CN106023712A - 一种可无限旋转的模拟器平台 - Google Patents

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杨春杰
姚梦阳
蔺绍江
何彬
杨秀芝
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    • G09B9/02—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft
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Abstract

本发明涉及驾驶模拟器平台技术领域，尤其涉及一种可无限旋转的模拟器平台。模拟车辆固定于上平台上，上平台的底面通过第一双头螺柱与内齿轮的上侧面固定，内齿轮的外侧通过回转轴承与固定板的内侧连接，固定板通过第二双头螺柱安装于中平台上；内齿轮与第一齿轮啮合，第一齿轮中间的孔通过键连接到减速器的输出轴上，减速器连接至电机的传动轴上，电机安装在中平台上；中平台下部的外圈均匀分布六个第一球铰链，伸缩杆的一端连接于第一球铰链中，伸缩杆的另一端连接于第二球铰链中，六个第二球铰链通过地脚螺栓均匀分布安装于基础静平台的外圈上。本模拟器平台可无限旋转，且控制算法也较简单。

Description

一种可无限旋转的模拟器平台
技术领域
本发明涉及驾驶模拟器平台技术领域，尤其涉及一种可无限旋转的模拟器平台。
背景技术
六自由Stewart平台是具有6个自由度的并联机构，由于其结构简单，刚度大，承载能力强、精度高、动态响应快、自重负荷比小等一系列优点，目前已经广泛应用于各种领域。运动模拟器是其中一个主要应用。驾驶模拟器是模拟驾驶体验的机械装置，尽可能的模拟在真实设备中的感觉(如车辆的振动、上下坡、转弯等)，用于在室内训练驾驶员，驾驶员不会因模拟驾驶中的事故而受伤。驾驶模拟器的特性决定了它具有以下优点：1)安全性好，使用驾驶模拟装置可以安全地进行高速、极限行驶以及非常危险的安全性实验，可大幅提高训练的安全性；2)复现性好，由于车辆状态和实验条件等因素很难控制，实车试验再现性较差，使用驾驶模拟器则可以方便地进行数据采集、车辆模型的选择和模拟环境的设定，复现性好；3)经济性高，与真车试验相比，驾驶模拟器可以软件环境中设定各种实验条件和参数，大幅提高训练效率、各种环境及参数的可变性，而成本不会增加；4)驾驶模拟器有利于相关设备的研发，帮助设计者迅速发现设计缺陷、错误，从而降低研发成本，缩短开发周期。因此，驾驶模拟器常常用来代替真实设备，以训练操作者对真实设备的操纵能力以及研发相关设备作模拟，驾驶模拟器在飞机、车辆及船舶等驾驶员高级培训中的应用越来越普遍。
目前应用的比较普遍的Stewart平台一般是由上、下两个平台(负载平台和基台)和铰副连接的六个移动副构成。根据使用相应的铰副，常见的Stewart平台可以分为SPS型和UPS型两种。SPS型Stewart平台是指基台和支腿间、负载平台和支腿间都是由球铰连接，上、下支腿间通过柱铰连接构成。根据上、中平台和支腿间连接点数不同，Stewart平台分为x-y型平台(x代表负载平台和支腿的连接点数，y代表基台和支腿的连接点数)。常见的有3-3型Stewart平台、3-6型Stewart平台和6-6型Stewart平台。其中应用于各种飞机和舰船模拟器的主要是6-6型Stewart平台。
ZL201110008598.5、ZL201110008624.4、ZL201110008646.0、ZL201110008651.1等专利均公布可无限旋转的车辆驾驶模拟器，但结构和控制算法均比较复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供了一种可无限旋转的模拟器平台。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：包括基础静平台，上平台和支撑基础静平台、上平台的六套结构完全相同的伸缩杆结构，模拟车辆固定于上平台上，上平台的底面通过第一双头螺柱与内齿轮的上侧面固定，内齿轮的外侧通过回转轴承与固定板的内侧连接，固定板通过第二双头螺柱安装于中平台上；内齿轮与第一齿轮啮合，第一齿轮中间的孔通过键连接到减速器的输出轴上，减速器连接至电机的传动轴上，电机安装在中平台上；中平台下部的外圈均匀分布六个第一球铰链，伸缩杆的一端连接于第一球铰链中，伸缩杆的另一端连接于第二球铰链中，六个第二球铰链通过地脚螺栓均匀分布安装于基础静平台的外圈上。
