专利名称：四轴平衡器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种训练装置，尤其涉及一种训练自我平衡能力的四轴平衡器。
技术背景载人飞船虽然可靠性很高，但仍然存在失控的可能性。飞船一旦失控，宇航员的适应能力，自我平衡能力以及在最危险的时刻的生存信心，是决定飞船系统生死存亡的关键。现有的自我平衡能力的训练装置都是针对少数宇航员的，设备高级、成本昂贵，不能面对普通群众，因此普通群众无法得知自己在三维空间中的思维意识清晰度和身体平衡能力。
发明内容
本实用新型是试图通过一个简单的装置，让普通群众在三维空间旋转过程中体验宇航员、飞行员工作的艰苦性及复杂性，同时了解自己在三维空间中的思维意识清晰度和身体平衡能力。
本实用新型采取的技术措施是一种四轴平衡器，其特点是，包括一对支架、两个相互套设的内外环、手柄、以及一座椅；所述的支架相向固定在场地上；所述的外环的水平两侧各固连一转轴的一端，各转轴的另一端可转动的设在各自对应的支架上；所述的内环的垂直两侧各固连一转轴的一端，各转轴的另一端可转动的与外环的垂直两侧连接；所述的座椅的底部固连一轴承套，该轴承套套设在与内环的内面连接的轴上
所述的手柄设在一侧支架外，其通过连接轴与支架该侧设置的连接外环的转轴固连。
上述四轴平衡器，其中，还包括一语音系统，该语音系统包括一电源、一音放电路、一喇叭以及两话筒。
上述四轴平衡器，其中，还包括一半球形屋帷及一三维投影装置，所述的半球形屋帷罩盖在设置四轴平衡器的活动场地上，所述的三维投影装置投影模仿宇宙天系的景况在半球形屋帷内壁。
一种四轴平衡器，其特点是，包括一对支架、两个相互套设的内外环、手柄、一座椅、一电机传动机构、以及一控制电路；所述的支架相向固定在场地上；所述的外环的水平两侧各固连一转轴的一端，各转轴的另一端可转动的设在各自对应的支架上；所述的内环的垂直两侧各固连一转轴的一端，各转轴的另一端可转动的与外环的垂直两侧连接；所述的座椅的底部固连一轴承套，该轴承套套设在与内环的内面连接的轴上；所述的手柄设在一侧支架外，其通过连接轴与支架该侧设置的连接外环的转轴固连；所述的电机传动机构设在一侧支架的内部，由控制电路控制运转，其包括一电源开关、一电机、一对齿轮、一传动链，所述的电源开关连接在电机与电源之间；所述的一对齿轮中下齿轮与电机的输出轴固连，上齿轮与该侧支架内设置的转轴固连；所述的传动链连接在上下齿轮之间。
上述四轴平衡器，其中，所述的控制电路主要由编码器构成。
上述四轴平衡器，其中，还包括一由220V交流电转变为24V直流电的电磁离合器和电磁铁专用电源。
上述四轴平衡器，其中，还包括至少一对电磁铁，该电磁铁安装在外环与内环之间，位置相对，其与直流专用电源组成回路。
上述四轴平衡器，其中，还包括一语音系统，该语音系统包括一电源、一音放电路、一喇叭以及两话筒。
上述四轴平衡器，其中，还包括一半球形屋帷及一三维投影装置，所述的半球形屋帷罩盖在设置四轴平衡器的活动场地上，所述的三维投影装置投影模仿宇宙天系的景况在半球形屋帷内壁。
由于本实用新型采用了以上的技术方案，内外环相套，因此在空间中形成两个旋转自由度，再加上内环上旋转安置座椅，当转动手柄或启动电机传动机构后，驱动外环转动，外环转动后因重心的偏移再带动内环及座椅的转动，由此模仿了载人飞船在失控状态下的情景。
本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图进一步给出。
图1是本实用新型一种实施例的整体结构主视图。
图2是图1中的A-A剖视图。
图3是图1中B-B剖视图。
图4是本实用新型另一种实施例的一侧支架的部分剖视图。
图5是本实用新型图4实施例的控制电路原理图。
图6是本实用新型的动作原理流程图。
图7是本实用新型的动作效果示意图。
具体实施方式
