一種可連續(xù)轉(zhuǎn)彎或掉頭車輛的駕駛模擬器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及駕駛模擬器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可連續(xù)轉(zhuǎn)彎或掉頭車輛的駕駛模擬器。包括回旋裝置、伺服電機、減速器和齒輪，上平臺上固定模擬器座艙；上平臺通過鉸接球與伸縮桿連接，伸縮桿下端通過鉸接球與下平臺連接；下平臺底部居中位置設(shè)置有回轉(zhuǎn)裝置；伺服電機通過減速器與齒輪連接；齒輪與回轉(zhuǎn)裝置嚙合；伺服電機、減速器和回轉(zhuǎn)裝置均設(shè)置于地基內(nèi)部；本裝置可實現(xiàn)大型車輛運動駕駛模擬器360度回轉(zhuǎn)的功能，達(dá)到更加逼真地模擬運動的目的，且控制算法也較簡單。
【專利說明】
一種可連續(xù)轉(zhuǎn)彎或掉頭車輛的駕駛模擬器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及駕駛模擬器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可連續(xù)轉(zhuǎn)彎或掉頭車輛的駕駛模擬器。【背景技術(shù)】
[0002]駕駛模擬器是模擬駕駛體驗的機械裝置，盡可能的模擬在真實設(shè)備中的感覺(如車輛的振動、上下坡、轉(zhuǎn)彎等)，用于在室內(nèi)訓(xùn)練駕駛員，駕駛員不會因模擬駕駛中的事故而受傷。駕駛模擬器的特性決定了它具有以下優(yōu)點:1)安全性好，使用駕駛模擬裝置可以安全地進(jìn)行高速、極限行駛以及非常危險的安全性實驗，可大幅提高訓(xùn)練的安全性；2)復(fù)現(xiàn)性好，由于車輛狀態(tài)和實驗條件等因素很難控制，實車試驗再現(xiàn)性較差，使用駕駛模擬器則可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、車輛模型的選擇和模擬環(huán)境的設(shè)定，復(fù)現(xiàn)性好;3)經(jīng)濟性高，與真車試驗相比，駕駛模擬器可以軟件環(huán)境中設(shè)定各種實驗條件和參數(shù)，大幅提高訓(xùn)練效率、各種環(huán)境及參數(shù)的可變性，而成本不會增加;4)駕駛模擬器有利于相關(guān)設(shè)備的研發(fā)，幫助設(shè)計者迅速發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷、錯誤，從而降低研發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。
[0003]因此，駕駛模擬器常常用來代替真實設(shè)備，以訓(xùn)練操作者對真實設(shè)備的操縱能力以及研發(fā)相關(guān)設(shè)備作模擬，駕駛模擬器在飛機、車輛及船舶等駕駛員高級培訓(xùn)中的應(yīng)用越來越普遍;在分析國內(nèi)外駕駛模擬器發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)之上，針對傳統(tǒng)Stewart平臺不能圍繞 Z軸360°旋轉(zhuǎn)的特點，當(dāng)車輛連續(xù)加速回轉(zhuǎn)時，由于沒有足夠的轉(zhuǎn)角，而不能提供持續(xù)的偏航角速度，降低了駕駛的逼真度。[00〇4]目前應(yīng)用的比較普遍的Stewart平臺一般是由上、下兩個平臺(負(fù)載平臺和基臺) 和鉸副連接的六個移動副構(gòu)成。根據(jù)使用相應(yīng)的鉸副，常見的Stewart平臺可以分為SPS型和UPS型兩種。SPS型Stewart平臺是指基臺和支腿間、負(fù)載平臺和支腿間都是由球鉸連接， 上、下支腿間通過柱鉸連接構(gòu)成。根據(jù)上、中平臺和支腿間連接點數(shù)不同，Stewart平臺分為 x_y型平臺(x代表負(fù)載平臺和支腿的連接點數(shù)，y代表基臺和支腿的連接點數(shù))。常見的有3-3型Stewart平臺、3-6型Stewart平臺和6-6型Stewart平臺。其中應(yīng)用于各種飛機和艦船模擬器的主要是6-6型Stewart平臺。
