CN101849254A - 运动模拟座椅 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种运动模拟座椅，其并入有为若干个支撑缆线(66)提供升高的附接点的基座(86)。座位支撑件(60)承载于所述基座内且在顶部端处啮合用于乘员的座位(62)。所述座位支撑件在底部端处具有用于所述支撑缆线的配对附接点。控制系统并入有经限制以实现围绕控制点的三轴运动的前部垂直控制元件(70)。从所述控制点向上位移且从所述前部垂直控制元件向后延伸的水平控制元件(72)啮合所述座位支撑件。由用户操作的控制柄(68)赋予所述前部垂直控制元件围绕所述控制点的运动。移动所述水平控制元件改变所述缆线的悬挂角度，从而提供所述座位支撑件及座位的对应倾斜以实现因通过所述控制柄对计算机游戏的输入而产生的现实运动模拟。

Description

运动模拟座椅

技术领域

本发明一般来说涉及运动模拟器领域且更特定来说涉及一种座椅及机械支撑系统，其响应于由用户实施的与对视频游戏或具有相关联运动的其它模拟的输入相关联的物理控制输入提供运动能力。

背景技术

计算机视频游戏提供涉及航空器、航天器或其它移动车辆的众多模拟。现实的视频呈现为用户提供令人兴奋的玩游戏环境。使用户坐在其中的座椅实际运动的能力显著增强所述游戏所提供的虚拟现实性。用于航空器飞行员训练的运动基础模拟器及其它类似装置已存在一段时间；然而，此类装置非常复杂且昂贵。

已开发采用视频的街机游戏及游乐园游戏，其包括用户的座位的某种移动。然而，此类游戏通常不能供个别用户购买，且像市场上可购得的飞行模拟系统极为昂贵。此外，所述街机游戏系统通常为不具有游戏变化能力的单个游戏单元。

因此，期望提供一种在不昂贵且简单的机械装置中针对用户形成模拟在视频游戏中形成的环境的运动的系统。

发明内容

本发明提供一种运动模拟座椅，其具有为若干个支撑缆线提供升高的附接点的基座。座位支撑件承载于所述基座内且在顶部端处啮合用于乘员的座位。所述座位支撑件在底部端处具有用于所述支撑缆线的配对附接点。控制系统并入有经限制以实现围绕控制点的三轴运动的前部垂直控制元件。从所述控制点向上位移且从所述前部垂直控制元件向后延伸的水平控制元件啮合所述座位支撑件。由用户操作的控制柱或操纵柄赋予前部垂直控制元件围绕所述控制点的运动。移动所述水平控制元件改变所述缆线的悬挂角度，从而提供所述座位支撑件及座位的对应移动及倾斜。

附图说明

当结合附图考虑时参照以下详细说明将更好地理解本发明的这些及其它特征及优点，其中：

图1是本发明的第一实施例的支撑与控制元件的等角图；

图2是所述第一实施例的支撑基座的等角图；

图3是所述第一实施例的座位支撑件的等角图；

图4是所述第一实施例的控制结构的侧视图；

图5是具有控制结构的座位及座位支撑件的第二实施例的底部等角图；

图6是具有图5的控制结构的座位及座位支撑件的俯视等角图；

图7是所述第二实施例的支撑基座的俯视等角图；

图8是所述第二实施例的控制结构的侧视等角图；

图9A是具有所述第二实施例的完整座位支撑件的座位底部的俯视等角图；

图9B是图9A的座位底部及完整座位支撑件的仰视等角图；

图9C是附接到所述第二实施例的座位底部的搁脚的俯视等角图；

图9D是图9C的搁脚的底部等角图；

图9E是附接到所述第二实施例的座位底部的座位靠背的后部等角图；及，

图9F是图9E的座位靠背的前部等角图。

具体实施方式

本文中关于与视频游戏或计算机模拟的一起使用来描述本发明的实施例。在替代用途中，采用本发明的座椅可与交互式电影、电视节目、因特网站点或任何其它情节或动作驱动的娱乐媒体一起使用。所有当前有源视频游戏座椅或有源模拟器依赖于来自计算机或媒体源的输入/控制来与视觉图像的运动一致地移动模拟座椅。通过本发明，用户物理移动座椅的控制装置引发座椅的运动且在先进实施例中同时向所述媒体发送匹配的方向信号以在所述媒体内产生对应的运动视觉外观。最简单的实例是飞行模拟器。在此应用中，用户移动所述座椅的控制装置以既在视频飞行模拟器中改变飞机的方向且又引发座椅的对应移动。

