DE69400035T2 - In drei Richtungen periodische Bewegungen reproduzierende Plattform, mit einer bevorzugten Richtung. - Google Patents

Description

• Zahlreiche bewegliche Körper, wie Flugzeuge, Schiffe oder auch Pferde, deren Bewegung im wesentlichen in einer bevorzugten Richtung stattfindet, werden außerdem zu periodischen Bewegungen längs folgender drei Achsen angetrieben: der Längsachse, der Querachse und der vertikalen Achse.
• Es ist durch das Dokument EP 0 407 158 bekannt, eine bewegliche Plattform einerseits auf einem hinteren, doppelten Fuß, der zur Drehung auf einem Sockel und unter der Plattform angelenkt ist, andererseits auf zwei vorderen Füßen anzuordnen, die zur Drehung auf dem Sockel und unter der Plattform angelenkt sind und eine Gelenkverbindung in ihrer Mitte aufweisen. Die unter der Plattform angeordnete Gelenkverbindung eines vorderen Fußes wird durch einen ersten Stab und eine erste Kurbel, die zur Drehung durch einen Motor angetrieben wird, verschoben. Die in der Mitte des anderen vorderen Fußes angeordnete Gelenkverbindung wird durch einen zweiten Stab und eine zweite Kurbel, die ebenfalls zur Drehung durch den Motor angetrieben wird, verschoben. Diese Anordnung kann der Plattform begrenzte Bewegungen in einer mittleren vertikalen Ebene mitteilen, d.h. Nickbewegungen unter Ausschluß von Roll- und Schlingerbewegungen.
• Es ist gleichermaßen bekannt, Simulatoren, beispielsweise mit Plattformen mit sechs Freiheitsgraden, herzustellen, die es gestatten, solche Bewegungen in befriedigender Weise zu reproduzieren. Derartige Simulatoren sind jedoch aufwendige Maschinen.
• Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine bewegliche Plattform herzustellen, die periodische Bewegungen entlang drei Achsen mit einer bevorzugten Richtung reproduziert, wobei diese Plattform durch äußerst einfache mechanische Mittel in Bewegung versetzt wird und demnach eine wenig kostspielige Herstellung aufweist.
• Die Erfindung schlägt eine bewegliche Plattform zum Reproduzieren periodischer Bewegungen längs dreier Achsen (längs, quer, vertikal) mit einer bevorzugten Richtung vor, wobei diese Plattform von einem Sockel einerseits an einem (als "hinteres" bezeichnetem) Ende mittels wenigstens eines an eine Kurbel angeschlossenen Fußes und andererseits an ihrem anderen (als "vorderes" bezeichnetem) Ende über an diesem Sockel angelenkte Stangen getragen wird und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kurbel von einer Stütze getragen wird, die ihrerseits am Sockel über einen Fuß befestigt ist, der seitlich so verschoben werden kann, daß die Kurbel sich entweder in einer vertikalen Ebene, welche die bevorzugte Richtung enthält, oder in einer nach der einen oder anderen Seite geneigten Ebene befindet, und daß jeder der beiden vorderen Füße an einem im wesentlichen vertikal angebrachten Stab angelenkt und jeder Stab seinerseits direkt oder indirekt an seinem unteren Ende auf dem Sockel verschwenkbar befestigt ist.
• Der einfacheren Formulierung halber und zum Erleichtern des Verständnisses der Beschreibung sei der Fuß als der "hintere" bezeichnet, der mit der Kurbel verbunden ist, und die beiden anderen als die "vorderen"; aber es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf ein solches Verständnis beschränkt ist, so daß der, der "vorderer" genannt wird, auch der "hintere" sein kann und umgekehrt.
