一种悬臂式两自由度载人平台装置的制作方法

本发明涉及一种悬臂式两自由度载人平台装置，其特点是可以做左右360°的旋转运动和前后110°的前后翻滚运动。可对两个伺服电机进行编程完成前后、左右翻滚的复合运动，可以用来模拟运动以及娱乐设备。该载人设备属于智能机械设备领域。

技术背景

近年来，多自由度运动平台装置活跃在国内外各大展览会中，以其较好的操作体验性能，可以作为研究多自由度运动的媒介，也可作为大型娱乐设备。其中作为仿真驾驶工具，多自由度载人平台可以锻炼孩子的方向感及驾驶技术，在提高儿童的手、眼、脑感知能力的同时又不失趣味性，目前正受到越来越多年轻中国父母的青睐。多自由度平台在全面模拟汽车等的功能，这一特点正好迎合了玩具行业“朝仿真成年人用品趋势发展”的趋势。

多自由度平台作为高新科技产品，具有重要的研究价值，在市场潜力巨大的娱乐设备行业，多自由度平台装置正释放出惊人的消费能力，随着全球经济从金融危机中逐渐复苏，其在整个机械工业的比例还将不断增加。

两自由度载人平台可应用于游乐设备中的模拟驾驶，主要通过操作手柄控制两个伺服电机，形成符合的二自由度运动，带给人们震撼的立体体验，产品适用年龄阶段大——满足一定的身高、年龄要求均可体验。典型代表有环球荧幕。

技术实现要素：

本发明目的在于针对已有技术的不足，提出了一种悬臂式两自由度载人平台装置，采用悬臂结构，实现横向的360°旋转运动和前后约110°的翻转运动，既可用来模拟研究两自由度运动形式，也可作为游乐设备。

为达到上述目的，本发明的构思是：

装置启动后，通过伺服电机1带动减速机驱动主动同步带轮，主动同步带轮通过免键胀套与减速机的输出轴连接传递扭矩，从动同步带轮通过免键胀套连接悬臂轴的末端传递扭矩，悬臂轴套在圆锥滚子轴承1的内圈上，旋转轴的前端通过螺钉连接悬臂的末端。悬臂为槽型结构，悬臂的两个侧面上有轴承座安装孔，螺旋反齿减速机安装在悬臂上，与悬臂的安装方向垂直，螺旋反齿减速机带两端输出轴。输出轴上套有圆锥滚子轴承，轴承安装在轴承座内，连接轴套的一端将轴承座的一段顶住，另一端与前后翻转两侧板用螺钉连接，通过键传递扭矩。两个伺服电机各自运行，各自实现预定的旋转角度，从而复合形成两自由度旋转。

根据上述发明的新构思，本发明采用的技术方案如下：

一种新型的两自由度载人平台装置。它包括：底部支架、伺服电动机、悬臂、伺服电机、座椅以及座椅两侧的侧板左侧板和右侧板。其特征在于：所述底部支架上固定安装伺服电动机，伺服电动机通过一个第一减速传动机构联接传动一根旋转轴；所述旋转轴固定连接悬臂，悬臂上安装伺服电机，伺服电机通过一个第二减速传动机构联接传动座椅左右两侧的侧板左侧板和右侧板；所述伺服电动机经第一减速传动机构驱动旋转轴作360°旋转运动，带动悬臂作360°旋转运动；所述伺服电机通过第二减速传动机构联接传动座椅左右两侧的左侧板和右侧板作给定角度转动，保证人的安全；

