CN106774447B - 基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台，其运动旋转牵引杆的上端固定于推力万向关节轴承的轴圈内；运动平台下底面与推力万向关节轴承关节轴圈上端面固连；推力万向关节轴承的座圈与承重平台固连；承重平台通过承重支架设置在承重基础上；运动旋转牵引杆的下端通过万向伸缩联轴器与旋转电机的输出端连接；旋转电机固定在牵引平台上；牵引组件的一端连接在牵引平台上，另一端连接在承重支架上。本发明可实现减小电机的负重，从而降低电机功率，使设备小型化，最终降低材料、制造、运输等各方面成本。

Description

基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台

技术领域

本发明涉及一种运动平台，尤其涉及一种可实现自转及自由摇摆的运动平台。

背景技术

运动平台是一种可以模拟载人设备运动状态的一种装置，例如模拟汽车、船、飞行器等，目前市场上已有多个设备解决方案。

现有装置的传动技术是利用直线电机的组合机构，通过一个电机控制一个维度的伸缩运动，形成平台的多自由度运动，其利用传动结构本身的力量，来承受平台上的重量，托起平台进行运动。

现有的三自由度运动平台利用三点支撑平台，支撑杆可做直线运动，通过控制三个支撑杆之间配合运动，来实现前后、左右、上下三个维度的控制化运动，配合视觉效果可以达到模拟运动的目的。

三自由度运动平台已在影院、游戏、游乐场等多种领域广泛使用。

三自由度运动平台的主要缺点：

1.平台自身体积、重量大，不便于运输、安装及维护。

2.平台需配备大型座椅等设备，整体高度及占地面积都比较高。

3.主要实现前后左右两个轴向的运动，上下幅度很小，且无法实现平台旋转功能。

4.因为需要附加高功率驱动从而会带来较大的机械噪音。

目前已有六自由度平台，其能够实现更加精细的运动控制，以及少量的轴向转动。但现阶段的这种六自由度运动平台都是大型笨重的设备，各方面成本很高，不利于个人使用或个性化定制，对运动模拟设备的多领域普及产生了一定的制约。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在保证多种维度的运动前提下，实现小型化、降低成本的基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台。

本发明的技术解决方案是：

一种基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台，包括支撑单元和牵引单元，其特殊之处是：所述支撑单元包括运动台、推力万向关节轴承、承重平台、运动旋转牵引杆及承重支架；所述推力万向关节轴承包括轴圈和座圈；所述运动旋转牵引杆的上端固定于推力万向关节轴承的轴圈内；所述运动台下底面与推力万向关节轴承关节轴圈上端面固连；所述推力万向关节轴承的座圈与承重平台固连；所述承重平台通过承重支架设置在承重基础上；所述牵引单元包括万向伸缩联轴器、旋转电机、牵引平台以及至少一个牵引组件；所述运动旋转牵引杆的下端通过万向伸缩联轴器与旋转电机的输出端连接；所述旋转电机固定在牵引平台上；所述牵引组件的一端连接在牵引平台上，另一端连接在承重支架上，用于调整牵引平台的倾角。

上述牵引组件有两种类型，

第一种类型，上述牵引组件包括牵引电机、滚珠丝杠副；所述牵引电机与承重支架铰接，所述牵引电机的输出轴与滚珠丝杠副的丝杠固连；所述滚珠丝杠副的螺母与牵引平台铰接。

若只需要左右摇摆，上述牵引组件可以为一个。

若需要自由摇摆，

上述牵引组件可以为两个，也可以为三个；

当牵引组件为两个时，每个牵引组件的牵引方向或牵引方向的投影呈90°夹角。

当牵引组件为三个时，任意两个牵引单元的牵引方向之间的夹角相等。

第二种类型，上述牵引单元的牵引组件数量为一个或两个；当牵引单元的牵引组件的数量为一个时，所述牵引组件为电动丝杆滑轨，其滑轨固定在承重支架或承重基础上，其滑块与牵引平台固定。

