串聯(lián)三自由度汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種串聯(lián)三自由度汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)，包括：升降模塊、側(cè)翻模塊以及俯仰模塊；升降模塊包括基座、升降電機(jī)、同步帶、升降絲杠、升降螺母、升降臺(tái)、升降滑塊、升降導(dǎo)軌；側(cè)翻模塊包括側(cè)翻電機(jī)、小齒輪、大齒輪、側(cè)翻軸；俯仰模塊包括側(cè)翻臺(tái)、俯仰導(dǎo)軌、俯仰滑塊、座椅支架、支撐桿、俯仰電機(jī)、俯仰絲杠、俯仰螺母，本發(fā)明通過(guò)實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬汽車(chē)上下坡、加減速、轉(zhuǎn)彎、斜坡行駛、顛簸等行駛狀態(tài)，采用折線(xiàn)型布局提高了平臺(tái)的精度、安全性，降低了座椅的位置、減小了安裝空間，控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，能有效減小累積誤差，修正運(yùn)動(dòng)軌跡，提高了安全性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
串聯(lián)三自由度汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種空間三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，特別是一種采用折線(xiàn)型布局串聯(lián)機(jī)構(gòu)的串聯(lián)汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]在汽車(chē)模擬駕駛領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外己經(jīng)研發(fā)了多種三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，但這幾款運(yùn)動(dòng)平臺(tái)存在一些不足。例如，平臺(tái)機(jī)構(gòu)空間尺寸較大，而提供的工作空間較小;平臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)副選用不盡合理，運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)比較嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象，影響了平臺(tái)工作精度。同時(shí)這些運(yùn)動(dòng)平臺(tái)價(jià)格高，維修困難，嚴(yán)重影響了平臺(tái)的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種串聯(lián)汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)。
[0004]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0005]—種串聯(lián)三自由度汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)，包括:升降模塊、置于升降模塊上方的側(cè)翻模塊以及與側(cè)翻模塊串聯(lián)的俯仰模塊；
[0006]所述升降模塊包括底部的基座、置于基座內(nèi)的升降電機(jī)、升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步帶、同步帶帶動(dòng)的豎直方向設(shè)置的升降絲杠、與升降絲杠配合的升降螺母、與升降螺母固連的豎直方向運(yùn)動(dòng)的升降臺(tái)、升降臺(tái)端部固連的升降滑塊、與升降滑塊滑動(dòng)配合的豎直設(shè)置在基座上的升降導(dǎo)軌；
[0007]所述側(cè)翻模塊包括側(cè)翻電機(jī)、側(cè)翻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小齒輪、和小齒輪嚙合的大齒輪、大齒輪固連的水平方向延伸的側(cè)翻軸；
[0008 ]所述俯仰模塊包括和側(cè)翻軸固連的側(cè)翻臺(tái)、固定于側(cè)翻臺(tái)上的俯仰導(dǎo)軌、與俯仰導(dǎo)軌滑動(dòng)配合的俯仰滑塊、置于俯仰滑塊上方并與側(cè)翻臺(tái)鉸接的座椅支架、位于座椅支架底部和俯仰滑塊之間的支撐桿、位于座椅支架下方的俯仰電機(jī)、俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水平延伸的俯仰絲杠、與俯仰絲杠配合的俯仰螺母，所述俯仰滑塊與俯仰螺母固定連接，所述支撐桿兩端分別與座椅支架底部和俯仰滑塊鉸接。
[0009]作為優(yōu)選方式，所述升降電機(jī)通過(guò)升降減速機(jī)帶動(dòng)同步帶。
[0010]作為優(yōu)選方式，所述升降臺(tái)左右兩端各固連2個(gè)升降滑塊。
[0011]作為優(yōu)選方式，所述側(cè)翻電機(jī)通過(guò)側(cè)翻減速機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪。
[0012]作為優(yōu)選方式，所述側(cè)翻減速機(jī)通過(guò)側(cè)翻聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)小齒輪。
