CN111906735B - 一种超低重心多自由度运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超低重心多自由度运动平台，解决了现有多自由度运动平台自身体积大、机械噪音大、整体高度较高，以及不便于个人使用等不足。该超低重心多自由度运动平台，包括运动平台、旋转平台、升降支撑组件和支撑底座；支撑底座设置有固定安装的平推轴承及多个固定安装的支撑轮，旋转平台在平台驱动减速电机及传动机构的驱动下在支撑底座上回转；升降支撑组件包括至少三个升降单元，或者至少两个升降单元和一个支撑单元，或者至少一个升降单元和两个支撑单元；升降单元包括万向节、剪式电动千斤顶和底座；支撑单元包括万向节、立柱和底座；本发明的超低重心多自由度运动平台可广泛应用于影院、游戏厅、游乐场等场所。

Description

一种超低重心多自由度运动平台

技术领域

本发明涉及一种运动平台，尤其涉及一种超低重心多自由度运动平台。

背景技术

运动平台，也称运动模拟器，是一种可以模拟载人设备运动状态的一种装置，例如模拟汽车、船、飞行器等设备的运动状态。物体在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度，不同自由度的组合能够模拟出不同载人设备的运动状态；为了实现这样的运动，运动模拟器通常安装在某种形式的支撑表面或者平台上，支撑表面或者平台具有一系列在下面的动力单元以实现运动。所述支撑表面或者平台目前市场上已有多个设备解决方案，并已在影院、游戏厅、游乐场等场所使用。

现有多自由度运动平台的主要缺点：

1.平台自身体积、重量大，不便于运输、安装、维护以及个人使用或个性化定制。

2.平台需配备大型座椅等设备，整体高度及占地面积都比较高。

3.因为需要附加高功率驱动从而会带来较大的机械噪音。

发明内容

为了解决现有多自由度运动平台自身体积大、机械噪音大、整体高度较高，以及不便于个人使用等不足，本发明提供了一种超低重心多自由度运动平台。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种超低重心多自由度运动平台，包括运动平台、旋转平台、升降支撑组件和支撑底座，其特殊之处在于：

所述支撑底座上设置有固定安装的平推轴承及多个固定安装的支撑轮；

所述旋转平台包括平台、平台驱动减速电机和传动机构；所述平台驱动减速电机设置在平台上，其输出端与传动机构联结，所述传动机构与平推轴承联结；

所述平台在平台驱动减速电机及传动机构的驱动下在平推轴承及支撑轮上回转；

所述升降支撑组件包括至少三个升降单元，或者至少两个升降单元和一个支撑单元，或者至少一个升降单元和两个支撑单元；

所述升降单元包括万向节、剪式电动千斤顶和底座；

所述底座包括转轴和轴承座，转轴通过轴承安装在轴承座上，轴承座固定在平台上；

所述剪式电动千斤顶上端通过万向节与运动平台固连；所述剪式电动千斤顶下端与转轴固连；

所述支撑单元包括万向节、立柱和底座；

所述底座包括转轴和轴承座，转轴通过轴承安装在轴承座上，轴承座固定在平台上；

所述立柱上端通过万向节与运动平台固连；所述立柱下端与转轴固连。

进一步地，为使运动平台转动时支撑底座保持稳固并使旋转平台重心更低，同时便于整个运动平台移动，所述支撑底座包括多根沿周向分布平行于地面的支腿，支腿与地面接触的一侧设有凸台；所述平推轴承的下端面固定在多个支腿交叉处；所述多个支撑轮分别安装在相应的支腿上。

进一步地，为使该运动平台升降幅度保持不变的情况下大幅度降低平台的高度，所述剪式电动千斤顶包括顶盘、底盘、两组四连杆机构、由丝杠及定位轴承和螺母组成的丝杠螺母副、传动装置和千斤顶电机；

两组四连杆机构的左上连杆与左下连杆铰接且铰接轴分别固定在定位轴承的前后两侧；两组四连杆机构的右上连杆与右下连杆铰接且铰接轴分别固定在螺母的前后两侧；

两组四连杆机构的左上连杆与右上连杆铰接在顶盘的前后两侧；两组四连杆机构的左下连杆与右下连杆铰接在转轴的前后两侧；

所述顶盘与万向节固连，底盘与转轴固连；

所述千斤顶电机通过传动装置驱动丝杠转动。

进一步地，所述四连杆机构的左上连杆与右上连杆分别铰接在顶盘的前后两侧，左上连杆与右上连杆接触部分均设置轮齿使之相互啮合；所述四连杆机构的左下连杆与右下连杆分别铰接在转轴前后两侧，左下连杆与右下连杆接触部分均设置轮齿使之相互啮合。

