CN105641925A - 一种模拟驾驶系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模拟驾驶系统，该模拟驾驶系统包括模拟驾驶装置和控制装置，所述控制装置设置在所述模拟驾驶装置中，所述模拟驾驶装置包括机械臂、头戴显示设备、飞行摇杆以及座舱。本发明操作简单、模拟真实度高且体验感强，既可以被动式的体验飞行乐趣，也可以主动式的模拟飞行驾驶。

Description

一种模拟驾驶系统
技术领域
本发明涉及一种模拟驾驶系统。
背景技术
驾驶类模拟设备，民用市场大多局限于汽车驾驶模拟，一种是通过驾驶模拟器与电脑游戏配合使用，成本低，但仿真度差，体验感不好；一种是在上述基础上再加配动感平台，借助投影机来实现较好的模拟体验，此种方式对空间要求高；而模拟飞行驾驶类体验大多是被动体验式的，通过预设好的运动曲线与影片来模拟飞行，此类设备体量较大，成本高，大多设置在主题公园等大型游乐场所，不利于中小游乐场所的推广。飞行员模拟驾驶系统造价昂贵，只供专业人员训练使用。
目前头戴式显示设备(VR眼镜)都是跟单纯电脑游戏配合使用，缺少与机械装置的配合，特别是驾驶类游戏体验感不够好。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷，本发明提供一种模拟驾驶系统，实现了主动飞行模拟驾驶体验，该模拟驾驶系统控制灵活，响应快，精度高，沉浸感强，仿真度高；另外，该模拟驾驶系统适合在中小型游乐场所推广体验，可以实现更多人的模拟飞行驾驶体验，既能模拟飞行驾驶体验，也可以被动式体验飞行乐趣。
本发明提供了一种模拟驾驶系统，包括模拟驾驶装置和控制装置，所述控制装置设置在所述模拟驾驶装置中，所述模拟驾驶装置包括机械臂、头戴显示设备、飞行摇杆以及座舱，其中：
所述机械臂包括运动控制器、底座、旋转轴、下支撑臂和上支撑臂，所述运动控制器设置在所述底座中，所述下支撑臂通过旋转轴与所述底座固定连接，所述上支撑臂水平设置在所述下支撑臂的顶部，所述座舱设置在所述上支撑臂的端部，所述飞行摇杆设置在所述座舱的一侧；
所述控制装置包括控制服务器，所述控制服务器内设置有主控模块以及游戏模块，所述主控模块与所述游戏模块电连接，所述主控模块中设置有机械臂控制模块，所述主控模块与所述运动控制器相连；
所述飞行摇杆从下至上包括安装部以及摇杆部，所述飞行摇杆通过该安装部固定设置在所述座舱的一侧，所述摇杆部竖直设置在所述安装部的上端，所述安装部底部一侧设置有右利手或左利手按钮选择开关，所述安装部上表面一侧设置有油门按键，所述安装部上表面位于所述摇杆部相对称的两侧设置有多个第一动作按键，所述摇杆部下部设置有带靠手板把手，所述带靠手板把手上设置有螺钉，所述摇杆部上部左右两侧分别设置有右利手手握凸部以及右利手螺旋握手盖，所述摇杆部顶部设置有多向视角帽开关以及多个第二动作按键，所述摇杆部顶部前端面设置有数字发射器；
所述头戴显示设备包括外壳和与该外壳相连的布带，该头戴显示设备通过所述布带戴在操作者的头部，所述外壳远离所述布带的一端外设置有红外感应部，所述外壳内部设置有镜片、屏幕以及电路板，所述屏幕设置在所述镜片与所述电路板之间，所述屏幕中设置有陀螺仪和加速计，所述头戴显示设备通过HDMI接口和MiniUSB接口与所述控制装置相连。
可选的，所述座舱上设置有安全压杆和/或安全带。
可选的，所述安全带上设置有安全带插入检测传感器和锁紧传感器。
可选的，所述安全压杆设置有自锁液压缸和压杆到位检测传感器。
可选的，所述飞行摇杆通过USB接口与所述控制装置电连接。
可选的，所述穿戴显示设备两侧设置有旋钮和音频输出口。
可选的，所述多个第一动作按键为12个第一动作按键，分别对称设置在所述安装部的上端表面。
可选的，所述多个第二动作按键为两个第二动作按键。
