[发明专利]防晕稳定机构

说明书

一、技术领域

本发明属于工业自动化控制技术领域，尤其涉及一种高性能防晕稳定机构，适于车、船等交通工具的普及应用，避免或消除晕车、晕船等不适情况的发生。

二、背景技术

现有各类交通工具上的座椅多是刚性连接，因此，当交通工具存在剧烈颠簸或晃动时，乘客会发生晕车、晕船等严重不适反应。查询现有专利、论文等公开技术文献涉及的防晕设备，结构复杂，不具有通用性，且生产成本高，应用范围受限。

三、发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于现代测控技术的机电一体化防晕稳定机构，具有测控精确、结构易于实现、通用性强、且具有良好市场前景的防晕稳定机构。

本发明的技术方案为：将防晕稳定机构固定于交通工具和设施(如床、座椅等)之间；所述的防晕稳定机构包括：上平台、双自由度关节一、双自由度关节二、双自由度关节三、作动器一、作动器二、作动器三、机构控制器、单自由度关节一、单自由度关节二、单自由度关节三和下平台；其特征在于：下平台与交通工具固联，机构控制器固定在下平台的任意位置，用于感知下平台的空间姿态角变化，作动器一、作动器二、作动器三的基座分别通过单自由度关节一、单自由度关节二、单自由度关节三固定在下平台上，作动器一、作动器二、作动器三的另一端分别通过双自由度关节一、双自由度关节二、双自由度关节三设施固定在上平台上，机构控制器根据姿态角控制作动器一、作动器二、作动器三，通过实时改变作动器的推杆长度，使上平台的空间姿态始终平衡稳定。

所述单自由度关节一、单自由度关节二、单自由度关节三绕下平台的几何中心呈等距离均匀圆周分布，并固定在下平台上。

所述双自由度关节一、双自由度关节二、双自由度关节三绕上平台的几何中心呈等距离均匀圆周分布，并固定在上平台上。

所述作动器一、作动器二、作动器三的功能及参数完全相同，对振动和位移具有快速响应和实时调整能力，每个作动器的构成包括：电机、传动机构、丝杠、推杆、位置传感器、限位开关和基座，其工作原理为：电机固定在基座上，传动机构将电机力矩输出到丝杠上，丝杠带动推杆完成直线往复运动，位置传感器与丝杠同轴联结，用于检测推杆的位移量，并转换为控制电机的电参量反馈信号，由位置传感器反馈推杆的实时长度，限位开关固定在基座上，用于检测作动器的推杆的极点位置信息，反馈到位指示信号。

所述的机构控制器包括中央控制器、惯性敏感元件、温度传感器、信号调理单元、通信接口单元、电机驱动器及电源变换单元，惯性敏感元件监测机座的振动及位移，并转换为电参量送至信号调理单元，已调理信号输出至中央控制器采集、处理后，发出控制三个作动器的推杆长度变化指令，并与作动器一、作动器二、作动器三的推杆位移反馈量进行比较，形成三个作动器的电机驱动指令，通信接口单元实现与上位机的数据通信，温度传感器精密补偿惯性敏感元件的检测精度，电源变换单元提供整机的动力电源和控制电源。

中央控制器选择嵌入式MCU、FPGA或SOC的任意类型，惯性敏感元件为加速度传感器、陀螺仪的任意类型，或两种类型的组合应用，温度传感器为模拟温度传感器和数字温度传感器的任意类型，信号调理单元为模拟接口电路和数字接口电路的多种电路形式，通信接口单元为485、CAN、RF、ZigBee任意类型的功能模块，驱动器为直流驱动器和交流驱动器，电源变换单元为AC‐DC或DC‐DC等拓扑结构。

所述中央控制器是本发明的控制核心，利用惯性敏感元件监测下平台的姿态变化，利用温度传感器对惯性敏感元件精密补偿，通过信号调理、数据融合算法、坐标变换和编程设计，转换为控制三个作动器的推杆长度变化指令，并与作动器一、作动器二、作动器三的推杆位移反馈量进行比较，形成三个作动器的电机驱动指令，实现上平台的平衡稳定。