一种VR全方位运动装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及虚拟现实(virtual reality，VR)技术领域，具体涉及一种实现使用者在有限空间内全方向行走，并在VR场景中模拟多种地形和触觉反馈的装置,包括致动机构和连接并放置使用者双足部的连接部。所述致动机构通过连接部分别与使用者双足连接，双足的动作带动致动机构运动，也带动致动机构的活动部件运动，可以是平面内的运动，也可以是立体空间内的运动。连接部始终与使用者足部进行同步运动并可随时由致动机构在任何位置对使用者足部施加动力或阻力。所述致动机构驱动连接部向使用者双足共同动作方向的相反方向运动，或由承载部对致动机构、连接部或使用者足部施加动力。可实现使用者在限定范围内向任意方向行走。

【技术实现步骤摘要】
一种VR全方位运动装置
本专利技术涉及虚拟现实(virtualreality，VR)
，具体涉及一种让使用者在有限空间内全方向行走，并在VR场景中模拟多种地形和触觉反馈的装置。
技术介绍
虚拟现实(VR)技术是现代社会重要的应用技术，可利用计算机图像仿真技术产生逼真的场景并反馈信息，其应用范围和普及程度日益提高。在虚拟现实系统中，让使用者在虚拟场景中全方向行走是一项必要的技术，现有技术方案包括：大传送带嵌套方向正交的若干小传送带方式、圆形凹面滑动方式、滚珠阵列方式、滚柱排列方式。现有技术方案，使用同一装置既能让使用者在限定空间内全方向自由行走，又能模拟各种地形和触觉阻力(如上下坡、上下台阶、凹凸不平的地形、泥泞地面、蹚水等)和多种使用场景(滑雪，车辆、机械、工具的踩踏阻力等)的具体模拟方式还未实现。
技术实现思路
基于上述现有技术方案的不足之处，本专利技术提出了VR全方位运动装置的技术方案。本专利技术所述VR全方位运动装置包括致动机构和可以连接并放置使用者双足部的连接部，所述连接部可以支撑使用者足部，也可以连接并支撑使用者所使用的行走辅助器械，如：拐杖、假肢，所以致动机构和连接部的数量不限制，可以为配合使用者双足而配备两套，也可以为辅助使用者行走的单拐或双拐配备三套或四套。为便于后续说明，在本说明书中，设致动机构和连接部的数量为两套，分别与使用者的双足连接。本专利技术所述致动机构通过连接部分别与使用者双足连接，双足的动作带动致动机构运动，也带动致动机构的活动部件运动，可以是平面内的运动，也可以是立体空间内的运动。使用者双足可分别带动致动机构的某些活动部件运动，比如：伸展、收缩、折叠、旋转，使连接部始终与使用者足部进行同步运动并可随时由致动机构在任何位置对使用者足部施加动力或阻力。本专利技术所述连接部包括支撑部件，可以随使用者足部的动作同步运动，并相对于和支撑部件自身的X、Y轴转动。本专利技术所述致动机构受控制系统的控制，可以通过连接部对使用者双足分别施加立体空间X、Y、Z三轴的动力，驱动使用者足部沿动力合力的方向运动。致动机构还可以对连接部施加X、Y两轴的转动力，使连接部改变倾斜角度。连接部的支撑部件，可在致动机构活动部件的垂直活动范围内任意高度对使用者足部施加支撑力，当使用者单足或双足受到连接部的支撑部件支撑时，所述致动机构驱动连接部向使用者双足共同动作方向的相反方向运动，或由承载部对致动机构、连接部或使用者足部施加动力。可实现使用者在限定范围内向任意方向行走。本专利技术所述的致动机构可以对所述连接部施加支撑力、阻力，让使用者的足部在动作方向上受到阻力，减慢运动速度或以某个角度停止于某个空间位置。比如：使用者抬起左足，带动左足连接部的支撑部件在比右足连接部的支撑部件高出20cm时，致动机构对左足连接部件施加阻力，让使用者左足停留在比右足高出20cm的位置。如上所述，本专利技术的连接部和致动机构及其部件可以进行从动运动和主动运动，从动运动：由使用者足部动作带动；主动运动：由致动机构或承载部的动力驱动。通过在适当方向和空间位置对连接部施加适当的动力或阻力，或动力、阻力结合，可实现对使用者双足在立体空间内运动的控制，从而实现在限定空间内全方向运动，并模拟各种地形(如上下坡、上下台阶、凹凸不平的地形、泥泞地面、蹚水等)和多种使用场景(滑雪，操作车辆踏板、机械、工具的踩踏阻力等)的阻力和足部触觉模拟。