一种全方位行走跟踪装置及基于该装置的虚拟交互系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种全方位行走跟踪装置及基于该装置的虚拟交互系统，所述跟踪装置包括腰部固定装置、工作台、滚动球、制动装置、万向滚珠、测速装置、可升降支撑架和万向滚珠固定环，所述工作台设置在地面上，工作台的上方固连高度可调节的腰部固定装置，该工作台的上方还设置通孔，通孔位于腰部固定装置的下方，滚动球设置在可升降支撑架上并可在该支架上滚动，该滚动球的上端位于工作台的通孔处，滚动球上套有两个以上万向滚珠固定环，每个万向滚珠固定环上均设置若干万向滚珠。本实用新型专利技术的装置结构简单，造价较低廉。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于虚拟现实人机交互
，特别是ー种全方位行走跟踪装置及基于该装置的虚拟交互系统。
技术介绍
虚拟现实技术应用非常广泛，在虚拟装配、虚拟维修、虚拟战场训练、三维游戏等领域应用很普遍。如虚拟装配系统，它是虚拟现实技术在制造业的典型应用，它利用虚拟现实技术建立ー个具有听觉、视觉、触觉的多模式虚拟环境，借助于虚拟现实的输入输出设备，设计者在虚拟环境中人机交互式地进行装配和拆卸操作，检验和评价产品的装配性能，从而生成经济、合理、实用的装配方案。虚拟装配对优化产品设计、避免或減少物理模型制作、缩短装配周期、降低装配成本，提高装配操作人员的培训速度、提高装配质量和效率具有重要意义。该设备可应用在学校的虚拟仿真实验室、军事虚拟训练和全沉浸式游戏中，应用范围很广。 但是对人在ー个平面内全方位行走的方向和速度的捕捉问题一直是个难点，长久以来没有一个好的解决办法，市面上也没有相关的虚拟交互设备可供使用。运用位置跟踪器也只能在ー个很有限的空间内实现对人的位置跟踪，无法完成大场景的漫游任务。为了解决这个问题，英国Warwick大学研制了ー种新型的虚拟装配环境-Cybersphere。采用半透明的球体作为显示装置，放置在可以自由旋转的支架上，操作者处于球体内部，直接与球内表面接触，完成自由行走的功能。这种设备虽然兼顾了三维场景显示和行走跟踪两大功能，但这种设计存在几个明显弊端。I、人在球内，进出很不方便，而且操作者随身所帯的交互设备必须是无线通信的，无法用电缆与外部相连，而现有的数据衣、数据手套、数字头盔基本都是有线的，所以很难使用。2、这种设计将球体同时作为球形显示设备，采用特殊材料的半透明球体，造价极其昂贵，而且显示效果还很难保证，维护成本相当高，很难得到普及。由上可知，现有技术中的虚拟现实人机交互设备还存在不完善之处，不能完全满足用户的需求。
技术实现思路
本技术所解决的技术问题在于提供一种简单实用的全方位行走跟踪装置及基于该装置的虚拟交互系统。实现本技术目的的技术解决方案为ー种全方位行走跟踪装置，包括腰部固定装置、工作台、滚动球、制动装置、万向滚珠、测速装置、可升降支撑架和万向滚珠固定环，所述工作台设置在地面上，工作台的上方固连高度可调节的腰部固定装置，该エ作台的上方还设置通孔，通孔位于腰部固定装置的下方，滚动球设置在可升降支撑架上并可在该支架上滚动，该滚动球的上端位于工作台的通孔处，滚动球上套有两个以上万向滚珠固定环，每个万向滚珠固定环上均设置若干万向滚珠。优选的工作台的侧面设置梯子，所述腰部固定装置包括腰部固定环和支撑座，所述支撑座与腰部固定环相连，其固定在工作台的上方，所述万向滚珠固定环的个数为3个，该三个万向滚珠固定环的平面相互平行，所述三个万向滚珠固定环分别位于滚动球的上部、中部和下部，每个万向滚珠固定环上设置三个以上万向滚珠。位于滚动球上部和下部的万向滚珠固定环上分别设置八个万向滚珠，位于滚动球中部的万向滚珠固定环上设置四个万向滚珠。所述测速装置的数量为偶数个，其数量大于等于2，位于套在滚动球中部或下部的万向滚珠固定环上。所述滚动球为表面粗糙的硬质圆球。所述滚动球为表面成磨砂状的塑料球，所述制动装置的数量为3，该3个制动装置均匀分布在上部的万向滚珠固定环的三等分点位置处。本技术中所述的制动装置为摩擦式制动器，靠制动件与滚动球之间的摩擦力制动，其中制动件可以为外抱块式制动器、内张蹄式制动器、带式制动器、盘式制动取坐-nfr サ οー种全方位行走跟踪装置的虚拟交互系统，包括全方位行走跟踪装置、操控计算机、虚拟交互设备、图形工作站、投影仪和投影幕，所述操控计算机、虚拟交互设备均位于全方位行走跟踪装置的工作台上，图形工作站位于全方位行走跟踪装置的工作台下地面上或者地面上合适位置，投影仪设置在房间的观摩区，投影幕设置在投影仪的投影方向前端，所述全方位行走跟踪装置、操控计算机、虚拟交互设备、投影仪均与图形工作站相连接。