CN111899592A - 一种基于虚拟现实的9d太空舱地震安全教育控制*** - Google Patents

一种基于虚拟现实的9d太空舱地震安全教育控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，包括动感体验座椅、电路控制装置、虚拟现实头盔和遥测设备，动感体验座椅包括基座、底座、多个液压油缸、以及液压控制装置，液压油缸包括缸体和伸缩杆；液压控制装置包括进油管路、液压泵、电磁阀及电机，电路控制装置包括控制器和报警模块，控制器用于根据虚拟现实头盔构建的三维虚拟现实地震场景，驱动电机和电磁阀动作，促使多个伸缩杆带动基座运动；并根据遥测设备选定的地震逃生策略，控制报警模块进行相应动作。本发明通过电气和液压双控制方式，提高控制精度，增大9D太空舱动感体验座椅的自由度；教学效果好，提高用户体验度和沉浸感。

Description

一种基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其公开了一种基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***。
背景技术
安全教育作为社会关注的焦点，其是一个长期、连续的过程，对于学生来说，安全教育更是重中之重。学生的安全意识是比较薄弱的，对于危险源的识别尤其欠缺，为了保证学生们健康的成长，学校进行安全教育就显得尤其重要了。地震安全教育帮助学生了解地震前的预兆，提高警惕。地震发生后如何自救及互救。了解地震的成因及地震发生时的应急措施，让学生了解自然灾害之一地震，明白自然灾害存在的极大危险，提高地震防护知识，将伤害降到最低并掌握一些地震后自救与互救方法。然而，由于传统的灌输式教育，学生学习地震安全知识的兴趣不高，另外考虑到教育成本、技术和安全责任等原因，学校并不重视这一方面的教学。
传统的地震安全教育效果甚微，在浪费学校的教学资源的同时，学生并没有掌握到相应的安全知识。
因此，现有儿童地震安全教育中存在的上述缺陷，是一件亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，旨在解决现有儿童地震安全教育中存在的上述缺陷的技术问题。
本发明提供一种基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，包括动感体验座椅、以及设于动感体验座椅上的电路控制装置、虚拟现实头盔和遥测设备，动感体验座椅包括基座、底座、置于基座和底座之间用于支撑基座的多个液压油缸、以及与液压油缸相连接的液压控制装置，液压油缸包括缸体、以及设于缸体上的伸缩杆；伸缩杆的一端与缸体相连，伸缩杆的另一端设有与基座相连接的关节轴承；缸体与底座连接在一起；液压控制装置包括进油管路、设于进油管路上的液压泵和电磁阀、以及与液压泵相连接的电机，电磁阀通过进油管路与缸体相连接；电路控制装置包括控制器和报警模块，虚拟现实头盔，用于构建三维虚拟现实地震场景，三维虚拟现实地震场景中预置有地震逃生规则；控制器分别与虚拟现实头盔、电机、遥测设备和报警模块相连接，用于根据虚拟现实头盔构建的三维虚拟现实地震场景，驱动电机和电磁阀动作，促使多个伸缩杆带动基座运动；并根据遥测设备选定的地震逃生策略，控制报警模块进行相应动作。
进一步地，液压控制装置还包括液压油箱、减压阀、电磁换向阀和回油管路，液压泵的一端连接液压油箱，液压泵的另一端通过进油管路与减压阀的一端相连接，减压阀的另一端连接电磁阀，电磁阀与液压油缸的无杆腔相连接，进油管路与电磁换向阀的压力油口相连接；电磁换向阀的第一工作油口与液压油缸与液压油缸的有杆腔相连接，电磁换向阀的第二工作油口与液压油缸的无杆腔相连接，电磁换向阀的回油口通过回油管路与液压油箱相连接，减压阀的回油口与回油管路相接通。
进一步地，进油管路上设有高压过滤器。
进一步地，液压控制装置还包括溢流阀，溢流阀连接于进油管路和回油管路之间。
进一步地，液压控制装置还包括单向阀，单向阀连接于进油管路和回油管路之间，溢流阀设于高压过滤器和单向阀之间。
进一步地，回油管路上设有回油过滤器。
进一步地，回油管路上还设有散热器，散热器位于回油过滤器和液压油箱之间。
进一步地，液压泵与液压油箱之间设有进油球阀。
进一步地，电路控制装置还包括反馈模块、模数转换模块、数模转换模块和电机驱动模块，
反馈模块设于电机处，用于检测电机的位移量；
模数转换模块与反馈模块相连，用于将反馈模块检测到的位移量对应的模拟电压转换成数字量；
控制器与模数转换模块相连，用于将模数转换模块转换的数字量按控制规律处理；
数模转换模块与控制器相连，用于把控制器按控制规律处理的结果转换成模拟控制量；
