CN103244801B - 四自由度运动装置 - Google Patents

Abstract

本发明的四自由度运动装置具备：与地面接触的下部板（11）；向上述下部板（11）的上方分离而设置的中央板（12）；三个驱动器（21、22、23）,其位于上述下部板（11）与上述中央板（12）之间，并且根据驱动的形式能够实现三自由度运动；花键（30），其位于上述三个驱动器（21、22、23）之间，并且下端与上述下部板（11）进行螺栓连结（31），且上端利用万向接头（32）与上述中央板12的下部结合；向上述中央板（12）的上方分离而设置的上部板（13）；以及通过上述中央板（12）与上述上部板（13）的点接触或面接触而能够实现追加的一自由度运动的连接机构（40）。

Description

四自由度运动装置

技术领域

本发明涉及四自由度运动装置（FourDegreesofFreedommotionapparatus），更详细而言，涉及如下四自由度运动装置，该四自由度运动装置利用下部板、中央板和位于它们之间的三个驱动器及花键实现三自由度（pitch、roll、heave）运动，并利用设置于中央板与上部板之间的连接机构追加实现一自由度（sway）运动。

背景技术

飞机或船舶之类的装备能够实现六自由度（6DegressofFreedom）运动。如图1所示，所谓六自由度运动是指以z轴为中心旋转的回转（yawing）、y轴以x轴为中心而左右旋转的横摇（roll）、z轴以y轴为中心而上下旋转的纵摇（pitch）、在z轴上进行直线往复运动的升降（heave）、在y轴上进行直线往复运动的纵移（surge）、以及在x轴上进行直线往复运动的横移（sway）这六种虚拟的运动。通过液压驱动器的驱动来实现自由度运动的自由度运动装置最初是作为用于飞行训练的军事用装置而开发的。但是这种自由度运动装置随着科学技术和计算机制图技术的发展，不仅用于军事，而且还逐渐发展成铁路、船舶之类的民用训练装置。尤其，这种自由度运动装置为了实现因稳定性及费用等问题而难以进行实际训练的模拟行驶，通过周围图像实时变化的系统，为推土机或起重机之类的特殊的建筑设备的驾驶员而使用。

最近随着生活富足且业余时间增加，这种自由度运动装置不仅用于军事目的和训练目的，而且还用于游乐场、游戏模拟装置、3D电影院等娱乐（entertainment）目的。

以往在电影领域使用的自由度运动装置一般使用驱动器仅实现三自由度（横摇、纵摇、升降）运动。但是，在如此仅实现三自由度运动的情况下，无法实现电影中出现的各种形式的运动，从而有可能降低观众的兴趣，若要实现四自由度以上的运动则需要追加多个装置，随之存在装置变复杂且由此导致生产费及维持费用增加的问题。

另外，现有的三自由度运动装置由于驱动器与板通过铰链结合，因此有可能在结合驱动器的部位上产生弯矩（bendingmoment）或扭转（torsion）负荷，随之在结合部位上产生缺陷而有可能增加设备的更换费用，在严重的情况下存在工作中结合部位破损而引发大型人身事故的问题。

而且，现有的三自由度运动装置由于不具备花键，因此是将在限制剩余自由度的同时产生的力均由驱动器支撑的结构，从而存在相对于高负载的运动装置的结构稳定性不稳定，且自由度运动的精密调节不顺利的问题。

现有技术文献

专利文献1：韩国公开专利公报第10-2011-0030097

发明内容

本发明为解决如上所述的问题而做出，本发明的目的在于提供一种四自由度运动装置，该四自由度运动装置通过上部板与中央板进行点接触或面接触而追加实现一自由度（横移）运动，并利用花键实现精密的自由度运动并控制该运动。

为达到本发明的目的，本发明的四自由度运动装置具备：与地面接触的下部板；向上述下部板的上方分离而设置的中央板；三个驱动器，该三个驱动器位于上述下部板与上述中央板之间，并且根据驱动的形式能够实现三自由度运动；花键，该花键位于上述三个驱动器之间，并且该花键的下端与上述下部板进行螺栓连结，且该花键的上端利用万向接头与上述中央板的下部结合；向上述中央板的上方分离而设置的上部板；以及通过上述中央板与上述上部板的点接触或面接触能够实现追加的一自由度运动的连接机构。

另外，根据本发明的四自由度运动装置的优选的另一个实施例的四自由度运动装置的三个驱动器以三角形设置，各个驱动器还具备：固定设置于上述下部板上的驱动马达；与上述驱动马达的一侧连接而对上述驱动马达的旋转进行减速的减速器；利用球窝接头与上述驱动马达的另一侧连接的曲柄臂；利用球窝接头与上述曲柄臂的一端连接的推杆；与上述中央板的下部连结的固定托架；以及将上述推杆的一端与上述固定托架连接的万向接头。

