CN114333491A - 改善导杆自转效应的六自由度运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改善导杆自转效应的六自由度运动平台，包括：上平台；下平台；多个电动缸，位于上平台与下平台之间，成并联式设计；与每个电动缸对应设置的立式虎克铰，每个电动缸配置两个立式虎克铰，分别位于上平台底部及下平台上表面。每一个电动缸对应的立式虎克铰均通过调节垫块与上平台固定；调节垫块的底部水平并与上平台固定连接，调节垫块的安装面具有预定的角度，立式虎克铰的轴承座底面固定在安装面上。本发明的六自由度运动平台采用加装斜面垫块的方式，提高多自由度平台对小角度的复合姿态角摇摆作用的适应性，减轻复合姿态角摇摆过程中导杆自转效应，从而减少原立式虎克铰在复合姿态角运动时导杆急速自转引起的结构破坏问题。

Description

改善导杆自转效应的六自由度运动平台

技术领域

本发明涉及多自由度运动平台技术领域，具体而言涉及一种改善导杆自转效应的六自由度运动平台。

背景技术

多自由度运动平台是广泛应用在驾驶仿真领域，尤其是车辆驾驶模拟仿真(装甲车、坦克等)和飞行模拟仿真，基于六自由度运动平台模拟出一个人车路的闭环仿真系统，如图1所示的典型的驾驶仿真控制系统，主要有视景模拟显示系统、声感模拟反馈系统、体感模拟反馈系统以及驾驶对象的动力学模型。在飞行模拟仿真中还设计有操纵负荷模拟系统用来模拟力感反馈。驾驶模拟系统通过半实物仿真的方式进行训练模拟、性能分析和评价等，准确模拟驾驶操纵，获得实车、飞机的驾驶操纵感觉，对于人员的培训和评价具有重要的意义。

在这些驾驶仿真模拟系统中通常采用电动缸来设计多自由度的运动系统，实现给驾驶员的体感反馈，驾驶舱、油门踏板、方向盘、变速箱档位杆等操纵器安装在六自由度平台的上平台上，六自由度平台的典型结构如图2、3所示，多个电动缸布置在上平台和下平台之间，其中电动缸端部的曲柄与上平台通过立式虎克铰之间铰接，电动缸的底部同样与下平台上的立式虎克铰铰接连接，通过电动缸的伸缩直线运动实现上下平台之间的多自由度运动操作。

但在实际平台运动过程中，立式虎克铰在复合姿态角运动时会产生导杆自转效应，实际运行过程中由于导杆及虎克铰转轴无法进行相应的快速旋转，导致虎克铰破坏，结合图4、5测试了周期为4s的25°复合摇摆动作时的虎克铰轴自转角速度，采用立式虎克铰的六自由度平台在复合姿态角运动过程中，导杆急速自转引起了结构破坏，如图6所示为由于导杆自转效应引起的虎克铰塑性弯曲破坏的实际效果。

现有技术文献：

专利文献1：CN211479367U装甲车动态模拟运动平台

专利文献2：CN110107599A一种用于电动六自由度运动平台的虎克铰链结构

学位论文：谢潇：基于虚拟现实的六自由度驾驶模拟仿真系统开发

发明内容

本发明目的在于针对现有技术中多自由度运动平台在采用立式虎克铰实现电动缸与上下平台之间铰接连接时，产生的结构破坏与干涉问题，提供一种改善导杆自转效应的六自由度运动平台，在虎克铰与上平台/下平台之间设置调节机构，减轻导杆自转效应，减轻导杆自传效应带来的虎克铰结构破坏。

根据本发明目的的第一方面提出一种改善导杆自转效应的六自由度运动平台，包括上平台；下平台；多个电动缸，设置在上平台与下平台之间，成并联式设计；每个电动缸具有缸体以及可沿着缸体轴线方向伸缩直线运动的导杆，所述导杆的末端设置有第一曲柄；所述缸体的底部设置有第二曲柄；与每个电动缸对应设置的立式虎克铰，每一个电动缸配置两个立式虎克铰，即第一立式虎克铰与第二立式虎克铰，分别设置在上平台的底部以及下平台的上表面；

