头颈姿态模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种头颈姿态模拟装置，包括偏转机构、滚转机构、俯仰机构、升降机构和控制系统；偏转机构包括偏转框架、转盘和第一伺服驱动部；转盘水平设置在偏转框架内，第一伺服驱动部与转盘连接；滚转机构包括滚转框架、第一转轴和第二伺服驱动部；偏转框架通过两第一转轴转动安装在滚转框架内，第二伺服驱动部与一第一转轴连接；俯仰机构包括俯仰框架、第二转轴和第三伺服驱动部，滚转框架通过两第二转轴转动安装在俯仰框架内，两第二转轴的轴线与两第一转轴的轴线互为垂直；升降机构包括基座、导柱、滚珠丝杆、牵引板、升降台、电磁锁和第四伺服驱动部；控制系统用于控制偏转机构、滚转机构、俯仰机构、升降机构的运动。升降机构的运动。升降机构的运动。

【技术实现步骤摘要】
头颈姿态模拟装置


[0001]本专利技术涉及一种头颈姿态模拟装置，属于试验模拟设备


技术介绍

[0002]头盔是保护头部的装具，是军人训练、作战时戴的帽子，多呈半圆形，主要由外壳、衬里和悬挂装置三部分组成。外壳分别用特种钢、玻璃钢、增强塑料、皮革、尼龙等材料制作，以抵御弹头、弹片和其他打击物对头部的伤害。头盔在军队中的应用自古以来就有，中国古代称为胄、首铠、兜鍪或头鍪等。近些年来，军事科技快速发展，头盔除了带有基础的保护功能外，逐渐集成通讯、供氧抗荷、瞄准显示、夜视等装置的综合系统。随着头盔功能系统逐渐强大，与之带来的是头盔重量增加、士兵头颈负荷加重，舒适性降低。并且目前国内外对头盔的研究主要集中于其刚度，强度，及抗侵彻性能等，而对于舒适性研究较少。除此之外，传统的头盔评价一般仅依据佩戴者主观感受进行评价,致使头盔系统缺乏设计准则和科学依据。总的来说，单兵头盔正向着功能集成化的方向发展，它通过电、光、声学等外置设备提升了士兵在战场上的毁伤、机动、生存、维持、C4I等作战能力。但是在功能强化的同时也对其适戴性能提出了更高的要求，携带更多功能结构可能导致头盔重量增加、舒适性降低，士兵在跑、跳过程中以及车内的振动颠簸环境下可能加速士兵的疲劳感。所以适戴性能成为头盔的防护性和功能性以外的第三大评估头盔的参数指标。
[0003]“头盔适戴性能”是指头盔的盔壳外形与头部外形的相似度、头盔的号型设置与头型分布的适应性、头盔重心及其对头顶压力分布的合理性、悬挂系统对头型的匹配性等方面对人体头部佩戴使用效果相关的工效性、舒适性及稳定性指标体系。
[0004]目前，我军传统的头盔评价主要通过真人试戴的方式，虽然可以得到比较真切的试戴体验，但是需要基于大量的人群样本，而且需在不同的测试环境(如跑、跳过程中以及车内的振动颠簸环境)下进行试戴，这样耗时费力、成本昂贵。
[0005]因此，亟需开发一种头颈姿态模拟装置，代替被试者进行包括头颈的方位偏转、滚转、俯仰和升降运动等各种单向或复合运动的模拟试验。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种头颈姿态模拟装置，能够模拟士兵在不同测试环境下头颈的运动，能够减少头盔开发后进行适戴性能评价所用的时间、人力成本，提高研发效率，具有明显的理论意义和军事价值。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，一种头颈姿态模拟装置，其特征在于，包括：偏转机构，包括偏转框架、转盘和第一伺服驱动部；所述转盘水平设置在所述偏转框架内；所述第一伺服驱动部设置在所述偏转框架的底部并与所述转盘连接；