电机驱动模块与数模转换模块相连，用于根据数模转换模块转换的模拟控制量来驱动电机。
进一步地，反馈模块包括位移传感器和变送器，
位移传感器设于电机处，用于检测电机的位移量；
变送器分别与位移传感器和模数转换模块相连接，用于将反馈模块检测到的位移量转换成对应的模拟电压后发送给模数转换模块。
本发明所取得的有益效果为：
本发明提供一种基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，采用动感体验座椅、电路控制装置、虚拟现实头盔和遥测设备，，动感体验座椅上设有基座、底座、液压油缸和液压控制装置，液压控制装置上设有进油管路、液压泵、电磁阀和电机，电路控制装置上设有控制器和报警模块，控制器分别控制虚拟现实头盔、电机、电磁阀和报警模块动作，根据虚拟现实头盔构建的三维虚拟现实地震场景，通过电机带动液压泵动作以泵入液压油，通过电磁阀的开启来带动液压油缸动作，促使多个伸缩杆带动基座做多个自由度的运动；并根据遥测设备在三维虚拟现实地震场景中选定的地震逃生策略，控制报警模块进行相应报警动作，以实时提醒用户。本发明提供的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，通过电气和液压双控制方式，提高控制精度，增大9D太空舱动感体验座椅的自由度；教学效果好，提高用户体验度和沉浸感。
附图说明
图1为本发明提供的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***一实施例的连接示意图；
图2为图1中提及的液压控制装置一实施例的结构示意图；
图3为图1中所示的电路控制装置一实施例的功能框图；
图4为图3中所示的反馈模块一实施例的功能框图；
图5为图1中所示的电路控制装置一实施例的电路原理示意图。
附图标号说明：
10、动感体验座椅；20、电路控制装置；30、虚拟现实头盔；40、遥测设备；21、控制器；22、报警模块；11、液压控制装置；12、液压油缸；111、进油管路；112、液压泵；113、电机；114、电磁阀；115、液压油箱；116、减压阀；117、电磁换向阀；118、回油管路；119、高压过滤器；1191、溢流阀；1192、单向阀；1193、回油过滤器；1194、散热器；1195、进油球阀；121、无杆腔；122、有杆腔；23、反馈模块；24、模数转换模块；25、数模转换模块；26、电机驱动模块；27、电源模块；28、显示模块；231、位移传感器；232、变送器。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
如图1所示，本发明一实施例提出一种基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，包括动感体验座椅10、以及设于动感体验座椅10上的电路控制装置20、虚拟现实头盔30和遥测设备40，动感体验座椅10包括基座、底座、置于基座和底座之间用于支撑基座的多个液压油缸12、以及与液压油缸12相连接的液压控制装置11，液压油缸12包括缸体、以及设于缸体上的伸缩杆；伸缩杆的一端与缸体相连，伸缩杆的另一端设有与基座相连接的关节轴承；缸体与底座连接在一起；液压控制装置11包括进油管路111、设于进油管路111上的液压泵112和电磁阀114、以及与液压泵112相连接的电机113，电磁阀114通过进油管路111与缸体相连接；电路控制装置20包括控制器21和报警模块22，虚拟现实头盔30，用于构建三维虚拟现实地震场景，三维虚拟现实地震场景中预置有地震逃生规则；控制器21分别与虚拟现实头盔30、电机113、遥测设备40和报警模块22相连接，用于根据虚拟现实头盔30构建的三维虚拟现实地震场景，驱动电机113和电磁阀114动作，促使多个伸缩杆带动基座运动；并根据遥测设备40选定的地震逃生策略，控制报警模块22进行相应动作。若控制器21识别到遥测设备40按照预设数据库中的地震逃生规则操作，则判断体验者遵守预设的地震逃生规则；若控制器21识别到遥测设备40未按照数据库中预设的地震逃生规则操作，则判断体验者没有遵守预设的地震逃生规则，则控制报警模块22进行声光报警。例如在数据库中预设的地震逃生规则为“蹲桌腿、护头部、不跳楼和正确使用逃生工具”。控制器21若识别到在地震来临时，体验者未在设定时间内蹲桌腿和护头部、或是未正确使用逃生工具时，则控制报警模块22进行声光报警。在本实施例中，关节轴承可以采用向心关节轴承，也可以为鱼眼关节轴承等，均在本专利的保护范围之内。