[0005]國外方面早在1929年美國的埃德文?林克就設(shè)計了第一臺飛行駕駛模擬器，并逐漸應(yīng)用到車輛駕駛模擬器及航海駕駛模擬器，在駕駛模擬及工程開發(fā)中得到廣泛的應(yīng)用。 國內(nèi)方面:北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等都對駕駛模擬器進(jìn)行了相關(guān)研究，北京藍(lán)天航空科技有限公司也研制了飛行駕駛模擬器;吉林大學(xué)、南京大學(xué)、也開發(fā)了汽車駕駛模擬器，裝甲兵工程學(xué)院研制了水陸坦克駕駛訓(xùn)練模擬器;浙江大學(xué)與大連海事大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了航海駕駛模擬器等。
[0006]ZL201110008598.5、ZL201110008624.4、ZL201110008646.0、ZL201110008651.1等專利均公布可無限旋轉(zhuǎn)的車輛駕駛模擬器，但結(jié)構(gòu)和控制算法均比較復(fù)雜。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，是針對上述存在的技術(shù)不足，提供了一種可連續(xù)轉(zhuǎn)彎或掉頭車輛的駕駛模擬器，研究的汽車駕駛模擬器平臺可用于提供大型車輛(卡車、坦克等)模擬器的運動，可提供連續(xù)轉(zhuǎn)彎或掉頭的模擬感覺。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:包括上平臺、下平臺、回旋裝置、伺服電機、減速器和第一齒輪;其特征在于:模擬器座艙固定于上平臺上;上平臺下部的外圈均勻分布六個第一鉸接球，伸縮桿的一端連接于第一鉸接球中，伸縮桿的另一端連接于第二鉸接球中，六個第二鉸接球均勻分布固定于下平臺上；下平臺底部居中位置設(shè)置有回轉(zhuǎn)裝置;伺服電機通過減速器與第一齒輪連接;第一齒輪與回轉(zhuǎn)裝置嚙合;伺服電機、減速器和回轉(zhuǎn)裝置均設(shè)置于地基內(nèi)部。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述的回轉(zhuǎn)裝置包括回轉(zhuǎn)支承、基座、地腳螺栓;下平臺底部通過螺栓和第一螺母連接在第二齒輪上，第二齒輪通過回轉(zhuǎn)支承嵌套于基座的外圈； 基座通過地腳螺栓嵌入地基內(nèi)部，地腳螺栓與基座上表面的第二螺母螺紋配合。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述的減速器為諧波減速器。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)化本技術(shù)方案，所述的伸縮桿可以是液壓缸或電動推桿。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0013]1、將回轉(zhuǎn)裝置安裝在下平臺的下部，與地基相連，下平臺加裝回轉(zhuǎn)裝置后，在繞Z 軸轉(zhuǎn)動的方向上形成了一個冗余自由度，通過對六自由度運動指令的控制方式進(jìn)行研究， 采用諧波減速器設(shè)計了低通和高通濾波器，對控制信號進(jìn)行濾波處理，使頻率高、運動幅度小的信號控制六自由度平臺的運動，使頻率低、運動范圍大的信號控制回轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)動，從而解決了冗余自由度的協(xié)調(diào)控制問題。
[0014]2、下平臺底部裝一套回轉(zhuǎn)裝置，實現(xiàn)大型車輛運動駕駛模擬器360度回轉(zhuǎn)的功能， 達(dá)到更加逼真地模擬運動的目的?！靖綀D說明】
