CN105378818B - 运动平台配置 - Google Patents

Abstract

一种改进的运动平台配置，所述运动平台配置具有组件的特殊的对齐配置，所述组件包括多个有源器件，例如线性致动器，和多个传感器，例如无源传感器。所述组件的特殊的对齐配置简化了基于来自传感器的输出信号的计算，因此为高速运动平台应用提供了更好的支持。

Description

运动平台配置

本申请要求2013年3月15日提交的美国临时申请61/799146的优先权，其全部内容在此被援引并入。

发明领域

本发明涉及运动平台，所述运动平台使用有源器件，例如线性致动器，来产生平台运动。尤其，本发明涉及传感器的使用(例如，无源传感器)，以实现控制所述运动平台的方向和/或位置的目的，以及实现防止所述有源器件延伸或回缩超过其运行参数进而保护所述运动平台以及所述运动平台所携带的任何负载的目的。

背景技术

在多种多样的应用中都会使用运动平台。例如，运动平台可以用于交通工具模拟装置中(例如，飞行器模拟装置)以用于训练目的以及娱乐目的。如美国专利公开文献第2006/0222539号所解释的，通过操作一个或多个位于运动平台下方的致动器，所述运动平台可以绕其一个或多个轴运动，如该公开文献的图1所示。同样，如在该公开文献中所解释的，可以使用传感器以确定所述运动平台的位置或方向。

美国专利公开文献2006/0222539中的每个传感器的位置都“直接邻近致动器”。于是微处理器从传感器接收并解码信号，并且在此基础上，计算所述运动平台的位置或方向。所述计算然后可被用于反馈控制信号至所述致动器，以进一步控制和/或校正所述运动平台的位置或方向。

每个传感器也可以被用于向相应的致动器提供行程终端(end of travel,EOT)保护。这样，每个传感器更具体地向相应的致动器提供离散的位置传感，以便确定所述致动器延伸或收缩的程度，并且防止所述致动器在其预期范围外操作。

尤其在高速应用中，所述微处理器必须接收来自所述传感器的输出信号并且快速准确地进行上述计算。这种能力至少部分地取决于所述计算的复杂程度。在美国专利公开文献2006/0222539中，所述计算可能十分复杂，因为来自每个传感器的输出信号并不与相应的致动器的状态连续地成比例。此外，由于交叉耦合效应，每个传感器的输出都会影响所有传感器的输出信号。所述微处理器然后必须解决该比例性的缺乏以及解决交叉耦合效应，因为其会导致耗时且复杂的计算过程。

如上所述，存在各种各样的使用运动平台的应用。交通工具模拟装置仅是一个示例。其他的示例可以是供骑乘的游乐设施(amusement ride)，例如神秘探险类乘坐车辆(dark ride vehicle)，世界各地的许多游乐园和/或主题公园都使用这种游乐设施。描述并请求保护了神秘探险类乘坐车辆的示例比如有编号为7094157、标题为“带有由气压驱动的客舱和运动底座的游乐乘坐车辆”的美国专利，该文献的全部内容被援引并入此文。处于申请阶段的美国专利申请第13/470244号描述并请求保护了其他示例性的神秘探险类乘坐车辆，该申请的标题为“无轨神秘探险类乘坐车辆、系统和方法”，该发明的全部内容也被援引并入此文。

因此，需要一种其中的上述计算更不复杂的运动平台配置。这将特别地为高速运动平台应用提供更好的支持。

发明内容

本发明消除了与现有技术相关的不足，与现有技术相比，本发明中提供了一种改进的运动平台配置。该改进的运动平台配置包括组件的特殊对齐，所述组件包括多个有源器件(例如，线性致动器)和相应的传感器(例如，无源传感器)，使得与现有技术相比，简化了上述计算(基于接收自所述传感器的输出信号)。本申请中描述的所述改进的运动平台至少为高速运动平台应用提供了更好的支持。

