CN111672134A - 一种能够实现三维空间运动的运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明属于运动平台结构，为解决现有技术中，运动平台存在稳定性差、易产生晃动，以及无法满足升降需求的问题，提供一种能够实现三维空间运动的运动平台，包括转动平台、安装平台、第一驱动单元和至少三个支撑驱动机构；第一驱动单元驱动转动平台旋转；支撑驱动机构包括第二驱动单元、支架、螺杆、关节轴承、滑块、固定块和两组支撑单元；第二驱动单元驱动螺杆转动；固定块固定于支架上；滑块套设于螺杆上，其上设置有与所述螺杆相适配的螺纹；每组所述支撑单元中均包括两个支撑件，每组支撑单元中的两个支撑件一端相互铰接，另一端分别铰接于滑块和固定块上；关节轴承设置于一组支撑单元的两个支撑件的相互铰接处。

Description

一种能够实现三维空间运动的运动平台

技术领域

本发明属于运动平台结构，具体涉及一种能够实现三维空间运动的运动平台。

背景技术

在许多应用场景下，如VR体验、游乐设施体验等，运动平台都需要实现三维空间运动，以配合达到更佳的体验感受。

申请号为201920665938.3的中国专利申请“一种超低重心多自由度运动平台”，公开了一种能够实现多自由度运动的运动平台，其中，运动平台的多自由度运动是通过三个升降单元实现的，利用类似千斤顶的方式实现升降，通过万向节实现支撑和转动，克服了现有多自由度运动平台体积大和重心较高的问题，但仍然存在如下缺点：(1)由于升降单元为上下两端支撑结构，运动平台结构稳定性不足；(2)升降单元的力臂铰接处为齿轮配合，磨损后易产生间隙，因此运动平台易产生晃动；(3)升降单元为菱形传动，传动高度受限，使运动平台无法满足需要降至较低高度的升降需求。

发明内容

本发明为解决现有技术中，使运动平台实现三维空间运动的支撑驱动机构，存在结构稳定性不足、磨损后易出现间隙，以及传动高度受限的问题，导致运动平台稳定性差、易产生晃动，以及无法满足升降需求的技术问题，提供一种能够实现三维空间运动的运动平台。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种能够实现三维空间运动的运动平台，其特殊之处在于，包括转动平台、安装平台、第一驱动单元和支撑驱动机构；

所述第一驱动单元的输出端与转动平台相连，第一驱动单元驱动转动平台旋转；

所述支撑驱动机构包括第二驱动单元、支架、螺杆、关节轴承、滑块、固定块和两组支撑单元；所述第二驱动单元的输出端与螺杆相连，第二驱动单元用于驱动螺杆转动；所述固定块固定于支架上，套设于螺杆的一端；所述滑块套设于螺杆上，其上设置有与所述螺杆相适配的螺纹；每组所述支撑单元中均包括两个支撑件，两组支撑单元关于螺杆的轴线对称设置；每组支撑单元中的两个支撑件一端相互铰接，另一端分别铰接于滑块和固定块上；

所述关节轴承设置于一组支撑单元的两个支撑件的相互铰接处，关节轴承的内圈与支撑件铰接，外圈与转动平台相连接；另一组支撑单元的两个支撑件的相互铰接处与安装平台相连接；

所述支撑驱动机构为三个，呈等腰三角形或等边三角形排布，安装在转动平台和安装平台之间；或者，所述支撑驱动机构大于三个，沿转动平台的外周均布，安装在转动平台和安装平台之间。

