CN209486672U - 多自由度动感仿真设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多自由度动感仿真设备，包括基座、驱动机构以及从动平台；其中：所述从动平台与所述基座之间设有多个万向轮，且所述从动平台通过多个所述万向轮支撑在所述基座上方；所述驱动机构设于所述从动平台下方，且所述驱动机构包括全向轮；所述从动平台底部呈半球形，所述全向轮的外周抵靠在所述从动平台的底部，并通过所述全向轮驱动所述从动平台在多个自由度方向上运动；本实用新型通过替换原有动感仿真设备的动力源和驱动方式，减少设备运行中的噪音，提高设备体验者的舒适感；此外，所述驱动机构和所述从动平台合理的集成在所述基座上面，缩减了设备的体积和重量，有利于在面积受限的室内使用，且方便安装和收纳。

Description

多自由度动感仿真设备

技术领域

本实用新型涉及仿真领域，更具体地说，涉及一种多自由度运动的动感仿真设备。

背景技术

近些年来，仿真技术得到了广泛的应用和推广，在各个行业都能看到仿真技术的身影，在不同环境下起到了不同的作用，由此衍生出许多适宜生产及生活应用的仿真设备。然而，现有仿真设备的运动模式多为并联结构，结构复杂、重量和体积大。将仿真系统应用于动感仿真设备时，导致体积庞大、搬运不便、特别占用空间。而且，现有动感仿真设备所使用的液压缸、气压缸或直线式电动缸等动力源容易磨损，使用过程噪音大，能效较低，不环保，且设备驱动运行时晃动不稳定，对设备体验者不够友善。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述现有动感仿真设备执行机构容易磨损、能效底、使用过程噪音大、不环保、体积大且体验感不好这些问题，提供一种新的多自由度动感仿真设备。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种多自由度动感仿真设备，包括基座、驱动机构以及从动平台；其中：所述从动平台与所述基座之间设有多个万向轮，且所述从动平台通过多个所述万向轮支撑在所述基座上方；所述驱动机构设于所述从动平台下方，且所述驱动机构包括全向轮；所述从动平台底部呈半球形，所述全向轮的外周抵靠在所述从动平台的底部，并通过所述全向轮驱动所述从动平台在多个自由度方向上运动。

在本实用新型所述的多自由度动感仿真设备中，所述基座上固定有万向轮支架，且所述万向轮的底座部安装在所述万向轮支架上、轮部抵靠在所述从动平台的底部。

在本实用新型所述的多自由度动感仿真设备中，所述驱动机构包括多组执行机构，多组所述执行机构等距周向设置在所述基座上，且每一组所述执行机构包括动力源、动力源支架、全向轮；所述动力源通过动力源支架安装在所述基座与从动平台之间，所述全向轮安装在所述动力源的输出轴上。

在本实用新型所述的多自由度动感仿真设备中，所述动力源包括分别通过所述动力源支架固定的驱动电机和减速机，所述减速机的输入轴连接到所述驱动电机的输出轴，且所述全向轮安装在所述减速机的输出轴上；所述减速机的输出轴位于所述从动平台的垂向中心轴所在的平面内，且所述全向轮垂直于所述从动平台底部的表面。

在本实用新型所述的多自由度动感仿真设备中，每一所述万向轮底座部通过预定角度设于万向轮支架的顶端，且所述万向轮与所述从动平台下表面垂直接触；多个所述万向轮沿所述从动平台的底部等距、周向设置。

在本实用新型所述的多自由度动感仿真设备中，所述基座包括在水平面内按三角形设置的三个边框以及呈星形分布的三个中框；所述从动平台与所述基座之间设有三个万向轮，且所述三个万向轮分布通过设置于三个边框的万向轮支架安装固定；所述驱动机构包括三组执行机构，且每一组所述执行机构安装在一个所述中框上。

