CN202102613U

CN202102613U - 一种运动病模拟与训练平台

Info

Publication number: CN202102613U
Application number: CN 201120195499
Authority: CN
Inventors: 姚钦; 贾宏博; 王致洁; 谢溯江; 毕红哲; 王颉; 秦志峰; 吴旻; 刘琳; 陈珊; 姜媛媛; 郑颖鹃
Original assignee: Institute of Aviation Medicine of Air Force of PLA
Current assignee: Institute of Aviation Medicine of Air Force of PLA
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2021-06-13

Abstract

一种运动病模拟与训练平台，包括机械系统和用于控制所述机械系统的控制系统，所述机械系统包括基座（1）和设置在所述基座（1）上的检测台，以及垂直运动单元、水平运动单元和旋转运动单元，所述垂直运动单元设置在所述基座（1）上，带动所述检测台做垂直往复运动；所述水平运动单元设置在所述基座（1）上，带动所述检测台做水平往复运动；所述旋转运动单元设置在所述基座（1）上，带动所述检测台围绕y轴做旋转运动。本实用新型的运动病模拟与训练平台能够模拟围绕y轴的旋转运动，能够满足实际运动病模拟鉴定训练需求。

Description

一种运动病模拟与训练平台

技术领域

本实用新型涉及模拟机械技术领域，具体地说是一种运动病模拟与训练平台。

背景技术

运动病模拟与训练平台是一种动态仿真模拟装置，主要用于飞行员模拟训练，以及运动病（如：由运动引起的头晕、恶心和呕吐等）的鉴定、科学研究和临床检查等。

目前，现有技术中有一种三自由度的运动平台，如中国专利文献CN 101339701A中公开的一种三自由度运动模拟平台，该平台主要由框架、连接框架的作动器和伺服控制系统组成,所说的框架包括下框架、中框架、上框架,下框架、中框架的中心位置通过一个万向节连接,下框架和中框架之间通过两个作动器连接,中框架和上框架之间通过中间作动器和两个直线导轨连接,三个作动器由伺服控制系统控制伸缩。

这种运动模拟平台具有俯仰、滚动和前后平移三种运动形式，假定被检测者面向x轴的正方向，那么其中俯仰运动为人体围绕z轴的旋转，滚动运动为人体以x轴为转轴的旋转。但是在实际的运动病模拟鉴定训练中，俯仰和滚动运动通常是通过被检测者左右、上下摆动头部来实现的，而无需利用运动模拟平台来模拟，而且在运动病模拟鉴定训练中，最为重要的是要检测被检测者处于围绕y轴的旋转运动状态时的身体机能情况，但是上述运动模拟平台却不能模拟围绕y轴的旋转运动，也不能模拟垂直直线运动和左右水平直线运动，因此上述运动模拟平台不能满足实际运动病模拟鉴定训练的需求。

实用新型内容

本实用新型的实用新型所要解决的技术问题在于现有技术中的运动模拟平台不能模拟围绕y轴的旋转运动，不能满足实际运动病模拟鉴定训练需求的技术问题，而提供一种能够模拟围绕y轴的旋转运动，能够满足实际运动病模拟鉴定训练需求的运动病模拟与训练平台。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种运动病模拟与训练平台，包括机械系统和用于控制所述机械系统的控制系统，所述机械系统包括基座和设置在所述基座上的检测台，以及垂直运动单元，设置在所述基座上，带动所述检测台做垂直往复运动；水平运动单元，设置在所述基座上，带动所述检测台做水平往复运动；旋转运动单元，设置在所述基座上，带动所述检测台围绕y轴做旋转运动。

上述运动病模拟与训练平台，所述垂直运动单元包括设置在所述基座上的支架、设置在所述支架上的垂直轨道和垂直驱动电机，所述垂直轨道上设置有垂直运动滑板；所述垂直运动滑板的一侧与所述检测台固定连接，所述垂直运动滑板的另一侧适于在所述垂直轨道上滑动；所述控制系统通过所述垂直驱动电机驱动所述垂直运动滑板沿所述垂直轨道滑动，进而带动所述检测台做垂直往复运动。

