力反馈装置的制作方法

本实用新型涉及军事训练器材领域，尤其涉及一种用于模拟驾驶转向用的力反馈装置。

背景技术：

部队学员在对实装装甲车辆操作前，需要进行相应车辆的模拟器操作训练。而驾驶类模拟器训练器材列装部队后，存在驾驶转向操作力感不足，转向阻尼无法充分体验的问题。

技术实现要素：

本实用新型旨在解决上述现有技术存在的问题之一，提出一种力反馈装置，该力反馈装置能够真实模拟方向盘的阻尼力，而且控制方便，可靠性高，结构简单。

为了实现上述目的，本实用新型提出一种力反馈装置，包括：

主动轴，所述主动轴上至少固定有第一齿轮；

编码器，所述编码器通过联轴器与所述主动轴相联接，用于采集所述主动轴的转动角度信息；

至少一个驱动电机，所述驱动电机的输出轴上固定有第二齿轮，且所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合；

其中，所述驱动电机与所述编码器相耦接；

当所述编码器采集所述主动轴沿第一方向转动至指定角度时，所述编码器控制所述驱动电机的输出轴转动的第二方向与所述主动轴转动的第一方向相反。

在该技术方案中，由方向盘驱动主动轴的朝向第一方向转动，并由联轴器带动编码器与之同步转动，在此过程中，编码器采集主动轴的转动角度信号，当所述编码器采集所述主动轴转动至指定角度时，所述编码器控制所述驱动电机的输出轴转动方向与所述主动轴的转动方向相反，从而给主动轴提供一个向其转动方向相反的方向的一个力，从而模拟方向盘的阻尼力；该力反馈装置能够真实模拟方向盘的阻尼力，而且控制方便，可靠性高，结构简单。

另外，根据本实用新型的力反馈装置，还可以具有如下技术特征：

在本实用新型的一个示例中，还包括：

位置传感器，与警示器相耦接，用于检测所述主动轴的是否转动至指定位置；

当所述位置传感器检测所述主动轴在第一方向下转动至指定位置时，所述位置传感器向警示器发出警示信号，并由警示器发出警示提示。

在本实用新型的一个示例中，还包括：

支撑架，所述支撑架与所述主动轴可相对转动地联接，且所述位置传感器连接在所述支撑架上。

在本实用新型的一个示例中，还包括：

齿圈，所述齿圈适于与所述主动轴相联接；

当所述主动轴转动时，所述齿圈与所述主动轴同时转动，且所述齿圈与所述支撑架相对的一侧设有感应器，当所述感应器转动至与所述位置传感器相对应的位置时，由位置传感器产生警示信号并传输至所述警示器。

在本实用新型的一个示例中，

还包括从动机构，所述从动机构包括：

从动轴，所述从动轴与所述主动轴平行设置，且所述从动轴上至少固定有第三齿轮和第四齿轮；

所述第三齿轮与所述主动轴上固定设置的第五齿轮相啮合；

所述第四齿轮与所述齿圈相啮合；

其中，所述齿圈包括：

齿圈本体，所述齿圈本体与所述第四齿轮相啮合；

端盖，所述端盖形成于所述齿圈本体的一侧，且所述端盖与所述主动轴可枢转地联接。

在本实用新型的一个示例中，还包括连接体，所述连接体包括：

轴径部，所述轴径部设有中心通孔；

外延部，所述外延部从所述轴径部的外周壁向外延伸；

其中，所述外延部与所述端盖固定联接，所述中心通孔适于与所述主动轴可枢转地联接。

在本实用新型的一个示例中，还包括：

轴承，所述轴承联接在所述中心通孔与所述主动轴之间。

在本实用新型的一个示例中，还包括：

用于限定所述主动轴转动的限位柱；

当所述主动轴转动至某指定位置时，所述限位柱适于限定所述齿圈转动。

在本实用新型的一个示例中，

所述限位柱安装在所述齿圈靠近所述支撑架的一侧上，

当所述主动轴转动至某指定位置时，所述限位柱适于抵止在所述支撑架上以限定所述齿圈转动。

在本实用新型的一个示例中，还包括：

所述限位柱安装在所述支撑架在所述齿圈上投影以外的部分且所述限位柱的长度大于所述齿圈与所述支撑架之间的间隙。

在本实用新型的一个示例中，

所述驱动电机包括两个且对称设置在所述主动轴的两侧。

下文中将结合附图对实施本实用新型的最优实施例进行更加详尽的描述，以便能容易理解本实用新型的特征和优点。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的力反馈装置的主视图；

