CN106974461B

CN106974461B - 一种多自由度vr座椅驱动装置及vr座椅

Info

Publication number: CN106974461B
Application number: CN201710167026.9A
Authority: CN
Inventors: 刘捷明; 刘东昊; 王志伟
Original assignee: Goertek Techology Co Ltd
Current assignee: Goertek Techology Co Ltd
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2023-09-12
Anticipated expiration: 2037-03-20
Also published as: CN106974461A; WO2018170991A1

Abstract

本发明提供了一种多自由度VR座椅驱动装置及VR座椅。前者包括转轴、旋转驱动机构、固定座、线性驱动机构和万向节，其中，转轴包括转动部、座椅安装部和驱动机构连接部；旋转驱动机构驱动转轴绕第一轴旋转；固定座上设有转轴限位孔；转动部与转轴限位孔相配合；线性驱动机构包括第一线性驱动单元和第二线性驱动单元；万向节包括第一连接端和第二连接端，第一连接端与第一线性驱动单元相连接，第二连接端与旋转驱动机构相连接。本发明的多自由度VR座椅驱动装置的一个用途在于用于VR座椅。

Description

一种多自由度VR座椅驱动装置及VR座椅

技术领域

本发明涉及虚拟现实体验领域，更具体地，涉及一种多自由度VR座椅驱动装置及VR座椅。

背景技术

随着VR(Virtual Reality，虚拟现实)技术的发展，例如VR座椅等与VR相关的电子设备也得到了快速的发展。

VR座椅根据运动信号，通过控制VR座椅驱动装置完成多向移动，使得VR座椅使用者体验到多姿态多自由度运动。

现有的VR座椅驱动装置仅可驱动座椅实现单一自由度的运动，使得VR座椅的体验不佳，应用局限性大。

发明内容

本发明的一个目的是提供可驱动VR座椅实现多自由度运动的VR座椅驱动装置的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种多自由度VR座椅驱动装置。

该多自由度VR座椅驱动装置包括转轴、旋转驱动机构、固定座、线性驱动机构和万向节，其中，

所述转轴包括转动部、座椅安装部和驱动机构连接部，所述座椅安装部被设置为用于安装座椅；

所述旋转驱动机构与所述驱动机构连接部相连接，以驱动所述转轴绕第一轴旋转；

所述固定座上设有转轴限位孔；

所述转动部与所述转轴限位孔相配合，以使得所述转动部在所述转轴限位孔内转动；

所述线性驱动机构包括第一线性驱动单元和第二线性驱动单元；

所述万向节包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述第一线性驱动单元相连接，所述第二连接端与所述旋转驱动机构相连接；

所述第一线性驱动单元被设置为用于驱动所述第一连接端沿第二轴移动，所述第二线性驱动单元被设置为用于驱动所述第一线性驱动单元沿第三轴移动。

可选地，所述第一线性驱动单元包括第一机架、第一电机、第一皮带、第一丝杆和第一丝母滑块，其中，所述第一电机和所述第一丝杆安装在所述第一机架上，所述第一丝母滑块与所述第一连接端相连接；

所述第一电机被设置为用于驱动所述第一皮带带动所述第一丝杆转动，从而使得所述第一丝母滑块沿第二轴移动；

所述第二线性驱动单元包括第二机架、第二电机、第二皮带、第二丝杆和第二丝母滑块，其中，所述第二电机和所述第二丝杆安装在所述第二机架上，所述第二丝母滑块与所述第一机架相连接；

所述第二电机被设置为用于驱动所述第二皮带带动所述第二丝杆转动，从而使得所述第二丝母滑块沿第三轴移动。

可选地，所述第一电机为伺服电机；

所述第二电机为伺服电机。

可选地，所述多自由度VR座椅驱动装置还包括球窝座，所述球窝座位于所述转轴限位孔和所述转动部之间；

所述转动部具有球形形状；

所述球窝座内设有球窝孔，所述球窝孔与所述转动部球窝配合。

可选地，所述球窝座与所述固定座固定连接。

可选地，所述多自由度VR座椅驱动装置还包括弹性连接件；

所述弹性连接件被设置为用于连接所述第一连接端和所述第一线性驱动单元。

可选地，所述多自由度VR座椅驱动装置还包括连接板；

所述连接板被设置为用于连接所述第二连接端和所述旋转驱动机构的定子。

可选地，所述万向节为十字万向节。

可选地，所述第二轴和所述第三轴相垂直。

根据本发明的第二方面，提供了一种VR座椅。

该VR座椅包括座椅和本发明的多自由度VR座椅驱动装置；

所述座椅与所述座椅安装部相连接。

本发明的发明人发现，在现有技术中，存在VR座椅驱动装置仅可驱动座椅实现单一自由度的运动的问题。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。

