CN106251736A - 一种滑翔伞飞行vr模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑翔伞飞行VR模拟系统，其包括：固定支撑架；设置在固定支撑架的支架上的电机支撑板，其四周分别设置有驱动电机；滑翔伞座袋，包括第一支撑面以及第二支撑面，其中第一支撑面一端端部两角通过操纵绳与电机支撑板的两驱动电机输出轴连接，第二支撑面的端部两角通过两操纵绳分别与支撑板的两驱动电机输出轴连接，使得滑翔伞座袋吊装在支脚与支架之间的空间内，且可在四个驱动电机不同的驱动力和驱动速度的配合下带动四个操纵绳不同幅度伸缩，实现滑翔伞座袋在空间的姿态变化。本发明还公开了相应的模拟方法。本发明利用虚拟现实技术克服了飞行环境条件的限制，同时保证了滑翔伞初学者的人身安全，可以让更多爱好者真实体验滑翔伞运动。

Description

一种滑翔伞飞行VR模拟器

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，特别涉及一种滑翔伞VR模拟器系统。

背景技术

虚拟现实技术作为计算机应用前沿研究方向，是计算机技术、传感器技术、人机交互技术、人工智能技术等多种技术的综合发展,目前已经在军事、医学、教育、娱乐、制造业、工程训练等各个方面得到应用,它被认为是当前及将来影响人们生活的重要技术之一。

近年来，随着人们生活水平的提高，越来越多人更倾向参与各种休闲新兴的户外活动，而滑翔伞作为一种新型的休闲娱乐比赛项目，因极具观赏性、竞技性、娱乐性、刺激性，越来越受到年轻人的青睐，尤其是作为新兴旅游项目，越来越受到游客的喜爱，全国各地的滑翔伞飞行俱乐部也相应推出双人伞飞行活动，但是飞行成本较高，且受飞行场地和环境条件限制，使得此项飞行运动的推广收到较大限制。

另外，传统滑翔伞训练方法主要依赖于课堂教学和实地训练，而且课堂教学比较抽象，缺乏直观的感受和经验，实地训练浪费大量时间和经费，且对飞行场地、天气等外界环境要求较高，使得滑翔伞训练和练习也收到限制。

滑翔伞飞行模拟器通过模拟滑翔的方式可以让更多人能够体验滑翔飞行感觉，或者让滑翔伞学习者能够进行初始阶段的飞行训练，是一种很好的滑翔伞训练和练习方式。但是，目前的滑翔伞飞行模拟设备通常较为简单，无法实现逼真的场景模拟，使得飞行训练或体验的效果不好。

尽管现有技术中存在通过虚拟现实(VR)技术实现的各种领域的模拟设备，但是因为滑翔伞飞行领域的特殊性，其飞行装置及飞行环境的复杂，目前的虚拟现实设备无法应用到滑翔伞模拟中。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种滑翔伞飞行虚拟现实(VR)模拟系统，其通过系统中结构的改进以及配套单元的匹配，使得其能够逼真体验到滑翔伞飞行的场景，且设备结构简单可靠。

为实现上述目的，按照本发明，提供一种滑翔伞飞行VR模拟系统，其包括：

固定支撑架，其具有支撑设置在基座或地面上的支脚、固定设置在所述支脚上的竖直支撑杆、以及与所述竖直撑杆垂直连接的支架；

设置在所述固定支撑架的支架上的电机支撑板，其呈板状并固定在所述支架上，该电机支撑板四周分别设置有驱动电机；

滑翔伞座袋，包括与地面或基座面平行的第一支撑面以及与该第一支撑面一端端部连接并与其基本垂直的第二支撑面，其中所述第一支撑面的另一端端部两角通过操纵绳与电机支撑板的两驱动电机输出轴连接，所述第二支撑面的端部两角通过两操纵绳分别与支撑板的两驱动电机输出轴连接，使得所述滑翔伞座袋吊装在所述支脚与支架之间的空间内，且可在所述四个驱动电机不同的驱动力和驱动速度的配合下带动四个操纵绳不同幅度伸缩，实现滑翔伞座袋在空间的姿态变化。

