CN210836642U - 机械模型互动设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种机械模型互动设备，其平台活动区可供各机械模型进行活动；平台上的各操控台与各机械模型一一对应。操控台上的控制面板通过通信电路与机械模型的处理器通信连接，进而可操控对应的机械模型行动。各机械模型与各头戴显示设备一一对应；机械模型的摄像头通过通信电路与头戴显示设备通信连接，进而可将视频数据传输到显示屏进行显示。基于上述结构，各操控者分别通过操控台控制对应的机械模型在活动区进行模拟行动；同时，操控者穿戴对应的头戴显示设备，以实时获取所操控的机械模型面前的实际场景，实现第一人称视角的机械模拟或学习，有效提高操控真实性、临场控制感以及机械间配合、互动的体验感，增强学习和模拟等效果。

Description

机械模型互动设备

技术领域

本申请涉及机械模型操控技术领域，特别是涉及一种机械模型互动设备。

背景技术

随着机器人技术的发展，大型机械的操控学习和操控模拟，以及机械间配合运行和工作等均可采用机械模型来实现。对于传统的机械模型操控设备，操控者采用的是固定地点的第三人称视角来观察被操控的机械模型。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：被操控的机械模型的远近和方向的变化都是在远处观察到的，容易出现对机械模型的方位、动作等的误判，操控机械模型的真实性差，影响机械间的互动，以及学习和模拟等效果。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的机械模型操控设备存在操控真实性差，影响机械间的互动，以及学习和模拟等效果的问题，提供一种机械模型互动设备。

为了实现上述目的，本申请实施例提供了一种机械模型互动设备，包括：

平台，设有活动区和多个操控台；各操控台设于平台的边缘；操控台包括控制面板和第一通信电路；控制面板连接第一通信电路。

多台机械模型，与各操控台一一对应通信连接；机械模型用于在活动区中行动；机械模型包括处理器、摄像头和第二通信电路；处理器分别连接摄像头和第二通信电路；第二通信电路用于与对应的第一通信电路通信连接。

多个头戴显示设备，与各机械模型一一对应通信连接；头戴显示设备包括显示屏和第三通信电路；显示屏连接第三通信电路；第三通信电路用于与对应的第二通信电路和/或对应的第一通信电路通信连接。

在其中一个实施例中，第二通信电路包括：

第一无线通信电路，用于与对应的第一通信电路通信连接。

第二无线通信电路，用于与对应的第二通信电路通信连接。

处理器分别连接第一无线通信电路和第二无线通信电路。

在其中一个实施例中，第一通信电路、第三通信电路、第一无线通信电路和第二无线通信电路均为2.4GHz无线电路。

在其中一个实施例中，机械模型还包括驱动电机；处理器连接驱动电机。

在其中一个实施例中，活动区设有模拟地形和/或模拟道具。

在其中一个实施例中，控制面板包括以下操作部件中的任意一种或任意组合：方向盘、摇杆和按钮。

第一通信电路分别连接方向盘、摇杆和按钮。

在其中一个实施例中，控制面板为移动式控制器。

在其中一个实施例中，显示屏包括液晶屏和透镜。透镜层叠设置在液晶屏的显示方向上。

在其中一个实施例中，处理器为单片机。

在其中一个实施例中，平台还设有提示灯、音频设备和电源电路。电源电路分别连接提示灯、音频设备、各操控台，以及各头戴显示设备。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

机械模型互动设备的平台活动区可供各机械模型进行活动；平台上的各操控台与各机械模型一一对应。操控台上的控制面板依次通过第一通信电路和第二通信电路、与处理器通信连接，进而可操控对应的机械模型行动。各机械模型与各头戴显示设备一一对应；机械模型的摄像头依次通过第二通信电路和第三通信电路、与显示屏通信连接，进而可将视频数据传输到显示屏进行显示。基于上述结构，机械模型互动设备可容纳至少一名操控者进行机械模拟或学习；各操控者分别通过操控台控制对应的机械模型在活动区进行模拟行动；同时，操控者穿戴对应的头戴显示设备，以实时获取所操控的机械模型面前的实际场景，实现第一人称视角的机械模拟或学习，有效提高操控真实性、临场控制感以及机械间配合、互动的体验感，减少操控误判，增强学习和模拟等效果；同时，操控者与机械模型分隔开来，有效提高互动设备的安全性，避免误操作等带来的伤害。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为一个实施例中机械模型互动设备的第一示意性结构图；

