运动模拟系统控制器和关联的方法

运动模拟系统控制器和关联的方法
【专利摘要】一种运动模拟系统包括具有与伺服电机啮合并被其驱动的行星齿轮箱的致动器，其中伺服电机与曲柄啮合。连接器杆与每个致动器的曲柄啮合，并且与被配置为附接到运载工具的平台啮合。控制系统可以与每个致动器的每个电动伺服电机一起操作，用于递送用于向顶板提供模拟运动的控制。利用微秒的数据发送和接收速率将控制数据发送到伺服电机，内部处理处于纳秒范围内。与实时的动态响应的运动控制器耦合的这种更新速率导致期望的平滑和准确的模拟器运动。控制系统包括用于变换输入力和旋转移动的洗出滤波器。提供了具有带高有效载荷能力的平滑性能的一个至六个自由度的系统。
【专利说明】运动模拟系统控制器和关联的方法
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2013年11月27日提交的临时专利申请S/N61/909，444的优先权，其公开内容整体上通过引用的方式被结合于此并且全都被共同所有。
技术领域
[0003]本发明一般涉及运动模拟并且更具体地涉及运动系统平台及其控制。
【背景技术】
[0004]运动模拟系统已经包括用于在电影展览和游乐景点以及模拟产品中为参与者支持和发起物理移动的平台。这些系统已经被设计为通过电影或计算机模拟活动向参与者提供物理移动。
[0005]运动模拟器(诸如用于游乐景点和飞行模拟器的那些)包括人为地重建诸如飞行器飞行之类的运动和飞行环境的各个方面的系统。通常，这些系统包括诸如在飞行器飞行中支配运载工具如何移动以及支配运载工具如何对运载工具控制和对诸如空气密度、湍流等外部环境因素做出反应的软件操作的算法。通过示例的方式，飞行模拟被用于多种原因，包括飞行员的飞行训练、飞行器本身的设计和开发、以及关于飞行器特性和控制处理品质的研究。另外，飞行模拟可以采用各种类型的硬件、建模细节和逼真度(realism)。系统可以包括简单的驾驶舱复制件到更复杂的驾驶舱模拟的基于PC膝上型计算机的模型，并具有宽视场的外部世界视觉系统，这些全都安装在响应于飞行员控制移动和外部空气动力因素而移动的六自由度(DOF)的运动平台上。更进一步，6轴线运动系统已被用于诸如驾驶员训练和驾驶研究之类的其它领域中的模拟。具有较少自由度的更简单系统已被用于各种各样的应用，包括飞行客舱工作人员训练、医疗应用、以及海上训练。
[0006]早期的运动系统通常给出在俯仰(Pitch)、滚转(ro 11)和偏航(yaw)中的移动，并且有效载荷(payload)是受限制的。对用于飞行模拟的数字计算机的使用通常限于专业高端计算机制造商，但是随着PC的日益强大，高端PC的阵列现在也被用作飞行模拟器中的主要计算介质。
[0007]早期的模型一般使用在驾驶舱复制件前面的电视屏幕来显示窗外(OTW)视觉场景。基于计算机的图像生成器系统也使用电视屏幕并且有时候使用包括用于飞行员训练的准直(collimated)高端显示器的投影显示器。
[0008]由于对运动模拟器系统的改进随着技术的进步而发展，对用于复制飞行器及其环境的包括运动在内的相关方面的全飞行模拟器(FFS)的需求增加。利用六个插座(jack)的六自由度(DOF)运动平台是现代标准，并且是诸如美国的联邦航空管理局(FAA)和欧洲的欧洲航空安全局(EASA)之类的民航监管机构的D级飞行模拟器标准所要求的。FAA FFS D级要求是目前可用的FFS资格的最高级别。运动平台必须具有所有六个自由度并且视觉系统必须具有至少150度的外部世界水平视场，具有准直远距离焦点显示器并具有传输延迟以符合FAA FFS D级要求。驾驶舱中的逼真声音以及多个特殊运动和视觉效果是被要求的。
[0009]为了让用户感觉到运动模拟器是准确的，模拟器必须以使得感觉逼真并且可预测的方式来表现。以示例的方式，如果飞行员轻轻将模拟的飞行器导向进入转弯，则运动模拟器不应当以锐角倾斜，其中锐角将表示急得多的转弯。从计算机模型、现场测试和复杂算法收集的数据通常被用来编程模拟器行为。力反馈(force-feedback)极大地影响用户的体验，从而使它看起来更真实并且从而使它看起来是更有效的训练环境。
[0010]凸轮驱动的运动系统已经用于游乐产品和模拟工业中的低端模拟中。凸轮驱动的系统已经具有各种几何结构和轴线布置，包括3轴线系统和6轴线系统，诸如由荷兰的E2MTechnologies 所使用的。
[0011]这些系统当中的一些已经使用由变速驱动器(VSD)利用来自运动控制器的基于PID环路的模拟控制信号控制的感应电机。比例、积分、微分(PID)环路通常被控制器用来消除持续的操作员关注的需要。这些感应电机系统经历由场(field)和转子之间的滑动造成的运动滞后的问题，这会导致所命令的位置和实际位置之间的较大误差。另外，在业内已知的伺服电机控制系统也不能满足D级的要求。因为随着模拟器和游乐景点中的运动系统利用较高速度的计算机渲染和图形，用户可以感测和体验到这种滞后、缓慢的响应时间以及不同步的体验，所以这样的位置误差越来越成问题。
[0012]系统已经力求实现多轴线运动系统，诸如使用3-3和3-6配置的Stewart平台，由于共连轴承(co-joined bearing)的复杂性，这种配置是难以产生的。
[0013]在关于用户的活动对系统的位置的控制中，已知的感应电机和伺服电机系统也具有限制，其中用户的活动诸如像在模拟器中飞行或观看电影或视觉描绘的模拟活动。这些系统也经历由诸如影响电机的寿命和性能的高频振动之类的活动所引起的问题。由于具有目前已知的控制系统的感应电机和伺服电机两者的功率-尺寸比，有效载荷也被这些设计限制。
[0014]仍存在对改进的运动模拟系统的需求，以提供平滑的运动和逼真的运动体验，该改进的运动模拟系统具有运动的改进的控制以及在物理运动和响应时间之间的同步。还需要这种模拟系统能够支持高有效载荷，同时维持平滑和逼真的运动体验。还需要针对变化的操作情形或应用而能够容易地重新配置和调整的运动系统。

【发明内容】

[0015]本发明的一个方面包括运动模拟系统，包括平台，在其上具有相对的近端和远端的至少一个连接器杆，其中所述至少一个连接器杆的远端可旋转地连接到所述平台，以及至少一个致动器。所述致动器可以包括具有可与行星齿轮箱一起操作的伺服电机和由此被驱动的轴的电机/齿轮箱组件，具有近端和远端的曲柄臂，其中所述近端固定地附接到轴由此用于旋转，所述远端可旋转地连接到连接器杆的近端。更进一步，致动器可以包括基部以及支撑件，所述支撑件具有附于基部的近端和附于电机/齿轮箱组件的相对远端以用于以相对于基部或支脚隔开的方式固定地附接电机/齿轮箱组件以用于允许曲柄臂绕轴的轴线旋转。一般而言，对于一、二和三自由度的系统，完全的360度旋转被采用，并且可以是六自由度的系统可用的。控制器可以与致动器一起操作，用于向每个伺服电机提供电信号，用于向所述至少一个连接器杆以及因此向平台提供预先选择的运动，其中控制系统将输入力和旋转移动引导到平台的位置。
[0016]—个运动模拟系统可以包括基础或基部，连接到所述基础的至少一个或多个致动器以及与致动器可移动地连接并被配置为与平台组件连接的至少一个顶板。每个致动器可以包括被配置为与基础连接并具有接纳行星齿轮箱的孔的支撑板。齿轮箱与至少一个电动伺服电机啮合并被其驱动，并且连接到驱动轴。电机和齿轮箱和轴可以作为被称为电机/齿轮箱组件的单个单元被提供。驱动轴与至少一个主曲柄啮合。通过位于连接器杆的第一近端的轴承，主曲柄可移动地与连接器杆连接。在连接器杆的远端，轴承与顶板附接并连接。顶板可以被配置为附接到平台组件，以在使用中驱动平台组件。
[0017]以示例的方式，运动模拟系统可以包括用于控制致动器的移动的控制系统，用于重建加速度，在将系统送入低于模拟系统的用户的感知水平的空档位置(neutralposit1n)的同时减小加速度至零。期望的用于专业训练的控制系统包括用来将运载工具的输入加速度变换成运动平台的位置和旋转的洗出滤波器模块，使得利用运动平台的有限运动包络可以再现相同的力。这个洗出滤波器是具有改进的经典洗出滤波器算法的实现，其中改进包括基于前进速度的输入信号整形、额外的注入位置和旋转、额外的注入客舱滚转/俯仰、和当处于空档位置时离运动平台中心的旋转中心偏移。洗出滤波器具有包括高频加速度(短期并被洗出)和被保持的低频加速度(本文被称为重力矢量)的两个主要的流。
[0018]控制系统向电动机发送信号以驱动致动器到达并通过其期望的位置。例如，控制系统发送信号，以通过移动曲柄通过旋转路径并移动连接器杆通过在多个旋转轴线中并跨越该多个旋转轴线的一条或多条路径来改变电动机的速度并将致动器元件移动到期望的位置。
[0019]运动系统可以利用单个轴线系统，或以示例的方式包括一个、两个、三个和六个轴线的多轴线系统。运动系统部件可以被改变以提供这些不同的配置或提供具有相同轴线结构的不同应用。例如，部件的数量、尺寸和定位可以通过改变曲柄臂和连接器杆以及它们旋转和工作的平面的数量而被改变。电动伺服电机和行星齿轮箱可以根据轴线的数量或轴线的数量的某个倍数来提供。例如，以示例的方式，根据满足性能和有效载荷要求的需要，系统可以具有:每个致动器对应两个电机和两个齿轮箱，或者每个致动器对应四个电机和四个齿轮箱，以及另外六个电机和六个齿轮箱。在配置中，支撑板可以是每个致动器对应一个，而主曲柄可以是每个致动器对应一个或每个致动器对应两个，其中四个电机和四个齿轮箱驱动一个致动器。连接器杆通常是每个致动器对应一个，每个致动器对应两个球面轴承，在连接器杆或臂构件的每个端部有一个轴承。
