CN114424267A - 运动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三自由度运动发生器，用于在表面上方使有效负载运动，所述运动发生器包括布置为用于在表面上方在圆形导轨上旋转的可旋转平台，在表面上方从中心沿射线方向延伸的至少三个线性导轨，每个线性导轨具有能够在其上运动的线性导轨托架，围绕可旋转平台的外围枢转地安装在每个线性导轨托架上的外围导轨托架，以及多个致动器，由此可以对至少一个致动器进行操作以在圆形导轨上的外围导轨托架与可旋转平台之间施加力。其他方面包括运动系统和包括这种运动发生器的车辆驾驶模拟器。

Description

运动系统

技术领域

本发明涉及运动系统领域。特别地，但非排他地，本发明涉及运动发生器，以及涉及包括这种运动发生器的诸如车辆驾驶模拟器的系统，以及涉及使用运动发生器和运动系统的方法，以及涉及它们的产生方法。

背景技术

运动发生器是一种能够在一个或多个自由度方向上向有效载荷施加运动、力和加速度的装置。有效载荷可以是例如在运动模拟器中进行模拟体验的人。或者，有效载荷也可以是另一运动发生器，可以说是与第一个串联。EP2810268A中给出了具有包括另一运动发生器的有效载荷的主运动发生器的一个示例，其公开了一种与六自由度运动发生器串联的三自由度运动发生器，所述六自由度运动发生器可以使用主运动发生器维持水平面上的较大运动，同时实现次级运动发生器的最大垂直行程。运动发生器用于运动系统中。运动系统包括至少一个运动发生器和至少一个用于控制运动发生器的控制系统。运动发生器和运动系统用于各种应用，包括运动模拟(例如，飞行模拟器、驾驶模拟器)、机器人、3D打印、振动和地震模拟。目前在运动模拟中最常见的运动发生器类型是斯图尔特平台(或“六足”)。这是一种具有六个致动器的并联机器人，成对连接到平台底板上的三个配置，并跨越到顶板上的三个安装点。置于顶板上的装置或诸如人类用户等有效载荷通常以某种形式的驾驶舱、底盘驾驶员区域或模型车辆，可以在六个自由度运动，其中自由悬挂的主体可以运动，即三个线性运动x、y、z(横向、纵向和垂直)和三个旋转(纵摇(pitch)、横摇(roll)和垂摇(yaw))。运动模拟器是可以为乘员创造出身处在行驶中的车辆中的效果或感觉的机构。运动模拟器分别以驾驶模拟器和飞行模拟器的形式专业地用于培训驾驶员和飞行员。它们还在工业上用于车辆本身的创建、设计和测试。用于驾驶和飞行模拟器的专业运动模拟器通常会同步视觉显示——例如由投影系统和相关联的显示屏幕和音频信号提供被驾驶员或飞行员占用的车厢(或底盘)的运动，以便更好地感受运动的效果。虚拟现实(VR)头戴式显示器(HMD)的出现使具有当前运动系统的沉浸式模拟成本降低，并且能够将虚拟现实应用提供给休闲用途，例如被动式游乐园或街机驾驶、第一人称骑乘或飞行骑乘，以及在主动游戏中，一个或多个玩家对驾驶、骑乘、飞行或第一人称游戏体验有一定的控制权。通常用于人类参与者的运动模拟的基于六足的运动系统类型通常具有达到约20Hz的相对较低的带宽。这意味着它们可以产生幅度一致的振荡运动和振动，频率达到每秒20次，超过这个频率，运动幅度会随着频率的增大而减小。这足以复制大多数汽车悬架运动，但它不会传输与来自汽车发动机的振动、轮胎振动、道路噪音和赛道上锋利的路缘石相关的频率内容。低带宽也意味着信号延迟，这意味着驾驶员无法快速响应。从WO2014/1 14409已知基于六足的驾驶模拟器的一个示例。

