CN105225571A - 一种用于模拟训练器的三自由度运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于模拟训练器的三自由度运动平台，其由三套机电缸、上平台、下平台、上下铰支座、导向支撑装置、防旋转装置、供气装置以及控制系统组成。该三自由度运动平台通过采用新式导向支撑和防转的组合结构，在导向支撑装置上设置气浮式结构，能够在一定程度上平衡负载重力，增加平台俯仰角位移和上下线位移。本发明具有能耗低、运动性能高、结构简单、运动行程大的优点，可以模拟俯仰、侧倾以及上下颠震运动。

Description

一种用于模拟训练器的三自由度运动平台

技术领域

本发明属于军事训练技术领域，尤其涉及一种用于模拟训练器的三自由度运动平台。

背景技术

目前，在防空兵军事训练中，对于驾驶训练现有技术中使用的一般是地空导弹战车驾驶模拟器或三摇臂组合方式，其采用俯仰、侧倾、上下自由度运动平台，在一定程度上实现了驾驶运动体感仿真、装备性能仿真、虚拟环境仿真以及训练管理和成绩考核，满足了装备驾驶员的驾驶技能综合训练。

但是,在地空导弹战车驾驶模拟器和三摇臂组合方式模拟器中存在着各种各样的缺陷。地空导弹战车驾驶模拟器的缺点如：导向柱仅仅具有导向功能，三个伺服缸的负载支撑压力大、系统功耗大，不利于模拟器的保养与使用；防旋转装置采用导向槽结构，由于受结构限制，俯仰角通常在±10°左右，而且该装置距离导向支撑装置越远，越容易产生机械结构干涉，运动幅值往往会更小。三摇臂组合方式模拟器的缺点如：角度、运动幅值以及垂向支撑性能不够，而且安装调试工艺复杂，结构间隙对平台运动有较大影响。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于模拟训练器的三自由度运动平台，该三自由度运动平台可以模拟俯仰、侧倾以及上下颠震运动，而且结构简单、性能可靠、运动行程大、系统功耗小。

本发明的用于模拟训练器的三自由度运动平台，其包括：

三个电动缸、上平台、下平台、导向支撑装置、防旋转装置、供气装置以及控制装置；

其中，上平台与下平台通过三个电动缸、导向支撑装置和防旋转装置连接；具体的：三个电动缸分别为两个后缸和一个前缸，且三个电动缸呈等腰三角形布置；导向支撑装置位于三个电动缸构成的等腰三角形的几何中心；防旋转装置安装在两个后缸一侧；

连接方式为：

三个电动缸的一端通过球头与上平台连接，另一端通过角轴承与下平台连接，用于通过控制三个电动缸的伸缩实现上平台多种自由度的运动；

导向支撑装置的上端通过球头与上平台连接，下端固定于下平台上并连接供气装置，且该导向支撑装置采用气浮式结构，用于导向上平台的上下运动和限制水平方向运动，并利用供气装置为其提供的支撑气压平衡上平台及负载重量；

防旋转装置的一端通过万向节与上平台连接，另一端通过连接轴固定于下平台之上，且该防旋转装置采用采用摇臂式结构，用于提供指定范围内的俯仰角位移和上下线位移；

控制装置与三个电动缸、供气装置分别连接，通过协同控制三个电动缸、供气装置的工作状态实现模拟训练器的不同运动姿态。

进一步的，所述供气装置为金属高压气罐，且容积为导向支撑装置内部的气缸容积10-15倍。

进一步的，所述防旋转装置提供的俯仰角位移为±30°。

进一步的，三自由度运动平台的工作模式为：

控制装置通过控制三个电动缸的伸缩，实现多种自由度的运动：

当三个电动缸同步运动时，上平台上下运动；当前缸保持不动、两个后缸运动方向相反时，平台侧倾运动；当前缸与两个后缸运动方向相反时，上平台俯仰运动；当三个电动缸受控制装置控制独立运动时，实现三自由度复合运动。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用了一种新式导向支撑和防转的组合结构，整体结构布局不同。

