帶有可控致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)底座的制作方法
【專利摘要】一種運(yùn)動(dòng)底座包括下底盤和上底盤，多個(gè)橫向穩(wěn)定裝置，其耦接于下底盤和上底盤之間并與之連接，多個(gè)致動(dòng)器，以及一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的主動(dòng)控制器。致動(dòng)器典型地包括可操作地與上底盤和下底盤連接的主體，可動(dòng)地、至少部分設(shè)置在主體內(nèi)的連桿和可控連桿延伸器，其中連桿和主體限定致動(dòng)器的有效長(zhǎng)度；可控連桿延伸器配置成選擇性地使連桿從主體延伸出來和回縮到主體中。在確定期望參數(shù)(如長(zhǎng)度)及實(shí)際參數(shù)(如長(zhǎng)度、速度、角速度、脈沖、力等或它們的組合)以后，根據(jù)需要發(fā)送控制信號(hào)至每個(gè)可控連桿延伸器，從而通過使每個(gè)致動(dòng)器的可延伸連桿移入或移出致動(dòng)器的主體來改變?cè)撝聞?dòng)器參數(shù)的當(dāng)前有效狀態(tài)。
【專利說明】帶有可控致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)底座
[0001 ] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求2013年12月10提交的美國(guó)申請(qǐng)第61/914,236號(hào)的優(yōu)先權(quán)。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及具有平臺(tái)或者支撐平臺(tái)的裝置，其中該平臺(tái)可以繞著具有兩個(gè)或更多自由度的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。這種裝置可以被稱為運(yùn)動(dòng)底座。運(yùn)動(dòng)底座可以被利用于，例如，運(yùn)動(dòng)仿真器和游樂園騎乘設(shè)施。
【背景技術(shù)】
[0004]在過去，在游樂園騎乘設(shè)施上運(yùn)動(dòng)的運(yùn)載工具只是簡(jiǎn)單地在騎乘設(shè)施上運(yùn)送乘客，從場(chǎng)景到場(chǎng)景。為了改善騎乘者的體驗(yàn)，運(yùn)載工具變得越來越復(fù)雜。在許多最新的運(yùn)載工具中，乘客可以坐在運(yùn)動(dòng)底座的頂上。當(dāng)運(yùn)載工具承載運(yùn)動(dòng)底座(和乘客)在游樂園騎乘設(shè)施上運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過改變騎乘者相對(duì)運(yùn)載工具的方向，運(yùn)動(dòng)底座增強(qiáng)了騎乘者的體驗(yàn)。
[0005]參考具有三個(gè)正交軸的三維坐標(biāo)系，某一三維坐標(biāo)系可以通過參考主體(例如，運(yùn)動(dòng)底座頂部的平臺(tái))能夠經(jīng)歷的“自由度”數(shù)量，來描述該主體在三維空間中的運(yùn)動(dòng)。最典型地描述的六個(gè)自由度是對(duì)應(yīng)于主體沿著三個(gè)正交軸的平移的三種運(yùn)動(dòng)以及主體繞著三個(gè)正交軸的旋轉(zhuǎn)的三種運(yùn)動(dòng)。向前和向后的平移可以被稱作縱蕩(surge)。向上和向下的平移可以被稱作起伏(heave)。向左和向右的平移可以被稱作搖擺(sway)。繞著豎直軸的旋轉(zhuǎn)可以被稱作偏航(yaw)。繞著縱向水平軸的旋轉(zhuǎn)可以被稱作橫滾(ro11)。繞著橫向水平軸的旋轉(zhuǎn)可以被稱作俯仰(pitch)。三種運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于主體(例如，飛機(jī))繞著三個(gè)垂直軸的旋轉(zhuǎn)，在描述這三種運(yùn)動(dòng)時(shí)，飛機(jī)是有用的例子。俯仰的變化可以被形象地示例成:飛機(jī)的機(jī)頭相對(duì)于飛機(jī)的機(jī)尾向上/向下傾斜。橫滾的變化可以被形象地示例成:飛機(jī)的某一翼尖向左/右傾斜從而高于或低于相對(duì)的翼尖。偏航的變化可以被形象地示例成:飛機(jī)平行于水平面進(jìn)行順時(shí)針/逆時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)，這與指南針的針相對(duì)于指南針正面的旋轉(zhuǎn)類似。日常的交通工具，例如汽車，在正常運(yùn)行情況下可能進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)比所有這些運(yùn)動(dòng)少。例如飛機(jī)等交通工具，可以經(jīng)歷所有的六種運(yùn)動(dòng)，盡管運(yùn)動(dòng)的變化可能非常輕微，以至于乘客沒有意識(shí)到正在發(fā)生變化。
[0006]例如，在乘客乘坐商用飛機(jī)的日常體驗(yàn)中，乘客經(jīng)常沒有意識(shí)到(也就是說，他們沒有察覺到)飛機(jī)相對(duì)于地球的移動(dòng)。除非這種觀察涉及到突然的運(yùn)動(dòng)，例如高度的突然變化，或者在與著陸相關(guān)的垂直運(yùn)動(dòng)中的立即停止。這種未察覺同樣適用于汽車乘客，例如，當(dāng)汽車在高速公路上加速逐漸轉(zhuǎn)彎時(shí)，乘客可能不會(huì)意識(shí)到汽車的傾斜轉(zhuǎn)彎(橫滾的變化)。人類不易于注意到運(yùn)動(dòng)的逐漸變化，因?yàn)檫@些變化通常不是不受歡迎的。
