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用于飞行模拟器的多自由度运动平台及操作方法与流程
发布时间:2024-04-29 04:14 |   作者: 华体体育在线登录

  本发明涉及飞行模拟器技术领域,尤其是基于多自由度平台的模拟器,具体涉及用于飞行模拟器的多自由度运动平台。

  飞行模拟器不仅在实际飞行模拟训练过程中普遍应用,同时也在飞行模拟类的商业体验活动中使用,例如以飞行模拟器动感平台的方式提供给消费者进行模拟飞行。现有的飞行模拟器动感平台一般基于多自由度平台实现,尤其是六自由度运动平台,可以分别做左右侧翻、前后侧翻、前后平移、左右平移、上下举升、左右旋转六种动作,其绝大部分模拟的场景和情况都是飞行的升降以及正常飞行过程。

  但在模拟训练过程中,还需要仔细考虑飞行时的各种异常和突发状态,例如模拟飞机坠落场景。在飞机坠落过程中,一般会伴随着重力加速度往下运动的同时会有旋转或侧翻的情形,所以目前的飞行模拟器动感平台在仿真自然物体某些极限运动规律的时候,存在着不符合实际情况的需求,难以模拟出比较完整的运动轨迹和动作。

  现有技术中申请号cn7.3的中国专利申请公开一种飞行模拟器多维并联动感平台,所述的飞行模拟器包括pc、视景系统、动感平台和座舱,所述的动感平台包括平面运动平台和六自由度运动平台;所述平面运动平台用于模拟平面直线或曲线的平移运动动感,且使设置在其上的所述的六自由度运动平台模拟平面直线或曲线的平移运动动感;所述六自由度运动平台用于模拟六自由度的运动动感,且使设置在其上的所述的座舱模拟六自由度的运动动感。但我们分析该方案再实际模拟训练过程中,通过六自由度运动平台下增加设置平面运动平台,配合上面的六自由度运动平台,可完美的实现多种运动方式的叠加,但是难以对于飞机空中转圈及出现坠落事故等情况下的真实的情况进行模拟,实际模拟训练效果不理想。

  本发明的目的是针对现存技术存在的问题,提供一种用于飞行模拟器的多自由度运动平台,可实现正常飞行以及特殊情况例如侧翻和失重情况下的模拟飞行。

  一种用于飞行模拟器的多自由度运动平台,包括底座,所述底座上侧设有移动座,所述移动座通过并联运动机构与底座连接,所述移动座上侧竖直设有第一环形块,所述第一环形块与移动座固定连接,所述第一环形块两侧对称设有两个支撑臂,支撑臂均与移动座固定连接,所述第一环形块内设有第二环形块,所述第二环形块与第一环形块呈垂直状态,所述第二环形块两侧壁分别通过两个转轴与两个支撑臂转动连接,所述第二环形块外固定套设有环形滑块,所述环形滑块与第二环形块呈垂直状态,所述第一环形块内壁上设有与环形滑块匹配的环形滑槽,所述移动座上设有驱动第二环形块转动的第一驱动组件,所述第二环形块内匹配设有转动环,所述转动环外壁与第二环形块内壁转动连接,所述第二环形块上设有驱动转动环转动的第二驱动组件,所述转动环内水平设有安装台,所述安装台通过固定架与转动环固定连接。

  进一步的,所述并联运动机构包括对称设置在底座和移动座之间的两个三脚横架,三脚横架中心对称设置,三脚横架分别与底座以及移动座固定连接,三脚横架之间环绕均匀设有六个运动组件,所述运动组件包括倾斜设置的液压伸缩杆,所述液压伸缩杆两端均转动连接有转动件,所述转动件远离液压伸缩杆的一端转动连接有u型座,u型座分别与两个三脚横架转动连接。

  进一步的,所述第一驱动组件包括固定设置在移动座上的两个第一伺服电机,转轴分别贯穿两个支撑臂并同轴固定连接有从动带轮,第一伺服电机的输出端均同轴固定连接有主动带轮,从动带轮分别通过两个皮带与两个主动带轮传动连接。