[0020]本文以示例的方式描述的配置包括3轴线以及6轴线运动系统。通过示例的方式，在一种6轴线配置中，电机/齿轮箱/驱动轴和曲柄臂可以被放置成90°角。以示例的方式，曲柄臂和连接器杆可以使用球面轴承并且不在同一个运动平面中工作。这通过在三个方向上的旋转以及所有旋转和平移(translat1n)的组合提供六个自由度。在两个轴线的系统中，电机/齿轮箱/驱动轴和曲柄臂可以沿公共线定位，使得曲柄臂和连接杆在同一平面中操作。这提供了两个自由度，单个旋转和单个平移度。利用适当的导向机构，这种系统还可以提供单个自由度，通常具有在升降运动中的平移。
[0021]在6轴线系统的一种实施例中，六个致动器在标称圆形基板上被等距隔开60°。致动器在类似的布置中被连接到顶板(平台部分)。在顶部存在六个附接部(attachment)，这便于系统的构造。致动器同步地移动，以便如下所示地创建在六个方向上的运动:俯仰(绕与顶板平行的横向轴线的旋转，该横向轴线通常在局部坐标中被标注为y轴)；滚转(绕与顶板平行的纵向轴线的旋转，该纵向轴线通常在局部坐标中被标注为X轴)；偏航(绕在X和y轴的交点处与X和y轴相交的垂直轴线的旋转，并且该垂直轴线通常在局部坐标中被标注为z轴);颠簸(surge)(沿X轴的平移);摇摆(sway)(沿y轴的平移);升降(heave)(沿z轴的平移)；以及它们的组合。
[0022]根据本发明的教导的系统和方法的优点和益处包括但不限于硬件改进、配置的灵活性、控制硬件和软件、轮廓生成软件工具、特殊效果库、事件同步、电机同步、嵌入式运动轮廓回放、以及再生电力系统。
【附图说明】
[0023]参照附图通过示例的方式来描述本发明的实施例，其中:
[0024]图1是根据本发明的教导的六自由度、6轴线运动系统的透视图；
[0025]图1A是图1的系统的替代实施例的透视图，其采用具有替代支撑轴构件的单个电机驱动器；
[0026]图2是与图1的六自由度、6轴线运动系统一起使用的致动器的透视图；
[0027]图3是处于空档位置的六自由度系统的透视图；
[0028]图4和4A分别是六自由度系统在下降和升起时刻的透视图；
[0029]图5是六自由度系统在俯仰移动中的透视图；
[0030]图6是六自由度系统在滚转移动中的透视图；
[0031]图7是六自由度系统在颠簸移动中的透视图；
[0032]图8是六自由度系统在摇摆移动中的透视图；
[0033]图9是六自由度系统在偏航移动中的透视图；
[0034]图10是在六自由度系统中绕三个轴线的移动的图解说明；
[0035]图11是采用双电机/齿轮箱致动器组件的六自由度6轴线系统的透视图；
[0036]图12是在3轴线运动系统中有用的四电机/齿轮箱致动器的透视图；
[0037]图12A和12B是图12的四电机/齿轮箱致动器分别在完全上和完全下位置的透视图；
[0038]图13是根据本发明的教导的3轴线运动系统的透视图，其中该系统采用图12的致动器并示为处于空档位置；
[0039]图14是针对图1的六自由度系统实施例的、处于其偏离(excurs1n)限制处的致动器位置的表，其中参照图3-9以非限制性示例的方式说明各种致动器位置；
[0040]图15和16分别是在欧洲游乐设施中用作运动系统但还不作为如本文所述的致动器的、具有六电机/齿轮箱组件的已知致动器的透视图和俯视图；
[0041]图17A-17G是针对设施内的各种位置以示例的方式示出利用本文所述的运动模拟系统的一个游乐设施的多个视图；
[0042]图18A和18B—起包括示出根据本发明的教导的、用于三自由度运动系统的过程和逻辑功能的一个控制系统的流程图；
[0043]图19A和19B—起包括示出根据本发明的教导的、用于六自由度运动系统的过程和逻辑功能的一个控制系统的流程图；以及
[0044]图20是示出根据本发明的教导的洗出算法的一种模块化体系架构的流程图。
【具体实施方式】
[0045]现在下文将参照附图更完全地描述本发明，其中本发明的实施例通过图示和示例的方式示出。但是，本发明可以体现为许多形式并且不应当被认为限制到本文阐述的实施例。相反，这些实施例被提供以使得本公开内容将是深入和完整的，并且将向本领域技术人员完全传达本发明的范围。相同的标号指相同的元件。
[0046]在根据本发明的教导的并且如最初参照图1所示出的运动模拟系统的一种实施例中，运动系统1被示为6轴线运动系统。如上面所指出的，以示例的方式，运动系统1可以具有从一轴线系统至六轴线系统的各种轴线组合。运动系统10包括采取具有升高的支脚14的系统基部12的形式的基础。系统基部12可以采取各种配置来提供系统10的特定应用。运动系统10还包括多个致动器16，本文中被识别为16a、16b、16c、16d、16e和16f，其中，以非限制性示例的方式，安装在系统基部12上的每个致动器16—般以六边形布置隔开。每个致动器16(在本文中是单个电机/齿轮箱致动器组件)连接到平台18的区段(sect1n)。以示例的方式，如本文以非限制性示例的方式所描述的，平台18由六个单独的区段20A-F构成，以示出独立的结构。但是，系统1可以利用其中三个区段(包括20A、20C和20E)来连接到选定的模拟器，其中每个区段具有连接器杆58的利用上部轴承62枢转地附接的上部。以示例的方式，针对用于飞行模拟器或游乐设施的运动系统10的实施例的特定应用，平台18或其区段被配置为连接到系统基部12。
[0047]以不例的方式，致动器16( 16a、16b、16c、16d、16e和16f)当中的每一个包括关于图2中具有单个电机/齿轮箱组件的致动器16描述的部件。致动器16包括具有连接到系统基部12的基部或支脚24和垂直支架(stand)26的主致动器支撑件22，其中垂直支架26从支脚24升高并在垂直支架的上部中具有被配置为接纳电机/齿轮箱组件30的孔28。电机/齿轮箱组件30包括连接到行星齿轮箱34的电动伺服电机32，该电机/齿轮箱组件30在驱动轴36的近端处与驱动轴36啮合，该驱动轴36被电机32驱动。电机32、齿轮箱34和驱动轴36在本文中作为被称为“电机/齿轮箱组件”30的单个单元被提供，但是在不背离本发明的教导的情况下，可以作为单独的部件被提供。
[0048]电机32是由将在后面描述的控制系统控制的电动伺服电机。
[0049]继续参照图1和2，电机/齿轮箱组件30连接到具有围绕驱动轴36的远端44的孔42的主曲柄40。曲柄40是刚性的细长的构件，曲柄40具有在近端部分50处垂直地连接到驱动轴36的纵向轴线48的平面的面46。曲柄40的远端52接纳通过曲柄中的第二孔56连接的下球面轴承54。下球面轴承54将曲柄连接到连接器杆58。下球面轴承54被选择为允许连接器杆58的旋转移动。
[0050]如参照图1A所示出的，并且在本发明的教导的范围内，系统10可以包括采用单个电机/齿轮箱组件30的致动器16，但是其轴36的远端由第二支撑件22A可旋转地支撑。
[0051]连接器杆58具有预定长度60的细长形式，该预定长度60被确定以针对感兴趣的应用提供期望的运动。连接器杆58连接到定位在连接器杆58的与曲柄40相对的远端64处的上球面轴承62 ο上球面轴承62将连接器杆58连接到平台18，使得连接器杆58可以相对于平台和曲柄40移动通过一定的朝向范围。每个致动器16a、16b、16c、16d、16e和16f具有类似的构造。连接器杆58A-5 8F按相邻连接器杆的对(诸如再次参照图3所示的连接在区段20的端部的58A、58B)连接到平台18。这种布置允许在六个自由度中的移动。平台18或其平台区段20八、20(:、2(^被配置为附接到期望的组件，其移动要由系统10驱动。
[0052]连接器杆58A-58F和曲柄40A-F被布置成允许曲柄旋转并允许连接器杆行进通过期望的运动平面。由于每个连接器杆58行进通过其路径，因此平台18被移动到用于作为参照图10所示出的熟知的并且期望的移动的空档、升降、俯仰、滚转、颠簸、摇摆和偏航的、再次参照图3以及现在参照图3-9以示例的方式示出的朝向范围。通过六个连接器杆/曲柄的组合附接到顶部平台，平台可以变动通过六个自由度的运动。
[0053]运动系统10可以利用单个轴线系统，或仅仅以示例的方式包括一个、两个、三个和六个轴线的多轴线系统。运动系统10的部件可以被改变以提供这样不同的配置。例如，部件的数量、尺寸和定位可以被改变，诸如改变曲柄40、连接器杆58和平台区段20的数量。电动机32和行星齿轮箱34可以根据轴线的数量或轴线的数量的某个倍数来提供。以示例的方式，系统10可以具有:每个致动器16对应两个电机32和两个齿轮箱34或者甚至每个致动器16对应高达四个电机32和四个齿轮箱34。如分别参照图11和12所示出的。以示例的方式并且如参照图11所示出的，本文所描述的实施例包括致动器16，致动器16包括可与一个曲柄40—起操作的双电机/齿轮箱组件(本文被称为16D)。更进一步，根据本发明的教导，致动器可以包括四个或四电机/齿轮箱组件，如参照图12作为致动器16Q示出的。这种致动器16Q对于参照图13所示的3D0F运动系统100是有用的。继续参照图12，致动器16Q包括梁102，臂构件104在其远端106处枢转地连接到梁102并在其近端108处枢转地连接到曲柄110的远端112处。再次参照图13，两个曲柄110被配对以连接到臂构件104。更进一步，两个双电机/齿轮箱组件114本身被配对以形成四致动器16Q。因此，四个电机和四个齿轮箱驱动单个四致动器16Q。
