專利名稱：一種串并聯(lián)七自由度坦克模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運動模擬器，尤其是坦克模擬器。具體是指在坦克模擬訓(xùn)練中能 夠?qū)崿F(xiàn)駕駛員、車長、炮長整車綜合訓(xùn)練的一種坦克模擬器。
背景技術(shù)：
近年來，坦克模擬訓(xùn)練因其經(jīng)濟性、安全性、可重復(fù)性而備受各國軍隊的關(guān)注。利 用坦克模擬器進行裝甲部隊的訓(xùn)練，不僅可以提高部隊的訓(xùn)練質(zhì)量和效率，而且可以節(jié)省 訓(xùn)練經(jīng)費，延長裝備的使用壽命，對于提高部隊?wèi)?zhàn)斗力也起到了十分重要的作用。隨著國際 形式的變化，裝甲部隊訓(xùn)練質(zhì)量和效率要求越來越高，這樣對坦克模擬器的仿真度提出了 更高的要求。
國內(nèi)現(xiàn)有的坦克模擬器一般采用單模塊訓(xùn)練，其特點是駕駛員訓(xùn)練模塊、炮長訓(xùn) 練模塊、車長訓(xùn)練模塊三個模塊單獨分開進行，受技術(shù)和場地的限制，炮長訓(xùn)練模塊和車長 訓(xùn)練模塊一般不采用動力平臺，在靜止的模式下進行，這樣缺乏訓(xùn)練的真實性?；蛘呙總€模 塊裝有各自的動力平臺和訓(xùn)練模擬艙，只限于對乘員的單模塊訓(xùn)練，不可以對整車的綜合 訓(xùn)練，所以其訓(xùn)練范圍有限，影響裝甲部隊的訓(xùn)練效果。
目前，也有采用多模塊整車訓(xùn)練坦克模擬器，但這些模擬器一般以三自由度居多， 其特點是模擬器只能實現(xiàn)側(cè)傾、俯仰和旋轉(zhuǎn)三個基本動作，無法實現(xiàn)視景系統(tǒng)中坦克的其 它動作模擬，如坦克的顛簸、打炮后作、側(cè)滑和炮塔旋轉(zhuǎn)等動作。而且模擬器的承載較輕，無 法安裝大重量的整車訓(xùn)練模塊。發(fā)明內(nèi)容
針對上述已有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)七自由度整車綜合訓(xùn)練的 坦克模擬器。該坦克模擬器具有七自由度的運動能力，包括側(cè)傾、俯仰、旋轉(zhuǎn)、顛簸、側(cè)滑、 打炮后作和炮塔旋轉(zhuǎn)，能夠模擬實現(xiàn)坦克在不同地形中位姿的實時變化；并且與視景系統(tǒng) 相結(jié)合，實現(xiàn)駕駛員、車長、炮長的整車綜合訓(xùn)練；模擬器具有承載能力強、響應(yīng)速度快的特 點，保證六桿并聯(lián)平臺實時快速的跟隨視景系統(tǒng)坦克位姿的變化，具有高的仿真度；采用滾 珠絲杠代替電動缸，大大降低了成本，便于推廣應(yīng)用。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
該串并聯(lián)七自由度坦克模擬器包括串聯(lián)機構(gòu)和六桿并聯(lián)機構(gòu)。
所述串聯(lián)機構(gòu)，由炮塔伺服電機、齒輪減速器、軸承支架和炮塔旋轉(zhuǎn)法蘭組成；炮 塔伺服電機通過齒輪減速器與炮塔旋轉(zhuǎn)法蘭連接，齒輪減速器的齒輪通過齒輪軸安裝在軸 承架上夠成減速齒輪組。
