基于实景控制的直升机模拟驾驶平台

1.本发明属于模拟飞行技术领域，特别涉及一种基于实景控制的直升机模拟驾驶平台。

背景技术：

2.随着我国航空事业的飞速发展，直升机以其独有的飞行特点和机动优势在军用机和民用机方面，有着其它机种不可替代的位置,特别是我国低空空域已经正式开放。因此，针对直升机驾驶员的日常培训和飞行训练就变得尤为迫切。另一方面，随着仿真技术的发展,模拟仿真技术的仿真硬件与模拟软件的结合，以其独有的特点已广泛应用于各个领域。直升机飞行模拟器，是应用于模拟仿真技术最成功的领域之一，它以其安全、经济、节能、高效率以及高仿真等优势，已成为直升机的研发和驾驶员训练中不可或缺的重要环节。
3.当前的直升机模拟驾驶平台通常体积较大，结构复杂，采用重型并联液压机构模拟直升机的位姿变换，功耗较大；采用多屏虚拟场景模拟驾驶时的虚拟场景，通过unity3d等动画仿真软件制作的虚拟场景与真实场景有一定的差距，无法真实还原直升机的驾驶场景。而中国专利文献cn106530892a提出了一种模拟三维场景六自由度传感器的飞行模拟器，包括一个六自由度模拟驾驶平台和运动三维场景系统、音响系统和交互界面，能构件虚拟场景和飞行模拟状态位姿。中国专利文献cn105608952a提出一种仿真飞行技术领域的基于无人机的飞行模拟系统，包括：设有仪表仿真模块、操纵模拟模块、操纵模块、视景模块和地面通信模块的地面驾驶平台及设有机载通信模块、视景采集模块、飞行数据采集模块和机载飞行控制模块的无人机，采用无人机拍摄飞行实景传输到模拟驾驶平台，场景更加真实。虽然现有技术在一定程度上可以进行飞行模拟驾驶，但是飞行真实情况还原度较低，无法从体感、视景和操作三方面还原真实飞行器驾驶体验，且采用的体感平台较为笨重，功耗较大。其目前的模拟飞行器有以下不足：(1)直升机模拟驾驶平台的动平台多采用并联液压机构，体积大、功耗大；(2)直升机模拟驾驶平台无法从体感、视景和操作三方面还原真实直升机驾驶体验，导致模拟驾驶效果不够真实。
4.因此，针对上述问题，提出一种基于实景控制的直升机模拟驾驶平台，能够最大程度还原真实直升机驾驶时的体感、视景和操作步骤变得十分必要。

