專利名稱：三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)及其控制系統(tǒng)，該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)具有俯仰、滾動(dòng)及 前后平移三個(gè)自由度，適用于模擬車輛、飛行器、艦船的滾動(dòng)、俯仰、加速、減速、制動(dòng) 等，也適用于虛擬現(xiàn)實(shí)、娛樂業(yè)等其它領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前的運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)，大多針對車輛、船舶、飛行器等運(yùn)動(dòng)模擬對象，采用Stewart (斯圖爾特)平臺(tái)等多自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為運(yùn)動(dòng)模擬裝置，模擬器座艙多裝于并聯(lián)機(jī)構(gòu)撐 起的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的上方，這樣的運(yùn)動(dòng)模擬器整體尺寸較高，故需要安裝在較高的建筑物內(nèi)。 其主要缺點(diǎn)是重心高，安全性低。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出了一種重心低、承載能力強(qiáng)、更多地考慮乘員安全性，并大幅度降低運(yùn)動(dòng) 模擬系統(tǒng)整體高度的三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)，以更好地滿足車輛、船舶、飛行器、虛擬現(xiàn) 實(shí)、娛樂業(yè)等領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)模擬需求。
本發(fā)明的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，結(jié)合


如下一種三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)，主要由框架、連接框架的作動(dòng)器和伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成， 所說的框架包括下框架l、中框架2、上框架3，下框架l、中框架2的中心位置通過一個(gè) 萬向節(jié)4連接，下框架1和中框架2之間通過兩個(gè)作動(dòng)器5、 6連接，中框架2和上框架3 之間通過中間作動(dòng)器9和兩個(gè)直線導(dǎo)軌7、 8連接，作動(dòng)器5、 6和中間作動(dòng)器9由伺服控 制系統(tǒng)控制伸縮。
所說的兩個(gè)作動(dòng)器5、 6垂向并對稱分布在平臺(tái)前側(cè)，其一端分別通過萬向節(jié)10、 12 與下框架l相連，另一端分別通過萬向節(jié)11、 13與中框架2伸出的支撐臂相連，通過控 制作動(dòng)器中的一個(gè)伸長而另一個(gè)縮短時(shí)，運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)作動(dòng)器同時(shí)伸出 或同時(shí)縮回時(shí)，運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
所說的中間作動(dòng)器9和兩個(gè)直線導(dǎo)軌7、 8沿前后平行放置于中框架2和上框架3之 間，中間作動(dòng)器9的一端通過萬向節(jié)14與中框架2相連，另一端通過萬向節(jié)15與上框架 3相連，通過控制該作動(dòng)器的伸縮，可使上框架3相對于中框架2產(chǎn)生前后平移運(yùn)動(dòng)。
所說的由伺服控制系統(tǒng)控制的三個(gè)作動(dòng)器可以采用液壓伺服缸、氣動(dòng)伺服缸或采用電動(dòng)伺服缸。
所說的伺服控制系統(tǒng)包括上位機(jī)16和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器24，上位機(jī)16通過RS485 接口將控制指令傳送到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器24，由其解釋成三個(gè)電動(dòng)伺服缸的動(dòng)作指令， 并將該指令信號(hào)傳給三個(gè)電動(dòng)伺服缸的伺服電機(jī)19，控制三個(gè)電動(dòng)伺服缸進(jìn)行預(yù)定的動(dòng) 作。
所說的每個(gè)電動(dòng)伺服缸上設(shè)有最大行程、最小行程極限位置的上限位開關(guān)20和下限 位開關(guān)21，在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器24上設(shè)置有急停按鈕17，在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器上還 設(shè)置有手動(dòng)調(diào)整俯仰、滾動(dòng)、及前后平移幅度的手操器組18。
本發(fā)明所提供的三個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)模擬器，通過將作動(dòng)器布置于平臺(tái)四周和將作動(dòng)器橫 向放置等措施，將平臺(tái)的高度降低到最低限度。從而使故障出現(xiàn)時(shí)乘員的安全度大為提高， 并降低了放置運(yùn)動(dòng)模擬器所需的建筑物的高度要求，使運(yùn)動(dòng)模擬器的初裝成本大為降低。
