Устройство для имитации перегрузок

Полезная модель относится к тренажерам, имитирующим движение транспортных средств, и может быть использована при подготовке водителей автомобилей, пилотов самолетов и вертолетов, а также в качестве аттракциона. Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание компактного кресла (уменьшение размеров) для тренажера, имитирующего нагрузки на тело человека, в процессе движения транспортного средства, а также обеспечивающего полное прилегание спины человека к спинке кресла. Устройство для имитации перегрузок выполнено в виде кресла с неподвижным сиденьем и подвижной спинкой, на внутренней поверхности которой закреплена система ремней, охватывающих тело человека сверху (плечи), снизу (бедра) и по окружности туловища. Спинка приводится в движение электрическими приводами (электроприводами) и передвигается вправо-влево, вперед-назад, вверх-вниз относительно сиденья. Подлокотники и сиденье при этом остаются неподвижными. Подвижная спинка имеет также две управляемые боковые поддержки, которые могут управляться через электропривод с цилиндрическим штоком в направляющей, либо через систему тросов в пружинных направляющих, связанных с приводами. Боковые поддержки воздействуют на бока туловища человека при имитации поворотов транспортного средства.

Полезная модель относится к тренажерам, имитирующим движение транспортных средств, и может быть использована при подготовке водителей автомобилей, пилотов самолетов и вертолетов, а также в качестве аттракциона.

Известен также тренажер для пилота летательного аппарата, содержащий основание, кресло, блок управления с возможностью имитации обстановки окружающей среды, датчики положения органов управления и устройство отображения окружающей среды, отличающийся тем, что он снабжен силовыми элементами изменяемой длины, каждый из которых соединен с источником энергии через регулятор, а кресло установлено на силовых элементах изменяемой длины с возможностью наклона относительно основания (Полезная модель РФ 70397). Силовые элементы выполнены в виде гидроцилиндров, а источник энергии выполнен в виде установки с гидромоторами. Устройство отображения окружающей среды выполнено в виде шлема виртуальной реальности, который имеет мониторы и устройства воспроизведения аудиосигналов. Тренажер имеет штурвал и педали органов управления, которые выполнены с возможностью изменения положения при приложении усилия, величина которого выше величины заданного усилия.

Недостатком известного тренажера является невозможность воспроизведения на нем перегрузок в виде имитации инерционных сил физического воздействия на туловище человека при различных режимах движения транспортного средства, например, виртуального полета.

Известен также тренажер, имитирующий нагрузки на тело человека, в процессе движения транспортного средства, содержащий органы управления, блок управления, устройство отображения окружающей среды и исполнительные устройства, который дополнительно снабжен управляющим устройством, связанным с исполнительными устройствами, а исполнительные устройства связаны с туловищем человека посредством элемента, воздействующего непосредственно на туловище (Патент на полезную модель РФ 90604). Элементом, воздействующим на туловище человека, является жилет, одетый на человека, находящегося в кресле тренажера. Исполнительные устройства могут быть выполнены в виде шаговых электродвигателей или пневмо- (гидро-)цилиндров, выходные органы которых объединены в один рычаг, который связан со спинной частью жилета. Исполнительные устройства могут быть закреплены на кресле таким образом, что рычаг имеет три степени свободы и имеет возможность перемещать жилет, а вместе с ним и туловище человека, вправо, влево, вверх, вниз, вперед и назад или в различных сочетаниях.

Тренажер по полезной модели 70397 по совокупности существенных признаков наиболее близок к заявляемой полезной модели и выбран в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является закрепление рычага исполнительных устройств на спинной части жилета в одной точке, что, при расположении центра тяжести человека в нижней части живота, может вызывать перекосы относительно кресла тела человека при имитации, например, резкого снижения летательного аппарата, при котором тело человека должно подниматься вверх. Для людей различной высоты и массы тела эти перекосы приводят к задеванию некоторых частей тела за элементы кресла, например, за нижнюю часть спинки, что вынуждает увеличивать мощность, а значит и габариты, исполнительных устройств.

