一种三轴三维运动仿真系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种三轴三维运动仿真系统，属于训练设备领域。该系统包括三轴转台，所述三轴转台包括基座、转动框架和座椅，所述转动框架包括内环框架、中环框架和外环框架；所述外环框架的底部中心位置安装在所述基座上，能够绕其中心轴线进行旋转；所述中环框架通过设置在其两端的旋转轴安装在所述外环框架上，其两端的旋转轴的中心轴线的连线形成水平轴线，所述中环框架能够绕该水平轴线进行旋转；所述内环框架通过设置在其两端的旋转轴安装在所述中环框架上，其两端的旋转轴的中心轴线的连线形成与所述水平轴线垂直相交的垂直轴线，所述内环框架能够绕该垂直轴线进行旋转。本实用新型专利技术能实现高精度位置、速率控制和多样灵活的训练方式。

【技术实现步骤摘要】
一种三轴三维运动仿真系统
本技术属于训练设备领域，具体涉及一种三轴三维运动仿真系统，适用于飞行员三维前庭功能训练。
技术介绍
最早飞行器上天之前要用许多实物进行实验研究，这样不仅造成许多财力、物力、和人力的浪费，而且有限的实验所获得的规律也不是十分的准确，其中存在很大的偶然性。随着人类航天活动的越来越频繁，对设备的可靠性及经济性的要求也越来越高。尤其航天飞行事故不断，促使人们对以往的实验手段进行了深刻的反省，开始了仿真测试设备的研究，仿真转台就是在这样的背景下产生和发展起来的。二十世纪七十年代后，计算机尤其是数字计算机的发展为仿真技术提供了更高的技术基础。现在仿真转台已应用到航空、航天设备的研制和测试的各个环节。飞行员在空中机动飞行时，除受到持续性的线加速度过载影响外，还受到角加速度、科里奥利加速度以及振动加速度等过载影响。这些加速度过载严重影响飞行员的操纵。例如，当飞行员垂直方向的过载超过一定值时，人体内的血液由于惯性将全部集中下半身，造成大脑缺血，飞行员产生昏厥，从而引起飞机失控，引发事故。这种过载影响可以通过穿戴抗荷服来降低。同时人本身也具有一定的抗过载能力，这种能力可以经过后天的训练得以提高。目前相关人员训练采用旋转椅、旋转梯、滚轮、秋千等装置只能进行单向旋转运动训练，训练效果不全面。
技术实现思路
本技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种三轴三维运动仿真系统，提供可控的、可量化的、持续的三维空间资态仿真，实现三个转动轴的精确位置伺服，速度运动控制精度更高，运动过程加速度可变，具有单轴、双轴和三轴等不同的训练模式，且各个轴的旋转运动更加平稳，能够训练提高受试人员的空间认识能力和定向能力。本技术是通过以下技术方案实现的：一种三轴三维运动仿真系统，包括三轴转台，所述三轴转台包括基座、转动框架和座椅，所述转动框架包括内环框架、中环框架和外环框架；所述外环框架的底部中心位置安装在所述基座上，能够绕其中心轴线进行旋转；所述中环框架通过设置在其两端的旋转轴安装在所述外环框架上，其两端的旋转轴的中心轴线的连线形成水平轴线，所述中环框架能够绕该水平轴线进行旋转；所述内环框架通过设置在其两端的旋转轴安装在所述中环框架上，其两端的旋转轴的中心轴线的连线形成与所述水平轴线垂直相交的垂直轴线，所述内环框架能够绕该垂直轴线进行旋转；所述座椅安装在所述内环框架上。所述外环框架的中心轴线与水平面垂直，且与所述水平轴线垂直相交；所述外环框架用于模拟方位运动，所述中环框架用于模拟俯仰运动，所述内环框架用于模拟滚转运动；所述内环框架、中环框架和外环框架能够分别由各自的减速驱动轴系驱动实现旋转动作；所述外环框架的减速驱动轴系安装在所述基座的内腔中；所述中环框架的减速驱动轴系安装在所述外环框架的内腔中；所述内环框架的减速驱动轴系安装在所述中环框架的内腔中。