CN112071160A - Vr模拟驾驶舱 - Google Patents

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隋文涛
范世海
张鹏
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Abstract

本发明揭示了一种VR模拟驾驶舱，包括：基座；驱动组件，包括多个设于所述基座上的驱动单元，所述驱动单元包括驱动电机和全向轮，所述驱动电机的输出轴与全向轮的转轴连接，所述驱动电机用于驱动所述全向轮旋转；球形舱，支承于多个所述驱动单元的全向轮上，并可在所述全向轮的带动下旋转；其中，多个所述驱动单元的全向轮的外周缘抵持于所述球形舱的外壁上，并且各所述全向轮与球形舱的接触点均位于第一水平面上。本发明提供的VR模拟驾驶舱，利用驱动组件驱动球形舱旋转，并且可以通过控制各驱动单元的全向轮的转速和转向，来实现球形舱全方位的旋转，从而使球形舱中的驾驶员能够真实感受到载具的运行姿态。

Description

VR模拟驾驶舱
技术领域
本发明属于VR模拟技术领域，具体涉及一种VR模拟驾驶舱。
背景技术
随着近年来技术的发展，虚拟现实技术(下称VR技术)变得越来越成熟，大量的硬件设备被开发，并被应用到各种领域之中。而模拟驾驶训练、模拟驾驶娱乐是虚拟现实技术的一大应用领域，通过VR技术的应用，可以通过视觉大大提升模拟者的沉浸感。
但仅仅使用VR技术，无法使操作者真实感受到载具的运行姿态，如转向、翻滚等运动体感。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种VR模拟驾驶舱。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能使操作者感受到载具运行姿态的VR模拟驾驶舱，以解决现有技术中的问题。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种VR模拟驾驶舱，包括：
基座；
驱动组件，包括多个设于所述基座上的驱动单元，所述驱动单元包括驱动电机和全向轮，所述驱动电机的输出轴与全向轮的转轴连接，所述驱动电机用于驱动所述全向轮旋转；
球形舱，支承于多个所述驱动单元的全向轮上，并可在所述全向轮的带动下旋转；
其中，多个所述驱动单元的全向轮的外周缘抵持于所述球形舱的外壁上，并且各所述全向轮与球形舱的接触点均位于第一水平面上。
进一步地，各所述接触点在所述第一水平面上界定一接触圆，各所述接触点均匀的分布于该接触圆上。
进一步地，所述全向轮具有一垂直于其转轴的旋转面，所述旋转面被设置成朝向所述接触圆的圆心倾斜，并且所述旋转面与第一水平面的夹角为40～60°。
进一步地，各所述接触点界定的接触圆被设置成在以所述球形舱的球心为顶点并以所述接触圆为底面时，所形成的圆锥的锥角为80～85°。
进一步地，所述驱动组件包括三个驱动单元。
进一步地，所述驱动单元还包括电机支座，所述电机支座固定安装于所述基座上，所述驱动电机安装于所述电机支座上。
进一步地，所述电机支座上还安装有轴承，所述全向轮的转轴安装于该轴承上；所述全向轮的转轴通过联轴器与所述驱动电机的输出轴连接。
进一步地，所述全向轮包括轮毂、第一从动轮组和第二从动轮组；
所述第一从动轮组包括多个第一滚轮，所述第二从动轮组包括多个第二滚轮，所述第一滚轮和第二滚轮相互交替设置且均布于所述轮毂的外周缘，以使所述第一从动轮组和第二从动轮组的外周缘相连并形成一平滑的圆。
进一步地，所述轮毂的外周缘上设有多个相互间隔且均匀分布的安装部，所述安装部包括相对设置的第一安装齿和第二安装齿；
其中，同一所述安装部的第一安装齿和第二安装齿之间枢接有第一枢轴，所述第一滚轮安装于所述第一枢轴上，相邻的两个所述安装部之间枢接有第二枢轴，所述第二滚轮安装于所述第二枢轴上；和/或
所述第一滚轮的直径小于所述第二滚轮的直径。
进一步地，所述球形舱内设有座椅、配重块、电脑主机、操作模拟器、第一姿态传感器、第二姿态传感器和VR显示器；