Кроме этого, недостатком прототипа является также расположение исполнительных устройств на задней части спинки кресла и рычага, закрепленного на жилете, в поперечном направлении, что увеличивает поперечные размеры самого кресла, что может оказаться существенным в соответствие с вышеописанным (первым) недостатком.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание компактного кресла (уменьшение размеров) для тренажера, имитирующего нагрузки на тело человека, в процессе движения транспортного средства, а также обеспечивающего полное прилегание спины человека к спинке кресла.

Заявленный технический результат достигается тем, что устройство для имитации перегрузок выполнено в виде кресла с неподвижным сиденьем и подвижной спинкой, на внутренней поверхности которой закреплена система ремней, охватывающих тело человека сверху (плечи), снизу (бедра) и по окружности туловища. Спинка приводится в движение исполнительными устройствами с электрическими приводами (электроприводами) и передвигается вправо-влево, вперед-назад, вверх-вниз относительно сиденья. Подлокотники и сиденье при этом остаются неподвижными. Подвижная спинка имеет также две управляемые боковые поддержки, которые могут управляться через электропривод с цилиндрическим штоком в направляющей, либо через систему тросов в пружинных направляющих, связанных с электроприводами. Боковые поддержки воздействуют на бока туловища человека при имитации поворотов транспортного средства. Механизм регулировки под креслом позволяет отрегулировать начальное положение боковых поддержек (подгонка под разных людей). Электропривод, закрепленный неподвижно на основании кресла и обеспечивающий передвижение спинки вправо-влево, связан с подвижной спинкой посредством цилиндрического шарнира и скобы, которая, под действием привода, отклоняет спинку вправо-влево. Электропривод, закрепленный неподвижно на основании кресла и обеспечивающий передвижение спинки вперед-назад связан с подвижной спинкой посредством внутреннего элемента цилиндрического шарнира, перемещающегося в его корпусе, неподвижно закрепленном на основании кресла. Внутренний элемент, под действием привода, перемещает спинку вперед-назад. Электропривод, закрепленный неподвижно на задней поверхности спинки и обеспечивающий передвижение спинки вверх-вниз связан, посредством цилиндрического штока в направляющей, с внутренним элементом цилиндрического шарнира, перемещающим спинку вперед-назад, обеспечивая, тем самым, перемещение спинки вверх-вниз относительно неподвижного сиденья.

Заявляемое устройство может использоваться в составе известных тренажеров, например из прототипа, содержащих органы управления, блок управления в виде компьютера, устройство отображения окружающей среды. Компьютер связан с управляющим устройством, которое через исполнительные устройства приводит в действие воздействующий на тело элемент, выполненный в виде системы ремней, одетых на тело человека, находящегося в кресле тренажера. Органы управления могут быть выполнены в виде джойстика летательного аппарата или руля, педалей газа и тормоза наземного транспортного средства. Устройство отображения окружающей среды может быть выполнено в виде шлема виртуальной реальности или стационарных мониторов. Управляющее устройство может быть выполнено в виде тиристорного блока управления, в нашем случае, электроприводами подвижной спинки кресла.

На фиг.1 представлен вид устройства (кресла) в аксонометрии в сборе с системой ремней, на фиг.2 - вид кресла с приводами сзади, на фиг.3 - вид кресла с приводами боковых поддержек в виде тросов в пружинных направляющих.

Кресло состоит из основания 1, на котором неподвижно закреплено сиденье 2 с подлокотниками 3. Кресло содержит также подвижную спинку 4. На основании 1 неподвижно установлен цилиндрический шарнир 5, внутренний элемент 6 которого через скобу 7 может приводиться во вращение относительно корпуса электроприводом 8, отклоняя спинку вправо-влево. На основании также неподвижно установлен электропривод 9, который связан внутренним элементом 6 шарнира 5 и управляет его осевыми перемещениями, позволяющими перемещаться спинке 4 вперед-назад. Электропривод 10, неподвижно закрепленный на задней поверхности спинки 4 связан с цилиндрическим штоком 11 в направляющей 12 также неподвижно закрепленной на задней поверхности спинки 4. Шток 11, при воздействии электропривода 10, перемещает спинку 4 вверх-вниз. Перемещение спинки 4 вверх-вниз может быть осуществлено также и реечным механизмом с помощью зубчатой рейки 111 и шестерни 121 (фиг.3). Шток 11 или зубчатая рейка 111 в своей нижней части шарнирно связаны с внутренним элементом 6 шарнира 5. Перемещение вправо - влево боковых поддержек 13 осуществляется штоками 14 в цилиндрических направляющих 15. Перемещение боковых поддержек может, быть осуществлено и с помощью тросов 141 в пружинных направляющих 151 (фиг.3). Система ремней 16 закреплена на внутренней поверхности подвижной спинки 4.

