CN106183922A - 一种基于并联机构的防晕车装置 - Google Patents

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乔印虎
陈杰平
张露明
张春雨
柳伟续
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Abstract

本发明涉及防晕车装置，公开了一种基于并联机构的防晕车装置，多维减震装置与控制系统，所述多维减震装置包括机架与支腿，所述控制系统包括传感器、数据采集与存储模块、控制器与推杆以及能源，所述能源连接多维减震装置，所述支腿上安装传感器，传感器通过网络连接数据采集与存储模块，数据采集与存储模块通过网络连接控制器。本发明通过多维减振系统可以提高乘客乘坐的舒适性和工作条件，并保护他们的身体和心理健康，让乘客在乘车过程中不再受到晕车问题的困扰。

Description

一种基于并联机构的防晕车装置
技术领域
本发明涉及防晕车装置，尤其涉及了一种基于并联机构的防晕车装置。
背景技术
目前，在中国，根据对晕车情况的总结，发现路面不平、紧急避让、弯道加速、制动以及其他工作条件下，车的传动系统和轮毂等转动部件和其他激励过程会引起车座的多维振动，进而导致乘客的晕车问题。
对于汽车座椅半主动悬架，国外从上世纪七、八十年代就纷纷开始了研究和开发，得了一些成果，并在车辆上逐步应用。美国LORD公司开发了一种基于磁流变减振器的汽车半主动座椅悬架系统，经实验室测试，该系统可以有效降低40％的振动和49％的冲击。相对于国外的进展情况，国内在汽车座椅半主动悬架方面大多还停留在仿真和实验阶段，和发达国家相比还有一定差距。钟志华以基于磁流变阻尼器半主动座椅悬架为研究对象，设计了一个鲁棒性较好、容易实现，且成本较低的控制策略。郑建国建立了可控非线性磁流变阻尼半主动座椅控制系统数学模型，采用模糊PID控制算法设计了阻尼控制器，改善座椅动态特性，提高乘座舒适性。在汽车座椅主动悬架方面，J.D.U针对一种可衰减竖直方向小幅振动的车辆座椅悬架原理与应用展开研究，并提出了一种混合控制算法。刘会英等利用基于滤波X最小均方值算法的前馈型自适应控制系统对汽车座椅振动实施主动控制，降低了车身振动向人体的传递。
三种座椅悬架性能和结构各有优缺点，其中被动悬架在工程中应用范围最广，在我国现阶段仍有较高的研究价值，而座椅主动、半主动悬架目前大多处于研究阶段，一般用于高档轿车。此外，目前国内外处于实用阶段的座椅悬架，大多只具有竖直方向单自由度减振效果，而在其他方向未能实现减振功能。
发明内容
本发明针对现有技术中减震功能效果不佳以及减震方向比较单一等缺点，提供了一种基于并联机构的防晕车装置。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种基于并联机构的防晕车装置，多维减震装置与控制系统，所述多维减震装置包括机架与支腿，所述控制系统包括传感器、数据采集与存储模块、控制器与推杆以及能源，所述能源连接多维减震装置，所述支腿上安装传感器，传感器通过网络连接数据采集与存储模块，数据采集与存储模块通过网络连接控制器，所述能源与多维减震装置连接。
作为优选，所述支腿至少为三个。
作为优选，所述支腿与机架固定连接。所述机架设有立体三条支撑板，与竖直方向夹角为45度，这样设计最固定。
作为优选，所述支腿上设有伺服电机，所述伺服电机通过网络连接控制器，伺服电机连接推杆。
作为优选，所述支腿设有球面副，所述球面副设置在支腿与机架的固定端。
作为优选，所述支腿中部设有移动副，移动副设有调节器。可以调节支腿的长短，能及时适应不同方向的力。
作为优选，所述能源为液压泵、气泵或电源。电源可以提供电能，像液压泵气泵可以提供一个动力，让给多维减震装置一个动力，让传感器发出信号，等待控制器做出处理。
作为优选，所述推杆为电动推杆或电液推杆。，提供一个力或扭矩的装置，让多维减震装置发生动作。
作为优选，所述控制器为单片机或电脑。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