在本实用新型所述的多自由度动感仿真设备中，所述动感仿真设备还包括驱控一体机，所述驱控一体机设于所述基座上表面，且所述驱控一体机通过导线与所述驱动电机连接；所述从动平台设有无线陀螺仪模块，所述无线陀螺仪模块设于所述从动平台底座上表面中间位置，且所述无线陀螺仪模块与上述驱控一体机以无线信号传递方式连接。

在本实用新型所述的多自由度动感仿真设备中，所述的动感仿真设备还包括有上位机、显示屏和VR眼镜，且所述显示屏和VR眼镜分别连接到所述上位机；所述上位机通过无线信号传输与所述驱控一体机进行实时通讯，所述驱控一体机根据接收所述上位机和所述无线陀螺仪模块传递的实时信号控制所述驱动电机运行。

在本实用新型所述的多自由度动感仿真设备中，所述从动平台包括座椅、脚踏支架、脚踏板；所述座椅固定在所述从动平台上；所述脚踏支架的第一端固定在所述从动平台的边缘，且位于所述座椅的正前方；所述脚踏支架上设有多个沿所述脚踏支架长度方向设置的脚踏板安装位，所述脚踏板安装于其中一个脚踏板安装位上。

在本实用新型所述的多自由度动感仿真设备中，所述基座下方安装有多个带止停功能的万向轮，且所述带止停功能的万向轮位于所述基座的边缘处。

本实用新型的多自由度动感仿真设备具有以下有益效果：本动感仿真设备的从动平台与基座之间设有多个万向轮作为支撑，且执行机构采用驱动电机、减速机以及全向轮，使设备机构稳定且运行平稳，运行时噪音小、能效高、环保且驱动速度可控性高，能给设备体验者带来更好的设备体验感；本实用新型结构简单合理、集成度高、面积小、重量轻，有利于在面积受限的室内使用，且方便安装和收纳。

附图说明

图1是本实用新型动感仿真设备实施例的示意图；

图2是本实用新型动感仿真设备实施例的局部示意图；

图3是本实用新型动感仿真设备实施例的执行机构示意图；

附图标记包括：

1-基座 2-从动平台 3-驱动机构

4-驱控一体机 12-万向轮支架 13-万向轮

14-带止停功能的万向轮 21-无线陀螺仪模块 22-脚踏支架

23-脚踏板 24-座椅 31-执行机构

311-动力源支架 312-驱动电机 313-减速器

314-全向轮

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-3所示，是本实用新型动感仿真设备实施例的示意图，该动感仿真设备可应用于仿真领域，特别是动感仿真游戏中。本实施例中的动感仿真设备包括基座1、驱动机构3以及从动平台2；其中：从动平台2与基座1之间设有三个万向轮13，从动平台2通过三个万向轮13共同支撑在基座1上方；驱动机构3设于从动平台2下方，且驱动机构3包括全向轮314；从动平台2底部呈半球形设计，全向轮314的外周抵靠在从动平台2半球形的底部上，并通过所述全向轮旋转来驱动从动平台2在多个自由度方向上运动。当然，在实际应用中，从动平台2也可通过更多数量的万向轮13(例如四个、五个及以上)支撑固定在基座1的上方。

具体地，万向轮支架12连接固定在基座1上，万向轮13的底座固定在万向轮支架12的顶部，而万向轮13的轮部抵靠在从动平台2半球形的底部表面上，三个万向轮沿从动平台2半球形底部周向设置并共同支撑从动平台2，使从动平台2能够平稳的立于基座1上方(万向轮支架12的万向轮底座部安装面与基座1水平面成预定角度设置，使万向轮13垂直接触从动平台2的半球形底部)。

驱动机构3具体可包括三组执行机构31，且该三组执行机构31等距周向设置在基座1上方，每一组执行机构31都包括动力源、动力源支架311、全向轮314。当然，在实际应用中，驱动机构3也可包括其他数量的执行机构31(例如二组、四组、五组及以上)支撑固定在基座1的上方。

