拟平台结构原理图；

图2是三自由度运动模拟平台的实体结构示例；

图3是三自由度运动模拟平台控制***组成示例。

图中：1.下框架2.中框架3.上框架4.万向节5.一个作动器6.另一个作动器7.一个直线导轨8.另一个直线导轨9.中间作动器10～15.为结构相同的万向节16.上位机17.急停按钮18.手操器组19.伺服电机20.上限位开关21.下限位开关22.滚珠丝杠23.同步齿形带24.运动平台伺服控制器5′、6′、9′.分别为三个电动伺服缸A.俯仰手操器B.滚动手操器C.前后平移手操器D.来自于上位机的指令E.控制总线F.位置控制信号

具体实施方式

作动器可以采用液压伺服缸、气动伺服缸和电动伺服缸等，在本示例中作动器采用电动伺服缸。

图2是运动平台的实体结构示例。该运动平台由上框架1、中框架2与下框架3组成，驱动依靠两个电动伺服缸5′、6′和中间电动伺服缸9′。下框架1与中框架2在中心位置处通过一个万向节4连接，中框架2的位置控制依靠两个电动伺服缸5′、6′来实现，两个电动伺服缸5′、6′分别通过万向节一端与下框架1相连，另一端与中框架2伸出的支撑臂相连。中框架2与上框架3之间用两根前后平行放置的直线导轨7、8连接，与直线导轨平行地放置着一根电动伺服缸9′，该伺服缸的一端通过万向节与中框架2连接，另一端通过万向节与上框架3连接。两个电动伺服缸5′、6′同时伸缩时，平台产生俯仰运动，一个伸长而另一个缩短时，平台产生滚动运动；中间电动伺服缸9′伸缩时，平台产生前后平移运动。

图3所示为该运动平台的控制***组成示例。控制***由上位机16与运动平台伺服控制器24构成。上位机16通过RS485接口将控制指令传送到运动平台伺服控制器24，由其解释成三个电动伺服缸的动作指令，然后将该指令信号传给三个电动伺服缸的伺服电机19，来控制三个电动伺服缸产生预定的动作。每个电动伺服缸上设有最大行程、最小行程时的极限位置限位开关20、21，在电动伺服缸达到极限位置后，限位开关传讯给伺服控制器停止该电动伺服缸的运动。在运动平台伺服控制器上设置有急停按钮17，用于在遇到危险时紧急停止平台的运动。在运动平台伺服控制器上还设置有手动调整俯仰、滚动、及前后平移幅度的手操器组18，供手动调整平台位置时使用。

Claims (5)

1.一种三自由度运动模拟平台，主要由框架、连接框架的作动器和伺服控制***组成，其特征在于所说的框架包括下框架(1)、中框架(2)、上框架(3)，下框架(1)、中框架(2)的中心位置通过一个万向节(4)连接，下框架(1)和中框架(2)之间通过两个作动器(6、5)连接，中框架(2)和上框架(3)之间通过中间作动器(9)和两个直线导轨(8、7)连接，三个作动器由伺服控制***控制伸缩，所说的三个作动器采用液压伺服缸、气动伺服缸或电动伺服缸。

2.根据权利要求1所述的三自由度运动模拟平台，其特征在于所说的两个作动器(6、5)垂向并对称分布在平台前侧，两个作动器的一端分别通过万向节(12、10)与下框架(1)相连，另一端分别通过万向节(11、13)与中框架(2)伸出的支撑臂相连，通过控制作动器中的一个伸长而另一个缩短时，运动模拟平台绕纵轴转动，两个作动器同时伸出或同时缩回时，运动模拟平台绕横轴转动。

3.根据权利要求1所述的三自由度运动模拟平台，其特征在于所说的中间作动器(9)和两个直线导轨(8、7)沿前后且平行放置于中框架(2)和上框架(3)之间，中间作动器(9)的一端通过万向节(14)与中框架(2)相连，另一端通过万向节(15)与上框架(3)相连，通过控制该作动器的伸缩，可使上框架(3)相对于中框架(2)产生前后平移运动。

4.根据权利要求1所述的三自由度运动模拟平台，其特征在于所说的伺服控制***包括上位机(16)和运动平台伺服控制器(24)，上位机(16)通过RS485接口将控制指令传送到运动平台伺服控制器(24)，由其解释成三个电动伺服缸的动作指令，并将该指令信号传给由伺服电机(19)驱动三个电动伺服缸，控制三个电动伺服缸进行预定的动作。

5.根据权利要求1或4所述的三自由度运动模拟平台，其特征在于所说的每个电动伺服缸上设有最大行程、最小行程极限位置的上限位开关(20)和下限位开关(21)，在运动平台伺服控制器(24)上设置有急停按钮(17)，在运动平台伺服控制器上还设置有调整俯仰、滚动、及前后平移幅度的手操器组(18)。

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