上述平台装置中，其特征在于：所述底座支架的底部安装有地脚，底座支架的横梁上安装有安装板，所述第一减速传动机构是：安装板上端安装一个摆线针轮减速机和一个悬臂支撑架，摆线针轮减速机的输入端与伺服电机连接，输出端通过一个免键胀套与一个主动同步带轮胀紧连接，旋转轴末段通过一个免键胀套与一个从动同步带轮胀紧连接，主动同步带轮与从动同步带轮通过一个同步带实现同步传动，并通过安装在一个与安装板固定连接张紧轮支架上的张紧轮来张紧，轴承套筒安装在一个固定连接于安装板的悬臂支撑架上，一个轴承套筒内安装有一对圆锥滚子轴承，所述旋转轴套在轴承内，旋转轴的前端与悬臂螺钉连接；工作原理：所述伺服电机驱动摆线针轮减速机输出轴旋转，摆线针轮减速机的输出轴与主动同步带轮之间用免键胀套胀紧连接，从动同步带轮通过免键胀套与旋转轴胀紧连接，通过同步带传动，进一步达到降低速度，增大转矩的效果；旋转轴与悬臂螺钉连接，可做360°旋转；

上述平台装置中，其特征在于：所述第二减速传动机构是：所述悬臂上安装有一个螺旋反齿减速机，伺服电机安装在螺旋反齿减速机上，螺旋反齿减速机的两侧输出轴上各安装有一个圆锥滚子轴承，该两个轴承分别安装在两个轴承座内，该两个轴承座通过螺钉连接固定安装在悬臂的两侧面上，两个连接轴套分别套在两端输出轴上，两个连接轴套用螺钉连接固定在带键槽左侧板和右侧板上，一个座椅支撑架固定连接在左侧板和右侧板上，左侧板和右侧板通过一根侧板支撑杆通过螺钉连接固定防滑；座椅支撑架通过螺钉连接固定安装在左侧板和右侧板上，为两边对称结构，座椅安装架焊接在座椅支撑架上；工作原理：所采用的减速机为螺旋反齿减速机，相对于同类型的蜗轮蜗杆减速机体积更小，额定转矩更大，螺旋反齿减速机安装在悬臂的槽内，两侧输出轴穿过轴承座-轴承安装，轴承座通过螺钉连接固定在悬臂两侧面上，连接轴套螺钉连接固定在两侧板上，并与侧板一起套在螺旋反齿减速机的输出轴上，输出轴末端面用拧上螺钉防止两侧板脱落，伺服电机驱动螺旋反齿减速机带动两侧板做一定角度的翻转，伺服电机将驱动两侧侧板做一定角度（约110°）的前后翻转。

除此之外，因为悬臂在做左右横滚和前后翻滚时，具有较大的惯性，为防止可能产生的安全问题，本发明，配有启动停止，紧急停止按钮，及相对应的指示灯，在外围布置还配有用以防止进入的安全护栏。

本发明的两自由度载人平台装置与现有专利比较，具有如下显而易见的突出性特点和显著技术进步：相对于其他实现前后翻滚的连杆机构，能够更加简便的实现两自由度运动；通过在螺旋反齿减速机两端输出轴上安装圆锥滚子轴承，能够有效避免因负载过大而引起的使轴弯曲。

附图说明

图1是两自由度载人平台装置的总体半剖结构示意图。

图2是图1的俯视图顺时针旋转90°

图3 是图一旋转90°后以螺旋反齿减速机的输出轴心线为剖面的局部剖视图

图4是总体示意图

图5是安全压杆的结构图

图6是安全压杆后视图

图7是图6的左部剖视图

图8 是悬臂上伺服电机与减速机的相对安装位置示意图

图9 是悬臂结构示意图

图10是座椅支撑支架示意图

图11是左侧板示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图说明如下：

实施例一：

参见图1和图2，本悬臂式两自由度载人平台装置，它包括底部支架(1)、伺服电动机1(3)、悬臂(14)、伺服电机2(15)、座椅(28)以及座椅(28)两侧的侧板左侧板(23)和右侧板(47)，其特征在于：

1） 所述底部支架(1)上固定安装伺服电动机1(3)，伺服电动机1(3)通过一个第一减速传动机构联接传动一根旋转轴(10)；

2)所述旋转轴(10)固定连接悬臂(14)，悬臂(14)上安装伺服电机2(15)，伺服电机2(15) 通过一个第二减速传动机构联接传动座椅(28)左右两侧的侧板左侧板(23)和右侧板(47)；

