ES2963824T3

ES2963824T3 - Generador de movimiento

Info

Publication number: ES2963824T3
Application number: ES20020225T
Authority: ES
Inventors: Ashley William Hawker Warne; Matthew Peter Bell; Daniel Charmbury Ward
Original assignee: Dynisma Ltd
Current assignee: Dynisma Ltd
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2024-04-02
Anticipated expiration: 2040-05-15
Also published as: KR20220007871A; CN114175129B; EP3739558A1; WO2020228992A1; CN114175129A; PL3739558T3; HUE064401T2; EP3739558B1; US20220215771A1; JP2022533599A

Abstract

Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un generador de movimiento que comprende un efector para aplicar fuerzas, momentos y movimientos a una carga útil con respecto a una superficie conectada a uno o más puntales rígidos alargados, estando cada puntal conectado en un extremo del mismo por un primera junta al efector y estando conectada en su otro extremo por una segunda junta a un balancín asociado, teniendo el balancín un eje de pivote, de modo que el movimiento de un balancín alrededor del eje de pivote conduce al movimiento del efector, y las fuerzas aplicadas a un el balancín asociado conduce a la aplicación de fuerzas al efector, en el que el movimiento de un balancín y las fuerzas aplicadas por el balancín son controlados por un actuador, teniendo el actuador la forma de una correa alargada, cable, accionamiento por cable o motor lineal dispuesto para aplicar una fuerza a un punto en un balancín asociado alejado del eje de pivote del balancín. Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona un generador de movimiento que comprende un efector para aplicar fuerzas, momentos y movimientos a una carga útil con respecto a un superficie, estando conectado el efector a cuatro o más puntales rígidos alargados, estando conectado cada puntal en un extremo del mismo mediante una primera junta al efector y estando conectado en su otro extremo mediante una segunda junta a un balancín asociado, teniendo el balancín una eje de pivote, de modo que el movimiento de un balancín conduce al movimiento del efector, y las fuerzas aplicadas a un balancín asociado conducen a que se apliquen fuerzas al efector, en el que el movimiento de un balancín y las fuerzas aplicadas por el balancín están controlados por un actuador , estando dispuesto el actuador para aplicar una fuerza a un punto en un balancín asociado alejado del eje de pivote del balancín. La invención también se refiere a sistemas de movimiento y simuladores de conducción que incluyen dichos generadores de movimiento, y a métodos que utilizan tales generadores y sistemas de movimiento. . (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Generador de movimiento

Campo de la invención

Esta invención se refiere al campo de los sistemas de movimiento, especialmente para simular movimientos tales como conducir o volar. En particular, aunque no exclusivamente, la invención se refiere a generadores de movimiento y a sistemas de movimiento que incluyen dichos generadores de movimiento, y a procedimientos para utilizar generadores de movimiento y sistemas de movimiento, por ejemplo, para su uso como simuladores de conducción, y a procedimientos para su producción.

Antecedentes

Un generador de movimiento es un dispositivo capaz de aplicar movimientos, fuerzas y aceleraciones a una carga útil en una o más direcciones o grados de libertad. La carga útil puede ser, por ejemplo, un ser humano sometido a una experiencia simulada en un simulador de movimiento que incorpora un generador de movimiento. De forma alternativa, la carga útil también puede ser otro generador de movimiento, que se dice que está en serie con el primer generador de movimiento. Los generadores de movimiento se utilizan en sistemas de movimiento. Los sistemas de movimiento incluyen un sistema de control para controlar el generador de movimiento.

Los sistemas de movimiento se utilizan en simuladores de movimiento. Los sistemas de movimiento se utilizan en una variedad de aplicaciones, incluida la simulación de movimiento (por ejemplo, simuladores de vuelo, simuladores de vehículos y de conducción), robótica, impresión 3D, vibración y simulación sísmica. El tipo de sistema de movimiento más común que se utiliza actualmente en la simulación de movimiento es el generador de movimiento de plataforma Stewart (o “hexápodo”). Este es un tipo de manipulador paralelo que tiene seis actuadores, normalmente unidos en pares a tres posiciones en la base de una plataforma y que se cruzan a tres puntos de montaje en una plataforma o placa superior (o "efector final"). Los dispositivos o cargas útiles, como un usuario humano colocado en la plataforma, generalmente en alguna forma de cabina, área del conductor o modelo de vehículo, se pueden mover en los seis grados de libertad en los que es posible que se mueva un cuerpo libremente suspendido, es decir, los tres movimientos lineales x, y, z (lateral, longitudinal y vertical), y las tres rotaciones (cabeceo, balanceo y guiñada). En términos generales, en un manipulador paralelo, varios actuadores controlados por ordenador están dispuestos para operar en paralelo para soportar la carga útil. En este contexto, "paralelo" significa que solo existe un actuador en cada trayecto de carga separado entre la carga útil y la base, mientras que en un manipulador en serie, uno o más de los posibles trayectos de carga entre la carga útil y la base incluyen al menos dos actuadores.

Un simulador de movimiento es un sistema de simulación que incorpora al menos un generador de movimiento que puede crear, para un ocupante, los efectos o sensaciones de estar en un vehículo en movimiento. Los simuladores de movimiento se utilizan profesionalmente para la formación de conductores y pilotos, en forma de simuladores de conducción y simuladores de vuelo, respectivamente. También se utilizan industrialmente en la creación, diseño y prueba de los propios vehículos, así como en el diseño de componentes de vehículos. Los simuladores de movimiento profesionales utilizados para la simulación de conducción y vuelo suelen sincronizar una presentación visual (proporcionada, por ejemplo, por un sistema de proyección y pantallas asociadas y señales de audio) con el movimiento de un vagón (o chasis) ocupado por el conductor o piloto para proporcionar una mejor sensación del efecto del movimiento. La llegada de las pantallas montadas en la cabeza (HMD) de realidad virtual (VR) hace que el aspecto de una simulación inmersiva sea menos costoso con los sistemas de movimiento actuales y tiene la capacidad de ofrecer aplicaciones de realidad virtual para usos de ocio, como en parques de atracciones pasivos o atracciones de conducción, montar en primera persona o de vuelo en salas de juegos y en juegos activos, donde uno o más jugadores tienen cierto control sobre la experiencia de conducir, montar, volar o jugar en primera persona. La carga útil de un generador de movimiento utilizado en la simulación de movimiento (por ejemplo, un chasis o una cabina) es relativamente pesada, a menudo del orden de cientos de kg. Las aplicaciones de simulación de movimiento para generadores de movimiento requieren el control preciso de dichas cargas útiles relativamente pesadas sobre movimientos significativos, que a menudo son del orden de 1 metro o más.

El tipo de hexápodos que se utilizan habitualmente para la simulación de movimiento de participantes humanos suele tener un ancho de banda relativamente bajo, de hasta aproximadamente 20 Hz. Esto significa que pueden crear movimientos oscilatorios y vibraciones de una amplitud constante, con una frecuencia de hasta 20 veces por segundo, más allá de la cual la amplitud de los movimientos se reduce a medida que aumenta la frecuencia. Esto es suficiente para replicar la mayoría de los movimientos de la suspensión de los automóviles, pero no transmite el contenido de frecuencia asociado con las vibraciones del motor del automóvil, las vibraciones de los neumáticos, el ruido de la carretera y los bordillos con bordes afilados en las pistas de carreras. Un ancho de banda bajo también significa que las señales se retrasan, lo que significa que el conductor no puede responder tan rápido.

Los sistemas de movimiento actuales, especialmente aquellos destinados a un uso de alto nivel, como en aplicaciones de instrucción y entrenamiento de vuelo militares y comerciales, suelen ser muy grandes, pesados, complejos y muy costosos. Su complejidad requiere una programación y un mantenimiento exhaustivos, lo que aumenta aún más el coste para los usuarios.

