一种三轴飞行角度姿态模拟器设备的制作方法

1.本发明属于飞行模拟器制造技术领域，具体涉及一种三轴飞行角度姿态模拟器设备。


背景技术：

2.飞行角度姿态模拟设备在现有的飞行领域中变得越来越重要，模拟飞行过程中对飞行状态模拟的真实度决定了飞行角度姿态模拟设备的优良程度。
3.目前，现有的飞行姿态模拟器为单轴或双轴结构，模拟的飞行姿态较为单一，会丢失某一姿态数据，使得模拟真实度降低，同时对转动角度数据，不能有效的采集。同时制造成本较高，操作使用繁琐，结构复杂，不能满足大规模市场的需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构简单，使用方便，能够在满足人类无感延时的前提下，做到在笛卡尔坐标系中，实时模拟飞机三轴角度姿态的三轴飞行角度姿态模拟器设备。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种三轴飞行角度姿态模拟器设备，包括y轴旋转主体、x轴旋转主体、z轴旋转主体和底部固定主体，y轴旋转主体上安装有y轴传动组件和y轴连接组件，y轴传动组件带动x轴旋转主体转动，y轴连接组件用于连接x轴旋转主体和y轴旋转主体；z轴旋转主体上设有z轴传动组件和z轴传动连接件，z轴旋转主体通过z轴传动连接件与y轴旋转主体转动连接，z轴传动组件带动y轴旋转主体转动；底部固定主体上设有底部固定旋转组件，底部固定旋转组件驱动z轴旋转主体转动。
6.优选地，所述底部固定旋转组件包括底部回转支承、底部总体基座、底部传动组基座、底部换向器、底部行星减速器、底部伺服电机、底部编码器传动连接轴、底部导电滑环、底部连接板、底部编码器固定座、底部编码器、底部动力输入齿轮和底部圆柱固定件，底部回转支承包括底部回转支承内环和底部回转支承外环，底部回转支承外环与底部总体基座固连，底部总体基座与底部传动组基座固连，底部伺服电机与底部传动组基座固连，底部伺服电机的输出端与底部行星减速器相连，底部行星减速器与底部换向器相连，底部动力输入齿轮套设在底部换向器上，底部动力输入齿轮与底部回转支承内环啮合；底部编码器的外壳与底部编码器固定座相连，底部编码器固定座与底部总体基座固连，底部编码器的输入转轴通过底部编码器传动连接轴与底部连接板相连，底部连接板与底部回转支承内环固连；底部导电滑环套设在底部编码器传动连接轴上，底部圆柱固定件套设在底部导电滑环上，底部圆柱固定件的底部与底部总体基座固连；底部伺服电机工作时依次带动底部行星减速器、底部换向器和底部动力输入齿轮运动，底部动力输入齿轮再带动底部回转支承内环转动，底部回转支承内环转动时，带动底部编码器的输入转轴转动；固定主体与底部总体基座相连，底部连接板与z轴旋转主体相连，底部连接板转动时带动z轴旋转主体同步转动。
7.优选地，所述回转支承内环和回转支承外环之间能以任意角度相对转动，回转支
承内环的内表面为齿轮结构并与动力输入齿轮啮合，回转支承外环通过螺栓与总体基座相连。
