一种跳伞模拟训练设备以及跳伞模拟训练方法技术

本发明专利技术公开了一种跳伞模拟训练设备，主要包括吊架系统、操纵系统、动感系统、视景系统、软件系统、音响系统、指挥控制系统、评价系统。本发明专利技术的吊架与背带系统中，跳伞员跳出机舱后，通过操纵带控制飞行方向，操纵传感器将操纵信息传入计算机，运算后驱动运动系统，提供仿真动感。于此同时，计算机输出视景图像给头戴式显示器，提供沉浸式虚拟环境。教员通过教员台设置系统初始条件并对各学员进行监控。本发明专利技术还提供了利用上述训练设备的模拟训练方法。采用本发明专利技术可以保证跳伞人员的训练安全，大大缩短训练周期，并减少跳伞训练成本，可产生重大的军事效益、经济效益和社会效益。

A kind of parachute simulation training equipment and parachute simulation training method

The invention discloses a parachute simulation training device, which mainly comprises a hanger system, a control system, a dynamic system, a visual system, a software system, a sound system, a command control system, and an evaluation system. In the hangers and suspenders system of the invention, a skydiving member jumps out of the engine room and controls the direction of flight through the control belt. The sensor operates the sensor into the computer, and then drives the motion system to provide the simulation movement. At the same time, the computer outputs the visual image to the head - wearable display, providing an immersive virtual environment. The teacher sets the initial conditions of the system through the teacher's desk and monitors the students. The invention also provides an analog training method using the training equipment. The invention can ensure the safety of parachute training, shorten the training period, and reduce the cost of parachute training, which can bring significant military, economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种跳伞模拟训练设备以及跳伞模拟训练方法
本专利技术属于虚拟现实
，具体涉及一种跳伞模拟训练设备以及跳伞模拟训练方法。
技术介绍
跳伞是危险性较高的活动，如出现特殊情况，或没有遵循正确程序，跳伞人员受伤或死亡事故时有发生。组织实装跳伞训练时，后勤保障困难、耗费时间多、成本投入大。还要受到场地和气象条件的限制。为提高训练效率，减少危险与事故，国内外伞兵培训都在加强地面训练。国外先进国家已在90年代就进行人在回路的模拟跳伞训练。跳伞模拟训练设备可以让受训者在虚拟现实中进行训练，能够完全模拟真实跳伞当中的所有流程，可保证跳伞人员的训练安全，大大缩短训练周期，并减少跳伞训练成本。我国的跳伞地面训练主要是跳台、伞塔训练，还有跳台滑道训练，训练手段和国外先进国家相比还有一定差距。但是，国外的模拟训练设备结构复杂、价格过于昂贵，并且操训过程复杂繁琐。因此，研制先进实用并且造价低廉的人在回路的跳伞模拟训练系统、以及开发相应的跳伞模拟训练方法已势在必行。
技术实现思路
