CN111032172B - 运动基座 - Google Patents

Abstract

运动基座(100)具备：第一设置基座(1a)；第一可动基座(2a)，配置于第一设置基座(1a)的上方，载置载置对象；至少两个第一致动器(3a)，可分别伸缩；第一结合部(1a)，将第一致动器(3a)与第一可动基座(2a)结合；第二结合部(4b)，将第一致动器(3a)与第一设置基座(1a)结合；以及球面体(5)，具有球面形状部(15)，配置于第一设置基座(1a)上，以能通过球面形状部(15)的滑动来变更第一可动基座(2a)相对于第一设置基座(1a)的姿势的方式支承第一可动基座(2a)。

Description

运动基座

技术领域

本发明涉及使人或座椅等载置对象摆动的运动基座。更详细地说，本发明涉及一种运动基座，用可伸缩的第一致动器(actuator)将第一设置基座与载置载置对象的第一可动基座结合，并且在第一设置基座和第一可动基座之间夹设有作为整体构成球体或球体的一部分的球面体，由此能够在使第一可动基座相对于第一设置基座摆动时，将可伸缩的第一致动器的输出抑制得低。

背景技术

作为使人或座椅等载置对象摆动的运动基座，以往提出了一种斯图尔特平台(Stewart platform)，将可伸缩的六个致动器以在设置基座三点，在可动基座三点的方式结合为V字状。在该运动基座中，致动器与设置基座以及/或可动基座可旋转地(以在致动器与各种基座结合的部分中，致动器与结合对象之间有旋转自由度的方式)结合。根据该运动基座，能够实现可动基座的上下左右前后的三平移自由度，绕横滚轴、俯仰轴以及横摆轴的三旋转自由度的运动。

然而，在该运动基座中，在致动器的伸缩控制中，需要复杂的坐标变换处理。此外，在重心位于载置载置物的可动基座上部的情况下，当进行旋转运动时，力矩增大，因此需要能承受该力矩的高输出的致动器。

作为运动基座的其他的构成而公开了以下构成：将设置基座和可动基座用可伸缩的致动器垂直地结合，在其结合部有旋转自由度地嵌合，由此实现沿上下方向的一平移自由度，绕横滚轴和俯仰轴的二旋转自由度的运动。具有像这样的构成的运动基座也与斯图尔特平台同样，在重心存在于承载有载置物的可动基座上部的情况下，当进行旋转运动时，力矩增大，因此需要能承受该力矩的高输出的致动器。

此外，作为公开的运动基座的另一其他构成而公开了以下构成：在斯图尔特平台的设置基座与可动基座之间夹设有可伸缩的支柱，由此将可动基座所承受的重量的大部分向设置基座释放(参照专利文献1)。该运动基座通过将支柱与设置基座用橡胶绳等弹性构件连接，来利用其反作用力降低前后左右的平移运动时施加的负荷。只要是具有像这样的构成的运动基座，通过将支柱和可动基座用系留绳连接，便能够利用反作用力使在绕横滚轴、俯仰轴以及横摆轴的旋转运动时增大的力矩降低。

除此以外，还公开了一种运动基座，能够降低在旋转运动时增大的力矩(参照专利文献2、3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2016－533534号公报

专利文献2：日本专利第3795838号公报

专利文献3：日本专利第4813038号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在以上述专利文献1为代表的文献所公开的运动基座中，为了降低在旋转运动时增大的力矩，需要使用螺旋弹簧等弹性构件、系留绳。此外，在该运动基座中，若不根据载置物的重量、重心位置对反作用力进行调整，则在载置重量较轻的情况下，可动基座会变得不易旋转，因此必须对涉及产生反作用力的构件的结合位置进行动态的控制。像这样，运动基座的问题在于以下方面：为了在可动基座的旋转运动时降低力矩，需要用于降低该力矩的特定的构件或控制等，因此不能采用紧凑的装置构成。

