本发明涉及适用于模拟驾驶赛车、飞机或其他载具的驾驶模拟装置，特别涉及一种气动多自由度模拟装置。
背景技术：
市面上的赛车模拟装置依其驱动方式大致上可分成两种，即电动缸和摇臂驱动方式，不管是哪一种方式都是用来驱动一支架，以使该支架上的一座椅能产生多个自由度的运动，让乘坐于该座椅上的使用者能体验到近似真实驾驶赛车的感受。然而，这两种驱动方式，背后都是以电机(例如伺服马达)作为动力源，由于每一个自由度的运行各自需要一个电机作为动力源，这将导致现有赛车模拟器的售价太高而难以普化至一般家庭。另外，现有的家用赛车模拟器还停留在无运动结构的模拟架方式，或者仅提供一、两个自由度，例如旋转和上下运动。这类家用赛车模拟器虽可因此降低售价，但无法模拟实际赛车的驾驶，故所能提供的体验效果当然差强人意。
技术实现要素：
鉴于现有驾驶模拟装置难以兼顾体验效果及售价的问题，本发明提供一种气动多自由度模拟装置，借以解决该问题。
更详而言之，本发明的气动多自由度模拟装置包括一支架、能供应高压气体的一供气装置、能以该高压气体为动力来驱动该支架作正向或逆向转动的一气动旋转机构、能以该高压气体为动力来驱动该支架作不同方向摆动的一气动升降机构、多个阀门及一阀门控制单元。多个所述阀门分别接收该供气装置所供应的高压气体，并分别受阀门控制单元控制而对应开启或关闭。被开启的阀门将所接收的高压气体供应给控该气动旋转机构及/或气动升降机构，被关闭的阀门中断该高压气体的供应。
在一实施例中，本发明的上述气动升降机构包括一底座及间隔环列于该底座上的多支气压缸。该底座设于该气动旋转机构上，由该气动旋转机构带动而作转动。多支所述气压缸的缸体设于该底座，多个所述缸体分别连接多个所述阀门，并接收来自所连接的阀门的高压气体。气压缸利用高压气体来驱动本身的一伸缩杆作伸、缩，每一支气压缸的伸缩杆的末端各自连接于该支架。
在一实施例中，本发明的上述每一支气压缸的该伸缩杆各自套一缓冲弹簧，多个所述缓冲弹簧用于提供弹性缓冲作用给该支架。
在一实施例中，本发明的上述气动升降机构包括一固定环，该固定环连接固定于多支所述气压缸的缸体。
在一实施例中，本发明的上述供气装置设于该底座上。
在一实施例中，本发明的上述气动旋转机构包括一转动部、一转动驱动装置及一传动机构。该转动部的一端连接固定于该气动升降机构的该底座。该转动驱动装置连接多个所述阀门，并接收来自所连接的阀门的高压气体，及利用高压气体来驱动本身的一转轴作转动。该传动机构由该转动驱动装置带动，并传动该转动部作转动。
在一实施例中，本发明的上述传动机构包括由该转动驱动装置带动于转动的一主动齿轮、多个环绕该主动齿轮的从动齿轮及一内齿环。多个所述从动齿轮由该主动齿轮同步带动于转动。该内齿环连接固定于该转动部的另一端，并环抱多个所述从动齿轮，及由多个所述从动齿轮带动于转动。
在一实施例中，本发明的上述阀门控制单元包括一微处理器，多个所述阀门配置于该转动驱动装置及每一支气压缸，该微处理器会分析接收来自一电脑的座标数据，并将多个所述座标数据转换成代表对应自由度运动的运动数据，再将多个所述运动数据转换成对应的阀门开关数据，并根据多个所述阀门开关数据决定对应的阀门的开启与关闭，借以控制该转动驱动装置及/或多支所述气压缸的动作。
在一实施例中，本发明的上述阀门控制单元还包括一位置回馈模块，该转动驱动装置的该转轴与多支所述气压缸的伸缩杆分别具有一初始位置，该位置回馈模块检测该转动驱动装置的该转轴与多支所述气压缸的伸缩杆在动作之后的所在位置，并比对所检测到的位置与对应的初始位置，及将比对结果传送给该微处理器。该微处理器根据所收到的比对结果即时更新运动数据，借以控制该转动驱动装置及/或多支所述气压缸的下一步的动作。
相对于现有技术，本发明的气动多自由度模拟装置因不采取电机，故有价格低廉而易于普化至一般家庭的优势，且因其可进行多自由度运动，故可使乘坐其上的使用者体验到近似真实驾驶赛车、飞机或其他载具的感受，从而解决现有驾驶模拟装置的上述问题。
附图说明
图1显示本发明的气动多自由度模拟装置的一个较佳实施例的立体外观图。
图2、3显示该较佳实施例的部分机构的立体外观图。
附图标记说明：
1：气动多自由度模拟装置
10：座体
101：外壳
11：气动旋转机构
110：转动驱动装置
111：传动机构
112：转动部
111a：主动齿轮
111b：从动齿轮
111c：内齿环
12：气动升降机构
120：底座