参照图式，图1显示并入有本发明的支撑与控制结构的第一实施例。支撑基座10搁置于地板上，从而为运动模拟系统提供刚性支撑。对于所示实施例，基座细节显示于图2中且并入有圆形顶部连接环12及圆形底部搁置环14。顶部连接环通过支柱16从底部搁置环支撑。

承载于所述支撑基座内的是座位支撑件18。显示于图1中且详细显示于图3中的第一实施例的座位支撑件包括悬挂环20及通过支柱24从所述悬挂环支撑的控制连接正方形22。所述控制连接正方形为所附接座位(未显示)提供支撑且为所述控制装置提供刚性连接，如随后将更详细描述。所述悬挂环通过缆线26连接到所述基座的顶部连接环。此支撑布置通过改变所述支撑缆线的相对角度而允许所述座位支撑件围绕中性绝对稳定初始位置相对于所述基座俯仰运动及翻滚运动。对于所示实施例，四个支撑角落处的缆线从所述座位支撑件的中心线横向位移。

如图1中所示且详细显示于图4中的控制结构的元件包括允许由乘员控制运动模拟座位的控制柱30或“操纵柄”。所述控制柱包括用于连接惯例视频游戏控制器或其它电子装置以与计算机视频游戏交互的控制器支架32，如随后将更详细描述。所述控制柱附接到前部垂直控制支柱34。在替代实施例中，所述控制柱可以是所述垂直控制支柱的延伸部。在图式中所示的实施例中，所示实施例中采用柱连接支架36以用于所述控制柱到所述垂直控制杆的可调节连接。水平控制轴38从所述控制柱及垂直控制支柱向后延伸。所述轴通过控制连接正方形刚性附接到座位，其中插入件44接纳于所述连接正方形中的孔28中且赋予所述座位运动，如随后将更详细描述。

后部垂直控制杆40从所述控制轴向下延伸以啮合尾部控制连接，如随后详细描述。前部垂直控制支柱延伸穿过刚性附接到所述基座的球座架42且由所述球座架限制。所述球座架允许所述支柱轴向穿过所述座架往复运动且通过所述球在其座内的球形位移而允许所述支柱的旋转。对于所示实施例，球座架附接凸缘46从顶部连接环延伸。

后部垂直控制杆穿过后部活节接合组合件48且由所述后部活节接合组合件限制。所述后部活节接合组合件在所示实施例中提供所述后部垂直控制杆在三个轴上的移动性。对于第一实施例，所述后部活节接头包括后部球座架50，球座架50附接到接纳于安装到所述基座的伸缩式筒54中的滑杆52。所述滑杆在所述伸缩式筒内可围绕其轴旋转且可轴向延伸到所述筒中及延伸出所述筒。对于前部球座架及后部球座架，实例性实施例中采用“单球”结构。所示实施例的实例中采用IGUS生产的KSTM-16基座安装式尼龙套筒轴承。所述前部垂直控制支柱、水平控制轴及后部垂直杆形成销接结构，其中所述支柱及杆正交于所述轴。所述水平轴的位置从充当运动控制点的球座架向上。

在操作中，所述座位支撑件及所附接座位在不存在通过控制柱来自乘员的输入的情况下由缆线悬挂于中性点处。结合连接到视频游戏的标准控制器的操作，占据所述座位的玩家推所述控制柱。当所述座位乘员向前推所述控制柱时，围绕所述球接头向前旋转的前部垂直控制支柱向前推进所述水平控制轴，所述水平控制轴稍微向前移动所述座位支撑件，从而将后部缆线相对于垂直线的角度变为更大的钝角，其中前部缆线采取更小的锐角，从而允许所述座位支撑件悬挂环采取向前倾斜，从而提供所述座位的俯冲运动。也穿过所述球座架沿所述前部垂直控制支柱的轴向下推进所述前部垂直控制支柱，同时向前旋转以为所述系统内的角度调节提供机械离隙。所述后部垂直控制杆提供反作用力以维持所述座位支撑件的对准。所述后部垂直控制杆穿过后部活节接头中的后部球座架向上轴向滑动，且所述滑杆被轴向推出所述接纳伸缩式筒。对所述柱释放压力将所述座位返回其中性点。座位支撑件从所述基座的顶部连接环悬挂到所述座位支撑件上的悬挂环提供绝对静态稳定性。

