CN107657864B - 一种六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器 - Google Patents

Abstract

一种六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器由基座、电机架、下复合铰链部分、丝杠部分、上复合铰链部分和模拟器训练舱组成，下复合铰链部分由第一下复合铰链、第二下复合铰链和第三下复合铰链组成，丝杠部分由三条相同的丝杠连杆支链组成，每一条丝杠连杆支链由带滑槽的第一连杆、丝杠、第三电机、滑台、折形支撑杆、限位销、第二连杆、制动器、第四电机组成，上复合铰链部分由第一上复合铰链、第二上复合铰链和第三上复合铰链组成。该飞行训练模拟器支链少，工作空间大，有多种构型，且能够自动地迅速灵活地在各个构型间转换，这样能最大限度地模拟飞行过程的各种状况，最大限度地满足使用者的各种需求，达到最佳的训练体验效果。

Description

一种六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器

技术领域

本发明涉及一种飞行模拟器领域，特别是一种六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器。

背景技术

飞行模拟器是用来模拟空中飞行器运动过程的一种模拟装置，该装置可以在地面当中通过各种角度的摆动、转动以及空间的移动等组成的复合运动来进行空中飞行装置在运动过程中的演练。目前我国的飞行模拟装置主要是基于传统的六自由度Stewart机构所设计，但是该机构的支链数目较多，很容易发生干涉情况，严重的影响了机构的工作空间。例如专利号为201610269157.3所公布的一种飞行模拟器多维并联动感平台，该模拟飞行平台采用的依然是基于Stewart机构演变的三角平台，该平台自由度数目为六个，但是支链数目也为六个，因此严重的影响了飞行模拟器的运动空间，以致于用户的体验感会有所不足，不能最真实的模拟飞行器在空中运动的过程。

目前尚未见有一种具有六个自由度且能自重构，工作空间大、灵活性能高，能够根据使用人员的需求在各个构型当中转换的并联飞行训练模拟器的创新发明设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器，该飞行训练模拟器具有六个自由度且能自重构，能够在各个构型当中灵活迅速自动转变，以适应不同的飞行模拟状态，达到最真实的演练效果，满足用户的使用需求。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器，该飞行训练模拟器由基座、电机架、下复合铰链部分、丝杠部分、上复合铰链部分和模拟器训练舱组成，具体结构和连接关系为：

所述基座位于六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的最底部，通过螺栓固定在地面上，基座由三块形状相同的平板组成，三块平板的位置组成一个正三角形，在每块平板上方固定安装一个结构相同的电机架；

所述下复合铰链部分由第一下复合铰链、第二下复合铰链和第三下复合铰链组成，第一下复合铰链、第二下复合铰链和第三下复合铰链的结构和连接关系完全相同，第一下复合铰链由第一下复合铰链旋转体、第一电机、第二下复合铰链旋转体和第二电机组成，第一下复合铰链旋转体的一端与第一电机连接，第一电机固定安装在电机架上，第一下复合铰链旋转体的另一端通过转动副与第二下复合铰链旋转体连接，第二下复合铰链旋转体由第二电机带动，第二电机位于第二下复合铰链旋转体侧边；

所述丝杠部分由三条相同的丝杠连杆支链组成，每一条丝杠连杆支链由带滑槽的第一连杆、丝杠、第三电机、滑台、折形支撑杆、限位销、第二连杆、制动器、第四电机组成，第一连杆的一端通过转动副与第二下复合铰链旋转体连接，第三电机固定安装在第一连杆靠近下复合铰链部分的一端，丝杠平行安装在第一连杆上，并与第三电机连接，由第三电机驱动，滑台安装在第一连杆上，在丝杠的带动下，沿着滑槽滑动，滑台一边的两侧安装有折形支撑杆，每根折形支撑杆连接一个限位销，滑台的另一边通过转动副与第二连杆连接，在滑台与第二连杆连接的转动副的下端安装制动器，上端安装第四电机，制动器由左端盖、弹簧、通电螺线管、第一摩擦片、第二摩擦片、右端盖依次连接组成，左端盖上安装弹簧与通电螺旋管，第二摩擦片与右端盖固连在一起，右端盖与滑台固连，第一摩擦片通过滑键的配合来实现相对轴向的来回运动；