图2为一个实施例中机械模型互动设备的第二示意性结构图；

图3为一个实施例中机械模型互动设备的第三示意性结构图；

图4为一个实施例中机械模型互动设备的平台运行示意图；

图5为一个实施例中机械模型互动设备的机械模型运行示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，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并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请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，不是旨在于限制本申请。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。

重型机械的成本昂贵且操作危险度高，尤其是重型机械的配合工作与互动，容易造成意外损失；采用等比例的机械模型进行互动以实现模拟和学习，可有效降低学习和模拟的成本以及操作的危险度，是学习操控重型机械的有效途径。传统的机械模型互动设备包括机械模型学习设备、机械模型比赛设备和机械模型游乐设备等。但对于传统的机械模型互动设备，操作者通过控制器在控制机械模型时，只能通过操作者所处控制台的角度去观看被控制的机械模型，即，操作者在对机械模型游乐设备的控制过程中缺乏临场的控制感，以及机械模型间的互动体验感，不能切身体会机械的运转、机械间配合工作以及机械间互动等情形，难以达到模拟和学习的效果。

操控者在对机械模型的操控过程中，采用的是固定地点的第三人称视角来观察机械模型的位置，判断机械模型所需要的控制时面临的情况复杂；由于视角的原因，很容易出现对机械模型的方位判断失误的现象，操控者需要一定的适应和学习过程，才能对所操控的机械模型进行良好的操控，且降低机械模拟的真实性，影响机械模型模拟和学习的效果。此外，实操式的机械模型模拟容易因为误操作而带来危险，安全性低。

因此，本申请实施例提供第一人称视角的机械模型互动设备，包括设于平台边缘的操控台、设于平台的活动区的机械模型，以及头戴显示设备。其中，操控台位置固定，管理方便，适合商用；机械模型活动空间限制在固定的活动区中。在被操控的机械模型中，有摄像头和第二通信电路，可把所操控的机械模型面前的实际场景传送到头戴显示设备中；操控者可实时看到所操控的机械模型面前的实际场景。基于此，采用第一人称视角，对机械模型的方位判断都是实际的方位，不存在方位判断失误的现象，使得控制难度降低，适应和学习过程大大的缩短；同时，操控者与机械模型分隔开来，有效提高互动设备的安全性，避免误操作等带来的伤害。

在一个实施例中，提供了一种机械模型互动设备，如图1所示，包括：

平台，设有活动区和多个操控台；各操控台设于平台的边缘；操控台包括控制面板和第一通信电路；控制面板连接第一通信电路。

多台机械模型，与各操控台一一对应通信连接；机械模型用于在活动区中行动；机械模型包括处理器、摄像头和第二通信电路；处理器分别连接摄像头和第二通信电路；第二通信电路用于与对应的第一通信电路通信连接。

多个头戴显示设备，与各机械模型一一对应通信连接；头戴显示设备包括显示屏和第三通信电路；显示屏连接第三通信电路；第三通信电路用于与对应的第二通信电路和/或对应的第一通信电路通信连接。

具体而言，机械模型互动设备包括平台，在平台上活动的机械模型，以及用于显示机械模型面临的场景的头戴显示设备。其中，平台的边缘设有多个操控台，一个操控台可分别对应一台机械模型和头戴显示设备；操控台用于控制对应的机械模型进行行动。平台还设有活动区，用于放置多台机械模型，具体地，活动区的范围和形态可根据实际需求进行设置。操控台设有控制面板和第一通信电路，机械模型设有处理器和第二通信电路；第一通信电路和第二通信电路通信连接，可建立操控台与对应的机械模型的通信链路；进一步地，控制面板通过通信链路向机械模型的处理器发送控制信号，以控制机械模型行动。与此同时，机械模型还设有摄像头，头戴显示设备设有第三通信电路和显示屏；第三通信电路和第二通信电路通信连接，可建立头戴显示设备与对应的机械模型的通信链路；机械模型上的摄像头通过通信链路向头戴显示设备发送视频数据，以使头戴显示设备的显示屏显示机械模型面临的实际场景。其中，显示屏用于显示对应的摄像头拍摄到的场景。应该注意的是，第三通信电路还可通过第一通信电路与第二通信电路建立通信连接。

基于上述结构，操控者操纵控制面板，产生控制信号，即，控制面板用于获取外部指令，生成控制信号；进一步地，控制面板可依次通过第一通信电路和第二通信电路，将控制信号发送给机械模型的处理器；处理器基于控制信号控制机械模型动作。同时，机械模型的摄像头可采集机械模型当前面临的实际场景的视频数据，并依次通过第二通信电路和第三通信电路，将视频数据发送给头戴显示设备的显示屏；显示屏基于视频数据进行显示，操控者能够以第一人称视角、实时看到所操控的机械模型面前的实际场景。基于此，操控者在使用控制面板模拟操控机械模型时，能够通过头戴显示设备实时获取机械模型面临的实际场景，达到第一人称的视角效果，使操控者有身临其境的控制感，有效提高操控真实性、临场控制感和操控精度，减少误判，增强学习和模拟等效果，缩短学习时间。