Empresas como McLaren/MTS Williams/ABD y Ansible han desarrollado sistemas de movimiento de simulador de conducción dedicados, pero tienden a ser extremadamente complejos mecánicamente y, por lo tanto, costosos, y cuentan con componentes personalizados mecanizados con precisión y, a menudo, motores lineales costosos. Estos sistemas de movimiento de simulador de conducción dedicados responden mejor que los hexápodos cuando se mueven en algunas direcciones, pero aún son limitados en otras. El uso de husillos de bolas en tales sistemas es desventajoso porque, si bien son buenos para establecer la posición, inhiben la transferencia de fuerza y solo pueden lograr un ancho de banda menor. Esto da como resultado una experiencia de simulación de movimiento menos natural para un usuario humano.

El simulador de movimiento divulgado en el documento EP2486558 comprende un mecanismo que utiliza un manipulador paralelo de tres grados de libertad que comprende tres brazos verticales impulsados por palancas acodadas para controlar el movimiento de cabeceo, desplazamiento vertical y balanceo y, por lo tanto, tienen capacidad de respuesta y un gran ancho de banda en esos grados de libertad. Se requiere una mesa giratoria accionada en rotación por un actuador lineal para proporcionar guiñada. El simulador de movimiento pretende ser relativamente compacto. Sin embargo, sus grados de libertad horizontales los proporcionan manipuladores en serie que introducen elasticidad, inercia y fricción, que limitan la capacidad de respuesta y el ancho de banda del sistema en los grados de libertad horizontales.

El documento US5.919.045 divulga un simulador interactivo de coches de carreras, que incluye un generador de movimiento primario que comprende una disposición simple de bastidores rectangulares superpuestos dispuestos para moverse en las direcciones X e Y, respectivamente, sobre guías lineales, bajo control neumático, y denominados "bastidores X e Y". Si bien la disposición simple de bastidores del tipo divulgado en el presente documento proporciona buenas oscilaciones en las direcciones X e Y, como los bastidores están apilados uno encima del otro en el generador de movimiento no es especialmente compacto en la dimensión vertical. Además, los movimientos en las direcciones X e Y no son especialmente precisos y, además, el simulador tendría un ancho de banda relativamente pequeño.

En el documento EP2810268A se proporciona un ejemplo de un generador de movimiento primario para uso en un simulador de conducción, que divulga un generador de movimiento de tres grados de libertad en serie con un generador de movimiento de seis grados de libertad que puede soportar grandes movimientos en el plano horizontal usando el generador de movimiento primario, al mismo tiempo que se logra el máximo recorrido vertical del generador de movimiento secundario. Por lo tanto, los dos generadores de movimiento en serie pueden lograr combinaciones de movimientos en diferentes grados de libertad que son imposibles con un hexápodo de tamaño similar. Sin embargo, el hexápodo descrito en el presente documento utiliza actuadores lineales y específicamente actuadores lineales accionados por husillo de bolas de recirculación. Como se señaló anteriormente, los actuadores de husillo de bolas de recirculación tienen una fricción considerable y, por lo tanto, conducen a una capacidad de respuesta y un ancho de banda deficientes. El uso de otros actuadores lineales en una arquitectura hexápoda conduce a problemas adicionales. En el caso de que el actuador lineal sea móvil como parte del puntal móvil, entonces tiene una gran masa móvil, lo que conduce a resonancia mecánica a bajas frecuencias, lo que limita la capacidad de respuesta y el ancho de banda del sistema. En el caso de que el actuador lineal esté fijo con respecto a una base, y un extremo del puntal hexápodo se traslade a lo largo del actuador lineal, entonces el peso y las cargas inerciales del sistema reaccionan mediante un cojinete lineal que nuevamente implica una fricción considerable.

El documento US2017/0053548A divulga un sistema de movimiento que incluye una plataforma controlada por cable/actuador que se puede deslizar sobre una base fija grande de baja fricción y que permite un movimiento horizontal significativo de la plataforma. Los cables y actuadores están dispuestos alrededor de la periferia de la gran base, permitiendo el movimiento horizontal significativo de la plataforma. A su vez, en la plataforma está montado un generador de movimiento secundario basado en un hexápodo que soporta una cabina modelo para proporcionar un mayor movimiento de la cabina.

El documento US5.752.834 divulga generadores de movimiento de tres y seis grados de libertad que utilizan pistones como actuadores. El documento US2018/0238062 divulga un sistema de simulación de movimiento que incluye varios actuadores de servomotor de accionamiento directo conectados mediante cajas de engranajes planetarios que acoplan manivelas.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un generador de movimiento mejorado, especialmente uno que sea útil para aplicaciones de conducción y simulación del tipo de movimiento de vehículos, y sistemas de movimiento mejorados que incorporan tales generadores de movimiento, que nuevamente son especialmente adecuados para esas aplicaciones.

Sumario de la invención

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato de acuerdo con la reivindicación 1.

La superficie puede ser generalmente plana. Por ejemplo, en muchas aplicaciones la superficie puede ser el suelo de un edificio en el que está instalado el generador de movimiento de acuerdo con la invención, pero podría ser una placa base para el generador de movimiento. En otras situaciones, tales como las combinaciones que se describen a continuación y donde el generador de movimiento secundario es un generador de movimiento de acuerdo con la invención, la superficie puede ser un plano de referencia sobre la superficie física en la que se instala la combinación, típicamente proporcionada o definida por el generador de movimiento primario y esa superficie puede moverse con el generador de movimiento primario.

En este contexto, un balancín significa convencionalmente un cuerpo sólido que está unido a un extremo de una articulación giratoria alargada o pivote, pudiendo el cuerpo girar alrededor de un eje de pivote proporcionado por esta articulación o pivote, girando así con respecto a otro cuerpo sólido unido al otro extremo de la articulación. Típicamente, el balancín también tendrá otras articulaciones y puntos de recogida en su cuerpo, unidos a otros elementos móviles. Los balancines se utilizan típicamente en sistemas mecánicos para controlar los movimientos relativos de elementos móviles, controlar ventajas mecánicas y cambiar las direcciones del movimiento. Los elementos mecánicos como las palancas acodadas y las palancas son formas de balancines. Por ejemplo, los balancines se utilizan a menudo en la suspensión de automóviles, por ejemplo, en disposiciones de suspensión de varilla de empuje o de tracción. El término "balancín" también abarca, a los efectos de la presente divulgación, un cuerpo sólido unido o integral con un elemento de flexión, de manera que el cuerpo es capaz de describir un arco alrededor de un eje imaginario que generalmente se extiende hacia arriba en un punto medio del elemento de flexión, siendo ese eje imaginario el equivalente a un eje de pivote como se mencionó anteriormente para otros balancines.

Por lo tanto, la invención proporciona un generador de movimiento en forma de manipulador paralelo con uno, dos, tres, cuatro, cinco o preferentemente seis grados de libertad que comprende cuatro o más, típicamente seis, actuadores, cada uno capaz de producir movimientos de respuesta y de gran ancho de banda. Por lo tanto, los generadores de movimiento de la presente invención son capaces de proporcionar un movimiento de respuesta y de gran ancho de banda en los seis grados de libertad.

Un generador de movimiento de acuerdo con la invención puede ser ventajoso en algunos o en todos de varios aspectos en comparación con los generadores de movimiento conocidos. Puede tener bajos niveles de fricción dentro de sus partes móviles. El diseño del generador de movimiento de la invención minimiza la fricción y, por lo tanto, tiene capacidad de respuesta y un gran ancho de banda porque el peso y las cargas impartidas sobre la carga útil reaccionan mediante un balancín (típicamente junto con sus cojinetes giratorios) que tiene menos fricción que los cojinetes lineales o las guías lineales utilizados en diseños convencionales. Puede tener una inercia baja debido a la menor masa de elementos móviles en comparación con los diseños conocidos. Puede tener un ancho de banda elevado, típicamente mejor que 50 Hz, en más de un grado de libertad. En algunos modos de realización, puede tener un ancho de banda significativamente mayor que 50 Hz en múltiples grados de libertad, por ejemplo, 80 Hz, 90 Hz o 100 Hz o más, lo cual es un avance significativo con respecto a los diseños de generadores de movimiento de precio comparable. Otra ventaja de un generador de movimiento de acuerdo con la invención es que puede ser relativamente compacto en dirección vertical en comparación con ciertos diseños de generadores de movimiento actuales. Además, no requiere, por ejemplo, la base metálica mecanizada con precisión que requiere el generador de movimiento del documento EP2810268A, ya que puede instalarse en el suelo de un edificio convencional.

