TWI529098B - 降落傘體驗模擬系統 - Google Patents

Description

降落傘體驗模擬系統

本發明係有關於一種降落傘體驗模擬系統，尤其是指一種利用三軸感應晶片、捲線馬達，以及Arduino控制晶片來達到模擬跳傘體驗之系統，本發明係以環型劇場為基礎開發之環境，以應用於大型遊樂體感設施，由於其高度的擬真設定，亦可應用於軍事上之跳傘訓練，提高軍事模擬之成效者。

降落傘設計的目的，係緩衝物體下降的速度，增加物體落地所需之時間，其中降落傘的面積越大，下降時所產生的空氣阻力就越高，也就有更大的空氣浮力產生，依據流體力學理論，呈半球體形之傘面可產生最大的空氣阻力，因此，降落傘在製作上皆以半球體形之傘面為設計之目標，傳統半圓形降落傘之外觀就像一個倒碗公狀，由一片片傘布連接而成，下緣的地方進氣，上升氣流由下方口進傘體內部後，藉由傘肋來撐開降落傘，當空氣由下方進入傘肋 後，傘衣會鼓起形成一個半圓體形，當空氣通過時，因為傘肋的外層距離長，下層距離短，由柏努力之流速與壓力成反比之定律得知，傘外層的空氣流速較快，傘內層較慢，也就是上層空氣流速快，所以空氣壓力小，反之下層因為空氣流速慢，所以壓力比較大，因此造成一股由下往上推擠的昇力，使降落傘動作。

然而，目前市面上出現的降落傘體驗活動與遊戲或是軍事上用以傘兵訓練之降落傘課程，往往需要藉由搭乘飛機至一定的高度後，由使用者背負降落傘往下跳以進行真實之跳傘體驗，此活動並不適合有先天性疾病的人來從事，其不安全性也往往讓想從事的人望之卻步，但其高度刺激性卻又引誘著人們想去嘗試；再者，這種高危險、高刺激性的休閒活動往往也需要很大的活動場地與器材之輔助才得以完成。

在過往的專利中，如中華民國專利公告第200946402號之『個人降落裝備』，即是提供一種個人降落裝備，係有一架體，架體係由一頂架、一底架、一帆布、一降落傘、一繫件，以及一氣墊體所構成，藉由上述構造使穿著本發明降落裝備之人員可從高處安全降落；本發明人有鑑於上述諸多缺點，曾加以改良創作出一實感跳傘裝置，請參閱中華民國專利公告第M365898號之『實感跳傘裝置』，本創作人之先前技術係提供一種實感跳傘裝置，尤指一種可以模擬實際跳傘動作，並配合螢幕上顯現之降落傘，以拉動三軸感應器經處理器，作動螢幕上的降落傘移位，使螢 幕上降落傘可以準確降落到目標定點，並於過程中閃避鳥群的襲擊，據此，增添模擬跳傘動作之刺激性及趣味性；綜合以上之先前技術，皆無法達到真實體驗降落傘具有之垂吊感之特色，使得欲有效達到跳傘垂吊與降落之體感體驗，以達到在娛樂、訓練與軍事等不同的領域都能帶給使用者不同的體驗效果，仍是現今跳傘系統之開發業者或研究人員需持續努力克服與解決之重要課題。

今，發明人即是鑑於上述之現行降落傘體驗模擬系統存在因無法有效達到讓使用者真實體驗降落傘特有之垂吊感特色等諸多缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富之專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

本發明主要目的為提供一種降落傘體驗模擬系統，尤其是指一種利用三軸感應晶片、捲線馬達，以及Arduino控制晶片來達到模擬跳傘體驗之系統，本發明係以環型劇場為基礎開發之環境，以應用於大型遊樂體感設施，由於其高度的擬真設定，亦可應用於軍事上之跳傘訓練，提高軍事模擬之成效，有效藉由虛擬實境的體感技術，提升多媒體應用在不同領域中之可實行性。

