[0001] 本发明涉及一种动态沙盘，属于沙盘技术领域。

[0002] 传统沙盘的精度难以保证，表达的内容简陋，只能表达简易的地形和大致的地貌，沙盘制作较为费时，并且对制作人员技术有较高的要求。仿真虚拟技术只能在二维电子屏幕中显示，不便于多角度、多用户共同察看三维地形。

[0003] 对此，申请公布号为CN110264857A的中国发明专利申请公开了一种基于GIS技术的模块化数字机电沙盘装置(即一种动态沙盘)，包括沙盘座、主控计算机、投影设备、硅胶蒙皮和机电沙盘模块。机电沙盘模块的数量为至少9个，机电沙盘模块之间紧密相邻且固定在沙盘座的顶部，机电沙盘模块包括模块框架和排布在模块框架内的机电沙盘单元。机电沙盘单元包括微型驱动电机、直线齿条、电机驱动器和伸缩柱头，微型驱动电机采用步进电机，驱动电机的输出端通过齿轮与直线齿条啮合，直线齿条的顶部套有伸缩柱头。电机驱动器与驱动电机通过导线连接，沙盘座的内部设有控制主板和信号接收电路，信号接收电路与主控计算机和控制主板均电连接，电机驱动器均与控制主板通过导线连接。

[0004] 应用时，机电沙盘单元根据驱动信号控制微型驱动电机步进旋转，驱动直线齿条上下运动，改变该单元顶端伸缩柱头的高低，所有单元同时或按时序运转，其顶部形成对应地域机电沙盘模块的高度差。硅胶蒙皮固定在各机电沙盘单元顶端和模块框架边缘，对电沙盘单元顶部形成的高差起到平滑作用，形成近似连续变化的立体地形，实现真实地形的3D重现，替代传统的沙盘和其他显示手段。

[0005] 但是，由于上述动态沙盘中的沙盘单元采用齿轮齿条机构实现伸缩柱头的升降，齿轮和齿条之间的传动精度较差，并且采用步进电机控制齿条的移动，电机每次转动时，会产生极小的误差，当电机运转时间长，误差积累到一定量时，积累误差会使得电机高度的表达出现较大的偏差。同时，齿轮齿条机构要求电机布置在齿条的旁侧，也即电机的输出轴与齿条是垂直的，电机本身占用齿条旁侧的空间，从而造成沙盘单元在横向上占据较大的尺寸，这样会增大相邻两个沙盘单元的伸缩柱头之间的间距，影响动态沙盘更精确地表达地形。

[0036] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0037] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0038] 需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0039] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步地详细描述。

[0040] 本发明中动态沙盘的一个实施例为：

[0041] 如图1所示，动态沙盘包括多个呈阵列布置的沙盘单元100，形成了机械矩阵，动态沙盘通过机械矩阵实现地形高度的表达与变换。

[0042] 结合图2、图3、图4、图5和图6所示，各沙盘单元100均包括电机、固定座3、丝杠11、移动座、导轨7以及升降体。其中，电机为伺服电机2，且为微型伺服电机，沙盘单元100还包括与伺服电机2连接的驱动器17和编码器1，动态沙盘还包括与各个沙盘单元100的驱动器17连接的控制器200，伺服电机2可以通过编码器1检测出旋转位置，并将编码器1检测到的信息反馈给驱动器17，进而反馈给控制器200，最终由控制器200来控制伺服电机2的旋转位置，实现高精度停止。

[0043] 丝杠11转动装配在固定座3上，实际应用时，丝杠11的转动轴线沿上下方向延伸。具体地，固定座3位于丝杠11的下端，导轨7沿上下方向延伸，导轨7的下端固定在固定座3上，固定座3上还固定有下轴承座14，导轨7的上端固定有固定板8，固定板8上固定有上轴承座10，丝杠11的上下两端分别通过轴承转动安装在上轴承座10和下轴承座14上。伺服电机2安装在固定座3上，且伺服电机2的输出轴通过联轴器15与丝杠11同轴传动连接，用于控制丝杠11转动。

[0044] 上述的移动座与导轨7导向配合且同时与丝杠11通过螺纹连接，以形成丝杠螺母传动机构，这样当伺服电机2驱动丝杠11转动时，在导轨7的导向作用下，移动座就可以沿着丝杠11上下移动，从而带动与移动座固定连接的升降体上下移动，因此通过改变各沙盘单元100的升降体的高度差，即可实现三维地形的表达。

[0045] 具体地，如图2和图3所示，移动座包括与丝杠11配合连接的螺母座13以及与导轨7导向配合的导向座12，螺母座13和导向座12固定相连，方便移动座的加工制造和安装。并且，螺母座13内设置有滚珠，也即本发明采用滚珠丝杠形式，滚珠丝杠的摩擦力小、精度和传动效率高，可以提高高度表达的精度，并减少电机升降时的动力要求。