需要说明的是，平台可为固定平台，平台的水平面形状可为矩形、圆形、椭圆形或多边形等。操控台设置在平台的边缘，其位置可固定，便于管理及商用；同时，操控台的数量可为5个、6个、7个或8个等，可根据机械模型的类型以及互动设备的用途进行设置，此处不做具体限定。活动区为机械模型的活动区域，可设于平台水平面的中心区域，示例性地，各操控台可围绕活动区设置；可选地，活动区的形状可依据机械模型的类型和互动设备的用途进行设置，此处不做具体限定。操控台的控制面板可包括操作部件和处理电路，操作部件通过处理电路连接第一通信电路。可选地，控制面板可固定设于操控台上，也可为移动式的控制面板，并可采用有线连接或无线连接的方式与第一通信电路通信。基于此，平台可为多台机械模型提供固定的活动区域，便于场景模拟和机械配合学习，满足操控技巧、机械间配合和机械竞赛等学习和模拟的需求；设置多个操控台，可满足多个操控者分别以对应的第一人称视角，操控各自的机械模型在同一活动区行动，模拟机械运转、工作、场景仿真以及机械模型互动或比赛等，进而可使各操控者切身体会机械的实际操控与运转，机械间的互动以及在实际场景的控制和判断；同时，机械模型活动空间限制在固定的活动区中，操控者与机械模型分隔开来，有效提高互动设备的安全性，避免误操作等带来的伤害。

机械模型为实际机械的等比例模型或仿真模型，且可基于指令执行相应的动作，达到模拟实际机械的效果；可选地，机械模型可为根据指令进行动作的机器人。具体地，机械模型的处理器可根据控制面板发送的控制信号，发出指令指示机械模型的机构执行动作。应该注意的是，处理器根据控制面板的控制信号指示机械模型执行相应动作的过程可采用现有技术来实现，此处不做具体限定；同时，机械模型的具体类型可根据互动设备的需求进行选择，各机械模型可为同一种类的模型，也可为不同种类的模型。可选地，机械模型可为汽车模型、推土机模型、挖掘机模型、吊车模型、压路机模型、坦克模型、装甲车模型、快艇模型或潜水艇模型等，此处不做具体限制。示例性地，机械模型互动设备可设有多台汽车模型，可用于模拟驾驶、交通实况演练或模拟赛车等；机械模型互动设备也可设有推土机模型、挖掘机模型和货车模型，可用于工程执行模拟、挖掘机教学模拟或体验等；在一个示例中，各机械模型独立选自汽车模型、推土机模型、挖掘机模型、吊车模型、压路机模型、坦克模型、装甲车模型、快艇模型和潜水艇模型等。此外，摄像头可设于机械模型的行进方向上，用于获取机械模型面临的实际场景；可选地，摄像头可为鱼眼摄像头、旋转可调摄像头等，此处不做具体限制；此外，摄像头可通过处理器与第二通信电路连接，也可以直接连接第二通信电路。

头戴显示设备用于操控者穿戴，且用于显示对应的机械模型面临的场景；可选地，头戴显示设备可为视频眼镜、头戴显示器或人体工学头戴设备等，此处不做具体限制。第一通信电路、第二通信电路和第三通信电路可为同类型的通信电路，示例性地，可为Wi-Fi(Wireless Fidelity，无线保真)通信等频段的通信电路。应该注意的是，各通信电路之间的通信连接可采用现有的协议或设置对应的私有协议来实现，即，通信链路的建立，控制信号的传输以及视频数据的传输可采用现有技术来实现；同时，视频数据的传输方式可采用有线传输或无线传输，视频数据的信号类型可为数字信号或模拟信号。

基于上述结构，本申请实施例可容纳至少一名操控者进行机械模拟或学习；操控者通过操控台控制对应的机械模型在活动区进行模拟行动；同时，操控者穿戴对应的头戴显示设备，以实时获取所操控的机械模型面前的实际场景，实现第一人称视角的机械模拟或学习，进而在保证操控安全性的同时，有效提高操控真实性、临场控制感以及机械间配合、互动的体验感，增强学习和模拟等效果。此外，平台可同时容纳多名操控者进行机械操控模拟，能够实现工程模拟、场景仿真、机械竞赛和机械游艺等，便于设备的推广和机械操控的兴趣培养。基于此，本申请实施例可应用于学习机械配合、机械场景仿真、模拟机械竞赛及机械模型游艺等领域；采用第一人称视角，可有效提高操控者的控制感、体验感和判断准确度，有利于操控者的技能学习和能力提升，且能够提高操控者的兴趣。