当前的运动模拟系统，尤其是那些用于诸如军事和商业飞行指导和训练应用等高端用途的运动模拟系统，通常非常大、重、复杂且非常昂贵。它们的复杂性需要大量的编程和维护，进一步增加了用户的成本。迈凯伦/MTS Williams/ABD和Ansible等公司已经开发了专用的车辆驾驶模拟器运动系统，但这些系统往往在机械上极其复杂，因此价格昂贵，具有精密加工的定制部件和通常昂贵的直线电机。这些专用的车辆驾驶模拟器运动系统在某些方向上运动时比六足更灵敏，但在其他方向上仍然受到限制。在此类系统中使用滚珠丝杠是不利的，具体在于，虽然能够很好地建立定位，但它们会抑制力传递并且只能实现较低的带宽。这导致人类用户的体验不太自然。

基于六足的运动发生器的另一个缺点是它们不能从标称位置沿任一旋转方向围绕垂直轴旋转超过约25°。在EP3344352A中公开了一种绕垂直轴提供更大旋转的尝试，其中运动发生器具有带电缆的托架，由以交替的方向缠绕在托架上的相应的电缆驱动器操作，由此托架可以通过电缆驱动器的操作旋转通过至少90°。US2005/0042578中公开了一种将旋转引入基于六足的系统的尝试，其中车辆底盘安装在斯图尔特平台上方的旋转板上。然而，该装置在垂直方向上不紧凑，可能需要更大的安装空间，且致动器的长度和性质阻碍了精确控制。在US2015/004567中公开的装置中，其意在比以前的运动发生器设计更紧凑，运动平台的旋转被限制为相对较小的垂摇度数。

本发明的目的是提供一种改进的运动发生器，以及包含这种运动发生器的改进的运动系统，其具有改进的垂摇特性。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种运动发生器，用于在表面上方以三个自由度使有效载荷运动，该运动发生器包括布置用于在表面上方在圆形导轨上旋转的可旋转平台，在表面上方从中心以射线方式延伸的至少三个线性导轨，每个线性导轨具有能够在其上运动的线性导轨托架，安装用于在邻近可旋转平台外围的每个线性导轨托架上旋转的外围导轨托架，以及多个致动器，其中至少一个致动器可以进行操作以在外围导轨托架和可旋转平台之间施加力，由此平台可以在表面上方旋转和/或平移。

这种3自由度(即，在X和Y方向上的运动以及垂摇)运动发生器可能是有利的，特别是在车辆驾驶和飞行模拟应用中，因为它可能能够使平台旋转360°或更多。运动发生器可以为进一步有利的，因为它可以具有良好的偏移水平，即可以使平台相对于表面在水平方向上移动(即平移)一米或更多。这种高水平的平台旋转和偏移的组合在用于车辆驾驶模拟应用的运动发生器中非常有利。此外，本发明的运动发生器可以有利地在高度上紧凑。

线性导轨通常可以安装在表面上，而圆形导轨可以安装在可旋转平台上。线性导轨托架可以通过致动器被驱动在线性导轨上运动，以便使线性导轨托架沿着线性导轨平移。这些致动器中的至少一个可以包括直线电机，因为它们允许高水平的运动控制，尽管本领域技术人员将理解可以使用其他致动器。优选地，每个致动器包括直线电机。

外围导轨托架可以布置为至少部分地在平台下方。外围导轨托架的至少一部分可以围绕平台的外边缘延伸。外围导轨托架安装为用于外围导轨托架上的旋转并且可以例如枢转地安装在其上。在一个实施例中，外围导轨托架和可旋转平台其中之一包括至少一个直线电机线圈，与外围导轨托架和可旋转平台中的另一个上的相应直线电机磁道相互作用以使平台旋转。在优选的实施例中，外围导轨托架包括直线电机线圈，且可旋转平台包括或支撑对应的直线电机磁道。为了加强操作，所述直线电机磁道或每个直线电机磁道可以是弯曲的。所述直线电机线圈或每个直线电机线圈可以为相应地弯曲的。