本专利技术依靠自身硬件和控制系统就可以实现部分不需要虚拟场景信息反馈的功能，如：散步、跑步，上下坡、上下台阶、凹凸地形、涉水、泥泞地面、雪地等场景模拟。本专利技术的硬件配合传感系统、控制系统、信号处理器(计算机、智能手机、VR一体机等)可实现虚拟场景的地形等信息反馈，模拟多种场景中的双足触觉，如：踩油门、踩刹车踏板等。本专利技术所述的致动机构、承载部可以有多种形式，本说明书将详细描述本专利技术优选实施例的具体实现方式，但并不限于本说明书中所述形式。附图说明图1：垂直驱动装置为电动推杆形式的致动机构基本构造示意图。图2：垂直驱动装置为剪式折叠形式的致动机构基本构造示意图。图3：具有垂直驱动和水平驱动功能的致动机构基本构造示意图。图4：致动机构驱动连接部模拟上台阶动作方式示意图。图5：致动机构驱动连接部模拟下台阶动作方式示意图。图6：致动机构的支撑部件改变角度动作方式示意图。图7：致动机构的活动部件与连接部铰接部件顶视图。图8：致动机构与支撑部件配合，模拟相对于使用者纵向坡度动作方式示意图。图9：致动机构与支撑部件配合，模拟相对于使用者横向坡度动作方式示意图。图10：致动机构与连接部配合，模拟使用者足部在VR场景中踩向踏板动作方式示意图。图11：致动机构与连接部配合，模拟使用者足部在VR场景中踩到踏板动作方式示意图。图12：使用者分别使用两套设备通过计算机互联网络互动示意图。图13：致动机构与辅助机构和承载部连接示意图。图14：平行四杆形辅助机构配合致动机构X轴运动示意图。图15：平行四杆形辅助机构配合致动机构运动顶视图。图16：支撑部件配合使用者足部X轴运动示意图。图17：承载部为正交传送带构造示意图。图18：正交传送带形式承载部实施例示意图。图19：凹面滑动形式承载部实施例示意图。具体实施方式本专利技术提供一种可用于VR场景交互的硬件装置，包括致动机构，致动机构通过连接部与使用者足部连接，通过传感系统将使用者双足的空间位置、速度、角度、方向等信号输入计算机等信号处理器，计算机将所述信号转换为VR场景中模拟角色的相应位置和足部动作。通过双足在VR场景中的位置等信息确定VR场景中的交互内容并反馈信号到控制系统，控制系统对致动机构和连接部进行控制，致动机构对使用者双足在不同位置施加不同方向、不同大小的动力和/或阻力，让使用者双足根据VR场景内容产生相应的触觉阻力，并感受到所模拟的多种地形。本专利技术所述的致动机构和连接部的数量不限制，为便于说明，本说明书中将致动机构及连接部的数量设置为两套，分别连接于使用者双足。以VR场景交互举例，如：使用者头戴VR显示设备，看到VR场景中有一个楼梯，使用者可以用正常的行走方式在使用本专利技术的VR全方位运动装置上原地行走，使用者感受到自己在VR场景中向楼梯前进。使用者以现实生活中踏上楼梯的动作在VR全方位运动装置中运动，同时感觉自己在虚拟场景中正在上楼梯，体验到一步一步踏在楼梯上的真实感觉。本专利技术的VR全方位运动装置，不结合VR场景，仅依靠致动机构、连接部和控制系统即可实现原地全方位运动并模拟多种地形触觉阻力，但是使用者不会拥有VR场景的沉浸感和交互感。本专利技术可使用致动机构和连接部的硬件配合传感系统、控制系统和单片机或PLC实现原地全方向行走动作和上下台阶、上下斜坡、行走凹凸不平路面等阻力和触觉模拟。传感系统检测使用者双足带动连接部动作的方向、速度、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种VR全方位运动装置，包括：连接部、致动机构、控制系统；/n所述连接部至少设置两个，两个所述连接部各自连接于使用者左、右足部；/n所述连接部与使用者足部的动作同步运动；/n所述致动机构分别连接于所述连接部，所述致动机构整体和/或部件与所述连接部的运动同步改变空间位置；/n所述致动机构对所连接的所述连接部施加多方向的动力和/或阻力；/n所述致动机构的机械结构可变形，在所述机械结构变形范围内，所述致动机构具备对所连接的所述连接部施加动力和/或阻力的功能；/n所述致动机构的部件始终保持与支撑所述致动机构的物体上表面接触；/n所述控制系统控制的对象包括：所述致动机构和所述连接部。/n