作为本发明的进一步优选，所述驱动电机的输出轴上设置有转盘，所述操纵绳端部缠绕在该转盘上，从而驱动电机可带动操纵绳上下伸缩。

作为本发明的进一步优选，所述固定支撑架为至少两个。

作为本发明的进一步优选，所述模拟系统还包括视景系统，其包含视景输入输出接口和视景显示装置，模拟视景信息通过该视景输入输出接口输入视景系统并通过视景显示装置显示，用于模拟匹配滑翔伞座袋姿态变化所对应的飞行过程中产生的真实视景信息，以作为视觉仿真环境。

作为本发明的进一步优选，所述模拟系统还包括音效系统，其用于模拟真实飞行过程中产生的各种环境声响，以作为听觉仿真环境。

作为本发明的进一步优选，所述模拟系统还包括风扇及变频电机，其安装在所述固定支撑架上，所述变频电机可在控制器控制下可驱动风扇产生相对座袋姿态变化及飞行速度的模拟风。

作为本发明的进一步优选，所述模拟系统还包括实时信号采集与控制系统，其用于采集各操纵绳的伸缩量，分别经过AD转换后通过I/O发送给计算机系统进行处理，进而可以实时产生相应的视景、音效及风速信息并发送给相应的视景系统、音效系统和变频电机。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明的滑翔伞VR模拟器系统具有通过简单可靠的支撑架支撑的座袋装置，使得滑翔伞座袋悬空吊装，并在四个驱动电机不同的驱动力和驱动速度的配合下带动四个操纵绳不同幅度伸缩，实现滑翔伞座袋在空间的姿态变化，从而使得座袋上的使用者可以逼真模拟滑翔伞飞行动作；

(2)本发明的滑翔伞VR模拟器系统通过利用虚拟现实技术构建的滑翔伞VR模拟器装置克服了飞行环境条件的限制，同时也保证了滑翔伞初学者的人身安全，也可以让更多爱好者足不出户即可真实体验滑翔伞运动；

(3)本发明的滑翔伞VR模拟器系统通过上述结构和相应配套系统的匹配，不仅能够让体验者体会到滑翔伞在空中飞行的各种滑翔动作感受，还能真实体验到起飞与降落带来的悬空感及操作滑翔伞控制绳转向、俯仰、螺旋消高时伴随的视觉与声觉上的感受，同时可以实时记录并显示飞行风速和高度等数据变化。

附图说明

图1是按照本发明一个实施例的滑翔伞VR模拟器装置的结构示意图；

图2为按照本发明一个实施例的滑翔伞VR模拟器装置的系统框图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-固定支撑架；2.1-第一驱动电机；2.2-第二驱动电机；2.3-第三驱动电机；2.4-第四驱动电机；3-电机支撑板；4-悬挂绳；5-滑翔伞座袋。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明一个实施例的滑翔伞VR模拟器装置的结构示意图，图2为滑翔伞VR模拟器装置的系统框图。如图1、图2所示，本发明一个实施例的滑翔伞VR模拟器，其包括固定支撑架1、第一驱动电机2.1、第二驱动电机2.2、第三驱动电机2.3、第四驱动电机2.4、电机支撑板3、悬挂绳4、滑翔伞座袋5。

其中，固定支撑架1具有支撑设置在基座或地面上的支脚、固定设置在支脚上的竖直撑杆、以及与所述竖直撑杆垂直连接的支架。优选地，固定支撑架1有两个，或者更多个。优选地，各固定支撑架1的相应部分相互平行设置，例如设置在基座或地面上的支脚平行设置，固定设置在支脚上的竖直撑杆也相互平行设置，与所述竖直撑杆垂直连接的多个支架也相互平行设置。在一个实施例中，固定支撑架1底端通过地脚螺钉固定于地面，用于保证整个机构平稳性及使滑翔伞座袋5悬空。

