CN108428386A - 一种解决vr眩晕的模拟驾驶装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置，包括座椅、VR模块、运动控制系统、运动执行机构以及VR或AR眼镜，座椅包括分开且可相互独立运动的坐垫和靠背；VR模块用于加载VR内容；运动控制系统与VR模块连接，用于生成含运动数据的控制指令；运动执行机构与运动控制系统通过一定的媒介进行通信，并与座椅相连接，用于通过通信媒介接收所述控制指令，并根据控制指令驱动坐垫中心点进行左右方向的运动；该运动执行机构还用于将当前运动状态信息回传至运动控制系统；VR或AR眼镜与VR模块通过一定的媒介进行通信，用于显示相应的VR内容。该装置通过分体式座椅给用户提供实时、稳定、细腻、柔和和逼真的动感体验，有效解决VR眩晕问题。

Description

一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置

技术领域

本发明涉及模拟驾驶设备技术领域，特别是一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置。

背景技术

VR又名虚拟现实技术，最早出现在美国。20世纪80年代初，美国VPL公司创建人拉尼尔首次提出VR技术。随着虚拟现实产品的沉浸感和体验感逐步提升和虚拟现实视频内容和游戏内容日益丰富，虚拟现实在制造、教育、文化、旅游等行业应用中快速渗透，硬件商、消费者、开发者三方共赢的“平台+应用”闭环生态圈已经形成。虚拟现实产业当前呈现出虚拟现实终端产品百花齐放、技术和服务升级创新、关键技术不断突破、产品和行业标准走向成熟的良好发展态势。目前VR技术在医疗、军事、科技、商业、建筑、娱乐、生活等方面都有应用。但是由于目前硬件上还无法做到能够高度还原真实场景的VR产品、VR界面中的视觉反差使实际运动与大脑运动不能够正常匹配、VR内容的画面感与实际不符合以及VR设备帧间延迟跟不上人的运动等因素，使得使用者产生眩晕感，导致使用者无法长时间体验，所以解决VR眩晕成了目前行业中面临的首要技术难题。

现有方法中有，CN201611232743公开的一种用于虚拟现实的可操控协调运动感知座椅，包括座椅、底部支架、至少一个左右弧形运动机构、至少一个前后弧形运动机构。所述的左右弧形运动机构、前后弧形运动机构分别实现座椅的左右运动、前后运动，使得VR虚拟现实中画面模拟人在飞行器、汽车等运动状态时，坐在椅子上的用户能够跟随画面发生移动，大脑在身体移动信号和视觉移动信号一致，避免眩晕和恶心。

现有方法中还有CN201710981930提供的一种VR座椅，包括座椅主体，还包括电机、配重块、电动缸、支撑件和底座，所述支撑件与底座垂直并固定设置，配重块设于支撑件上并与支撑件转动连接，电机与配重块连接，电机的输出轴与座椅主体连接，电动缸的伺服电机固定于底座上，电动缸的丝杆与配重块连接。电机带动座椅主体在与电机的输出轴垂直的方向转动，实现座椅主体在一个维度的大角度旋转；电动缸的伺服电机带动丝杆伸缩，丝杆进而带动配重块转动，与配重块连接的电机以及与电机连接的座椅主体也随之转动，实现座椅主体在另一纬度的大角度旋转。

上述两种VR座椅的问题在于：坐垫和靠背是相对固定或一体的，无法实现相对运动，均无法真实的还原加速度，加速度响应过程有较长的延迟且不易被感知，而且还有很多细腻的动作上无法表现出来（例如车辆加速时推背、车体倾斜、碰撞、飞越等），只能在极小的程度上缓解眩晕感，以及给用户带来小程度的仿真体验

有鉴于此，本发明人VR模拟驾驶设备进行了深入研究，提出一种更好的解决VR眩晕的模拟驾驶装置，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置，通过分体式座椅给用户提供实时、稳定、细腻、柔和和逼真的动感体验，有效解决VR眩晕问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置，包括：

座椅，其包括分开且可相互独立运动的坐垫和靠背；

VR模块，用于加载VR内容；

运动控制系统，其与VR模块连接，用于从VR内容中获取车辆运动信息，并通过一定的算法将从VR内容中获取的车辆信息转换为运动执行机构能够执行的运动数据，然后生成含运动数据的控制指令；

