CN101414414B - 列车仿真装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车仿真装置。其中列车仿真装置包括，安装在底板上部，可向第一轴方向往返滑动的第一滑板；安装在第一滑板上部，可向与第一轴垂直的第二轴方向往返滑动的第二滑板；安装在第二滑板上部，可向第三轴方向升降的升降板；安装在升降板上部，可进行滚动(rolling)及俯仰(pitghing)运动的移动板；向第一轴方向驱动第一滑板的第一执行器；向第二轴方向驱动第二滑板的第二执行器；向第三轴方向使升降驱动升降板的第三执行器；滚动及俯仰驱动移动板的第四执行器。

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，与俯仰(pitching)、滚动(rolling)及偏航(yawing)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列车仿真装置。 

为达到上述目的，本发明的列车仿真装置包括，安装在底板上部，可向第一轴方向往返滑动的第一滑板；安装在第一滑板上部，可向与第一轴垂直的第二轴方向往返滑动的第二滑板；安装在第二滑板上部，可向第三轴方向升降的升降板；安装在升降板上部，可进行滚动(rolling)及俯仰(pitghing)运动的移动板；向第一轴方向驱动第一滑板的第一执行器；向第二轴方向驱动第二滑板的第二执行器；向第三轴方向使升降驱动升降板的第三执行器；滚动及俯仰驱动移动板的第四执行器。 

上述第四执行器最好包括，以上述升降板和上述移动板中心为准，相互对称安装并独立驱动，提供反作用力和引力的多个运转部。 

上述多个运转部中的每一个最好包括，在各自的上述升降板和移动板相对应安装，根据高斯公式被驱动控制的第一及第二电磁石部。 

上述各个第一及第二电磁石部安装在上述升降板和移动板的相对表面上，最好是棱角部位。 

最好在上述移动板和上述升降板之间安装引导上述升降板运动的导向器。 

上述导向器最好包括，位于上述升降板或上述移动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接触，相对地进行滑动运动的安装在对面的第二导向部。 

上述导向器最好安装在上述升降滑板和上述移动板之间以上述第一轴及第二轴方向为准的中间部位。 

上述第一及第二执行器最好各自包括多个LM导向器，上述第三执行器包括在上述第二滑板与升降板之间连接的多个汽缸组，上述第二滑板和升降板之间安装阻尼件。 

上述移动板最好可对上述升降板进行偏航(Yawing)运动，包括针对上述升降板，偏航驱动上述移动板的第五执行器。 

最好包括安装在上述移动板或上述升降板的驱动电动机；连接上述驱动电动机和移动板，在偏航运动时也能传达动力的动力传达器，动力传达器以万向接头连接。 

本发明的列车仿真装置，鉴于列车运行特点上运动范围不大的情况，将其充分地利用，降低了整体高度。 

从而，使产品结构简单、小巧，降低了制作费用。 

而且利用电磁石制作用于滚动及俯仰驱动的执行器，使结构更加简便，可在多种角度及姿势进行滚动及俯仰驱动。 

包括不增加高度也可进行驾驶室偏航运动的第五执行器，从而在较低的高度也可实现驾驶室的六自由度运动。 

由此可在与实际列车运行非常类似的状态下进行仿真运动，可提高仿真试验或驾驶训练的效果。 

附图说明

图1是说明本发明实施例中的列车仿真装置的简要正视图。 

图2是说明本发明实施例中的列车仿真装置的简要框图。 

图3是图2图示的列车仿真装置的简要平面图。 

图4是说明在图1的状态下仿真装置运行状态的简要正视图。 

图5是说明本发明另一实施例中的列车仿真装置的简图。 

其中图号： 

10底板                              20，30第一及第二滑板 

21，31，51第一，第二及第三导向器    40升降板 

41阻尼件                            50斜板 

60驾驶室 

110，120，130，140，150第一至第五执行器 

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1及图2，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；可在上述升降板上进行滚动(rolling)及俯仰(pitching)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；用于驱动上述第二滑板30的第二执行器120；用于驱动上述升降板40的第三执行器130；用于滚动及俯仰驱动上述移动板50的第四执行器140。 

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安装在升降板40上，在保持一定距离的状态下，以第一及第二轴方向Z，X各自为中心进行旋转运动，也可以第三轴Y方向为中心进行旋转运动的偏航(yawing)运动，这将在后面加以说明。为此，移动板50和升降板40之间安装引导移动板50滑动、俯仰及偏航运动的第三导向器51。 

上述第三导向器51安装在升降板40和移动板50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。第三导向器51包括半球形的第一导向部51a和，具有与第一导向部51a相对应形状的第二导向部51b。 