La primera y segunda articulaciones en un generador de movimiento de la invención pueden tener juntas un número total de grados de libertad que sea al menos cinco. Una de la primera o segunda articulaciones puede incluir una articulación universal, cardán, esférica o elemento de flexión, mientras que la otra puede ser una articulación esférica.

Un generador de movimiento de acuerdo con la invención comprende varios balancines. En la mayoría de las disposiciones, el generador de movimiento puede comprender seis balancines. El eje de pivote de al menos un balancín, preferentemente cada uno, puede fijarse con respecto a la superficie donde la superficie es una superficie física en la que está instalado el generador de movimiento. De forma alternativa, (típicamente en el contexto de una combinación que incluye un generador de movimiento de acuerdo con la invención montado como un generador de movimiento secundario en un generador de movimiento primario), el eje de pivote del balancín puede no estar fijo con respecto a esa superficie, pero está fijo con respecto a un plano sobre la superficie física, desplazándose ese plano con el generador de movimiento primario. El pivote basculante podría ser una articulación giratoria, un eje con cojinetes o un elemento de flexión. Cada balancín puede moverse paralelo a la superficie. De forma alternativa, al menos un balancín, preferentemente cada uno, puede estar inclinado en un ángulo mayor que cero grados con respecto a la superficie. Por ejemplo, al menos un balancín, preferentemente cada uno, puede girar alrededor de un eje de pivote inclinado de 0° a 90°, preferentemente aproximadamente 45 grados (por ejemplo, de 40 a 50 grados) con respecto a la superficie. Algunos o todos los balancines pueden formar un ángulo obtuso con su puntal conectado. Esto puede reducir la resonancia en el generador de movimiento. Además, o de forma alternativa, esto puede hacer que el generador de movimiento sea más compacto.

Un generador de movimiento de acuerdo con la invención comprende 4, 5, 6 o más puntales alargados. Por ejemplo, el generador de movimiento puede comprender X puntales alargados, donde X es menor que seis, y al menos un medio de restricción mecánica que restringe Y grados de libertad del efector donde Y = 6 - X. De forma alternativa, podría haber más de 6 puntales alargados. Se pueden disponer pares de puntales alargados en lados opuestos del efector. En un modo de realización típico, un generador de movimiento comprende tres pares de puntales alargados.

Al menos un actuador puede estar dispuesto de manera que pueda hacer reaccionar la carga de vuelta a la superficie. El actuador puede ser, por ejemplo, un actuador alargado tal como un accionamiento por correa, cable o cuerda, o un motor lineal en un generador de movimiento de acuerdo con el segundo aspecto de la invención. Cada forma de actuador puede tener sus propias ventajas. Por ejemplo, los actuadores de transmisión por correa, cable o cuerda pueden ser relativamente menos costosos. Cuando el actuador es un motor lineal, puede conectarse mediante una biela motriz a un balancín asociado.

Cuando el generador de movimiento es accionado por un actuador tal como una transmisión por correa, cable o cuerda alargada, la transmisión por correa, cable o cuerda alargada puede ser accionada por una polea o cabrestante. Tal polea o cabrestante puede ser accionado por un motor eléctrico o un motorreductor.

Cuando el actuador incluye una transmisión por correa, cable o cuerda, ambos extremos de la transmisión por correa, cable o cuerda pueden estar unidos a un balancín asociado, formando un bucle cerrado en la correa, cable o cuerda entre dos puntos de unión en el balancín. Se puede aplicar un dispositivo de tensión pasiva que incluye una polea a un extremo o parte de la transmisión por correa, cable o cuerda cerrada para mantener la tensión en la transmisión por correa, cable o cuerda y para acomodar su longitud fija dentro de la geometría cambiante de la sistema. El dispositivo de tensión pasiva que incluye una polea puede adaptarse a un cambio en la geometría del balancín. El otro extremo, u otra parte de la transmisión por correa, cable o cuerda puede estar unido a un dispositivo de aplicación de fuerza pasiva que mantiene la tensión en la correa, cable o cuerda. El dispositivo de aplicación de fuerza pasiva puede ser en este caso, por ejemplo, un resorte, un amortiguador de gas o una cuerda elástica.

En un generador de movimiento de acuerdo con la invención, un dispositivo de aplicación de fuerza pasiva puede estar conectado a un balancín para proporcionar asistencia al actuador tal como precarga estática o amortiguación, o para soportar el peso de la carga útil. Esta asistencia podría proporcionarse mediante un dispositivo de aplicación de fuerza pasiva, como un resorte, un amortiguador de gas o una cuerda elástica.

Uno o más dispositivos de aplicación de fuerza pasiva, tales como un resorte, un amortiguador de gas o una cuerda elástica, pueden conectarse al efector o a la carga útil para proporcionar asistencia adicional o alternativa, como precarga estática o amortiguación al actuador.

Al menos un balancín y/o actuador puede montarse sobre o en la superficie. De forma alternativa, o adicionalmente, al menos un balancín y/o actuador puede montarse en un bastidor u otro soporte fijado a la superficie.

La carga útil soportada por el efector puede ser más de 10 kg, preferentemente más de 80 kg, preferentemente más de 250 kg o preferentemente más de 500 kg. Normalmente, en aplicaciones de simulación de movimiento, la carga útil puede ser el chasis o la cabina de un vehículo o un modelo del mismo.

Un generador de movimiento de acuerdo con la invención puede disponerse para funcionar como generador de movimiento secundario en serie con un generador de movimiento primario. Una disposición combinada de este tipo que comprende un generador de movimiento primario y secundario puede proporcionar a un usuario un mayor rango de movimiento para una carga útil. Por ejemplo, la combinación puede lograr oscilaciones del orden de 1 metro requeridas en aplicaciones de simulación de movimiento, especialmente de vehículos. Además, tal disposición de combinación puede permitir el uso de un generador de movimiento primario relativamente simple y, por lo tanto, rentable que proporciona movimiento, por ejemplo, en las direcciones X e Y solo mientras que el generador de movimiento secundario proporciona movimientos más complejos. De forma alternativa, el generador de movimiento primario podría tener los grados de libertad X, Y y guiñada. Un ejemplo de un generador de movimiento conocido adecuado para su uso como generador de movimiento primario, con un generador de movimiento de acuerdo con la invención como generador de movimiento secundario es el divulgado en el documento US2017/0053548. En tal combinación, un generador de movimiento de acuerdo con la invención está dispuesto como un generador de movimiento secundario en el que al menos un balancín y/o un actuador de ese generador está montado en un bastidor, el efector final del generador de movimiento primario, o como su carga útil. Por ejemplo, el generador de movimiento primario puede incluir un bastidor o plataforma, como efector final y al menos un balancín del generador de movimiento secundario puede estar montado de manera pivotante en el bastidor del generador de movimiento primario.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un sistema de movimiento, comprendiendo el sistema de movimiento al menos un generador de movimiento de acuerdo con la invención, y un sistema de control. El sistema de control puede controlar el funcionamiento de al menos un actuador del generador de movimiento, preferentemente el de todos los actuadores. El sistema de control puede calcular las posiciones, aceleraciones y/o fuerzas que se deben producir en cada actuador para generar un perfil de movimiento demandado.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un simulador de conducción o de vehículo que incluye un generador de movimiento de acuerdo con la invención o un sistema de movimiento de acuerdo con la invención, y al menos un medio de simulación del entorno seleccionado de entre proyección visual o medios de visualización y medios de audio. El simulador de conducción o de vehículo puede comprender una cabina o un chasis y/o un elemento de simulación de vehículo. El simulador de conducción o de vehículo puede incluir medios para simular un entorno que comprende al menos uno de entre aparato de visualización, aparato de realidad virtual, aparato de proyección y medios de software para modelar un entorno virtual y un modelo de vehículo.