本发明是鉴于上述的实际情况而完成的，其目的在于提供一种运动基座，能够用紧凑的装置构成，且降低在可动基座的旋转运动时增大的力矩。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，本发明的运动基座具备：第一设置基座；第一可动基座，配置于所述第一设置基座的上方，载置载置对象；至少两个第一致动器，可分别伸缩；第一结合部，将所述第一致动器与所述第一可动基座结合；第二结合部，将所述第一致动器与所述第一设置基座结合；以及球面体，具有球面形状部，配置于所述第一设置基座上，以能通过所述球面形状部的滑动来变更所述第一可动基座相对于所述第一设置基座的姿势的方式支承所述第一可动基座，所述第一致动器在所述第一结合部与所述第二结合部之间伸缩，变更所述第一可动基座相对于所述第一设置基座的姿势。

在该情况下，也可以设为所述第一结合部将所述第一致动器与所述第一可动基座之间可转动地结合。

此外，也可以设为所述第二结合部将所述第一致动器与所述第一设置基座之间可转动地结合。

也可以设为所述球面体设为所述球面形状部朝下，固定于所述第一可动基座。

也可以设为通过使所述第一致动器伸缩，实现所述第一可动基座相对于所述第一设置基座的绕横滚轴、俯仰轴的二旋转自由度的摆动。

也可以设为具备第二设置基座，所述第二设置基座具备：旋转台；以及能使所述旋转台旋转的第二致动器，所述第一设置基座载置于所述旋转台上。

也可以设为通过用所述第二致动器使所述旋转台旋转，实现所述第一可动基座绕横摆轴的摆动。

也可以设为具备第二可动基座，所述第二可动基座具备：旋转台；以及能使所述旋转台旋转的第三致动器，所述第二可动基座载置于所述第一可动基座上。

也可以设为通过用所述第三致动器使所述旋转台旋转，实现所述第二可动基座绕横摆轴的摆动。

发明效果

根据本发明的运动基座，在第一可动基座与第一设置基座之间夹设有球面体，将第一可动基座与第一设置基座用至少两个可伸缩的第一致动器结合。第一可动基座所承受的装载重量的大部分由第一设置基座经由球面体来支承。

由此，变得不需要用于产生反作用力的弹性构件、系留绳等，变得不需要对应于装载物的重量、重心位置等而对涉及反作用力发生的构件的结合位置进行动态控制。因此，能够用紧凑的装置构成，且能降低在可动基座的旋转运动时增大的力矩。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的运动基座的外观，是表示其基本的构成的图。

图2A是表示本发明的第一实施方式的运动基座的构成的变形例(其1)的图。

图2B是表示本发明的第一实施方式的运动基座的构成的变形例(其2)的图。

图2C是表示本发明的第一实施方式的运动基座的构成的变形例(其3)的图。

图3A是表示在本发明的实施方式1的运动基座装配有座椅，使用者坐在座椅上的状态的图，是表示处于中位(neutral)状态时的图。

图3B是表示图3A的运动基座处于绕俯仰轴旋转的状态时的图。

图3C是表示图3A的运动基座处于绕横滚轴旋转的状态时的图。

图4A是表示在本发明的实施方式2的运动基座中，用于实现绕横摆轴的旋转的第二设置基座的构成例(其1)的图。

图4B是表示在本发明的实施方式2的运动基座中，用于实现绕横摆轴的旋转的第二设置基座的构成例(其2)的图。

图5是表示本发明的实施方式2的运动基座的构成的变形例的示意图。

图6A是表示在本发明的实施方式2的运动基座中，在使第一可动基座绕俯仰轴摆动时的第一致动器的伸缩长度与实时的角度的关系的图。

图6B是表示在本发明的实施方式2的运动基座中，在使第一可动基座沿横滚方向摆动时的第一致动器的伸缩长度与实时的角度的关系的图。

图7A是表示在本发明的实施方式1的运动基座中，将球面体(半径10cm)朝下装配于第一可动基座，将载荷传感器装配于第一设置基座与第一致动器的可旋转的结合部分，使第一可动基座沿俯仰方向摆动时的载荷传感器的检测值的图。