所述座椅上设有用于将驾驶员限定于所述座椅上的安全带；
所述配重块用以使驾驶员坐进所述球形舱后，所述球形舱的重心能够保持在所述球形舱的球心上；
所述电脑主机用于运行仿真系统以构建虚拟场景和虚拟载具；
所述操作模拟器与所述电脑主机连接并用于模拟虚拟载具的驾驶；
所述第一姿态传感器用于实时获取所述球形舱的姿态信息并映射到虚拟载具上；
所述第二姿态传感器用于实时获取驾驶员的姿态信息并映射到虚拟载具中；
所述VR显示器用于显示虚拟操作视场。
本发明有益效果：
与现有技术相比，本发明提供的VR模拟驾驶舱，利用驱动组件驱动球形舱旋转，并且可以通过控制各驱动单元的全向轮的转速和转向，来实现球形舱全方位的旋转，从而使球形舱中的驾驶员能够真实感受到载具的运行姿态；而且该VR模拟驾驶舱能够实现真正意义上的全方位旋转，尤其适用于飞行驾驶模拟。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一种较佳实施方式的立体结构示意图；
图2是图1所示实施方式中驱动单元的立体结构示意图；
图3是图1所示实施方式中驱动单元的分解示意图；
图4是图1所示实施方式中全向轮的部分结构示意图；
图5是图1所示实施方式中示出接触圆的示意图。
附图标记说明：1-基座；11-基板；12-安装座；13-安装面；2-驱动单元；21-电机支座；22-驱动电机；23-全向轮；24-轴承；25-固定板；26-联轴器；211-主体部；212-第一延伸部；213-第二延伸部；214-第一通孔；215-第二通孔；216-对接空间；221-输出轴；231-轮毂；232-转轴；233-第一滚轮；234-第二滚轮；235-安装部；235a-第一安装齿；235b-第二安装齿；236-第一枢轴；237-第二枢轴；3-球形舱；31-球形腔室；32-座椅；33-配重块；34-电脑主机；35-操作模拟器；36-VR显示器；4-驾驶员；5-接触圆。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。在所示出的实施例中，方向表示即上、下、左、右、前和后等是相对的，用于解释本申请中不同部件的结构和运动是相对的。当部件处于图中所示的位置时，这些表示是恰当的。但是，如果元件位置的说明发生变化，那么认为这些表示也将相应地发生变化。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参照图1所示，本发明一种较佳实施方式中的VR模拟驾驶舱，其包括：基座1、驱动组件和球形舱3。
基座1包括基板11和多个安装座12，其中，基板11具有一水平的安装面13，多个安装座12固定安装于该基板11上，并且多个安装座12均匀的分布于同一个圆上。优选地，安装座12的高度为0.3～0.5m。
请参照图1、图2和图3所示，驱动组件用于驱动球形舱3旋转，其包括多个安装于基座1的安装座12上的驱动单元2。驱动单元2包括电机支座21、驱动电机22和全向轮23。其中，电机支座21大体上呈
Figure BDA0002687389390000051
形，其包括主体部211、以及由该主体部211的两端分别呈90°弯折延伸形成的第一延伸部212和第二延伸部213。第一延伸部212和第二延伸部213被构造成相对设置，并且第一延伸部212和第二延伸部213之间界定形成一对接空间216。主体部211固定安装于基座1的安装座12上。
在第一延伸部212上设有第一通孔214，驱动电机22安装于第一延伸部212的外壁上，并且驱动电机22的输出轴221被设置成能够穿过第一通孔214并突伸至对接空间216中。在第二延伸部213上设有第二通孔215，第二通孔215中安装有轴承24，该轴承24通过固定板25限定于第二通孔215中。全向轮23的转轴232安装于该轴承24上，并且全向轮23的转轴232被设置成能够穿过第二通孔215突伸至对接空间216中。驱动电机22的输出轴221和全向轮23的转轴232在对接空间216中通过联轴器26连接。优选地，驱动电机22的输出轴221和全向轮23的转轴232同轴设置；驱动电机22选用伺服电机。