本专利技术的目的正是为了填补现有跳伞模拟训练方面存在的不足，提供了一种跳伞模拟训练设备以及相应的训练方法，满足了结构简单、价格低廉、操作方便等需求。本专利技术提供了一种跳伞模拟训练方法设备，主要包括吊架系统、操纵系统、动感系统、视景系统、软件系统、音响系统、指挥控制系统、评价系统；吊架系统连接支撑操纵系统和动感系统，是跳伞模拟训练系统的整体支撑结构，承受跳伞者瞬间自由落体加速度冲击过载；操纵系统包括操纵负荷、操纵传感器、背带系统及操纵带，由连接结构安装在吊架系统的顶部；动感系统包括电机、驱动装置和框架结构，由计算机实时控制电机输出的速度和加速度；视景系统包括3D图像适配器、头盔显示器；软件系统、指挥控制系统、评价系统等的功能分别由计算机、计算机接口、教员台共同完成；计算机包括主计算机和图形计算机；主计算机主要完成降落伞动力学模型、运动模型、教控台控制、训练评分和信号采集；图形计算机主要完成视景图像的实时生成。进一步地，吊架系统由主体框架和模拟机舱跳板组成。进一步地，主体框架顶部留有安装操纵系统和运动系统的接口，前部留有监控显示器的安装接口。作为优选手段，背带系统包括固定跳伞受训人员的两根主和四条悬挂带，在四条悬挂带顶部加装弹簧阻尼及探测器，提供带阻尼的晃动感并探测跳伞员对背带的直接操纵动作。作为进一步地优选手段，电机数量是对应于背带系统上连接的每一根吊带。作为优选手段，采用闭环步进电机，并选用适当减速比的减速器进行配套。作为优选手段，头盔显示器安装有高精度的3自由度头位跟踪器。本专利技术还提供了一种跳伞模拟训练方法，具体操作按如下顺序实施：受训人员悬挂在刚性支架上，排队出舱后释放主伞把手，仿真主伞的释放，直接打开降落伞；受训人员抬头检查开伞状况、观察左右邻、判断风向、寻找着陆场，后使用操纵环对伞进行操控，控制降落过程准确着陆；其中，降落伞信息反馈进入视景显示系统，并由动感系统提供开伞加速度以及落地加速度；受训人员拉动背带或改变重心，通过力位移传感器将信号传输进计算机；左右操纵环连接操纵负荷中的传感器，测量跳伞员操纵方向与受力情况并将信号传向主计算机和视景计算机；主计算机根据降落伞的物理模型与动力学模型和环境参数实时计算，将计算结果送给动感系统的驱动装置，驱动吊带电机转动，使受训人员实时感觉到当时的速度、加速度；头位传感器追踪受训人员头部运动，将头位信息输入视景计算机以相应产生当前视景图像；视景计算机则配合头位信息实时给出视景的三维地景信息，通过3D显卡输出给头戴式显示器呈现给受训人员；受训人员的操纵动作及效果通过计算机评价系统给出评分。进一步地，视景计算机同时输出第三眼位至教员台，教员可控制飞行情况及参数。进一步地，教员台提供驾驶杆、鼠标、键盘、触摸屏作为控制方式；教员可用相应设备改变显示场景、设置初始条件，驾驶杆可用于改变视角。进一步地，教员通过教控台可设置特殊情况，使受训者进行特殊情况处置训练。进一步地，教员台可从第三眼位观察受训者的全过程。此外，由若干前述的跳伞模拟训练设备，将主体框架连接即构成一套跳伞模拟训练系统。本专利技术的吊架与背带系统中，跳伞员跳出机舱后，通过操纵带控制飞行方向，操纵传感器将操纵信息传入计算机，运算后驱动运动系统，提供仿真动感。于此同时，计算机输出视景图像给头戴式显示器，提供沉浸式虚拟环境。教员通过教员台设置系统初始条件并对各学员进行监控。采用本专利技术可以保证跳伞人员的训练安全，大大缩短训练周期，并减少跳伞训练成本，可产生重大的军事效益、经济效益和社会效益。附图说明图1是本专利技术的跳伞模拟训练设备组成框图；图2是一种跳伞模拟训练系统的组成示意框图；图3是本专利技术的跳伞模拟训练方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述：本专利技术的一种跳伞模拟训练方法，基于如下一种跳伞模拟训练设备，如附图1所示，该设备主要由吊架系统、操纵系统、动感系统、视景系统、软件系统、音响系统、指挥控制系统、评价系统等组成。吊架系统由主体框架和模拟机舱跳板组成，模拟机舱跳板满足受训人员可以原地踏步跳下。吊架系统是跳伞模拟训练系统的整体支撑结构，承受跳伞者瞬间自由落体加速度冲击过载，连接支撑操纵系统和动感系统。该系统具有足够的强度和刚性，且便于移动分解和安装。主体框架可单独使用，也可根据训练组织情况拼接为一组使用。进一步地，主体框架可采用加重铝型材，在顶部留有安装操纵系统和运动系统的接口，前部留有监控显示器的安装接口。操纵系统包括操纵负荷、操纵传感器、背带系统及操纵带，由连接结构安装在吊架系统的顶部。