本實(shí)用新型涉及運(yùn)動仿真試驗(yàn)、測試設(shè)備及運(yùn)動仿真訓(xùn)練設(shè)備等技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種飛行模擬三軸運(yùn)動平臺。

背景技術(shù)：

飛行模擬器是隨著仿真技術(shù)和航空事業(yè)的發(fā)展而同步發(fā)展起來的，是典型的人在回路實(shí)時仿真系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用實(shí)例。它能在地面模擬飛行器在空中的飛行和在地面的運(yùn)動，作為訓(xùn)練、研發(fā)的工具，可有效減少實(shí)際所需的飛行時間、節(jié)省燃料、降低費(fèi)用，同時也更安全和環(huán)保，因此越來越得到航空工業(yè)界的重視，需求也不斷增長。運(yùn)動系統(tǒng)是飛行模擬器的重要組成部分。飛行模擬器的運(yùn)動系統(tǒng)可以分為平臺式、抖振座椅和抗負(fù)荷運(yùn)動系統(tǒng)三大類，其中平臺式運(yùn)動系統(tǒng)，也稱為運(yùn)動平臺。

根據(jù)其實(shí)現(xiàn)的自由度數(shù)量不同，運(yùn)動平臺可分為三自由度、四自由度、五自由度和六自由度四種。目前使用較多的是六自由度運(yùn)動平臺，所謂六自由度指的是x、y、z三個直角坐標(biāo)軸方向的移動自由度和繞這三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動自由度。對于運(yùn)動平臺而言，就是要提供俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航、升降、縱向平移和側(cè)向平移的六自由度瞬時過載仿真。近年來，隨著三自由度運(yùn)動平臺的發(fā)展，其較高的性價比，使其在飛行模擬系統(tǒng)中應(yīng)用也越來越廣泛。

根據(jù)采取的結(jié)構(gòu)形式的不同，常見的運(yùn)動平臺包括：

a.并聯(lián)協(xié)同式運(yùn)動平臺：現(xiàn)有的大多數(shù)飛行模擬器都使用Stewart平臺或其改進(jìn)型作為運(yùn)動平臺，由六個直線驅(qū)動器連接一個動平臺和一個靜平臺。Stewart平臺由1965年英國學(xué)者Stewart提出。

b.層疊式運(yùn)動平臺：一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)，它由六套驅(qū)動機(jī)構(gòu)串聯(lián)層疊在一起，每套驅(qū)動機(jī)構(gòu)對應(yīng)一個自由度。層疊式運(yùn)動平臺有很大的工作空間，能提供優(yōu)異的運(yùn)動性能，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高昂，只有在一些大型的研究機(jī)構(gòu)中才使用這種運(yùn)動系統(tǒng)。

c.離心式運(yùn)動平臺：用于實(shí)現(xiàn)持續(xù)慣性加速度仿真。其結(jié)構(gòu)形式由一根很長的梁末端連接一個小駕駛艙組成，當(dāng)它以很高的加速度旋轉(zhuǎn)時就能模擬持續(xù)加速度。

d.鉸接梁式運(yùn)動平臺：將一個駕駛艙用萬向節(jié)鉸接在一根梁上，駕駛艙可以繞梁做俯仰、橫滾和偏航運(yùn)動，也可以附加橫向和垂直方向的平動。

根據(jù)其驅(qū)動方式不同，運(yùn)動平臺主要有液壓平臺、電動平臺兩種。

液壓驅(qū)動方式的突出優(yōu)點(diǎn)是抗負(fù)載的剛度大，比較適合用于大負(fù)載的運(yùn)動模擬器。但傳統(tǒng)的液壓驅(qū)動方式技術(shù)難度大、設(shè)計維護(hù)復(fù)雜，需要液壓泵站等輔助能源，成本較高，且系統(tǒng)的運(yùn)動性能還要取決于價格昂貴的大流量電液伺服閥。

相比之下，電動平臺能實(shí)現(xiàn)較高的運(yùn)動速度，且運(yùn)動精度高；技術(shù)相對較簡單；具備使用壽命長、干凈、環(huán)保、維護(hù)成本低等優(yōu)勢，但是系統(tǒng)承載能力相對較小。

利用電缸/伺服電機(jī)搭建的Stewart平臺，是當(dāng)前最為常見的飛行模擬器運(yùn)動平臺形式，但其存在如下缺陷。

1)運(yùn)動平臺本身的零位高度較高，對部署場地有特殊要求。為保證一定的運(yùn)動行程和運(yùn)動范圍，該類型的運(yùn)動平臺本身的零位高度較高，不可能在普通層高的辦公樓中進(jìn)行部署，需要對部署場地提出特殊要求或進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施改造；

2)系統(tǒng)耗電較高。系統(tǒng)的平均功耗達(dá)4kW，系統(tǒng)峰值功率達(dá)20kw。用電量較高，且對設(shè)備供電有特殊要求。