运动执行机构，其与运动控制系统通过一定的媒介进行通信，并与座椅相连接，用于通过通信媒介接收所述控制指令，并根据控制指令驱动坐垫中心点进行左右方向的运动；以及

VR或AR眼镜，其与VR模块通过一定的媒介进行通信，用于显示相应的VR内容。

进一步，所述运动执行机构驱动坐垫以平动和/或转动的方式使坐垫的中心点进行左右方向运动。

优选的，所述运动执行机构驱动坐垫以平动或传送带的方式进行前后方向的运动。

优选的，所述运动执行机构以平动或转动的方式驱动靠背的中心点前后运动，或在靠背上安装气囊的方式，通过气囊的压缩与膨胀让人体感受前后方向运动。

进一步，所述运动执行机构包括一传送带，坐垫通过该传送带驱动进行左右方向运动。

优选的，所述运动执行机构驱动坐垫以平动的方式进行前后运动。

优选的，所述运动执行机构以平动或转动的方式驱动靠背的中心点前后运动，或在靠背上安装气囊的方式，通过气囊的压缩与膨胀让人体感受前后方向运动。

进一步，所述通信媒介为USB、串口或者网络。

所述运动控制系统以及VR模块均集成于一计算机中，其中VR内容为VR学车软件或VR赛车游戏。

进一步，该运动执行机构还用于将当前运动状态信息回传至运动控制系统。

采用上述方案后，本发明工作原理如下：运动控制系统执行后，先对一些相关的数据进行初始化操作，运动控制系统自动对VR模块（其加载的VR内容可以是VR学车软件或VR赛车游戏等）进行判断是否有在执行，如果VR模块有在执行，则运动控制系统将从VR模块中获取车辆的运动信息，包括位置、速度、加速度、角度、档位、引擎信息等等，通过一定的算法将从VR模块中获取的相关车辆信息转换为每秒400帧的运动执行机构能够执行的运动数据，并将运动数据通过通信媒介发送到运动执行机构，运动执行机构将能按照运动控制系统的控制指令执行相应的动作，如果VR模块关闭后，运动控制系统也将自动停止从VR模块中获取相关的车辆信息并自动停止发送运动数据至运动执行机构。运动控制系统还会从运动执行机构中获取运动执行机构的相关状态信息，方便用户进行保养与维护。运动执行机构与座椅相连接，通过运动执行机构来使坐垫和靠背能够实现相对运动。

其中，运动控制系统每秒可以控制运动执行机构执行400个动作命令，响应时间可以控制在2.5ms，从而能够实现实时、稳定、细腻、柔和的动感体验。VR眼镜用来给用户提供虚拟现实的体验。

需要说明的是：上述的VR模块以及运动控制系统所具有的功能均可采用现有相关软件来实现，特别是运动控制系统“从VR内容中获取车辆运动信息，并通过一定的算法将从VR内容中获取的车辆信息转换为运动执行机构能够执行的运动数据”中“算法”属于现有技术手段，于VR模拟驾驶领域属于成熟的技术，“算法”实际上是根据车辆的位置、速度、加速度、角度、档位、引擎信息来计算运动执行机构的运动数据的过程，例如车辆加速时，靠背/坐垫需要向前/向后移动一端距离，使坐在座椅上的用户身体略微倾斜且获得推背感，又例如车辆转弯时，向心加速度使得用户需要获得身体便宜的体感，而坐垫向左/向右偏移一定距离便可实现，坐垫/靠背移动距离则需要根据启动的加速度来确定，因此该算法实际上在很多领域（多用于模拟驾驶游戏机）来说都存在应用，本发明关键在于通过分体式的座椅，能够根据车辆信息获得分别控制坐垫和靠背的运动数据，并根据运动数据来实现更为丰富的动感体验。

本发明的有益效果在于：汽车等载具，行驶过程中，一般能达到5-10m/s²的加速度，传统的现有的VR动态仿真模拟器，假设要模拟持续1s的5m/s²的加速度，理论上需要超过2.5m的运动范围，要做到这么大的运动范围的成本代价是相当大。本发明则用较低的成本实现了真实的加速度和重力水平分力的模拟，由于座椅的坐垫和靠背是相互独立，可以通过坐垫和靠背的相对运动，从而给用户的身体施加相应的力量，用来模拟加速过程中的身体感受：如果需要增加后背和臀部在前后方向的压力，则缩小坐垫与靠背的前后距离，反之亦然；如果需要增加后背和臀部在左右方向的压力，则增加坐垫和靠背的左右方向的距离。比如推背感、路面颠簸、车体倾斜、车辆加速度、碰撞、飞跃、换挡冲击等感受。因此，本发明通过分体式的座椅实现坐垫和靠背的相对运动，特别设计坐垫独立的左右运动方式，能够配合VR内容提供实时、稳定、细腻、柔和和更逼真的VR动感体验，有效解决了VR眩晕的问题。

