PT90117B

PT90117B - Mecanismo de simulacao de movimento

Info

Publication number: PT90117B
Application number: PT90117A
Authority: PT
Inventors: Phillip Michael Raymond Denne
Original assignee: Super X Ltd
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1989-03-27
Publication date: 1994-03-31
Also published as: DK225590A; EP0335585A1; BR8907333A; JPH03504898A; WO1989009463A1; DK225590D0; PT90117A; US5071352A; GB8807221D0; AU3365489A; AU621607B2

Description

MEMORIA descritiva

presente invento refere-se a mecanismos de simulação de movimento e em particular a mecanismos de simulação de movimento para simularem deslocaçães dadas em veículos motorizados, veículos terrestres, veículos aquáticos, veículos espaciais, etc..

São conhecidos um certo número de mecanismos de movimenta ção com um número restrito de graus de liberdade. Por exemplo os mecanismos que são descritos nas patentes GB 2 068 322, US 4 019 261 e US 4 551 101.

E também conhecida a produção de mecanismos que proporei^ nam movimento com três graus de liberdade, isto é, nos eixos de d_e riva, arfagem e rolamento. Estes mecanismos são conhecidos para fins de entretenimento. Tais mecanismos estão descritos, em particular, na patente US 4 066 256 e no nosso pedido de patente copendente GB Θ7 22 853.

pedido GB Θ7 22 Θ53 refere-se a aperfeiçoamentos na con cepção da estrutura articulada, très sistemas de movimento axial em qde à disposição dos macacos é disposta de modo que os mesmos formam um tetraédro flexível com a plataforma que é para ser movj. da. Por outro lado, a patente US 4 066 256 mostra macacos numa posição essencialmente vertical ou inclinada vindos de três pontos separados na base do mecanismo.

Existem problemas na utilização de disposiçães de pilares verticais devido às dificuldades relativas^o reforço da união universal sobre um ou mais dos pilares.

A patente GB 1 224 505 descreve mecanismos similares que se relacionam com os aparelhos de simulação de voo baseados em terra. 0 aparelho inclui uma estrutura que suporta o peso do mecanismo de simulação a partir de cima. A desvantagem de um tal a_r ranjo é que a estrutura de montagem deve ser desenhada para supor tar forças laterais e rotacionais significativas de modo que é ne cessário mais peso do aparelho como um todo para proporcionar uma estrutura forte.

A patente GB 1 146 213 mostra um simulador de voo no qual

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-3todas as forças principais são transmitidas por meio de actuadores. Todas as uniões mostradas são tanto transmissoras de forças principais como também meios de sujeição. Existe uma perda signi ficativa de eficiência nos mecanismos de união devido ao número de articulações de fricção entre o simulador e os actuadores.

A patente GO 954 357 refere-se a um simulador que opera apenas em arfagem e rolamento e que não tem os três graus de movi_ mento.

De acordo com o presente invento proporciona-se um mecanismo de simulação de movimento que tem eixos de arfagem e rolamento que se intersectam.

De acordo com o presente invento proporciona-se um mecanismo de simulação capaz de operar com três graus de liberdade e tendo eixos de rolamento e arfagem que se intersectam, que compre ende uma base tendo um plano fixo, uma cápsula de simulador tendo um plano de operação do simulador, estando a base debaixo do plano de operação do simulador, três actuadores extensíveis independentes capazes de mudarem a posição do plano de operação do simulador ,estando os três actuadores acoplados de modo articulado em pontos separados no plano fixo da base e em pontos separados no plano de operação do simulador, sendo o peso da cápsula do simul^ dor e do plano de operação do simulador quando em funcionamento, suportado pelos três actuadores, estando a linha de união de dois dos actuadores posicionada perpendicular ao eixo longitudinal quer do plano de base quer do plano de operação de simulador, estando o terceiro actuador posicionado numa extremidade e sobre o eixo longitudinal do plano de base, sendo proporcionados, pelo menos, dois mecanismos passivos de sujeição para evitarem movimento ind_e sejado nos eixos de guinada, arfagem e balanço, estando os sujeitadores ligados de modo articulado ao longo do eixo de rolamento no mesmo plano de operação do simulador do que os pontos de acoplamento dos actuadores.