请参阅图1、图2。本实用新型四轴平衡器，包括一对支架11、12、两个相互套设的内外环13、14、手柄15、以及一座椅16；支架11、12相对固定在场地D上；外环14的水平两侧各固连一转轴17，各转轴17通过各自一侧的支架上设置的轴承而可转动的设在两支架之间。座椅16的底部通过轴承套与固连内环内面的转轴转动连接；手柄15设在支架11外侧，其通过连接轴151与该支架上设置的连接外环的转轴17固连。
请参见图3。在外环14的上下相对部位各固设一转轴18，该转轴18的另端通过设在内环13相对位置的轴承上的轴承孔131与外环之间可转动的连接。
本实用新型的工作原理是由于本实用新型装置由内、外两个圆环及座椅组成，内环上有一对转轴套住外环，外环再用转轴固定在一对支架上，两对转轴相互垂直或稍有倾斜，因此形成空间中两个旋转自由度(请配合参见图7)。在内环上安置座椅，可供参与者就坐。当有外力摇动手柄，则由连着手柄的上齿轮的连接轴带动与其连接的外环旋转；当外环旋转后，因重心的偏移带动了内环及座椅的转动，因此，内环及座椅的转动是随机无控制的。只有当外环停止，内环及座椅在重力的作用下才能慢慢的停止晃动。
为使产生更加直观的效果，本实用新型四轴平衡器还包括一半球形屋帷及一三维投影装置(未图示)，所述的半球形屋帷罩盖在活动场地上，三维投影装置投影模仿宇宙天系的景况在半球形屋帷内壁。另外，还包括一语音系统，该语音系统包括一音放电路、一喇叭、以及由管理员和参与者各人所持的两话筒。
请参见图4。这是本实用新型的另一实施例的一侧支架的部分剖视图。该实施例基本结构与图1实施例相同，其除包括一对支架、两个相互套设的内外环、手柄、一座椅外，还包括一电机传动机构19，该电机传动机构19设在一侧支架11的内部，其包括一电源开关191、一带减速器的电机192、一对齿轮193、194、一传动链195。电源开关191连接在电机与电源之间；一对齿轮193、194中下齿轮193与电机192的输出轴固连，上齿轮194与该侧支架内设置的转轴17固连；传动链195连接在上、下齿轮之间。
为保证安全，本实用新型四轴平衡器在外环与内环之间(也可增加在内环与座椅之间)安装一电磁铁2(请配合参见图7)，其相互串联后与电源开关组成的回路。电磁铁通电后相互吸引，锁住外环与内环、内环与座椅之间的运动。
电机传动机构与电磁铁是互补的，电机传动机构工作，电磁铁不工作，电机传动机构不工作电磁铁工作。
请参阅图5，这是本实用新型图4另一实施例的控制电路原理图。该实施例的控制电路主要由编码器A1构成，该实施例中编码器A1的通过15脚将开关信号输入，通过1U、1V、1W、2U、2V、2W脚将电源开关K1连接在电源L、N之间，其16、10脚与电机连接，其11、54脚输出旋转速度。该电路中还有一交直流变换电路，通过开关K2将交流电220V变换为24V/3A和24/15A两组直流电源分别控制电磁铁离合器(输出端子的19、20脚)和电磁铁(输出端子的23、24脚)工作。另外，还通过开关K3连接电源控制语音系统工作(输出端子的21、22脚)。
为使产生更加直观的效果，本实用新型四轴平衡器还包括一半球形屋帷及一三维投影装置(未图示)，所述的半球形屋帷罩盖在活动场地上，三维投影装置投影模仿宇宙天系的景况在半球形屋帷内壁。另外，还包括一语音系统，该语音系统包括一音放电路、一喇叭、以及由管理员和参与者各人所持的两话筒。
语音系统和开关系统直接对坐在四轴平衡器上的参与者进行简单的智力测试。机上设有三个开关，观众回答问题后通过操作开关进入下一轮回答。系统也可根据观众开关的选择评定观众回答正确与否。如首先播放一段录音女士们，先生们，首先祝贺你们通过火箭运载系统顺利抵达太空，成为一名宇航员，你们所处的位置高度…，经度…，纬度…。为了确保太空飞行正常进行，地面控制系统将对你们进行一次心理测试请配合回答如下问题…。整个过程可以通过扩音系统对外播放，激发观众热情。
请参阅图6，这是本实用新型图4实施例的动作原理图。