图7B是表示在本发明的实施方式1的运动基座中，将球面体(半径20cm)朝下装配于第一可动基座，将载荷传感器装配于第一设置基座与第一致动器的可旋转的结合部分，使第一可动基座沿俯仰方向摆动时的载荷传感器的检测值的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。在附图中，对相同或类似的构成要素标注相同或类似的附图标记。

(第一实施方式)

首先，对本发明的第一实施方式进行说明。如图1的外观所示，在本发明的第一实施方式的运动基座100中，作为其基本的构成，具备：第一设置基座1a；第一可动基座2a；至少两个第一致动器3a；第一结合部4a；第二结合部4b；以及球面体5。

第一设置基座1a为设置于未图示的建筑物的地板面等的板状的构件。在图1中，第一设置基座1a为八边形，但不限定于此。

第一可动基座2a为配置于第一设置基座1a的上方的板状的构件。第一可动基座2a装载人或座椅等载置对象(参照图3A等)。在图1中，第一可动基座2a为矩形，但不限定于此。

第一致动器3a为通过未图示的控制装置的驱动，而可分别沿长度方向伸缩的致动器。第一致动器3a能够使用电动式、油压式以及气缸等致动器。

第一结合部4a将第一致动器3a与第一可动基座2a结合。在本实施方式中，第一结合部4a为L字状的构件。利用第一结合部4a结合的第一致动器3a与第一可动基座2a的位置关系是不变的。

第二结合部4b将第一致动器3a与第一设置基座1a结合。具体而言，第二结合部4b将第一致动器3a与第一设置基座1a之间可转动地(以具有旋转自由度的方式)结合。

例如，在第二结合部4b中能够采用以下构成：第一致动器3a的端部形成为球状，该球状的端部与第二结合部4b嵌合，第一致动器3a的球状的端部在第二结合部4b内滑动。根据该构成，对第二结合部4b，第一致动器3a能够可转动地进行连接。如果像这样做，第一可动基座2a即使相对于第一设置基座1a绕横滚轴、俯仰轴旋转，也能够配合该旋转，在第二结合部4b中，使第一致动器3a相对于第一设置基座1a转动。

像这样，第一致动器3a能够在第一结合部4a与第二结合部4b之间伸缩，变更第一可动基座2a相对于第一设置基座1a的姿势。

球面体5配置于第一设置基座1a与第一可动基座2a之间。更具体而言，球面体5具有球面形状部15。球面体5配置于第一设置基座1a上。球面体5以能通过球面形状部15的滑动，变更第一可动基座2a相对于第一设置基座1a的姿势的方式，支承第一可动基座2a。

像这样，使第一致动器3a经由第一结合部4a与第一可动基座2a结合，经由第二结合部4b与第一设置基座1a结合。通过两个第一致动器3a各自进行伸缩，能变更第一可动基座2a相对于第一设置基座1a的相对姿势。

例如，如果将两个第一致动器3a的伸缩量设为不同，则能够使第一可动基座2a相对于第一设置基座1a绕横滚轴旋转。而且，通过使两个第一致动器3a同量伸缩，能够使第一可动基座2a相对于第一设置基座1a绕俯仰轴旋转。

像这样，通过使第一致动器3a伸缩，实现第一可动基座2a相对于第一设置基座1a的绕横滚轴、俯仰轴的二旋转自由度的摆动。

需要说明的是，在本实施方式1的运动基座100中，为了稳定化，也可以设为将球面体5至少固定于第一设置基座1a或第一可动基座2a中的一个。

此外，为了使夹设于第一设置基座1a与第一可动基座2a之间的球面体5容易转动，也可以在第一设置基座1a和第一可动基座2a安装用于承接球面的车轮。

而且，也可以在第一设置基座1a或第一可动基座2a设置与球面体5接触的凹陷，在其表面涂布润滑剂，或用特氟龙(注册商标：teflon)等容易滑动的材料构成第一设置基座1a或第一可动基座2a。

需要说明的是，在图1所示的运动基座100中，第二结合部4b设为将第一致动器3a与第一设置基座1a之间可转动地(有旋转自由度地)结合，但本发明不限于此。第一结合部4a也可以设为将第一致动器3a与第一可动基座2a之间可转动地结合。

