CN105931528A - 串联三自由度汽车驾驶模拟平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种串联三自由度汽车驾驶模拟平台，包括：升降模块、侧翻模块以及俯仰模块；升降模块包括基座、升降电机、同步带、升降丝杠、升降螺母、升降台、升降滑块、升降导轨；侧翻模块包括侧翻电机、小齿轮、大齿轮、侧翻轴；俯仰模块包括侧翻台、俯仰导轨、俯仰滑块、座椅支架、支撑杆、俯仰电机、俯仰丝杠、俯仰螺母，本发明通过实现三个自由度的运动来模拟汽车上下坡、加减速、转弯、斜坡行驶、颠簸等行驶状态，采用折线型布局提高了平台的精度、安全性，降低了座椅的位置、减小了安装空间，控制系统采用闭环控制，能有效减小累积误差，修正运动轨迹，提高了安全性。

Description

串联三自由度汽车驾驶模拟平台

技术领域

本发明涉及一种空间三自由度运动平台结构，特别是一种采用折线型布局串联机构的串联汽车驾驶模拟平台。

背景技术

在汽车模拟驾驶领域，国内外己经研发了多种三自由度运动平台，但这几款运动平台存在一些不足。例如，平台机构空间尺寸较大，而提供的工作空间较小；平台机构设计和运动副选用不尽合理，运行一段时间后出现比较严重的磨损现象，影响了平台工作精度。同时这些运动平台价格高，维修困难，严重影响了平台的推广应用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种串联汽车驾驶模拟平台。

本发明技术方案如下：

一种串联三自由度汽车驾驶模拟平台，包括：升降模块、置于升降模块上方的侧翻模块以及与侧翻模块串联的俯仰模块；

所述升降模块包括底部的基座、置于基座内的升降电机、升降电机驱动的同步带、同步带带动的竖直方向设置的升降丝杠、与升降丝杠配合的升降螺母、与升降螺母固连的竖直方向运动的升降台、升降台端部固连的升降滑块、与升降滑块滑动配合的竖直设置在基座上的升降导轨；

所述侧翻模块包括侧翻电机、侧翻电机驱动的小齿轮、和小齿轮啮合的大齿轮、大齿轮固连的水平方向延伸的侧翻轴；

所述俯仰模块包括和侧翻轴固连的侧翻台、固定于侧翻台上的俯仰导轨、与俯仰导轨滑动配合的俯仰滑块、置于俯仰滑块上方并与侧翻台铰接的座椅支架、位于座椅支架底部和俯仰滑块之间的支撑杆、位于座椅支架下方的俯仰电机、俯仰电机驱动的水平延伸的俯仰丝杠、与俯仰丝杠配合的俯仰螺母，所述俯仰滑块与俯仰螺母固定连接，所述支撑杆两端分别与座椅支架底部和俯仰滑块铰接。

作为优选方式，所述升降电机通过升降减速机带动同步带。

作为优选方式，所述升降台左右两端各固连2个升降滑块。

作为优选方式，所述侧翻电机通过侧翻减速机驱动小齿轮。

作为优选方式，所述侧翻减速机通过侧翻联轴器驱动小齿轮。

作为优选方式，还包括运动控制系统，所述运动控制系统包括PC机、通过USB数据线与PC机相连的运动控制卡、与运动控制卡相连的转接板、与转接板相连的伺服驱动器、与伺服驱动器相连的伺服电机，其中伺服驱动器中包含伺服编码器，伺服编码器与转接板相连以反馈信号。

作为优选方式，所述升降模块、侧翻模块以及俯仰模块中分别设置限位传感器，所述限位传感器分别与转接板相连，升降模块中的限位传感器设置于升降导轨上用以监测限制升降台上下运动范围，侧翻模块中的限位传感器设置在升降台上用以检测齿轮位置从而限制侧翻台侧翻的运动范围，俯仰模块中的限位传感器设置在侧翻台上用以监测限制座椅支架俯仰运动范围。

本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明通过实现三个自由度的运动来模拟汽车上下坡、加减速、转弯、斜坡行驶、颠簸等行驶状态。采用折线型布局提高了平台的精度、安全性，同时折线形的串联结构降低了座椅的位置、减小了安装空间，为使用者的进出提供了便利，同时也提高了平台的安全性，运动模块的机械传动工作稳定、可靠，对环境的干扰不敏感，传动路线安排合理、传动准确，具有较高的精度。控制系统采用闭环控制，能有效减小累积误差，修正运动轨迹，提高了安全性。

