CN101414413A - 列车仿真装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于支撑列车仿真驾驶室的移动板在下侧板上滚动(Rolling)及俯仰(pitching)驱动的列车仿真装置。其中列车仿真装置包括，安装于下侧板和移动板之间，利用电磁力在上述下侧板上滚动及俯仰驱动上述移动板的执行器；及安装于移动板和上述下侧板之间，引导移动板运动的导向器。

Description

列车仿真装置

技术领域

本发明提供一种仿真装置，更具体地说是利用简单结构进行六自由度仿真驱动的列车仿真装置。

背景技术

一般情况下，为了开发轨道车辆，即列车所用装备及进行驾驶训练，在多种条件下进行试验及训练。这时，在与实际情况很类似的条件或环境下对列车装备进行试验或驾驶训练，才能计算出正确的试验数据，评估训练人员准确的驾驶能力。

考虑到这一点，仿真虚拟现实的仿真装置应用于列车仿真领域。

可是过去的仿真装置大多数是因其运动半径大、运动轨迹限于大型飞机或汽车、船舶等。将以此领域仿真为目的开发出来的装置用于列车仿真试验时，无法获得准确的试验数据，模拟驾驶训练效果也差。

即，在列车方面，除了前进、后退的运动以外，与滚动、俯仰及偏航相关的运动范围比其他运输手段或装备相对小。

由此，仿真列车的列车专用仿真装置的开发课题迫在眉睫。过去的仿真装置因其运动范围大，所以其运动平台高度高，随之各种执行器的尺寸也大，由此存在装置体积大、费用高、驱动所需电力消耗大等问题。

发明内容

本发明可改善上述问题，其目的是提供结构简单、制作费用低廉的改进的仿真装置。

为达到上述目的，本发明的仿真装置是用于支撑列车仿真驾驶室的移动板在下侧板上滚动及俯仰驱动的仿真装置。其中包括，安装于下侧板和移动板之间，利用电磁力在上述下侧板上滚动及俯仰驱动上述移动板的执行器；及安装于移动板和上述下侧板之间，引导移动板运动的导向器。

上述导向器最好包括，位于上述移动板和上述下侧板中的任何一侧的半球形第一导向部；及与上述第一导向部相对应的形状位于对侧的第二导向部。

上述导向器最好包括，安装在上述第一及第二导向部之间的轴承。

上述导向器最好包括，防止上述第二导向部脱离上述第一导向部，并向导上述第二导向部移动的防脱离体。

上述第一导向部最好是位于上述下侧板上，上述第二导向部安装在上述移动板上。

上述第一及第二导向部最好是安装在上述下侧板和上述移动板的中央部位。

上述执行器最好包括以上述第一及第二导向部之间的中央为准，在复数位置上相互对称安装，根据相互之间作用的电磁力的大小及方向，滚动及俯仰驱动上述移动板的复数运转部。

上述复数运转部最好是以上述第一及第二导向部的中央为准，沿前后左右方向相互对称，可独立驱动的第一至第四运转部。

运转部最好是包括，暴露于上述第一导向部的外侧，自上述第一导向部的中心向外侧以一定间距安装的复数第一电磁石部；及安装在上述第二导向部，与上述复数第一电磁石部各自对应的复数第二电磁石部。

上述第一及第二导向部的对面最好形成接入上述第一及第二电磁石部的引入槽。

可达到上述目的的本发明列车仿真装置的另一特征包括，安装在底板(baseplate)上面，沿着第一轴方向可往返滑动的第一滑板；安装在上述第一滑板上面，沿着与上述第一轴垂直的第二轴方向可往返滑动的第二滑板；安装在上述第二滑板上面，沿着第三轴方向可升降的升降板；安装在上述升降板上面，可滚动及俯仰运动的移动板；引导上述移动板在上述升降板的前后左右进行俯仰及滚动运动的导向器；向第一轴方向驱动上述第一滑板的第一执行器；向第二轴方向驱动上述第二滑板的第二执行器；向第三轴方向升降驱动上述升降板的第三执行器；及位于上述导向器上，在电磁力作用下，对上述升降板进行俯仰及滚动驱动上述移动板的第四执行器。

