一种空间穿梭系统的制作方法

1.本发明涉及元宇宙虚拟现实技术领域，尤其涉及一种空间穿梭系统。


背景技术：

2.随着元宇宙地爆发，人们认为元宇宙是一个平行于现实世界又独立于现实世界的虚拟环境，是人类世界映射出来的在线虚拟世界。随着人们地现实生活逐渐向虚拟世界迁移，人类也会慢慢成为能够在现实世界和在线虚拟世界中生活的物种。
3.在未来，现在的交通工具都会改变，有可能出现的交通工具就是空间穿梭机。首先，所谓空间穿梭机-shuttle，意为空间2点瞬间往返的运输工具，类似蜂窝手机网络，在地球上的任何一点只要有空间穿梭机基站和网络，就可以瞬间穿梭到一个静止不动的固定点，还可以按目标人的控制任意移动和全球联网，逛街、逛景区或理解为上班一天在单位内的动作或游玩故宫一天都可以，从而实现穿梭空间后的随心所欲移动、沟通、动作等。传统的方式是通过数据获取装置对目标地进行存储后通过vr设备进行模拟，然而目的地的环境是实时改变的，很难实时的对目的地的环境同步于访客移动进行复刻还原，缺少了真实性和实时性的体验。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种空间穿梭系统，用以解决现有技术中不能实时复刻目的地环境的问题。
5.为解决上述问题，本发明提供了一种空间穿梭系统，该系统包括：
6.穿梭机，所述穿梭机上设置有控制器、同步复刻云台相机和传感器组件，所述同步复刻云台相机和所述传感器组件均与所述控制器电性连接，所述同步复刻云台相机用于采集所述穿梭机所处环境的三维图像数据，所述传感器组件用于采集所述穿梭机所处环境的温度数据、湿度数据和光亮度数据；
7.数据同步模拟装置，所述数据同步模拟装置包括中央处理器和显示设备，所述控制器与所述中央处理器通过通信设备网络进行数据交互连接，所述显示设备包括显示屏和陀螺仪；所述陀螺仪采用于集访客的头的姿态，同时同步复刻所述同步复刻云台相机的姿态；
8.其中，所述穿梭机能够对目的地的三维图像数据、音频数据、温度数据、湿度数据和光亮度数据进行采集，并且将所采集的全部数据传送到所述中央处理器上，所述显示设备根据所述中央处理器所接收的数据进行同步显示反馈。
9.在一种可能的实施方式中，优选的，所述穿梭机上还设置有拾音器、喇叭和访客显示屏，所述拾音器、所述喇叭和所述访客显示屏均与所述控制器电性连接，所述拾音器、所述喇叭和所述访客显示屏用于进行视频和语音数据交互；
10.所述数据同步模拟装置还包括ar眼镜或者vr眼镜或者mr眼镜，所述ar眼镜或者所述vr眼镜或者所述mr眼镜与所述中央处理器电性连接。
11.在一种可能的实施方式中，优选的，所述传感器组件包括温度传感器、湿度传感器、色温传感器、压力传感器、味觉传感器和嗅觉传感器，所述传感器组件还用于获取所述穿梭机所处环境的物理数据和化学数据。
12.在一种可能的实施方式中，优选的，所述穿梭机还包括动作复刻装置，所述动作复刻装置与所述控制器电性连接；所述数据同步模拟装置还包括动作输入输出装置，所述动作输入输出装置与所述中央处理器电性连接；
13.其中，所述动作输入输出装置用于采集访客的动作数据后传送到所述动作复刻装置上，所述动作复刻装置用于实时复刻出访客的动作，同时所述动作输入输出装置用于根据所述穿梭机采集的动作数据进行反馈。
14.在一种可能的实施方式中，优选的，所述数据同步模拟装置还包括数字手套和数字遥控器，所述数字手套和所述数字遥控器均与所述中央处理器电性连接，所述数字手套和所述数字遥控均用于复刻访客端的动态到所述动作复刻装置上。
15.在一种可能的实施方式中，优选的，所述数据同步模拟装置还包括多通道信号转化组件，所述多通道信号转化组件用于将所述穿梭机采集的数据转化成作用于人体的反馈。
16.在一种可能的实施方式中，优选的，所述穿梭机上设置有三防机构，所述三防机构为防风雨雪机构、防破坏误动隔离机构和防盗抢安全罩机构。
17.在一种可能的实施方式中，优选的，所述空间穿梭系统还包括通信服务器，所述通信服务器用于所述穿梭机与所述数据同步模拟装置的数据互通。