Otro aspecto de la invención proporciona un procedimiento para producir un sistema de movimiento de acuerdo con la reivindicación 14.

Otros rasgos característicos de los generadores de movimiento, sistemas de movimiento y simuladores de conducción resultarán evidentes a partir de la descripción y otras reivindicaciones. Cuando se hace referencia a aparatos tales como generadores de movimiento, sistemas de movimiento, simuladores de movimiento y ciertos aspectos o modos de realización de la invención, el destinatario experto apreciará que otros aspectos y modos de realización de la invención pueden aplicarse igualmente a dichos aparatos. Las referencias a dichos aparatos que están de acuerdo con la invención pueden referirse a cualquier aspecto de la invención.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirán generadores de movimiento, sistemas de movimiento y simuladores de conducción y su funcionamiento y producción de acuerdo con la invención, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, figuras 1 a 28, en los que:

la figura 1 es una vista esquemática en perspectiva de un sistema de movimiento de acuerdo con la invención, desde arriba y desde un lado;

la figura 2 es una vista esquemática en perspectiva del sistema de movimiento de la figura 1 con el bastidor retirado por claridad;

la figura 3 es una vista en planta del sistema de movimiento mostrado en la figura 2;

la figura 4 es una vista esquemática de detalle en planta de un balancín del sistema de movimiento de la figura 1;

la figura 5 es una vista esquemática en perspectiva del balancín mostrado en la figura 4;

la figura 6 es una vista de detalle en planta de un balancín diferente para uso en un generador de movimiento de acuerdo con la invención;

Breve descripción de los dibujos

la figura 7 es una vista de detalle de los dispositivos de tensión pasiva de un generador de movimiento de acuerdo con la invención;

la figura 8 es una vista en perspectiva del sistema de movimiento mostrado en la figura 2 en una condición de desplazamiento hacia delante;

la figura 9 es una vista en planta desde abajo del sistema de movimiento en la condición de desplazamiento hacia delante de la figura 8;

la figura 10 es una vista en perspectiva del sistema de movimiento mostrado en la figura 2 en una condición de balanceo hacia la izquierda;

la figura 11 es una vista en planta desde abajo del sistema de movimiento en la condición de balanceo hacia la izquierda de la figura 10;

la figura 12 es una vista en perspectiva del sistema de movimiento mostrado en la figura 2 en una condición de desplazamiento vertical hacia arriba;

la figura 13 es una vista en planta desde abajo del sistema de movimiento en la condición de desplazamiento vertical hacia arriba de la figura 12;

la figura 14 es una vista en perspectiva del sistema de movimiento como se muestra en la figura 2 en una condición de balanceo con el lado derecho hacia abajo;

la figura 15 es una vista en planta desde abajo del sistema de movimiento como se muestra en la figura 14 en la condición de balanceo con el lado derecho hacia abajo;

la figura 16 es una vista en perspectiva del sistema de movimiento como se muestra en la figura 2 en una condición de cabeceo con el morro hacia abajo;

la figura 17 es una vista en planta desde abajo del sistema de movimiento en la condición de cabeceo con el morro hacia abajo de la figura 16;

la figura 18 es una vista en perspectiva del sistema de movimiento como se muestra en la figura 1 en una condición de guiñada con el morro hacia la izquierda;

la figura 19 es una vista en planta desde abajo del sistema de movimiento en la condición de guiñada con el morro hacia la izquierda mostrada en la figura 18;

la figura 20 es una vista en perspectiva de un simulador de conducción de acuerdo con la invención;

la figura 21 es una vista esquemática en perspectiva de otro sistema de movimiento de acuerdo con la invención;

la figura 22 es una vista de detalle en perspectiva de otro generador de movimiento de acuerdo con la invención;

la figura 23 es otra vista de detalle del generador de movimiento de la figura 22;

la figura 24 es una vista parcial de otro generador de movimiento que muestra una disposición de balancín alternativa;

la figura 25 es otra vista trasera parcial del generador de movimiento de la figura 24 que muestra la inclinación de una disposición de balancín;

la figura 26 es una vista esquemática de un sistema de control para uso con generadores de movimiento de la invención;

la figura 27A es una vista esquemática de una combinación que incluye un generador de movimiento de acuerdo con la invención, y otro generador de movimiento; y

la figura 27B es una vista esquemática de otra combinación que incluye un generador de movimiento de acuerdo con la invención, y otro generador de movimiento; y

la figura 28 es una vista esquemática de una disposición de balancín alternativa.

Las referencias en esta especificación a orientaciones y posiciones particulares, tales como superior o inferior, se refieren a aquellas orientaciones o posiciones como se muestra en el dibujo adjunto.

Descripción

Sistema de movimiento que incluye un generador de movimiento

En las figuras 1 a 19 se muestra un sistema de movimiento 1 que incluye un generador de movimiento 2 de acuerdo con un primer aspecto de la invención. El sistema de movimiento 1 comprende un generador de movimiento 2 montado sobre una superficie 4, y soporta un chasis de vehículo 3, que, en este modo de realización, constituye la carga útil del generador de movimiento 2, y medios de control (por ejemplo, como se describe en relación con la figura 26) encima de un bastidor 5. El bastidor 5 tiene una forma generalmente triangular y está construido de un material rígido ligero tal como aluminio. Se contemplan otras formas y tipos de bastidores, tales como bastidores espaciales, y otros materiales para su uso en dichos bastidores. En el modo de realización mostrado, el chasis 3 es una réplica de la cabina de un coche de carreras. El chasis 3 está soportado por pares de varillas o puntales rígidos alargados, 11, 12; 13, 14; y 15, 16, que en sus extremos superiores están conectados mediante articulaciones superiores 11 UJ, 12 UJ, 13 UJ, 14 UJ, 15 UJ y 16 UJ respectivamente al chasis 3. Las varillas rígidas alargadas 11-16 pueden estar hechas, por ejemplo, de fibra de carbono para reducir la resonancia. Las articulaciones superiores 11UJ-16UJ pueden ser articulaciones esféricas, cardán o universales, y/o pueden comprender elementos de flexión. El extremo inferior de cada varilla alargada 11-16 está conectado mediante una articulación inferior 11LJ, 12LJ, 13LJ, 14LJ, 15LJ y 16LJ respectivamente a un balancín 11R, 12R, 13R, 14R, 15R y 16R asociado, respectivamente, que están dispuestos para el movimiento pivotante en el interior del bastidor triangular 5 del generador de movimiento 2. Las articulaciones inferiores 11 LJ-16 LJ también pueden ser articulaciones esféricas, cardán o universales, y/o pueden comprender elementos de flexión. Los actuadores lineales 11 LA-16 LA que pueden ser, por ejemplo, transmisiones por correa, motores lineales (un ejemplo adecuado de los cuales sería un motor lineal sin hierro l-Force de Parker) o actuadores accionados por husillos de bolas (un ejemplo adecuado de los cuales sería será un actuador serie PC de Thomson impulsado por un servomotor AKM2G de Kollmorgan). Se prefieren las transmisiones por correa. La conexión entre los balancines 11 R-16R y los actuadores lineales 11 LA-16 LA se muestra con más detalle en las figuras 4-7.

Se contempla que un generador de movimiento de acuerdo con la invención pueda no incluir un bastidor 5. En tal disposición, al menos algunos de, o todos los balancines y/o actuadores podrían montarse directamente en la superficie 4 en lugar de en un bastidor. Un generador de movimiento de este tipo puede resultar ventajoso porque la superficie puede ser más rígida que el bastidor. El bastidor tiene la ventaja de que puede usarse para transportar todo el generador de movimiento, particularmente cuando se usa como generador de movimiento secundario en serie con un generador de movimiento primario.