[0054]再次参照图1，在6轴线配置中，电机/齿轮箱/驱动轴和曲柄臂被放置成90°角。曲柄臂和连接杆使用球面轴承并且不必在相同的运动平面内工作。这通过在三个方向中的旋转和在三个方向中的组合和平移来提供六个自由度。针对每个致动器16提供一个连接器杆58，其中每个杆16对应两个球面轴承54、62，在连接器杆的每个端部处具有一个轴承，如以上所公开的。
[0055]通过对比，在两轴线系统中，电机/齿轮箱/驱动轴和曲柄臂沿公共线定位，使得曲柄臂和连接杆在同一平面中操作。以示例的方式，这提供了两个自由度，单个旋转和单个平移度。利用控制和/或结构中的适当约束，这样的配置也可以用于一个自由度的系统。
[0056]在六自由度系统1的实施例中，如再次参照图1和11所示出的，每个致动器16、16D被置于适当的位置以表现期望的移动，诸如空档、滚转、俯仰、偏航、颠簸、摇摆、升降或其组合，如上面参照图10所描述的。该系统包括在基部或系统基部12上等距隔开60°的6个致动器。致动器16以与典型Stewart系统配置类似的布置连接到平台18。其结果是，在顶部有六个附接部，这便于系统的构造。致动器16完美同步地移动，以便创建沿6个轴线的运动，如前所述。俯仰(绕与顶板平行的横向轴线的旋转，该横向轴线通常在局部坐标中被标注为y轴);滚转(绕与顶板平行的纵向轴线的旋转，该纵向轴线通常在局部坐标中被标注为X轴)；偏航(绕在X和y轴的交点处与X和y轴相交的垂直轴线的旋转，并且该垂直轴线通常在局部坐标中被标注为z轴)；颠簸(沿X轴的平移)；摇摆(沿y轴的平移)；升降(沿z轴的平移)；以及所有以上运动的组合。
[0057]在致动器位置中并且处于它们的偏离限制的这种示例性6轴线系统10的移动在图14的示例性表中被进一步描述。致动器16的旋转位置利用水平平面17以上的旋转表示，在图3中以示例的方式示出。针对每个致动器16a、16b、16c、16d、16e和16f，样本移动被示出。如上所述，系统10在图3中被示为处于空档位置66。在空档位置中的曲柄40全部对齐为大体地平行于系统基部12的水平平面。连接器杆58从曲柄40成角度地向上部署到在平台18处的连接部。
[0058]在图4中，系统10被示为处于朝向基部12的向下降沉系统中的升降移动位置68。如参照图3和4所示出的，以非限制性示例的方式，曲柄40全部处于基部或系统基部12的水平平面17下方成45度角。曲柄40定位在相对于相邻的致动器16交替成角度的位置。连接器杆58从曲柄40向上部署到在平台18处的连接部。以示例的方式，本文的示例在说明中给出了45度角。当连接器杆不与曲柄成90度时，连接器杆可以移动通过± 90度。通常，曲柄运动的有用范围在±60度的区域中，因为随着曲柄接近±90度，升降运动的速率显著降低。
[0059]在图4A中，系统10被示为处于升降移动位置68，从系统基部12向上升起的位置。如图4A中所示，曲柄40全部在系统基部12的水平平面17上方45度角的位置，其中，以非限制性示例的方式，该水平平面在本文中被指定为曲柄的空档位置。曲柄40定位在相对于相邻的致动器16交替成角度的位置。连接器杆58从曲柄40向上部署到在平台18处的连接部。
[0060]在图5中，系统10被示为处于俯仰移动位置70。其中曲柄40具有致动器16的水平平面上方和下方以及与系统基部12的平面(通常是水平平面)平行的改变的位置和角度，如图14的表中所示出和进一步描述的。
[0061]在图6中，系统被示为处于滚转移动位置72。其中曲柄40处于致动器16的水平平面上方和下方以及与系统基部12平行的改变的位置和角度，如图14的表中所示出的。
[0062]在图7中，系统被示为处于颠簸移动位置74。其中曲柄40处于致动器16的水平平面上方和下方以及与系统基部12平行的改变的位置和角度，如图14的表中所示出的。
[0063]以进一步示例的方式，在图8中，系统10被示为处于摇摆移动位置76。但是，曲柄40处于致动器16的水平平面上方、下方以及与该水平平面齐平并且与系统基部12平行的改变的位置和角度，如图14的表中所示出的。
[0064]更进一步，在图9中，系统10被示为处于偏航移动位置78。但是，曲柄40处于致动器16的水平平面上方、下方以及与该水平平面齐平并且与系统基部12平行的改变的位置和角度，如图14的表中所示出的。连接器杆58从曲柄40成角度地向上部署到平台18处的连接部。
[0065]以非限制性示例的方式，参照图12A和12B示出的致动器16的位置处于本文给出的最大偏离。致动器16可以被放入如通过控制系统编程的多个中间位置中。以示例的方式，图
14中的表示出了用于不同类型的移动(诸如上仰和下俯、左侧上滚和左侧下滚、向右偏航和向左偏航、向前颠簸和向后颠簸、以及左右摇摆)的偏离距离。运动的范围特别适于诸如在飞行和其它训练模拟器以及游乐模拟器中使用的应用。
[0066]在根据本发明的教导的运动系统的另一实施例中，再次参照如图13中所描绘的3D0F系统100。如对前面参照图1描述的系统10所描述的，运动系统100包括采取系统基部116的形式的基础。运动系统100还包括多个致动器，诸如前面参照图12描述的致动器16Q。每个致动器16Q被安装在系统基部116上并且在大体三角形布置中被隔开。如上所述，系统100包括具有利用U形叉类型的连接部118连接到承载梁102的电机/齿轮箱和曲柄组件的致动器16Q。每个致动器16Q经由连接到U形叉连接部118的回转连接器(swivel connector)120连接到平台18。本文以示例的方式描述的三个梁102经由U形叉连接部118接纳平台18。顶部平台包括形成三角形平台18的三个细长区段。平台18被配置为连接到系统基部以用于特定运动模拟应用，以示例的方式在这个实施例中是用于游乐实施例的运动系统。在用于系统100的这种3轴线实施例中，平台可以是用在游乐设施中的平台，如稍后将在本公开内容中以示例的方式说明的。
[0067 ]在图13的三DOF系统中使用的每个致动器16Q包括针对图12的致动器描述的部件，并且如前面参照图2的致动器所描述的。以示例的方式，每个致动器包括单对致动器支撑件。每个致动器支撑件包括基部或支脚24和垂直支架26。每个支脚24被连接到系统基部12作为基部，并且垂直支架从每个支脚升起，如本文以示例的方式描述的。可选地，在不背离本发明的教导的情况下，致动器支架26可以直接附于系统基部12作为基部。每个支架26在上部中具有被配置为接纳电机/齿轮箱组件的孔，其中电机/齿轮箱组件包括与行星齿轮箱连接的电动伺服电机，其中电机/齿轮箱组件与被电机驱动的驱动轴的近端啮合。电机、齿轮箱和轴可以作为本文称为“电机/齿轮箱组件”的单个单元被提供，或者可以作为单独的部件被提供。如继续参照图12所示出的，致动器16Q包括两个双电机/齿轮箱组件，其中四个电机/齿轮箱中的每一个由支架承载，并且每个电机/齿轮箱可与可旋转地附接到第一和第二臂构件104的曲柄110—起操作。
[0068]以示例的方式，电机是由如下所述的控制系统控制的电动伺服电机。
[0069]再次参照图12，致动器16Q包括枢转地连接到曲柄110的双电机/齿轮箱组件114，其中曲柄110具有围绕驱动轴124(在图13的视图中可见并且在图2中作为轴36)的远端的孔122。曲柄110是刚性的细长构件，曲柄110具有在第一端部部分垂直连接到驱动轴的纵向轴线的平面的面，如上面参照图2所描述的。曲柄的远端利用通过在曲柄的第二孔连接的轴承126接纳臂构件104。下部轴承将曲柄连接到臂构件并且被选择为允许在平面内的旋转移动。两个曲柄驱动用于在本文中以示例的方式描述的致动器16Q的两个臂构件中的每个臂构件。四个电机的使用允许附加的电力并且因此支撑比典型的有效载荷结构更重的结构。
[0070]如针对图1的连接器杆58所描述的，臂构件104具有预定长度的细长形式，该预定长度被确定以向应用提供期望的运动。致动器16Q的双电机/齿轮箱组件114可以独立地移动，以便将承载梁102移动到各种位置。臂构件和曲柄被布置成针对某些期望的应用允许曲柄旋转360度并且允许臂构件行进通过完整的圆。当臂构件行进通过其路径时，平台被移动到如3D0F系统所期望的朝向范围，如以上参照图1对6D0F系统所描述的。利用附接到三个承载梁102的三个连接部120，平台18被有效地移动通过具有三个运动自由度的运动。
[0071]以示例的方式，再次参照图12示出的致动器16Q可以被认为被示出处于空档位置128，其中致动器16Q被示出处于图12A中的完全向上延伸的位置130和图12B中的完全向下或最低位置132。如现在受益于本发明的教导的本领域技术人员将理解的，根据需要，曲柄的各种旋转将提供在3D0F系统100内的各种朝向。
[0072]以进一步示例的方式，在保持在本发明的教导的范围内的同时，除了致动器被配置为图2的具有单个电机/齿轮箱组件30的致动器16、图11的具有双电机/齿轮箱组件114的致动器16D、以及图12的具有四齿轮箱组件16Q的致动器16Q以外，对于相对较重的有效载荷来说，如现在参照图15和16所示的具有六电机/齿轮箱组件16S的致动器是期望的，并且包括如参照图12—般描述的部件，以示例的方式，其中梁102被配置为三角形梁并且三个双电机/齿轮箱组件114可操作地并且枢转地连接到图15和16中的三角形梁102。致动器支撑件134锚定到系统基部116，用于为致动器16S提供增加的稳定性。以示例的方式，三个这样的致动器16S(在图15和16中示出的)可以被连接到平台18，如前面参照图13所描述的，因此在三个连接位置118处用致动器16S取代致动器16Q。如本文再次参照图11对6DOF系统和参考图15和16对3DOF系统所示出的，根据本发明的教导，双电机/齿轮箱组件可以被采用。