• Die Erfindung kann auch noch die folgenden Merkmale aufweisen:
• - die verschwenkbare Befestigung am Sockel des einen der beiden vorderen Stäbe wird von einer horizontalen Achse gebildet, die im wesentlichen senkrecht zur bevorzugten Richtung verläuft;
• - die Lage des einen der vorderen Füße relativ zur Plattform kann auf Wunsch verändert werden;
• - die Plattform ist mit einem Platz für den Benutzer ausgestattet, dessen Lage auf Wunsch geändert werden kann;
• - der hintere Fuß kann einfach oder doppelt sein;
• - die Kurbel, mit der der hintere Fuß verbunden ist, kann ein Arm mit veränderbarer Länge oder eine Scheibe sein;
• - die Kurbel des hinteren Fußes wird von einem Drehantrieb mit veränderbarer Geschwindigkeit angetrieben;
• - die Kurbel des hinteren Fußes wird durch eine Scheibe gebildet, die mit einem Fenster versehen ist, in dem sich der Anlenkpunkt des genannten Fußes verschieben läßt;
• - die Drehgeschwindigkeit des Motors wird durch Mittel gesteuert, die es gestatten, die Drehzahl pro Minute und außerdem zyklisch die Geschwindigkeit während jedes Umlaufs zu ändern;
• - die vorderen Füße sind indirekt am Sockel angelenkt, wobei sie von einer Welle getragen werden, die in zwei Lagern läuft und mit einem Knick versehen ist, damit den unteren Enden der genannten Stangen eine Bewegung mit einer Amplitude R derart aufgeprägt wird, daß die Plattform in Nickbewegungen versetzt wird;
• - die Welle weist einen ersten Abschnitt, der eine Stange trägt und einen Zylinder mit einem ersten Radius beschreibt, sowie einen zweiten Abschnitt auf, der eine Stange trägt und einen Zylinder mit einem zweiten Radius beschreibt, der sich vom ersten Radius unterscheidet, und zwar derart, daß der Plattform gleichzeitig mit den Nickbewegungen auch Rollbewegungen mitgeteilt werden;
• - der hintere Fuß ist an der Plattform mittels eines Kugelgelenks angelenkt und eine zweite Kurbel treibt eine Stange an, die zwischen dieser Kurbel und dem Kugelgelenk, welches den vorderen Fuß mit der am Sockel angelenkten Stange verbindet, derart angebracht ist, daß die auf dem Sockel angelenkte Stange in oszillierende Bewegungen versetzt wird.
• Die Erfindung läßt sich dank der nachfolgenden, beispielsweise und nicht einschränkend vorgelegten Beschreibung noch besser verstehen, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird; es zeigen:
• - Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform der Erfindung;
• - Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Ausführungsvariante der Scheibenkurbel der Fig. 1;
• - Fig. 3 und 4 Teilansichten für zwei Ausführungsvarianten einer indirekten Anlenkung der vordem Füße am Sockel, und
• - Fig. 5 eine Ansicht, die mit Fig. 1 vergleichbar ist, für eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Plattform.
• Es sei nun auf Fig. 1 Bezug genommen, aus der ersichtlich ist, daß die Maschine von einem Sockel 1 gebildet wird, der vorzugsweise rechteckig ist.
• Dieser Sockel trägt mittels dreier Füße 3, 4 und 5 eine Plattform 2.
• Der Fuß 3, den man vereinbarungsgemäß den "hinteren" Fuß nennt, ist über eine Gelenkverbindung 6 an eine Kurbel 7 angeschlossen, die von einem einfachen Arm gebildet sein kann, wie dies gestrichelt gezeigt ist, oder durch eine Scheibe, wie dies in ausgezogenen Linien dargestellt ist. Diese Kurbel 7 ist verdrehbar auf einer Achse 8 angebracht, die von einer Stütze 9 getragen wird, welche auf dem Sockel 1 ruht.