[0015]圖1為一種可連續(xù)轉(zhuǎn)彎或掉頭車輛的駕駛模擬器的主視圖。
[0016]圖2為一種可連續(xù)轉(zhuǎn)彎或掉頭車輛的駕駛模擬器的剖視圖。
[0017]圖3為圖2的B處局部放大圖。
[0018]圖中:1、模擬器座艙，2、上平臺，3、第一鉸接球，4、伸縮桿，5、第一螺母，6、下平臺， 7、螺栓，8、第二齒輪，9、回轉(zhuǎn)支承，10、第二鉸接球，11、第二螺母，12、基座，13、地腳螺栓， 14、地基，15、伺服電機，16、減速器，17、第一齒輪，18、回轉(zhuǎn)裝置?！揪唧w實施方式】
[0019]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實施方式】并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。
[0020]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1、圖2和圖3所示，包括上平臺2、下平臺6、回旋裝置18、伺服電機15、減速器16和第一齒輪17;其特征在于:模擬器座艙1固定于上平臺2上，因此上平臺2的運動可帶動模擬器座艙1運動;上平臺2下部的外圈均勻分布六個第一鉸接球3,伸縮桿4的一端連接于第一鉸接球3中，伸縮桿4的另一端連接于第二鉸接球10中，六個第二鉸接球10均勻分布固定于下平臺6上，因此上平臺2可通過六根伸縮桿4在下平臺6上作X、Y、Z方向移動和轉(zhuǎn)動;下平臺6底部居中位置設(shè)置有回轉(zhuǎn)裝置18;伺服電機15通過減速器16與第一齒輪17連接;第一齒輪17與回轉(zhuǎn)裝置18嚙合，伺服電機15可通過減速器16及第一齒輪17帶動回轉(zhuǎn)裝置18及下平臺6轉(zhuǎn)動;伺服電機15、減速器16和回轉(zhuǎn)裝置18均設(shè)置于地基12內(nèi)部。
[0021]回轉(zhuǎn)裝置18包括回轉(zhuǎn)支承9、基座12、地腳螺栓13;下平臺6底部通過螺栓7和第一螺母5連接在第二齒輪8上，第二齒輪8通過回轉(zhuǎn)支承9嵌套于基座12的外圈；基座12通過地腳螺栓13嵌入地基14內(nèi)部，地腳螺栓13與基座12上表面的第二螺母11螺紋配合，因此，基座 12固定在地基14上，伺服電機在帶動回轉(zhuǎn)裝置18及下平臺6轉(zhuǎn)動時，第二齒輪8圍繞基座12 的中心轉(zhuǎn)動。
[0022]減速器16為諧波減速器;減速器16采用諧波減速器設(shè)計了低通和高通濾波器，對控制信號進(jìn)行濾波處理，使頻率高、運動幅度小的信號控制六自由度平臺的運動，使頻率低、運動范圍大的信號控制回轉(zhuǎn)裝置18的轉(zhuǎn)動，從而解決了冗余自由度的協(xié)調(diào)控制問題。
[0023]伸縮桿4可以是液壓缸或電動推桿；當(dāng)伸縮桿4為液壓缸時，需配套液壓系統(tǒng)；當(dāng)伸縮桿4為電動推桿時，需要電機及減速器或直線電機提供動力。[〇〇24] 將回轉(zhuǎn)裝置18安裝在下平臺6的下部，與地基12相連，下平臺6加裝回轉(zhuǎn)裝置18后， 在繞Z軸轉(zhuǎn)動的方向上形成了一個冗余自由度;下平臺6底部裝一套回轉(zhuǎn)裝置18,實現(xiàn)大型車輛運動駕駛模擬器360度回轉(zhuǎn)的功能，達(dá)到更加逼真地模擬運動的目的。
[0025]如圖所示，伸縮桿4與上平臺2和下平臺6連接，當(dāng)上平臺2需要延X、Y、Z軸運動時， 只需要通過調(diào)節(jié)六個伸縮桿4的伸長量就可以實現(xiàn)其運動，若需要繞X、Y軸轉(zhuǎn)動時，下平臺6 依然不動，此時還是改變伸縮桿4的伸長量來實現(xiàn)，當(dāng)需要繞Z軸旋轉(zhuǎn)時，此時就要使用伺服電機15，伺服電機15轉(zhuǎn)動，將扭矩傳到減速器16,再通過軸傳到第一齒輪17上，這樣就可以帶動第二齒輪8運動，從而驅(qū)動下平臺6及其以上物體的運動。[〇〇26]本方案的實施方式流程如下:
