六自由度全動(dòng)型運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種六自由度全動(dòng)型運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)，包括座艙、固定基座以及連接于座艙以及固定基座之間的機(jī)械支鏈組，機(jī)械支鏈組包括按3?2?1布置的六條機(jī)械支鏈：上下方向驅(qū)動(dòng)座艙的三條上下驅(qū)動(dòng)支鏈，三條上下驅(qū)動(dòng)支鏈初始豎直布置于座艙的座椅部以及固定基座之間；前后方向驅(qū)動(dòng)座艙的二條前后驅(qū)動(dòng)支鏈，二條前后驅(qū)動(dòng)支鏈布置于座椅部前側(cè)的兩腿放置部的下方；左右方向驅(qū)動(dòng)座艙的一條左右驅(qū)動(dòng)支鏈，一條左右驅(qū)動(dòng)支鏈初始狀態(tài)水平或者傾斜地布置于該座椅部的下方；每條機(jī)械支鏈彼此錯(cuò)開(kāi)，且均與座艙以及固定基座鉸接。本發(fā)明解耦特性好，有效靈巧工作空間大，不僅占地空間小，而且驅(qū)動(dòng)行程在有限的空間內(nèi)做得很長(zhǎng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
六自由度全動(dòng)型運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)模擬器領(lǐng)域，尤其涉及一種六自由度全動(dòng)型運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]運(yùn)動(dòng)模擬器是一種能真實(shí)復(fù)現(xiàn)或模擬某種特定運(yùn)動(dòng)的機(jī)電系統(tǒng)。可廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)試、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、專(zhuān)業(yè)技能訓(xùn)練、防災(zāi)減災(zāi)訓(xùn)練、娛樂(lè)等眾多領(lǐng)域。如海陸空載具的駕駛模擬及研發(fā)測(cè)試、航天器的運(yùn)動(dòng)模擬、地震模擬、零部件的運(yùn)動(dòng)測(cè)試、影院動(dòng)感座椅、游戲運(yùn)動(dòng)外設(shè)等。
[0003]現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)模擬器始于斯蒂瓦特(Stewart)機(jī)構(gòu)，(參見(jiàn)文獻(xiàn)《一種六自由度并聯(lián)平臺(tái)》)(D.Stewart.A platform with Six Degrees of freedom.Proc.0f the Institut1nof Mechanical Engineers.London,UK, 1965,180( 15):371-386))，由六個(gè)輸入獲得六個(gè)輸出自由度。這類(lèi)機(jī)構(gòu)采用并聯(lián)布置，因而具有承載能力大，剛度高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，精度高，加速度大等特點(diǎn)。這種機(jī)構(gòu)是運(yùn)動(dòng)模擬領(lǐng)域中最為經(jīng)典、性能最好的結(jié)構(gòu)，當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)模擬器也幾乎都采用的是這種Stewart機(jī)構(gòu)。隨著運(yùn)動(dòng)模擬器進(jìn)入娛樂(lè)行業(yè)，一些低端的應(yīng)用場(chǎng)合開(kāi)始引入一種3-RPS型三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0004]前文所述的兩種機(jī)構(gòu)是目前在運(yùn)動(dòng)模擬領(lǐng)域中應(yīng)用最為成熟的機(jī)構(gòu)，現(xiàn)有的成熟運(yùn)動(dòng)模擬器基本上都采用的是這兩種結(jié)構(gòu)或其延伸。
[0005]Stewart結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)模擬器具有以下不足:
[0006]1、如圖5所示，有效工作空間小，Stewart機(jī)構(gòu)的工作空間為一個(gè)上大下小的傘形，而且易于奇異，這種傘形工作空間難以利用，對(duì)于運(yùn)動(dòng)模擬來(lái)說(shuō)，實(shí)際的有效工作空間很??；
[0007]2、受限于支鏈的布置方式，機(jī)構(gòu)的靈巧工作空間很小，即移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)復(fù)合運(yùn)動(dòng)的能力較小，造成對(duì)體感復(fù)現(xiàn)的失真；