在另一实施例中，用于使平台旋转和/或平移的至少一个致动器包括带驱动器。例如，合适的带驱动器可以为omega带驱动器。带可以为带齿的或平的，可以围绕平台的周边或在平台的周边处延伸。

在另一实施例中，用于使平台旋转的至少一个致动器包括齿轮，所述齿轮驱动在平台上的相应的带齿轮缘或与平台一起快速旋转以使平台旋转。轮缘可以布置在平台的外围处或围绕平台的外围布置。

在操作中，两个相邻的线性导轨托架沿其各自的线性导轨朝向中心的运动可以使可旋转平台在表面上方沿另一线性导轨的方向或在另一线性导轨的方向上(也就是说通常沿着线性导轨的纵向轴线)远离中心运动。相反地，两个相邻的线性导轨托架沿其各自的线性导轨远离中心的运动使可旋转平台在表面上方沿另一线性导轨的方向或在另一线性导轨的方向上朝向中心运动。

如上所述，可旋转平台可以旋转达到360°或超过360°，提供非常有用的垂摇水平，例如用于车辆驾驶模拟。在这一点上，运动发生器的有效载荷可以为车辆底盘或驾驶舱或其模型。在本发明的上下文中，主运动发生器的有效载荷通常大于80kg。主有效载荷可以包括人类用户、或车辆或车辆的全部或部分的模型。因此，有效载荷通常可以大于约80kg，或大于约250kg，或大于约500kg，或大于约2吨(例如为完全车辆底盘的形式)。

根据本发明的另一方面，提供一种运动系统，其包括根据本发明的运动发生器，以及设置为控制运动发生器的操作的控制系统。

根据本发明的另一方面，提供一种组合，其包括根据本发明的第一(或主)运动发生器或运动系统以及包括用于支撑有效载荷的第二运动发生器平台的第二(或次级)运动发生器，所述次级运动发生器安装在第一运动发生器或运动系统的可旋转平台上。次级运动发生器可以为3、4、5或6自由度运动发生器。这种组合是有利的，因为主运动发生器以高精度提供显著的偏移水平，而次级运动发生器以附加的或所有的自由度为次级的有效载荷提供运动。

根据本发明的另一方面，提供一种车辆驾驶模拟器，其包括根据本发明的运动发生器或根据本发明的运动系统，或根据本发明的运动发生器的组合，诸如底盘等车辆主体元件，或者实际上是整个主体，并且包括选自视觉投影或显示装置的至少一个环境模拟装置，以及音频装置。优选地，投影仪和/或显示装置完全围绕可旋转平台延伸。在一个实施例中，投影和/或显示装置安装在可旋转平台上或周围。当投影和/或显示装置安装在可旋转平台上时，它可以随平台运动。

根据本发明的另一方面，提供一种产生根据本发明的运动发生器的方法，该方法包括提供可旋转平台，该可旋转平台可布置成用于在操作表面上方在圆形导轨上旋转，布置在表面上方从中心以射线方式延伸的至少三个线性导轨，为每个线性导轨提供能够在其上运动的线性导轨托架，在平台的外围处或围绕平台的外围在每个线性导轨托架上安装用于枢转运动的外围导轨托架，以及提供多个致动器，由此，在使用中，可以对每个致动器进行操作以在圆形导轨上的外围导轨托架和可旋转平台之间施加力。

