CN206249652U - 一种飞行模拟三轴运动平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种飞行模拟三轴运动平台，其特征在于，该运动平台包括：航向架，平行于地面做圆周运动；横滚架，通过横滚轴承铰接于所述航向架，且绕所述横滚轴承做圆周运动；和俯仰架，通过俯仰轴承铰接于所述横滚架，且绕所述俯仰轴承做圆周运动。本实用新型在保证相当运动性能的前提下，有效降低运动平台的零位高度，确保飞行模拟器使用场地的总高度可在普通办公楼层高之内。

Description

一种飞行模拟三轴运动平台

技术领域

本实用新型涉及运动仿真试验、测试设备及运动仿真训练设备等技术领域，特别涉及一种飞行模拟三轴运动平台。

背景技术

飞行模拟器是随着仿真技术和航空事业的发展而同步发展起来的，是典型的人在回路实时仿真系统和虚拟现实的应用实例。它能在地面模拟飞行器在空中的飞行和在地面的运动，作为训练、研发的工具，可有效减少实际所需的飞行时间、节省燃料、降低费用，同时也更安全和环保，因此越来越得到航空工业界的重视，需求也不断增长。运动系统是飞行模拟器的重要组成部分。飞行模拟器的运动系统可以分为平台式、抖振座椅和抗负荷运动系统三大类，其中平台式运动系统，也称为运动平台。

根据其实现的自由度数量不同，运动平台可分为三自由度、四自由度、五自由度和六自由度四种。目前使用较多的是六自由度运动平台，所谓六自由度指的是x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。对于运动平台而言，就是要提供俯仰、滚转、偏航、升降、纵向平移和侧向平移的六自由度瞬时过载仿真。近年来，随着三自由度运动平台的发展，其较高的性价比，使其在飞行模拟系统中应用也越来越广泛。

根据采取的结构形式的不同，常见的运动平台包括：

a.并联协同式运动平台：现有的大多数飞行模拟器都使用Stewart平台或其改进型作为运动平台，由六个直线驱动器连接一个动平台和一个静平台。Stewart平台由1965年英国学者Stewart提出。

b.层叠式运动平台：一种串联结构，它由六套驱动机构串联层叠在一起，每套驱动机构对应一个自由度。层叠式运动平台有很大的工作空间，能提供优异的运动性能，但其结构复杂，造价高昂，只有在一些大型的研究机构中才使用这种运动系统。

c.离心式运动平台：用于实现持续惯性加速度仿真。其结构形式由一根很长的梁末端连接一个小驾驶舱组成，当它以很高的加速度旋转时就能模拟持续加速度。

d.铰接梁式运动平台：将一个驾驶舱用万向节铰接在一根梁上，驾驶舱可以绕梁做俯仰、横滚和偏航运动，也可以附加横向和垂直方向的平动。

根据其驱动方式不同，运动平台主要有液压平台、电动平台两种。

液压驱动方式的突出优点是抗负载的刚度大，比较适合用于大负载的运动模拟器。但传统的液压驱动方式技术难度大、设计维护复杂，需要液压泵站等辅助能源，成本较高，且系统的运动性能还要取决于价格昂贵的大流量电液伺服阀。

相比之下，电动平台能实现较高的运动速度，且运动精度高；技术相对较简单；具备使用寿命长、干净、环保、维护成本低等优势，但是系统承载能力相对较小。

利用电缸/伺服电机搭建的Stewart平台，是当前最为常见的飞行模拟器运动平台形式，但其存在如下缺陷。

1)运动平台本身的零位高度较高，对部署场地有特殊要求。为保证一定的运动行程和运动范围，该类型的运动平台本身的零位高度较高，不可能在普通层高的办公楼中进行部署，需要对部署场地提出特殊要求或进行基础设施改造；

2)系统耗电较高。系统的平均功耗达4kW，系统峰值功率达20kw。用电量较高，且对设备供电有特殊要求。

3)成本相对较高。使用行程、载重等参数相当的电缸，造价不菲。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种低成本、易部署的飞行模拟三轴运动平台。本实用新型用于搭建运动基飞行模拟器，为模拟座舱提供安装平台，为模拟座舱、模拟飞行人员等提供运动驱动；能根据输入的目标姿态信息和速度信息，控制实现平台载荷在俯仰、滚动、偏航三轴上的转动，以模拟飞机的姿态及速度变化给人体带来运动感觉。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种飞行模拟三轴运动平台，该运动平台包括：