  进一步的,所述第二环形块的环形外壁上均匀设有三个贯穿开口,三个所述贯穿开口均与环形滑槽连通,所述第二环形块外环绕设有三个倒u型架体,三个所述倒u型架体分别与三个贯穿开口位置对应,三个所述倒u型架体均与第二环形块固定连接,所述倒u型架体上贯穿固定设置有第一气动伸缩杆,所述贯穿开口内设有弧形抵板,所述第一气动伸缩杆伸缩端与弧形抵板固定连接。

  进一步的,所述第二驱动组件包括中心对称设置在第二环形块上下两侧的两个第二伺服电机,第二伺服电机均固定设置在第二环形块上,所述转动环两侧匹配设有两个环形驱动块,所述环形驱动块的外壁上均匀设有若干齿槽,第二伺服电机的输出端均同轴固定连接有驱动齿轮,驱动齿轮分别与两个环形驱动块上的若干齿槽啮合。

  进一步的,所述第二环形块上下两侧中心对称设有两个倒l型架体,倒l型架体均与第二环形块固定连接,所述第二环形块上下两侧中心对称设有两个弧形卡板,所述弧形卡板位于倒l型架体与第二环形块之间,所述弧形卡板上贯穿固定设有第二气动伸缩杆,所述第二气动伸缩杆伸缩端与弧形卡板固定连接,弧形卡板上分别设有与两个环形驱动块外壁上若干齿槽匹配的摩擦带。

  进一步的,所述环形滑块与环形滑槽之间以及转动环与第二环形块之间均设有阻尼橡胶圈。

  a)通过安装台安装乘客舱以及其他乘坐部件,供人们进入模拟乘坐,安装台安装在第二环形块上,第二环形块设置在第一环形块上,第一环形块固定设置在移动座上,移动座与底座之间设置并联运动结构;

  b)并联运动结构在进行工作时,通过六个液压伸缩杆的伸缩状态,从而控制移动座的状态,实现六个自由度的运动,移动座在进行运动时,通过转动件以及u型座相互之间的转动动作,保证移动座的运动顺畅;

  c)有必要进行模拟前后翻转状态时,通过两个第一伺服电机工作,带动主动带轮转动,主动带轮通过皮带带动从动带轮转动,实现带动两个转轴转动,两个转轴驱动第二环形块转动,实现一个前后翻转动作,进行翻转时,需要模拟一定界限状态时,能配合三个第一气动伸缩杆的伸缩动作,带动弧形抵板移动限制环形滑块的动作,实现急停以及拉升等飞行状态模拟;

  d)有必要进行侧向翻转状态时,通过两个第二伺服电机工作,带动驱动齿轮转动,驱动齿轮通过与若干齿槽的啮合作用带动转动环转动,从而带动安装台转动,进行翻转时,需要模拟一定界限状态时,能配合两个第二气动伸缩杆的伸缩动作,带动弧形卡板移动限制转动环的动作,进行极限状态的模拟。

  1、本发明通过底座和移动座,移动座通过并联运动机构与底座连接,并联运动机构设置了六个液压伸缩杆,从而通过六个液压伸缩杆构成的多自由度运动平台的不同伸缩状态,能轻松实现移动座的六个自由度的运动动作,模拟正常飞行的状态,以此来实现模拟效果;

  2、本发明通过设置第一环形块和第二环形块,能轻松实现两个方向自动度的转动动作,实现飞行动作时侧翻转以及正面翻转的动作,还能模拟飞行翻转时短暂的失重状态,从而模拟飞行极限情况下的状态,强化模拟飞行训练的效果。

  为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例中所需要用的附图作简单地介绍。

  图5为本发明用于飞行模拟器的多自由度运动平台中倒l型架体及其连接部件的立体结构示意图;

  图6为本发明用于飞行模拟器的多自由度运动平台的倒u型架体及其连接部件的立体结构示意图。

  1底座、2移动座、3第一环形块、4支撑臂、5第二环形块、6转动环、7安装台、8三脚横架、9液压伸缩杆、10转动件、11u型座、12第一伺服电机、13从动带轮、14主动带轮、15倒u型架体、16第一气动伸缩杆、17弧形抵板、18第二伺服电机、19环形驱动块、20驱动齿轮、21倒l型架体、22弧形卡板、23第二气动伸缩杆。