附图说明

现在将通过仅示例的方式参考说明书附图图1至24对根据本发明的运动发生器、运动系统和车辆驾驶模拟器进行描述，其中：

图1为根据本发明的运动发生器一侧的俯视透视图；

图2为示出图1的运动发生器的一部分的详细视图；

图3为图1的运动发生器另一部分的垂直剖视图；

图4为根据本发明的运动发生器在标称或正常状态下的示意性透视图；

图5为图4的运动发生器在向后纵荡配置状态下的示意性透视图；

图6为图4的运动发生器在向前纵荡状态下的示意性透视图；

图7为图4的运动发生器在向右横荡状态下的示意性透视图；

图8为图4的运动发生器在向左横荡状态下的示意性透视图；

图9为图4的运动发生器在逆时针(从上方观察)垂摇状态下的示意性透视图；

图10为图4的运动发生器在顺时针垂摇状态下从上方观察的示意性透视图；

图11为图4的运动发生器在垂摇极限状态下的示意性透视图；

图12为图4的运动发生器在向后纵荡和向右横荡组合状态下的示意性透视图；

图13为图4的运动发生器在向后纵荡和逆时针垂摇组合状态下的示意性透视图；

图14为根据本发明不同实施例的运动发生器的示意性透视图；

图15为图14的运动发生器的一部分的详细视图；

图16为根据本发明的图14的运动发生器的平面图；

图17为根据本发明的另一运动发生器一侧的俯视透视图；

图18为图17的运动发生器一侧的仰视透视图；

图19为图17的运动发生器在向前纵荡状态下的平面视图；

图20为图17的运动发生器在向右横荡状态下的平面视图；

图21为图17的运动发生器其中底盘在右横荡和右垂摇状态下的平面视图；

图22为图17的运动发生器其中底盘在左横荡和垂摇极限状态下的平面视图；

图23为与根据本发明的运动发生器一起使用的控制系统的示意图；以及

图24为根据本发明的车辆驾驶模拟器的示意图。

具体实施方式

运动发生器

图1-3示出了根据本发明的运动发生器10。运动发生器10包括可旋转的圆形平台12，其布置成在表面13(在图3中标识)上方旋转。运动发生器10还包括三个致动器组件1、2和3，从中心沿射线方向延伸。致动器组件1、2、3各自包括分别为直线电机101、201和301形式的线性导轨致动器。此外，致动器组件1、2、3各自包括线性导轨托架102、202和302，分别在相关联的从中心沿射线方向延伸的线性导轨103、203和303上由直线电机101、201和301驱动。本领域技术人员将理解，在本发明的上下文中，“中心”不是指精确的中心点，线性导轨可以偏离中心点。因此，术语“中心”在比例如术语“点”更普遍的意义上使用。外围导轨托架(104、204和304)安装在相关联的线性导轨托架102、202和302之一上。外围导轨托架104、204和304可枢转地安装在相应的线性导轨托架102、202和302上并支撑可旋转平台12的周边。如图3中更详细地示出的，外围导轨托架103支撑可旋转平台12的周边。导轨14和16围绕可旋转平台12的上下表面的周边设置。圆形导轨14、16被布置成分别在外围导轨托架台车18、20内行进。如图3所示，外围导轨托架103通过球面轴承22安装在线性托架台车102上以进行枢转运动，而线性托架台车102又安装在线性导轨103上以进行滑动运动且由直线电机101驱动。外围导轨托架还支撑弯曲的圆形线性线圈24。对应形状的圆形直线电机磁道26围绕可旋转平台12的周边布置。在控制系统(例如，如上文关于图23所述)的控制下使用时，包括线圈24和磁道26的直线电机沿选定的旋转方向在可旋转平台12上施加切向力。虽然以上仅详细描述了外围导轨托架104，但其他致动器组件2和3、直线电机201和301、线性导轨托架202、302和外围导轨托架204、304也类似地布置，使得由外围导轨托架104、204和304提供的直线电机可以一起操作，以高精度地使平台12旋转到围绕垂直轴线的不同旋转位置。平台12可以围绕垂直轴线旋转达到或超过360°。为了有利于旋转超过360°，可以使用特殊的电气连接。例如，一个或多个滑环可用于维持致动器和控制系统之间的电气连续性。另外地或替代地，线性导轨托架102、202和302可以由对应的直线电机101、201和301沿着对应的线性导轨103、203和303移动，以将可旋转平台12平移到沿平行于表面13的一平面的不同的水平位置。上述运动发生器10展示了良好的偏移水平，这在例如车辆驾驶模拟中是有用的。例如，平台12可以从中心沿任何水平方向移动2米。