类似地，拉所述控制柱向后推进刚性附接的水平控制轴，其中所述座位在前部缆线中形成更大的相对钝角，且在后部缆线中形成更小的锐角，从而向上倾翻所述座位支撑件的前部，从而提供所述座位的上仰运动。所述前部控制支柱穿过所述球座架向上轴向滑动且所述后部垂直控制杆穿过所述后部活节接头中的后部球座架向下轴向滑动，其中所述滑杆被轴向推进到所述接纳伸缩式筒中以实现角度离隙。

向右推控制柱导致水平控制轴围绕延伸穿过所述球接头的轴56(最佳见于图4中)顺时针旋转。前部垂直控制支柱及后部垂直控制杆在其相应球座架中的反作用向右移动刚性附接到所述轴的座位支撑件，从而增加右支撑缆线中的角度且减小左支撑缆线中的角度，从而产生所述座位支撑件及座位的右翻滚位置。

类似地，向左推所述控制柱导致所述水平控制轴围绕在球接头之间延伸的轴逆时针旋转。前部垂直控制支柱及后部垂直控制杆在其相应球座架中的反作用将所述座位支撑件旋转到左翻滚位置中。

图5、6、7及8中显示本发明的第二实施例，其中座位支撑件60刚性附接到座位底板62。所述支撑件中的角落柱子64为支撑缆线66提供底部附接。如在现有实施例中，控制柱68附接到前部垂直控制支柱70及水平控制轴72。支架74为所述柱、支柱及轴提供啮合。如在第一实施例中，前部垂直控制支柱接纳于球接头76中。所述水平控制轴的后部处的力反作用由后部垂直杆78提供，后部垂直杆78垂挂在所述轴上且由具有槽82的接纳件80啮合。对于所述图式中所示的实施例，所述后部垂直杆与所述水平轴成整体元件，其具有“曲棍球球棒”配置。如在第一实施例中，所述前部垂直控制支柱、水平控制轴及后部垂直杆形成刚性结构，其中所述支柱及杆正交于所述轴。所述接纳件允许所述后部垂直杆在所述槽中向前及向后纵向移动，以在所述槽中成角度及轴向插入穿过所述槽及收回于所述槽中，从而提供三轴运动，如前文针对第一实施例的后部活节接头所描述。此在俯仰方向上为刚性连接到所述水平轴的座位基座及座位提供运动自由，同时提供维持前部垂直控制支柱与后部垂直控制杆平面对准所必要的横向反作用力，从而避免所述座位的组合式翻滚与俯仰运动中的偏摇运动或其它不稳定性。所述接纳件经支撑以用于围绕其轴旋转以针对翻滚中的力反作用限制所述后部垂直杆。

支撑缆线66从座位支撑件上的角落柱子附接到基座86上的支撑平台84(最佳见于图7中)。所述基座制作为具有搁置于地板上的底部88及接纳座位支撑件的中心室90的截头圆锥体元件。第一集成平台92为啮合前部垂直控制支柱的球接头提供附接。第二集成轮毂94提供啮合所述接纳件的端的附接鞍状物96。板98(显示于图8中)将所述接纳件端限制于所述鞍状物中。对于图式中所示的实施例，所述水平控制轴显示为单独的元件。在替代实施例中，所述水平控制元件可作为接纳前部垂直控制支柱及后部垂直控制杆的模制特征集成到座位支撑件或座位中。另外，尽管在所描绘实施例中将所述支撑平台显示为呈水平配置，但在替代实施例中提供所述缆线上的端连接片到所述基座的垂直附接。

