一种六自由度并联动感平台的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种六自由度并联动感平台，包括显示装置、操作平台、上平台、执行机构、下平台、控制系统；显示装置的超窄边框显示屏安装在上平台上，操作平台安装在上平台上；执行机构两端分别安装在上平台和下平台上；控制系统安装在下平台上。本发明结构紧凑，工作灵活可靠，在保证操作者沉浸感和多感知性的前提下大大缩小了整个平台的体积；操作者可根据喜好或者实际情况选择显示方式；能适应不同人群操作，增强了人机交互性；平台重量轻，制造成本低。
【专利说明】
一种六自由度并联动感平台
技术领域
[0001]本发明是一种六自由度的并联动感平台，执行部分由空间曲柄连杆机构组成，它能实现上下、左右、前后的平移和旋转。其体积小巧轻便，造价低廉，响应速度快，运动平稳，操作方便，属于汽车模拟、运动仿真、科学实验技术领域。
【背景技术】
[0002]传统的动感平台中有采用二自由度、三自由度和六自由度的动感平台。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较差，无法与六自由度动感平台相媲美。传统六自由度并联动感平台多采用液压缸或电动缸驱动。但液压系统造价高，不方便维修且易污染环境，电动缸虽相对液压缸有很大改进，但其造价依然很高;传统动感平台的显示装置多采用液晶等显示屏，但操作者视角仍可看到屏幕外的事物，影响了操作者的沉浸感，传动六自由度并联动感平台体积都很笨重，这样不方便运输，不方便维修。因此，传统的六自由度动感平台虽较二自由度和三自由度平台的沉浸感、交互性及多感知性有所提高，但还是受到了限制。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供了一种六自由度并联动感平台，它克服了现有技术中的缺点，增强操作者的沉浸感、多感知性和机构灵活性。
[0004]技术方案:本发明的目的是这样实现的:
[0005]—种六自由度并联动感平台，它包括显示装置1、操作平台2、上平台3、执行机构4、下平台5、控制系统6六部分组成；它们之间的位置连接关系是:显示装置I的超窄边框显示屏7安装在上平台3上，显示装置I的虚拟现实眼镜8戴在操作者的头部;操作平台2安装在上平台3上;执行机构4两端分别安装在上平台3和下平台5上;控制系统6安装在下平台5上。
[0006]所述显示装置I由一块超窄边框显示屏7和虚拟现实眼镜8组成，超窄边框显示屏7通过螺钉固定在上平台3的显示器支架14上，虚拟现实眼镜8戴在操作者的头部，此眼镜可在市面购买，用来模拟游戏等场景，提高操作者的沉浸感。
[0007]所述操作平台2由座椅9、方向盘10、刹车油门离合踏板11、手动挡位12四部分组成，座椅9通过锁钉固定在上平台3的上平台主体13上，方向盘10安装在上平台3的方向盘托15上，可进行转角的调整并锁紧，刹车油门离合踏板11固定在上平台3的上平台主体13上，手动挡位12通过螺钉安装在上平台3的挡位伸出杆18上，可进行高低及转角的调整并锁紧。
[0008]所述上平台3由上平台主体13、显示器支架14、方向盘托15、方向盘托锁紧螺钉16、方向盘托锁紧螺母17、挡位伸出杆18六部分组成，上平台主体13主要由不锈钢管焊接而成，显示器支架14通过螺钉固定在上平台主体13上，方向盘托15通过方向盘托锁紧螺钉16和方向盘托锁紧螺母17固定在上平台主体13上，松开螺母可进行角度的调整，挡位伸出杆18固定在上平台主体13上，可沿上平台主体13钢管上下滑动来调整高度并锁紧，挡位伸出杆18由上部锁紧扣19、下部锁紧扣20、销钉21、锁紧螺柱22、卡扣锁紧螺母23、轴套24、挡位控制钣金25七部分组成，上部锁紧扣19与下部锁紧扣20通过销钉21安装在一起，为不影响其相对转动，上部锁紧扣19与销钉21过盈配合，下部锁紧扣20与销钉间隙配合，锁紧螺柱22安装在销钉21上，轴套24安装在销钉21上，挡位控制钣金25安装在下部锁紧扣20的另一端，可进行角度的调整并锁紧。