18.在一种可能的实施方式中，优选的，所述通信服务器包括数据库、交换机和服务器，所述数据库和所述交换机均与所述服务器电性连接，所述数据库用于对所述空间穿梭系统产生的数据进行存储，所述交换机用于进行所述穿梭机和所述数据同步模拟装置之间的数据互通。
19.在一种可能的实施方式中，优选的，所述空间穿梭系统还包括多个基站中心，所述基站中心上均设置有垂直激光发射器和横向激光发射器，其中一个所述基座中心发射的横向激光与另一个所述基座中心的垂直激光相交，所述穿梭机能够根据激光的线路进行穿梭运动。
20.本发明的有益效果是：本发明提出一种空间穿梭系统，该系统包括穿梭机和数据同步模拟装置，其中在穿梭机上设置有控制器、同步复刻云台相机和传感器组件，控制器是穿梭机的控制单元，同步复刻云台相机用于采集穿梭机所处环境的三维图像数据，传感器组件用于采集穿梭机所处环境的温度数据、湿度数据和光亮度数据等，并且控制器将所采集的数据通过通信设备网络传送到数据同步模拟装置上，数据同步模拟装置包括中央处理器和显示设备，中央处理器为数据同步模拟装置的控制中心，中央处理器与控制器之间通过通信设备网络进行数据互通，显示设备包括显示屏和陀螺仪，该系统能够将穿梭机穿梭到目的地后对目的地的数据进行采集，进一步的将采集到的数据传送到数据同步模拟装置上进行显示反馈，进而能够使得访客达到穿梭的全息立体体验效果，使得访客对目的地的信息感受更加的真实和自然，并对访客移动时的动态进行同步复刻反馈。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
22.图1示出了空间穿梭系统的整体框架结构示意图。
23.主要元件符号说明：
24.100-穿梭机；110-控制器；120-同步复刻云台相机；130-传感器组件；140-动作复刻装置；200-数据同步模拟装置；210-中央处理器；220-显示设备；230-动作输入输出装置；240-数字手套；250-数字遥控器；260-多通道信号转化组件；300-通信服务器；310-数据库；320-交换机；330-服务器。
具体实施方式
25.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
30.请参阅图1，本发明提供一种空间穿梭系统(以下简称穿梭系统)，该穿梭系统包括穿梭机100和数据同步模拟装置200，穿梭机100与数据同步模拟装置200之间通过通信设备网络进行数据互通。
31.穿梭机100上设置有控制器110、同步复刻云台相机120和传感器组件130，同步复
刻云台相机120和传感器组件130均与控制器110电性连接，穿梭机100可以为无人机、无人运动体或者为运动机器人，也可以静止的平台等。
32.其中，控制器110为穿梭机100的控制单元，同步复刻云台相机120也可以是多自由度视频采集技术的多相机阵列，或三维激光扫描技术的激光扫描器和相机的混合，用于采集穿梭机100所处环境的三维图像数据，传感器组件130用于采集穿梭机100所处环境的温度数据、湿度数据和光亮度数据等。
33.数据同步模拟装置200包括中央处理器210和显示设备220，显示设备220与中央处理器210电性连接，其中显示设备220包括显示屏和陀螺仪等组件，陀螺仪用于采集访客的头的姿态，并将该姿态同步复刻穿梭机100上的同步复刻云台相机的姿态，显示设备220用于根据中央处理器210接收的数据向访客进行显示和反馈。
34.可以理解的是，穿梭机100根据访客的指令进行穿梭运动，穿梭机100上的同步复刻云台相机120对目的地的三维图像数据进行采集，同时传感器组件130对目的地的温度数据、湿度数据和光亮度数据等进行采集，并且控制器110将采集的数据通过通信设备网络传送到数据同步模拟装置200的中央处理器210上，进一步的中央处理器210向显示设备220发出数据显示和反馈指令，进一步的访客能够在数据同步模拟装置200端体验到穿梭机100端的环境动态，进而让访客体验穿梭到目的地的全息立体效果，访客对目的地的信息感受更加的真实和自然，并对访客的移动动态进行同步复刻反馈。