所述的上复合铰链部分由第一上复合铰链、第二上复合铰链和第三上复合铰链组成，第一上复合铰链由上复合铰链旋转体一和上复合铰链旋转体二组成，上复合铰链旋转体一的一端通过转动副与丝杠部分的第二连杆连接，另一端与上复合铰链旋转体二通过转动副连接，第一上复合铰链、第二上复合铰链和第三上复合铰链的结构和连接关系相同；

所述的模拟器训练舱位于六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的最顶部，通过转动副与三个上复合铰链旋转体二连接，三个连接位置的连线刚好组成一个等边三角形。

所述的丝杠部分中的每一条第一连杆远离基座的一端末位处两侧开有限位孔。

所述的第一下复合铰链和一条丝杠连杆支链以及第一上复合铰链连接组成第一条支撑调节链，第二下复合铰链和一条丝杠连杆支链以及第二上复合铰链连接组成第二条支撑调节链，第三下复合铰链和一条丝杠连杆支链以及第三上复合铰链连接组成第三条支撑调节链，三条支撑调节链的结构完全对称，支撑模拟器训练舱并调节模拟器训练舱的位置和运动。

本发明的突出优点在于：

1.该六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器与传统的飞行训练模拟器相比，支链的数目明显减少，使得支链之间的干涉明显减少，而且工作空间比传统的六自由度并联机构要大。

2.该六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器具有多种构型，每种构型的工作空间都不相同，用户可根据自身需求转换，以达到最佳的训练及体验效果。

3.该六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器可灵活迅速实现自重构，不需要人为干预来实现构态的变换，这样自动化程度更高，训练的效果更佳。

附图说明

图1是本发明所述的六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的总体结构示意图。

图2是本发明所述的六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的下复合铰链部分和基座连接的结构示意图。

图3是本发明所述的六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的第一下复合铰链的结构示意图。

图4是本发明所述的六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的丝杠连杆支链的结构示意图。

图5是本发明所述的六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的制动装置的爆炸示意图。

图6是本发明所述的六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的上复合铰链部分和模拟器训练舱连接的结构示意图。

图7是本发明所述的六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的第一上复合铰链的结构示意图。

图8是本发明所述的六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的第一构型工作状态图。

图9是本发明所述的六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的第二构型工作状态图。

图10是本发明所述的六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的第三构型工作状态图。

图11是本发明所述的六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的第四构型工作状态图。

图中标记为：1.基座；2.电机架；3.下复合铰链部分；4.丝杠部分；5.上复合铰链部分；6.模拟器训练舱；31.第一下复合铰链；32.第二下复合铰链；33.第三下复合铰链；311.第一电机；312.第一下复合铰链旋转体；313.第二下复合铰链旋转体；314.第二电机；401.第二连杆；402.第一连杆；403.限位孔；404.丝杠；405.制动器；406.滑台、407.限位销、408.第三电机；409.滑槽；410.折形支撑杆；411.第四电机；4051.左端盖；4052.弹簧；4053.通电螺线管；4054.第一摩擦片；4055.第二摩擦片；4056.右端盖；51.第一上复合铰链；52.第二上复合铰链；53.第三上复合铰链；511.第一上复合铰链旋转体；512.第二上复合铰链旋转体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

如图1至图9所示，一种六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器，该飞行训练模拟器由基座1、电机架2、下复合铰链部分3、丝杠部分4、上复合铰链部分5和模拟器训练舱6组成，具体结构和连接关系为：

所述基座1位于六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的最底部，通过螺栓固定在地面上，基座1由三块形状相同的平板组成，三块平板的位置组成一个正三角形，在每块平板上方固定安装一个结构相同的电机架2；

所述下复合铰链部分3由第一下复合铰链31、第二下复合铰链32和第三下复合铰链33组成，第一下复合铰链31、第二下复合铰链32和第三下复合铰链33的结构和连接关系完全相同，第一下复合铰链由第一下复合铰链旋转体312、第一电机311、第二下复合铰链旋转体313、第二电机314组成，第一下复合铰链旋转体312的一端与第一电机311连接，第一电机311固定安装在电机架2上，第一下复合铰链旋转体312的另一端与第二下复合铰链旋转体313通过转动副连接，第二下复合铰链旋转体313由第二电机314带动，第二电机314位于第二下复合铰链旋转体313侧边；