当牵引单元的牵引组件数量为两个时；第一个牵引组件为电动丝杆滑轨，其滑轨固定在承重支架或承重基础上；第二个牵引组件为电动丝杆滑轨，其滑轨固定在第一个牵引组件的滑块上，其滑块与牵引平台固定；每个电动丝杆滑轨的夹角为90°。

作为本发明的一部分，上述推力万向关节轴承还有三种独特的结构：

第一种，推力万向关节轴承还包括平面推力轴承组件；

所述平面推力轴承组件包括滚珠及保持架、下垫、设置在推力万向关节轴承座圈下底面的上轨道、设置在下垫上底面的下轨道；

所述平面推力轴承组件的下垫的下底面与承重平台固连。

第二种，推力万向关节轴承还包括滚珠组件；

所述推力万向关节轴承的座圈内侧面为多棱锥面；

所述滚珠组件包括设置在多棱锥面的每个面上的滚珠坑、设置在每个滚珠坑内的滚珠；

多个滚珠位于同一平面且分别与推力万向关节轴承的轴圈的外球面接触。

第三种，推力万向关节轴承还包括滚柱组件和平面推力轴承组件；

所述推力万向关节轴承的座圈内侧面为多棱锥面；

所述滚柱组件包括设置在多棱锥面的每个面上的滚柱坑、设置在每个滚柱坑内的滚柱；

多个滚柱位于同一平面，横向排列且分别与推力万向关节轴承的轴圈的外球面接触；

所述平面推力轴承组件包括滚柱及保持架、下垫、设置在推力万向关节轴承座圈下底面的上轨道、设置在下垫上底面的下轨道；

所述平面推力轴承组件的下垫的下底面与承重平台固连。

本发明的优点：

本发明通过采用单点承重(即运动台上所有物体的重量，全部由本发明中一处结构来负重，并将重力分担给其他结构)和杠杆牵引式传动，由此可实现各个方向摆动及旋转功能，实现减小电机的负重，从而降低电机功率，使设备小型化，最终降低材料、制造、运输等各方面成本。

附图说明

图1是本发明采用三角推杆方案的整体结构示意图；

图2是本发明采用单向推杆方案的整体结构示意图；

图3是本发明万向伸缩联轴器、旋转电机及牵引平台的示意图；

图4是本发明采用滚珠丝杠副结构的牵引组件示意图；

图5是本发明旋转电机及万向伸缩联轴器的结构示意图；

图6是本发明采用两个电动丝杠滑轨的整体结构示意图；

图7是本发明两个电动丝杠滑轨、牵引平台及万向伸缩联轴器的结构示意图；

图8是本发明承重支架的结构示意图；

图9是本发明推力万向关节轴承、承重平台、运动旋转牵引杆的结构示意图；

图10是本发明第二种及第三种推力万向关节轴承的外形图；

图11是本发明第二种推力万向关节轴承的分解剖视图；

图12是本发明第三种推力万向关节轴承的分解剖视图；

图13是本发明第四种推力万向关节轴承的外形图；

图14是图13的分解图

图15是本发明第四种推力万向关节轴承的剖视图；

图16是本发明第五种推力万向关节轴承的外形图；

图17是图16的分解图

图18是本发明第五种推力万向关节轴承的剖视图；

图19是本发明第五种推力万向关节轴承的分解剖视图；

其中：1-运动台；2-承重平台；3-运动旋转牵引杆；4-承重支架；5-承重基础；6-牵引电机；7-旋转电机；8-滚珠丝杠副；81-螺母；82-丝杠；9-万向伸缩联轴器；10-牵引平台；11-电动丝杆滑轨；12-滑块；13-滑轨；14-推力万向关节轴承；15-座圈；16-轴圈；17-第一滚珠；18-保持架；19-下垫；20-下轨道；21-上轨道；22-多棱锥面；23-第二滚珠；24-滚柱。