与本发明的所述改进的运动平台配置有关的一个优点在于，可以更为精确和高效地完成为解决运动平台位置和/或方向问题所必要的计算。

与本发明有关的另一个优点在于，所述改进的运动平台配置为高速运动平台应用提供了更好的支持。

根据本发明的一个方面，上述以及其他优点可通过一种包括多个组件的装置而获得，所述装置包括：底座；运动平台；枢转节，所述枢转节位于所述底座和所述运动平台之间，并且连接至所述底座和所述运动平台；多个有源器件和多个传感器。所述多个有源器件中的每一个均位于所述运动平台和所述底座之间，并且在相应的第一接点连接至所述运动平台，在相应的第二接点连接至所述底座。此外，所述多个有源器件中的每一个能够在其相应的第一接点向所述运动平台施加作用力。所述多个传感器中的每一个均位于所述运动平台和所述底座之间，并且在相应的第三接点连接至所述运动平台，在相应的第四接点连接至所述底座。进一步，所述多个传感器中的每一个与所述多个有源器件中的相应一个和所述枢转节对齐。因此，所述多个传感器中的每一个的第三接点和第四接点与所述枢转节的枢转点、所述多个有源器件中的相应一个的第一接点和第二接点位于一个几何平面内，并且所述多个传感器中的每一个的输出信号与所述多个有源器件中的相应一个的在其第一接点和第二接点之间的长度保持成比例。

根据本发明的另一方面，上述以及其他优点可以通过一种运动平台系统获得，所述运动平台系统包括：底座；运动平台；万向节，所述万向节位于所述底座和所述运动平台之间，并且连接至所述底座和所述运动平台；多个线性致动器和多个无源传感器。所述多个线性致动器中的每一个均位于所述运动平台和所述底座之间，并且在相应的第一接点连接至所述运动平台，在相应的第二接点连接至所述底座。此外，所述多个线性致动器中的每一个能够在其相应的第一接点向所述运动平台施加作用力。所述多个无源传感器中的每一个位于所述运动平台和所述底座之间，并且在相应的第三接点连接至所述运动平台，在相应的第四接点连接至所述底座。进一步，所述多个无源传感器中的每一个与所述多个线性致动器中的相应一个和所述万向节对齐。因此，所述多个无源传感器中每一个的第三接点和第四接点与所述万向节的枢转点、所述多个线性致动器中的相应一个的第一接点和第二接点位于一个几何平面内，并且所述多个无源传感器中的每一个的输出信号与所述多个线性致动器中的相应一个的在其第一接点和第二接点之间的长度保持成比例。

根据本发明的再一个方面，上述或其他优点可以通过一种包括运动平台系统的神秘探险类乘坐车辆获得，所述运动平台系统包括：底座；运动平台；万向节，所述万向节位于所述底座和所述运动平台之间，并且连接至所述底座和所述运动平台；多个线性致动器和多个无源传感器。所述多个线性致动器中的每一个均位于所述运动平台和所述底座之间，并且在相应的第一接点连接至所述运动平台，在相应的第二接点连接至所述底座。此外，所述多个线性致动器中的每一个能够在其相应的第一接点向所述运动平台施加作用力。所述多个无源传感器中的每一个位于所述运动平台和所述底座之间，并且在相应的第三接点连接至所述运动平台，在相应的第四接点连接至所述底座。进一步，所述多个无源传感器中的每一个与所述多个线性致动器中的相应一个和所述万向节对齐。因此，所述多个无源传感器中每一个的第三接点和第四接点与所述万向节的枢转点、所述多个线性致动器中的相应一个的第一接点和第二接点位于一个平面内，并且每个所述多个无源传感器的输出信号与所述多个线性致动器中相应一个的在其第一接点和第二接点之间的长度保持成比例。

附图说明

本申请中提供若干附图来进一步说明本发明。更具体地：

图1示出了示例性的万向节(U型节)，所述万向节可操作地联接至底座和运动平台，并且所述万向节位于所述底座和所述运动平台之间；

图2A和2B示出了有源器件和U型节，两者均联接至底座和运动平台，并且两者都位于所述底座和所述运动平台之间；

图3示出了有源器件、U型节和传感器，其均联接至底座和运动平台，并且其都位于所述底座和所述运动平台之间；

图4示出了图3中的所述有源器件、U型节和传感器的相对位置；

图5示出了示例性的无源传感器；

图6是俯视图，示出了第一有源器件和传感器配对、第二有源器件和传感器配对、U型节的相对位置，这些部件均可操作地联接至底座和运动平台，并且其位置都位于所述底座和所述运动平台之间；以及