根据本发明的运动发生器的线性导轨托架和外围导轨托架的运动在下面进行更详细的描述。

运动发生器

根据本发明的另一实施例的运动发生器400如图14、15和16所示。在该实施例中，图1-13实施例的弯曲直线电机被omega带驱动器替代，omega带驱动器接合围绕可旋转平台布置的外围齿形带。例如由博世力士乐公司生产的合适的omega带驱动器，并且可能比直线电机更经济。更详细地，运动发生器400包括支撑底盘430的可旋转平台412。可旋转平台412被相关联的线性导轨托架41LGC、42LGC、43LGC和44LGC上的外围导轨托架41PGC、42PGG、43PGC和44PGC支撑在表面413上方以围绕垂直轴线旋转，所述线性导轨托架41LGC、42LGC、43LGC和44LGC布置成沿着相关联的线性导轨41LG、42LG、43LG和44LG由直线电机(未示出)驱动而运动。外围导轨托架41PGC、42PGG、43PGC和44PGC支撑omega带驱动器41BD、42BD、43BD和44BD，其接合设置在可旋转平台412的外围周围的齿形带414并且可以被驱动以使平台412沿任一方向旋转。omega带驱动器41BD、42BD、43BD和44BD以及齿形带414在图15中更详细地示出。致动器(omega带驱动器，和直线电机)在控制系统(例如如关于图23所述)的控制下操作。可旋转平台412可以以高精度旋转通过许多方位，包括极限垂摇角(即，360°或更大)。此外，可旋转平台412可以通过相邻的线性导轨托架41LGC、42LGC、43LGC和44LGC的协调操作在表面413上方水平移动(平移)以推动可旋转平台。例如，图16示出运动发生器400处于左横荡和100度左垂摇的组合状态。该实施例的特征还在于对于其尺寸的运动发生器来说良好的偏移水平。具体地，运动部分(即，平台412)可以具有3米的直径，但是它可以在任何水平方向上运动超过1米。应当理解，外围齿形带414可以采用由合适的驱动器驱动的平带替代。

运动发生器

在根据本发明的运动发生器的另一实施例中，关于图14-17中描述的运动发生器所描述的omega带驱动致动器由旋转致动器替代，每个旋转致动器驱动与围绕平台周边布置的带齿轮缘啮合的齿轮。该实施例具有与图14-17实施例相似的优点。

运动发生器的组合

组合包括主运动发生器600(其为根据本发明的运动发生器)与另一运动发生器串联，形成图17-22中所示的组合。安装在表面60上方的运动发生器600包括可旋转平台602，具有四个致动器组件604、606、608和610，每个致动器组件从中心6与相邻的致动器组件以直角向外延伸。每个致动器组件包括：各自的线性导轨604LG、606LG、608LG和610LG；各自的可驱动的线性导轨托架604GC、606GC、608GC和610GC，布置为用于沿相关联的线性导轨的运动；各自的直线电机604LM、606LM、608LM和610LM。平台布置为用于绕垂直轴线的旋转，由直线电机604LM、606LM、608LM和610LM的上表面上的滚子支撑，滚子与平台底部的圆形轨道的轨道612、614接合。与本发明的其他运动发生器一样，平台602可以围绕垂直轴线旋转超过360°。例如，一个或多个滑环可用于维持致动器和控制系统之间的电气连续性。圆形磁道615也布置在平台602的底部，在轨道612、614之间。底盘616在支柱618、619、620(被遮挡)621、622和623上支撑在平台602上方。支柱由安装在运动发生器600的平台602上的另一运动发生器630(未详细示出或描述)作为次级运动发生器)提供，并为底盘616提供6个自由度的运动。

