CN111477065B - 基于磁悬浮的加速度的动感模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明属于动感模拟技术领域，涉及基于磁悬浮的加速度的动感模拟器，包括定球和设于定球内部的动球，所述定球和动球均为空心结构，所述定球和动球上均匀安装有多组模拟组件，所述模拟组件包括关于中心对称的两组磁力单元，所述磁力单元包括第一电磁铁和第二电磁铁，所述第一电磁铁位于定球的内壁，所述第二电磁铁位于动球的外壁，所述定球包括定球主体和外舱门，所述外舱门铰接安装于定球主体上，外舱门与定球主体形成完整球体，所述动球包括动球主体和内舱门，所述内舱门铰接安装于动球主体上，内舱门与动球主体形成完整球体，所述定球上固定安装有底座，用于解决现有模拟器模拟方向受限和加速度受限，体验效果较差的问题。

Description

基于磁悬浮的加速度的动感模拟器

技术领域

本发明属于动感模拟技术领域，具体涉及基于磁悬浮的加速度的动感模拟器。

背景技术

动感模拟装置是集机械、电气、计算机与自动控制技术于一体的高科技产品,其可以作为与游戏或者显示内容匹配的动感运动平台，也可以作为航空模拟器等，在动感模拟装置的基础上搭配虚拟现实显示装置，还能够为用户提供更佳逼真的体验感。

海底航行器模拟训练、太空航行器模拟训练、陆地移动装置撞击模拟，需要模拟任意方向的撞击、冲击等，而目前可见的动感模拟装置中，现有的动感模拟装置通常具有多个驱动轴，每一驱动轴采用丝杠螺母副进行旋转运动至直线运动的转换，每一驱动轴与竖直方向之间成一定角度(例如10°)，且每一驱动轴通过至少两个铰链机构与底座和座椅之间进行连接，基本都是有限方向有限速度的模拟，体验效果较差。

发明内容

针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是：旨在提供基于磁悬浮的加速度的动感模拟器，用于解决现有模拟器模拟方向受限和加速度受限，体验效果较差的问题。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

基于磁悬浮的加速度的动感模拟器，包括定球和设于定球内部的动球，所述定球和动球均为空心结构，所述定球和动球上均匀安装有多组模拟组件，所述模拟组件包括关于中心对称的两组磁力单元，所述磁力单元包括第一电磁铁和第二电磁铁，所述第一电磁铁位于定球的内壁，所述第二电磁铁位于动球的外壁，所述定球包括定球主体和外舱门，所述外舱门铰接安装于定球主体上，外舱门与定球主体形成完整球体，所述动球包括动球主体和内舱门，所述内舱门铰接安装于动球主体上，内舱门与动球主体形成完整球体，所述定球上固定安装有底座。

在上述技术方案的技术上，本发明还做了如下改进：

进一步，所述磁力单元还包括橡胶承接环，所述橡胶承接环安装于定球的内壁上，所述橡胶承接环罩设于第一电磁铁的外部，且橡胶承接环的厚度尺寸大于电磁铁的厚度，通过橡胶承接环对动球进行承载、缓冲，避免动球与定球直接接触导致动球与定球受损。

进一步，所述动球的外壁开设有安装槽，所述第二电磁铁位于安装槽内，避免第二电磁铁与橡胶承接环接触，从而避免第二电磁铁受损。

进一步，所述外舱门与定球主体之间的间隙位于模拟组件所在区域的外部，经过任意球径截面的所述外舱门与内舱门对应的圆形角均相等，使磁力单元能够均匀分布，避免因舱门的存影响磁力单元的分布。

进一步，所述括动球主体内固定安装有体验台，所述体验台上固定安装有座椅，所述座椅上安装有固定带，通过将固定带将身体固定于座椅上，使人体能完全跟随动球同步移动，从而更好的感受加速度。

进一步，所述定球主体上安装有第一定位器，所述动球主体上安装有第二定位器，所述定球和动球共球心时第一定位器和第二定位器的水平高度相同，通过第一定位器和第二定位器确认动球高度，对动球的高度进行调整，使在人体进入后动球与定球仍能处于同心状态，从而便于满足根据不同的磁性单元从不同方向模拟加速度。

进一步，所述定球主体和外舱门之间连接有第一输电线，所述第一输电线位于定球主体和外舱门的外部，所述动球主体和内舱门之间连接有第二输电线，所述第二输电线位于动球主体和内舱门的内部，避免在模拟过程中，动球冲撞定球导致输电线受损。