技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于实景控制的直升机模拟驾驶平台，通过无人直升机可以采集直升机真实的飞行参数、姿态以及视景等信息，进而可以从体感、视景以及操作等方面最大程度上还原真实的飞行场景，进而使得模拟驾驶效果更加真实，同时模拟驾驶舱与动平台通过球铰副连接，且动平台采用单个液压柱驱动以及四个钢丝绳拉动可以实现模拟驾驶舱的六自由度运动，具有结构简单、体积小、功耗低等优点。
6.本发明采用的技术方案是一种基于实景控制的直升机模拟驾驶平台，其包括模拟驾驶舱、动平台、旋转转台、无人直升机、钢丝绳、绞盘电机和理绳器，所述模拟驾驶舱与所
述动平台通过球铰副连接，所述模拟驾驶舱内部设有直升机模拟驾驶所需的舱内组件，且所述无人直升机在飞行时能向所述模拟驾驶舱中实时传输飞行位姿以及视景信息，所述模拟驾驶舱外侧设有舱外组件，且所述舱外组件包括舱体、舱门、门闩和拉环，所述舱体呈球形结构状，且所述舱体的底部设有舱底重坠，所述舱体的正上方设有舱顶收发天线，且所述舱体的正下方设有球铰凹槽，所述舱门设于所述舱体的一侧，且所述舱门的底部与所述舱体转动连接，所述门闩设于所述舱门的两侧，所述拉环均布环绕设于所述舱体的腰部，且所述相邻两个拉环之间间隔为90
°
布置；所述动平台设于所述旋转转台上，且所述动平台包括基体平台、纵向液压柱、球铰凸球、定滑轮架和滑轮体，所述基体平台的中间位置设有所述纵向液压柱，且所述纵向液压柱中伸出杆的上端设有所述球铰凸球，所述舱体的底部设于所述纵向液压柱的球形凹槽中，且所述球铰凸球设于所述球铰凹槽中，所述基体平台的边沿处均布环绕设有所述定滑轮架，所述定滑轮架与所述拉环对应布置，且所述定滑轮架上设有所述滑轮体；所述绞盘电机和理绳器均设于所述旋转转台上，且所述绞盘电机的输出轴通过联轴器与所述理绳器的转轴连接，所述钢丝绳的第一端与所述拉环连接，且所述钢丝绳的第二端穿过所述滑轮体与所述理绳器中的卷簧连接，通过所述绞盘电机转动能带动所述模拟驾驶舱实现自身姿态的改变。
7.进一步地，所述理绳器包括滚筒、转动轴和卷簧，所述滚筒通过轴承设于所述转动轴上，且所述滚筒内侧设有容纳腔，且所述容纳腔上设有卷簧出口，所述卷簧设于所述容纳腔中，且所述卷簧的第一端与所述容纳腔的内侧壁连接，所述簧的第二端穿过所述卷簧出口与所述钢丝绳的第二端连接。
8.优选地，所述无人直升机包括机体、机顶收发天线、正景摄像头和俯景摄像头，所述机体的正上方设有所述机顶收发天线，且所述机体前窗上设有所述正景摄像头，所述俯景摄像头设于所述机体底窗上。
9.本发明的特点和有益效果是：
10.1、本发明提供的一种基于实景控制的直升机模拟驾驶平台，通过无人直升机可以采集直升机真实的飞行参数、姿态以及视景等信息，并无线传输给模拟驾驶舱，而模拟驾驶舱在动平台的辅助下可以进一步的根据无人直升机传入的位姿信息复现对应位姿以及真实飞行视景，可以最大程度还原真实的飞行场景，同时飞行员可以在模拟驾驶舱实时控制无人直升机完成对应的位姿的调整，完成实时闭环控制。
11.2、本发明提供的一种基于实景控制的直升机模拟驾驶平台，模拟驾驶舱与动平台通过球铰副连接，且动平台采用单个液压柱驱动以及四个钢丝绳拉动可以实现模拟驾驶舱的六自由度运动，具有结构简单、体积小、功耗低等优点。
附图说明
12.图1是本发明基于实景控制的直升机模拟驾驶平台的整体结构示意图；
13.图2是本发明模拟驾驶舱的舱外组件示意图；
14.图3是本发明模拟驾驶舱的舱外组件侧视图；
15.图4是本发明模拟驾驶舱的舱内组件示意图；
16.图5是本发明动平台的结构示意图；
17.图6是本发明动平台的主视图；
18.图7是本发明滚筒的结构示意图；
19.图8是本发明滚筒的半剖视图；
20.图9是本发明卷簧的结构示意图；
21.图10是本发明无人直升机的结构示意图。
22.主要附图标记：
23.模拟驾驶舱1；舱外组件11；舱体111；舱门112；门闩113；舱顶收发天线114；拉环115；舱底重坠116；球铰凹槽117；舱内组件12；座椅121；操纵杆122；脚踏控制杆123；控制台124；正景显示器125；俯景显示器126；支撑架127；动平台2；基体平台21；纵向液压柱22；球铰凸球23；定滑轮架24；旋转转台25；无人直升机3；机体31；机顶收发天线32；正景摄像头33；俯景摄像头34；钢丝绳4；绞盘电机5；理绳器6；滚筒61；容纳腔611；卷簧出口612；卷簧62。
具体实施方式
24.为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。
25.本发明提供一种基于实景控制的直升机模拟驾驶平台，如图1所示，其包括模拟驾驶舱1、动平台2、旋转转台25、无人直升机3、钢丝绳4、绞盘电机5和理绳器6，模拟驾驶舱1与动平台2通过球铰副连接，模拟驾驶舱1内部设有直升机模拟驾驶所需的舱内组件12，且无人直升机3在飞行时能向模拟驾驶舱1中实时传输飞行位姿以及视景信息，使模拟驾驶舱1同步复现真实的飞行位姿和视景，同时模拟驾驶舱1内人员的操作控制信息也会实时传输到无人直升机3上，无人直升机3根据该操控信息进行对应的飞行动作响应，动平台2设于旋转转台25上，绞盘电机5和理绳器6均设于旋转转台25上，且绞盘电机5的输出轴通过联轴器与理绳器6的转轴连接，钢丝绳4的第一端与拉环115连接，且钢丝绳4的第二端穿过滑轮体与理绳器6中的卷簧62连接，通过绞盘电机5转动以及纵向液压柱22的移动能带动模拟驾驶舱1实现六个方向的运动和复合运动，进而完成俯仰、横滚和偏航姿态的改变。
