CN107297736B - 四自由度串联型运动模拟平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四自由度串联型运动模拟平台，包括：中间底座、偏航回转关节、起伏回转关节、翻滚回转关节、俯仰回转关节和运动模拟舱；所述的运动模拟舱设置于俯仰回转关节内，能够实现俯仰运动；所述的俯仰回转关节设置于翻滚回转关节架体前端，使俯仰回转关节能够实现翻转运动；所述翻滚回转关节设置于起伏回转关节端部。本发明所述的四自由度串联型运动模拟平台，具有结构简单、易于控制、运动空间大、能够实现大范围转动和通用型较强等特点，适用于模拟飞行设备、坦克、舰船、汽车等的加减速、转弯、俯仰、翻滚等动作，也可适用于其他电影院、科技体验馆等娱乐产业领域。

Description

四自由度串联型运动模拟平台

技术领域

本发明涉及机器人技术与应用领域，涉及到一种运动模拟平台，尤其涉及一种四自由度串联型运动模拟平台；该运动模拟平台具有偏航、起伏、翻滚和俯仰四个自由度，适用于模拟飞行设备、坦克、舰船、汽车等的加减速、转弯、俯仰、翻滚等动作，或适用于电影院、科技体验馆等其他娱乐产业领域。

背景技术

目前，目前的针对飞行设备、坦克、舰船、汽车等的运动模拟平台主要有二、三和六自由度并联型运动平台。对于二、三自由度的并联型运动模拟平台由于其自由度相对较少，对模拟对象的运动状态复现的能力较低，导致使用者的沉浸感、体验感较差。

而六自由度并联型运动模拟平台虽然能够很好的模拟设备的运动，但是存在支链数目多、结构复杂、控制系统设计难和存在奇异位置等缺点。

并且传统的并联型运动模拟平台普遍存在运动空间小、不能实现大角度转动以及难以应用于高速运动模拟的场合等缺点，导致其运动模拟平台的适用性、通用性较差。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种四自由度串联型运动模拟平台，用于解决现有的并联型运动模拟平台普遍存在运动空间小、不能实现大角度转动以及难以应用于高速运动模拟的场合等缺点。本发明采用的技术手段如下：

一种四自由度串联型运动模拟平台，包括：中间底座、偏航回转关节、起伏回转关节、翻滚回转关节、俯仰回转关节和运动模拟舱；所述的运动模拟舱设置于俯仰回转关节内，能够实现俯仰运动；所述的俯仰回转关节设置于翻滚回转关节架体前端，使俯仰回转关节能够实现翻转运动；所述翻滚回转关节设置于起伏回转关节端部，使所述翻滚回转关节能够实现俯仰运动；所述的起伏回转关节设置于偏航回转关节顶部，使所述起伏回转关节能够实现以中间底座为中心转动；所述的偏航回转关节设置于中间底座上部。

作为优选所述的俯仰回转关节包括主动机构和从动机构；所述的主动机构包括连接架I、电机II、减速器装置、减速器转接板、主动链轮II、轴端挡板II、从动链轮II、轴承挡板I、轴端挡板I、主动轴、轴承套杯I和轴承I。

所述的主动链轮II一端通过轴端挡板II定位于所述连接架I上，另一端同减速器装置通过键连接，所述的减速器装置II通过减速器转接板固定于连接架I端部；所述减速器装置的端部设置有电机II；所述的从动链轮II端部通过轴端挡板I定位于所述连接架I上，所述的从动链轮II和主动轴通过键连接。所述的轴承套杯I和轴承I通过轴承挡板I固定于连接架I上，所述的轴承I设置于主动轴上。

所述的从动机构包括连接架II、从动轴、轴承套杯II、轴承II、轴承挡板II和轴端挡板II；所述的轴承套杯II和轴承II通过轴承挡板II设置于连接架II，所述的轴承II设置于从动轴上；当电机II的驱动力经由减速器装置II，带动链轮传动系统，进而驱动主动轴转动，带动固连在主动轴上的运动模拟舱实现360°俯仰回转动作。

作为优选所述的翻滚回转关节包括：回转支架II、传动轴、回转支撑I、从动链轮I、挡板、挡片、主动链轮I、减速器装置I、减速器安装板、电机I和箱体；所述箱体的箱体上端面通过减速器安装板设置有减速器装置I，所述的减速器装置I一端设置有电机I，另一端键连接有主动链轮I，并且端部通过挡片限位固定；所述的从动链轮I与传动轴设置于箱体上，并且从动链轮I与传动轴键连接，端部通过挡板限位；所述的回转支撑与箱体后端面固定连接，所述的传动轴固定在回转支撑上，所述的回转支架II为U型，中心的堵板与回转支撑固定连接。

