CN200953191Y

CN200953191Y - 并联6自由度驾驶模拟器

Info

Publication number: CN200953191Y
Application number: CN 200620029415
Authority: CN
Inventors: 赵丁选
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2006-09-30
Filing date: 2006-09-30
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2016-09-30

Abstract

本实用新型涉及一种6自由度驾驶模拟器，特别是用于各种交通工具的驾驶模拟以及虚拟现实、娱乐业、地震模拟等领域。它包括并联6自由度平台、座舱、控制操纵系统、图像显示系统、液压系统，其特征在于所述的6自由度运动平台的作动器上端铰点支在座舱(1)的腰部。本实用新型可有效的解决现有技术中存在的座舱位置高，转动惯量大，对建筑物高度要求高；座舱位于作动器之上，易发生作动器折断后插入座舱的危险等问题。

Description

并联6自由度驾驶模拟器

技术领域

本实用新型涉及一种6自由度驾驶模拟器，特别是用于各种交通工具的驾驶模拟以及虚拟现实、娱乐业、地震模拟等领域。

背景技术

目前的6自由度驾驶模拟器，包括并联6自由度平台、座舱、控制操纵系统、图像显示系统、液压系统等。现有驾驶模拟器的座舱装于并联6自由度平台上铰支点的上方，这样的结构存在如下几个缺点：①座舱绕铰接点的转动惯量较大，增大了作动器的负荷；②作动器及铰关节万一折断，作动器主体会从下方插入座舱，构成致命危险；③模拟器高度较高，需要安装在较高的建筑物内；④模拟驾驶舱重心较高，运动起来会造成驾驶员的恐惧感。

实用新型内容

本实用新型目的在于设计了一种重心低、转动惯量小、承载能力强、更为安全可靠的并联6自由度驾驶模拟器，从而较好地解决了上述问题。

本实用新型的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下：

本实用新型包括并联6自由度运动平台、座舱、控制操纵系统、图像显示系统、液压系统等，并联6自由度运动平台的作动器上端铰点支在座舱1的腰部。上平台框架与座舱形成一体。座舱的一部分沉入6自由度运动平台的各个支链的中央部位。

为了更充分地利用6自由度运动平台各个支链的中央部位空间，同时防止座舱与各个支链的运动干涉，座舱腰部外侧固联有悬臂1-1(或接耳)，6自由度运动平台的各作动器的上端铰支点支撑在悬臂(1-1)的外端。

作动器的上、下铰支点分别位于两个圆、椭圆上或两个三角形的角上。对于6自由度运动平台，其6个上部或下部的铰支点，两两分组，可以布置在一个圆上(均布的情况参见图4，非均布的情况参见图5)或椭圆上(参见图6)，也可以布置在一个等腰三角形的角上(参见图7)，最好是左右对称布置。对于汽车模拟器(或其他特殊用途模拟器)，因其对于侧向运动要求较低，因而可以采用底边较短的等腰三角形，这样，6自由度运动平台，可输出较大的前进(或后退)运动量，输出较小的侧向运动量。较好的方案是，其较短的底边边长是三角形的另二边长的0.6～1倍。这样既优化了系统性能，又不致使系统失稳。

座舱的后部设计有一个进出座舱的舱门，座舱的前面及侧面与后面装有可显示视频图像的平板电视机。

进出座舱的门，其布置方式可以有6种，例如设置在座舱(图1、2中的箭头所示方向为前方)的前、后、左右各个部位。甚至从上部或下部进入座舱也是可行的方案，但最佳方案是从后部进入。后部部件较少，借助于梯子，可以方便地进出座舱，为了方便后部设置舱门，并联6自由度运动平台可以这样布置：座舱的前部有一对紧邻的铰支点，即，与座舱相联的三组铰支点，前方布置一组，左后侧和右后侧各布置一组。进一步，平台的后部基座上的相邻铰支点也可以设计出较大的间距，这样进出座舱的通道将更加通畅(空间大)。

为使驾驶者的横向视场角大于180°，本实用新型根据实际驾驶室的玻璃窗位置在驾驶舱(座舱)的内部，前侧、左右侧布置了平板电视机。为更具真实感，平板电视机也可以置于窗子的外侧，平板电视机装在窗外的优点是，当驾驶者头部左右摆动时，视野也会随之变化，因而可以得到更为真实的感受。进一步地，为了增加后视效果，也可以在座舱的后部内侧与内部后视镜相对应的位置装有平板电视机。

