CN106371616A - 用于虚拟实境中的行走模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，它包括一直线行走装置，直线行走装置固设在转盘装置上，还包括用于检测直线行走装置的直线行走距离和转盘装置转动角度的传感器。通过直线行走装置、转盘装置和传感器的组合，能够实现全方位的无限行走，使进入虚拟实境中的使用者不再受到空间位置的限制，就像在真实的世界中行走，且行走的姿态自然。本发明的装置除了能够体验虚拟实境，也具有非常好的健身效果，大幅提高健身的吸引力。

Description

用于虚拟实境中的行走模拟装置

技术领域

本发明涉及一种全方向的模型行走装置，特别是一种用于虚拟实境中的行走模拟装置。

背景技术

虚拟实境技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，使用者通过戴在头部的，分别为两只眼睛提供视频的仪器中感受虚拟的三维空间。

但是现有的使用者通常被局限在一个较小的空间，不能在虚拟实境中只有漫步，这影响了对虚拟空间的感受效果。

以下引用的中国专利文献CN 102460345 A中的描述，现有技术提供多个复杂的解决方法，这些解决方法趋向于通过使人在一装置上移动而使人保持在有限的物理空间中，其中所述装置在实际空间中补偿人在虚拟空间中进行的移动。

这些装置中的第一种包括多个在循环圈中被纵向驱动的横向传送带。循环圈允许使传送带朝循环圈前或后移动，每个传送带可以独立地、在人的脚步下和在与该人在虚拟现实中移动方向相反的方向中，朝循环圈的右边或朝左边移动。因此，在物理现实中，人基本保持在相同位置，在装置中间。这样的装置是特别笨重和复杂的，且尤其不适于休闲型使用。

这些装置中的第二种包括多个板，这些板在现实地点的地面上移动，来到人的脚步之前并将人朝与人移动相反的方向带回。因此，在物理现实中，人在有限和受控制的空间中移动。这样的装置不如第一个笨重。但是其难于实施。另外，其不是响应非常迅速的，尤其人在虚拟现实中快速移动的情况下。

在该专利文献中还提供了一种不同的解决方案，一种用于在虚拟现实中移动的装置 (1)，其包括基本刚性的中心件 (4) 和布置为围绕所述中心件(4) 能在所有方向中移动的壳罩 (5)，所述壳罩(5) 与所述中心件 (4) 一起形成用于人 (2) 移动的移动表面，由所述中心件和其壳罩形成的组合体搁靠在适当的支撑部件 (6) 上。所述壳罩能够靠着所述中心件、至少挨靠着所述中心件的一部分滑动地安装。文献中还记载了更进一步优选的结构，以上构成本专利的现有技术。

受制于现有技术中材料和制造技术，专利文献CN 102460345 A中的结构目前还难以以较低的成本实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，能够虚拟全方向的行走，且能够以可控制的成本实现。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，它包括一直线行走装置，直线行走装置固设在转盘装置上，还包括用于检测直线行走装置的直线行走距离和转盘装置转动角度的传感器。

优选的方案中，所述的直线行走装置中，行走带围绕两个转动辊，至少其中一个转动辊与驱动装置连接，在行走带的下方设有重力感应装置，，驱动装置驱动行走带使使用者始终位于设定范围内。

优选的方案中，所述的直线行走装置中，行走带围绕两个转动辊，其中一个转动辊与发电机连接，行走带的下方设有多个托辊，行走带、托辊和转动辊构成两端高中间低的形状。

优选的方案中，在转动辊上设有编码器；

或者在行走带的下方设有行走光电传感器。

优选的方案中，在直线行走装置的机架上还固设有护栏，在护栏上设有用于检测使用者腰部位置的腰部位置接收器。

优选的方案中，直线行走装置与转盘装置的转动盘固定连接，转动盘下方设有固定盘，固定盘与转动盘之间设有轴承，旋转驱动装置与转动盘连接，并驱动转动盘旋转。

优选的方案中，在固定盘或转动盘上设有测量转动盘转角的转动光电传感器。

优选的方案中，直线行走装置与转盘装置的转盘架固定连接，在转盘架的底部设有多个行走轮，通过行走轮的转动驱动转盘架旋转；

在转盘架的底部设有朝向地面用于检测转盘架转角的转动光电传感器。

优选的方案中，所述的行走轮为3~10个，行走轮沿着转盘架的圆周布置，至少一个行走轮内设有驱动电机。

优选的方案中，还设有圆形的导轨，行走轮安装在导轨上。

本发明提供的一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，通过直线行走装置、转盘装置和传感器的组合，能够实现全方位的无限行走，使进入虚拟实境中的使用者不再受到空间位置的限制，就像在真实的世界中行走，且行走的姿态自然，在优选的方案中，行走是由使用者所控制的，而非被动的被居中，以避免受到惯性的影响，这提高了使用者的使用体验。本发明的装置除了能够体验虚拟实境，也具有非常好的健身效果，大幅提高健身的吸引力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的主视结构示意图。