具体实施方式

本发明基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台，包括支撑单元和牵引单元。支撑单元包括运动台1、推力万向关节轴承14、承重平台2、运动旋转牵引杆3及承重支架4；牵引单元包括万向伸缩联轴器9、旋转电机7、牵引平台10以及至少一个牵引组件；

推力万向关节轴承至少有5种结构：

第一种是普通的推力万向关节轴承，一般包括轴圈16和座圈15。

第二至第五种是本发明所特有的推力万向关节轴承14，其中：

如图11所示，为第二种推力万向关节轴承，包括轴承座、轴圈16、座圈15、平面推力轴承组件；轴圈16为半球面轴圈，平面推力轴承组件包括第一滚珠17及保持架18、下垫19、设置在推力万向关节轴承座圈下底面的上轨道21、设置在下垫上底面的下轨道20；平面推力轴承组件的下垫的下底面与承重平台2固连。

如图12所示，第三种推力万向关节轴承与第二种的区别是轴圈16为多半球面轴圈。

如图13、图14及15所示，第四种推力万向关节轴承包括轴圈16、座圈15滚柱组件及平面推力轴承组件；推力万向关节轴承14的座圈15内侧面为多棱锥面22；滚柱组件包括设置在多棱锥面的每个面上的滚柱坑、设置在每个滚柱坑内的滚柱；多个滚柱位于同一平面、横向排列且分别与推力万向关节轴承的轴圈的外球面接触。平面推力轴承组件与第一种推力万向关节轴承的平面推力轴承组件结构相同。

如图16、图17、图18、及图19，第五种是推力万向关节轴承包括轴圈16、座圈15及滚珠组件；推力万向关节轴承的座圈内侧面为多棱锥面22；滚珠组件包括设置在多棱锥面22的每个面上的滚珠坑、设置在每个滚珠坑内的第一滚珠17；多个滚珠位于同一平面且分别与推力万向关节轴承的轴圈的外球面接触。

如图1所示，运动旋转牵引杆3的上端固定于推力万向关节轴承14的轴圈内，运动台1下底面与推力万向关节轴承14关节轴圈上端面固连；推力万向关节轴承的座圈15或者下垫19或者轴承座与承重平台2固连。

承重平台2通过承重支架4设置在承重基础5上，运动旋转牵引杆3的下端通过万向伸缩联轴器9与旋转电机7的输出端连接；旋转电机7固定在牵引平台10上；牵引组件的一端连接在牵引平台10上，另一端连接在承重支架4上，用于调整牵引平台10的倾角。

牵引组件有两种不同方案。

第一种方案采用电动滚珠丝杠副8，包括一个或两个或三个牵引组件，当采用两个牵引组件时，两个牵引组件的牵引方向或牵引方向的投影呈90°夹角；当采用三个牵引组件时，任意两个牵引单元的牵引方向之间的夹角相等或者牵引方向投影之间的夹角为120°。

牵引组件包括牵引电机6、滚珠丝杠副8；牵引电机6与承重支架4铰接，牵引电机6的输出轴与滚珠丝杠副8的丝杠固连；滚珠丝杠副的螺母81与牵引平台10铰接。

第二种方案采用电动丝杆滑轨，包括两种结构：

当电动丝杆滑轨为一个时，牵引组件为电动丝杆滑轨11，其滑轨固定在承重支架4或承重基础5上，其滑块12与牵引平台10固定。

如图7所示，当电动丝杆滑轨为两个时，第一个电动丝杆滑轨的滑轨13固定在承重支架4或承重基础5上；第二个电动丝杆滑轨的滑轨13固定在第一个牵引组件的滑块12上，其滑块12与牵引平台固定，该两个电动丝杆滑轨的夹角为90°。

如图3所示，万向伸缩联轴器9包括内轴和外套，外套的上端与运动旋转牵引杆3固连，内轴的下端与旋转电机7的输出端连接，外套下端面设置有多边形凹孔，内轴的上端部为多边形柱体，多边形柱体与多边形凹孔相匹配，多边形柱体可在多边形凹孔内自由滑动。