【技术特征摘要】
1.一种VR全方位运动装置，包括：连接部、致动机构、控制系统；
所述连接部至少设置两个，两个所述连接部各自连接于使用者左、右足部；
所述连接部与使用者足部的动作同步运动；
所述致动机构分别连接于所述连接部，所述致动机构整体和/或部件与所述连接部的运动同步改变空间位置；
所述致动机构对所连接的所述连接部施加多方向的动力和/或阻力；
所述致动机构的机械结构可变形，在所述机械结构变形范围内，所述致动机构具备对所连接的所述连接部施加动力和/或阻力的功能；
所述致动机构的部件始终保持与支撑所述致动机构的物体上表面接触；
所述控制系统控制的对象包括：所述致动机构和所述连接部。


2.根据权利要求1所述的VR全方位运动装置，设置有承载部，所述承载部支撑的对象包括：所述致动机构、使用者足部、所述连接部，所述致动机构和使用者足部和所述连接部能够在所述承载部上表面向任意方向运动和360度转动。


3.根据权利要求1、2所述的VR全方位运动装置，所述承载部对所述致动机构、使用者足部和/或所述连接部施加动力。


4.根据权利要求1所述的VR全方位运动装置，所述致动机构对所述连接部施加动力和/或阻力，所述动力和/或阻力的方向为：相对于支撑所述致动机构的物体上表面的垂直方向。


5.根据权利要求1所述的VR全方位运动装置，所述致动机构对所述连接部施加平面内和立体空间各方向的动力和/或阻力，对所述连接部施加多轴向的转动动力和/或转动阻力。


6.根据权利要求5所述的VR全方位运动装置，所述致动机构对所述连接部在不同方向和不同轴向同时施加动力和阻力。


7.根据权利要求1、4、5、6所述的VR全方位运动装置，所述致动机构对所述连接部施加的所述阻力可以使所述连接部相对于所述致动机构的空间位置和/或角度锁定，并能够在所述致动机构和所述连接部机械运动范围内的任意位置支撑住使用者足部。


8.根据权利要求1所述的VR全方位运动装置，所述连接部包括支撑部件和连接部件，所述支撑部件对使用者足部提供支撑，所述支撑部件形式包括：板；所述连接部件的形式包括：绑带；所述支撑部件在所连接的所述致动机构部件的机械运动范围的最低点与所述致动机构接触，或与所述承载部接触，或与放置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇洋，
申请(专利权)人：北京三角座科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11