本实用新型提供的6自由度驾驶模拟器，有效地利用了6自由度运动平台各个支链的中央的空间，因而具有下列优点：1.转动惯量小，作动器载荷降低。由于上铰支点支撑在座舱的腰部，座舱作基本转动时转动惯量成倍减小，作动器负荷随之大幅下降；2.更为安全。由于铰支点设在座舱腰部，作动器的轴线方向并不指向座舱，而是指向侧壁外侧，即使发生作动器折断事故，作动器也不会从下方插向座舱，因而不会危及操作者的人身安全，且由于高度大幅度降低，掉落地面时形成的损伤也会较小。3.降低了对建筑物高度的要求，减少了安装成本。这是模拟器整体高度大幅降低的缘故。4.由于高度减小，操作者的心理安全感会增加，或者说，舱内人员的恐惧感会大幅度降低。5.工作人员可以更方便地进出座舱，对辅助设备如梯子等要求也会较低。

附图说明

图1是新型结构的6自由度驾驶模拟器结构立体示意图

图2是新型结构的6自由度驾驶模拟器结构的俯视图

图3是新型结构的6自由度驾驶模拟器的控制原理图

图4是6自由度平台上或下铰支点平面布置方案一示意图

图5是6自由度平台上或下铰支点平面布置方案二示意图

图6是6自由度平台上或下铰支点平面布置方案三示意图

图7是6自由度平台上或下铰支点平面布置方案四示意图

图8是平板电视机布置方案示意图(俯视图)

图中：1.座舱，1-1.悬臂，1-2.玻璃，1-3.立柱，1-4.舱侧壁，1-5.舱后壁，2.舱门，3.座椅，4.1号作动器，5.2号作动器，6.3号作动器，7.4号作动器，8.5号作动器，9.6号作动器，10.左平板电视，11.12.前平板电视，13.右平板电视，14.后视平板电视机，14-1.后视镜，15.仪表盘，16.方向盘等驾驶操纵装置，17.计算机控制系统，18.伺服放大器，19.视频信号，20.操纵信号，21.运动平台控制信号，22.基座(下平台)。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例进一步说明本实用新型具体内容及其工作过程。

实施例图1～图3是一个并联6自由度运动模拟器。包括并联6自由度运动平台(上平台框架与座舱一体，下平台22与基座相连)、座舱1～3、液压系统4～9、图像显示系统(10～14)、操纵控制系统15～21。并联6自由度运动平台的上、下铰支点为万向节或球铰。6个作动器下部连接在基座上，上部通过一个悬臂1-1与座舱铰支在一起。参阅图2：悬臂1-1固联于座舱腰部外侧，并向外伸出，作动器的上铰支点连接在悬臂的外端。悬臂的使用，增加了6自由度各支链中央的空间，减少了座舱与各作动器的干涉。座舱的前侧腰部有两个铰支点，左后侧腰部有两个铰支点，右后侧腰部有两个铰支点。同时下平台铰支点之间的距离相距略大，这样进出舱门更为方便。

各个铰支点的几何布置。本例采用的方案是作动器的上部铰支点和下部铰支点均布置在一个圆周上。

本实施例的座舱玻璃窗处，其前部、左右侧均布置有平板电视机，反光镜显示在座舱前面的显示器上。

下面简述模拟器的工作情况。

图3是计算机控制6自由度驾驶模拟器的控制原理图。驾驶员操纵方向盘等驾驶操纵装置16，产生转向等操纵信号20，该信号被送入到计算机控制系统17，计算机内的程序通过解算车辆的动力学模型，计算出车辆运动过程中每一时刻的姿态及位置，并由此计算出驾驶舱内各屏幕上应该看到的图像，通过显卡将视频信号19传向各个屏幕，为驾驶员提供逼真的视觉效果；同时根据各时刻车辆的姿态信号计算出运动模拟器各作动器的伸长量，并通过伺服放大器18控制运动模拟器呈现出相应的姿态，为驾驶者提供驾驶时的动感。

Claims

1.一种并联6自由度驾驶模拟器，包括并联6自由度平台、座舱、控制操纵系统、图像显示系统、液压系统，其特征在于所述的6自由度运动平台的作动器上端铰点支在座舱(1)的腰部。

2.按权利要求1所述的并联6自由度驾驶模拟器，其特征在于在所述的各作动器的上端与座舱(1)的腰部之间加一悬臂(1-1)，各作动器的上端铰支点支撑在悬臂(1-1)的外端。

3.按权利要求1或2所述的并联6自由度驾驶模拟器，其特征在于作动器的上、下铰支点分别位于两个圆、椭圆上或两个三角形的角上。

4.按照权利要求3所述的并联6自由度驾驶模拟器，其特征在于座舱的后部设计有一个进出座舱的舱门，座舱的前面及侧面与后面装有可显示视频图像的平板电视机。