对于图式中所示的实施例，座位靠背100接纳于所述座位底板中的一对选定调节槽102中。所述座位靠背的位移允许针对乘员的大腿的长度进行调节并且提供重心调节以实现具有控制平衡的运动模拟的最佳性能。下部腿支撑件104附接到所述座位底板的前部。具有所述垂挂座位支撑件的座位底板、所述座位靠背及搁脚的细节见于图9A到9F中。对于所示实施例，所述座位元件以及前文关于图7所描述的基座由模制聚苯乙烯覆盖的泡沫、玻璃纤维或类似复合结构形成以实现轻重量以及高刚性。如图9B及9C中所示，所述座位底板与搁脚界面包括控制柱延伸穿过其的孔口106且所述座位底板包括接纳所述水平控制轴的孔108以实现刚性附接。所述搁脚件并入有榫110，榫110接纳于所述座位底板中的榫眼112中以用于相互啮合，以将所述搁脚固定到所述座位底板。图9E及9F显示包括接纳于所述座位底板的槽中的啮合脊114的座位靠背的细节。

对于图式中所示及本文中描述的各种实施例，所述基座及支撑元件显示为圆形。足以实现座位支撑件在基座内的交互悬挂及所述座位到所述支撑件的附接的替代几何形状可用于本发明的替代实施例中。在替代实施例中，用于控制的机械杠杆元件可以是在座位上方延伸的单个杆，其不仅向下穿过附接到所述座椅的枢轴点(球接头)而且到达附接到固定基座的枢轴点(球接头)上。通过从中心在任何方向上移动所述杆的上部端或所述静止位置，所述座椅将在相对于所述基座的相同方向上移动。此运动导致所述缆线的支撑角度的改变，从而相对缆线在运动方向上的升高变长(相对于垂直线的更小锐角)且使缆线在与所述运动方向相反的方向上的升高变短，以倾斜座椅。通过举例的方式，向前推所述杆将向前移动/倾斜所述座椅。向后拉所述杆将向后移动/倾斜所述座椅。释放所述控制装置且所述座椅将返回到其中心静止位置。可获得到圆周的任一点的类似运动。

返回到图8，本发明并入有传感器模块120，传感器模块120由附接到所述基座中的平台92的支架122支撑以实现刚性支撑。所述控制柱延伸穿过所述传感器，以检测多个轴上的相对运动。来自所述传感器的数据可作为输入通过连接到计算机的电位计124提供以与所述运动模拟座椅与其一同使用的视频游戏交互。作为实例性操作，来自所述运动传感器的输入可用于取代来自标准控制器126的操纵柄输入以用于视频游戏中的视觉场景平摇与倾斜。此针对视觉倾斜/平摇避免所述运动模拟座椅的物理运动与玩家/乘员的输入之间的任何控制不匹配，从而增强游戏体验。

本文中针对实例性实施例描述的本发明提供一种简单的机械系统，其用于提供结合其中提供视觉图像的计算机视频游戏或类似装置(例如，Microsoft X-box

或SonyPlaystation

)使用的运动模拟系统。用于与游戏装置电子交互的控制器如所描述可易于安装在控制柱上且由乘员/玩家的简单控制引发的运动显著增加游戏体验的虚拟现实性。

现已根据专利法令要求详细描述了本发明，所属领域的技术人员将能识别出本文所揭示特定实施例的修改形式及替代形式。此类修改形式归属于如所附权利要求书所界定的本发明范围及意图内。

Claims (16)

1.一种运动模拟座椅，其包含：

基座(10)，其为多个支撑缆线(26)提供升高的附接点(12)；

座位支撑件(22)，其承载于所述基座内且在顶部端处啮合用于乘员的座位且在底部端处具有用于所述多个缆线的配对附接点；

控制系统，其具有

前部垂直控制元件(34)，其经限制以实现围绕控制点的三轴运动；

水平控制元件(38)，其从所述控制点向上位移且从所述前部垂直控制元件向后延伸，所述水平控制元件刚性啮合所述座位支撑件；

用于赋予所述前部垂直控制元件围绕所述控制点的运动的构件，其中移动所述水平控制元件改变所述多个缆线的悬挂角度，从而提供所述座位支撑件及座位的对应倾斜。

2.根据权利要求1所述的运动模拟座椅，其中所述多个支撑缆线包含四个缆线。

3.根据权利要求2所述的运动模拟座椅，其中每一缆线位于从所述座位支撑件的中心线横向位移的支撑角落处。

4.根据权利要求1所述的运动模拟座椅，其进一步包含在所述前部控制垂直元件的远侧垂挂在所述水平控制元件上的后部垂直控制元件(40)，所述后部垂直控制元件经横向限制以防止所述座位支撑件的偏摇。

