运动系统技术方案

本发明专利技术涉及一种三自由度运动发生器，用于在表面上方使有效负载运动，所述运动发生器包括布置为用于在表面上方在圆形导轨上旋转的可旋转平台，在表面上方从中心沿射线方向延伸的至少三个线性导轨，每个线性导轨具有能够在其上运动的线性导轨托架，围绕可旋转平台的外围枢转地安装在每个线性导轨托架上的外围导轨托架，以及多个致动器，由此可以对至少一个致动器进行操作以在圆形导轨上的外围导轨托架与可旋转平台之间施加力。其他方面包括运动系统和包括这种运动发生器的车辆驾驶模拟器。系统和包括这种运动发生器的车辆驾驶模拟器。系统和包括这种运动发生器的车辆驾驶模拟器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】运动系统


[0001]本专利技术涉及运动系统领域。特别地，但非排他地，本专利技术涉及运动发生器，以及涉及包括这种运动发生器的诸如车辆驾驶模拟器的系统，以及涉及使用运动发生器和运动系统的方法，以及涉及它们的产生方法。

技术介绍

[0002]运动发生器是一种能够在一个或多个自由度方向上向有效载荷施加运动、力和加速度的装置。有效载荷可以是例如在运动模拟器中进行模拟体验的人。或者，有效载荷也可以是另一运动发生器，可以说是与第一个串联。EP2810268A中给出了具有包括另一运动发生器的有效载荷的主运动发生器的一个示例，其公开了一种与六自由度运动发生器串联的三自由度运动发生器，所述六自由度运动发生器可以使用主运动发生器维持水平面上的较大运动，同时实现次级运动发生器的最大垂直行程。运动发生器用于运动系统中。运动系统包括至少一个运动发生器和至少一个用于控制运动发生器的控制系统。运动发生器和运动系统用于各种应用，包括运动模拟(例如，飞行模拟器、驾驶模拟器)、机器人、3D打印、振动和地震模拟。目前在运动模拟中最常见的运动发生器类型是斯图尔特平台(或“六足”)。这是一种具有六个致动器的并联机器人，成对连接到平台底板上的三个配置，并跨越到顶板上的三个安装点。置于顶板上的装置或诸如人类用户等有效载荷通常以某种形式的驾驶舱、底盘驾驶员区域或模型车辆，可以在六个自由度运动，其中自由悬挂的主体可以运动，即三个线性运动x、y、z(横向、纵向和垂直)和三个旋转(纵摇(pitch)、横摇(roll)和垂摇(yaw))。运动模拟器是可以为乘员创造出身处在行驶中的车辆中的效果或感觉的机构。运动模拟器分别以驾驶模拟器和飞行模拟器的形式专业地用于培训驾驶员和飞行员。它们还在工业上用于车辆本身的创建、设计和测试。用于驾驶和飞行模拟器的专业运动模拟器通常会同步视觉显示——例如由投影系统和相关联的显示屏幕和音频信号提供被驾驶员或飞行员占用的车厢(或底盘)的运动，以便更好地感受运动的效果。虚拟现实(VR)头戴式显示器(HMD)的出现使具有当前运动系统的沉浸式模拟成本降低，并且能够将虚拟现实应用提供给休闲用途，例如被动式游乐园或街机驾驶、第一人称骑乘或飞行骑乘，以及在主动游戏中，一个或多个玩家对驾驶、骑乘、飞行或第一人称游戏体验有一定的控制权。通常用于人类参与者的运动模拟的基于六足的运动系统类型通常具有达到约20Hz的相对较低的带宽。这意味着它们可以产生幅度一致的振荡运动和振动，频率达到每秒20次，超过这个频率，运动幅度会随着频率的增大而减小。这足以复制大多数汽车悬架运动，但它不会传输与来自汽车发动机的振动、轮胎振动、道路噪音和赛道上锋利的路缘石相关的频率内容。低带宽也意味着信号延迟，这意味着驾驶员无法快速响应。从WO2014/1 14409已知基于六足的驾驶模拟器的一个示例。
[0003]当前的运动模拟系统，尤其是那些用于诸如军事和商业飞行指导和训练应用等高端用途的运动模拟系统，通常非常大、重、复杂且非常昂贵。它们的复杂性需要大量的编程和维护，进一步增加了用户的成本。迈凯伦/MTS Williams/ABD和Ansible等公司已经开发
了专用的车辆驾驶模拟器运动系统，但这些系统往往在机械上极其复杂，因此价格昂贵，具有精密加工的定制部件和通常昂贵的直线电机。这些专用的车辆驾驶模拟器运动系统在某些方向上运动时比六足更灵敏，但在其他方向上仍然受到限制。在此类系统中使用滚珠丝杠是不利的，具体在于，虽然能够很好地建立定位，但它们会抑制力传递并且只能实现较低的带宽。这导致人类用户的体验不太自然。
[0004]基于六足的运动发生器的另一个缺点是它们不能从标称位置沿任一旋转方向围绕垂直轴旋转超过约25
°
。在EP3344352A中公开了一种绕垂直轴提供更大旋转的尝试，其中运动发生器具有带电缆的托架，由以交替的方向缠绕在托架上的相应的电缆驱动器操作，由此托架可以通过电缆驱动器的操作旋转通过至少90
°
。US2005/0042578中公开了一种将旋转引入基于六足的系统的尝试，其中车辆底盘安装在斯图尔特平台上方的旋转板上。然而，该装置在垂直方向上不紧凑，可能需要更大的安装空间，且致动器的长度和性质阻碍了精确控制。在US2015/004567中公开的装置中，其意在比以前的运动发生器设计更紧凑，运动平台的旋转被限制为相对较小的垂摇度数。