[0007]然而，能夠注意到，甚至是潛意識(shí)地注意到運(yùn)動(dòng)的快速變化好像是自然的人類本能。人類不知何故很明顯地不喜歡諸如在飛機(jī)上或者在地面交通工具上的突然運(yùn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)典型地與緊急狀況聯(lián)系在一起，緊急狀況可能威脅生命。實(shí)際上，人類生下來就具有“驚跳反射”或者“吃驚反應(yīng)”。通過觀察任何嬰兒對(duì)急劇運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)可以很明顯地看出，例如意外的落下(例如，快速起伏)；突然向前、向后或者側(cè)向傾斜(例如，快速縱蕩或搖擺);或者方向的快速變化(例如快速的橫滾或者俯仰變化)。人類的反應(yīng)是反射性的。
[0008]盡在在日常生活中不期望發(fā)生，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在許多游樂場(chǎng)騎乘設(shè)施中特別需要這種突然的運(yùn)動(dòng)。很多這些騎乘設(shè)施都試圖引起騎乘者的驚跳反射，不管是通過視覺、聽覺或者運(yùn)動(dòng)/移動(dòng)的刺激。例如，為了讓乘客體驗(yàn)到由于地震導(dǎo)致公交車掉入洞穴的感覺，可能希望使騎乘運(yùn)載工具里的乘客突然地向下下降一段精確的距離(即，負(fù)向的起伏)。還比如，可以通過使騎乘工具向側(cè)面強(qiáng)有力且突然地傾斜，并且與運(yùn)載工具的偏航的變化以及前向的速度相協(xié)調(diào)，從而增強(qiáng)騎乘工具從大型食人動(dòng)物口中逃出的刺激(例如，突然向右或向左橫滾精確的量)。還比如，復(fù)制潛水艇的運(yùn)輸工具為了躲避接近的魚雷，或者復(fù)制飛機(jī)的運(yùn)輸工具為了躲避接近的導(dǎo)彈，會(huì)需要立即俯沖(例如，俯仰突然負(fù)向變化精確的量)，并與下降相配合(例如，負(fù)向的起伏)。雖然布景和視覺錯(cuò)覺在模擬這些運(yùn)動(dòng)的過程中扮演著一定的角色，但是可以認(rèn)為，向乘客提供全部六個(gè)自由度或六個(gè)自由度的子集上的真實(shí)體驗(yàn)，才是最栩栩如生的，因而也是騎乘者所能體驗(yàn)到的最刺激的部分。
【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)底座的第一透視圖。在該圖中，運(yùn)動(dòng)底座被顯示為處于俯仰/橫滾狀態(tài)。
[00?0]圖2是圖1的運(yùn)動(dòng)底座的第二透視圖。在該圖中，運(yùn)動(dòng)底座被顯示為處于傾斜狀態(tài)。
[0011]圖3是圖1的運(yùn)動(dòng)底座的第三透視圖，其示出了俯仰的或者橫滾的平臺(tái)。
[0012]圖4是圖1所示實(shí)施例的致動(dòng)器的連桿端部的第一透視圖，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，其與U形夾(clevis)配對(duì)。
[0013]圖5圖1所示實(shí)施例的致動(dòng)器的連桿端部的第二透視圖，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，其與U形夾配對(duì)。
[0014]圖6是圖1所示運(yùn)動(dòng)底座的第四透視圖。在該圖中，運(yùn)動(dòng)底座被顯示為處于降低的狀態(tài)。
[0015]圖7是圖1所示運(yùn)動(dòng)底座的第五透視圖。在該圖中，運(yùn)動(dòng)底座被顯示為處于降低的狀態(tài)。
[0016]圖8是圖1所示運(yùn)動(dòng)底座的第六透視圖。在該示圖中，運(yùn)動(dòng)底座被顯示為處于降低的狀態(tài)。
[0017]圖9是圖1所示運(yùn)動(dòng)底座的第七透視圖。在該示圖中，顯示的運(yùn)動(dòng)底座被顯示為處于降低的狀態(tài)。
[0018]圖10圖1所不運(yùn)動(dòng)底座的俯視圖，其顯不了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的下底盤、多個(gè)穩(wěn)定裝置和三個(gè)致動(dòng)器，其中上底盤被移除了。
[0019]圖11是圖10所示安裝有上底盤的運(yùn)動(dòng)底座的俯視圖，以虛線示出了穩(wěn)定裝置。
[0020]圖12是圖10所示安裝有上底盤的運(yùn)動(dòng)底座的俯視圖。
[0021]圖13是圖1所示實(shí)施例中使用的反饋系統(tǒng)的框圖，在該實(shí)施例中，在框圖中展示的多種部件之間的關(guān)系(例如傳感器158、制動(dòng)器164等)既非限定性的，也不打算表示相對(duì)于其它部件優(yōu)選的物理位置。
【具體實(shí)施方式】
[0022]現(xiàn)參考圖1，在第一個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)底座30包括下底盤32、上底盤34和一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器36，一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器36被配置用于改變下底盤32相對(duì)上底盤34的高度和姿態(tài)。
[0023]典型地，下底盤32和上底盤34具有互補(bǔ)的幾何結(jié)構(gòu)，例如大致的三角形，其具有的致動(dòng)器36不多于三個(gè)，其中致動(dòng)器36朝上底盤34的外邊界設(shè)置，但是致動(dòng)器36的幾何結(jié)構(gòu)、布置和實(shí)際數(shù)量可以變化，例如變化成具有三個(gè)以上的致動(dòng)器36的大致矩形。
[0024]可以多種方式設(shè)置致動(dòng)器36。例如，一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器36可以被設(shè)置在上底盤34的方面、部分設(shè)置在上底盤34上方而部分設(shè)置在上底盤34里面、設(shè)置在上底盤34和下底盤32之間、部分設(shè)置在下底盤32上方而部分設(shè)置在下底盤32里面、和/或設(shè)置在下底盤32下方。每個(gè)致動(dòng)器36均包括主體38和連桿40，主體38內(nèi)裝有可控連桿延伸器150(圖13)，而連桿40被控制而選擇性地從主體38延伸出來以及回縮到主體38中。雖然優(yōu)選致動(dòng)器36是線性螺旋式致動(dòng)器，但是其它類型的致動(dòng)器也可以接受。主動(dòng)控制器152(圖13)典型地與可控連桿延伸器150可操作地通信，并且被配置成選擇性地影響連桿40從主體38延伸出來和連桿40回縮到主體38中。