3)成本相對較高。使用行程、載重等參數(shù)相當(dāng)?shù)碾姼?，造價不菲。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對上述不足，提供一種低成本、易部署的飛行模擬三軸運(yùn)動平臺。本實(shí)用新型用于搭建運(yùn)動基飛行模擬器，為模擬座艙提供安裝平臺，為模擬座艙、模擬飛行人員等提供運(yùn)動驅(qū)動；能根據(jù)輸入的目標(biāo)姿態(tài)信息和速度信息，控制實(shí)現(xiàn)平臺載荷在俯仰、滾動、偏航三軸上的轉(zhuǎn)動，以模擬飛機(jī)的姿態(tài)及速度變化給人體帶來運(yùn)動感覺。

本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種飛行模擬三軸運(yùn)動平臺，該運(yùn)動平臺包括：

航向架，平行于地面做圓周運(yùn)動；

橫滾架，通過橫滾軸承鉸接于所述航向架，且繞所述橫滾軸承做圓周運(yùn)動；和

俯仰架，通過俯仰軸承鉸接于所述橫滾架，且繞所述俯仰軸承做圓周運(yùn)動。

優(yōu)選的是，所述的一種飛行模擬三軸運(yùn)動平臺，所述航向架的底部一側(cè)設(shè)置底座，另一側(cè)設(shè)置與航向電機(jī)連接的地輪。

優(yōu)選的是，所述的一種飛行模擬三軸運(yùn)動平臺，所述地輪包括主動輪和從動輪，所述主動輪與所述航向電機(jī)連接。

優(yōu)選的是，所述的一種飛行模擬三軸運(yùn)動平臺，所述底座上設(shè)置第一同心板，所述第一同心板上安裝航向限位傳感器。

優(yōu)選的是，所述的一種飛行模擬三軸運(yùn)動平臺，所述橫滾架上設(shè)置與所述橫滾軸承同軸的第一齒輪，所述第一齒輪與橫滾電機(jī)連接。

優(yōu)選的是，所述的一種飛行模擬三軸運(yùn)動平臺，所述橫滾軸承下方設(shè)置第二同心板，所述第二同心板上安裝橫滾限位傳感器。

優(yōu)選的是，所述的一種飛行模擬三軸運(yùn)動平臺，所述航向架和所述橫滾架之間設(shè)置伸縮限位桿。

優(yōu)選的是，所述的一種飛行模擬三軸運(yùn)動平臺，所述俯仰架上設(shè)置與所述俯仰軸承同軸的第二齒輪，所述第二齒輪與俯仰電機(jī)連接。

優(yōu)選的是，所述的一種飛行模擬三軸運(yùn)動平臺，所述俯仰軸承下方設(shè)置第三同心板，所述第三同心板上安裝橫滾限位傳感器。

優(yōu)選的是，所述的一種飛行模擬三軸運(yùn)動平臺，所述橫滾架和所述俯仰架之間設(shè)置第二伸縮限位桿。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與效果是：

1.實(shí)用新型提供的飛行模擬三軸運(yùn)動平臺設(shè)置航向架、橫滾架和俯仰架，完成運(yùn)動平臺在三個不同方向上的運(yùn)動，在保證相當(dāng)運(yùn)動性能的前提下，有效降低運(yùn)動平臺的零位高度，確保飛行模擬器使用場地的總高度可在普通辦公樓層高之內(nèi)。

2.實(shí)用新型提供的飛行模擬三軸運(yùn)動平臺的航向架、橫滾架和俯仰架均采用減速電機(jī)，使用更低功耗、成本的電驅(qū)動方式，減少對供電的特殊要求，更易于部署，降低能耗和使用成本。

附圖說明

圖1示出本實(shí)用新型提供的飛行模擬三軸運(yùn)動平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出圖1的右視圖；

圖3示出圖1的俯視圖。

附圖標(biāo)記說明：1-航向架、11-底座、12-航向電機(jī)、13-地輪、131-主動輪、132-從動輪、14-第一同心板、15-航向限位傳感器、2-橫滾架、21-橫滾軸承、22-第一齒輪、23-橫滾電機(jī)、24-第二同心板、25-橫滾限位傳感器、3-俯仰架、31-俯仰軸承、32-第二齒輪，33-俯仰電機(jī)、34-第三同心板、35-俯仰限位傳感器、4-第一伸縮限位桿、5-第二伸縮限位桿、6-PLC控制柜。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對本實(shí)用新型的限制?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明：

在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。

圖1、2、3示出本實(shí)用新型提供的飛行模擬三軸運(yùn)動平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。該運(yùn)動平臺包括航向架1、橫滾架2、俯仰架3和PLC控制柜6。

