一种高压气动重力平衡式空间运动模拟器，包括并联六自由度运动平台（４）及安装在运动平台上的内有视景系统的模拟舱（３），其特征在于：它还包括升沉运动平台系统、安全保护系统；其中： １）升沉运动平台系统：包括中间平台（５）、升沉平台驱动液压缸（８）、由两只或两只以上的气缸（９）及其配套气动系统组成的气动重力平衡装置、由三根导轨（２）及其配套滑块（７）组成的导向机构、移动线缆桥架；中间平台（５）上面安装并联六自由度运动平台（４），中间平台（５）中心点正下方垂直安装一只升沉平台驱动液压缸（８），活塞杆端用杆端球铰与中间平台底面中心安装的铰支座连接；中间平台（５）下面还垂直安装以驱动液压缸（８）为中心、对称布置的两只或两只以上的气缸（９）及配套气动系统组成的重力平衡装置；中间平台（５）两端和一侧面上下分别装有两个导轨滑块（７），导轨滑块（７）与垂直安装在运动模拟器周围三墙面（１４）上的导轨（２）配合组成导向机构；在中间平台（５）和侧面墙（１４）之间安装一移动线缆桥架； ２）安全保护系统：中间平台（５）两端分别安装两个双向安全钳（６）与垂直安装在中间平台（５）两端墙上的导轨（２）配合，垂直安装在中间平台（５）两端的导轨（２）的上端两侧分别安装两个上端缓冲器（１），在中间平台（５）下的地面（１３）上以升沉平台驱动液压缸（８）为中心对称安装四个缓冲器（１０）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及运动模拟器，特别涉及一种高压气动重力平衡式空间运动模拟器。
技术介绍
随着地面仿真技术的发展，目前国外很多空中、太空及海洋上的试验、训练等都改在地面进行，地面试验既安全，又能节约资金。我国也在大力发展地面仿真技术，但在数量上、技术水平上仍落后与欧美发达国家，具有很大的发展空间，同时急需快速发展。舰艇、飞行器等的运动是多姿态的三维空间运动，运动模拟器对其进行比较准确的描述和对其运动状态进行动态仿真。国内，在中小运动幅值的运动模拟器平台中大多采用Stewart结构实现六自由度运动，技术相对成熟，而运动幅值很大的，尤其是升沉运动幅值超过±1.5m的运动模拟器尚未有报道。本专利技术则可用于升沉运动幅值达±3.75m的运动模拟，且具有高性能、安全、可靠、节能、真实的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高压气动重力平衡式空间运动模拟器，它安全、可靠、功耗低、能够真实模拟舰船、飞行器等在航(飞)行中的运动及视景的运动模拟器。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是包括并联六自由度运动平台及安装在运动平台上的内有视景系统的模拟舱。它还包括升沉运动平台系统、安全保护系统；其中1)升沉运动平台系统包括中间平台、升沉平台驱动液压缸、由两只或两只以上的气缸及其配套气动系统组成的气动重力平衡装置、由三根导轨及其配套滑块组成的导向机构、移动线缆桥架；中间平台上面安装并联六自由度运动平台，中间平台中心点正下方垂直安装一只升沉平台驱动液压缸，活塞杆端用杆端球铰与中间平台底面中心安装的铰支座连接；中间平台下面还垂直安装以驱动液压缸为中心、对称布置的两只或两只以上的气缸及配套气动系统组成的重力平衡装置；中间平台两端和一侧面上下分别装有两个导轨滑块，导轨滑块与垂直安装在运动模拟器周围三墙面上的导轨配合组成导向机构；在中间平台和侧面墙之间安装一移动线缆桥架；2)安全保护系统中间平台两端分别安装两个双向安全钳与垂直安装在中间平台两端墙上的导轨配合，垂直安装在中间平台两端的导轨的上端两侧分别安装两个上端缓冲器，在中间平台下的地面上以升沉平台驱动液压缸为中心对称安装四个缓冲器。本专利技术中升沉运动平台在高精度的导向机构导向下，利用重力平衡装置平衡模拟器及其负载的重量，由一只长行程液压缸直接驱动实现大幅值、快速、大加速度、高频响的升沉运动；在中间平台上安装并联六自由度运动平台，其与升沉平台结合实现模拟器的六自由度运动；由于运动模拟器用于载人，所以设计了机械、液压、电气安全保护系统三套保护系统并联保护整个装置的安全；模拟舱用于载人及相关试验设备；模拟舱内装有视景系统的显示屏幕显示逼真、实时的航海(飞行)视景。本专利技术与
技术介绍