在使用中，平台602在与磁道615相互作用的控制系统(例如关于图23所描述的)的控制下，通过其中一些或全部直线电机604LM、606LM、608LM和610LM的操作，分别围绕垂直轴线以高精度旋转。通过线性导轨托架604GC、606GC、608GC和610GC沿它们各自的线性导轨的运动，平台也可以在X和Y方向上(还是以高精度)从图17或18所示的中性或标称状态运动。例如，图19示出平台602处于向前纵荡状态。图20示出平台602处于右横荡状态。

上述运动发生器600展示了良好的偏移水平，这在例如车辆驾驶模拟中是有用的。例如，平台602可以从中心沿任何水平方向移动2米。此外，次级运动平台提供额外的运动。应当注意，以上仅描述了有限数量的状态。本领域技术人员将理解，主运动发生器600和次级运动发生器630可以独立操作或组合操作，以使底盘616运动到诸如上文和下文描述的那些状态，包括但不排他地为向后纵荡、右横荡、下垂荡、左侧向下横摇、机鼻向上纵摇和机鼻向右垂摇。例如，图21示出平台602处于右纵荡和右垂摇的组合状态。此外，本领域技术人员还将理解，主运动发生器600和次级运动发生器630可以被操作以使底盘616运动到这些状态的多个组合中。

控制系统

图23示出了根据本发明的用于控制运动发生器的操作的控制系统701。关于图23，运动发生器为702，但是控制系统701适用于本文描述的其他运动发生器、运动系统和运动模拟器。控制系统701包括执行计算机程序的运动控制器704，优选地以确定性或实时方式执行计算机程序，且其从诸如模拟环境703或设定点发生器706等需求发生器获取运动需求输入705。运动控制器计算在每个致动器709处需要产生的位置、加速度和/或力707，以便生成所需的运动轮廓705。控制系统701还包括伺服驱动器708，其提供精确控制的电流710以驱动致动器709。在操作中，运动控制器向每个伺服驱动器708发送所需的位置或力707。致动器709具有运动测量装置711，例如编码器，其向运动控制器提供运动反馈712，可选地通过伺服驱动器。运动控制器将所需运动轮廓705与测量的运动轮廓712进行比较，并相应地更新致动器需求707。图23还示出了具有诸如驾驶模拟等模拟环境703的控制系统，在驾驶模拟中计算了模拟车辆及其环境(诸如赛道或城市道路等)的物理特性。在该实施例中，控制系统701从模拟环境703接收运动需求，代表虚拟车辆的运动。计算机程序确定车辆在虚拟世界714中的运动，然后应用体感模拟算法(motion cueing algorithm)713(MCA，也称为washout滤波器)将模拟的车辆运动转换为可由运动发生器表示的运动。然后将这些计算出的运动提供给控制系统作为运动需求705。MCA 713可以是模拟环境703或控制系统701的一部分或与两者分开。模拟环境703可以从控制装置718接收输入信号715，诸如转向、油门或制动输入等，操作者，即诸如驾驶员、乘客或飞行员等人类用户使用这些输入信号715来控制模拟环境中的虚拟车辆。操作者可能是运动发生器702上的乘客。这些输入715可以通过控制系统或直接传回模拟环境。模拟环境还可能为驾驶员、乘客或其他用户或操作者在视觉显示器717上产生输出。模拟环境还可能需要来自控制系统的附加数据718，诸如与运动发生器的位置相关的，或者控制装置输入信号。

操作运动发生器/运动系统的方法

上述运动发生器可以与控制系统(例如，如关于图23所述的)组合以产生运动系统。运动发生器可以由控制系统控制以运动至图4-11中的示例所示的状态。在图4至11所示的运动系统布置中，赛车车辆底盘30安装在根据本发明的运动发生器10的可旋转平台12上。运动发生器可以为根据本发明的任何运动发生器，或根据本发明的运动发生器的组合的全部或部分。

