全转向模拟联动运动平台及方法与流程

1.本发明涉及多自由度平台技术领域，特别是全转向模拟联动运动平台及方法。


背景技术：

2.多自由度运动平台被广泛应用于工业生产、休闲影院、游戏体感等领域，如运动模拟、飞行/驾驶模拟、地质运动模拟、稳定补偿、动感影院等。目前常见的是三自由度平台和六自由度运动平台，通过上下平台以及在其中设置的多个电动缸(或者气缸、液压缸)作为线性驱动单元的配合，实现对上平台的六自由度运动控制。在实际的运动平台应用过程中，还需要一种运动模拟，转向模拟。目前的运动平台进行转向模拟时分为两种情况，一种是通过多自由度平台自身的转向运动进行转向，其转动角度受到结构限制，不能实现全转向。
3.另一种情况是设置了转盘等结构，实现了全转向，但是转动时稳定性较差，其转动导致的惯性力容易对整体结构稳定性进行破坏，转动时可能还会影响运动平台的其他运动。
4.因此，需要设立一种可以进行全转向动作的模拟运动平台，保证全转向的功能同时，还能保证整体的稳定性，在转动以及转动停止时，避免惯性导致的损坏以及对稳定性的损害。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种可以全转向的模拟联动运动平台及其控制的方法，该装置可以实现全转向功能，并且具有较高的稳定性。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种全转向模拟联动运动平台，包括：
7.底座，作为下平台；
8.圆形转盘，同轴转动设置在底座上端面；
9.环形转盘，同轴转动设置在底座上端面，在所述圆形转盘外侧；
10.驱动组件，设置在底座上并用于驱动环形转盘转动；
11.运动平台，作为上平台，所述运动平台分别通过六个运动机构与圆形转盘以及环形转盘连接，其中三个所述运动机构均匀环绕设置在圆形转盘上形成三角形结构，另外三个所述运动机构均匀环绕设置在圆形转盘形成倒三角形结构；
12.所述运动机构包括：
13.转动设置在圆形转盘、环形转盘上端面以及运动平台下端面上的两个支撑座；
14.转动座，在所述支撑座上固定设置，所述转动座上设置有连接用铰接部；
15.伸缩杆，所述伸缩杆两端分别与两个转动座连接；
16.其中，所述底座上端面还转动设置有环形转块，所述环形转块设置套设在圆形转盘外且设置在环形转盘内，所述环形转块通过三个连接臂与环形转盘固定连接；
17.所述伸缩杆采用多级液压伸缩杆结构；
18.所述转动座上端面设置有用于伸缩杆插入的铰接部，所述伸缩杆插入铰接部内并
与铰接部两内壁转动连接。
19.作为优选，驱动组件，包括环绕设置在底座上端面上的三个电机，周向均匀分布设置，所述电机的输出端均同轴固定连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮均与环形转块上端面的驱动齿啮合。
20.作为优选，所述电机采用编码电机。
21.作为优选，若干所述伸缩杆上设置有测距传感器，实时获取伸缩杆的伸缩长度。
22.作为优选，所述驱动齿轮的直径远小于环形转块。
23.作为优选，所述底座上还固定设置有转向角传感器，所述转向角传感器与环形转块位置对应并对其具有检测作用。
24.作为优选，所述底座上端面还固定设置有电刹车器，其刹车片与环形转块相抵。
25.作为优选，所述底座上端面固定设置壳体，所述壳体内固定设置控制器，控制器与电机、伸缩杆、激光测距传感器、电刹车器以及转向角传感器均电连接。
26.根据本发明的第二方面还提出全转向模拟联动运动方法，包括以下步骤：
27.1)通过电机同步工作，同步驱动驱动齿轮同步转动，并保证转向相同，驱动齿轮均与环形转块上端面的驱动齿啮合，带动环形转块转动；
28.其中，环形转块转动过程中，通过连接臂带动环形转盘转动，环形转盘在转动的同时通过运动机构带动运动平台进行转动动作；