另外，根据本发明的四自由度运动装置的优选的另一个实施例的四自由度运动装置的花键位于三个驱动器所在的三角形的内部，上述四自由度运动装置还具备设置于上述花键的外周面上的弹性部件，以支撑从上述中央板和上述上部板传递来的负载。

而且，在本发明的四自由度运动装置的优选的另一个实施例中，弹性部件由弹簧构成。

另外，在本发明的四自由度运动装置的优选的另一个实施例中，连接机构由一个以上的球轴承或滚柱轴承构成。

本发明具有如下有益效果。

本发明的四自由度运动装置由于具备花键，因此能够进行精密的自由度运动控制，而且支撑作用于各驱动器的负载，从而具有能够增加设备的性能及稳定性的效果。

而且，本发明的四自由度运动装置由于能够利用上部板和球轴承或滚柱轴承实现一自由度（横移）运动，因此具有能够减少其制作费用以及缩短制作时间，并且通过各种自由度运动增加观众的满意度的效果。

另外，本发明的四自由度运动装置通过利用万向接头、球轴承进行驱动器及花键的连接，使各连接部位受到的弯曲应力和扭转最小化，从而具有增加设备的寿命且提高稳定性的效果。

附图说明

图1是表示四自由度运动的概念图。

图2是本发明的优选实施例的四自由度运动装置的主视图。

图3是本发明的优选实施例的四自由度运动装置的侧视图。

图4是从图3所示的四自由度运动装置中除去上部板和中央板的状态的立体图。

图5是图4中A部分的放大立体图。

图6是图4中B部分的放大立体图。

图7是连接机构的详细图。

图中：

1－四自由度运动装置，11－下部板，12－中央板，13－上部板，21、22、23-驱动器，30-花键，31-螺栓连结，32-万向接头，33-弹性部件，40－连接机构，51、52、53－驱动马达，61、62、63－减速器，71、72、73－曲柄臂，81、82、83－推杆，91、92、93－固定托架，101、102、103－万向接头，111、112、113－球窝接头，121、122、123－球窝接头。

具体实施方式

参照附图详细说明本发明的优选实施例。首先，在对各图中的结构要素附加附图标记时，使相同的结构要素具有相同的附图标记。

图2是本发明的优选实施例的四自由度运动装置1的主视图，图3是本发明的优选实施例的四自由度运动装置1的侧视图。图4是从图3所示的四自由度运动装置1中除去上部板13和中央板12的状态的立体图。图5是图4中A部分的放大立体图，图6是图4中B部分的放大立体图。图7是连接机构40的详细图。以下参照上述各图说明本发明。

本发明的四自由度运动装置1包括下部板11、中央板12、三个驱动器21、22、23、花键30、上部板13及连接机构40。

如图2至图4所示，下部板11与地面接触而设置。中央板12向下部板11的上侧分离而设置。三个驱动器即第一、第二、第三驱动器21、22、23位于下部板11与中央板12之间。根据三个驱动器21、22、23驱动的形式而能够实现三自由度运动（横腰、纵摇、升降）。即，在实现横摇运动（rollmotion）的情况下，第二驱动器22或第三驱动器23之中的某一个上升，他们之中不上升的驱动器下降。在实现纵摇运动（pitchmotion）的情况下，第二、第三驱动器22、23均上升、并且第一驱动器21下降，或者，第二、第三驱动器22、23均下降、并且第一驱动器21上升。在实现升降运动（heavemotion）的情况下，第一、第二、第三驱动器21、22、23均上升，或者三个驱动器21、22、23均下降。