• Wie dies schematisch durch die strichpunktierte Linie 10 und den doppelten Pfeil f&sub1; angegeben ist, kann der Fuß 9a der Stütze 9 in die eine oder die andere Richtung längs der Linie 10 verschoben werden. In einer mittleren Lage sind die Stütze 9 und die Kurbel 7 in einer Vertikalebene angeordnet, die den hinteren Fuß 3 enthält. Wenn man den Fuß 9a nach der einen oder der anderen Seite aus dieser mittleren Lage versetzt, verbringt man die Stütze 9 und die Kurbel 7 in eine schräge Ebene, die nach rechts oder nach links geneigt ist.
• Wenn sich die Kurbel 7 in einer vertikalen Ebene befindet, entspricht diese Lage der bevorzugten Richtung XX der Bewegung der Plattform 2.
• Die Mittel, durch welche der Fuß 9a in die gewünschten Lage verbracht wird, sind nicht beschrieben, weil sie keinen Teil der Erfindung bilden und im Fachwissen des Fachmanns liegen. Sie können durch eine Gleitführung mit Feststellschrauben, durch eine Zahnstange, eine Schnecke oder einen Kolben gebildet sein.
• Eine Änderung der Lage des Fußes 9a der Stütze 9 kann wie eine Einrichtarbeit vor der Inbetriebnahme der Maschine durchgeführt oder während des Betriebes mittels einer Fernsteuerung vorgenommen werden.
• Die Welle 8 ist mit einer Riemenscheibe 11 versehen, die über einen Treibriemen 12 mit der Riemenscheibe 13 eines Motors 14 verbunden ist, der mit veränderbarer Geschwindigkeit betreibbar und dessen Drehrichtung umkehrbar ist. Dieser Motor 14 ist mit Steuermitteln ausgestattet, die es gestatten, ihn in der einen oder anderen Richtung drehen zu lassen und seine Drehgeschwindigkeit zu ändern, d.h. die Anzahl der Umdrehungen pro Minute. Man kann gleichermaßen Mittel vorsehen, die es gestatten, die Geschwindigkeit zyklisch bei der Ausführung jeder Umdrehung zu verändern.
• Der eine der vorderen Füße, im dargestellten Beispiel der linke Fuß 4, ist an einer im wesentlichen vertikalen Stange 15 mittels einer Gelenkverbindung 16 angelenkt, die im oberen Teil der Stange 15 liegt. In dieser Ausführungsvariante ist die Stange unmittelbar mit ihrem unteren Teil am Sockel über eine Gelenkverbindung 17 angelenkt, die mit einer Stütze 18 verbunden ist, die ihrerseits am Sockel 1 befestigt ist.
• Der andere vordere Fuß 5, im dargestellten Beispiel der rechte Fuß 5, ist durch eine Gelenkverbindung 19 an einer im wesentlichen vertikalen Stange 20 angelenkt. An ihrem unteren Teil ist die Stange 19 unmittelbar am Sockel angelenkt, wobei sie schwenkbar an einer Achse 21 angebracht ist. Diese Achse 21 verläuft horizontal sowie senkrecht oder praktisch senkrecht zur bevorzugten Richtung XX. Für eine stabilere Verbindung ist die Stange 20 mittels eines horizontalen Armes 22 und einer Strebe 23 dreieckig ausgebildet.
• Die Lage des Fußes 5 auf der Plattform 2 kann in der durch die Linie 24 bezeichneten Richtung in der einen oder anderen Richtung geändert werden, wie dies durch den doppelten Pfeil f&sub2; angezeigt ist. Die Mittel, die diese Verschiebungen gestatten, sind analog zu jenen, die zum Gegenstand der Verschiebung des Fußes 9a der Stütze 9 erwähnt wurden.
• Im dargestellten Beispiel ist die Plattform rechteckig und weist einen Sitz 25 auf, der auf der mittleren Längsachse XX der Plattform 2 liegt. Dieser Sitz 25 kann in beiden Richtungen in der Richtung XX verschoben werden, wie dies durch den doppelten Pfeil f&sub3; angegeben wird. Auch dort sind die Mittel, die diese Verschiebungen gestatten, analog zu denen, die für die Stütze 9 und den Fuß 5 erwähnt sind.
