DE19901570C2

DE19901570C2 - Bewegungsvorrichtung für einen Fahr- oder Flugsimulator

Info

Publication number: DE19901570C2
Application number: DE1999101570
Authority: DE
Inventors: Johannes Kotschner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-01-16
Filing date: 1999-01-16
Publication date: 2000-08-03
Anticipated expiration: 2019-01-17
Also published as: DE19901570A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewegung einer Kabine eines Fahr- oder Flugsimulators für Unterhaltungs- oder Schulungszwecke.

Die audiovisuelle Simulation einer Fahrt in einem Fahrzeug oder Flugzeug soll um die Wahrnehmung der Kräfte ergänzt werden, die aus virtuellen Lageänderungen oder Beschleunigungen des Fahrzeuginsassen resultieren. Die Simulation soll dadurch noch realistischer werden.

Es existieren bereits zahlreiche Bewegungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik.

Die Vorrichtung aus EP 0 137 870 B1 hat den Nachteil, daß sie eine aufwendige Gelenkkonstruktion für die passiven scherenartigen Stützen und sechs komplizierte zweiachsige Gelenke für die drei Zylinder benötigt.

In WO 95/16253 A1 (PCT/GB94/02697) wird eine Bewegungsplattform beschrieben, die einfacher als EP 0 137 870 B1 herzustellen ist, jedoch weniger Stabilität aufweist. Die Stabilität mag für einen beschriebenen Surfboardsimulator, der nur das Gewicht einer Person zu tragen hat, ausreichen, aber nicht für eine ganze Simulatorkapsel eines Flugsimulators mit mehreren Insassen.

Für die Stabilität gegen Verdrehen oder Umfallen wurden nur die drei Antriebszylinder vorgesehen, die am unteren Ende über ein einachsiges Gelenk am Bodengestell montiert sind. Zwar lassen sich die Stangenführungen und Gelenke der drei Zylinder durch Zusatzkonstruktionen verstärken, jedoch ist auch hier bald die Stabilitätsgrenze dieser Bauart erreicht, da auch zusätzliche Stangenführungen beweglich bleiben müssen, soll der Befestigungspunkt weiterhin unterhalb der Plattform liegen.

Außerdem ist die Einstiegshöhe durch die unter der Plattform angeordneten Zylinder relativ hoch.

In DE 44 39 530 A1 wird ein Simulator beschrieben, der auch - ähnlich wie in WO 95/16253 - mit drei Antriebszylindern ausgestattet ist, jedoch zusätzlich einen, im Zentrum der Plattform befindlichen, senkrechten Stützzylinder besitzt.

Dieser Stützzylinder, der am oberen Ende ein Kugelgelenk aufweist, soll der Vorrichtung mehr Stabilität gegen unerwünschte Translation in horizontaler Richtung geben (Umfallen).

Es besteht jedoch keine Einrichtung für zusätzliche Stabilität gegen unerwünschte Rotation um die Hochachse (Verdrehen). Hierfür sind nur die am unteren Ende der Antriebszylinder angebrachten Gabelkopfgelenke vorgesehen, die die Kräfte über die Hebel der Zylinder abfangen müssen. Für kleinere Simulatoren mag dies genügen. Für schwere Aufbauten sollte jedoch mehr Reserve in puncto Verdrehsicherheit gegeben sein.

Ziel der Erfindung ist es, eine Bewegungsvorrichtung zu schaffen, die eine hohe Stabilität bei großem Bewegungsspielraum aufweist.

Diese Anforderung wird erfindungsgemäß durch eine Bewegungsvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Bewegungsvorrichtung weist eine Plattform mit einer Simulatorkapsel auf. Die Plattform stützt sich mit mindestens drei Stützen auf dem Bodengestell ab. Gegenüber dem Bodengestell sind die Stützen um eine etwa waagrechte Achse schwenkbar. Die Plattform weist für jede Stütze einen Linearantrieb auf. Dabei ist jede Stütze in ihrer Höhe, Breite und Tiefe unveränderbar. Die Stützen ragen an den Befestigungspunkten der Plattform seitlich über den Rand der Plattform hinaus. Die drei Stützen sind dabei identisch aufgebaut. Sie sind so an drei seitlichen Befestigungspunkten mit der Plattform verbunden, dass die Befestigungspunkte vorzugsweise ein gleichseitiges Dreieck bilden. Die erfindungsgemäße Besonderheit liegt darin, dass die für Stabilität sorgenden Stützen und die für den vertikalen Antrieb sorgenden Linearantriebe zu einer Einheit kombiniert sind. Somit wird kein zusätzlicher Raum unter der Plattform für seperate Antriebszylinder benötigt. Die Einstiegshöhe für das Ein- und Aussteigen kann daher so niedrig sein, dass keine Treppe, Leiter oder Rampe benötigt wird. Darüberhinaus ist die Anzahl der mechanischen Gelenke in der Konstruktion im Vergleich zu bekannten Bewegungsvorrichtungen sehr gering.

Eine weitere Besonderheit dieser Erfindung ist, dass die Stützen an den Befestigungspunkten der Plattform seitlich über den Rand der Plattform hinausragen. Dadurch ist es möglich, die Antriebe mit den starren Stützen großzügig zu verstärken, damit die Vorrichtung genügend Stabilität erhält.