[0025]在各實(shí)施例中，致動(dòng)器36相對(duì)僵硬，這里所說的僵硬與柔性相反。與諸如空氣致動(dòng)器的柔性致動(dòng)器相反，致動(dòng)器36能夠在兩個(gè)方向上有效地致動(dòng)，并且大體上是可預(yù)測(cè)的。
[0026]典型地，可以使用萬向支架接頭(gimbalingjoint)、樞轉(zhuǎn)接頭、旋轉(zhuǎn)接頭或者鉸接接頭42將各個(gè)主體38可移動(dòng)地親接至上底盤34。萬向接頭(U-joint)是一種合適的接頭42。在優(yōu)選的實(shí)施例中，接頭42將主體38固定于上底盤34，并且可以規(guī)定主體38相對(duì)于上底盤34的某些有角度的運(yùn)動(dòng)自由度。這種耦接可以允許致動(dòng)器36發(fā)生俯仰和橫滾變化，并且進(jìn)一步為致動(dòng)器36總長(zhǎng)度的改變提供安全上固定點(diǎn)。雖然致動(dòng)器36可以不是大體設(shè)置在上底盤34上方，但是那些耦接是相似的。
[0027]連桿40在其遠(yuǎn)端終止，其遠(yuǎn)端具有接頭70，例如球軸承和/或球窩接頭70(圖5)?？梢酝ㄟ^U形夾62將接頭70耦接至下底盤32。如示例性的實(shí)施例所示，連桿40的遠(yuǎn)端41從主體38突出，并且被耦接至球窩接頭70。連桿40可以穿過球窩接頭70的球，并且被固定至U形夾62。在該實(shí)施例中，連桿40的遠(yuǎn)端41被固定至下底盤32，并且可以規(guī)定線性致動(dòng)器36的連桿40遠(yuǎn)端41相對(duì)于下底盤32的某些有角度的運(yùn)動(dòng)自由度。這種結(jié)構(gòu)可以允許連桿40遠(yuǎn)端41的俯仰和橫滾變化，并且可以為致動(dòng)器36總長(zhǎng)度的改變提供安全下固定點(diǎn)。
[0028]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，其它實(shí)施例也允許連桿40遠(yuǎn)端41相對(duì)于下底盤32萬向運(yùn)動(dòng)，并且也可以使用其它結(jié)構(gòu)將主體38和連桿40的端部分別耦接至上底盤34和下底盤32ο
[0029]如圖1-3和6-12的實(shí)施例所示，致動(dòng)器36連桿40的遠(yuǎn)端41被典型地朝上底盤34和下底盤32的外邊界設(shè)置。對(duì)于三角形的上底盤34和下底盤32，致動(dòng)器36連桿40的遠(yuǎn)端41典型地被設(shè)置在假想三角形39的頂點(diǎn)附近(圖11)，其中假想三角形39投影在上底盤34和/或下底盤32上。在附圖所示的實(shí)施例中，呈現(xiàn)的是等邊三角形，也可以使用其它的三角形。
[0030]主體38內(nèi)可以包括制動(dòng)器164，制動(dòng)器164被可操作地耦接至螺桿162，并且被配置用于接收來自主動(dòng)控制器160的激活/停用信號(hào)，其中主動(dòng)控制器160可以包括伺服控制器。如果致動(dòng)器36包括氣動(dòng)或液壓致動(dòng)器，那么其將典型地包括氣缸或者連桿，而不是螺桿，并且制動(dòng)器164將可操作地耦接至該連桿，例如通過可操作地耦接至該連桿的一個(gè)或多個(gè)連桿夾持件。
[0031]此外，參考圖13，致動(dòng)器36包括可控連桿延伸器150，其可以包括線性致動(dòng)器電動(dòng)機(jī)，并且還可以包括一個(gè)或多個(gè)傳感器158，例如傳感器158可以是位置傳感器，螺桿162被配置成由可控連桿延伸器150驅(qū)動(dòng)并且被耦接至連桿40。雖然可控連桿延伸器150典型地是電動(dòng)機(jī)，但是也可以使用其它可控連桿延伸器，例如液壓或氣動(dòng)活塞式構(gòu)件。在結(jié)合有驅(qū)動(dòng)可控連桿延伸器150的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)可控連桿延伸器150可以是線性電動(dòng)機(jī)，并且每個(gè)驅(qū)動(dòng)可控連桿延伸器150在正常運(yùn)行期間一直運(yùn)行。
[0032]運(yùn)動(dòng)底座30可以進(jìn)一步包括運(yùn)動(dòng)控制主動(dòng)反饋電路，例如結(jié)合了相應(yīng)的反饋控制回路156的電路，反饋控制回路156能夠以模擬、數(shù)字或混合的形式實(shí)施。此外，雖然沒有顯示，但是運(yùn)動(dòng)控制主動(dòng)反饋回路156可以包括一個(gè)或多個(gè)伺服系統(tǒng)，該一個(gè)或多個(gè)伺服系統(tǒng)的計(jì)算中包括位置、速度、加速度、脈沖(急動(dòng))和/或力等等，或者以上的組合。因此，運(yùn)動(dòng)底座30可以與以下反饋回路一起實(shí)施:例如，位置和/或長(zhǎng)度反饋回路、速度反饋回路、加速度反饋回路、脈沖(或急動(dòng))反饋回路、力反饋回路等，或者以上的組合。
[0033]在各種實(shí)施例中，致動(dòng)器36還包括電動(dòng)機(jī)控制器152，典型地，例如可以通過對(duì)應(yīng)的反饋控制回路156將電動(dòng)機(jī)控制器152可操作地耦接至可控連桿延伸器150并驅(qū)動(dòng)可控連桿延伸器150。
[0034]可控連桿延伸器150的速度是可變的。在優(yōu)選的實(shí)施例中，選擇可控連桿延伸器150的速度，使得連桿40能夠主動(dòng)地從主體38伸出和/或主動(dòng)地回縮到主體38中，對(duì)于滿負(fù)載的運(yùn)動(dòng)底座30而言，伸出或回縮的速度可能會(huì)超過20英寸每秒，但是優(yōu)選最大速度的范圍為大約15至20英寸每秒。在優(yōu)選的實(shí)施例中，連桿40回縮到主體38中的加速度可以高達(dá)IG和超過1G。
