CN201845454U

CN201845454U - 六自由度运动模拟器

Info

Publication number: CN201845454U
Application number: CN2011200495398U
Authority: CN
Inventors: 范燕
Original assignee: BEIJING SEASTARS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING SEASTARS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2021-02-28

Abstract

本实用新型涉及一种六自由度运动模拟器，由座舱系统、运动仿真系统、视景仿真系统与六自由度运动平台系统构成，座舱系统包括操纵组件与显示组件，操纵组件与运动仿真系统相连接，运动仿真系统与视景仿真系统相连接，并且分别与显示组件相连接，运动仿真系统还与六自由度运动平台系统相连接。本实用新型以六自由度运动控制技术为基础，结合真实的运动操作组件、视景仿真，形成一个由操作、运动姿态、视觉、听觉完全融合的模拟系统。

Description

六自由度运动模拟器

技术领域

本实用新型涉及运动模拟器，尤其是用于驾驶员使用的一种六自由度运动模拟器。

背景技术

运动模拟器能在有人驾驶的模拟器之中用来给驾驶员提供运动感觉的模拟系统。它是模拟器中重要的模拟系统之一。

目前，国内运动模拟器一般有三种构成方式：运动空间姿态模拟、视景仿真模拟以及运动姿态与视景仿真融合模拟。运动空间姿态模拟多采用并联Stewart六自由度运动平台能够作绕空间坐标俯仰、横滚、偏航角运动和升降、横移、纵移直线运动。平台有六套独立的伺服系统，通过协调六个作动器的运动，来实现其六个自由度的运动，从而达到运动感觉模拟。视景仿真模拟则是由计算机技术为核心生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生“沉浸”于等同真实运动环境视觉模拟；运动姿态与视景仿真融合模拟是将运动平台和视景仿真技术结构，进行有效结合，增强了模拟器的真实感，弥补了单一的运动模拟和视景仿真模拟的不足。

国内运动姿态与视景仿真融合模拟器一般都是预先编排好的运动视景画面音效组成模拟器运动环境短片，并配以与相当的运动空间姿态变换，使人能产生真实运动的感觉。但是，随着对运动模拟器真实感要求越来越高，单一编排内容的视景动感模拟已经不能满足当前需求。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种以六自由度运动控制技术为基础，结合真实的运动操作组件、视景仿真与音效仿真技术，通过实时运动控制解算、信号传输处理形成一个由操作、运动姿态、视觉、听觉完全融合的六自由度运动模拟器。

为实现上述目的，本实用新型提供一种六自由度运动模拟器，由座舱系统、运动仿真系统、视景仿真系统与六自由度运动平台系统构成，所述座舱系统包括操纵组件与显示组件，所述操纵组件与所述运动仿真系统相连接，所述运动仿真系统还与所述视景仿真系统和所述六自由度运动平台系统相连接，所述运动仿真系统和视景仿真系统还均与所述显示组件相连接。

所述视景仿真系统由工控机以及分别与所述工控机相连接的网卡、显卡以及声卡构成，所述网卡、所述显卡以及所述声卡均是通过PCI总线与所述工控机相连接。

所述运动仿真系统由工控机以及分别与所述工控机相连接的网卡、数据采集卡、运动控制卡以及显卡构成，所述网卡、所述数据采集卡、所述运动控制卡以及所述显卡均是通过PCI总线与所述工控机相连接。

所述六自由度运动平台系统由伺服驱动器以及与所述伺服驱动器相连接的电动缸组件构成，所述电动缸组件由滚珠丝杆以及分别与所述滚珠丝杆相连接的伺服电机、限位/回零传感器以及线性位移传感器构成。

所述伺服驱动器与所述伺服电机相连接。

所述显示组件由座舱视角显示装置与雷达位置显示装置构成，所述座舱视角显示装置与所述视景仿真系统中所述显卡相连接，所述雷达位置显示装置与所述运动仿真系统中的所述显卡相连接。