[0009]所述执行机构4在六自由度并联动感平台上共有六组，每组分别由关节轴承26、连接杆27、关节轴承固定螺帽28、驱动杆29、电机30五部分组成，关节轴承26固定在连接杆27两端，并通过关节轴承固定螺帽28分别固定在上平台3伸出轴和驱动杆29上，驱动杆29另一端与电机30伸出轴固定，电机30固定在下平台5的下平台主体31上，其中关节轴承可在市面上购买，其作用是电机30的转动通过驱动杆29转换为连接杆27与上平台3固定端的空间运动，从而改变上平台3的位姿。
[0010]所述下平台5由下平台主体31、下平台底座32两部分组成，下平台主体31通过螺钉固定在下平台底座32上，上平台主体31为主要由钢板焊接而成的平台结构，下平台底座32为主要由不锈钢管焊接而成的框架结构。
[0011]所述控制系统6由控制箱33和各类电子元器件组成，控制箱33由钣金组成的盒形结构，外部留有电源线插口、网线插口、电机端航空插头接口、急停插口，各类电子元器件均可市面购买，控制箱33内部安装运动控制卡、驱动器、空气开关、开关电源等元器件。控制系统6安装在下平台5的下平台底座32上，其作用是实现信号转换，驱动电机转角，从而实现控制。
[0012]本发明的工作原理及流程简介如下:
[0013]通电模拟软件运行后，显示装置I将模拟画面显示出来，操作者可根据显示信息操纵操作平台2，如汽车的加速、减速、颠簸、转弯等动作，操作平台将此数据流传递给上位机PC，经过上位机PC的处理转换，一方面上位机PC经数据流处理后传递给运动控制卡，运动控制卡将信号传递给相对应的驱动器，驱动器来控制电机的转动角度，执行机构4将转角转换成连接杆27的空间位置，即可改变上平台3的位姿，另一方面，显示装置把操纵者的操纵信息显示出来，从而操作者可感受模拟画面显示内容的体感。流程图见图1。
[0014]优点及功效:与现有技术相比，本发明一种六自由度并联动感平台的有益效果是:
[0015]1.执行机构采用空间曲柄连杆机构，结构紧凑，工作灵活可靠，在保证操作者沉浸感和多感知性的前提下大大缩小了整个平台的体积。
[0016]2.采用液晶显示屏和虚拟现实眼镜两种显示方式，操作者可根据喜好或者实际情况选择显示方式。
[0017]3.操作平台的刹车油门离合踏板、方向盘等长短或方向可调，能适应不同人群操作，增强了人机交互性。
[0018]4.平台主体大部分由不锈钢管和钣金件焊接而成，在保证强度和刚度的前提下，大大减轻了平台的重量，降低了制造成本。
【附图说明】
[0019]图1为六自由度并联动感平台工作原理流程图。
[0020]图2为六自由度并联动感平台整体图。
[0021 ]图3为六自由度并联动感平台的显示装置整体图。
[0022]图4为六自由度并联动感平台的操作平台整体图。
[0023]图5为六自由度并联动感平台的上平台整体图。
[0024]图6为六自由度并联动感平台的挡位伸出杆整体图。
[0025]图7为六自由度并联动感平台的执行机构整体图。
[0026]图8为六自由度并联动感平台的下平台整体图。
[0027]图中:1-显示装置2-操作平台3-上平台4-执行机构5-下平台
[0028]6-控制系统7-超窄边框显示屏 8-虚拟现实眼镜
[0029]9-座椅10-方向盘11-刹车油门离合踏板
[0030]12-手动挡位13-上平台主体14-显示器支架[0031 ] 15-方向盘托 16-方向盘托锁紧螺钉
[0032]17-方向盘托锁紧螺母18-挡位伸出杆19-上部锁紧扣
[0033]20-下部锁紧扣21-销钉22~|贺紧螺柱23-卡扣锁紧螺母
[0034]24-轴套25-挡位控制钣金 26-关节轴承
[0035]27-连接杆28-关节轴承固定螺帽29-驱动杆
[0036]30-电机31-下平台主体32-下平台底座
[0037]33-控制箱