图2A～图2C是表示图1的运动基座100的构成的变形例的立体图。图2A所示的是运动基座100的构成的变形例，是理想的构成例。如图2A所示，在运动基座100中，将可伸缩的两个第一致动器3a朝上固定，第一结合部4a以第一致动器3a的上端悬挂第一可动基座2a的方式将两者连接。此外，在该运动基座100中，球面体5固定于第一可动基座2a。

此外，在图2B所示的运动基座100中，图2A的第一致动器3a以朝下的状态固定于第一可动基座2a。此外，在图2C所示的运动基座100中，球面体5固定于第一设置基座1a。

在此，如图2C所示，将球面体5以其球面形状部15朝上的方式固定于第一设置基座1a，这与固定于第一可动基座2a的情况相比，重心向上移动，力矩增大。因此，理想的是如图2B所示，球面体5以其球面形状部15朝下，即与第一设置基座1a对置的方式被固定。即，理想的是球面体5以球面形状部15设为朝下的方式固定于第一可动基座2a。

这时，如果球面体5的重量较重，则载置物的重心下降，能抑制力矩的增大，因此理想的是球面体5较重。此外，如果球面体5的尺寸较小，则力矩增大，因此理想的是球面体5较大。

需要说明的是，在图1和图2A～图2C所示的运动基座100中，第一结合部4a将第一致动器3a与第一可动基座2a之间可转动地结合，或第二结合部4b将第一致动器3a与第一设置基座1a之间可转动地结合。然而，本发明不限于此。第一结合部4a和第二结合部4b双方也可以设为将第一致动器3a相对于第一可动基座2a可转动地结合，将第一致动器3a相对于第一设置基座1a可转动地结合。

此外，为了在第一结合部4a中，将第一致动器3a与第一可动基座2a之间可转动地结合，或在第二结合部4b中，将第一致动器3a与第一设置基座1a之间可转动地结合，只要在第一结合部4a和第二结合部4b的中心设置转动部分即可。此外，在第一结合部4a和第二结合部4b中，既可以在其一端设置转动部分，也可以在两端设置转动部分。

在图3A～图3C中，表示了在图2B的运动基座100装配有座椅6，使用者7坐在座椅6上的状态。图3A所示的是运动基座100处于中位状态时。此外，图3B所示的是运动基座100处于绕俯仰轴旋转的状态时。而且，图3C所示的是运动基座100处于绕横滚轴旋转的状态时。

例如，如果使两个第一致动器3a一同向相同的方向伸缩相同量，则如图3B所示，第一可动基座2a会绕俯仰轴旋转。此外，如果使两个第一致动器3a一同向相反方向伸缩相同量，则如图3C所示，第一可动基座2a会绕横滚轴旋转。而且，如果使两个第一致动器3a伸缩不同的伸缩量，则第一可动基座2a会绕横滚轴和俯仰轴旋转。

这时，球面体5与第一设置基座1a的接触点对应于绕俯仰轴的旋转角、绕横滚轴的旋转角而偏离规定量，能确保第一设置基座1a和第一可动基座2a的相对的位置关系。

根据本第一实施方式的运动基座100，在第一设置基座1a与第一可动基座2a之间配置有球面体5，在第一设置基座1a与第一可动基座2a之间可伸缩的至少两个第一致动器3a将第一设置基座1a与第一可动基座2a结合。

此外，根据该运动基座100，在可伸缩的第一致动器3a与第一设置基座1a或第一可动基座2a中的至少一方的第一结合部4a、第二结合部4b之间有旋转自由度地结合。通过这样做，能够降低施加到可伸缩的第一致动器3a的负荷，并且不需要复杂的控制就能紧凑且低价地实现绕俯仰轴、横滚轴的二旋转自由度的摆动。

即，球面体5越大则与第一设置基座1a的接触面积越大，即使第一可动基座2a旋转，第一可动基座2a所承受的载置重量的大部分也经由球面体5由第一设置基座1a支承，因此力矩变得不易增大。因此，能够大幅度地降低第一致动器3a的输出。此外，在将球面体5装配于第一可动基座2a的情况下，球面体5越重则载置物的重心位置越下降，即使第一可动基座2a摆动，要返回原样的复原力也会起作用，力矩不易增大，因此能够大幅度地降低第一致动器3a的输出。