进一步地，还包括底架和回转支撑轴承；

所述转动平台安装在底架上，底架上设有与转动平台底面相接触的滚轮；

所述回转支撑轴承的外圈固定在底架上，内圈安装在转动平台上；第一驱动单元的输出端通过第二同步带与回转支撑轴承外圈相连。

进一步地，两个所述支撑件通过轴杆相互铰接；

所述轴杆上设有限位安装槽，两个支撑件均套设于轴杆上，位于限位安装槽内；

所述关节轴承的内圈套设于轴杆上。

进一步地，所述支撑件包括支撑板和设置在支撑板两侧的安装耳；

所述滑块和固定块上均设有轴孔，所述轴孔内设置有铰接轴；

所述安装耳的一端套设于铰接轴上，另一端套设于轴杆上，位于限位安装槽内；

所述关节轴承位于支撑板两侧安装耳之间的中心处。

进一步地，还包括挡板；

所述挡板包括端板、两个侧板和两个盖板；

所述端板位于螺杆远离固定块的端部，套设于螺杆外部；

两个所述侧板分别位于滑块垂直于螺杆轴向的两侧，侧板的一端延伸至固定块，另一端延伸至端板；

两个所述盖板分别位于滑块的顶部和底部，盖板的一端延伸至固定块，另一端延伸至端板；盖板位于支撑件的两个安装耳之间。

进一步地，所述第二驱动单元的输出端与螺杆之间通过第一同步带相连。

进一步地，与安装有关节轴承的轴杆相对称的另一根轴杆上套设安装有两个安装座；

安装座与安装平台固定连接，两个所述安装座分别位于支撑板两侧安装耳的外侧。

进一步地，所述支撑驱动机构的螺杆与转动平台的几何中心之间有偏转。

进一步地，所述支撑驱动机构的各第二驱动单元中，至少两个第二驱动单元的控制部分集成设置；

或者，所述支撑驱动机构的各第二驱动单元与第一驱动单元的控制部分集成设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明中安装平台和转动平台安装在支撑驱动机构之间，使运动平台能够实现三维空间运动的支撑驱动机构，通过第二驱动单元驱动螺杆转动，位于螺杆一端的固定块固定不动，位于螺杆另一端的滑块通过与螺杆螺纹配合，使滑块朝向或远离固定块运动，进而带动两组支撑单元中两个支撑件之间的夹角增大或减小，从而实现升降，另外，关节轴承能够实现近乎360°转动。因此，在支撑件和关节轴承的共同作用下，安装平台能够被升降和起伏扭动，同时转动平台在第一驱动单元的驱动下能够转动，进而带动支撑驱动机构和安装平台同步转动，进而实现安装平台旋转、升降和起伏扭动的三维空间运动；本发明中的支撑驱动机构，结构紧凑、体积小，却能够支撑并实现安装平台的三维空间运动。再者，可通过调节螺杆长度和两个支撑件之间的夹角，对支撑驱动机构的升降速度和升降行程进行调整，使用灵活，适用广泛。仅需启动第一驱动单元和第二驱动单元即可实现安装平台的运动控制，操作简便，使用便捷。

2.本发明中两个支撑件通过轴杆铰接，且套设于限位安装槽内，安装更加牢靠，加工和组装更加简便。

3.本发明还设置有挡板，使滑块和固定块均位于挡板围成的区域内，螺杆与滑块和固定块的配合处也始终位于挡板围成的区域内，对其配合处具有一定的保护作用，避免外部脏污对本发明造成影响。