[0073]本文所述的运动系统10、100分别包括控制系统200、300，分别用于控制本文以示例的方式参照图18A、18B和19A、19B给出的3D0F和6D0F移动。一般而言，3D0F控制系统控制器200和6D0F控制器300向致动器16内的伺服电机32发送信号，以驱动可操作地连接到致动器16的平台18移动通过期望的位置，如上所述。以非限制性示例的方式，参照图18A和18B示出的控制器200对于其中观众可以被认为是被动的并且没有对运动轮廓的输入的游乐设施是有用的。相反，对于具有主动的观众的模拟系统(诸如在飞行模拟器中的使用操纵杆或转向机构的飞行员)，图19A和19B的控制器300是适当的。
[0074]控制器200、300发送信号以改变伺服电机32的速度和移动，并通过移动曲柄40通过旋转路径以及连接器杆58或以示例的方式移动臂构件104通过跨多个旋转轴线的路径，将致动器16移动到期望的位置。以进一步示例的方式，表示期望的俯仰度的信号可以被发送到在处理器202中可操作的控制软件中的运动算法，然后处理器202针对如再次参照图3-9所示出的致动器位置转换期望的俯仰。
[0075]再次参照图18A、18B和19A、19B，控制器200、300是模块化的并且在本文中被描述为包括运动轮廓处理器204和效果处理器206。
[0076]以示例的方式，现在参照图18A、18B，其中轮廓处理包括主同步控制凸轮模块(Master Synchronize Control Cam Module)208。这个模块208生成主定时基准，使得在控制器200内可操作的所有其它模块可以将它们的移动或动作与由模块208提供的主同步信号同步。以示例的方式，同步运动凸轮模块210负责将运动凸轮与主凸轮同步，并且还具有将运动凸轮的启动延迟用户可编程的视频帧的量(基于帧速率或时基)，使得运动可以与外部媒体设备完美地/期望地同步的能力。同样地，并且如后面将描述的，同步效果凸轮211被用于将效果凸轮与主凸轮同步并且还具有由用户来延迟效果凸轮的启动，使得期望的效果可以完美地/期望地被同步的能力。
[0077]继续参照图18A、18B，运动轮廓处理器204内的逻辑模块212确保每个运动轴线如期望的那样工作，并且轴线的实际位置沿被命令的虚拟位置。依赖于误差的量，或者采取适当的校正动作或者系统10被关闭。这种检查形成用于确保每个轴线在可接受的期望容差内保持同步的主要基础(primary basis) 0
[0078]使用转矩进行重量测量，其中重量测量模块214计算在乘客登上之后系统100的重量，如前面参照图17A所示出的。当系统基部116处于其空档位置128时(如再次参照图13所示出的)，通过测量在各个齿轮箱组件114内的每个电机处需要的用于在空档位置处对抗重力来保持系统100静态的转矩来计算重量，依赖于系统配置，该空档位置可以被选择处于零度倾斜。然后，三角法被用来确定重力的中心(CG)和转动惯量(moments of inertia)。以示例的方式，然后由重量测量模块214得到的信息被用来利用轮廓调整模块214调整预编程的乘骑轮廓，以确保在系统性能(以示例的方式，最大加速度简档(accelerat1n profile))的限制内独立于重量和重量分布的一致的乘骑体验。
[0079]继续参照图18A、18B，来自运动轮廓生成器216的数据被提供给控制器200并被可与系统中的每个致动器一起操作的时间凸轮模块218使用。
[0080]运动轮廓生成器216创建与给定的电影同步的乘骑-电影运动轮廓。轮廓生成器216包括软件包，其允许在诸如Play、FFWD、RWD等之类的典型的控制的情况下电影被显示。软件允许操纵杆的连接，操纵杆的连接使得用户能够根据需要在观看电影的同时记录轮廓(俯仰、滚转、升降等)。通过监视帧变化，轮廓与电影同步地被记录。以示例的方式，就幅度来说，可以利用一组软件工具来修改轮廓。而且，鼠标可以根据需要被用来修改或润色轮廓。软件包含合适的逆运动学算法(Inverse Kinematic algorithm)，以便将记录的数据转换成所需要的致动器径向位置。软件包含基于每个点的变化率来过滤轮廓内的点的算法。以示例的方式，为了获得其中没有故意引起的抖动的平滑轮廓，被记录的并且不平滑的任何点被移除并且在后续被记录的点之间创建平滑的样条线(spline)。以进一步示例的方式，如果需要高频移动(快速的操纵杆移动)，则这些点被记录。这些数据被发送到控制器，以便在虚拟凸轮系统内被使用。效果数据也在轮廓生成器软件内被创建并且被编码，以供在控制器内的再次使用。
[0081 ]以支持性示例的方式并且如众所周知的，凸轮是机械联动机构(Iinkage)中的旋转或滑动件，通常被用来将旋转运动变换成直线运动或者反过来。如本文对本发明的实施例描述的，虚拟凸轮在数学上提供这种变换。还如已知的，逆运动学是指机器人的运动学方程的使用，以示例的方式，以便基于端部执行器(end effector)的期望位置来确定关节参数(joint parameter)。使得其端部执行器实现所期望的任务的机器人的移动的规范通常被称为运动规划。逆运动学将运动规划变换成关节致动器轨迹。
[0082]时间凸轮模块218负责基于外部条件(诸如其它系统就绪、系统安全、错误检查等)启动和停止时间凸轮功能。以示例的方式，时间凸轮模块218负责基于预编程的位置数据来计算采取连续样条线的形式的真实世界的运动数据。
[0083]继续参照图18A、18B，电子传动装置模块220通过虚拟传动装置系统针对每个致动器将虚拟轴线(即，真实轴线的数学模型)链接到运动的真实轴线，其比率可以被动态地调整，由此允许根据需要根据误差或期望的修改对轮廓进行精细校正。如图所示，电子传动装置模块220将是可与每个致动器并且与致动器的两个齿轮箱组件当中的每一个一起操作的，在本文以示例的方式进行描述。此外，缩放/过滤模块222提供根据需要基于百分比值来衰减或增加致动器移动的能力。以示例的方式，这是前面参照图17A所描述的、如何基于质量分布在“Flyboard”上调整轮廓。
[0084]现在参照图18A、18B和19A、19B二者，以示例的方式，效果处理器206在本文以示例的方式被描述为包括效果逻辑模块224，其被用来基于来自凸轮模块226的用于预编程效果的数据来确定何时调用效果库，如参照图19A所示出的或等效的。以示例的方式，参数变换模块228对在效果凸轮数据模块230内被加密的数据进行解码，并支配效果类型、效果的幅度和频率。运动效果库模块232接收被转换的数据(步骤21)并以交互(reciprocal)的方式移动虚拟轴线，该虚拟移动被叠加到如上所述的运动规划器内的主致动器上。
[0085]继续参照图18A、18B和19A、19B，运动规划器模块234从所有的轴线接收轮廓和效果数据并且将移动组合成一个同步移动。然后，以示例的方式，这些数据经由SERCOS数据总线236以Ims的粗略更新周期被发送到图13的驱动器、齿轮箱组件114。然后，这些数据以大约150微秒的范围在驱动器内被进一步插值。通常，在运动模拟的领域内，运动模拟和运动的效果在被发送的用来相应地移动致动器的一个轮廓或模拟信号中被递送。本发明的教导和本文所述的针对控制器200、300的实施例分离运动和效果，使得它们不依赖于电影的帧速率并且一旦运动和效果经由如本文所述的虚拟凸轮被处理，运动和效果然后就由运动规划器234组合。
[0086]现在受益于本发明的教导的本领域技术人员将理解到，本文参照图18A、18B为3D0F系统描述的模块可以被图19A、19B的6D0F控制器采用。
[0087]对于控制器300，可以采用如参照图19A所示的洗出滤波器240，并且该洗出滤波器240对于飞行员训练模拟器特别有用。洗出滤波器240被用来将运载工具的输入力和旋转变换成运动平台18或者其附接到的主体的位置和旋转，使得可以利用运动平台的受限制的运动包络再现相同的力。如上所述，以示例的方式，控制系统200、300提供致动器16、16D、16Q、16S的控制，用于重建加速度，在将控制系统10送入系统的用户的感知水平以下的空档位置的同时将加速度减小至零。本文所述的洗出滤波器240是具有改进的经典洗出滤波算法的实现，其中改进包括基于前进速度的输入信号整形、额外的注入的位置和旋转、额外的注入的客舱滚转和/或俯仰以及当处于空档位置时离运动平台中心的旋转中心偏移，如上面参照图3-9所描述的。
[0088]现在参照图20，以示例的方式提供根据本发明的教导的一个洗出滤波器240的框图。经典的洗出算法是在模拟器中使用的最常见的运动驱动算法。由于诸如物理限制和致动器速率限制之类的约束，以示例的方式，运载工具加速度之间的过滤以及计算出的运动提示是必不可少的。洗出滤波器一般用来衰减使得运动基部平台18达到其限制的低频加速度，同时保持高频加速度不变。如果选择了适当的高通滤波器转折频率(breakfrequency)，则高频加速度持续小的持续时间，并且因此不会将运动基部平台18驱动至其物理限制。滤波器还用来把运动基部平台18带回到其零基准点，因此被称为术语“洗出”滤波器。低通滤波器还被用来再现通常在飞行器中感测到的低频加速度。这种方法被称为倾斜-协调(tilt-coordinat1n)，并通过将平台18以及因此附接到其的驾驶舱倾斜到被命令的角度来使用重力矢量，使得通过重力来模拟保持的加速度。