[0027]1.計算機根據(jù)車輛在路面上行駛的狀態(tài)確定模擬器座艙1在模擬器平臺上應(yīng)該處于的位置、姿態(tài)，并通過位姿反解得到各個伸縮桿4伸長的長度或伺服電機15旋轉(zhuǎn)的角度或者是兩者的組合；此時，如果伺服電機15不旋轉(zhuǎn)，只有伸縮桿4伸縮，就是相當(dāng)于一個 Stewart平臺；如果伸縮桿4不運動，只有伺服電機15旋轉(zhuǎn)，也可實現(xiàn)平臺六個自由度的運動。
[0028]2.當(dāng)模擬器座艙1需要轉(zhuǎn)彎時，將真實設(shè)備需要轉(zhuǎn)彎的半徑計算轉(zhuǎn)變?yōu)槟M器座艙1及上平臺2在下平臺6基礎(chǔ)旋轉(zhuǎn)的角度，因此，伺服電機15應(yīng)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度;此時，伸縮桿4仍然保持不斷的伸縮狀態(tài)，保證轉(zhuǎn)彎時其它的感覺(如:上下坡即俯仰、路面?zhèn)葍A)與真實設(shè)備類似；
[0029]3.當(dāng)模擬器座艙1運動至不同的位置時，即模擬器座艙1在上平臺2上的位置與姿態(tài)處于不同的狀態(tài)，只需要伸縮桿4伸長或縮短至相應(yīng)的長度或伺服電機15帶動下平臺6旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度即可。
[0030]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的上述【具體實施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本發(fā)明的原理，而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。
【主權(quán)項】
1.一種可連續(xù)轉(zhuǎn)彎或掉頭車輛的駕駛模擬器，包括上平臺(2)、下平臺(6)、回旋裝置 (18)、伺服電機(15)、減速器(16)和第一齒輪(17);其特征在于:模擬器座艙(1)固定于上平 臺(2)上;上平臺(2)下部的外圈均勻分布六個第一鉸接球(3)，伸縮桿(4)的一端連接于第 一鉸接球(3)中，伸縮桿(4)的另一端連接于第二鉸接球(10)中，六個第二鉸接球(10)均勻 分布固定于下平臺(6)上;下平臺(6)底部居中位置設(shè)置有回轉(zhuǎn)裝置(18);伺服電機(15)通 過減速器(16)與第一齒輪(17)連接;第一齒輪(17)與回轉(zhuǎn)裝置(18)嚙合;伺服電機(15)、減 速器(16)和回轉(zhuǎn)裝置(18)均設(shè)置于地基(12)內(nèi)部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可連續(xù)轉(zhuǎn)彎或掉頭車輛的駕駛模擬器，其特征在于:回轉(zhuǎn) 裝置(18)包括回轉(zhuǎn)支承(9)、基座(12)、地腳螺栓(13);下平臺(6)底部通過螺栓(7)和第一 螺母(5)連接在第二齒輪(8)上，第二齒輪(8)通過回轉(zhuǎn)支承(9)嵌套于基座(12)的外圈；基 座(12)通過地腳螺栓(13)嵌入地基(14)內(nèi)部，地腳螺栓(13)與基座(12)上表面的第二螺母 (11)螺紋配合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可連續(xù)轉(zhuǎn)彎或掉頭車輛的駕駛模擬器，其特征在于:減速 器(16)為諧波減速器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可連續(xù)轉(zhuǎn)彎或掉頭車輛的駕駛模擬器，其特征在于:伸縮 桿(4)可以是液壓缸或電動推桿。
【文檔編號】G09B9/04GK106023713SQ201610565396
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月19日
【發(fā)明人】楊春杰, 陳彪彪, 尹念東, 袁煥
【申請人】湖北理工學(xué)院