CN102034375A - 一种串并联七自由度坦克模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串并联七自由度坦克模拟器，用于装甲部队模拟训练。其特征是该模拟器由串联机构和六杆并联机构组成，串联机构是安装在上平台上的一种炮塔驱动机构，由炮塔伺服电机、齿轮减速器、轴承支架、炮塔旋转法兰和炮塔组成，六杆并联机构由六条支链与上平台、下平台以及十二个虎克铰装配组成，其中支链采用的是滚珠丝杠与支链伺服电机的装配体；该坦克模拟器具有七自由度的运动能力，能够模拟实现坦克在不同地形中位姿的实时变化，具有承载能力强、响应速度快的特点，并且与视景系统相结合，实现驾驶员、车长、炮长的整车综合训练。

Description

一种串并联七自由度坦克模拟器

技术领域

本发明涉及一种运动模拟器，尤其是坦克模拟器。具体是指在坦克模拟训练中能够实现驾驶员、车长、炮长整车综合训练的一种坦克模拟器。

背景技术

近年来，坦克模拟训练因其经济性、安全性、可重复性而备受各国军队的关注。利用坦克模拟器进行装甲部队的训练，不仅可以提高部队的训练质量和效率，而且可以节省训练经费，延长装备的使用寿命，对于提高部队战斗力也起到了十分重要的作用。随着国际形式的变化，装甲部队训练质量和效率要求越来越高，这样对坦克模拟器的仿真度提出了更高的要求。

国内现有的坦克模拟器一般采用单模块训练，其特点是驾驶员训练模块、炮长训练模块、车长训练模块三个模块单独分开进行，受技术和场地的限制，炮长训练模块和车长训练模块一般不采用动力平台，在静止的模式下进行，这样缺乏训练的真实性。或者每个模块装有各自的动力平台和训练模拟舱，只限于对乘员的单模块训练，不可以对整车的综合训练，所以其训练范围有限，影响装甲部队的训练效果。

目前，也有采用多模块整车训练坦克模拟器，但这些模拟器一般以三自由度居多，其特点是模拟器只能实现侧倾、俯仰和旋转三个基本动作，无法实现视景系统中坦克的其它动作模拟，如坦克的颠簸、打炮后作、侧滑和炮塔旋转等动作。而且模拟器的承载较轻，无法安装大重量的整车训练模块。

发明内容

针对上述已有技术的不足，本发明提供了一种能够实现七自由度整车综合训练的坦克模拟器。该坦克模拟器具有七自由度的运动能力，包括侧倾、俯仰、旋转、颠簸、侧滑、打炮后作和炮塔旋转，能够模拟实现坦克在不同地形中位姿的实时变化；并且与视景系统相结合，实现驾驶员、车长、炮长的整车综合训练；模拟器具有承载能力强、响应速度快的特点，保证六杆并联平台实时快速的跟随视景系统坦克位姿的变化，具有高的仿真度；采用滚珠丝杠代替电动缸，大大降低了成本，便于推广应用。

本发明采取的技术方案是：

该串并联七自由度坦克模拟器包括串联机构和六杆并联机构。

所述串联机构，由炮塔伺服电机、齿轮减速器、轴承支架和炮塔旋转法兰组成；炮塔伺服电机通过齿轮减速器与炮塔旋转法兰连接，齿轮减速器的齿轮通过齿轮轴安装在轴承架上够成减速齿轮组。

所述六杆并联机构，由上平台、虎克铰、支链和下平台组成。所述上平台，其上设有安装孔，用于安装串联机构、炮塔和驾驶舱，使模拟器实现了将串联机构和六杆并联机构相结合的目的，同时上平台装有六个虎克铰，上平台与虎克铰下耳使用内六角螺钉进行连接；所述虎克铰，由虎克铰上耳、联轴器、虎克铰短轴、虎克铰长轴、铜套、销和虎克铰下耳组成，虎克铰长轴结合铜套安装在所述虎克铰下耳上，并与联轴器销连接，所述虎克铰上耳与联轴器通过虎克铰短轴进行轴连接，虎克铰短轴与联轴器固联；所述支链，由支链伺服电机、同步带、小同步带轮、大同步带轮、电机支撑座、电机支撑板、轴承座、圆锥滚子轴承、滚珠丝杠、丝杠下轴头螺母、丝杠螺母、套筒和传感器组成；丝杠螺母与套筒通过内六角螺钉固定连接，套筒顶部留有安装孔，用于和所述上平台的虎克铰上耳固定连接，在滚珠丝杠下端部位安装大同步带轮，并通过同步带与支链伺服电机的小同步带轮相连，滚珠丝杠的下轴头通过两个圆锥滚子轴承和丝杠下轴头螺母与轴承座安装连接，将轴承座固定在电机支撑板上，电机支撑板与所述下平台的虎克铰上耳固定连接，电机支撑板另一侧装有电机支撑座，支链伺服电机固定在电机支撑座上，支链伺服电机与滚珠丝杠之间通过同步带进行传动；套筒上装有三个传感器，两端为限位传感器，中间为原点传感器，保证坦克模拟器的初始位姿和合理运动范围；将六条支链以相同方式组装，并通过十二个虎克铰与上平台和下平台相连，完成六杆并联机构的组装。

