WO2014041158A1 - Movement system for a platform which can be moved in three spatial directions - Google Patents

Movement system for a platform which can be moved in three spatial directions Download PDF

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WO2014041158A1 PCT/EP2013/069121 EP2013069121W WO2014041158A1 WO 2014041158 A1 WO2014041158 A1 WO 2014041158A1 EP 2013069121 W EP2013069121 W EP 2013069121W WO 2014041158 A1 WO2014041158 A1 WO 2014041158A1
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Rolf Wilkens
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    • G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
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Definitions

  • the present invention relates to a drive unit for moving a platform, preferably a platform of a driving or flight simulator and a movement system for a platform, which contains three drive units according to the invention.
  • Mechanically movable platforms are known in particular from driving or flight simulators.
  • driver cabs or vehicle operator stations are mounted on the platform as faithfully as possible replica of the operator environment of the driver or the pilot.
  • the operator is presented with an artificial, visual environment on monitors that often cover his entire field of view.
  • the simulation is usually acoustically supported with a realistic background noise. So that the operator also perceives the movement forces corresponding to the simulation, the platform is movably mounted and can be moved laterally or rotationally along the various axes of movement by means of drive units.
  • Such simulators are used to carry out vehicle or aircraft-specific training and / or tests without actually using the vehicle. But even with driving equipment from showmen to the entertainment purpose movable platforms are used. It is also possible, in simulators, to fix projection systems on a platform which can be moved in three spatial directions.
  • US 4,066,256 discloses an amusement park ride which gives passengers the illusion that they are in a rapidly maneuvering vehicle.
  • a vehicle cabin in which the passengers are during an amusement ride, played on a display a fast-paced movie, such as the driver's view in a car chase.
  • the vehicle cab is mounted on a platform.
  • the platform in turn is located at three points on three individual drive units, here hydraulic cylinders.
  • the piston rods of the hydraulic cylinders By controlled movement of the piston rods of the hydraulic cylinders, the platform together with the vehicle cabin located thereon can be tilted over certain path and angle sections, inclined and moved vertically up and down.
  • the passenger thus experiences suitable acceleration forces for the film, for example during acceleration, braking or cornering as well as when driving over obstacles.
  • the invention is therefore based on the object to develop a drive unit for moving a platform with which the vertical stroke of the movable platform is increased and at the same time allows access to the platform without aids such as ladder or the like.
  • the application of the drive units according to the invention is not limited to simulators.
  • the drive units can also be used individually, for example to drive a carriage along a linear axis.
  • the movement system according to the invention according to claim 7 makes it possible to achieve a large vertical stroke in a very low design with a movable in three directions platform.
  • the system can also be used in rooms with a low ceiling height. A ladder to enter the platform is not required.
  • the drive unit is constructed of a welded construction, which is equipped with commercially available components (engine, transmission, bearings). Different deflections or occurring forces can be taken into account by adjustments to the geometry as well as by adapted drives.
  • the drives are relieved by air springs, of which the platform is supported.
  • the movement system can advantageously be extended by additional axes of movement, in which it is mounted on a turntable or in a table movable in two spatial directions of a plane.
  • FIG. 1 shows three views of the drive unit
  • Figure 2 shows the deflection of the drive unit
  • Figure 3 is a plan view of the movement system, wherein only one of the three drive units is shown.
  • the three-degree-of-freedom motion system shown in the figures is used to generate lifting, pitching and rolling motions such as occur in the simulation of forces on the driver of a simulated vehicle.
  • the movement system consists of three identical drive units (14, 15, 16) which are arranged on a circle (17), preferably offset by 120 ° (see FIGS. 1 and 3).
  • the plungers (10) of the drive units are connected via universal joints (1 1) to the platform (13).
  • the drive (1, 2) depends rotatably mounted between the side walls (12).
  • the drive lever (9) is fixedly connected to the drive axle (3) and rotatably supported on the flange bearing (6).
  • the Abutment (7), mounted on the gearbox (1) is supported by the support (8) on the Bocklager.
  • the plunger (10) is rotatably mounted.

