CN107132911A - 基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备 - Google Patents

基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备，包括运动光学检测装置和虚拟现实行走装置，其特征在于：运动光学检测装置包括运动底盘、光学发射接收装置，运动底盘通过地脚螺栓或吸盘固定在地面上，所述运动底盘周围一圈安装有光学发射接收装置，光学发射接收装置上设有光学传感器、红外发射管、红外接收管，红外发射管、红外接收管部署红外光线点阵，运动光学检测装置还包括微控制单元MCU，通过DLL文件传输有效数据；虚拟现实行走装置包括底架、支架、吊杆、用户固定部件和行走模块。本发明在用户运动的过程中，由光学检测模块实现运动检测同时将运动数据发送到主控模块上，进行数据接收，整合，处理，检测准确率高。

Description

基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备
【技术领域】
本发明涉及光学检测设备的技术领域，特别是基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备的技术领域。
【背景技术】
虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术VR主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。
运动光学检测是在运动过程中的运动运动目标的光学数据检测，现有的虚拟现实技术的运动光学检测设备是划定一定的空间的范围，在空间四个角中的一个角或两个角放置传感器，以此实现人在空间范围内的运动检测，并通过数据接口将运动信息传输到上位机上，最终达到现实世界的运动在虚拟世界的投射。针对现有技术对空间范围要求较高的缺陷。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备，在用户运动的过程中，由光学检测模块实现运动检测同时将运动数据发送到主控模块上，进行数据接收，整合，处理，检测准确率高。
为实现上述目的，本发明提出了基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备，包括运动光学检测装置和虚拟现实行走装置，其特征在于：运动光学检测装置包括运动底盘、光学发射接收装置，运动底盘通过地脚螺栓或吸盘固定在地面上，所述运动底盘周围一圈安装有光学发射接收装置，光学发射接收装置上设有光学传感器、红外发射管、红外接收管，红外发射管、红外接收管部署红外光线点阵，运动光学检测装置还包括微控制单元MCU，通过DLL文件传输有效数据；虚拟现实行走装置包括底架、支架、吊杆、用户固定部件和行走模块，运动底盘后侧面连接底架，底架顶部套接支架，支架上部顶端弯曲通过吊杆连接部件连接吊杆连接头，吊杆连接头下部铰接吊杆，吊杆末端通过刚性连接部连接用户固定部件；所述运动底盘包括弧形的运动底盘边缘部分和平面的运动底盘中心部分，用户固定部件对应于运动底盘中心部分上方；行走模块包括专用行走鞋套和鞋套固定结构。
作为优选，所述光学传感器将数据发送给微控制单元MCU，微控制单元MCU通过稳定的数据接口串口或者无线传输将数据发送到计算机CPU，数据的处理和应用交互采用DLL文件封装算法和函数，实现硬件数据和计算机应用的数据交互。
作为优选，所述用户固定部件包括腰部固定带、腿部固定带，腰部固定带和腿部固定带之间设有连接带，刚性连接部连接棘条结构，棘条结构和腰部固定带连接，通过继电器或其他电动控制棘条结构的锁死和打开。
作为优选，所述刚性连接部半固定连接吊杆，实现水平面上的X轴和Y轴转动，垂直于水平面的Z轴固定。
作为优选，所述用户固定部件上还安装有电子罗盘模块。
作为优选，所述吊杆连接部件包括两个推力轴承和一个深沟球轴承，承受拉力和推力的情况下转动。
作为优选，所述专用行走鞋套上设有鞋套固定结构，专用行走鞋套包括鞋掌、鞋中、鞋跟，专用行走鞋套底部安装有包胶轴承，包胶轴承上设有电控锁死结构。
作为优选，所述鞋掌和鞋中之间设有软胶皮筋连接，鞋中和鞋跟之间通过伸缩连接部件连接；包胶轴承的数量为至少两对。