图2为根据本实用新型实施例的力反馈装置的俯视图；

图3为根据本实用新型实施例的其中一个方向的力反馈装置结构示意图；

图4为根据本实用新型实施例的其中另一个方向的力反馈装置结构示意图；

图5为根据本实用新型实施例的齿圈的结构示意图；

图6为根据本实用新型实施例的连接部的结构示意图。

附图标记:

力反馈装置100；

底座10；

基板11；

立板12；

主动轴20；

第一齿轮21；

第五齿轮22；

编码器30；

联轴器40；

驱动电机50；

第二齿轮51；

支撑架60；

位置传感器70；

感应器71；

齿圈80；

齿圈本体81；

端盖82；

连接体83；

轴径部831；

外延部832；

中心通孔83a；

限位柱90；

从动机构110；

从动轴111；

第三齿轮112；

第四齿轮113；

悬架114。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

参考附图提供以下描述，以助于对权利要求所限定的本实用新型的各种实施例的全面理解。其包含各种特定的细节以助于该理解，但这些细节应当被视为仅是示范性的。相应地，本领域普通技术人员将认识到，在不背离由随附的权利要求所限定的本实用新型的范围的情况下，可以对本文所描述的各种实施例做出变化和改进。此外，为了清楚和简洁起见，可能省略对熟知的功能和构造的描述。

尽管可能使用例如“第1”、“第2”、“第一”和“第二”的表述来描述本实用新型的各个元件，但它们并未意于限定相对应的元件。例如，上述表述并未旨在限定相对应元件的顺序或重要性。上述表述用于将一个部件和另一个部件区分开。

本实用新型中所使用的术语集仅是为了描述特定实施例的目的，而并非意在限制本实用新型。单数的表述包含复数的表述，除非在其间存在语境、方案上的显著差异。

除非另有限定，本文中所使用的全部术语(包含技术术语与科学术语)具有与本申请所属的技术领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。还应理解的是，术语(比如常用词典中限定的那些术语)，应解释为具有与相关领域和本说明书的上下文中一致的含义，并且不应以理想化或过于形式化的意义来解释，除非在本文中明确地这样限定。

根据本实用新型的一种力反馈装置100，如图1至图4所示，包括底座10，所述底座10包括基板11和间隔设置在所述基本上的立板12，所述立板12上设有安装孔；所述力反馈装置100还包括：

主动轴20，所述主动轴20上至少固定有第一齿轮21，所述主动轴20可转动地联接在安装孔内，例如，可以通过滚轴轴承实现联接，且主动轴20的一端与方向盘相联接，由方向盘驱动主动轴20转动。

编码器30，所述编码器30通过联轴器40与所述主动轴20相联接，用于采集所述主动轴20的转动角度信息，也就是说，编码器30联接在主动轴20的另一端，并采集主动轴20的转动角度信息。在立板12上固定一支架，编码器30固定连接在支架上，其输出端通过联轴器40与主动轴20相联接。

至少一个驱动电机50，所述驱动电机50的输出轴上固定有第二齿轮51，且所述第二齿轮51与所述第一齿轮21相啮合；

其中，所述驱动电机50与所述编码器30相耦接；

当所述编码器30采集所述主动轴20沿第一方向转动至指定角度时，所述编码器30控制所述驱动电机50的的输出轴转动的第二方向与所述主动轴20转动的第一方向相反。

简言之，由至少一个驱动电机50驱动主动轴20向相反的方向转动，即给主动轴20提供一个向其转动方向相反的方向的一个力，从而模拟方向盘的阻尼力。

由方向盘驱动主动轴20的朝向第一方向转动，并由联轴器40带动编码器30与之同步转动，在此过程中，编码器30采集主动轴20的转动角度信号，当所述编码器30采集所述主动轴20转动至指定角度时，所述编码器30控制所述驱动电机50的输出轴转动方向与所述主动轴20的转动方向相反，从而给主动轴20提供一个向其转动方向相反的方向的一个力，从而模拟方向盘的阻尼力；该力反馈装置100能够真实模拟方向盘的阻尼力，而且控制方便，可靠性高，结构简单。