上述第一导向部51a安装在升降板40的上部，以半球形状突出，上述第二导向部51b安装在移动板50下部。上述第二导向部51b可向移动板50下部突出，也可引入形成。上述第一导向部51a与升降板40可制作成一体，第二导向部51b与移动板50可制作成一体。如上所述，由第三导向器51支撑的移动板50在上述第四执行器140的作用下，可进行滚动运动及俯仰运动。 

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。 

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包括多个汽缸组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四运转部141，144的第一及第二电磁石部141a，144a；41b，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，在水平状态下在左右及前后方向滚动及俯仰驱动移动板50。上述第一至第四运转部141，142，143，144受控制部200的独立驱动控制。具体来说，上述控制部200利用所谓的高斯公式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进行滚动及俯仰仿真驱动。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，144a；141b，144b最好在升降板40和移动板50的对面对应安装。第一至第四运转部141，142，143，144在升降板40和移动板50的外侧，即棱角部位对称安装，从而用较小的力量(input)也可实现大输出(output)。由此可使第四执行器140的体积小巧，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 述第一至第四执行器110，120，130，140，从而实现所有仿真装置的六自由度运动。即，如图4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4表示，第二滑板30向右侧移动的一定距离大于图1。 

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根据高斯公式进行滑动及俯仰运动，如图5所示，在第五执行器150的作用下进行偏航运动。 

上述第第五执行器150包括安装于升降板40的驱动电动机151；连接上述驱动电动机151和上述移动板153，且在上述升降板40进行滑动及俯仰运动时传达动力的动力传达部153，动力传达部153由万向接头154连接。上述第五执行器150最好安装在上述导向器51上。上述驱动电动机151安装在移动板50上也可。 

根据上述结构，安装在上述移动板50上部的驾驶室60也可进行六自由度运动驱动。 

如上结构的列车仿真装置，通过具有电磁石的执行器驱动移动板，所以可使装置结构简单及小巧。也可将驾驶室60安装在低于底板10的高度，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滑动及俯仰驱动，从而使仿真更自然、顺畅，这是其优点。 

在控制滑动及俯仰运动的同时可以控制偏航运动，所以体现这种驱动系统时无需另外提高整体高度，尤其适合列车仿真。 

Claims (10)

1.一种列车仿真装置，其中列车仿真装置包括：

安装在底板上部，可向第一轴方向往返滑动的第一滑板；

安装在第一滑板上部，可向与第一轴垂直的第二轴方向往返滑动的第二滑板；

安装在第二滑板上部，可向上下方向升降的升降板；

安装在升降板上部，可进行滚动及俯仰运动的移动板；

向第一轴方向驱动第一滑板的第一执行器；

向第二轴方向驱动第二滑板的第二执行器；

向上下方向使升降驱动升降板的第三执行器；

滚动及俯仰驱动移动板的第四执行器。

2.如权利要求1所述的列车仿真装置，其特征是：

上述第四执行器包括：

以上述升降板和上述移动板中心为准，相互对称安装并独立驱动，提供反作用力和引力的多个运转部。

3.如权利要求2所述的列车仿真装置，其特征是：

上述多个运转部中的每一个包括，在各自的上述升降板和移动板相对应安装，根据高斯公式被驱动控制的第一及第二电磁石部。

4.如权利要求3所述的列车仿真装置，其特征是：

上述各个第一及第二电磁石部安装在上述升降板和移动板的相对表面的棱角部位。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的列车仿真装置，其特征是：

在上述移动板和上述升降板之间安装引导上述移动板运动的导向器。

6.如权利要求5所述的列车仿真装置，其特征是：

上述导向器包括：

位于上述升降板或上述移动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接触，相对地进行滑动运动的安装在对面的第二导向部。

7.如权利要求5所述的列车仿真装置，其特征是：

上述导向器安装在上述升降板和上述移动板之间以上述第一轴及第二轴方向为准的中间部位。

8.如权利要求1至4中任何一项权利要求所述的列车仿真装置，其特征是：

上述第一及第二执行器各自包括多个LM导向器，

上述第三执行器包括在上述第二滑板与升降板之间连接的多个汽缸组，

上述第二滑板和升降板之间安装阻尼件。

9.如权利要求1至4中任何一项权利要求所述的列车仿真装置，其特征是：

上述移动板可对上述升降板进行偏航运动，

包括针对上述升降板，偏航驱动上述移动板的第五执行器。

10.如权利要求9所述的列车仿真装置，其特征是，

包括安装在上述移动板或上述升降板的驱动电动机；

连接上述驱动电动机和移动板，在偏航运动时也能传达动力的动力传达器，动力传达器以万向接头连接。

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