一種半實物仿真駕艙的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半實物仿真駕艙，屬于數(shù)字表演與仿真技術領域。
【背景技術】
[0002]半實物仿真駕艙訓練是實際操作前的必要過程。相對于真實駕駛汽車、飛行器等設備，半實物仿真訓練在帶來教程的同時，能夠極大的免去上機失誤所帶來的風險。目前半實物仿真駕艙訓練廣泛應用在軍事訓練、民航訓練、駕駛訓練中。同時半實物仿真駕艙設備的制作仍存在一些問題，主要包括:成本高、復用程度低、仿真指標少。
[0003]成本居高不下。洛克希德馬丁、中國航天工業(yè)集團都是設計駕艙仿真設備的先驅，他們設計的宗旨是精準再現(xiàn)飛機操作的每一個細節(jié)。由此帶來的是，駕艙規(guī)模(體積、重量)和操作按鍵都跟真機基本吻合，而按鍵的復雜程度和機艙的大小都指數(shù)級別的增加設備的成本。
[0004]復用程度低下。半實物仿真駕艙一般用于特殊領域，通常用于特殊機型的訓練，民航機型的訓練等。由于各組織、公司對機型的要求較為離散，因此訓練艙的設計通常需要“一機、一設計、一制造”。這導致較長的制作周期，制作成本高，給人力、物力、時間造成了巨大負擔。
[0005]仿真指標少。由于傳統(tǒng)的仿真訓練設備巨大，因此一般采用電動推桿的驅動方式進行管理，這導致駕艙無法完成真實設備的姿態(tài)。因此制造商門通常選擇精細相關系統(tǒng)，而放棄體感上指標的仿真程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為解決降低駕艙制造成本、進一步增強半實物駕艙的體感仿真指標，提供一種半實物仿真駕艙，能夠實現(xiàn)兩個角度的全自由度旋轉，支持虛擬駕駛訓練。
[0007]本發(fā)明的半實物仿真駕艙，具體包括底座部件組、U型架部件組、操作室部件組、關鍵軸部件組和U型軸部件組。
[0008]所述底座部件組用于為半實物仿真駕艙提供支撐和動力，獲取控制室內(nèi)下位機的信號并完成Y軸方向的旋轉過程。底座部件組包括底座、第一減速器、第一電機、第一伺服器和四個腳輪。其中，底座呈L型起支撐作用；第一減速器用螺栓與L型的頂端固定，用于輸出增大后的扭矩；第一電機用來提供高速扭矩，與第一減速器通過法蘭盤相連；第一伺服器與第一減速器貼合，用螺栓固定，用來為第一電機輸入控制信號；四個腳輪與L型支架底部固定，使得整體結構能平穩(wěn)移動。
[0009]所述U型架部件組為操作室部件組的旋轉提供支撐結構，包括U型架和擋圈。其中，U型架為操作室部件組與底座部件組銜接的支撐結構，用于支持操作室旋轉框主體沿X軸方向的旋轉；擋圈與U型架以法蘭方式相連，用來避免鍵軸部件組產(chǎn)生軸向移動。U型架的兩端分別連接操作室旋轉框主體的兩側中點，擋圈位于U型架中點處利用法蘭連接，與關鍵軸部件組的主軸相連。
[0010]所述操作室部件組用于承載操作者、上位機、下位機，并完成X軸方向的旋轉過程。操控室部件組包括旋轉框主體、第二電機、第二減速器、第二伺服器、控制座、座椅及其安全裝置、上位機、下位機。其中旋轉框主體用于承載操作者、上位機和下位機，利用第一法蘭軸和第二法蘭軸與U型架進行連接；第二電機利用法蘭與第二減速機相連，用來為旋轉框主體X軸的旋轉提供高速扭矩；第二減速器與第二電機以法蘭軸相連，用來提供增大的扭矩；第二伺服器與二減速器以螺栓相連，用來為第二電機輸入輸出信號；控制座用螺栓與旋轉框主體底部相連，用于固定放置上位機和下位機；座椅及其安全裝置利用螺栓與控制座相連，用來固定操作者；上位機利用螺栓與控制座相連，用來實時計算整體結構當前需要旋轉的角度；下位機利用螺栓與上位機相連，將上位機的角度結果換算成相應的控制信號，利用電纜，通過第一滑環(huán)與第一伺服器相連，通過第二滑環(huán)與第二伺服器相連。