Abstract

The invention relates to a drive unit for moving a platform, preferably a platform of a driving or flight simulator, wherein the movement takes place in an approximately vertical direction, wherein - the drive of the drive unit is coupled to the platform via at least one coupler, - the drive shaft of the drive is connected via drive levers to at least one, preferably two stationary bearings which are arranged to the side of the drive, and - the drive has at least one abutment which is connected by means of at least one, preferably two supporting levers to further stationary bearings which are arranged to the side of the drive, with the result that the drive is mounted in the stationary bearings and can thus be rotated and moved upon rotation of the drive shaft.

Description

B E S C H R E I B U N G  DESCRIPTION
BEWEGUNGSSYSTEM FÜR EINE IN DREI RAUMRICHTUNGEN BEWEGBAREN PLATTFORM MOVEMENT SYSTEM FOR A PLATFORM MOVABLE IN THREE ROOMS
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit zur Bewegung einer Plattform, vorzugsweise einer Plattform eines Fahr- oder Flugsimulators und ein Bewegungssystem für eine Plattform, das drei erfindungsgemäße Antriebseinheiten enthält. The present invention relates to a drive unit for moving a platform, preferably a platform of a driving or flight simulator and a movement system for a platform, which contains three drive units according to the invention.
Mechanisch bewegbare Plattformen sind insbesondere aus Fahr- oder Flugsimulatoren bekannt. Dazu sind auf der Plattform Fahrerkabinen bzw. Fahrzeugbedienplätze mit möglichst originalgetreuer Nachbildung der Bedienerumgebung des Fahrzeugführers oder des Piloten montiert. Dem Bediener wird auf Monitoren, die häufig sein komplettes Blickfeld abdecken, eine künstliche, visuelle Umgebung dargestellt. Zusätzlich wird die Simulation meist mit einer realitätsnahen Geräuschkulisse akustisch unterstützt. Damit der Bediener auch die der Simulation entsprechenden Bewegungskräfte wahrnimmt, ist die Plattform beweglich gelagert und kann entlang der verschiedenen Bewegungsachsen lateral oder rotatorisch mittels Antriebseinheiten bewegt werden. Solche Simulatoren kommen zum Einsatz, um fahr- oder flugzeugspezifische Schulungen und/oder Tests durchzuführen, ohne das Fahr- bzw. Flugzeug tatsächlich zu benutzen. Aber auch bei Fahrgeräten von Schaustellern zum Vergnügungszweck kommen bewegbare Plattformen zum Einsatz. Ebenso ist es möglich, in Simulatoren, Projektionssysteme auf einer in drei Raumrichtungen bewegbaren Plattform zu befestigen. Mechanically movable platforms are known in particular from driving or flight simulators. For this purpose, driver cabs or vehicle operator stations are mounted on the platform as faithfully as possible replica of the operator environment of the driver or the pilot. The operator is presented with an artificial, visual environment on monitors that often cover his entire field of view. In addition, the simulation is usually acoustically supported with a realistic background noise. So that the operator also perceives the movement forces corresponding to the simulation, the platform is movably mounted and can be moved laterally or rotationally along the various axes of movement by means of drive units. Such simulators are used to carry out vehicle or aircraft-specific training and / or tests without actually using the vehicle. But even with driving equipment from showmen to the entertainment purpose movable platforms are used. It is also possible, in simulators, to fix projection systems on a platform which can be moved in three spatial directions.
Bewegbare Plattformen der gattungsgemäßen Art zeigen die EP 0 335 585 A1 , die US 5,919,045 oder die US 4,066,256. Mobile platforms of the generic type are shown in EP 0 335 585 A1, US 5,919,045 or US 4,066,256.