• Wenn der Motor 14 in Betrieb genommen wird, treibt er die Kurbel 7 zur Drehung an.
• Befindet sich die Kurbel in einer vertikalen Ebene und steht die Gerade, die die Füße 5 und 4 verbindet, senkrecht zur Richtung XX, dann wird der Fuß 3 zu einer Drehbewegung in einer vertikalen Ebene angetrieben und die Füße 4 und 5 beschreiben jeweils einen Kreisbogen in einer vertikalen Ebene. Der Sitz 25 wird demnach zu einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung in Richtung XX angetrieben sowie zu einer Nickbewegung (Aufwärts- und Abwärtsbewegung). Es ist verständlich, daß, je weiter der Sitz 25 vorne liegt, die Verschiebung infolge der Nickbewegung umso wesentlicher ist, während diese Bewegung umso schwächer ist, je weiter der Sitz nach hinten verschoben ist.
• Wenn der Fuß 9a der Stütze 9 in Richtung des Pfeiles f&sub1; zur einen oder anderen Seite seiner Mittellage (in welcher sich die Kurbel 7 in einer vertikalen Ebene bewegt) verschoben wird, dann wird sich über die schon vorher beschriebene Bewegung eine seitliche Bewegung des Fußes 3 und deshalb eine Schlingerbewegung überlagern. Aber immer wird der wesentliche Teil der Bewegung in der Richtung XX stattfinden, die man aus diesem Grund die "bevorzugte Richtung" nennt.
• Wenn der Fuß 5 in der einen oder anderen Richtung längs der Linie 24 verschoben wird, dann steht die Gerade, die die Füße 4 und 5 verbindet, nicht mehr senkrecht zur Richtung XX, und über die schon vorher beschriebenen Bewegungen überlagert sich eine Rollbewegung.
• Man erhält demnach eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung in einer bevorzugten Richtung sowie eine Bewegungs-Überlagerung längs der drei Achsen für Nickbewegung, Rollbewegung und Schlingerbewegung, deren Amplituden man nach Wunsch die Amplitude einstellen kann.
• Um die Amplitude der Nickbewegung einzustellen, sind verschiedene Mittel einsetzbar; man kann die Scheibe 7 durch einen Arm variabler Länge ersetzen. Man kann auch, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, die Gelenkverbindung 6 in einem Fenster 26 anordnen, das in der Scheibe 7 asymmetrisch angebracht ist, und diese Gelenkverbindung kann frei im genannten Fenster gleiten und sich gegen das eine oder andere Ende dieses Fensters 26 entsprechend der Drehrichtung der Scheibe 7 anlegen.
• Die Kombination der so beschriebenen Bewegungen und die Möglichkeit, bei diesen die Amplitude und Frequenz zu verändern, gestattet es, mit einer sehr befriedigenden Näherung die Verschiebung verschiedener beweglicher Körper zu simulieren, die sich längs einer Vorwärtsrichtung (bevorzugte Richtung) bewegen, während sie gleichzeitig auch noch komplementäre Bewegungen längs der drei Achsen (längs, quer, vertikal) aufweisen.
• Die Erfindung gestattet unter anderem, die Gangarten eines Pferdes (Schritt, Trab, Galopp und Sprung) zu simulieren. Indessen ist die Erfindung nicht auf diesen speziellen Fall beschränkt, der Sitz 25 kann im Gegensinn angeordnet sein, wobei in diesem Fall der hintere Fuß zum vorderen und umgekehrt wird.
• Die verschiedenen Einstellmittel, wie:
• - Lage des Sitzes 25,
• - Neigung der Kurbel 7,
• - Länge der Kurbeln 7, 37,
• - Lage des Fußes 5,
• - Drehrichtung des Motors 14,
• - Drehgeschwindigkeit des Motors 14,
• - zyklische Änderung der Drehgeschwindigkeit des Motors während einer Umdrehung