图7是透视图，示出了图6的第一有源器件和传感器配对、第二有源器件和传感器配对、U型节的相对位置，这些部件都可操作地联接至底座和运动平台，并且其都位于所述底座和所述运动平台之间。

具体实施方式

应当理解，以上的概括说明和以下的详细说明都是示例性的。本申请中的说明意图不在于限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求书的范围决定。

图1示出了枢转节(例如，U型节)，所述枢转节可操作地联接至底座和运动平台，并且其位于所述底座和运动平台之间。如图所示，所述运动平台100能够相对底盘105运动。这在部分上是通过所述U型节110实现的，所述U型节110的一端连接至所述底座105的顶部，所述U型节110的第二端连接至所述运动平台100的底部。根据本发明的示例性的实施方式，所述U型节110允许所述运动平台100至少绕滚动轴“x”和俯仰轴“z”旋转，所述俯仰轴“z”垂直于图1。U型节在本技术领域中众所周知。

图2A和2B示出了示例性的有源器件和U型节，两者均联接至底座和运动平台，并且两者都位于所述底座和所述运动平台之间。为了使所述运动平台100移动，即绕所述滚动轴“x”和/或俯仰轴“z”旋转，必须向所述运动平台100施加作用力。根据本发明的示例性的实施方式，通过多个有源器件215施加该作用力。为方便讨论，图2为侧视图，所以所述多个有源器件215中只有一个可见。如图所示，所述多个有源器件215中的每一个以期望的距离“d”与所述U型节110隔开。下文将更加详细地示出和描述所述多个有源器件215。

所述多个有源器件215中的每一个均可以是线性致动器，诸如但不限于：气动或液压活塞/缸体类致动器，或电磁或机电致动器。其在本申请中被指称为“有源”器件是因为，其接收的输入会导致输出，所述输出转而直接作用于其他组件。在气动或液压活塞/缸体类致动器的情况下，所述输入典型地为电信号，所述电信号使得压缩气体或液压液体各自都能够驱动活塞杆进入或移出缸体，从而减小或增大所述致动器的总长。当驱动所述活塞杆进入所述缸体时，所述输出是将所述运动平台拉向所述底座105的作用力(图2A)。当驱动所述活塞杆移出所述缸体时，所述输出是将所述运动平台推离所述底座105的作用力(图2B)。本领域的技术人员可以容易地理解，通过所述多个有源器件205中的每一个作用在所述运动平台100上的所述组合作用力，会使得所述运动平台100通过所述U型节绕所述滚动轴“x”和/或俯仰轴“z”旋转相应的角距。线性致动器，包括气动和液压活塞/缸体类以及电磁和机电致动器，它们本身都是本领域众所周知的。

图3示出了示例性的有源器件、U型节和传感器，这些部件都联接至底座和运动平台，并且其都位于所述底座和所述运动平台之间。根据本发明的示例性的实施方式，多个传感器320(例如，无源传感器)中的每一个与所述U型节110、所述多个有源器件(例如，线性致动器)中的相应的一个对齐。图3也是侧视图，因此只示出了所述多个有源器件215中的一个和所述多个传感器320中的一个。

图3还示出了所述多个传感器320中的每一个与所述U型节110和所述多个有源器件215中的相应的一个是对齐的，从而所述接点A、B(位于所述有源器件、运动平台和底座之间)以及接点C、D(位于所述传感器、运动平台和底座之间)与U型节110的所述枢转点E落入相同的几何平面。根据本发明，每个有源器件215、其相应的传感器320以及U型节的所述枢转点E的这种特殊的对齐是十分重要的，并且其提供了重要的利处。

