专利名称：基于4-rps空间并联机构的车载式地震模拟器的制作方法
技术领域：
本发明涉及地震模拟器，具体涉及一种基于4-RPS空间并联机构的车载式地震模拟器。
背景技术：
地震是一种不可避免的自然灾害，认识地震、预防地震、震中自救是人类面对的共 同课题，尤其对我国这种地震频发国家。地震模拟器是模仿地震真实发生的系统，是进行地 震科普教育的良好载体，让参与者从体验地震中了解和学会如何避免灾难、如何自救，学习 各种地震的科学知识，以提高防灾减灾意识。当前市场上有很多种地震模拟器，但是由于本身结构特点的限制，只在一定场合 适用。如由于机动性不足，地震模拟器多是固定在地震教育场馆，受众面很小；一般的地震 模拟器多采用纵向和横向两套运动机构或采用六自由度运动平台，液压驱动，其结构复杂、 附属装置庞大、控制精度低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于4-RPS空间并联机构的车载式地震模拟器，该 地震模拟器为车载式，结构简单，机动灵活，控制准确，可以广泛用于学校、社区的流动地震
科普宣传。本发明的技术解决方案是该车载式地震模拟器包括装载车、控制台、模拟屋和 4-RPS空间并联机构，在装载车的驾驶室的后部安装控制台，在装载车的后部车身上通过 4-RPS空间并联机构安装模拟屋，控制台联动4-RPS空间并联机构，整体构成车载式地震模 拟器。其中，装载车的驾驶室后部安装控制台，副驾驶座椅向后旋转180度面对控制台， 控制台预先设置地震模拟运动模型，操作者由控制台输入地震震级、裂度、地震波形式、持 续时间等参数修正地震运动模型，4-RPS空间并联机构运动模拟3-8级地震效果，同时控制 台控制音响系统，形成立体的地震模拟环境。其中，在装载车的后部车身下方安装四个可伸缩立柱，模拟器工作时立柱放下，立 柱支撑车身成为定平台。其中，模拟屋由木质板和泡沫板等材质混合制成，其内兼有厨房和卫生间，包括煤 气灶、电灯、餐桌、多用柜以及其它杂物等。其中，在模拟屋外安装活动梯。其中，4-RPS空间并联机构包括四个相同的RPS运动链和定平台及动平台，立柱支 撑车身成为定平台，在定平台上安装四个RPS运动链，四个RPS运动链在定平台上呈长方形 分布，四个RPS运动链的上方共连接动平台，四个RPS运动链在动平台下方呈长方形分布， 动平台的上方固联模拟屋。其中，RPS运动链的R表示转动副，P表示移动副，S表示球面副，RPS运动链包括球铰链、连杆、方形螺母、丝杠、支架、伺服电机和铰链座，支架通过销连接铰链座，铰链座固 定在定平台上，形成转动副；伺服电机固定在支架上，伺服电机通过联轴器连接丝杠，方形 螺母通过螺纹连接丝杠，同时方形螺母卡在支架的长方槽内，支架的长方槽侧壁和丝杠中 心线平行，当伺服电机旋转时，方形螺母在支架的长方槽内延长方槽侧壁作往复直线运动， 形成移动副；方形螺母上固联连杆，连杆上部的球铰链连接球铰链座，球铰链座安装在动平 台上，形成球面副。其中，转动副的中心和电机轴心线、丝杠轴心线、方形螺母的内螺纹轴心线、连杆 轴心线以及球面副的中心共线，支架的长方槽侧壁和以上中心线平行。当车载式地震模拟器行驶到某一特定场所，停稳车辆，放下立柱；模拟时，副驾驶 座椅向后旋转180度面对控制台，供操作者使用，由控制台输入地震震级、裂度、地震波形 式、持续时间等参数修正地震运动模型，4-RPS空间并联机构运动模拟3-8级地震效果，同 时控制台控制音响系统，形成立体的地震模拟环境。本发明具有以下优点1、一般地震模拟器相对平衡位置的最大位移在士8cm，经 运动分析，4-RPS空间并联机构的工作空间呈近似蘑菇状，近似蘑菇状的工作空间足以覆盖 最大位移量，相对使用较多的纵向和横向两套运动机构或六自由度运动平台，其结构被大 大简化；2、运动链结构巧妙，使用支架作为伺服电机支撑的同时，利用支架上的长方槽限制 螺母的转动，使丝杠螺母的运动副变成移动副，相对由油缸的伸缩运动形成的移动副，没有 液压站等庞大附属装置，不光结构简单，而且控制准确；3、本发明结构简单、控制准确，显著 的机动性，可以广泛用于学校、社区等人群集中场所的流动地震科普宣传。
图1为本发明的结构示意2为图1的RPS运动链结构示意中1装载车，2控制台，3模拟屋，4动平台，5 4-RPS空间并联机构，6定平台，7 活动梯，8立柱，9球铰链，10连杆，11方形螺母，12丝杠，13联轴器，14支架，15伺服电机， 16销，17铰链座。