本发明通过多维减振系统可以提高乘客乘坐的舒适性和工作条件，并保护他们的身体和心理健康，让乘客在乘车过程中不再受到晕车问题的困扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的系统结构图。
图2是图1的多维减震装置示意图。
图3是图2中的支腿的示意图。
标号说明：1—支腿、2—机架、3—球面副。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：
一种基于并联机构的防晕车装置，如图1所示，多维减震装置与控制系统，所述多维减震装置包括机架2与支腿1，所述控制系统包括传感器、数据采集与存储模块、控制器与推杆以及能源，所述能源连接多维减震装置，所述支腿1上安装传感器，传感器通过网络连接数据采集与存储模块，数据采集与存储模块通过网络连接控制器，所述能源与多维减震装置连接。
在本实施例中，所使用的支腿1围三个，根据力学特点，这样受力最平衡。所述支腿1与机架2固定连接，所述支腿1上设有伺服电机，所述伺服电机通过网络连接控制器，伺服电机连接推杆，支腿1设有球面副3，所述球面副3设置在支腿1与机架2的固定端，球面副3能让支架更好的扭转，能更好的调 节状态。
所述支腿1中部设有移动副，移动副设有调节器。可以调节支腿1的长短，能及时适应不同方向的力。
所述能源为液压泵、气泵或电源。电源可以提供电能，像液压泵气泵可以提供一个动力，让给多维减震装置一个动力，让传感器发出信号，等待控制器做出处理。
所述推杆为电动推杆或电液推杆，提供一个力或扭矩的装置，让多维减震装置发生动作。
所述控制器为单片机或电脑。电脑或者单片机接收到传感器发出的数据信号，经过数据收集装置与数据存储装置然后传递到电脑或者单片机中，可以让单片机或者电脑处理信号，然后反馈到推杆，推杆作出动作。
多维减振装置从车辆环境和人体健康方面出发，是消除振动的阻尼装置。运用并联机构解决车辆的多维座椅振动问题。通过多维减振装置，减少振动对人的伤害。其中，近年来对并联机构的全面、系统的分析，成为多维振动领域应用的重点。
本发明的多维减振系统还可以由上下2个等边三角平台和3个中间连杆组成。每个连杆包括3个运动副，其中转动副与上三角平台的顶点相连，球面副3则与下三角平台的顶点相连，中间的移动副可在杆长的约束范围内做轴向伸缩运动，的测头则安装在下三角平台的几何中心点位置。根据Kutzbach Grubler公式，可计算出上述三自由度并联机构的空间自由度F为：
F = 6 ( n - g - 1 ) + Σ i = 1 g f i
n—机构中总的构件数；
g—机构中所包含的所有物体之间的运动副数目；
fi—第i个运动副的相对自由度数。
可计算出该运动机构的空间自由度为3。分别为沿Z向的1个移动自由度和2个独立的转动自由度。三个中间连杆的运动是相互关联和制约的，而不是相互分立的，这种机构属于并联运动机构。三自由度并联机构的工作原理十分简单，它是通过移动副的调节器来控制移动副的伸缩，使连杆长度发生变化，从而使测头移动至测点位置，然后再由安装在移动副内的长度并联机构装置测出杆长的变化量，并以此为依据，计算出测点处的空间坐标。
并联运动机构的控制与并联机构系统主要由三个基本单元组成，它们是：PC处理器单元，伺服电机控制单元和并联机构数据采集与存储单元。PC处理单元主要完成数据处理、数据显示、几何尺寸计算和三维形体的重建等，同时还负责向其他两个单元发送控制指令，以便协调整个系统的工作。伺服电机控制单元则主要是依据PC计算机所发送的控制指令对三个伺服电机的运行状态进行控制，从而确保他们按实际要求正常运转。并联机构数据采集与存储单元主要用于完成对三个线性刻度尺(例如光栅尺、激光干涉仪等)输出的脉冲信号进行记数，并将计数结果存储到对应的三个存储器中，以便于PC计算机进行读取。