上述对齐配置十分重要的原因是，不管所述运动平台100怎么运动，即绕所述滚动轴“x”和/或俯仰轴“z”旋转，每个传感器320的状态与所述相应的有源器件215的状态成比例。当所述有源器件215是气动的或液压的线性活塞/缸体类致动器时，位于每个致动器的缸体内的活塞杆的位置与相应的传感器320的输出始终成比例。进而，这是十分重要的原因是，基于每个传感器320的输出的任何计算都显著地被简化了，而不管所述计算是用于提供反馈信号以控制所述运动平台100的位置和/或方向或为保护所述有源器件215不超出其运行范围。如上所述，简化该计算在高速应用场合中(例如交通工具模拟装置和主题公园旅游胜地)尤其重要。

图4是图3的俯视图，并且进一步示出了有源器件、相应的无源传感器和所述U型节的根据本发明的示例性的实施方式的相对位置。如前所述，上述接点A、B、C和D以及所述U型节110的枢转点E都落入相同的几何平面。因此，如俯视图图4所示，每个有源器件215、其相应的传感器320和所述U型节110仿佛是沿着线L以线性配置排列。

在优选的实施方式中，如图3和图4所示，每个所述传感器320位于所述相应的有源器件215和所述U型节110之间。该实施方式中每个传感器320的具体位置可以取决于这些因素：尺寸、成本以及与所述运动平台100有关的其他组件的位置。

然而，可能有替代性的其他实施方式。在一个替代性的实施方式中，所述多个有源器件215的每一个位于相应的传感器320和所述U型节之间，只要上述接点A、B、C和D与U型节110的所述枢转点E位于相同的几何平面内。在第二个替代性的实施方式中，U型节110的所述枢转点E位于所述多个有源器件215中的每一个和其相应的传感器320之间，只要上述接点A、B、C和D和U型节110的所述枢转点E在相同的几何平面内。在第三个替代性的实施方式中，所述多个有源器件215中的每一个与其相应的传感器320和所述U型节的相对位置可以发生变化，只要上述接点A、B、C和D和U型节110的所述枢转点E在相同的几何平面内。根据所述第三个替代性的实施方式，基于某一传感器的输出的所述计算可以与基于另一传感器的输出的所述计算不同，这是因为这两个传感器相对于相应的有源器件的位置不同。然而，只要上述接点A、B、C和D和U型节110的所述枢转点E在相同的几何平面内，所述计算就被简化了。

图5示出了所述多个传感器320中示例性的一个。如图所示，所述示例性的传感器320包括磁性元件525和一对传感元件530。如上所述，所述磁性元件525能够通过活塞在所述传感元件530之间来回移动，所述活塞来回移动是由于所述传感器320连接的所述运动平台100的移动。

当所述磁性元件525与所述传感元件靠的很近时，每个所述传感元件530能够探测由所述磁性元件525产生的磁场。当探测到磁场或者所述磁场的大小超出了预定的阀值时，每个传感元件530也能够输出电信号(例如，电压或电流)。因此，当所述磁性元件525与上传感元件靠得很近时，所述上传感元件会产生电输出信号。相反地，当所述磁性元件525与下传感元件靠得很近时，所述下传感元件会产生电输出信号。因为所述磁性元件525的位置是所述相应的有源器件215的长度的函数，所以所述传感器320能够被校准，以使得由一个传感元件产生的电输出信号可以指示出所述相应的有源器件215的长度位于或靠近其运行范围的一端(例如，最大延伸)，并且由另一个传感元件产生的所述电输出信号可以指示出所述相应的有源器件215的长度位于或靠近其运行范围的另一端(例如，最大回缩)。

如果每个无源传感器320的主要功能是防止相应的有源器件320超出其运行范围，那么上述图5中示出的所述无源传感器320是合适的。如果所述无源传感器320的主要功能是为所述运动平台100提供位置和/或方向反馈控制，其他类型的无源传感器是优选的，诸如但不限于：线性电位器、线性光学(增量式或绝对式)传感器、线性旋转(增量式或绝对式)传感器、磁约束(绝对式)传感器、超声波(绝对式)传感器、磁编码(增量式或绝对式)传感器、激光干涉(绝对式)传感器、电容式绝对传感器、感应式绝对传感器以及涡流类传感器。