当电机I驱动力，通过减速器装置I带动链轮传动系统，驱动传动轴转动，经由回转支撑内圈带动固连在传动轴上的回转支架转动，实现360°翻滚回转动作。

作为优选所述回转支架为钢管焊接而成的架体，所述箱体为钢板焊接而成的箱体。

作为优选所述的起伏回转关节包括：法兰、钢管、螺纹杆、配重块、连接块、电缸、电机III、电缸安装板和立柱；所述的翻滚回转关节的箱体设置于所述立柱的回转轴上，使翻滚回转关节能够绕立柱的回转轴转动；所述立柱的回转轴通过轴承与所述箱体转动连接，并且通过轴套和轴端挡板限位；所述钢管通过法兰安装于所述箱体的箱体前端面上，所述的螺纹杆设置于钢管的内孔，所述的配重块设置于螺纹杆，并通过螺母同钢管端部限位固定；所述的电机和电缸设置于电缸安装座上，所述电缸的伸出端通过回转轴转动连接有连接块，所述的连接块焊接于钢管外圆上，使所述电缸的伸出端能够绕回转轴转动；所述的电缸安装座通过耳轴设置于电缸安装板上，并且使电缸安装座能够绕电缸安装板转动。

当电机驱动电缸上行或下行，电缸的伸出端通过连接块驱动钢管绕立柱回转轴转动，带动固连在钢管前端的翻滚回转关节、俯仰回转关节和运动模拟舱绕立柱回转轴进行转动，实现运动模拟舱的上下起伏动作。

作为优选所述的偏航回转关节包括：回转支撑II、轴承安装座、法兰、电机IV、减速器装置III、减速器安装板、主动链轮III和从动链轮III；所述的安装板上安装有轴承安装座，所述的回转支撑II套接在轴承安装座上，所述的法兰安装在回转支撑II上，与回转支撑II外圈固定连接，所述的轴承安装座上设置有从动链轮III；所述的法兰的上端面焊接固定有立柱；所述的减速器装置III通过减速器安装板固定在所述立柱侧壁，所述的减速器装置III一端设置有电机IV，另一端设置有主动链轮III，所述的主动链轮III同减速器装置III键连接。

当电机IV驱动力，通过减速器装置III，带动主动链轮III绕固连在轴承安装座上的从动链轮转动，进而带动固连在减速器装置上的减速器安装板和立柱绕从动链轮III转动，实现360°偏航回转动作。

作为优选所述的中间底座包括安装板、支承座和支架；所述支承座设置于所述支架中心，与支架通过螺钉固定连接，所述支架与地面通过地脚螺栓固定，用于承受整个装置的重量，防止侧倾。所述安装板设置于支承座上表面。

作为优选所述的运动模拟舱包括座椅、安装架、加强板I和加强板II；所述的安装架内部焊接固定有座椅，所述安装架的左右两侧分别焊接有加强板I和加强板II。作为优选所述的安装架为冷弯方形空心型钢焊接而成的架体。

与现有技术相比较，本发明所述的四自由度串联型运动模拟平台，包括中间底座、偏航回转关节、起伏回转关节、翻滚回转关节、俯仰回转关节和运动模拟舱六部分组成，能够实现偏航、起伏、翻滚和俯仰四个自由度。每个自由度由单独电机进行驱动，偏航回转关节、翻滚回转关节和俯仰回转关节能够实现360°的回转运动，整个装置具有结构简单、易于控制、运动空间大、能够实现大范围转动和通用型较强等特点，适用于模拟飞行设备、坦克、舰船、汽车等的加减速、转弯、俯仰、翻滚等动作，也可适用于其他电影院、科技体验馆等娱乐产业领域。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明中间底座示意图。

图3是本发明运动模拟舱示意图。

图4-1是本发明翻滚回转关节示意图。

图4-2是本发明翻滚回转关节剖面图。

图4-3是本发明翻滚回转关节主视图。

图5是本发明俯仰回转关节示意图。

图6是本发明俯仰回转关节连接架I处的局部剖面图。

图7是本发明俯仰回转关节连接架II处的局部剖面图。

图8是本发明起伏回转关节示意图。

图9是本发明偏航回转关节剖视图。

其中：

1、中间底座，

11、安装板，12、支承座，13、支架，

2、运动模拟舱，

21、座椅，22、安装架，23、加强板I，24、加强板II，

3、翻滚回转关节，

31、传动轴，32、箱体，33、箱体后端面，34、回转支撑I，35、挡片，36、箱体上端面，37、主动链轮I，38、减速器装置I，39、电机I，310、减速器安装板， 311、箱体前端面，312、挡板，313、从动链轮I，314、回转支架II，