进一步地，为降低传动装置传动时的发出的噪音并精准的进行传动，所述传动装置包括安装板、主动轮、从动轮和同步带，千斤顶电机固定在安装板一端，安装板另一端安装在定位轴承或螺母上，主动轮固定在千斤顶电机输出端，从动轮固定在丝杠端头，主动轮与从动轮通过同步带连接；所述千斤顶电机采用伺服电机或无刷电机或步进电机。

进一步地，为降低传动机构传动时的发出的噪音并稳固的进行传动，所述传动机构包括与所述平台驱动减速电机输出轴连接的旋转输出轴、小链轮、齿形链以及设置在平推轴承上端的大链轮，平台驱动减速电机设置在平台上表面，旋转输出轴穿过平台并与小链轮连接，大链轮固连在平台上，小链轮和大链轮通过齿形链连接。

进一步地，为使运动平台转动时支撑底座保持稳固，所述支撑底座直接设置在地面上，或者设置在支板上，所述平推轴承的下端面和多个支撑轮分别安装在地面上或者支板上。

进一步地，为使平台旋转时阻力更小，所述平台还包括设置在平台下表面的圆形滑轨或滑槽；平台利用滑轨或滑槽可在多个支撑轮上转动。

进一步地，所述平台驱动减速电机采用伺服电机或无刷电机或步进电机。

本发明的优点在于：

1.本发明采用剪式电动千斤顶作为升降单元中控制运动平台升降的核心结构，可使得升降幅度保持不变的情况下大幅度降低平台的高度；同时该结构减少了平台的体积，进而减轻了整个平台的重量及占地面积，使其便于运输。

2.本发明旋转平台与升降支撑组件的结构优化，使得平台结构简单便于安装、维护，能够满足个人使用或个性化定制。

3.支撑底座的结构使得平台重心降低，同时平台重力均匀分布在平推轴承和支撑轮上，使得旋转平台转动时更加稳固。

4.本发明经结构优化后无需高功率驱动，传动方式采用齿形链传动与同步带传动的优化更进一步降低了机械噪音。

5.四连杆机构的左上连杆与右上连杆、左下连杆与右下连杆接触部分均设置轮齿使之相互啮合，可使升降单元升降时更加稳固。

6.支撑底座使用支腿的设置可便于整个运动平台移动；支腿均平行于地面可使旋转平台重心降低；支腿与地面接触的一侧设有凸台可使支撑底座更加稳固。

7.升降支撑组件中支撑单元和升降单元采用不同的组合，可使运动平台具有不同的自由度，进而模拟不同设备的运动状态，使得运动平台广泛应用于影院、游戏厅、游乐场等场所。

附图说明

图1为本发明实施例一立体结构图；

图2为图1的底部爆炸图；

图3为实施例一升降单元放大图；

图4为实施例一升降单元底部结构图；

图5为实施例一旋转平台立体图；

图6为图1的底部结构图；

图7为本发明实施例二立体结构图；

图8为本发明实施例三立体结构图。

附图标记如下：

1-运动平台，2-旋转平台，3-支撑底座，4-平推轴承，5-控制器，6-旋转输出轴，7-万向节，8-平台驱动减速电机，9-滑轨，10-支撑轮，11-大链轮，12-小链轮，13-齿形链，14-四连杆机构，15-顶盘，16-底座，17-丝杠，18-千斤顶电机，19-安装板，20-从动轮，21-主动轮，22-同步带，23-定位轴承，24-螺母，25-平台，26-支腿，27-左轴承座，28-右轴承座，29-转轴，30-剪式电动千斤顶，31-立柱，32-底盘。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述：

如图1至图5所示，该超低重心多自由度运动平台，包括运动平台1、旋转平台2、升降支撑组件和支撑底座3。

如图2、图6所示，支撑底座3包括六根沿周向等距分布的支腿26，六根支腿26均平行于地面，支腿26与地面接触的一侧设有两个凸台，两个凸台分别位于支腿26的端部及中部，平推轴承4的下端面固定在支腿26交叉处。

