運動控制設(shè)備的制造方法
【專利說明】運動控制設(shè)備
[0001]本發(fā)明涉及用于控制例如具有六個運動自由度的運動控制模擬器乘員站等的運動的運動控制設(shè)備。
[0002]斯圖爾特平臺(Stewart platform)或六軸平臺(hexapod)具有由六個可伸縮支柱相對于基部控制的用戶平臺。支柱承受平臺和用戶的全部重量。該設(shè)備會非常大且非常重。由于支柱提供的大范圍運動以提供足夠的運動，該設(shè)備會非常高，使得可能需要具有足夠數(shù)量臺階的樓梯以便進(jìn)出運動模擬器。此外，需要穩(wěn)定平臺下方大體積的死空間，使得人和物體在模擬器工作時不會被壓在模擬器下面。這種構(gòu)造類型的支柱必須相當(dāng)?shù)貜?qiáng)勁，并且難以提供高帶寬用于水平運動并且難以提供高的水平力和加速度。這種類型的模擬器可以用于不需要模擬高的水平力和加速度的類型的航空器，但是這種類型是普遍不現(xiàn)實的，因為例如機(jī)動賽車的一些真實車輛例如當(dāng)制動或加速時以及當(dāng)轉(zhuǎn)彎時會受到非常高的水平力和加速度。
[0003]GB-A-2378687公開了設(shè)有四個運動控制設(shè)備的運動模擬器，每個運動控制設(shè)備都具有搖臂形式的第一支撐件，該第一支撐件樞轉(zhuǎn)地連接到第二支撐件，第二支撐件可沿著直線軌道滑動。四個搖臂樞轉(zhuǎn)地連接到兩個支撐導(dǎo)軌，這兩個支撐導(dǎo)軌支撐承載單座車艙的平臺。每個運動控制設(shè)備還包括第三支撐件，該第三支撐件在遠(yuǎn)離搖臂與第二支撐件的樞轉(zhuǎn)連接軸的位置處樞轉(zhuǎn)地連接到搖臂上。該第三支撐件可相對于第二支撐件運動，這種相對運動使搖臂圍繞第二支撐件旋轉(zhuǎn)。公開的設(shè)置允許運動模擬具有6個自由度，S卩，圍繞三個垂直軸旋轉(zhuǎn)，加上向后/向前平移波動，上/下平移起伏以及左/右平移搖擺。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用相對較小的電動機(jī)的搖臂型設(shè)置來提供高水平的起伏和波動是有挑戰(zhàn)性的。這些挑戰(zhàn)包括必須使搖臂相對較大以實現(xiàn)所需的運動范圍，但是這就增大了搖臂的大小，從而導(dǎo)致系統(tǒng)剛度不足。剛度不足使其在系統(tǒng)中難以實現(xiàn)良好的位移、速度和頻率響應(yīng)帶寬。
[0004]本發(fā)明的目的是至少在一定程度上緩解現(xiàn)有技術(shù)的至少一個問題。本發(fā)明的可選的目的是提供一種有用的運動控制設(shè)備。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于控制例如具有六個運動自由度的運動模擬器乘員站等的運動的運動控制設(shè)備，所述設(shè)備包括至少一個高度控制器，用于控制第一支撐件相對于其第二支撐件的高度，其中所述高度控制器包含楔形物，所述楔形物設(shè)置成以楔作用楔形地控制所述第一支撐件相對于所述第二支撐件的高度。
[0006]所述楔形物是非常有利的。所述楔形物不像現(xiàn)有裝置一樣以易受扭轉(zhuǎn)或彎曲的影響為主要方式來傳遞運動。所述設(shè)備能夠并入具有六個自由度的模擬器中，其中可以實現(xiàn)良好的位移、速度和頻率帶寬，在包括波動和起伏的全部六個自由度中包括異常良好的性能。所述設(shè)備還有利地允許比搖臂型設(shè)計顯著更直線的電動機(jī)力以起伏響應(yīng)曲線。
[0007]在優(yōu)選實施例中，所述設(shè)備可以用于傳遞運動模擬器的運動，并且所述高度控制器可以包括用于定位第一支撐件的高度的可移動的高度定位裝置，所述楔形物設(shè)置成以楔作用楔形地定位所述第一支撐件相對于所述第二支撐件的高度。
[0008]所述第一支撐件可以平移地連接到所述第二支撐件上，用于沿著傾斜路徑相對于所述第二支撐件運動。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于控制例如具有六個運動自由度的運動模擬器乘員站等的運動的運動控制設(shè)備，所述設(shè)備包括至少一個高度控制器，用于控制第一支撐件相對于其第二支撐件的高度，其中所述第一支撐件平移地連接到所述第二支撐件上，用于沿著傾斜路徑相對于所述第二支撐件運動。
[0010]沿著傾斜路徑平移是非常有利的。它不依賴于以扭轉(zhuǎn)或彎曲為主要方式來傳遞運動。所述設(shè)備能夠并入具有六個自由度的模擬器中，其中可以實現(xiàn)良好的位移、速度和頻率帶寬，在包括波動和起伏的全部六個自由度中包括異常良好的性能。所述設(shè)備還有利地允許比搖臂型設(shè)計顯著更直線的電動機(jī)力起伏響應(yīng)曲線。