Prefere-se que o centro de massa da cápsula de simulação fique localizado entre os pontos de ligação dos actuadores no ou acima do plano de operação do simulador da cápsula.

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-4Os actuadores são acoplados para funcionarem nos eixos de deriva, arfagem e rolamento e têm meios/snjjeição para proporciona rem movimento indesejável nos eixos de viragem, arfagem e balanço. Os actuadores são, de preferência macacos hidráulicos tendo êmbolos extensíveis. No entanto, outros tipos de actuadores podem também ser utilizados, tais como êmbolos pneumáticos, actuadores eléctricos, actuadores de pinhão e cremalheira accionados por motores eléctricos e actuadores compreendendo esfera e porca que funcionam numa haste roscada em rotação.

Os meios de sujeição são, de preferência, estruturas tais como estruturas em A ou a estes equivalentes, por exemplo, estruturas rígidas em T ou em Y aqui referidas como estruturas em A, para proporcionarem rigidez. As estruturas em A são montadas de modo articulado em cada um dos vértices das estruturas. No entari to podem ser porporcionados outros meios de sujeição. Em particu. lar pilares de apoio podem ser proporcionados para suportarem o peso da cápsula de simulação numa posição de apoio quando os actua dores não estão sob pressão.

'propósito do mecanismo de sujeição, que está, de preferência compreendido entre os actuadores, é permitir ao mecanismo de simulação funcionar com os três graus de liberdade requeridos, isto é, nos eixos de deriva, arfagem e rolamento, mas ao mesmo tejn po controlarem o dispositivo nos três eixos sem controlo que são os eixos de viragem, arfagem e balanço. As forças principais entre o plano no qual o simulador está montado, isto é o plano de operação do simulador e o plano de base fixo, não estão, de preferência, acoplados através da estrutura do simulador mas passam simples e directamente através dos próprios actuadores. As forças transmitidas pelas uniães são por isso apenas forças de seguri da ordem. Estas estão presentes devido ao centro de massa da cápsula não estar na intersecção dos eixos de arfagem e rolamento. Um dos objectivos do mecanismo é assegurar que os eixos de arfagem e rolamento se interseccionem e que ambos os eixos assentem no plano do simulador. 0 plano de operação do simulador pode mover-se verticalmente. 0 plano de arfagem é definido como passando através do eixo de rolamento, paralelo ao plano de operação do

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-5simulador que contém os vértices móveis das estruturas de articulação. Este plano pode mover-se verticalmente e tem um eixo de arfagem variável que assenta no plano de arfagem. Finalmente o plano de rolamento é definido como passando através do eixo de rç) lamento e ficando paralelo ao plano de operação do simulador.

Em consequência o mecanismo é construído de modo que é proporcionada uma chumaceira deslizante, de preferência no plano de operação do simulador. Esta é normalmente a chumaceira da frente, não essa necessariamente, e é normalmente uma chumaceira universal, apesar de esse não ser necessariamente o caso, e a mej^ ma assentar no eixo de rolamento. Os eixos de articulação das es. truturas articuladas assentam no plano de operação do simulador. Por fim os pontos de aplicação do impulso dos actuadores fica no plano de operação do simulador. Seguindo estas regras, o presente invento não apresenta grandes forças geradas em qualquer uma das chumaceiras.

Como indicado, os actuadores são de preferência macacos hidráulicos ligados através de pontos de articulação quer na base quer rró · |31'aTTO~do simulador.

Apesar dos actuadores serem de preferência do mesmo comprimento, isso não é essencial. Um ou mais dos actuadores podem ter um comprimento diferente dos outros. Assim, é possível aos actuadores serem acoplados de modo articulado á cápsula de simula ção no plano de operação do simulador de tal modo que o plano de base não fique paralelo ao plano de operação do simulador quando □ aparelho está em apoio.

invento será adicional mente descrito, apenas por meio de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

a figura 1 é uma vista em perspectiva geral do mecanismo de s_i mulação do presente invento, a figura 2 é uma vista diagramática do mecanismo de simulação do presente invento em linhas esquemáticas, a figura 3 é uma vista em planta da base do mecanismo de simulação do presente invento,

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-6•Π vista em planta de uma plaraforma simulação do presente invento, vista detalhada dos mecanismos de de mecanisarticulação a figura 4 é uma mo da a figura 5 é uma do simulador, a figura 6 é uma vista detalhada da chumaceira deslizante da frente do simulador do presente invento, a figura 7 é uma vista detalhada da chumaceira universal traseira do simulador do presente invento, e a figura 8 é uma vista diagramâtica de uma concretização adici_o nal do mecanismo de simulação do presente invento.

