一種具有混合現(xiàn)實功能的仿真全向模擬飛行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及飛行模擬訓練設施技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有混合現(xiàn)實功能的仿真全向模擬飛行器。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行模擬訓練就是要給飛行員構(gòu)建一個虛擬的“真實”飛行環(huán)境。這里的環(huán)境主要指兩部分:一方面是機器環(huán)境，即飛機座艙、設備等；另一方面是外部環(huán)境，主要指自然條件、地理條件等。在機器環(huán)境方面，對飛機運動、動感(如加速度、座椅抖振等)的模擬是比較關(guān)鍵的技術(shù)；對飛機座艙中的儀表、操作設備和綜合顯示系統(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練的安全性，有助于降低飛行訓練的成本花費，有助于縮短受訓人員的飛行訓練時間、提升飛行技巧，是培訓飛行人員的必要技術(shù)手段。
[0003]虛擬現(xiàn)實技術(shù)是現(xiàn)在比較熱門的研宄領(lǐng)域之一，主要通過將真實的環(huán)境虛擬化，應用于相應的科研活動和娛樂中。目前，虛擬現(xiàn)實比較成熟的技術(shù)有頭盔式顯示器，即在頭盔的前部設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)和運動感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián)系起來，當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，使用者不僅可以通過雙目立體視覺去認識環(huán)境，而且可以通過頭部的運動去觀察環(huán)境，進而在人造環(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，無法給訓練者真實的體驗，進而影響訓練效果。
[0005]因此，如何將飛行模擬與虛擬現(xiàn)實技術(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，達到與真實環(huán)境一致的訓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。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型提供了一種具有混合現(xiàn)實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，達到與真實環(huán)境一致的訓練效果。
[0007]本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0008]一種具有混合現(xiàn)實功能的仿真全向模擬飛行器包括:
[0009]六自由度的運動平臺，該運動平臺包括導軌，以及可沿導軌運動的六自由度的機械手臂；
[0010]座艙系統(tǒng)，該座艙系統(tǒng)與機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]本實用新型在應用中，可以捕捉外界真實圖像，同時進行真實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，機械手臂包括第一機械臂、第二機械臂、第三機械臂、第一水平軸、第二水平軸、豎直軸與底座；
[0014]第一機械臂的前端與座艙的外部固定連接，第一機械臂的后端通過第一水平軸與第二機械臂的前端轉(zhuǎn)動連接；
[0015]第二機械臂的后端通過第二水平軸與第三機械臂的前端轉(zhuǎn)動連接；
[0016]豎直軸固定在底座上，第三機械臂的后端通過豎直軸與底座轉(zhuǎn)動連接。
[0017]機器手臂通過底座沿導軌運動，第三機械臂可繞豎直軸轉(zhuǎn)動，第一、二機械臂分別可繞第一、二水平軸轉(zhuǎn)動，共同配合下，運動平臺可以實現(xiàn)六個自由度，模擬飛行器在飛行過程中可進行翻滾、橫滾、旋擺等動作的仿真模擬，即全向飛行仿真模擬。本實用新型模擬飛行時X、Y、Z軸可同步運動，保證了座艙系統(tǒng)可沿x、Y、z軸任意復合的方向運動，全向運動包括X、Y、Z三軸運動、沿X、Y、Z三軸的旋轉(zhuǎn)運動和任意復合運動，可實現(xiàn)逼真的飛行視覺和臨場感覺。
[0018]為便于座艙系統(tǒng)實現(xiàn)各種復雜動作，進一步地，第一機械臂的長度小于第二機械臂的長度。
[0019]進一步地，計算處理系統(tǒng)包括系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控計算機，以及分別與系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控計算機相連接的座艙力反饋與操作控制計算機、運動軌跡生成計算機、環(huán)境視景聲音生成計算機和機械臂控制柜。
[0020]其中，座艙力反饋與操作控制計算機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動軌跡生成計算機。
[0021]運動軌跡生成計算機用于識別座艙力反饋與操作控制計算機傳輸?shù)男盘?，計算并生成座艙運動軌跡的信號，同時將信號傳輸至環(huán)境視景聲音生成計算機與機械臂控制柜。
[0022]環(huán)境視景聲音生成計算機用于識別并處理運動軌跡生成計算機傳輸?shù)男盘?，并生成對應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行顯示。
[0023]系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控計算機接收座艙力反饋與操作控制計算機、運動軌跡生成計算機和環(huán)境視景聲音生成計算機輸出的信號，用于系統(tǒng)狀態(tài)的綜合顯示與監(jiān)控。
[0024]本實用新型使用時，參訓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進行識別與處理，同時將信號傳輸至運動軌跡生成計算機，運動軌跡生成計算機通過處理與計算生成座艙運動軌跡的信號，并將信號傳輸至環(huán)境視景聲音生成計算機與機械臂控制柜，傳輸至機械臂控制柜的信號控制六自由度的機械臂做出對應的動作，傳輸至環(huán)境視景聲音生成計算機的信號經(jīng)識別與處理后生成對應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行顯示。
[0025]本實用新型的有益效果如下:
[0026]本實用新型的具有混合現(xiàn)實功能的仿真全向模擬飛行器，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，具有六自由度的運動平臺，可以保證座艙系統(tǒng)沿X、Y、Z軸任意復合的方向運動，提升了參訓人員的真實體感；頭戴顯示器與計算處理系統(tǒng)能夠?qū)⒄鎸崍鼍皥D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一步提升座艙系統(tǒng)的速度與加速度，為參訓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，既可降低訓練成本，保證訓練效果，且能減少飛行學員等受訓人員的駕機培訓時間。
【附圖說明】
[0027]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為本實用新型的工作原理圖。
[0029]圖3為本實用新型頭戴顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0031]如圖1所示，本實用新型的具有混合現(xiàn)實功能的仿真全向模擬飛行器，包括六自由度的運動平臺1、座艙系統(tǒng)2與計算處理系統(tǒng)3。
[0032]其中，六自由度的運動平臺I包括導軌11與六自由度的機械手臂12，機械手臂12通過底座127沿導軌11運動。
[0033]機械手臂12包括第一機械臂121、第二機械臂12