所述六桿并聯(lián)機構(gòu)，由上平臺、虎克鉸、支鏈和下平臺組成。所述上平臺，其上設(shè)有 安裝孔，用于安裝串聯(lián)機構(gòu)、炮塔和駕駛艙，使模擬器實現(xiàn)了將串聯(lián)機構(gòu)和六桿并聯(lián)機構(gòu)相 結(jié)合的目的，同時上平臺裝有六個虎克鉸，上平臺與虎克鉸下耳使用內(nèi)六角螺釘進行連接； 所述虎克鉸，由虎克鉸上耳、聯(lián)軸器、虎克鉸短軸、虎克鉸長軸、銅套、銷和虎克鉸下耳組成，虎克鉸長軸結(jié)合銅套安裝在所述虎克鉸下耳上，并與聯(lián)軸器銷連接，所述虎克鉸上耳與聯(lián) 軸器通過虎克鉸短軸進行軸連接，虎克鉸短軸與聯(lián)軸器固聯(lián)；所述支鏈，由支鏈伺服電機、 同步帶、小同步帶輪、大同步帶輪、電機支撐座、電機支撐板、軸承座、圓錐滾子軸承、滾珠絲 杠、絲杠下軸頭螺母、絲杠螺母、套筒和傳感器組成；絲杠螺母與套筒通過內(nèi)六角螺釘固定 連接，套筒頂部留有安裝孔，用于和所述上平臺的虎克鉸上耳固定連接，在滾珠絲杠下端部 位安裝大同步帶輪，并通過同步帶與支鏈伺服電機的小同步帶輪相連，滾珠絲杠的下軸頭 通過兩個圓錐滾子軸承和絲杠下軸頭螺母與軸承座安裝連接，將軸承座固定在電機支撐板 上，電機支撐板與所述下平臺的虎克鉸上耳固定連接，電機支撐板另一側(cè)裝有電機支撐座， 支鏈伺服電機固定在電機支撐座上，支鏈伺服電機與滾珠絲杠之間通過同步帶進行傳動； 套筒上裝有三個傳感器，兩端為限位傳感器，中間為原點傳感器，保證坦克模擬器的初始位 姿和合理運動范圍；將六條支鏈以相同方式組裝，并通過十二個虎克鉸與上平臺和下平臺 相連，完成六桿并聯(lián)機構(gòu)的組裝。
本發(fā)明的效果和益處是
(1)本坦克模擬器具有七個自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)坦克七個動作的模擬仿真，側(cè)傾、俯 仰、旋轉(zhuǎn)、顛簸、側(cè)滑、打炮后作和炮塔旋轉(zhuǎn)動作。
(2)本坦克模擬器能夠與視景系統(tǒng)相結(jié)合，能夠模擬實現(xiàn)坦克在不同地形中位姿 的實時變化，實現(xiàn)駕駛員、車長、炮長的整車綜合訓(xùn)練。
(3)本坦克模擬器響應(yīng)速度快、承載能力強，保證六桿并聯(lián)平臺實時快速的跟隨視 景系統(tǒng)坦克位姿的變化，具有高的仿真度。
(4)本坦克模擬器采用滾珠絲杠代替電動缸，大大降低了成本，便于推廣應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的正視圖。
圖3是本發(fā)明的上平臺俯視圖。
圖4是本發(fā)明的虎克鉸結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明的支鏈局部剖視圖。
圖6是本發(fā)明的串聯(lián)機構(gòu)中炮塔驅(qū)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明的六桿并聯(lián)機構(gòu)運動控制原理圖。
圖中I串聯(lián)機構(gòu)；11六桿并聯(lián)機構(gòu)；
1下平臺；2虎克鉸；3支鏈；4上平臺；5炮塔驅(qū)動機構(gòu)；6炮塔伺服電機；7炮塔； 8駕駛艙；9虎克鉸下耳；10銅套；11聯(lián)軸器；12虎克鉸上耳；13虎克鉸長軸；14虎克鉸短 軸；15電機支承座；16同步帶；17支鏈伺服電機；18傳感器；19套筒；20絲杠螺母；21滾珠 絲杠；22大同步帶輪；23圓錐滾子軸承絲杠下軸頭螺母；25軸承座；26電機支撐板；27 小同步帶輪；觀炮塔安裝孔；四炮塔旋轉(zhuǎn)法蘭；30軸承支架；31齒輪減速器。
具體實施方式
下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施例。
本發(fā)明的串并聯(lián)七自由度坦克模擬器是由串聯(lián)機構(gòu)I和六桿并聯(lián)機構(gòu)II組成，采4用電控系統(tǒng)驅(qū)動，實現(xiàn)坦克的側(cè)傾、俯仰、旋轉(zhuǎn)、顛簸、側(cè)滑、打炮后作和炮塔旋轉(zhuǎn)七個自由 度的運動效果，并結(jié)合視景系統(tǒng)，模擬坦克在各種戰(zhàn)況下的實時運動狀態(tài)，實現(xiàn)駕駛員、車 長、炮長協(xié)同作戰(zhàn)的整車綜合訓(xùn)練效果。