在所述座舱系统中还设有音响与座舱，所述音响与所述视景仿真系统中的所述声卡相连接。

所述操纵组件与所述运动仿真系统中的所述数据采集卡相连接。

所述运动仿真系统中的所述运动控制卡与所述六自由度运动平台中的伺服驱动器相连接。

还包括配电及信号变送系统，配电及信号变送系统包括与所述六自由度运动平台系统中的伺服驱动器连接的驱动器供电装置、与所述限位/回零传感器连接的限位传感器供电装置、与所述线性位移传感器连接的位移传感器激励/供电装置，以及位移传感器信号变送装置；所述位移传感器信号变送装置连接于所述位移传感器激励/供电装置以及所述运动仿真系统中的数据采集卡，所述限位传感器供电装置也连接所述运动仿真系统中的数据采集卡。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供的六自由度运动模拟器，由座舱系统、运动仿真系统、视景仿真系统与六自由度运动平台系统构成，座舱系统由操纵组件与显示组件构成，操纵组件与运动仿真系统相连接，运动仿真系统与视景仿真系统相连接，并且分别与显示组件相连接，运动仿真系统还与六自由度运动平台系统相连接。本实用新型以六自由度运动控制技术为基础，结合真实的运动操作组件、视景仿真与音效仿真技术，通过实时运动控制解算、信号传输处理形成一个由操作、运动姿态、视觉、听觉完全融合的模拟系统。

附图说明

图1 为本实用新型的原理结构框图；

图2 为本实用新型的实施例结构图。

主要元件符号说明如下：

1 座舱系统 10 操纵组件 11 显示组件

2 运动仿真系统 3 视景仿真系统 4 六自由度运动平台系统

具体实施方式

为了更清楚的表述本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

如图1所示，本实用新型提供一种六自由度运动模拟器，由座舱系统1、运动仿真系统2、视景仿真系统3与六自由度运动平台系统4构成。其中，座舱系统1包括操纵组件10与显示组件11，操纵组件10与运动仿真系统2相连接，运动仿真系统2与视景仿真系统3相连接，运动仿真系统2与视景仿真系统3还均与显示组件11相连接，运动仿真系统2还与六自由度运动平台系统4相连接。

如图2所示，运动仿真系统由工控机以及分别与工控机相连接的网卡、数据采集卡、运动控制卡以及显卡构成，网卡、数据采集卡、运动控制卡以及显卡均是通过PCI总线与工控机相连接。操纵组件与运动仿真系统中的数据采集卡相连接。

视景仿真系统由工控机以及分别与工控机相连接的网卡、显卡以及声卡构成，网卡、显卡以及声卡均是通过PCI总线与工控机相连接。运动仿真系统中的网卡与视景仿真系统中的网卡相连接。

六自由度运动平台系统由伺服驱动器以及与伺服驱动器相连接的电动缸组件构成，电动缸组件由滚珠丝杆以及分别与滚珠丝杆相连接的伺服电机、限位/回零传感器以及线性位移传感器构成，伺服驱动器与伺服电机相连接。运动仿真系统中的运动控制卡与六自由度运动平台中的伺服驱动器相连接。

在座舱系统中还设有音响与座舱，音响与视景仿真系统中的声卡相连接。

显示组件由座舱视角显示装置与雷达位置显示装置构成，座舱视角显示装置与视景仿真系统中显卡相连接，雷达位置显示装置与运动仿真系统中的显卡相连接。

六自由度运动平台系统以及运动仿真系统分别与配电及信号变送系统相连接。配电及信号变送系统由驱动器供电装置、限位传感器供电装置、位移传感器激励/供电装置与位移传感器信号变送装置构成。位移传感器激励/供电装置与位移传感器信号变送装置相连接，驱动器供电装置与伺服驱动器相连接，限位传感器供电装置与限位/回零传感器相连接，位移传感器激励/供电装置与线性位移传感器以及位移传感器信号变送装置相连接，位移传感器信号变送装置与运动仿真系统中的数据采集卡相连接。

六自由度运动模拟器以运动控制及视景仿真系统为核心，通过接口与座舱系统、六自由度运动平台系统组成视景及听觉仿真、运动仿真、操纵手感仿真的的一套六自由度运动模拟器。

运动仿真系统通过数据采集卡对驾驶员的通过控制操纵组件产生的操纵信息（操纵手柄、油门、脚舵以及其他各种控制开关信号）进行实时采集，然后根据采集结果实时计算出平台姿态、位置和速度信息，并解算出六自由运动平台每个电动缸组件中活塞杆的期望长度，作为各个电动缸位置伺服驱动器的控制指令信号。各电动缸的伺服电机根据控制指令运行，共同作用使得六自由度运动平台产生俯仰、横滚、偏航等旋转运动和升降、横移、纵移等直线运动，从而实现状态动感模拟。视景仿真系统则根据采集的模拟器状态信息制作出座舱内的视角视景图形并进行图像（包括地景、天气、天空、景观等）显示、产生声音效果，实现了视觉、听觉、动感的有效融合，达到全方位模拟效果。