• gestatten es, wunschgemäß die verschiedenen Parameter der Bewegungen der Plattform einzustellen und demnach die Simulation von Bewegungen, die man reproduzieren will, zu verfeinern, insbesondere jene, die den verschiedenen Gangarten eines Pferdes entsprechen.
• Diese vielfachen Bewegungen machen es erforderlich, daß die Gelenkverbindungen 6, 16, 17 und 19 imstande sind, Bewegungen in allen Richtungen sicherzustellen. Sie können demnach entweder durch Achsen gebildet sein, die in ihren Lagern mit Spiel angebracht sind, oder durch silentblock-artige Gummilager oder durch Kugelgelenke oder Kardangelenke.
• Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist es möglich, den Fuß 3 zu verdoppeln, d.h. zwei parallele Füße anzuordnen, die mit derselben Kurbel oder mit einer Doppelkurbel verbunden sind. Eine solche Anordnung eliminiert jede Möglichkeit einer Rollbewegung (Längsachse) aus, gestattet es aber, die Verbindung zwischen der Plattform und der Kurbel kräftiger auszuführen. Immer noch zum Zweck, die Maschine stabiler zu machen, kann man die beiden Stangen 15 und 20 verstreben.
• Diese Verstärkung der Vorrichtung hat zum Ziel, es dann, wenn die Vorrichtung zum Simulieren der Gangart eines Pferdes verwendet wird, zu gestatten, die Übungen heftiger auszuführen.
• In der Ausführungsvariante, die in Fig. 3 dargestellt ist, sind die Stangen 15 und 20, auf denen die vorderen Füße 4 und 5 der Plattform angelenkt sind, mit dem Sockel dadurch indirekt verbunden, wobei sie von einer Welle 30 getragen werden, die in zwei Lagern 31 verdrehbar gelagert ist.
• Die Welle 30 ist gekröpft, damit die unteren Enden der Stangen zu einer Bewegung mit einer Amplitude R angetrieben werden.
• Die Welle 31 wird vom Motor 14 oder von einem zweiten Motor über eine Riemenscheibe 33, die sie trägt, zur Drehung angetrieben.
• Diese Ausführungsform gestattet es, Nickbewegungen unabhängig von der Lage der Stütze 9 des hinteren Fußes zu bewirken.
• Die Ausführungsvariante der Fig. 4 gestattet es, Rollbewegungen gleichzeitig mit Nickbewegungen unabhängig von der Lage der Stütze 9 und vom hinteren Fuß durch Phasendifferenzierung zu bewirken.
• In dieser Ausführungsform ist die Welle, welche die unteren Enden der Stangen 15 und 20 trägt, so ausgebildet, daß sie einen ersten Abschnitt 35, der die Stange 20 trägt und einen Zylinder mit einem Radius R1 beschreibt, sowie einen zweiten Abschnitt 34 umfaßt, der die Stange 15 trägt und einen Zylinder mit einem Radius R2 beschreibt, der von R1 unterschiedlich ist.
• Fig. 5 zeigt noch eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen beweglichen Plattform.
• In dieser Ausführungsform ist der hintere Fuß 3 an der Plattform 2 mittels eines Kugelgelenks 35 angelenkt, während das Kugelgelenk 6, das in der Ausführungsform nach Fig. 1 zwischen dem Fuß 3 und der Kurbel 7 liegt, durch eine einfache Anlenkung ersetzt ist.
• Eine zweite Kurbel 37, die, wie schon vorher, von einem einfachen Arm oder von einer Scheibe gebildet sein kann, ist rund um die Achse 8 angeordnet. Zwischen dieser Kurbel 37 und dem Kugelgelenk 19, das den vorderen Fuß 5 mit dem Stab 20 verbindet, ist ein Stab 36 angeordnet, um auf diese Weise dem Stab 20 oszillierende Bewegungen aufzuprägen.
• Die Erfindung wurde oben in einfachen Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung in gleicher Weise jede Kombination verschiedener, beschriebener Einstellmittel abdeckt.