本实施例提供的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，相比于现有技术，采用动感体验座椅、电路控制装置和虚拟现实头盔，动感体验座椅上设有基座、底座、液压油缸和液压控制装置，液压控制装置上设有进油管路、液压泵、电磁阀和电机，电路控制装置分别控制虚拟现实头盔、电机和电磁阀动作，通过虚拟现实头盔构建三维虚拟现实地震场景，通过电机带动液压泵动作以泵入液压油，通过电磁阀的开启来带动液压油缸动作，从而促使多个伸缩杆带动基座做多个自由度的运动。本发明提供的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，通过电气和液压双控制方式，提高控制精度，增大9D太空舱动感体验座椅的自由度；提高用户体验度和沉浸感。
在上述结构中，参见图2，图2为图1中提及的液压控制装置一实施例的结构示意图，在本实施例中，液压控制装置11还包括液压油箱115、减压阀116、电磁换向阀117和回油管路118，液压泵112的一端连接液压油箱115，液压泵112的另一端通过进油管路111与减压阀116的一端相连接，减压阀116的另一端连接电磁阀114，电磁阀114与液压油缸12的无杆腔121相连接，进油管路111与电磁换向阀117的压力油口相连接；电磁换向阀117的第一工作油口与液压油缸12与液压油缸12的有杆腔122相连接，电磁换向阀117的第二工作油口与液压油缸12的无杆腔121相连接，电磁换向阀117的回油口通过回油管路118与液压油箱115相连接，减压阀116的回油口与回油管路118相接通。进油管路111上设有高压过滤器119。液压控制装置11还包括溢流阀1191，溢流阀1191连接于进油管路111和回油管路118之间。液压控制装置11还包括单向阀1192，单向阀1192连接于进油管路111和回油管路118之间，溢流阀1191设于高压过滤器119和单向阀1192之间。回油管路118上设有回油过滤器1193和散热器1194，散热器1194位于回油过滤器1193和液压油箱115之间。进一步地，液压泵112与液压油箱115之间设有进油球阀1195。
在本实施例中，电机113驱动液压泵112，液压泵112通过进油球阀1195连接液压油箱115，液压泵112通过进油管路111连接至减压阀116，减压阀116连接电磁阀114，电磁阀114连接至液压油缸12的无杆腔121，液压油缸12的伸缩杆用于驱动动感体验座椅10进行升降或倾斜运动；进油管路111上依次设置有高压过滤器119、溢流阀1191和单向阀1192；其中，溢流阀1191和单向阀1192与回油管路118连接；进油管路111连接电磁换向阀117的压力油口P，电磁换向阀117的第一工作油口A连接至液压油缸12的有杆腔122，电磁换向阀117的第二工作油口B连接至液压油缸12的无杆腔，电磁换向阀117的回油口T通过回油管路118连接至液压油箱115；减压阀116具有反向溢流功能，减压阀116的回油口T1连接回油管路118，回油管路118上还设置有回油过滤器1193和散热器1194；液压油在经过液压油缸12时需要做功，在此期间液压控制装置内各个摩擦副的摩擦作用使得做功后的液压油温度升高，散热器1194用于对升温后的液压油进行散热降温。
当动感体验座椅10工作时，电磁阀114得电呈打开状态，电磁换向阀117关闭；液压泵112将液压油泵入进油管路111，液压油依次经过高压过滤器119、减压阀116和电磁阀114后进入液压油缸12的无杆腔121；其中，减压阀116将进油管路111中的高压液压油的压力降低至设定压力，液压油缸12内无杆腔121的液压油的设定压力用于提供动感体验座椅10上的基座的上升高度；当动感体验座椅10在升降过程中遇到强大压力时，液压油缸12的伸缩杆导致液压油缸12无杆腔121中的油压上升并超过减压阀116的设定压力，部分液压油将通过减压阀116的反向溢流功能经过减压阀116的回油口T1以及回油管路118最终返回液压油箱115，从而使得液压油缸12无杆腔121的压力重新下降至设定压力；当动感体验座椅10在升降过程中压力减小时，液压油缸12的伸缩杆自然外伸导致液压油缸12无杆腔121的压力下降而低于减压阀116的设定压力，此时进油管路111中的高压液压油自动通过减压阀116而进入液压油缸12的无杆腔121，重新将液压油缸12无杆腔121的油压提升至设定压力，恢复动感体验座椅10上的基座的上升高度。
在动感体验座椅10开始工作之前以及工作完毕之后，电磁阀114关闭，电磁换向阀117打开，体验者通过控制电磁换向阀117对液压油缸12的无杆腔121或有杆腔122泵油，实现动感体验座椅10上的基座的升降，主要是指在动感体验座椅10开始工作之前将动感体验座椅10上的基座降低至最低限位点，在动感体验座椅10工作完毕后提升动感体验座椅10上的基座远离最低限位点。