座舱系统由各操纵组件和显示组件共同构成驾驶员体验环境，通过操纵游戏手柄调整六自由度平台的空间姿态，模拟器的外部运动环境模拟则在座舱内显示组件中的主显示器来显示，还有各种仪表壳显示当前各种运动状态参数：航向、经度、纬度、速度、海拔高度等。

六自由度运动平台系统由运动平台和电动缸组件、伺服驱动器组成。伺服驱动器接受运动控制卡传送的控制信号，并将其编码转换成伺服电机的驱动脉冲信号，来控制电动缸中电机运动。电动缸通过铰链以并联的方式将上运动台面和下台基连接起来，与运动平台成为一个整体，当电动缸运动时，通过机械传动，从而带动整个运动平台的协调运动。

六自由度运动模拟器主要功能要求如下：

1、支持标准操纵组件；

2、具有对通用模拟器各种空间运动姿态模拟功能；

3、具有对模拟器运动速度等级设置调整功能；

4、具有对通用模拟器的外部环境进行动态模拟的功能；

5、具有对通用模拟器仪表显示、各种控制按键或组件仿真功能；

6、具有对模拟器系统实时超限、超差监控功能；

7、具有对模拟器紧急故障安全保护措施。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种六自由度运动模拟器，其特征在于，由座舱系统、运动仿真系统、视景仿真系统与六自由度运动平台系统构成，所述座舱系统包括操纵组件与显示组件，所述操纵组件与所述运动仿真系统相连接，所述运动仿真系统还与所述视景仿真系统和所述六自由度运动平台系统相连接，所述运动仿真系统和视景仿真系统还均与所述显示组件相连接。

2. 如权利要求1所述的一种六自由度运动模拟器，其特征在于，所述视景仿真系统由工控机以及分别与所述工控机相连接的网卡、显卡以及声卡构成，所述网卡、所述显卡以及所述声卡均是通过PCI总线与所述工控机相连接。

3. 如权利要求2所述的一种六自由度运动模拟器，其特征在于，所述运动仿真系统由工控机以及分别与所述工控机相连接的网卡、数据采集卡、运动控制卡以及显卡构成，所述网卡、所述数据采集卡、所述运动控制卡以及所述显卡均是通过PCI总线与所述工控机相连接。

4.如权利要求3所述的一种六自由度运动模拟器，其特征在于，所述六自由度运动平台系统由伺服驱动器以及与所述伺服驱动器相连接的电动缸组件构成，所述电动缸组件由滚珠丝杆以及分别与所述滚珠丝杆相连接的伺服电机、限位/回零传感器以及线性位移传感器构成。

5.如权利要求4所述的一种六自由度运动模拟器，其特征在于，所述伺服驱动器与所述伺服电机相连接。

6.如权利要求3所述的一种六自由度运动模拟器，其特征在于，所述显示组件由座舱视角显示装置与雷达位置显示装置构成，所述座舱视角显示装置与所述视景仿真系统中所述显卡相连接，所述雷达位置显示装置与所述运动仿真系统中的所述显卡相连接。

7.如权利要求2至6中之一所述的一种六自由度运动模拟器，其特征在于，在所述座舱系统中还设有音响与座舱，所述音响与所述视景仿真系统中的所述声卡相连接。

8.如权利要求3所述的一种六自由度运动模拟器，其特征在于，所述操纵组件与所述运动仿真系统中的所述数据采集卡相连接。

9.如权利要求4所述的一种六自由度运动模拟器，其特征在于，所述运动仿真系统中的所述运动控制卡与所述六自由度运动平台中的伺服驱动器相连接。

10.如权利要求4所述的一种六自由度运动模拟器，其特征在于，还包括配电及信号变送系统，配电及信号变送系统包括与所述六自由度运动平台系统中的伺服驱动器连接的驱动器供电装置、与所述限位/回零传感器连接的限位传感器供电装置、与所述线性位移传感器连接的位移传感器激励/供电装置，以及位移传感器信号变送装置；所述位移传感器信号变送装置连接于所述位移传感器激励/供电装置以及所述运动仿真系统中的数据采集卡，所述限位传感器供电装置也连接所述运动仿真系统中的数据采集卡。