EP2896031A1 - Bewegungssystem für eine in drei raumrichtungen bewegbaren plattform - Google Patents

Bewegungssystem für eine in drei raumrichtungen bewegbaren plattform

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Publication number
EP2896031A1
EP2896031A1 EP13762140.5A EP13762140A EP2896031A1 EP 2896031 A1 EP2896031 A1 EP 2896031A1 EP 13762140 A EP13762140 A EP 13762140A EP 2896031 A1 EP2896031 A1 EP 2896031A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive
platform
drive unit
unit according
bearings
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13762140.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Wilkens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinmetall Electronics GmbH
Original Assignee
Rheinmetall Defence Electronics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rheinmetall Defence Electronics GmbH filed Critical Rheinmetall Defence Electronics GmbH
Publication of EP2896031A1 publication Critical patent/EP2896031A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
    • G09B9/02—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft
    • G09B9/06—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft for teaching control of ships, boats, or other waterborne vehicles
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
    • G09B9/02—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft
    • G09B9/08—Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft for teaching control of aircraft, e.g. Link trainer
    • G09B9/12—Motion systems for aircraft simulators

Definitions

  • the present invention relates to a drive unit for moving a platform, preferably a platform of a driving or flight simulator and a movement system for a platform, which contains three drive units according to the invention.
  • Mechanically movable platforms are known in particular from driving or flight simulators.
  • driver cabs or vehicle operator stations are mounted on the platform as faithfully as possible replica of the operator environment of the driver or the pilot.
  • the operator is presented with an artificial, visual environment on monitors that often cover his entire field of view.
  • the simulation is usually acoustically supported with a realistic background noise. So that the operator also perceives the movement forces corresponding to the simulation, the platform is movably mounted and can be moved laterally or rotationally along the various axes of movement by means of drive units.
  • Such simulators are used to carry out vehicle or aircraft-specific training and / or tests without actually using the vehicle. But even with driving equipment from showmen to the entertainment purpose movable platforms are used. It is also possible, in simulators, to fix projection systems on a platform which can be moved in three spatial directions.
  • US 4,066,256 discloses an amusement park ride which gives passengers the illusion that they are in a rapidly maneuvering vehicle.
  • a vehicle cabin in which the passengers are during an amusement ride, played on a display a fast-paced movie, such as the driver's view in a car chase.
  • the vehicle cab is mounted on a platform.
  • the platform in turn is located at three points on three individual drive units, here hydraulic cylinders.
  • the piston rods of the hydraulic cylinders By controlled movement of the piston rods of the hydraulic cylinders, the platform together with the vehicle cabin located thereon can be tilted over certain path and angle sections, inclined and moved vertically up and down.
  • the passenger thus experiences suitable acceleration forces for the film, for example during acceleration, braking or cornering as well as when driving over obstacles.
  • the invention is therefore based on the object to develop a drive unit for moving a platform with which the vertical stroke of the movable platform is increased and at the same time allows access to the platform without aids such as ladder or the like.
  • the application of the drive units according to the invention is not limited to simulators.
  • the drive units can also be used individually, for example to drive a carriage along a linear axis.
  • the movement system according to the invention according to claim 7 makes it possible to achieve a large vertical stroke in a very low design with a movable in three directions platform.
  • the system can also be used in rooms with a low ceiling height. A ladder to enter the platform is not required.
  • the drive unit is constructed of a welded construction, which is equipped with commercially available components (engine, transmission, bearings). Different deflections or occurring forces can be taken into account by adjustments to the geometry as well as by adapted drives.
  • the drives are relieved by air springs, of which the platform is supported.
  • the movement system can advantageously be extended by additional axes of movement, in which it is mounted on a turntable or in a table movable in two spatial directions of a plane.
  • FIG. 1 shows three views of the drive unit
  • Figure 2 shows the deflection of the drive unit
  • Figure 3 is a plan view of the movement system, wherein only one of the three drive units is shown.