上述动力源支架311设有底部安装面和动力源安装面(两安装面按预定角度设计)，动力源支架311底部安装面固定在基座1上表面，动力源安装面上方设有动力源安装位(安装位设有调节余量，动力源可以做上下调节)，动力源由驱动电机312和减速机313组成，减速机313的输入轴连接在驱动电机312的输出轴，全向轮314安装固定在减速机313的输出轴上，减速机313的输出轴位于从动平台2的垂向中心轴所在的平面内，且全向轮314与从动平台2底部垂直接触，设备运行时，驱动电机312旋转驱动减速机313和全向轮314运动旋转，从而驱动从动平台2运动。

特别地，当从动平台2与基座1之间具有三个万向轮13且驱动机构3包括三组执行机构31时，基座1的底部水平面内按三角形设置有三个边框，以及呈星形分布的三个中框，三组万向轮支架12分别设置在三个边框上，三组执行机构31分别设于三个中框上，且三组执行机构31相互位置按三组执行机构31中全向轮314轴向方向相交于一点的方式分布。

通过上述结构，每两组执行机构31中的全向轮314旋转都可以驱动从动平台2往一个自由度方向运动，当其中两组执行机构31中的全向轮314旋转驱动从动平台2时，剩余的第三组全向轮314静止不旋转，从动平台2在所述第三组全向轮314轴向方向上运动时，所述第三组全向轮314上的从动轮滚动支撑从动平台2(全向轮包括轮毂和从动轮两部分，轮毂的外圆周处均匀设有三个或三个以上的轮毂齿，每两个轮毂齿之间装设有一个从动轮，从动轮凸出且高于轮毂齿边缘，从动轮的径向方向与轮毂外圆周的切线方向垂直，即从动轮的旋转方向与全向轮旋转方向垂直，所以当全向轮静止不旋转时，全向轮不会影响与他接触的物体在其轴向方向上的移动，且全向轮可以起支撑作用)。

上述具体实施例的驱动方式区别于传统的并联式驱动，且替代了传统的动力源(例如液压缸、气压缸或直线式电动缸)，解决了动力元器件容易磨损、设备运行噪音大、不环保以及机构不稳定的问题；使用驱动电机以及全向轮驱动，可控性高，驱动过程中稳定，能给设备体验者带来更好的体验感。

此外，从动平台2设有座椅24、脚踏支架22、脚踏板23，脚踏支架22的第一端固定在所述从动平台2的边缘，且位于座椅24的正前方，脚踏支架22的第二端沿着该脚踏支架长度方向设置有多个脚踏板安装位，脚踏板23可根据设备体验者实际需求安装在其中一个脚踏板安装位上。

上述多自由度动感仿真设备还可包括驱控一体机4(包含有微控制器模块、电机驱动器模块、无线通讯模块以及电源管理模块，有集成性高、体积小、且能提高系统可靠性等特点)；从动平台2设有无线陀螺仪模块21，无线陀螺仪模块21实时监测从动平台2的空间位置状态(无线陀螺仪模块21可以实时检测被检测物体的空间位置状态)，并将所述空间位置状态以数据的形式无线传递到所述驱控一体机4，驱控一体机4以无线传输方式实时接收上位机发送与游戏相关的运动指令(动感仿真设备还包括有上位机、显示屏和VR眼镜，且所述显示屏和VR眼镜分别连接到所述上位机)，驱控一体机4运行控制算法驱动控制驱动电机312的启停及速度，从而实现对从动平台2的运动控制，使本实用新型动感仿真设备能够精确的配合游戏内容进行仿真运动，进而使座椅上的体验者的身体感受到仿真动作，并可通过显示屏控制仿真动作。上述实施例可以使体验者融入仿真动作的场景，更有效地实现体验者与动感仿真装备的人机互动。