电机支撑板3固定设置在所述固定支撑架的支架上，电机支撑板3优选为呈板状，例如呈圆形或多边形的板体，其用于固定安装驱动电机。在一个实施例中，顶端的支架上焊接固定电机支撑板3，

在一个实施例中，驱动电机为四个，分别为第一驱动电机2.1、第二驱动电机2.2、第三驱动电机2.3、第四驱动电机2.4，它们分别通过法兰布置在电机支撑板3的四个角上，也可以布置在其他位置，其布置位置可根据座袋位置具体确定。

在一个实施例中，四个电机输出轴端通过键连接圆盘，圆盘上缠绕操纵绳4(或称为悬挂绳)一端，悬挂绳4另一端通过圆环固定连接滑翔伞座袋5四个边角处，通过四个电机驱动可使整个滑翔伞座袋5完成俯仰和左右摆动动作，从而更接近滑翔伞实际飞行中滑翔伞座袋不同的位姿状态，使得体验者的感受更真实。

滑翔伞座袋5包括与地面或基座面平行的第一支撑面以及与该第一支撑面一端端部连接并与其垂直或基本垂直的第二支撑面，其中第一支撑面的另一端端部两角通过操纵绳与电机支撑板的两驱动电机输出轴连接，第二支撑面的端部两角通过两操纵绳分别与支撑板的两驱动电机输出轴连接，使得滑翔伞座袋吊装在所述支脚与支架之间的空间内，且可在四个驱动电机不同的驱动力和驱动速度的配合下带动四个操纵绳不同幅度伸缩，实现滑翔伞座袋在空间的姿态变化。

另外，滑翔伞VR模拟器系统还包括电气控制系统、实时信号采集与控制系统、视景音效系统、通讯模块四大部分。其中，视景系统则包含各类视景输入输出接口和视景显示装置，为飞行员提供逼真的视觉仿真环境。音效系统用于模拟真实飞行过程中产生的各种环境声响，为飞行员提供逼真的听觉仿真环境。具体地，视景音效系统可以为三维显示头盔和三维立体耳机，其中通过三维显示头盔呈现逼真飞行场景，随着头部转动实现场景角度切换，通过三维立体耳机产生飞行过程逼真的嘈杂声的飞行环境声。

模拟系统还可以包括风扇及变频电机，其安装在固定支撑架1上，变频电机可在控制器控制下可驱动风扇产生相对座袋姿态变化及飞行速度的模拟风。

模拟器电气系统主要功能是为滑翔伞模拟器的所有设备提供动力，确保模拟器设备的使用需求，并对各电源分路进行实时监控和保护，保证体验者和模拟器设备的安全。系统拟采用交流电输入接口处设计有过载/漏电保护模块，从而可以保证体验过程中飞行员的安全；根据实际电气特点和模拟器设备所需电源要求，系统采用多路大功率AC/DC模块，并在各路电源输出回路中加装有过流/过载保护模块，从而提高了模拟器设备的使用安全。

实时信号采集与控制系统负责对仿真数据进行相应的采集与转换，主要接收从操纵控制部件传来的实时数据，如左右操纵绳模拟量等，分别经过AD转换后通过I/O发送给计算机系统进行处理；该系统采用并行数据处理技术，并行协调处理各通道的输入信号，使整个系统具备较高的实时性和处理效率，处理后可以实时产生相应的视景、音效及风速信息并发送给相应的视景系统、音效系统和变频电机。