本發(fā)明的技術(shù)效果是與現(xiàn)有技術(shù)相比該三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩
個(gè)方面首先是本發(fā)明所提供的三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)與同噸位其它類型的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相
比，其平臺(tái)高度大為降低，對降低整個(gè)運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)的高度極為有利；其次，本發(fā)明所提 供的三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)的前后平移的運(yùn)動(dòng)幅度可以做得比較大，對車輛、船舶、飛行 器等前進(jìn)方向的加、減速，制動(dòng)的運(yùn)動(dòng)模擬比較有利。

下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一歩說明。 圖1是三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2是三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)的實(shí)體結(jié)構(gòu)示例； 圖3是三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)控制系統(tǒng)組成示例。
圖中l(wèi).下框架 2.中框架 3.上框架 4.萬向節(jié) 5.—個(gè)作動(dòng)器 6.另一個(gè) 作動(dòng)器7.—個(gè)直線導(dǎo)軌8.另一個(gè)直線導(dǎo)軌 9.中間作動(dòng)器 10 15.為結(jié)構(gòu)相同 的萬向節(jié) 16.上位機(jī) 17.急停按鈕18.手操器組 19.伺服電機(jī) 20.上限位開關(guān) 21.下限位開關(guān)22.滾珠絲杠23.同歩齒形帶 24.運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器 5'、 6'、 9'.分別為三個(gè)電動(dòng)伺服缸A.俯仰手操器 B.滾動(dòng)手操器 C.前后平移手 操器D.來自于上位機(jī)的指令E.控制總線 F.位置控制信號(hào)
具體實(shí)施例方式
作動(dòng)器可以采用液壓伺服缸、氣動(dòng)伺服缸和電動(dòng)伺服缸等，在本示例中作動(dòng)器采用電 動(dòng)伺服缸。
圖2是運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的實(shí)體結(jié)構(gòu)示例。該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由上框架l、中框架2與下框架3組成， 驅(qū)動(dòng)依靠兩個(gè)電動(dòng)伺服缸5'、 6'和中間電動(dòng)伺服缸9'。下框架1與中框架2在中心位置 處通過一個(gè)萬向節(jié)4連接，中框架2的位置控制依靠兩個(gè)電動(dòng)伺服缸5'、 6'來實(shí)現(xiàn)，兩個(gè) 電動(dòng)伺服缸5' 、 6'分別通過萬向節(jié)一端與下框架1相連，另一端與中框架2伸出的支撐臂 相連。中框架2與上框架3之間用兩根前后平行放置的直線導(dǎo)軌7、 8連接，與直線導(dǎo)軌 平行地放置著一根電動(dòng)伺服缸9'，該伺服缸的一端通過萬向節(jié)與中框架2連接，另一端通 過萬向節(jié)與上框架3連接。兩個(gè)電動(dòng)伺服缸5'、 6'同時(shí)伸縮時(shí)，平臺(tái)產(chǎn)生俯仰運(yùn)動(dòng)， 一個(gè) 伸長而另一個(gè)縮短時(shí)，平臺(tái)產(chǎn)生滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)；中間電動(dòng)伺服缸9'伸縮時(shí)，平臺(tái)產(chǎn)生前后平移 運(yùn)動(dòng)。 圖3所示為該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制系統(tǒng)組成示例。控制系統(tǒng)由上位機(jī)16與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服 控制器24構(gòu)成。上位機(jī)16通過RS485接口將控制指令傳送到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器24，由 其解釋成三個(gè)電動(dòng)伺服缸的動(dòng)作指令，然后將該指令信號(hào)傳給三個(gè)電動(dòng)伺服缸的伺服電機(jī) 19，來控制三個(gè)電動(dòng)伺服缸產(chǎn)生預(yù)定的動(dòng)作。每個(gè)電動(dòng)伺服缸上設(shè)有最大行程、最小行 程時(shí)的極限位置限位開關(guān)20、 21，在電動(dòng)伺服缸達(dá)到極限位置后，限位開關(guān)傳訊給伺服控 制器停止該電動(dòng)伺服缸的運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器上設(shè)置有急停按鈕17，用于在遇到 危險(xiǎn)時(shí)緊急停止平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器上還設(shè)置有手動(dòng)調(diào)整俯仰、滾動(dòng)、及 前后平移幅度的手操器組18，供手動(dòng)調(diào)整平臺(tái)位置時(shí)使用。