本发明的效果和益处是：

(1)本坦克模拟器具有七个自由度，能够实现坦克七个动作的模拟仿真，侧倾、俯仰、旋转、颠簸、侧滑、打炮后作和炮塔旋转动作。

(2)本坦克模拟器能够与视景系统相结合，能够模拟实现坦克在不同地形中位姿的实时变化，实现驾驶员、车长、炮长的整车综合训练。

(3)本坦克模拟器响应速度快、承载能力强，保证六杆并联平台实时快速的跟随视景系统坦克位姿的变化，具有高的仿真度。

(4)本坦克模拟器采用滚珠丝杠代替电动缸，大大降低了成本，便于推广应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的正视图。

图3是本发明的上平台俯视图。

图4是本发明的虎克铰结构示意图。

图5是本发明的支链局部剖视图。

图6是本发明的串联机构中炮塔驱动机构结构示意图。

图7是本发明的六杆并联机构运动控制原理图。

图中：I串联机构；II六杆并联机构；

1下平台；2虎克铰；3支链；4上平台；5炮塔驱动机构；6炮塔伺服电机；7炮塔；8驾驶舱；9虎克铰下耳；10铜套；11联轴器；12虎克铰上耳；13虎克铰长轴；14虎克铰短轴；15电机支承座；16同步带；17支链伺服电机；18传感器；19套筒；20丝杠螺母；21滚珠丝杠；22大同步带轮；23圆锥滚子轴承；24丝杠下轴头螺母；25轴承座；26电机支撑板；27小同步带轮；28炮塔安装孔；29炮塔旋转法兰；30轴承支架；31齿轮减速器。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

本发明的串并联七自由度坦克模拟器是由串联机构I和六杆并联机构II组成，采用电控系统驱动，实现坦克的侧倾、俯仰、旋转、颠簸、侧滑、打炮后作和炮塔旋转七个自由度的运动效果，并结合视景系统，模拟坦克在各种战况下的实时运动状态，实现驾驶员、车长、炮长协同作战的整车综合训练效果。

本发明的具体动作过程

串联机构运动：控制系统根据视景系统中的炮塔位姿生成电机脉冲控制信号，炮塔伺服电机6接收控制系统脉冲信号转动，通过齿轮减速器31传递，带动炮塔旋转法兰29，使炮塔7旋转到与视景系统同步的角度。

六杆并联机构运动：视景系统实时向主控计算机发送位姿信息，主控计算机经过运算将其转化为电机脉冲数后发送给多轴运动控制卡，多轴运动控制卡控制六个支链伺服电机17，支链伺服电机17通过同步带16将转动传递给滚珠丝杠21，滚珠丝杠21带动丝杠螺母20运动，转化为丝杠螺母20的直线运动，套筒19固定在丝杠螺母20上，实现了套筒19在支链3方向上作直线伸缩运动。虎克铰2固定在套筒19的上端面上，并与上平台4相连，通过六支链直线伸缩运动实现平台任意位姿的变化。

本发明的具体安装过程

下平台1安装：下平台1上设有安装孔，通过化学螺栓将下平台1与地面固定，同时上表面装有六个虎克铰2，虎克铰下耳9使用内六角螺钉与下平台1固联。

上平台4安装：上平台4上设有安装孔，用于安装串联机构I、炮塔7和驾驶舱8，同时下表面装有六个虎克铰2，上平台4与虎克铰下耳9使用内六角螺钉固联。

虎克铰2安装：虎克铰长轴13结合铜套10安装在虎克铰下耳9上，并与联轴器11进行销连接，虎克铰上耳12与联轴器11通过虎克铰短轴14进行轴连接，虎克铰短轴14与联轴器11固定连接。

