CN113247272A

CN113247272A - 跳伞仿真平台

Info

Publication number: CN113247272A
Application number: CN202110579467.6A
Authority: CN
Inventors: 周晓光; 张源原; 朱鹏
Original assignee: First Flight Training Base Of Naval Aviation University Of Pla
Current assignee: First Flight Training Base Of Naval Aviation University Of Pla
Priority date: 2021-05-26
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2021-08-13

Abstract

本发明公开了一种跳伞仿真平台，包含：模拟单元框架；控制台，控制台设置在模拟单元框架的一侧；六自由度动态平台，六自由度动态平台设置在模拟单元框架上；背带模块，背带模块设置在六自由度动态平台上；操纵模块，操纵模块与背带模块连接，操纵模块与控制台电性连接；视觉模块，视觉模块与控制台电性连接，视觉模块佩戴在受训者的头部；送风模块，送风模块与模拟单元框架连接。本发明可以实现训练者进行高速度、高行程、高精度的跳伞运动模拟，能够真实还原跳伞过程的失重感、冲击感、操纵感、坠落感以及特殊情况触发时的眩晕感等运动体感。

Description

跳伞仿真平台

技术领域

本发明涉及跳伞仿真技术领域，特别涉及一种跳伞仿真平台。

背景技术

跳伞模拟训练系统是以人伞系统动力学为基础，将训练者悬挂于运动平台下方，并结合人机交互技术，为训练者提供逼真跳伞环境的一种模拟训练装置。由于其在降低训练危险系数、增强训练环境适应性和降低训练成本等各方面的优势，逐渐获得各国青睐。欧美国家在跳伞模拟器研制方面起步较早，基于虚拟现实技术的跳伞模拟机已在军事训练中得到普及，例如英国国防部购置的VRPT2跳伞模拟训练系统及美国空军引入的ParaSim5跳伞模拟训练系统。而随着近两年VR虚拟仿真技术的发展，国内也开展了有益的尝试，包括空降兵学院、上海埃飞电子、北京华如科技等军内外单位纷纷推出各类型号的跳伞模拟训练系统，并相继部署部队，取得了不错的训练效果。

然而，分析国内外技术方案，现有跳伞模拟训练系统普遍采用气缸驱动平台，通过气缸的上下运动控制训练者的姿态，进而模拟跳伞过程。一方面，由于气缸体积庞大，运动迟缓，其所模拟的伞降运动往往与运动结算结果不匹配。另一方面，现有平台只能实现前后、上下与左右三个方向运动的控制，无法全方位还原跳伞各阶段六自由度的实际运动过程，跳伞姿态控制训练严重缺失。因此，如何改进跳伞模拟器载人运动平台，并解决新平台的控制问题，通过实时采集受训者对降落伞的操纵，动感地模拟训练中人员全自由度运动过程，已成为现有跳伞模拟训练系统亟需解决的技术问题，对此设计一种跳伞仿真平台。

