運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備
[0001]本發(fā)明涉及用于控制例如具有六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度的運(yùn)動(dòng)控制模擬器乘員站等的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備。
[0002]斯圖爾特平臺(tái)(Stewart platform)或六軸平臺(tái)(hexapod)具有由六個(gè)可伸縮支柱相對(duì)于基部控制的用戶平臺(tái)。支柱承受平臺(tái)和用戶的全部重量。該設(shè)備會(huì)非常大且非常重。由于支柱提供的大范圍運(yùn)動(dòng)以提供足夠的運(yùn)動(dòng)，該設(shè)備會(huì)非常高，使得可能需要具有足夠數(shù)量臺(tái)階的樓梯以便進(jìn)出運(yùn)動(dòng)模擬器。此外，需要穩(wěn)定平臺(tái)下方大體積的死空間，使得人和物體在模擬器工作時(shí)不會(huì)被壓在模擬器下面。這種構(gòu)造類(lèi)型的支柱必須相當(dāng)?shù)貜?qiáng)勁，并且難以提供高帶寬用于水平運(yùn)動(dòng)并且難以提供高的水平力和加速度。這種類(lèi)型的模擬器可以用于不需要模擬高的水平力和加速度的類(lèi)型的航空器，但是這種類(lèi)型是普遍不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)槔鐧C(jī)動(dòng)賽車(chē)的一些真實(shí)車(chē)輛例如當(dāng)制動(dòng)或加速時(shí)以及當(dāng)轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)受到非常高的水平力和加速度。
[0003]GB-A-2378687公開(kāi)了設(shè)有四個(gè)運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的運(yùn)動(dòng)模擬器，每個(gè)運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備都具有搖臂形式的第一支撐件，該第一支撐件樞轉(zhuǎn)地連接到第二支撐件，第二支撐件可沿著直線軌道滑動(dòng)。四個(gè)搖臂樞轉(zhuǎn)地連接到兩個(gè)支撐導(dǎo)軌，這兩個(gè)支撐導(dǎo)軌支撐承載單座車(chē)艙的平臺(tái)。每個(gè)運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備還包括第三支撐件，該第三支撐件在遠(yuǎn)離搖臂與第二支撐件的樞轉(zhuǎn)連接軸的位置處樞轉(zhuǎn)地連接到搖臂上。該第三支撐件可相對(duì)于第二支撐件運(yùn)動(dòng)，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)使搖臂圍繞第二支撐件旋轉(zhuǎn)。公開(kāi)的設(shè)置允許運(yùn)動(dòng)模擬具有6個(gè)自由度，S卩，圍繞三個(gè)垂直軸旋轉(zhuǎn)，加上向后/向前平移波動(dòng)，上/下平移起伏以及左/右平移搖擺。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用相對(duì)較小的電動(dòng)機(jī)的搖臂型設(shè)置來(lái)提供高水平的起伏和波動(dòng)是有挑戰(zhàn)性的。這些挑戰(zhàn)包括必須使搖臂相對(duì)較大以實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)范圍，但是這就增大了搖臂的大小，從而導(dǎo)致系統(tǒng)剛度不足。剛度不足使其在系統(tǒng)中難以實(shí)現(xiàn)良好的位移、速度和頻率響應(yīng)帶寬。
[0004]本發(fā)明的目的是至少在一定程度上緩解現(xiàn)有技術(shù)的至少一個(gè)問(wèn)題。本發(fā)明的可選的目的是提供一種有用的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于控制例如具有六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度的運(yùn)動(dòng)模擬器乘員站等的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備，所述設(shè)備包括至少一個(gè)高度控制器，用于控制第一支撐件相對(duì)于其第二支撐件的高度，其中所述高度控制器包含楔形物，所述楔形物設(shè)置成以楔作用楔形地控制所述第一支撐件相對(duì)于所述第二支撐件的高度。
[0006]所述楔形物是非常有利的。所述楔形物不像現(xiàn)有裝置一樣以易受扭轉(zhuǎn)或彎曲的影響為主要方式來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)。所述設(shè)備能夠并入具有六個(gè)自由度的模擬器中，其中可以實(shí)現(xiàn)良好的位移、速度和頻率帶寬，在包括波動(dòng)和起伏的全部六個(gè)自由度中包括異常良好的性能。所述設(shè)備還有利地允許比搖臂型設(shè)計(jì)顯著更直線的電動(dòng)機(jī)力以起伏響應(yīng)曲線。
[0007]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述設(shè)備可以用于傳遞運(yùn)動(dòng)模擬器的運(yùn)動(dòng)，并且所述高度控制器可以包括用于定位第一支撐件的高度的可移動(dòng)的高度定位裝置，所述楔形物設(shè)置成以楔作用楔形地定位所述第一支撐件相對(duì)于所述第二支撐件的高度。
[0008]所述第一支撐件可以平移地連接到所述第二支撐件上，用于沿著傾斜路徑相對(duì)于所述第二支撐件運(yùn)動(dòng)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于控制例如具有六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度的運(yùn)動(dòng)模擬器乘員站等的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備，所述設(shè)備包括至少一個(gè)高度控制器，用于控制第一支撐件相對(duì)于其第二支撐件的高度，其中所述第一支撐件平移地連接到所述第二支撐件上，用于沿著傾斜路徑相對(duì)于所述第二支撐件運(yùn)動(dòng)。