图2为本发明中俯视结构示意图。

图3为本发明优选结构的主视示意图。

图中：直线行走装置1，转动辊101，发电机102，托辊103，编码器104，行走光电传感器105，履带106，转盘装置2，转动盘201，固定盘202，轴承203，转动光电传感器204，行走轮205，导轨206，转盘架207，旋转驱动装置3，可调支脚4，护栏5，护栏圈51，护栏支架52，腰部位置接收器53，腰部位置传感器54。

具体实施方式

如图1~3中，一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，它包括一直线行走装置1，直线行走装置1固设在转盘装置2上，还包括用于检测直线行走装置1的直线行走距离和转盘装置2转动角度的传感器。由此结构，配合转盘装置2的转动角度，在虚拟实境中的使用者能够向任何方向行走，并将这种行走的数据，例如转角、行走距离通过传感器发送至虚拟实境的设备，在虚拟的三维世界中，景观发生相应的变化。由此结构，获得非常真实的使用体验。例如，使用者能够在一个虚拟的外星星球中向不同方向自由漫步，感受完全不同的自然风光，就类似电影《阿凡达》中的场景。

可选的方案如图2中，所述的直线行走装置1中，行走带围绕两个转动辊101，至少其中一个转动辊101与驱动装置连接，在行走带的下方设有重力感应装置，驱动装置驱动行走带使使用者始终位于设定范围内。该方案为被动回中的方案，即随着使用者向前行走，驱动装置相应驱动行走带的上表面向后运行，即使用者始终位于直线行走装置1的中间位置。例如当使用者向前方迈出一步，则使用者脚掌为前方受力，则驱动装置启动，使行走带的上表面向后运行一步的距离，虽然使用者向前方迈出了一步，但是相对于直线行走装置1总成而言，还是位于直线行走装置1的中间位置。优选的，直线行走装置1的驱动装置采用变频电机，在启动和停止时更为平缓，以减少运动惯量带来的不利影响。

另一可选的方案如图2、3中，所述的直线行走装置1中，行走带围绕两个转动辊101，其中一个转动辊101与发电机102连接，行走带的下方设有多个托辊103，行走带、托辊103和转动辊101构成两端高中间低的形状。由此结构，与对比文件1中不同的，该方案为主动回中的方案，由于采用两端高中间低的形状，当使用者越靠近转动辊101，则受到重力的影响，行走带向中间的位置运行，使使用者仍然回到行走带的中间位置。

可用于之前的两个可选方案，在转动辊101上设有编码器，由此结构，经过换算得到行走带的运行距离；由于行走带向前方或后方运行是，在转换时存在间隙，该方案的精确度较低。

或者在行走带的下方设有行走光电传感器105。由光电传感器105直接扫描行走带的运行距离，精度较高。

优选的方案如图2中，在直线行走装置1的机架上还固设有护栏5，在护栏5上设有用于检测使用者腰部位置的腰部位置接收器53。相应地，在使用者的腰部靠上的两侧设有腰部位置传感器54。使用者在需要转向的时候，转动胸部朝向需要转向的位置，腰部位置传感器54的空间位置发生变化，腰部位置接收器53接收到信号变化后，由控制装置控制转盘装置2的转动，虚拟实境中的图像相应变换，当转动到达位置，腰部位置恢复，转盘装置2停止。转盘装置2的转动，也可以由头部进行控制，或者由手柄进行控制。

优选的方案如图1中，直线行走装置1与转盘装置2的转动盘201固定连接，转动盘201下方设有固定盘202，固定盘202与转动盘201之间设有轴承203，旋转驱动装置3与转动盘201连接，并驱动转动盘201旋转。本例中的旋转驱动装置3为一变频调速电机，变频调速电机通过联轴器与一齿轮连接，在转动盘201的外缘设有相应的齿盘，齿盘与齿轮啮合连接，通过变频调速电机驱动转动盘201的转动。可选的，也可以采用摩擦轮传动替换齿轮传动。优选的轴承203选用圆锥轴承，进一步的选用圆周滚子轴承。