121：气压缸
122：缓冲弹簧
123：固定环
130：阀门控制单元
13：阀门组
14：支架
140：框架
141：托盘
15：供气装置
2：座椅
具体实施方式
图1显示本发明的气动多自由度模拟装置1一个较佳实施例，例如一赛车模拟装置、飞机模拟装置或其他载具的驾驶模拟装置，其支持一座椅2，并带动座椅2作多自由度运动，让座椅2上的一使用者得以体验多自由度运动的感受。在此实施例中，气动多自由度模拟装置1包括一座体10及非必要的一外壳101，外壳101用以遮蔽随后提及的相关机构。
如图2所示(图中省略了外壳101)，气动多自由度模拟装置1还包括设于座体10上的一气动旋转机构11、一气动升降机构12、一阀门组13、一阀门控制单元130、一支架14、及一供气装置15。
如图3所示，气动旋转机构11位于最下方，其包括一转动驱动装置110、一传动机构111及一转动部112。在此实施例中，转动驱动装置110可选用气动的旋转缸(或称回转缸)，传动机构111可选用行星齿轮传动机构，但不以此为限。
转动驱动装置110能通过传动机构111带动转动部112作转动。更详细而言，转动驱动装置110连接阀门组13，并接收来自阀门组13的高压气体，及利用该高压气体来驱动本身的一转轴(图中未示)作转动。该转轴带动传动机构111的一主动齿轮111a作转动，并因此带动了数个环绕主动齿轮111a的从动齿轮111b作转动，以致于环抱多个所述从动齿轮111b的一内齿环111c跟着作转动，从而带动了转动部112转动。
再如图2所示，气动升降机构12包括一底座120及间隔环列于底座120上的多支气压缸121。底座22与气动旋转机构11的转动部112连接固定。多支所述气压缸121的缸体设于底座120，且各自与底座120的中心大致等距离。每一缸体各自连接阀门组13，并接收来自阀门组13的高压气体，及利用该高压气体来驱动本身的一伸缩杆作伸、缩(该伸缩杆在图中是被随后将述及的缓冲弹簧122所包围)。每一支气压缸121的伸缩杆的末端各自连接于支架14的一框架140，其连接方式可为枢接、焊接、或其他固定方式。框架140中央具有一托盘141，托盘141用于锁固上述的座椅2，较佳可选用通用电竞椅托盘结构，如此，该使用者便可在市面上轻易选购想要的电竞椅，不需要单独购买特定的椅子。
在一实施例中，每一支气压缸121的该伸缩杆可各自套一缓冲弹簧122，缓冲弹簧122用于提供弹性缓冲作用给框架140。
在一实施例中，气动升降机构12还包括一固定环123，固定环123连接固定于多支所述气压缸121的缸体，以使多支所述气压缸121能稳固地立于底座120上。
供气装置15可采取外接式或内置式，此实施例采取后者，亦即，供气装置15可固设于上述底座120的中央或座体10上的一个适当位置。此外，供气装置15可选用小型空压机。无论如何，供气装置15连接阀门组13，并通过阀门组13供应气动旋转机构11及/或气动升降机构12于操作时所需要的上述高压气体。
阀门组13可固设于上述底座120或座体10上的一个适当位置，且内部具有多个阀门(图中未示)，多个所述阀门分别接收供气装置15所供应的高压气体，并分别受阀门控制单元130控制而对应开启或关闭。当阀门被开启时将所接收的高压气体供应给气动旋转机构11及/或气动升降机构12，而在关闭时中断该高压气体的供应。
阀门可选用电磁阀或电动阀。气动旋转机构11的转动驱动装置110的正时针与逆时针转动操作各需要配置一个阀门。每一支气压缸121的升、降操作也各需配置一个阀门。
阀门控制单元130包括一微处理器(图中未示)，并耦接多个所述阀门，及选择性控制多个所述阀门的开启与关闭。在一实施例中，阀门控制单元130耦接一电脑(图中未示)。该电脑执行的一运动控制程序，例如一赛车游戏程序。电脑的一显示屏(图中未示)可设置在座椅2前方，以供座椅2上的一使用者观看，该显示屏也可以设置在由该使用者所使用的一vr(virtualreality)装置(例如vr头盔)内。电脑于执行该赛车游戏程序的过程中，发出座标数据给阀门控制单元130。阀门控制单元130的处理器会分析所收到的座标数据并将它们转换成代表对应自由度运动的运动数据，再将该运动数据转换成阀门开关数据，并根据阀门开关数据决定对应的阀门的开启与关闭，借以控制转动驱动装置110及/或多支所述气压缸121的动作，以使支架14产生对应的自由度运动。