29.2)环形转盘带动运动平台进行转动的过程中，运动平台可以通过三个运动机构带动其下侧的圆形转盘转动，以圆形转盘作为转动中心，保证整体转动的稳固性；
30.3)三个电机驱动过程中，同步控制六个伸缩杆进行伸缩动作，因为需要实现运动平台的转动动作，与环形转盘连接的三个伸缩杆进行伸长动作，与圆形圆盘连接的伸缩杆进行缩短动作，从而配合三个电机对运动平台进行控制转动，当电机控制环形转块转动的角度与360
°
相差余量与六个伸缩杆控制运动平台的转动角度相同时，六个伸缩杆进行复位至原本的长度，相差余量的角度由环形转块的转动弥补。
31.其中，本发明的运动平台具有六自由度平台的自由度，根据实际需求，可以分别控制六个伸缩杆进行伸缩，实现联动运动平台的效果。
32.优选的，六自由度运行平台的运动控制过程包括：
33.s1、设定运动平台在三个方向的运动分别为x，y，z，设定运动平台在三个方向的运动行程目标分别为x1，y2，z3，针对x，y，z对应六个伸缩杆的伸缩长度分别a，b，c，d，e，f；
34.s2、接收上位机发送的控制指令，根据控制指令进行运动解算，判断需要运动平台进行的运动状态，判断运动平台需要在三个方向的运动量，并获得三个运动方向需要进行运动的行程xn，yn，zn，将预计行程换算至六个伸缩杆的伸缩长度分别为an，bn，cn，dn，en，fn；
35.s3、六个伸缩杆在对应三个方向的伸缩长度不相同，以初始的运动平台位置作为原点建立坐标系，根据在坐标系中的运动方向设立伸缩长度的正负值，将三个方向上运动行程导致的伸缩杆伸缩长度进行相加，获得最后量为实际伸缩长的伸缩长度，接着控制液压伸缩杆进行伸缩，其伸缩长度为l；
36.s4、需要运动平台进行转向动作时，首先获得六个伸缩杆进行伸缩时，运动平台的转动阈值角度，记为q，接收上位机发送的控制指令，根据控制指令进行运动解算，判断需要
运动平台进行的转动角度p，判断p与q之间的关系，其中：
37.当q＞p时，即运动平台需要进行转动的角度小于转动阈值角度，根据控制指令进行运动解算，判断各个伸缩杆需要的伸缩长度，通过外侧的三个伸缩杆进行伸长，内侧的三个伸缩杆进行缩短，实现运动平台的转向动作；
38.当q＜p时，即运动平台需要进行转动角度大于转动阈值角度，控制六个伸缩杆进行伸缩，首先驱动运动平台转动至转动阈值角度，同时三个电机工作，带动环形转块转动，接着驱动环形转盘转动，实现带动运动平台转动，在进行转动时，转向角传感器对转动角度进行测量，其实时转动角度为o，当o＝q时，控制六个伸缩杆进行复位长度，同步的还控制三个电机进行减速，当o＝p时，控制三个电机停止工作，并且电刹车器对环形转块进行刹停。
39.与现有技术相比，本发明提供的全转向模拟联动运动平台及方法，可以实现现有多自由度联动平台的功能，具有多个方向的运动作用。同时该装置还具有转向动作的功能，相比较于常见的转向结构来说，具有如下显著的有益效果：本发明的全转向模拟联动运动平台通过内外侧分别设置的伸缩杆，利用内部的圆形转盘保证转动中心的不改变，保证运动机构的整体的稳定性，同时在进行全转向或者大角度转向时，利用多自由度平台本来具有的一定角度转动动作进行缓冲，对惯性进行消除，本发明具有效果稳定，功能全面，结构稳固的特点。
附图说明
40.图1为本发明的全转向模拟联动运动平台的立体结构示意图。
41.图2为本发明的全转向模拟联动运动平台的俯视视角结构示意图。
42.图3为本发明的全转向模拟联动运动平台的底部视角结构示意图。
43.图4为本发明的全转向模拟联动运动平台的正视视角立体结构示意图。
44.图5为本发明的全转向模拟联动运动方法的控制流程图。
45.主要附图标记：
[0046]1…
底座；2
…
圆形转盘；3
…