[0005]本专利技术的目的是提供一种改进的运动发生器，以及包含这种运动发生器的改进的运动系统，其具有改进的垂摇特性。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术的一个方面，提供一种运动发生器，用于在表面上方以三个自由度使有效载荷运动，该运动发生器包括布置用于在表面上方在圆形导轨上旋转的可旋转平台，在表面上方从中心以射线方式延伸的至少三个线性导轨，每个线性导轨具有能够在其上运动的线性导轨托架，安装用于在邻近可旋转平台外围的每个线性导轨托架上旋转的外围导轨托架，以及多个致动器，其中至少一个致动器可以进行操作以在外围导轨托架和可旋转平台之间施加力，由此平台可以在表面上方旋转和/或平移。
[0007]这种3自由度(即，在X和Y方向上的运动以及垂摇)运动发生器可能是有利的，特别是在车辆驾驶和飞行模拟应用中，因为它可能能够使平台旋转360
°
或更多。运动发生器可以为进一步有利的，因为它可以具有良好的偏移水平，即可以使平台相对于表面在水平方向上移动(即平移)一米或更多。这种高水平的平台旋转和偏移的组合在用于车辆驾驶模拟应用的运动发生器中非常有利。此外，本专利技术的运动发生器可以有利地在高度上紧凑。
[0008]线性导轨通常可以安装在表面上，而圆形导轨可以安装在可旋转平台上。线性导轨托架可以通过致动器被驱动在线性导轨上运动，以便使线性导轨托架沿着线性导轨平移。这些致动器中的至少一个可以包括直线电机，因为它们允许高水平的运动控制，尽管本领域技术人员将理解可以使用其他致动器。优选地，每个致动器包括直线电机。
[0009]外围导轨托架可以布置为至少部分地在平台下方。外围导轨托架的至少一部分可以围绕平台的外边缘延伸。外围导轨托架安装为用于外围导轨托架上的旋转并且可以例如枢转地安装在其上。在一个实施例中，外围导轨托架和可旋转平台其中之一包括至少一个直线电机线圈，与外围导轨托架和可旋转平台中的另一个上的相应直线电机磁道相互作用以使平台旋转。在优选的实施例中，外围导轨托架包括直线电机线圈，且可旋转平台包括或支撑对应的直线电机磁道。为了加强操作，所述直线电机磁道或每个直线电机磁道可以是弯曲的。所述直线电机线圈或每个直线电机线圈可以为相应地弯曲的。
[0010]在另一实施例中，用于使平台旋转和/或平移的至少一个致动器包括带驱动器。例如，合适的带驱动器可以为omega带驱动器。带可以为带齿的或平的，可以围绕平台的周边或在平台的周边处延伸。
[0011]在另一实施例中，用于使平台旋转的至少一个致动器包括齿轮，所述齿轮驱动在平台上的相应的带齿轮缘或与平台一起快速旋转以使平台旋转。轮缘可以布置在平台的外围处或围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种运动发生器，用于使有效载荷在表面上方以三个自由度运动，所述运动发生器包括布置为用于在表面上方在圆形导轨上旋转的可旋转平台，在表面上方从中心以射线方式延伸的至少三个线性导轨，每个线性导轨具有能够在其上运动的线性导轨托架、围绕可旋转平台的外围在每个线性导轨托架上安装的用于旋转的外围导轨托架，以及多个致动器，由此可以对至少一个致动器进行操作以在外围导轨托架和可旋转平台之间施加力以使平台旋转，且其中可旋转平台也可以通过至少一个致动器的操作而在表面上方平移。2.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，所述可旋转平台可以同时旋转和平移。3.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，所述线性导轨安装在所述表面上。4.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，所述圆形导轨在所述可旋转平台上。5.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，所述线性导轨托架能够被致动器驱动以在所述线性导轨上运动。6.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，所述致动器中的至少一个包括直线电机。7.根据前一权利要求所述的运动发生器，其中，所有致动器包括直线电机。8.根据前述权利要求中任一项所述的运动发生器，其中，外围导轨托架和可旋转平台其中之一包括至少一个直线电机线圈，与外围导轨托架和可旋转平台中的另一个上的相应直线电机磁道相互作用以使平台旋转。9.根据前一权利要求所述的运动发生器，其中，外围导轨托架包括直线电机线圈，且可旋转平台包括对应的直线电机磁道。10.根据前一权利要求所述的运动发生器，其中，所述直线电机磁道或每个直线电机磁道为弯曲的。11.根据前一权利要求所述的运动发生器，其中，所述直线电机线圈或每个直线电机线圈为弯曲的。12.根据权利要求1至6中任一项所述的运动发生器，其中，至少一个致动器包括带驱动器。13.根据前一权利要求所述的运动发生器，其中，所述至少一个致动器为可操作的以使所述可旋转平台旋转。14.根据前一权利要求所述的运动发生器，其中，致动器包括的带驱动器为omega带驱动器。15.根据权利要求1至6中任一项所述的运动发生器，其中，至少一个致动器包括齿轮，所述齿轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：迪尼斯玛有限公司，
类型：发明
国别省市：