為了達到上述實施目的，本發明人提出一種降落傘體驗模擬系統，其包括有一系統主機、一降落傘單元、一投影單元，以及一出發跳台；該系統主機係內建一Arduino控制晶片；該降落傘單元係以無線方式連接該系統主機，包括有一捲線馬達、一降落 傘吊索、二個控制繩，以及兩個固定繩，其中該捲線馬達係懸吊使用者以模擬真實跳傘情境，該降落傘吊索係連接該捲線馬達，該等控制繩係連接該降落傘吊索，每一控制繩內建有一三軸感應器，每一固定繩係連接於一控制繩，並使使用者穿戴於身體上；投影單元，係以無線方式連接該系統主機，包括有一牆面投影機、一接收該牆面投影機影像之螢幕、一地面投影機，以及一接收該地面投影機影像之地投影區塊；該出發跳台，係呈樓梯狀供使用者進行跳躍使用；藉此，本發明係以垂吊式降落傘系統提升虛擬體驗之樂趣，其藉由高度的模擬體驗將原本需要大型場地且昂貴輔助器具的跳傘運動移植於室內，以提供使用者場地大小適中、便利且安全的跳傘體驗；此外，本發明係以360度環形劇場為主要之開發環境，搭配多媒體呈現方式，有效模擬強風、亂流，以及下雨等自然氣候現象和空中遭遇鳥群襲擊等動態事件，並設計有完整的降落機制，以提供使用者更擬真的體感體驗，對於大型遊樂設施之市場與娛樂產業具有高度的發展潛力；再者，本發明係真實模擬跳傘之操控功能，可進一步推廣至跳傘之訓練用途上，在軍事模擬的領域中可以使傘兵不須特地為了跳傘而做特別的訓練，也不必承擔任何跳傘所可能帶來的意外傷害，藉由各樣多媒體的情境模擬，讓軍事跳傘的訓練達到更真實的效果，以提高軍事模擬的成效；最後，本發明係研發具有跨領域應用的靈活性，在娛樂、訓練，以及軍事等不同的領域都能帶給使用者不同的體驗效果，對於未來虛擬實境的發展與體感技術的研發有很大的幫助，以達成體感體驗之全面性的應用。

在本發明的一實施例中，該Arduino控制晶片係一使用開放原始碼之微控制器晶片。

在本發明的一實施例中，該三軸感應器係以無線方式與該系統主機之Arduino控制晶片進行連接與資訊交換，其中該無線連接之方式係為藍芽、微波、射頻、無線電與紅外線等其中之一種。

在本發明的一實施例中，該系統主機係可進一步設有一地形資料庫，使用者可經由該系統主機選擇內建於該地形資料庫之場地選項以進行降落傘之模擬與訓練。

(1)‧‧‧系統主機

(11)‧‧‧Arduino控制晶片

(12)‧‧‧地形資料庫

(2)‧‧‧降落傘單元

(21)‧‧‧捲線馬達

(22)‧‧‧降落傘吊索

(23)‧‧‧控制繩

(24)‧‧‧固定繩

(3)‧‧‧投影單元

(31)‧‧‧牆面投影機

(32)‧‧‧螢幕

(33)‧‧‧地面投影機

(34)‧‧‧地投影區塊

(4)‧‧‧出發跳台

第一圖：本發明較佳實施例之立體外觀示意圖

第二圖：本發明較佳實施例之系統作動示意圖

第三圖：本發明較佳實施例之系統作動背面示意圖

本發明之目的及其結構設計功能上的優點，將依據以下圖面所示之較佳實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。