[0089]洗出滤波器模块240被用来将运载工具的输入力和旋转变换成运动平台18的位置和旋转，使得可以利用运动平台的受限制的运动包络再现相同的力。以示例的方式，这个洗出滤波器模块240包括具有改进的已知经典洗出滤波算法，其中改进包括基于前进速度的输入信号整形;额外的注入的位置和旋转;额外的注入的客舱滚转/俯仰；以及当处于空档位置时尚运动平台中;11、的旋转中;1_1、偏移。
[0090]洗出滤波器模块240可以被描述为包括两个主要的流，包括高频加速度和旋转(短期并被洗出)以及低频加速度(重力矢量)。高频加速度对在受限制的平台运动包络内产生短的平台移动和旋转负责，而利用在平台被倾斜时的“g”分量通过倾斜-协调产生低频加速度。
[0091]所有输入信号首先通过使用可变的(平滑的)增益滤波器被调节并通过使用平滑的限制器滤波器(Iimiter fiIter)被限制。高频加速度和旋转首先被高通滤波器过滤，之后被积分两次，以产生期望的平台高频位置和旋转。低频加速度还被转换成倾斜协调，并被具有限制性的输出速度、加速度和开始值的低通滤波器过滤。外部注入的平台位置和旋转信号与客舱滚转信号一起首先被调节并被低通过滤，随后被添加到作为结果的平台位置和旋转。以非限制性示例的方式，本文所述的洗出滤波器是基于右手坐标系统，其中X方向为向前，y方向为向右，并且Z方向为向下。
[0092]继续参照图20，给出了包括增益块的特定函数组，并且虽然存在它们中的许多，但应当理解的是，它们一般执行相同的功能，但具有不同的常数和不同的数据流。本文描述每一个在数据流内被放置的次序和位置。
[0093]多个增益滤波器242如参照图20所示的那样被使用，并且如上所述，输入信号244通过这个滤波器，以便首先取出输入信号中的任何噪声(因此平滑)，然后调整输入信号的幅度，使得对于控制器300的操作有用。以示例的方式，输入信号244包括表示线性和有角度运动的信号，并且根据需要可以被增强或衰减。依赖于信号水平，增益的量是动态的。以示例的方式，可以使用3个段(band)并且为每个段设置不同的增益。
[0094]继续参照图20，软限制器滤波器246在进一步的处理完成之前为正在被处理的信号提供限制。以示例的方式，非常高的信号水平可以从合成的飞行环境生成，并且如果没有限制的话，则可能会发生严重的运动或损坏。通过使用软限制器滤波器246，提供对抗这种可能性的防护。在内部，这个滤波器246，限制器限制对信号幅度的查看，并且如果高于预设的量的话则返回预设的量，否则就返回输入信号。高频信号处理由高通滤波器248提供，其中步幅限制(step limiting)高通滤波器250允许信号的较高频率部分到下一个处理区段上。但是，输出被限制到预编程的常数。第二高通滤波器252允许信号的较高频率部分在Euler转化254发生之后，其中输出不被限制。
[0095]继续参照图20，低频信号处理由低通滤波器256提供，以允许信号的较低频率部分不被保持。低通滤波器256允许低频信号通过。但是，就速度、加速度和开始来说，信号也可以被限制。目的是模拟重力矢量，因此这个信号被保持为预定义的衰弱速率。
[0096]重力增益滤波器258在过滤发生之前计算实际的平台倾斜(inclinat1n)。以示例的方式，输入信号244被积分两次，以便将轴向加速度转换成位置。
[0097]隆隆声模块260生成合成的隆隆声效果，以便具体地创建地面振动以及还有湍流(turbulence)。所生成的信号在最后的求和阶段被叠加到进入的信号上。以示例的方式，由于客舱放置等，RCEuler和RCControl模块262、264被用来计算当处于空档位置时平台位置必须偏移时所需要的平台移动偏移。Euler模块254、262执行Euler变换，其最终利用各种旋转矩阵运算将惯性参照系(以示例的方式，飞行控制系统)变换成运动基部所需要的参照系O
[0098]如上所述，洗出滤波器240具有两个主要的流，包括高频加速度和旋转(短期并被洗出)和低频加速度(重力矢量)。高频加速度负责在受限制的平台运动包络内产生短的平台移动和旋转，而利用平台18被倾斜时的“g”分量通过倾斜-协调产生低频加速度。所有输入信号首先通过使用可变的(平滑的)增益滤波器被调节并通过使用平滑限制器滤波器被限制。高频加速度和旋转首先被高通滤波器过滤，之后被积分两次，以产生期望的平台高频位置和旋转。低频加速度也被转换成倾斜协调并被具有限制性的输出速度、加速度和开始值的低通滤波器过滤。
[0099]外部注入的平台位置和旋转信号与平台或客舱滚转信号一起首先被调节并且被低通过滤，并且随后被添加到作为结果的平台位置和旋转。
[0100]Euler滤波器提供Euler变换(3D旋转算法)并且能够旋转多于一个矢量。输入和输出参数指定矢量的阵列。旋转角度也被指定。高通滤波器提供模拟的二阶高通滤波器功能。滤波器的输出被双积分，以从加速度确定位置并且可以经由布尔方法被重置。低通滤波器提供具有限制性的输出功能的模拟二阶低通滤波器。输出信号的速率和加速度也可以被限制。输入信号值可以被限制到依赖于在模拟的空域内的位置在地面上”或“在飞行中”来使用。RC控制滤波器提供旋转中心控制算法，以便当旋转围绕除空档位置以外的另一位置发生时朝空档位置66缓慢移动平台18，如前面参照图3-9所描述的。使用输入和输出3D位置和旋转中心的位置。
[0101]继续参照图20，隆隆声滤波器(转盘噪声滤波器)提供依赖于速率的噪声信号，其可以被用来生成轨道隆隆声(track rumble)效果。当速率为零时，输出不被重置为零。在输出必须返回到零的情况下，必须使用一阶高通滤波器。这种一阶高通滤波器的频率可以根据期望进行设置。软限制器滤波器为输入信号提供限制性的功能，这个滤波器的限制在可以独立地设置的上限值和下限值之间是平滑的。高通滤波器提供具有限制的步长函数的2阶高通滤波器功能。增益滤波器提供可变增益功能。以示例的方式，它提供三个不同的增益。如果输入值〈XI，则应用增益I。如果输入值在Xl和X2之间，则应用线性插值的增益(增益I和增益2之间)。如果输入值在X2和X3之间，则应用增益2。如果输入值在X3和X4之间，则应用线性插值的增益(增益2和增益3之间)。如果输入值>X4，则应用增益3。
[0102]本文以示例的方式描述的运动模拟系统在多个领域中具有改进并对在运动模拟领域中识别出的需求提供期望的解决方案，这些需求包括对具有改进的控制和在物理运动和响应时间之间的同步以便提供平滑的运动和体验的运动模拟系统的需求。此外，并且如上所述，期望的有效载荷要求通过根据本发明的教导的实施例得到满足和超越，并且具有用于逼真的运动体验的性能平滑性。以示例的方式，如本文以示例的方式给出的，对于3D0F系统超过20吨的有效载荷显著超过了液压和电动滚珠丝杠系统(electric ball screwsystem)的有效载荷能力。
[0103]以示例的方式，上述诸如致动器之类的部件在所有级别的轴线系统中工作，其中轴线系统包括1-轴线、2-轴线、3-轴线和6-轴线系统。运动系统的平台提供可用于不同模拟器应用的可变配置。例如，在飞行模拟器中，曲柄40和连接器杆58可以被调整，以便为不同的飞行器类型配置系统10。配置的灵活性是通过改变曲柄40和/或连接器杆58实现的，其中改变曲柄40和/或连接器杆58是通过具有可调整的曲柄和连接器杆实现的，或者可以容易地用具有不同长度或几何结构的曲柄和/或连接器杆代替曲柄和/或连接器杆。这种灵活性是通过控制系统被编程用于不同配置并且控制致动器和平台的移动的能力提供的。这种可变系统到目前尚未实现。本发明的实施例提供了优于已知系统的改进，其中已知系统是几何固定的并且不能被调适以适应变化的几何配置。
[0104]本文以示例的方式给出的运动系统的紧凑性使系统的部件能够期望地包装在单个基部上，如参照图17A-17G针对采用3轴线的游乐设施所示的。要求更高的飞行模拟系统可以有效地使用本文所述的具有改进的洗出滤波器240的6轴线系统。
[0105]本文以示例的方式描述的系统的负载承载能力超出了目前利用已知的电气运动系统所可能的能力并且超出了最大的已知液压系统。本文所描述的系统的性能超出了利用目前的前沿(leading edge)电气系统所可能的性能，其中目前的前沿电气系统具有通过机械配置在保真度上受限制的滚珠丝杠类型。
[0106]以进一步示例的方式，可与处理器202—起操作的轮廓生成软件使运动的每个自由度作为单独的运动通道(或轨道)被创建。这些可以经由操纵杆或鼠标设备输入实时地被记录。这种方法与利用操纵杆记录运动的传统方法不同并且允许通过致动器位置的调适来编辑运动。控制器200、300直接调适升降、俯仰和滚转特性。
[0107]通过进一步示例的方式，游乐乘骑电影可以在实现乘骑轮廓的期望精度和精确开发的轮廓生成器软件应用内显示。用于每个通道的实时记录被隐式同步到电影的每一帧，使得运动轮廓中的每个点完全匹配(准确地是逐帧)乘骑电影。通常，该方法是利用可以漂移的时间线(SMTP)进行同步。每个记录的运动通道被显示为在缩放显示器内的波形，并且可以以不同的分辨率来观看。这使得乘骑轮廓能够被逐帧修改。这是对现有方法的改进，在现有方法中，如果需要对运动轮廓进行任何改变，则整个轮廓必须重做，对于已知的系统这通常是耗时并且昂贵的。
[0108]模拟轮廓可以通过相移和/或幅度和频率修改进行调整。控制器的其中一个特征是运动轮廓可以由开发人员利用拖放技术用鼠标徒手改变。逆运动学算法是内置的(builtin)(升降、俯仰和滚转转换回电机的绝对径向移动的离线实时变换-包括复杂的时域过滤来表示真实世界)ο位置和加速度限制是用实时方法内置的。