35.在上述方案中，对目的地还可以采用三维激光扫描技术结合同步复刻云台相机120共同对目的地的三维图像数据进行采集，三维激光扫描技术具有高精度、高速度、高分辨率、非接触式以及优良的兼容性等优势，甚至称之为测绘领域继gps技术之后的一次具有影响力的技术革命。与传统测量技术进行对比，包括全站仪、近景摄影测量以及航空摄影测量等，具体而言具有以下特点：
36.(1)非接触式。
37.非接触式测量是指不接触被测物体的前提下进行精准测量。其测量精度可以达到μm。非接触式测量仪利用ccd采集变焦镜下样品的影像,再配合xyz轴移动平台及自动变焦镜，运用影像分析原理，通过计算机处理影像信号，对科研生产零件进行精密的几何数据的测量，并可进行cpk数值的分析。
38.(2)数字化程度较高、可扩展性。
39.三维激光扫描技术所获取的数据均为数字信号数据，具有较高的数字程度，处理起来较为简便，可以便利的用于数据的分析、输出以及显示，后处理软件人机友好的用户界面，可以和其它软件及时进行数据共享，能够和外接数码摄像机、gps等设备相互配合使用，从而拓宽了各自的应用范围，因此三维激光扫描技术具有较好的可扩展性。
40.(3)高分辨率。
41.三维激光扫描技术分辨率高，能够方便快捷地采集高质量、高密度的数据，这是高分辨率数据的基础。结合专业的三维软件还可以实现纹理色彩的添加和修改。和现实效果媲美，完全不同于3d游戏的马赛克。
42.在上述方案的基础上，对目的地的三维图像数据的采集还可以采用多角度或者多自由度视频采集技术，或者自由角度视点采集技术，当然这些技术均属于成熟的现有技术。
43.请继续参阅图1，在上述方案的基础上，优选的，穿梭机100上还设置有拾音器、喇
叭和访客显示屏等组件，拾音器、喇叭和访客显示屏均与控制器110电性连接，其中拾音器、喇叭和访客显示屏均用于跟目的地中的物体(包括人和物)进行视频和语音交互，如访客显示屏同步显示访客的头像图片或实时头像视频。
44.同时，在数据同步模拟装置200上设置有ar眼镜或者vr眼镜或者mr眼镜，ar眼镜能够根据目的地的环境数据进行模拟复刻。ar眼镜或者vr眼镜或者mr眼镜可以代替数据同步模拟装置中的显示设备的功能。
45.可以理解的是，当穿梭机100穿梭到目的地后，进一步的访客通过穿梭机100能够与目的地中的人物进行视频和语音交互，能够使访客对目的地环境的体验和感受更加的真实。
46.例如，当穿梭机100为机器人时，机器人可以虚拟成访客本人，在访客带上ar眼镜后，通过机器人即可实现跟目的地环境里的人物进行数据互通的效果。
47.请继续参阅图1，在上述方案的基础上，为了保证穿梭机100采集数据的模拟全面真实感和准确性，在穿梭机100上设置的传感器组件130包括温度传感器、湿度传感器、色温传感器、压力传感器、味觉传感器和嗅觉传感器等。其中，温度传感器用于采集目的地环境的温度值，湿度传感器用于采集目的地环境的湿度值，色温传感器用于采集目的地环境的光强和光亮度，压力传感器用于采集目的地环境的压力值，味觉传感器和嗅觉传感器用于采集目的地环境中的物理和化学成分值。
48.需要解释的是，上述各部分传感器均属于成熟的现有技术，当然传感器的应用并不属于本发明的改进方向，其也随着技术的发展而不断丰富和逼近真实。
49.在本发明的技术方案中，访客的输入输出全部通过装置数字化，进一步的施加到访客的全部物理量也由被访处通过网络传递数据，由数据变成施加量而作用到访客上。
50.反之被访人或物的全部物理量也由访客的输入输出全部通过装置数字化，而施加到访客处。
51.穿梭机100转载了被访人或物的全部物理量或化学量变数字量的装置，也由访客的输入输出全部通过装置数字化变为机械能或化学的装置。
52.除了上述传感器的感知外，在数据同步模拟装置200的一端还设置有力反馈设备，这样才能全方位的映射真实世界。因此本方案虚拟的环境不仅仅是一个静态的世界，它还可以对使用者的输入做出响应，还可以对模拟环境内的物体操作、环境内物体的动态也反作用于人。