具体地，驱动电机22还与伺服驱动器连接，所述伺服驱动器用于对驱动电机22进行控制。
请参照图4所示，全向轮23包括轮毂231、转轴232、第一从动轮组和第二从动轮组。其中，第一从动轮组包括多个第一滚轮233，第二从动轮组包括多个第二滚轮234，第一滚轮233和第二滚轮234相互交替设置且均布于轮毂231的外周缘，以使第一从动轮组和第二从动轮组的外周缘相连并形成一平滑的圆。转轴232垂直固定于轮毂231上并与轮毂231同轴设置，以使得轮毂231的旋转面垂直于该转轴232。
轮毂231的外周缘上设有多个相互间隔且均匀分布的安装部235，安装部235大体上呈“C”型，其包括相对设置的第一安装齿235a和第二安装齿235b。其中，同一安装部235的第一安装齿235a和第二安装齿235b之间枢接有第一枢轴236，第一滚轮233安装于该第一枢轴236上并能以第一枢轴236为旋转轴232进行旋转。相邻的两个安装部235的第一安装齿235a和第二安装齿235b之间枢接有第二枢轴237，第二滚轮234安装于该第二枢轴237上并能以第二枢轴237为旋转轴232进行旋转。
具体地，第一滚轮233的直径被设置成小于第二滚轮234的直径；并且第一滚轮233安装于第一枢轴236上时，第一滚轮233能够位于第一安装齿235a和第二安装齿235b之间；而第二滚轮234安装于第二枢轴237上时，第二滚轮234的两端能够分别包覆于相邻的两个安装部235的第一安装齿235a和第二安装齿235b外周；从而使得各个第一滚轮233和第二滚轮234的外周缘能够相连并形成一平滑的圆。全向轮23的外周缘形成平滑的圆，一方面能够减少全向轮23与球形舱3之间的接触摩擦力，另一方面能够保证球形舱3旋转时的稳定性。
具体地，驱动组件包括三个驱动单元2，并且这三个驱动单元2的全向轮23的中心均位于第二水平面上且均布于同一圆周上，该圆周的直径为1.2～1.4m。
请参照图1和图5所示，球形舱3包括呈球形的外壳体，该外壳体界定一中空的球形腔室31。球形舱3支承于多个驱动单元2的全向轮23上，并可在全向轮23的带动下旋转。球形舱3的外壁抵持于全向轮23的外周缘上，并且各全向轮23与球形舱3外壁的接触点均位于第一水平面上。各接触点在第一水平面上界定一接触圆5，而且各接触点均匀的分布于该接触圆5上。优选地，球形舱3的直径为1.6～1.9m；球形舱3外壳体的材质为亚克力，且该外壳体的厚度为5～8mm。
具体地，各驱动单元2的全向轮23的旋转面被设置成朝向接触圆5的圆心倾斜，并且各旋转面与第一水平面的夹角均为40～60°。各全向轮23与球形舱3的外壁的接触点所界定的接触圆5被设置成：在以所述球形舱3的球心为顶点并以所述接触圆5为底面时，所形成的圆锥的锥角为80～85°。球形舱3的最低点到基座1安装面13的距离被设置成0.15～0.25m。以上参数的设定能够在保证球形舱3稳定安全的前提下，为其提供足够的驱动力。
优选地，各全向轮23的旋转面与第一水平面的夹角均为49.5°；且各全向轮23与球形舱3的外壁的接触点所界定的接触圆5被设置成：在以所述球形舱3的球心为顶点并以所述接触圆5为底面时，所形成的圆锥的锥角为83°。此时，球形舱3的稳定性和驱动效果最佳。
具体地，球形腔室31内设有座椅32、配重块33、电脑主机34、操作模拟器35、第一姿态传感器、第二姿态传感器和VR显示器36。其中，座椅32上设有用于将驾驶员4限定于座椅32上的安全带。配重块33设于球形舱3的内壁上并用以使驾驶员4坐进球形舱3后，球形舱3的重心能够保持在球形舱3的球心上。电脑主机34与伺服驱动器连接并用于运行仿真系统以构建虚拟场景和虚拟载具，电脑主机34可通过无线网与外部服务器连接。操作模拟器35与电脑主机34连接并用于模拟虚拟载具的驾驶；第一姿态传感器用于实时获取球形舱3的姿态信息并将获取到的信息映射到电脑主机34构建的虚拟载具上。第二姿态传感器用于实时获取驾驶员4的姿态信息并将获取到的信息映射到电脑主机34构建的虚拟载具中。VR显示器36与电脑主机34连接并用于显示虚拟操作视场，VR显示器36优选为头戴式VR显示器36。