在一个实施例中，如图2所示，第二通信电路包括：

第一无线通信电路，用于与对应的第一通信电路通信连接。

第二无线通信电路，用于与对应的第二通信电路通信连接。

处理器分别连接第一无线通信电路和第二无线通信电路。

具体而言，机械模型上的通信电路可包括用于与操控台的第一通信电路通信连接的第一无线通信电路，和用于与头戴显示设备的第二通信电路通信连接的第二无线通信电路。其中，第一无线通信电路可用于接收控制面板的控制信号；第二无线通信电路可用于将摄像头的视频数据发送给头戴显示设备。

本申请实施例中，机械模型可分别采用不同的频段来与操控台和头戴显示设备进行通信，提高通信的效率和可靠性，降低数据处理复杂度。

在一个实施例中，第一通信电路、第三通信电路、第一无线通信电路和第二无线通信电路均为2.4GHz(吉赫兹)无线电路。

具体而言，第一通信电路、第三通信电路、第一无线通信电路和第二无线通信电路均可采用2.4GHz射频通信技术。应该注意的是，本申请实施例中的通信电路也可采用5GHz等无线通信频段；不同通信链路采用的通信频点不同，可避免信号的串扰。

在一个实施例中，机械模型还包括驱动电机；处理器连接驱动电机。

具体而言，机械模型还包括连接处理器的驱动电机。处理器根据控制面板的发送的控制信号生成对应的指令，并将指令发送给驱动电机。驱动电机用于根据处理器的指令执行相应的动作。示例性地，驱动电机可驱动机械模型进行位置移动，例如轮子或履带等；驱动电机还可驱动机械模型的动作机构进行动作，例如推土机的推刀、挖掘机的挖臂等。本申请实施例中，机械模型可采用现有的驱动机构来实现行动和动作，此处不做具体限定。

在一个实施例中，活动区设有模拟地形和/或模拟道具。

具体而言，平台的活动区可根据实际应用需求，设置相应的模拟地形、模拟道具等。示例性地，针对驾驶学习、赛车模拟、施工仿真或游艺需求等，活动区可设有城市交通模型、汽车赛道、工程现场、模拟山体或模拟水池等；此外，活动区还可设有沙土、障碍或玩具球等，进一步提高机械模型的体验感和互动感。基于此，本申请实施例可根据应用场景设置相应的环境，扩展设备的学习功能、模拟功能和竞赛功能，进一步提高操控者的学习体验和模拟体验。

在一个实施例中，控制面板包括以下操作部件中的任意一种或任意组合：方向盘、摇杆和按钮。第一通信电路分别连接方向盘、摇杆和按钮。

具体而言，控制面板可包括方向盘、摇杆和按钮中的至少一种，便于对机械模型的控制。

在一个实施例中，控制面板为移动式控制器。

具体而言，操控台上的控制面板可固定在操控台上，也可为非固定在操控台上的移动式控制器；操控者可在相对的固定位置，采用移动式控制器对机械模型进行操控。被操控的机械模型的活动空间被限制在固定的活动区内，操控者操控机械模型进行模拟、学习或娱乐时，被操控的机械模型在设置的活动空间范围内活动。

在一个实施例中，显示屏包括液晶屏和透镜。透镜层叠设置在液晶屏的显示方向上。

具体而言，头戴显示设备的显示屏包括液晶屏和透镜；其中，透镜层叠设置在液晶屏的显示方向上，可与液晶屏之间接触，也可与液晶屏间隔设置。透镜用于放大液晶屏，提高显示屏的显示效果，使操控者享有全景感，进一步提升第一人称视角的真实性和体验。

在一个实施例中，头戴显示设备为视频眼镜；被操控的机械模型中有摄像头和无线信号发射器，可以把所操控的机械模型面前的实际场景传送到视频眼镜中，操控者可以实时的看到所操控的机械模型面前的实际场景。

在一个实施例中，处理器为单片机。

具体而言，机械模型上的处理器可为单片机，能够丰富设备的功能的同时，降低设备的成本。应该注意的是，处理器还可为FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)等器件。