[0109]操纵杆灵敏度算法是内置的，它可以模拟不同的运载工具/平台属性(例如，各种飞行器类型;直升机类型；陆地运载工具类型)。
[0110]再次参照图18A、18B和19A、19B，以非限制性示例的方式，特效算法内嵌在控制器200、300内，如本文描述的供六自由度和三自由度的运动系统使用的。运动效果库256可以专用于以示例的方式用于如参照图17A所示出的3D0F系统的每个致动器16a、16b、16c，或者可以作为与如参考图18B所示的运动规划器234通信的单个库被采用。这显著改进了控制并实现了实时地效果的嵌套(也被称为组合或层叠)。在逐帧同步的情况下，运动效果实时地叠加到运动轮廓上。因此，也可以利用帧速率精度来控制效果。在轮廓中的任何位置处频率和幅度是完全可调整的。多种效果可以嵌套(层叠)，而没有轮廓位置的损失(即，没有随时间的漂移)或没有相对于主运动轮廓的净效果的损失。提供了容易创建和编辑的软件工具，以便使其是用户友好的并且避免在源代码级别做出只能由专家进行的改变的需求。
[0111]如上所述，多个同步凸轮或算法内嵌在控制器200、300内，以允许特殊运动效果(振动)和外部事件(风、气味、水，等等)的期望的同步。可以以帧速率的任何倍数设置每个同步跟踪。这个系统包括无源和有源控制。这是对可以随时间漂移的基于时间代码的传统系统的改进。以示例的方式，同步跟踪可以被嵌套并根据外部信号、其它跟踪或内部控制器生成的事件被启动。其结果是，基于电机/致动器的位置的绝对同步产生。传统的方法是通过一系列时间编码的触发器进行同步。以游乐行业的示例的方式，传统的方法导致运动和电影同步的问题，这常常需要每天被重置一次或多次。否则，失配具有触发运动病的很大的可能性。
[0112]以示例的方式再次参照图18A、18B的3D0F系统，每对电机32在位置模式中同步。典型的系统被配置为具有由位置控制的一个电机和通过转矩匹配(或电流追随)控制的第二个电机。作为本发明的教导的结果，本发明的实施例提供同步电机的绝对定位。通过对比，典型的转矩匹配技术(或电流追随方法)不考虑在电机/齿轮箱组件内和之间产生的变化。电机可以被控制，以将它们的位置同步在旋转的绝对位置。例如，如果使用电机对，则两个电机可以被控制，以调整一个电机来匹配另一个电机的位置。以示例的方式再次参照图11的实施例，每个致动器16D具有在电机对中沿相反方向运行的电机32。这应用于利用双电机/齿轮箱组件或双电机/齿轮箱的组合的任何多轴线系统。同步是经由多个虚拟轴线和电子传动装置来实现的，在驱动环路闭合部(drive loop clOSure)264内具有内部校正环路。这实现上述的嵌套效果。
[0113]同步致动器16D内的电机对的能力允许系统10、100处理更高的有效载荷。以示例的方式，针对每个致动器采用单个电机的6-轴线系统，系统10可以处理至少20吨的有效载荷，并且当采用电机对时可以处理这个有效载荷的至少1.5倍。
[0114]应当注意，虽然每个致动器可以利用一对或两对电机/齿轮箱组件运行，但是系统也可以利用单个电机/齿轮箱组件操作。电机/齿轮箱组件的数目和配置主要由负载、转动惯量和加速度要求确定。
[0115]以示例的方式，对于以示例的方式参照图18A、18B和19A、19B本文所描述的控制器200、300，在恒定位置监控的情况下，运动轮廓作为“插值式凸轮段(interpolated camsegment)”运行。在毫秒更新的情况下，这种方法提高了位置精度并且最大化乘骑平滑性。根据需要，主凸轮定时可以被调整。控制器包括过滤以便使乘骑轮廓能够被管理和/或动态地修改(即时地，on-the-fly)。来自凸轮轮廓生成器262的凸轮轮廓只被链接到虚拟(多个)轴线，如参照图18A、18B和19A、19B所示出的。另外，整体的驱动环路闭合部266中的插值在微秒范围内实现，同时提供运动的平滑性，尤其是当包括尚未在本领域中实现的洗出运动时。多个校正凸轮根据需求调整主轮廓的能力有助于实时的调整。
[0116]本文描述的系统的实施例以降低的功率消耗进行操作，因为它可以作为再生电力系统来操作。这是通过使用连接到共同DC母线的伺服机构来实现的，其中共同DC母线经由DC再生电源和反应器馈送。通过使用减速驱动器向加速驱动器馈送电力，再生电力工作，从而降低总的电力摄入。该系统贯穿整个乘骑周期在驱动器处于减速模式中的任何时间再生电力，而不管其是向上还是向下。这种新教导最小化总的功率消耗。在其中净减速度大于净加速度加损失的运动期间，能量可以与与其协作的其它致动器共享，或者本地存储在电容器布置中或者以正确的相位、电压和频率返回到电网(公用电源)。这种方法消除了对制动电阻器的需求并且所有过多的能量可以被返回到电网(公用电源)。这导致电力的最少使用。已发现功率消耗小于可以是气动的、具有平衡系统(counterbalance)的传统滚珠丝杠系统的功率消耗的一半，小于不具有平衡系统的滚珠丝杠系统的功耗的1/3，并且小于等效液压系统的电力的15%，因而当与等效的液压系统相比时，节省了大约85%的电力。
[0117]以支持性示例的方式，本发明的包括6轴线运动系统的实施例已经被设计、工程制造、建造和测试，该实施例包括200千克(454镑)的有效负载的概念证明开发和2吨(4410镑)有效载荷系统的预生产系统。6轴线运动系统来自在2010/2011为高达9吨(19850镑)的有效载荷开发的3轴线运动系统。另外，26460镑(12吨)的3轴线系统已为游乐行业设计和工程制造，并且33075镑(15吨)的6轴线系统已被设计和工程制造以便满足严格的飞行模拟要求。模拟系统包括凸轮机构。
[0118]优于现有的传统六足电动滚珠丝杠运动系统的改进和益处包括凸轮结构的配置，尤其是当与高端伺服电机、驱动器和行星齿轮箱耦合时，导致零机械间隙(backlash)，因为贯穿完全的运动范围行星齿轮与输出轴齿保持接触。以示例的方式，通过用具有不同长度的曲柄和连接器杆代替曲柄和连接器杆以适合各种飞行器平台(在物理约束内)，系统可以容易地在几个小时内被配置为不同的配置。这也将允许相同的电机和齿轮箱在耦合到飞行模拟器的较小客舱时提供更大的偏离范围。经典的六足系统没有这样的配置灵活性，并且针对每种平台类型需要单独的运动系统。该配置不被约束到现有六足系统的目前负载承载和加速性能。
[0119]24吨有效载荷的3轴线运动系统目前是根据本发明的教导为休闲行业开发的。9吨有效载荷的3轴线运动系统和2吨的6轴线运动系统目前正在测试。
[0120]附加的益处和特征包括在Windows7环境中托管的实时“运动控制软件”内的改进的逆运动学算法，在适当情况下具有洗出算法，以便从六个自由度中每一个中的位置转换到绝对径向伺服电机的位置。位置和加速度限制被集成到运动控制软件中。多种效果可以被嵌套(层叠)，以确保当效果叠加时没有随着时间推移的位置损失。
[0121]用户友好的软件工具套件使得程序参数能够被改变，而无需专家程序员在源代码级别做出改变。当需要双电机或四电机时，期望的电机同步被提供以满足有效载荷负载和性能规范。以示例的方式，同步是通过虚拟轴线、电子传动装置和以I毫秒时间间隔运行的实时内部校正环路的使用来实现的。
[0122]完全可再生能量能力可以被包括，使得任何减速致动器在完全再生模式中工作。这提供了处于非平衡滚珠丝杠系统的三分之一和气动平衡滚珠丝杠系统的一半的区域中的典型电力。热负载上的减少显著地延长了所有电气和电子部件的寿命，从而最小化维护成本并最大化可用性。该系统还具有当内部再生超过系统需要时将过多的电力返回公用电网的可选的能力。这对于液压和滚珠丝杠类型的驱动系统是不可能的。
[0123]该系统使用工业化的高级运动控制器和高品质伺服驱动器来生成和控制复杂的运动轮廓。运动控制器经由用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)从运动PC接收数据。在处理后，通过利用I毫秒环路闭合(数据发送和接收率)，数据被发送到伺服驱动器，同时内部驱动器环路闭合在微秒范围内。与先进的“实时、动态响应”的运动控制算法耦合的高数据更新率允许创建期望的平滑和准确的模拟器运动，其超出由已知运动模拟器系统提供的那些。
[0124]运动效果算法允许复杂的振动被叠加到运动上(通过驱动系统直接给予)，直到整个系统的饱和水平。实现了超过10Hz的振动频率。共振频率可以容易地被识别和避免。相反，电动滚珠丝杠和液压系统具有在30-35HZ的区域中的限制的振动能力。此外，二次振动系统必须被安装在需要较高的频率的地方。
[0125]本文给出的运动系统的一个期望的特性包括在系统操作期间对质量和质量中心的确定。以示例的方式，当在游乐行业应用中系统移动到空档位置时，该系统能够测量每个电机的电机转矩和电流。通过三角测量，系统的质量和质量中心可以被确定。然后这个信息可以被使用，使得在不考虑可变的客人质量和可变的客人质量的分布的情况下，设施加速度简档可以即刻被调整，使得客人总是体验和感觉到相同的运动，因此在不考虑客人质量和客人质量分布的情况下有相同的乘骑体验。这个机制也可以在任何类型的模拟器中使用以确保客人体验是完全相同的，而不考虑在每个运载工具中客人的质量。
[0126]另外，本领域技术人员将理解，本文描述的流程图和框图可以示出根据各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。因此，应该理解，流程图或框图中的每个方框可以表示模块、分段或代码的部分，所述模块、分段或代码的部分包括用于实现指定的一个或多个逻辑功能的一个或多个可执行的计算机程序指令。另外，一些实现可以包括方框中不按本文给出的次序出现的功能。以非限制性示例的方式，两个连续示出的方框可以大体上并行地执行，或者该方框有时可以按相反的次序执行，这依赖于所涉及的功能。还要注意的是，框图和流程图中的每个方框、以及框图和流程图图示中的方框的组合可以通过执行指定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以通过专用硬件与计算机程序指令的组合来实现。