所述外环框架为U型结构，包括两个竖直的竖直臂和与两个竖直臂的底部连接的水平的底部连接臂；该U型结构的开口朝上，该U型结构的对称轴为所述外环框架的中心轴线；在所述底部连接臂的下方设有回转支撑轴承；在所述回转支撑轴承的中心位置设置有滑环；所述回转支撑轴承的转动部分与所述底部连接臂的中心位置固定连接；所述回转支撑轴承的固定部分与所述基座固定连接；所述外环框架体采用钢制骨架焊接而成，在钢制骨架上包覆有薄钢板，薄钢板围合形成所述外环框架的内腔；在所述外环框架的两个竖直臂的上端开有中环轴孔，所述中环框架的两端的旋转轴分别安装在两个中环轴孔中；在一个竖直臂的内腔中安装有中环框架的减速驱动轴系、中环框架的制动器和中环框架的零位开关；所述中环框架的一端的旋转轴穿过该臂上的中环轴孔后与中环框架的减速驱动轴系连接；安装在另一个竖直臂的中环轴孔中的中环框架的旋转轴上设置有滑环；所述外环框架的减速驱动轴系包括：伺服电机、减速机、联轴器、主动轮；所述伺服电机与减速机连接，所述减速机的输出轴通过联轴器与主动轮连接，所述主动轮与回转支撑轴承的转动部分连接；所述外环框架的制动器设置在与回转支撑轴承的转动部分连接的主动轮的轮轴上。所述中环框架为O型结构，包括平行的左臂、右臂，平行的上臂、下臂，所述上臂、下臂与所述左臂、右臂均垂直；左臂、上臂、右臂、下臂依次连接围合呈O型结构；在所述左臂、右臂的中间位置分别安装有旋转轴；所述中环框架体采用钢制骨架焊接而成，在钢制骨架上包覆有薄钢板，薄钢板围合形成所述中环框架的内腔；在所述上臂、下臂的中部分别开有内环轴孔；所述内环框架的两端的旋转轴分别安装在两个内环轴孔中；在上臂的内腔中安装有内环框架的减速驱动轴系、内环框架的制动器和内环框架的零位开关；所述内环框架的一端的旋转轴穿过上臂上的内环轴孔后与内环框架的减速驱动轴系连接；安装在下臂的内环轴孔中的内环框架的旋转轴上设置有滑环；所述中环框架的减速驱动轴系包括：伺服电机、减速机、联轴器、主动轮、从动轮；所述伺服电机与减速机连接，所述减速机的输出轴通过联轴器与主动轮连接，所述主动轮与从动轮咬合；所述主动轮、从动轮均采用螺旋锥齿轮，两者的中心轴线垂直；所述中环框架的一个旋转轴与中环框架的减速驱动轴系中的从动轮连接，该旋转轴为中环框架的驱动轴；所述中环框架的制动器设置在中环框架的驱动轴上。所述内环框架为U型结构，包括平行的上连接臂、下连接臂和将两者连接起来的侧臂；在所述上连接臂、下连接臂上远离侧臂的一端分别设置有旋转轴；所述座椅的底部安装在下连接臂上，所述座椅的靠背安装在所述侧壁上。所述内环框架的减速驱动轴系均包括：伺服电机、减速机、联轴器、主动轮、从动轮；所述伺服电机与减速机连接，所述减速机的输出轴通过联轴器与主动轮连接，所述主动轮与从动轮咬合；所述主动轮、从动轮均采用螺旋锥齿轮，两者的中心轴线垂直；所述内环框架的一个旋转轴与内环框架的减速驱动轴系中的从动轮连接，该旋转轴为内环框架的驱动轴；所述内环框架的制动器设置在内环框架的驱动轴上。优选地，所述伺服电机采用带有失电抱闸制动器、交流伺服电机编码器的交流伺服电机；所述滑环采用交流伺服电机专用滑环；所述三轴三维运动仿真系统包括控制机柜，其设置在三轴转台的一侧，两者通过电缆相连；在所述基座的底部设置有支撑脚轮和多个能够调整高度的地脚支撑；优选地，所述座椅包括包围座椅、扶手、安全带、压杠和仪器箱体；所述仪器箱体设置在包围座椅的下方；所述扶手设置在包围座椅的两侧；所述压杠设置在包围座椅的靠背的上部，能够抬起和放下；所述包围座椅采用一体式成型包围座椅或者两段式包围座椅；所述安全带设置在包围座椅上，包括五点式安全带、大腿安全带和小腿安全带，所述五点式安全带用于固定练习者的躯干和手臂；所述大腿安全带设置在包围座椅上对应练习者的大腿位置处；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三轴三维运动仿真系统，其特征在于：所述三轴三维运动仿真系统包括三轴转台，所述三轴转台包括基座、转动框架和座椅，所述转动框架包括内环框架、中环框架和外环框架；/n所述外环框架的底部中心位置安装在所述基座上，能够绕其中心轴线进行旋转；/n所述中环框架通过设置在其两端的旋转轴安装在所述外环框架上，其两端的旋转轴的中心轴线的连线形成水平轴线，所述中环框架能够绕该水平轴线进行旋转；/n所述内环框架通过设置在其两端的旋转轴安装在所述中环框架上，其两端的旋转轴的中心轴线的连线形成与所述水平轴线垂直相交的垂直轴线，所述内环框架能够绕该垂直轴线进行旋转；/n所述座椅安装在所述内环框架上。/n