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0039]本发明的总体结构如图1至图8所示。
[0040]—种六自由度并联动感平台，它包括显示装置1、操作平台2、上平台3、执行机构4、下平台5、控制系统6六部分组成；它们之间的位置连接关系是:显示装置I的超窄边框显示屏7安装在上平台3上，显示装置I的虚拟现实眼镜8戴在操作者的头部;操作平台2安装在上平台3上;执行机构4两端分别安装在上平台3和下平台5上;控制系统6安装在下平台5上。
[0041]所述显示装置I由一块超窄边框显示屏7和虚拟现实眼镜8组成，超窄边框显示屏7通过螺钉固定在上平台3的显示器支架14上，虚拟现实眼镜8戴在操作者的头部。操作平台2由座椅9、方向盘1、刹车油门离合踏板11、手动挡位12四部分组成，座椅9通过锁钉固定在上平台3的上平台主体13上，方向盘10安装在上平台3的方向盘托15上，可进行转角的调整并锁紧，刹车油门离合踏板11固定在上平台3的上平台主体13上，手动挡位12通过螺钉安装在上平台3的挡位伸出杆18上，可进行高低及转角的调整并锁紧。上平台3由上平台主体13、显示器支架14、方向盘托15、方向盘托锁紧螺钉16、方向盘托锁紧螺母17、挡位伸出杆18六部分组成，上平台主体13主要由不锈钢管焊接而成，显示器支架14通过螺钉固定在上平台主体13上，方向盘托15通过方向盘托锁紧螺钉16和方向盘托锁紧螺母17固定在上平台主体13上，松开螺母可进行角度的调整，挡位伸出杆18固定在上平台主体13上，可沿上平台主体13钢管上下滑动来调整高度并锁紧，挡位伸出杆18由上部锁紧扣19、下部锁紧扣20、销钉21、锁紧螺柱22、卡扣锁紧螺母23、轴套24、挡位控制钣金25其部分组成，上部锁紧扣19与下部锁紧扣20通过销钉21安装在一起，为不影响其相对转动，上部锁紧扣19与销钉21过盈配合，下部锁紧扣20与销钉间隙配合，锁紧螺柱22安装在销钉21上，轴套24安装在销钉21上，挡位控制钣金25安装在下部锁紧扣20的另一端，可进行角度的调整并锁紧。执行机构由关节轴承26、连接杆27、关节轴承固定螺帽28、驱动杆29、电机30五部分组成，关节轴承26固定在连接杆27两端，并通过关节轴承固定螺帽28分别固定在上平台3伸出轴和驱动杆29上，驱动杆29另一端与电机30伸出轴固定，电机30固定在下平台5的下平台主体31上，其中关节轴承可在市面上购买。下平台5由下平台主体31、下平台底座32两部分组成，下平台主体31通过螺钉固定在下平台底座32上，上平台主体31为主要由钣金焊接而成的平台结构，设有电机安装孔;下平台底座32为主要由不锈钢管焊接而成的框架结构。控制系统6由控制箱和各类电子元器件组成，控制箱外部留有电源线插口、网线插口、电机端航空插头接口、急停插口，各类电子元器件均可市面购买，控制箱33内部安装运动控制卡、驱动器、空气开关、开关电源等元器件，控制系统6安装在下平台5的下平台底座32上，其作用是实现信号转换，驱动电机转角，从而实现控制。
[0042]通电前先要确保每个电机都在机械零位，具体检查办法是驱动杆29—端与下平台主体31电机安装孔下部伸出杆相触。
[0043]通电后，上位机控制每个电机要回计算零位，即每个电机都转动90°角，模拟软件运行，显示装置I将模拟画面显示出来，操作者可根据显示信息操纵操作平台2，如汽车的加速、减速、颠簸、转弯等动作，操作平台将此数据流传递给上位机PC，经过上位机PC的处理转换，一方面上位机PC经数据流处理后传递给运动控制卡，运动控制卡将信号传递给相对应的驱动器，驱动器来控制电机的转动角度，执行机构将转角转换成各杆件的伸长量，即可改变上平台3的位姿，另一方面，显示装置把操纵者的操纵信息显示出来，从而操作者可感受模拟画面显示内容的体感。
[0044]当软件运行结束后，执行机构的电动缸回落到最低点，之后便可关闭外部电源。