8.优选地，所述z轴传动组件包括z轴伺服电机、z轴直角行星减速器、z轴减速器盖、z轴减速器箱体、z轴小齿轮、z轴大齿轮、z轴输出法兰、z轴x框主体连接板、z轴编码器座、z轴编码器、z轴u型方管夹板和z轴平面夹板，z轴伺服电机与z轴直角行星减速器相连，z轴直角行星减速器与z轴减速器盖相连，z轴减速器盖与z轴减速器箱体相连，z轴减速器箱体与z轴x框主体连接板相连；z轴输出法兰套设在z轴大齿轮上，z轴输出法兰与z轴u型方管夹板固连，z轴u型方管夹板和z轴平面夹板固连，z轴编码器的外壳通过z轴编码器座与z轴减速器盖板相连，z轴编码器的旋转轴与z轴大齿轮的端部固连，z轴伺服电机通过z轴直角行星减速器带动z轴小齿轮转动，z轴小齿轮和z轴大齿轮啮合，z轴大齿轮转动时带动z轴编码器的旋转轴和z轴输出法兰同步运动继而带动z轴u型方管夹板和z轴平面夹板运动；y轴旋转主体穿设于z轴u型方管夹板和z轴平面夹板之间且通过螺栓固连，z轴u型方管夹板和z轴平面夹板转动时带动y轴旋转主体同步转动。
9.优选地，所述z轴大齿轮的中间穿设有z轴大齿轮轴，z轴大齿轮轴的底部还套设有z轴第三齿轮，z轴第三齿轮与z轴输出法兰相连，z轴大齿轮轴的顶部与z轴编码器的旋转轴相连。
10.优选地，所述y轴连接组件包括y轴u形夹板、y轴平面夹板、y轴连接板、y轴导电滑环支座、y轴导电滑环、y轴回转轴承和y轴非金属垫片，y轴u形夹板通过y轴非金属垫片与y轴平面夹板相连，y轴连接板通过y轴回转轴承与y轴u型夹板相连，y轴导电滑环通过y轴导电滑环支座与y轴连接板相连，y轴连接板与y轴u型夹板能相对转动；y轴旋转主体穿设于y轴u形夹板和y轴平面夹板之间且通过螺栓固定，y轴连接板与x轴旋转主体相连。
11.优选地，所述y轴u形夹板的截面成倒“u”字型结构，y轴u型夹板与y轴平面夹板通过螺栓连接，y轴u型夹板中间开设有y轴u型夹板通孔，y轴导电滑环的底部位于y轴u型夹板通孔内。
12.优选地，所述y轴传动组件和z轴传动组件结构相同，z轴传动连接件和y轴连接组件结构相同。
13.优选地，所述z轴旋转主体呈“u”字型结构。
14.优选地，所述y轴旋转主体呈回形状结构。
15.本发明的有益效果是：
16.本发明所提供的一种可载人三轴飞行角度姿态模拟器设备，是具有任意角度旋转的三轴姿态模拟设备，同时每个旋转轴的可控性很高，控制响应能力稳定、准确和快速，具有很好的控制响应能力。
附图说明
17.图1是本发明一种三轴飞行角度姿态模拟器设备的结构示意图；
18.图2是本发明底部固定旋转组件的结构示意图；
19.图3是本发明底部编码器安装结构示意图；
20.图4是本发明z轴传动组件的结构示意图；
21.图5是本发明y轴连接组件的结构示意图；
22.图6是本发明y轴导电滑环支座的结构示意图。
23.附图标记说明：1、y轴传动组件；2、y轴旋转主体；3、x轴旋转主体；4、z轴传动连接件；5、z轴旋转主体；6、底部固定主体；7、z轴传动组件；8、y轴连接组件；61、底部回转支承；62、底部总体基座；63、底部传动组基座；64、底部换向器；65、底部行星减速器；66、底部伺服电机；67、底部编码器传动连接轴；68、底部导电滑环；69、底部连接板；610、底部编码器固定座；611、底部编码器；612、底部动力输入齿轮轴固定板；613、底部动力输入齿轮；614、底部支撑板；615、底部圆柱固定件；71、z轴伺服电机；72、z轴直角行星减速器；73、z轴减速器盖；74、z轴减速器箱体；75、z轴小齿轮；76、z轴大齿轮；77、z轴输出法兰；78、z轴回转轴承；79、z轴x框主体连接板；710、z轴编码器座；711、z轴编码器；712、z轴u型方管夹板；713、z轴平面夹板；81、y轴u形夹板；82、y轴平面夹板；83、y轴连接板；84、y轴导电滑环支座；85、y轴导电滑环；86、y轴回转轴承；87、y轴非金属垫片。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
