CN107600437A - 一种vr跳伞训练模拟器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种VR跳伞训练模拟器，包括支撑框架、悬吊升降装置、操纵装置、风机、VR眼镜、图形处理装置；所述支撑框架包括顶盖、上框架、立柱、下框架，立柱上下两端分别与上框架和下框架边缘固定连接，上框架上设置安装台；所述安装台上固定有横梁，横梁上安装有悬吊升降装置；所述悬吊升降装置底部连接有吊带和安全带；所述操纵装置包括伞绳和力传感器，力传感器固定在上框架上，伞绳一端与力传感器连接；所述立柱上设有VR眼镜固定架，VR眼镜放置在VR眼镜固定架上。本发明集VR虚拟仿真技术，实物设备和物理操作于一体，真实模拟跳伞训练运动操纵及体感，提高跳伞员训练的效率和跳伞动作的规范性，降低训练风险。
Description
技术领域
本发明涉及航天***仿真设备的技术领域，特别是一种VR跳伞训练模拟器的技术领域。
背景技术
跳伞是一项实践性强、技能复杂和风险性大的活动，跳伞模拟训练是跳伞员进入实物跳伞前必须要完成的科目。目前，国内伞降训练模拟设备比较少，主要是跳台、伞塔、跳台滑道等训练方式，这些训练方式只能训练基本的动作，跳伞人员不能感受到真实的跳伞体验，这些训练与实际跳伞差异性太大，跳伞员在实际跳伞中往往不能正常发挥地面动作的水平，常发生动作变形，出现勾腿、开腿等现象，使得训练效果不是很好。
本发明一种VR伞降训练模拟器，综合VR虚拟仿真技术，实物设备及物理操作与一体，能够对跳伞中的视觉、听觉、风力等进行真实模拟，还可以随着操纵感受空中姿态的改变，为跳伞人员提供逼真的操纵与运动感，提高跳伞员训练的效率和动作的规范性，降低训练风险。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种VR跳伞训练模拟器，能真实模拟跳伞过程的离机降落、空中操纵、着陆环节，给跳伞员提供逼真的操纵与运动的感觉，从而提高跳伞员训练的效率与跳伞动作的规范性，降低训练风险。
为实现上述目的，本发明提出了一种VR跳伞训练模拟器，包括支撑框架、悬吊升降装置、操纵装置、风机、VR眼镜、图形处理装置；所述支撑框架包括顶盖、上框架、立柱、下框架，立柱上下两端分别与上框架和下框架边缘固定连接，上框架上设置安装台，顶盖扣设于上框架上内部形成容置腔；所述安装台上固定有横梁，横梁上安装有悬吊升降装置；所述悬吊升降装置底部连接有吊带和安全带；所述操纵装置包括伞绳和力传感器，力传感器固定在上框架上，伞绳一端与力传感器连接，伞绳另一端悬挂到上框架下方；所述立柱上设有VR眼镜固定架，VR眼镜放置在VR眼镜固定架上；所述安装台上安装有图形处理装置，上框架底部安装***。
作为优选，所述伞绳和力传感器为在吊带两边对称设置的两套，力传感器的信号传递给图形处理装置。
作为优选，所述悬吊升降装置包括伺服电机、减速机、卷筒、伺服驱动器，伺服电机通过减速机带动卷筒旋转。
作为优选，所述伺服驱动器安装在横梁上，伺服驱动器与伺服电机连接。
作为优选，所述卷筒上固定吊带的一端，吊带另一端连接安全带。
作为优选，所述吊带和安全带悬挂到上框架下方，吊带分别连接跳伞员的左右肩部和腿部。
作为优选，所述横梁包括间隔设置的第一横梁和第二横梁，悬吊升降装置包括三套相同的***，第二横梁上安装有一套悬吊升降装置，连接腿部的吊带，第一横梁安装有间隔设置的两套悬吊升降装置，连接左右肩部的吊带。
作为优选，所述VR眼镜接收并显示图形处理装置生成并传输过来的视景，VR眼镜与***收集场景中对头部的运动信息，并将此信息传递给图形处理装置。
作为优选，所述上框架前端还安装有显示器，显示视景状态。
作为优选，所述下框架前部靠近左右立柱的位置分别安装有风机，风机与下框架铰接，风机上设有风量调节按钮。
本发明的有益效果：
1、本发明能真实模拟跳伞过程的离机降落、空中操纵、着陆环节，给跳伞员提供逼真的操纵与运动的感觉，从而提高跳伞员训练的效率与跳伞动作的规范性，为训练跳伞技能和提高心理训练营造一个安全、逼真、有极高实用意义的虚拟跳伞训练***。