權(quán)利要求
1、一種三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)，主要由框架、連接框架的作動(dòng)器和伺服控制系統(tǒng)組成，其特征在于所說的框架包括下框架(1)、中框架(2)、上框架(3)，下框架(1)、中框架(2)的中心位置通過一個(gè)萬向節(jié)(4)連接，下框架(1)和中框架(2)之間通過兩個(gè)作動(dòng)器(6、5)連接，中框架(2)和上框架(3)之間通過中間作動(dòng)器(9)和兩個(gè)直線導(dǎo)軌(8、7)連接，三個(gè)作動(dòng)器由伺服控制系統(tǒng)控制伸縮。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)，其特征在于所說的兩個(gè)作動(dòng)器(6、 5)垂向并對稱分布在平臺(tái)前側(cè)，兩個(gè)作動(dòng)器的一端分別通過萬向節(jié)(12、 10)與下框架(1)相連，另一端分別通過力'向節(jié)(11、 13)與中框架(2)伸出的支撐臂相連，通過控 制作動(dòng)器中的一個(gè)伸長而另一個(gè)縮短時(shí)，運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)作動(dòng)器同時(shí)伸出 或同時(shí)縮回時(shí)，運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)，其特征在于所說的中間作動(dòng)器(9) 和兩個(gè)直線導(dǎo)軌(8、 7)沿前后平行放置于中框架(2)和上框架(3)之間，中間作動(dòng)器(9)的一端通過萬向節(jié)(14)與中框架(2)相連，另一端通過萬向節(jié)(15)與上框架(3) 相連，通過控制該作動(dòng)器的伸縮，可使上框架(3)相對于中框架(2)產(chǎn)生前后平移運(yùn)動(dòng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)，其特征在于所說的由伺服控制系 統(tǒng)控制的三個(gè)作動(dòng)器可以采用液壓伺服缸、氣動(dòng)伺服缸或采用電動(dòng)伺服缸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)，其特征在于所說的伺服控制 系統(tǒng)包括上位機(jī)(16)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器(24)，上位機(jī)(16)通過RS485接口將控 制指令傳送到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器(24)，由其解釋成三個(gè)電動(dòng)伺服缸的動(dòng)作指令，并將 該指令信號(hào)傳給三個(gè)電動(dòng)伺服缸的伺服電機(jī)(19)，控制三個(gè)電動(dòng)伺服缸進(jìn)行預(yù)定的動(dòng)作。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)，其特征在于所說的每個(gè)電動(dòng)伺服 缸上設(shè)有最大行程、最小行程極限位置的上限位丌關(guān)(20)和下限位開關(guān)(21)，在運(yùn)動(dòng) 平臺(tái)伺服控制器(24)上設(shè)置有急停按鈕(17)，在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)伺服控制器上還設(shè)置有調(diào)整 俯仰、滾動(dòng)、及前后平移幅度的手操器組(18)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)。提出一種重心低、承載能力強(qiáng)、更多地考慮乘員安全性，并大幅度降低運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)整體高度的三自由度運(yùn)動(dòng)模擬平臺(tái)，以更好地滿足車輛、船舶、飛行器、虛擬現(xiàn)實(shí)、娛樂業(yè)等領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)模擬需求。該平臺(tái)主要由框架、連接框架的作動(dòng)器和伺服控制系統(tǒng)組成，所說的框架包括下框架(1)、中框架(2)、上框架(3)，下框架(1)、中框架(2)的中心位置通過一個(gè)萬向節(jié)(4)連接，下框架(1)和中框架(2)之間通過兩個(gè)作動(dòng)器(6、5)連接，中框架(2)和上框架(3)之間通過中間作動(dòng)器(9)和兩個(gè)直線導(dǎo)軌(8、7)連接，三個(gè)作動(dòng)器由伺服控制系統(tǒng)控制伸縮。
文檔編號(hào)G09B25/00GK101339701SQ20081005108
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月18日
發(fā)明者張祝新, 張紅彥, 艾學(xué)忠, 趙丁選 申請人:吉林大學(xué)