5.根据权利要求1所述的运动模拟座椅，其中所述前部垂直元件包含支柱且进一步包含接纳所述前部垂直控制支柱的球座架，所述球座架充当所述控制点。

6.根据权利要求1所述的运动模拟座椅，其中所述用于赋予运动的构件包含连接到所述前部垂直元件的控制柱(30)。

7.根据权利要求6所述的运动模拟座椅，其进一步包含用于安装计算机视频游戏控制器的构件。

8.根据权利要求1所述的运动模拟座椅，其进一步包含用于测量所述前部垂直控制元件的运动的运动传感器。

9.根据权利要求4所述的运动模拟座椅，其中所述后部垂直控制元件包含杆且进一步包含连接到伸缩式支撑件的第二球接头，所述球接头接纳所述杆以限制横向运动。

10.一种运动模拟座椅，其包含：

座位底板(62)，其具有垂挂在其上的支撑基座(60)，其中四个支撑柱(44)每一者在底部处连接到悬挂缆线(66)；

基座(86)，其接纳所述支撑基座且具有连接到所述悬挂缆线的升高的支撑平台(84)；

前部垂直控制支柱(70)，其经支撑以实现连接到所述基座的球接头中的多个轴运动，所述支柱具有到所述座位支撑件的刚性水平连接件(72)，所述刚性水平连接件(72)从所述球接头向上位移而从所述支柱延伸；

后部垂直控制杆(78)，其在距所述前部垂直控制支柱的远侧从所述刚性水平连接件向下延伸，所述杆啮合于提供对纵向及轴向运动自由度的横向限制的接纳件(80)中；及，

控制柱(68)，其连接到所述前部垂直控制支柱。

11.根据权利要求10所述的运动模拟座椅，其中所述座位底板并入有多个啮合槽(102)且进一步包含可调节地接纳于所述啮合槽中的所需一者中的座位靠背(100)。

12.根据权利要求10所述的运动模拟座椅，其进一步包含从所述座位底板延伸的腿支撑件(104)。

13.根据权利要求10所述的运动模拟座椅，其进一步包含所述基座中的用于所述球接头的连接的集成平台(92)且进一步包含用于检测所述前部垂直控制支柱的运动的运动传感器(120)。

14.一种运动模拟座椅，其包含：

座位(62)，

垂挂在所述座位上且具有用于多个悬挂缆线(66)的连接点的构件(60)；

基座(86)，其具有用于所述悬挂缆线的升高的附接点；及，

用于赋予所述连接点运动以引发所述缆线的悬挂角度的变化的构件。

15.根据权利要求14所述的运动模拟座椅，其中所述用于赋予运动的构件包含：

前部垂直控制支柱(70)，其经支撑以实现连接到所述基座的球接头(76)中的多个轴运动，所述支柱具有到所述座位的刚性水平连接件(72)，所述刚性水平连接件(72)从所述球接头向上位移而从所述支柱延伸；

后部垂直控制杆(78)，其在距所述前部垂直控制支柱的远侧从所述刚性水平连接件向下延伸，所述杆啮合于提供对纵向及轴向运动自由度的横向限制的接纳件(80)中；及，

控制柱(69)，其连接到所述前部垂直控制支柱。

16.一种运动模拟座椅，其包含：

基座(86)，其为多个支撑缆线(66)提供升高的附接点；

座位支撑件(60)，其承载于所述基座内且在顶部端处啮合用于乘员的座位(62)且在底部端处具有用于所述多个缆线的配对附接点；

控制系统，其具有

用于控制输入的构件(68)；

用于机械杠杆的构件(70)，其连接到所述控制输入构件且啮合所述座位支撑件且进一步啮合附接到所述基座的多个轴枢轴点(76)，来自所述控制输入构件的输入力赋予限制于所述支撑缆线中的所述座位支撑件运动且由所述枢轴点通过所述机械杠杆构件起反作用，所述所赋予的运动增加所述多个缆线中的一部分的垂挂角度，同时减小所述多个缆线中的第二部分的垂挂角度，以引发所述座位支撑件的倾斜。

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