进一步，所述定球与动球共球心时定球与动球之间的间距为3cm～6cm，避免间距过大导致在磁场力的作用下无法推动动球进行加速度模拟。

进一步，所述定球与动球之间设有柔性动球电缆，所述动球电缆位于动球的上半部、且动球电缆位于相邻模拟组件之间的区域，所述动球电缆的长度为定球与动球共球心时定球与动球之间的间距的三倍。

本发明还记载了基于磁悬浮的加速度的动感模拟器的控制方法，步骤如下：

1、模型建立：根据磁力单元单元的分布位置建立对应的模型，并使每个磁力单元的磁场力变化均能被远程终端控制；

2、动球移动控制：在对动球进行移动控制，选择一个驱动组和两个限位组和两个限位组，驱动组用于控制动球移动，且驱动组内同一模拟组件内两个磁力单元分别进行磁力牵引和磁力推动，限位组内的模拟组件进行磁力牵引防止动球旋转，模拟组和两个限位组的中轴线两两相互垂直；

3、动球归位：在体验者进入动球内关闭舱门后，根据第一定位器和第二定位器对动球进行移动，使动球悬浮与定球共球心；

4、加速度模拟：根据需求控制动球移动，其中，中轴线与移动方向最接近的模拟组件为驱动组。

本发明的基于磁悬浮的加速度的动感模拟器，通过均匀设置的模拟组件可推动动球定向一定，通过控制磁场力的变化，可进行不同方向、不同大小的加速度模拟，可用于陆地上的航空器、太空航行器、航海器的载人模拟训练，也可用于VR、AR、XR应用中的运动感知模拟。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明实施例中基于磁悬浮的加速度的动感模拟器的纵截结构示意图；

图2为本发明实施例中基于磁悬浮的加速度的动感模拟器去除座椅和体验台后的纵截面的结构示意图；

图3为本发明实施例中动球和定球的纵截面的结构示意图；

图4为图3中A处的放大结构示意图；

图5为本发明实施例中一个模拟组件的位置示意图；

主要元件符号说明如下：

磁力单元03、定球1、外舱门11、橡胶承接环12、第一电磁铁13、动球2、内舱门21、安装槽22、第二电磁铁23、底座3、体验台4、座椅5。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。

实施例

如图1～图5所示，本实施例的基于磁悬浮的加速度的动感模拟器，包括定球1和设于定球1内部的动球2，定球1和动球2均为空心结构，定球1和动球2上均均匀安装有多组模拟组件，模拟组件包括呈中心对称的两组磁力单元03，磁力单元03包括第一电磁铁13 和第二电磁铁23，第一电磁铁13位于定球1的内壁，第二电磁铁23位于动球2的外壁，动球2的外壁开设有安装槽22，第二电磁铁23位于安装槽22内，避免第二电磁铁23与橡胶承接环12接触，从而避免第二电磁铁23受损，磁力单元03还包括橡胶承接环12，橡胶承接环12安装于定球的内壁上，橡胶承接环12罩设于第一电磁铁13的外部，且橡胶承接环 12的厚度尺寸大于电磁铁13的厚度，通过橡胶承接环12对动球2进行承载、缓冲，避免动球2与定球1直接接触导致动球2与定球1受损。定球1包括定球主体和外舱门11，外舱门11铰接安装于定球主体上，外舱门11与定球主体形成完整球体，动球2包括动球主体和内舱门21，动球主体内固定安装有体验台4，体验台4上固定安装有座椅5，座椅5上安装有固定带，通过将固定带将身体固定于座椅5上，使人体能完全跟随动球2同步移动，从而更好的感受加速度，内舱门21铰接安装于动球主体上，内舱门21与动球主体形成完整球体，外舱门11与定球主体之间的间隙位于模拟组件所在区域的外部，经过任意球径截面的外舱门11与内舱门21对应的圆形角均相等，使磁力单元03能够均匀分布，避免因舱门的存在影响磁力单元03的分布，定球1上固定安装有底座3，定球主体和外舱门11之间连接有第一输电线，第一输电线位于定球主体和外舱门11的外部，动球主体和内舱门21之间连接有第二输电线，第二输电线位于动球主体和内舱门21的内部，避免在模拟过程中，动球2冲撞定球1导致输电线受损。