In der US 4,066,256 wird ein Fahrgeschäft für einen Vergnügungspark offenbart, in dem für die Fahrgäste die Illusion geschaffen wird, sie säßen in einem rasch manövrierenden Fahrzeug. Dazu wird in einer Fahrzeugkabine, in der sich die Fahrgäste während einer Vergnügungsfahrt befinden, auf einer Anzeige ein rasanter Film abgespielt, beispielsweise die Fahrersicht bei einer Autoverfolgungsjagd. Die Fahrzeugkabine ist auf einer Plattform montiert. Die Plattform wiederum liegt an drei Punkten auf drei einzelnen Antriebseinheiten, hier Hydraulikzylindern auf. Durch gesteuertes Verfahren der Kolbenstangen der Hydraulikzylinder kann die Plattform mitsamt der darauf befindlichen Fahrzeugkabine über gewisse Weg- und Winkelstrecken gekippt, geneigt und vertikal auf und ab bewegt werden. In Synchronisation mit dem in der Fahrzeugkabine gezeigten Film erfährt der Fahrgast auf diese Weise zum Film passende Beschleunigungskräfte, beispielsweise bei Beschleunigungs-, Brems- oder Kurvenfahrten sowie bei Fahrten über Hindernisse. US 4,066,256 discloses an amusement park ride which gives passengers the illusion that they are in a rapidly maneuvering vehicle. For this purpose, in a vehicle cabin in which the passengers are during an amusement ride, played on a display a fast-paced movie, such as the driver's view in a car chase. The vehicle cab is mounted on a platform. The platform in turn is located at three points on three individual drive units, here hydraulic cylinders. By controlled movement of the piston rods of the hydraulic cylinders, the platform together with the vehicle cabin located thereon can be tilted over certain path and angle sections, inclined and moved vertically up and down. In synchronization with the film shown in the vehicle cabin, the passenger thus experiences suitable acceleration forces for the film, for example during acceleration, braking or cornering as well as when driving over obstacles.
Insbesondere bei Simulatoren ist man bemüht, einen möglichst großen vertikalen Hub der bewegbaren Plattform zu realisieren. Dadurch werden größere Winkel- und Wegstrecken und damit ein größerer Bewegungsspielraum der Plattform ermöglicht. In der Folge kann ein breiteres Spektrum an Simulationsszenarien abgedeckt werden. Der Vertikalhub wird jedoch häufig durch die Raumhöhe beschränkt. Weiterhin müssen aufgrund der großen Bauhöhe Leitern bzw. Hilfsmittel zum Betreten der Plattform vorgesehen werden. Dies ist auch in den vorstehend genannten Schriften der Fall. Selbst in der vertikal niedrigsten Position befindet sich die bewegliche Plattform bedingt durch die Konstruktion der Antriebseinheiten noch weit über der Flurebene. In particular, in simulators, efforts are being made to realize the largest possible vertical stroke of the movable platform. This allows larger angles and distances and thus a greater range of motion of the platform. As a result, a wider range of simulation scenarios can be covered. The vertical stroke is often limited by the room height. Furthermore, due to the large height ladders or tools for Entering the platform will be provided. This is also the case in the abovementioned publications. Even in the vertical lowest position, the movable platform is still far above the floor level due to the construction of the drive units.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit zur Bewegung einer Plattform zu entwickeln, mit der der Vertikalhub der bewegbaren Plattform vergrößert wird und die gleichzeitig einen Zugang zur Plattform ohne Hilfsmittel wie Leiter oder ähnliches ermöglicht. The invention is therefore based on the object to develop a drive unit for moving a platform with which the vertical stroke of the movable platform is increased and at the same time allows access to the platform without aids such as ladder or the like.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is solved by the features of patent claim 1.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Antriebseinheiten ist nicht auf Simulatoren begrenzt. Die Antriebseinheiten können auch einzeln genutzt werden, um beispielsweise einen Wagen entlang einer Linearachse anzutreiben. The application of the drive units according to the invention is not limited to simulators. The drive units can also be used individually, for example to drive a carriage along a linear axis.
Das erfindungsgemäße Bewegungssystem nach Patentanspruch 7 ermöglicht es, bei einer in drei Raumrichtungen bewegbaren Plattform einen großen vertikalen Hub bei sehr niedriger Bauform zu erreichen. Das System ist so auch in Räumen mit niedriger Deckenhöhe nutzbar. Eine Leiter zum Betreten der Plattform ist nicht erforderlich. The movement system according to the invention according to claim 7 makes it possible to achieve a large vertical stroke in a very low design with a movable in three directions platform. The system can also be used in rooms with a low ceiling height. A ladder to enter the platform is not required.
Die Unteransprüche 2-6 und 8 beschreiben bevorzugte, weil besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. The subclaims 2-6 and 8 describe preferred, because particularly advantageous embodiments of the invention.