在其他实施方式中，VR显示器36可以替换成AR显示器，并配合将舱体内部署为绿色，用绿幕技术实现AR场景下的模拟操作。
本发明提供的VR模拟驾驶舱，利用驱动组件驱动球形舱3旋转，并且可以通过控制各驱动单元2的全向轮23的转速和转向，来实现球形舱3全方位的旋转，从而使球形舱3中的驾驶员4能够真实感受到载具的运行姿态；而且该VR模拟驾驶舱能够实现真正意义上的全方位旋转，尤其适用于飞行驾驶模拟。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种VR模拟驾驶舱，其特征在于，包括：
基座；
驱动组件，包括多个设于所述基座上的驱动单元，所述驱动单元包括驱动电机和全向轮，所述驱动电机的输出轴与全向轮的转轴连接，所述驱动电机用于驱动所述全向轮旋转；
球形舱，支承于多个所述驱动单元的全向轮上，并可在所述全向轮的带动下旋转；
其中，多个所述驱动单元的全向轮的外周缘抵持于所述球形舱的外壁上，并且各所述全向轮与球形舱的接触点均位于第一水平面上。
2.根据权利要求1所述的VR模拟驾驶舱，其特征在于，各所述接触点在所述第一水平面上界定一接触圆，各所述接触点均匀的分布于该接触圆上。
3.根据权利要求2所述的VR模拟驾驶舱，其特征在于，所述全向轮具有一垂直于其转轴的旋转面，所述旋转面被设置成朝向所述接触圆的圆心倾斜，并且所述旋转面与第一水平面的夹角为40～60°。
4.根据权利要求3所述的VR模拟驾驶舱，其特征在于，各所述接触点界定的接触圆被设置成在以所述球形舱的球心为顶点并以所述接触圆为底面时，所形成的圆锥的锥角为80～85°。
5.根据权利要求4所述的VR模拟驾驶舱，其特征在于，所述驱动组件包括三个驱动单元。
6.根据权利要求1所述的VR模拟驾驶舱，其特征在于，所述驱动单元还包括电机支座，所述电机支座固定安装于所述基座上，所述驱动电机安装于所述电机支座上。
7.根据权利要求6所述的VR模拟驾驶舱，其特征在于，所述电机支座上还安装有轴承，所述全向轮的转轴安装于该轴承上；所述全向轮的转轴通过联轴器与所述驱动电机的输出轴连接。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的VR模拟驾驶舱，其特征在于，所述全向轮包括轮毂、第一从动轮组和第二从动轮组；
所述第一从动轮组包括多个第一滚轮，所述第二从动轮组包括多个第二滚轮，所述第一滚轮和第二滚轮相互交替设置且均布于所述轮毂的外周缘，以使所述第一从动轮组和第二从动轮组的外周缘相连并形成一平滑的圆。
9.根据权利要求8所述的VR模拟驾驶舱，其特征在于，所述轮毂的外周缘上设有多个相互间隔且均匀分布的安装部，所述安装部包括相对设置的第一安装齿和第二安装齿；
其中，同一所述安装部的第一安装齿和第二安装齿之间枢接有第一枢轴，所述第一滚轮安装于所述第一枢轴上，相邻的两个所述安装部之间枢接有第二枢轴，所述第二滚轮安装于所述第二枢轴上；和/或
所述第一滚轮的直径小于所述第二滚轮的直径。
10.根据权利要求1所述的VR模拟驾驶舱，其特征在于，所述球形舱内设有座椅、配重块、电脑主机、操作模拟器、第一姿态传感器、第二姿态传感器和VR显示器；
所述座椅上设有用于将驾驶员限定于所述座椅上的安全带；
所述配重块用以使驾驶员坐进所述球形舱后，所述球形舱的重心能够保持在所述球形舱的球心上；
所述电脑主机用于运行仿真系统以构建虚拟场景和虚拟载具；
所述操作模拟器与所述电脑主机连接并用于模拟虚拟载具的驾驶；
所述第一姿态传感器用于实时获取所述球形舱的姿态信息并映射到虚拟载具上；
所述第二姿态传感器用于实时获取驾驶员的姿态信息并映射到虚拟载具中；
所述VR显示器用于显示虚拟操作视场。
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