具体地，定球主体上安装有第一定位器，动球主体上安装有第二定位器，定球1和动球 2共球心时第一定位器和第二定位器的水平高度相同，通过第一定位器和第二定位器确认动球2高度，对动球2的高度进行调整，使在人体进入后动球2与定球1仍能处于同心状态，从而便于满足根据不同的磁性单元03从不同方向模拟加速度。

具体地，定球1与动球2共球心时定球1与动球2之间的间距为3cm～6cm，避免间距过大导致在磁场力的作用下无法推动动球进行加速度模拟。

定球1与动球2之间设有动球电缆，通过动球电缆对动球2上的第二电磁铁进行电连接，为第二电磁铁提供电能，动球电缆位于动球2的上半部、且动球电缆位于相邻模拟组件之间的区域，动球电缆的长度为定球1与动球2共球心时定球1与动球2之间的间距的三倍。

在使用时，首先开启外舱门11和内舱门21，体验者进入动球2的内部后，坐于座椅5上并使用绑带将身体固定，然后关闭内舱门21和外舱门11并锁定，然后对动球2归位，动球2归位时启动以与地面垂直的模拟组件作为驱动组(如图5)，位于下部的磁力单元03 内的第一电磁铁13与第二电磁铁23同性相斥、位于上部的磁力单元03内的第一电磁铁13 与第二电磁铁23异性相吸带动动球2上升，此时位于水平方向且相互垂直的两组模拟组件对动球2进行限位，用于限位的模拟组件中位于同一磁力单元03内的第一电磁铁13和第二电磁铁23相互吸引，用避免动球2在上升过程中转动，当动球2和定球1共球心时保持，并定义当前状态垂直地面的模拟组件为零点，然后根据需求驱使动球2移动进行加速模拟，再选定加速方向确定驱动组和限位组后，先使限位组工作，再关闭动球归位时用于防止动球转动的两组模拟组件，最后再启动驱动组驱使动球移动；当需要进行垂直方向模拟时，以动球归位时垂直于底面的模拟组件作为驱动组，在其零点状态的基础上改变电流即可。

以上对本发明提供的基于磁悬浮的加速度的动感模拟器进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.基于磁悬浮的加速度的动感模拟器，其特征在于：包括定球和设于定球内部的动球，所述定球和动球均为空心结构，所述定球和动球上均匀安装有多组模拟组件，所述模拟组件包括关于中心对称的两组磁力单元，所述磁力单元包括第一电磁铁和第二电磁铁，所述第一电磁铁位于定球的内壁，所述第二电磁铁位于动球的外壁，所述定球包括定球主体和外舱门，所述外舱门铰接安装于定球主体上，外舱门与定球主体形成完整球体，所述动球包括动球主体和内舱门，所述内舱门铰接安装于动球主体上，内舱门与动球主体形成完整球体，所述定球上固定安装有底座；

所述磁力单元还包括橡胶承接环，所述橡胶承接环安装于定球的内壁上，所述橡胶承接环罩设于第一电磁铁的外部，且橡胶承接环的厚度尺寸大于电磁铁的厚度；

所述动球的外壁开设有安装槽，所述第二电磁铁位于安装槽内；

所述外舱门与定球主体之间的间隙位于模拟组件所在区域的外部，经过任意球径截面的所述外舱门与内舱门对应的圆形角均相等；

所述括动球主体内固定安装有体验台，所述体验台上固定安装有座椅，所述座椅上安装有固定带；

所述定球主体上安装有第一定位器，所述动球主体上安装有第二定位器，所述定球和动球共球心时第一定位器和第二定位器的水平高度相同；

所述定球主体和外舱门之间连接有第一输电线，所述第一输电线位于定球主体和外舱门的外部，所述动球主体和内舱门之间连接有第二输电线，所述第二输电线位于动球主体和内舱门的内部；

所述定球与动球之间设有动球电缆，所述动球电缆位于动球的上半部、且动球电缆位于相邻模拟组件之间的区域，所述动球电缆的长度为定球与动球共球心时定球与动球之间的间距的三倍；

所述定球与动球共球心时定球与动球之间的间距为3cm～6cm；

在对动球进行移动控制时，选择一个驱动组和两个限位组，驱动组用于控制动球移动，且驱动组内同一模拟组件内两个磁力单元分别进行磁力牵引和磁力推动，限位组内的模拟组件进行磁力牵引防止动球旋转，模拟组和两个限位组的中轴线两两相互垂直；根据需求控制动球移动，其中，中轴线与移动方向最接近的模拟组件为驱动组。

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