[0008]3、由于驅(qū)動(dòng)的布置方式限制，使得6個(gè)驅(qū)動(dòng)力高度耦合，給解耦計(jì)算帶來(lái)了困難，不利于機(jī)構(gòu)的控制；
[0009]4、由于驅(qū)動(dòng)支鏈布置方式的限制，占地空間相對(duì)較大。
[0010]而現(xiàn)有的3-RPS型三自由度機(jī)構(gòu)，其自由度減少了三個(gè)，性能與Stewart機(jī)構(gòu)相比差距很大，其體感模擬的失真更大，只是在占地空間上更有優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ]基于此，針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種六自由度全動(dòng)型運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)，從而解決現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)在工作空間、靈巧度、解耦性、占地空間等方面的不足和矛盾。
[0012]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0013]—種六自由度全動(dòng)型運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)，包括座艙、固定基座以及連接于所述座艙以及固定基座之間的機(jī)械支鏈組，其特征在于，所述機(jī)械支鏈組包括按3-2-1布置的六條機(jī)械支鏈，所述六條機(jī)械支鏈分為:
[0014]上下方向驅(qū)動(dòng)所述座艙的三條上下驅(qū)動(dòng)支鏈，所述三條上下驅(qū)動(dòng)支鏈位于所述座艙的座椅部的下方，且初始狀態(tài)豎直布置于所述座椅部以及固定基座之間；
[0015]前后方向驅(qū)動(dòng)所述座艙的二條前后驅(qū)動(dòng)支鏈，所述二條前后驅(qū)動(dòng)支鏈初始狀態(tài)水平或者傾斜地布置于所述座椅部前側(cè)的兩腿放置部的下方；
[0016]左右方向驅(qū)動(dòng)所述座艙的一條左右驅(qū)動(dòng)支鏈，所述一條左右驅(qū)動(dòng)支鏈初始狀態(tài)水平或者傾斜地布置于該座椅部的下方；
[0017]每條機(jī)械支鏈彼此錯(cuò)開(kāi)，且均與所述座艙以及固定基座鉸接。
[0018]所述座艙的底部具有支架，所述六條機(jī)械支鏈連接于所述支架與固定基座之間。[0019 ]所述每條機(jī)械支鏈均包括伸縮桿，所述支架包括框架、第一桿體、第二桿體以及第三桿體；
[0020]所述三條上下驅(qū)動(dòng)支鏈的三根伸縮桿初始豎直布置，且該三根伸縮桿的兩端均分別與所述框架以及固定基座鉸接，所述框架固定于所述座艙的周向，所述三根伸縮桿與所述框架的連接處分別位于后側(cè)以及前側(cè)兩邊；
[0021]所述二條前后驅(qū)動(dòng)支鏈的兩根伸縮桿左右對(duì)稱(chēng)布置于所述兩腿放置部的下方，該兩根伸縮桿與水平面的夾角為0° _25°，所述兩根伸縮桿的一端分別與固定基座鉸接，另一端分別與一第一桿體的一端鉸接，該第一桿體的另一端與所述座椅部的前側(cè)底部固定，所述兩根伸縮桿與第一桿體的鉸接處連接第二桿體；
[0022]所述一條左右驅(qū)動(dòng)支鏈的伸縮桿與水平面的夾角為0°-25°，其一端在所述座椅部的左右一側(cè)與所述固定基座鉸接，另一端與第三桿體的一端鉸接于所述座艙的下方，該第三桿體的另一端與所述座椅部的左右另一側(cè)固定。
[0023]所述固定基座上具有與所述六條機(jī)械支鏈的伸縮桿對(duì)應(yīng)的六個(gè)支撐腳，所述伸縮桿與所述支撐腳鉸接。
[0024]所述伸縮桿的兩端具有球鉸，或者一端為球鉸、另一端為虎克鉸。
[0025]所述機(jī)械支鏈由伺服電機(jī)或者液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。
[0026]本發(fā)明的六條機(jī)械支鏈采用3-2-1正交布置，解耦特性好，而且工作空間基本成長(zhǎng)方體，十分有利于使用和控制，有效的靈巧工作空間比現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)大得多，體感復(fù)現(xiàn)的失真低，此外，本發(fā)明對(duì)六條機(jī)械支鏈進(jìn)行了巧妙的布置，上下方向驅(qū)動(dòng)的三條上下驅(qū)動(dòng)支鏈以及左右方向驅(qū)動(dòng)的一條左右驅(qū)動(dòng)支鏈隱藏在座椅部的下方，前后方向驅(qū)動(dòng)的二條前后驅(qū)動(dòng)支鏈隱藏在兩腿放置部的下方，不僅占地空間小，而且可以讓機(jī)械支鏈的驅(qū)動(dòng)行程在有限的空間內(nèi)做得很長(zhǎng)，最終很好地解決了大工作空間、靈巧性和占地空間的矛盾。
【附圖說(shuō)明】
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0028]圖1為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)不意圖一；
