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CN1116086C - 模拟器座椅支撑机构 - Google Patents

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Abstract

一种模拟器包括：一显示单元，显示模拟图像；可由操作者操纵的一输入单元；一设置在所述输入单元前面的供操作者坐的座椅；一支撑底座；一摇摆框架，所述支撑底座支承所述摇摆框架，使该摇摆框架可绕垂直轴转动，该摇摆框架支承所述座椅，使所述座椅可围绕一水平轴转动，并且该摇摆框架的下面左右两侧的、与所述垂直轴相隔一定距离的位置针对所述座椅的水平方向中心点至少对称设置两个支撑部件；一支撑框架，设置于所述支撑底座上，其上表面为一曲面，该曲面支承所述支撑部件，且所述支撑部件可在所述曲面上移动；和一联动机构，连接所述摇摆框架与所述输入单元，使得所述摇摆框架根据所述输入单元的操作围绕所述垂直轴转动。

Description

模拟器座椅支撑机构
技术领域
本发明涉及一种模拟器座椅支撑机构，具体地说，涉及一种可根据模拟器的一输入单元的操纵使座椅绕垂直轴转动和绕水平轴倾斜的座椅支撑机构。
背景技术
模拟器通常包括：包括一输入单元和一显示器单元的主体组件，一使训练者或游戏者面向主体组件而坐的座椅，和一用于支持座椅的支撑底座。在操作中，训练者或游戏者坐在座椅上，操纵输入单元，同时注视显示器单元的图像来进行各种训练演习，包括模拟汽车或摩托车的驾驶，模拟轮船的航行，飞机的飞行的操纵、格斗和竞赛，或玩各种视觉游戏。
迄今为止，一直习惯于把座椅固定在支撑底座上。然而，建议根据训练科目或游戏的发展采用对座椅的冲击而产生的振动，或使座椅水平或垂直移动并绕垂直于显示器单元的水平轴倾斜，以使训练者或游戏者在操作中有身临其境的感觉。
一些带有可移动的座椅的模拟器其主体组件与座椅一起移动。而另一些模拟器，只有座椅可以移动，从而使整个模拟器在尺寸和重量上减小。
在那些采用建议的模拟器中，座椅可振动，可水平和垂直移动，和可倾斜。然而传统的模拟器不能使座椅以这种方式移动，即让训练者或游戏者水平移动的同时又可当训练者或游戏者操纵模拟汽车或摩托车在显示器单元上拐弯时倾斜。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种模拟器座椅支撑机构，根据模拟器的输入单元的操纵，可使座椅绕垂直轴做转动和绕水平轴倾斜。
根据本发明的一种模拟器，包括：一显示单元，显示模拟图像；可由操作者操纵的一输入单元；一设置在所述输入单元前面的供操作者坐的座椅；一支撑底座。还包括：一垂直轴；一水平轴，垂直于所述垂直轴；一摇摆框架，所述支撑底座支承所述摇摆框架，使该摇摆框架可绕所述垂直轴转动，该摇摆框架支承所述座椅，使所述座椅可围绕所述水平轴转动，并且所述座椅下侧的左右两侧、与所述垂直轴间隔开，相对所述座椅的水平方向中心点对称设置两个支撑部件；一支撑框架，设置于所述支撑底座上，其上表面为一曲面，该曲面支承所述支撑部件，且所述支撑部件可在所述曲面上移动；一联动机构，连接所述摇摆框架与所述输入单元，使得所述摇摆框架根据所述输入单元的操作围绕所述垂直轴转动。
本发明还提供一种模拟器座椅支撑机构，该模拟器带有一显示模拟图像的显示单元和可由操作者操纵的一输入单元，所述支撑机构包括：一操作员坐的座椅；一支撑底座。该支撑机构还包括：一垂直轴；一水平轴，垂直于所述垂直轴；一摇摆框架，所述支撑底座支承所述摇摆框架，使该摇摆框架可绕所述垂直轴转动，该摇摆框架支承所述座椅，使所述座椅可围绕所述水平轴转动，并且所述座椅下侧的左右两侧、与所述垂直轴间隔开，相对所述座椅的水平方向中心点对称设置两个支撑部件；一支撑框架，设置于所述支撑底座上，其上表面为一曲面，该曲面支承所述支撑部件，且所述支撑部件可在所述曲面上移动；一联动机构，连接所述摇摆框架与所述输入单元，使得所述摇摆框架根据所述输入单元的操作围绕所述垂直轴转动。