本發(fā)明的具體動作過程
串聯(lián)機構(gòu)運動控制系統(tǒng)根據(jù)視景系統(tǒng)中的炮塔位姿生成電機脈沖控制信號，炮 塔伺服電機6接收控制系統(tǒng)脈沖信號轉(zhuǎn)動，通過齒輪減速器31傳遞，帶動炮塔旋轉(zhuǎn)法蘭29， 使炮塔7旋轉(zhuǎn)到與視景系統(tǒng)同步的角度。
六桿并聯(lián)機構(gòu)運動視景系統(tǒng)實時向主控計算機發(fā)送位姿信息，主控計算機經(jīng)過 運算將其轉(zhuǎn)化為電機脈沖數(shù)后發(fā)送給多軸運動控制卡，多軸運動控制卡控制六個支鏈伺服 電機17，支鏈伺服電機17通過同步帶16將轉(zhuǎn)動傳遞給滾珠絲杠21，滾珠絲杠21帶動絲杠 螺母20運動，轉(zhuǎn)化為絲杠螺母20的直線運動，套筒19固定在絲杠螺母20上，實現(xiàn)了套筒 19在支鏈3方向上作直線伸縮運動?；⒖算q2固定在套筒19的上端面上，并與上平臺4相 連，通過六支鏈直線伸縮運動實現(xiàn)平臺任意位姿的變化。
本發(fā)明的具體安裝過程
下平臺1安裝下平臺1上設(shè)有安裝孔，通過化學(xué)螺栓將下平臺1與地面固定，同 時上表面裝有六個虎克鉸2，虎克鉸下耳9使用內(nèi)六角螺釘與下平臺1固聯(lián)。
上平臺4安裝上平臺4上設(shè)有安裝孔，用于安裝串聯(lián)機構(gòu)I、炮塔7和駕駛艙8， 同時下表面裝有六個虎克鉸2，上平臺4與虎克鉸下耳9使用內(nèi)六角螺釘固聯(lián)。
虎克鉸2安裝虎克鉸長軸13結(jié)合銅套10安裝在虎克鉸下耳9上，并與聯(lián)軸器11 進行銷連接，虎克鉸上耳12與聯(lián)軸器11通過虎克鉸短軸14進行軸連接，虎克鉸短軸14與 聯(lián)軸器11固定連接。
支鏈3安裝絲杠螺母20與套筒19通過內(nèi)六角螺釘固定連接，套筒19頂部留有 安裝孔，用于和所述上平臺4的虎克鉸上耳12固定連接，在滾珠絲杠21下端部位安裝大同 步帶輪22，并通過同步帶16與支鏈伺服電機17的小同步帶輪27相連，滾珠絲杠21的下軸 頭通過兩個圓錐滾子軸承23和絲杠下軸頭螺母M與軸承座25安裝連接，將軸承座25固 定在電機支撐板15上，電機支撐板15與所述下平臺1的虎克鉸上耳12固定連接，電機支 撐板沈另一側(cè)裝有電機支撐座15，支鏈伺服電機17固定在電機支撐座15上，支鏈伺服電 機17與滾珠絲杠21之間通過同步帶16進行傳動。套筒10上裝有三個傳感器18，兩端為 限位傳感器，中間為原點傳感器，保證坦克模擬器的初始位姿和合理運動范圍。
將六條支鏈3以相同方式組裝，并通過十二個虎克鉸2與上平臺4和下平臺1相 連，六桿并聯(lián)機構(gòu)II安裝完成。將串聯(lián)機構(gòu)I安裝到六桿并聯(lián)機構(gòu)II上，完成坦克模擬器 的組裝。
本發(fā)明的運動控制原理
本發(fā)明的串并聯(lián)七自由度坦克模擬器控制采用主控計算機PC+多軸運動控制卡 的開發(fā)式控制結(jié)構(gòu)，視景系統(tǒng)根據(jù)坦克所在地形產(chǎn)生實時位姿和炮塔旋轉(zhuǎn)角度，并將坦克 位姿和炮塔旋轉(zhuǎn)角度信息發(fā)送給主控計算機，主控計算機對平臺位姿進行反解計算，且對 炮塔角度進行計算，將計算結(jié)果轉(zhuǎn)換成脈沖信號發(fā)給多軸控制卡，多軸控制卡控制七個電 機的輸出位移和運轉(zhuǎn)方向，保證平臺完成坦克的實時運動狀態(tài)和炮塔對應(yīng)的角度。
權(quán)利要求