Las figuras 4 y 5 muestran el balancín 16R y los elementos conectados con más detalle. La correa dentada continua B se conecta con el balancín 16R a través de elementos redondeados E que reducen el desgaste de la correa conectada B. Un ejemplo de una correa dentada adecuada es una correa Conti® Synchrochain Carbon fabricada por Continental. En las figuras 4 y 5, los elementos E son circulares. En la figura 6, los elementos E correspondientes están curvados. Cabe señalar que la correa B mostrada en la figura 6 está separada de los elementos curvos simplemente por claridad; en la práctica, la correa se ajustará estrechamente a los elementos curvos. Las correas dentadas B pasan alrededor de cabrestantes accionables, dentados correspondientemente, accionados eléctricamente (indicados como "C"). Un ejemplo adecuado de cabrestante accionado eléctricamente sería una rueda dentada de correa síncrona de Martin, impulsada por un servomotor AKM2G de Kollmorgan. Los cabrestantes C funcionan bajo el control de un sistema de control (por ejemplo, como se describe en relación con la figura 26).

También se observará que los elementos de tensión pasiva P en el modo de realización de las figuras 4 y 5 son cuerdas elásticas o resortes. En el modo de realización mostrado en las figuras 6 y 7, los elementos de tensión pasiva son resortes de compresión. La correa B pasa alrededor de poleas que giran libremente marcadas como P que están tensadas por los dispositivos de tensión pasiva PT que proporcionan una tensión de precarga en un balancín conectado 11R-16R contra la correa B conectada a ese balancín. Mediante el movimiento de uno o más de los balancines 11R-16R impulsados por las correas B y cabrestantes C asociados bajo el control del sistema de control, las varillas o puntales 11-16 mueven el chasis 4, con un gran ancho de banda en cualquiera de los seis grados de libertad en una amplia variedad de condiciones, algunos de las cuales se describen a continuación.

El generador de movimiento 2 es especialmente compacto en dirección vertical. Esta compacidad es ventajosa cuando el generador de movimiento se incluye en un sistema de movimiento utilizado en simuladores de conducción.

En la siguiente descripción, la posición de los balancines 11 R-16R en uso se describe con más detalle. Por simplicidad, solo se describe la posición de los balancines 11 R-16 R, y aquellos balancines identificados en los dibujos con otros elementos no numerados en algunos dibujos. El destinatario experto apreciará que los otros elementos, tales como los puntales alargados 11-16, las transmisiones por correa y los dispositivos de tensión pasiva conectados también se verán afectados por el movimiento de los balancines, pero esto no se describe en detalle en la descripción siguiente en relación con las figuras 1 a 3 y 7-17.

El generador de movimiento 2 se muestra con el chasis 3 en condición neutra en las figuras 1 a 3.

En esta condición, el estado de los balancines es el siguiente:

El generador de movimiento se muestra con el chasis 3 en una condición de desplazamiento hacia delante en las figuras 8 y 9.

En esta condición, el estado de los balancines es el siguiente:

El generador de movimiento se muestra con el chasis 3 en una condición de balanceo hacia la izquierda en la figura 10 y la figura 11. En esta condición, la posición de los balancines es la siguiente:

El generador de movimiento se muestra con el chasis 3 en condición de desplazamiento vertical hacia arriba en la figura 12 y la figura 13. En esta condición, la posición de los balancines es la siguiente:

El generador de movimiento se muestra con el chasis 3 en una condición de balanceo del lado derecho hacia abajo en la figura 14 y la figura 15. En esta condición, la posición de los balancines es la siguiente:

Balancín | Posición (desde abajo)

El generador de movimiento se muestra con el chasis 3 en una condición de cabeceo con el morro hacia abajo en la figura 16 y la figura 17. En esta condición, la posición de los balancines es la siguiente:

El generador de movimiento se muestra con el chasis 3 en una condición de guiñada con el morro hacia la izquierda en la figura 18 y la figura 19. En esta condición, la posición de los balancines es la siguiente:

Se observará que anteriormente solo se describe un número limitado de condiciones en relación con el generador de movimiento 2. El destinatario experto apreciará que el generador de movimiento 2 puede funcionar en muchas más condiciones que incluyen, y no exclusivamente el desplazamiento hacia atrás, el desplazamiento lateral hacia la derecha, el desplazamiento vertical hacia abajo, el balanceo con el lado izquierdo hacia abajo, el cabeceo con el morro hacia arriba y la guiñada con el morro hacia la derecha. Además, el destinatario experto también apreciará que el generador de movimiento 2 puede funcionar en múltiples combinaciones de tales condiciones. Por ejemplo, el generador de movimiento puede funcionar en una condición combinada de desplazamiento vertical hacia arriba y guiñada con el morro hacia la izquierda. El generador de movimiento tiene las ventajas de la invención que incluyen un gran ancho de banda, baja fricción y baja inercia que aumentan la precisión de los movimientos de la carga útil, chasis 3.

Sistema de control

La figura 26 muestra un sistema de control 501 para usar en la operación de control de un generador de movimiento de acuerdo con la invención. En relación con la figura 26, el generador de movimiento se denomina 502, pero el sistema de control 501 es aplicable a los otros generadores de movimiento, sistemas de movimiento y simuladores de movimiento descritos en el presente documento. El sistema de control 501 comprende un controlador de movimiento 504 que ejecuta un programa de ordenador, preferentemente de manera determinista o en tiempo real, y que toma entradas de demanda de movimiento 505 de un generador de demanda tal como un entorno de simulación 503 o un generador de punto de ajuste 506. El controlador de movimiento calcula las posiciones, aceleraciones y/o fuerzas 507 que se deben producir en cada actuador 509 para generar el perfil de movimiento demandado 505. El sistema de control 501 también comprende servoaccionamientos 508 que proporcionan corrientes eléctricas controladas con precisión 510 para accionar los actuadores 509.

En funcionamiento, el controlador de movimiento envía a cada servoaccionamiento 508 una posición o fuerza demandada 507. El actuador 509 tiene un dispositivo de medición de movimiento 511, tal como un codificador, que proporciona retroalimentación de movimiento 512 al controlador de movimiento, opcionalmente a través del servoaccionamiento. El controlador de movimiento compara el perfil de movimiento demandado 505 con el medido 512 y actualiza la demanda del actuador 507 en consecuencia.

La figura 26 también muestra el sistema de control con un entorno de simulación 503, tal como una simulación de conducción en la que se calcula la física de un vehículo simulado y su entorno, tal como una pista de carreras o carreteras de una ciudad. En este modo de realización, el sistema de control 501 recibe demandas de movimiento del entorno de simulación 503, que representa el movimiento de un vehículo virtual. El programa de ordenador determina el movimiento del vehículo en un mundo virtual 514, luego aplica un algoritmo de indicación de movimiento 513 (MCA, también conocido como filtros de lavado) para transformar los movimientos simulados del vehículo en aquellos que pueden ser representados por el generador de movimiento. Estos movimientos calculados luego se proporcionan al sistema de control de acuerdo con las demandas de movimiento 505. El MCA 513 podría ser parte del entorno de simulación 503 o del sistema de control 501 o estar separado de ambos. El entorno de simulación 503 puede recibir señales de entrada 515 desde dispositivos de control 516 tales como entradas de dirección, acelerador o freno, que un operador, es decir, un usuario humano, como un conductor, pasajero o piloto, utiliza para controlar el vehículo virtual en el entorno de simulación. El operador probablemente sería un pasajero en el generador de movimiento 502. Estas entradas 515 pueden devolverse al entorno de simulación a través del sistema de control o directamente. También es probable que el entorno de simulación produzca una salida en una pantalla visual 517 para el conductor, pasajero u otro usuario u operador. El entorno de simulación también puede requerir datos adicionales 518 del sistema de control, tales como los relacionados con la posición del generador de movimiento o señales de entrada del dispositivo de control.