[0013]作為優(yōu)選方式，還包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括PC機(jī)、通過(guò)USB數(shù)據(jù)線(xiàn)與PC機(jī)相連的運(yùn)動(dòng)控制卡、與運(yùn)動(dòng)控制卡相連的轉(zhuǎn)接板、與轉(zhuǎn)接板相連的伺服驅(qū)動(dòng)器、與伺服驅(qū)動(dòng)器相連的伺服電機(jī)，其中伺服驅(qū)動(dòng)器中包含伺服編碼器，伺服編碼器與轉(zhuǎn)接板相連以反饋信號(hào)。
[0014]作為優(yōu)選方式，所述升降模塊、側(cè)翻模塊以及俯仰模塊中分別設(shè)置限位傳感器，所述限位傳感器分別與轉(zhuǎn)接板相連，升降模塊中的限位傳感器設(shè)置于升降導(dǎo)軌上用以監(jiān)測(cè)限制升降臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)范圍，側(cè)翻模塊中的限位傳感器設(shè)置在升降臺(tái)上用以檢測(cè)齒輪位置從而限制側(cè)翻臺(tái)側(cè)翻的運(yùn)動(dòng)范圍，俯仰模塊中的限位傳感器設(shè)置在側(cè)翻臺(tái)上用以監(jiān)測(cè)限制座椅支架俯仰運(yùn)動(dòng)范圍。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬汽車(chē)上下坡、加減速、轉(zhuǎn)彎、斜坡行駛、顛簸等行駛狀態(tài)。采用折線(xiàn)型布局提高了平臺(tái)的精度、安全性，同時(shí)折線(xiàn)形的串聯(lián)結(jié)構(gòu)降低了座椅的位置、減小了安裝空間，為使用者的進(jìn)出提供了便利，同時(shí)也提高了平臺(tái)的安全性，運(yùn)動(dòng)模塊的機(jī)械傳動(dòng)工作穩(wěn)定、可靠，對(duì)環(huán)境的干擾不敏感，傳動(dòng)路線(xiàn)安排合理、傳動(dòng)準(zhǔn)確，具有較高的精度?？刂葡到y(tǒng)采用閉環(huán)控制，能有效減小累積誤差，修正運(yùn)動(dòng)軌跡，提高了安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖主視圖；
[0017]圖2是本發(fā)明的模塊布局圖；
[0018]圖3是本發(fā)明的傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖。
[0020]I為基座，2為同步帶，3為升降減速機(jī)，4為升降電機(jī)，5為升降絲杠，6為升降螺母，7為升降滑塊，8為升降導(dǎo)軌，9為升降臺(tái)，10為大齒輪，11為小齒輪，12為側(cè)翻聯(lián)軸器，13為側(cè)翻減速機(jī)，14為側(cè)翻電機(jī)，15為側(cè)翻軸，16為側(cè)翻臺(tái)，17為座椅支架，18為支撐桿，19為俯仰滑塊，20為俯仰絲杠，21為俯仰聯(lián)軸器，22為俯仰電機(jī)，23為俯仰螺母，24為俯仰導(dǎo)軌。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0022]—種串聯(lián)三自由度汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)，包括:升降模塊、置于升降模塊上方的側(cè)翻豐旲塊以及與側(cè)翻t旲塊串聯(lián)的俯仰t旲塊、以及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；
[0023]所述升降模塊包括底部的基座1、置于基座內(nèi)的升降電機(jī)4、升降電機(jī)通過(guò)升降減速機(jī)3驅(qū)動(dòng)的同步帶2、同步帶帶動(dòng)的豎直方向設(shè)置的升降絲杠5、與升降絲杠配合的升降螺母6、與升降螺母固連的豎直方向運(yùn)動(dòng)的升降臺(tái)9、升降臺(tái)左右兩端分別固連的2個(gè)升降滑塊
7、與升降滑塊滑動(dòng)配合的豎直設(shè)置在基座上的升降導(dǎo)軌8;升降導(dǎo)軌對(duì)升降臺(tái)進(jìn)行限位和導(dǎo)向。通過(guò)升降絲杠螺母的配合，實(shí)現(xiàn)升降臺(tái)沿Z軸的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。沿Z軸的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)可模擬汽車(chē)行駛時(shí)的顛簸。
[0024]所述側(cè)翻模塊包括側(cè)翻電機(jī)、側(cè)翻電機(jī)14經(jīng)側(cè)翻減速機(jī)13減速后通過(guò)側(cè)翻聯(lián)軸器12連接的小齒輪11、和小齒輪嚙合的大齒輪10、大齒輪固連的水平方向延伸的側(cè)翻軸15;大齒輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)固連的側(cè)翻軸15帶動(dòng)側(cè)翻臺(tái)16隨之旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)側(cè)翻臺(tái)16繞X軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。繞X軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可模擬汽車(chē)轉(zhuǎn)彎、斜坡行駛時(shí)的狀態(tài)。
[0025]所述俯仰模塊包括和側(cè)翻軸固連的側(cè)翻臺(tái)、固定于側(cè)翻臺(tái)上的俯仰導(dǎo)軌24、與俯仰導(dǎo)軌24滑動(dòng)配合的俯仰滑塊19，置于俯仰滑塊上方并與側(cè)翻臺(tái)鉸接的座椅支架17，位于座椅支架底部和俯仰滑塊之間的支撐桿18，位于座椅支架下方的俯仰電機(jī)22，俯仰電機(jī)22通過(guò)俯仰聯(lián)軸器21驅(qū)動(dòng)的水平延伸的俯仰絲杠20、與俯仰絲杠20配合的俯仰螺母23，所述俯仰滑塊與俯仰螺母固定連接，所述支撐桿兩端分別與座椅支架底部和俯仰滑塊鉸接。