需要说明的是，夹设于第一可动基座2a与第一设置基座1a之间的球面体5不需要设为实心的构造体。只要具有能支撑第一可动基座2a和第一可动基座2a上的使用者7的重量的强度即可，能够将球面体5设为中空的球面构造体。此外，与实心、中空无关，例如仅用肋构成的构造体、在多边形上装配有车轮的构造体等，即使部分不是球面体，只要整体上成为球面的形状，就能够成为球面体5。

(第二实施方式)

接着，对本发明的第二实施方式进行说明。本第二实施方式的运动基座101具备第二设置基座1b，这一点与上述第一实施方式的运动基座100不同。

如图4A所示，第二设置基座1b载置有第一设置基座1a。如图4A所示，第二设置基座1b具备旋转台8和第二致动器3b。第二致动器3b经由环状带19连接于旋转台8的旋转轴18，对旋转台8进行旋转驱动。

需要说明的是，在本实施方式的运动基座101中，为了能绕横摆轴无限地旋转，理想的是使用伺服电机作为第二致动器3b。

在旋转台8的上方载置有第一设置基座1a。因此，通过使旋转轴18旋转，能够实现绕第一设置基座1a的横摆轴的摆动。

需要说明的是，在图4B中表示有使用可伸缩的致动器(与第一致动器3a相同的构造的致动器)作为第二致动器3b的情况的构成。如图4B所示，即使是使用可伸缩的致动器作为第二致动器3b，设为经由第一结合部4a、第二结合部4b将旋转台8与第二设置基座1b连接的构成，也能通过使第二致动器3b伸缩来使旋转台8和载置于旋转台8的第一设置基座1a相对于第二设置基座1b摆动。

像以上说明的那样，根据本第二实施方式的运动基座101，具备：旋转台8；以及第二设置基座1b，具备能使旋转台8旋转的第二致动器3b，在旋转台8上载置第一设置基座1a，由此能够实现第一可动基座2a绕横滚轴、俯仰轴的旋转，并且实现第一可动基座2a绕横摆轴的旋转。

需要说明的是，如图5所示，也可以设为使用具备第二可动基座2b的运动基座102。第二可动基座2b具备：旋转台8；以及第三致动器3c，能使旋转台8旋转。在该情况下，在第一可动基座2a上载置有第二可动基座2b。用第三致动器3c使旋转台8旋转，由此除了第二可动基座2b的绕横滚轴、俯仰轴的旋转之外，还能使旋转台8绕横摆轴旋转，实现旋转台8的三自由度的摆动。

需要说明的是，为了表示本发明的实现可能性，进行了运动基座100的试制，用试制的运动基座100进行了具体的实验。在试制的运动基座100中，使用了Dyadic Systems(大雅迪克)公司的SCN6－040－150作为可伸缩的第一致动器3a，使用了连杆滚珠丝杠(linkball screw)作为有旋转自由度的第二结合部4b。

在图6A和图6B中，表示有使试制的运动基座100的第一可动基座2a旋转时的可伸缩的第一致动器3a的伸缩长度和第一可动基座2a的角度的关系。

在图6A中，表示有使第一可动基座2a绕俯仰轴旋转的情况。如图6A所示，两个第一致动器3a的伸缩长度为15mm～135mm的范围内，第一可动基座2a进行了－10度～10度旋转。

在图6B中，表示有使第一可动基座2a绕横滚轴旋转的情况。如图6B所示，一方的第一致动器3a的伸缩长度为15～135mm的范围(另一方为135～15mm)内，第一可动基座2a进行了－10度～10度旋转。

在图7A和图7B中，表示有将球面体5朝下装配于本发明的实施方式1的运动基座100的第一可动基座2a，将载荷传感器装配于第一设置基座1a与第一致动器3a的可旋转的结合部分之下，在使第一可动基座2a沿俯仰方向摆动时的载荷传感器的检测值。

