一種六自由度并聯(lián)動感平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種六自由度并聯(lián)動感平臺，包括顯示裝置、操作平臺、上平臺、執(zhí)行機構(gòu)、下平臺、控制系統(tǒng)；顯示裝置的超窄邊框顯示屏安裝在上平臺上，操作平臺安裝在上平臺上；執(zhí)行機構(gòu)兩端分別安裝在上平臺和下平臺上；控制系統(tǒng)安裝在下平臺上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，工作靈活可靠，在保證操作者沉浸感和多感知性的前提下大大縮小了整個平臺的體積；操作者可根據(jù)喜好或者實際情況選擇顯示方式；能適應(yīng)不同人群操作，增強了人機交互性；平臺重量輕，制造成本低。
【專利說明】
一種六自由度并聯(lián)動感平臺
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明是一種六自由度的并聯(lián)動感平臺，執(zhí)行部分由空間曲柄連桿機構(gòu)組成，它能實現(xiàn)上下、左右、前后的平移和旋轉(zhuǎn)。其體積小巧輕便，造價低廉，響應(yīng)速度快，運動平穩(wěn)，操作方便，屬于汽車模擬、運動仿真、科學(xué)實驗技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的動感平臺中有采用二自由度、三自由度和六自由度的動感平臺。在二自由度及三自由度中，由于自由度少，使用者的沉浸感、交互性及多感知性都較差，無法與六自由度動感平臺相媲美。傳統(tǒng)六自由度并聯(lián)動感平臺多采用液壓缸或電動缸驅(qū)動。但液壓系統(tǒng)造價高，不方便維修且易污染環(huán)境，電動缸雖相對液壓缸有很大改進，但其造價依然很高;傳統(tǒng)動感平臺的顯示裝置多采用液晶等顯示屏，但操作者視角仍可看到屏幕外的事物，影響了操作者的沉浸感，傳動六自由度并聯(lián)動感平臺體積都很笨重，這樣不方便運輸，不方便維修。因此，傳統(tǒng)的六自由度動感平臺雖較二自由度和三自由度平臺的沉浸感、交互性及多感知性有所提高，但還是受到了限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供了一種六自由度并聯(lián)動感平臺，它克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，增強操作者的沉浸感、多感知性和機構(gòu)靈活性。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0005]—種六自由度并聯(lián)動感平臺，它包括顯示裝置1、操作平臺2、上平臺3、執(zhí)行機構(gòu)4、下平臺5、控制系統(tǒng)6六部分組成；它們之間的位置連接關(guān)系是:顯示裝置I的超窄邊框顯示屏7安裝在上平臺3上，顯示裝置I的虛擬現(xiàn)實眼鏡8戴在操作者的頭部;操作平臺2安裝在上平臺3上;執(zhí)行機構(gòu)4兩端分別安裝在上平臺3和下平臺5上;控制系統(tǒng)6安裝在下平臺5上。
[0006]所述顯示裝置I由一塊超窄邊框顯示屏7和虛擬現(xiàn)實眼鏡8組成，超窄邊框顯示屏7通過螺釘固定在上平臺3的顯示器支架14上，虛擬現(xiàn)實眼鏡8戴在操作者的頭部，此眼鏡可在市面購買，用來模擬游戲等場景，提高操作者的沉浸感。
[0007]所述操作平臺2由座椅9、方向盤10、剎車油門離合踏板11、手動擋位12四部分組成，座椅9通過鎖釘固定在上平臺3的上平臺主體13上，方向盤10安裝在上平臺3的方向盤托15上，可進行轉(zhuǎn)角的調(diào)整并鎖緊，剎車油門離合踏板11固定在上平臺3的上平臺主體13上，手動擋位12通過螺釘安裝在上平臺3的擋位伸出桿18上，可進行高低及轉(zhuǎn)角的調(diào)整并鎖緊。