25.如图1到图6所示，本发明提供的一种三轴飞行角度姿态模拟器设备，包括y轴旋转主体2、x轴旋转主体3、z轴旋转主体5和底部固定主体6，y轴旋转主体2上安装有y轴传动组件1和y轴连接组件8，y轴传动组件1带动x轴旋转主体3转动，y轴连接组件8用于连接x轴旋转主体3和y轴旋转主体2。z轴旋转主体5上设有z轴传动组件7和z轴传动连接件4，z轴旋转主体5通过z轴传动连接件4与y轴旋转主体2转动连接，z轴传动组件7带动y轴旋转主体2转动。底部固定主体6上设有底部固定旋转组件，底部固定旋转组件驱动z轴旋转主体5转动。
26.如图2和图3所示，底部固定旋转组件包括底部回转支承61、底部总体基座62、底部传动组基座63、底部换向器64、底部行星减速器65、底部伺服电机66、底部编码器传动连接轴67、底部导电滑环68、底部连接板69、底部编码器固定座610、底部编码器611、底部动力输入齿轮613和底部圆柱固定件615，底部回转支承61包括底部回转支承内环和底部回转支承外环，底部回转支承外环与底部总体基座62固连，底部总体基座62与底部传动组基座63固连，底部伺服电机66与底部传动组基座63固连，底部伺服电机66的输出端与底部行星减速器65相连，底部行星减速器65与底部换向器64相连，底部动力输入齿轮613套设在底部换向器64上，底部动力输入齿轮613与底部回转支承内环啮合。底部编码器611的外壳与底部编码器固定座610相连，底部编码器固定座610与底部总体基座62固连，底部编码器611的输入转轴通过底部编码器传动连接轴67与底部连接板69相连，底部连接板69与底部回转支承内环固连。底部导电滑环68套设在底部编码器传动连接轴67上，底部圆柱固定件615套设在底部导电滑环68上，底部圆柱固定件615的底部与底部总体基座62固连。底部伺服电机66工作时依次带动底部行星减速器65、底部换向器64和底部动力输入齿轮613运动，底部动力输入齿轮613再带动底部回转支承内环转动，底部回转支承内环转动时再直接带动底部编码器611的输入转轴转动。
27.底部回转支承内环和底部回转支承外环之间能相对转动，底部回转支承内环的内表面为齿轮结构并与底部动力输入齿轮613啮合，底部回转支承外环通过螺栓与底部总体基座62相连。底部动力输入齿轮613在转动时带动底部回转支撑内环转动。
28.底部动力输入齿轮613的端部安装有底部动力输入齿轮轴固定板612，底部动力输
入齿轮613与底部动力输入齿轮轴固定板612滑动连接，底部动力输入齿轮轴固定板612上设有底部支撑板614，底部支撑板614的端部与底部传动组基座63固连。
29.底部支撑板614的数量为二且对称的分布在底部动力输入齿轮轴固定板612同一面，底部动力输入齿轮轴固定板612与底部支撑板614通过螺钉连接。在实际使用过程中，底部支撑板614的数量可以增加到三个，分别与底部动力输入齿轮轴固定板612相连，从而将底部动力输入齿轮613与底部编码器611进行隔离。
30.底部导电滑环68包括底部导电滑环内环和底部导电滑环外环，底部导电滑环内环套设在底部编码器传动连接轴67上，底部导电滑环外环与底部圆柱固定件615相连。底部导电滑环内环和底部导电滑环外环上均设有导线，导线与外部设备相连，通过底部导电滑环内环和底部导电滑环外环的相对滑动，从而保证能够模拟任意姿态角度的同时为外部设备进行持续稳定的供电。
31.在本实施例中，底部编码器传动连接轴67的端部设有底部编码器传动连接轴盘，底部编码器传动连接轴盘呈圆盘状结构，底部编码器传动连接轴盘与底部连接板69通过螺栓固连。