[0127]这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或者其它可编程数据处理装置的处理器以产生一种机器，使得这些经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现在流程图和/或框图中指定的功能或动作的部件。这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读介质中，这些指令引导计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备以特定方式发挥功能，使得存储在计算机可读介质中的指令产生出包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中指定的功能或动作的指令的制造品(article of manufacture)。计算机程序指令还可以被加载到计算机、其它可编程数据处理装置或者其它设备上，使得一系列操作步骤在计算机、其它可编程装置或者其它设备上执行，以便产生计算机实现的过程，使得在所述计算机或者其它可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中指定的功能/动作的过程。
[0128]以示例的方式如本文给出的各种实施例的方面可以被体现为系统、方法或计算机程序产品，并且相应地可以采取硬件实施例、软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码，等等)或其组合的形式，这些形式在这里通常可以被称为电路、模块或系统。此外，各种实施例的方面可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，其中所述一个或多个计算机可读介质具有体现在其上的计算机可读程序代码。
[0129]应当理解，如本文所描述的计算机实现的方法利用与非暂时性介质相关的可读介质进行操作，其中非暂时性计算机可读介质包括所有的计算机可读介质，唯一的例外是暂时性的传播信号。
[0130]可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。以非限制性示例的方式，计算机可读存储介质可以是电、磁、光、电磁、红外、或半导体的系统、装置、或设备或者以上的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的非限制性示例可以包括具有一根或多根线的电连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(R0M)、可擦除可编程只读存储器(EPR0M或闪速存储器)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备、或者上述的任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何可以包含或存储程序的有形介质，该程序被指令执行系统、装置或者设备使用或者与其结合使用。
[0131]以非限制性示例的方式，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波的一部分的传播的数据信号，其中计算机可读的程序代码被体现在其中。这种传播的信号可以采取多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或它们的任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，并且该计算机可读介质可以传送、传播或者传输由指令执行系统、装置或者设备使用或者与其结合使用的程序。
[0132]体现在计算机可读介质上的程序代码可以用任何适当的介质传输，所述介质包括但不限于无线、有线、光纤线缆、RF等等或者它们的任何合适的组合。可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写用于执行各种实施例的方面的操作的计算机程序代码，所述一种或多种编程语言包括面向对象的编程语言一诸如Java、Sma11 taIk、C++等，还包括常规的过程式编程语言一诸如C编程语言或类似的编程语言。程序代码也可以用专用语言编写。程序代码可以完全地在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上执行、作为独立的软件包执行、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者以非限制性示例的方式可以通过利用因特网服务提供商的因特网连接到外部计算机。
[0133]虽然本发明已经相对于本文以示例的方式给出的各种选定的实施例进行了描述，但是鉴于上述教导，众多的变化和修改将对本领域技术人员是显而易见的。因此，应当理解的是，在本说明书所附和支持的权利要求的范围内，本发明可以与具体描述不同地被实践。
【主权项】
1.一种用于与运动模拟系统一起操作的控制系统，所述控制系统包括: 轮廓生成器，所述轮廓生成器提供运动和用于运动的模拟的效果轮廓； 运动控制器，所述运动控制器可与轮廓生成器一起操作，用于提供表示真实运动的虚拟运动以用于真实运动的模拟； 电子传动装置模块，所述电子传动装置模块可与运动控制器一起操作，用于将虚拟轮廓转换成真实轮廓，用于引导致动器的移动，所述致动器可操作以用于根据由轮廓生成器提供的预先选择的轮廓来向平台提供移动； 效果控制器，所述效果控制器可与轮廓生成器一起操作，用于提供表示真实效果以用于真实效果的模拟并且独立于由运动控制器提供的轮廓的虚拟效果；以及 运动规划器，所述运动规划器可与运动控制器和效果控制器一起操作，从而向致动器传输运动和效果的组合。2.如权利要求1所述的控制系统，其中运动控制器包括: 主同步控制凸轮模块，所述主同步控制凸轮模块提供主定时基准信号，用于同步运动平台中的多个致动器当中的每一个的移动信号与来自预编程的轮廓生成器的信号； 运动同步控制凸轮模块，所述运动同步控制凸轮模块可与主同步控制凸轮模块一起操作，用于响应于预先选择的相机帧而将运动数据同步到主凸轮模块； 运动逻辑模块，所述运动逻辑模块可与运动同步控制凸轮模块一起操作，用于监视运动平台的实际位置以及比较运动平台的实际位置与预编程的运动轮廓的运动轮廓帧的虚拟位置； 运动轮廓模块，所述运动轮廓模块可操作以用于比较从预编程的轮廓生成器接收的预编程的运动轮廓与测出的运动轮廓，并且响应于其之间的差异来向运动平台提供调整； 启动/停止凸轮模块，所述启动/停止凸轮模块接收预编程的运动轮廓并向可操作以用于移动运动平台和同步运动平台的移动的多个致动器当中的每一个传输启动信号和停止信号；以及 电子传动装置模块，所述电子传动装置模块可与运动系统的多个致动器当中的每一个一起操作，用于响应于预编程轮廓中的移动的虚拟轴线而动态地调整运动平台中的移动的真实轴线。3.如权利要求2所述的控制系统，还包括重量测量模块，所述重量测量模块可操作用于确定运动模拟系统中运动平台上的重量分布，其中针对与运动平台一起操作以用于向运动平台提供移动的每个电机测量转矩，其中运动平台的重力中心和转动惯量当中的至少一个被确定，并且其中运动轮廓模块基于重力中心提供对重量测量和运动轮廓的修改。4.如权利要求2所述的控制系统，还包括过滤模块，所述过滤模块可与每个电子传动装置模块一起操作，用于调制移动信号，从而提供用于将平台维持在预先选择的运动轮廓内的移动轮廓信号。5.如权利要求1所述的控制系统，其中效果控制器包括: 主同步控制凸轮模块，所述主同步控制凸轮模块提供主定时基准信号，用于同步运动平台中的多个致动器当中的每一个的移动信号与来自预编程的轮廓生成器的信号； 效果同步控制凸轮模块，所述效果同步控制凸轮模块可与主同步控制凸轮模块一起操作，用于响应于预先选择的相机帧而将运动数据同步到主凸轮模块； 效果逻辑模块，所述效果逻辑模块响应于预编程的效果轮廓并可操作以用于确定效果运动库信号何时被需要以用于模拟运动平台的期望的移动；以及 参数变换模块，所述参数变换模块可与效果逻辑模块一起操作，用于解码支配效果类型、效果的幅度和频率的数据信号。6.如权利要求5所述的控制系统，还包括运动效果库模块，所述运动效果库模块可操作用于将来自预编程的效果轮廓的虚拟移动施加到可与所述运动效果库模块一起操作的多个致动器当中的至少一个致动器的真实移动，并且向所述至少一个致动器提供运动效果信号，其中所述多个致动器当中的每一个致动器的真实移动响应于来自效果逻辑模块的信号。7.如权利要求1所述的控制系统，其中运动规划器包括运动规划器模块，所述运动规划器模块可操作用于接收移动轮廓信号和运动效果信号，并将二者合并为用于传输到运动系统致动器的同步的移动信号，用于运动平台根据预编程的运动轮廓的移动。8.如权利要求1所述的控制系统，还包括洗出滤波器模块，所述洗出滤波器模块可与主同步控制凸轮模块一起操作，用于向运动系统中多个致动器当中的每一个致动器提供来自预编程的轮廓的运动信号的过滤，其中高频加速度信号和旋转通过高通过滤被过滤并被积分两次，用于产生期望的运动平台位置和旋转。