其中，所述每一个电动缸对应的第一立式虎克铰均通过调节垫块与上平台固定；所述调节垫块的底部水平并与上平台固定连接，调节垫块的安装面具有预定的角度，所述第一立式虎克铰的轴承座底面固定在所述安装面上，第一立式虎克铰转轴与导杆的第一曲柄销轴连接。

优选地，所述上平台下部的调节垫块中，根据并联式设计成组分布，并对每一组调节垫块一体化设计，形成双斜面垫块，具有相对地设置的两个斜面，成中心对称分布，并且所述第一立式虎克铰的轴承座底面安装在斜面的中心。

由本发明的技术方案，其显著的有益效果在于：

本发明的并联式多自由度运动平台的设计中，采用加装斜面垫块的方式，提高多自由度平台对小角度的复合姿态角摇摆作用的适应性，减轻复合姿态角摇摆过程中导杆自转效应，而且垫块角度越大，作用越明显，从而减少原立式虎克铰在复合姿态角运动时导杆急速自转引起的结构破坏问题。

附图说明

图1是典型驾驶仿真模拟系统的架构原理图。

图2-3是现有技术中采用立式虎克铰的并联式六自由度运动平台的结构示意图。

图4是图2中并联式六自由度运动平台的上平台立式虎克铰与电动缸的导杆铰接结构示意图。

图5是对采用图2-4结构的多自由度平台测试周期为4s的25°复合摇摆动作时的虎克铰轴自转角速度的测试结果示意图。

图6是导杆自转效应引起的立式虎克铰塑性弯曲破坏的实际效果图。

图7是本发明示例性实施例的采用斜面调节垫块的并联式六自由度运动平台的结构图。

图8是图7实施例中采用调节垫块后的立式虎克铰与电动缸导杆的铰接结构示意图。

图9是对图7-8所示实施例的并联式六自由度运动平台测试周期为4s的25°复合摇摆动作时立式虎克铰轴自转角速度的测试结果示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图7-8所示，根据本发明示例性的实施例提出的改善导杆自转效应的六自由度运动平台，包括上平台10、下平台20、电动缸30、立式虎克铰以及调节垫块50。

多个电动缸30，设置在上平台10与下平台20之间，构成并联式多自由度运动平台结构设计。

结合图7，电动缸30具有缸体31以及可沿着缸体轴线方向伸缩直线运动的导杆32，所述导杆的末端设置有第一曲柄33。缸体的底部设置有第二曲柄34。可选地，电动缸10采用日本松下的高精度、大负载能力的电动缸或者Thomson公司的电动缸。

结合图7、8所示，立式虎克铰分别对应地设置在一个电动缸的两端。也即与每个电动缸对应地设置立式虎克铰，而且每一个电动缸30配置两个立式虎克铰，即第一立式虎克铰41与第二立式虎克铰42，分别设置在上平台10的底部以及下平台20的上表面。

结合图7、8，在本发明的实施例中，对每一个电动缸均增设一个调节垫块50，电动缸10对应的第一立式虎克41均通过调节垫块50与上平台10固定。

结合图8，调节垫块50构造为截面为三角状的垫块，底部水平并与上平台固定连接，调节垫块的安装面即斜面，具有预定的角度，其中第一立式虎克铰41的轴承座底面固定在安装面上，第一立式虎克铰41的转轴与导杆32的第一曲柄33经由销轴连接，实现回转式链接。

在本发明的实施例中，立式虎克铰可以采用现有的立式虎克铰的结构设计，由轴承座和由轴承座支撑的转轴构成。

结合图2所示，第二立式虎克铰42的轴承座底面固定在下平台20上，并且第二立式虎克铰的转轴与缸体底部的第二曲柄34铰接。

在可选的实施例中，前述的调节垫块50的安装面的斜面角度设置在25°～45°。优选采用30°的斜面。

作为优选的实施例，上平台10的底部的调节垫块中，根据并联式设计成组分布，并对每一组调节垫块一体化设计，形成双斜面垫块，即两个一组的调节垫块50集成式组合结构，具有相对地设置的两个斜面，各斜面角度为30°，并且成中心对称分布。其中，第一立式虎克铰41的轴承座底面安装在斜面的中心。