2、本发明综合VR虚拟仿真技术，实物设备及物理操作与一体，能够对跳伞中的视觉、听觉、风力等进行真实模拟，还可以随着操纵感受空中姿态的改变，为跳伞人员提供逼真的操纵与运动感，提高跳伞员训练的效率和动作的规范性，降低训练风险。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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是本发明一种VR跳伞训练模拟器的整体结构示意图；
图2是本发明一种VR跳伞训练模拟器的另一角度的整体结构示意图；
图3是本发明一种VR跳伞训练模拟器的顶盖内部结构示意图；
图4是本发明一种VR跳伞训练模拟器的另一角度的顶盖内部结构示意图。
图中：
1-顶盖；2-上框架；3-立柱；4-下框架；5-显示器；6-***；7-风机；8-VR眼镜；9-伞绳；10-吊带；11-力传感器；12-悬吊升降装置；13-第一横梁；14-第二横梁；15-伺服驱动器；16-卷筒；17-减速机；18-伺服电机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如图1和图2，本发明，包括支撑框架、悬吊升降装置12、操纵装置、风机7、VR眼镜8、图形处理装置及相关软件程序；
支撑框架包括顶盖1、上框架2、立柱3、下框架4，立柱3上下两端分别与上框架2和下框架4边缘固定连接，上框架2上设置安装台，顶盖1扣设于上框架2上内部形成容置腔；所述悬吊升降装置12底部连接有吊带10和安全带；所述立柱3上设有VR眼镜固定架，VR眼镜8放置在VR眼镜固定架上；所述安装台上安装有图形处理装置，上框架2底部安装***6。
***6为VR眼镜8进行视景定位。所述上框架2前端还安装有显示器5，显示视景状态。便于教员观察跳伞员姿态是否正确。
风机装置的作用是模拟跳伞降落过程中外部风力环境，根据下降速度可以输出控制风机风量的大小，以实现真实的模拟。所述下框架4前部靠近左右立柱3的位置分别安装有风机7，风机7与下框架4铰接，风机7上设有风量调节按钮。工作时可调整风机吹风的方向，使风向吹响跳伞员面部，以增强沉浸感。
操纵装置的作用是产生对降落伞模拟操纵的信号，所述操纵装置包括伞绳9和力传感器11，力传感器11固定在上框架2上，伞绳9一端与力传感器11连接，伞绳9另一端悬挂到上框架2下方，由跳伞员操纵。所述伞绳9和力传感器11为在吊带10两边对称设置的两套，力传感器11的信号传递给图形处理装置，传递给图形处理装置上的视景程序，控制场景中降落伞的运动轨迹。伞绳9拉力越大，视景中降落伞的转动幅度越大，力越小，转动幅度越小。降落时，跳伞员同时拉紧伞绳，跳伞员降落，视景程序执行相关场景。
所述吊带10和安全带悬挂到上框架2下方，吊带10分别连接跳伞员的左右肩部和腿部。
如图3和图4，所述安装台上固定有横梁，横梁上安装有悬吊升降装置12；
所述悬吊升降装置12包括伺服电机18、减速机17、卷筒16、伺服驱动器15，伺服电机18通过减速机17带动卷筒16旋转。所述伺服驱动器15安装在横梁上，伺服驱动器15与伺服电机18连接。所述卷筒16上固定吊带10的一端，吊带10另一端连接安全带。
伺服电机18正转或反转，从而实现跳伞员的上升或下降，同时伺服电机18通过控制输出转速和加速度可以控制跳伞员上升下降的速度和加速度。
所述横梁包括间隔设置的第一横梁13和第二横梁14，悬吊升降装置12包括三套相同的***，第二横梁14上安装有一套悬吊升降装置12，连接腿部的吊带10，用于控制跳伞员腿部的升降；第一横梁13安装有间隔设置的两套悬吊升降装置12，连接左右肩部的吊带10。连接跳伞员左右两肩部的吊点，他们可以同时升降也可以单独升降，可以实现跳伞员的升降或左右倾斜。
所述VR眼镜8接收并显示图形处理装置生成并传输过来的视景，VR眼镜8与***6收集场景中对头部的运动信息，并将此信息传递给图形处理装置。
VR眼镜8与***6实现在场景中对头部的运动信息捕获，并将此信息传递给图形工作站上的视景程序，生成与头部运动相匹配的人眼对场景的观测场景。
本发明工作过程：
上述跳伞训练模拟器的操作方法，具体包括以下步骤：
1)启动图形工作站视景程序及控制程序，对VR眼镜感应器和伞绳力传感器进行位置初始化；