26.在一种优选方式中，旋转转台25上设有启动开关及插口供连接电源，旋转转台25可实现顺时针及逆时针360度旋转，可以控制旋转的角度、速度，从而带动整个动平台2以及模拟驾驶舱1进行相应的旋转，进而模拟仿真直升机3原地180度旋转等操作。
27.如图2和图3所示，模拟驾驶舱1外侧设有舱外组件11，且舱外组件包括舱体111、舱门112、门闩113和拉环115，舱体111呈球形结构状，为整个模拟驾驶舱1的主体外壳，包裹整个舱内组件12形成密闭空间，且舱体111的底部设有舱底重坠116，舱底重坠116能够降低模拟驾驶舱1的重心，效仿不倒翁原理，使得模拟驾驶舱1更加稳定，舱体111的正上方设有舱顶收发天线114，可以与无人直升机3无线通讯，且舱体111的正下方设有球铰凹槽117，用于配合动平台2的球铰凸球23，进而与动平台2实现球铰副配合连接，舱门112设于舱体111的一侧，且舱门112的底部与舱体111转动连接，门闩113为常规电子门锁构造，且门闩113设于舱门112的两侧，用于紧闭固定舱门112和打开舱门112，拉环115均布环绕设于舱体111的腰部，且相邻两个拉环115之间间隔为90
°
布置，用于连接钢丝绳4。
28.如图4所示，舱内组件12包括座椅121、操纵杆122、脚踏控制杆123、控制台124、正景显示器125和俯景显示器126，座椅121设于舱体111内，且座椅121包括安全带和座椅调节
机构等，用于驾驶员坐入，座椅121前方设有正景显示器125、俯景显示器126以及控制台124，且控制台124的上方以及下方分别设有正景显示器125和俯景显示器126，其中控制台124包括仪表盘和控制按钮，用于显示直升机各项参数状态和按钮控制，正景显示器125设置在驾驶员正前方，对应真实直升机驾驶舱的前窗位置，用于播放无人直升机3的正景摄像头33拍摄的真实画面，俯景显示器126设置在驾驶员正前下方，对应真实直升机驾驶舱的底窗位置，用于播放无人直升机3的俯景摄像头34拍摄的真实画面，且支撑架127用于加固支撑舱体111，座椅121的侧前方设有操纵杆122，操纵杆122用于驾驶员在手部范围内控制直升机，且座椅121前方设有脚踏控制杆123，脚踏控制杆123用于驾驶员在脚部范围控制直升机。
29.如图5和图6所示，动平台包括基体平台21、纵向液压柱22、球铰凸球23、定滑轮架24和滑轮体，基底平台21为动平台2的机架，用于承载其他零部件和模拟驾驶舱1，且基体平台21的中间位置设有纵向液压柱22，纵向液压柱22可以纵向伸缩，且纵向液压柱22中伸出杆的上端设有球铰凸球23，舱体111的底部设于纵向液压柱22的球形凹槽中，且球铰凸球23设于球铰凹槽117中形成球铰副连接，纵向液压柱22的伸缩能带动模拟驾驶舱1进行上下方向的运动，可以复现上下颠簸的体感，基体平台21的边沿处均布环绕设有定滑轮架24，定滑轮架24与拉环115对应布置，且定滑轮架24上设有滑轮体，用于钢丝绳4的导向。
30.如图7～图9所示，理绳器6包括滚筒61、转动轴和卷簧62，滚筒61通过轴承设于转动轴上，且滚筒61内侧设有容纳腔611，且容纳腔611上设有卷簧出口612，卷簧62设于容纳腔611中，且卷簧62的第一端与容纳腔611的内侧壁连接，卷簧62的第二端穿过卷簧出口612与钢丝绳4的第二端连接。
31.如图10所示，无人直升机3包括机体31、机顶收发天线32、正景摄像头33和俯景摄像头34，机体31内包括无人直升机3所必须的电源模块和控制模块，机体31的正上方设有机顶收发天线32，机顶收发天线32可以向模拟驾驶舱1无线发送无人直升机3的飞行参数、位姿信息和视景信息，并接收模拟驾驶舱1传来的操作控制信息，并根据该控制信息由机体31内的控制模块改变无人直升机3的各项飞行参数和位姿，且机体31前窗上设有正景摄像头33，能够采集真实直升机前窗位置的视景，俯景摄像头34设于机体31底窗上能够采集真实直升机底窗位置的视景。
32.本发明的具体操作步骤如下：
33.本发明提供一种基于实景控制的直升机模拟驾驶平台，如图1～图10示，在具体使用过程中，通过驱动绞盘电机5的转动进而拉动模拟驾驶舱1在该方向上倾倒，当四个方向的拉环115在钢丝绳4的拉力下，根据力的合成与分解，该四个正交方向的拉力可以合成内任意方向的合力，因此模拟驾驶舱1可以在四个拉环115的受力下完成俯仰、横滚和偏航姿态的改变，同时纵向液压柱22的伸缩能带动模拟驾驶舱1进行上下方向的运动，可以复现上下颠簸的体感，进而可以实现模拟驾驶舱的六自由度运动。此外无人直升机3在飞行时能向模拟驾驶舱1中实时传输飞行位姿以及视景信息，而模拟驾驶舱可以进一步的根据无人直升机传入的位姿信息复现对应位姿以及真实飞行视景，可以最大程度还原真实的飞行场景，同时飞行员可以在模拟驾驶舱实时控制无人直升机完成对应的位姿的调整，完成实时闭环控制。
34.以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围
进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：