首先，為了更瞭解本發明，將簡要地說明Arduino控制晶片之基本概念，該Arduino控制晶片係一使用開放原始碼(Open Source)電路圖設計與可獨立運作之微控制 器(Microcontroller)，可快速製作電子電路原型(electronics prototyping)，亦可簡單地與感測器連接，如紅外線、超音波、熱敏電阻，以及光敏電阻等以感知周遭環境之變化並控制周遭之各式各樣電子元件與裝置，由於其開發介面係基於開放原始碼，可讓使用者免費下載以開發出更令人驚豔的互動作品；接著，請參閱第一~三圖所示，為本發明降落傘體驗模擬系統其一較佳實施例之立體外觀示意圖、系統作動示意圖與系統作動背面示意圖，係包括有：一系統主機(1)，係內建一Arduino控制晶片(11)；一降落傘單元(2)，係以無線方式連接系統主機(1)，包括有一捲線馬達(21)、一降落傘吊索(22)、二個控制繩(23)，以及兩個固定繩(24)，其中捲線馬達(21)係懸吊使用者以模擬真實跳傘情境，降落傘吊索(22)係連接捲線馬達(21)，控制繩(23)係連接降落傘吊索(22)，每一控制繩(23)內建有一三軸感應器(未標示於圖內)，每一固定繩(24)係連接於一控制繩(23)，並使使用者穿戴於臂部與身體上，其中三軸感應器又稱三軸方向感應器，主要係藉由三度空間中的慣性力大小來衡量其加速度與重力，包括X(左右)、Y(前後)，以及Z(上下)方向的移動，主要用於各種行為的偵測，是一種測量裝置自身的的運動；三軸感應器的度量單位是g力(g表示為重力)， 所以當三軸感應器傳回1.0的值時，表示三軸感應器在某個方向感應到了1g的力；三軸感應器在目前的智慧型手機或平板電腦等電子裝置都是一種常見的內建裝備，主要用以辨識電子裝置的轉動方向，在本發明其一較佳實施例中，係藉由三軸感應器感應使用者之操作方向，再透過X、Y、Z三軸傳送類比訊號至Arduino控制晶片(11)，Arduino控制晶片(11)將類比訊號轉換為數位訊號供系統主機讀取(1)；一投影單元(3)，係以無線方式連接系統主機(1)，包括有一牆面投影機(31)、一接收牆面投影機(31)影像之螢幕(32)、一地面投影機(33)，以及一接收地面投影機(33)影像之地投影區塊(34)；以及一出發跳台(4)，係呈樓梯狀供使用者進行跳躍使用。

此外，Arduino控制晶片(11)係一使用開放原始碼之微控制器晶片。

此外，該三軸感應器係以無線方式與系統主機(1)之Arduino控制晶片(1)進行連接與資訊交換，其中該無線連接之方式係為藍芽、微波、射頻、無線電與紅外線等其中之一種。

再者，系統主機(1)係可進一步設有一地形資料庫(12)，使用者可經由系統主機(1)選擇內建於地形資料庫(12)之場地選項以進行降落傘之模擬與訓練。

根據上述之降落傘體驗模擬系統於實際實施使用時，當欲進行降落傘體驗與訓練之一般使用者或軍事官士兵先經由系統主機(1)選取內建於地形資料庫(12)之場地選項後，主機系統(1)會啟動Arduino控制晶片(11)進行與該三軸感應器之連線與整合，再者，系統主機(1)會依照使用者選擇的地形資料抽取儲存於地形資料庫(12)之場地影像，再分別以投影單元(3)之牆面投影機(31)與地面投影機(33)將地形之影像對應投影於螢幕(32)與地投影區塊(34)上；接著，使用者將固定繩(24)固定於臂部與身體上，並雙手握住控制繩(23)後站上出發跳台(4)以準備跳躍，當使用者往前跳躍後，捲線馬達(21)開始偵測使用者施予控制繩(23)內之三軸感應器之訊號進行動態回饋以收放降落傘吊索(22)，模擬真實跳傘之體驗，使用者亦可於螢幕(32)與地投影區塊(34)上之影像進行動態事件之處理，例如於螢幕(32)上之空中影像遭遇鳥群飛過時，使用者必須操作控制繩(23)，以連動該三軸感應器閃過迎面來襲之鳥群，避免遭受襲擊；再者，使用者亦可將控制繩(23)往左或往右拉動，可於投影之影像上清楚感受往左或往右移動之體感體驗，而當使用者將控制繩(23)往前方拉動時，則使用者可以由投影影像感受到朝後移動之動作，反之，欲往後移動則是將控制繩(23)往後方拉動即可，若使用者操作有誤而遭鳥群擊中時，投影之螢幕(32)上亦會呈現被擊中的特效；當接近地投影區塊(34)中顯示之地面影像時，Arduino控制晶片(11) 會啟動並執行內建之著陸程式，並控制捲線馬達(21)啟動著陸情境，讓使用者可以安全地著陸在地投影區塊(34)上，以完成本次降落傘之模擬體驗與訓練。

