CN107066078B - 一种虚拟现实体验平台的控制系统 - Google Patents

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    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality

Abstract

本发明公开了一种虚拟现实体验平台的控制系统，包括，控制器、驱动器、虚拟现实体验平台，其中，控制器用于发送控制指令至驱动器，驱动器用于根据控制指令驱动虚拟现实体验平台，虚拟现实体验平台包括：上平台、下平台、多组运动执行机构，每组运动执行机构包括：至少两个直线电机、至少两个滑杆、至少两个第一铰接部件、至少一个第二铰接部件，其中，至少两个直线电机固定于下平台，至少两个滑杆的一端分别通过至少两个第一铰接部件铰接于至少两个直线电机，至少两个滑杆的另一端通过至少一个第二铰接部件铰接于上平台，通过多组运动执行机构的配合运动，实现上平台的六自由度的运动。

Description

一种虚拟现实体验平台的控制系统
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，更具体地，涉及一种虚拟现实体验平台的控制系统。
背景技术
虚拟实境(Virtual Reality)，简称VR技术，是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。
将VR技术与座椅结合在一起形成虚拟现实体验平台，是目前一项重要应用，对于如何将VR技术嵌入到传统座椅上，是一个亟待解决的问题。另外，现有技术中，虚拟现实体验平台采用伺服电机进行驱动，同时，以滚珠丝杠、齿条与齿轮、传动皮带与皮带轮作为机械传动部件，存在响应速度慢、噪音大、运动振动大、机械磨损严重等缺点。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种虚拟现实体验平台的控制系统的新技术方案。
根据本发明的一个方面，提供了一种虚拟现实体验平台的控制系统，包括，控制器、驱动器、虚拟现实体验平台，其中，所述控制器用于发送控制指令至所述驱动器，所述驱动器用于根据所述控制指令驱动所述虚拟现实体验平台，所述虚拟现实体验平台包括：上平台、下平台、多组运动执行机构，每组运动执行机构包括：至少两个直线电机、至少两个滑杆、至少两个第一铰接部件、至少一个第二铰接部件，其中，所述至少两个直线电机固定于所述下平台，所述至少两个滑杆的一端分别通过所述至少两个第一铰接部件铰接于所述至少两个直线电机，所述至少两个滑杆的另一端通过所述至少一个第二铰接部件铰接于所述上平台，通过所述多组运动执行机构的配合运动，实现所述上平台的六自由度的运动。
可选地，所述第一铰接部件至少包括：第一万向联轴节，和/或所述第二铰接部件至少包括：第二万向联轴节和轴承部件，其中，所述至少两个滑杆的另一端均铰接于所述第二万向联轴节上，所述第二万向联轴节与设置在所述上平台的轴承部件连接。
可选地，所述两个滑杆的另一端铰接于所述第二万向联轴节的同一铰接处，或者，所述两个滑杆的另一端铰接与所述第二万向联轴节的不同铰接处。
可选地，所述虚拟现实体验平台包括三组运动执行机构。
可选地，所述直线电机包括：电机本体和运动滑轨，其中，所述运动滑轨固定于所述下平台，所述电机本体设置于所述运动滑轨上。
可选地，所述每组运动执行机构中的至少两个直线电机共用同一运动滑轨。
可选地，所述三组运动执行机构的三个运动滑轨拼接成等边三角形。
可选地，所述虚拟现实体验平台还包括：座椅，固定于所述上平台。
可选地，所述控制系统还包括：位置编码器，用于将所述每组运动执行机构中的至少两个直线电机的运动速度和运动距离反馈至所述驱动器。
本发明的发明人发现，本发明实施例提供的虚拟现实体验平台的控制系统，虚拟现实体验平台采用直线电机和执行机构的直驱结构，取消了现有技术中的滚珠丝杠、齿条与齿轮、传动皮带与皮带轮等机械传动部件，克服了机械传动噪音和振动，提高了响应速度。另外，本发明提供的虚拟现实体验平台，体积小，惯性低，克服了传统机械结构的惯性大的弊端。
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。
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示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实平台的控制系统的结构示意图。
图2a示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实体验平台的结构示意图。
图2b示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实体验平台的另一种视图角度的结构示意图。
图2c示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实体验平台的另一种视图角度的结构示意图。
图3示出了根据本发明一个实施例的第一铰接部件的结构示意图。
图4示出了根据本发明一个实施例的第二铰接部件的结构示意图。
图5示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实体验平台的另一种结构示意图。
图6示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实平台的控制系统的另一种结构示意图。
图7示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实体验平台的控制方法的处理流程图。
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。
本发明提供了一种虚拟现实平台的控制系统。图1示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实平台的控制系统的结构示意图。参见图1，该控制系统至少包括：控制器110、驱动器120和虚拟现实体验平台130，其中，控制器110用于发送控制指令至驱动器120，驱动器120用于根据控制指令驱动虚拟现实体验平台130实现六自由度的全方位运动。图2a示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实体验平台的结构示意图。参见图2a，该虚拟现实体验平台130包括：上平台10、下平台20、多组运动执行机构30，每组运动执行机构至少包括：至少两个直线电机310、至少两个滑杆320、至少两个第一铰接部件330和至少一个第二铰接部件340。至少两个直线电机310固定于下平台20。至少两个滑杆320的一端分别通过所述至少两个第一铰接部件330铰接于至少两个直线电机310上，即两个滑杆320中的一个滑杆铰接于两个直线电机310中的一个直线电机，两个滑杆320中的另一个滑杆铰接于两个直线电机310中的另一个直线电机，两个滑杆320的另一端通过第二铰接部件340铰接于上平台10。通过多组运动执行机构30的配合运动，实现上平台10的六自由度的运动。