32.底部传动组基座63分别与底部换向器64、底部行星减速器65和底部伺服电机66相连，在底部伺服电机66工作时，底部传动组基座63能使运动从底部行星减速器65传递到底部换向器64时的稳定。
33.底部总体基座62位于底部回转支承61和底部传动组基座63之间，底部换向器64的输出端穿过底部传动组基座63与底部动力输入齿轮613相连。
34.在本实施例中，底部换向器64能够将底部行星减速器65的传动传递给底部动力输入齿轮613。
35.在本实施例中，底部圆柱固定件615为环状结构，底部圆柱固定件615的侧面设有底部圆柱固定件通孔，螺钉穿过底部圆柱固定件通孔将底部圆柱固定件615与底部导电滑环外环固连。底部圆柱固定件615的底部连接有底部圆柱固定件连接件，底部圆柱固定件连接件与底部总体基座62通过螺栓固连。底部圆柱固定件连接件的截面呈“几”字型结构。
36.本发明在使用过程中，底部伺服电机66带动底部行星减速器65运动，底部行星减速器65通过底部换向器64将运动传递到底部动力输入齿轮613，底部动力输入齿轮613转动时带动底部回转支承内环转动。底部回转支撑内环转动时通过底部连接板69带动底部编码器传动连接轴67转动，从而带动底部导电滑环内环转动，继而带动底部编码器611的输入转轴转动，底部编码器611对转动数据进行直接收集——不通过多级传动的方式收集角度数据，以提高设备在模拟飞行过程中的控制精度、控制稳定性和响应速度，从而达到满足人类无感延时的模拟要求。
37.在本实施例中，底部编码器611、底部行星减速器65、底部换向器64、底部导电滑环68均为现有成熟技术设备。
38.固定主体6与底部总体基座62相连，底部连接板69与z轴旋转主体5相连，底部连接板69转动时带动z轴旋转主体5和底部编码器611的输入轴同步转动。
39.固定主体6为中空柱状体，底部固定旋转组件位于固定主体6内部。固定主体6内部安装有固定主体杆，固定主体杆用于支撑固定主体6，同时对底部固定旋转组件进行固定。
40.在本实施例中，z轴旋转主体5呈“u”字型结构。z轴旋转主体5包括并列相连的z轴
旋转主体第一件和z轴旋转主体第二件，z轴旋转主体第一件呈“u”字型结构，z轴旋转主体第一件和z轴旋转主体第二件结构相同。z轴旋转主体第一件和z轴旋转主体第二件之间设有z轴旋转主体隔板，z轴旋转主体隔板能够对z轴旋转主体第一件和z轴旋转主体第二件起到支撑和连接的作用。
41.如图4所示，z轴传动组件7包括z轴伺服电机71、z轴直角行星减速器72、z轴减速器盖73、z轴减速器箱体74、z轴小齿轮75、z轴大齿轮76、z轴输出法兰77、z轴x框主体连接板79、z轴编码器座710、z轴编码器711、z轴u型方管夹板712和z轴平面夹板713，z轴伺服电机71与z轴直角行星减速器72相连，z轴直角行星减速器72与z轴减速器盖73相连，z轴减速器盖73与z轴减速器箱体74相连，z轴减速器箱体74与z轴x框主体连接板79相连。z轴输出法兰77套设在z轴大齿轮76上，z轴输出法兰77与z轴u型方管夹板712固连，z轴u型方管夹板712和z轴平面夹板713固连。z轴编码器711的外壳通过z轴编码器座710与z轴减速器盖板73相连，z轴编码器711的旋转轴与z轴大齿轮76的端部固连。z轴伺服电机71通过z轴直角行星减速器72带动z轴小齿轮75转动，z轴小齿轮75和z轴大齿轮76啮合，z轴大齿轮76转动时带动z轴输出法兰77同步运动继而带动z轴u型方管夹板712和z轴平面夹板713运动。