Referindo aos desenhos, uma cápsula 10 está montada numa plataforma 12 para proporcionar o plano de operação do simulador, suportada numa base 14 por meio de mecanismos de articulação 16 e 18. Um macaco hidráulico 20 está ligado à base 14 por uma chumaceira com dois graus de liberdade perpendiculares entre si, efectivamente uma união universal. Os macacos hidráulicos 24 e 26 e_s tão ligados através das chumaceiras 28 e 30 novamente com dois graus,-de'· ro-tação, similar à chumaceira 22. A estrutura articulada 18 está ligada à base 14 através das chumaceiras 32 e 34 através de pinos 36 e 38 permitindo à estrutura articulada 18 mover-se para cima e para baixo. A estrutura articulada traseira 16 está ligada por duas chumaceiras 40 e 42 por meio de pinos 44 e 46 permitindo de novo à estrutura articulada traseira rodar em torno dos pinos.

As porçães superiores dos macacos hidráulicos 20, 24 e 26 estão ligadas por chumaceiras 48, 50 e 52 que de novo são rodáveis em dois eixos. As chumaceiras 48, 50 e 52 estão montadas na estrutura de plataforma 12 sobre a qual a cápsula 10 está posici.0 nada.

As estruturas articuladas que efectivamente são estruturas em A interactuam entre si para permitirem a rotação em torno dos pinos 36 e 38; e 44 e 46. Ambas as estruturas articuladas 16 e 18 estão bifurcadas, sendo a estrutura articulada traseira 16 uma estrutura em A tendo umagrande bifurcação para permitir à estrutu

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-7ra articulada frontal 18 que é uma estrutura em T, passar entre as hastes 54, 56 da estrutura articulada 16. A porção central da estrutura articulada 18 passa entre as hastes 54 e 56 enquanto que as hastes Frontais 58 e 60 se prolongam para os pinos 36 e

38. A estrutura articulada frontal 18 é bifurcada na sua extremi dade traseira de modo que a mesma pode ser ligada à união universal 62 montada por debaixo da traseira da plataforma 12. A estru tura articulada traseira 16 está ligada no seu ponto superior através de uma união universal 64 à chumaceira deslizante frontal 66. A chumaceira deslizante 66 tem uma porção central cilíndrica que permite a um tubo 68 deslizar através da chumaceira 66.

Os pilares de apoio 70, 72 e 74 proporcionam suporte à plataforma na sua posição de apoio, sendo cada pilar 70, 72 e 74 posicionado adjacente a um dos macacos hidráulicos 20, 24 e 26. 0 pilar de apoio 70 passa através da bifurcação 58, 60 da extremid_a de traseira da estrutura articulada frontal 18. Os pilares 70, 72 e 74 encostam-se em almofadas 71, 73 e 75, respectivamente, na plataforma 12.

<—.·· Uártãs ligações hidráulicas são feitas a partir dos macacos 20, 24 e 26 como descrito abaixo com referência à fig. 3. Uma consola de operação de controlo 76 é proporcionada separadamente a partir do mecanismo do presente invento, para suportar os meios de controlo via cablagem para os mecanismo. Uma unidade hidrául_i ca 84 proporciona o fluido pressurizado para actuar nos macacos 20, 24 e 26.

A cápsula 10 compreende portas 78 para acesso aos assentos 80. Dentro da cápsula 10 encontra-se um écran de visionamento que pode ser uma unidade video ou um écran de filme para exibir efeitos visuais coordenados com os efeitos físicos proporcionados pelo movimento da cápsula. Os assentos 80 podem ter capaci. dade suficiente para 10 a 15 ocupantes para experimentarem os efeitos quer visuais quer sensoriais do simulador do presente invento.

