一種具有混合現(xiàn)實(shí)功能的仿真全向模擬飛行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及飛行模擬訓(xùn)練設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有混合現(xiàn)實(shí)功能的仿真全向模擬飛行器。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行模擬訓(xùn)練就是要給飛行員構(gòu)建一個虛擬的“真實(shí)”飛行環(huán)境。這里的環(huán)境主要指兩部分:一方面是機(jī)器環(huán)境，即飛機(jī)座艙、設(shè)備等；另一方面是外部環(huán)境，主要指自然條件、地理條件等。在機(jī)器環(huán)境方面，對飛機(jī)運(yùn)動、動感(如加速度、座椅抖振等)的模擬是比較關(guān)鍵的技術(shù)；對飛機(jī)座艙中的儀表、操作設(shè)備和綜合顯示系統(tǒng)的模擬也比較重要，對飛行員來說，座艙必須要有真實(shí)感和現(xiàn)場感。隨著航空事業(yè)的發(fā)展，模擬飛行器也越來越多。模擬飛行器有助于提高訓(xùn)練的安全性，有助于降低飛行訓(xùn)練的成本花費(fèi)，有助于縮短受訓(xùn)人員的飛行訓(xùn)練時間、提升飛行技巧，是培訓(xùn)飛行人員的必要技術(shù)手段。
[0003]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是現(xiàn)在比較熱門的研宄領(lǐng)域之一，主要通過將真實(shí)的環(huán)境虛擬化，應(yīng)用于相應(yīng)的科研活動和娛樂中。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)比較成熟的技術(shù)有頭盔式顯示器，即在頭盔的前部設(shè)置有與頭盔連接的顯示器，通過利用頭部跟蹤來改變圖像的視角，使用者的視覺系統(tǒng)和運(yùn)動感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián)系起來，當(dāng)使用者帶上頭盔以后，就可以通過眼前的顯示器觀察顯示器中圖像，從而給使用者身臨其境的體驗(yàn)，使用者不僅可以通過雙目立體視覺去認(rèn)識環(huán)境，而且可以通過頭部的運(yùn)動去觀察環(huán)境，進(jìn)而在人造環(huán)境中，使用者可通過自身的位置和頭(眼)的方向來確定所看到的景象。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的模擬飛行器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量較大，速度與加速度都較低，仿真效果較差，無法給訓(xùn)練者真實(shí)的體驗(yàn)，進(jìn)而影響訓(xùn)練效果。
[0005]因此，如何將飛行模擬與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，發(fā)明一種將視聽與空中體感能完美的結(jié)合，達(dá)到與真實(shí)環(huán)境一致的訓(xùn)練效果的仿真全向模擬飛行器是本領(lǐng)域技術(shù)人員有待解決的技術(shù)難題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型提供了一種具有混合現(xiàn)實(shí)功能的仿真全向模擬飛行器，結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量較輕，具有真實(shí)的仿真效果，可提供較大的速度與加速度，將視聽與空中體感結(jié)合在一起結(jié)合，達(dá)到與真實(shí)環(huán)境一致的訓(xùn)練效果。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0008]一種具有混合現(xiàn)實(shí)功能的仿真全向模擬飛行器包括:
[0009]六自由度的運(yùn)動平臺，該運(yùn)動平臺包括導(dǎo)軌，以及可沿導(dǎo)軌運(yùn)動的六自由度的機(jī)械手臂；
[0010]座艙系統(tǒng)，該座艙系統(tǒng)與機(jī)械手臂的一端固定連接，座艙系統(tǒng)包括座艙與頭戴顯示器，其中座艙內(nèi)設(shè)有仿真儀表，以及用于飛行控制的操縱桿與油門，頭戴顯示器用于圖像的顯示與捕捉；
[0011]計算處理系統(tǒng)，該計算處理系統(tǒng)分別與運(yùn)動平臺和座艙系統(tǒng)相連接，計算處理系統(tǒng)用于飛行過程的控制，以及數(shù)據(jù)的生成、傳輸與處理。
[0012]本實(shí)用新型在應(yīng)用中，可以捕捉外界真實(shí)圖像，同時進(jìn)行真實(shí)與虛擬圖像混流后圖像的顯示，具體方案為，頭戴顯示器至少包括高清顯示模塊以及設(shè)在該頭戴顯示器外表面的兩個沿水平向居中的立體攝像頭。
[0013]其中，機(jī)械手臂包括第一機(jī)械臂、第二機(jī)械臂、第三機(jī)械臂、第一水平軸、第二水平軸、豎直軸與底座；
[0014]第一機(jī)械臂的前端與座艙的外部固定連接，第一機(jī)械臂的后端通過第一水平軸與第二機(jī)械臂的前端轉(zhuǎn)動連接；
[0015]第二機(jī)械臂的后端通過第二水平軸與第三機(jī)械臂的前端轉(zhuǎn)動連接；