[0010]沿著傾斜路徑平移是非常有利的。它不依賴(lài)于以扭轉(zhuǎn)或彎曲為主要方式來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)。所述設(shè)備能夠并入具有六個(gè)自由度的模擬器中，其中可以實(shí)現(xiàn)良好的位移、速度和頻率帶寬，在包括波動(dòng)和起伏的全部六個(gè)自由度中包括異常良好的性能。所述設(shè)備還有利地允許比搖臂型設(shè)計(jì)顯著更直線的電動(dòng)機(jī)力起伏響應(yīng)曲線。
[0011]所述高度控制器可以包括楔形物，所述楔形物用于以楔作用控制所述第一支撐件與所述第二支撐件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0012]所述傾斜路徑可以在或者基本上在傾斜平面內(nèi)(即，平面的)并且優(yōu)選地是直的或基本上直的。
[0013]所述運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備可以被配置成在使用時(shí)使所述傾斜平面配置成與水平面成約20度至40度的角度。所述角度可以是約25度至30度。可替代地，所述角度優(yōu)選為約10度至60度，例如，約15度至45度的角度，更典型地為20度至40度，在一些實(shí)施例中，約為
25度至35度，一些具體的實(shí)例約為26.5度至27度或約30度。在所述角度約為25度至30度時(shí)，所述第一支撐件相對(duì)于所述第二支撐件約2個(gè)單位的距離的水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在兩者之間產(chǎn)生約I個(gè)單位的距離的相對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)。這有利于在運(yùn)動(dòng)控制中提供良好的位移、速度和頻率帶寬，還使得足夠剛性的系統(tǒng)具有高水平的起伏和波動(dòng)，以借助相對(duì)又小又輕的電動(dòng)機(jī)提供大約2: I的運(yùn)動(dòng)比。
[0014]可替代地，所述傾斜路徑通?？梢允瞧矫娴幕蛏晕澢?。
[0015]引導(dǎo)裝置可以設(shè)置成用于引導(dǎo)所述第一支撐件沿著所述第二支撐件的傾斜表面行進(jìn)，所述引導(dǎo)裝置優(yōu)選地包括滑架，所述滑架優(yōu)選地基本上無(wú)摩擦。在所述傾斜路徑是平面的時(shí)，第一支撐件和第二支撐件之間的反作用力因此可以有利地垂直于該路徑，并且這可以通過(guò)使彎曲或者其他變形最小化來(lái)有利地幫助使設(shè)備的后沖最小化，從而允許對(duì)動(dòng)作命令的高頻率響應(yīng)。
[0016]所述第一支撐件可以包括樞轉(zhuǎn)或柔性連接件，所述樞轉(zhuǎn)或柔性連接件設(shè)置成用于連接到例如乘員支撐導(dǎo)軌的乘員支撐構(gòu)件上。所述樞轉(zhuǎn)連接件可以允許乘員支撐導(dǎo)軌相對(duì)于第一支撐件具有三個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)。所述樞轉(zhuǎn)連接件可以包括能夠提供低摩擦的萬(wàn)向節(jié)設(shè)置。然而，也可以考慮也能夠提供三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的其他設(shè)置，例如球窩接頭或撓性聯(lián)軸器。
[0017]例如直線驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)可以設(shè)置成用于相對(duì)于所述第二支撐件驅(qū)動(dòng)所述第一支撐件。
[0018]引導(dǎo)裝置可以設(shè)置成用于引導(dǎo)所述第二支撐件沿著底座支撐件行進(jìn)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步方面，提供了一種運(yùn)動(dòng)模擬器，其包括乘員殼體支撐結(jié)構(gòu)、根據(jù)本發(fā)明的前述方面的任一個(gè)或兩個(gè)所述的第一運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備以及底座支撐件，所述第一運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備從所述底座支撐件支撐所述乘員殼體支撐結(jié)構(gòu)。
[0020]電動(dòng)機(jī)可以設(shè)置成用于沿著所述底座支撐件驅(qū)動(dòng)所述第二支撐件。
[0021]用于相對(duì)于所述第二支撐件驅(qū)動(dòng)所述第一支撐件的所述電動(dòng)機(jī)可以適合于沿著所述底座支撐件驅(qū)動(dòng)第三支撐件，第三支撐件通過(guò)桿連接到第一支撐件上。
[0022]在其他實(shí)施例中，可以省略所述第三支撐件，并且可以通過(guò)在所述第一支撐件與所述第二支撐件之間動(dòng)作的致動(dòng)器或電動(dòng)機(jī)沿著所述第二支撐件直接驅(qū)動(dòng)所述第一支撐件。
[0023]所述桿可以樞轉(zhuǎn)地連接到所述第一支撐件和第三支撐件的每一個(gè)上，使得所述桿被配置成在所述第一支撐件與所述第三支撐件之間轉(zhuǎn)移負(fù)載，以便在基本上不(或沒(méi)有)使所述第一支撐件相對(duì)于所述第二支撐件旋轉(zhuǎn)的情況下使所述第一支撐件相對(duì)于所述第二支撐件運(yùn)動(dòng)。當(dāng)所述第一支撐件相對(duì)于第二支撐件處于運(yùn)動(dòng)端點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)時(shí)，所述桿可以設(shè)置成采取大致水平位置。此運(yùn)動(dòng)點(diǎn)通常在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的中點(diǎn)處。因此，第一支撐件相對(duì)于第二支撐件的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)可以與第三支撐件相對(duì)于第一支撐件的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)基本上呈線性，因?yàn)樗鰲U從大致水平位置圍繞第三支撐件旋轉(zhuǎn)不會(huì)在所述桿的末端首先造成顯著的水平運(yùn)動(dòng)。例如，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)包線中可以因此維持所述第三支撐件的水平運(yùn)動(dòng)與所述第一支撐件的運(yùn)動(dòng)的垂直分量的比率為大致2: 1
[0024]所述底座支撐件可以包括直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌。
[0025]所述底座支撐件可以包括:第一底座導(dǎo)軌；所述第一運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備，其位于其上