所述伺服电动机1(3)经第一减速传动机构驱动旋转轴(10)作360°旋转运动，带动悬臂(14)作360°旋转运动；所述伺服电机2(15)通过第二减速传动机构联接传动座椅(28)左右两侧的左侧板(23)和右侧板(47)作给定角度转动，保证人的安全；

实施例二：

参见图1~图4，本实施例与实施例二基本相同，特别之处如下：

所述底座支架(1)的底部安装有地脚，底座支架(1)的横梁上安装有安装板(2)，所述第一减速传动机构是：安装板(2)上端安装一个摆线针轮减速机(4)和一个悬臂支撑架(13)，摆线针轮减速机(4)的输入端与伺服电机1(15)连接，输出端通过一个免键胀套1(5)与一个主动同步带轮(6)胀紧连接，旋转轴(10)末段通过一个免键胀套2(9)与一个从动同步带轮(8)胀紧连接，主动同步带轮(6)与从动同步带轮(8)通过一个同步带(7)实现同步传动，并通过安装在一个与安装板(2)固定连接张紧轮支架(46)上的张紧轮(45)来张紧，轴承套筒(11)安装在一个固定连接于安装板(2)的悬臂支撑架(13)上，一个轴承套筒(11)内安装有一对圆锥滚子轴承1(12)，所述旋转轴(10)套在轴承1(12)内，，旋转轴(10)的前端与悬臂(14)螺钉连接；工作原理：所述伺服电机1(3)驱动摆线针轮减速机(4)输出轴旋转，摆线针轮减速机(4)的输出轴与主动同步带轮(6)之间用免键胀套(5)胀紧连接，从动同步带轮(8)通过免键胀套2(9)与旋转轴(10)胀紧连接，通过同步带(7)传动，进一步达到降低速度，增大转矩的效果；旋转轴(10)与悬臂(14)螺钉连接，可做360°旋转。

所述第二减速传动机构是：所述悬臂(14)上安装有一个螺旋反齿减速机(16)，伺服电机2(15) 安装在螺旋反齿减速机(16)上，螺旋反齿减速机(16)的两侧输出轴上各安装有一个圆锥滚子轴承2(21)，该两个轴承2(21)分别安装在两个轴承座(20)内，该两个轴承座(20)通过螺钉连接固定安装在悬臂(14)的两侧面上，两个连接轴套(22)分别套在两端输出轴上，两个连接轴套(22)用螺钉连接固定在带键槽左侧板(23)和右侧板(47)上，一个座椅支撑架(26)固定连接在左侧板(23)和右侧板(47)上，左侧板(23)和右侧板(47)通过一根侧板支撑杆(25)通过螺钉连接固定防滑；座椅支撑架(26)通过螺钉连接固定安装在左侧板(23)和右侧板(47)上，为两边对称结构，座椅安装架(29)焊接在座椅支撑架(26)上；工作原理：所采用的减速机为螺旋反齿减速机(16)，相对于同类型的蜗轮蜗杆减速机体积更小，额定转矩更大，螺旋反齿减速机(16)安装在悬臂(14)的槽内，两侧输出轴穿过轴承座-轴承安装，轴承座(29)通过螺钉连接固定在悬臂(29)两侧面上，连接轴套(22)螺钉连接固定在两侧板上，并与侧板一起套在螺旋反齿减速机的输出轴上，输出轴末端面用拧上螺钉防止两侧板脱落，伺服电机2(15)驱动螺旋反齿减速机(14)带动两侧板做一定角度的翻转，伺服电机2(15)将驱动两侧侧板做一定角度（约110°）的前后翻转。