1. 一種串并聯(lián)七自由度坦克模擬器，包括串聯(lián)機構(gòu)⑴和六桿并聯(lián)機構(gòu)(II)；其特征 在于串聯(lián)機構(gòu)(I)包括炮塔伺服電機(6)、齒輪減速器(31)、軸承支架(30)、炮塔旋轉(zhuǎn)法蘭 (29)；炮塔伺服電機(6)接收脈沖信號轉(zhuǎn)動，通過齒輪減速器(31)傳遞，帶動炮塔旋轉(zhuǎn)法蘭 (四)，使炮塔同步旋轉(zhuǎn)到視景系統(tǒng)中角度；六桿并聯(lián)機構(gòu)(II)包括下平臺(1)、上平臺G)、虎克鉸⑵和支鏈⑶； 下平臺(1)其上設(shè)有安裝孔，用于坦克模擬器固定，同時裝有六個虎克鉸0)，下平臺 (1)與虎克鉸下耳(9)固聯(lián)；上平臺，其上設(shè)有安裝孔，用于安裝串聯(lián)機構(gòu)(I)、炮塔(7)和駕駛艙(8)，同時裝有 六個虎克鉸0)，上平臺(4)與虎克鉸下耳(9)固聯(lián)；虎克鉸(2)提供兩個轉(zhuǎn)動自由度，由所述虎克鉸上耳(12)、聯(lián)軸器(11)、虎克鉸短軸 (14)、虎克鉸長軸(13)、銅套(10)和所述虎克鉸下耳(9)組成；虎克鉸長軸(13)結(jié)合銅套 (10)安裝在所述虎克鉸下耳(9)上，并與聯(lián)軸器(11)銷連接，所述虎克鉸上耳(12)與聯(lián)軸 器(11)通過虎克鉸短軸(14)進行軸連接，虎克鉸短軸(14)與聯(lián)軸器(11)固聯(lián)；支鏈⑶由支鏈伺服電機(17)、同步帶(16)、小同步帶輪(27)、大同步帶輪(22)、電機 支撐座(15)、電機支撐板(沈)、軸承座(25)、圓錐滾子軸承(23)、滾珠絲杠(21)、絲杠下軸 頭螺母04)、絲杠螺母OO)、套筒(19)和傳感器(18)組成；絲杠螺母OO)與套筒(19)通 過內(nèi)六角螺釘固定連接，套筒(19)頂部留有安裝孔，用于和所述上平臺的虎克鉸上耳 (12)固定連接，套筒(19)的筒壁上裝有三個傳感器(18)，在滾珠絲杠下端部位安裝 大同步帶輪(22)，并通過同步帶(16)與支鏈伺服電機(17)的小同步帶輪(XT)相連，滾珠 絲杠的下軸頭通過兩個圓錐滾子軸承和絲杠下軸頭螺母04)與軸承座(25)安 裝連接，將軸承座0 固定在電機支撐板06)上，電機支撐板06)與所述下平臺(1)的 虎克鉸上耳(1 固定連接，電機支撐板06)另一側(cè)裝有電機支撐座(15)，支鏈伺服電機 (17)固定在電機支撐座(15)上，支鏈伺服電機(17)與滾珠絲杠之間通過同步帶(16) 進行傳動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種串并聯(lián)七自由度坦克模擬器，用于裝甲部隊模擬訓(xùn)練。其特征是該模擬器由串聯(lián)機構(gòu)和六桿并聯(lián)機構(gòu)組成，串聯(lián)機構(gòu)是安裝在上平臺上的一種炮塔驅(qū)動機構(gòu)，由炮塔伺服電機、齒輪減速器、軸承支架、炮塔旋轉(zhuǎn)法蘭和炮塔組成，六桿并聯(lián)機構(gòu)由六條支鏈與上平臺、下平臺以及十二個虎克鉸裝配組成，其中支鏈采用的是滾珠絲杠與支鏈伺服電機的裝配體；該坦克模擬器具有七自由度的運動能力，能夠模擬實現(xiàn)坦克在不同地形中位姿的實時變化，具有承載能力強、響應(yīng)速度快的特點，并且與視景系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)駕駛員、車長、炮長的整車綜合訓(xùn)練。
文檔編號G09B9/02GK102034375SQ20101057855
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者叢明, 伍英華, 劉冬, 杜宇, 溫海營 申請人:大連理工大學(xué)