本发明具有以下优点和有益效果：本发明提供一种模拟驾驶系统，该模拟驾驶系统具有模拟真实度高以及沉浸体验感强的特点，既可以被动式的体验飞行乐趣，也可以主动式的模拟飞行驾驶；同时该模拟驾驶系统采用模块化设计，便于拆装维护，系统更加稳定可靠；另外，该模拟驾驶系统占地面积小及性价比高；该模拟驾驶系统既可以在大型主题公园中使用，也可以在商业中心、中小型游乐场所使用，利于商业推广。
附图说明
图1为本发明实施例提供的模拟驾驶系统中飞行摇杆的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的模拟驾驶系统中机械臂及座舱的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的模拟驾驶系统中头戴式显示设备的主视结构示意图；
图4为图3的右视结构示意图；
图5为本发明实施例提供的模拟驾驶系统中头戴式显示设备的使用状态示意图；
图6为本发明实施例提供的模拟驾驶系统主动式体验工作原理图；
图7为本发明实施例提供的模拟驾驶系统被动式体验工作原理图；
图8为图1的飞行摇杆的右利手设置的结构示意图；
图9为图1的飞行摇杆的左利手设置的结构示意图。
图中附图标记如下：
100-机械臂；101-运动控制器；
102-底座；103-旋转轴；
104-下支撑臂；105-上支撑臂；
200-头戴显示设备；201-外壳；
202-镜片；203-屏幕；
204-电路板；205-红外感应部；
206-布带；300-飞行摇杆；
301-数字反射器；302-多向视角帽开关；
303-右利手螺旋握手盖；304-带靠手板把手；
305-油门按键；306-第一动作按键；
307-螺钉；308-右利手手握凸部；
309-USB连接器；310-左利手手握凸部；
311-左利手旋转握手盖；312-右利手或左利手按钮选择开关；
313-第二动作按键；314-安装部；
315-摇杆部；400-座舱；
500-控制服务器；501-主控模块；
502-游戏模块；503-机械臂控制模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1至7所示：本发明实施例提供的一种模拟驾驶系统，包括模拟驾驶装置和控制装置，控制装置设置在模拟驾驶装置中，模拟驾驶装置包括机械臂100、头戴显示设备200、飞行摇杆300以及座舱400，头戴显示设备200用于实时显示3D游戏场景，其中：
如图2所示，机械臂100包括运动控制器101、底座102、旋转轴103、下支撑臂104和上支撑臂105，运动控制器101设置在底座102中，下支撑臂104通过旋转轴103与底座102固定连接，上支撑臂105水平设置在下支撑臂104的顶部，座舱400设置在上支撑臂105的端部，飞行摇杆300设置在座舱400的一侧，可选择设置在座舱400的左侧或右侧；
控制装置包括控制服务器500，控制服务器500内设置有主控模块501以及游戏模块502，主控模块501与游戏模块502电连接，主控模块501中设置有机械臂控制模块503，主控模块501还与运动控制器101电连接；
如图1所示，飞行摇杆300从下至上包括安装部314以及摇杆部315，飞行摇杆通过该安装部314固定设置在座舱400的一侧，该飞行摇杆300可选择安装在座舱400的右侧或左侧，摇杆部315竖直设置在安装部314的上端，安装部底部一侧设置有右利手或左利手按钮选择开关312，当飞行摇杆300安装在座舱400的右侧时，通过右利手或左利手按钮选择开关312可选择右利手进行相应的操作，当飞行摇杆300安装在座舱400的左侧时，通过右利手或左利手按钮选择开关312可选择左利手进行相应的操作；安装部314上表面一侧设置有油门按键305，安装部314上表面位于摇杆部315相对称的两侧设置有多个第一动作按键306，摇杆部315下部设置有带靠手板把手304，带靠手板把手304上设置有螺钉307，用于调节带靠手板把手以适应左利手或右利手，摇杆部315上部左右两侧分别设置有右利手手握凸部308以及右利手螺旋握手盖303，摇杆部315顶