42.在本实施例中，z轴编码器711为现有成熟技术设备，z轴编码器711用于收集转动数据。
43.z轴大齿轮76的中间穿设有z轴大齿轮轴，z轴大齿轮轴的底部还套设有渐开线花键，渐开线花键与z轴输出法兰77相连，z轴大齿轮轴的顶部与z轴编码器711的旋转轴相连。
44.z轴减速器盖73位于z轴减速器箱体74的上部，z轴小齿轮75和z轴大齿轮76位于z轴减速器箱体74内。
45.z轴输出法兰77为中空的回转体结构，z轴输出法兰77的底部与z轴u型方管夹板712相连，z轴输出法兰77内部为渐开线花键结构，z轴输出法兰77内部渐开线花键与z轴大齿轮轴底部渐开线花键啮合。z轴输出法兰77与z轴u型方管夹板712的连接方式为通过螺栓连接。
46.z轴输出法兰77的底部套设有z轴回转轴承78，z轴回转轴承78包括z轴回转轴承内圈和z轴回转轴承外圈，z轴回转轴承外圈套设在z轴回转轴承内圈上且能相对转动，z轴回转轴承外圈通过螺栓与z轴x框主体连接板79相连，z轴回转轴承内圈与z轴输出法兰7通过螺栓相连。
47.z轴u型方管夹板712为倒u字型结构，z轴u型方管夹板712通过螺栓与z轴平面夹板713相连。
48.z轴x框主体连接板79上设有z轴x框主体连接板通孔，螺栓穿过z轴x框主体连接板通孔与外部设备相连。
49.本发明在使用过程中，z轴伺服电机71通过z轴直角行星减速器72带动z轴小齿轮75转动，z轴小齿轮75转动时带动z轴大齿轮76转动，z轴大齿轮76上的z轴第三齿轮同时带动z轴输出法兰77转动，z轴输出法兰77转动时带动z轴回转轴承内圈和z轴u型方管夹板712和z轴平面夹板713运动。z轴u型方管夹板712和z轴x框主体连接板79保持相对转动的位置关系，即z轴u型方管夹板712转动时，z轴x框主体连接板79保持不变。z轴编码器711的旋转轴与z轴大齿轮76同步转动，而z轴编码器711的外壳与z轴减速器盖板73保持同步运动。因此z轴编码器711能够直接收集到z轴x框主体连接板79和z轴u型方管夹板712相对角度的数
据。从而提高设备在模拟飞行过程中的控制精度、控制稳定性和响应速度，从而达到满足人类无感延时的模拟要求。
50.y轴旋转主体2穿设于z轴u型方管夹板712和z轴平面夹板713之间且通过螺栓固连，z轴u型方管夹板712和z轴平面夹板713转动时带动y轴旋转主体2同步转动。y轴旋转主体2呈回形状结构。
51.如图5和图6所示，y轴连接组件8包括y轴u形夹板81、y轴平面夹板82、y轴连接板83、y轴导电滑环支座84、y轴导电滑环85、y轴回转轴承86和y轴非金属垫片87，y轴u形夹板81分别与y轴非金属垫片87与y轴平面夹板82相连，y轴连接板83通过y轴回转轴承86与y轴u型夹板81相连，y轴导电滑环85通过y轴导电滑环支座84与y轴连接板83相连，y轴连接板83与y轴u型夹板81能相对转动。
52.y轴u形夹板81的截面成倒“u”字型结构，y轴u型夹板81与y轴平面夹板82通过螺栓连接，y轴u型夹板81中间开设有y轴u型夹板通孔，y轴导电滑环85的底部位于y轴u型夹板通孔内。
53.在本实施例中，y轴u型夹板81上开设有多个y轴u型夹板连接孔，螺栓穿过y轴u型夹板连接孔与y轴非金属垫片87和y轴平面夹板82相连。