53.力反馈技术(触觉反馈技术)是一种新型的人机交互技术，它允许访客借助力反馈设备触碰、操纵计算机生成的虚拟环境中的物体，并感知物体的运动和相应的力反馈信息，实现人机力觉的交互。
54.触觉反馈可以分为接触反馈和力反馈两种模态，接触反馈传送接触表面的几何结构，虚拟对象的表面硬度等。虽然传统的鼠标、键盘、触摸屏等交互手段可以满足访客与环境中物体交互的需求，但是缺乏力觉交互信息的反馈，力反馈技术结合其他的虚拟现实技术，使访客在交互过程中不仅能够通过视觉、听觉通道获取信息，还能够通过触觉通道感受模拟现实世界力觉交互的“触感”。因此，力反馈技术的引入，使得访客发交互体验更加自然、真实。
55.在上述方案的基础上，穿梭机100还包括动作复刻装置140，动作复刻装置140与控
制器110电性连接，动作复刻装置140用于对访客的动作进行复刻。
56.数据同步模拟装置200还包括动作输入输出装置230，动作输入输出装置230与中央处理器210电性连接，动作输入输出装置230用于同步复刻出穿梭机100的动作。
57.可以理解的是，穿梭机100(这里可以把穿梭机100看成机器人)上的动作复刻装置140与动作输入输出装置230之间进行同步复刻动作，即访客在动作输入输出装置230上进行动作后，进一步的将动作信息数据传送到动作复刻装置140上进行复刻，同时穿梭机100一端的动作数据也传送回数据同步模拟装置200的动作输入输出装置230上进行反馈，进而能够实现访客与穿梭机100之间的动作同步，使得访客在对目的地环境的体验和动作反馈更加逼近访客在目的地真实和自然。
58.需要解释的是，动作复刻装置140与动作输入输出装置230的机械结构为具体的实现过程，当然根据现有的机器人控制技术也能够实现，同时动作复刻装置140与动作输入输出装置230如何根据人体动作做出同步复刻动作为成熟的现有技术，同时也不是本发明的改进方向。
59.在上述方案的基础上，数据同步模拟装置200还包括数字手套240和数字遥控器250，数字手套240和数字遥控器250均与中央处理器210电性连接，数字手套240和数字遥控器250用于复刻出穿梭机100的实时动态与实时动作，也可以是运动控制。
60.需要解释的是，数字手套240是虚拟现实应用的主要交互设备，它作为一只虚拟的手或控件用于3dvr场景的模拟交互，可进行物体抓取、移动、装配、操纵、控制，可用于多种3d vr或视景仿真软件环境中。当然数字手套240也是成熟的现有技术。
61.数字遥控器250用于向数据同步模拟装置200输入遥控信号，其中遥控信号包括场景模式切换、灯光强度调节、视频模拟控制等信号。
62.请继续参阅图1，数据同步模拟装置200还包括多通道信号转化组件260，多通道信号转化组件260与中央处理器210电性连接，多通道信号转动组件260用于将穿梭机100所处环境的数据进行转化，进而能够使访客感受到穿梭机100所处环境的真实性。
63.可以理解的是，多通道信号转化组件260包括味觉信号转化装置、嗅觉信号转化装置、重力转化装置、声音转化装置等，当然这些装置均属于成熟的现有技术，但是应用于本发明技术中能得到良好的效果，能够有效的复刻出穿梭机100所处环境的数据，进而能够让访客在数据同步模拟装置200上即可感受到穿梭机100所处的环境动态，极大的提高了访客的体验感。
64.在上述方案的基础上，优选的，在穿梭机100上设置有三防机构，三防机构是指防风雪等机构、防破坏误动隔离机构和防盗抢安全罩机构等。
65.可以理解的是，防风雪等机构可以采用在穿梭机100外或把穿梭机置于一个容器，设置有隔热层或保暖装置、挡风雨的方式；防破坏误动隔离机构可采用语音警报的方式或者遇到危险进行撤离或用装置隔离的方式；防盗抢安全罩机构可以采用位置跟踪技术或者远距离遥控技术或固定的安全罩保护等。
66.在上述方案中，优选的，穿梭机100和数据同步模拟装置200采用通信设备网络进行数据交互，通信设备网络包括通信服务器300。