4、俯仰回转关节，

41、连接架I，42、连接架II，43、轴端挡板I，44、电机II，45、减速器装置II，46 、减速器转接板，47、连接架I前端面，48、主动链轮II，49、轴端挡板II，410、轴承挡板I，411、轴承套杯I，412、主动轴，413、轴承I，414、从动链轮II，415、轴承套杯II，416、从动轴，417、轴承II，418、轴承挡板II，419、轴端挡板III，420、连接架II前端面，421、耳轴，

5、起伏回转关节，

51、法兰，52、钢管，53、配重块，54、螺母，55、螺纹杆，56、连接块，57、电缸，58、电机III，59、立柱，510、电缸安装座，511、支撑轴，

6、偏航回转关节，

61、电机IV，62、减速器装置III，63、减速器安装板，64、主动链轮III，65、轴承安装座，66、法兰，67、从动链轮III，68、回转支撑II。

具体实施方式

如图所示，一种四自由度串联型运动模拟平台，包括：中间底座1、偏航回转关节6、起伏回转关节5、翻滚回转关节3、俯仰回转关节4和运动模拟舱2。如图3所示，所述的运动模拟舱2包括座椅21、安装架22、加强板I23和加强板II24；所述的安装架22内部焊接固定有座椅21，所述安装架22的左右两侧分别焊接有加强板I23和加强板II24。所述的安装架22为冷弯方形空心型钢焊接而成的架体。

如图5到图7所示，所述俯仰回转关节4的主动轴412和从动轴416与运动模拟舱2通过安装板螺钉连接。所述的运动模拟舱2设置于俯仰回转关节4内，能够实现俯仰运动。所述的俯仰回转关节4包括主动机构和从动机构；所述的主动机构包括连接架I41、电机II44、减速器装置45、减速器转接板46、主动链轮II48、轴端挡板II49、从动链轮II414、轴承挡板I410、轴端挡板I43、主动轴412、轴承套杯I411和轴承I413。

所述的主动链轮II48一端通过轴端挡板II49定位于所述连接架I41上，另一端同减速器装置45通过键连接，所述的减速器装置II45通过减速器转接板46固定于连接架I41端部；所述减速器装置45的端部设置有电机II44；所述的从动链轮II414端部通过轴端挡板I43定位于所述连接架I41上，所述的从动链轮II414和主动轴412通过键连接。所述的轴承套杯I411和轴承I413通过轴承挡板I410固定于连接架I41上，所述的轴承I413设置于主动轴412上。

所述的从动机构包括连接架II42、从动轴416、轴承套杯II415、轴承II417、轴承挡板II418和轴端挡板II419；所述的轴承套杯II415和轴承II417通过轴承挡板II418设置于连接架II42，所述的轴承II417设置于从动轴416上；从动轴416通过轴端挡板II419进行限位。

当电机II44的驱动力经由减速器装置II45，带动链轮传动系统，进而驱动主动轴412转动，带动固连在主动轴412上的运动模拟舱2实现360°俯仰回转动作。所述连接架I41和连接架II42由钢板焊接而成。

所述的俯仰回转关节4设置于翻滚回转关节3架体前端，使俯仰回转关节4能够实现翻转运动；如图4-1到图4-3所示，所述的翻滚回转关节3包括：回转支架II314、传动轴31、回转支撑I34、从动链轮I313、挡板312、挡片35、主动链轮I37、减速器装置I38、减速器安装板310、电机I39和箱体32；所述箱体32的箱体上端面36通过减速器安装板310设置有减速器装置I38，所述的减速器装置I38一端设置有电机I39，另一端键连接有主动链轮I37，并且端部通过挡片35限位固定。

所述的从动链轮I313与传动轴31设置于箱体32上，并且从动链轮I313与传动轴31键连接，端部通过挡板312限位；所述的回转支撑34与箱体后端面33固定连接，所述的传动轴31固定在回转支撑34上，所述的回转支架II314为U型，中心的堵板与回转支撑34固定连接。

当电机I39驱动力，通过减速器装置I38带动链轮传动系统，驱动传动轴31转动，经由回转支撑34内圈带动固连在传动轴31上的回转支架314转动，实现360°翻滚回转动作。

所述回转支架314为钢管焊接而成的架体，所述箱体32为钢板焊接而成的箱体。所述俯仰回转关节4的连接架I前端面47和连接架II前端面420与翻滚回转关节3的回转支架314通过螺钉固连。