支链3安装：丝杠螺母20与套筒19通过内六角螺钉固定连接，套筒19顶部留有安装孔，用于和所述上平台4的虎克铰上耳12固定连接，在滚珠丝杠21下端部位安装大同步带轮22，并通过同步带16与支链伺服电机17的小同步带轮27相连，滚珠丝杠21的下轴头通过两个圆锥滚子轴承23和丝杠下轴头螺母24与轴承座25安装连接，将轴承座25固定在电机支撑板15上，电机支撑板15与所述下平台1的虎克铰上耳12固定连接，电机支撑板26另一侧装有电机支撑座15，支链伺服电机17固定在电机支撑座15上，支链伺服电机17与滚珠丝杠21之间通过同步带16进行传动。套筒10上装有三个传感器18，两端为限位传感器，中间为原点传感器，保证坦克模拟器的初始位姿和合理运动范围。

将六条支链3以相同方式组装，并通过十二个虎克铰2与上平台4和下平台1相连，六杆并联机构II安装完成。将串联机构I安装到六杆并联机构II上，完成坦克模拟器的组装。

本发明的运动控制原理

本发明的串并联七自由度坦克模拟器控制采用主控计算机PC+多轴运动控制卡的开发式控制结构，视景系统根据坦克所在地形产生实时位姿和炮塔旋转角度，并将坦克位姿和炮塔旋转角度信息发送给主控计算机，主控计算机对平台位姿进行反解计算，且对炮塔角度进行计算，将计算结果转换成脉冲信号发给多轴控制卡，多轴控制卡控制七个电机的输出位移和运转方向，保证平台完成坦克的实时运动状态和炮塔对应的角度。

Claims (1)

1.一种串并联七自由度坦克模拟器，包括串联机构(I)和六杆并联机构(II)；其特征在于：

串联机构(I)包括炮塔伺服电机(6)、齿轮减速器(31)、轴承支架(30)、炮塔旋转法兰(29)；炮塔伺服电机(6)接收脉冲信号转动，通过齿轮减速器(31)传递，带动炮塔旋转法兰(29)，使炮塔同步旋转到视景系统中角度；

六杆并联机构(II)包括下平台(1)、上平台(4)、虎克铰(2)和支链(3)；

下平台(1)其上设有安装孔，用于坦克模拟器固定，同时装有六个虎克铰(2)，下平台(1)与虎克铰下耳(9)固联；

上平台(4)，其上设有安装孔，用于安装串联机构(I)、炮塔(7)和驾驶舱(8)，同时装有六个虎克铰(2)，上平台(4)与虎克铰下耳(9)固联；

虎克铰(2)提供两个转动自由度，由所述虎克铰上耳(12)、联轴器(11)、虎克铰短轴(14)、虎克铰长轴(13)、铜套(10)和所述虎克铰下耳(9)组成；虎克铰长轴(13)结合铜套(10)安装在所述虎克铰下耳(9)上，并与联轴器(11)销连接，所述虎克铰上耳(12)与联轴器(11)通过虎克铰短轴(14)进行轴连接，虎克铰短轴(14)与联轴器(11)固联；

支链(3)由支链伺服电机(17)、同步带(16)、小同步带轮(27)、大同步带轮(22)、电机支撑座(15)、电机支撑板(26)、轴承座(25)、圆锥滚子轴承(23)、滚珠丝杠(21)、丝杠下轴头螺母(24)、丝杠螺母(20)、套筒(19)和传感器(18)组成；丝杠螺母(20)与套筒(19)通过内六角螺钉固定连接，套筒(19)顶部留有安装孔，用于和所述上平台(4)的虎克铰上耳(12)固定连接，套筒(19)的筒壁上装有三个传感器(18)，在滚珠丝杠(21)下端部位安装大同步带轮(22)，并通过同步带(16)与支链伺服电机(17)的小同步带轮(27)相连，滚珠丝杠(21)的下轴头通过两个圆锥滚子轴承(23)和丝杠下轴头螺母(24)与轴承座(25)安装连接，将轴承座(25)固定在电机支撑板(26)上，电机支撑板(26)与所述下平台(1)的虎克铰上耳(12)固定连接，电机支撑板(26)另一侧装有电机支撑座(15)，支链伺服电机(17)固定在电机支撑座(15)上，支链伺服电机(17)与滚珠丝杠(21)之间通过同步带(16)进行传动。

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