• زمینه فنی اختراع: مکانیک، وسایل بازی و سرگرمی
• مشکل فنی و بیان اهداف اختراع:

در صنایع مختلف برای آموزش نیروهای جدید و همچنین ارتقا توانمندی سایر نیروها با وسایل جدید، از شبیه ساز استفاده می­شود. به طور مثال برای شبیه سازی حرکت هواپیما در هوا یا زیر دریایی در دریا، از یک اتاقک که بتواند آزادانه  (مانند جسم آزاد در فضا) حرکت کند استفاده می­شود. تجهیزات داخل اتاقک شبیه ساز نیز مشابه وسیله واقعی مثلا داخل کابین هواپیما ساخته می­شود. در شبیه ساز های موجود یا از مکانیزم استوارت استفاده شده است؛ که کابین امکان دوران کامل را نداشته و در حرکت های دورانی محدودیت دارد. و یا سه جهت آزادی دورانی صرفا در آن رعایت شده است. این نواقص باعث کاهش مطابقت شبیه سازی با شرایط واقعی می­شود.

همچنین در زمینه وسایل بازی و سرگرمی، سینماهای چند بعدی موجود از یک صندلی که بر روی مکانیزم استوارت و یا تعدادی جک پنوماتیکی نصب شده، ساخته شده است. در این حالت صندلی کاربر تعداد محدودی از درجات آزادی را محدود می­تواند داشته باشد. به طور مثال صندلی حداکثر به میزان 120 درجه حول یک یا دو محور دوران دارد و یا حرکت خطی محدود دارد. این محدودیت در حرکت ها و درجات آزادی منجر به پایین آمدن هماهنگی بین فیلم و حرکت کاربر و در نتیجه کاهش هیجان کاربر می­شود.

در اختراع حاضر برای رفع محدودیت های فوق و رسیدن به شرایط واقعی شبیه سازی و همچنین ساخت وسیله بازی با حداکثر هیجان و تلفیق فضای واقعی با مجازی، به طراحی یک کابین شبیه سازی با امکان :

• حرکت دورانی به میزان 1080 درجه (360 درجه ساعتگرد و پاد ساعتگرد بدون محدودیت حول سه محور: x,y,z و یا رول، پیچ و یاو )
• حرکت خطی (در سه راستای x,y,z )
• اعمال درجات آزادی فرعی روی صندلی کاربر
• ایجاد بعدهای حسی دیگر و افکت های محیطی برای کاربر

پرداخته ایم. در ادامه به جزئیات این اختراع اشاره شده است.

4- دانش فنی پیشین و سابقه پیشرفت های موجود:

• اختراع به شماره ثبت US 4710128 : در این اختراع کابین می­تواند حول محور های x,y,z 360 درجه دوران کند. همچنین کابین می­تواند حول یک محور فرضی با فاصله از مرکز کابین دوران کند. اتاق کنترل کابین این اختراع با فاصله از کابین قرار دارد. از نواقص این کار می­توان عدم وجود حرکت های خطی در راستای محورهای x,y,z ، عدم وجود درجات آزادی فرعی، ظرفیت محدود کابین و نبود بعدهای حسی اشاره کرد.
• شبیه سازهای حرکتی با استفاده از مکانیزم استوارت: کابین های شبیه سازی با استفاده از این مکانیزم دارای محدودیت در حرکت های دورانی هستند و امکان دوران کامل اتاقک را ندارند. این شبیه ساز ها حول سه محور اصلی به مقدار محدود، به طور مثال 120 درجه می­توانند دوران کنند. اشکال دیگر این شبیه سازها، نداشتن حرکت خطی مجزا از حرکت دورانی هستند (برای جابه جایی خطی کابین دوران هم پیدا می­کند). همچنین دارای ابعاد حسی و افکت های محیطی محدود می­باشد. ظرفیت کابین آن هم محدود می­باشد (1 تا 2 نفر)
• سینما های 4 بعدی و … : در این سینماها صندلی کاربر بر روی مکانیزمی مشابه مکانیزم استوارت نصب شده اند. حرکت صندلی این تجهیز دارای محدودیت زیادی مخصوصا در حرکت های دورانی است. این محدودیت های حرکتی، باعث کاهش هماهنگی بین فیلم و حرکت کاربر و در نتیجه نزدیک نبودن نمایش مجازی و حرکت های واقعی و کاهش هیجان می­شود.
• اختراع با عنوان سامانه شبیه ساز فرود واقعی چتر نجات برای آموزش‌های پروازی، به شماره ثبت : 82600 ، در این اختراع با استفاده از تکنولوژی تونل باد عمودی چترباز را به سمت بالا هدایت می­کند تا فرود آن شبیه سازی شود. این اختراع صرفا برای شبیه سازی چتربازی مورد استفاده قرار می­گیرد و همچنین به فضای آزاد و وسیع نیاز دارد.
• اختراع با عنوان دستگاه شبیه ساز حرکتی، به شماره ثبت : 82600 ، این اختراع برای شبیه سازی صخره نوردی بوده و مانند یک تردمیل بزرگ ایستاده طراحی شده است که کاربر میتواند از آن بالا برود. این اختراع صرفا برای بازی و تمرین صخره نوردی به کار برده می­شود.
• اختراع به شماره ثبت US 7,967,688 B2 : در این اختراع صندلی کاربر از بالا به صورت آویز به مکانیزم استوارت متصل است. همچنین شاسی مکانیزم استوارت بر روی یک ریل نصب شده که می­تواند حرکت خطی رفت و برگشتی در راستای طولی داشته باشد. در این اختراع با توجه به اینکه از مکانیزم استوارت برای اعمال درجات آزادی به صندلی کاربر، استفاده شده است، میزان حرکت صندلی در راستاهای مختلف محدود است و مانند اختراع حاضر صندلی و کاربر 360 درجه دوران نمی­توانند داشته باشند. همچنین حرکت خطی نیز فقط در راستای طولی اعمال شده ولی در اختراع حاضر در سه راستای طول، عرض و ارتفاع می­توان جابه جایی داشت.
• اختراع به شماره ثبت US 3,964,316: در این اختراع به شبیه سازی امواج دریا روی بدنه کشتی پرداخته شده است. با توجه به کاربری این اختراع درجات آزادی محدود بوده و همچنین بعدهای حسی و افکت های محیطی نیز، ناچیز است.
• اختراع به شماره ثبت 27,051 : در این اختراع نیز از مکانیزم استوارت به همراه یک محور دورانی برای کابین استفاده شده است.
• اختراع به شماره ثبت EP 0 997 175 A1 ، در این اختراع از مکانیزم بازوهای مکانیکی و رباتیک برای حرکت کابین استفاده شده است (مانند بیل مکانیکی که به جای چنگ بیل، کابین نصب شده است). در این اختراع، درجات آزادی کابین و همچنین مقدار حرکت در راستاهای مختلف، با توجه به رباتیک بودن بازوها محدود است. همچنین کابین کاربر ظرفیت محدود داشته و بعدهای حسی نیز در آن دیده نشده است.
• اختراع به شماره ثبت EP 2 718 921 B1 : در این اختراع نیز از مکانیزم استوارت برای حرکت پلت فرم شبیه سازی استفاده شده است. با این تفاوت که تعداد لینک ها به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش یافته تا درجات آزادی بیشتر ایجاد شود. همچنین از موتور الکتریکی و بال اسکرو به عنوان یک عملگر خطی استفاده نموده است. با این وجود تعداد درجات آزادی و همچنین مقدار جابه جایی در این اختراع محدود است.
• اختراع به شماره ثبت W O 2011/144228 A l : در این اختراع نیز مشابه اختراع به شماره ثبت EP 0 997 175 A1 ، از مکانیزم بازوهای مکانیکی برای حرکت کابین استفاده شده است. در این اختراع دوران حول محور z کامل انجام می­شود ولی چرخش حول دو محور دیگر محدود است. همچنین حرکت خطی کابین، فقط در راستای طولی انجام می­شود. علاوه بر این، صندلی در کابین ثابت است و مشابه اختراع حاضر درجات آزادی فرعی ندارد. بعدهای حسی و افکت های محیطی برای کاربر نیز، مشابه اختراع حاضر در اختراع مذکور (W O 2011/144228 A l) وجود ندارد.