54.y轴连接板83的中部开设有y轴连接板通孔，y轴导电滑环支座84与y轴导电滑环85相连的部分位于y轴连接板通孔内。y轴连接板83上设有y轴连接板连接孔，螺栓穿过y轴连接板连接孔将y轴导电滑环支座84与y轴连接板83相连。在实际使用过程中，y轴连接板连接孔的数量为多个分布在y轴连接板83上，螺栓穿过y轴连接板连接孔能与外部设备相连，让本发明能够满足不同场合使用的需求。
55.y轴导电滑环支座84包括固连为一体的y轴导电滑环支座底座和y轴导电滑环支座连接件，y轴导电滑环支座底座与y轴连接板83通过螺栓连接，y轴导电滑环支座连接件与y轴导电滑环85相连。
56.y轴导电滑环支座底座中间开设有y轴导电滑环支座底座通孔，y轴导电滑环支座连接件为环装结构，y轴导电滑环支座底座通孔与y轴导电滑环支座连接件内部连通。y轴导电滑环85穿设于位于y轴导电滑环支座底座通孔与y轴导电滑环支座连接件内部。
57.y轴导电滑环支座连接件上设有y轴导电滑环支座连接件孔，y轴导电滑环支座连接件孔的轴线与y轴导电滑环支座的轴线垂直，螺钉穿过y轴导电滑环支座连接件孔与y轴导电滑环85抵接，从而将y轴导电滑环85与y轴导电滑环支座84相连。
58.y轴导电滑环85包括y轴导电滑环内环和y轴导电滑环外环，y轴导电滑环外环套设在y轴导电滑环内环上，y轴导电滑环内环和y轴导电滑环外环能相对转动。y轴导电滑环内环的端部和y轴导电滑环外环的端部均连接有电导线，y轴导电滑环内环上的电导线方向与y轴导电滑环外环上的电导线方向相反。螺钉穿过y轴导电滑环支座连接件孔与y轴导电滑环外环抵接。
59.y轴回转轴承86包括y轴回转轴承内圈和y轴回转轴承外圈，y轴回转轴承外圈套设在y轴回转轴承内圈上且能相对转动。螺栓穿过y轴回转轴承外圈与y轴连接板83相连，螺栓穿过y轴u型夹板81和y轴回转轴承内圈，使得y轴u型夹板81和y轴回转轴承内圈相连。
60.y轴非金属垫片87的数量为二且对称的分布在y轴u形夹板81内部并通过螺栓与y轴u形夹板81相连。
61.本发明在使用过程中，与y轴连接板83相连的外部设备带动y轴连接板83转动时，y轴连接板83带动y轴回转轴承86的y轴回转轴承外圈转动，同时带动y轴导电滑环外环转动，而与y轴回转轴承内圈相连的y轴u型夹板81和y轴导电滑环内环不会转动。因此，在y轴连接板83转动的任意角度，y轴导电滑环85均能起到稳定导电的作用。
62.y轴旋转主体2穿设于y轴u形夹板81和y轴平面夹板82之间且通过螺栓固定，y轴连接板83与x轴旋转主体3相连。
63.y轴传动组件1和z轴传动组件7结构相同，z轴传动连接件4和y轴连接组件8结构相同。在本发明中，底部导电滑环68和y轴导电滑环85中的电线与外部电源和对应的底部伺服电机66或z轴伺服电机71进行电连接，以便能够控制其运动。
64.本发明在使用过程中，底部伺服电机66驱动底部动力输入齿轮613转动，再通过底部回转支承61的底部回转支承内环带动z轴旋转主体5转动。z轴伺服电机71驱动z轴大齿轮76转动，继而通过z轴u型方管夹板712和z轴平面夹板713带动y轴旋转主体2同步转动。y轴传动组件1和z轴传动组件7的工作方式相同，y轴传动组件1带动x轴旋转主体3转动，然后通过底部编码器611、z轴编码器711对旋转的角度参数等进行直接收集，以保证设备能够达到满足人类无感延时的使用要求。同时通过底部导电滑环68和y轴导电滑环85解决部件在任意角度旋转过程中的持续供电的问题。
65.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。