附图说明

图1为本发明一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置的结构框图；

图2为本发明运动控制系统工作流程图；

图3所示为坐垫通过平动方式进行左右方向运动结构示意图；

图4所示为坐垫通过平动方式进行前后方向运动结构示意图；

图5所示为靠背通过平动方式进行前后方向运动结构示意图；

图6所示为靠背通过转动方式使靠背的中心点进行前后方向运动结构示意图；

图7所示为靠背通过安装气囊的方式进行前后方向运动结构示意图；

图8所示为坐垫通过传送带方式进行前后方向运动结构示意图；

图9所示为坐垫通过平动和转动方式使坐垫的中心点进行左右方向运动结构示意图；

图10所示为坐垫通过传送带方式进行左右方向运动结构示意图；

图11所示为坐垫通过转动方式使坐垫的中心点进行左右方向运动结构示意图。

标号说明

座椅1，坐垫11，靠背12，VR模块2，运动控制系统3，运动执行机构4，VR眼镜5，气囊6，传送带7，底座8。

具体实施方式

如图1所示，本发明揭示的一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置，包括：

座椅1，其包括分开且可相互独立运动的坐垫11和靠背12；

VR模块2，用于加载VR内容；

运动控制系统3，其与VR模块连接，用于从VR内容中获取车辆运动信息，并通过一定的算法将从VR内容中获取的车辆信息转换为运动执行机构4能够执行的运动数据，然后生成含运动数据的控制指令；

运动执行机构4，其与运动控制系统3通过一定的媒介进行通信，通信媒介可以为USB、串口或者网络，运动执行机构4与座椅相连接，用于通过通信媒介接收所述控制指令，并根据控制指令驱动坐垫和/或靠背进行前后、左右方向的运动；该运动执行机构4还用于将当前运动状态信息回传至运动控制系统；以及

VR眼镜5，其与VR模块通过一定的媒介进行通信，用于显示相应的VR内容，根据需要该VR眼镜也可以替换为AR眼镜。

以下结合图2说明本发明工作过程：运动控制系统3执行后，先对一些相关的数据进行初始化操作，运动控制系统3自动对VR模块2（其加载的VR内容可以是VR学车软件或VR赛车游戏等）进行判断是否有在执行，如果VR学车软件有在执行，则运动控制系统3将从VR模块2中获取车辆的运动信息，包括位置、速度、加速度、角度、档位、引擎信息等等，通过一定的算法将从VR模块2中获取的相关车辆信息转换为每秒400帧的运动执行机构4能够执行的运动数据，并将运动数据通过通信媒介发送到运动执行机构4，运动执行机构4将能按照运动控制系统的控制指令执行相应的动作，如果VR模块2关闭后，运动控制系统3也将自动停止从VR模块2中获取相关的车辆信息并自动停止发送运动数据至运动执行机构。运动控制系统3还会从运动执行机构4中获取运动执行机构4的相关状态信息，方便用户进行保养与维护。运动执行机构4与座椅1的坐垫11和靠背12分别连接，通过运动执行机构4来使坐垫11和靠背12实现相对运动。

通过分体式的坐垫11和靠背12设计，可以实现坐垫11和靠背12多种方式的相对运动，而且可为坐垫11和靠背12分别设计不同的运动方式，为了配合座椅坐垫11和靠背12的分体式运动，运动执行机构4也可以采用多样的驱动方式，以提供给用户不同的运动体感，以下通过多个实施例来介绍座椅1的运动方式。

如图3和4所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例一，其中坐垫11可以平动的方式进行左右和前后运动。

如图3和5所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例二，其中坐垫11可以平动的方式进行左右运动，靠背12以平动的方式进行前后运动。

如图3和6所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例三，其中坐垫11可以平动的方式进行左右运动，靠背12则以转动的方式使靠背的中心点进行前后运动。