  • the three-degree-of-freedom motion system shown in the figures is used to generate lifting, pitching and rolling motions such as occur in the simulation of forces on the driver of a simulated vehicle.
  • the movement system consists of three identical drive units (14, 15, 16) which are arranged on a circle (17), preferably offset by 120 ° (see FIGS. 1 and 3).
  • the plungers (10) of the drive units are connected via universal joints (1 1) to the platform (13).
  • the drive (1, 2) depends rotatably mounted between the side walls (12).
  • the drive lever (9) is fixedly connected to the drive axle (3) and rotatably supported on the flange bearing (6).
  • the Abutment (7), mounted on the gearbox (1) is supported by the support (8) on the Bocklager.
  • the plunger (10) is rotatably mounted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit zur Bewegung einer Plattform, vorzugsweise einer Plattform eines Fahr-oder Flugsimulators, wobei die Bewegung in nahezu vertikaler Richtung erfolgt,wobei -der Antrieb der Antriebseinheit über zumindest eine Koppel mit der Plattform gekoppelt ist, -die Antriebswelle des Antriebs über Antriebshebel mit wenigstens einem, vorzugsweise zwei seitlich vom Antrieb angeordneten ortsfesten Lagern verbunden ist und -der Antrieb zumindest ein Widerlager aufweist, welches mittels zumindest einem, vorzugsweise zwei Stützhebeln mit weiteren seitlich vom Antrieb angeordneten ortsfesten Lagern verbunden ist, so dass der Antrieb in den ortsfesten Lagern gelagert und somit bei Drehung der Antriebswelle drehbar undbeweglich ist.

Description

B E S C H R E I B U N G
BEWEGUNGSSYSTEM FÜR EINE IN DREI RAUMRICHTUNGEN BEWEGBAREN PLATTFORM
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit zur Bewegung einer Plattform, vorzugsweise einer Plattform eines Fahr- oder Flugsimulators und ein Bewegungssystem für eine Plattform, das drei erfindungsgemäße Antriebseinheiten enthält.
Mechanisch bewegbare Plattformen sind insbesondere aus Fahr- oder Flugsimulatoren bekannt. Dazu sind auf der Plattform Fahrerkabinen bzw. Fahrzeugbedienplätze mit möglichst originalgetreuer Nachbildung der Bedienerumgebung des Fahrzeugführers oder des Piloten montiert. Dem Bediener wird auf Monitoren, die häufig sein komplettes Blickfeld abdecken, eine künstliche, visuelle Umgebung dargestellt. Zusätzlich wird die Simulation meist mit einer realitätsnahen Geräuschkulisse akustisch unterstützt. Damit der Bediener auch die der Simulation entsprechenden Bewegungskräfte wahrnimmt, ist die Plattform beweglich gelagert und kann entlang der verschiedenen Bewegungsachsen lateral oder rotatorisch mittels Antriebseinheiten bewegt werden. Solche Simulatoren kommen zum Einsatz, um fahr- oder flugzeugspezifische Schulungen und/oder Tests durchzuführen, ohne das Fahr- bzw. Flugzeug tatsächlich zu benutzen. Aber auch bei Fahrgeräten von Schaustellern zum Vergnügungszweck kommen bewegbare Plattformen zum Einsatz. Ebenso ist es möglich, in Simulatoren, Projektionssysteme auf einer in drei Raumrichtungen bewegbaren Plattform zu befestigen.
Bewegbare Plattformen der gattungsgemäßen Art zeigen die EP 0 335 585 A1 , die US 5,919,045 oder die US 4,066,256.