[0026]所述俯仰機(jī)構(gòu)中，俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)俯仰絲杠，通過(guò)俯仰絲杠與俯仰螺母的配合推動(dòng)俯仰滑塊沿俯仰導(dǎo)軌做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)位于俯仰滑塊及座椅支架之間的支撐桿沿鉸鏈點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)支撐桿推動(dòng)座椅支架繞Y軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)繞Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。繞Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可模擬汽車(chē)上下坡、加減速等行駛狀態(tài)的感受。
[0027]所述升降電機(jī)、側(cè)翻電機(jī)、俯仰電機(jī)為伺服電機(jī)。所述伺服電機(jī)上設(shè)有減速器。所述升降模塊、側(cè)翻模塊以及俯仰模塊中分別設(shè)置限位傳感器，所述限位傳感器分別與轉(zhuǎn)接板相連，升降模塊中的限位傳感器設(shè)置于升降導(dǎo)軌上用以監(jiān)測(cè)限制升降臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)范圍，側(cè)翻模塊中的限位傳感器設(shè)置在升降臺(tái)上用以檢測(cè)齒輪位置從而限制側(cè)翻臺(tái)側(cè)翻的運(yùn)動(dòng)范圍，俯仰模塊中的限位傳感器設(shè)置在側(cè)翻臺(tái)上用以監(jiān)測(cè)限制座椅支架俯仰運(yùn)動(dòng)范圍。
[0028]所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括PC機(jī)、通過(guò)USB數(shù)據(jù)線(xiàn)與PC機(jī)相連的四軸運(yùn)動(dòng)控制卡USB1020、與運(yùn)動(dòng)控制卡相連的轉(zhuǎn)接板、與轉(zhuǎn)接板相連的伺服驅(qū)動(dòng)器，與伺服驅(qū)動(dòng)器相連的伺服電機(jī)，其中伺服驅(qū)動(dòng)器中包含伺服編碼器，伺服編碼器與轉(zhuǎn)接板相連以反饋信號(hào)。通過(guò)計(jì)算機(jī)編寫(xiě)的控制程序，向四軸運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出指令，運(yùn)動(dòng)控制卡將指令轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)。三個(gè)電機(jī)根據(jù)控制信號(hào)分別運(yùn)動(dòng)或同時(shí)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的三個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)以及復(fù)合運(yùn)動(dòng)。
[0029]所述控制系統(tǒng)中，由PC機(jī)控制程序向運(yùn)動(dòng)控制卡USB1020發(fā)出控制信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制卡USB1020將控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為伺服驅(qū)動(dòng)器能識(shí)別的控制指令，通過(guò)轉(zhuǎn)接板向各個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出。伺服驅(qū)動(dòng)器將接受到的控制指令轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)。伺服電機(jī)將收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的角位移輸出，實(shí)現(xiàn)各自由度運(yùn)動(dòng)控制。執(zhí)行機(jī)構(gòu)觸發(fā)傳感器發(fā)出電信號(hào)，反饋給運(yùn)動(dòng)控制卡程序，運(yùn)動(dòng)控制卡接收到限位信號(hào)后作出響應(yīng)，向伺服電機(jī)發(fā)出制動(dòng)或減速信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)限位的功能，以保障駕駛模擬器使用者的安全。同時(shí)伺服電機(jī)編碼器可以記錄伺服電機(jī)的角位移輸出量，并將輸出量通過(guò)轉(zhuǎn)接板及運(yùn)動(dòng)控制卡USB1020傳送至PC機(jī)，PC機(jī)所獲得的數(shù)據(jù)可用來(lái)修正運(yùn)動(dòng)軌跡，減小累積誤差。
[0030]本實(shí)施例通過(guò)實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬汽車(chē)上下坡、加減速、轉(zhuǎn)彎、斜坡行駛、顛簸等行駛狀態(tài)。采用折線(xiàn)型布局提高了平臺(tái)的精度、安全性，同時(shí)降低了平臺(tái)的高度、減小了安裝空間。運(yùn)動(dòng)模塊的機(jī)械傳動(dòng)工作穩(wěn)定、可靠，對(duì)環(huán)境的干擾不敏感。傳動(dòng)路線(xiàn)安排合理，傳動(dòng)準(zhǔn)確，具有較高的精度。控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，能有效減小累積誤差，修正運(yùn)動(dòng)軌跡，提高平臺(tái)運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性和安全性。