  其中,附图仅用于示例性说明,表示的仅是示意图,而非实物图,不能理解为对本专利的限制;为了更好地说明本发明的实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不意味着实际产品的尺寸。

  结合图示,本发明示例性的用于飞行模拟器的多自由度运动平台包括底座1、移动座2、第一环形块3、第二环形块5、支撑臂4、转动环6和安装台7。

  底座1上侧安装的移动座2,移动座2通过并联运动机构与底座1连接。移动座2上侧竖直设置的第一环形块3,第一环形块3与移动座2固定连接。第一环形块3两侧对称设置两个支撑臂4,两个支撑臂4均与移动座2固定连接。

  第一环形块3内还设置有第二环形块5,第二环形块5与第一环形块3呈垂直状态。

  第二环形块5两侧壁分别通过两个转轴与两个支撑臂4转动连接,第二环形块5外固定套设有环形滑块,环形滑块与第二环形块5呈垂直状态分布;第二环形块5还设有转动环6,转动环6外壁与第二环形块5内壁转动连接。

  其中,移动座2上设有驱动第二环形块5转动的第一驱动组件。第二环形块5上设有驱动转动环6转动的第二驱动组件。

  参照图1、图2、图3和图4所示的用于飞行模拟器的多自由度运动平台,底座1上侧设有移动座2,移动座2通过并联运动机构与底座1连接,由此,通过移动座的六个自由度的运动动作,模拟一般的情况下飞行的状态。

  移动座2上侧竖直设有第一环形块3,第一环形块3与移动座2固定连接,第一环形块3两侧对称设有两个支撑臂4,两个支撑臂4均与移动座2固定连接,第一环形块3内设有第二环形块5,第二环形块5与第一环形块3呈垂直状态。第一环形块3和第二环形块5分别用于两个方向的转动的工作,为整体装置增加两个自由度以及模拟其他状态的效果。

  第二环形块5的两侧壁分别通过两个转轴与两个支撑臂4转动连接,第二环形块5外固定套设有环形滑块,环形滑块与第二环形块5呈垂直状态。第一环形块3内壁上设有与环形滑块匹配的环形滑槽,保证第二环形块5能够直接进行一定的转动动作。

  移动座2上设有驱动第二环形块5转动的第一驱动组件,驱动第二环形块5进行转动,第二环形块5内匹配设有转动环6,转动环6外壁与第二环形块5内壁转动连接。第二环形块5上设有驱动转动环6转动的第二驱动组件,驱动转动环6进行转动。

  转动环6内水平设有安装台7,安装台7通过固定架与转动环6固定连接,安装台7用于安装乘坐舱等载人装置,用于人们进入进行模拟飞行。

  如图1和图2所示,作为可选的实施方式的并联运动机构包括对称设置在底座1和移动座2之间的两个三脚横架8,两个三脚横架8中心对称设置,两个三脚横架8分别与底座1以及移动座2固定连接,两个三脚横架8之间环绕均匀设有六个运动组件,运动组件包括倾斜设置的液压伸缩杆9,液压伸缩杆9两端均转动连接有转动件10,转动件10远离液压伸缩杆9的一端转动连接有u型座11,两个u型座11分别与两个三脚横架8转动连接,通过不同液压伸缩杆9的伸缩状态,能轻松实现六个自由的运动,进行模拟普通的飞行状态,较为逼线所示,作为可选的实施方式的第一驱动组件包括固定设置在移动座2上的两个第一伺服电机12,第一伺服电机12采用现有的旋转电机实现。两个转轴分别贯穿两个支撑臂4并同轴固定连接有从动带轮13,两个第一伺服电机12的输出端均同轴固定连接有主动带轮14,两个从动带轮13分别通过两个皮带与两个主动带轮14传动连接。

  由此,通过驱动第一伺服电机12带动主动带轮14转动,主动带轮14通过皮带驱动从动带轮13,实现第二环形块5顺着第一环形块3转动的转动动作。

  如图3和图6所示,作为可选的实施方式的第二环形块5的环形外壁上均匀设有三个贯穿开口,三个贯穿开口均与环形滑槽连通,第二环形块5外环绕设有三个倒u型架体15,三个倒u型架体15分别与三个贯穿开口位置对应,三个倒u型架体15均与第二环形块5固定连接。

