一种基于微型作动器阵列的地理形貌三维模拟系统

本实用新型属于三维模拟领域，具体涉及一种基于微型作动器阵列的地理形貌三维模拟系统。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，地理形貌三维模拟系统越来越多地应用于军事、教学、工业、娱乐等多个领域，较之平面展示更加直观且易于理解，互动性也更强。目前的三维形态模拟系统研究主要集中在计算机与光电领域，虽然能全方位地展示主体效果，但价格昂贵，对场地和光线要求比较高，观看到的立体效果受到观察角度的影响，并且不能应用于大面积三维模拟。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于微型作动器阵列的地理形貌三维模拟系统，实现大面积地形三维模拟。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种基于微型作动器阵列的地理形貌三维模拟系统，仿照屏幕像素点显示原理划分格点，在每个格点设置微型作动器形成微型作动器阵列；所述模拟系统还包括基座，限位装置，控制器和上位机；

基座内针对每个作动器安装限位装置，用于对每个作动器的上限位置和下限位置进行限位，每个作动器均与控制器连接，上位机将高度信息传送给控制器，使得作动器升降到相应的位置，实现了地理形貌的三维模拟。

进一步的，所述作动器包括升降杆，推杆，丝杠，驱动芯片和微型步进电机；

所述升降杆为空心结构，升降杆的内部的中下部通过升降杆的阶梯孔过盈配合有推杆，所述推杆为空心结构，推杆内设有丝杠，且推杆底部设有螺纹孔与丝杠螺纹配合；所述微型步进电机的输出轴与丝杠连接，所述驱动芯片接收控制器传递的脉冲信号并驱动微型步进电机转动。

进一步的，所述基座包括安装基座，所述安装基座内设有推杆安装孔，推杆安装孔上加工半圆形凸起作为导轨，所述推杆侧面加工有半圆形导槽与导轨配合，使得推杆在推杆安装孔内只能上下滑动。

进一步的，还包括驱动板，所述驱动芯片与微型步进电机分别焊接在驱动板两面，所述安装基座底面加工凸台，驱动板通过凸台定位，通过内六角螺钉与之固定。

进一步的，所述限位装置包括永磁体和干簧管；

所述永磁体过盈配合镶嵌在推杆侧面下端，所述干簧管通过安装基座上的安装孔定位，通过过盈配合固定；在安装孔附近打通线孔，干簧管两端金属丝弯折插入通线孔。

进一步的，还包括投影仪，所述投影仪设置在安装在微型作动器阵列上方，将经过处理的平面地形图色块投射到升降杆上端面。

上述三维模拟系统的用途，用于形态模拟，地形分析，作战规划，城市规划或环境治理。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)结构简单，环境适应性好；本实用新型通过机械式三维模拟，不涉及光电和虚拟现实等复杂领域，不受场地、光线和观测角度影响，实现了低成本、高环境适应性的效果。

(2)互动性强；本实用新型通过芯片通信技术，使该系统可以根据上位机传递的数据信息改变所模拟的地形，增强了人机的互动性。

(3)可用于大面积三维模拟；本实用新型通过机械三维模拟与平面投影的结合，打破了光电虚拟现实技术只能应用于小面积三维模拟的桎梏，可以实现大面积地理形貌的三维模拟。

(4)可靠性强；本实用新型通过永磁体触发干簧管设置限位开关，以防止升降杆超出运行范围造成事故，提高了系统的可靠性。

(5)方便检修；本实用新型以单元的形式进行设计，每个单元之间相对独立，并且为容易损坏的零部件设置了检修通道，为日后的维护和检修提供了方便。

附图说明

图1为本实用新型的三维模拟系统总体结构示意图。

图2为本实用新型的基座横截面局部剖面图。

图3为图2中的a-a面的作动器局部剖视图。

图4为图2中的b-b面的干簧管安装剖视图。

图5为驱动板与基座连接示意图。

附图标记说明：

1-升降主体，2-基座，3-驱动单元，4-投影仪，5-升降杆，6-推杆，7-丝杠，8-永磁体，9-驱动芯片，10-微型步进电机，11-驱动板，12-安装基座，13-干簧管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型目主要构思：仿照屏幕像素点显示原理划分格点，在每个格点设置微型作动器形成阵列。阵列尺寸依据实际应用尺寸设计，为了达到更好的模拟效果，作动器单元尺寸取10mm*10mm到16mm*16mm，每个阵列单元中的作动器单元个数在100到256个之间。通过上位机将高度信息传递给控制器，通过驱动芯片使升降杆上升到指定高度，实现三维模拟。当复位时，所有升降杆恢复到原点位置，等待下一个高度信号。通过投影仪将处理过的平面地形图色块投影到升降杆上端面以着色。

一种微型作动器阵列主要包括升降主体1、基座2、驱动单元3和投影仪4。

升降主体1主要有升降杆5、推杆6、丝杠7、永磁体8。

所述升降杆5与推杆6通过过盈配合连接，通过升降杆5内部的阶梯孔定位；所述推杆6底端加工螺纹孔，与丝杠7啮合，支撑升降杆5使其不能随意上下滑动；永磁体8过盈配合镶嵌在推杆6侧面下端。

驱动单元主要有驱动芯片9、微型步进电机10、驱动板11。

所述驱动芯片9与微型步进电机10焊接在驱动板11上，微型步进电机10通过轴端直口定位。

基座主要有安装基座12(固定)、干簧管13。

所述干簧管13通过安装基座12上的安装孔定位，通过过盈配合固定；在安装孔附近打通线孔，干簧管两端金属丝弯折插入通线孔，方便走线。

所述投影仪4安装在微型作动器阵列上方，将经过处理的平面地形图色块投射到升降杆5上端面。

所述推杆6中间挖空以减小质量，侧面加工有半圆形导槽，安装基座12的推杆安装孔上加工半圆形凸起作为导轨，限制二者之间的相对转动，保证二者之间只有相对滑动。

所述安装基座12底面加工凸台，驱动板11通过凸台定位，通过内六角螺钉与之固定。

所述微型步进电机10的输出轴与丝杠7通过过盈配合联接。

本文微型作动器阵列各单元结构原理相同，现以其中一个单元为例进行具体操作说明。

通过上位机传递信号，将高度信息传递给控制器，控制器输出指定时间或数量的脉冲信号给驱动芯片9，驱动微型步进电机10正转带动丝杠7转动，推杆6受到自身导槽与安装基座12的导轨限制无法随之一起转动，二者形成相对转动，推杆6相对丝杠7上升，带动升降杆5上升到指定高度并保持，通过阵列实现三维形态模拟。上升过程中，当推杆底部的永磁体8到达安装基座12上部的干簧管13位置时，触发上限位开关，微型步进电机10停止转动，升降杆5到达上极限位置。

上位机传递反转信号给控制器，控制驱动芯片9，微型步进电机10反转，升降杆5与推杆6下降，直到永磁体8到达安装基座12底部的干簧管13位置，触发下限位开关，微型步进电机10停止转动，升降杆5到达下极限位置，即原点，实现复位。

当需要着色时，通过投影仪4将处理过的平面地形图色块投射到升降杆5上表面，给升降杆5着色。