[0035]如果可控連桿延伸器150是可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，那么可控連桿延伸器150的旋轉(zhuǎn)可以持續(xù)變化，或者能夠以固定的角度變化來提供階梯式的旋轉(zhuǎn)。
[0036]雖然只顯示了一個(gè)，但是運(yùn)動(dòng)底座30中可以包括一個(gè)或多個(gè)處理器168及關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器166，并且一個(gè)或多個(gè)處理器168及關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器166可以被配置成:使用有線數(shù)據(jù)通信，例如通過通信總線170，或者無線，或者類似方式，或者以上方式的結(jié)合，來與一個(gè)或多個(gè)伺服控制器152進(jìn)行通信。伺服控制器152反過來可以與致動(dòng)器36進(jìn)行通信，例如通過通信總線170、無線、或者類似方式，或者以上方式的結(jié)合，并且雖然圖13只顯示了一個(gè)伺服控制器152，但是可以具有一個(gè)或多個(gè)這種伺服控制器152。
[0037]還是如圖3-5和8-14的實(shí)施例所示，典型地提供了多個(gè)柔性穩(wěn)定裝置50，柔性穩(wěn)定裝置50可以在上底盤34和下底盤32之間提供橫向和/或扭轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。運(yùn)動(dòng)底座領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)熟悉，柔性穩(wěn)定裝置50可以包括柔性穩(wěn)定主體51(圖1)和柔性穩(wěn)定連桿52(圖1)，并且可以在典型實(shí)施例中例如使用緊固件53(圖3)以及用軸襯或壓鉚螺母柱54(圖3)來將柔性穩(wěn)定裝置50附接至它們各自的附接點(diǎn)。
[0038]在示例性實(shí)施例的運(yùn)行過程中，運(yùn)動(dòng)底座30通過一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器36(或者它們的組合)與位于上底盤34的乘載裝置連接，例如乘客運(yùn)載裝置(附圖中未顯示)。在某些實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)底座30還可以通過一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器36(或者它們的組合)與位于下底盤34的底座移動(dòng)器(附圖中未顯示)連接。
[0039]傳感器158包括位置傳感器，位置傳感器可以輸出指示相關(guān)致動(dòng)器36當(dāng)前長(zhǎng)度153的信號(hào)154。然而，如下討論的那樣，傳感器158可以操作而感測(cè)一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的狀態(tài)，例如長(zhǎng)度、速度、加速度、脈沖(急動(dòng))、力等等，或者它們的組合。在此使用的“狀態(tài)和/或數(shù)值”的意思是，表明狀態(tài)的狀態(tài)或數(shù)值。
[0040]反饋控制回路156的比較電路159可以通過第一信號(hào)通路154從位置傳感器158接收第一信號(hào)，以作為第一輸入，并且通過第二信號(hào)通路157從主動(dòng)控制器152接收第二信號(hào)，以作為第二輸入。第一信號(hào)通路154典型地代表致動(dòng)器36的當(dāng)前位置，而第二信號(hào)通路157典型地代表致動(dòng)器36的期望位置。
[0041 ] 本申請(qǐng)可以出現(xiàn)多個(gè)主動(dòng)反饋控制回路156，每個(gè)主動(dòng)反饋控制回路156均包括相關(guān)的第一信號(hào)通路154和第二信號(hào)通路157，第一信號(hào)通路154和第二信號(hào)通路157與任何相關(guān)致動(dòng)器36的預(yù)定可控連桿延伸器驅(qū)動(dòng)相關(guān)聯(lián)，例如電動(dòng)機(jī)37(圖1)。每個(gè)相關(guān)的主動(dòng)控制器152均被配置成接收和比較信號(hào)，該信號(hào)例如可以直接通過傳感器158測(cè)得，或者由計(jì)算推導(dǎo)出來，該信號(hào)指示相關(guān)致動(dòng)器36的當(dāng)前有效長(zhǎng)度，比相關(guān)致動(dòng)器36的期望有效長(zhǎng)度。主動(dòng)控制器152然后可以進(jìn)一步被配置成，使得其相關(guān)的可控連桿延伸器驅(qū)動(dòng)150影響其相關(guān)致動(dòng)器36的有效長(zhǎng)度，從而使當(dāng)前有效長(zhǎng)度和期望有效長(zhǎng)度之間的差異最小化。
[0042]在其它實(shí)施例中，比較信號(hào)可以包括直接由傳感器158(可包括速度傳感器)測(cè)得的信號(hào)，或者通過計(jì)算推導(dǎo)出來的信號(hào)，該信號(hào)指示相關(guān)致動(dòng)器36的當(dāng)前連桿速度，其與相關(guān)致動(dòng)器36的期望連桿速度相比較，并且使其可控連桿延伸器驅(qū)動(dòng)150影響其相關(guān)致動(dòng)器36的連桿速度變化，以使當(dāng)前連桿速度和期望連桿速度之間的差異最小化。