2)跳伞员就位，穿好背带，连接好吊带挂钩，佩戴好VR眼镜，做好跳伞离机准备；
3)视景程序控制启动跳伞离机,在跳伞离机动作发生时，悬吊升降装置同时升起将跳伞员置于水平姿态；同时跳伞员能通过VR眼镜查看整个模拟训练所处的场景，VR眼镜感应器采集跳伞员动作及人体姿态反馈至图形工作站视景程序；
4)跳伞员启动背带上的伞降控制开关，腿部悬吊升降装置吊带下降，跳伞员呈竖直姿态；
5)跳伞员通过手拉伞绳触发力传感器进行跳伞控制操作，头部旋转触发VR眼镜感应器来查看整个场景；
6)根据视景程序场景跳伞员操纵左右两根伞绳的拉力大小，控制程序接收伞绳力传感器反馈的数据，调整悬吊升降装置升降从而控制跳伞员身体姿态向左倾斜或向右倾斜；同时视景程序接收VR眼镜感应器反馈的数据，进行视场角度的调整；
7)跳伞员同时拉紧左右两根伞绳，视景程序执行着陆场景，悬吊升降装置同时控制吊带以一定加速度下降，跳伞员触地；
8)退出***，训练结束。
本发明，集VR虚拟仿真技术，实物设备和物理操作于一体，真实模拟跳伞训练运动操纵及体感，提高跳伞员训练的效率和跳伞动作的规范性，降低训练风险。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种VR跳伞训练模拟器，其特征在于：包括支撑框架、悬吊升降装置(12)、操纵装置、风机(7)、VR眼镜(8)、图形处理装置；所述支撑框架包括顶盖(1)、上框架(2)、立柱(3)、下框架(4)，立柱(3)上下两端分别与上框架(2)和下框架(4)边缘固定连接，上框架(2)上设置安装台，顶盖(1)扣设于上框架(2)上内部形成容置腔；所述安装台上固定有横梁，横梁上安装有悬吊升降装置(12)；所述悬吊升降装置(12)底部连接有吊带(10)和安全带；所述操纵装置包括伞绳(9)和力传感器(11)，力传感器(11)固定在上框架(2)上，伞绳(9)一端与力传感器(11)连接，伞绳(9)另一端悬挂到上框架(2)下方；所述立柱(3)上设有VR眼镜固定架，VR眼镜(8)放置在VR眼镜固定架上；所述安装台上安装有图形处理装置，上框架(2)底部安装***(6)。
2.如权利要求1所述的一种VR跳伞训练模拟器，其特征在于：所述伞绳(9)和力传感器(11)为在吊带(10)两边对称设置的两套，力传感器(11)的信号传递给图形处理装置。
3.如权利要求1所述的一种VR跳伞训练模拟器，其特征在于：所述悬吊升降装置(12)包括伺服电机(18)、减速机(17)、卷筒(16)、伺服驱动器(15)，伺服电机(18)通过减速机(17)带动卷筒(16)旋转。
4.如权利要求3所述的一种VR跳伞训练模拟器，其特征在于：所述伺服驱动器(15)安装在横梁上，伺服驱动器(15)与伺服电机(18)连接。
5.如权利要求1所述的一种VR跳伞训练模拟器，其特征在于：所述卷筒(16)上固定吊带(10)的一端，吊带(10)另一端连接安全带。
6.如权利要求5所述的一种VR跳伞训练模拟器，其特征在于：所述吊带(10)和安全带悬挂到上框架(2)下方，吊带(10)分别连接跳伞员的左右肩部和腿部。
7.如权利要求1所述的一种VR跳伞训练模拟器，其特征在于：所述横梁包括间隔设置的第一横梁(13)和第二横梁(14)，悬吊升降装置(12)包括三套相同的***，第二横梁(14)上安装有一套悬吊升降装置(12)，连接腿部的吊带(10)，第一横梁(13)安装有间隔设置的两套悬吊升降装置(12)，连接左右肩部的吊带(10)。
8.如权利要求1所述的一种VR跳伞训练模拟器，其特征在于：所述VR眼镜(8)接收并显示图形处理装置生成并传输过来的视景，VR眼镜(8)与***(6)收集场景中对头部的运动信息，并将此信息传递给图形处理装置。
9.如权利要求1所述的一种VR跳伞训练模拟器，其特征在于：所述上框架(2)前端还安装有显示器(5)，显示视景状态。
10.如权利要求1所述的一种VR跳伞训练模拟器，其特征在于：所述下框架(4)前部靠近左右立柱(3)的位置分别安装有风机(7)，风机(7)与下框架(4)铰接，风机(7)上设有风量调节按钮。
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