[0011]所述高度控制器可以包括楔形物，所述楔形物用于以楔作用控制所述第一支撐件與所述第二支撐件之間的相對運動。
[0012]所述傾斜路徑可以在或者基本上在傾斜平面內(nèi)(即，平面的)并且優(yōu)選地是直的或基本上直的。
[0013]所述運動控制設(shè)備可以被配置成在使用時使所述傾斜平面配置成與水平面成約20度至40度的角度。所述角度可以是約25度至30度?？商娲?，所述角度優(yōu)選為約10度至60度，例如，約15度至45度的角度，更典型地為20度至40度，在一些實施例中，約為
25度至35度，一些具體的實例約為26.5度至27度或約30度。在所述角度約為25度至30度時，所述第一支撐件相對于所述第二支撐件約2個單位的距離的水平運動導(dǎo)致在兩者之間產(chǎn)生約I個單位的距離的相對垂直運動。這有利于在運動控制中提供良好的位移、速度和頻率帶寬，還使得足夠剛性的系統(tǒng)具有高水平的起伏和波動，以借助相對又小又輕的電動機(jī)提供大約2: I的運動比。
[0014]可替代地，所述傾斜路徑通?？梢允瞧矫娴幕蛏晕澢摹?br>[0015]引導(dǎo)裝置可以設(shè)置成用于引導(dǎo)所述第一支撐件沿著所述第二支撐件的傾斜表面行進(jìn)，所述引導(dǎo)裝置優(yōu)選地包括滑架，所述滑架優(yōu)選地基本上無摩擦。在所述傾斜路徑是平面的時，第一支撐件和第二支撐件之間的反作用力因此可以有利地垂直于該路徑，并且這可以通過使彎曲或者其他變形最小化來有利地幫助使設(shè)備的后沖最小化，從而允許對動作命令的高頻率響應(yīng)。
[0016]所述第一支撐件可以包括樞轉(zhuǎn)或柔性連接件，所述樞轉(zhuǎn)或柔性連接件設(shè)置成用于連接到例如乘員支撐導(dǎo)軌的乘員支撐構(gòu)件上。所述樞轉(zhuǎn)連接件可以允許乘員支撐導(dǎo)軌相對于第一支撐件具有三個自由度的旋轉(zhuǎn)。所述樞轉(zhuǎn)連接件可以包括能夠提供低摩擦的萬向節(jié)設(shè)置。然而，也可以考慮也能夠提供三個旋轉(zhuǎn)自由度的其他設(shè)置，例如球窩接頭或撓性聯(lián)軸器。
[0017]例如直線驅(qū)動電動機(jī)的電動機(jī)可以設(shè)置成用于相對于所述第二支撐件驅(qū)動所述第一支撐件。
[0018]引導(dǎo)裝置可以設(shè)置成用于引導(dǎo)所述第二支撐件沿著底座支撐件行進(jìn)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步方面，提供了一種運動模擬器，其包括乘員殼體支撐結(jié)構(gòu)、根據(jù)本發(fā)明的前述方面的任一個或兩個所述的第一運動控制設(shè)備以及底座支撐件，所述第一運動控制設(shè)備從所述底座支撐件支撐所述乘員殼體支撐結(jié)構(gòu)。
[0020]電動機(jī)可以設(shè)置成用于沿著所述底座支撐件驅(qū)動所述第二支撐件。
[0021]用于相對于所述第二支撐件驅(qū)動所述第一支撐件的所述電動機(jī)可以適合于沿著所述底座支撐件驅(qū)動第三支撐件，第三支撐件通過桿連接到第一支撐件上。
[0022]在其他實施例中，可以省略所述第三支撐件，并且可以通過在所述第一支撐件與所述第二支撐件之間動作的致動器或電動機(jī)沿著所述第二支撐件直接驅(qū)動所述第一支撐件。
[0023]所述桿可以樞轉(zhuǎn)地連接到所述第一支撐件和第三支撐件的每一個上，使得所述桿被配置成在所述第一支撐件與所述第三支撐件之間轉(zhuǎn)移負(fù)載，以便在基本上不(或沒有)使所述第一支撐件相對于所述第二支撐件旋轉(zhuǎn)的情況下使所述第一支撐件相對于所述第二支撐件運動。當(dāng)所述第一支撐件相對于第二支撐件處于運動端點之間的運動點時，所述桿可以設(shè)置成采取大致水平位置。此運動點通常在相對運動的中點處。因此，第一支撐件相對于第二支撐件的運動響應(yīng)可以與第三支撐件相對于第一支撐件的運動響應(yīng)基本上呈線性，因為所述桿從大致水平位置圍繞第三支撐件旋轉(zhuǎn)不會在所述桿的末端首先造成顯著的水平運動。例如，在整個運動包線中可以因此維持所述第三支撐件的水平運動與所述第一支撐件的運動的垂直分量的比率為大致2: 1
[0024]所述底座支撐件可以包括直線電動機(jī)驅(qū)動導(dǎo)軌。
[0025]所述底座支撐件可以包括:第一底座導(dǎo)軌；所述第一運動控制設(shè)備，其位于其上