部设置有多向视角帽开关302以及多个第二动作按键313，摇杆部315顶部前端面设置有数字发射器301；该飞行摇杆300还包括USB连接器309、左利手手握凸部310以及左利手螺旋握手盖311三个配件，该飞行摇杆300通过该USB连接器309与控制装置相连，通过该控制装置可对该飞行摇杆进行相应的控制；当操作者为左利手时，将该飞行摇杆300设置在座舱400的左侧，把右利手手握凸部308以及右利手螺旋握手盖303拆卸掉，在摇杆部315位于右利手手握凸部308的位置安装左利手螺旋握手盖311，同时在摇杆部315位于右利手螺旋握手盖303的位置安装左利手手握凸部310，以适应左利手的操作者进行相应的操作，进而使该飞行摇杆300即可适应右利手的操作者又能适应左利手的操作者进行操作，提高了该飞行摇杆300的灵活性；
头戴显示设备200包括外壳201和与该外壳201相连的布带206，该头戴显示设备200通过布带206戴在操作者的头部，外壳201远离布带206的一端外设置有红外感应部205，外壳201内部设置有镜片202、屏幕203以及电路板204，屏幕203设置在镜片202与电路板204之间，屏幕203中设置有陀螺仪和加速计，头戴显示设备200通过HDMI接口和MiniUSB接口与控制装置相连；穿戴式显示设备，通过双眼视差，操作者将看到的是另一个虚拟的世界，有很强的立体感、沉浸感；通过穿戴式显示器上配有的陀螺仪、加速计等惯性传感器，可以实时的感知操作者头部XYZ方向的位置，并对应调整显示画面的视角。
作为上述实施例的优选实施方式，座舱400上设置有安全压杆和/或安全带(图中未画)，安全压杆采用自锁式液压缸，断电自锁，并配有压杆到位检测传感器，提高该座舱的安全性；安全带配有安全带插入检测传感器和锁紧传感器，电磁铁断电锁紧。
作为上述实施例的优选实施方式，安全带(图中未画)上设置有安全带插入检测传感器和锁紧传感器，安全压杆(图中未画)设置有自锁液压缸和压杆到位检测传感器，该安全压杆采用带蓄能器式液压系统，断电自锁，并通过压杆到位检测传感器来检测压杆是否到位；该安全带为自锁式安全带采用电磁铁控制，并配有安全带插入检测和锁紧检测，断电自锁。
作为上述实施例的优选实施方式，飞行摇杆300通过USB接口与控制装置电连接，通过该控制装置实现对飞行摇杆的控制。
作为上述实施例的优选实施方式，穿戴显示设备两侧设置有旋钮和音频输出口。
作为上述实施例的优选实施方式，多个第一动作按键为12个第一动作按键，分别对称设置在安装部的上端表面。
作为上述实施例的优选实施方式，多个第二动作按键为两个第二动作按键。
本发明实施例中使用的飞行摇杆具有以下特点：
1、背光效果：尽管该游戏摇杆有着极高的精确度，但其并不存在“盲区”现象。为体现这一点，只要摇杆发生非常轻微的晃动，摇杆底座的中央就会显出绿色背光，直到摇杆返回静止3秒后，绿色背光才会消失；
2、油门：该摇杆还具有一个油门按键305，如图1所示，以方便在游戏的过程中控制速度；
3、舵的功能：该飞行摇杆还具有方向舵的功能(见图1中标示304)，以便于使飞行员在飞行过程中使飞机左右转向。该方向舵功能在飞行摇杆中是通过顺时针或逆时针旋转摇杆握杆实现的；
4、多向视角帽开关：该飞行摇杆的多向视角帽开关功能(如图1中标示302)，顾名思义，可以让你(对于支持该功能的游戏)在游戏中观察飞机周围的情况。利用该特点，你可以很方便的进入设置菜单，通过该多向视角帽开关轻松浏览飞机前后左右及飞机外的情况；如果你有兴趣，你甚至还可以赋予该多向视角帽开关其他的(如：开火等)功能；
5、左右手通用的系统：该飞行摇杆还具备左右手通用的特点，这样他既可适用于左利手(左撇子)玩家，如图8所示，同时也适用于右利手(右撇子)玩家，如图9所示；可以通过以下三个方面的调整，在左利手和右利手方式之间进行切换：调整底座上的按钮功能配置；同时调节带靠手板把手、右利手手握凸部、右利手螺旋握手盖、左利手手握凸部以及左利手旋转握手盖。