本技术与现有技术相比，其显著优点为1)本技术的装置结构简单，造价较低廉，便于实施，实现了对人自由行走的方向与速度的測定；2)操作者身上所佩戴的其他虚拟交互设备不受有线或无线传输方式的限制；3)本技术对操作者本身的要求较低，接近人的正常行走，无需受到身高体重等其他限制，如有些类似的技术人需站在球内，球材质要求很高，就会有身高体重的要求，还有的设计为了实现操作者走动，需要操作者穿带滑轮的鞋，操作者会有不适感。4)维护成本低；5)应用广泛。该设备可应用在学校的虚拟仿真实验室、军事虚拟训练、全沉浸式游戏、以及房地产等的虚拟漫游体验系统中。以下结合附图对本技术作进ー步详细描述。附图说明图I为本技术的全方位行走跟踪装置结构示意图。图2为本技术的虚拟交互系统结构示意图。图3为机械测速装置原理示意图。图4为速度合成示意图。具体实施方式结合图I，ー种全方位行走跟踪装置，包括腰部固定装置I、工作台2、滚动球3、制动装置4、万向滚珠5、测速装置6、可升降支撑架7和万向滚珠固定环8，所述工作台2设置在地面上，工作台的上方固连高度可调节的腰部固定装置1，该工作台的上方还设置通孔，通孔位于腰部固定装置I的下方，滚动球3设置在可升降支撑架7上并可在该支架上滚动，该滚动球的上端位于エ作台的通孔处，滚动球3上套有两个以上万向滚珠固定环8，每个万向滚珠固定环8上均设置若干万向滚珠5。工作台的侧面设置梯子9。腰部固定装置I包括腰部固定环和支撑座，所述支撑座与腰部固定环相连，其固定在工作台的上方。所述万向滚珠固定环的个数为3个，该三个万向滚珠固定环的平面相互平行，所述三个万向滚珠固定环分别位于滚动球3的上部、中部和下部，每个万向滚珠固定环上设置三个以上万向滚珠。使用万向滚珠可对滚动球起到稳定支撑和減少摩擦的作用，从稳固性和可维护性上考虑，位于滚动球3上部和下部的万向滚珠固定环上分别设置八个万向滚珠5，位于滚动球3中部的万向滚珠固定环上设置四个万向滚珠5。所述制动装置4用来阻止滚动球转动。可安装于上部或中部万向滚珠固定环上，控制按钮放置在操作者附近，方便控制。制动点的多少不定，但从稳定性和简易性上考虑，制动点以三个点为宜。该三个制动装置均匀分布在上部的万向滚珠固定环的三等分点位置处。所述测速装置6的数量为偶数个，其数量大于等于2，位于套在滚动球3中部或下部的万向滚珠固定环8上。测速装置要求两个或以上成对出现，但通常使用ー对或两对为宜。在滚动球的赤道处X，y垂直的两个方向分别放置ー个，用来測定滚动球X、y方向的旋转的速度，经过一定运算，即可得出操作者的运行方向和速度。测速装置有机械式和光电式等多种样式。如果是两对测速装置，则两组数据综合处理，可使数据更加精确。结合图3，本技术的测速装置可采用机械测速装置，该装置包括滚动球3、压カ滚轴41、发光二极管42、有孔圆盘43、光学感应器44 ;测速过程如下( I)操作者在滚动球上任意方向走动,滚动球跟着一起滚动。(2)滚动球在垂直的两个方向上分別装ー个压カ滚轴41，ー个用来探测X、y方向运动。当球滚动时，这两个压カ滚轴41的一个或者两个跟着转动。(3)每个滚轴连着一个有孔的圆盘43。当滑轮滚动时，轴和圆盘ー块跟着旋转。(4)在圆盘的两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全方位行走跟踪装置，其特征在于，包括腰部固定装置(I)、工作台(2)、滚动球(3)、制动装置(4)、万向滚珠(5)、测速装置￠)、可升降支撑架(7)和万向滚珠固定环(8)， 所述工作台(2)设置在地面上，工作台的上方固连高度可调节的腰部固定装置(1)，该工作台的上方还设置通孔，通孔位于腰部固定装置(I)的下方， 滚动球(3)设置在可升降支撑架(7)上并可在该支架上滚动，该滚动球的上端位于工作台的通孔处，滚动球(3)上套有两个以上万向滚珠固定环(8)，每个万向滚珠固定环(8)上均设置若干万向滚珠(5)。2.根据权利要求I所述的全方位行走跟踪装置，其特征在于，工作台(2)的侧面设置梯子(9)。3.根据权利要求I所述的全方位行走跟踪装置，其特征在于，所述腰部固定装置(I)包括腰部固定环和支撑座，所述支撑座与腰部固定环相连，该支撑座固定在工作台的上方。4.根据权利要求I或2所述的全方位行走跟踪装置，其特征在于，所述万向滚珠固定环的个数为3个，该三个万向滚珠固定环的平面相互平行，所述三个万向滚珠固定环分别位于滚动球(3)的上部、中部和下部，每个万向滚珠固定环上设置三个以上万向滚珠。5.根据权利要求4所述的全方位行走跟踪装置，其特征在于，位于滚动球(3)上部和下部的万向滚珠固定环上分别设置八个万向滚珠...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨战军，于宏涛，庄新军，郭正东，曹兆元，徐建峰，
申请(专利权)人：中国人民解放军九二九九五部队，杨战军，
类型：实用新型
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