1.一种基于实景控制的直升机模拟驾驶平台，其特征在于，其包括模拟驾驶舱、动平台、旋转转台、无人直升机、钢丝绳、绞盘电机和理绳器，所述模拟驾驶舱与所述动平台通过球铰副连接，所述模拟驾驶舱内部设有直升机模拟驾驶所需的舱内组件，且所述无人直升机在飞行时能向所述模拟驾驶舱中实时传输飞行位姿以及视景信息，所述模拟驾驶舱外侧设有舱外组件，且所述舱外组件包括舱体、舱门、门闩和拉环，所述舱体呈球形结构状，且所述舱体的底部设有舱底重坠，所述舱体的正上方设有舱顶收发天线，且所述舱体的正下方设有球铰凹槽，所述舱门设于所述舱体的一侧，且所述舱门的底部与所述舱体转动连接，所述门闩设于所述舱门的两侧，所述拉环均布环绕设于所述舱体的腰部，且所述相邻两个拉环之间间隔为90
°
布置；所述动平台设于所述旋转转台上，且所述动平台包括基体平台、纵向液压柱、球铰凸球、定滑轮架和滑轮体，所述基体平台的中间位置设有所述纵向液压柱，且所述纵向液压柱中伸出杆的上端设有所述球铰凸球，所述舱体的底部设于所述纵向液压柱的球形凹槽中，且所述球铰凸球设于所述球铰凹槽中，所述基体平台的边沿处均布环绕设有所述定滑轮架，所述定滑轮架与所述拉环对应布置，且所述定滑轮架上设有所述滑轮体；所述绞盘电机和理绳器均设于所述旋转转台上，且所述绞盘电机的输出轴通过联轴器与所述理绳器的转轴连接，所述钢丝绳的第一端与所述拉环连接，且所述钢丝绳的第二端穿过所述滑轮体与所述理绳器中的卷簧连接，通过所述绞盘电机转动能带动所述模拟驾驶舱实现自身姿态的改变。2.根据权利要求1所述的基于实景控制的直升机模拟驾驶平台，其特征在于，所述理绳器包括滚筒、转动轴和卷簧，所述滚筒通过轴承设于所述转动轴上，且所述滚筒内侧设有容纳腔，且所述容纳腔上设有卷簧出口，所述卷簧设于所述容纳腔中，且所述卷簧的第一端与所述容纳腔的内侧壁连接，所述簧的第二端穿过所述卷簧出口与所述钢丝绳的第二端连接。3.根据权利要求1所述的基于实景控制的直升机模拟驾驶平台，其特征在于，所述无人直升机包括机体、机顶收发天线、正景摄像头和俯景摄像头，所述机体的正上方设有所述机顶收发天线，且所述机体前窗上设有所述正景摄像头，所述俯景摄像头设于所述机体底窗上。

技术总结

本发明涉及一种基于实景控制的直升机模拟驾驶平台，其包括模拟驾驶舱、动平台、旋转转台、无人直升机、钢丝绳、绞盘电机和理绳器，模拟驾驶舱与动平台通过球铰副连接，且无人直升机在飞行时能向模拟驾驶舱中实时传输飞行位姿以及视景信息，动平台设于旋转转台上，且绞盘电机的输出轴与理绳器的转轴连接，钢丝绳的第一端与拉环连接，且钢丝绳的第二端穿过滑轮体与理绳器中的卷簧连接。本发明通过无人直升机可以采集直升机真实的飞行信息，进而可以从体感、视景以及操作等方面再现真实的飞行场景，使得模拟驾驶效果更加真实，同时驱动纵向液压柱以及钢丝绳运动可以实现模拟驾驶舱的六自由度运动，具有体积小、功耗低的优点。功耗低的优点。功耗低的优点。