Combinación de generadores de movimiento

Está montado en un plano por encima de la superficie 601) que está conectado de manera accionable a un actuador (que comprende un motor 617 y una correa alargada 618 que está unida al extremo móvil del balancín, que pasa alrededor de los cabrestantes 618CA), y a un puntal rígido alargado 620. El puntal alargado 620 está conectado mediante una articulación en un extremo al extremo libre del balancín 616 asociado y en su otro extremo mediante una articulación a un efector extremo que soporta la carga útil 619. Cuando el motor 617 se opera bajo órdenes del sistema de control, acciona un cabrestante accionado 618CA y, a su vez, la correa 618 para mover el balancín 616 asociado. El balancín 616 pivota alrededor de un eje de pivote vertical (que pasa a través del pivote de balancín 616P), describiendo con el brazo basculante un arco horizontal (mostrado como A). El movimiento del balancín 616 mueve el puntal 620 asociado para mover el efector final/carga útil 618/619 en las direcciones X e Y, además de permitir movimientos de guiñada, desplazamiento vertical y cabeceo. La combinación 600 es ventajosa porque el generador de movimiento primario 602 es relativamente económico pero proporciona buenos rangos de oscilación en las direcciones X e Y y el generador de movimiento secundario 604 proporciona un ancho de banda mayor y niveles más bajos de inercia y fricción que aumentan la precisión de los movimientos impartidos a la carga útil.

Combinación de generadores de movimiento

La figura 27B muestra otra combinación 300 de acuerdo con la invención, que comprende un primer (o "primario") generador de movimiento 302 y un segundo (o "secundario") generador de movimiento 304 (que es un generador de movimiento de acuerdo con la invención). La combinación 300 se instala sobre una superficie plana 301 tal como el suelo de un edificio de simulador de conducción. El generador de movimiento primario 302 es una disposición de bastidor X e Y simple, generalmente como se describe anteriormente en relación con el generador de movimiento primario 602, que comprende un bastidor inferior 306, que incluye elementos de bastidor inferiores 307, 308 y un bastidor superior 310. El elemento de bastidor inferior 308 soporta un motor 312 que puede operarse, bajo órdenes de un sistema de control 305 (por ejemplo, como se muestra en la figura 26) para mover el bastidor 310 en la dirección X. Un motor similar 314 está dispuesto correspondientemente en el bastidor 310 para mover ese bastidor en la dirección Y bajo órdenes del sistema de control. El generador de movimiento secundario 304 que es un generador de movimiento de acuerdo con el segundo aspecto de la invención, comprende seis balancines 316A-F, estando cada balancín conectado de manera accionable a un actuador (que comprende motores 317A-F y correas dentadas alargadas 318A-F asociadas que pasan alrededor de un cabrestante estriado correspondientemente del motor 317A-F asociado y un cabrestante de movimiento libre, por ejemplo, 318CA o 318CB), generalmente como se describe en relación con el generador de movimiento de la figura 1, y a un puntal rígido alargado (puntales 320A-F). Cada uno de los puntales rígidos alargados 320A-F está conectado mediante una articulación en un extremo al extremo libre del balancín 316A-F asociado y en su otro extremo mediante una articulación a un efector final (plataforma 321 que soporta la carga útil 3322). Se observará que los balancines 316A-F están montados en el bastidor superior 310 del generador de movimiento primario 302 en un plano definido por la superficie superior de ese bastidor 310 que está espaciado por encima de la superficie 301. Cuando un motor 317A-F se opera bajo órdenes del sistema de control, acciona una correa 318A-F asociada de modo que el balancín 316A-F asociado pivote alrededor de un eje de pivote horizontal con el brazo basculante describiendo un arco (por ejemplo, como se muestra como A para el balancín 316A). Por lo tanto, el movimiento de un balancín 316A-F mueve el bastidor 310 en la dirección X. Un motor similar 314 está dispuesto correspondientemente en el bastidor 310 para mover ese bastidor en la dirección Y bajo órdenes del sistema de control. El generador de movimiento secundario 304 que es un generador de movimiento de acuerdo con el segundo aspecto de la invención, comprende seis balancines 316A-F, estando cada balancín conectado de manera accionable a un actuador (que comprende motores 317A-F y correas dentadas alargadas 318A-F asociadas que pasan alrededor de un cabrestante estriado correspondientemente del motor 317A-F asociado y un cabrestante de movimiento libre, por ejemplo, 318CA o 318CB), generalmente como se describe en relación con el generador de movimiento de la figura 1, y a un puntal rígido alargado (puntales 320A-F). Cada uno de los puntales rígidos alargados 320A-F está conectado mediante una articulación en un extremo al extremo libre del balancín 316A-F asociado y en su otro extremo mediante una articulación a un efector final (plataforma 321 que soporta la carga útil 3322). Se observará que los balancines 316A-F están montados en el bastidor superior 310 del generador de movimiento primario 302 en un plano definido por la superficie superior de ese bastidor 310 que está espaciado por encima de la superficie 301. Cuando un motor 317A-F se opera bajo órdenes del sistema de control, acciona una correa 318A-F asociada de modo que el balancín 316A-F asociado pivote alrededor de un eje de pivote horizontal con el brazo basculante describiendo un arco (por ejemplo, como se muestra como A para el balancín 316A). Por lo tanto, el movimiento de un balancín 316A-F mueve el puntal 320A-F asociado para mover el efector final/carga útil 318/319 en las direcciones X e Y, además de permitir movimientos de guiñada, desplazamiento vertical y cabeceo. La combinación 300 es ventajosa porque el generador de movimiento primario 302 es relativamente económico pero proporciona buenos rangos de oscilación en las direcciones X e Y y el generador de movimiento secundario 304 proporciona un ancho de banda mayor y niveles más bajos de inercia y fricción que aumentan la precisión de los movimientos de la carga útil.

Simulador de conducción

Un simulador de conducción 200 de acuerdo con la invención se muestra en la figura 20. El simulador de conducción 200 comprende un sistema de movimiento 202 que incluye un generador de movimiento 204 de acuerdo con la invención, por ejemplo, como se describe anteriormente en relación con las figuras 1 a 19 o a continuación en relación con las figuras 21-23, o una combinación como se describe en relación con figura 27B. El sistema de movimiento 202 está montado en una superficie 206 delante de un sistema de proyección 206 en el que se pueden visualizar imágenes de un entorno de conducción, constituyendo el sistema de proyección un ejemplo de un medio de simulación de entorno. Un sistema de audio (no mostrado) proporciona sonido al usuario replicando los sonidos de un entorno de conducción, constituyendo otro ejemplo de un medio de simulación de entorno. El generador de movimiento 204 del simulador de conducción 200 se opera bajo el mando de un sistema de control 207 (por ejemplo, como se describe en relación con la figura 26).

Un generador de movimiento de acuerdo con la invención, como se describe en varios modos de realización anteriores, que es adecuado para su uso como se usa en un simulador de conducción como se describe en este modo de realización puede ser ventajoso en algunos o todos de varios aspectos en comparación con generadores de movimiento conocidos para tales aplicaciones. Primero, puede tener bajos niveles de fricción dentro de sus partes móviles debido a a) el uso de articulaciones de revolución o cojinetes giratorios en lugar de cojinetes lineales para reaccionar con el peso y las cargas de inercia b) prescindir de actuadores lineales de husillo de bolas de recirculación. En segundo lugar, puede tener una inercia baja, particularmente cuando se utilizan motores rotativos en lugar de motores lineales, particularmente actuadores lineales que se mueven en su totalidad con un puntal en un mecanismo. Cuando se utiliza un motor lineal como actuador en un generador de movimiento de acuerdo con esta invención, solo es necesario mover su deslizador mientras su estátor o canal magnético puede permanecer estacionario. En tercer lugar, puede tener un ancho de banda elevado, típicamente mejor que 50 Hz, en más de un grado de libertad. En algunos modos de realización puede tener un ancho de banda significativamente mayor que 50 Hz, por ejemplo 80, 90, 100 o más Hz. También se apreciará que el generador de movimiento 204 usado en el simulador de conducción 200 puede ser especialmente compacto en la dirección vertical. Esto replica mejor la altura de un vehículo que se simula, en comparación con otros sistemas de movimiento que requieren rampas/puentes para que un usuario entre/salga del simulador de conducción.