[0045]以上参照附图对本发明的描述是示意性的，没有限制性，本领域的技术人员应该能够理解，在实际实施中，本发明中各构件的形状和布局方式均可能发生某些改变;而在本发明的启示下，其他人员也可以做出与本发明相似的设计或对本发明做出修改以及某个构件的等同替换。特别需要指出的是，只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的改变以及具有等同替换的相似设计，均包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种六自由度并联动感平台，其特征在于:它包括显示装置(I)、操作平台(2)、上平台(3)、执行机构(4)、下平台(5)、控制系统(6);它们之间的位置连接关系是:显示装置(I)的超窄边框显示屏(7)安装在上平台(3)上，操作平台(2)安装在上平台(3)上;执行机构(4)两端分别安装在上平台(3)和下平台(5)上;控制系统(6)安装在下平台(5)上； 所述显示装置(I)由一块超窄边框显示屏(7)和虚拟现实眼镜(8)组成，超窄边框显示屏(7)通过螺钉固定在上平台(3)的显示器支架(14)上，虚拟现实眼镜(8)戴在操作者的头部； 所述操作平台(2)由座椅(9)、方向盘(10)、刹车油门离合踏板(11)、手动挡位(12)四部分组成，座椅(9)固定在上平台(3)的上平台主体(13)上，方向盘(10)安装在上平台(3)的方向盘托(15)上，可进行转角的调整并锁紧，刹车油门离合踏板(11)固定在上平台(3)的上平台主体(13)上，手动挡位(12)通过螺钉安装在上平台(3)的挡位伸出杆(18)上，可进行高低及转角的调整并锁紧； 所述上平台(3)由上平台主体(13)、显示器支架(14)、方向盘托(15)、方向盘托锁紧螺钉(16)、方向盘托锁紧螺母(17)、挡位伸出杆(18)六部分组成，显示器支架(14)通过螺钉固定在上平台主体(13)上，方向盘托(15)通过方向盘托锁紧螺钉(16)和方向盘托锁紧螺母(17)固定在上平台主体(13)上，挡位伸出杆(18)固定在上平台主体(13)上，可沿上平台主体(13)钢管上下滑动来调整高度并锁紧； 所述执行机构(4)在六自由度并联动感平台上共有六组，每组分别由关节轴承(26)、连接杆(27)、关节轴承固定螺帽(28)、驱动杆(29)、电机(30)五部分组成，关节轴承(26)固定在连接杆(27)两端，并通过关节轴承固定螺帽(28)分别固定在上平台(3)伸出轴和驱动杆(29)上，驱动杆(29)另一端与电机(30)伸出轴固定，电机(30)固定在下平台(5)的下平台主体(31)上； 所述下平台(5)由下平台主体(31)、下平台底座(32)两部分组成，下平台主体(31)通过螺钉固定在下平台底座(32)上； 所述控制系统(6)由控制箱(33)和电子元器件组成，控制箱(33)由钣金组成的盒形结构，外部留有电源线插口、网线插口、电机端航空插头接口、急停插口，控制箱(33)内部安装运动控制卡、驱动器、空气开关、开关电源；控制系统(6)安装在下平台(5)的下平台底座(32)上。2.根据权利要求1所述的一种六自由度并联动感平台，其特征在于:所述的挡位伸出杆(18)由上部锁紧扣(19)、下部锁紧扣(20)、销钉(21)、锁紧螺柱(22)、卡扣锁紧螺母(23)、轴套(24)、挡位控制钣金(25)七部分组成，上部锁紧扣(19)与下部锁紧扣(20)通过销钉(21)安装在一起，其中，上部锁紧扣(19)与销钉(21)过盈配合，下部锁紧扣(20)与销钉间隙配合，锁紧螺柱(22)安装在销钉(21)上，轴套(24)安装在销钉(21)上，挡位控制钣金(25)安装在下部锁紧扣(20)的另一端，可进行角度的调整并锁紧。
【文档编号】G09B9/04GK106057015SQ201610373911
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】谢峰, 胡磊, 于晓亮, 张小娟, 徐晓军, 姚兴华
【申请人】北京航空航天大学