[0043]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，比較信號(hào)可包括直接由傳感器158(包括高階傳感器)測(cè)得的信號(hào)，或者通過計(jì)算推導(dǎo)出來的信號(hào)，該信號(hào)指示相關(guān)致動(dòng)器36的加速度、脈沖(急動(dòng))、扭矩、力或者其他更高階的控制參數(shù)的當(dāng)前狀態(tài)，該當(dāng)前狀態(tài)然后與相關(guān)致動(dòng)器36控制參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)期望狀態(tài)相比較。主動(dòng)控制器152于是可使其相關(guān)可控連桿延伸器驅(qū)動(dòng)150影響其相關(guān)致動(dòng)器36控制參數(shù)的狀態(tài)變化，以使控制參數(shù)的當(dāng)前狀態(tài)和那些控制參數(shù)的期望狀態(tài)之間的差異最小化。
[0044]伺服放大器161反過來可以從比較電路154接收輸出163以作為輸入，并且可以向可控連桿延伸器150提供其輸出，以作為控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0045]在某一實(shí)施例中，致動(dòng)器36包括線性螺旋式致動(dòng)器，在該類致動(dòng)器中，螺桿162(在這里可以被稱作絲桿或者傳動(dòng)螺桿)可通過可控連桿延伸器150的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作而在驅(qū)動(dòng)螺母內(nèi)旋轉(zhuǎn)。典型地，驅(qū)動(dòng)螺母165被限制旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)螺桿162旋轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)螺母165可以基于螺桿162的旋轉(zhuǎn)方向而沿著螺桿162的長(zhǎng)度被向上或向下施加力。連桿40可以具有適合其載荷的橫截面并可以被耦接至驅(qū)動(dòng)螺母165，從而連桿40可以基于螺桿162的旋轉(zhuǎn)方向而被推離其各自的主體38或者拉進(jìn)其各自的主體38。也可以使用其它驅(qū)動(dòng)螺母165結(jié)構(gòu)，例如滾珠絲杠、滾子絲杠等等，或者它們的組合。
[0046]在包括電可控連桿延伸器150的一些實(shí)施例中，電可控連桿延伸器150包括螺旋式直線電動(dòng)機(jī)，例如愛克米(Acme)螺紋型?？梢赃x擇可控連桿延伸器150，從而當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)37停止時(shí)，致動(dòng)器36能夠有效地在合適的位置鎖定并且至少能夠支撐運(yùn)動(dòng)底座30的期望最大載荷。然而，這些類型的致動(dòng)器不是優(yōu)選的，因?yàn)樾枰朔恍┠Σ亮σ愿淖冎聞?dòng)器的長(zhǎng)度。
[0047]諸如滾珠絲杠和滾子絲杠型可控連桿延伸器150的其它螺旋式可控連桿延伸器150，只需克服更少的摩擦力，并且對(duì)于本申請(qǐng)中描述的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)30的實(shí)施例來說更為優(yōu)選。然而，這些類型的可控連桿延伸器150可驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器36的螺桿152，而不會(huì)鎖定螺桿162，并且如果從驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(例如可控連桿延伸器150)移除電源，螺桿162會(huì)旋轉(zhuǎn)。因此，在本申請(qǐng)中描述的一些實(shí)施例中，當(dāng)從驅(qū)動(dòng)可控連桿延伸器150移除電源時(shí)，使用制動(dòng)器164來防止螺桿162旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)器164既可以直接通過作用在連桿40上，也可以間接地通過電動(dòng)機(jī)150或者中間齒輪級(jí)來防止連桿40的延伸或收縮。
[0048]在驅(qū)動(dòng)可控連桿延伸器150被耦接至電動(dòng)機(jī)控制器152的實(shí)施例中，指示連桿40的當(dāng)前延伸長(zhǎng)度153及其對(duì)應(yīng)致動(dòng)器36的第一信號(hào)154可以被輸入至反饋控制回路156。第一信號(hào)可以由傳感器158(例如位置傳感器)提供，傳感器158可以被設(shè)置在線性致動(dòng)器36的內(nèi)部，或者由線性致動(dòng)器36外部的機(jī)構(gòu)提供。指示連桿40的期望長(zhǎng)度及其對(duì)應(yīng)致動(dòng)器36的第二信號(hào)157，也可以被輸入至反饋控制回路156。第二信號(hào)157可以由執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器166內(nèi)指令的處理器168提供，并且第二信號(hào)157取決于在預(yù)先計(jì)劃好的事件順序期間(例如在整個(gè)騎乘過程中運(yùn)動(dòng)底座的任何或全部的行程片段)通過通信總線170而被傳輸至反饋控制回路156的數(shù)據(jù)，其中該數(shù)據(jù)代表一組預(yù)先確定的期望長(zhǎng)度(或者達(dá)到期望長(zhǎng)度所需要的實(shí)際長(zhǎng)度的變化)。