采用本发明提供的虚拟现实体验平台的控制系统，采用直线驱动直线电机和执行机构的直驱结构，取消了现有技术中的滚珠丝杠、齿条与齿轮、传动皮带与皮带轮等机械传动部件，克服了机械传动噪音和振动，提高了响应速度。另外，本发明提供的虚拟现实体验平台，体积小，惯性低，克服了传统机械结构的惯性大的弊端。
参见图3，本发明实施例中，第一铰接部件330至少包括：第一万向联轴节330a，第一万向联轴节330a设置于直线电机上。
参见图4，第二铰接部件340至少包括：第二万向联轴节340a和轴承部件340b。两个滑杆320的另一端均铰接于第二万向联轴节340a，第二万向联轴节340a与设置在上平台10的轴承部件340b连接。本发明实施例中，每组运动执行机构中的至少两个滑杆320的另一端可铰接于第二万向联轴节340a的同一铰接处，或者，每组运动执行机构中的至少两个滑杆320的另一端可铰接于第二万向联轴节340a的不同铰接处，优选地，参见图3，本发明实施例中两个滑杆320的另一端铰接于第二万向联轴节340a的同一铰接处。
本发明实施例涉及的直线电机310包括电机本体和运动滑轨两部分，其中，运动滑轨固定在下平台20上，电机本体可在运动滑轨上做直线运动。在本发明的一个优选实施例中，每组运动执行机构中的至少两个直线电机310的电机本体共用同一运动滑轨。本发明实施例中，每组运动执行机构中的至少两个直线电机310也可设置在不同的运动滑轨上，即每一个直线电机本身均包含有一个运动滑轨，此时，每一个直线电机的电机本体均在其本身包含的运动滑轨上做直线运动。
图2b和图2c为图2a中示出的虚拟现实体验平台130的另外两种视图角度的结构示意图。参见图2b和图2c，虚拟现实体验平台130包括三组运动执行机构，即运动执行机构30a、运动执行机构30b、运动执行机构30c。每组运动执行机构至少包括：两个直线电机、两个滑杆、两个第一万向联轴节、一个第二万向联轴节和一个轴承部件。需要说明地是，虚拟现实体验平台包含有三组运动执行机构仅仅是作为一个示例，虚拟现实体验平台包含的运动执行机构的数量还可为四组、五组、六组，对此，本发明并不作出任何限定。
参见图2b和图2c，每组运动执行机构中的两个直线电机的电机本体均设置在同一运动滑轨上。三组运动执行机构包含有三个运动滑轨，优选地，该三个运动滑轨拼接成等边三角形。
参见图2b和图2c，三个第二万向联轴节均匀地分布在上平台10上，其中，三个第二万向联轴节的连线拼接形成等边三角形。本发明实施例中，三个第二万向联轴节还可按照任意分布方式固定在上平台10上，对此，本发明并不作出任何限定。
下面将举例说明本发明实施例提供的虚拟现实体验平台的六自由度的全方位运动。
参见图2b和图2c，当每组运动执行机构中的两个直线电机均沿着滑动导轨沿着相互靠近或者远离对方的方向运动时，则带动每组运动执行机构中的两个滑杆运动，进而带动上平台沿Z轴方向上下运动。当每组运动执行机构中的两个直线电机均沿着同一个方向运动，三组运动执行机构中的6个直线电机的运动方向组合形成一个围绕着Z轴做顺时针或者逆时针的运动时，且每组运动执行机构中的两个直线电机的距离保持不变，此时，三组运动执行机构带动上平台绕Z轴做顺时针或逆时针转动。
参见图2b和图2c，运动执行机构30b和运动执行机构30c中的两个直线电机均沿着靠近运动执行机构30a的方向运动，运动执行机构30b中的两个直线电机的距离保持不变，运动执行机构30c中的两个直线电机的距离保持不变，且运动执行机构30a保持自由状态，此时，三组运动执行机构带动上平台沿Y轴方向前后运动。当运动执行机构30b中的两个直线电机沿着相互靠近对方的方向运动，运动执行机构30c中的两个直线电机沿着相互靠近对方的方向运动，运动执行机构30a中的两个直线电机保持不动，此时，三组运动执行机构带动上平台沿Y轴方向转动。
参见图2b和图2c，运动执行机构30a中的两个直线电机均沿着靠近或者远离运动执行机构30b的方向运动，且运动执行机构30a中的两个直线电机的距离保持不变，运动执行机构30b中的两个直线电机均沿着靠近或者远离运动执行机构30a的方向运动，且运动执行机构30b中的两个直线电机的距离保持不变，运动执行机构30a中的两个电机的运动速度小于运动执行机构30b中的两个直线电机的运动速度，运动执行机构30c中的两个直线电机沿着相互靠近对方的方向运动，此时，三组运动执行机构带动上平台沿X轴方向左右运动。当运动执行机构30a中的两个直线电机沿着相互靠近对方的方向运动，运动执行机构30b中的两个直线电机沿着相互远离对方的方向运动，运动执行机构30c中的两个直线电机沿着相互远离对方的方向运动，此时，三组运动执行机构带动上平台沿X轴方向转动。
本发明实施例中，虚拟现实体验平台六自由度运动的实现，不仅需要控制直线电机的位置，还需要控制直线电机的运动速度。需要说明地是，上述列举的虚拟现实体验平台的六自由度运动的各直线电机的具体运动情况，仅仅是作为一个示例，除上述列举的各直线电机的配合运动外，还可为其他各直线电机的配合运动，并不局限于上述列举的示例。
在本发明的一个优选实施例中，参见图5，虚拟现实体验平台还包括：一座椅40，座椅40固定于上平台10。
在本发明的一个优选实施例中，直线电机为一三相永磁同步交流直线电机。
在本发明的一个优选实施例中，参见图6，虚拟现实体验平台的控制系统还包括：位置编码器140，用于将图2b和图2c示出的六个直线电机的运动速度和运动距离反馈至驱动器120，实现电压(转速)、电流(扭矩)、位置(运动精度)三个闭环控制，提高了虚拟现实体验平台系统响应速度、运动精度和可靠性。
图7示出了根据本发明一个实施例的虚拟现实体验平台的控制方法的处理流程图。参见图7，该方法至少包括步骤S702至步骤S708。
步骤S702，主控计算机控制VR设备输出VR内容；
步骤S704，根据VR内容，控制器通过运动学反解得到虚拟现实体验平台中的各直线电机的运动数据；其中，本发明实施例中，控制器根据体感算法得到各直线电机的运动数据，具体地，体感算法包括洗出算法、感知模拟叠加和运动反解等步骤；
步骤S706，控制器发送脉冲指令到驱动器，其中，脉冲指令包含有图2b和图2c示出的6个直线电机的运动速度和运动距离；
步骤S708，驱动器根据脉冲指令及位置编码器的反馈信号，谐调图2b和图2c示出的六个直线电机运动，进而带动上平台运动。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 (9)