操纵传感器连接有操纵带，操纵带末端设有操纵环。参训人员根据视景场景拉动操纵带控制和调整降落伞飞行，操纵负荷根据操纵量和操纵速率产生相应的力的感觉。作为优选方案，背带系统包括固定跳伞受训人员的两根主和四条悬挂带，在四条悬挂带顶部加装弹簧阻尼及探测器，提供带阻尼的晃动感并探测跳伞员对背带的直接操纵动作。动感系统由电机、驱动装置和框架结构等组成，由计算机实时控制电机输出的速度和加速度。最佳的电机数量是对应于背带系统上连接的每一根吊带。计算机控制各电机的旋转状况，模拟出降落伞上下、左右倾斜、前后倾斜、颠簸等运动状态。可选用的电机驱动方式有四种：直流伺服、交流伺服、开环步进电机、闭环步进电机。闭环步进系统集伺服和开环步进的优点于一身，克服了开环步进系统丢步、功耗大、加减速动态性能差、高速运行不稳定的缺点，也克服了伺服系统参数整定复杂、静止时抖动、系统成本高的缺点。因此优选闭环步进电机驱动，并选用适当减速比(如5)的减速器进行配套。视景系统包括3D图像适配器、头盔显示器等，为参训人员提供仿真跳伞训练场景。头盔显示器安装有高精度的3自由度头位跟踪器。头戴式显示器使用头位追踪技术可显示全方位的视景图像，包括向上观察降落伞，向下观察降落场地，观察左右邻等。软件系统、指挥控制系统、评价系统等的功能分别由计算机、计算机接口、教员台共同完成。计算机包括主计算机和图形计算机。主计算机主要完成降落伞动力学模型、运动模型、教控台控制、训练评分和信号采集。图形计算机主要完成视景图像的实时生成。软件系统主要根据操纵信息按降落伞的动力学模型实时计算出运动系统、视景系统、指挥控制系统所需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种跳伞模拟训练设备，其特征在于：主要包括吊架系统、操纵系统、动感系统、视景系统、软件系统、音响系统、指挥控制系统、评价系统；所述吊架系统连接支撑操纵系统和动感系统，是跳伞模拟训练系统的整体支撑结构，承受跳伞者瞬间自由落体加速度冲击过载；所述操纵系统包括操纵负荷、操纵传感器、背带系统及操纵带，由连接结构安装在吊架系统的顶部；所述动感系统包括电机、驱动装置和框架结构，由计算机实时控制电机输出的速度和加速度；所述视景系统包括3D图像适配器、头盔显示器；所述软件系统、指挥控制系统、评价系统的功能分别由计算机、计算机接口、教员台共同完成；所述计算机包括主计算机和图形计算机；主计算机主要完成降落伞动力学模型、运动模型、教控台控制、训练评分和信号采集；图形计算机主要完成视景图像的实时生成。

【技术特征摘要】
1.一种跳伞模拟训练设备，其特征在于：主要包括吊架系统、操纵系统、动感系统、视景系统、软件系统、音响系统、指挥控制系统、评价系统；所述吊架系统连接支撑操纵系统和动感系统，是跳伞模拟训练系统的整体支撑结构，承受跳伞者瞬间自由落体加速度冲击过载；所述操纵系统包括操纵负荷、操纵传感器、背带系统及操纵带，由连接结构安装在吊架系统的顶部；所述动感系统包括电机、驱动装置和框架结构，由计算机实时控制电机输出的速度和加速度；所述视景系统包括3D图像适配器、头盔显示器；所述软件系统、指挥控制系统、评价系统的功能分别由计算机、计算机接口、教员台共同完成；所述计算机包括主计算机和图形计算机；主计算机主要完成降落伞动力学模型、运动模型、教控台控制、训练评分和信号采集；图形计算机主要完成视景图像的实时生成。2.根据权利要求1所述的一种跳伞模拟训练设备，其特征在于：吊架系统由主体框架和模拟机舱跳板组成。3.根据权利要求2所述的一种跳伞模拟训练设备，其特征在于：主体框架顶部留有安装操纵系统和运动系统的接口，前部留有监控显示器的安装接口。4.根据权利要求1所述的一种跳伞模拟训练设备，其特征在于：背带系统包括固定受训人员的两根主背带和四条悬挂带，在四条悬挂带顶部加装弹簧阻尼及探测器，提供带阻尼的晃动感并探测受训人员对主背带的直接操纵动作。5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种跳伞模拟训练设备，其特征在于：采用闭环步进电机，并选用减速器进行配套。6.根据权利要求1至4中任一项所述的一种跳伞模拟训练设备，其特征在于：头盔显示器安装有高精...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙大勇，马斌，周可，
申请(专利权)人：北京航宇荣康科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11