[0008]滚转机构，包括滚转框架、第一转轴和第二伺服驱动部，所述偏转机构水平设置在所述滚转框架内，所述偏转框架通过两所述第一转轴转动安装在所述滚转框架内，所述第二伺服驱动部设置在所述滚转框架的外部，并与一所述第一转轴连接；
[0009]俯仰机构，包括俯仰框架、第二转轴和第三伺服驱动部，所述滚转机构水平设置在所述俯仰框架内，所述滚转框架通过两所述第二转轴转动安装在所述俯仰框架内，两所述第二转轴的轴线与两所述第一转轴的轴线互为垂直，所述第三伺服驱动部设置在所述俯仰框架的外部，并与一所述第二转轴连接；
[0010]升降机构，包括基座、导柱、滚珠丝杆、牵引板、升降台、电磁锁和第四伺服驱动部；四根所述导柱竖直设置在所述基座的四角；两所述滚珠丝杆竖直设置在所述基座的两侧，每一所述滚珠丝杆上固定设置一所述牵引板，每一所述牵引板的两端分别活动穿设在对应侧的所述导柱上；所述升降台位于两所述牵引板的下方，所述升降台的四角活动穿设在四个所述导柱上，所述升降台通过两电磁锁与两所述牵引板连接，所述俯仰框架固定在所述升降台上；所述第四伺服驱动部设置在所述基座上，并与两所述滚珠丝杆连接；
[0011]控制系统用于控制偏转机构、滚转机构、俯仰机构和升降机构的运动。
[0012]在一些实施例中，所述第一伺服驱动部包括第一中空减速机和第一伺服电机；所述第一中空减速机固定在所述偏转框架内，所述转盘水平固定在所述第一中空减速机上，所述第一伺服电机固定在所述偏转框架的底部并与所述第一中空减速机传动连接；
[0013]所述第二伺服驱动部包括第二减速机和第二伺服电机，所述第二减速机位于所述滚转框架的外部并与一所述第一转轴连接，所述第二伺服电机与第二减速机连接；
[0014]所述第三伺服驱动部包括第三减速机和第三伺服电机，所述第三减速机固定在所述俯仰框架的外部，并与一所述第二转轴连接，所述第三伺服电机与所述第三减速机连接；
[0015]所述第四伺服驱动机构包括第四减速机和第四伺服电机，所述第四减速机与两滚珠丝杆连接，所述第四伺服电机与所述第四减速机连接。
[0016]在一些实施例中，所述升降台的四角通过四个直线轴承滑动设置在四个所述导柱上，四个所述直线轴承分别套置在四个所述导柱的外部。
[0017]在一些实施例中，所述第一至第四伺服电机的内部均自带编码器，作为角位置反馈元件，所述编码器采用绝对式编码器。
[0018]在一些实施例中，所述偏转框架、滚转框架、俯仰框架、基座、牵引板和升降台均采用铝合金6061。
[0019]在一些实施例中，与所述第二减速机连接的第一转轴通过背靠背安装的两角接触球轴承支撑设置在所述滚转框架的侧壁上，另一所述第二转轴通过深沟球轴承支撑设置在滚转框架的另一侧壁上；
[0020]与所述第三减速机连接的第二转轴通过背靠背安装的两角接触球轴承支撑设置在俯仰框架的侧壁上，另一第二转轴通过深沟球轴承支撑设置在俯仰框架的另一侧壁上。
[0021]在一些实施例中，所述升降机构还包括顶座，设置在四个所述导柱以及两所述滚珠丝杆的顶部，所述顶座上设置开口，在所述顶座和基座上均设置有机械限位和电气限位。
[0022]在一些实施例中，所述控制系统包括控制机柜、工控机、第一功放模块、第二功放模块、第三功放模块、第四功放模块、CAN通讯卡和IO板卡，所述工控机、第一功放模块、第二功放模块、第三功放模块和第四功放模块均设置在所述控制机柜内，CAN通讯卡和IO板卡设置在工控机的PCI插槽中，CAN通讯卡通过CAN总线分别与第一至第四功放模块连接，第一至第四功放模块分别与第一至第四伺服驱动部连接，IO卡通过数据传输线缆连接电磁锁和编码器。