1.一种虚拟现实体验平台的控制系统，其特征在于，包括：控制器、驱动器、虚拟现实体验平台，其中，所述控制器用于发送控制指令至所述驱动器，所述驱动器用于根据所述控制指令驱动所述虚拟现实体验平台，所述虚拟现实体验平台包括：上平台、下平台、多组运动执行机构，每组运动执行机构包括：至少两个直线电机、至少两个滑杆、至少两个第一铰接部件、一个第二铰接部件，其中，所述至少两个直线电机固定于所述下平台，所述至少两个滑杆的一端分别通过所述至少两个第一铰接部件铰接于所述至少两个直线电机，所述至少两个滑杆的另一端通过一个第二铰接部件铰接于所述上平台，通过所述多组运动执行机构的配合运动，实现所述上平台的六自由度的运动。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第一铰接部件至少包括：第一万向联轴节，和/或所述第二铰接部件至少包括：第二万向联轴节和轴承部件，
其中，所述至少两个滑杆的另一端均铰接于所述第二万向联轴节上，所述第二万向联轴节与设置在所述上平台的轴承部件连接。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述两个滑杆的另一端铰接于所述第二万向联轴节的同一铰接处，或者，所述两个滑杆的另一端铰接于所述第二万向联轴节的不同铰接处。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述虚拟现实体验平台包括三组运动执行机构。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述直线电机包括：电机本体和运动滑轨，其中，所述运动滑轨固定于所述下平台，所述电机本体设置于所述运动滑轨上。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述每组运动执行机构中的至少两个直线电机共用同一运动滑轨。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述三组运动执行机构的三个运动滑轨拼接成等边三角形。
8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述虚拟现实体验平台还包括：座椅，固定于所述上平台。
9.根据权利要求1-8任一所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：位置编码器，用于将所述每组运动执行机构中的至少两个直线电机的运动速度和运动距离反馈至所述驱动器。
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