航向架1的底部一側(cè)設(shè)置底座11，另一側(cè)設(shè)置與航向電機(jī)12連接的地輪13。航向電機(jī)12與地輪13的連接方式可以是，在地輪13上設(shè)置同軸齒輪，該齒輪與航向電機(jī)12的電機(jī)輸出齒輪嚙合，傳遞動能；也可以是，在地輪13上設(shè)置同軸皮帶輪，該皮帶輪與航向電機(jī)12的電機(jī)輸出帶輪通過皮帶連接，傳遞動能。航向電機(jī)12受PLC控制柜6輸出主令驅(qū)動，帶動地輪13轉(zhuǎn)動，使得航向架1以底座11為中心做平行于地面的圓周運(yùn)動。具體的是，地輪13包括主動輪131和從動輪132，主動輪131與航向電機(jī)12連接，主動輪131帶動從動輪132運(yùn)動，從動輪132做輔助并支撐保持平穩(wěn)運(yùn)動。優(yōu)選的是，底座11到主動輪131的距離與底座11到從動輪132的距離相等。底座11上設(shè)置第一同心板14，第一同心板14上安裝航向限位傳感器15，用戶可根據(jù)實(shí)際需要及場地條件，設(shè)置該運(yùn)動平臺在航向方向的運(yùn)動范圍。

橫滾架2通過橫滾軸承21鉸接于航向架1。橫滾架2上設(shè)置與橫滾軸承21同軸的第一齒輪22，第一齒輪22與橫滾電機(jī)23連接。橫滾電機(jī)23與第一齒輪22的連接方式可以是，第一齒輪22與橫滾電機(jī)23的電機(jī)輸出齒輪嚙合，傳遞動能。橫滾電機(jī)23受PLC控制柜6輸出主令驅(qū)動，帶動第一齒輪22轉(zhuǎn)動，使得橫滾架2以橫滾軸承21的軸向?yàn)橹行淖鰣A周運(yùn)動。橫滾軸承21下方設(shè)置第二同心板24，第二同心板24上安裝橫滾限位傳感器25，用戶可根據(jù)實(shí)際需要及場地條件，設(shè)置該運(yùn)動平臺在橫滾方向的運(yùn)動范圍。

俯仰架3通過俯仰軸承31鉸接于橫滾架2，艙體安裝于俯仰架3上，優(yōu)選的是，橫滾軸承21與俯仰軸承31相互垂直。俯仰架3上設(shè)置與俯仰軸承31同軸的第二齒輪32，第二齒輪32與俯仰電機(jī)33連接。俯仰電機(jī)33與第二齒輪32的連接方式可以是，第二齒輪32與俯仰電機(jī)33的電機(jī)輸出齒輪嚙合，傳遞動能。俯仰電機(jī)33受PLC控制柜6輸出主令驅(qū)動，帶動第二齒輪32轉(zhuǎn)動，使得俯仰架3以俯仰軸承31的軸向?yàn)橹行淖鰣A周運(yùn)動。俯仰軸承31下方設(shè)置第三同心板34，第三同心板34上安裝俯仰限位傳感器35，用戶可根據(jù)實(shí)際需要及場地條件，設(shè)置該運(yùn)動平臺在俯仰方向的運(yùn)動范圍。

PLC控制柜6安裝在該運(yùn)動平臺的航向架的前端外側(cè)，隨航向架一同運(yùn)動。其負(fù)責(zé)接收上位機(jī)(仿真主機(jī))的控制命令和運(yùn)動參數(shù)，采集當(dāng)前的位置數(shù)據(jù)，通過計算后，向相應(yīng)自由度的電機(jī)(航向電機(jī)、橫滾電機(jī)或/和俯仰電機(jī))輸出驅(qū)動主令或控制命令。

進(jìn)一步的，航向電機(jī)、橫滾電機(jī)和俯仰電機(jī)均采用減速電機(jī)。具體的，航向電機(jī)采用三相減速電機(jī)，根據(jù)PLC控制柜輸出主令，通過皮帶傳動結(jié)構(gòu)，帶動航向架的地輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動。橫滾電機(jī)和俯仰電機(jī)采用帶剎車的減速電機(jī)，使用齒輪進(jìn)行傳動，根據(jù)PL控制柜C輸出主令驅(qū)動電機(jī)，通過齒輪傳動結(jié)構(gòu)，帶動相應(yīng)的橫滾架或俯仰架進(jìn)行轉(zhuǎn)動，在斷電或PLC控制柜發(fā)出“鎖定”命令時，電機(jī)剎車生效。

進(jìn)一步的，航向架1和橫滾架2之間設(shè)置第一伸縮限位桿4作為安全裝置，防止在軟硬限位失效的情況下，艙體沖出運(yùn)動范圍。橫滾架2和俯仰架3之間設(shè)置第二伸縮限位桿5作為安全裝置，防止在軟硬限位失效的情況下，艙體沖出運(yùn)動范圍。

以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，并非用來限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。但凡在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)所做的等效變化及修飾，皆應(yīng)認(rèn)為落入了本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。