在一个实施例中，如图3所示，平台上还设有提示灯。

具体而言，平台还设有至少一个提示灯，可用于辅助指示和设备状态提示等，增加设备功能和体验感。提示灯可设于平台的边缘，还可设于活动区中，也可为各操控台设置对应的提示灯，此处不做具体限制。

在一个实施例中，如图3所示，平台还设有音频设备。

具体而言，平台上还设有至少一个音频设备，可用于声响信号提示、语音指示和设备状态提示等，增加设备功能和体验感。音频设备可设于平台的内部，还可为各操控台设置对应的音频设备；同时，音频设备可包括外放音频设备和/或耳机设备等，此处不做具体限制。

在一个实施例中，平台还设有电源电路。

电源电路分别连接提示灯、音频设备、各操控台，以及各头戴显示设备。

具体而言，平台内还设有电源电路，可用于为各操控台、各头戴显示设备、提示灯和音频设备供电。可选地，电源电路可对外部电源进行转换后，给各器件提供对应的标准电源。

在一个实施例中，操控台上设有连接电源电路的电源接口，头戴显示设备通过电源线连接对应的操控台上的电源接口。

在一个实施例中，机械模型包括第一充电电源，用于给处理器、驱动电机和第二通信电路供电。

在一个实施例中，头戴显示设备可设有第二充电电源，用于给显示屏和第三通信电路供电。

在一个实施例中，控制面板包括操作部件和第二处理器，操作部件通过第二处理器连接第一通信电路。第二处理器可对操作控件触发的指令进行转换后，通过第一通信电路发送给机械模型，以实现对机械模型的控制。

在一个实施例中，机械模型互动设备为第一人称视角的机械模型互动游乐设备。如图4和5所示，该游乐设备的主体部分包括机械模型的活动区和N个操控台，机械模型包括处理器和摄像头。操控台通过控制面板接收指令，并通过通信电路发送控制信号给对应的机械模型；机械模型的处理器接收控制信号并控制机械模型动作；同时，摄像头采集机械模型面临的视角场景信息，并通过通信电路发送给头戴设备，以使操控者用第一人称视角观看机械模型所在的场景图像。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机械模型互动设备，其特征在于，包括：

平台，设有活动区和多个操控台；各所述操控台设于所述平台的边缘；所述操控台包括控制面板和第一通信电路；所述控制面板连接所述第一通信电路；

多台机械模型，与各所述操控台一一对应通信连接；所述机械模型用于在所述活动区中行动；所述机械模型包括处理器、摄像头和第二通信电路；所述处理器分别连接所述摄像头和所述第二通信电路；所述第二通信电路用于与对应的所述第一通信电路通信连接；

多个头戴显示设备，与各所述机械模型一一对应通信连接；所述头戴显示设备包括显示屏和第三通信电路；所述显示屏连接所述第三通信电路；所述第三通信电路用于与对应的所述第二通信电路和/或对应的所述第一通信电路通信连接。

2.根据权利要求1所述的机械模型互动设备，其特征在于，所述第二通信电路包括：

第一无线通信电路，用于与对应的所述第一通信电路通信连接；

第二无线通信电路，用于与对应的所述第二通信电路通信连接；

所述处理器分别连接所述第一无线通信电路和所述第二无线通信电路。

3.根据权利要求2所述的机械模型互动设备，其特征在于，所述第一通信电路、所述第三通信电路、所述第一无线通信电路和所述第二无线通信电路均为2.4GHz无线电路。

4.根据权利要求3所述的机械模型互动设备，其特征在于，所述机械模型还包括驱动电机；所述处理器连接所述驱动电机。

5.根据权利要求1所述的机械模型互动设备，其特征在于，

所述活动区设有模拟地形和/或模拟道具。

6.根据权利要求1所述的机械模型互动设备，其特征在于，所述控制面板包括以下操作部件中的任意一种或任意组合：方向盘、摇杆和按钮；

所述第一通信电路分别连接所述方向盘、所述摇杆和所述按钮。

7.根据权利要求6所述的机械模型互动设备，其特征在于，所述控制面板为移动式控制器。

8.根据权利要求1所述的机械模型互动设备，其特征在于，所述显示屏包括液晶屏和透镜；

所述透镜层叠设置在所述液晶屏的显示方向上。

9.根据权利要求1至8任一项所述的机械模型互动设备，其特征在于，所述处理器为单片机。

10.根据权利要求1至8任一项所述的机械模型互动设备，其特征在于，所述平台还设有提示灯、音频设备和电源电路；

所述电源电路分别连接所述提示灯、所述音频设备、各所述操控台，以及各所述头戴显示设备。

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