67.具体的，通信服务器300包括括数据库310、交换机320和服务器330，数据库310和交换机320均与服务器330电性连接，数据库310用于对穿梭机100与数据同步模拟装置200
之间传送的数据进行存储，交换机320用于穿梭机100与数据同步模拟装置200之间的数据通信连接，进而可以实现数据采集、到编辑、到输入输出反馈的连续低延迟流转，随着网络速度提升，从采集到反馈整个过程控制在毫秒级别，如延时过大，会出现2个访客之间互动的延迟而影响体验的真实感。
68.可以理解的是，在本发明技术方案中，穿梭机100与数据同步模拟装置200之间通过通信服务器300进行数据互通，在穿梭机100上设置数据采集元件和动作复刻装置140，同时在数据同步模拟装置200上设有环境复刻装置、动作输入输出装置230和多通道信号转化组件260等。
69.穿梭机100可以是飞行器、机器人等，能够实现访客在数据同步模拟装置200上即可感受到穿梭机100所处环境的各种动态，进而模拟出访客穿梭到目的地的体验感，极大的提升了访客对目的地感受的真实性，并访客移动中同步复刻反馈。
70.在本发明技术方案中，穿梭系统还包括多个基站中心，基站中心上均设置有垂直激光发射器和横向激光发射器，其中一个基座中心发射的横向激光与另一个基座中心的垂直激光相交，穿梭机100能够根据激光的线路进行精度毫米级的访客驾驶地索道式可控穿梭，从而避免撞到目的地的人或物。
71.可以理解的是，多个基站中心发出的激光射线能够构成一个穿梭网，进而能够使穿梭机100在穿梭网中进行传送。
72.在上述方案的基础上，可以在穿梭机100上设置有激光传感器和驱动机构，驱动机构包括驱动电机、螺旋桨等，激光传感器用于感应基站中心由激光构成的穿梭网，穿梭网不限室内室外，穿梭机100进一步的根据穿梭网内的激光线路进行飞行穿梭动作。
73.为了更好的理解本技术方案，将列举以下示例：
74.这里穿梭机100假设成无人飞行器，中心基站上的垂直激光发射器发射激光c，横向激光发射器发射激光b，另一个中心基站的垂直激光发射器发射激光d，横向激光发射器发射激光e，激光c和激光d相交，同时激光b与激光e相交，在多个中心基站的作用下，构建成用于无人飞行器进行穿梭飞行的穿梭网。
75.为了让穿梭机100到达访客想去的目的地，优选的在穿梭网的一个中心基站内先设置有1台穿梭机100，同时在穿梭机100上设置三防机构(防风雨雪、防破环误动、防盗抢)的安全空间及能源、通信及支撑服务的穿梭机100的机库或机场；在机库边设置有垂直激光发射器发射激光c，并且还设置有横向激光发射器发射激光b。
76.同时在目的地的位置上设置有垂直激光发射器和横向激光发射器，并且事先把激光b的一部分光线数据存储到数据库310中，进一步的可通过控制主机开启或者关闭激光发射器，进而实现无人飞行器的穿梭飞行。
77.这里穿梭机100假设成机器人，在机器人上设置有动作复刻装置140，机器人经过穿梭飞行到被访人的位置与被访人进行互动。访客通过vr眼镜对被访人的环境动态进行虚拟，进一步的通过数字手套、数字遥控设备等对各关节四肢的数据进行采集到机器人身上，进一步的机器人复刻出和访客完全同步的动作，进而能够实现访客的远程劳动、给病人进行手术等动作。
78.优选的，该穿梭网可逐步扩大到宇宙中有人的地方每数公里建立一个中心基站，并全部组网。一个中心基站至少有一台及以上穿梭机。访客通过数据同步模拟器(类似手机
一样的智能终端)网络选择全球任一中心基站，并数秒激活置于该中心基站的三防机构内的穿梭机。访客驱使穿梭机从三防机构内飞出，沿事前规划好的穿梭网移动，从而达到像手机一样，可以在任何时间、有基站的2个相隔遥远的宇宙地点瞬间穿梭或活动。结束后，访客可退出系统，系统自动驱使该穿梭机运动到三防机构内休整和待命。
79.需要解释的是，穿梭机100可大到轮船，也可小到蜜蜂大小。
80.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
81.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。