所述丝杠部分4由三条相同的丝杠连杆支链组成，每一条丝杠连杆支链由带滑槽409的第一连杆402、丝杠404、第三电机408、滑台406、折形支撑杆410、限位销407、第二连杆401、制动器405、第四电机411组成，第一连杆402的一端与第二下复合铰链旋转体313通过转动副连接，第三电机408固定安装在第一连杆402靠近下复合铰链部分3的一端，丝杠404平行安装在第一连杆402上，并与第三电机408连接，由第三电机408驱动，滑台406安装在第一连杆402上，在丝杠404的带动下，沿着滑槽409滑动，滑台406一边的两侧安装有折形支撑杆410，每根折形支撑杆410连接一个限位销407，滑台406的另一边通过转动副与第二连杆401连接，在滑台406与第二连杆401连接的转动副的下端安装制动器405，上端安装第四电机411，制动器405由左端盖4051、弹簧4052、通电螺线管4053、第一摩擦片4054、第二摩擦片4055、右端盖4056依次连接组成，左端盖4051上安装弹簧4052与通电螺旋管4053，第二摩擦片4055与右端盖4056固连在一起，右端盖4056与滑台406固连，第一摩擦片4054通过滑键的配合来实现相对轴向的来回运动；

所述的上复合铰链部分5由第一上复合铰链51、第二上复合铰链52和第三上复合铰链53组成，第一上复合铰链51、第二上复合铰链52和第三上复合铰链53的结构和连接关系相同，第一上复合铰链51由第一上复合铰链旋转体511和第二上复合铰链旋转体512组成，第一上复合铰链旋转体511的一端通过转动副与丝杠部分4的第二连杆401连接，另一端通过转动副与第二上复合铰链旋转体512连接；

所述的模拟器训练舱6位于六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的最顶部，通过转动副与三个第二上复合铰链旋转体512连接，三个连接位置的连线刚好组成一个等边三角形。

所述的丝杠部分4中的每一条第一连杆402远离基座1的一端末位处两侧开有限位孔403。

所述的第一下复合铰链31和一条丝杠连杆支链以及第一上复合铰链51连接组成第一条支撑调节链，第二下复合铰链32和一条丝杠连杆支链以及第二上复合铰链52连接组成第二条支撑调节链，第三下复合铰链33和一条丝杠连杆支链以及第三上复合铰链53连接组成第三条支撑调节链，三条支撑调节链的结构完全对称，支撑模拟器训练舱并调节模拟器训练舱的位置和运动。

本发明的工作原理：

限位销407伸缩可通过折形支撑杆410末端内含的通电螺线管的通断电来控制的。制动器405断电时，第一摩擦片4054在左端盖4051上弹簧4052的作用下与第二摩擦片4055贴合在一起，产生制动力矩，使第二连杆401被卡死，不能相绕着滑台406转动，当制动器405通电时，左端盖4051上的通电螺线管4053产生一个力使第一摩擦片4054往左端盖4051的方向运动，第一摩擦片4054与第二摩擦片4055分离，制动力矩消失，第二连杆401可绕滑台406转动。

该飞行模拟器的三条支撑调节链呈完全对称关系，因此这里只对其中一条支撑调节链进行工作原理的分析。每一个上复合铰链和每一个下复合铰链都可视为球副，支撑调节链的第三电机408可驱动丝杠404转动，在丝杠404的带动下，滑台406可沿着滑槽409在第一连杆402上滑动，滑台406滑动的过程中，制动器405始终产生制动力矩，使得第二连杆401无法绕滑台406转动，此时，第一电机311、第二电机314和第三电机408工作，支撑调节链从上到下为球副到移动副到球副的连接关系；当滑台406移动到第一连杆402一端末位处两侧的限位孔403位置时，限位销407工作，限位销407插入限位孔403中，将滑台406卡死在该位置，制动器405产生的制动力矩消失，第四电机411工作，带动第二连杆401转动，此时，支撑调节链由移动副运动转变为转动副运动，第一电机311、第二电机314和第四电机411工作，支撑调节链从上到下为球副到转动副到球副的连接关系。组成该飞行训练模拟器的三条支撑调节链完全相同，每条链都能做同样的转变，因此该飞行训练模拟器可以有多种构型，三条链均为球副到移动副到球副的连接关系，此为第一构型，两条链为球副到移动副到球副的连接关系，另一条链为球副到转动副到球副的连接关系，此为第二构型；一条链为球副到移动副到球副的连接关系，另外两条链为球副到转动副到球副的连接关系，此为第三构型；三条链为球副到转动副到球副的连接关系，此为第四构型。