【技术特征摘要】
1.一种三轴三维运动仿真系统，其特征在于：所述三轴三维运动仿真系统包括三轴转台，所述三轴转台包括基座、转动框架和座椅，所述转动框架包括内环框架、中环框架和外环框架；
所述外环框架的底部中心位置安装在所述基座上，能够绕其中心轴线进行旋转；
所述中环框架通过设置在其两端的旋转轴安装在所述外环框架上，其两端的旋转轴的中心轴线的连线形成水平轴线，所述中环框架能够绕该水平轴线进行旋转；
所述内环框架通过设置在其两端的旋转轴安装在所述中环框架上，其两端的旋转轴的中心轴线的连线形成与所述水平轴线垂直相交的垂直轴线，所述内环框架能够绕该垂直轴线进行旋转；
所述座椅安装在所述内环框架上。


2.根据权利要求1所述的三轴三维运动仿真系统，其特征在于：所述外环框架的中心轴线与水平面垂直，且与所述水平轴线垂直相交；
所述外环框架用于模拟方位运动，所述中环框架用于模拟俯仰运动，所述内环框架用于模拟滚转运动。


3.根据权利要求2所述的三轴三维运动仿真系统，其特征在于：所述内环框架、中环框架和外环框架能够分别由各自的减速驱动轴系驱动实现旋转动作；
所述外环框架的减速驱动轴系安装在所述基座的内腔中；
所述中环框架的减速驱动轴系安装在所述外环框架的内腔中；
所述内环框架的减速驱动轴系安装在所述中环框架的内腔中。


4.根据权利要求3所述的三轴三维运动仿真系统，其特征在于：所述外环框架为U型结构，包括两个竖直的竖直臂和与两个竖直臂的底部连接的水平的底部连接臂；该U型结构的开口朝上，该U型结构的对称轴为所述外环框架的中心轴线；
在所述底部连接臂的下方设有回转支撑轴承；在所述回转支撑轴承的中心位置设置有滑环；
所述回转支撑轴承的转动部分与所述底部连接臂的中心位置固定连接；所述回转支撑轴承的固定部分与所述基座固定连接；
所述外环框架体采用钢制骨架焊接而成，在钢制骨架上包覆有薄钢板，薄钢板围合形成所述外环框架的内腔；在所述外环框架的两个竖直臂的上端开有中环轴孔，所述中环框架的两端的旋转轴分别安装在两个中环轴孔中；
在一个竖直臂的内腔中安装有中环框架的减速驱动轴系、中环框架的制动器和中环框架的零位开关；所述中环框架的一端的旋转轴穿过该臂上的中环轴孔后与中环框架的减速驱动轴系连接；
安装在另一个竖直臂的中环轴孔中的中环框架的旋转轴上设置有滑环；
所述外环框架的减速驱动轴系包括：伺服电机、减速机、联轴器、主动轮；所述伺服电机与减速机连接，所述减速机的输出轴通过联轴器与主动轮连接，所述主动轮与回转支撑轴承的转动部分连接；所述外环框架的制动器设置在与回转支撑轴承的转动部分连接的主动轮的轮轴上。


5.根据权利要求4所述的三轴三维运动仿真系统，其特征在于：所述中环框架为O型结构，包括平行的左臂、右臂，平行的上臂、下臂，所述上臂、下臂与所述左臂、右臂均垂直；左臂、上臂、右臂、下臂依次连接围合呈O型结构；
在所述左臂、右臂的中间位置分别安装有旋转轴；
所述中环框架体采用钢制骨架焊接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘珈企，
申请(专利权)人：刘珈企，
类型：新型
国别省市：北京;11