航向架，平行于地面做圆周运动；

横滚架，通过横滚轴承铰接于所述航向架，且绕所述横滚轴承做圆周运动；和

俯仰架，通过俯仰轴承铰接于所述横滚架，且绕所述俯仰轴承做圆周运动。

优选的是，所述的一种飞行模拟三轴运动平台，所述航向架的底部一侧设置底座，另一侧设置与航向电机连接的地轮。

优选的是，所述的一种飞行模拟三轴运动平台，所述地轮包括主动轮和从动轮，所述主动轮与所述航向电机连接。

优选的是，所述的一种飞行模拟三轴运动平台，所述底座上设置第一同心板，所述第一同心板上安装航向限位传感器。

优选的是，所述的一种飞行模拟三轴运动平台，所述横滚架上设置与所述横滚轴承同轴的第一齿轮，所述第一齿轮与横滚电机连接。

优选的是，所述的一种飞行模拟三轴运动平台，所述横滚轴承下方设置第二同心板，所述第二同心板上安装横滚限位传感器。

优选的是，所述的一种飞行模拟三轴运动平台，所述航向架和所述横滚架之间设置伸缩限位杆。

优选的是，所述的一种飞行模拟三轴运动平台，所述俯仰架上设置与所述俯仰轴承同轴的第二齿轮，所述第二齿轮与俯仰电机连接。

优选的是，所述的一种飞行模拟三轴运动平台，所述俯仰轴承下方设置第三同心板，所述第三同心板上安装横滚限位传感器。

优选的是，所述的一种飞行模拟三轴运动平台，所述横滚架和所述俯仰架之间设置第二伸缩限位杆。

本实用新型的优点与效果是：

1.实用新型提供的飞行模拟三轴运动平台设置航向架、横滚架和俯仰架，完成运动平台在三个不同方向上的运动，在保证相当运动性能的前提下，有效降低运动平台的零位高度，确保飞行模拟器使用场地的总高度可在普通办公楼层高之内。

2.实用新型提供的飞行模拟三轴运动平台的航向架、横滚架和俯仰架均采用减速电机，使用更低功耗、成本的电驱动方式，减少对供电的特殊要求，更易于部署，降低能耗和使用成本。

附图说明

图1示出本实用新型提供的飞行模拟三轴运动平台的结构示意图；

图2示出图1的右视图；

图3示出图1的俯视图。

附图标记说明：1-航向架、11-底座、12-航向电机、13-地轮、131-主动轮、132-从动轮、14-第一同心板、15-航向限位传感器、2-横滚架、21-横滚轴承、22-第一齿轮、23-横滚电机、24-第二同心板、25-横滚限位传感器、3-俯仰架、31-俯仰轴承、32-第二齿轮，33-俯仰电机、34-第三同心板、35-俯仰限位传感器、4-第一伸缩限位杆、5-第二伸缩限位杆、6-PLC控制柜。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明：

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

图1、2、3示出本实用新型提供的飞行模拟三轴运动平台的结构示意图。该运动平台包括航向架1、横滚架2、俯仰架3和PLC控制柜6。

航向架1的底部一侧设置底座11，另一侧设置与航向电机12连接的地轮13。航向电机12与地轮13的连接方式可以是，在地轮13上设置同轴齿轮，该齿轮与航向电机12的电机输出齿轮啮合，传递动能；也可以是，在地轮13上设置同轴皮带轮，该皮带轮与航向电机12的电机输出带轮通过皮带连接，传递动能。航向电机12受PLC控制柜6输出主令驱动，带动地轮13转动，使得航向架1以底座11为中心做平行于地面的圆周运动。具体的是，地轮13包括主动轮131和从动轮132，主动轮131与航向电机12连接，主动轮131带动从动轮132运动，从动轮132做辅助并支撑保持平稳运动。优选的是，底座11到主动轮131的距离与底座11到从动轮132的距离相等。底座11上设置第一同心板14，第一同心板14上安装航向限位传感器15，用户可根据实际需要及场地条件，设置该运动平台在航向方向的运动范围。