[0023]在一些实施例中，所述工控机内集成有测控模块，所述测控模块包括：
[0024]系统初始化单元，用于初始化所述控制系统；
[0025]系统参数设计单元，用于采集输入参数；
[0026]信号处理单元，用于根据输入参数生成第一至第四伺服驱动部的运动轨迹曲线；
[0027]标准函数信号发生单元，用于对生成的第一至第四伺服驱动部的运动轨迹曲线进行离散，得到第一至第四伺服驱动部的角度离散数字信号，并发送至第一功放模块、第二功放模块、第三功放模块、第四功放模块，以控制第一至第四伺服驱动部的运动；
[0028]数据存储单元，用于将标准函本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种头颈姿态模拟装置，其特征在于，包括：偏转机构，包括偏转框架、转盘和第一伺服驱动部；所述转盘水平设置在所述偏转框架内；所述第一伺服驱动部设置在所述偏转框架的底部并与所述转盘连接；滚转机构，包括滚转框架、第一转轴和第二伺服驱动部，所述偏转机构水平设置在所述滚转框架内，所述偏转框架通过两所述第一转轴转动安装在所述滚转框架内，所述第二伺服驱动部设置在所述滚转框架的外部，并与一所述第一转轴连接；俯仰机构，包括俯仰框架、第二转轴和第三伺服驱动部，所述滚转机构水平设置在所述俯仰框架内，所述滚转框架通过两所述第二转轴转动安装在所述俯仰框架内，两所述第二转轴的轴线与两所述第一转轴的轴线互为垂直，所述第三伺服驱动部设置在所述俯仰框架的外部，并与一所述第二转轴连接；升降机构，包括基座、导柱、滚珠丝杆、牵引板、升降台、电磁锁和第四伺服驱动部；四根所述导柱竖直设置在所述基座的四角；两所述滚珠丝杆竖直设置在所述基座的两侧，每一所述滚珠丝杆上固定设置一所述牵引板，每一所述牵引板的两端分别活动穿设在对应侧的所述导柱上；所述升降台位于两所述牵引板的下方，所述升降台的四角活动穿设在四个所述导柱上，所述升降台通过两电磁锁与两所述牵引板连接，所述俯仰框架固定在所述升降台上；所述第四伺服驱动部设置在所述基座上，并与两所述滚珠丝杆连接；控制系统用于控制偏转机构、滚转机构、俯仰机构和升降机构的运动。2.如权利要求1所述的头颈姿态模拟装置，其特征在于：所述第一伺服驱动部包括第一中空减速机和第一伺服电机；所述第一中空减速机固定在所述偏转框架内，所述转盘水平固定在所述第一中空减速机上，所述第一伺服电机固定在所述偏转框架的底部并与所述第一中空减速机传动连接；所述第二伺服驱动部包括第二减速机和第二伺服电机，所述第二减速机位于所述滚转框架的外部并与一所述第一转轴连接，所述第二伺服电机与第二减速机连接；所述第三伺服驱动部包括第三减速机和第三伺服电机，所述第三减速机固定在所述俯仰框架的外部，并与一所述第二转轴连接，所述第三伺服电机与所述第三减速机连接；所述第四伺服驱动机构包括第四减速机和第四伺服电机，所述第四减速机与两滚珠丝杆连接，所述第四伺服电机与所述第四减速机连接。3.如权利要求1所述的头颈姿态模拟装置，其特征在于：所述升降台的四角通过四个直线轴承滑动设置在四个所述导柱上，四个所述直线轴承分别套...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓，黄唯，李茂辉，钮建伟，马天，王惜亮，王刚，
申请(专利权)人：军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所，
类型：发明
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