提供一种可变零重力模拟系统。通过由浮力机构(101)基本上沉浸在流体环境中且使用诸如外骨骼(102)的机器人移位设备来帮助用户运动/重力补偿和/或减轻或改变由浮力机构(101)的重量和形状引起的在使用对象躯干和四肢上的负载，实现可变零重力状况，从而用户可以体验所模拟可变重力环境的效果，例如零重力，在该情况下，用户可以在无重力环境中不费力地运动。当与VR相关技术结合时，这可以产生用于地球外场景的生动沉浸式模拟，且可以广泛地用于娱乐、游戏、训练、治疗等。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可变低重力/零重力模拟系统，通过基本上沉浸在流体环境中(“浮力机构”)和使用助力机构/机器人移位设备(例如机械外骨骼)，实现可变低重力/零重力状況，以帮助用户的运动/重力补偿和/或减轻或改变所述“浮力机构”的重量和形状引起的在使用对象躯干和四肢上的负载，从而用户可以体验所模拟(可变)重力环境的效果， 例如零重力，在该情况下，用户可以在无重力环境中不费カ地运动。当与VR相关技术结合时，这可以产生用于地球外场景的生动沉浸式(immersive)模拟，且可以广泛地用于娱乐、游戏、训练、治疗等。
技术介绍
常规地，在地球上进行时间上超过几秒钟的零重力或低重力模拟是困难和昂贵的。美国宇航局(NASA)使用不同模拟方法--包括使用飞机飞行抛物线路径，或使用水下的加压太空服。尽管这些方法可以有效地训练宇航员，但是它们都有一定的局限性用户通常需要特殊的训练，以确保安全。因此，这些方法对于诸如娱乐领域的大众使用来讲仍然是昂贵的。中性(平衡)浮力的水下训练也是已知技术，其由于能提供在地球上进行微重力环境训练而被使用。这样的训练系统与水下实验室一起用于训练宇航员。这些年来，由于在传感器，计算机和电机/执行机构设备的技术进步，助力机构/机器人移位设备(例如，外骨骼(exoskeleton，或负重机器人))越来越普遍。正如专利申请TO2005099398、专利申请W02008094191和专利CN101357097所显示的，还存在使用/控制助力机构/机器人移位设备(例如外骨骼)来辅助用户运动和/或重力补偿。
技术实现思路
美国宇航署(NASA)使用中性浮力训练进行宇航员的EVA(舱外活动)(又称太空行走)训练，这被证明是模拟低重力状况的现实和有效途径。然而，这需要把用户浸入水箱中，并使他/她穿的太空服加压。这需要特殊的训练和采取安全措施，以防止用户的潜水/溺水相关的风险。虽然在静态情况下用户的重量是由浮力补偿，但是当用户移动时流体的粘滞将造成阻力/摩擦，这使得感受与太空中不同--在太空中的真空环境中没有阻力。把用户浸入在大水箱中在提供逼真的视觉环境(这一点对于如娱乐和可视化模拟的目的来说很重要)这方面也引起ー些挑战，因为水对可见光谱的吸收是猛烈的和不均衡的，因此在经过一定距离透过水看时难以提供白平衡的图像。通过在“浮力机构/环境”(可能是类似服装形状的环境)中用流体/混合物层环绕用户身体(而不是在用户的眼睛前)，本专利技术可以解决上述困难。正如在中性浮力训练中一祥，用户能够服在服装环境内“浮动”，但简化了过程并且消除了溺水的危险，因为用户的头部不被浸入水下。此外更多用户在许多虚拟现实/模拟/训练和游戏的情况下不需要透过水获得视觉信号，因此视觉显示(例如用于视频信号的模型和/或屏幕)可以远离用户放置，以帮助用户产生正确的空间距离感，这比在水下环境中运作更简单。然而，服装本身的重量仍需要得到支撑。如果用户需要支撑服装的重量，例如当他站立或试图移动手臂或腿部时，会因为浮力机构(可以是服装形状)的重量而感到沉重。助カ机构/机器人移位设备，例如但不仅限于外骨骼，可以用于补偿执行任务所需的重力(以及其他可能的力/惯性等)，可以用来解决这个问题。