作为优选，所述运动底盘上表面包覆一层橡胶耐磨层。
本发明的有益效果：
1、本发明在虚拟现实技术领域以红外光学点阵进行运动检测是一个全新的技术应用；
2、相比传统硬件外设，在提供传统键盘接口之外，以DLL文件能传输更多有效数据并对游戏回传数据进行反馈表现；
3、与摄像头检测相比，成本更低，与陀螺仪检测相比，准确度更高，所以本发明应用更具广泛性；
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备的主视图；
图2是本发明基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备的用户固定结构示意图；
图3A是本发明基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备的运动底盘示意图；
图3B是本发明基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备的运动底盘剖视图；
图4是本发明基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备的光学检测部分结构示意图；
图5是本发明基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备的吊杆连接头仰视图；
图6是本发明基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备的吊杆左视图；
图7是本发明基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备的行走部分结构示意图；
图8是本发明基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备的光线点阵传感分布图；
图9是本发明基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备的用户阻断光线接收图；
图10是本发明基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备的算法流程图。
图中：1-底架、2-支架、3-吊杆连接头、31-吊杆连接部件、4-吊杆、41-棘条结构、5-用户固定部件、51-腰部固定带、52-连接带、53-腿部固定带、54-刚性连接部、6-光学发射接收装置、61-光学传感器、7-运动底盘、71-运动底盘边缘部分、72-运动底盘中心部分、8-耐磨层、9-专用行走鞋套、91-鞋掌、92-鞋中、93-鞋跟、94-伸缩连接部件、95-包胶轴承。
【具体实施方式】
参阅图1～图10，本发明，包括运动光学检测装置和虚拟现实行走装置，其特征在于：运动光学检测装置包括运动底盘7、光学发射接收装置6，运动底盘7通过地脚螺栓或吸盘固定在地面上，所述运动底盘7周围一圈安装有光学发射接收装置6，光学发射接收装置6上设有光学传感器61、红外发射管、红外接收管，红外发射管、红外接收管部署红外光线点阵，运动光学检测装置还包括微控制单元MCU，通过DLL文件传输有效数据；虚拟现实行走装置包括底架1、支架2、吊杆4、用户固定部件5和行走模块，运动底盘7后侧面连接底架1，底架1顶部套接支架2，支架2上部顶端弯曲通过吊杆连接部件31连接吊杆连接头3，吊杆连接头3下部铰接吊杆4，吊杆4末端通过刚性连接部54连接用户固定部件5；所述运动底盘7包括弧形的运动底盘边缘部分71和平面的运动底盘中心部分72，用户固定部件5对应于运动底盘中心部分72上方；行走模块包括专用行走鞋套9和鞋套固定结构。所述光学传感器61将数据发送给微控制单元MCU，微控制单元MCU通过稳定的数据接口串口或者无线传输将数据发送到计算机CPU，数据的处理和应用交互采用DLL文件封装算法和函数，实现硬件数据和计算机应用的数据交互。所述用户固定部件5包括腰部固定带51、腿部固定带53，腰部固定带51和腿部固定带53之间设有连接带52，刚性连接部54连接棘条结构41，棘条结构41和腰部固定带51连接，通过继电器或其他电动控制棘条结构41的锁死和打开。所述刚性连接部54半固定连接吊杆4，实现水平面上的X轴和Y轴转动，垂直于水平面的Z轴固定。所述用户固定部件5上还安装有电子罗盘模块。所述吊杆连接部件31包括两个推力轴承和一个深沟球轴承，承受拉力和推力的情况下转动。所述专用行走鞋套9上设有鞋套固定结构，专用行走鞋套9包括鞋掌91、鞋中92、鞋跟93，专用行走鞋套9底部安装有包胶轴承95，包胶轴承95上设有电控锁死结构。所述鞋掌91和鞋中92之间设有软胶皮筋连接，鞋中92和鞋跟93之间通过伸缩连接部件94连接；包胶轴承95的数量为至少两对。所述运动底盘7上表面包覆一层橡胶耐磨层8。
