六自由度全動型運動模擬器機構的制作方法
【專利摘要】一種六自由度全動型運動模擬器機構，包括座艙、固定基座以及連接于座艙以及固定基座之間的機械支鏈組，機械支鏈組包括按3?2?1布置的六條機械支鏈：上下方向驅動座艙的三條上下驅動支鏈，三條上下驅動支鏈初始豎直布置于座艙的座椅部以及固定基座之間；前后方向驅動座艙的二條前后驅動支鏈，二條前后驅動支鏈布置于座椅部前側的兩腿放置部的下方；左右方向驅動座艙的一條左右驅動支鏈，一條左右驅動支鏈初始狀態水平或者傾斜地布置于該座椅部的下方；每條機械支鏈彼此錯開，且均與座艙以及固定基座鉸接。本發明解耦特性好，有效靈巧工作空間大，不僅占地空間小，而且驅動行程在有限的空間內做得很長。
【專利說明】
六自由度全動型運動模擬器機構
技術領域
[0001 ]本發明涉及運動模擬器領域，尤其涉及一種六自由度全動型運動模擬器機構。
【背景技術】
[0002]運動模擬器是一種能真實復現或模擬某種特定運動的機電系統。可廣泛應用于工業測試、科學實驗、專業技能訓練、防災減災訓練、娛樂等眾多領域。如海陸空載具的駕駛模擬及研發測試、航天器的運動模擬、地震模擬、零部件的運動測試、影院動感座椅、游戲運動外設等。
[0003]現代運動模擬器始于斯蒂瓦特(Stewart)機構，(參見文獻《一種六自由度并聯平臺》)(D.Stewart.A platform with Six Degrees of freedom.Proc.0f the Institut1nof Mechanical Engineers.London,UK, 1965,180( 15):371-386))，由六個輸入獲得六個輸出自由度。這類機構采用并聯布置，因而具有承載能力大，剛度高，結構穩定，精度高，加速度大等特點。這種機構是運動模擬領域中最為經典、性能最好的結構，當前的運動模擬器也幾乎都采用的是這種Stewart機構。隨著運動模擬器進入娛樂行業，一些低端的應用場合開始引入一種3-RPS型三自由度并聯機構。
[0004]前文所述的兩種機構是目前在運動模擬領域中應用最為成熟的機構，現有的成熟運動模擬器基本上都采用的是這兩種結構或其延伸。
[0005]Stewart結構的運動模擬器具有以下不足:
[0006]1、如圖5所示，有效工作空間小，Stewart機構的工作空間為一個上大下小的傘形，而且易于奇異，這種傘形工作空間難以利用，對于運動模擬來說，實際的有效工作空間很小；
[0007]2、受限于支鏈的布置方式，機構的靈巧工作空間很小，即移動和旋轉復合運動的能力較小，造成對體感復現的失真；
[0008]3、由于驅動的布置方式限制，使得6個驅動力高度耦合，給解耦計算帶來了困難，不利于機構的控制；
[0009]4、由于驅動支鏈布置方式的限制，占地空間相對較大。
[0010]而現有的3-RPS型三自由度機構，其自由度減少了三個，性能與Stewart機構相比差距很大，其體感模擬的失真更大，只是在占地空間上更有優勢。
【發明內容】
[0011 ]基于此，針對上述技術問題，提供一種六自由度全動型運動模擬器機構，從而解決現有運動模擬器機構在工作空間、靈巧度、解耦性、占地空間等方面的不足和矛盾。
[0012]為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案:
[0013]—種六自由度全動型運動模擬器機構，包括座艙、固定基座以及連接于所述座艙以及固定基座之間的機械支鏈組，其特征在于，所述機械支鏈組包括按3-2-1布置的六條機械支鏈，所述六條機械支鏈分為:
[0014]上下方向驅動所述座艙的三條上下驅動支鏈，所述三條上下驅動支鏈位于所述座艙的座椅部的下方，且初始狀態豎直布置于所述座椅部以及固定基座之間；
[0015]前后方向驅動所述座艙的二條前后驅動支鏈，所述二條前后驅動支鏈初始狀態水平或者傾斜地布置于所述座椅部前側的兩腿放置部的下方；
[0016]左右方向驅動所述座艙的一條左右驅動支鏈，所述一條左右驅動支鏈初始狀態水平或者傾斜地布置于該座椅部的下方；
[0017]每條機械支鏈彼此錯開，且均與所述座艙以及固定基座鉸接。
[0018]所述座艙的底部具有支架，所述六條機械支鏈連接于所述支架與固定基座之間。[0019 ]所述每條機械支鏈均包括伸縮桿，所述支架包括框架、第一桿體、第二桿體以及第三桿體；