进一步优化本技术方案，所述的伸缩杆可以是液压缸或电动推杆。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：模拟器平台可无限旋转，且控制算法也较简单。
附图说明
图1为传统的Stewart模拟器平台图。
图2为一种可无限旋转的模拟器平台总体结构图。
图3为图2的B处局部放大图。
图中：1、模拟车辆，2、上平台，3、第一双头螺柱，4、回转轴承，5、中平台，6、第二双头螺柱，7、第一球铰链，8、伸缩杆，9、基础静平台，10、地脚螺栓，11、第一齿轮，12、减速器，13、电机，14、第二球铰链，15、内齿轮，16、固定板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1、图2和图3所示，模拟车辆1固定于上平台2上，因此模拟车辆1可随上平台2的移动或转动而做相应的运动；上平台2的底面通过第一双头螺柱3与内齿轮15的上侧面固定，内齿轮15的外侧通过回转轴承4与固定板16的内侧连接，固定板16通过第二双头螺柱6安装于中平台5上，因此上平台2可以在内齿轮15的带动下围绕固定板16的内圈转动；内齿轮15与第一齿轮11啮合，第一齿轮11中间的孔通过键连接到减速器12的输出轴上，减速器12连接至电机13的传动轴上，电机13安装在中平台5上，因此电机13可通过减速器12带动第一齿轮11转动；且第一齿轮11转动则通过齿轮啮合带动内齿轮15转动，即上平台2可以中平台5的基础之上做转动；中平台5下部的外圈均匀分布六个第一球铰链7，伸缩杆8的一端连接于第一球铰链7中，伸缩杆8的另一端连接于第二球铰链14中，六个第二球铰链14通过地脚螺栓10均匀分布安装于基础静平台9的外圈上，因此中平台5可通过六根伸缩杆8在基础静平台9上作X、Y、Z方向作移动和转动。
伸缩杆8可以是液压缸或电动推杆；当伸缩杆8为液压缸时，需配套液压系统；当伸缩杆8为电动推杆时，需要电机及减速器或直线电机提供动力。
本发明在具体实施时，模拟模拟车辆1应该处于的位置、姿态，并通过位姿反解得到各个伸缩杆8伸长的长度或电机13旋转的角度或者是两者的组合，如果电机13不旋转，只有伸缩杆8伸缩，就是相当于一个Stewart平台；如果伸缩杆8不运动，只有电机13旋转，也可实现平台六个自由度的运动；当模拟车辆1需要转弯时，将真实设备需要转弯的半径计算转变为模拟车辆1及上平台2在中平台5旋转的角度，电机13应旋转相应的角度，此时，伸缩杆8仍然保持不断的伸缩状态，保证转弯时其它的感觉(如：上下坡即俯仰、路面侧倾)与真实设备类似；当真实设备运动至不同的位置时，即模拟车辆1在上平台2上的位置与姿态处于不同的状态，只需要伸缩杆8伸长或缩短至相应的长度或电机13带动中平台5旋转相应的角度即可。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (2)

1.一种可无限旋转的模拟器平台，包括基础静平台，上平台(2)和支撑基础静平台(9)、上平台的六套结构完全相同的伸缩杆(8)结构，其特征在于：模拟车辆(1)固定于上平台(2)上，上平台(2)的底面通过第一双头螺柱(3)与内齿轮(15)的上侧面固定，内齿轮(15)的外侧通过回转轴承(4)与固定板(16)的内侧连接，固定板(16)通过第二双头螺柱(6)安装于中平台(5)上；内齿轮(15)与第一齿轮(11)啮合，第一齿轮(11)中间的孔通过键连接到减速器(12)的输出轴上，减速器(12)连接至电机(13)的传动轴上，电机(13)安装在中平台(5)上；中平台(5)下部的外圈均匀分布六个第一球铰链(7)，伸缩杆(8)的一端连接于第一球铰链(7)中，伸缩杆(8)的另一端连接于第二球铰链(14)中，六个第二球铰链(14)通过地脚螺栓(10)均匀分布安装于基础静平台(9)的外圈上。
2.根据权利要求1所述的一种可无限旋转的模拟器平台，其特征在于：伸缩杆(8)可以是液压缸或电动推杆。
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