[0049]對(duì)致動(dòng)器36有效長(zhǎng)度的控制(既包括主動(dòng)驅(qū)動(dòng)連桿40從致動(dòng)器36的主體38延伸出總長(zhǎng)，也包括主動(dòng)使連桿40回縮進(jìn)致動(dòng)器36的主體38中從而減小總長(zhǎng))，允許對(duì)附接于上底盤34的結(jié)構(gòu)，例如可放置在運(yùn)動(dòng)底盤30頂上的乘客座艙(附圖中未顯示)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確控制。其還允許通過主動(dòng)的、有動(dòng)力的和受控的運(yùn)動(dòng)來相對(duì)于預(yù)定的平面向上推動(dòng)和向下推動(dòng)和拉動(dòng)運(yùn)動(dòng)底座30。因此，在典型的實(shí)施例中，與電動(dòng)機(jī)控制器152相呼應(yīng)的反饋控制回路156可以比較信號(hào)154和157，從而將致動(dòng)器36的當(dāng)前長(zhǎng)度153與致動(dòng)器36的期望長(zhǎng)度相比較。與其輸入信號(hào)比較器159和伺服放大器161相呼應(yīng)的動(dòng)作可以產(chǎn)生被提供至電動(dòng)機(jī)150的控制信號(hào)，以改變致動(dòng)器36的當(dāng)前長(zhǎng)度153，并且使當(dāng)前長(zhǎng)度和期望長(zhǎng)度之間的差異最小化。當(dāng)指示新的期望長(zhǎng)度153的信號(hào)，例如信號(hào)157，或者指示新的當(dāng)前長(zhǎng)度的信號(hào)，例如信號(hào)154，被輸入至反饋控制回路156時(shí)，電動(dòng)機(jī)控制器152驅(qū)動(dòng)可控連桿延伸器150以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度153(或者長(zhǎng)度變化)，該長(zhǎng)度153(或者長(zhǎng)度變化)相對(duì)于期望的長(zhǎng)度(或者長(zhǎng)度變化)而言具有精確性和有限的波動(dòng)誤差。
[0050]這允許運(yùn)動(dòng)底座36大幅消除下底盤32和上底盤34之間的間隔距離的反彈或波動(dòng)變化。此外，在騎乘過程中的任何給定時(shí)刻，這種結(jié)構(gòu)均允許對(duì)各個(gè)致動(dòng)器36的長(zhǎng)度進(jìn)行精確控制。
[0051]因?yàn)榉答伩刂苹芈?56被用于補(bǔ)償那些會(huì)改變線性致動(dòng)器36的實(shí)際長(zhǎng)度而使其偏離期望長(zhǎng)度的影響，所以致動(dòng)器36支撐的底盤(例如上底盤34)上的負(fù)載、致動(dòng)器36的溫度、或者運(yùn)動(dòng)底座30的動(dòng)量只能最低限度地影響線性致動(dòng)器36的長(zhǎng)度。
[0052]上述對(duì)本發(fā)明的公開和描述僅是示例性和說明性的。在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，可以做出各種尺寸、形狀和材料的變化，以及示例性結(jié)構(gòu)和/或示例性方法的細(xì)節(jié)的變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種運(yùn)動(dòng)底座，包括: a.下底盤(32); b.上底盤(34); c.多個(gè)橫向穩(wěn)定裝置(50)，所述多個(gè)橫向穩(wěn)定裝置(50)設(shè)置在所述下底盤(32)和上底盤(34)之間并且與所述下底盤(32)和下底盤(34)連接，所述多個(gè)橫向穩(wěn)定裝置(50)被配置用于在所述下底盤(32)和上底盤(34)之間提供橫向和扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性； d.多個(gè)致動(dòng)器(36)，每個(gè)致動(dòng)器(36)均可操作地與所述上底盤(34)和下底盤(32)連接，每個(gè)致動(dòng)器(36)均包括: 1.主體(38); i1.連桿(40)，所述連桿(40)可動(dòng)地、至少部分地設(shè)置在所述主體(38)之內(nèi)，所述連桿(40)包括設(shè)置在所述主體(38)內(nèi)的近端以及從所述主體(38)延伸出來的遠(yuǎn)端，所述遠(yuǎn)端可操作地連接至所述上底盤(34)或者所述下底盤(32)中相對(duì)的一個(gè)，所述連桿(40)和主體(38)限定致動(dòng)器有效長(zhǎng)度；以及可控連桿延伸器(150)，所述可控連桿延伸器(150)可操作地耦接至所述連桿(40)的近端，并且被配置成選擇性地使所述連桿(40)從所述主體(38)延伸出來和使所述連桿(40)回縮到所述主體(38)中，從而有效地使所述致動(dòng)器(36)動(dòng)態(tài)地將其有效長(zhǎng)度從第一預(yù)設(shè)長(zhǎng)度改變到第二預(yù)設(shè)長(zhǎng)度；以及 e.主動(dòng)控制器(152)，所述主動(dòng)控制器(152)與所述可控連桿延伸器可操作地通信，并且被配置成選擇性地影響所述連桿從所述主體向外的延伸以及所述連桿向所述主體中的回縮。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)底座，其特征在于，所述可控連桿延伸器包括可控連桿延伸器驅(qū)動(dòng)器(37)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)底座，其特征在于，所述可控連桿延伸器驅(qū)動(dòng)器(37)包括電動(dòng)機(jī)、電控式線性電動(dòng)機(jī)、液壓活塞或者氣動(dòng)活塞。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)底座，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)底座還包括活動(dòng)接頭(42)，所述活動(dòng)接頭設(shè)置在其中的一個(gè)主體(38)與該主體(38)的連桿(40)遠(yuǎn)端之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)底座，其特征在于，其中: a.所述主動(dòng)控制器(152)還包括主動(dòng)反饋控制回路(156);并且 b.所述可控連桿延伸器(I50)包括可控連桿延伸器驅(qū)動(dòng)器(37)，所述可控連桿延伸器驅(qū)動(dòng)器(37)與所述主動(dòng)反饋控制回路(156)可操作地通信。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的運(yùn)動(dòng)底座，其特征在于，其中: a.所述主動(dòng)控制器(152)還包括傳感器(158)，所述傳感器(158)與所述主動(dòng)反饋控制回路(156)可操作地通信;并且 b.