[0016]豎直軸固定在底座上，第三機(jī)械臂的后端通過豎直軸與底座轉(zhuǎn)動連接。
[0017]機(jī)器手臂通過底座沿導(dǎo)軌運(yùn)動，第三機(jī)械臂可繞豎直軸轉(zhuǎn)動，第一、二機(jī)械臂分別可繞第一、二水平軸轉(zhuǎn)動，共同配合下，運(yùn)動平臺可以實(shí)現(xiàn)六個自由度，模擬飛行器在飛行過程中可進(jìn)行翻滾、橫滾、旋擺等動作的仿真模擬，即全向飛行仿真模擬。本實(shí)用新型模擬飛行時X、Y、Z軸可同步運(yùn)動，保證了座艙系統(tǒng)可沿x、Y、z軸任意復(fù)合的方向運(yùn)動，全向運(yùn)動包括X、Y、Z三軸運(yùn)動、沿X、Y、Z三軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和任意復(fù)合運(yùn)動，可實(shí)現(xiàn)逼真的飛行視覺和臨場感覺。
[0018]為便于座艙系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜動作，進(jìn)一步地，第一機(jī)械臂的長度小于第二機(jī)械臂的長度。
[0019]進(jìn)一步地，計算處理系統(tǒng)包括系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控計算機(jī)，以及分別與系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控計算機(jī)相連接的座艙力反饋與操作控制計算機(jī)、運(yùn)動軌跡生成計算機(jī)、環(huán)境視景聲音生成計算機(jī)和機(jī)械臂控制柜。
[0020]其中，座艙力反饋與操作控制計算機(jī)用于識別并處理座艙內(nèi)的操作信號，同時將信號傳輸至運(yùn)動軌跡生成計算機(jī)。
[0021]運(yùn)動軌跡生成計算機(jī)用于識別座艙力反饋與操作控制計算機(jī)傳輸?shù)男盘?，計算并生成座艙運(yùn)動軌跡的信號，同時將信號傳輸至環(huán)境視景聲音生成計算機(jī)與機(jī)械臂控制柜。
[0022]環(huán)境視景聲音生成計算機(jī)用于識別并處理運(yùn)動軌跡生成計算機(jī)傳輸?shù)男盘枺⑸蓪?yīng)的虛擬圖像與音頻信號，同時混入由頭戴顯示器捕捉的座艙內(nèi)真實(shí)的圖像信號，混流后的圖像與音頻信號傳輸至頭戴顯示器進(jìn)行顯示。
[0023]系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控計算機(jī)接收座艙力反饋與操作控制計算機(jī)、運(yùn)動軌跡生成計算機(jī)和環(huán)境視景聲音生成計算機(jī)輸出的信號，用于系統(tǒng)狀態(tài)的綜合顯示與監(jiān)控。
[0024]本實(shí)用新型使用時，參訓(xùn)人員需要佩戴頭戴顯示器，操作操縱桿與油門，產(chǎn)生的操作信號由座艙力反饋與操作控制計算機(jī)進(jìn)行識別與處理，同時將信號傳輸至運(yùn)動軌跡生成計算機(jī)，運(yùn)動軌跡生成計算機(jī)通過處理與計算生成座艙運(yùn)動軌跡的信號，并將信號傳輸至環(huán)境視景聲音生成計算機(jī)與機(jī)械臂控制柜，傳輸至機(jī)械臂控制柜的信號控制六自由度的機(jī)械臂做出對應(yīng)的動作，傳輸至環(huán)境視景聲音生成計算機(jī)的信號經(jīng)識別與處理后生成對應(yīng)的虛擬圖像與音頻信號，同時混入由頭戴顯示器的立體攝像頭捕捉的座艙內(nèi)真實(shí)的圖像信號，混流后的圖像與音頻信號傳輸至頭戴顯示器的顯示模塊進(jìn)行顯示。
[0025]本實(shí)用新型的有益效果如下:
[0026]本實(shí)用新型的具有混合現(xiàn)實(shí)功能的仿真全向模擬飛行器，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，具有六自由度的運(yùn)動平臺，可以保證座艙系統(tǒng)沿X、Y、Z軸任意復(fù)合的方向運(yùn)動，提升了參訓(xùn)人員的真實(shí)體感；頭戴顯示器與計算處理系統(tǒng)能夠?qū)⒄鎸?shí)場景圖像與虛擬場景圖像以較低的延遲時間高質(zhì)量混流，在不影響視覺效果的同時還可以進(jìn)一步提升座艙系統(tǒng)的速度與加速度，為參訓(xùn)人員提供多種飛行條件下較為逼真的飛行視覺和臨場感覺，既可降低訓(xùn)練成本，保證訓(xùn)練效果，且能減少飛行學(xué)員等受訓(xùn)人員的駕機(jī)培訓(xùn)時間。
【附圖說明】
[0027]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為本實(shí)用新型的工作原理圖。
[0029]圖3為本實(shí)用新型頭戴顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0031]如圖1所示，本實(shí)用新型的具有混合現(xiàn)實(shí)功能的仿真全向模擬飛行器，包括六自由度的運(yùn)動平臺1、座艙系統(tǒng)2與計算處理系統(tǒng)3。
[0032]其中，六自由度的運(yùn)動平臺I包括導(dǎo)軌11與六自由度的機(jī)械手臂12，機(jī)械手臂12通過底座127沿導(dǎo)軌11運(yùn)動。
[0033]機(jī)械手臂12包括第一機(jī)械臂121、第二機(jī)械臂12