5- ارائه راه حل همراه با شرح دقیق، کافی و یکپارچه اختراع:

در اختراع حاضر برای دوران کابین بدون محدودیت حول محور های x,y,z ، به جای استفاده از مکانیزم استوارت، از مکانیزم دورانی برای چرخش کابین حول محورهای x,y,z استفاده شده است. در این حالت کابین می­تواند حول سه محور گفته شده به میزان 360 درجه به صورت ساعتگرد و پادساعتگرد، چرخش داشته باشد. همچنین در اختراع حاضر کابین می­تواند در راستای محورهای x,y,z حرکت خطی در دو جهت رفت و برگشت، داشته باشد. علاوه بر این امکان افزودن درجات آزادی دیگر به صندلی کاربر نیز وجود دارد. افکت های محیطی و ایجاد بعد های حسی دیگر نیز برای شبیه سازی نزدیک تر به واقعیت تعبیه شده است. با استفاده از سیستم کنترل دیجیتال و برنامه کامپیوتری، حرکت ها و قابلیت های فوق ذکر می­تواند با انواع بازی، فیلم و انیمیشن هماهنگ باشد. در اختراع حاضر برای بالا بردن هیجان و نزدیک تر شدن به فضای مجازی فیلم یا بازی، از سیستم هایVR[1]  (واقعیت مجازی) و  AR[2](واقعیت افزوده) ، به عنوان صفحه نمایش استفاده شده است.

شرح دقیق، کافی و یکپارچه اختراع

در اختراع حاضر کاربران پس از ورود به کابین (با استفاده از راه پله، انواع بالا بر، آسانسور و ….)، هر فرد پس از استقرار روی صندلی خود، با راهنمایی اپراتور دستگاه ابتدا پای خود را در رکاب (12) محکم و سپس با پایین آوردن کمربند شانه ای (23) و بستن کمربند نواری (26و 27) و همچنین نصب عینک VR ، آماده استارت دستگاه می­شوند. اپراتور راهنمای دستگاه پس از اطمینان از ایمنی کاربران، درب کابین را بسته و قفل آن را فعال می­کند. اپراتور دستگاه پس از انتخاب فیلم یا بازی دستگاه را روشن می­کند. کابین با فرمانی که از سیستم کنترل دیجیتال دریافت می­کند، قادر خواهد بود در راستای محور های x,y,z حرکت خطی محدود و حول این سه محور حرکت چرخشی نامحدود داشته باشد. همچنین صندلی کاربر نیز می­تواند جداگانه حرکت و درجه آزادی داشته باشد ( حرکت صندلی داخل کابین در اختراع حاضر درجه آزادی فرعی نامبرده شده است) . همچنین داخل کابین تجهیزاتی برای ایجاد بعد های حسی و افکت های محیطی از جمله صدای سه بعدی، رطوبت، دود، باران، بو و دود و … تعبیه شده است.

اختراع حاضر از قسمت های اصلی زیر تشکیل شده است :

مجموعه مونتاژی کابین

صفحه نمایش: هدف استفاده از صفحه نمایش در اختراع حاضر، نمایش تصاویر واقعی شبیه سازی به کاربر است. به طور مثال آنچه یک خلبان در پرواز واقعی میبیند، در شبیه سازی به آن نمایش داده می­شود تا به واقعیت نزدیک تر شود. به همین ترتیب اگر کاربری و استفاده از اختراع حاضر، به عنوان  بازی یا سینما چند بعدی باشد، تصاویر مربوط به آن نمایش داده می­شود.