标称

在图4中，运动发生器平台12显示为处于标称或中性状态，底盘指向X方向。在这种状态下，每个线性导轨托架102、202、302和相关联的外围导轨托架104、204、304的运动以及可旋转平台12的方向如下：

向后纵荡

在图5中，运动发生器平台显示为处于向后纵荡状态。在这种状态下，每个线性导轨托架102、202、302和相关联的外围导轨托架104、204、304的运动以及可旋转平台12的方位如下：

向前纵荡

在图6中，运动发生器平台显示为处于向前纵荡状态。在这种状态下，每个线性导轨托架102、202、302和相关联的外围导轨托架104、304、304的运动以及可旋转平台12的方位如下：

向右横荡

在图7中，运动发生器平台显示为处于向右横荡状态。在这种状态下，每个线性导轨托架102、202、302和相关联的外围导轨托架104、204、304的运动以及可旋转平台12的方位如下：

向左横荡

在图8中，运动发生器平台显示为处于向左横荡状态。在这种状态下，每个线性导轨托架102、202、302和相关联的外围导轨托架104、204、304的运动以及可旋转平台12的方位如下：

逆时针垂摇

在图9中，运动发生器平台显示为处于逆时针(或向左——从上方观察)垂摇状态。在这种状态下，每个线性导向滑架102、202、302和相关联的外围导向滑架104、204、304的运动以及可旋转的平台12的方位如下：

顺时针垂摇

在图10中，运动发生器平台显示为处于顺时针(或向右——从上方观察)垂摇状态。在这种状态下，每个线性导轨托架102、202、302和相关联的外围导轨托架104、204、304的运动以及可旋转平台12的方位如下：

极限垂摇

在图11中，与图9或10所示的状态相比，运动发生器平台12显示为顺时针或逆时针(从上方观察)更极限的垂摇状态。如上所述，运动的运动发生器平台12可以旋转超过360度以使运动发生器的有效载荷——底盘30——运动到不同的方位。平台旋转的精确控制、有效载荷的高垂摇水平以及其在X和Y方向上的位移是本发明的有利特征。

车辆驾驶模拟器

根据本发明的车辆驾驶模拟器50在图24中示出。驾驶模拟器50包括运动系统52，该运动系统52包括在投影系统56前面安装在表面54上的根据本发明的运动发生器53(例如，如上文关于图1至11或关于图17至22所描述的)。运动发生器53受控制系统57的控制。驾驶环境的图像可以向在底盘58中的用户显示。音频系统59向用户提供复制驾驶环境声音的声音。围绕运动系统52的外围延伸360度的环绕投影系统也被设想为利用由运动发生器53的设计产生的本发明的运动系统52的极限垂摇性能来获得更沉浸式的体验。投影和/或显示装置可以安装在可旋转平台周围，优选地用于与平台关联的运动。驾驶模拟器50的运动发生器53在控制系统57的命令下运行，通常如上所述。本领域技术人员将理解，在车辆驾驶模拟器50中使用的运动系统52在垂直方向上特别紧凑。与其他需要坡道/桥梁供用户进入/离开驾驶模拟器的运动系统相比，这更好地复制了被模拟车辆的高度。用户可以穿过线性导轨中的两个之间的建筑表面孔进入模拟器。

产生运动发生器的方法

根据本发明的运动发生器、运动系统和车辆驾驶模拟器可以通过传统的构造和制造方法来产生。在它们的生产中经常会使用现成的部件。

虽然本发明已特别地针对运动发生器在车辆运动模拟应用中的使用进行了描述，但本领域技术人员将理解，本发明的运动发生器和运动系统将找到其他应用，例如飞行器模拟，且特别是模拟旋翼飞行器。本领域技术人员还将理解，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对上述实施例进行多种修改和改变，这些仅作为示例给出。

Claims (26)