优选的方案如图1、2中，在固定盘202或转动盘201上设有测量转动盘201转角的转动光电传感器204。由此结构，获得转动盘201的转动信号，以使虚拟实境中的场景相应变化。该方案的控制精度高，但是相应成本也较高，适于作为大型游乐场的业务用机，或者大型企业用于自身产品的展示，例如用于房企的高档住宅实景展示，在展示过程中，能够方便的更换不同的装饰风格，从而大幅降低推广的成本，提高用户的体验。

优选的方案如图2、3中，直线行走装置1与转盘装置2的转盘架207固定连接，在转盘架207的底部设有多个行走轮205，通过行走轮205的转动驱动转盘架207旋转；

在转盘架207的底部设有朝向地面用于检测转盘架207转角的转动光电传感器204。由此结构，通过行走轮205的转动，驱动整个转盘架207的旋转。该方案的实现成本较低，利于在家庭或健身中心使用。本例中的行走轮205由外设的变频电机通过传动装置驱动旋转。

优选的方案中，所述的行走轮205为3~10个，行走轮205沿着转盘架207的圆周布置，至少一个行走轮205内设有驱动电机。这种驱动电机类似电瓶车上的置于轮毂内的电机，该结构进一步缩小了整个装置的体积。

优选的方案如图3中，还设有圆形的导轨206，行走轮205安装在导轨206上。由此结构，限定行走轮205的转动位置，避免跑偏。

进一步优选的，直线行走装置1在高度上，部分的嵌入到转盘装置2内，例如，直线行走装置1的机架，有一部分位于转盘装置2的下方，以降低整个模拟装置的重心。

使用时，使用者位于护栏圈51的范围内，本例中优选的护栏圈51为长圆形，用于保护使用者，避免跌倒。护栏圈51通过多根护栏支架52与直线行走装置1固定连接，进一步优选的，护栏圈51采用可调高度的结构，以适应不同使用者的身高。使用者带上虚拟实境设备，将虚拟实境设备与使用者相对应，使用者的头部转动景色相应发生变化，但是虚拟实境中的角色不会运动，当使用者向前迈步，景色相应的向前变化。当使用者需要转弯，转动腰部或者控制手柄使转盘装置2转动，当转动到位后，腰部回正或者松开手柄，继续向前或向后行走即可。本发明的装置能够在现有技术能够方便实现的基础上较好的模拟在虚拟实境中的无限距离行走。

上述的实施例仅为本发明创造的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，其特征是：它包括一直线行走装置（1），直线行走装置（1）固设在转盘装置（2）上，还包括用于检测直线行走装置（1）的直线行走距离和转盘装置（2）转动角度的传感器。

2.根据权利要求1所述的一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，其特征是：所述的直线行走装置（1）中，行走带围绕两个转动辊（101），至少其中一个转动辊（101）与驱动装置连接，在行走带的下方设有重力感应装置，驱动装置驱动行走带使使用者始终位于设定范围内。

3.根据权利要求1所述的一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，其特征是：所述的直线行走装置（1）中，行走带围绕两个转动辊（101），其中一个转动辊（101）与发电机（102）连接，行走带的下方设有多个托辊（103），行走带、托辊（103）和转动辊（101）构成两端高中间低的形状。

4.根据权利要求2或3所述的一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，其特征是：在转动辊（101）上设有编码器；

或者在行走带的下方设有行走光电传感器（105）。

5.根据权利要求4所述的一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，其特征是：在直线行走装置（1）的机架上还固设有护栏（5），在护栏（5）上设有用于检测使用者腰部位置的腰部位置接收器（53）。

6.根据权利要求1所述的一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，其特征是：直线行走装置（1）与转盘装置（2）的转动盘（201）固定连接，转动盘（201）下方设有固定盘（202），固定盘（202）与转动盘（201）之间设有轴承（203），旋转驱动装置（3）与转动盘（201）连接，并驱动转动盘（201）旋转。

7.根据权利要求6所述的一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，其特征是：在固定盘（202）或转动盘（201）上设有测量转动盘（201）转角的转动光电传感器（204）。

8.根据权利要求1所述的一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，其特征是：直线行走装置（1）与转盘装置（2）的转盘架（207）固定连接，在转盘架（207）的底部设有多个行走轮（205），通过行走轮（205）的转动驱动转盘架（207）旋转；

在转盘架（207）的底部设有朝向地面用于检测转盘架（207）转角的转动光电传感器（204）。

9.根据权利要求8所述的一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，其特征是：所述的行走轮（205）为3~10个，行走轮（205）沿着转盘架（207）的圆周布置，至少一个行走轮（205）内设有驱动电机。

10.根据权利要求8或9所述的一种用于虚拟实境中的行走模拟装置，其特征是：还设有圆形的导轨（206），行走轮（205）安装在导轨（206）上。