相比，具有的有益的效果是升沉运动由升沉运动平台或并联六自由度运动平台或两者结合实现。升沉平台采用一只液压缸直接驱动，同时利用重力平衡装置平衡大部分负载的重量，能实现较大幅值的升沉运动，并具有高节能率、快速、高频响、大加速度、稳定可靠、安全性好等特点，其节能性、快速性、控制特性、稳定性和安全性都优于其它形式。而且该方案具有结构简单、成本低、技术成熟等优点。该系统对导轨、对墙的压力很小，对土建的要求不高。具有很高的实用性，可广泛应有于需要大幅升沉运动的运动模拟器及其它具有升降运动的设备。附图说明图1是本专利技术的结构原理示意图；图2是本专利技术图1中间平台的俯视图；图3是本专利技术图1的侧视图；图4是本专利技术的重力平衡装置气路原理示意图；图5是本专利技术的计算机系统组成图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1、图2、图3所示，本专利技术包括并联六自由度运动平台4及安装在运动平台上的内有视景系统的模拟舱3。它还包括升沉运动平台系统、安全保护系统；其中 1)升沉运动平台系统包括中间平台5、升沉平台驱动液压缸8、由两只或两只以上的气缸9及其配套气动系统组成的气动重力平衡装置、由三根导轨2及其配套滑块7组成的导向机构、移动线缆桥架；中间平台5上面安装并联六自由度运动平台4，中间平台5中心点正下方垂直安装一只升沉平台驱动液压缸8，活塞杆端用杆端球铰与中间平台底面中心安装的铰支座连接；中间平台5下面还垂直安装以驱动液压缸8为中心、对称布置的两只或两只以上的气缸9及配套气动系统组成的重力平衡装置；中间平台5两端和一侧面上下分别装有两个导轨滑块7，导轨滑块7与垂直安装在运动模拟器周围三墙面14上的导轨2配合组成导向机构；在中间平台5和侧面墙14之间安装一移动线缆桥架；2)安全保护系统中间平台5两端分别安装两个双向安全钳6与垂直安装在中间平台5两端墙上的导轨2配合，垂直安装在中间平台5两端的导轨2的上端两侧分别安装两个上端缓冲器1，在中间平台5下的地面13上以升沉平台驱动液压缸8为中心对称安装四个缓冲器10。如图4所示，所说的气动重力平衡装置气路包括电机15、空气压缩机16、电磁溢流阀17、储气罐18、故障保护模块19、气缸8、消声器25；储气罐18一端与空气压缩机2及电磁溢流阀3连接，储气罐18的另一端通过故障保护模块1 9接气缸8的无杆腔，气缸8有杆腔通大气。所说的故障保护模块19包括节流阀20、单向阀21、第二气控单向阀22、第一气控单向阀23、二位三通换向阀24、消声器25；储气罐18接故障保护模块的一端与二位三通换向阀24的P口及第一气控单向阀23的进口连接，第一气控单向阀23的出气口与气缸8的无杆腔连接，二位三通换向阀24的T口经过消声器25通大气，A口连接第一、第二气控单向阀23、22的控制端口，节流阀20与单向阀21并联，一端经过消声器25通大气，另一端与第二气控单向阀22的出气口连接，第二气控单向阀22的进气口与气缸8的无杆腔连接。理论基础(1)重力平衡原理计算气缸下腔通过接近与气缸下腔面积的钢管与储气罐连为一体，而且钢管尽可能短，气缸及钢管的直径不小于10mm，这样气缸活塞下作用面的压强与容腔内空气的压强相差远小于系统压力的1％，在本系统中可以忽略气缸和钢管产生的气阻作用。在本系统中气缸活塞下作用面的压强主要是由于容腔体积的变化引起的，将气缸活塞伸缩的过程相当于密封容腔体积增大缩小的过程，近似为一个绝热过程，计算如下对于气体绝热过程有pvk＝常数式中p-密封容腔内空气压强v-密封容腔的容积k-气体比热容比空气的比热容比k为1.4，要求容腔容积增大时其中空气压强减小量小于10％，计算密封容腔容积变化量，p×v1.4＝(0.9×p)×vx1.4计算得 vx＝1.0782v即密封容腔的体积变化7.82％。根据以上计算结果设计气缸在伸缩过程中导致的容腔容积的变化率小于7.82％，即可实现工作压力变化小于10％。(2)重力平衡后升沉系统功耗降低的计算重力平衡前系统功率P＝m·(g+a)·v重力平衡后系统功率近似为P′＝m·a·v重力平衡前后功率的比值为P′P=ag+a]]>式中m-物体质量g-重力加速度a-物体运动加速度在运动模拟器中升沉运动加速度一般小于1g，所以系统节能50％以上。装置结构及工作原理(一)升沉运动平台升沉运动平台包括包括中间平台5、升沉平台驱动液压缸8、由两只或两只以上的气缸9及其配套气动系统组成的气动重力平衡装置、由三根导轨2及其配套滑块7组成的导向机构、移动线缆桥本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王宣银，丁凡，陶国良，王庆丰，杨华勇，程佳，魏建华，徐兵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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