进一步地，请见图3和图4，本实施例提供的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，电路控制装置20还包括反馈模块23、模数转换模块24、数模转换模块25、电机驱动模块26、电源模块27和显示模块28，其中，反馈模块23设于电机113处，用于检测电机113的位移量；模数转换模块24与反馈模块23相连，用于将反馈模块23检测到的位移量对应的模拟电压转换成数字量；控制器21与模数转换模块24相连，用于将模数转换模块24转换的数字量按控制规律处理；数模转换模块25与控制器21相连，用于把控制器21按控制规律处理的结果转换成模拟控制量；电机驱动模块26与数模转换模块25相连，用于根据数模转换模块25转换的模拟控制量来驱动电机113。电源模块27分别与反馈模块23、模数转换模块24、控制器21、数模转换模块25、电机驱动模块26和显示模块28相连接，用于为反馈模块23、模数转换模块24、控制器21、数模转换模块25、电机驱动模块26和显示模块28供电。显示模块28与控制器21相连接，用于显示电机113运行时的位移量和转速。进一步地，反馈模块23包括位移传感器231和变送器232，其中，位移传感器231设于电机113处，用于检测电机113的位移量；变送器232分别与位移传感器231和模数转换模块24相连接，用于将反馈模块23检测到的位移量转换成对应的模拟电压后发送给模数转换模块24。
如图5所示，图5为图1中所示的电路控制装置一实施例的电路原理示意图，在本实施例中，控制器21采用MCS-51单片机，MCS-51单片机内部有时钟电路，外接12MHz的石英晶体。显示模块28可以采用LED显示模块或LCD显示模块，在本实施例中，显示模块28采用LED显示模块。模数转换模块24的作用是把位移传感器231检测到的电机113的位移量对应的模拟电压转换为数字量，采用8通道的ADC0809模数转换器。数模转换模块25的作用是把MCS-51单片机按控制规律处理的结果转换为模拟控制量，再经过驱动机构来驱动电机113，在本实施例中，数模转换模块25采用DAC0832数模转换器。电机驱动模块26的作用是为了放大电压来驱动电机113，其中，电机驱动模块26的主要目的是在于控制电机113的转速。电机驱动模块26可采用L298N、L297N等电机驱动芯片。在本实施例中，电机驱动模块26选用L298N电机驱动芯片。L298N电机驱动芯片的第二引脚和第三引脚为全桥式驱动器的两个输出端，分别与电机113的正负极相连接。
本实施例提供的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，相比于现有技术，电路控制装置采用反馈模块、模数转换模块、控制器、数模转换模块和电机驱动模块，通过反馈模块检测电机的位移量；模数转换模块将反馈模块检测到的位移量对应的模拟电压转换成数字量；控制器将模数转换模块转换的数字量按控制规律处理；数模转换模块把控制器按控制规律处理的结果转换成模拟控制量；电机驱动模块根据数模转换模块转换的模拟控制量来驱动电机。并通过虚拟现实头盔构建三维虚拟现实地震场景，通过电机带动液压泵动作以泵入液压油，通过电磁阀的开启来带动液压油缸动作，从而促使多个伸缩杆带动基座做多个自由度的运动。本发明提供的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，通过电气和液压双控制方式，提高控制精度，增大9D太空舱动感体验座椅的自由度；提高用户体验度和沉浸感。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，其特征在于，包括动感体验座椅(10)、以及设于所述动感体验座椅(10)上的电路控制装置(20)、虚拟现实头盔(30)和遥测设备(40)，所述动感体验座椅(10)包括基座、底座、置于所述基座和所述底座之间用于支撑所述基座的多个液压油缸(12)、以及与所述液压油缸(12)相连接的液压控制装置(11)，所述液压油缸(12)包括缸体、以及设于所述缸体上的伸缩杆；所述伸缩杆的一端与所述缸体相连，所述伸缩杆的另一端设有与所述基座相连接的关节轴承；所述缸体与所述底座连接在一起；所述液压控制装置(11)包括进油管路(111)、设于所述进油管路(111)上的液压泵(112)和电磁阀(114)、以及与所述液压泵(112)相连接的电机(113)，所述电磁阀(114)通过所述进油管路(111)与所述缸体相连接；所述电路控制装置(20)包括控制器(21)和报警模块(22)，所述虚拟现实头盔(30)，用于构建三维虚拟现实地震场景，所述三维虚拟现实地震场景中预置有地震逃生规则；所述控制器(21)分别与所述虚拟现实头盔(30)、所述电机(113)、所述遥测设备(40)和所述报警模块(22)相连接，用于根据所述虚拟现实头盔(30)构建的三维虚拟现实地震场景，驱动所述电机(113)和所述电磁阀(114)动作，促使多个伸缩杆带动所述基座运动；并根据所述遥测设备(40)选定的地震逃生策略，控制所述报警模块(22)进行相应报警动作。