Claims (3)

1.一种六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器，其特征在于，该飞行训练模拟器由基座、电机架、下复合铰链部分、丝杠部分、上复合铰链部分和模拟器训练舱组成，具体结构和连接关系为：

所述基座位于六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的最底部，通过螺栓固定在地面上，基座由三块形状相同的平板组成，三块平板的位置组成一个正三角形，在每块平板上方固定安装一个结构相同的电机架；

所述下复合铰链部分由第一下复合铰链、第二下复合铰链和第三下复合铰链组成，第一下复合铰链、第二下复合铰链和第三下复合铰链的结构和连接关系完全相同，第一下复合铰链由第一下复合铰链旋转体、第一电机、第二下复合铰链旋转体和第二电机组成，第一下复合铰链旋转体的一端与第一电机连接，第一电机固定安装在电机架上，第一下复合铰链旋转体的另一端通过转动副与第二下复合铰链旋转体连接，第二下复合铰链旋转体由第二电机带动，第二电机位于第二下复合铰链旋转体侧边；

所述丝杠部分由三条相同的丝杠连杆支链组成，每一条丝杠连杆支链由带滑槽的第一连杆、丝杠、第三电机、滑台、折形支撑杆、限位销、第二连杆、制动器、第四电机组成，第一连杆的一端通过转动副与第二下复合铰链旋转体连接，第三电机固定安装在第一连杆靠近下复合铰链部分的一端，丝杠平行安装在第一连杆上，并与第三电机连接，由第三电机驱动，滑台安装在第一连杆上，在丝杠的带动下，沿着滑槽滑动，滑台一边的两侧安装有折形支撑杆，每根折形支撑杆连接一个限位销，滑台的另一边通过转动副与第二连杆连接，在滑台与第二连杆连接的转动副的下端安装制动器，上端安装第四电机，制动器由左端盖、弹簧、通电螺线管、第一摩擦片、第二摩擦片、右端盖依次连接组成，左端盖上安装弹簧与通电螺旋管，第二摩擦片与右端盖固连在一起，右端盖与滑台固连，第一摩擦片通过滑键的配合来实现相对轴向的来回运动；

所述的上复合铰链部分由第一上复合铰链、第二上复合铰链和第三上复合铰链组成，第一上复合铰链由上复合铰链旋转体一和上复合铰链旋转体二组成，上复合铰链旋转体一的一端通过转动副与丝杠部分的第二连杆连接，另一端与上复合铰链旋转体二通过转动副连接，第一上复合铰链、第二上复合铰链和第三上复合铰链的结构和连接关系相同；

所述的模拟器训练舱位于六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器的最顶部，通过转动副与三个上复合铰链旋转体二连接，三个连接位置的连线刚好组成一个等边三角形。

2.根据权利要求1所述的六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器，其特征在于，所述的丝杠部分中的每一条第一连杆远离基座的一端末位处两侧开有限位孔。

3.根据权利要求1所述的六自由度大空间自重构并联飞行训练模拟器，其特征在于，所述的第一下复合铰链和一条丝杠连杆支链以及第一上复合铰链连接组成第一条支撑调节链，第二下复合铰链和一条丝杠连杆支链以及第二上复合铰链连接组成第二条支撑调节链，第三下复合铰链和一条丝杠连杆支链以及第三上复合铰链连接组成第三条支撑调节链，三条支撑调节链的结构完全对称，支撑模拟器训练舱并调节模拟器训练舱的位置和运动。