由上述之實施說明可知，本發明降落傘體驗模擬系統與現有技術相較之下，本發明具有以下優點：

1.本發明降落傘體驗模擬系統係藉由垂吊式降落傘系統以提升虛擬體驗之樂趣，其藉由高度的模擬體驗將原本需要大型場地且昂貴輔助器具的跳傘運動移植於室內，以提供使用者場地大小適中、便利且安全的跳傘體驗。

2.本發明降落傘體驗模擬系統係藉由360度環形劇場為主要之開發環境，搭配多媒體呈現方式，有效模擬強風、亂流，以及下雨等自然氣候現象和空中遭遇鳥群襲擊等動態事件，並設計有完整的降落機制，以提供使用者更擬真的體感體驗，對於大型遊樂設施之市場與娛樂產業具有高度的發展潛力。

3.本發明降落傘體驗模擬系統係藉由真實模擬跳傘之操控功能，可進一步推廣至跳傘之訓練用途上，在軍事模擬的領域中可以使傘兵不須特地為了跳傘而做特別的訓練，也不必承擔任何跳傘所可能帶來的意外傷害，藉由各樣多媒體的情境模擬，讓軍事跳傘的訓練達到更真實的效果，以提高軍事模擬的成效。

4.本發明降落傘體驗模擬系統係研發具有跨領域應用的靈活性，在娛樂、訓練，以及軍事等不同的領域都能帶給使用者不同 的體驗效果，對於未來虛擬實境的發展與體感技術的研發有很大的幫助，以達成體感體驗之全面性的應用。

綜上所述，本發明之降落傘體驗模擬系統，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

(1)‧‧‧系統主機

(11)‧‧‧Arduino控制晶片

(12)‧‧‧地形資料庫

(2)‧‧‧降落傘單元

(21)‧‧‧捲線馬達

(22)‧‧‧降落傘吊索

(23)‧‧‧控制繩

(24)‧‧‧固定繩

(3)‧‧‧投影單元

(31)‧‧‧牆面投影機

(32)‧‧‧螢幕

(33)‧‧‧地面投影機

(34)‧‧‧地投影區塊

(4)‧‧‧出發跳台

Claims (5)

1. 一種降落傘體驗模擬系統，係至少包括有：一系統主機，係內建一Arduino控制晶片；一降落傘單元，係以無線方式連接該系統主機，包括有一捲線馬達、一降落傘吊索、二個控制繩，以及兩個固定繩，其中該捲線馬達係懸吊使用者以模擬真實跳傘情境，該降落傘吊索係連接該捲線馬達，該等控制繩係連接該降落傘吊索，每一控制繩內建有一三軸感應器，每一固定繩係連接於一控制繩，並使使用者穿戴於身體上；一投影單元，係以無線方式連接該系統主機，包括有一牆面投影機、一接收該牆面投影機影像之螢幕、一地面投影機，以及一接收該地面投影機影像之地投影區塊；以及一出發跳台，係呈樓梯狀供使用者進行跳躍使用。
2. 如申請專利範圍第1項所述之降落傘體驗模擬系統，其中該Arduino控制晶片係一使用開放原始碼之微控制器晶片。
3. 如申請專利範圍第1項所述之降落傘體驗模擬系統，其中該三軸感應器係以無線方式與該系統主機之Arduino控制晶片進行連接與資訊交換。
4. 如申請專利範圍第3項所述之降落傘體驗模擬系統，其中該無線連接之方式係為藍芽、微波、射頻、無線電與紅外線其中之 一。
5. 如申請專利範圍第1項所述之降落傘體驗模擬系統，其中該系統主機係進一步設有一地形資料庫，使用者經由系統主機選擇欲進行降落傘模擬與訓練之場地。