发明内容

根据本发明实施例，提供了一种跳伞仿真平台，包含：

模拟单元框架；

控制台，控制台设置在模拟单元框架的一侧；

六自由度动态平台，六自由度动态平台设置在模拟单元框架上；

背带模块，背带模块设置在六自由度动态平台上；

操纵模块，操纵模块与背带模块连接，操纵模块与控制台电性连接；

视觉模块，视觉模块与控制台电性连接，视觉模块佩戴在受训者的头部；

送风模块，送风模块与模拟单元框架连接。

进一步，模拟单元框架包括：

底座，底座设置在控制台的一侧；

一对立柱，一对立柱分别设置在底座的顶部两侧；

顶盖，顶盖设置在一对立柱的顶部。

进一步，六自由度动态平台包括：

第一平台，第一平台设置在顶盖的底部；

六个电动缸，六个电动缸的顶部分别铰接在第一平台的底部；

第二平台，第二平台与六个电动缸的的底部铰接，第二平台的底部设有系留接口。

进一步，第一平台、六个电动缸和第二平台采用Stewart并联连接在一起。

进一步，背带模块包括：

拉力传感器，拉力传感器设置在系留接口上；

伞绳，伞绳设置在拉力传感器上；

操纵带，操纵带设置在拉力传感器上；

降落伞背带，降落伞背带系在伞绳和操纵带下方。

进一步，视觉模块包括：

VR眼镜，VR眼镜佩戴在受训者的头部；

数据线，数据线连接控制台和VR眼镜；

显示屏，显示屏设置在模拟单元框架上。

进一步，送风模块包括：

下方送风机构，下方送风机构设置在底座上；

环绕送风机构，环绕送风机构设置在顶盖上。

根据本发明实施例的跳伞仿真平台，可以实现训练者进行高速度、高行程、高精度的跳伞运动模拟，能够真实还原跳伞过程的失重感、冲击感、操纵感、坠落感以及特殊情况触发时的眩晕感等运动体感，全方位的还原跳伞各阶段六自由度的实际运动过程，且可以对受训者进行数据的实时采集，便于平台的操控。

要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。

附图说明

图1为根据本发明实施例跳伞仿真平台的主视结构示意图。

图2为根据本发明实施例跳伞仿真平台的六自由度动态平台主视结构示意图。

图3为根据本发明实施例跳伞仿真平台的拉力传感器处立体结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，详细描述本发明的优选实施例，对本发明做进一步阐述。

首先，将结合图1~3描述根据本发明实施例的跳伞仿真平台，用于跳伞仿真模拟使用。

如图1~3所示，本发明实施例的跳伞仿真平台，具有模拟单元框架、控制台2、六自由度动态平台、背带模块、操纵模块5、视觉模块和送风模块。

具体地，如图1所示，控制台2设置在模拟单元框架的一侧；六自由度动态平台设置在模拟单元框架上；背带模块设置在六自由度动态平台上；操纵模块5与背带模块连接，操纵模块5与控制台2电性连接；视觉模块与控制台2电性连接，视觉模块佩戴在受训者的头部；送风模块与模拟单元框架连接。模拟单元框架用于支撑跳伞仿真平台上的其他部件，控制台2内含一系列控制软件，为模拟跳伞管理平台，用于为跳伞模拟单元设定训练项目，接收模拟器的各项操纵数据，控制跳伞模拟单元模拟整个跳伞过程，六自由度动态平台，其倒立悬挂于单元框架之上，为跳伞员提供跳伞过程中的动感模拟，全方位的还原跳伞各阶段六自由度的实际运动过程，背带模块穿设在受训者身上，用于将受训者悬吊在空中，利用背带模块上的相应拉环，对受训者进行不同伞型的操作训练，操纵模块5主要实现对伞绳42、操纵带43控制输入的数据采集和传输，主要包括手持操纵部分、传感器、电源以及数据采集系统等，视觉模块用于观察受训者跳伞训练情况，实时显示人员信息、训练场景及综合数据，使训教员对跳伞训练进行全程跟踪，掌握训练者跳伞姿态、操纵动作，送风模块用于模拟伞降过程中的竖直方向风和侧向风，提高模拟的真实性。

进一步，如图1所示，模拟单元框架包括：底座11、一对立柱12和顶盖13。在本实施例中，底座11设置在控制台2的一侧；一对立柱12分别设置在底座11的顶部两侧；顶盖13设置在一对立柱12的顶部，通过底座11、一对立柱12和顶盖13组合构成主体框架，起到支撑的作用。

进一步，如图1~2所示，六自由度动态平台包括：第一平台3、六个电动缸32和第二平台33。在本实施例中，第一平台3设置在顶盖13的底部；六个电动缸32的顶部分别铰接在第一平台3的底部；第二平台33与六个电动缸32的的底部铰接，第二平台33的底部设有系留接口。第一平台3、六个电动缸32和第二平台33采用Stewart并联连接在一起。六条电动缸32通过虎克铰链或球铰与第一平台3和第二平台33连接，且采用Stewart并联的形式，可以实现训练者进行高速度、高行程、高精度的跳伞运动模拟，能够真实还原跳伞过程的失重感、冲击感、操纵感、坠落感以及特殊情况触发时的眩晕感等运动体感，可以全方位的还原跳伞各阶段六自由度的实际运动过程，

进一步，如图1、3所示，背带模块包括：拉力传感器41、伞绳42、操纵带43和降落伞背带44。在本实施例中，拉力传感器41设置在系留接口上；伞绳42设置在拉力传感器41上；操纵带43设置在拉力传感器41上；降落伞背带44系在伞绳42和操纵带43下方。通过降落伞背带44可以对受训者进行悬挂在六自由度动态平台下方，操纵伞绳42拉环或者操纵带43，可以通过拉力传感器41进行数据的采集输送。