横滚架2通过横滚轴承21铰接于航向架1。横滚架2上设置与横滚轴承21同轴的第一齿轮22，第一齿轮22与横滚电机23连接。横滚电机23与第一齿轮22的连接方式可以是，第一齿轮22与横滚电机23的电机输出齿轮啮合，传递动能。横滚电机23受PLC控制柜6输出主令驱动，带动第一齿轮22转动，使得横滚架2以横滚轴承21的轴向为中心做圆周运动。横滚轴承21下方设置第二同心板24，第二同心板24上安装横滚限位传感器25，用户可根据实际需要及场地条件，设置该运动平台在横滚方向的运动范围。

俯仰架3通过俯仰轴承31铰接于横滚架2，舱体安装于俯仰架3上，优选的是，横滚轴承21与俯仰轴承31相互垂直。俯仰架3上设置与俯仰轴承31同轴的第二齿轮32，第二齿轮32与俯仰电机33连接。俯仰电机33与第二齿轮32的连接方式可以是，第二齿轮32与俯仰电机33的电机输出齿轮啮合，传递动能。俯仰电机33受PLC控制柜6输出主令驱动，带动第二齿轮32转动，使得俯仰架3以俯仰轴承31的轴向为中心做圆周运动。俯仰轴承31下方设置第三同心板34，第三同心板34上安装俯仰限位传感器35，用户可根据实际需要及场地条件，设置该运动平台在俯仰方向的运动范围。

PLC控制柜6安装在该运动平台的航向架的前端外侧，随航向架一同运动。其负责接收上位机(仿真主机)的控制命令和运动参数，采集当前的位置数据，通过计算后，向相应自由度的电机(航向电机、横滚电机或/和俯仰电机)输出驱动主令或控制命令。

进一步的，航向电机、横滚电机和俯仰电机均采用减速电机。具体的，航向电机采用三相减速电机，根据PLC控制柜输出主令，通过皮带传动结构，带动航向架的地轮进行转动。横滚电机和俯仰电机采用带刹车的减速电机，使用齿轮进行传动，根据PL控制柜C输出主令驱动电机，通过齿轮传动结构，带动相应的横滚架或俯仰架进行转动，在断电或PLC控制柜发出“锁定”命令时，电机刹车生效。

进一步的，航向架1和横滚架2之间设置第一伸缩限位杆4作为安全装置，防止在软硬限位失效的情况下，舱体冲出运动范围。横滚架2和俯仰架3之间设置第二伸缩限位杆5作为安全装置，防止在软硬限位失效的情况下，舱体冲出运动范围。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，并非用来限定本实用新型的实施范围。但凡在本实用新型的保护范围内所做的等效变化及修饰，皆应认为落入了本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种飞行模拟三轴运动平台，其特征在于，该运动平台包括：

航向架，平行于地面做圆周运动；

横滚架，通过横滚轴承铰接于所述航向架，且绕所述横滚轴承做圆周运动；和

俯仰架，通过俯仰轴承铰接于所述横滚架，且绕所述俯仰轴承做圆周运动。

2.根据权利要求1所述的一种飞行模拟三轴运动平台，其特征在于，所述航向架的底部一侧设置底座，另一侧设置与航向电机连接的地轮。

3.根据权利要求2所述的一种飞行模拟三轴运动平台，其特征在于，所述地轮包括主动轮和从动轮，所述主动轮与所述航向电机连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种飞行模拟三轴运动平台，其特征在于，所述底座上设置第一同心板，所述第一同心板上安装航向限位传感器。

5.根据权利要求1至3任一所述的一种飞行模拟三轴运动平台，其特征在于，所述横滚架上设置与所述横滚轴承同轴的第一齿轮，所述第一齿轮与横滚电机连接。

6.根据权利要求1-3任一所述的一种飞行模拟三轴运动平台，其特征在于，所述横滚轴承下方设置第二同心板，所述第二同心板上安装横滚限位传感器。

7.根据权利要求1至3任一所述的一种飞行模拟三轴运动平台，其特征在于，所述航向架和所述横滚架之间设置第一伸缩限位杆。

8.根据权利要求1至3任一所述的一种飞行模拟三轴运动平台，其特征在于，所述俯仰架上设置与所述俯仰轴承同轴的第二齿轮，所述第二齿轮与俯仰电机连接。

9.根据权利要求1至3任一所述的一种飞行模拟三轴运动平台，其特征在于，所述俯仰轴承下方设置第三同心板，所述第三同心板上安装俯仰限位传感器。

10.根据权利要求1至3任一所述的一种飞行模拟三轴运动平台，其特征在于，所述横滚架和所述俯仰架之间设置第二伸缩限位杆。