上述导向器最好包括，位于上述移动板和上述升降板中的任何一侧的半球形的第一导向部；及与上述第一导向部相对应的形状位于对侧的第二导向部。

上述导向器最好包括，安装在上述第一及第二导向部之间的轴承，及防止上述第二导向部脱离上述第一导向部，并向导上述第二导向部移动的防脱离体。

上述第四执行器最好包括以上述第一及第二导向部之间的中央为准，在复数位置上相互对称安装，根据相互之间作用的电磁力的大小及方向，俯仰及滚动驱动上述移动板的复数运转部。

上述运转部最好是包括，暴露于上述第一导向部的外侧，自上述第一导向部的中心向外侧以一定间距安装的复数第一电磁石部；及安装在上述第二导向部，与上述复数第一电磁石部各自对应的复数第二电磁石部。

而且最好包括，对安装在上述移动板上的驾驶室进行偏航(Yawing)驱动的第五执行器。

根据本发明实施例的仿真装置，用于滚动及俯仰驱动的移动板针对其下侧板，可以以靠近的距离进行滚动及俯仰驱动。

从而降低仿真装置的整体高度，减少配件，可使装置体积小、重量轻、节省制作费用。

驾驶室可安装于低于底板的高度，这与其他运动仿真装置相比，更适合于运动范围小的列车仿真。

利用列车仿真装置进行试验及驾驶员驾驶训练时，可在类似于实际运行状态下进行仿真运行。

附图说明

图1a是表示本发明实施例中仿真装置的简要正视图。

图1b是图1a腰部的放大截面图。

图1c是图示图1b第一导向部的平面图。

图2是说明根据本发明实施例的列车仿真装置的结构框图。

图3是图1a图示的列车仿真装置的简要平面图。

图4a是说明在图1a状态下的仿真驱动状态的简要正视图。

图4b是图4a腰部的放大图。

其中图号

10 底板                         20，30 第一及第二滑板

21，31 第一及第二导向器          40 升降板

41 阻尼件                       50 移动板

60 驾驶室                       70 导向器

71，73 第一及第二导向部          75防脱离体

77 轴承                     110，120，130 第一，第二及第三执行器

140，150 第四及第五执行器   141，142，143，144 第一至第四运转部

200 控制部                     300 仿真程序驱动部

400 输入部

具体实施方式

参考图1a、图1b及图1c，根据本发明实施例的列车仿真装置包括，底板10；安装在上述底板10上，可向第一轴Z方向移动的第一滑板20；安装在上述第一滑板20上，可向第二轴X方向移动第二滑板30；安装在上述第二滑板30上，可向第三轴Y方向升降的升降板40；可在上述升降板(下侧板)40上进行俯仰(pitching)及滚动(rolling)运动的移动板50；用于驱动上述第一滑板20的第一执行器110；用于驱动上述第一滑板20的第二执行器120；用于驱动上述升降板40的第三执行器130；用于驱动上述移动板50的第四执行器140及用于偏航(Yawing)驱动安装在上述移动板50上的驾驶室的第五执行器150。

上述底板10位于最下面，利用指定的支撑物固定。

上述第一滑板20安装在底板10的上部，由第一导向器21支撑，可向第一轴Z轴方向滑动。第一滑板20由上述第一执行器110驱动，在第一导向器21的引导下向第一轴Z轴方向按一定距离往返移动。

这里的上述第一导向器21为一对，最好使用LM导向器。

上述第二滑板30安装在第一滑板20的上部，可向第二轴X轴方向往返移动一定距离。为此，第一及第二滑板20，30之间安装一对第二导向器31。上述第二导向器31最好使用LM导向器。这种第二滑板30受上述第二执行器120的作用，可向第二轴X轴方向往返移动。