Sistema de movimiento que incluye un generador de movimiento

Otro sistema de movimiento 700 de acuerdo con la invención se muestra en la figura 21. El sistema de movimiento 700 incluye un generador de movimiento 702 de acuerdo con la invención que soporta una carga útil 704 sobre una superficie 706. El generador de movimiento 702 comprende cuatro sistemas basculantes 710, 712, 714 y 716 (los sistemas basculantes 714 y 716 están ocultos en la figura 21) que son generalmente como se describe anteriormente. Las restricciones lineales 720 y 722 están dispuestas en ángulo recto entre las disposiciones de balancines 710, 716 y 716, 714 respectivamente. El sistema de movimiento 700 también incluye un sistema de control (por ejemplo, como se describe en relación con la figura 26).

En uso, los balancines 710-714 se mueven mediante transmisiones por correa B, generalmente como se describe anteriormente, de modo que los puntales alargados interpuestos entre los balancines y la carga útil 704 (de nuevo, generalmente como se describe anteriormente) mueven la carga útil en cuatro grados de libertad con un gran ancho de banda. Las restricciones 720, 722 evitan el movimiento excesivo de la carga útil 704 en la dirección longitudinal y lateral, respectivamente.

El destinatario experto apreciará que el sistema de movimiento 700 puede ser relativamente simple pero, sin embargo, ofrecer un buen rendimiento en términos de ancho de banda. El sistema podría tener un ancho de banda superior a 50 Hz o incluso 100 Hz en todos los grados de libertad, a pesar de tener un generador de movimiento primario de menor ancho de banda, porque el generador de movimiento secundario tiene un alto rendimiento en este sentido.

Otro generador de movimiento

En las figuras 22 y 23 se muestra otro generador de movimiento 400 de acuerdo con la invención. El generador de movimiento 400, que está construido y dispuesto generalmente como se describió anteriormente en relación con el generador de movimiento 2 mostrado en las figuras 1 a 19, excepto por que los seis actuadores lineales de transmisión por correa 11 LA-16 LA son reemplazados por seis motores lineales y seis bielas motrices que impulsan los balancines y puntales correspondientes para mover una plataforma 402, que constituye un efector. Los seis motores lineales son operables para mover una plataforma 402 en seis grados de libertad. Las figuras 22 y 23 muestran uno de los seis motores lineales 411 con más detalle. Más específicamente, la figura 22 muestra la bobina 412 y el canal magnético 414 del motor lineal 411. El motor lineal 411 está conectado de manera pivotante mediante el pivote 416 a un puntal inferior alargado 418. Otro pivote 419 conecta el puntal 418 a un balancín 420. El balancín 420 está montado para movimiento pivotante horizontal en el pivote 421 por encima y paralelo a una superficie sobre la cual está montado el generador de movimiento 400. Un puntal superior 422 está conectado por su extremo inferior al balancín 420 mediante una articulación de horquilla 424. El puntal superior 422 está, a su vez, conectado de manera pivotante en su extremo superior mediante otra articulación de horquilla 425 (mostrada en la figura 23) a la plataforma 402 (omitida para mayor claridad en la figura 23). En uso, el movimiento lineal de la bobina (por ejemplo, 412) bajo la operación del motor lineal (por ejemplo, 411) controlado por un sistema de control (por ejemplo, como se describe en relación con la figura 26) mueve el balancín asociado (por ejemplo, 420) y los puntales conectados (por ejemplo 418, 422) para mover la plataforma (402) en seis grados de libertad.

Disposición de balancín alternativa

En las figuras 24 y 25 se muestra esquemáticamente una disposición de balancín alternativa. En este modo de realización, un generador de movimiento 100 está montado sobre una superficie plana generalmente indicada como 102, y soporta un chasis 103, que constituye la carga útil del generador de movimiento 102, y medios de control (no mostrados) sobre un bastidor triangular 105 (omitido para claridad). El chasis 103, que está construido con un material rígido y ligero como el aluminio o la fibra de carbono, es una réplica de la cabina de un coche de carreras. El chasis 103 está soportado por pares de varillas o puntales rígidos alargados, 111, 112; 113, 114; y 115, 116, que están conectados en sus extremos superiores mediante articulaciones superiores 111 UJ, 112 UJ, 113 UJ, 114 UJ, 115 UJ y 116 UJ respectivamente al chasis 103. Las varillas rígidas alargadas 111-116 pueden estar hechas, por ejemplo, de fibra de carbono para reducir la resonancia. Las articulaciones superiores 111UJ-16UJ pueden ser articulaciones esféricas, cardán o universales, y/o pueden comprender elementos de flexión. El extremo inferior de cada varilla alargada 111-116 está conectado mediante una articulación inferior 111LJ, 112LJ, 113LJ, 114LJ, 115LJ y 116LJ (que también pueden ser articulaciones esféricas, cardán o universales y/o pueden comprender elementos de flexión) respectivamente a los balancines 111R, 112R, 113R, 114R, 115R y 116R, respectivamente, que están dispuestos para movimiento pivotante en el interior del bastidor triangular 105 del generador de movimiento 100, siendo impulsados por articulaciones 111L, 112L; 113L, 114L; y 115L, 116L conectadas a actuadores lineales 111 LA, 112 LA; 113 LA, 114 LA; y 115 LA, 116 LA.

A diferencia de los modos de realización anteriores, donde los balancines se mueven paralelos a la superficie sobre la cual está montado el generador de movimiento, como el eje de pivote para cada balancín es perpendicular a la superficie, los balancines 111R, 112R, 113R, 114R, 115R y 116R están dispuestos para un movimiento pivotante en ángulo que no es paralelo a la superficie (en este caso 102) sobre la que está montado el generador de movimiento. En esta descripción, el extremo opuesto del balancín al eje de pivote se denomina extremo libre. En este modo de realización, los balancines están inclinados a 45° desde la superficie (el ángulo indicado como 0, entre la superficie 102 y el eje A alrededor del cual pivota el balancín 113R se muestra en la figura 25). En otros modos de realización, los balancines de pivote pueden estar inclinados de 0° a 45° desde la superficie. Cuando la superficie sobre la que está montado el generador de movimiento no es plana, el ángulo de inclinación de los balancines se toma a partir de una línea de referencia. Cuando el generador de movimiento está dispuesto en una combinación como generador de movimiento secundario, el ángulo de inclinación de los balancines se puede tomar desde un plano definido por encima de la superficie, tal como por una superficie plana de un bastidor superior del generador de movimiento primario sobre la que están montados los balancines. Un plano de este tipo puede considerarse una “superficie”. En algunas situaciones, es preferente tal disposición de balancín inclinada, ya que puede reducir resonancias no deseadas. Una disposición de balancín inclinada también puede ser más compacta. También puede reducir las cargas con las que reaccionan los rodamientos, reduciendo así aún más la fricción.

Otra disposición de balancín alternativa

En las figuras 28 A y B se ilustra otra disposición de balancín alternativa adecuada para su uso en un generador de movimiento de acuerdo con la invención. La figura 28 A muestra un balancín 400 que incluye una base de balancín 402, conectada mediante un elemento de flexión 404 al brazo basculante 406. El elemento de flexión se forma a partir de un material elástico predecible, como acero para resortes, acero para herramientas o un compuesto como vidrio E o vidrio S. El elemento de flexión 404 permite un movimiento de arco (indicado como arco C) del brazo de balancín 406 en un plano perpendicular a la flexión 404 que se aproxima a la rotación alrededor de un eje imaginado en el medio de la flexión 404. El brazo basculante 406 se muestra en una posición en el arco C en la figura 28 B. El eje imaginado puede considerarse como equivalente al eje de pivote de los otros balancines descritos anteriormente. Una disposición de balancín de este tipo que incorpora un elemento de flexión puede ser ventajosa porque evita el uso de cojinetes, puede eliminar el juego y/o proporciona una mayor rigidez.