当操作人员通过计算机键盘(或其他键控开关)向计算机发出控制命令后，PC处理器则通过I/O控制器接口向三个交流伺服电机分别发出相应的运行控制指令。当三个伺服电机接受到正确的指令信息后，即驱动各自的滚珠丝杠进行旋转，从而带动相应的移动副按实际要求进行伸缩，使测头向目标点移动；同时，随着移动副的伸缩，与之相连的线性长度记录仪(如光栅尺等)开始输出计数脉冲，并由三个32位的计数器分别进行计数。若测头移动过程中，连杆或运动副出现干涉现象，则驱动系统将立即向计算机反馈信息，以便通知计算机 及时调整三个伺服电机的运行状态，及时修正测头的运行轨迹，从而确保测头安全、柔性地到达并联机构点位置。
当测头与被测目标点接触的一刹那，测头的微动开关将产生一触发脉冲，并将其反馈给PC计算机作为采样触发信号。PC计算机接收到该采样指令后，则向32位计数器发出读数指令，随后便将计数器中的三个脉冲计数值读入处理器，经相应处理软件计算后，得到该并联机构点处的实际空间坐标值，从而完成一次坐标采样过程。
为了描述并联机构机测头的工作空间，可取若干个适当的平行平面作为工作空间的剖面。这些平面与工作空间的交即是工作空间在这些剖面上的边界曲线。若取一系列这样的剖面，就可得到一系列的边界曲线。这些边界曲线的集合就可构成一个完整的工作空间边界。
例如，取一平行于XOBY的平面X1ZjY1作为工作空间的剖面该平面距坐标原点OB的距离Z∈(Zmin Zmax)。然后，在该平面上取一极角φi，作一极线ρ那么极线ρ与边界曲线的交点ρi即为测头在该极线上所能达到的最远点。因此，只要能在此极线上找到ρi，即可算出该边界点在坐标系OB-XYZ中的空间坐标，即(ρicosφi，ρisinφi，z)。
由此可以看出，通过上述方法处理后，即可将工作空间边界点的计算问题转化为对ρi的一维搜索问题。当求得一个边界点后，令极线的极角增加Δφ，再按上述方法搜索出另一个边界点。当极角φi由0°开始增加到360°时，就可得到该剖面上完整的边界曲线。作完一个剖面后，增加Zi，再重复同样方法，直到Zj由Zmin变化到Zmax为止，这样就可求出并联机构机测头的整个工作空间边界。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等 效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于并联机构的防晕车装置，其特征在于，多维减震装置与控制系统，所述多维减震装置包括机架与支腿，所述控制系统包括传感器、数据采集与存储模块、控制器与推杆以及能源，所述能源连接多维减震装置，所述支腿上安装传感器，传感器通过网络连接数据采集与存储模块，数据采集与存储模块通过网络连接控制器，所述能源与多维减震装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的防晕车装置，其特征在于：所述支腿至少为三个。
3.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的防晕车装置，其特征在于：所述支腿(1)与机架(2)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于并联机构的防晕车装置，其特征在于：所述支腿(1)上设有伺服电机，所述伺服电机通过网络连接控制器，伺服电机连接推杆。
5.根据权利要求4所述的一种基于并联机构的防晕车装置，其特征在于：所述支腿(1)设有球面副(3)，所述球面副(3)设置在支腿(1)与机架(2)的固定端。
6.根据权利要求5所述的一种基于并联机构的防晕车装置，其特征在于：所述支腿(1)中部设有移动副，移动副设有调节器。
7.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的防晕车装置，其特征在于：所述能源为液压泵、气泵或电源。
8.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的防晕车装置，其特征在于：所述推杆为电动推杆或电液推杆。
9.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的防晕车装置，其特征在于：所述控制器为单片机或电脑。
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