上述升降板40安装在第二滑板30的上部，可向第三轴Y轴方向往还移动一定距离。即，升降板40受上述第三执行器130的作用，向第三轴Y轴方向上下往返移动一定高度。

升降板40和第二滑板30之间最好安装阻尼件41，以吸收升降板40上下移动时的冲击力。上述阻尼件41最好安装在升降板40中央部位的对应位置，图均衡吸收第一及第二轴方向Z，X的冲击。

上述移动板50安装在上述升降板40的上部，可移动。具体来说，移动板50安装在在升降板40上，在保持一定距离的状态下可向水平方向(前后左右方向)俯仰及滚动运动。为此，移动板50和升降板40之间安装引导移动板50的俯仰及滚动运动的导向器70。

上述导向器70安装在升降板40和移动板50的靠近中央的位置，即，以第一及第二轴Z，X为基准安装在中央部位，支撑移动板50自由移动。导向器70包括半球形的第一导向部71和，具有与第一导向部71相对应形状的第二导向部73。

上述第一导向部71安装在升降板40的上部，以半球形状突出，上述第二导向部73安装在移动板50下部。上述第二导向部73可向移动板50下部突出，也可引入形成。上述第一导向部71与升降板40可制作成一体，第二导向部73与移动板50可制作成一体。如上所述，由导向器70支撑的移动板50在上述第四执行器140的作用下，可进行俯仰及滚动运动。

在上述移动板50上部安装仿真驾驶室60。上述驾驶室60的内部结构与实际列车的驾驶室相似，驾驶员乘坐后可进行仿真驾驶。在这里上述驾驶室60的具体结构并不是本发明特征，所以省略详细说明。

上述驾驶室60和上述移动板50之间安装第五仿真器150。上述第五仿真器150包括驱动电动机和驱动轴。上述驱动电动机可安装在移动板50或驾驶室60中，驱动轴连接驱动电动机和其他配件。这种结构的第五执行器150可偏航驱动驾驶室60。

参考图1a及图3，上述第一执行器110包括，第一伺服电动机111和，在第一伺服电动机111的作用下旋转驱动，促使上述第一滑板20往返移动的导螺杆(lead screw)113及导螺杆结合部115。上述第一伺服电动机111可双向旋转驱动，受控制部200的驱动控制。上述导螺杆113与上述第一伺服电动机111的驱动轴相连旋转，在上述导螺杆结合部115连接。上述导螺杆结合部115位于上述第二滑板30的下部，与上述导螺杆113连接。由此上述导螺杆113旋转时，导螺杆结合部115相对移动，使其向第一轴Z轴方向移动。即，上述导螺杆结合部115有导螺杆113连接螺丝钉(Screw)的螺旋线。

上述第二执行器120向第二轴X轴方向滑动第二滑板30，与上述第一执行器110的组成相同。第二执行器120包括第二伺服电动机121、导螺杆123、导螺杆结合部125。上述第二执行器120与第一执行器110各自受上述控制部200的驱动控制。

上述第三执行器130对于第二滑板30，向第三轴Y轴方向升降驱动上述升降板40。这种第三执行器130包括复数汽缸组131。上述汽缸组131在上述控制部200的作用下同时驱动和控制，在第三轴Y轴方向以一定距离上下往返移动升降板40。上述汽缸组131可使用油缸装置或气缸装置，上述阻尼件41限制其过度移动。

上述第四执行器140包括在电磁力作用下提供移动板50驱动力的第一至第四运转部141，142，143，144。上述第一至第四运转部141，142，143，144各由电磁石组成，各自包括复数第一及第二电磁石部。本发明实施例中只图示说明第一及第三运转部141，143的第一及第二电磁石部141a，143a；143b，143b。