这些设备通常可以“模仿”用户姿势变化/肢体动作，以及/或者“放大”用户的力量，在一些情况下“可穿戴”。因此，可以很方便地与上述“浮力机构”(可以是服装形状)相整合，组合系统可以依然有可能装配在更大的服装内。图I显示了ー个例子。一些“可穿戴”外骨骼的形状接近人形状/体型(figure)，它不会很难放进更大的“服装”(或与人体型具有相似性的生物或物种的体型)内部，使整 个系统看起来像ー个真正的太空服(或体型)。对于其他情况下，虚拟现实或混合现实技术可以提供帮助，在本说明书稍后讨论。在本专利技术的第一个实施例中，ー种用于可变重力体验和产生沉浸式VR感受的装置，包括“浮力机构”，所述浮力机构利用流体或流体混合物来支撑使用对象的身体重量，所述“浮力机构”具有柔性内表面/层，所述内表面/层对于所使用的流体/流体混合物是相对不可滲透的，且基本上覆盖或“包裏”使用对象的整个身体区域，所述浮力机构还具有至少ー个外表面层，以保持或“容纳”用来“浮起”内层里面的使用对象的流体或流体混合物，外层的形状能够是但不仅限于服装形状或部分类似服装形状，两个表面/层之间存在多个舱室以容纳流体/混合物，内层的主要区域应能为使用对象提供流体压カ；用于使用对象的“助力机构”或“机器人移位设备”(例如但不仅限于外骨骼)，其与浮力机构相整合/联接，以在使用对象占据“浮力机构”时帮助使用对象的运动/活动和/或减轻或改变所述“浮力机构”的重量和形状引起的在使用对象躯干和四肢上的负载，这可以是以下形式例如但并不限于，重力补偿，不同的重力效果模拟等。在相关的实施例中，“浮力机构”可以具有多个部分，各个部分可以任选地独立地填充、排空和/或加压。在其它相关的实施例中，当使用对象占据“浮力机构”时，内层和外层之间的流体可以移动进出，且可以动态地进行移动。在其它相关的实施例中，“浮力机构”和机器人移位/助力设备可以制成适当的大小和形状，并被装配到更大的外层服装/体型内，所述更大的外层服装/体型可以看起来像比如但不局限于太空服、与人形状具备相似性的物种或生物的体型等。在其它相关的实施例中，虚拟现实系统、增强现实系统或混合现实系统(可包括显示机构、图像处理单元、可能的图像采集设备等)能够与浮力机构和助力机构相整合，以给使用对象提供同步视觉和可能听觉的体验，所述体验与浮力系统和助力系统所模拟的场景/情況/环境相一致。在其它相关的实施例中，浮力机构和助力机构还能够与游戏控制器、操纵器或其他用户输入设备相整合，用于例如但不限于游戏、训练、娱乐、模拟、治疗等目的。在其它相关的实施例中，通过给用户提供物理感受，“助力机构”或“机器人移位设备”能够用来给用户产生(额外的)触觉或カ反馈。通过“助力机构”或“机器人移位设备”的控制单元协调，通过改变例如(但不限干)重力补偿的因子/百分比，可以是动态的，来提供可变重力效果感受。例如通过在ー个或多个执行机构上改变“助力机构”或“机器人移位设备”的输出，还能够实现其它形式，例如振动和“阻力”在其它相关的实施例中，力反馈也能够通过变更/改变“浮力机构”的不同舱室的压カ来产生。在其它相关的实施例中，用户身体上或用户身体附近的附加触觉装置以及运动传感器能够用于増加カ反馈感受的准确性和/或乐趣。 ー种给用户提供可变重力体验和产生沉浸式VR感受的方法，所述方法包括给用户穿上“浮力机构”，所述“浮力机构”通过由流体/流体混合物产生的压力/浮力来支撑他/她的身体重量，所述“浮力机构”具有柔性内表面/层，所述内表面/层对于所使用的流体/流体混合物是相对不可滲透的，且基本上覆盖或“包裏”用户的整个身体区域，所述“浮力机构”还具有至少ー个外层/表面，以保持或“容纳”用来“浮起”内层里面的使用对象的流体/混合物，外层的形状可以是但不限于服装形状或部分类似服装形状，两个表面/层之间存在多个舱室以容纳流体/混合物，内层的主要区域应能为使用对象提供流体压カ；当用户占据所述“浮力机构”环境吋，使用“助力机构”或“机器人移位设备”(例如但不限于外骨骼本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.19 US 61/277,1451.