[0008]所述上平臺3由上平臺主體13、顯示器支架14、方向盤托15、方向盤托鎖緊螺釘16、方向盤托鎖緊螺母17、擋位伸出桿18六部分組成，上平臺主體13主要由不銹鋼管焊接而成，顯示器支架14通過螺釘固定在上平臺主體13上，方向盤托15通過方向盤托鎖緊螺釘16和方向盤托鎖緊螺母17固定在上平臺主體13上，松開螺母可進行角度的調(diào)整，擋位伸出桿18固定在上平臺主體13上，可沿上平臺主體13鋼管上下滑動來調(diào)整高度并鎖緊，擋位伸出桿18由上部鎖緊扣19、下部鎖緊扣20、銷釘21、鎖緊螺柱22、卡扣鎖緊螺母23、軸套24、擋位控制鈑金25七部分組成，上部鎖緊扣19與下部鎖緊扣20通過銷釘21安裝在一起，為不影響其相對轉(zhuǎn)動，上部鎖緊扣19與銷釘21過盈配合，下部鎖緊扣20與銷釘間隙配合，鎖緊螺柱22安裝在銷釘21上，軸套24安裝在銷釘21上，擋位控制鈑金25安裝在下部鎖緊扣20的另一端，可進行角度的調(diào)整并鎖緊。
[0009]所述執(zhí)行機構(gòu)4在六自由度并聯(lián)動感平臺上共有六組，每組分別由關(guān)節(jié)軸承26、連接桿27、關(guān)節(jié)軸承固定螺帽28、驅(qū)動桿29、電機30五部分組成，關(guān)節(jié)軸承26固定在連接桿27兩端，并通過關(guān)節(jié)軸承固定螺帽28分別固定在上平臺3伸出軸和驅(qū)動桿29上，驅(qū)動桿29另一端與電機30伸出軸固定，電機30固定在下平臺5的下平臺主體31上，其中關(guān)節(jié)軸承可在市面上購買，其作用是電機30的轉(zhuǎn)動通過驅(qū)動桿29轉(zhuǎn)換為連接桿27與上平臺3固定端的空間運動，從而改變上平臺3的位姿。
[0010]所述下平臺5由下平臺主體31、下平臺底座32兩部分組成，下平臺主體31通過螺釘固定在下平臺底座32上，上平臺主體31為主要由鋼板焊接而成的平臺結(jié)構(gòu)，下平臺底座32為主要由不銹鋼管焊接而成的框架結(jié)構(gòu)。
[0011]所述控制系統(tǒng)6由控制箱33和各類電子元器件組成，控制箱33由鈑金組成的盒形結(jié)構(gòu)，外部留有電源線插口、網(wǎng)線插口、電機端航空插頭接口、急停插口，各類電子元器件均可市面購買，控制箱33內(nèi)部安裝運動控制卡、驅(qū)動器、空氣開關(guān)、開關(guān)電源等元器件。控制系統(tǒng)6安裝在下平臺5的下平臺底座32上，其作用是實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)角，從而實現(xiàn)控制。
[0012]本發(fā)明的工作原理及流程簡介如下:
[0013]通電模擬軟件運行后，顯示裝置I將模擬畫面顯示出來，操作者可根據(jù)顯示信息操縱操作平臺2，如汽車的加速、減速、顛簸、轉(zhuǎn)彎等動作，操作平臺將此數(shù)據(jù)流傳遞給上位機PC，經(jīng)過上位機PC的處理轉(zhuǎn)換，一方面上位機PC經(jīng)數(shù)據(jù)流處理后傳遞給運動控制卡，運動控制卡將信號傳遞給相對應(yīng)的驅(qū)動器，驅(qū)動器來控制電機的轉(zhuǎn)動角度，執(zhí)行機構(gòu)4將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成連接桿27的空間位置，即可改變上平臺3的位姿，另一方面，顯示裝置把操縱者的操縱信息顯示出來，從而操作者可感受模擬畫面顯示內(nèi)容的體感。流程圖見圖1。
[0014]優(yōu)點及功效:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種六自由度并聯(lián)動感平臺的有益效果是:
[0015]1.執(zhí)行機構(gòu)采用空間曲柄連桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，工作靈活可靠，在保證操作者沉浸感和多感知性的前提下大大縮小了整個平臺的體積。
[0016]2.采用液晶顯示屏和虛擬現(xiàn)實眼鏡兩種顯示方式，操作者可根據(jù)喜好或者實際情況選擇顯示方式。
[0017]3.操作平臺的剎車油門離合踏板、方向盤等長短或方向可調(diào)，能適應(yīng)不同人群操作，增強了人機交互性。
[0018]4.平臺主體大部分由不銹鋼管和鈑金件焊接而成，在保證強度和剛度的前提下，大大減輕了平臺的重量，降低了制造成本。
【附圖說明】
[0019]圖1為六自由度并聯(lián)動感平臺工作原理流程圖。
[0020]圖2為六自由度并聯(lián)動感平臺整體圖。
[0021 ]圖3為六自由度并聯(lián)動感平臺的顯示裝置整體圖。
[0022]圖4為六自由度并聯(lián)動感平臺的操作平臺整體圖。
[0023]圖5為六自由度并聯(lián)動感平臺的上平臺整體圖。
[0024]圖6為六自由度并聯(lián)動感平臺的擋位伸出桿整體圖。
[0025]圖7為六自由度并聯(lián)動感平臺的執(zhí)行機構(gòu)整體圖。
[0026]圖8為六自由度并聯(lián)動感平臺的下平臺整體圖。
[0027]圖中:1-顯示裝置2-操作平臺3-上平臺4-執(zhí)行機構(gòu)5-下平臺
[0028]6-控制系統(tǒng)7-超窄邊框顯示屏 8-虛擬現(xiàn)實眼鏡
[0029]9-座椅10-方向盤11-剎車油門離合踏板
[0030]12-手動擋位13-上平臺主體14-顯示器支架[0031 ] 15-方向盤托 16-方向盤托鎖緊螺釘
[0032]17-方向盤托鎖緊螺母18-擋位伸出桿19-上部鎖緊扣
[0033]20-下部鎖緊扣21-銷釘22~|賀緊螺柱23-卡扣鎖緊螺母
[0034]24-軸套25-擋位控制鈑金 26-關(guān)節(jié)軸承
[0035]27-連接桿28-關(guān)節(jié)軸承固定螺帽29-驅(qū)動桿
[0036]30-電機31-下平臺主體32-下平臺底座
[0037]33-控制箱
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明。
[0039]本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)如圖1至圖8所示。
[0040]—種六自由度并聯(lián)動感平臺，它包括顯示裝置1、操作平臺2、上平臺3、執(zhí)行機構(gòu)4、下平臺5、控制系統(tǒng)6六部分組成；它們之間的位置連接關(guān)系是:顯示裝置I的超窄邊框顯示屏7安裝在上平臺3上，顯示裝置I的虛擬現(xiàn)實眼鏡8戴在操作者的頭部;操作平臺2安裝在上平臺3上;執(zhí)行機構(gòu)4兩端分別安裝在上平臺3和下平臺5上;控制系統(tǒng)6安裝在下平臺5上。
[0041]所述顯示裝置I由一塊超窄邊框顯示屏7和虛擬現(xiàn)實眼鏡8組成，超窄邊框顯示屏7通過螺釘固定在上平臺3的顯示器支架14上，虛擬現(xiàn)實眼鏡8戴在操作者的頭部。操作平臺2由座椅9、方向盤1、剎車油門離合踏板11、手動擋位12四部分組成，座椅9通過鎖釘固定在上平臺3的上平臺主體13上，方向盤10安裝在上平臺3的方向盤托15上，可進行轉(zhuǎn)角的調(diào)整并鎖緊，剎車油門離合踏板11固定在上平臺3的上平臺主體13上，手動擋位12通過螺釘安裝在上平臺3的擋位伸出桿18上，可進行高低及轉(zhuǎn)角的調(diào)整并鎖緊。