本发明的多自由度VR座椅驱动装置的线性驱动机构的第二线性驱动单元可驱动第一线性驱动单元沿第三轴移动。第一线性驱动单元可驱动万向节的第一连接端沿第二轴移动。万向节的第二连接端与旋转驱动机构相连接，从而万向节可带动与旋转驱动机构相连接的转轴在固定座的转轴限位孔内转动。旋转驱动机构还可驱动转轴绕第一轴旋转。这样，多自由度VR座椅驱动装置可实现多自由度的运动。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明多自由度VR座椅驱动装置实施例的结构示意图。

图2为本发明多自由度VR座椅驱动装置实施例的使用状态示意图。

图3为本发明多自由度VR座椅驱动装置的线性驱动机构实施例的结构示意图。

图4为本发明多自由度VR座椅驱动装置的转轴和球窝座实施例的结构示意图。

图5为本发明多自由度VR座椅驱动装置的万向节实施例的结构示意图。

图6为本发明VR座椅实施例的结构示意图。

图7为图6的局部结构示意图。

图中标示如下：

转轴-1，转动部-11，座椅安装部-12，驱动机构连接部-13，旋转驱动机构-2，定子-21，动子-22，固定座-3，转轴限位孔-31，线性驱动机构-4，第一线性驱动单元-41，第一机架-411，第一电机-412，第一皮带-413，第一丝杆-414，第一丝母滑块-415，第二线性驱动单元-42，第二机架-421，第二电机-422，第二皮带-423，第二丝杆-424，第二丝母滑块-425，万向节-5，第一连接端-51，第二连接端-52，球窝座-6，球窝孔-61，弹性连接件-7，连接板-8，座椅-9。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了解决现有技术中VR座椅驱动装置仅可驱动座椅实现单一自由度的运动的问题，本发明提供了一种多自由度VR座椅驱动装置。

如图1至图5所示，本发明的多自由度VR座椅驱动装置包括转轴1、旋转驱动机构2、固定座3、线性驱动机构4和万向节5。图1为本发明的多自由度VR座椅驱动装置未工作时的原始状态图。图2为本发明的多自由度VR座椅驱动装置工作时的使用状态示意图，本领域技术人员应当清楚，图2仅为本发明的多自由度VR座椅驱动装置工作时的使用状态之一。

转轴1包括转动部11、座椅安装部12和驱动机构连接部13。座椅安装部12被设置为用于安装座椅，座椅可通过螺栓连接或焊接等方式安装在座椅安装部12上。

旋转驱动机构2与驱动机构连接部13相连接，以驱动转轴1绕第一轴旋转。旋转驱动机构2可例如为DDR电机(直驱式旋转电机)等。在图1中，第一轴为Z轴。

上述旋转驱动机构2与驱动机构连接部13相连接，通常是指旋转驱动机构2的动子22与驱动机构连接部13相连接。旋转驱动机构2与驱动机构连接部13之间的连接可通过焊接或螺栓连接等方式实现。

可选地，座椅安装部12和驱动机构连接部13可分别位于转轴1的两端，转动部11可位于座椅安装部12和驱动机构连接部13之间。

固定座3上设有转轴限位孔31。实际应用中，固定座3的位置通常固定不变。例如，固定座3支撑在地面上。

转动部11与转轴限位孔31相配合，以使得转动部11在转轴限位孔31内转动。转动部11与转轴限位孔31之间可通过球窝配合等方式实现。

线性驱动机构4包括第一线性驱动单元41和第二线性驱动单元42。第一线性驱动单元41和第二线性驱动单元42为可实现线性驱动的机构。例如，第一线性驱动单元41和第二线性驱动单元42均为DDL电机(直驱式直线电机)等。

万向节5包括第一连接端51和第二连接端52，第一连接端51与第一线性驱动单元41相连接，第二连接端52与旋转驱动机构2相连接。本领域技术人员应当清楚，万向节5为可实现变角度动力传递的器件，也即是，万向节5的第一连接端51和第二连接端52之间可实现变角度动力传递。

上述第一连接端51与第一线性驱动单元41相连接，通常是指第一连接端51与第一线性驱动单元41的动子相连接。第一连接端51和第一线性驱动单元41之间的连接可通过焊接或螺栓连接等方式实现。

上述第二连接端52与旋转驱动机构2相连接，通常是指第二连接端52与旋转驱动机构2的定子21相连接。第二连接端52和旋转驱动机构2之间的连接可通过焊接或螺栓连接等方式实现。

第一线性驱动单元41被设置为用于驱动第一连接端51沿第二轴移动，第二线性驱动单元42被设置为用于驱动第一线性驱动单元41沿第三轴移动。在图1中，第二轴为X轴，第三轴为Y轴。