在本实用新型的一个示例中，还包括：

位置传感器70，与警示器相耦接，用于检测所述主动轴20的是否转动至指定位置；

当所述位置传感器70检测所述主动轴20在第一方向下转动至指定位置时，由位置传感器70向警示器发出警示信号，并由警示器发出警示提示；

由于方向盘具有正向转向和反向转向，为了更加真实模拟驾驶室内方向盘的转向感，需要在主动轴20转动至指定位置后不能继续转动，即只能向相反的方向转动，而这个极限位置(指定位置)即通过位置传感器70来确定；

当所述位置传感器70检测所述主动轴20在第一方向下转动至指定位置时，所述警示器发出警示信号；当所述位置传感器70检测所述主动轴20在第二方向下转动至指定位置时，所述警示器发出警示信号；

由此，位置传感器70能够模拟方向盘转动过程中的极限位置，以更加真实的模拟方向盘的转向感。

值得说明的是，这里所述的指定位置或极限位置均指的是实际方向盘在操作过程中无法极限转动的位置。

在本实用新型的一个示例中，还包括：

支撑架60，所述支撑架60与所述主动轴20可相对转动地联接，且所述位置传感器70连接在所述支撑架60上；

通过设置支撑架60一方面可以便于位置传感器70的联接，另一方面可以对主动轴20起到支撑的作用。

在本实用新型的一个示例中，还包括：

齿圈80，所述齿圈80适于与所述主动轴20相联接；

当所述主动轴20转动时，所述齿圈80与所述主动轴20同时转动，且所述齿圈80与所述支撑架60相对的一侧设有感应器71，当所述感应器71转动至与所述位置传感器70相对应的位置时，由位置传感器70向警示器发出警示信号，并由警示器发出警示提示；

感应器71是与位置传感器70配合使用的，在本实用新型的一个示例中，位置传感器70固定设置，而感应器71随着齿圈80同步转动设置，当感应器71转动至位置传感器70的相对位置时，位置传感器70向警示器发出警示信号，并由警示器发出警示提示。

其中一种情况，齿圈80与主动轴20之间可以固定联接，这样齿圈80与主动轴20同步转动，此时齿圈80的瞬时转动角度与主动轴20的瞬时转动角度一致，设置该齿圈80可以便于位置传感器70检测主动轴20的转动角度；

其中另一种情况，齿圈80与主动轴20可相对转动地连接，

具体地，如图5所示，还包括从动机构110，所述从动机构110包括：

从动轴111，所述从动轴111与所述主动轴20平行设置，且所述从动轴111上至少固定有第三齿轮112和第四齿轮113；底座10上还固定有悬架114，从动轴111可转动地连接在悬架114上，例如，通过轴承连接。

所述第三齿轮112与所述主动轴20上固定设置的第五齿轮22相啮合；

所述第四齿轮113与所述齿圈80相啮合；

其中，所述齿圈80包括：

齿圈本体81，所述齿圈本体81与所述第四齿轮113相啮合；

端盖82，所述端盖82形成于所述齿圈本体81的一侧，且所述端盖82与所述主动轴20可枢转地联接；

通过在齿圈本体81的一侧设置端盖82可以便于齿圈80与驱动轴的联接，在驱动过程中，由主动轴20带动第五齿轮22转动，第五齿轮22带动与之相啮合的第三齿轮112转动，同时第四齿轮113与所述第三齿轮112同步转动，由第四齿轮113带动与之相啮合的齿圈80转动，在齿圈80转动过程中，当齿圈80上的感应器71转动至与所述位置传感器70相对应的位置时，由所述警示器发出警示信号。

由于上述从动机构110的传输过程会使得齿圈81的转速小于主动轴20的转速，在相同的时间内，齿圈81转过的角度要小于主动轴20转过的角度，通过设置从动机构110可以增大齿圈81的行程。