如图5所示，在本发明的优选的另一个实施例中，第一、第二、第三驱动器以三角形设置。即，如图4所示，第一驱动器21位于三角形的顶点，第二、第三驱动器22、23位于三角形的底边上。第一、第二、第三驱动器21、22、23分别具备固定设置于下部板11上的第一、第二、第三驱动马达51、52、53。虽然并不一定局限于此，但第一、第二、第三驱动马达51、51、53通过螺栓连结或焊接而连结在下部板11。第一、第二、第三减速器61、62、63分别连接在第一、第二、第三驱动马达51、52、53的一侧而调节第一、第二、第三驱动马达51、52、53的旋转。第一、第二、第三曲柄臂71、72、73的一端利用第一、第二、第三球窝接头111、112、113分别与第一、第二、第三驱动马达51、52、53的另一侧连接。第一、第二、第三曲柄臂71、72、73的另一端利用第一、第二、第三球窝接头121、122、123分别与第一、第二、第三推杆81、82、83的一端连接。第一、第二、第三固定托架91、92、93连结在中央板12的下部。虽然并不一定局限于此，但第一、第二、第三固定托架91、92、39通过螺栓连结或焊接而连结在中央板12的下部。第一、第二、第三推杆81、82、83的另一端利用第一、第二、第三万向接头101、102、103分别与第一、第二、第三固定托架91、92、93连接。通过各个曲柄臂71、72、73与推杆81、82、83利用球窝接头111、112、113、121、122、123连接，各个推杆81、82、83与中央板12利用万向接头101、102、103连结，能够使连接部位所受到的弯曲应力或轴负荷最小化，延长驱动器的寿命，提高稳定性。

花键30位于三个驱动器21、22、23之间。花键30的下端与下部板11进行螺栓连结31。花键30的上端利用万向接头32与中央板12的下部结合。

如图6所示，在本发明的优选的另一个实施例中，花键30位于配置第一、第二、第三驱动器21、22、23的形式的三角形的内部。而且，在该实施例中，花键30为了支撑从中央板12和上部板13传递来的负载，具备设置于花键30的外周面上的弹性部件33。优选弹性部件33由弹簧构成。花键30能够根据电影内容精密地控制本发明的四自由度运动装置1，支撑作用于各个驱动器21、22、23上的负载而增加装置的稳定性。

上述板13向中央板12的上侧分离而设置。中央板12与上部板13利用连接机构40连接。如图7所示，在本发明的优选的另一个实施例中，该连接机构40由一个以上的球轴承或滚柱轴承构成。如果，中央板12与上部板13利用球轴承连接的情况下，能够追加实现在中央板12与上部板13点接触的同时向x轴方向进行直线往复运动的一自由度（横移）。如果，中央板12与上部板13利用滚柱轴承连接的情况下，能够实现在中央板12与上部板13面接触的同时向x轴方向进行直线往复运动的一自由度（横移）。

虽然未图示，但在上部板13上侧放置能够使观众就座的椅子。虽然并不一定局限于此，但这种椅子是将四个以上的椅子形成为一个组件并结合在上部板13的上部面。

本发明并不局限于附图所示的变形例和上述说明的实施例，能够扩大到属于权利要求书的范围内的其他实施例。

Claims (4)

1.一种四自由度运动装置，其特征在于，具备：

与地面接触的下部板(11)；

向上述下部板(11)的上方分离而设置的中央板(12)；

三个驱动器(21、22、23),该三个驱动器(21、22、23)位于上述下部板(11)与上述中央板(12)之间，并且根据驱动的形式能够实现三自由度运动；

花键(30),该花键(30)位于上述三个驱动器(21、22、23)之间，并且该花键(30)的下端与上述下部板(11)进行螺栓连结(31)，且该花键(30)的上端利用万向接头(32)与上述中央板12的下部结合；

向上述中央板(12)的上方分离而设置的上部板(13)；以及

通过上述中央板(12)与上述上部板(13)的点接触或面接触能够实现追加的一自由度运动的连接机构(40)，

上述连接机构(40)由一个以上的球轴承或滚柱轴承构成，相对于上述中央板(12)，上述上部板(13)直线往复运动。

2.根据权利要求1所述的四自由度运动装置，其特征在于，

上述三个驱动器(21、22、23)以三角形设置，

各个驱动器(21、22、23)还具备：

固定设置于上述下部板(11)上的驱动马达(51、52、53)；

与上述驱动马达(51、52、53)的一侧连接而对上述驱动马达(51、52、53)的旋转进行减速的减速器(61、62、63)；

利用球窝接头(111、112、113)与上述驱动马达(51、52、53)的另一侧连接的曲柄臂(71、72、73)；

利用球窝接头(121、122、123)与上述曲柄臂(71、72、73)的一端连接的推杆(81、82、83)；

与上述中央板(12)的下部连结的固定托架(91、92、93)；以及

将上述推杆(81、82、83)的一端与上述固定托架(91、92、93)连接的万向接头(101、102、103)。

3.根据权利要求2所述的四自由度运动装置，其特征在于，

上述花键(30)位于上述三角形的内部，

上述四自由度运动装置还具备设置于上述花键(30)的外周面上的弹性部件(33)，以支撑从上述中央板(12)和上述上部板(13)传递来的负载。

4.根据权利要求3所述的四自由度运动装置，其特征在于，

上述弹性部件(33)由弹簧构成。