所述翻滚回转关节3设置于起伏回转关节5端部，使所述翻滚回转关节3能够实现俯仰运动；如图8所示，所述的起伏回转关节5包括：法兰51、钢管52、螺纹杆55、配重块53、连接块56、电缸57、电机III58、电缸安装板510和立柱59；所述的翻滚回转关节3的箱体32设置于所述立柱59的回转轴上，使翻滚回转关节3能够绕立柱59的回转轴转动。

所述立柱59的回转轴通过轴承与所述箱体32转动连接，并且通过轴套和轴端挡板限位；所述钢管52通过法兰51安装于所述箱体32的箱体前端面311上，所述的螺纹杆55设置于钢管52的内孔，所述的配重块53设置于螺纹杆55，并通过螺母54同钢管52端部限位固定。

所述的电机58和电缸57设置于电缸安装座上，所述电缸57的伸出端通过回转轴转动连接有连接块56，所述的连接块56焊接于钢管52外圆上，使所述电缸57的伸出端能够绕回转轴转动；所述的电缸安装座通过耳轴421设置于电缸安装板510上，并且使电缸安装座能够绕电缸安装板510转动。

当电机58驱动电缸57上行或下行，电缸57的伸出端通过连接块56驱动钢管52绕立柱59回转轴转动，带动固连在钢管52前端的翻滚回转关节3、俯仰回转关节4和运动模拟舱2绕立柱59回转轴进行转动，实现运动模拟舱2的上下起伏动作。

所述的起伏回转关节5设置于偏航回转关节6顶部，使所述起伏回转关节5能够实现以中间底座1为中心转动；如图9所示，所述的偏航回转关节6包括：回转支撑II68、轴承安装座65、法兰66、电机IV61、减速器装置III62、减速器安装板63、主动链轮III64和从动链轮III67。

所述的安装板11上安装有轴承安装座65，所述的回转支撑II68套接在轴承安装座65上，所述的法兰66安装在回转支撑II68上，与回转支撑II68外圈固定连接，所述的轴承安装座65上设置有从动链轮III67；所述回转支撑II68内圈与安装板11通过螺钉固连。

所述的法兰66的上端面焊接固定有立柱59；所述的减速器装置III62通过减速器安装板63固定在所述立柱59侧壁，所述的减速器装置III62一端设置有电机IV61，另一端设置有主动链轮III64，所述的主动链轮III64同减速器装置III62键连接。

当电机IV61驱动力，通过减速器装置III62，带动主动链轮III64绕固连在轴承安装座68上的从动链轮67转动，进而带动固连在减速器装置62上的减速器安装板63和立柱59绕从动链轮III67转动，实现360°偏航回转动作。

所述的偏航回转关节6设置于中间底座1上部。所述偏航回转关节6的轴承安装座65通过与中间底座1上的顶部安装板11焊接相连。

如图2所示，所述的中间底座1包括安装板11、支承座12和支架13；所述支承座12设置于所述支架13中心，与支架13通过螺钉固定连接，所述支架13与地面通过地脚螺栓固定，用于承受整个装置的重量，防止侧倾。所述安装板11设置于支承座12上表面。

本发明所述的四自由度串联型运动模拟平台，一种能够实现偏航、起伏、翻滚和俯仰四个自由度的串联型运动模拟平台，具有结构简单、易于控制、运动空间大、能够实现大范围转动等特点，从而提升使用者的运动模拟体验。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种四自由度串联型运动模拟平台，其特征在于包括：中间底座、偏航回转关节、起伏回转关节、翻滚回转关节、俯仰回转关节和运动模拟舱；