上平臺3由上平臺主體13、顯示器支架14、方向盤托15、方向盤托鎖緊螺釘16、方向盤托鎖緊螺母17、擋位伸出桿18六部分組成，上平臺主體13主要由不銹鋼管焊接而成，顯示器支架14通過螺釘固定在上平臺主體13上，方向盤托15通過方向盤托鎖緊螺釘16和方向盤托鎖緊螺母17固定在上平臺主體13上，松開螺母可進行角度的調(diào)整，擋位伸出桿18固定在上平臺主體13上，可沿上平臺主體13鋼管上下滑動來調(diào)整高度并鎖緊，擋位伸出桿18由上部鎖緊扣19、下部鎖緊扣20、銷釘21、鎖緊螺柱22、卡扣鎖緊螺母23、軸套24、擋位控制鈑金25其部分組成，上部鎖緊扣19與下部鎖緊扣20通過銷釘21安裝在一起，為不影響其相對轉(zhuǎn)動，上部鎖緊扣19與銷釘21過盈配合，下部鎖緊扣20與銷釘間隙配合，鎖緊螺柱22安裝在銷釘21上，軸套24安裝在銷釘21上，擋位控制鈑金25安裝在下部鎖緊扣20的另一端，可進行角度的調(diào)整并鎖緊。執(zhí)行機構(gòu)由關(guān)節(jié)軸承26、連接桿27、關(guān)節(jié)軸承固定螺帽28、驅(qū)動桿29、電機30五部分組成，關(guān)節(jié)軸承26固定在連接桿27兩端，并通過關(guān)節(jié)軸承固定螺帽28分別固定在上平臺3伸出軸和驅(qū)動桿29上，驅(qū)動桿29另一端與電機30伸出軸固定，電機30固定在下平臺5的下平臺主體31上，其中關(guān)節(jié)軸承可在市面上購買。下平臺5由下平臺主體31、下平臺底座32兩部分組成，下平臺主體31通過螺釘固定在下平臺底座32上，上平臺主體31為主要由鈑金焊接而成的平臺結(jié)構(gòu)，設(shè)有電機安裝孔;下平臺底座32為主要由不銹鋼管焊接而成的框架結(jié)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)6由控制箱和各類電子元器件組成，控制箱外部留有電源線插口、網(wǎng)線插口、電機端航空插頭接口、急停插口，各類電子元器件均可市面購買，控制箱33內(nèi)部安裝運動控制卡、驅(qū)動器、空氣開關(guān)、開關(guān)電源等元器件，控制系統(tǒng)6安裝在下平臺5的下平臺底座32上，其作用是實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)角，從而實現(xiàn)控制。
[0042]通電前先要確保每個電機都在機械零位，具體檢查辦法是驅(qū)動桿29—端與下平臺主體31電機安裝孔下部伸出桿相觸。
[0043]通電后，上位機控制每個電機要回計算零位，即每個電機都轉(zhuǎn)動90°角，模擬軟件運行，顯示裝置I將模擬畫面顯示出來，操作者可根據(jù)顯示信息操縱操作平臺2，如汽車的加速、減速、顛簸、轉(zhuǎn)彎等動作，操作平臺將此數(shù)據(jù)流傳遞給上位機PC，經(jīng)過上位機PC的處理轉(zhuǎn)換，一方面上位機PC經(jīng)數(shù)據(jù)流處理后傳遞給運動控制卡，運動控制卡將信號傳遞給相對應(yīng)的驅(qū)動器，驅(qū)動器來控制電機的轉(zhuǎn)動角度，執(zhí)行機構(gòu)將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成各桿件的伸長量，即可改變上平臺3的位姿，另一方面，顯示裝置把操縱者的操縱信息顯示出來，從而操作者可感受模擬畫面顯示內(nèi)容的體感。
[0044]當軟件運行結(jié)束后，執(zhí)行機構(gòu)的電動缸回落到最低點，之后便可關(guān)閉外部電源。
[0045]以上參照附圖對本發(fā)明的描述是示意性的，沒有限制性，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解，在實際實施中，本發(fā)明中各構(gòu)件的形狀和布局方式均可能發(fā)生某些改變;而在本發(fā)明的啟示下，其他人員也可以做出與本發(fā)明相似的設(shè)計或?qū)Ρ景l(fā)明做出修改以及某個構(gòu)件的等同替換。