با وجود این که از انواع نمایشگر و صفحه نمایش می­توان در اختراع حاضر استفاده نمود ولی تمرکز این اختراع  برای صفحه نمایش بر روی سیستم هایVR  (واقعیت مجازی) و  AR (واقعیت افزوده) است. این عینک ها برای هر کاربر جداگانه نصب می­شود. عینک های VR کاملا مقابل چشم کاربر را صفحه نمایش و جداره آن می­پوشاند. به نحوی که کاربر ارتباط تصویری با محیط واقعی (داخل کابین) ندارد و شبیه سازی به واقعیت نزدیک تر می­شود. از عینک های VR برای ایجاد و تقویت یک واقعیت تخیلی برای بازی و سرگرمی مانند بازی های کامپیوتری یا فیلم های سه بعدی و یا برای تقویت مهارت و تمرین برای محیط های زندگی واقعی یا شبیه سازی مانند شبیه سازی پرواز برای خلبانان، استفاده می­شود.

واقعیت افزودهAR  به معنای اضافه کردن چیزی است که در آن گرافیک، صدا و بازخورد لمسی به جهان طبیعی ما اضافه می شود. بر خلاف واقعیت مجازی که شما در یک محیط کاملا مجازی هستید، واقعیت افزوده از محیط طبیعی شما استفاده می کند و به سادگی اطلاعات مجازی را در بالای آن قرار می دهد. تفاوت واقعیت افزوده با واقعیت مجازی (virtual reality) بسیار مشهود است. واقعیت مجازی محیطی است که توسط کامپیوتر تولید شده است تا شما با آن تعامل داشته و حتی در آن حضور داشته باشید؛ اما در واقعیت افزوده      (AR)  به جای جایگزین کردن چیزی با دنیای واقعی، عناصری را به‌ محیط پیرامون آن اضافه می‌کنیم .

همچنین در اختراع حاضر به منظور نزدیک تر سازی فضای واقعی به فضای مجازی و شبیه سازی، با توجه به نوع شبیه سازی یا بازی، وسایل مورد نیاز آن نیز در کابین نصب می­شود. به طور مثال اگر برای شبیه سازی ماشین سواری از اختراع حاضر استفاده می­شود، پدال گاز و ترمز و فرمان خودرو داخل کابین نصب می­شود.

 بعدهای حسی و افکت های محیطی: از دیگر پارامترهایی که در اختراع حاضر شبیه سازی می­شود عبارتند از:

ایجاد صدای سه بعدی با استفاده از بلندگو های نصب شده روی قسمت فوقانی صندلی و نقاط مختلف کابین

شبیه سازی بارش باران یا پاشش آب، با استفاده از حفره های خروج آب

شبیه سازی بو، دود یا غبار با استفاده از حفره های خروج  دود

شبیه سازی بخار یا رطوبت با استفاده از حفره های خروج  بخار

شبیه سازی وزش باد یا برخورد هوا با کاربر با استفاده از حفره های خروج  هوا

وزش باد روی پای کاربر برای شبیه سازی حرکت موش روی پای کاربر با استفاده از نازل خروج هوای فشرده روی پایه صندلی و امکان شبیه سازی برخورد جسم با کاربر با استفاده از ایجاد محفظه خالی در کابین و آزاد سازی یک جسم سبک (مثل کاغذ و مقوا) به سمت کاربر.

همچنین برای شبیه سازی صدا، رطوبت، دود، باران، بو و دود و … ، به جای استفاده از نازل – میتوان از یک کلاه که محل خروج این عناصر در آن تعبیه شده باشد، استفاده نمود.