环形转盘；4
…
运动平台；5
…
支撑座；6
…
转动座；7
…
伸缩杆；8
…
环形转块；9
…
连接臂；10
…
驱动齿；11
…
电机；12
…
驱动齿轮；13
…
壳体。
具体实施方式
[0047]
为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0048]
为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
[0049]
参照图1-5所示的全转向模拟联动运动平台，主要包括底座1、圆形转盘2、环形转盘3、运动平台4、支撑座5、转动座6以及多个伸缩杆7。
[0050]
如图1所示的底座1，作为下平台，用于承载整个上部的运动部件。
[0051]
底座1上端面同轴设置圆形转盘2和环形转盘3，圆形转盘2和环形转盘3均可转动。环形转盘3在圆形转盘2外侧，并且在水平方向上包围圆形转盘2。驱动组件设置在在底座1上，用于驱动环形转盘3转动。
[0052]
结合图1，底座1上侧还设置有作为上平台的运动平台4，运动平台4分别通过六个
运动机构与圆形转盘2以及环形转盘3连接。由此，通过运动平台4起到承接作用，实现现有运动平台的作用，其中三个运动机构均匀环绕设置在圆形转盘2上形成三角形结构，另外三个运动机构均匀环绕设置在圆形转盘形成倒三角形结构，对空间进行合理的利用，同时保证稳固性。
[0053]
在本发明的实施例中，本发明的运动机构采用六自由度运动平台设计，运动机构包括：转动设置在圆形转盘2、环形转盘3上端面以及运动平台2下端面上的两个支撑座5、支撑座5上固定设置的转动座6、多个伸缩杆7。其中，转动座6上设置有连接用铰接部，伸缩杆7两端分别与两个转动座6连接；转动座6上端面设置有用于伸缩杆7插入的铰接部，伸缩杆7插入铰接部内并与铰接部两内壁转动连接。
[0054]
由此，结合图1所示，通过伸缩杆7伸缩实现带动运动平台4的多自由度运动，其中支撑座5与转动座6形成球型铰链的作用，保证运动平台4多自由度的正常运动。
[0055]
其中，为了实现带动环形转盘3的转动，驱动其的结构如果直接与其连接，驱动效果较差，为了保证驱动作用，底座1上端面还转动设置有环形转块8，环形转块8设置套设在圆形转盘2外且设置在环形转盘3内，环形转块8通过三个连接臂9与环形转盘3固定连接，驱动环形转块8转动以实现驱动环形转盘3的转动。
[0056]
在一些实施例中，为了更进一步的增加运动平台4的运动效果，伸缩杆5采用多级液压伸缩杆结构，通过液压进行驱动，同时具有多级伸缩的效果，增加运动平台4的运动行程，实现大角度和大行程的仿真模拟。
[0057]
为了方便驱动组件对环形转块8进行驱动转动，在环形转块8上端面均匀设置有驱动齿10，利用齿轮等现有结构即可驱动转动。
[0058]
其中，驱动组件包括环绕设置在底座1上端面上的三个电机11，沿着周向均匀第设计。电机11的输出端均同轴固定连接有驱动齿轮12，驱动齿轮12均与环形转块8上端面的驱动齿10啮合。优选地，电机11采用编码电机。
[0059]
其中，伸缩杆5设置有测距传感器，例如内置的距离传感器，实时获取伸缩杆5的伸缩长度进行检测，保证精确度。
[0060]
在本发明中，驱动组件对环形转盘3驱动转动，即对运动平台4驱动转向，需要保证较高的扭矩，因此在一些实施例中，三个驱动齿轮11的直径远小于环形转块8，利用小齿轮带动大齿轮的原理保证较大的扭矩，保证驱动转向的稳定性。
[0061]
其中，底座1上还固定设置有转向角传感器，对环形转块8的转动角度进行检测，转向角传感器与环形转块8位置对应。
[0062]
可选地，底座1上端面还固定设置有电刹车器，其刹车片与环形转块8相抵，从从外部控制，对环形转块8进行刹停。
[0063]