[0031]上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種串聯(lián)三自由度汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)，其特征在于包括:升降模塊、置于升降模塊上方的側(cè)翻模塊以及與側(cè)翻模塊串聯(lián)的俯仰模塊； 所述升降模塊包括底部的基座、置于基座內(nèi)的升降電機(jī)、升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步帶、同步帶帶動(dòng)的豎直方向設(shè)置的升降絲杠、與升降絲杠配合的升降螺母、與升降螺母固連的豎直方向運(yùn)動(dòng)的升降臺(tái)、升降臺(tái)端部固連的升降滑塊、與升降滑塊滑動(dòng)配合的豎直設(shè)置在基座上的升降導(dǎo)軌； 所述側(cè)翻模塊包括側(cè)翻電機(jī)、側(cè)翻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小齒輪、和小齒輪嚙合的大齒輪、大齒輪固連的水平方向延伸的側(cè)翻軸； 所述俯仰模塊包括和側(cè)翻軸固連的側(cè)翻臺(tái)、固定于側(cè)翻臺(tái)上的俯仰導(dǎo)軌、與俯仰導(dǎo)軌滑動(dòng)配合的俯仰滑塊、置于俯仰滑塊上方并與側(cè)翻臺(tái)鉸接的座椅支架、位于座椅支架底部和俯仰滑塊之間的支撐桿、位于座椅支架下方的俯仰電機(jī)、俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水平延伸的俯仰絲杠、與俯仰絲杠配合的俯仰螺母，所述俯仰滑塊與俯仰螺母固定連接，所述支撐桿兩端分別與座椅支架底部和俯仰滑塊鉸接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)三自由度汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)，其特征在于:所述升降電機(jī)通過(guò)升降減速機(jī)帶動(dòng)同步帶。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)三自由度汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)，其特征在于:所述升降臺(tái)左右兩端各固連2個(gè)升降滑塊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)三自由度汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)，其特征在于:所述側(cè)翻電機(jī)通過(guò)側(cè)翻減速機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的串聯(lián)三自由度汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)，其特征在于:所述側(cè)翻減速機(jī)通過(guò)側(cè)翻聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)小齒輪。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)三自由度汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)，其特征在于:還包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括PC機(jī)、通過(guò)USB數(shù)據(jù)線(xiàn)與PC機(jī)相連的運(yùn)動(dòng)控制卡、與運(yùn)動(dòng)控制卡相連的轉(zhuǎn)接板、與轉(zhuǎn)接板相連的伺服驅(qū)動(dòng)器、與伺服驅(qū)動(dòng)器相連的伺服電機(jī)，其中伺服驅(qū)動(dòng)器中包含伺服編碼器，伺服編碼器與轉(zhuǎn)接板相連以反饋信號(hào)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的串聯(lián)三自由度汽車(chē)駕駛模擬平臺(tái)，其特征在于:所述升降模塊、側(cè)翻模塊以及俯仰模塊中分別設(shè)置限位傳感器，所述限位傳感器分別與轉(zhuǎn)接板相連，升降模塊中的限位傳感器設(shè)置于升降導(dǎo)軌上用以監(jiān)測(cè)限制升降臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)范圍，側(cè)翻模塊中的限位傳感器設(shè)置在升降臺(tái)上用以監(jiān)測(cè)齒輪位置從而限制側(cè)翻臺(tái)側(cè)翻的運(yùn)動(dòng)范圍，俯仰模塊中的限位傳感器設(shè)置在側(cè)翻臺(tái)上用以監(jiān)測(cè)限制座椅支架俯仰運(yùn)動(dòng)范圍。
【文檔編號(hào)】G09B9/04GK105931528SQ201610270760
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】王培俊, 聶良兵, 潘璇, 于鵬, 張驍, 曾禹喬, 李保慶
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)