由于本实用新型装置由内、外两个圆环及座椅组成，内环上有一对转轴套住外环，外环再用转轴固定在一对支架上，两对转轴相互垂直或稍有倾斜，因此形成空间中两个旋转自由度(请配合参见图7)。在内环上安置座椅，可供参与者就坐。当参与者就坐后，按下开关K2，松开电磁铁离合器和电磁铁，然后打开开关K1，启动电机传动机构，则由电机传动机构上齿轮的连接轴带动与其连接的外环旋转；当外环旋转后，因重心的偏移带动了内环及座椅的转动，因此，内环及座椅的转动是随机无控制的。该过程中可打开开关K3进行人机对话。当停止时关闭开关K1，关闭开关K2，锁定电磁铁，旋转停止，参与者下机，整个过程完毕。
本实用新型具有如下的特点1.既可电动驱动工作，也可通过手柄手动操作，对环境要求低；2.电机传动机构与电磁铁互锁，保证定位正确，上下客方便、安全；3.设置人机对话系统，测试与训练相结合，效果逼真。
权利要求1.一种四轴平衡器，其特征在于，包括一对支架、两个相互套设的内外环、手柄、以及一座椅；所述的支架相向固定在场地上；所述的外环的水平两侧各固连一转轴的一端，各转轴的另一端可转动的设在各自对应的支架上；所述的内环的垂直两侧各固连一转轴的一端，各转轴的另一端可转动的与外环的垂直两侧连接；所述的座椅的底部固连一轴承套，该轴承套套设在与内环的内面连接的轴上；所述的手柄设在一侧支架外，其通过连接轴与支架该侧设置的连接外环的转轴固连。
2.根据权利要求1所述的四轴平衡器，其特征在于，还包括一语音系统，该语音系统包括一电源、一音放电路、一喇叭以及两话筒。
3.根据权利要求1所述的四轴平衡器，其特征在于，还包括一半球形屋帷及一三维投影装置，所述的半球形屋帷罩盖在设置四轴平衡器的活动场地上，所述的三维投影装置投影模仿宇宙天系的景况在半球形屋帷内壁。
4.一种四轴平衡器，其特征在于，包括一对支架、两个相互套设的内外环、手柄、一座椅、一电机传动机构、以及一控制电路；所述的支架相向固定在场地上；所述的外环的水平两侧各固连一转轴的一端，各转轴的另一端可转动的设在各自对应的支架上；所述的内环的垂直两侧各固连一转轴的一端，各转轴的另一端可转动的与外环的垂直两侧连接；所述的座椅的底部固连一轴承套，该轴承套套设在与内环的内面连接的轴上；所述的手柄设在一侧支架外，其通过连接轴与支架该侧设置的连接外环的转轴固连；所述的电机传动机构设在一侧支架的内部，由控制电路控制运转，其包括一电源开关、一电机、一对齿轮、一传动链，所述的电源开关连接在电机与电源之间；所述的一对齿轮中下齿轮与电机的输出轴固连，上齿轮与该侧支架内设置的转轴固连；所述的传动链连接在上下齿轮之间。
5.根据权利要求4所述的四轴平衡器，其特征在于，所述的控制电路主要由编码器构成。
6.根据权利要求4所述的四轴平衡器，其特征在于，还包括一由220V交流电转变为24V直流电的电磁离合器和电磁铁专用电源。
7.根据权利要求4所述的四轴平衡器，其特征在于，还包括至少一对电磁铁，该电磁铁安装在外环与内环之间，位置相对，其与直流专用电源组成回路。
8.根据权利要求4所述的四轴平衡器，其特征在于，还包括一语音系统，该语音系统包括一电源、一音放电路、一喇叭以及两话筒。
9.根据权利要求4所述的四轴平衡器，其特征在于，还包括一半球形屋帷及一三维投影装置，所述的半球形屋帷罩盖在设置四轴平衡器的活动场地上，所述的三维投影装置投影模仿宇宙天系的景况在半球形屋帷内壁。
专利摘要本实用新型公开了一种四轴平衡器，其特点是，包括一对支架、两个相互套设的内外环、手柄、一座椅，还可包括一电机传动机构；支架固定在场地上；外环的水平两侧各通过一转轴连接在两支架之间；内环的垂直两侧各通过一转轴与外环的垂直两侧连接；座椅的底部通过转轴连接在内环的内面；手柄设在一侧支架外与连接外环的转轴固连；电机传动机构设在一侧支架的内部，其包括一电源开关、一电机、一对齿轮、一传动链；下齿轮与电机的输出轴固连，上齿轮与支架内设置的转轴固连；传动链连接在上下齿轮之间。当转动手柄或启动电机传动机构后，驱动外环转动，外环转动后因重心的偏移再带动内环及座椅的转动，由此模仿了载人飞船在失控状态下的情景。
文档编号A63G23/00GK2749532SQ200420110529
公开日2006年1月4日 申请日期2004年12月1日 优先权日2004年12月1日
发明者胡学增, 梁兆正, 许永顺, 吴忠义, 聂承国 申请人:上海科技馆