4.本发明中第二驱动单元的输出端与螺杆之间通过第一同步带相连，传动噪音较小，在保证同步转动的同时，对第二驱动单元具有一定的保护作用。

5.本发明中转动平台转动时，底架能够对转动平台起到一定的支撑作用，同时，滚轮也有助于转动平台的顺滑转动。

6.本发明中第一驱动单元通过第二同步带和回转支撑轴承驱动转动平台转动，传动噪音较小，同时保证转动同步性，回转支撑轴承也能够使转动平台的转动更加顺滑。

7.本发明中未安装关节轴承的一组支撑单元的两个支撑件相互铰接处，能够通过安装座与另一待安装件进行连接，便于支撑驱动机构的快捷安装，便于使用。

8.本发明中支撑驱动机构的螺杆与转动平台的几何中心不在一条直线上，能够有效缩小整个运动平台的体积，有利于运动平台小型化。

9.本发明中各第二驱动单元的控制部分可以分别设置也可以集成设置，甚至第一驱动单元的控制部分也可以与之共同集成设置，可根据实际使用需求进行适当选择。

附图说明

图1为本发明能够实现三维空间运动的运动平台实施例的结构示意图；

图2为本发明图1的底面结构示意图；

图3为本发明图1去除安装平台的结构示意图；

图4为本发明图1中支撑驱动机构的结构示意图(未示出挡板)；

图5为本发明图1中支撑驱动机构另一角度的结构示意图(未示出挡板)；

图6为本发明图1中支撑驱动机构安装挡板后的结构示意图；

图7为本发明图4中支撑件的结构示意图；

图8为本发明图4中轴杆的结构示意图；

图9为本发明图4中滑块的结构示意图；

图10为本发明图4中固定块的结构示意图；

图11为本发明能够实现三维空间运动的运动平台另一个实施例的结构示意图。

其中，1-第一驱动单元、2-螺杆、3-滑块、4-支撑件、401-支撑板、402-安装耳、5-关节轴承、6-固定块、7-轴杆、8-限位安装槽、9-轴孔、10-铰接轴、1001-端板、1002-侧板、1003-盖板、11-支架、12-安装座、13-第一同步带、14-转动平台、15-安装平台、16-支撑驱动机构、17-第二驱动单元、18-底架、19-滚轮、20-回转支撑轴承、21-第二同步带。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

如图1至图10，一种能够实现三维空间运动的运动平台，包括转动平台14、安装平台15、第一驱动单元1和至少三个支撑驱动机构16。

第一驱动单元1用于驱动转动平台14转动。为了使转动平台14的转动更加顺滑稳定，设置底架18，转动平台14安装在底架18上，底架18上设有与转动平台14底面相接触的滚轮19，滚轮19可沿转动平台14的外围周向设置多个。

作为一种优选方案，第一驱动单元1采用减速电机，通过第二同步带21和回转支撑轴承20驱动转动平台14转动，第一驱动单元1安装在转动平台14上，回转支撑轴承20的外圈固定于底架18上，内圈固定在转动平台14上，第一驱动单元1的输出端通过第二同步带21与回转支承轴承20外圈相连，回转支撑轴承20使传动更加顺畅，同时，同步带传动的方式噪音更小。其他的传动方式驱动方式均可用于本发明，只要能够驱动转动平台14转动即可。

转动平台14和安装平台15通过支撑驱动机构16的连接，转动平台14可以带动安装平台15旋转，同时，借助支撑驱动机构16能够带动安装平台15升降和倾斜。

在本发明的一个实施例中，支撑驱动机构16设置为3个，支撑驱动机构16安装在转动平台14上，沿转动平台14的外周均布设置，3个支撑驱动机构16的连线呈等边三角形。其中，支撑驱动机构，包括第二驱动单元17、螺杆2、关节轴承5、固定块6、挡板、支架11、安装座12、滑块3和两组支撑单元。

第二驱动单元17固定于支架11上，驱动单元1的输出端与螺杆2相连，第二驱动单元17用于驱动螺杆2转动，第二驱动单元17可采用旋转电机，可直接与螺杆2相连，也可通过传动部件相连，如通过第一同步带13、链条或齿轮配合等进行传动。

滑块3套设在螺杆2上，滑块3上设置有与螺杆2相适配的螺纹，螺杆2在驱动单元1驱动下转动，滑块3通过与螺杆2的配合，带动滑块3沿螺杆2运动，螺杆2上螺纹的长度即为滑块3的最长运动路径。固定块6固定在安装架11上，套设于螺杆2的一端，固定块6固定不动，滑块3通过与螺杆2的配合，朝向靠近固定块6的方向运动，或朝向远离固定块6的方向运动，可通过控制螺杆2的正转和反转控制滑块3的运动方向。

每组支撑单元中均包括两个支撑件4，两组支撑单元关于螺杆2的轴线对称设置；每组支撑单元中的两个支撑件4一端相互铰接，另一端分别铰接于滑块3和固定块6上。支撑件3作为一种优选方案，包括支撑板401和设置在支撑板401两侧的安装耳402，安装耳402垂直于支撑板401设置。滑块3和固定块6上都设置有轴孔，轴孔9内设有铰接轴10，其中，安装耳402的一端套设于铰接轴10上，使每组支撑单元的两个支撑件4分别通过铰接轴10与固定块6和滑块3铰接，另一端套设于轴杆7上，且位于限位安装槽8内，使每组支撑单元的两个支撑件4通过轴杆7相互铰接。一个支撑件4的两个安装耳402分别位于另一个支撑件4的两个安装耳402外部。