实施例三：

参见图5~图10，两自由度载人平台装置包括一种悬臂式两自由度载人平台装置，它为左右对称结构，包括底部支架(1)、安装板(2)、伺服电动机1(3)、摆线针轮减速机(4)、免键胀套1(5)、主动同步带轮(6)、同步带(7)、从动同步带轮(8)、免键胀套2(9)、旋转轴(10)、轴承套筒(11)、圆锥滚子轴承1(12)、悬臂支撑架(13)、悬臂(14)、伺服电机2(15)、螺旋反齿减速机(16)、U型板(17)、L型板(18)、悬臂侧板（19）、轴承座(20)、圆锥滚子轴承2(21)、连接轴套(22)、左侧板(23)、防脱圆盘(24)、侧板支撑杆(25)、座椅支撑支架(26)、电箱(27)、座椅(28)、座椅安装底架(29)、安全扶手(30)、脚环(31)、踏板(32)、万向轴承座(33)、安全压杆转轴(34)、安全压杆连接件(35)、气弹簧底部支架(36)、弹簧(37)、手柄(38)、棘爪(39)、棘爪支撑座(40)、气弹簧(41)、棘轮(42)、安全压杆(43)、顶部罩壳(44)、张紧轮(45)、张紧轮支架(46)、右侧板(47)等。其特征在于：支架(1)的横梁中间部位安装有安装板(2)，支架(1)的底部安装有地脚，支架(1)的横梁上安装有安装板(2)，安装板(2)上端安装摆线针轮减速机(4)、悬臂支撑架(13)，摆线针轮减速机(4)的输入端与伺服电机1(3)连接，输出端通过免键胀套1(5)与主动同步带轮(6)胀紧连接，同步带(7)通过安装在张紧轮支架(46) 的张紧轮(45)张紧，轴承套筒(11)安装在悬臂支撑架(13)上，轴承套筒(11)内安装有一对圆锥滚子轴承1(12)，旋转轴(10)套在轴承1(11)内，旋转轴(10)末段通过免键胀套2(9)与从动同步带轮(8)胀紧连接，旋转轴(10)的前端与悬臂(14)螺钉连接，悬臂(14)上安装有螺旋反齿减速机(16)，伺服电机2(15)安装在螺旋反齿减速机(15)上，螺旋反齿减速机(15)的两侧输出轴上安装有圆锥滚子轴承2(21)，轴承2(21)套在轴承座(20)内，轴承座(20)螺钉连接固定在悬臂侧板(19)上，连接轴套(22)套在螺旋反齿减速机(16)的两端输出轴上，连接轴套(22)用螺钉连接固定在输出轴末端的带键槽侧板(23)上，左座椅支撑架(26)安装在左侧板(23)上，左右两边对称，座椅安装架(29)焊接在座椅支撑底架(26)上，座椅(26)通过螺栓连接安装在座椅安装架(29),安全压杆(43)的末端与安全压杆转轴(34)通过销固定连接，安全压杆转轴(34)安装在万向轴承座(33)上，安全压杆转轴(34)与安全压杆连接件(35)的一端用销固定连接，另一端与气弹簧(41)的一端拧紧连接，气弹簧(41)的末端与焊在座椅支撑架(26)上的气弹簧底部支架(36)铰接，棘轮(42)安装在安全压杆转轴(34)的中间位置，棘爪(39)安装在棘爪支撑座(40)，棘爪支撑座(40)焊接在座椅支撑架(26)上，弹簧(37)顶在棘爪(39)的后部。

工作原理：

参见图1和图2，在悬臂式两自由度载人平台装置中，装置启动后，可以通过控制手柄控制伺服电机1的转速和方向，通过合适减速比的减速机减速以达到所需要的理想转速范围，再次通过主动同步带轮驱动从动同步带轮使其以一定的速度运转，达到所需的减小速度和增加转矩的要求，避免了其他实现这一目的的繁琐复杂的机械传动机构；通过编程控制伺服电机2的转速和方向，通过合适减速比的减速机减速以达到所需要的理想转速范围，将所需要的前后翻转的侧板直接套在减速机的两端输出轴上，就可以实现侧板的前后翻转。

上述实例实施不以任何形式限制本发明，凡采取等同替换或者等效变换的方式所获得技术方案，均在本发明保护范围内。