优选地，双斜面垫块的两个斜面均具有相同的倾斜角度，优选为30°的斜面倾角。

其中，双斜面垫块的中心具有平台缓冲区，两个斜面分别位于平台缓冲区的两侧。

为了进一步说明本发明的示例性实施，结合图9所示，对通过本发明施加双斜面垫块的六自由度并联运动平台进行仿真，测试周期为4s的25°复合摇摆动作时，在图7、8的优化设计中的立式虎克铰轴自转角速度的测试结果，通过结果表面显著改善其立式虎克铰轴自转角速度，在运动过程中各立式虎克铰轴自转角速度大致平稳，而且不会出现突变和大的拐点，避免急速自转引起的结构破坏，提高六自由度运动平台的稳定性和寿命。

作为优选的示例，平台缓冲区的宽度Lp满足：使得双斜面垫块上安装的两个第一立式虎克铰的轴承座底面之间的水平距离L0至少大于1.2Lp～1.5Lp，从而减少和避免发生干涉。

在本发明的实施例中，双斜面垫块的底面长度为15cm，宽度为5cm，最大高度为3.5cm～4cm，平台缓冲区的宽度为2cm～3cm，平台缓冲区的高度为1cm～1.5cm。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种改善导杆自转效应的六自由度运动平台，其特征在于，包括：

上平台；

下平台；

多个电动缸，设置在上平台与下平台之间，成并联式设计；每个电动缸具有缸体以及可沿着缸体轴线方向伸缩直线运动的导杆，所述导杆的末端设置有第一曲柄；所述缸体的底部设置有第二曲柄；

与每个电动缸对应设置的立式虎克铰，每一个电动缸配置两个立式虎克铰，即第一立式虎克铰与第二立式虎克铰，分别设置在上平台的底部以及下平台的上表面；

其中，所述每一个电动缸对应的第一立式虎克铰均通过调节垫块与上平台固定；

所述调节垫块的底部水平并与上平台固定连接，调节垫块的安装面具有预定的角度，所述第一立式虎克铰的轴承座底面固定在所述安装面上，第一立式虎克铰转轴与导杆的第一曲柄销轴连接。

2.根据权利要求1所述的改善导杆自转效应的六自由度运动平台，其特征在于，第二立式虎克铰的轴承座底面固定在所述下平台上，并且第二立式虎克铰的转轴与缸体底部的第二曲柄铰接。

3.根据权利要求1所述的改善导杆自转效应的六自由度运动平台，其特征在于，所述调节垫块的角度设置在25°～45°。

4.根据权利要求1所述的改善导杆自转效应的六自由度运动平台，其特征在于，所述调节垫块的角度设置为30°。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的改善导杆自转效应的六自由度运动平台，其特征在于，所述上平台下部的调节垫块中，根据并联式设计成组分布，并对每一组调节垫块一体化设计，形成双斜面垫块，具有相对地设置的两个斜面，成中心对称分布，并且所述第一立式虎克铰的轴承座底面安装在斜面的中心。

6.根据权利要求5所述的改善导杆自转效应的六自由度运动平台，其特征在于，所述双斜面垫块的两个斜面具有相同的倾斜角度。

7.根据权利要求5所述的改善导杆自转效应的六自由度运动平台，其特征在于，所述双斜面垫块的中心具有平台缓冲区，两个斜面分别位于平台缓冲区的两侧。

8.根据权利要求5所述的改善导杆自转效应的六自由度运动平台，其特征在于，所述平台缓冲区的宽度Lp满足：使得双斜面垫块上安装的两个第一立式虎克铰的轴承座底面之间的水平距离L0至少大于1.2Lp～1.5Lp。

9.根据权利要求8所述的改善导杆自转效应的六自由度运动平台，其特征在于，所述双斜面垫块的底面长度为15cm，宽度为5cm，最大高度为3.5cm～4cm，平台缓冲区的宽度为2cm～3cm，平台缓冲区的高度为1cm～1.5cm。

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