进一步，如图1所示，视觉模块包括：VR眼镜61、数据线(图上未示出）和显示屏63。在本实施例中，VR眼镜61佩戴在受训者的头部；数据线连接控制台2和VR眼镜61；显示屏63设置在模拟单元框架上。VR眼镜61设备为HTC VIVE，佩戴于受训者头部，包括一个头戴式显示器（HMD)、两个空间追踪定位器和一个串流盒，其通过头部跟踪技术改变受训者观察视角，可呈现无延时、全方位的三维跳伞训练场景，使受训者视觉系统与运动感知系统有机结合，进而产生操纵降落伞下落的沉浸式体验；数据线用于数据信息的输送，且通过设有显示屏63实时显示人员信息、训练场景及综合数据，使训教员对跳伞训练进行全程跟踪，掌握训练者跳伞姿态、操纵动作。

进一步，如图1所示，在本实施例中，送风模块包括：下方送风机构71和环绕送风机构72。下方送风机构71设置在底座11上；环绕送风机构72设置在顶盖13上。用于模拟伞降过程中的竖直方向风和侧向风，提高模拟的真实性。

使用时，受训者通过降落伞背带44悬挂在六自由度动态平台下方，同时佩戴好VR眼镜61，然后通过让六个电动缸32运动，带动第二平台33运动，从而让跳伞人员能感受到侧滑、重力加速以及开伞时的拉扯感，进行跳伞模拟，在通过操纵模块5对伞绳42、操纵带43控制输入的数据采集和传输，显示屏63进行显示训练者跳伞姿态、操纵动作。

以上，参照图1~3描述了根据本发明实施例的跳伞仿真平台，可以实现训练者进行高速度、高行程、高精度的跳伞运动模拟，能够真实还原跳伞过程的失重感、冲击感、操纵感、坠落感以及特殊情况触发时的眩晕感等运动体感，全方位的还原跳伞各阶段六自由度的实际运动过程，且可以对受训者进行数据的实时采集，便于平台的操控。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种跳伞仿真平台，其特征在于，包含：

模拟单元框架；

控制台，所述控制台设置在所述模拟单元框架的一侧；

六自由度动态平台，所述六自由度动态平台设置在所述模拟单元框架上；

背带模块，所述背带模块设置在所述六自由度动态平台上；

操纵模块，所述操纵模块与所述背带模块连接，所述操纵模块与所述控制台电性连接；

视觉模块，所述视觉模块与所述控制台电性连接，所述视觉模块佩戴在受训者的头部；

送风模块，所述送风模块与所述模拟单元框架连接。

2.如权利要求1所述跳伞仿真平台，其特征在于，所述模拟单元框架包括：

底座，所述底座设置在所述控制台的一侧；

一对立柱，所述一对立柱分别设置在所述底座的顶部两侧；

顶盖，所述顶盖设置在所述一对立柱的顶部。

3.如权利要求2所述跳伞仿真平台，其特征在于，所述六自由度动态平台包括：

第一平台，所述第一平台设置在所述顶盖的底部；

六个电动缸，所述六个电动缸的顶部分别铰接在所述第一平台的底部；

第二平台，所述第二平台与所述六个电动缸的的底部铰接，所述第二平台的底部设有系留接口。

4.如权利要求3所述跳伞仿真平台，其特征在于，所述第一平台、所述六个电动缸和所述第二平台采用Stewart并联连接在一起。

5.如权利要求3或4所述跳伞仿真平台，其特征在于，所述背带模块包括：

拉力传感器，所述拉力传感器设置在所述系留接口上；

伞绳，所述伞绳设置在所述拉力传感器上；

操纵带，所述操纵带设置在所述拉力传感器上；

降落伞背带，所述降落伞背带系在所述伞绳和所述操纵带下方。

6.如权利要求5所述跳伞仿真平台，其特征在于，所述视觉模块包括：

VR眼镜，所述VR眼镜佩戴在受训者的头部；

数据线，所述数据线连接所述控制台和所述VR眼镜；

显示屏，所述显示屏设置在所述模拟单元框架上。

7.如权利要求6所述跳伞仿真平台，其特征在于，所述送风模块包括：

下方送风机构，所述下方送风机构设置在所述底座上；

环绕送风机构，所述环绕送风机构设置在所述顶盖上。