在一实施例中，阀门控制单元130还包括一位置回馈模块(图中未示)，位置回馈模块具有设置于座体10上的多个位置检测器(图中未示)，并通过位置检测器检测转动驱动装置110的转轴与多支所述气压缸121的伸缩杆在动作之后的所在位置，比对所检测到的位置与初始位置，将比对结果传送给微处理器。微处理器根据所收到的比对结果即时更新运动数据，借以控制转动驱动装置110及/或多支所述气压缸121的下一步的动作。
当气动旋转机构11的转动驱动装置110在阀门控制单元130及阀门组13的控制下带动转动部112作转动时，整个支架14就会跟着转动，简言之，气动旋转机构11能在阀门控制单元130的控制下带动支架14作正向或逆向转动。当气动升降机构12的任一气压缸121的伸缩杆在阀门控制单元130及阀门组13的控制下作伸缩时，支架14对应该任一气压缸121的部分就会跟着作升降，简言之，气动升降机构12能在阀门控制单元130的控制下带动支架14作不同方向的运动。因此，在气动旋转机构11与气动升降机构12的协同操作下，支架14便具多自由度运动，支架14上的椅子2亦然。这意味着椅子2上的该使用者将可体验到近似真实驾驶赛车、飞机或其他载具的感受。
相对于现有技术，本发明的气动多自由度模拟装置1在不采取电机的情况下，通过上述气动旋转机构11、气动升降机构12、阀门控制单元130及阀门组13，实现以低廉价格达成多自由度运动的模拟装置，并使乘坐于该模拟装置上的使用者能体验到近似真实驾驶赛车、飞机或其他载具的感受，解决现有驾驶模拟装置难以兼顾体验效果及售价的问题。
1.一种气动多自由度模拟装置，包括：
一支架；
一供气装置，能供应高压气体；
一气动旋转机构，能以该高压气体为动力来驱动该支架作正向或逆向转动；
一气动升降机构，能以该高压气体为动力来驱动该支架作不同方向的摆动；
一阀门控制单元；及
多个阀门，分别接收该供气装置所供应的高压气体，并分别受该阀门控制单元控制而对应开启或关闭，其中，被开启的该阀门将所接收的高压气体供应给该气动旋转机构及/或该气动升降机构，被关闭的该阀门中断该高压气体的供应。
2.如权利要求1所述的气动多自由度模拟装置，其中该气动升降机构包括：
一底座，设于该气动旋转机构上，由该气动旋转机构带动而作转动；及
间隔环列于该底座上的多支气压缸，多支所述气压缸的缸体设于该底座，多个所述缸体分别连接多个所述阀门，并接收来自所连接的阀门的高压气体，多支所述气压缸利用该高压气体来驱动本身的一伸缩杆作伸、缩，每一支气压缸的伸缩杆的末端各自连接于该支架。
3.如权利要求2所述的气动多自由度模拟装置，其中每一支气压缸的该伸缩杆各自套一缓冲弹簧，多个所述缓冲弹簧用于提供弹性缓冲作用给该支架。
4.如权利要求2或3所述的气动多自由度模拟装置，其中该气动升降机构包括一固定环，该固定环连接固定于多支所述气压缸的缸体。
5.如权利要求4所述的气动多自由度模拟装置，其中该供气装置设于该底座上。
6.如权利要求2所述的气动多自由度模拟装置，其中该气动旋转机构包括：
一转动部，一端连接固定于该气动升降机构的该底座；
一转动驱动装置，连接多个所述阀门，并接收来自所连接的阀门的高压气体，及利用该高压气体来驱动本身的一转轴作转动；及
一传动机构，由该转动驱动装置带动，并传动该转动部作转动。
7.如权利要求6所述的气动多自由度模拟装置，其中该传动机构包括：
一主动齿轮，由该转动驱动装置带动于转动；
多个环绕该主动齿轮的从动齿轮，多个所述从动齿轮由该主动齿轮同步带动于转动；及
一内齿环，连接固定于该转动部的另一端，并环抱多个所述从动齿轮，及由多个所述从动齿轮带动于转动。
8.如权利要求6所述的气动多自由度模拟装置，其中多个所述阀门配置于该转动驱动装置及每一支气压缸，该阀门控制单元包括一微处理器，该微处理器会接收及分析来自一电脑的坐标数据，并将多个所述座标数据转换成代表对应自由度运动的运动数据，再将多个所述运动数据转换成对应的阀门开关数据，并根据多个所述阀门开关数据决定对应的阀门的开启与关闭。
9.如权利要求8所述的气动多自由度模拟装置，其中该阀门控制单元还包括一位置回馈模块，该转动驱动装置的该转轴与多支所述气压缸的该伸缩杆分别具有一初始位置，该位置回馈模块检测该转动驱动装置的该转轴与多支所述气压缸的该伸缩杆在动作之后的所在位置，并比对所检测到的位置与对应的初始位置，及将比对结果传送给该微处理器，该微处理器根据所收到的比对结果即时更新运动数据。
技术总结