特別需要指出的是，只要不脫離本發(fā)明的設(shè)計宗旨，所有顯而易見的改變以及具有等同替換的相似設(shè)計，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種六自由度并聯(lián)動感平臺，其特征在于:它包括顯示裝置(I)、操作平臺(2)、上平臺(3)、執(zhí)行機構(gòu)(4)、下平臺(5)、控制系統(tǒng)(6);它們之間的位置連接關(guān)系是:顯示裝置(I)的超窄邊框顯示屏(7)安裝在上平臺(3)上，操作平臺(2)安裝在上平臺(3)上;執(zhí)行機構(gòu)(4)兩端分別安裝在上平臺(3)和下平臺(5)上;控制系統(tǒng)(6)安裝在下平臺(5)上； 所述顯示裝置(I)由一塊超窄邊框顯示屏(7)和虛擬現(xiàn)實眼鏡(8)組成，超窄邊框顯示屏(7)通過螺釘固定在上平臺(3)的顯示器支架(14)上，虛擬現(xiàn)實眼鏡(8)戴在操作者的頭部； 所述操作平臺(2)由座椅(9)、方向盤(10)、剎車油門離合踏板(11)、手動擋位(12)四部分組成，座椅(9)固定在上平臺(3)的上平臺主體(13)上，方向盤(10)安裝在上平臺(3)的方向盤托(15)上，可進行轉(zhuǎn)角的調(diào)整并鎖緊，剎車油門離合踏板(11)固定在上平臺(3)的上平臺主體(13)上，手動擋位(12)通過螺釘安裝在上平臺(3)的擋位伸出桿(18)上，可進行高低及轉(zhuǎn)角的調(diào)整并鎖緊； 所述上平臺(3)由上平臺主體(13)、顯示器支架(14)、方向盤托(15)、方向盤托鎖緊螺釘(16)、方向盤托鎖緊螺母(17)、擋位伸出桿(18)六部分組成，顯示器支架(14)通過螺釘固定在上平臺主體(13)上，方向盤托(15)通過方向盤托鎖緊螺釘(16)和方向盤托鎖緊螺母(17)固定在上平臺主體(13)上，擋位伸出桿(18)固定在上平臺主體(13)上，可沿上平臺主體(13)鋼管上下滑動來調(diào)整高度并鎖緊； 所述執(zhí)行機構(gòu)(4)在六自由度并聯(lián)動感平臺上共有六組，每組分別由關(guān)節(jié)軸承(26)、連接桿(27)、關(guān)節(jié)軸承固定螺帽(28)、驅(qū)動桿(29)、電機(30)五部分組成，關(guān)節(jié)軸承(26)固定在連接桿(27)兩端，并通過關(guān)節(jié)軸承固定螺帽(28)分別固定在上平臺(3)伸出軸和驅(qū)動桿(29)上，驅(qū)動桿(29)另一端與電機(30)伸出軸固定，電機(30)固定在下平臺(5)的下平臺主體(31)上； 所述下平臺(5)由下平臺主體(31)、下平臺底座(32)兩部分組成，下平臺主體(31)通過螺釘固定在下平臺底座(32)上； 所述控制系統(tǒng)(6)由控制箱(33)和電子元器件組成，控制箱(33)由鈑金組成的盒形結(jié)構(gòu)，外部留有電源線插口、網(wǎng)線插口、電機端航空插頭接口、急停插口，控制箱(33)內(nèi)部安裝運動控制卡、驅(qū)動器、空氣開關(guān)、開關(guān)電源；控制系統(tǒng)(6)安裝在下平臺(5)的下平臺底座(32)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六自由度并聯(lián)動感平臺，其特征在于:所述的擋位伸出桿(18)由上部鎖緊扣(19)、下部鎖緊扣(20)、銷釘(21)、鎖緊螺柱(22)、卡扣鎖緊螺母(23)、軸套(24)、擋位控制鈑金(25)七部分組成，上部鎖緊扣(19)與下部鎖緊扣(20)通過銷釘(21)安裝在一起，其中，上部鎖緊扣(19)與銷釘(21)過盈配合，下部鎖緊扣(20)與銷釘間隙配合，鎖緊螺柱(22)安裝在銷釘(21)上，軸套(24)安裝在銷釘(21)上，擋位控制鈑金(25)安裝在下部鎖緊扣(20)的另一端，可進行角度的調(diào)整并鎖緊。
【文檔編號】G09B9/04GK106057015SQ201610373911
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】謝峰, 胡磊, 于曉亮, 張小娟, 徐曉軍, 姚興華
【申請人】北京航空航天大學(xué)