一种具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器的制造方法

一种具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及飞行模拟训练设施技术领域，尤其涉及一种具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器。
【背景技术】
[0002]飞行模拟训练就是要给飞行员构建一个虚拟的“真实”飞行环境。这里的环境主要指两部分:一方面是机器环境，即飞机座舱、设备等；另一方面是外部环境，主要指自然条件、地理条件等。在机器环境方面，对飞机运动、动感(如加速度、座椅抖振等)的模拟是比较关键的技术；对飞机座舱中的仪表、操作设备和综合显示系统的模拟也比较重要，对飞行员来说，座舱必须要有真实感和现场感。随着航空事业的发展，模拟飞行器也越来越多。模拟飞行器有助于提高训练的安全性，有助于降低飞行训练的成本花费，有助于缩短受训人员的飞行训练时间、提升飞行技巧，是培训飞行人员的必要技术手段。
[0003]虚拟现实技术是现在比较热门的研宄领域之一，主要通过将真实的环境虚拟化，应用于相应的科研活动和娱乐中。目前，虚拟现实比较成熟的技术有头盔式显示器，即在头盔的前部设置有与头盔连接的显示器，通过利用头部跟踪来改变图像的视角，使用者的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来，当使用者带上头盔以后，就可以通过眼前的显示器观察显示器中图像，从而给使用者身临其境的体验，使用者不仅可以通过双目立体视觉去认识环境，而且可以通过头部的运动去观察环境，进而在人造环境中，使用者可通过自身的位置和头(眼)的方向来确定所看到的景象。
[0004]现有技术中的模拟飞行器，结构复杂，质量较大，速度与加速度都较低，仿真效果较差，无法给训练者真实的体验，进而影响训练效果。
[0005]因此，如何将飞行模拟与虚拟现实技术相结合，发明一种将视听与空中体感能完美的结合，达到与真实环境一致的训练效果的仿真全向模拟飞行器是本领域技术人员有待解决的技术难题。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型提供了一种具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，结构简单，质量较轻，具有真实的仿真效果，可提供较大的速度与加速度，将视听与空中体感结合在一起结合，达到与真实环境一致的训练效果。
[0007]本实用新型的技术方案如下:
[0008]一种具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器包括:
[0009]六自由度的运动平台，该运动平台包括导轨，以及可沿导轨运动的六自由度的机械手臂；
[0010]座舱系统，该座舱系统与机械手臂的一端固定连接，座舱系统包括座舱与头戴显示器，其中座舱内设有仿真仪表，以及用于飞行控制的操纵杆与油门，头戴显示器用于图像的显示与捕捉；
[0011]计算处理系统，该计算处理系统分别与运动平台和座舱系统相连接，计算处理系统用于飞行过程的控制，以及数据的生成、传输与处理。
[0012]本实用新型在应用中，可以捕捉外界真实图像，同时进行真实与虚拟图像混流后图像的显示，具体方案为，头戴显示器至少包括高清显示模块以及设在该头戴显示器外表面的两个沿水平向居中的立体摄像头。
[0013]其中，机械手臂包括第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第一水平轴、第二水平轴、竖直轴与底座；
[0014]第一机械臂的前端与座舱的外部固定连接，第一机械臂的后端通过第一水平轴与第二机械臂的前端转动连接；
[0015]第二机械臂的后端通过第二水平轴与第三机械臂的前端转动连接；
[0016]竖直轴固定在底座上，第三机械臂的后端通过竖直轴与底座转动连接。
[0017]机器手臂通过底座沿导轨运动，第三机械臂可绕竖直轴转动，第一、二机械臂分别可绕第一、二水平轴转动，共同配合下，运动平台可以实现六个自由度，模拟飞行器在飞行过程中可进行翻滚、横滚、旋摆等动作的仿真模拟，即全向飞行仿真模拟。本实用新型模拟飞行时X、Y、Z轴可同步运动，保证了座舱系统可沿x、Y、z轴任意复合的方向运动，全向运动包括X、Y、Z三轴运动、沿X、Y、Z三轴的旋转运动和任意复合运动，可实现逼真的飞行视觉和临场感觉。
[0018]为便于座舱系统实现各种复杂动作，进一步地，第一机械臂的长度小于第二机械臂的长度。
[0019]进一步地，计算处理系统包括系统状态监控计算机，以及分别与系统状态监控计算机相连接的座舱力反馈与操作控制计算机、运动轨迹生成计算机、环境视景声音生成计算机和机械臂控制柜。
[0020]其中，座舱力反馈与操作控制计算机用于识别并处理座舱内的操作信号，同时将信号传输至运动轨迹生成计算机。
[0021]运动轨迹生成计算机用于识别座舱力反馈与操作控制计算机传输的信号，计算并生成座舱运动轨迹的信号，同时将信号传输至环境视景声音生成计算机与机械臂控制柜。