Claims (16)

1. Bewegliche Plattform zum Reproduzieren periodischer Bewegungen längs dreier Achsen (längs, quer, vertikal) mit einer bevorzugten Richtung (XX), wobei diese Plattform (2) von einem Sockel (1) einerseits an ihrem einen (als "hinteres" bezeichneten) Ende mittels wenigstens eines an eine Kurbel (7) angeschlossenen Fußes (3) und andererseits an ihrem anderen (als "vorderes" bezeichneten) Ende über an diesem Sockel angelenkte Stangen getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbel (7) von einer Stütze (9) getragen wird, die ihrerseits am Sockel (1) über einen Fuß (9a) befestigt ist, der seitlich so verschoben werden kann, daß die Kurbel (7) sich entweder in einer vertikalen Ebene, welche die bevorzugte Richtung (XX) enthält, oder in einer nach der einen oder der anderen Seite geneigten Ebene befindet, und daß jeder der beiden vorderen Füße an einem im wesentlichen vertikal angebrachten Stab (15, 20) angelenkt und jeder Stab (15, 20) seinerseits direkt oder indirekt an seinem unteren Ende auf dem Sockel (1) verschwenkbar befestigt ist.

2. Plattform nach Anspruch 1, bei der die verschwenkbare Befestigung am Sockel (1) des einen (20) der beiden vorderen Stäbe von einer horizontalen Achse (21) gebildet ist, die im wesentlichen senkrecht zur bevorzugten Richtung verläuft.

3. Plattform nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Lage des einen (5) der vorderen Füße relativ zur Plattform (2) auf Wunsch längs einer im wesentlichen parallel zur bevorzugten Richtung (XX) verlaufenden Linie (24) verändert werden kann.

4. Plattform nach Anspruch 1, bei der die Plattform (2) mit einer Aufnahme (25) versehen ist.

5. Plattform nach Anspruch 4, bei der die Lage der Aufnahme (25) auf Wunsch längs der bevorzugten Richtung (XX) verändert (f&sub3;) werden kann.

6. Plattform nach Anspruch 1, bei der der hintere Fuß (3) ein Einzelfuß ist.

7. Plattform nach Anspruch 1, bei der der hintere Fuß (3) zur Erhöhung der Gesamtstabilität als Doppelfuß ausgebildet ist.

8. Plattform nach Anspruch 1, bei der die Kurbel (7) ein Arm von veränderbarer Länge ist.

9. Plattform nach Anspruch 1, bei der die Kurbel (7) eine Scheibe ist.

10. Plattform nach Anspruch 9, bei der die Scheibe, welche die Kurbel (7) bildet, mit einem Fenster (26) versehen ist, das asymmetrisch angebracht ist und in dem sich die Verbindung zwischen dem hinteren Fuß (3) und dieser Kurbel (7) entsprechend der Drehrichtung der Kurbel verschieben läßt.

11. Plattform nach Anspruch 1, bei der der Drehantrieb der Kurbel (7) über einen Motor (14) mit veränderbarer Geschwindigkeit erfolgt, bei dem die Drehrichtung umgekehrt werden kann.

12. Plattform nach Anspruch 11, bei der die Drehung des Motors (14) öber Mittel gesteuert wird, die eine Änderung der Anzahl von Umdrehungen pro Minute gestatten.

13. Plattform nach Anspruch 12, bei der diese Mittel zur Steuerung eine zyklische Änderung der Drehgeschwindigkeit bei jeder Umdrehung gestatten.

14. Plattform nach Anspruch 1, bei der die vorderen Füße (4, 5) indirekt am Sockel angelenkt sind, wobei sie von einer Welle (30) getragen werden, die in zwei Lagern (31) läuft und mit einem Knick versehen ist, damit den unteren Enden der Stangen eine Bewegung mit einer Amplitude R aufgeprägt wird derart, daß die Plattform in Nickbewegungen versetzt wird.

15. Plattform nach Anspruch 14, bei der die Welle (30) einen ersten Abschnitt (22), der eine Stange (20) trägt, die einen Zylinder mit einem ersten Radius beschreibt, und einen zweiten Abschnitt (34), der eine Stange (15) trägt, welche einen Zylinder mit einem zweiten, vom ersten Radius unterschiedlichen Radius beschreibt, derart aufweist, daß an der Plattform gleichzeitig mit den Nickbewegungen auch Rollbewegungen erzeugt werden.

16. Plattform nach Anspruch 1, bei der der hintere Fuß (3) an der Plattform (2) mittels eines Kugelgelenks (35) angelenkt ist und eine zweite Kurbel (37) eine Stange (36) antreibt, die zwischen dieser Kurbel (37) und dem Kugelgelenk (19), welches den vorderen Fuß (5) mit der am Sockel angelenkten Stange (20) verbindet, derart angebracht ist, daß die auf dem Sockel angelenkte Stange (20) in oszillierende Bewegungen versetzt wird.