上述第一及第二电磁石部141a，144a；141b，144b可以以相同的极性或相反的极性独立驱动。由此各自独立控制上述第一至第四运转部141，142，143，144，调节极性及功率，在水平状态下在前后及左右方向俯仰及滚动驱动移动板50。上述第一至第四运转部141，142，143，144如图2所示，受控制部200的独立驱动控制。具体来说，上述控制部200根据所谓的高斯公式(Gaussian formula)，转换上述第一至第四运转部141，142，143，144的电磁石的大小和方向，使移动板50运动。

更具体说，上述控制部200根据高斯公式(Gaussian formula)适当控制来自仿真程序驱动部300的驱动信号，使移动板50进行俯仰、滚动及偏航仿真驱动。上述第一至第四运转部141，142，143，144中的第一及第二电磁石部141a，143a；141b，143b最好与上述第一及第二导向部71，73对面对应安装，从中心向外以一定间距安装复数。即，第一至第四运转部141，142，143，144以上述导向器70的中心为标准，在第一轴Z轴和第二轴X轴的中心的前后左右方向对称。

上述第二导向部73在第一导向部71上面滑动时，防止第二导向部73脱离，及引导俯仰、滚动、偏航运动的防脱离体75安装在上述第一导向部71的周围。

此外在上述第一及第二导向部71，73之间安装复数引导第二导向部73运动的轴承77。

进而，由轴承77支撑上述移动板50的荷重，引导第二导向部73的自由运动。

上述第一及第二导向部71，73各自外侧，引入形成上述第一及第二磁铁部141a，143a；141b，143b的引入槽73a。

如此通过利用电磁力的电磁石部组成第四执行器140，可使其体积小巧，安装时缩小升降板40和移动板50的间距。而且还可以减少升降板40和移动板50的厚度。由此可整体降低仿真装置的高度，适合制作运动范围小的列车仿真运行，这是其优点。

另设输入部400，重新设置仿真程序或输入其他驱动信号。

上述控制部200以来自仿真程序驱动部300的信号为依据，实时独立驱动控制上述第一至第五执行器110，120，130，140，150，从而实现所有仿真装置的六自由度运动。即，如图4a及图4b所示，第一滑板20向第一轴Z轴方向以一定距离往返移动，第二滑板30向第二轴X轴方向以一定距离往返移动。图4a表示，第二滑板30向右侧移动的一定距离大于图1a。

上述升降板40在第三执行器130的驱动下向第三轴Y轴方向移动，图4中表示向上述方向移动一定距离的状态。

如前所述，移动板50根据高斯公式进行俯仰及滚动运动。安装在移动板50的驾驶室60在上述第五执行器150的作用下偏航驱动控制。由此，最终安装在移动板50上部的驾驶室60，可以六自由度运动方式驱动。即，如图4b，图纸右侧的第一运转部141使第一及第二电磁石部141a，141b以相同极性作用，例如相互作用为N极，第三运转部143的第一及第二电磁石部143a，143b以N极及S极驱动控制，由此向箭头方向驱动。

如上结构的列车仿真装置，通过具有电磁石的执行器140驱动移动板，其执行器140安装在导向器70上，由此用较小的力也可俯仰及滚动驱动移动板50。由此，可使装置的结构简单及小巧，可将驾驶室60安装在低于底板10的高度。而且可以实现近似于实际列车相似的仿真。

利用电磁石实现电气驱动，从而可使仿真更自然、顺畅，这是其优点。

Claims (16)