具体实施例方式如图1、2所示，该车载式地震模拟器包括装载车1、控制台2、模拟屋3和4-RPS 空间并联机构5，在装载车1的驾驶室的后部安装控制台2，在装载车1的后部车身上通过 4-RPS空间并联机构5安装模拟屋3，控制台2联动4-RPS空间并联机构5，整体构成车载式 地震模拟器。其中，装载车1的驾驶室后部安装控制台2，副驾驶座椅向后旋转180度面对控制 台，控制台预先设置地震模拟运动模型，操作者由控制台输入地震震级、裂度、地震波形式、 持续时间等参数修正地震运动模型，4-RPS空间并联机构5运动模拟3-8级地震效果，同时 控制台控制音响系统，形成立体的地震模拟环境。其中，在装载车1的后部车身下方安装四个可伸缩立柱8，模拟器工作时立柱放 下，立柱8支撑车身成为定平台6。其中，模拟屋3由木质板和泡沫板等材质混合制成，其内兼有厨房和卫生间，包括煤气灶、电灯、餐桌、多用柜以及其它杂物等。其中，在模拟屋3外安装活动梯7。其中，4-RPS空间并联机构5包括四个相同的RPS运动链和定平台6及动平台4，立柱8支撑车身成为定平台6，在定平台6上安装四个RPS运动链，四个RPS运动链在定平 台上呈长方形分布，四个RPS运动链的上方共连接动平台4，四个RPS运动链在动平台下方 呈长方形分布，动平台4的上方固联模拟屋3。其中，RPS运动链的R表示转动副，P表示移动副，S表示球面副，RPS运动链包括 球铰链9、连杆10、方形螺母11、丝杠12、支架14、伺服电机15和铰链座17，支架14通过销 16连接铰链座17，铰链座17固定在定平台6上，形成转动副；伺服电机15固定在支架14 上，伺服电机15通过联轴器13连接丝杠12，方形螺母11通过螺纹连接丝杠12，同时方形 螺母11卡在支架14的长方槽内，支架14的长方槽侧壁和丝杠12中心线平行，当伺服电机 15旋转时，方形螺母11在支架14的长方槽内延长方槽侧壁作往复直线运动，形成移动副； 方形螺母11上固联连杆10，连杆10上部的球铰链9连接球铰链座，球铰链座安装在动平台 4上，形成球面副。其中，转动副的中心和电机轴心线、丝杠轴心线、方形螺母的内螺纹轴心线、连杆 轴心线以及球面副的中心共线，支架的长方槽侧壁和以上中心线平行。当车载式地震模拟器行驶到某一特定场所，停稳车辆，放下立柱8 ；模拟时，副驾 驶座椅向后旋转180度面对控制台2，操作者由控制台输入地震震级、裂度、地震波形式、持 续时间等参数修正地震运动模型，4-RPS空间并联机构5运动模拟3-8级地震效果，同时控 制台控制音响系统，形成立体的地震模拟环境。
权利要求
基于4-RPS空间并联机构的车载式地震模拟器，其特征在于该车载式地震模拟器包括装载车(1)、控制台(2)、模拟屋(3)和4-RPS空间并联机构(5)，在装载车(1)的驾驶室的后部安装控制台(2)，在装载车(1)的后部车身上通过4-RPS空间并联机构(5)安装模拟屋(3)，控制台(2)联动4-RPS空间并联机构(5)，整体构成车载式地震模拟器。
2.根据权利要求1所述的基于4-RPS空间并联机构的车载式地震模拟器，其特征在于 其中，在装载车(1)的后部车身下方安装四个可伸缩立柱(8)，模拟器工作时立柱放下，立 柱(8)支撑车身成为定平台(6)。
3.根据权利要求1所述的基于4-RPS空间并联机构的车载式地震模拟器，其特征在于 其中，在模拟屋(3)外安装活动梯(7)。
4.根据权利要求1所述的基于4-RPS空间并联机构的车载式地震模拟器，其特征在于 其中，4-RPS空间并联机构(5)包括四个相同的RPS运动链和定平台(6)及动平台(4)，立 柱(8)支撑车身成为定平台(6)，在定平台(6)上安装四个RPS运动链，四个RPS运动链在 定平台上呈长方形分布，四个RPS运动链的上方共连接动平台(4)，四个RPS运动链在动平 台下方呈长方形分布，动平台(4)的上方固联模拟屋(3)。
5.根据权利要求4所述的基于4-RPS空间并联机构的车载式地震模拟器，其特征在于 其中，RPS运动链包括球铰链(9)、连杆(10)、方形螺母(11)、丝杠(12)、支架(14)和伺服电 机(15)，支架(14)通过销(16)连接铰链座(17)，铰链座(17)固定在定平台(6)上，形成转 动副；伺服电机(15)固定在支架(14)上，伺服电机(15)通过联轴器(13)连接丝杠(12)， 方形螺母(11)通过螺纹连接丝杠(12)，同时方形螺母(11)卡在支架(14)的长方槽内，支 架(14)的长方槽侧壁和丝杠(12)中心线平行，当伺服电机(15)旋转时，方形螺母(11)在 支架(14)的长方槽内延长方槽侧壁作往复直线运动，形成移动副；方形螺母(11)上固联连 杆(10)，连杆(10)上部的球铰链(9)连接球铰链座，球铰链座安装在动平台(4)上，形成球 面副。
6.根据权利要求5所述的基于4-RPS空间并联机构的车载式地震模拟器，其特征在于 其中，转动副的中心和电机轴心线、丝杠轴心线、方形螺母的内螺纹轴心线、连杆轴心线以 及球面副的中心共线，支架的长方槽侧壁和以上中心线平行。
全文摘要
本发明公开了一种基于4-RPS空间并联机构的车载式地震模拟器，该车载式地震模拟器包括装载车(1)、控制台(2)、模拟屋(3)和4-RPS空间并联机构(5)，在装载车(1)的驾驶室的后部安装控制台(2)，在装载车(1)的后部车身上通过4-RPS空间并联机构(5)安装模拟屋(3)，控制台(2)联动4-RPS空间并联机构(5)，整体构成车载式地震模拟器。该地震模拟器为车载式，结构简单，机动灵活，控制准确，可以广泛用于学校、社区的流动地震科普宣传。
文档编号G09B23/40GK101819727SQ20101016371
公开日2010年9月1日 申请日期2010年4月28日 优先权日2010年4月28日
发明者刘远伟, 支前锋, 李伯奎, 王玲, 郑绍元 申请人:淮阴工学院