[0020]所述三條上下驅動支鏈的三根伸縮桿初始豎直布置，且該三根伸縮桿的兩端均分別與所述框架以及固定基座鉸接，所述框架固定于所述座艙的周向，所述三根伸縮桿與所述框架的連接處分別位于后側以及前側兩邊；
[0021]所述二條前后驅動支鏈的兩根伸縮桿左右對稱布置于所述兩腿放置部的下方，該兩根伸縮桿與水平面的夾角為0° _25°，所述兩根伸縮桿的一端分別與固定基座鉸接，另一端分別與一第一桿體的一端鉸接，該第一桿體的另一端與所述座椅部的前側底部固定，所述兩根伸縮桿與第一桿體的鉸接處連接第二桿體；
[0022]所述一條左右驅動支鏈的伸縮桿與水平面的夾角為0°-25°，其一端在所述座椅部的左右一側與所述固定基座鉸接，另一端與第三桿體的一端鉸接于所述座艙的下方，該第三桿體的另一端與所述座椅部的左右另一側固定。
[0023]所述固定基座上具有與所述六條機械支鏈的伸縮桿對應的六個支撐腳，所述伸縮桿與所述支撐腳鉸接。
[0024]所述伸縮桿的兩端具有球鉸，或者一端為球鉸、另一端為虎克鉸。
[0025]所述機械支鏈由伺服電機或者液壓系統驅動。
[0026]本發明的六條機械支鏈采用3-2-1正交布置，解耦特性好，而且工作空間基本成長方體，十分有利于使用和控制，有效的靈巧工作空間比現有的機構大得多，體感復現的失真低，此外，本發明對六條機械支鏈進行了巧妙的布置，上下方向驅動的三條上下驅動支鏈以及左右方向驅動的一條左右驅動支鏈隱藏在座椅部的下方，前后方向驅動的二條前后驅動支鏈隱藏在兩腿放置部的下方，不僅占地空間小，而且可以讓機械支鏈的驅動行程在有限的空間內做得很長，最終很好地解決了大工作空間、靈巧性和占地空間的矛盾。
【附圖說明】
[0027]下面結合附圖和【具體實施方式】本發明進行詳細說明:
[0028]圖1為本發明的立體結構不意圖一；
[0029]圖2為本發明的立體結構示意圖二；
[0030]圖3為本發明的立體結構示意圖三；
[0031]圖4為本發明的側視結構示意圖；
[0032]圖5為傳統Stewart并聯運動模擬器機構的工作空間示意圖。
【具體實施方式】
[0033]如圖1-4所示，一種六自由度全動型運動模擬器機構，包括座艙1100、固定基座1200以及連接于座艙1100以及固定基座1200之間的機械支鏈組。
[0034]座艙1100具有座椅部1110以及位于座椅部1110前側的兩腿放置部1120。
[0035]機械支鏈組包括按3-2-1正交或接近正交布置的六條機械支鏈1300，S卩3條一組構成上下驅動支鏈，2條一組構成前后驅動支鏈以及I條一組構成左右驅動支鏈，具體如下:
[0036]三條上下驅動支鏈可在上下方向驅動座艙1100，該三條上下驅動支鏈位于座艙1100的座椅部1110且初始狀態豎直布置于座艙1100的座椅部1110以及固定基座1200之間。
[0037]二條前后驅動支鏈可在前后方向驅動座艙1100，該二條前后驅動支鏈初始狀態水平或者傾斜地布置于座椅部前側的兩腿放置部1120的下方。
[0038]—條左右驅動支鏈可在左右方向驅動座艙1100，該一條左右驅動支鏈初始狀態水平或者傾斜地布置于該座椅部1110的下方。
[0039]其中，每條機械支鏈1300彼此錯開，避免彼此干涉，且均與座艙1100以及固定基座1200鉸接。
[0040]本發明的六條機械支鏈1300采用3-2-1正交布置，解耦特性好，而且工作空間基本成長方體，十分有利于使用和控制，有效的靈巧工作空間比現有的機構大得多，體感復現的失真低，此外，本發明對六條機械支鏈1300進行了巧妙的布置，上下方向驅動的三條上下驅動支鏈1300以及左右方向驅動的一條左右驅動支鏈1300隱藏在座椅部1110的下方，前后方向驅動的二條前后驅動支鏈1300隱藏在兩腿放置部1120的下方，不僅占地空間小，而且可以讓機械支鏈1300的驅動行程在有限的空間內做得很長，最終很好地解決了大工作空間、靈巧性和占地空間的矛盾。
[0041]機械支鏈1300由伺服電機或者液壓系統驅動。
[0042]具體地，座艙1100的底部具有支架，六條機械支鏈1300連接于支架1130與固定基座1200之間。
[0043]其中，每條機械支鏈1300均包括伸縮桿1310，支架包括框架1131、第一桿體1132、第二桿體1133以及第三桿體1134。
[0044]三條上下驅動支鏈的三根伸縮桿1310初始豎直布置，且該三根伸縮桿1310的兩端均分別與框架1131以及固定基座1200鉸接，框架1131固定于座艙1100的周向，三根伸縮桿1310與框架1131的連接處分別位于后側以及前側兩邊。