根据本发明的一个优选的实施方式，所述传感器320是无源器件。照此，所述传感器320在下文中被称作无源传感器。所述传感器320是无源的原因是，其没有像所述有源器件215一样接收输入信号，并且其没有像所述有源器件215一样对向所述运动平台100施加任何作用力具有任何作用。诸如图5中示出的无源传感器是本领域众所周知的。然而，应当理解，本发明的范围并不限于使用无源传感器，可以采用一些需要电源进行运作的传感器来替换上述的无源传感器。

图6是俯视图，示出了第一有源器件和传感器配对(以下称为“第一配对635”)、第二有源器件和传感器配对(以下称为“第二配对640”)和U型节，所有这些部件都可操作地结合至底座和运动平台，并且其位置都位于所述底座和所述运动平台之间。图7是图6示出的第一配对635、第二配对640以及所述U型节110的透视图。图6和图7示出了本发明在有源器件和无源传感器的数量方面的优选实施方式。换句话说，在优选的实施方式中有两个有源器件和无源传感器配对。然而，本发明的范围并非仅限于此。

如附图中所示，所述多个有源器件215中的每一个与所述多个无源传感器320的相应的一个和所述U型节110对齐，从而在如图6示出的俯视图中，每个所述第一配对635和第二配对640与所述U型节以线性配置进行对齐。因为配对635和配对640两者必须与所述U型节110以线性配置进行对齐，穿过所述第一配对635的线L与穿过所述第二配对640的线L’以角度θ隔开。

在图6和图7中，显示的所述运动平台100的形状是圆形的。然而，本发明并不限于任何特殊的运动平台形状。当所述第一配对635的有源器件和所述第二配对640的有源器件延伸(即，增加长度)相同的量时，所述运动平台100会绕所述俯仰轴“z”旋转。当所述第一配对635的有源器件和所述第二配对640的有源器件以直接相对的方式(即，一个延伸的量是另一个回缩的量)延伸或回缩时，所述运动平台100会完全地绕所述滚动轴“x”旋转。当所述第一配对635的有源器件或所述第二配对640的有源器件延伸或回缩的同时另一个不延伸或回缩，所述运动平台100会部分地绕所述滚动轴“x”旋转以及部分地绕所述俯仰轴“z”旋转。不管如何，如上文详细描述的，因为所述多个有源器件215中的每一个与所述多个无源传感器中的相应一个和所述U型节110对齐，每个有源器件的状态与其相应的无源传感器的状态成比例。并且，如前解释的，这简化了基于所述无源传感器的输出的所述计算，并在接下来用于为控制所述有源器件和所述运动平台的运动而产生反馈控制，或用于保护所述有源器件不在其预期的范围外运作。

Claims (19)

1.一种运动平台装置，包括：

底座；

运动平台；

枢转节，所述枢转节位于所述底座和所述运动平台之间，并且连接至所述底座和所述运动平台；

多个有源器件，其中所述多个有源器件中的每一个均位于所述运动平台和所述底座之间，并且在相应的第一接点连接至所述运动平台，在相应的第二接点连接至所述底座，其中所述多个有源器件中的每一个能够在其相应的第一接点向所述运动平台施加作用力；以及

多个传感器，其中所述多个传感器中的每一个均位于所述运动平台和所述底座之间，并且在相应的第三接点连接至所述运动平台，在相应的第四接点连接至所述底座，其中所述多个传感器中的每一个与所述多个有源器件中的相应一个和所述枢转节对齐，从而使得：