1.一种运动发生器，用于使有效载荷在表面上方以三个自由度运动，所述运动发生器包括布置为用于在表面上方在圆形导轨上旋转的可旋转平台，在表面上方从中心以射线方式延伸的至少三个线性导轨，每个线性导轨具有能够在其上运动的线性导轨托架、围绕可旋转平台的外围在每个线性导轨托架上安装的用于旋转的外围导轨托架，以及多个致动器，由此可以对至少一个致动器进行操作以在外围导轨托架和可旋转平台之间施加力以使平台旋转，且其中可旋转平台也可以通过至少一个致动器的操作而在表面上方平移。

2.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，所述可旋转平台可以同时旋转和平移。

3.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，所述线性导轨安装在所述表面上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，所述圆形导轨在所述可旋转平台上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，所述线性导轨托架能够被致动器驱动以在所述线性导轨上运动。

6.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，所述致动器中的至少一个包括直线电机。

7.根据前一权利要求所述的运动发生器，其中，所有致动器包括直线电机。

8.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，外围导轨托架和可旋转平台其中之一包括至少一个直线电机线圈，与外围导轨托架和可旋转平台中的另一个上的相应直线电机磁道相互作用以使平台旋转。

9.根据前一权利要求所述的运动发生器，其中，外围导轨托架包括直线电机线圈，且可旋转平台包括对应的直线电机磁道。

10.根据前一权利要求所述的运动发生器，其中，所述直线电机磁道或每个直线电机磁道为弯曲的。

11.根据前一权利要求所述的运动发生器，其中，所述直线电机线圈或每个直线电机线圈为弯曲的。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的运动发生器，其中，至少一个致动器包括带驱动器。

13.根据前一权利要求所述的运动发生器，其中，所述至少一个致动器为可操作的以使所述可旋转平台旋转。

14.根据前一权利要求所述的运动发生器，其中，致动器包括的带驱动器为omega带驱动器。

15.根据权利要求1至6中任一项所述的运动发生器，其中，至少一个致动器包括齿轮，所述齿轮能够驱动所述平台上的对应的带齿轮缘以使所述平台旋转。

16.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，两个相邻的线性导轨托架沿其各自的线性导轨朝向所述中心的运动使所述可旋转平台在所述表面上方远离所述中心运动。

17.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，两个相邻的线性导轨托架沿其各自的线性导轨远离所述中心的运动使所述可旋转平台在所述表面上方朝向所述中心运动。

18.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，所述可旋转平台能够旋转达到或大于360度。

19.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，所述有效载荷为车辆底盘或驾驶舱或其模型。

20.一种运动系统，包括根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器和设置为控制所述运动发生器的操作的控制系统。

21.一种组合，包括根据权利要求1至19中任一项所述的第一运动发生器或根据权利要求20所述的运动系统作为主运动发生器/运动系统和在所述第一运动发生器的可旋转平台上的次级运动发生器。

22.根据前一权利要求所述的组合，其中，所述次级运动发生器为3、4、5或6自由度运动发生器。

23.一种车辆驾驶模拟器，包括根据权利要求1至19中任一项所述的运动发生器或根据权利要求20所述的运动系统或根据权利要求21或22所述的组合，且包括选自视觉投影或显示装置的至少一个环境模拟装置，以及音频装置。

24.根据前一权利要求所述的车辆驾驶模拟器，其中，所述投影或显示装置完全围绕所述可旋转平台延伸。

25.据权利要求23或24所述的车辆驾驶模拟器，其中，所述投影和/或显示装置围绕所述可旋转平台安装，优选地用于与所述平台关联的运动。

26.一种产生根据权利要求1至19中任一项所述的运动发生器的方法，所述方法包括设置：布置用于在表面上方在圆形导轨上旋转的可旋转平台，布置至少三个线性导轨以在所述表面上方以射线方式从一公共点延伸，为每个线性导轨提供能够在其上运动的线性导轨托架，围绕平台外围枢转地安装在每个线性导轨托架上的外围导轨托架，以及多个致动器，由此，在使用中，可以对每个致动器进行操作以在圆形导轨上的外围导轨托架和可旋转平台之间施加力。

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