Bevorzugt wird die Antriebseinheit aus einer Schweißkonstruktion aufgebaut, die mit handelsüblichen Komponenten (Motor, Getriebe, Lager) bestückt wird. Unterschiedliche Auslenkungen oder auftretende Kräfte können durch Anpassungen an der Geometrie sowie durch angepasste Antriebe berücksichtigt werden. Bevorzugt werden die Antriebe durch Luftfedern entlastet, von denen die Plattform unterstützt wird. Preferably, the drive unit is constructed of a welded construction, which is equipped with commercially available components (engine, transmission, bearings). Different deflections or occurring forces can be taken into account by adjustments to the geometry as well as by adapted drives. Preferably, the drives are relieved by air springs, of which the platform is supported.
Das Bewegungssystem kann vorteilhaft um zusätzliche Bewegungsachsen erweitert werden, in dem es auf einem Drehteller oder einem in zwei Raumrichtungen einer Ebene bewegbaren Tisch montiert wird. The movement system can advantageously be extended by additional axes of movement, in which it is mounted on a turntable or in a table movable in two spatial directions of a plane.
Nachfolgend werden die Antriebseinheit und das Bewegungssystem anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt. Hereinafter, the drive unit and the movement system will be illustrated with reference to a preferred embodiment.
Dabei zeigen die The show
Figur 1 drei Ansichten der Antriebseinheit, FIG. 1 shows three views of the drive unit,
Figur 2 die Auslenkung der Antriebseinheit und Figure 2 shows the deflection of the drive unit and
Figur 3 eine Draufsicht auf das Bewegungssystem, wobei nur eine der drei Antriebseinheiten abgebildet ist. Figure 3 is a plan view of the movement system, wherein only one of the three drive units is shown.
Das in den Figuren dargestellte Bewegungssystem mit drei Freiheitsgraden dient zur Erzeugung von Hub-, Nick- und Wankbewegungen, wie sie beispielsweise bei der Simulation von Kräften auf den Fahrer eines simulierten Fahrzeugs auftreten. The three-degree-of-freedom motion system shown in the figures is used to generate lifting, pitching and rolling motions such as occur in the simulation of forces on the driver of a simulated vehicle.
Das Bewegungssystem besteht aus drei identischen Antriebseinheiten (14, 15, 16) die auf einem Kreis (17), vorzugsweise um 120° versetzt, angeordnet sind (siehe Figuren 1 und 3). Die Stößel (10) der Antriebseinheiten sind über Kardangelenke (1 1 ) mit der Plattform (13) verbunden. Der Antrieb (1 , 2) hängt drehbar gelagert zwischen den Seitenwänden (12). Der Antriebshebel (9) ist fest mit der Antriebsachse (3) verbunden und stützt sich am Flanschlager (6) drehbar ab. Das Widerlager (7), montiert am Getriebe (1 ) stützt sich über die Stütze (8) am Bocklager ab. Am Gelenklager (4) ist der Stößel (10) drehbar gelagert. Durch die Längen von Antriebshebel (9), Stütze (8) und die Abstände zwischen Antriebsachse (3) und Widerlager (7) sowie Flanschlager (6) und Bocklager (5) sowie deren Positionen wird die Position und des Gelenklagers bestimmt. Dreht sich der Antrieb, so bewegt sich das Gelenklager (4) im Arbeitsbereich nahezu senkrecht nach oben oder unten, wobei der Antrieb (1 , 2) ebenfalls bewegt bzw. gedreht wird. Außerhalb des Arbeitsbereiches knickt die Bewegungslinie ab, wobei ein Durchdrehen der Antriebsachse mechanisch begrenzt ist. In der Figur ist die untere Lage der Plattform dargestellt. Durch die Anordnung des Antriebs (1 , 2) zwischen den Seitenwänden (12) ist der Stößel nicht quer beweglich, wodurch bei drei identischen um 120° versetzt angeordneten Antriebseinheiten die Plattform horizontal stabil gehalten wird. The movement system consists of three identical drive units (14, 15, 16) which are arranged on a circle (17), preferably offset by 120 ° (see FIGS. 1 and 3). The plungers (10) of the drive units are connected via universal joints (1 1) to the platform (13). The drive (1, 2) depends rotatably mounted between the side walls (12). The drive lever (9) is fixedly connected to the drive axle (3) and rotatably supported on the flange bearing (6). The Abutment (7), mounted on the gearbox (1) is supported by the support (8) on the Bocklager. At the joint bearing (4), the plunger (10) is rotatably mounted. By the lengths of drive lever (9), support (8) and the distances between the drive shaft (3) and abutment (7) and flange bearing (6) and Bocklager (5) and their positions, the position and the joint bearing is determined. If the drive rotates, the spherical plain bearing (4) moves almost vertically upwards or downwards in the working area, the drive (1, 2) likewise being moved or rotated. Outside the working area, the line of movement kinks, whereby a spinning of the drive axle is mechanically limited. In the figure, the lower layer of the platform is shown. The arrangement of the drive (1, 2) between the side walls (12) of the plunger is not transversely movable, whereby at three identical arranged offset by 120 ° drive units, the platform is held horizontally stable.
