[发明专利]基于CAVE的沉浸式摩托艇驾驶仿真系统

权利要求书

1.一种基于CAVE的沉浸式摩托艇驾驶仿真系统，由控制系统、运动系统和场景系统构成；其特征是：控制系统包括控制主机、控制单片机系统、3D音响系统、海风生成系统和海面/地面生成系统，开关、按钮、油门、转向、仪表、震动电机均与控制单片机相连接，控制单片机系统与控制主机互连，控制主机控制海风生成系统、3D音响系统、海面/地面生成系统；运动系统包括运动控制机、摆动平台、升降平台、摩托艇支架、摩托艇外壳，运动控制机与控制主机连接，运动控制机控制摆动平台、升降平台，摆动平台和升降平台与摩托艇支架相连，摩托艇外壳与摩托艇支架相连；场景系统包括PC计算机集群和与每台PC计算机相连的投影仪，PC计算机集群与控制主机相连；所述的控制系统的控制单片机系统是51系列单片机，开关、按钮与控制单片机的P0口连接，油门、转向线性输入通过A/D转换与控制单片机的P1口连接，仪表模拟信号输出器件通过D/A转换与控制单片机的P2口连接，震动电机与控制单片机的P2口连接，控制单片机系统通过串口与控制主机连接；海风生成系统包括海风控制机、风力发生器、配风器、温湿味控制器，海风控制机为一套51系列单片机系统，与控制主机通过并口连接，风力发生器、配风器、温湿味控制器通过驱动电路连接到海风控制机的51系列单片机相应的管脚上，海风控制机接收控制主机发送的摩托艇速度、气象、温度、环境信号，将指令送到海风控制机的51系列单片机相应的管脚，驱动设备进行工作，风力发生器接收到控制信号后，产生一定流量的风，送到配风器，配风器对送来的风进行风力、风向和湍流调制，然后送入温湿味控制器进行温度、湿度和气味的调制，完成后直接送入CAVE封闭环境模拟海风；3D音响系统包括一组音响，音响通过音频线与控制主机的声卡连接。

2.根据权利要求1所述的基于CAVE的沉浸式摩托艇驾驶仿真系统，其特征是：运动系统包括运动控制机、摆动平台、升降平台、摩托艇支架、摩托艇外壳，运动控制机与控制主机通过扩展串口连接，摆动平台包括俯仰控制系统、摇摆控制系统，升降平台包括升降控制系统，俯仰控制系统包括Y轴向弧形导轨、俯仰双向液压臂、液压电机、行程开关、俯仰控制器，弧形导轨在升降控制系统的升降架上进行X方向滑动，支架通过导轨进行Y方向滑动，弧形导轨与液压臂成垂直连接，通过液压臂的伸缩，导轨带动支架进行X方向俯仰，摇摆控制系统结构与俯仰控制系统相同，带动支架沿Y轴做摇摆运动，升降控制系统包括升降架、垂直导轨、垂直液压臂、升降控制器、液压泵，液压臂底座连接在底座上，另一端与升降架连接，与导轨配合实现升降架的Z方向升降，升降控制器、俯仰控制器、摇摆控制器与单片机连接，接收单片机发出的伸缩信号，输出端与液压泵连接，把伸缩信号变为油泵的控制信号，驱动液压臂达到要求的运动位置，控制主机通过接收驾驶员的操作信号，运算出摩托艇的速度、加速度、姿态、振动信息，把摩托艇的姿态、位置信号发给运动控制机，运动控制机将控制信号解算成油缸控制信号，然后通过相应的控制器驱动油缸。

3.根据权利要求2所述的基于CAVE的沉浸式摩托艇驾驶仿真系统，其特征是：场景系统为沉浸式CAVE系统，包括10台PC计算机、10台偏振光投影仪、五块投影幕、偏振光立体眼镜，五块投影幕组成下表面留空的立方体，海面/地面由海面/地面生成系统填补，PC计算机组成并行运算计算机集群，通过网络与控制主机连接，投影仪与PC机数字输出端口连接，每两台PC机负责一块投影幕的立体显示，这两台PC机首先从控制主机获取不同的视点位置，然后绘制各视点的场景，通过偏振光投影仪投影到屏幕上。

4.根据权利要求3所述的基于CAVE的沉浸式摩托艇驾驶仿真系统，其特征是：所述的海面/地面生成系统是模拟海面，包括海面控制机、海控单片机系统、固定水池、海浪生成器、艇尾水花生成器，水池固定在底座上，池内充满海水，水池成“回”字形，摩托艇中央有一环形孔，摩托艇支架通过水池中央的孔安装在球形轴承上，环形孔与水池的孔配合在一起，把水与摩托艇支架隔开，同时保持摩托艇支架能进行摇摆运动，球形轴承外壁固定在升降架上，限制支架的平移和Z方向转动，只允许进行X方向和Y方向的转动，海面控制机与海控单片机系统通过串口连接，海浪生成器、艇尾水花生成器通过驱动电路与海控单片机系统连接。

5.根据权利要求3所述的基于CAVE的沉浸式摩托艇驾驶仿真系统，其特征是：所述的海面/地面生成系统是模拟地面，包括地面控制机、地控单片机系统、水池、弹性幕布、推拉杆、步进电机、投影机，地面控制机与地控单片机系统通过串口连接，步进电机通过驱动器与地控单片机系统连接，弹性幕布与推拉杆上端固定，投影机与地面控制机连接，水池内不填充水，池底安装网格步进拉杆机械装置，装置上端布置一块弹性投影幕，同时布置一台投影机，通过步进电机构建池底网格点的坐标高程，推动弹性投影幕形成摩托艇周围的地形，配合投影机的纹理投影，构造一块仿真地形。