旋转平台2包括平台25平台驱动减速电机8和传动机构；

如图2所示，旋转平台2下表面外圈周向设有滑轨9，支撑底座3支腿26上均设有一个支撑轮10，支撑轮10与滑轨9位置相对应；

如图2所示，传动机构包括与平台驱动减速电机8输出连接的旋转输出轴6、小链轮12、齿形链13和大链轮11；

平台驱动减速电机8设置在平台2上表面，旋转输出轴6与平台驱动减速电机8输出端连接，旋转输出轴6穿过平台25并与小链轮12连接，大链轮11固定在平推轴承4上端，大链轮11固连在平台25上，小链轮12和大链轮11通过齿形链13连接。平台驱动减速电机8工作时，带动旋转输出轴6上小链轮12及大链轮11转动，进而使得驱动平台2在平推轴承4及支撑轮10上转动。

其中平台驱动减速电机8采用伺服电机。

升降支撑组件包括三个升降单元，三个升降单元等距分布在旋转平台2周向上；

如图3、图4所示，升降单元包括万向节7、剪式电动千斤顶30、底座16；

底座16包括转轴29、左轴承座27和右轴承座28，所述转轴29两端通过轴承安装在左轴承座27和右轴承座28上，左轴承座27和右轴承座28均固定在平台25上；

剪式电动千斤顶30包括顶盘15、底盘32、两组四连杆机构14、由丝杠17及定位轴承23和螺母24组成的丝杠螺母副、传动装置和千斤顶电机18；

两组四连杆机构14的左上连杆与左下连杆铰接且铰接轴分别固定在定位轴承23的前后两侧；两组四连杆机构14的右上连杆与右下连杆铰接且铰接轴分别固定在螺母24的前后两侧；

两组四连杆机构14的左上连杆与右上连杆分别铰接在顶盘15的前后两侧；两组四连杆机构14的左下连杆与右下连杆分别铰接在底盘32的前后两侧；

四连杆机构14的左上连杆与右上连杆接触部分均设置轮齿使之相互啮合；四连杆机构14的左下连杆与右下连杆接触部分均设置轮齿使之相互啮合。

顶盘15通过万向节7与运动平台1固连；底盘32与转轴29固连；

传动装置包括安装板19、主动轮21、从动轮20和同步带22，千斤顶电机18固定在安装板19右侧的后端面，安装板19右侧的前端与定位轴承23固连；

传动装置包括主动轮21、从动轮20和同步带22，千斤顶电机18输出端穿过安装板19与主动轮21连接，丝杠17端头穿过安装板19与从动轮20连接，主动轮21与从动轮20通过同步带22连接。

千斤顶电机18通过传动装置驱动丝杠17转动，进而使得四连杆机构14伸缩带动剪式电动千斤顶30升降；升降单元降至最低位置时丝杠17端头仍能伸出螺母24端面。

千斤顶电机18采用伺服电机。

如图5所示，控制器5安装在旋转平台2上表面，其控制信号输出端分别与平台驱动减速电机8和千斤顶电机18信号输入端连接，进而控制平台驱动减速电机8和千斤顶电机18的转动。控制器还可设置在运动平台之外，通过无线通讯的方式控制平台驱动减速电机8和千斤顶电机18的转动。

下面是本发明的超低重心多自由度运动平台具体实例二的实施方式，如图7所示：

该超低重心多自由度运动平台，包括运动平台1、旋转平台2、升降支撑组件、控制器5和支撑底座3。

升降支撑组件包括一个升降单元，两个支撑单元；

支撑单元包括万向节7、立柱31和底座16；

底座16包括转轴29、左轴承座27和右轴承座28，转轴29两端通过轴承安装在左轴承座27和右轴承座28上，左轴承座27和右轴承座28均固定在平台25上；

立柱31上端通过万向节7与运动平台1固连；所述立柱31下端与转轴29固连；

升降单元结构和连接方式均与实施例一相同。

一个升降单元和两个支撑单元等距分布在旋转平台2周向上；

该运动平台其余结构均与实施例一相同，故不再赘述。

下面是本发明的超低重心多自由度运动平台具体实例三的实施方式，如图8所示：

该超低重心多自由度运动平台，包括运动平台1、旋转平台2、升降支撑组件、控制器5和支撑底座3。

升降支撑组件包括两个升降单元，一个支撑单元；

支撑单元包括万向节7、立柱31和底座16；

底座16包括转轴29、左轴承座27和右轴承座28，转轴29两端通过轴承安装在左轴承座27和右轴承座28上，左轴承座27和右轴承座28均固定在平台25上；

立柱31上端通过万向节7与运动平台1固连；所述立柱31下端与转轴29固连；

升降单元结构和连接方式均与实施例一相同。

两个升降单元和一个支撑单元等距分布在旋转平台2周向上。

该运动平台其余结构均与实施例一相同，故不再赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种超低重心多自由度运动平台，包括运动平台（1）、旋转平台（2）、升降支撑组件和支撑底座（3），其特征在于：