[0022]环境视景声音生成计算机用于识别并处理运动轨迹生成计算机传输的信号，并生成对应的虚拟图像与音频信号，同时混入由头戴显示器捕捉的座舱内真实的图像信号，混流后的图像与音频信号传输至头戴显示器进行显示。
[0023]系统状态监控计算机接收座舱力反馈与操作控制计算机、运动轨迹生成计算机和环境视景声音生成计算机输出的信号，用于系统状态的综合显示与监控。
[0024]本实用新型使用时，参训人员需要佩戴头戴显示器，操作操纵杆与油门，产生的操作信号由座舱力反馈与操作控制计算机进行识别与处理，同时将信号传输至运动轨迹生成计算机，运动轨迹生成计算机通过处理与计算生成座舱运动轨迹的信号，并将信号传输至环境视景声音生成计算机与机械臂控制柜，传输至机械臂控制柜的信号控制六自由度的机械臂做出对应的动作，传输至环境视景声音生成计算机的信号经识别与处理后生成对应的虚拟图像与音频信号，同时混入由头戴显示器的立体摄像头捕捉的座舱内真实的图像信号，混流后的图像与音频信号传输至头戴显示器的显示模块进行显示。
[0025]本实用新型的有益效果如下:
[0026]本实用新型的具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，体积小，重量轻，结构简单，具有六自由度的运动平台，可以保证座舱系统沿X、Y、Z轴任意复合的方向运动，提升了参训人员的真实体感；头戴显示器与计算处理系统能够将真实场景图像与虚拟场景图像以较低的延迟时间高质量混流，在不影响视觉效果的同时还可以进一步提升座舱系统的速度与加速度，为参训人员提供多种飞行条件下较为逼真的飞行视觉和临场感觉，既可降低训练成本，保证训练效果，且能减少飞行学员等受训人员的驾机培训时间。
【附图说明】
[0027]图1为本实用新型的结构示意图。
[0028]图2为本实用新型的工作原理图。
[0029]图3为本实用新型头戴显示器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0031]如图1所示，本实用新型的具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，包括六自由度的运动平台1、座舱系统2与计算处理系统3。
[0032]其中，六自由度的运动平台I包括导轨11与六自由度的机械手臂12，机械手臂12通过底座127沿导轨11运动。
[0033]机械手臂12包括第一机械臂121、第二机械臂12 2、第三机械臂123、第一水平轴124、第二水平轴125、竖直轴126与底座127。
[0034]第一机械臂121的前端与座舱系统2的外部固定连接，第一机械臂121的后端通过第一水平轴124与第二机械臂122的前端转动连接；第二机械臂122的后端通过第二水平轴125与第三机械臂123的前端转动连接；竖直轴126固定在底座上，第三机械臂123的后端通过竖直轴126与底座127转动连接。
[0035]座舱系统2包括座舱21与头戴显示器22，座舱21的外部与第一机械臂121的前端固定连接，座舱21内设有仿真仪表，以及用于飞行控制的操纵杆与油门，再如图3所示，头戴显示器22至少包括高清显示模块221以及设在该头戴显示器22外表面的两个沿水平向居中的立体摄像头222，立体摄像头222用于捕捉外界真实图像，高清显示模块221用于进行真实与虚拟图像混流后图像的显示。
[0036]如图2所示，计算处理系统3包括系统状态监控计算机31，以及分别与系统状态监控计算机31相连接的座舱力反馈与操作控制计算机32、运动轨迹生成计算机33、环境视景声音生成计算机34和机械臂控制柜35。
[0037]本实用新型使用时，参训人员需要佩戴头戴显示器22，操作操纵杆与油门，产生的操作信号由座舱力反馈与操作控制计算机32进行识别与处理，同时将信号传输至运动轨迹生成计算机33，运动轨迹生成计算机33通过处理与计算生成座舱运动轨迹的信号，并将信号传输至环境视景声音生成计算机34与机械臂控制柜35，传输至机械臂控制柜35的信号控制六自由度的机械臂12做出相应的动作，传输至环境视景声音生成计算机34的信号经识别与处理后生成对应的虚拟图像与音频信号，同时混入由头戴显示器22的立体摄像头222捕捉的座舱21内真实的图像信号，混流后的图像与音频信号传输至头戴显示器22的显示模块221进行显示。
[0038]本实用新型的具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，体积小，重量轻，结构简单，具有六自由度的运动平台1，可以保证座舱系统2沿X、Y、Z轴任意复合的方向运动，提升了参训人员的真实体感；头戴显示器22与计算处理系统3能够将真实场景图像与虚拟场景图像以较低的延迟时间高质量混流，在不影响视觉效果的同时还可以进一步提升座舱系统2的速度与加速度，为参训人员提供多种飞行条件下较为逼真的飞行视觉和临场感觉，既可降低训练成本，保证训练效果，且能减少飞行学员等受训人员的驾机培训时间。