所述的运动模拟舱设置于俯仰回转关节内，能够实现俯仰运动；

所述的俯仰回转关节设置于翻滚回转关节架体前端，使俯仰回转关节能够实现翻转运动；

所述翻滚回转关节设置于起伏回转关节端部，使所述翻滚回转关节能够实现俯仰运动；

所述的起伏回转关节设置于偏航回转关节顶部，使所述起伏回转关节能够实现以中间底座为中心转动；

所述的偏航回转关节设置于中间底座上部；

所述的俯仰回转关节包括主动机构和从动机构；

所述的主动机构包括连接架I、电机II、减速器装置、减速器转接板、主动链轮II、轴端挡板II、从动链轮II、轴承挡板I、轴端挡板I、主动轴、轴承套杯I和轴承I；

所述的主动链轮II一端通过轴端挡板II定位于所述连接架I上，另一端同减速器装置通过键连接，所述的减速器装置II通过减速器转接板固定于连接架I端部；

所述减速器装置的端部设置有电机II；

所述的从动链轮II端部通过轴端挡板I定位于所述连接架I上，所述的从动链轮II和主动轴通过键连接；

所述的轴承套杯I和轴承I通过轴承挡板I固定于连接架I上，所述的轴承I设置于主动轴上；

所述的从动机构包括连接架II、从动轴、轴承套杯II、轴承II、轴承挡板II和轴端挡板II；

所述的轴承套杯II和轴承II通过轴承挡板II设置于连接架II，所述的轴承II设置于从动轴上；

当电机II的驱动力经由减速器装置II，带动链轮传动系统，进而驱动主动轴转动，带动固连在主动轴上的运动模拟舱实现360°俯仰回转动作；

所述的翻滚回转关节包括：回转支架II、传动轴、回转支撑I、从动链轮I、挡板、挡片、主动链轮I、减速器装置I、减速器安装板、电机I和箱体；

所述箱体的箱体上端面通过减速器安装板设置有减速器装置I，所述的减速器装置I一端设置有电机I，另一端键连接有主动链轮I，并且端部通过挡片限位固定；

所述的从动链轮I与传动轴设置于箱体上，并且从动链轮I与传动轴键连接，端部通过挡板限位；

所述的回转支撑与箱体后端面固定连接，所述的传动轴固定在回转支撑上，所述的回转支架II为U型，中心的堵板与回转支撑固定连接；

当电机I驱动力，通过减速器装置I带动链轮传动系统，驱动传动轴转动，经由回转支撑内圈带动固连在传动轴上的回转支架转动，实现360°翻滚回转动作；

所述的起伏回转关节包括：法兰、钢管、螺纹杆、配重块、连接块、电缸、电机III、电缸安装板和立柱；

所述的翻滚回转关节的箱体设置于所述立柱的回转轴上，使翻滚回转关节能够绕立柱的回转轴转动；

所述立柱的回转轴通过轴承与所述箱体转动连接，并且通过轴套和轴端挡板限位；

所述钢管通过法兰安装于所述箱体的箱体前端面上，所述的螺纹杆设置于钢管的内孔，所述的配重块设置于螺纹杆，并通过螺母同钢管端部限位固定；

所述的电机和电缸设置于电缸安装座上，所述电缸的伸出端通过回转轴转动连接有连接块，所述的连接块焊接于钢管外圆上，使所述电缸的伸出端能够绕回转轴转动；

所述的电缸安装座通过耳轴设置于电缸安装板上，并且使电缸安装座能够绕电缸安装板转动；

当电机驱动电缸上行或下行，电缸的伸出端通过连接块驱动钢管绕立柱回转轴转动，带动固连在钢管前端的翻滚回转关节、俯仰回转关节和运动模拟舱绕立柱回转轴进行转动，实现运动模拟舱的上下起伏动作；

所述的偏航回转关节包括：回转支撑II、轴承安装座、法兰、电机IV、减速器装置III、减速器安装板、主动链轮III和从动链轮III；

所述的安装板上安装有轴承安装座，所述的回转支撑II套接在轴承安装座上，所述的法兰安装在回转支撑II上，与回转支撑II外圈固定连接，所述的轴承安装座上设置有从动链轮III；

所述的法兰的上端面焊接固定有立柱；

所述的减速器装置III通过减速器安装板固定在所述立柱侧壁，所述的减速器装置III一端设置有电机IV，另一端设置有主动链轮III，所述的主动链轮III同减速器装置III键连接；

当电机IV驱动力，通过减速器装置III，带动主动链轮III绕固连在轴承安装座上的从动链轮转动，进而带动固连在减速器装置上的减速器安装板和立柱绕从动链轮III转动，实现360°偏航回转动作。

2.根据权利要求1所述的四自由度串联型运动模拟平台，其特征在于：

所述回转支架为钢管焊接而成的架体，所述箱体为钢板焊接而成的箱体。

3.根据权利要求1所述的四自由度串联型运动模拟平台，其特征在于：

所述的中间底座1包括安装板、支承座和支架；

所述支承座设置于所述支架中心，与支架通过螺钉固定连接，所述支架与地面通过地脚螺栓固定，所述安装板设置于支承座上表面。

4.根据权利要求1所述的四自由度串联型运动模拟平台，其特征在于：

所述的运动模拟舱包括座椅、安装架、加强板I和加强板II；

所述的安装架内部焊接固定有座椅，所述安装架的左右两侧分别焊接有加强板I和加强板II。

5.根据权利要求4所述的四自由度串联型运动模拟平台，其特征在于：

所述的安装架为冷弯方形空心型钢焊接而成的架体。