所述支撑底座（3）上设置有固定安装的平推轴承（4）及多个固定安装的支撑轮（10）；支撑底座（3）包括多根沿周向分布平行于地面的支腿（26），支腿（26）与地面接触的一侧设有凸台；所述平推轴承（4）的下端面固定在多个支腿（26）交叉处；多个所述支撑轮（10）分别安装在相应的支腿（26）上；

所述旋转平台（2）包括平台（25）、平台驱动减速电机（8）和传动机构；所述平台驱动减速电机（8）设置在平台（25）上，其输出端与传动机构联结，所述传动机构与平推轴承（4）联结；

所述平台（25）在平台驱动减速电机（8）及传动机构的驱动下在平推轴承（4）及支撑轮（10）上回转；

所述升降支撑组件包括至少三个升降单元，或者至少两个升降单元和一个支撑单元，或者至少一个升降单元和两个支撑单元；

所述升降单元包括万向节（7）、剪式电动千斤顶（30）、底座（16）；

所述底座（16）包括转轴（29）和轴承座，转轴（29）通过轴承安装在轴承座上，轴承座固定在平台（25）上；

所述剪式电动千斤顶（30）上端通过万向节（7）与运动平台（1）固连；所述剪式电动千斤顶（30）下端与转轴（29）固连；剪式电动千斤顶（30）包括顶盘（15）、底盘（32）、两组四连杆机构（14）、由丝杠（17）及定位轴承（23）和螺母（24）组成的丝杠螺母副、传动装置和千斤顶电机（18）；

两组四连杆机构（14）的左上连杆与左下连杆铰接且铰接轴分别固定在定位轴承（23）的前后两侧；两组四连杆机构（14）的右上连杆与右下连杆铰接且铰接轴分别固定在螺母（24）的前后两侧；

两组四连杆机构（14）的左上连杆与右上连杆铰接在顶盘（15）的前后两侧，左上连杆与右上连杆接触部分均设置轮齿使之相互啮合；两组四连杆机构（14）的左下连杆与右下连杆铰接在转轴（29）的前后两侧，左下连杆与右下连杆接触部分均设置轮齿使之相互啮合；

所述顶盘（15）与万向节（7）固连，底盘（32）与转轴（29）固连；

所述千斤顶电机（18）通过传动装置驱动丝杠（17）转动；所述传动装置包括安装板（19）、主动轮（21）、从动轮（20）和同步带（22），千斤顶电机（18）固定在安装板（19）一端，安装板（19）另一端安装在定位轴承（23）或螺母（24）上，主动轮（21）固定在千斤顶电机（18）输出端，从动轮（20）固定在丝杠（17）端头，主动轮（21）与从动轮（20）通过同步带（22）连接；所述千斤顶电机（18）采用伺服电机或无刷电机或步进电机；

所述支撑单元包括万向节（7）、立柱（31）和底座（16）；

所述底座（16）包括转轴（29）和轴承座，转轴（29）通过轴承安装在轴承座上，轴承座固定在平台（25）上；

所述立柱（31）上端通过万向节（7）与运动平台（1）固连；所述立柱（31）下端与转轴（29）固连；

所述传动机构包括与所述平台驱动减速电机（8）输出连接的旋转输出轴（6）、小链轮（12）、齿形链（13）以及设置在平推轴承（4）上端的大链轮（11），平台驱动减速电机（8）设置在平台（25）上表面，旋转输出轴（6）穿过平台（25）并与小链轮（12）连接，大链轮（11）固连在平台（25）上，小链轮（12）和大链轮（11）通过齿形链（13）连接。

2.根据权利要求1所述的一种超低重心多自由度运动平台，其特征在于：所述支撑底座（3）直接设置在地面上，或者设置在支板上，所述平推轴承（4）的下端面和多个支撑轮（10）分别安装在地面上或者支板上。

3.根据权利要求1所述的一种超低重心多自由度运动平台，其特征在于：所述平台（25）还包括设置在平台（25）下表面的圆形滑轨（9）或滑槽；平台（25）利用滑轨（9）或滑槽在多个支撑轮（10）上转动。

4.根据权利要求1所述的一种超低重心多自由度运动平台，其特征在于：所述轴承座包括左轴承座（27）和右轴承座（28），所述转轴（29）两端通过轴承安装在左轴承座（27）和右轴承座（28）上，左轴承座（27）和右轴承座（28）均固定在平台（25）上。

5.根据权利要求1所述一种超低重心多自由度运动平台，其特征在于：所述平台驱动减速电机（8）采用伺服电机或无刷电机或步进电机。