该联动机构可包括一机械联动机构，在输入单元和摇摆框架之间工作联接。
另外，该联动机构可包括：一用于检测输入单元的操纵的检测器，一用于驱动摇摆框架的致动器，和一用于根据检测器的输出信号控制致动器的控制器。
该曲面可包括：一向上凸的上表面；两个可移动的点，各自包括可转动地安装在支撑框架上的滚轮，与向上凸的上表面滚动接触。
另外，该曲面也可包括：一个向上凹的上表面；两个可移动的点，各自包括可转动地安装在支撑框架上的滚轮，与向上凹的上表面滚动接触。
另外，更进一步地，该曲面也可包括：两个对置的斜面，向下呈锥度地彼此分开；两个可移动的点，各自包括可转动地安装在支撑框架上的滚轮，分别与两个对置的斜面滚动接触。
附图说明
本发明的所述和其他的目的、特征和优点将通过下面结合附图对本发明的优选实施例说明变得更清晰。
图1是带有本发明的座椅支撑机构的模拟器的透视图；
图2是座椅支撑机构的透视图；
图3是座椅支撑机构的局部侧视图；
图4是座椅支撑机构的俯视图；
图5是座椅支撑机构的带局部垂直横截面的侧视图；
图6是座椅支撑机构的带局部垂直横截面的后视图；
图7是座椅支撑机构的自动回复机构的分解透视图；
图8是本发明的另一个实施例的电联动机构框图；以及
图9是本发明的又一个实施例的支撑框架的正视图。
具体实施方式
下面描述装在一个如图1所示的作为模拟器的汽车驾驶游戏机中的本发明的一种座椅支撑机构。然而，本发明的座椅支撑机构可装在任何其他的模拟器中。
如图1所示，汽车驾驶游戏机通常包括：一显示器单元1，与显示器单元1制成一体或通过一根信号线与显示器单元1相连的支撑底座2，和支撑在支撑底座2上的供游戏者坐的座椅3。
显示器单元内装有一图像发生器(未示出)及在其前面垂直地装有一台显示屏4，用以显示由图像发生器产生的光学放大的游戏图像。支撑底座2在其上支持一在座椅3前面并与其隔开的操纵板5，在操纵板上支持各种仪器单元(未示出)，包括一速度表、一里程表、一得分表等等，以及一作为输入单元的方向盘6，和一起动按钮7。支撑底座2在操纵板5下方还设有一加速踏板8，一刹车踏板9，和一钱币箱10，而在座椅3左侧前方还有变速杆11。
如图2和图3所示，方向盘6安装在方向盘轴12的末端，该轴12通过一正齿轮系13、一万向节14和一斜齿轮系15与垂直可转动轴16的上端工作联接。第一横向臂17水平地固定在垂直可转动轴16的下端。方向盘轴12、与万向节14耦合的轴、一与斜齿轮系15耦合的轴和垂直可转动轴16均由轴承40旋转支持。
如图4和图5所示，一垂直可转动轴18基本上安装在支撑底座2的中心，一摇摆框架19的一前端水平可摇摆地支撑在垂直可转动轴18上。
摇摆框架19包括一后区20，该后区包括一长方体的向上开口的盒子。座椅3具有一座椅框架21，一托架22安在其下部。托架22定位在后区20，并被支撑在一沿纵向伸展经过托架22、其前后端分别被轴承24可转动地支承在后区20上的纵轴23上。一横梁25固定在后区20之后的座椅框架21的后部。两个滚轮26分别由其轴线对准垂直可转动轴18的轴可转动地支撑在横梁25两个相对端的下表面上。
如图4、5和6所示，滚轮26a，26b在安装在横梁25下面的支撑底座2后端的一支撑框架27上滚动运动。支撑框架27的形状从后看为一等腰梯形，并具有一向上凸的上表面，该表面包括两个相对置的倾斜表面27a，27b并向下呈锥度地彼此分开。滚轮26a，26b可滚动地置于该相对置的倾斜表面27a，27b上，如图6所示。
见图2至图5，延伸方向基本平行于第一横向臂17的第二横向臂28中心固定在垂直轴18上。第二臂28的一端，从图4看为右端，以及第一臂17的一端，从图4看为右端，通过连杆29相互工作联接。