  其中,倒u型架体15上贯穿固定设置有第一气动伸缩杆16,贯穿开口内设有弧形抵板17,第一气动伸缩杆16伸缩端与弧形抵板17固定连接。由此,通过第一气动伸缩杆16伸缩可以带动弧形抵板17进行移动,通过弧形抵板17对环形滑块进行限制作用,从而起到保护以及急停作用,模拟实际的场景。

  如图1和图2所示,作为可选的实施方式的第二驱动组件包括中心对称设置在第二环形块5上下两侧的两个第二伺服电机18,第二伺服电机18采用现存技术的圆形旋转电机实现。

  两个第二伺服电机18均固定设置在第二环形块5上,转动环6两侧匹配设有两个环形驱动块19,环形驱动块19的外壁上均匀设有若干齿槽,两个第二伺服电机18的输出端均同轴固定连接有驱动齿轮20,两个驱动齿轮20分别与两个环形驱动块19上的若干齿槽啮合,通过第二伺服电机18工作,带动驱动齿轮20转动,驱动齿轮20与若干齿槽作用,可以带动环形驱动块19转动,从而带动转动环6转动,带动安装台7转动,进行前后方向的翻转运动。

  如图1和图5所示,第二环形块5上下两侧中心对称设有两个倒l型架体21,两个倒l型架体21均与第二环形块5固定连接,第二环形块5上下两侧中心对称设有两个弧形卡板22,弧形卡板22位于倒l型架体21与第二环形块5之间,弧形卡板22上贯穿固定设有第二气动伸缩杆23,第二气动伸缩杆23伸缩端与弧形卡板22固定连接,两个弧形卡板22上分别设有与两个环形驱动块19外壁上若干齿槽匹配的摩擦带,通过第二气动伸缩杆23的伸缩,带动弧形卡板22移动,限制环形驱动块19的转动,第二气动伸缩杆23两侧设有两个阻尼滑杆,从而起到减震保护作用。

  其中,弧形抵板17靠近环形滑块的端面上均匀过盈设置有限位球体,弧形抵板17与环形滑块之间的压力决定摩擦力大小,具有缓慢刹停以及紧急刹停的作用。

  其中,液压伸缩杆9与转动件10之间具有120度的夹角,设置夹角不影响六个自由度的运动,同时增强支撑作用。

  其中,环形滑块与环形滑槽之间以及转动环6与第二环形块5之间均设有阻尼橡胶圈,具有减震保护的作用。

  结合图示,本发明提供的用于飞行模拟器的多自由度运动平台的工作步骤具体为:

  a)通过安装台7安装乘客舱以及其他乘坐部件,供人们进入模拟乘坐,安装台7安装在第二环形块5上,第二环形块5设置在第一环形块3上,第一环形块3固定设置在移动座2上,移动座2与底座1之间设置并联运动结构;

  b)并联运动结构在进行工作时,通过六个液压伸缩杆9的伸缩状态,从而控制移动座2的状态,实现六个自由度的运动,移动座2在进行运动时,通过转动件10以及u型座11相互之间的转动动作,保证移动座2的运动顺畅;

  c)有必要进行模拟前后翻转状态时,通过两个第一伺服电机12工作,带动主动带轮14转动,主动带轮14通过皮带带动从动带轮13转动,实现带动两个转轴转动,两个转轴驱动第二环形块5转动,实现一个前后翻转动作,进行翻转时,需要模拟一定界限状态时,能配合三个第一气动伸缩杆16的伸缩动作,带动弧形抵板17移动限制环形滑块的动作,实现急停以及拉升等飞行状态模拟;

  d)有必要进行侧向翻转状态时,通过两个第二伺服电机18工作,带动驱动齿轮20转动,驱动齿轮20通过与若干齿槽的啮合作用带动转动环6转动,从而带动安装台7转动,进行翻转时,需要模拟一定界限状态时,能配合两个第二气动伸缩杆23的伸缩动作,带动弧形卡板22移动限制转动环6的动作,进行极限状态的模拟,同时减少损坏。

  以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。

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