Устройство работает следующим образом.

Человек (пилот) надевает систему ремней 16, плотно закрепляя на себе ремни. Затем, с помощью органов управления, выбирает режимы движения, которые отображаются на устройствах отображения. Блок управления обрабатывает команды с органа управления, который рассчитывает ускорение, действующее на виртуального пилота, затем на действующего пилота. Далее производит расчет воздействия на электроприводы 8, 9, 10, управляющие перемещениями внутреннего элемента б шарнира 5 и штоком 11 в направляющей 12, которые воздействуют на перемещение подвижной спинки 4.

При имитации движения транспортного средства влево, спинка кресла с системой ремней 16 тянет туловище человека вправо, при имитации движения вправо-влево. При имитации ускорения - спинка тянет туловище назад, при торможении - вперед. При имитации набора высоты - спинка тянет туловище вниз, при имитации снижения - вверх. Все это возможно, как при имитации одного режима движения, так и при имитации нескольких режимов, при которых блок управления рассчитывает параметры воздействия на электроприводы, а, следовательно, и варианты движения подвижной спинки 4 с, находящимся в кресле в системе ремней 16, человеке. Таким образом, достигается практически полная имитация инерционных сил (нагрузок) на тело человека в процессе виртуального управления транспортным средством.

Предлагаемый тренажер изготовлен заявителем и проходит испытания.

1. Устройство для имитации перегрузок, выполненное в виде кресла с сиденьем, подлокотниками и спинкой и содержащее исполнительные устройства с электроприводами и элемент, воздействующий на тело человека, отличающееся тем, что спинка кресла выполнена подвижной относительно сиденья и связана с сиденьем исполнительными устройствами, а элемент, воздействующий на тело человека, закреплен на передней поверхности спинки.

2. Устройство для имитации перегрузок по п.1, отличающееся тем, что электропривод, закрепленный неподвижно на основании кресла и обеспечивающий передвижение спинки вправо-влево, связан с подвижной спинкой посредством цилиндрического шарнира и скобы.

3. Устройство для имитации перегрузок по п.1, отличающееся тем, что электропривод, закрепленный неподвижно на основании кресла и обеспечивающий передвижение спинки вперед-назад, связан с подвижной спинкой посредством внутреннего элемента цилиндрического шарнира в корпусе, неподвижно закрепленном на основании кресла.

4. Устройство для имитации перегрузок по п.1, отличающееся тем, что электропривод, закрепленный неподвижно на задней поверхности спинки и обеспечивающий передвижение спинки вверх-вниз, связан посредством цилиндрического штока в направляющей, с внутренним элементом цилиндрического шарнира, перемещающим спинку вперед-назад.

5. Устройство для имитации перегрузок по п.1, отличающееся тем, что электропривод, закрепленный неподвижно на задней поверхности спинки и обеспечивающий передвижение спинки вверх-вниз, связан с внутренним элементом цилиндрического шарнира, перемещающим спинку вперед-назад, посредством реечного механизма.

6. Устройство для имитации перегрузок по п.1, отличающееся тем, что спинка содержит боковые упоры, расположенные над сиденьем в районе подлокотников.

7. Устройство для имитации перегрузок по п.6, отличающееся тем, что исполнительные устройства привода боковых упоров выполнены в виде тросов в пружинных направляющих.

8. Устройство для имитации перегрузок по п.1, отличающееся тем, что элемент, воздействующий на тело человека, выполнен в виде системы ремней, охватывающих тело человека сверху, снизу и по окружности туловища.