Referindo agora especificamente a fig. 2, a estrutura da plataforma é mostrada diagramaticamente pelo rectângulo A B C D

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-8e a base é mostrada diagramaticamente pelo rectângulo P Q R S. A estrutura de plataforma A B C 0 teria normalmente uma cápsula pos_i cionada sobre a mesma. Os macacos hidráulicos 20, 24 e 26 da fig.

são mostrados diagramaticamente ligando os pontos IV; G T e

H U. A estrutura articulada frontal tem pontos de articulação Ν M correspondentes aos pinos 38 e 36 da fig. 1 na base 14 /~P Q R S_/ e está ligada a uma chumaceira 62 (fig. 7) no ponto 0. A estrutjj ra articulada traseira 3 K L está ligada através dos pinos 42, 44 e K_7 à base 0 P Q R e atraués da chumaceira 64 (fig. 1) no ponto L ao tubo deslizante 68 (fig. 1) ao longo de F E.

mecanismo é construído de modo que a chumaceira deslizari te no ponto L (que normalmente é a chumaceira frontal, mas isto não é essencial) e a chumaceira universal no ponto 0 (normalmente a chumaceira traseira, mas isto não é essencial) fica no eixo de rolamento, isto é o eixo que fica ao longo da linha E F 0.

z

E essencial que o eixo transversal da chumaceira frontal L e o eixo de rolamento ao longo da linha E F se interseccionem. 0 eixo transversal de ambas as chumaceiras L e 0 interseccionam tambénk-a-li-nba- E F 0 paralela à linha P Q.

Os pontos de aplicação do impulso dos macacos hidráulicos G T, H U, I V ficam todos no plano de rolamento que é o mesmo pl_a no que o da estrutura de plataforma A B C D.

z

E essencial que o mecanismo siga o arranjo descrito acima para evitar as forças de oscilação desnecessárias e grandes na es trutura.

As figs. 3 e 4 mostram vista em planta da base 14 e da plataforma 12, respectivamente.

Como mostrado na fig. 1 e na fig. 3 a unidade hidráulica

Θ4 proporciona o fluido para accionar os macacos 20, 24 e 26 atra vés de linhas de fluxo 86 e linhas de retorno Θ8. Cada macaco hi_ dráulico 20, 24 e 26 é controlado por uma válvula 90, 92 e 94 actuada separadamente. A válvula 90 tem uma linha de entrada 96 e uma linha de saída 98, sendo o macaco servido por uma linha de entrada 100 e por uma linha de saída 102. Linhas de controlo si69 065

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-9milares servem os macacos 24 e 26. Um tanque de pressão 104 é proporcionado para manter a pressão na instalação. As válvulas são controladas por um programa adequado para se determinarem os movimentos operacionais de cada um dos macacos 20, 24 e 26 para se coordenarem com os efeitos visuais mostrados dentro da cápsula no écran 82.

Em funcionamento, a cápsula 10 é inicialmente posicionada nos pilares 70, 72 e 74 que suportam o peso da cápsula enquanto os passageiros entram atraués das portas 78 para se sentarem nas filas de assentos 80. Em funcionamento, a partir da consola 76, os macacos 20, 24 e 26 prolongam-se de modo que o peso da cápsula é tirado dos pilares de apoio 70, 72 e 74 e é suportado pelos macacos e pelos suportes articulados 16 e 18. Os suportes articul_a dos 16 e 18 como tesouras de interbloqueio articuladas em chumaceiras 32, 34, 40 e 46 na base e chumaceiras 62 e 66 na plataforma 12. Em descanso os macacos 20, 24 e 26 estão contraídos e a chumaceira frontal 66 está posicionada ao longo do tubo 68 na di% recção da frente da cápsula. A medida que a cápsula se eleva atra vés d^. _ex t.çxisã.o dos macacos 20, 24 e 26, a chumaceira 66 desliza ao longo do tubo 68 para a extremidade traseira da cápsula 10. Elevando o macaco 24 quer com quer sem contracção do macaco 26 a cápsula 10 inclina-se para a esquerda. Alternativamente, elevando o macaco e ou retraindo ou mantendo o macaco 24 no comprimento estabelecido provoca-se que a cápsula aponte para a direita. A medida que cada um dos macacos 20, 24 e 26 é operado independente^ mente, um número infinito de combinaçães de posição para a cápsula podem ser conseguidas. Utilizando programação adequada a partir da consola 26 em conjugação com a operação dos macacos bem co mo em conjugação com os efeitos visuais mostrados no écran 82 uma simulação de deslocação adequada pode ser proporcionada dentro da cápsula de veículos, tais como carros, motociclos, barcos, aviães, veículos espaciais, etc..