[0046] 如图3和图4所示，升降体为槽口朝向导轨7设置的U形槽板16，U形槽板16的下端固定在导向座12上，结构简单，方便加工制造，且重量轻，方便移动。同时，U形槽板16围设在丝杠11的外部以及螺母座13局部的外部，可以充分利用横向空间，减小沙盘单元100的横向尺寸，结构紧凑，并且能够对螺母座13和丝杠11形成防护，保证螺母座13和丝杠11的运动精度和使用寿命。并且，U形槽板16卡在上轴承座10的外部，上轴承座10的宽度与U形槽板16的槽宽适配，也即上轴承座10的侧面与U形槽板16侧壁接触，可以对U形槽板16的上下移动进行导向。当然，U形槽板16的槽宽也可以是与固定板8的宽度适配，从而由固定板8对其移动进行导向。

[0047] 沙盘单元100还包括光栅尺，如图2、图4和图5所示，光栅尺包括主尺6和读数头18，主尺6固定在固定座3上，读数头18通过固定支架5固定在导向座12上，且读数头18与上述的驱动器17连接。光栅尺可以精确检测移动座的位移，并将检测信号反馈给驱动器，进而反馈给控制器，由控制器来控制伺服电机动作补偿运动误差，对积累的误差进行修正，提高传动精度。

[0048] 具体地，主尺6的长度等于导轨7的长度，且主尺6的下端通过下支架4和螺钉固定在固定座3上，下支架4呈L形。主尺6的上端通过上支架9和螺钉固定在导轨7的上端面上，上支架9为直板结构，且包括与主尺6等宽的宽板段和与导轨7等宽的窄板段。

[0049] 此外，动态沙盘还包括覆盖在各个沙盘单元100的U形槽板16顶端的弹性覆盖层(图中未示出)，弹性覆盖层的作用有两方面：一方面是实现沙盘地表的连续表达。机械矩阵在高度表达时，是以规则排列的点状柱型结构进行表达的，为此要在机械矩阵上面覆以一层覆盖层以实现地表的连续性；另一方面，投影仪需要承影面接受投影光线，以实现沙盘地表要素的表达，该覆盖层可作为投影仪的承影面。我国各省地形坡度最高大约可达到70°，由sec70°≈2.923可得，覆盖层的弹性拉伸率须达到300％左右，即在可逆变形下，覆盖层的最大拉伸长度与原长度之比要达到300％。

[0050] 综上，本发明的沙盘单元100采用丝杠螺母传动机构，众所周知，丝杠螺母传动机构相较于齿轮齿条机构的传动精度要高，同时由于伺服电机2位于丝杠11的下方，且伺服电机2的输出轴与丝杠11是同轴传动连接，因此伺服电机2不过多占用丝杠11旁侧的空间，这样相比齿轮齿条机构来说，可以减少沙盘单元横向占用的空间，进而可以减小相邻两个沙盘单元的升降体之间的间距，使动态沙盘更精确地表达三维地形。

[0051] 此外，本沙盘控制系统采用微电脑多轴控制器，可以同时控制轴数，可通过扩展端口和增加驱动器任意添加控制轴(其中图6仅为示意图，驱动器17、伺服电机2和编码器1均只显示四个)。控制器内部存储不同沙盘要求的程序，方便下次直接调用，各伺服轴通过光纤和控制器连接通讯，减少干扰，保证运动精度，提高运动部件响应速度，保证沙盘运动顺畅，无阻滞。采用配备绝对值编码器的伺服电机作为运动控制部件，响应速度快，可以通过控制器内部参数设定机械零点，在断电后仍可以保持位置数据记忆，第一次设定零点后无需再次回零，当关闭沙盘后再次启动可以直接运行程序，实现零等待。同时，导轨和导向座(即滑块)采用顶级精度，配合光栅尺可以达到精度0.001mm。整体行程控制可以通过控制器内部参数设定限制，无需采用外部检测开关，减少繁琐布线，同时降低运行维修维护成本。增加的光栅尺形成全闭环控制，实时监测丝杠运动并对位置差异进行补偿，有效提高沙盘精度，可以使各矩阵台之间运动紧密协调，保证沙盘动态精度。

[0052] 在动态沙盘的其他实施例中：弹性覆盖层的弹性拉伸率也可以是250％，当然也可以小于250％。

[0053] 在动态沙盘的其他实施例中：U形槽板的下端也可以固定在螺母座上，且U形槽板也可以围设在螺母座整体的外部。

[0054] 在动态沙盘的其他实施例中：升降体可以不是U形槽板，而是实心的升降杆。

[0055] 在动态沙盘的其他实施例中：移动座可以是一体件。

[0056] 在动态沙盘的其他实施例中：导轨的上端可以不固定固定板，此时没有上轴承座，仅通过下轴承座实现丝杠的转动安装。

[0057] 在动态沙盘的其他实施例中：主尺的长度也可以大于或小于导轨的长度。

[0058] 在动态沙盘的其他实施例中：下支架也可以是直板结构或者“Z”字形，上支架也可以是L形或者“Z”字形。

[0059] 在动态沙盘的其他实施例中：主尺的下端可以直接固定在固定座上，同时主尺的上端可以直接固定在导轨的侧面上。

[0060] 在动态沙盘的其他实施例中：沙盘单元可以不包括光栅尺，此时仅利用编码器实现反馈控制。

[0061] 在动态沙盘的其他实施例中：电机也可以是步进电机，此时没有编码器，步进电机连接有驱动器和编码器。

[0062] 在动态沙盘的其他实施例中：电机的输出轴可以直接与丝杠同轴传动连接，而不通过联轴器。

[0063] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。