[0045]二條前后驅動支鏈的兩根伸縮桿1310位于前側兩條上下驅動支鏈的前方且左右對稱布置于兩腿放置部1120的下方，該兩根伸縮桿1310與水平面的夾角為0°-25°，兩根伸縮桿1310的一端分別與固定基座1200鉸接，另一端分別與一第一桿體1133的一端鉸接，該第一桿體1133的另一端與座椅部1110的前側底部固定，兩根伸縮桿1310與第一桿體1133的鉸接處連接第二桿體1133。
[0046]—條左右驅動支鏈的伸縮桿1310位于座椅的下方且位于前側兩條上下驅動支鏈和后側一條上下驅動支鏈之間，該一條左右驅動支鏈的伸縮桿1310與水平面的夾角為er-as。 ，其一端在座椅部1110的左右一側與固定基座1200鉸接，另一端與第三桿體1134的一端鉸接于座艙1100的下方，該第三桿體1134的另一端與座椅部1110的左右另一側固定。
[0047]其中，固定基座1200上具有與六條機械支鏈1300的伸縮桿1310對應的六個支撐腳1210，伸縮桿1310與支撐腳1210鉸接。
[0048]較佳的，伸縮桿1310的兩端具有球鉸，其通過球鉸與支撐腳1210、框架1131、第一桿體1132、第二桿體1133以及第三桿體1134鉸接。當然，伸縮桿1310也可以是一端為球鉸，另一端為虎克鉸。即在很多情況下，球鉸可以用虎克鉸串聯運動副代替。
[0049]但是，本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明，而并非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明的權利要求書范圍內。
【主權項】
1.一種六自由度全動型運動模擬器機構，包括座艙、固定基座以及連接于所述座艙以及固定基座之間的機械支鏈組，其特征在于，所述機械支鏈組包括按3-2-1布置的六條機械支鏈，所述六條機械支鏈分為: 上下方向驅動所述座艙的三條上下驅動支鏈，所述三條上下驅動支鏈位于所述座艙的座椅部的下方，且初始狀態豎直布置于所述座椅部以及固定基座之間； 前后方向驅動所述座艙的二條前后驅動支鏈，所述二條前后驅動支鏈初始狀態水平或者傾斜地布置于所述座椅部前側的兩腿放置部的下方； 左右方向驅動所述座艙的一條左右驅動支鏈，所述一條左右驅動支鏈初始狀態水平或者傾斜地布置于該座椅部的下方； 每條機械支鏈彼此錯開，且均與所述座艙以及固定基座鉸接。2.根據權利要求1所述的一種六自由度全動型運動模擬器機構，其特征在于，所述座艙的底部具有支架，所述六條機械支鏈連接于所述支架與固定基座之間。3.根據權利要求2所述的一種六自由度全動型運動模擬器機構，其特征在于，所述每條機械支鏈均包括伸縮桿，所述支架包括框架、第一桿體、第二桿體以及第三桿體； 所述三條上下驅動支鏈的三根伸縮桿初始豎直布置，且該三根伸縮桿的兩端均分別與所述框架以及固定基座鉸接，所述框架固定于所述座艙的周向，所述三根伸縮桿與所述框架的連接處分別位于后側以及前側兩邊； 所述二條前后驅動支鏈的兩根伸縮桿左右對稱布置于所述兩腿放置部的下方，該兩根伸縮桿與水平面的夾角為0°-25°，所述兩根伸縮桿的一端分別與固定基座鉸接，另一端分別與一第一桿體的一端鉸接，該第一桿體的另一端與所述座椅部的前側底部固定，所述兩根伸縮桿與第一桿體的鉸接處連接第二桿體； 所述一條左右驅動支鏈的伸縮桿與水平面的夾角為0°-25°，其一端在所述座椅部的左右一側與所述固定基座鉸接，另一端與第三桿體的一端鉸接于所述座艙的下方，該第三桿體的另一端與所述座椅部的左右另一側固定。4.根據權利要求3所述的一種六自由度全動型運動模擬器機構，其特征在于，所述固定基座上具有與所述六條機械支鏈的伸縮桿對應的六個支撐腳，所述伸縮桿與所述支撐腳鉸接。5.根據權利要求3或4所述的一種六自由度全動型運動模擬器機構，其特征在于，所述伸縮桿的兩端具有球鉸，或者一端為球鉸、另一端為虎克鉸。6.根據權利要求5所述的一種六自由度全動型運動模擬器機構，其特征在于，所述機械支鏈由伺服電機或者液壓系統驅動。
【文檔編號】B25J9/00GK106002957SQ201610560030
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月15日
【發明人】曹睿, 何俊, 金振林
【申請人】安徽銳聰機器人有限公司