在图7A中，表示有在球面体5的半径为10cm的情况下的载荷传感器的检测值。此外，在图7B中，表示有球面体5的半径为20cm的情况下的载荷传感器的检测值。将图7A和图7B相比，球面体5的半径较大则施加到第一结合部4a、第二结合部4b的载荷较小，能够明显地降低施加到第一致动器3a的负荷。

只要不脱离本发明的广义的理念和范围，本发明可以为各种实施方式和变形。此外，上述的实施方式仅用于对本发明进行说明，不限定本发明的范围。即，本发明的范围不由实施方式，而由权利要求书表示。而且，在权利要求书的范围内和与其等同的发明的意义的范围内实施的各种变形视为本发明的范围内。

需要说明的是，本申请以2017年8月9日申请的日本国专利申请2017－153949号作为基础主张优先权，在本说明书中，将日本国专利申请2017－153949号的说明书、权利要求书以及全部附图全体作为参照收入。

产业上的可利用性

本发明在第一可动基座具备座椅，能够利用于在人坐于座椅的状态下能呈现惯性力、身体感觉的驾驶模拟器、游戏等。此外，本发明在人站立地搭乘于第一可动基座的状态下，能够作为坡道等步行感觉呈现装置利用。此外，本发明能通过在第一可动基座具备板部等而利用于滑雪、滑板等的模拟器、游戏等。

附图标记说明：

1a 第一设置基座；

1b 第二设置基座；

2a 第一可动基座；

2b 第二可动基座；

3a 第一致动器；

3b 第二致动器；

3c 第三致动器；

4a 第一结合部；

4b 第二结合部；

5 球面体；

6 座椅；

7 使用者；

8 旋转台；

15 球面形状部；

18 旋转轴；

19 环状带；

100 运动基座；

101 运动基座；

102 运动基座。

Claims (7)

1.一种运动基座，其特征在于，具备：

第一设置基座；

第一可动基座，配置于所述第一设置基座的上方，载置载置对象；

两个第一致动器，可分别伸缩；

第一结合部，将所述第一致动器与所述第一可动基座结合；

第二结合部，将所述第一致动器与所述第一设置基座结合；以及

球面体，具有以与所述第一设置基座对置的方式固定于所述第一可动基座的球面形状部，配置于所述第一设置基座上，以能通过在所述第一设置基座上使所述球面形状部转动来变更所述第一可动基座相对于所述第一设置基座的姿势的方式支承所述第一可动基座，

在所述第一结合部将所述第一致动器与所述第一可动基座之间可转动地结合的情况下，所述第二结合部以不改变所述第一致动器与所述第一设置基座的相对位置关系的方式结合，

在所述第二结合部将所述第一致动器与所述第一设置基座之间可转动地结合的情况下，所述第一结合部以不改变所述第一致动器与所述第一可动基座的相对位置关系的方式结合，

所述第一致动器在所述第一结合部与所述第二结合部之间伸缩，用所述球面体和两个所述第一致动器相对于所述第一设置基座三点支承所述第一可动基座，并且变更其姿势。

2.根据权利要求1所述的运动基座，其特征在于，

所述球面体设为所述球面形状部朝下，固定于所述第一可动基座。

3.根据权利要求1所述的运动基座，其特征在于，

通过使所述第一致动器伸缩，实现所述第一可动基座相对于所述第一设置基座的绕横滚轴、俯仰轴的二旋转自由度的摆动。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的运动基座，其特征在于，

具备第二设置基座，所述第二设置基座具备：旋转台；以及能使所述旋转台旋转的第二致动器，

所述第一设置基座载置在所述旋转台上。

5.根据权利要求4所述的运动基座，其特征在于，

通过用所述第二致动器使所述旋转台旋转，实现所述第一可动基座绕横摆轴的摆动。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的运动基座，其特征在于，

具备第二可动基座，所述第二可动基座具备：旋转台；以及能使所述旋转台旋转的第三致动器，

所述第二可动基座载置在所述第一可动基座上。

7.根据权利要求6所述的运动基座，其特征在于，

通过用所述第三致动器使所述旋转台旋转，实现所述第二可动基座绕横摆轴的摆动。

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