上述运动病模拟与训练平台，所述水平运动单元包括设置在所述基座上的水平轨道和水平驱动电机，所述水平轨道上设置有水平运动滑板；所述水平运动滑板的上表面与所述支架的底部固定连接，所述水平运动滑板的下表面适于在所述水平轨道上滑动；所述控制系统通过所述水平驱动电机驱动所述水平运动滑板沿所述水平轨道滑动，进而带动所述垂直运动单元做水平往复运动。

上述运动病模拟与训练平台，所述旋转运动单元包括设置在所述基座内部的旋转驱动电机，所述旋转驱动电机的输出轴向上延伸并与所述水平轨道的底部固定连接；所述控制系统通过所述旋转驱动电机驱动所述垂直运动单元和所述水平运动单元围绕y轴做旋转运动。

上述运动病模拟与训练平台，所述水平轨道的底部设置有水平托板，所述水平轨道通过水平托板设置在所述基座上，所述旋转驱动电机的所述输出轴与所述水平托板的底部固定连接。

上述运动病模拟与训练平台，还包括用于使所述检测台向左或向右水平转动的角度转动机构。

上述运动病模拟与训练平台，所述控制系统包括工控计算机，所述工控计算机的信号输出端分别与垂直运动控制器、水平运动控制器和旋转运动控制器的信号输入端连接，所述垂直运动控制器、所述水平运动控制器和所述旋转运动控制器的信号输出端分别与垂直驱动器、水平驱动器和旋转驱动器的信号输入端连接，所述垂直驱动器、所述水平驱动器和所述旋转驱动器的信号输出端分别与所述垂直驱动电机、所述水平驱动电机和所述旋转驱动电机的信号输入端连接。

上述运动病模拟与训练平台，所述控制系统还包括用于分别检测所述垂直驱动电机、所述水平驱动电机和所述旋转驱动电机实际运行情况的三个编码器，三个所述编码器分别将所述垂直驱动电机、所述水平驱动电机和所述旋转驱动电机的实际运行参数反馈给所述垂直运动控制器、所述水平运动控制器和所述旋转运动控制器，以实现所述控制系统的闭环控制。

上述运动病模拟与训练平台，还包括限位保护机构，所述限位保护机构包括机械限位保护机构和电气限位保护机构。

上述运动病模拟与训练平台，所述机械限位保护机构包括上限位装置和下限位装置；所述上限位装置和所述下限位装置均为电磁式接近开关，所述电磁式接近开关的信号输出端与所述垂直运动控制器、所述水平运动控制器和所述旋转运动控制器的信号输入端连接。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

① 本实用新型提供的运动病模拟与训练平台，具有旋转运动单元，能够带动检测台围绕y轴做旋转运动，能够充分满足实际运动病模拟鉴定训练的需求；

② 本实用新型提供的运动病模拟与训练平台，其中垂直运动单元、水平运动单元和旋转运动单元的设计合理、结构比较简单、易于实现；

③ 本实用新型提供的运动病模拟与训练平台，还包括用于使检测台左右转动的角度转动机构，比如能使检测台向左或向右水平转动90度，从而实现前后、左右水平运动，使得本实用新型提供的运动病模拟与训练平台能够实现x、y、z轴线性往复运动以及围绕y轴的旋转运动，并且运行起来平稳、安全，能够充分满足实际运动病模拟鉴定训练的需求；

④ 本实用新型提供的运动病模拟与训练平台，还包括机械限位保护机构和电气限位保护机构，电气限位保护机构通过软件编程实现，机械限位保护机构通过电磁式接近开关实现，电磁式接近开关的信号输出端与垂直运动控制器、水平运动控制器和旋转运动控制器的信号输入端连接，一旦发生异常情况，电磁式接近开关发送限位触发信号给垂直运动控制器和/或水平运动控制器和/或旋转运动控制器，在最短的时间内停止相应电机，从而保护设备安全；

⑤ 本实用新型提供的运动病模拟与训练平台，还在控制系统的控制下能够实现垂直、水平和旋转运动的复合运动方式，能够充分满足不同运动病模拟鉴定训练的需求。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型运动病模拟与训练平台的示意图；