[0029]圖2為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖二；
[0030]圖3為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖三；
[0031]圖4為本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5為傳統(tǒng)Stewart并聯(lián)運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)的工作空間示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]如圖1-4所示，一種六自由度全動(dòng)型運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)，包括座艙1100、固定基座1200以及連接于座艙1100以及固定基座1200之間的機(jī)械支鏈組。
[0034]座艙1100具有座椅部1110以及位于座椅部1110前側(cè)的兩腿放置部1120。
[0035]機(jī)械支鏈組包括按3-2-1正交或接近正交布置的六條機(jī)械支鏈1300，S卩3條一組構(gòu)成上下驅(qū)動(dòng)支鏈，2條一組構(gòu)成前后驅(qū)動(dòng)支鏈以及I條一組構(gòu)成左右驅(qū)動(dòng)支鏈，具體如下:
[0036]三條上下驅(qū)動(dòng)支鏈可在上下方向驅(qū)動(dòng)座艙1100，該三條上下驅(qū)動(dòng)支鏈位于座艙1100的座椅部1110且初始狀態(tài)豎直布置于座艙1100的座椅部1110以及固定基座1200之間。
[0037]二條前后驅(qū)動(dòng)支鏈可在前后方向驅(qū)動(dòng)座艙1100，該二條前后驅(qū)動(dòng)支鏈初始狀態(tài)水平或者傾斜地布置于座椅部前側(cè)的兩腿放置部1120的下方。
[0038]—條左右驅(qū)動(dòng)支鏈可在左右方向驅(qū)動(dòng)座艙1100，該一條左右驅(qū)動(dòng)支鏈初始狀態(tài)水平或者傾斜地布置于該座椅部1110的下方。
[0039]其中，每條機(jī)械支鏈1300彼此錯(cuò)開(kāi)，避免彼此干涉，且均與座艙1100以及固定基座1200鉸接。
[0040]本發(fā)明的六條機(jī)械支鏈1300采用3-2-1正交布置，解耦特性好，而且工作空間基本成長(zhǎng)方體，十分有利于使用和控制，有效的靈巧工作空間比現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)大得多，體感復(fù)現(xiàn)的失真低，此外，本發(fā)明對(duì)六條機(jī)械支鏈1300進(jìn)行了巧妙的布置，上下方向驅(qū)動(dòng)的三條上下驅(qū)動(dòng)支鏈1300以及左右方向驅(qū)動(dòng)的一條左右驅(qū)動(dòng)支鏈1300隱藏在座椅部1110的下方，前后方向驅(qū)動(dòng)的二條前后驅(qū)動(dòng)支鏈1300隱藏在兩腿放置部1120的下方，不僅占地空間小，而且可以讓機(jī)械支鏈1300的驅(qū)動(dòng)行程在有限的空間內(nèi)做得很長(zhǎng)，最終很好地解決了大工作空間、靈巧性和占地空間的矛盾。
[0041]機(jī)械支鏈1300由伺服電機(jī)或者液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。
[0042]具體地，座艙1100的底部具有支架，六條機(jī)械支鏈1300連接于支架1130與固定基座1200之間。
[0043]其中，每條機(jī)械支鏈1300均包括伸縮桿1310，支架包括框架1131、第一桿體1132、第二桿體1133以及第三桿體1134。
[0044]三條上下驅(qū)動(dòng)支鏈的三根伸縮桿1310初始豎直布置，且該三根伸縮桿1310的兩端均分別與框架1131以及固定基座1200鉸接，框架1131固定于座艙1100的周向，三根伸縮桿1310與框架1131的連接處分別位于后側(cè)以及前側(cè)兩邊。
[0045]二條前后驅(qū)動(dòng)支鏈的兩根伸縮桿1310位于前側(cè)兩條上下驅(qū)動(dòng)支鏈的前方且左右對(duì)稱(chēng)布置于兩腿放置部1120的下方，該兩根伸縮桿1310與水平面的夾角為0°-25°，兩根伸縮桿1310的一端分別與固定基座1200鉸接，另一端分別與一第一桿體1133的一端鉸接，該第一桿體1133的另一端與座椅部1110的前側(cè)底部固定，兩根伸縮桿1310與第一桿體1133的鉸接處連接第二桿體1133。
[0046]—條左右驅(qū)動(dòng)支鏈的伸縮桿1310位于座椅的下方且位于前側(cè)兩條上下驅(qū)動(dòng)支鏈和后側(cè)一條上下驅(qū)動(dòng)支鏈之間，該一條左右驅(qū)動(dòng)支鏈的伸縮桿1310與水平面的夾角為er-as。 ，其一端在座椅部1110的左右一側(cè)與固定基座1200鉸接，另一端與第三桿體1134的一端鉸接于座艙1100的下方，該第三桿體1134的另一端與座椅部1110的左右另一側(cè)固定。