Um zu verhindern, dass bei maximaler Neigung der Plattform die Simulatorkapsel mit einer Stütze kolidieren kann, sind die Befestigungspunkte zwischen Stütze und Plattform in einem gewissen Abstand von der Simulatorkapsel vorgesehen.

Bedingt durch diese Einschränkung und einer niedrigen Einstiegshöhe ist es außerdem empfehlenswert die Simulatorkapsel entweder an der Plattform hängend oder zumindest zu zweidrittel ihrer Höhe unterhalb der Plattform zu installieren.

Die Anzahl der benötigten Gelenke ist überschaubar. Für die schwenkbare Befestigung der drei Stützen auf dem Bodengestell wird nur je ein einachsiges Gelenk benötigt. Dazu kommt pro Befestigungspunkt der Plattform ein etwas aufwendigeres dreiachsiges Gelenk. Die erste Achse des Gelenks ermöglicht der Plattform das Schwenken um die Horizontalachse, damit sich die Plattform neigen kann. Bereich: ca. +/-30°.

Die zweite Achse ermöglicht die Rotation der Plattform um eine ebenfalls im wesentlichen horizontal jedoch um 90 Grad versetzt verlaufende imaginäre Achse. Die Achse verläuft deckungsgleich mit dem Verbindungsstück zwischen Eckpunkt der Plattform und Anschluß am Antriebskopf des Linearantriebs. Eine solche Rotation wird notwendig, wenn sich zum Beispiel ein Antriebskopf nach oben bewegt, während die beiden anderen ihre Position beibehalten. Bereich: ca. +/-30°.

Die dritte Achse der Gelenkkonstruktion wird nur aus Gründen der mechanischen Reserve benötigt. Sie ermöglich der Plattform das Schwenken um die Hochachse. Bei vollständig senkrechter Ausrichtung der Stützen wäre diese Achse nicht notwendig. Wegen zu erwartender Ungenauigkeiten in der Fertigung bzw. Montage der Stützen kann jedoch nicht auf diese Gelenkkomponente verzichtet werden, da sonst mechanische Spannungen auftreten und die Verbindung zwischen Plattform und Stützen zerstört werden kann. Bereich: ca. +/-2°.

Was die Linearantriebe betrifft kann neben Hydraulik- oder Elektrozylinder auch ein reiner Spinantrieb verwendet werden. Dieser muss nicht über eine Kolbenstange verfügen wie herkömmliche Zylinder. Es genügt ein auf der Spindel verfahrbarer Antriebskopf der auf Schienen, die in die Stützen eingebettet sind, beweglich gelagert ist. Die Spindel selbst wird zum Beispiel mit einem Elektromotor, der am oberen Ende der Stütze befestigt wird, direkt angetrieben.

Fig. 1 zeigt eine räumliche Ansicht der Bewegungsvorrichtung ohne Simulatorkapsel im nicht geneigten Zustand.

Die dargestellte Bewegungsvorrichtung verfügt über drei Freiheitsgrade:

1. Rollbewegung
2. Neigungsbewegung
3. Translation in vertikaler Richtung (Auf und Abwärtsbewegung).

Zusätzliche Freiheitsgrade der Bewegung lassen sich beispielsweise dadurch realisieren, dass das Bodengestell 1 auf einen X-Y-Antrieb angebracht wird. Dieser könnte aus zwei weiteren mit Zahnradantrieben oder ähnlichen ausgestatteten Bodengestellen bestehen, wobei das eine Gestell eine Verfahrbarkeit in X-Richtung und das andere in Y-Richtung ermöglichen würde. Damit wären fünf Freiheitsgrade der Bewegung erreicht, die dem Simulator frei zur Verfügung stehen würden. Im Extremfall könnte ein sechster Freiheitsgrad der Bewegung dadurch erzielt werden, dass die Simulatorkapsel mit Hilfe eines Kugellenkkranzes drehbar in und parallel zur Plattform 2 eingebaut werden würde.

Claims

1. Bewegungsvorrichtung für einen Fahr- oder Flugsimulator mit einer eine Simulatorkapsel tragenden Plattform (2), die sich mit mindestens drei, jeweils um eine etwa waagrechte Achse schwenkbaren Stützen (3) auf dem Bodengestell (1) abstützt und für jede Stütze einen Linearantrieb (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Stütze (3) in ihrer Höhe, Breite und Tiefe unveränderbar ist,
daß die Stützen (3) an den Befestigungspunkten (8) der Plattform (2) seitlich über den Rand der Plattform hinausragen.

2. Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in jede der drei Stützen (3) ein Linearantrieb (5) integriert ist
und daß die Kombination aus Stützen (3) und Linearantrieb (5) die Plattform (2) um ihre drei möglichen Freiheitsgrade bewegt.

3. Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung um zwei weitere unterhalb des die Stützen (3) tragenden Bodengestells (1) vorgesehene Bodengestelle, von denen eines in X- und das andere in Y-Richtung verfahrbar ist, ergänzt werden kann
und daß die Vorrichtung um einen Drehkranz zwischen Plattform (2) und Simulatorkapsel oder zwischen den zusätzlichen Bodengestellen ergänzt und damit von drei auf bis zu sechs Freiheitsgrade der Bewegung erweitert werden kann.