此外，如图1和图2中所示，固定座3内还可设有用于容纳旋转驱动机构2、线性驱动机构4和万向节5的空腔。进一步地，线性驱动机构4可放置或安装在固定座3的底壁上。

下面以图1中示出的实施例为例，说明本发明的多自由度VR座椅驱动装置可实现的多自由度运动：

当旋转驱动机构2驱动转轴1绕第一轴旋转时，转轴1的座椅安装部12绕第一轴旋转，从而可实现座椅安装部12上安装的座椅的360°旋转。

当第一线性驱动单元41驱动万向节5的第一连接端51沿第二轴移动时，万向节5的第一连接端51带动第二连接端52运动。此时，与万向节5的第二连接端52相连接的旋转驱动机构2带动转轴1以转动部11为中心左右摆动，例如，呈现出图2中所示的使用状态。这样，可实现转轴1的座椅安装部12上安装的座椅的左右摆动。

当第二线性驱动单元42驱动第一线性驱动单元41沿第三轴移动时，与第一线性驱动单元41相连接的万向节5的第一连接端51随着第一线性驱动单元41运动。万向节5的第一连接端51带动第二连接端52运动。此时，与万向节5的第二连接端52相连接的旋转驱动机构2带动转轴1以转动部11为中心前后摆动。这样，可实现转轴1的座椅安装部12上安装的座椅的前后摆动。

通过旋转驱动机构2、第一线性驱动单元41和第二线性驱动单元42三者的移动或转动可实现的运动的叠加，即可实现多自由度VR座椅驱动装置多自由度的运动。

本发明的多自由度VR座椅驱动装置的线性驱动机构4的第二线性驱动单元42可驱动第一线性驱动单元41沿第三轴移动。第一线性驱动单元41可驱动万向节5的第一连接端51沿第二轴移动。万向节5的第二连接端与旋转驱动机构2相连接，从而万向节5可带动与旋转驱动机构2相连接的转轴1在固定座3的转轴限位孔31内转动。旋转驱动机构2还可驱动转轴1绕第一轴旋转。这样，多自由度VR座椅驱动装置可实现多自由度的运动。

如图3所示，在本发明多自由度VR座椅驱动装置的一个实施例中，第一线性驱动单元41包括第一机架411、第一电机412、第一皮带413、第一丝杆414和第一丝母滑块415。第一电机412和第一丝杆414安装在第一机架411上，第一丝母滑块415与第一连接端51相连接。第一电机412的具体类型可根据实际需求灵活选择，例如，第一电机412为伺服电机。第一丝母滑块415与第一连接端51之间的连接可通过焊接或螺栓连接等方式实现。

第一电机412被设置为用于驱动第一皮带413带动第一丝杆414转动，从而使得第一丝母滑块415沿第二轴移动。这样，第一丝母滑块415带动万向节5的第一连接端51一起沿着第二轴移动。

第二线性驱动单元42包括第二机架421、第二电机422、第二皮带423、第二丝杆424和第二丝母滑块425。第二电机422和第二丝杆424安装在第二机架421上，第二丝母滑块425与第一机架411相连接。第二电机422的具体类型可根据实际需求灵活选择，例如，第二电机422为伺服电机。第二丝母滑块425与第一机架411之间的连接可通过焊接或螺栓连接或一体成型等方式实现。

第二电机422被设置为用于驱动第二皮带423带动第二丝杆424转动，从而使得第二丝母滑块425沿第三轴移动。这样，第二丝母滑块425带动第一线性驱动单元41一起沿着第三轴移动。

可选地，第一电机412为伺服电机，第二电机422为伺服电机。

如图4所示，在本发明多自由度VR座椅驱动装置的另一个实施例中，多自由度VR座椅驱动装置还包括球窝座6，球窝座6位于转轴限位孔31和转动部11之间。

转动部11具有球形形状。球窝座6内设有球窝孔61，球窝孔61与转动部11球窝配合。球窝6的设置有利于更好地保护转轴1。此外，球窝6的球窝孔61与转动部11之间的球窝配合还有利于提高转轴1的转动灵活性。

球窝座6可直接支撑在固定座3上而与固定座3没有连接关系。或者，球窝座6可与固定座3固定连接。球窝座6与固定座3之间的固定连接通常可通过球窝座6的外表面与固定座3之间的焊接，或者球窝座6的外壁上的凸起与固定座3之间的螺栓连接等方式实现。

具体实施时，可将球窝座6设置为包括两个分体的半球窝座的结构。上述两个分体的半球窝座上分别设有半个球窝孔，两个分体的半球窝座可构成一个完整的球窝座6。这种设置有利于更方便地将转轴1和固定座3安装到一起。