In der US 4,066,256 wird ein Fahrgeschäft für einen Vergnügungspark offenbart, in dem für die Fahrgäste die Illusion geschaffen wird, sie säßen in einem rasch manövrierenden Fahrzeug. Dazu wird in einer Fahrzeugkabine, in der sich die Fahrgäste während einer Vergnügungsfahrt befinden, auf einer Anzeige ein rasanter Film abgespielt, beispielsweise die Fahrersicht bei einer Autoverfolgungsjagd. Die Fahrzeugkabine ist auf einer Plattform montiert. Die Plattform wiederum liegt an drei Punkten auf drei einzelnen Antriebseinheiten, hier Hydraulikzylindern auf. Durch gesteuertes Verfahren der Kolbenstangen der Hydraulikzylinder kann die Plattform mitsamt der darauf befindlichen Fahrzeugkabine über gewisse Weg- und Winkelstrecken gekippt, geneigt und vertikal auf und ab bewegt werden. In Synchronisation mit dem in der Fahrzeugkabine gezeigten Film erfährt der Fahrgast auf diese Weise zum Film passende Beschleunigungskräfte, beispielsweise bei Beschleunigungs-, Brems- oder Kurvenfahrten sowie bei Fahrten über Hindernisse.
Insbesondere bei Simulatoren ist man bemüht, einen möglichst großen vertikalen Hub der bewegbaren Plattform zu realisieren. Dadurch werden größere Winkel- und Wegstrecken und damit ein größerer Bewegungsspielraum der Plattform ermöglicht. In der Folge kann ein breiteres Spektrum an Simulationsszenarien abgedeckt werden. Der Vertikalhub wird jedoch häufig durch die Raumhöhe beschränkt. Weiterhin müssen aufgrund der großen Bauhöhe Leitern bzw. Hilfsmittel zum Betreten der Plattform vorgesehen werden. Dies ist auch in den vorstehend genannten Schriften der Fall. Selbst in der vertikal niedrigsten Position befindet sich die bewegliche Plattform bedingt durch die Konstruktion der Antriebseinheiten noch weit über der Flurebene.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit zur Bewegung einer Plattform zu entwickeln, mit der der Vertikalhub der bewegbaren Plattform vergrößert wird und die gleichzeitig einen Zugang zur Plattform ohne Hilfsmittel wie Leiter oder ähnliches ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Antriebseinheiten ist nicht auf Simulatoren begrenzt. Die Antriebseinheiten können auch einzeln genutzt werden, um beispielsweise einen Wagen entlang einer Linearachse anzutreiben.
Das erfindungsgemäße Bewegungssystem nach Patentanspruch 7 ermöglicht es, bei einer in drei Raumrichtungen bewegbaren Plattform einen großen vertikalen Hub bei sehr niedriger Bauform zu erreichen. Das System ist so auch in Räumen mit niedriger Deckenhöhe nutzbar. Eine Leiter zum Betreten der Plattform ist nicht erforderlich.
Die Unteransprüche 2-6 und 8 beschreiben bevorzugte, weil besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Bevorzugt wird die Antriebseinheit aus einer Schweißkonstruktion aufgebaut, die mit handelsüblichen Komponenten (Motor, Getriebe, Lager) bestückt wird. Unterschiedliche Auslenkungen oder auftretende Kräfte können durch Anpassungen an der Geometrie sowie durch angepasste Antriebe berücksichtigt werden. Bevorzugt werden die Antriebe durch Luftfedern entlastet, von denen die Plattform unterstützt wird.
Das Bewegungssystem kann vorteilhaft um zusätzliche Bewegungsachsen erweitert werden, in dem es auf einem Drehteller oder einem in zwei Raumrichtungen einer Ebene bewegbaren Tisch montiert wird.
Nachfolgend werden die Antriebseinheit und das Bewegungssystem anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt.
Dabei zeigen die
Figur 1 drei Ansichten der Antriebseinheit,
Figur 2 die Auslenkung der Antriebseinheit und
Figur 3 eine Draufsicht auf das Bewegungssystem, wobei nur eine der drei Antriebseinheiten abgebildet ist.
Das in den Figuren dargestellte Bewegungssystem mit drei Freiheitsgraden dient zur Erzeugung von Hub-, Nick- und Wankbewegungen, wie sie beispielsweise bei der Simulation von Kräften auf den Fahrer eines simulierten Fahrzeugs auftreten.