在其中一组支撑单元的两个支撑件4相互铰接处设置关节轴承5，关节轴承5的内圈套设于轴杆7上，位于支撑板401两侧安装耳402之间的中心处，关节轴承5的外圈可用于连接一个待安装件。在另一组支撑单元的两个支撑件4相互铰接处设置两个安装座12，通过两个安装座12与另一个待安装件相连接，两个安装座12分别位于支撑板401两侧安装耳402的外侧。支撑板401靠近滑块3和固定块6的一端边缘呈弧形，能够分别避开滑块3和固定块6，整体结构更加紧凑。

关节轴承5的内圈套设于轴杆7上，位于支撑板401两侧安装耳402之间的中心处，关节轴承5的外圈可用于连接待安装件。支撑板401靠近滑块3的一端边缘呈弧形，能够避开滑块3，整体结构更加紧凑。

需要使待安装件实现三维空间运动时，将支撑驱动机构16安装在转动平台14和安装平台15之间，关节轴承5的外圈与转动平台14相固定，安装平台15和安装座12相固定，第二驱动单元17带动螺杆2正向转动或反向转动，滑块3向远离或靠近固定块3的方向运动，使转动平台14和安装平台15的相对距离靠近或远离。另外，随关节轴承5的转动，其中安装平台15还能够随之转动或偏转，实现三维空间运动。也可使用大于三个支撑驱动机构16带动安装平台15运动，具体排布位置可根据使用需要进行排布和配置。

如图11，在本发明的其他实施例中，转动平台14的几何中心不在支撑驱动机构16的螺杆2延长线上，即螺杆2相对于转动平台14的几何中心有偏转，有利于运动平台的小型化，偏转角度可根据实际使用情况进行调整，偏转至极限90°时，安装平台15只能实现升降，经仿真计算，0-30°的偏转角度最为合理。

上述的关节轴承5是一种现有零件，为了便于安装，可以直接选用球头轴承，通过其杆部与转动平台14相连。

另外，为了避免滑块3与螺杆2、固定块6与螺杆2之间配合处受外界脏污影响，本发明还设置了挡板，挡板包括端板1001、两个侧板1002和两个盖板1003。端板1001位于螺杆2远离固定块6的端部，套设在螺杆2外部；两个侧板1002分别位于滑块3垂直于螺杆2轴向的两侧，侧板1002的一端延伸至固定块6，另一端延伸至端板1001；两个盖板1003分别位于滑块3的顶部和底部，盖板1003的一端延伸至固定块6，另一端延伸至端板1001；盖板1003位于支撑件4的两个安装耳402之间，不影响支撑件4的运动。两个盖板1003、两个侧板1002、端板1001和固定架共同将螺杆2、滑块3和固定块6围放于其中，能够有效阻挡外部脏污进入，延长本发明的使用寿命。

螺杆2安装在支架11上，第二驱动单元17固定于支架11上。

为了便于控制和观察转动平台14的旋转程度，可在转动平台14上设置挡块，在底架18上设置光电开关，光电开关位于挡块的旋转路径上；或者在转动平台14上设置光电开关，在底架18上设置挡块，挡块位于光电开关的旋转路径上；便于设置旋转零位，同时，当挡块遮挡光电开关即旋转过一圈，可作为该运动平台的辅助功能。其他相关的开关也可用于本发明。

本发明的运动平台极具推广性，能够应用于各种需要三维空间运动的场合，如在VR体验时，体验者可位于安装平台15上，在安装平台15上设置体验者座椅，再比如可应用于游乐设施，体验着可落座于安装平台15上体验游戏感等。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种能够实现三维空间运动的运动平台，其特征在于：包括转动平台(14)、安装平台(15)、第一驱动单元(1)和支撑驱动机构(16)；

所述第一驱动单元(1)的输出端与转动平台(14)相连，第一驱动单元(1)驱动转动平台(14)旋转；

所述支撑驱动机构(16)包括第二驱动单元(17)、支架(11)、螺杆(2)、关节轴承(5)、滑块(3)、固定块(6)和两组支撑单元；所述第二驱动单元(17)的输出端与螺杆(2)相连，第二驱动单元(17)用于驱动螺杆(2)转动；所述固定块(6)固定于支架(11)上，套设于螺杆(2)的一端；所述滑块(3)套设于螺杆(2)上，其上设置有与所述螺杆(2)相适配的螺纹；每组所述支撑单元中均包括两个支撑件(4)，两组支撑单元关于螺杆(2)的轴线对称设置；每组支撑单元中的两个支撑件(4)一端相互铰接，另一端分别铰接于滑块(3)和固定块(6)上；