当游戏者坐在座椅3上操纵方向盘6顺时针旋转时(见图2)，垂直可转动轴16、第一横向臂17和第二横向臂28从图4中实线表示的中立位置顺时针转动(图4)到图4中虚线表示的位置。摇摆框架19也绕垂直可转动轴18从图4中实线表示的中立位置顺时针转动(图4)到图4中虚线表示的位置。
座椅3以及座椅框架21也一起与摇摆框架19绕垂直可转动轴18从图4中实线表示的中立位置顺时针转动(图4)到图4中虚线表示的位置。此时，由于座椅框架3在图6中移到左边，滚轮26a沿支撑框架27的斜面27a向下滚动，而滚轮26b则沿支撑框架27的斜面27b向上滚动。结果，座椅3以及座椅框架21在绕垂直轴18作水平的顺时针转动的同时，绕正在绕垂直轴18作水平顺时针转动的水平轴23向左下方倾斜。因此，坐在座椅3上的游戏者也在向左移动和向左下方倾斜，好像在操纵方向盘6顺时针转动向右拐弯时感觉被向左甩。
如图3和图7所示，方向盘6连接一个用于自动将方向盘6回复至中立位置的自动回复机构30。更准确地说，如图7所示，自动回复机构30包括：一对前后的偏心销32，通过臂31固定于方向盘轴12；一对摇臂组件33，分别在臂31的前后可旋转地套在方向盘轴12上，每个摇臂组件33有一上臂33a和下臂33b；一对通常拉紧相应摇臂组件33的上臂33a的弹簧34以抵抗对应的偏心销32；和一限制块35，以限制方向盘轴12绕其自身轴转动的角度范围。
限制块35有一对上侧横向限制面37，用以分别支撑臂31的侧面36。例如，当方向盘6以及方向盘轴12顺时针或逆时针转135°时，其中一个侧面36被上侧限制面37的相应的其中一个顶住，以防止方向盘6以及方向盘轴12继续顺时针或逆时针转动。限制块35还有一对下垂直限制面38。
例如，当方向盘6以及方向盘轴12顺时针转动时，在图7中，前偏心销32(表示在左边)顺时针转动摇臂组件33，拉伸弹簧34(表示在左边)，使其贮存能量，产生使相应的摇臂组件33反时针转动的趋势。因此，当游戏者放开顺时针转动状态的方向盘6时，方向盘6在弹簧34(表示在左边)的偏置力下回到中立位置。
当摇臂组件33(表示在左边)回到中立位置时，其下臂33b与限制块35的一相应的下垂直限制面38接触。摇臂组件33即使在方向盘6由中立位置逆时针偏转时仍保持中立位置。
方向盘6通过机械联动机构，包括正齿轮系13、万向节14、斜齿轮系15、垂直可转动轴16、第一横向臂17、连杆29和第二横向臂28，与摇摆框架19工作联接。因此，座椅3的移动可无滞后地响应方向盘6的操纵，坐在座椅3上的游戏者在使用汽车驾驶游戏时就方向盘6的转动而言，享有高度的真实感。
方向盘6和与之相关的部件可设计成一速度-响应的动力操纵系统，其控制取决于由加速踏板8、刹车踏板9和变速杆11产生的汽车速度，使得方向盘6可在汽车较高速时提供较高的响应及在低速时具有低的响应。
方向盘6和摇摆框架19可通过电联动机构相互工作联接。例如，如图8所示，这种电联动机构可包括：一诸如变阻器或电位器的检测器50，用以检测转动量，即方向盘6的角度位移或移动的速度；一诸如螺线管或气缸的致动器51，用于驱动摇摆框架19；和一控制器52，用于根据由检测器测出的方向盘6的旋转量控制致动器。若采用这种电联动机构，即可根据加速踏板8的受压深度和变速杆17的齿轮变化信息计算出的汽车速度，改变方向盘6的响应。
至少座椅3(座椅框架31)、摇摆框架19、第二横向臂28、连杆29和第一横向臂17的其中之一可与自动回复机构(未示出)相连，用以自动回复到其中立位置。
除此以外，方向盘6的转动与摇摆框架19的角位移的比率可任意设置。例如，正齿轮系13和斜齿轮系15的减速比可设置成若模拟器是一摩托车驾驶游戏机，方向盘6转动角度较小时，摇摆框架19根据方向盘6工作可转动较大的角度。