Apesar do invento ter sido descrito de modo que os actuadores 22, 24 e 26 estão mostrados numa posição vertical, como mos. trado em, por exemplo, a fig. 1, numa concretização alternativa do presente invento como mostrado na fig. 8, os actuadores numa

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posição de descanso podem ser inclinados ou oblíquos. 0 requisito importante da concretização da fig. 8 é que os sujeitadores estão ligados de modo articulado ao longo do eixo de rolamento no mesmo plano de operação do simulador que os pontos de acoplamento dos actuadores. Ds números de referência quando utilizados na fig. 8 designam as mesmas partes ou partes similares às mostradas na fig. 1.

Assim a estrutura de plataforma 12 tem a si ligadas estru turas 16 e 18 bem como actuadores 20 e 24. Os actuadores 20 θ 24 estão mostrados nas suas posiçães de descanso, isto é, quando a cápsula não está a funcionar. Pode-se ver que os actuadores 20 e 24 (estando o actuador 22 escondido pelo actuador 24 nesta vista) estão inclinados na posição de apoio em vez de verticais ou substancialmente verticais como mostrado na fig. 1. Pilares de descanso similares 70, 72 e 74 são proporcionados para suportarem o peso da plataforma 12, quando a cápsula está em descanso69 065

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Claims

1 - Mecanismo de simulação de movimento capaz de operar com três graus de liberdade e tendo eixos de rolamento e arfagem que se interseccionam, caracterizado por compreender uma base teri do um plano Fixo, uma cápsula de simulação tendo um plano de operação do simulador, estando a base por debaixo do plano de operação do simulador, três actuadores independentes extensíveis capazes de mudarem a posição do plano de operação do simulador, estari do os três actuadores acoplados de modo articulado em pontos sepa rados no plano fixo da base e em pontos separados no plano de op_e ração do simulador, sendo o peso da cápsula de simulação e do pl_a no de operação do simulador quando em operação suportado pelos três actuadores, estando a linha de união de dois dos actuadores posicionada perpendicular a um eixo longitudinal quer do plano de base quer do plano de operação do simulador, estando o terceiro actuador posicionado numa extremidade e no eixo longitudinal do plano de base, sendo proporcionados, pelo menos, dois mecanismos passivos de sujeição para evitarem movimento indesejado nos eixos de guinada, arfagem e balanço, estando os sujeitadores ligados de modo articulado ao longo do eixo de rolamento no mesmo plano de operação do simulador do que os pontos de acoplamento dos actuado res.

2 - Mecanismo de simulação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, quando o centro de massa da cápsula de simu lação está acima do triângulo formado a partir das linhas que unem os pontos de ligação estar sobre os actuadores no plano de operação do simulador.

3 - Mecanismo de simulação de acordo com a reivindicação

1 ou 2, caracterizado por os actuadores serem macacos hidráulicos tendo êmbolos extensíveis, êmbolos pneumáticos, actuadores eléctricos, actuadores de pinhão e cremalheira accionados por motores eléctricos ou actuadores compreendendo uma esfera e uma porca op_e rando sobre uma haste roscada em rotação.

4 - Mecanismo de simulação de acordo com qualquer uma das

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P69266PT/PMT/DC reivindicaçSes anteriores, caracterizado por ter também incluído um prumo de descanso capaz de suportar a cápsula de simulação quando não está em utilização.

5 - Mecanismo de simulação de acordo com qualquer uma das reivindicaçSes anteriores, caracterizado por os meios de sujeição serem estruturas em A ligadas de modo articulado em cada vértice da estrutura.