[0039]以上所述实施例仅仅是本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，其特征在于，所述仿真全向模拟飞行器包括: 六自由度的运动平台(I)，所述运动平台(I)包括导轨(11)，以及可沿导轨(11)运动的六自由度的机械手臂(12)； 座舱系统(2)，所述座舱系统(2)与机械手臂(12)的一端固定连接，座舱系统(2)包括座舱(21)与头戴显示器(22)，所述座舱(21)内设有仿真仪表，以及用于飞行控制的操纵杆与油门，所述头戴显示器(22)用于图像的显示与捕捉； 计算处理系统(3)，所述计算处理系统(3)分别与运动平台(I)和座舱系统(2)相连接，计算处理系统(3)用于飞行过程的控制，以及数据的生成、传输与处理。
2.权利要求1所述的具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，其特征在于，所述头戴显示器(22)至少包括高清显示模块(221)以及设在该头戴显示器(22)外表面的两个沿水平向居中的立体摄像头(222)。
3.如权利要求1所述的具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，其特征在于，所述机械手臂包括第一机械臂(121)、第二机械臂(122)、第三机械臂(123)、第一水平轴(124)、第二水平轴(125)、竖直轴(126)与底座(127)； 其中，所述第一机械臂(121)的前端与座舱(21)的外部固定连接，第一机械臂(121)的后端通过第一水平轴(124)与第二机械臂(122)的前端转动连接； 所述第二机械臂(122)的后端通过第二水平轴(125)与第三机械臂(123)的前端转动连接； 所述竖直轴(126)固定在底座(127)上，第三机械臂(123)的后端通过竖直轴(126)与底座(127)转动连接。
4.如权利要求3所述的具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，其特征在于，所述第一机械臂(121)的长度小于第二机械臂(122)的长度。
5.如权利要求1所述的具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，其特征在于，所述计算处理系统(3)包括系统状态监控计算机(31)，以及分别与所述系统状态监控计算机(31)相连接的座舱力反馈与操作控制计算机(32)、运动轨迹生成计算机(33)、环境视景声音生成计算机(34)和机械臂控制柜(35)。
6.如权利要求5所述的具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，其特征在于，所述座舱力反馈与操作控制计算机(32)用于识别并处理座舱(21)内的操作信号，同时将信号传输至运动轨迹生成计算机(33)。
7.如权利要求5所述的具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，其特征在于，所述运动轨迹生成计算机(33)用于识别座舱力反馈与操作控制计算机(32)传输的信号，计算并生成座舱运动轨迹的信号，同时将信号传输至环境视景声音生成计算机(34)与机械臂控制柜(35)。
8.如权利要求5所述的具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，其特征在于，所述环境视景声音生成计算机(34)用于识别并处理运动轨迹生成计算机(33)传输的信号，并生成对应的虚拟图像与音频信号，同时混入由立体摄像头(222)捕捉的座舱(21)内真实的图像信号，混流后的图像与音频信号传输至高清显示模块(221)进行显示。
9.如权利要求5所述的具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，其特征在于，所述系统状态监控计算机(31)接收座舱力反馈与操作控制计算机(32)、运动轨迹生成计算机(33)和环境视景声音生成计算机(34)输出的信号，用于系统状态的综合显示与监控。
【专利摘要】本实用新型提供了一种具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，包括：六自由度的运动平台，所述运动平台包括导轨，以及可沿导轨运动的六自由度的机械手臂；座舱系统，所述座舱系统与机械手臂的一端固定连接，座舱系统包括座舱与头戴显示器，所述座舱内设有仿真仪表，以及用于飞行控制的操纵杆与油门；计算处理系统，所述计算处理系统分别与运动平台和座舱系统相连接，计算处理系统用于飞行过程的控制，以及数据的生成、传输与处理。本实用新型的具有混合现实功能的仿真全向模拟飞行器，结构简单，质量较轻，具有真实的仿真效果，可提供较大的速度与加速度，将视听与空中体感结合在一起结合，达到与真实环境一致的训练效果。
【IPC分类】G09B9-08
【公开号】CN204614276
【申请号】CN201520190141
【发明人】刘宛平, 陈治
【申请人】刘宛平
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年3月31日