在本发明多自由度VR座椅驱动装置的又一个实施例中，多自由度VR座椅驱动装置还包括弹性连接件7。弹性连接件7是指具有弹性、可被拉伸或挤压的器件，可例如为橡胶块或者伸缩套等。弹性连接件7的设置有利于更好地保护第一线性驱动单元41和万向节5。

弹性连接件7被设置为用于连接第一连接端51和第一线性驱动单元41。具体地，弹性连接件7将第一连接端51和第一线性驱动单元41的第一丝母滑块415连接在一起。上述连接可通过焊接或螺栓连接等方式实现。

在本发明多自由度VR座椅驱动装置的再一个实施例中，多自由度VR座椅驱动装置还包括连接板8。

连接板8被设置为用于连接第二连接端52和旋转驱动机构2的定子21。连接板8的设置可增加万向节5和旋转驱动机构2连接处的接触面积，从而提高万向节5和旋转驱动机构2连接的稳定性。

如图5所示，在本发明多自由度VR座椅驱动装置的还一个实施例中，万向节5为十字万向节。该十字万向节为本领域熟知的十字万向节结构。可选地，十字万向节包括万向节上端法兰、万向节下端法兰以及与十字连接轴，十字连接轴分别与万向节上端法兰和万向节下端法兰以旋转运动副的方式连接。万向节上端法兰和万向节下端法兰分别与本发明中的第一连接端51和第二连接端52相对应。

可选地，第二轴和第三轴相垂直。如图1中所示，在图1所示的状态中，第一轴与第二轴和第二轴相垂直。

如图6和图7所示，本发明还提供了一种VR座椅。

该VR座椅包括座椅9和本发明的多自由度VR座椅驱动装置。座椅9与座椅安装部12相连接，座椅9和座椅安装部12之间的连接可通过焊接或螺栓连接等方式实现。

下面以图7中示出的实施例为例，说明本发明的VR座椅可实现的多自由度运动：

当旋转驱动机构2驱动转轴1绕第一轴旋转时，转轴1的座椅安装部12绕第一轴旋转，从而可实现座椅9的360°旋转。

当第一线性驱动单元41驱动万向节5的第一连接端51沿第二轴移动时，万向节5的第一连接端51带动第二连接端52运动。此时，与万向节5的第二连接端52相连接的旋转驱动机构2带动转轴1以转动部11为中心左右摆动。这样，可实现座椅9的左右摆动。

当第二线性驱动单元42驱动第一线性驱动单元41沿第三轴移动时，与第一线性驱动单元41相连接的万向节5的第一连接端51随着第一线性驱动单元41运动。万向节5的第一连接端51带动第二连接端52运动。此时，与万向节5的第二连接端52相连接的旋转驱动机构2带动转轴1以转动部11为中心前后摆动。这样，可实现座椅9的前后摆动。

通过旋转驱动机构2、第一线性驱动单元41和第二线性驱动单元42三者的移动或转动可实现的运动的叠加，即可实现VR座椅多自由度的运动。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种多自由度VR座椅驱动装置，其特征在于，包括转轴、旋转驱动机构、固定座、线性驱动机构和万向节，其中，

所述固定座上设有转轴限位孔；

2.根据权利要求1所述的多自由度VR座椅驱动装置，其特征在于，所述第一线性驱动单元包括第一机架、第一电机、第一皮带、第一丝杆和第一丝母滑块，其中，所述第一电机和所述第一丝杆安装在所述第一机架上，所述第一丝母滑块与所述第一连接端相连接；

3.根据权利要求2所述的多自由度VR座椅驱动装置，其特征在于，所述第一电机为伺服电机；

所述第二电机为伺服电机。

4.根据权利要求1所述的多自由度VR座椅驱动装置，其特征在于，所述多自由度VR座椅驱动装置还包括球窝座，所述球窝座位于所述转轴限位孔和所述转动部之间；

所述转动部具有球形形状；

5.根据权利要求4所述的多自由度VR座椅驱动装置，其特征在于，所述球窝座与所述固定座固定连接。

6.根据权利要求1至5任一项中所述的多自由度VR座椅驱动装置，其特征在于，所述多自由度VR座椅驱动装置还包括弹性连接件；

7.根据权利要求1至5任一项中所述的多自由度VR座椅驱动装置，其特征在于，所述多自由度VR座椅驱动装置还包括连接板；

8.根据权利要求1至5任一项中所述的多自由度VR座椅驱动装置，其特征在于，所述万向节为十字万向节。

9.根据权利要求1至5任一项中所述的多自由度VR座椅驱动装置，其特征在于，所述第二轴和所述第三轴相垂直。

10.一种VR座椅，其特征在于，包括座椅和权利要求1至9任一项中所述的多自由度VR座椅驱动装置；

所述座椅与所述座椅安装部相连接。