2.如权利要求1所述的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，其特征在于，
所述液压控制装置(11)还包括液压油箱(115)、减压阀(116)、电磁换向阀(117)和回油管路(118)，所述液压泵(112)的一端连接所述液压油箱(115)，所述液压泵(112)的另一端通过所述进油管路(111)与所述减压阀(116)的一端相连接，所述减压阀(116)的另一端连接所述电磁阀(114)，所述电磁阀(114)与所述液压油缸(12)的无杆腔(121)相连接，所述进油管路(111)与所述电磁换向阀(117)的压力油口相连接；所述电磁换向阀(117)的第一工作油口与所述液压油缸(12)与所述液压油缸(12)的有杆腔(122)相连接，所述电磁换向阀(117)的第二工作油口与所述液压油缸(12)的无杆腔(121)相连接，所述电磁换向阀(117)的回油口通过所述回油管路(118)与所述液压油箱(115)相连接，所述减压阀(116)的回油口与所述所述回油管路(118)相接通。
3.如权利要求2所述的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，其特征在于，
所述进油管路(111)上设有高压过滤器(119)。
4.如权利要求3所述的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，其特征在于，
所述液压控制装置(11)还包括溢流阀(1191)，所述溢流阀(1191)连接于所述进油管路(111)和所述回油管路(118)之间。
5.如权利要求4所述的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，其特征在于，
所述液压控制装置(11)还包括单向阀(1192)，所述单向阀(1192)连接于所述进油管路(111)和所述回油管路(118)之间，所述溢流阀(1191)设于所述高压过滤器(119)和所述单向阀(1192)之间。
6.如权利要求5所述的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，其特征在于，
所述回油管路(118)上设有回油过滤器(1193)。
7.如权利要求6所述的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，其特征在于，
所述回油管路(118)上还设有散热器(1194)，所述散热器(1194)位于所述回油过滤器(1193)和所述液压油箱(115)之间。
8.如权利要求7所述的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，其特征在于，
所述液压泵(112)与所述液压油箱(115)之间设有进油球阀(1195)。
9.如权利要求1所述的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，其特征在于，
所述电路控制装置(20)还包括反馈模块(23)、模数转换模块(24)、数模转换模块(25)和电机驱动模块(26)，
所述反馈模块(23)设于所述电机(113)处，用于检测所述电机(113)的位移量；
所述模数转换模块(24)与所述反馈模块(23)相连，用于将所述反馈模块(23)检测到的所述位移量对应的模拟电压转换成数字量；
所述控制器(21)与所述模数转换模块(24)相连，用于将所述模数转换模块(24)转换的数字量按控制规律处理；
所述数模转换模块(25)与所述控制器(21)相连，用于把所述控制器(21)按控制规律处理的结果转换成模拟控制量；
所述电机驱动模块(26)与所述数模转换模块(25)相连，用于根据所述数模转换模块(25)转换的模拟控制量来驱动所述电机(113)。
10.如权利要求9所述的基于虚拟现实的9D太空舱地震安全教育控制***，其特征在于，
所述反馈模块(23)包括位移传感器(231)和变送器(232)，
所述位移传感器(231)设于所述电机(113)处，用于检测所述电机(113)的位移量；
所述变送器(232)分别与所述位移传感器(231)和所述模数转换模块(24)相连接，用于将所述反馈模块(23)检测到的所述位移量转换成对应的模拟电压后发送给所述模数转换模块(24)。
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