(2)本发明的导向支撑装置采用气浮式结构，一定程度上平衡负载重力，平台驱动动力小，能耗低。

(3)本发明采用摇臂式结构的防旋转装置，不会限制系统本身的俯仰角位移运动能力，平台俯仰角位移和上下线位移增加，提高了平台运动性能。

附图说明

图1是本发明的用于模拟训练器的三自由度运动平台结构示意图。

具体实施方式

图1是本发明的用于模拟训练器的三自由度运动平台结构示意图。如图1所示，本发明的用于模拟训练器的三自由度运动平台，其包括：

三个电动缸、上平台1、下平台2、导向支撑装置3、防旋转装置6、供气装置以及控制装置；

三个电动缸分别为两个后缸5和一个前缸4，三个电动缸呈等腰三角形布置，负载的重心偏向两个后侧缸，以便每个缸的受力相对平衡；导向支撑装置位于三个电动缸构成的等腰三角形的几何中心；防旋转装置尽可能远离导向支撑装置，考虑到安装空间，安装在两个后缸一侧。

连接方式为：

三个电动缸的一端通过球头与上平台连接，另一端通过角轴承与下平台连接，用于通过控制三个电动缸的伸缩实现上平台多种自由度的运动；

导向支撑装置的上端通过球头与上平台连接，下端固定于下平台上并连接供气装置，且该导向支撑装置采用气浮式结构，用于导向上平台的上下运动和限制水平方向运动，并利用供气装置为其提供的支撑气压平衡上平台及负载重量；

防旋转装置的一端通过万向节与上平台连接，另一端采用连接轴的形式固定于下平台之上，且该防旋转装置采用采用摇臂式结构，用于提供指定范围内的俯仰角位移和上下线位移；

控制装置与三个电动缸、供气装置分别连接，通过协同控制三个电动缸、供气装置的工作状态实现模拟训练器不同运动姿态。

本发明的导向支撑装置采用气浮式结构可以理解为气缸的形式，下腔连接供气装置，由高压气体对活塞杆的作用提供向上推力，其主要作用为平衡负载重力、上下运动导向、水平运动限位。导向支撑装置采用球头与上平台连接。之前论文中提到的结构仅有导向功能，没有支撑功能。

本发明的供气装置(气源)作为导向支撑装置的外接气源，通过连接管道向导向支撑装置提供一定的支撑气压。其表现形式为金属高压气罐，容积为导向支撑装置内部气缸容积的10-15倍。

本发明的防旋转装置采用采用摇臂式结构，与上平台之间采用万向节连接。

本发明的上平台用于安装负载。

本发明通过控制装置控制三个电动缸的伸缩，可以实现多种自由度的运动。三个电动缸同步运动，平台上下运动；前缸保持不动，两个后缸运动方向相反，平台侧倾运动；前缸与两个后缸运动方向相反，平台俯仰运动；三个电动缸独立受控运动，可以实现三自由度复合运动。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于模拟训练器的三自由度运动平台，其特征在于，包括：

三个电动缸、上平台、下平台、导向支撑装置、防旋转装置、供气装置以及控制装置；

其中，上平台与下平台通过三个电动缸、导向支撑装置和防旋转装置连接；具体的：三个电动缸分别为两个后缸和一个前缸，且三个电动缸呈等腰三角形布置；导向支撑装置位于三个电动缸构成的等腰三角形的几何中心；防旋转装置安装在两个后缸一侧；

连接方式为：

三个电动缸的一端通过球头与上平台连接，另一端通过角轴承与下平台连接，用于通过控制三个电动缸的伸缩实现多种自由度的运动；

导向支撑装置的上端通过球头与上平台连接，下端固定于下平台上并连接供气装置，且该导向支撑装置采用气浮式结构，用于导向上平台的上下运动和限制水平方向运动，并利用供气装置为其提供的支撑气压平衡上平台及负载重量；

防旋转装置的一端通过万向节与上平台连接，另一端通过连接轴固定于下平台之上，且该防旋转装置采用采用摇臂式结构，用于提供指定范围内的俯仰角位移和上下线位移；

控制装置与三个电动缸、、供气装置分别连接，通过协同控制三个电动缸、供气装置的工作状态实现模拟训练器的不同运动姿态。

2.如权利要求1所述的用于模拟训练器的三自由度运动平台，其特征在于，

所述供气装置为金属高压气罐，且容积为导向支撑装置内部的气缸容积10-15倍。

3.如权利要求1所述的用于模拟训练器的三自由度运动平台，其特征在于，

所述防旋转装置提供的俯仰角位移为±30°。

4.如权利要求1所述的用于模拟训练器的三自由度运动平台，其特征在于，三自由度运动平台的工作模式为：

控制装置通过控制三个电动缸的伸缩，实现多种自由度的运动：

当三个电动缸同步运动时，上平台上下运动；当前缸保持不动、两个后缸运动方向相反时，平台侧倾运动；当前缸与两个后缸运动方向相反时，上平台俯仰运动；当三个电动缸受控制装置控制独立运动时，实现三自由度复合运动。