چرخش کابین حول محور x

چرخش کابین حول محور z

حرکت کابین در راستای محور y

حرکت کابین در راستای محور x ،

در اختراع حاضر، پارامترهای: جهت گردش، سرعت دوران، مقدار چرخش و همچنین کنترل شتاب های افزاینده و کاهنده (برای چرخش های دارای شتاب غیر ثابت) در حرکت های چرخشی و همچنین سرعت، جهت، مقدار و شتاب حرکت در حرکت های خطی، به واسطه اجزای کنترلی و الکترونیکی و همچنین سیستم کنترل دیجیتال، تنظیم و کنترل می­شود.

در صورتی که از اختراع حاضر به عنوان سینما چند بعدی استفاده شود، حرکت کابین در جهات مختلف و به کارگیری درجات آزادی اصلی و فرعی، مطابق با فیلم یا انیمیشن در حال اجرا، انجام می­شود. به نحوی که برای هر فیلم یک برنامه کامپیوتر نوشته شده و به سیستم کنترل دیجیتال ارسال می­شود. در این حالت حرکت لحظه ای کابین مطابق با فیلم مورد نظر، با وجود هماهنگی بین سیستم کنترل دیجیتال و سایر عناصر، صورت می­پذیرد. همچنین در صورتی که از اختراع حاضر برای بازی استفاده شود، حرکت کابین توسط کاربر داخل کابین، به واسطه جویستیک، فرمان، پدال و … انجام می­شود. در این حالت بخشی از حرکت ها به صورت پیش فرض با فرمان سیستم کنترل دیجیتال انجام و بخشی دیگر با فرمان کاربر به واسطه جویستیک، انجام می­شود.

اختراع حاضر می­تواند همه درجات آزادی بیان شده را به صورت همزمان داشته باشد. همچنین می­تواند بدون هیچ درجه آزادی فرعی (حرکت صندلی داخل کابین) و فقط با 2درجه آزادی اصلی به همراه افکتهای محیطی و با رعایت سایر ادعاها (تعداد سرنشین، هماهنگی با بازی و فیلم و …. )، باشد.

7- بیان واضح و دقیق مزایای اختراع:

• در اختراع حاضر امکان حرکت کابین در سه درجه آزادی دورانی (به میزان 360 درجه به صورت ساعتگرد و پادساعتگرد) و سه درجه آزادی خطی، به صورت همزمان (مجموعا 6 درجه آزادی کامل) فراهم شده است. این قابلیت می­تواند حس واقعی حرکت یک جسم آزاد در فضا را روی کابین ایجاد کند. با این قابلیت می­توان شبیه سازی های پیچیده تر و نزدیک تر به واقعیت، همچنین بازی ها و نمایش های هیجان انگیزتر ، اجرا نمود.
• امکان ایجاد درجات آزادی فرعی تا 6 درجه آزادی روی صندلی کاربر، در کنار درجات آزادی اصلی (حرکت کابین) و یا بدون استفاده از درجات آزادی اصلی (حرکت کابین) . با این قابلیت در اختراع حاضر، برای افزایش هیجان و شبیه سازی نزدیک تر به واقعیت، از حرکت همزمان کابین و صندلی در جهت های موافق یا مخالف، می­توان استفاده نمود. همچنین در اختراع حاضر، در مواردی می­توان از حرکت صندلی به جای حرکت کابین استفاده نمود.
• با ایجاد بعدهای حسی و افکت های محیطی برای کاربر با شبیه سازی جریان باران، باد، رطوبت (بخار)، دود، بو و .. ، می­توان کاربر را با شرایط واقعی روبه رو کرد. اگر کاربر برای شبیه سازی از اختراع حاضر استفاده می­کند، با شرایط واقعی پرواز و .. آشنا می­شود. این مزیت باعث می­شود که کاربر شبیه سازی (به طورمثال خلبان یا چترباز ) قبل از پرواز واقعی، با شرایط کاری در واقعیت آشنایی بیشتری داشته باشد.
• قابلیت هماهنگی 6 درجه آزادی اصلی و فرعی و همچنین حرکت ها و بعد های دیگر با نمایش فیلم، انیمیشن، بازی و … در اختراع حاضر، باعث شده تا بتوان حرکت های کابین را با حواس بصری شرایط واقعی مطابقت داد. به طور مثال وقتی کاربر در حال تمرین چتر بازی با این اختراع ­باشد، تصاویر مربوط به آنچه یک نفر چتر باز از ابتدا تا انتهای کار خود می­بیند، به کاربر نمایش داده می­شود. این کار برای مطابقت شبیه سازی با واقعیت بسیار پر فایده خواهد بود. این مزیت اختراع حاضر، باعث میشود تا بتوان از آن به عنوان سینما چند بعدی نیز استفاده نمود. با توجه به سایر مزایای اختراع، استفاده از آن به عنوان سینما چند بعدی می­تواند یک سرگرمی بسیار مهیج و مفرح ایجاد کند.
• استفاده از تکنولوژی VR یا AR تطابق نمایش مجازی را با واقعیت بیشتر کرده و باعث می­شود خواص ادراکی، کاربر را به فضای مجازی فیلم انتقال دهد. یا به کمک تکنولوژی AR تصاویری به فضای واقعی اضافه شود که بسیار هیجان انگیز و یا کاربردی باشد.
• یکی از مزایای این اختراع تعداد سرنشین است که در اختراع حاضر از یک تا چند نفر می­تواند باشد. در صورتی که در اختراعات مشابه، ظرفیت شبیه ساز تا 2 نفر بوده است. این مزیت در استفاده از اختراع حاضر به عنوان سینما چند بعدی، یا آموزش گروهی بسیار حائز اهمیت خواهد بود.
• از دیگر مزایای این اختراع می­توان امکان کاربری آن به عنوان سینما چند بعدی (با توجه به ظرفیت کابین برای تعداد سرنشین تا 10 نفر و بیشتر) با این تعداد درجات آزادی و دوران کامل حول سه محور اصلی بدون محدودیت و همچنین استفاده از تکنولوژی VR یا AR به عنوان نمایشگر، را نام برد. همچنین افکت های محیطی باد در صورت، آب، برف، طوفان، تحریک پا (موش) ، باد پشت سر، فلاشر (رعد و برق ) و … حرکت های وسیع صندلی مطابق با فیلم، بازی، انیمیشن و … ، از دیگر مزایای اختراع حاضر است.

8- توضیح حداقل یک روش اجرایی برای به کارگیری اختراع:

برای بکارگیری اختراع حاضر پس از ساخت اقلام ساختنی مثل کابین، استراکچر ها، بدنه ها و … و همچنین خرید اقلام خریدنی مثل موتور و گیربکس و تجهیزات الکترونیکی، کنترلی و برقی، اقدام به مونتاژ این تجهیزات شده است. پس از کابل کشی، لوله کشی و برقراری ارتباط تابلو برق، یونیت هیدرولیک و پنوماتیک و … با کابین، عملکرد حرکت های کابین را تست و پس از تست آن، می­توان اقدام به ارائه برنامه کامپیوتری به سیستم کنترل دیجیتال مطابق با فیلم مورد نظر نمود. پس از آن دستگاه به عنوان یک سینما چند بعدی قابل استفاده است.

9- ذکر صریح کاربرد صنعتی اختراع:

استفاده در شهربازی ها، خانه های بازی و مراکز تفریحی و سرگرمی با عنوان وسیله بازی

استفاده در مراکز آموزشی برای شبیه سازی پرواز، حرکت زیر دریایی و …. با عنوان شبیه ساز حرکتی

Virtual Reality

 Augmented reality

VR motion simulator

6dof rotational /translational

Simulator – stewart 

Multi-dimensional Simulator cinema OR studio with effects

ثبت اختراع رایگان