Procedimientos de producción de sistemas de movimiento

Un sistema de movimiento de acuerdo con la invención que incluye un generador de movimiento, tal como los descritos anteriormente, y medios de control, puede ensamblarse a partir de componentes estándar y personalizados por medios convencionales. En particular, se puede crear un sistema de movimiento conectando un generador de movimiento de acuerdo con la invención con un sistema de control.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un generador de movimiento (2, 100, 204, 304, 400, 502, 602, 604, 702) que comprende un efector (4, 102, 206, 706) para aplicar fuerzas, momentos y movimientos a una carga útil (3, 103, 703) con respecto a una superficie (4, 102, 206, 402, 706) en cuatro o más grados de libertad, en el que el efector (4, 102, 206, 706) está conectado a cuatro, cinco o seis puntales rígidos alargados (11- 16, 111- 116, 320 A- F, 418, 422, 620), estando conectado cada puntal en un extremo del mismo mediante una primera articulación (11UJ-16UJ, 111UJ-116UJ, 425) al efector (4, 102, 206, 402, 706) y estando conectado en su otro extremo mediante una segunda articulación (11LJ- 16LJ, 111LJ- 116LJ, 424) a un balancín (11R-16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) asociado, teniendo el balancín (11R-16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) un eje de pivote (421), de manera que el movimiento de un balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) alrededor del eje de pivote (421) conduce al movimiento del efector (4, 102, 206, 706), y las fuerzas aplicadas a un balancín asociado conducen a que se apliquen fuerzas al efector (4, 102, 206, 706), en el que el movimiento de un balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) y las fuerzas aplicadas por el balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) están controladas por un actuador (11LA- 16LA, 317A- 317F, 411, 617), caracterizado por que el actuador tiene la forma de una transmisión por correa, cable, cuerda alargada o motor lineal dispuesto para aplicar una fuerza a un punto en un balancín asociado alejado del eje de pivote del balancín y en el que los ejes de pivote de cada balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) están fijos entre sí.

2. Un generador de movimiento (2, 100, 204, 304, 400, 502, 602, 604, 702) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que hay seis puntales (11- 16, 111- 116, 320 A- F, 418, 422, 620) que están dispuestos en tres pares, estando conectado cada uno de los puntales (11- 16, 111- 116, 320 A- F, 418, 422, 620) en uno de sus respectivos extremos con un balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) asociado, y los otros extremos respectivos de los puntales emparejados (11- 16, 111- 116, 320 A- F, 418, 422, 620) conectando a tres puntos de montaje o articulaciones del efector (4, 102, 206, 706).

3. Un generador de movimiento (2, 100, 204, 304, 400, 502, 602, 604, 702) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que al menos un actuador (11LA- 16LA, 317A- 317F, 411, 617) comprende una correa (B, 318- F, 618) que está unida al menos por un extremo al balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) asociado y aplica una fuerza o fuerzas al balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716).

4. Un generador de movimiento (2, 100, 204, 304, 400, 502, 602, 604, 702) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que la primera y segunda articulaciones (11UJ-16UJ, 111UJ-116UJ, 425) y (11LJ- 16LJ, 111LJ- 116LJ, 424) juntas tienen un número total de grados de libertad que es al menos cinco.

5. Un generador de movimiento (2, 100, 204, 304, 400, 502, 602, 604, 702) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que una de la primera o segunda articulaciones (11UJ-16UJ, 111UJ-116UJ, 425) y (11LJ- 16LJ, 111LJ- 116LJ, 424) incluye una articulación universal, cardán, esférica o elemento de flexión, mientras que la otra es una articulación esférica, o una articulación universal o cardán o un elemento de flexión en serie con una articulación de revolución.

6. Un generador de movimiento (2, 100, 204, 304, 400, 502, 602, 604, 702) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, y en el que al menos un actuador (11LA- 16LA, 317A- 317F, 411, 617) comprende una transmisión por correa, cable o cuerda alargada, en el que ese actuador (11- 16, 111- 116, 320A- F, 418, 422, 620) es accionado por una polea o cabrestante (C, 318CA, 318CB).

7. Un generador de movimiento (2, 100, 204, 304, 400, 502, 602, 604, 702) de acuerdo con la reivindicación precedente, y en el que el actuador (11LA- 16LA, 317A- 317F, 411, 617) incluye una transmisión por correa, cable o cuerda, en el que ambos extremos de la transmisión por correa, cable o cuerda están unidos a un balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) asociado, formando un bucle cerrado en la correa, cable o cuerda entre dos puntos de fijación en el balancín asociado, y en el que se aplica un dispositivo de tensión pasiva (PT) que incluye una polea a la transmisión por correa, cable o cuerda cerrada para mantener la tensión en la transmisión por correa, cable o cuerda.

8. Un generador de movimiento (2, 100, 204, 304, 400, 502, 602, 604, 702) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que un extremo de la transmisión por correa, cable o cuerda está conectado a un balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) asociado y el otro extremo de la transmisión por correa, cable o cuerda está unido a un dispositivo de aplicación de fuerza pasiva que mantiene la tensión en la correa, cable o cuerda.

9. Un generador de movimiento (2, 100, 204, 304, 400, 502, 602, 604, 702) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente y en el que el actuador (11LA- 16LA, 317A- 317F, 411, 617) conectado a un balancín asociado comprende una biela motriz y un motor lineal mediante el cual la biela motriz conecta el balancín al motor lineal.

10. Una combinación (300, 600) de un generador de movimiento primario y un generador de movimiento secundario de acuerdo con la reivindicación precedente en la que el generador de movimiento primario incluye un bastidor (5) y al menos uno de los balancines (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) del generador de movimiento secundario está montado de forma pivotante en el bastidor del generador de movimiento primario.

11. Una combinación (300, 600) de acuerdo con la reivindicación 10, en la que el generador de movimiento secundario tiene seis puntales.

12. Un sistema de movimiento (1, 202, 700) que incluye al menos un generador de movimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, o al menos una combinación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 y 11, y un sistema de control (207, 501).

13. Un simulador de conducción que incluye un generador de movimiento (2, 100, 204, 304, 400, 502, 602, 604, 702) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, una combinación (300, 600) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 y 11 o un sistema de movimiento (1,202, 700) de acuerdo con la reivindicación 12, y al menos un medio de simulación del entorno seleccionado de entre medios de proyección visual o de visualización (206) y medios de audio.

14. Un procedimiento para producir un generador de movimiento (2, 100, 204, 304, 400, 502, 602, 604, 702) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, comprendiendo el procedimiento proporcionar un efector (4, 102, 206, 402, 706) adecuado para aplicar fuerzas, momentos y movimientos a una carga útil con respecto a una superficie, conectando el efector (4, 102, 206, 402, 706) a cuatro, cinco o seis puntales rígidos alargados (11- 16, 111- 116, 320 A- F, 418, 422, 620), conectando cada puntal en un extremo del mismo mediante una primera articulación (11UJ-16UJ, 111UJ-116UJ, 425) al efector (4, 102, 206, 402, 706) y en su otro extremo por una segunda articulación (11LJ- 16LJ, 111LJ- 116LJ, 424) a un balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716), teniendo el balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) un eje de pivote fijo, de manera que el movimiento de un balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) provoca el movimiento del efector y las fuerzas que se aplican a un balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) conducen a que se apliquen fuerzas al efector (4, 102, 206, 402, 706), y en el que el movimiento de un balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) y las fuerzas aplicadas por el balancín son controladas por un actuador (11LA-16LA, 317A- 317F, 411, 617), estando dispuesto el actuador (11LA- 16LA, 317A- 317F, 411, 617) para aplicar una fuerza a un punto de un balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) alejado del eje de pivote del balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) y en el que los ejes de pivote de cada balancín (11R- 16R, 111R- 116R, 316A- 316F, 400, 420, 616, 710, 712, 714, 716) son fijos entre sí.