特别的，基座1底部还设有三个带止停功能的万向关节14，并周向分布于基座1的边缘处(数量及位置可根据实际情况进行调整)，方便动感仿真设备的移动和固定。

此外，上述动感仿真设备的驱动机构3、从动平台2以及驱动一体机4都集成设置在基座1上面，驱动机构3和从动平台2结构简单合理，占用面积小且重量轻；驱控一体机4功能强大、集成度高，很好的设置在基座1上面，且信号传递控制都以无线传输方式，使本实用新型动感仿真设备拥有高度的集成性、体积小、重量轻，方便移动放置，有利于在面积受限的室内使用。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多自由度动感仿真设备，其特征在于，包括基座、驱动机构以及从动平台；其中：所述从动平台与所述基座之间设有多个万向轮，且所述从动平台通过多个所述万向轮支撑在所述基座上方；所述驱动机构设于所述从动平台下方，且所述驱动机构包括全向轮；所述从动平台底部呈半球形，所述全向轮的外周抵靠在所述从动平台的底部，并通过所述全向轮驱动所述从动平台在多个自由度方向上运动。

2.根据权利要求1所述的多自由度动感仿真设备，其特征在于，所述基座上固定有万向轮支架，且所述万向轮的底座部安装在所述万向轮支架上、轮部抵靠在所述从动平台的底部。

3.根据权利要求2所述的多自由度动感仿真设备，其特征在于，所述驱动机构包括多组执行机构，多组所述执行机构等距周向设置在所述基座上，且每一组所述执行机构包括动力源、动力源支架、全向轮；所述动力源通过动力源支架安装在所述基座与从动平台之间，所述全向轮安装在所述动力源的输出轴上。

4.根据权利要求3所述的多自由度动感仿真设备，其特征在于，所述动力源包括分别通过所述动力源支架固定的驱动电机和减速机，所述减速机的输入轴连接到所述驱动电机的输出轴，且所述全向轮安装在所述减速机的输出轴上；所述减速机的输出轴位于所述从动平台的垂向中心轴所在的平面内，且所述全向轮垂直于所述从动平台底部的表面。

5.根据权利要求3所述的多自由度动感仿真设备，其特征在于，每一所述万向轮底座部通过预定角度设于万向轮支架的顶端，且所述万向轮与所述从动平台下表面垂直接触；多个所述万向轮沿所述从动平台的底部等距、周向设置。

6.根据权利要求5所述的多自由度动感仿真设备，其特征在于，所述基座包括在水平面内按三角形设置的三个边框以及呈星形分布的三个中框；所述从动平台与所述基座之间设有三个万向轮，且所述三个万向轮分布通过设置于三个边框的万向轮支架安装固定；所述驱动机构包括三组执行机构，且每一组所述执行机构安装在一个所述中框上。

7.根据权利要求4所述的多自由度动感仿真设备，其特征在于，所述多自由度动感仿真设备还包括驱控一体机，所述驱控一体机设于所述基座上表面，且所述驱控一体机通过导线与所述驱动电机连接；所述从动平台设有无线陀螺仪模块，所述无线陀螺仪模块设于所述从动平台底座上表面中间位置，且所述无线陀螺仪模块与上述驱控一体机以无线信号传递方式连接。

8.根据权利要求7所述的多自由度动感仿真设备，其特征在于：所述的动感仿真设备还包括有上位机、显示屏和VR眼镜，且所述显示屏和VR眼镜分别连接到所述上位机；所述上位机通过无线信号传输与所述驱控一体机进行实时通讯，所述驱控一体机根据接收所述上位机和所述无线陀螺仪模块传递的实时信号控制所述驱动电机运行。

9.根据权利要求1所述的多自由度动感仿真设备，其特征在于，所述从动平台包括座椅、脚踏支架、脚踏板；所述座椅固定在所述从动平台上；所述脚踏支架的第一端固定在所述从动平台的边缘，且位于所述座椅的正前方；所述脚踏支架上设有多个沿所述脚踏支架长度方向设置的脚踏板安装位，所述脚踏板安装于其中一个脚踏板安装位上。

10.根据权利要求1所述的多自由度动感仿真设备，其特征在于，所述基座下方安装有多个带止停功能的万向轮，且所述带止停功能的万向轮位于所述基座的边缘处。