在可选的实施例中，底座1上端面固定设置壳体13，壳体13内固定设置控制器，控制器与三个电机11、六个伸缩杆7、六个激光测距传感器、电刹车器以及转向角传感器均电连接，控制器采用plc或者嵌入式控制系统，实现对整个平台的主控。
[0064]
结合图1-4所示的示例的全转向模拟联动运动平台的设计，其控制方法步骤包括：
[0065]
1)通过电机同步工作，同步驱动驱动齿轮同步转动，并保证转向相同，驱动齿轮均与环形转块上端面的驱动齿啮合，带动环形转块转动；
[0066]
其中，环形转块转动过程中，通过连接臂带动环形转盘转动，环形转盘在转动的同
时通过运动机构带动运动平台进行转动动作；
[0067]
2)环形转盘带动运动平台进行转动的过程中，运动平台可以通过三个运动机构带动其下侧的圆形转盘转动，以圆形转盘作为转动中心，保证整体转动的稳固性；
[0068]
3)三个电机驱动过程中，同步控制六个伸缩杆进行伸缩动作，因为需要实现运动平台的转动动作，与环形转盘连接的三个伸缩杆进行伸长动作，与圆形圆盘连接的伸缩杆进行缩短动作，从而配合三个电机对运动平台进行控制转动，当电机控制环形转块转动的角度与360
°
相差余量与六个伸缩杆控制运动平台的转动角度相同时，六个伸缩杆进行复位至原本的长度，相差余量的角度由环形转块的转动弥补。
[0069]
其中，本发明的运动平台具有六自由度平台的自由度，根据实际需求，可以分别控制六个伸缩杆进行伸缩，实现联动运动平台的效果。
[0070]
优选的，六自由度运行平台的运动控制过程包括：
[0071]
s1、设定运动平台在三个方向的运动分别为x，y，z，设定运动平台在三个方向的运动行程目标分别为x1，y2，z3，针对x，y，z对应六个伸缩杆的伸缩长度分别a，b，c，d，e，f；
[0072]
s2、接收上位机发送的控制指令，根据控制指令进行运动解算，判断需要运动平台进行的运动状态，判断运动平台需要在三个方向的运动量，并获得三个运动方向需要进行运动的行程xn，yn，zn，将预计行程换算至六个伸缩杆的伸缩长度分别为an，bn，cn，dn，en，fn；
[0073]
s3、六个伸缩杆在对应三个方向的伸缩长度不相同，以初始的运动平台位置作为原点建立坐标系，根据在坐标系中的运动方向设立伸缩长度的正负值，将三个方向上运动行程导致的伸缩杆伸缩长度进行相加，获得最后量为实际伸缩长的伸缩长度，接着控制液压伸缩杆进行伸缩，其伸缩长度为l；
[0074]
s4、需要运动平台进行转向动作时，首先获得六个伸缩杆进行伸缩时，运动平台的转动阈值角度，记为q，接收上位机发送的控制指令，根据控制指令进行运动解算，判断需要运动平台进行的转动角度p，判断p与q之间的关系，其中：
[0075]
当q＞p时，即运动平台需要进行转动的角度小于转动阈值角度，根据控制指令进行运动解算，判断各个伸缩杆需要的伸缩长度，通过外侧的三个伸缩杆进行伸长，内侧的三个伸缩杆进行缩短，实现运动平台的转向动作；
[0076]
当q＜p时，即运动平台需要进行转动角度大于转动阈值角度，控制六个伸缩杆进行伸缩，首先驱动运动平台转动至转动阈值角度，同时三个电机工作，驱动环形转块转动使得环形转盘转动，实现运动平台的转动，在进行转动时，转向角传感器对转动角度进行测量，其实时转动角度为o，当o＝q时，控制六个伸缩杆进行复位长度，同步的还控制三个电机进行减速，当o＝p时，控制三个电机停止工作，并且电刹车器对环形转块进行刹停。
[0077]
在实际的情况中，还存在p大于360
°
的情况，将此时的p分为p1和p2，其中p1等于360
°
，针对p1和p2分别进行前述控制过程，实现对运动平台的转向操作
[0078]
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。