1.一种用于支撑列车仿真驾驶室的移动板(Moving Plate)在下侧板(Plate)上滚动(Rolling)及俯仰(pitching)驱动的列车仿真装置：

包括：安装于下侧板和移动板之间，利用电磁力在上述下侧板上滚动及俯仰驱动上述移动板的执行器；

及安装于移动板和上述下侧板之间，引导移动板运动的导向器。

2.如权利要求1所述的列车仿真装置，其特征是：

上述导向器包括：

位于上述移动板和上述下侧板中的任何一侧的半球形第一导向部；

及与上述第一导向部相对应的形状位于对侧的第二导向部。

3.如权利要求2所述的列车仿真装置，其特征是：

上述导向器包括安装在上述第一及第二导向部之间的轴承。

4.如权利要求2所述的列车仿真装置，其特征是：

上述导向器包括防止上述第二导向部脱离上述第一导向部，并向导上述第二导向部移动的防脱离体。

5.如权利要求2所述的列车仿真装置，其特征是，

上述第一导向部位于上述下侧板上，上述第二导向部安装在上述移动板上。

6.如权利要求2所述的列车仿真装置，其特征是：

上述第一及第二导向部安装在上述下侧板和上述移动板的中央部位。

7.如权利要求2至6中任一权利要求所述的列车仿真装置，其特征是：

上述执行器包括：

以上述第一及第二导向部之间的中央为准，在复数位置上相互对称安装，根据相互之间作用的电磁力的大小及方向，滚动及俯仰驱动上述移动板的复数运转部。

8.如权利要求7所述的列车仿真装置，其特征是：

上述复数运转部是以上述第一及第二导向部的中央为准，沿前后左右方向相互对称，独立驱动的第一至第四运转部。

9.如权利要求7所述的列车仿真装置，其特征是：

运转部包括：

暴露于上述第一导向部的外侧，自上述第一导向部的中心向外侧以一定间距安装的复数第一电磁石部；

及安装在上述第二导向部，与上述复数第一电磁石部各自对应的复数第二电磁石部。

10.如权利要求9所述的列车仿真装置，其特征是：

上述第一及第二导向部的对面各自形成上述第一及第二电磁石部的引入形成的引入槽。

11.一种列车仿真装置，其特征是其包括：

安装在底板(base plate)上面，沿着第一轴方向可往返滑动的第一滑板；

安装在上述第一滑板上面，沿着与上述第一轴垂直的第二轴方向可往返滑动的第二滑板；

安装在上述第二滑板上面，沿着第三轴方向可升降的升降板；

安装在上述升降板上面，可滚动及俯仰运动的移动板；

引导上述移动板在上述升降板的前后左右方向进行俯仰及滚动运动的导向器；

向第一轴方向驱动上述第一滑板的第一执行器；

向第二轴方向驱动上述第二滑板的第二执行器；

向第三轴方向升降驱动上述升降板的第三执行器；及

位于上述导向器上，在电磁力作用下，对上述升降板进行俯仰及滚动驱动上述移动板的第四执行器。

12.如权利要求1所述的列车仿真装置，其特征是：

上述导向器包括：

位于上述移动板和上述升降板中的任何一侧的半球形的第一导向部；及

与上述第一导向部相对应的形状位于对侧的第二导向部。

13.如权利要求12所述的列车仿真装置，其特征是：

上述导向器包括：

安装在上述第一及第二导向部之间的轴承，及

防止上述第二导向部脱离上述第一导向部，并向导上述第二导向部移动的防脱离体。

14.如权利要求11至13中任一项权利要求所述的列车仿真装置，其特征是：

上述第四执行器包括：

以上述第一及第二导向部之间的中央为准，在复数位置上相互对称安装，根据相互之间作用的电磁力的大小及方向，俯仰及滚动驱动上述移动板的复数运转部。

15.如权利要求14所述的列车仿真装置，其特征是：

上述运转部包括：

暴露于上述第一导向部的外侧，自上述第一导向部的中心向外侧以一定间距安装的复数第一电磁石部；及

安装在上述第二导向部，与上述复数第一电磁石部各自对应的复数第二电磁石部。

16.如权利要求11至13中任一项权利要求所述的列车仿真装置，其特征是：

包括对安装在上述移动板上的驾驶室进行偏航(Yawing)驱动的第五执行器。

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