支架2、吊杆4和用户固定部件5的作用是吊住人的腰部腿部。支架2和底架1套接安装，上下可以相对移动以调整支架高度，通过定位旋钮定位高度。支架2上部顶端和吊杆连接头3连接，使用两个推力轴承和一个深沟球轴承来连接支架2和吊杆连接头3，这样就可以做到让吊杆4可以在承受拉力和推力的情况下也能顺畅地转动，从而可以让使用者在被吊杆4吊着的情况下也能顺畅地转身。吊杆4做成如图6所示形状，使用时使用者的身体和吊杆4离得比较远，这样能使吊杆4对使用者的影响降到最低，吊杆4除了能够围绕运动底盘7中轴转动之外，还借助连接部分万向联轴器的作用做小幅度的前后左右的摆动，这样使用者不会觉得自己被限制的太死，提升使用体验。在吊杆4下半段的棘条结构41，所以可以利用继电器或其他方式电动控制棘条结构41的锁死和打开，人跑动时锁死，打开之后可以实现跳跃和下蹲的功能。刚性连接部54和吊杆4半固定连接，可以绕着水平面上的X轴和Y轴转动，和垂直于水平面的Z轴方向固定，只有这样人才能灵活扭腰，转身时也能带着吊杆4转动。用户固定部件5其他部分都采用织物纤维和海绵等能和人体亲密接触的材质。腰部和腿部的绑带长度可调，以适应不同身高和腰围的人。
专用行走鞋套9，由鞋掌91、鞋掌91、鞋跟93组成，伸缩连接部件94，以适应不同大小的脚。鞋掌91和鞋掌91用软胶皮筋连接，以适应走路时前脚掌的弯折。包胶轴承95，作用就是便于在曲面上滑下以实现原地行走的动作，用包胶轴承95是为了缓冲和降噪，并且和运动底盘7配合。鞋套将尽量采用轻质高强度铝合金制作以减少重量。鞋套固定结构有塑料的固定部分和魔术扎带来将鞋套固定在脚上或者鞋子底部。由于下蹲和跳起时包胶轴承95有可能发生剧烈滑动而使使用者失去平衡，所以包胶轴承95结构有专门的电控锁死结构，有传感器专门检测起跳和下蹲，包胶轴承95锁死后，下蹲和跳跃就不会发生滑动。使用鞋套在使用时不用像其他跑步机那样换鞋，更加方便。鞋套的高度低于25mm，不会使使用者感到不适。
在离运动底盘7平台一定高度的周围布置一圈光学发射接收装置6，根据实际平台形状大小的不同，可调整光学传感器的分布尺寸形状。
通过部署红外光线点阵，如图8所示，一端采用红外发射管，一端采用红外接收管，形成光线点阵。当用户在其中运动时，就会隔断相应位置的红外光线接收，如图9所示，就可以达到运动检测目的。为了使得检测更加精确，可在用户固定部件5中增加电子罗盘模块，获取准确的身体运动方向。
模块中的MCU获得光学传感器数据后，对数据进行筛选打包预处理，通过稳定的数据接口串口或者无线传输将数据发送到计算机CPU，用本发明自己的特有算法进行数据解析处理。处理过程为，根据光学点阵中用户遮挡信息计算出用户相对行走底盘的运动速度和大概角度，结合电子罗盘模块的身体角度计算得出用户运动相对于底盘的实际运动角度。相互印证之后就可得出用户真正的运动角度和速度以及运动特征，比如前进，后退，左移，右移，同时采用几个特定姿势来映射跳和蹲。算法流程图如图10所示。
对于这些数据的处理和应用交互本发明采用DLL文件封装算法和函数来实现。DLLDynamic Link Library文件为动态链接库文件，又称“应用程序拓展”，是软件文件类型。在Windows中，许多应用程序并不是一个完整的可执行文件，它们被分割成一些相对独立的动态链接库，即DLL文件，放置于系统中。当我们执行某一个程序时，相应的DLL文件就会被调用。一个应用程序可使用多个DLL文件，一个DLL文件也可能被不同的应用程序使用，这样的DLL文件被称为共享DLL文件。采用DLL实现硬件数据和计算机应用的数据交互，不仅使计算机应用能够获得更多更精细的用户运动数据，同时，硬件也能得到应用的反馈数据，硬件在一定程度上用户对实现虚拟世界的现实感受，增加用户更好的虚拟世界沉浸感。
本发明工作过程：