图2是本实用新型运动病模拟与训练平台的垂直运动单元示意图；

图3是本实用新型运动病模拟与训练平台的水平运动单元示意图；

图4是图3的俯视图；

图5本实用新型运动病模拟与训练平台的旋转运动单元示意图；

图6是本实用新型运动病模拟与训练平台的工作原理图。

图中附图标记表示为：1-基座，2-座椅，3-支架，4-垂直驱动电机，5-垂直轨道，6-水平轨道，7-水平运动滑板，8-水平驱动电机，9-旋转驱动电机，10-垂直运动控制器，11-水平运动控制器，12-旋转运动控制器，13-垂直驱动器，14-水平驱动器，15-旋转驱动器，16-编码器，17-水平托板，18-输出轴，19-座椅托架，20-台阶。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型运动病模拟与训练平台的优选实施例，所述运动病模拟与训练平台包括机械系统和用于控制所述机械系统的控制系统，所述机械系统包括基座1、设置在所述基座1上的检测台以及垂直运动单元、水平运动单元、旋转运动单元、角度转动机构和限位保护机构，在本实施例中所述检测台为座椅2。

如图2所示，所述垂直运动单元设置在所述基座1上，以带动所述检测台做垂直往复运动。所述垂直运动单元包括设置在所述基座1上的支架3、设置在所述支架3上的垂直轨道5和垂直驱动电机4，所述垂直轨道5上设置有垂直运动滑板；所述垂直运动滑板的一侧与所述座椅2固定连接，在本实施例中所述座椅2通过座椅托架19与所述垂直运动滑板的一侧固定连接，所述座椅2通过座椅托架18与所述垂直运动滑板固定，所述垂直运动滑板的另一侧适于在所述垂直轨道5上滑动；所述控制系统通过所述垂直驱动电机4驱动所述垂直运动滑板沿所述垂直轨道5滑动，进而带动所述检测台做垂直往复运动。

如图3和4所示，所述水平运动单元设置在所述基座1上，以带动所述检测台做水平往复运动。所述水平运动单元包括设置在所述基座1上的水平轨道6和水平驱动电机8，所述水平轨道6的底部设置有水平托板17，所述水平轨道6通过水平托板17设置在所述基座1上。所述水平轨道6上设置有水平运动滑板7，所述水平运动滑板7的上表面与所述支架3的底部固定连接，所述水平运动滑板7的下表面适于在所述水平轨道6上滑动；所述控制系统通过所述水平驱动电机8驱动所述水平运动滑板7沿所述水平轨道6滑动，进而带动所述垂直运动单元做水平往复运动。

如图5所示，所述旋转运动单元设置在所述基座1上，以带动所述检测台围绕y轴做旋转运动。所述旋转运动单元包括设置在所述基座1内部的旋转驱动电机9，所述旋转驱动电机9的输出轴18向上延伸并与所述水平轨道6的底部固定连接，在本实施例中所述旋转驱动电机9的所述输出轴18通过过度法兰与所述水平托板17的底部固定连接；所述控制系统通过所述旋转驱动电机9驱动所述垂直运动单元和所述水平运动单元围绕y轴做旋转运动。另外，由于所述运动病模拟与训练平台要进行360°旋转运动，会出现供电线路缠绕问题，针对这一问题，本实用新型采用滑环联接，避免了此类问题的发生。

所述角度转动机构用于使所述检测台向左或向右水平转动一定角度，比如：使所述检测台向左或向右水平转动90度，从而实现前后、左右水平运动，所述运动病模拟与训练平台能够实现x,y,z轴线性往复运动以及围绕y轴的旋转运动。

如图6所示，所述控制系统包括工控计算机，所述工控计算机的信号输出端分别与垂直运动控制器10、水平运动控制器11和旋转运动控制器12的信号输入端连接，在本实施例中所述工控计算机的信号输出端通过RS485分别与所述垂直运动控制器10、所述水平运动控制器11和所述旋转运动控制器12的信号输入端连接；所述垂直运动控制器10、所述水平运动控制器11和所述旋转运动控制器12的信号输出端分别与垂直驱动器13、水平驱动器14和旋转驱动器15的信号输入端连接，所述垂直驱动器13、所述水平驱动器14和所述旋转驱动器15的信号输出端分别与所述垂直驱动电机4、所述水平驱动电机8和所述旋转驱动电机9的信号输入端连接。所述控制系统还包括用于分别检测所述垂直驱动电机4、所述水平驱动电机8和所述旋转驱动电机9实际运行情况的三个编码器16，在本实施例中所述编码器16为光电编码器，三个所述编码器16分别将所述垂直驱动电机4、所述水平驱动电机8和所述旋转驱动电机9的实际运行参数反馈给所述垂直运动控制器10、所述水平运动控制器11和所述旋转运动控制器12，以实现所述控制系统的闭环控制。