所述主動(dòng)反饋控制回路(156)包括位置反饋控制回路、速度反饋控制回路、加速度反饋控制回路、脈沖反饋控制回路或者力柔性反饋控制回路中的至少一個(gè)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)底座，其特征在于，所述可控連桿延伸器(150)包括線性愛克米螺紋致動(dòng)器、線性滾珠絲杠式致動(dòng)器、或者線性滾子絲杠式致動(dòng)器。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)底座，其特征在于，所述連桿(40)的遠(yuǎn)端設(shè)置于投影在所述上底盤(34)和下底盤(32)之一上的假想三角形(39)的頂點(diǎn)附近。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)底座，其特征在于，所述連桿從所述主體(38)向外的延伸以及向所述主體(38)中的回縮被配置成連續(xù)可變。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)底座，其特征在于，所述連桿從所述主體(38)向外的延伸以及向所述主體(38)中的回縮被配置成可階梯式地變化。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)底座，其特征在于，所述主體(38)和所述連桿(40)的遠(yuǎn)端通過接頭(42)被耦接至所述上底盤(34)和下底盤(32)中各自的一個(gè)，其中所述接頭(42)被配置成允許兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的運(yùn)動(dòng)底座，其特征在于，所述允許的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度不包括起伏。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)底座，其特征在于，所述連桿(40)被配置成:當(dāng)所述連桿(40)運(yùn)動(dòng)而停止在預(yù)定長(zhǎng)度時(shí)，防止所述上底盤(34)和下底盤(32)之間的距離發(fā)生波動(dòng)。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)底座，其特征在于，所述致動(dòng)器(36)通過萬向接頭被耦接至所述上底盤(34)和下底盤(32)。15.—種影響運(yùn)動(dòng)底座的上底盤(34)和下底盤(32)之間關(guān)系變化的方法，包括: a.提供運(yùn)動(dòng)底座，所述運(yùn)動(dòng)底座包括: 1.下底盤(32); i1.上底盤(34); ii1.多個(gè)橫向穩(wěn)定裝置(50)，所述多個(gè)橫向穩(wěn)定裝置(50)設(shè)置在所述下底盤(32)和上底盤(34)之間并且與所述下底盤(32)和下底盤(34)連接，所述多個(gè)橫向穩(wěn)定裝置(50)被配置用于提供在所述下底盤(32)和上底盤(34)之間的橫向和扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性； iv.多個(gè)致動(dòng)器(36)，每個(gè)致動(dòng)器(36)均可操作地與所述上底盤(34)和下底盤(32)連接，每個(gè)致動(dòng)器(36)均包括: 1.主體(38); 2.連桿(40)，所述連桿(40)可動(dòng)地、至少部分地設(shè)置在所述主體(38)之內(nèi)，所述連桿(40)包括設(shè)置在所述主體(38)內(nèi)的近端以及從所述主體(38)延伸出來的遠(yuǎn)端，所述遠(yuǎn)端與所述上底盤(34)或者所述下底盤(32)中相對(duì)的一個(gè)可操作地連接，所述連桿(40)和主體(38)限定致動(dòng)器有效長(zhǎng)度；以及 3.可控連桿延伸器(150)，所述可控連桿延伸器(150)可操作地耦接至所述連桿(40)的近端，并且被配置成選擇性地使所述連桿(40)從所述主體(38)延伸出來和使所述連桿(40)回縮到所述主體(38)中，從而有效地使所述致動(dòng)器(36)動(dòng)態(tài)地將其有效長(zhǎng)度從第一預(yù)設(shè)長(zhǎng)度改變至第二預(yù)設(shè)長(zhǎng)度； 以及 V.主動(dòng)控制器(152)，所述主動(dòng)控制器(152)與所述可控連桿延伸器(150)可操作地通信，并且被配置成選擇性地使所述連桿(40)從所述主體(38)延伸出來以及使所述連桿(40)回縮到所述主體(38)中； b.確定所述多個(gè)致動(dòng)器(36)中每一個(gè)致動(dòng)器的參數(shù)的期望有效狀態(tài)； c.確定所述多個(gè)致動(dòng)器(36)中每一個(gè)致動(dòng)器的參數(shù)的當(dāng)前有效狀態(tài)；以及 d.將控制信號(hào)發(fā)送至每個(gè)致動(dòng)器(36)的每個(gè)可控連桿延伸器(150)，從而在需要時(shí)改變每個(gè)致動(dòng)器(36)的參數(shù)的當(dāng)前有效狀態(tài)，以使所述參數(shù)的當(dāng)前有效狀態(tài)與期望有效狀態(tài)相匹配，該匹配通過使每個(gè)致動(dòng)器(36)的可延伸連桿(40)移入該致動(dòng)器的主體(38)或者使該致動(dòng)器(36)的可延伸連桿(40)移出該致動(dòng)器的主體(38)而實(shí)現(xiàn)，從而使所述多個(gè)致動(dòng)器(36)中的每一個(gè)致動(dòng)器的當(dāng)前有效長(zhǎng)度與該致動(dòng)器(36)的期望參數(shù)相匹配。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的影響運(yùn)動(dòng)底座的上底盤(34)和下底盤(32)之間關(guān)系變化的方法，其特征在于，所述方法還包括: a.