更加具体地，还包括连接体83，如图6所示，所述连接体83包括：

轴径部831，所述轴径部831设有中心通孔83a；

外延部832，所述外延部832从所述轴径部831的外周壁向外延伸；

其中，所述外延部832与所述端盖82固定联接，所述中心通孔83a适于与所述主动轴20可枢转地联接；

即通过外延部832与端盖82之间通过紧固件进行连接，轴径部831通过中心通孔83a与主动轴20转动联接。

在本实用新型的一个示例中，还包括：

轴承，所述轴承联接在所述中心通孔83a与所述主动轴20之间；

通过设置轴承可以对主动轴20起到支撑的作用，同时能够降低主动轴20与中心通孔83a之间相对转动过程中的摩擦力。

在本实用新型的一个示例中，还包括：

用于限定所述主动轴20转动的限位柱90；

当所述主动轴20转动至某指定位置时，所述限位柱90适于限定所述齿圈80转动；

也就是说，限位柱90为齿圈80的机械限位，为了防止方向盘过渡转动而对该力反馈装置100造成损坏。

可以理解的是，限位柱90与位置传感器70的作用类似都是为了提醒齿圈80转动的角度(即方向盘转动的角度)，在实际应用中，在齿圈的周向可以设置多个感应器71，同理也可以设置多个限位柱90，这主要是根据具体模拟方向盘的转动角度而定；一般地，限位柱90要设定在感应器71转动方向之后，从而由位置传感器70先感应齿圈80的位置，再由限位柱90进行机械限位。

在本实用新型的一个示例中，

所述限位柱90安装在所述齿圈80靠近所述支撑架60的一侧上，

当所述主动轴20转动至某指定位置时，所述限位柱90适于抵止在所述支撑架60上以限定所述齿圈80转动；

具体地，限位柱90垂直联接在所述支撑架60上，例如，可以通过螺纹连接的方式进行连接，这样在所述齿圈80转动过程中，当转动至相应的位置，所述限位柱90适于抵止在支撑架60上，以限定所述齿圈80的转动，从而对该力反馈装置100起到保护作用。

在本实用新型的一个示例中，还包括：

所述限位柱90安装在所述支撑架60在所述齿圈80上投影以外的部分，且所述限位柱90的长度大于所述齿圈80与所述支撑架60之间的间隙，即限位柱90连接在所述支撑架60在所述齿圈80的非投影区，这样可以避免限位柱90影响齿圈80的转动。

在本实用新型的一个示例中，

所述驱动电机50包括两个且对称设置在所述主动轴的两侧；

通过设置两个驱动电机50可以使得第一齿轮21受力更加均匀，产生的阻尼力更加均匀。

本实用新型的工作原理如下：由方向盘驱动主动轴20的朝向第一方向转动，并由联轴器40带动编码器30与之同步转动，在此过程中，编码器30采集主动轴20的转动角度信号，当所述编码器30采集所述主动轴20转动至指定角度时，所述编码器30控制所述驱动电机50的输出轴转动方向与所述主动轴20的转动方向相反，从而给主动轴20提供一个向其转动方向相反的方向的一个力，从而模拟方向盘的阻尼力；在驱动过程中，由主动轴20带动第五齿轮22转动，第五齿轮22带动与之相啮合的第三齿轮112转动，同时第四齿轮113与所述第三齿轮112同步转动，由第四齿轮113带动与之相啮合的齿圈80转动，在齿圈80转动过程中，当齿圈80上的感应器71转动至与所述位置传感器70相对应的位置时，由所述警示器发出警示信号；而且为了避免警示作用具有滞后性，还设置一限位柱90以对齿圈80进行机械限位。该力反馈装置100能够真实模拟方向盘的阻尼力，而且控制方便，可靠性高，结构简单

以上所述仅是本实用新型的示范性实施方式，而非用于限制本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围由所附的权利要求确定。

本领域技术人员可以理解的是，上文中描述的本实用新型的多个实施例中的各个特征可以相应地省去、添加或者以任意方式组合。并且，本领域技术人员能够想到的简单变换方式以及对现有技术做出适应性和功能性的结构变换的方案，都属于本实用新型的保护范围。

虽然已经参考各种实施例示出和描述了本实用新型，但本领域技术人员应当理解的是，可以在其中做出形式和细节上的各种改变，而不背离由随附的权利要求所限定的本实用新型的范围。

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