附图说明

图1是本发明的机构简图主视图；

图2是本发明的模块布局图；

图3是本发明的传动系统示意图；

图4是本发明的运动控制系统流程图。

1为基座，2为同步带，3为升降减速机，4为升降电机，5为升降丝杠，6为升降螺母，7为升降滑块，8为升降导轨，9为升降台，10为大齿轮，11为小齿轮，12为侧翻联轴器，13为侧翻减速机，14为侧翻电机，15为侧翻轴，16为侧翻台，17为座椅支架，18为支撑杆，19为俯仰滑块，20为俯仰丝杠，21为俯仰联轴器，22为俯仰电机，23为俯仰螺母，24为俯仰导轨。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

一种串联三自由度汽车驾驶模拟平台，包括：升降模块、置于升降模块上方的侧翻模块以及与侧翻模块串联的俯仰模块、以及运动控制系统；

所述升降模块包括底部的基座1、置于基座内的升降电机4、升降电机通过升降减速机3驱动的同步带2、同步带带动的竖直方向设置的升降丝杠5、与升降丝杠配合的升降螺母6、与升降螺母固连的竖直方向运动的升降台9、升降台左右两端分别固连的2个升降滑块7、与升降滑块滑动配合的竖直设置在基座上的升降导轨8；升降导轨对升降台进行限位和导向。通过升降丝杠螺母的配合，实现升降台沿Z轴的直线运动。沿Z轴的直线运动可模拟汽车行驶时的颠簸。

所述侧翻模块包括侧翻电机、侧翻电机14经侧翻减速机13减速后通过侧翻联轴器12连接的小齿轮11、和小齿轮啮合的大齿轮10、大齿轮固连的水平方向延伸的侧翻轴15；大齿轮旋转，通过固连的侧翻轴15带动侧翻台16随之旋转，实现侧翻台16绕X轴的旋转运动。绕X轴的旋转运动可模拟汽车转弯、斜坡行驶时的状态。

所述俯仰模块包括和侧翻轴固连的侧翻台、固定于侧翻台上的俯仰导轨24、与俯仰导轨24滑动配合的俯仰滑块19，置于俯仰滑块上方并与侧翻台铰接的座椅支架17，位于座椅支架底部和俯仰滑块之间的支撑杆18，位于座椅支架下方的俯仰电机22，俯仰电机22通过俯仰联轴器21驱动的水平延伸的俯仰丝杠20、与俯仰丝杠20配合的俯仰螺母23，所述俯仰滑块与俯仰螺母固定连接，所述支撑杆两端分别与座椅支架底部和俯仰滑块铰接。

所述俯仰机构中，俯仰电机驱动俯仰丝杠，通过俯仰丝杠与俯仰螺母的配合推动俯仰滑块沿俯仰导轨做直线运动，从而推动位于俯仰滑块及座椅支架之间的支撑杆沿铰链点转动。通过支撑杆推动座椅支架绕Y轴做旋转运动，实现了平台绕Y轴的旋转运动。绕Y轴的旋转运动可模拟汽车上下坡、加减速等行驶状态的感受。

所述升降电机、侧翻电机、俯仰电机为伺服电机。所述伺服电机上设有减速器。所述升降模块、侧翻模块以及俯仰模块中分别设置限位传感器，所述限位传感器分别与转接板相连，升降模块中的限位传感器设置于升降导轨上用以监测限制升降台上下运动范围，侧翻模块中的限位传感器设置在升降台上用以检测齿轮位置从而限制侧翻台侧翻的运动范围，俯仰模块中的限位传感器设置在侧翻台上用以监测限制座椅支架俯仰运动范围。

所述运动控制系统包括PC机、通过USB数据线与PC机相连的四轴运动控制卡USB1020、与运动控制卡相连的转接板、与转接板相连的伺服驱动器，与伺服驱动器相连的伺服电机，其中伺服驱动器中包含伺服编码器，伺服编码器与转接板相连以反馈信号。通过计算机编写的控制程序，向四轴运动控制卡发出指令，运动控制卡将指令转化为运动控制信号。三个电机根据控制信号分别运动或同时运动，实现平台的三个自由度运动以及复合运动。