輸出信號(hào)，所述信號(hào)指示致動(dòng)器(36)的當(dāng)前有效參數(shù)，所述當(dāng)前有效參數(shù)來自于與所述致動(dòng)器(36)可操作地耦接的傳感器(158)，所述傳感器(158)被配置成確定所述參數(shù)的當(dāng)前狀態(tài)； b.接收所述輸出的指示信號(hào)，以作為比較電路(156)的第一輸入信號(hào)； c.用所述比較電路(156)比較所述第一輸入信號(hào)和從所述主動(dòng)控制器(152)接收的第二輸入信號(hào)，所述主動(dòng)控制器(152)與所述比較電路(156)和處理器(168)可操作地通信，以生成比較信號(hào)； d.將所述比較信號(hào)提供給伺服放大器(161)，所述伺服放大器(161)與所述比較電路(156)和所述可控連桿延伸器(150)可操作地通信；以及 e.使用所述比較信號(hào)來生成控制信號(hào)，所述控制信號(hào)可以按照需要改變每個(gè)致動(dòng)器(36)的參數(shù)的當(dāng)前有效狀態(tài)，所述控制信號(hào)可操作成使致動(dòng)器的可延伸連桿(40)移入所述致動(dòng)器的主體(38)，或者使所述致動(dòng)器的可延伸連桿(40)移出所述致動(dòng)器的主體(38)，從而使所述致動(dòng)器(36)的當(dāng)前有效狀態(tài)參數(shù)與該致動(dòng)器(36)的期望有效狀態(tài)參數(shù)相匹配。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的影響運(yùn)動(dòng)底座的上底盤(34)和下底盤(32)之間關(guān)系變化的方法，其特征在于，所述可控連桿延伸器(150)包括電控式連桿延伸器，所述電控式連桿延伸器包括線性電動(dòng)機(jī)，所述方法還包括使用所述線性電動(dòng)機(jī)可操作地將所述電控式連桿延伸器鎖定在合適的位置。18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的影響運(yùn)動(dòng)底座的上底盤(34)和下底盤(32)之間關(guān)系變化的方法，其特征在于，所述可控連桿延伸器(I 50)包括線性螺旋式可控連桿延伸器，所述線性螺旋式可控連桿延伸器包括可旋轉(zhuǎn)的螺桿，所述可旋轉(zhuǎn)螺桿的長(zhǎng)度限定了軸，所述可控連桿延伸器還包括驅(qū)動(dòng)螺母，所述驅(qū)動(dòng)螺母被配置成將所述螺桿可旋轉(zhuǎn)地接納在所述驅(qū)動(dòng)螺母內(nèi)，所述驅(qū)動(dòng)螺母被限制旋轉(zhuǎn)，所述連桿(40)可操作地耦接至所述驅(qū)動(dòng)螺母，所述方法還包括: a.轉(zhuǎn)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)螺母內(nèi)的所述螺桿；以及 b.在所述螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)所述螺桿的旋轉(zhuǎn)方向，沿著所述軸在朝著所述連桿(40)遠(yuǎn)端的第一方向或者背離所述連桿(40)遠(yuǎn)端的第二方向上推動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)螺母，并且根據(jù)所述螺桿的旋轉(zhuǎn)方向，使所述連桿(40)延伸到其各自的主體之外或者使所述連桿(40)回縮到其各自的主體內(nèi)。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的影響運(yùn)動(dòng)底座的上底盤(34)和下底盤(32)之間關(guān)系變化的方法，其特征在于，所述方法還包括:當(dāng)從所述可控連桿延伸器移除電源時(shí)，使用與所述螺桿可操作地耦接的制動(dòng)器(164)來防止所述螺桿旋轉(zhuǎn)。20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的影響運(yùn)動(dòng)底座的上底盤(34)和下底盤(32)之間關(guān)系變化的方法，其特征在于，所述可控連桿延伸器(150)還包括可控連桿延伸器控制器(152)，所述可控連桿延伸器控制器(I 52)可操作地耦接至所述可控連桿延伸器(I 50)，并且所述運(yùn)動(dòng)底座還包括反饋控制回路(156)，所述反饋控制回路(156)可操作地耦接至所述可控連桿延伸器(150)，所述方法還包括: a.獲取第一信號(hào)，所述第一信號(hào)指示致動(dòng)器(36)的當(dāng)前有效參數(shù)； b.將指示所述致動(dòng)器(36)的當(dāng)前有效參數(shù)的第一信號(hào)輸入至所述反饋控制回路(156); c.獲取第二信號(hào)，所述第二信號(hào)指示所述致動(dòng)器(36)的期望有效參數(shù)； d.將指示所述致動(dòng)器(36)的期望有效參數(shù)的第二信號(hào)輸入至所述反饋控制回路(156); e.生成比較信號(hào)； f.將所述比較信號(hào)提供給伺服放大器(161)，所述伺服放大器(161)與所述可控連桿延伸器(150)可操作地通信；以及 g.使用所述比較信號(hào)來將所述控制信號(hào)發(fā)送至每個(gè)致動(dòng)器(36)的每個(gè)可控連桿延伸器，通過使致動(dòng)器的可延伸連桿(40)移入所述致動(dòng)器的主體(38)或者使所述致動(dòng)器的可延伸連桿(40)移出所述致動(dòng)器的主體(38)，以便根據(jù)需要改變每個(gè)致動(dòng)器(36)的參數(shù)的當(dāng)前有效狀態(tài)，從而使多個(gè)致動(dòng)器(36)中的每一個(gè)的參數(shù)的當(dāng)前有效狀態(tài)與該致動(dòng)器(36)的參數(shù)的期望有效狀態(tài)相匹配。
【文檔編號(hào)】G09B9/00GK105940436SQ201480074710
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2014年12月10日
【發(fā)明人】S·T·福斯特, E·A·金, S·F·弗羅邁爾, S·斯瓦克
【申請(qǐng)人】國(guó)際海洋工程公司