ー种用于可变重力体验和产生沉浸式VR感受的装置，包括 “浮力机构”，所述浮力机构利用流体或流体混合物来支撑至少大部分的使用对象的身体各部分的重量，所述“浮力机构”具有柔性内表面/层，所述内表面/层对于所使用的流体/流体混合物是相对不可滲透的，且基本上覆盖或“包裏”使用对象的整个身体区域，所述浮力机构还具有至少ー个外表面层，以保持或“容纳”用来“浮起”内层里面的使用对象的流体或流体混合物，外层的形状能够是但不仅限于服装形状或部分类似服装形状，两个表面/层之间存在多个舱室以容纳流体/混合物，内层的主要区域应能为使用对象提供流体压カ； 用于使用对象的“助力机构”或“机器人移位设备”(例如但不仅限于外骨骼)，其与所述浮力机构相整合/联接，以在使用对象占据“浮力机构”时帮助使用对象的运动/活动和/或减轻或改变所述“浮力机构”的重量和形状引起的在使用对象躯干和四肢上的负载，这可以是以下形式例如但并不限于，重力补偿，不同的重力效果模拟等。2.根据权利要求I所述的装置，其中，“浮力机构”可以具有多个部分，各个部分可以任选地独立地填充、排空和/或加压。3.根据权利要求I所述的装置，其中，当使用对象占据“浮力机构”吋，内层和外层之间的流体可以移动进出，且可以动态地进行移动。4.根据权利要求I所述的装置，其中，“浮力机构”和机器人移位/助力设备可以制成适当的大小和形状，并被装配到更大的外套服装/体型内，所述更大的外层服装/体型可以看起来像比如但不局限于太空服、与人形状具备相似性的物种或生物的体型等，所述物种或生物可能是虚构的。5.根据权利要求I所述的装置，其中，虚拟现实系统、增强现实系统或混合现实系统(可包括显示机构、图像处理单元、可能的图像采集设备等)能够与浮力机构和助力机构相整合，以给使用对象提供同步视觉和可能听觉的体验，所述体验与浮力系统和助力系统所模拟的场景/情况/环境相一致。6.根据权利要求I所述的装置，其中，浮力机构和助力机构可进一歩与游戏控制器、操纵器或其他用户输入设备相整合，用于例如，但不仅限于游戏、训练、娱乐、模拟、治疗等。7.根据权利要求I所述的装置，其中，通过给用户提供物理感受，“助力机构”或“机器人移位设备”能够用来给用户产生(额外的)触觉或カ反馈， 通过“助力机构”或“机器人移位设备”的控制单元协调，通过改变例如(但不限干)重力补偿的因子/百分比，可以动态地改变，来提供可变重力效果感受， 例如通过在ー个或多个执行机构上改变“助力机构”或“机器人移位设备”的输出，还能够产生其他感受，例如振动和“阻カ”。8.根据权利要求I所述的装置，其中，力反馈也能够通过变更/改变“浮力机构”的不同舱室的压カ来产生。9.根据权利要求I所述的装置，其中，用户身体上或用户身体附近的附加触觉装置以及运动传感器能够用于増加准确性和/或カ反馈感受的乐趣。10.根据权利要求I所述的装置，其中，能够暴露/配置浮力机构和/或助力机构的控制系统的ー个或多个接ロ，以提供測量、控制、反馈、通信服务，且利干与虚拟现实系统、游戏、训练系统、远程(互联网...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖泉，
申请(专利权)人：肖泉，
类型：发明
国别省市：
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