9.如权利要求8所述的控制系统，其中洗出滤波器模块包括: 增益滤波器，所述增益滤波器可操作以用于平滑表示来自预编程的轮廓生成器的虚拟运动的输入信号，用于提供经调节的信号； 限制器滤波器，所述限制器滤波器接收经调节的信号，用于将由此产生的运动信号限制在表示用于运动平台的运动的物理限制的预设水平内； 高通滤波器，所述高通滤波器接收经调节的信号并允许经调节的信号的高频部分通过，用于经调节的信号的进一步处理； 低通滤波器，所述低通滤波器接收经调节的信号并允许经调节的信号的低频部分通过，用于经调节的信号的进一步处理； Euler模块，所述Euler模块可操作以用于接收经调节的信号并将表示惯性参照系的经调节的信号转换到运动平台参照系，用于向致动器提供颠簸、俯仰和滚转信号；以及 下游频率滤波器，所述下游频率滤波器可在下游操作，用于接收经调节的信号并向致动器提供滚转、俯仰和偏航信号。10.如权利要求9所述的控制系统，还包括隆隆声模块，所述隆隆声模块可操作以用于向致动器提供隆隆声效果。11.一种用于与运动模拟系统一起操作的控制系统，该控制系统包括: 主同步控制凸轮模块，所述主同步控制凸轮模块提供主定时基准信号，用于同步运动平台中的多个致动器当中的每一个致动器的移动信号与来自预编程的轮廓生成器的信号；运动同步控制凸轮模块，所述运动同步控制凸轮模块可与主同步控制凸轮模块一起操作，用于响应于预先选择的相机帧将运动数据同步到主凸轮模块； 运动逻辑模块，所述运动逻辑模块可与运动同步控制凸轮模块一起操作，用于监视运动平台的实际位置以及比较运动平台的实际位置与预编程的运动轮廓的运动轮廓帧的虚拟位置； 运动轮廓模块，所述运动轮廓模块可操作以用于比较从预编程的轮廓生成器接收的预编程的运动轮廓与测出的运动轮廓，并且响应于其之间的差异向运动平台提供调整； 启动/停止凸轮模块，所述启动/停止凸轮模块接收预编程的运动轮廓并向可操作以用于移动运动平台并同步运动平台的移动的多个致动器当中的每一个致动器传输启动/停止信号； 电子传动装置模块，所述电子传动装置模块可与运动系统的多个致动器当中的每一个致动器一起操作，用于响应于预编程的轮廓中的移动的虚拟轴线而动态地调整运动平台中的移动的真实轴线； 效果逻辑模块，所述效果逻辑模块响应于预编程的效果轮廓并可操作以用于确定效果运动库信号何时被需要以用于模拟运动平台的期望的移动； 参数变换模块，所述参数变换模块可与效果逻辑模块一起操作，用于解码支配效果类型、效果的幅度和频率的数据信号；以及 运动规划器模块，所述运动规划器模块可操作用于接收移动轮廓信号和运动效果信号并将二者合并为用于传输到运动系统致动器的同步的移动信号，用于运动平台根据预编程的运动轮廓的移动。12.如权利要求11所述的控制系统，还包括重量测量模块，所述重量测量模块可操作以用于确定运动模拟系统中运动平台上的重量分布，其中针对与运动平台一起操作以用于向运动平台提供移动的每个电机测量转矩，并且其中运动平台的重力中心被确定。13.如权利要求11所述的控制系统，还包括过滤模块，所述过滤模块可与每个电子传动装置模块一起操作，用于调制移动信号，从而提供用于将平台维持在预先选择的运动轮廓内的移动轮廓信号。14.如权利要求11所述的控制系统，还包括运动效果库模块，所述运动效果库模块可操作以用于将来自预编程的效果轮廓的虚拟移动施加到可与所述运动效果库模块一起操作的多个致动器当中的至少一个致动器的真实移动，并且向所述至少一个致动器提供运动效果信号，其中所述多个致动器当中的每一个致动器的真实移动响应于来自效果逻辑模块的信号。15.一种运动模拟系统，包括: 平台； 多个连接器杆，所述多个连接器杆具有可旋转地附接到平台的一个端部以及用于附接到致动器的相对端部； 基部； 多个致动器，所述多个致动器附接到基部，其中每个致动器包括电机/齿轮箱组件以及曲柄臂，其中所述电机/齿轮箱组件具有可与行星齿轮箱一起操作的伺服电机和由此被驱动的轴，所述曲柄臂具有附接到轴以供由此旋转的近端以及可旋转地附接到连接器杆的相对端部的远端；以及 控制器，所述控制器可与多个致动器当中的每一个致动器一起操作以用于控制伺服电机，用于向多个连接器杆当中的至少一个提供预先选择的运动以及因此提供平台的移动，其中所述控制器包括: 轮廓生成器，所述轮廓生成器提供运动和用于运动的模拟的效果轮廓； 运动控制器，所述运动控制器可与轮廓生成器一起操作，用于提供表示真实运动的虚拟运动以用于真实运动的模拟； 电子传动装置模块，所述电子传动装置模块可与运动控制器一起操作，用于将虚拟轮廓转换成真实轮廓，用于引导致动器的移动，其中所述致动器可操作以用于根据由轮廓生成器提供的预先选择的轮廓来向平台提供移动； 效果控制器，所述效果控制器可与轮廓生成器一起操作，用于提供表示真实效果以用于真实效果的模拟并且独立于由运动控制器提供的轮廓的虚拟效果；以及 运动规划器，所述运动规划器可与运动控制器和效果控制器一起操作，从而向致动器传输运动和效果的组合。16.如权利要求15所述的运动模拟系统，其中一个至六个单电机/齿轮箱致动器枢转地连接到平台并且可操作以用于平台的从一个至六个移动自由度的移动。17.如权利要求15所述的运动模拟系统，其中至少一个致动器包括两电机/齿轮箱致动器，所述两电机/齿轮箱致动器包括支撑件，所述支撑件包括与第二支撑件处于隔开关系的第一支撑件，其中第一和第二支撑件当中的每一个从基部大致向上延伸，并且其中电机/齿轮箱组件包括第一和第二电机/齿轮箱组件，第一电机/齿轮箱组件由第一支撑件承载并且第二电机/齿轮箱组件由第二支撑件承载，第一和第二电机/齿轮箱组件协作以驱动曲柄臂。18.如权利要求17所述的运动模拟系统，其中一个至六个二电机/齿轮箱致动器枢转地连接到平台并且可操作以用于平台的从一个至六个移动自由度的移动。19.如权利要求15所述的运动模拟系统，其中至少一个致动器包括四电机/齿轮箱致动器，所述四电机/齿轮箱致动器包括: 第一致动器子组件，所述第一致动器子组件包括与第二支撑件处于隔开关系的第一支撑件，其中第一和第二支撑件当中的每一个从基部大致向上延伸，并且其中电机/齿轮箱组件包括第一和第二电机/齿轮箱组件，第一电机/齿轮箱组件由第一支撑件承载并且第二电机/齿轮箱组件由第二支撑件承载，曲柄臂包括第一和第二曲柄臂； 第一臂构件，所述第一臂构件具有近端，所述近端可旋转地连接到第一曲柄臂的远端； 第二致动器子组件，所述第二致动器子组件包括与第四支撑件处于隔开关系的第三支撑件，其中第三和第四支撑件当中的每一个从基部大致向上延伸，并且其中电机/齿轮箱组件包括第三和第四电机/齿轮箱组件，第三电机/齿轮箱组件由第三支撑件承载并且第四电机/齿轮箱组件由第四支撑件承载； 第二臂构件，所述第二臂构件具有近端，所述近端可旋转地连接到第二曲柄臂的远端；以及 梁，所述梁可旋转地连接到在所述梁上处于隔开位置的第一和第二臂构件的远端，其中梁可旋转地连接到平台。20.如权利要求19所述的运动模拟系统，其中所述四电机/齿轮箱致动器包括三个枢转地连接到平台并可操作以用于平台的从一个至三个移动自由度的移动的四电机/齿轮箱致动器。21.如权利要求15所述的运动模拟系统，其中至少一个致动器包括六电机/齿轮箱致动器，所述六电机/齿轮箱致动器包括: 第一致动器子组件，所述第一致动器子组件包括与第二支撑件处于隔开关系的第一支撑件，其中第一和第二支撑件当中的每一个从基部大致向上延伸，并且其中电机/齿轮箱组件包括第一和第二电机/齿轮箱组件，第一电机/齿轮箱组件由第一支撑件承载并且第二电机/齿轮箱组件由第二支撑件承载，曲柄臂包括第一和第二曲柄臂； 第一臂构件，所述第一臂构件具有近端，所述近端可旋转地连接到第一和第二曲柄臂两者的远端； 第二致动器子组件，所述第二致动器子组件包括与第三支撑件处于隔开关系的第二支撑件，其中第二和第三支撑件当中的每一个从基部大致向上延伸，并且其中电机/齿轮箱组件包括第二和第三电机/齿轮箱组件，第二电机/齿轮箱组件由第二支撑件承载并且第三电机/齿轮箱组件由第三支撑件承载，曲柄臂包括第三和第四曲柄臂； 第二臂构件，所述第二臂构件具有近端，所述近端可旋转地连接到第一和第二曲柄臂两者的远端； 第三致动器子组件，所述第三致动器子组件包括与第六支撑件处于隔开关系的第五支撑件，其中第五和第六支撑件当中的每一个从基部大致向上延伸，并且其中电机/齿轮箱组件包括第五和第六电机/齿轮箱组件，第五电机/齿轮箱组件由第五支撑件承载并且第六电机/齿轮箱组件由第六支撑件承载，曲柄臂包括第五和第六曲柄臂； 第三臂构件，所述第三臂构件具有近端，所述近端可旋转地连接到第五和第六曲柄臂两者的远端；以及 梁，所述梁可旋转地连接到在所述梁上处于隔开位置的第一、第二和第三臂构件当中的每一个的远端。22.如权利要求15所述的运动模拟系统，其中控制器可与每个致动器一起操作，用于在致动器的减速移动期间生成电力，以供在致动器的加速期间使用。23.如权利要求22所述的运动模拟系统，大于净加速度加操作损失的净减速度将能量以伺服电机的选定的相位、电压和频率值转移到公用电源提供商，由此优化由公用电源提供商提供的功率消耗。
【文档编号】F16H21/46GK105939765SQ201480072335
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2014年4月8日
【发明人】D·J·瓦特切尔, S·A·詹姆斯, A·J·科克斯
【申请人】动态集团有限公司