本发明实施例提供的模拟驾驶系统有两种工作方式：主动式体验模式即飞行驾驶模式(飞行员模式)，工作原理如图6，该模式下，体验者坐在座舱上，戴上头戴显示设备，通过飞行摇杆控制机械臂的动作模拟飞行，头戴显示设备显示的画面会增强沉浸感以及体验感，使模拟飞行更加逼真，还可通过场景的变化体验各种环境下的飞行，比如飞越高山、穿过峡谷、俯瞰大海等；被动式体验模式(乘客体验模式)，工作原理图如图7，像平常我们坐飞机一样，欣赏窗外的风景，机械臂根据预先设置好的与场景匹配的动作运行，头戴显示设备上显示的场景镜头变化时，机械臂会同步运动，犹如坐在飞机上欣赏风景一样，同步性高，仿真度高，沉浸式体验感强。
本发明实施例提供的模拟驾驶系统，具有模拟真实度高以及沉浸体验感强的特点，既可以被动式的体验飞行乐趣，也可以主动式的模拟飞行驾驶；同时该模拟驾驶系统采用模块化设计，便于拆装维护，系统更加稳定可靠；另外，该模拟驾驶系统占地面积小及性价比高；该模拟驾驶系统既可以在大型主题公园中使用，也可以在商业中心、中小型游乐场所使用，利于商业推广；很好的解决了当此类设备体量大、占地多、成本高、沉浸体验感不强且不利于商业化推广等问题。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种模拟驾驶系统，其特征在于：包括模拟驾驶装置和控制装置，所述控制装置设置在所述模拟驾驶装置中，所述模拟驾驶装置包括机械臂、头戴显示设备、飞行摇杆以及座舱，其中：
所述机械臂包括运动控制器、底座、旋转轴、下支撑臂和上支撑臂，所述运动控制器设置在所述底座中，所述下支撑臂通过旋转轴与所述底座固定连接，所述上支撑臂水平设置在所述下支撑臂的顶部，所述座舱设置在所述上支撑臂的端部，所述飞行摇杆设置在所述座舱的一侧；
所述控制装置包括控制服务器，所述控制服务器内设置有主控模块以及游戏模块，所述主控模块与所述游戏模块电连接，所述主控模块中设置有机械臂控制模块，所述主控模块与所述运动控制器相连；
所述飞行摇杆从下至上包括安装部以及摇杆部，所述飞行摇杆通过该安装部固定设置在所述座舱的一侧，所述摇杆部竖直设置在所述安装部的上端，所述安装部底部一侧设置有右利手或左利手按钮选择开关，所述安装部上表面一侧设置有油门按键，所述安装部上表面位于所述摇杆部相对称的两侧设置有多个第一动作按键，所述摇杆部下部设置有带靠手板把手，所述带靠手板把手上设置有螺钉，所述摇杆部上部左右两侧分别设置有右利手手握凸部以及右利手螺旋握手盖，所述摇杆部顶部设置有多向视角帽开关以及多个第二动作按键，所述摇杆部顶部前端面设置有数字发射器；
所述头戴显示设备包括外壳和与该外壳相连的布带，该头戴显示设备通过所述布带戴在操作者的头部，所述外壳远离所述布带的一端外设置有红外感应部，所述外壳内部设置有镜片、屏幕以及电路板，所述屏幕设置在所述镜片与所述电路板之间，所述屏幕中设置有陀螺仪和加速计，所述头戴显示设备通过HDMI接口和MiniUSB接口与所述控制装置相连。
2.根据权利要求1所述的模拟驾驶系统，其特征在于，所述座舱上设置有安全压杆和/或安全带。
3.根据权利要求1所述的模拟驾驶系统，其特征在于，所述安全带上设置有安全带插入检测传感器和锁紧传感器。
4.根据权利要求1所述的模拟驾驶系统，其特征在于，所述安全压杆设置有自锁液压缸和压杆到位检测传感器。
5.根据上述权利要求1所述的模拟驾驶系统，其特征在于，所述飞行摇杆通过USB接口与所述控制装置电连接。
6.根据上述权利要求1所述的模拟驾驶系统，其特征在于，所述穿戴显示设备两侧设置有旋钮和音频输出口。
7.根据上述权利要求1所述的模拟驾驶系统，其特征在于，所述多个第一动作按键为12个第一动作按键，分别对称设置在所述安装部的上端表面。
8.根据上述权利要求1所述的模拟驾驶系统，其特征在于，所述多个第二动作按键为两个第二动作按键。
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