[0047]其中，固定基座1200上具有與六條機(jī)械支鏈1300的伸縮桿1310對(duì)應(yīng)的六個(gè)支撐腳1210，伸縮桿1310與支撐腳1210鉸接。
[0048]較佳的，伸縮桿1310的兩端具有球鉸，其通過(guò)球鉸與支撐腳1210、框架1131、第一桿體1132、第二桿體1133以及第三桿體1134鉸接。當(dāng)然，伸縮桿1310也可以是一端為球鉸，另一端為虎克鉸。即在很多情況下，球鉸可以用虎克鉸串聯(lián)運(yùn)動(dòng)副代替。
[0049]但是，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種六自由度全動(dòng)型運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)，包括座艙、固定基座以及連接于所述座艙以及固定基座之間的機(jī)械支鏈組，其特征在于，所述機(jī)械支鏈組包括按3-2-1布置的六條機(jī)械支鏈，所述六條機(jī)械支鏈分為: 上下方向驅(qū)動(dòng)所述座艙的三條上下驅(qū)動(dòng)支鏈，所述三條上下驅(qū)動(dòng)支鏈位于所述座艙的座椅部的下方，且初始狀態(tài)豎直布置于所述座椅部以及固定基座之間； 前后方向驅(qū)動(dòng)所述座艙的二條前后驅(qū)動(dòng)支鏈，所述二條前后驅(qū)動(dòng)支鏈初始狀態(tài)水平或者傾斜地布置于所述座椅部前側(cè)的兩腿放置部的下方； 左右方向驅(qū)動(dòng)所述座艙的一條左右驅(qū)動(dòng)支鏈，所述一條左右驅(qū)動(dòng)支鏈初始狀態(tài)水平或者傾斜地布置于該座椅部的下方； 每條機(jī)械支鏈彼此錯(cuò)開(kāi)，且均與所述座艙以及固定基座鉸接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六自由度全動(dòng)型運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述座艙的底部具有支架，所述六條機(jī)械支鏈連接于所述支架與固定基座之間。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種六自由度全動(dòng)型運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述每條機(jī)械支鏈均包括伸縮桿，所述支架包括框架、第一桿體、第二桿體以及第三桿體； 所述三條上下驅(qū)動(dòng)支鏈的三根伸縮桿初始豎直布置，且該三根伸縮桿的兩端均分別與所述框架以及固定基座鉸接，所述框架固定于所述座艙的周向，所述三根伸縮桿與所述框架的連接處分別位于后側(cè)以及前側(cè)兩邊； 所述二條前后驅(qū)動(dòng)支鏈的兩根伸縮桿左右對(duì)稱(chēng)布置于所述兩腿放置部的下方，該兩根伸縮桿與水平面的夾角為0°-25°，所述兩根伸縮桿的一端分別與固定基座鉸接，另一端分別與一第一桿體的一端鉸接，該第一桿體的另一端與所述座椅部的前側(cè)底部固定，所述兩根伸縮桿與第一桿體的鉸接處連接第二桿體； 所述一條左右驅(qū)動(dòng)支鏈的伸縮桿與水平面的夾角為0°-25°，其一端在所述座椅部的左右一側(cè)與所述固定基座鉸接，另一端與第三桿體的一端鉸接于所述座艙的下方，該第三桿體的另一端與所述座椅部的左右另一側(cè)固定。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種六自由度全動(dòng)型運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述固定基座上具有與所述六條機(jī)械支鏈的伸縮桿對(duì)應(yīng)的六個(gè)支撐腳，所述伸縮桿與所述支撐腳鉸接。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種六自由度全動(dòng)型運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述伸縮桿的兩端具有球鉸，或者一端為球鉸、另一端為虎克鉸。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種六自由度全動(dòng)型運(yùn)動(dòng)模擬器機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述機(jī)械支鏈由伺服電機(jī)或者液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】B25J9/00GK106002957SQ201610560030
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月15日
【發(fā)明人】曹睿, 何俊, 金振林
【申請(qǐng)人】安徽銳聰機(jī)器人有限公司