所述关节轴承(5)设置于一组支撑单元的两个支撑件(4)的相互铰接处，关节轴承(5)的内圈与支撑件(4)铰接，外圈与转动平台(14)相连接；另一组支撑单元的两个支撑件(4)的相互铰接处与安装平台(15)相连接；

所述支撑驱动机构(16)为三个，呈等腰三角形或等边三角形排布，安装在转动平台(14)和安装平台(15)之间；或者，所述支撑驱动机构(16)大于三个，沿转动平台(14)的外周均布，安装在转动平台(14)和安装平台(15)之间。

2.如权利要求1所述一种能够实现三维空间运动的运动平台，其特征在于：还包括底架(18)和回转支撑轴承(20)；

所述转动平台(14)安装在底架(18)上，底架(18)上设有与转动平台(14)底面相接触的滚轮(19)；

所述回转支撑轴承(20)的外圈固定在底架(18)上，内圈安装在转动平台(14)上；第一驱动单元(1)的输出端通过第二同步带(21)与回转支撑轴承(20)外圈相连。

3.如权利要求1或2所述一种用于实现三维空间运动的运动平台，其特征在于：两个所述支撑件(4)通过轴杆(7)相互铰接；

所述轴杆(7)上设有限位安装槽(8)，两个支撑件(4)均套设于轴杆(7)上，位于限位安装槽(8)内；

所述关节轴承(5)的内圈套设于轴杆(7)上。

4.如权利要求3所述一种用于实现三维空间运动的运动平台，其特征在于：所述支撑件(4)包括支撑板(401)和设置在支撑板(401)两侧的安装耳(402)；

所述滑块(3)和固定块(6)上均设有轴孔(9)，所述轴孔(9)内设置有铰接轴(10)；

所述安装耳(402)的一端套设于铰接轴(10)上，另一端套设于轴杆(7)上，位于限位安装槽(8)内；

所述关节轴承(5)位于支撑板(401)两侧安装耳(402)之间的中心处。

5.如权利要求4所述一种能够实现三维空间运动的运动平台，其特征在于：还包括挡板；

所述挡板包括端板(1001)、两个侧板(1002)和两个盖板(1003)；

所述端板(1001)位于螺杆(2)远离固定块(6)的端部，套设于螺杆(2)外部；

两个所述侧板(1002)分别位于滑块(3)垂直于螺杆(2)轴向的两侧，侧板(1002)的一端延伸至固定块(6)，另一端延伸至端板(1001)；

两个所述盖板(1003)分别位于滑块(3)的顶部和底部，盖板(1003)的一端延伸至固定块(6)，另一端延伸至端板(1001)；盖板(1003)位于支撑件(4)的两个安装耳(402)之间。

6.如权利要求5所述一种能够实现三维空间运动的运动平台，其特征在于：所述第二驱动单元(17)的输出端与螺杆(2)之间通过第一同步带(13)相连。

7.如权利要求6所述一种能够实现三维空间运动的运动平台，其特征在于：与安装有关节轴承(5)的轴杆(7)相对称的另一根轴杆(7)上套设安装有两个安装座(12)；

安装座(12)与安装平台(15)固定连接，两个所述安装座(12)分别位于支撑板(401)两侧安装耳(402)的外侧。

8.如权利要求7所述一种能够实现三维空间运动的运动平台，其特征在于：所述支撑驱动机构(16)的螺杆与转动平台(14)的几何中心之间有偏转。

9.如权利要求8所述一种能够实现三维空间运动的运动平台，其特征在于：

所述支撑驱动机构(16)的各第二驱动单元(17)中，至少两个第二驱动单元(17)的控制部分集成设置；

或者，所述支撑驱动机构(16)的各第二驱动单元(17)与第一驱动单元(1)的控制部分集成设置。

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