如图9所示，支撑框架53可有一向上凹的上表面53a，支撑滚轮26a，26b在其上滚动，从而使座椅3以与方向盘相同的方向倾斜。
尽管对本发明的一些优选实施例已给予了详细的表达和描述，但在不脱离本发明的权利要求书的规定范围之内可作各种变动和修改。

Claims (12)

1.一种模拟器，包括：
一显示单元，显示模拟图像；
可由操作者操纵的一输入单元；
一设置在所述输入单元前面的供操作者坐的座椅；
一支撑底座；
其特征在于，还包括：
一垂直轴；
一水平轴，垂直于所述垂直轴；
一摇摆框架，所述支撑底座支承所述摇摆框架，使该摇摆框架可绕所述垂直轴转动，该摇摆框架支承所述座椅，使所述座椅可围绕所述水平轴转动，并且所述座椅下侧的左右两侧、与所述垂直轴间隔开，相对所述座椅的水平方向中心点对称设置两个支撑部件；
一支撑框架，设置于所述支撑底座上，其上表面为一曲面，该曲面支承所述支撑部件，且所述支撑部件可在所述曲面上移动；和
一联动机构，连接所述摇摆框架与所述输入单元，使得所述摇摆框架根据所述输入单元的操作围绕所述垂直轴转动。
2.根据权利要求1所述的模拟器，其特征在于，所述联动机构包括一在所述输入单元和所述摇摆框架之间工作联接的机械联动机构。
3.根据权利要求1所述的模拟器，其特征在于，所述联动机构包括一用于检测所述输入单元的操纵的检测器，一用于驱动所述摇摆框架的致动器，和一用以根据所述检测器的输出信号控制所述致动器的控制器。
4.根据权利要求1所述的模拟器，其特征在于，所述曲面包括一向上凸的上表面，所述两个支撑部件分别安装有可转动的滚轮，与所述向上凸的上表面滚动接触。
5.根据权利要求1所述的模拟器，其特征在于，所述曲面包括一向下凹的上表面，所述两个支撑部件分别安装有可转动的滚轮，与所述向下凹的上表面滚动接触。
6.根据权利要求1所述的模拟器，其特征在于，所述曲面包括两个对置的倾斜面，其向下呈锥度地彼此分开，所述两个支撑部件分别安装有可转动的滚轮，分别与所述两个对置的倾斜面滚动接触。
7.一种模拟器座椅支撑机构，该模拟器带有一显示模拟图像的显示单元和可由操作者操纵的一输入单元，所述支撑机构包括：
一操作员坐的座椅；
一支撑底座；
其特征在于，该支撑机构还包括：
一垂直轴；
一水平轴，垂直于所述垂直轴；
一摇摆框架，所述支撑底座支承所述摇摆框架，使该摇摆框架可绕所述垂直轴转动，该摇摆框架支承所述座椅，使所述座椅可围绕所述水平轴转动，并且所述座椅下侧的左右两侧、与所述垂直轴间隔开，相对所述座椅的水平方向中心点对称设置两个支撑部件；
一支撑框架，设置于所述支撑底座上，其上表面为一曲面，该曲面支承所述支撑部件，且所述支撑部件可在所述曲面上移动；和
一联动机构，连接所述摇摆框架与所述输入单元，使得所述摇摆框架根据所述输入单元的操作围绕所述垂直轴转动。
8.根据权利要求7所述的座椅支撑机构，其特征在于，所述联动机构包括一在所述输入单元和所述摇摆框架之间工作联接的机械联动机构。
9.根据权利要求7所述的座椅支撑机构，其特征在于，所述联动机构包括一用于检测所述输入单元的操纵的检测器，一用于驱动所述摇摆框架的致动器和一用以根据所述检测器的输出信号控制所述致动器的控制器。
10.根据权利要求7所述的座椅支撑机构，其特征在于，所述曲面包括一向上凸的上表面，所述两个支撑部件分别安装有可转动的滚轮，与所述向上凸的上表面滚动接触。
11.根据权利要求7所述的座椅支撑机构，其特征在于，所述曲面包括一向上凹的上表面，所述两个支撑部件分别安装有可转动的滚轮，与所述向上凹的上表面滚动接触。
12.根据权利要求7所述的座椅支撑机构，其特征在于，所述曲面包括两个对置的倾斜面，向下呈锥度地彼此分开，所述两个支撑部件分别安装有可转动的滚轮，分别与所述两个对置的倾斜面滚动接触。
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