所述多个传感器中的每一个的第三接点和第四接点与所述枢转节的枢转点、所述多个有源器件中的相应一个的第一接点和第二接点位于一个几何平面内，以及

所述多个传感器中的每一个的输出信号与所述多个有源器件中的相应一个的在其第一接点和第二接点之间的长度保持成比例。

2.如权利要求1所述的运动平台装置，其中所述多个传感器中的至少一个排列在所述枢转节和所述多个有源器件中的相应一个之间。

3.如权利要求2所述的运动平台装置，其中所述多个传感器中的每一个排列在所述枢转节和所述多个有源器件中的相应一个之间。

4.如权利要求1所述的运动平台装置，其中所述多个有源器件中的每一个排列在所述枢转节与所述多个传感器中的相应一个之间。

5.如权利要求1所述的运动平台装置，其中所述枢转节排列在所述多个有源器件中的至少一个和所述多个传感器中的相应一个之间。

6.如权利要求1所述的运动平台装置，其中由所述多个有源器件中的一个或多个向所述运动平台施加的所述作用力使得所述运动平台借由所述枢转节绕所述枢转节的滚动轴和俯仰轴中的至少一个旋转。

7.如权利要求1所述的运动平台装置，进一步包括微处理器，所述微处理器能够从所述多个传感器中的至少一个接收输出信号，并且由此确定所述运动平台的方向。

8.如权利要求1所述的运动平台装置，进一步包括微处理器，所述微处理器能够从所述多个传感器中的至少一个接收输出信号，并且由此确定相应的有源器件的长度以及确定所述相应的有源器件是否在其运行限度内。

9.一种运动平台系统，包括：

底座；

运动平台；

万向节，所述万向节位于所述底座和所述运动平台之间，并且连接至所述底座和所述运动平台；

多个线性致动器，其中所述多个线性致动器中的每一个均位于所述运动平台和所述底座之间，并且在相应的第一接点连接至所述运动平台，在相应的第二接点连接至所述底座，其中所述多个线性致动器中的每一个能够在其相应的第一接点向所述运动平台施加作用力；以及

多个无源传感器，其中所述多个无源传感器中的每一个均位于所述运动平台和所述底座之间，并且在相应的第三接点连接至所述运动平台，在相应的第四接点连接至所述底座，并且其中所述多个无源传感器中的每一个与所述多个线性致动器中的相应一个和所述万向节对齐，从而使得：

所述多个无源传感器中的每一个的第三接点和第四接点与所述万向节的枢转点、所述多个线性致动器中的相应一个的第一接点和第二接点位于一个几何平面内，以及

所述多个无源传感器中的每一个的输出信号与所述多个线性致动器中相应一个的在其第一接点和第二接点之间的长度保持成比例。

10.如权利要求9所述的运动平台系统，其中所述多个无源传感器中的至少一个排列在所述万向节和所述多个线性致动器中的相应一个之间。

11.如权利要求10所述的运动平台系统，其中所述多个无源传感器中的每一个排列在所述万向节和所述多个线性致动器中的相应一个之间。

12.如权利要求9所述的运动平台系统，其中所述多个线性致动器中的每一个排列在所述万向节和所述多个无源传感器中的相应一个之间。

13.如权利要求9所述的运动平台系统，其中所述万向节排列在所述多个线性致动器中的至少一个和所述多个无源传感器中的相应一个之间。

14.如权利要求9所述的运动平台系统，其中由所述多个线性致动器中的一个或多个向所述运动平台施加的所述作用力使得所述运动平台借由所述万向节绕所述万向节的滚动轴和俯仰轴中的至少一个旋转。

15.如权利要求9所述的运动平台系统，进一步包括微处理器，所述微处理器能够从所述多个无源传感器中的至少一个接收输出信号，并且由此确定所述运动平台的方向。

16.如权利要求9所述的运动平台系统，进一步包括微处理器，所述微处理器能够从所述多个无源传感器中的至少一个接收输出信号，并且由此确定相应的线性致动器的长度以及确定所述相应的线性致动器是否在其运行限度内。

17.如权利要求9所述的运动平台系统，其中所述线性致动器中的每一个均选自：气动、液压、电磁和机电线性致动器。

18.一种神秘探险类乘坐车辆，所述神秘探险类乘坐车辆包括权利要求9所述的运动平台系统。

19.如权利要求18所述的神秘探险类乘坐车辆，其中所述线性致动器中的每一个选自：气动、液压、电磁和机电线性致动器。