滑翔伞VR模拟器装置体验步骤是：体验者与座袋连接好之后，头戴VR立显头盔和三维立体耳机，人在无动力传送带上慢跑，当速度达到设定值时，四个驱动电机同时驱动使得座袋向上升一定高度使得整个人悬空，通过控制左右控制绳给控制板卡一个电信号，使得控制板卡发出电机运动指令来驱动不同电机，从而让体验者真实感受到座袋的俯仰和摆动动作，整个体验过程伴随着头盔显示器呈现的飞行环境场景，通过场景和飞行角度切换与实际感官感受保持一致性，使得体验者更能沉浸于模拟环境中。

最后说明的是本发明一种滑翔伞VR模拟器装置不局限于上述实施例，还可以做各种修改或变形。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。凡是依据本发明的技术方案进行修改、润饰或等同变化，而不脱离本发明技术方案的思想和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种滑翔伞飞行VR模拟系统，其包括：

固定支撑架，其具有支撑设置在基座或地面上的支脚、固定设置在所述支脚上的竖直支撑杆、以及与所述竖直撑杆垂直连接的支架；

设置在所述固定支撑架的支架上的电机支撑板，其呈板状并固定在所述支架上，该电机支撑板四周分别设置有驱动电机；

滑翔伞座袋，包括与地面或基座面平行的第一支撑面以及与该第一支撑面一端端部连接并与其基本垂直的第二支撑面，其中所述第一支撑面的另一端端部两角通过操纵绳与电机支撑板的两驱动电机输出轴连接，所述第二支撑面的端部两角通过两操纵绳分别与支撑板的两驱动电机输出轴连接，使得所述滑翔伞座袋吊装在所述支脚与支架之间的空间内，且可在所述四个驱动电机不同的驱动力和驱动速度的配合下带动四个操纵绳不同幅度伸缩，实现滑翔伞座袋在空间的姿态变化。

2.根据权利要求1所述的一种滑翔伞飞行VR模拟系统，其中，所述驱动电机的输出轴上设置有转盘，所述操纵绳端部缠绕在该转盘上，从而驱动电机可带动操纵绳上下伸缩。

3.根据权利要求1或2所述的一种滑翔伞飞行VR模拟系统，其中，所述固定支撑架为至少两个。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种滑翔伞飞行VR模拟系统，其中，所述模拟系统还包括视景系统，其包含视景输入输出接口和视景显示装置，模拟视景信息通过该视景输入输出接口输入视景系统并通过视景显示装置显示，用于模拟匹配滑翔伞座袋姿态变化所对应的飞行过程中产生的真实视景信息，以作为视觉仿真环境。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种滑翔伞飞行VR模拟系统，其中，所述模拟系统还包括音效系统，其用于模拟真实飞行过程中产生的各种环境声响，以作为听觉仿真环境。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种滑翔伞飞行VR模拟系统，其中，所述模拟系统还包括风扇及变频电机，其安装在所述固定支撑架上，所述变频电机可在控制器控制下可驱动风扇产生相对座袋姿态变化及飞行速度的模拟风。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种滑翔伞飞行VR模拟系统，其中，所述模拟系统还包括实时信号采集与控制系统，其用于采集各操纵绳的伸缩量，分别经过AD转换后通过I/O发送给计算机系统进行处理，进而可以实时产生相应的视景、音效及风速信息并发送给相应的视景系统、音效系统和变频电机。

8.一种利用权利要求1至7中任一项所述的滑翔伞飞行VR模拟系统进行滑翔伞模拟飞行的方法，包括：

与座袋连接好的体验者在位于固定支撑架下方的无动力传送带上跑动，当速度达到设定值时，四个驱动电机同时驱动使得座袋向上升一定高度使得体验者悬空；

分别控制驱动电机驱动对应的操纵操伸缩，使得座袋产生相应的俯仰和摆动动作；

同时，处理器控制视频显示装置、音效装置及风扇输出相应状态下的飞行环境场景、飞行环境音效和风速效果，并通过实时信号采集与控制系统实时采集的座袋姿态数据控制相应场景、飞行环境音效和风速的切换，即可实现对滑翔伞飞行模拟。