Claims (10)

1.一种基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台，包括支撑单元和牵引单元，其特征在于：

所述支撑单元包括运动台、推力万向关节轴承、承重平台、运动旋转牵引杆及承重支架；

所述推力万向关节轴承包括轴圈和座圈；

所述运动旋转牵引杆的上端固定于推力万向关节轴承的轴圈内；

所述运动台下底面与推力万向关节轴承关节轴圈上端面固连；

所述推力万向关节轴承的座圈与承重平台固连；

所述承重平台通过承重支架设置在承重基础上；

所述牵引单元包括万向伸缩联轴器、旋转电机、牵引平台以及至少一个牵引组件；

所述运动旋转牵引杆的下端通过万向伸缩联轴器与旋转电机的输出端连接；

所述旋转电机固定在牵引平台上；

所述牵引组件的一端连接在牵引平台上，另一端连接在承重支架上，用于调整牵引平台的倾角。

2.根据权利要求1所述的基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台，其特征在于：

所述牵引组件包括牵引电机、滚珠丝杠副；

所述牵引电机与承重支架铰接，所述牵引电机的输出轴与滚珠丝杠副的丝杠固连；所述滚珠丝杠副的螺母与牵引平台铰接。

3.根据权利要求2所述的基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台，其特征在于：

所述牵引组件为一个。

4.根据权利要求2所述的基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台，其特征在于：

所述牵引组件为两个；每个牵引组件的牵引方向或牵引方向的投影呈90°夹角。

5.根据权利要求2所述的基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台，其特征在于：

所述牵引组件为三个；任意两个牵引单元的牵引方向之间的夹角相等。

6.根据权利要求1所述的基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台，其特征在于：

所述牵引单元的牵引组件数量为一个；

所述牵引组件为电动丝杆滑轨，其滑轨固定在承重支架或承重基础上，其滑块与牵引平台固定。

7.根据权利要求1所述的基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台，其特征在于：

所述牵引单元的牵引组件数量为两个；

第一个牵引组件为电动丝杆滑轨，其滑轨固定在承重支架或承重基础上；

第二个牵引组件为电动丝杆滑轨，其滑轨固定在第一个牵引组件的滑块上，其滑块与牵引平台固定；

每个电动丝杆滑轨的夹角为90°。

8.根据权利要求1至7之任一所述的基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台，其特征在于：

所述推力万向关节轴承还包括平面推力轴承组件；

所述平面推力轴承组件包括滚珠及保持架、下垫、设置在推力万向关节轴承座圈下底面的上轨道、设置在下垫上底面的下轨道；

所述平面推力轴承组件的下垫的下底面与承重平台固连。

9.根据权利要求1至7之任一所述的基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台，其特征在于：

所述推力万向关节轴承还包括滚珠组件；

所述推力万向关节轴承的座圈内侧面为多棱锥面；

所述滚珠组件包括设置在多棱锥面的每个面上的滚珠坑、设置在每个滚珠坑内的滚珠；

多个滚珠位于同一平面且分别与推力万向关节轴承的轴圈的外球面接触。

10.根据权利要求1至7之任一所述的基于支架承重的可实现自转及自由摇摆的运动平台，其特征在于：

所述推力万向关节轴承还包括滚柱组件和平面推力轴承组件；

所述推力万向关节轴承的座圈内侧面为多棱锥面；

所述滚柱组件包括设置在多棱锥面的每个面上的滚柱坑、设置在每个滚柱坑内的滚柱；

多个滚柱位于同一平面，横向排列且分别与推力万向关节轴承的轴圈的外球面接触；

所述平面推力轴承组件包括滚柱及保持架、下垫、设置在推力万向关节轴承座圈下底面的上轨道、设置在下垫上底面的下轨道；

所述平面推力轴承组件的下垫的下底面与承重平台固连。