所述限位保护机构包括机械限位保护机构和电气限位保护机构，电气限位保护机构通过软件编程实现，所述机械限位保护机构包括上限位装置和下限位装置，在本实施例中所述上限位装置和所述下限位装置均为电磁式接近开关，所述电磁式接近开关的信号输出端与所述垂直运动控制器10、所述水平运动控制器11和所述旋转运动控制器12的信号输入端连接。一旦发生异常情况，所述电磁式接近开关将发送限位触发信号给所述垂直运动控制器10和/或所述水平运动控制器11和/或所述旋转运动控制器12，上述控制器将向相应电机发出停机指令，使相应电机能在最短的时间内停止工作，从而保护设备安全。

本实用新型所述运动病模拟与训练平台做水平往复运动、垂直往复运动和旋转运动的运动参数如下：

1、水平往复运动（大幅值对应大周期）：

最大速度v_水平：1m/s

频率f：0.01~0.5HZ

最大位移S：1.2 m

2、垂直往复运动（大幅值对应大周期）：

最大速度v_垂直：0.7m/s

频率f：0.01~0.5HZ

最大位移S：0.6m

3、旋转运动：

正弦运动：ω_max=60°/s，

匀速旋转ω：0°~180°/s

座椅到转轴最大半径R：0.6 m

本实用新型所述运动病模拟与训练平台做水平往复运动、垂直往复运动和旋转运动的运动轨迹为：正弦谱线，其数学模型是 P=Asinωt （其中ω=2π/T，T为行走周期）。

本实施例中，所述运动病模拟与训练平台的承载能力（最大载荷）为：150kg（包含人体、座椅、检测仪器等）。

本实用新型所述运动病模拟与训练平台的典型工况说明，如表1所示：

表1

本实用新型所述运动病模拟与训练平台的设计技术数据，如表2所示：

表2

本实用新型所述运动病模拟与训练平台的工作过程和原理是：

首先，被检测者登上台阶20坐在所述座椅2上，在集控操作台选择所述运动病模拟与训练平台的工况，工况确认后，通过人机操作界面向所述工控计算机输入水平/垂直方向运动的距离、正弦谱线的周期T、旋转速度等参数；所述工控计算机通过RS485将控制指令发送给所述垂直运动控制器10和/或所述水平运动控制器11和/或所述旋转运动控制器12，所述垂直运动控制器10、所述水平运动控制器11和所述旋转运动控制器12根据正弦谱线的数学模型P=ASin（2π/T）t生成相应的正弦谱线，进而通过相应的所述垂直驱动器13、所述水平驱动器14和所述旋转驱动器15，控制相应的所述垂直驱动电机4、所述水平驱动电机8和所述旋转驱动电机9运转，以带动相应的所述垂直运动单元、所述水平运动单元和所述旋转运动单元做设定的运动；所述垂直运动单元、所述水平运动单元和所述旋转运动单元具有限位保护。在工作过程中，三个所述编码器16分别检测所述垂直驱动电机4、所述水平驱动电机8和所述旋转驱动电机9的实际运行情况，并将所述垂直驱动电机4、所述水平驱动电机8和所述旋转驱动电机9的实际运行参数（实际运行值）反馈给相应的所述垂直运动控制器10、所述水平运动控制器11和所述旋转运动控制器12，所述垂直运动控制器10、所述水平运动控制器11和所述旋转运动控制器12将上述实际运行值作为反馈信号与给定值进行比较运算，并将运算结果数字量变为模拟量发送给相应的所述垂直驱动器13、所述水平驱动器14和所述旋转驱动器15，然后所述垂直驱动器13、所述水平驱动器14和所述旋转驱动器15将调整相应电机的运行情况，以实现所述控制系统的闭环控制。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims

1.一种运动病模拟与训练平台，其特征在于：包括机械系统和用于控制所述机械系统的控制系统，所述机械系统包括基座（1）和设置在所述基座（1）上的检测台，以及垂直运动单元，设置在所述基座（1）上，带动所述检测台做垂直往复运动；水平运动单元，设置在所述基座（1）上，带动所述检测台做水平往复运动；旋转运动单元，设置在所述基座（1）上，带动所述检测台围绕y轴做旋转运动。

2.根据权利要求1所述的运动病模拟与训练平台，其特征在于：所述垂直运动单元包括设置在所述基座（1）上的支架（3）、设置在所述支架（3）上的垂直轨道（5）和垂直驱动电机（4），所述垂直轨道（5）上设置有垂直运动滑板；所述垂直运动滑板的一侧与所述检测台固定连接，所述垂直运动滑板的另一侧适于在所述垂直轨道（5）上滑动；所述控制系统通过所述垂直驱动电机（4）驱动所述垂直运动滑板沿所述垂直轨道（5）滑动，进而带动所述检测台做垂直往复运动。

3.根据权利要求2所述的运动病模拟与训练平台，其特征在于：所述水平运动单元包括设置在所述基座（1）上的水平轨道（6）和水平驱动电机（8），所述水平轨道（6）上设置有水平运动滑板（7）；所述水平运动滑板（7）的上表面与所述支架（3）的底部固定连接，所述水平运动滑板（7）的下表面适于在所述水平轨道（6）上滑动；所述控制系统通过所述水平驱动电机（8）驱动所述水平运动滑板（7）沿所述水平轨道（6）滑动，进而带动所述垂直运动单元做水平往复运动。

4.根据权利要求3所述的运动病模拟与训练平台，其特征在于：所述旋转运动单元包括设置在所述基座（1）内部的旋转驱动电机（9），所述旋转驱动电机（9）的输出轴（18）向上延伸并与所述水平轨道（6）的底部固定连接；所述控制系统通过所述旋转驱动电机（9）驱动所述垂直运动单元和所述水平运动单元围绕y轴做旋转运动。

5.根据权利要求4所述的运动病模拟与训练平台，其特征在于：所述水平轨道（6）的底部设置有水平托板（17），所述水平轨道（6）通过水平托板（17）设置在所述基座（1）上，所述旋转驱动电机（9）的所述输出轴（18）与所述水平托板（17）的底部固定连接。

6.根据权利要求4所述的运动病模拟与训练平台，其特征在于：还包括用于使所述检测台向左或向右水平转动的角度转动机构。

7.根据权利要求6所述的运动病模拟与训练平台，其特征在于：所述控制系统包括工控计算机，所述工控计算机的信号输出端分别与垂直运动控制器（10）、水平运动控制器（11）和旋转运动控制器（12）的信号输入端连接，所述垂直运动控制器（10）、所述水平运动控制器（11）和所述旋转运动控制器（12）的信号输出端分别与垂直驱动器（13）、水平驱动器（14）和旋转驱动器（15）的信号输入端连接，所述垂直驱动器（13）、所述水平驱动器（14）和所述旋转驱动器（15）的信号输出端分别与所述垂直驱动电机（4）、所述水平驱动电机（8）和所述旋转驱动电机（9）的信号输入端连接。

8.根据权利要求7所述的运动病模拟与训练平台，其特征在于：所述控制系统还包括用于分别检测所述垂直驱动电机（4）、所述水平驱动电机（8）和所述旋转驱动电机（9）实际运行情况的三个编码器（16），三个所述编码器（16）分别将所述垂直驱动电机（4）、所述水平驱动电机（8）和所述旋转驱动电机（9）的实际运行参数反馈给所述垂直运动控制器（10）、所述水平运动控制器（11）和所述旋转运动控制器（12），以实现所述控制系统的闭环控制。

9.根据权利要求8所述的运动病模拟与训练平台，其特征在于：还包括限位保护机构，所述限位保护机构包括机械限位保护机构和电气限位保护机构。

10.根据权利要求9所述的运动病模拟与训练平台，其特征在于：所述机械限位保护机构包括上限位装置和下限位装置；所述上限位装置和所述下限位装置均为电磁式接近开关，所述电磁式接近开关的信号输出端与所述垂直运动控制器（10）、所述水平运动控制器（11）和所述旋转运动控制器（12）的信号输入端连接。