本发明基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备在工作过程中，将用户固定在运动光学检测装置的中央位置，并利用脚下的行走模块实现在固定位置实现行走的效果。在用户行走的过程中，由光学检测模块实现运动检测同时利用数据接口将运动数据发送到主控模块上，进行数据接收，整合，处理，并实现同虚拟现实世界的交互。在虚拟现实系统中建立用户虚拟位置，以及用户运动时就可以建立相应的虚拟系统中用户运动。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备，包括运动光学检测装置和虚拟现实行走装置，其特征在于：运动光学检测装置包括运动底盘(7)、光学发射接收装置(6)，运动底盘(7)通过地脚螺栓或吸盘固定在地面上，所述运动底盘(7)周围一圈安装有光学发射接收装置(6)，光学发射接收装置(6)上设有光学传感器(61)、红外发射管、红外接收管，红外发射管、红外接收管部署红外光线点阵，运动光学检测装置还包括微控制单元MCU，通过DLL文件传输有效数据；虚拟现实行走装置包括底架(1)、支架(2)、吊杆(4)、用户固定部件(5)和行走模块，运动底盘(7)后侧面连接底架(1)，底架(1)顶部套接支架(2)，支架(2)上部顶端弯曲通过吊杆连接部件(31)连接吊杆连接头(3)，吊杆连接头(3)下部铰接吊杆(4)，吊杆(4)末端通过刚性连接部(54)连接用户固定部件(5)；所述运动底盘(7)包括弧形的运动底盘边缘部分(71)和平面的运动底盘中心部分(72)，用户固定部件(5)对应于运动底盘中心部分(72)上方；行走模块包括专用行走鞋套(9)和鞋套固定结构。
2.如权利要求1所述的基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备，其特征在于：所述光学传感器(61)将数据发送给微控制单元MCU，微控制单元MCU通过稳定的数据接口串口或者无线传输将数据发送到计算机CPU，数据的处理和应用交互采用DLL文件封装算法和函数，实现硬件数据和计算机应用的数据交互。
3.如权利要求1所述的基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备，其特征在于：所述用户固定部件(5)包括腰部固定带(51)、腿部固定带(53)，腰部固定带(51)和腿部固定带(53)之间设有连接带(52)，刚性连接部(54)连接棘条结构(41)，棘条结构(41)和腰部固定带(51)连接，通过继电器或其他电动控制棘条结构(41)的锁死和打开。
4.如权利要求3所述的基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备，其特征在于：所述刚性连接部(54)半固定连接吊杆(4)，实现水平面上的X轴和Y轴转动，垂直于水平面的Z轴固定。
5.如权利要求1所述的基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备，其特征在于：所述用户固定部件(5)上还安装有电子罗盘模块。
6.如权利要求1所述的基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备，其特征在于：所述吊杆连接部件(31)包括两个推力轴承和一个深沟球轴承，承受拉力和推力的情况下转动。
7.如权利要求1所述的基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备，其特征在于：所述专用行走鞋套(9)上设有鞋套固定结构，专用行走鞋套(9)包括鞋掌(91)、鞋中(92)、鞋跟(93)，专用行走鞋套(9)底部安装有包胶轴承(95)，包胶轴承(95)上设有电控锁死结构。
8.如权利要求7所述的基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备，其特征在于：所述鞋掌(91)和鞋中(92)之间设有软胶皮筋连接，鞋中(92)和鞋跟(93)之间通过伸缩连接部件(94)连接；包胶轴承(95)的数量为至少两对。
9.如权利要求1至8中任一项所述的基于虚拟现实万向行走器的运动光学检测设备，其特征在于：所述运动底盘(7)上表面包覆一层橡胶耐磨层(8)。
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