所述控制系统中，由PC机控制程序向运动控制卡USB1020发出控制信号，运动控制卡USB1020将控制信号转化为伺服驱动器能识别的控制指令，通过转接板向各个伺服驱动器发出。伺服驱动器将接受到的控制指令转化为脉冲信号，驱动伺服电机运动。伺服电机将收到的电信号转换成电机轴上的角位移输出，实现各自由度运动控制。执行机构触发传感器发出电信号，反馈给运动控制卡程序，运动控制卡接收到限位信号后作出响应，向伺服电机发出制动或减速信号，从而实现限位的功能，以保障驾驶模拟器使用者的安全。同时伺服电机编码器可以记录伺服电机的角位移输出量，并将输出量通过转接板及运动控制卡USB1020传送至PC机，PC机所获得的数据可用来修正运动轨迹，减小累积误差。

本实施例通过实现三个自由度的运动来模拟汽车上下坡、加减速、转弯、斜坡行驶、颠簸等行驶状态。采用折线型布局提高了平台的精度、安全性，同时降低了平台的高度、减小了安装空间。运动模块的机械传动工作稳定、可靠，对环境的干扰不敏感。传动路线安排合理，传动准确，具有较高的精度。控制系统采用闭环控制，能有效减小累积误差，修正运动轨迹，提高平台运动准确性和安全性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种串联三自由度汽车驾驶模拟平台，其特征在于包括：升降模块、置于升降模块上方的侧翻模块以及与侧翻模块串联的俯仰模块；

所述升降模块包括底部的基座、置于基座内的升降电机、升降电机驱动的同步带、同步带带动的竖直方向设置的升降丝杠、与升降丝杠配合的升降螺母、与升降螺母固连的竖直方向运动的升降台、升降台端部固连的升降滑块、与升降滑块滑动配合的竖直设置在基座上的升降导轨；

所述侧翻模块包括侧翻电机、侧翻电机驱动的小齿轮、和小齿轮啮合的大齿轮、大齿轮固连的水平方向延伸的侧翻轴；

所述俯仰模块包括和侧翻轴固连的侧翻台、固定于侧翻台上的俯仰导轨、与俯仰导轨滑动配合的俯仰滑块、置于俯仰滑块上方并与侧翻台铰接的座椅支架、位于座椅支架底部和俯仰滑块之间的支撑杆、位于座椅支架下方的俯仰电机、俯仰电机驱动的水平延伸的俯仰丝杠、与俯仰丝杠配合的俯仰螺母，所述俯仰滑块与俯仰螺母固定连接，所述支撑杆两端分别与座椅支架底部和俯仰滑块铰接。

2.根据权利要求1所述的串联三自由度汽车驾驶模拟平台，其特征在于：所述升降电机通过升降减速机带动同步带。

3.根据权利要求1所述的串联三自由度汽车驾驶模拟平台，其特征在于：所述升降台左右两端各固连2个升降滑块。

4.根据权利要求1所述的串联三自由度汽车驾驶模拟平台，其特征在于：所述侧翻电机通过侧翻减速机驱动小齿轮。

5.根据权利要求4所述的串联三自由度汽车驾驶模拟平台，其特征在于：所述侧翻减速机通过侧翻联轴器驱动小齿轮。

6.根据权利要求1所述的串联三自由度汽车驾驶模拟平台，其特征在于：还包括运动控制系统，所述运动控制系统包括PC机、通过USB数据线与PC机相连的运动控制卡、与运动控制卡相连的转接板、与转接板相连的伺服驱动器、与伺服驱动器相连的伺服电机，其中伺服驱动器中包含伺服编码器，伺服编码器与转接板相连以反馈信号。

7.根据权利要求6所述的串联三自由度汽车驾驶模拟平台，其特征在于：所述升降模块、侧翻模块以及俯仰模块中分别设置限位传感器，所述限位传感器分别与转接板相连，升降模块中的限位传感器设置于升降导轨上用以监测限制升降台上下运动范围，侧翻模块中的限位传感器设置在升降台上用以监测齿轮位置从而限制侧翻台侧翻的运动范围，俯仰模块中的限位传感器设置在侧翻台上用以监测限制座椅支架俯仰运动范围。