[0011]所述關鍵軸部件組用于支撐U型架部件組的旋轉。關鍵軸部件組包括主軸、平鍵、圓螺母、第一滑環(huán)、第一軸承、第二軸承、套筒、軸承外套、第一小鏈輪、第一大鏈輪。其中，主軸依次穿過第一軸承、套筒、第二軸承，前端利用圓螺母與底座相連，后端利用擋圈與U型架相連，用于支撐操作室部件組；平鍵采用過盈配合嵌入主軸，用來完成主軸與第一大鏈輪之間的動力傳遞；第一滑環(huán)利用法蘭固定在主軸末端，用于信號線的連接；第一軸承、第二軸承用于支撐主軸運動；套筒用來阻止軸承的位移；軸承外套利用其階梯結構套在第一軸承和第二軸承上，避免軸承的暴露；第一小鏈輪與第一減速器以工藝鍵進行連接，用于傳輸增大后的扭矩；第一大鏈輪利用平鍵與主軸相連，利用鏈條與第一小鏈輪相連，完成將扭矩從第一減速器到主軸的傳遞。
[0012]所述U型軸部件組用于支撐操作室部件組的旋轉；U型軸部件組包括第二小鏈輪、第二大鏈輪、第二滑環(huán)、第一法蘭軸、第二法蘭軸、第三軸承、第四軸承、第一軸承座、第二軸承座。第二小鏈輪、第二大鏈輪、第一法蘭軸、第三軸承、第三軸承座放置在U型架的一端用于連接U型架和旋轉框主體一端，第二法蘭軸、第四軸承、第四軸承座放置在U型架的另一端用來連接U型架和旋轉框主體的另一端。其中，第二小鏈輪利用工藝鍵與第二減速器相連，用于傳遞扭矩；第二大鏈輪利用工藝鍵與第一法蘭軸相連，利用第一法蘭軸提供的肩阻止軸向運動；第二滑環(huán)與第二法蘭軸利用法蘭進行連接，用于信號線的連接；第一法蘭軸位于第二大鏈輪一側，利用法蘭與U型架部件組進行固定，通過第三軸承對操作室部件組進行支撐；第二法蘭軸位于第二滑環(huán)一側，利用法蘭與旋轉框主體進行連接，通過第四軸承對操作室部件組進行支撐；第三軸承利用第一軸承座與第一法蘭軸相連，并對旋轉框主體進行支撐；第四軸承利用第二軸承座與第二法蘭軸相連，并對旋轉框主體進行支撐。
[0013]本發(fā)明的半實物仿真駕艙的工作流程為:
[0014]操作者與上位機進行交互；上位機進行繪制并計算虛擬設備的位置和姿態(tài)；下位機對姿態(tài)進行解算形成包含轉速、轉向的控制信號；下位機通過線路、滑環(huán)將控制信號傳遞給第一伺服器、第二伺服器；第一伺服器和第二伺服器分別驅動第一電機、第二電機運動；第一電機和第二電機分別帶動第一減速器和第二減速器運動；第一減速器和第二減速器分別帶動第一小鏈輪和第二小鏈輪轉動。第一小鏈輪帶動第一大鏈輪旋轉，第一大鏈輪帶動U型架旋轉，完成Y軸方向的運動過程；第二小鏈輪相對第二大鏈輪旋轉，帶動旋轉框主體進行旋轉，并完成操作者期望的運動過程。
[0015]有益效果
[0016]本發(fā)明能夠在角度姿態(tài)上模擬固定翼飛行器、旋翼飛行器、特種車輛、火箭設備等有人駕駛的駕艙姿態(tài)，用于支持使用者參與和完成相關的虛擬訓練過程。與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點:
[0017]1、結構件少、連接復雜程度低，極大的降低了仿真駕艙的成本；
[0018]2、提供兩個角度的全自由度旋轉，可進一步模擬傳統(tǒng)仿真模擬器無法模擬的空間感，更加逼真的模擬飛行姿態(tài)機器運動過程；
[0019]3、將仿真駕艙小型化，為仿真器進入民用市場創(chuàng)造條件。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的半實物仿真駕艙整體結構正視圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的半實物仿真駕艙整體結構側視圖；
[0022]圖3為本發(fā)明的半實物仿真駕艙底座結構圖；
[0023]圖4為本發(fā)明的半實物仿真駕艙U型架組件結構圖；
[0024]圖5為本發(fā)明的半實物仿真駕艙操作室結構圖；
[0025]圖6為本發(fā)明的半實物仿真駕艙關鍵軸組裝圖；其中(a)為關鍵軸組裝圖中與主軸直接相連的部件圖，(b)為第一小鏈輪圖；
[0026]圖7為本發(fā)明的半實物仿真駕艙U型軸組裝圖；其中(a)為U型軸與旋轉框連接一端的組裝圖，(b)為U型軸與旋轉