In Figur 2 wird die Auslenkung der Antriebseinheit dargestellt. In Figure 2, the deflection of the drive unit is shown.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT APPLICATIONS
1 . 1 .
Antnebseinheit zur Bewegung einer Plattform, vorzugsweise einer Plattform eines Fahr- oder Flugsimulators, wobei die Bewegung in nahezu vertikaler Richtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass  Antnebseinheit for moving a platform, preferably a platform of a driving or flight simulator, wherein the movement takes place in a nearly vertical direction, characterized in that
- der Antrieb der Antriebseinheit über zumindest eine Koppel mit der Plattform gekoppelt ist,  the drive of the drive unit is coupled to the platform via at least one coupling,
- die Antriebswelle des Antriebs über Antriebshebel mit wenigstens einem, vorzugsweise zwei seitlich vom Antrieb angeordneten ortsfesten Lagern verbunden ist und  - The drive shaft of the drive via drive lever with at least one, preferably two laterally arranged by the drive stationary bearings is connected and
- der Antrieb zumindest ein Widerlager aufweist, welches mittels zumindest einem, vorzugsweise zwei Stützhebeln mit weiteren seitlich vom Antrieb angeordneten ortsfesten Lagern verbunden ist, so dass der Antrieb in den ortsfesten Lagern gelagert und somit bei Drehung der Antriebswelle drehbar und beweglich ist.  - The drive has at least one abutment, which is connected by means of at least one, preferably two support levers with further laterally arranged by the drive stationary bearings, so that the drive is mounted in the stationary bearings and thus rotatable and movable upon rotation of the drive shaft.
2. Second
Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drive unit according to claim 1, characterized in that the
Antriebseinheit im Wesentlichen aus einer Schweißkonstruktion besteht, in die handelsübliche Komponenten wie Motor, Getriebe und Lager eingebaut sind. Drive unit consists essentially of a welded construction, are installed in the commercially available components such as engine, transmission and bearings.
3. Third
Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppel mittels Gelenklager an dem Gehäuse des Antriebs befestigt ist. Drive unit according to claim 1 or 2, characterized in that the coupling is fixed by means of spherical bearings on the housing of the drive.
4. 4th
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppel über ein Kardangelenk mit der Plattform verbunden ist.  Drive unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coupling is connected via a universal joint with the platform.
5. 5th
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Widerlager über Stützhebel verbundenen ortsfesten Lager als Bocklager ausgeführt sind.  Drive unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the associated with the abutment via support lever stationary bearings are designed as a Bocklager.
6. 6th
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheiten entlastet werden, indem die Plattform durch eine oder mehrere Luftfedern unterstützt wird.  Drive unit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the drive units are relieved by the platform is supported by one or more air springs.
7. 7th
Bewegungssystem, das eine in drei Raumrichtungen bewegbaren Plattform enthält, die mit drei Antriebseinheiten nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verbunden ist, wobei die Antriebseinheiten auf einem horizontalen Kreis, vorzugsweise um 120° versetzt angeordnet sind.  Movement system comprising a movable in three directions platform, which is connected to three drive units according to one of claims 1 to 6, wherein the drive units are arranged on a horizontal circle, preferably offset by 120 °.
8. 8th.
Bewegungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das System um zusätzliche Bewegungsachsen erweitert wird, indem das Bewegungssystem auf einem Drehteller oder einem in zwei Raumrichtungen in einer Ebene bewegbaren Tisch montiert wird.  Movement system according to claim 7, characterized in that the system is extended by additional axes of movement by the movement system is mounted on a turntable or in one of two directions in a plane movable table.
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