Das Bewegungssystem besteht aus drei identischen Antriebseinheiten (14, 15, 16) die auf einem Kreis (17), vorzugsweise um 120° versetzt, angeordnet sind (siehe Figuren 1 und 3). Die Stößel (10) der Antriebseinheiten sind über Kardangelenke (1 1 ) mit der Plattform (13) verbunden. Der Antrieb (1 , 2) hängt drehbar gelagert zwischen den Seitenwänden (12). Der Antriebshebel (9) ist fest mit der Antriebsachse (3) verbunden und stützt sich am Flanschlager (6) drehbar ab. Das Widerlager (7), montiert am Getriebe (1 ) stützt sich über die Stütze (8) am Bocklager ab. Am Gelenklager (4) ist der Stößel (10) drehbar gelagert. Durch die Längen von Antriebshebel (9), Stütze (8) und die Abstände zwischen Antriebsachse (3) und Widerlager (7) sowie Flanschlager (6) und Bocklager (5) sowie deren Positionen wird die Position und des Gelenklagers bestimmt. Dreht sich der Antrieb, so bewegt sich das Gelenklager (4) im Arbeitsbereich nahezu senkrecht nach oben oder unten, wobei der Antrieb (1 , 2) ebenfalls bewegt bzw. gedreht wird. Außerhalb des Arbeitsbereiches knickt die Bewegungslinie ab, wobei ein Durchdrehen der Antriebsachse mechanisch begrenzt ist. In der Figur ist die untere Lage der Plattform dargestellt. Durch die Anordnung des Antriebs (1 , 2) zwischen den Seitenwänden (12) ist der Stößel nicht quer beweglich, wodurch bei drei identischen um 120° versetzt angeordneten Antriebseinheiten die Plattform horizontal stabil gehalten wird.
In Figur 2 wird die Auslenkung der Antriebseinheit dargestellt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1 .
Antnebseinheit zur Bewegung einer Plattform, vorzugsweise einer Plattform eines Fahr- oder Flugsimulators, wobei die Bewegung in nahezu vertikaler Richtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Antrieb der Antriebseinheit über zumindest eine Koppel mit der Plattform gekoppelt ist,
- die Antriebswelle des Antriebs über Antriebshebel mit wenigstens einem, vorzugsweise zwei seitlich vom Antrieb angeordneten ortsfesten Lagern verbunden ist und
- der Antrieb zumindest ein Widerlager aufweist, welches mittels zumindest einem, vorzugsweise zwei Stützhebeln mit weiteren seitlich vom Antrieb angeordneten ortsfesten Lagern verbunden ist, so dass der Antrieb in den ortsfesten Lagern gelagert und somit bei Drehung der Antriebswelle drehbar und beweglich ist.
2.
Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Antriebseinheit im Wesentlichen aus einer Schweißkonstruktion besteht, in die handelsübliche Komponenten wie Motor, Getriebe und Lager eingebaut sind.
3.
Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppel mittels Gelenklager an dem Gehäuse des Antriebs befestigt ist.
4.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppel über ein Kardangelenk mit der Plattform verbunden ist.
5.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Widerlager über Stützhebel verbundenen ortsfesten Lager als Bocklager ausgeführt sind.
6.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheiten entlastet werden, indem die Plattform durch eine oder mehrere Luftfedern unterstützt wird.
7.
Bewegungssystem, das eine in drei Raumrichtungen bewegbaren Plattform enthält, die mit drei Antriebseinheiten nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verbunden ist, wobei die Antriebseinheiten auf einem horizontalen Kreis, vorzugsweise um 120° versetzt angeordnet sind.
8.
Bewegungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das System um zusätzliche Bewegungsachsen erweitert wird, indem das Bewegungssystem auf einem Drehteller oder einem in zwei Raumrichtungen in einer Ebene bewegbaren Tisch montiert wird.
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