如图3和7所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例四，其中坐垫11可以平动的方式进行左右运动，靠背12则通过安装气囊6的方式，通过气囊的压缩与膨胀让人体感受前后运动。

如图3和8所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例五，其中坐垫11可以平动的方式进行左右运动，坐垫11还通过传送带7驱动的方式前后移动。

如图4和9所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例六，其中坐垫11可以平动和转动的方式使坐垫11的中心点进行左右运动，并以平动方式前后移动。

如图5和9所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例七，其中坐垫11可以平动和转动的方式使坐垫11的中心点进行左右运动，靠背12则以平动方式前后移动。

如图6和9所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例八，其中坐垫11可以平动和转动的方式使坐垫11的中心点进行左右运动，靠背12也以转动方式使靠背12的中心点进行前后移动。

如图7和9所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例九，其中坐垫11可以平动和转动的方式使坐垫11的中心点进行左右运动，靠背12则通过安装气囊6的方式，通过气囊的压缩与膨胀让人体感受前后运动。

如图8和9所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例十，其中坐垫11可以平动和转动的方式使坐垫11的中心点进行左右运动，还通过传送带7的方式前后运动。

如图4和10所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例十一，其中坐垫11通过传送带7的方式进行左右运动，还通过平动方式前后运动。

如图5和10所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例十二，其中坐垫11通过传送带7的方式进行左右运动，靠背12通过平动方式前后运动。

如图6和10所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例十三，其中坐垫11通过传送带7的方式进行左右运动，靠背12通过转动方式前后运动。

如图7和10所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例十四，其中坐垫11通过传送带7的方式进行左右运动，靠背12通过安装气囊6的方式，通过气囊的压缩与膨胀让人体感受前后运动。

如图4和11所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例十五，其中坐垫11可以转动的方式使坐垫11的中心点进行左右运动，并以平动方式前后移动。

如图5和11所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例十六，其中坐垫11可以转动的方式使坐垫11的中心点进行左右运动，靠背12则以平动方式前后移动。

如图6和11所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例十七，其中坐垫11可以转动的方式使坐垫11的中心点进行左右运动，靠背12也以转动方式使靠背12的中心点进行前后移动。

如图7和11所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例十八，其中坐垫11可以转动的方式使坐垫11的中心点进行左右运动，靠背12则通过安装气囊6的方式，通过气囊的压缩与膨胀让人体感受前后运动。

如图8和11所示为本发明提供的座椅运动方式的实施例十九，其中坐垫11可以转动的方式使坐垫11的中心点进行左右运动，还通过传送带7的方式前后运动。

在实际实施中，靠背12与坐垫11分别安装在一个底座8上，而运动执行机构4作为底座8的一部分，能够分别驱动靠背12与坐垫11进行不同方式和方向的运动。

本实施例所采用“平动方式”，是指通过运动执行机构4输出水平或垂直方向的动力，带动靠背12和/或坐垫11在水平方向或垂直方向上平稳的运动，例如采用滑轨、液压缸等机构；“转动的方式”是指运动执行机构4带动靠背12或坐垫11以一定的弧度前后或左右运动。

以上仅为本发明的具体实施例，并非对本发明的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (10)

1.一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置，其特征在于包括：

座椅，其包括分开且可相互独立运动的坐垫和靠背；

VR模块，用于加载VR内容；

运动控制系统，其与VR模块连接，用于从VR内容中获取车辆运动信息，并通过一定的算法将从VR内容中获取的车辆信息转换为运动数据，然后生成含运动数据的控制指令；

运动执行机构，其与运动控制系统通过一定的媒介进行通信，并与座椅相连接，用于通过通信媒介接收所述控制指令，并根据控制指令驱动坐垫中心点进行左右方向的运动；以及

VR或AR眼镜，其与VR模块通过一定的媒介进行通信，用于显示相应的VR内容。

2.如权利要求1所述的一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置，其特征在于：所述运动执行机构驱动坐垫中心点以平动和/或转动的方式进行左右方向运动。

3.如权利要求2所述的一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置，其特征在于：所述运动执行机构驱动坐垫以平动或传送带的方式进行前后方向的运动。

4.如权利要求2所述的一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置，其特征在于：所述运动执行机构以平动或转动的方式驱动靠背的中心点前后运动，或在靠背上安装气囊的方式，通过气囊的压缩与膨胀让人体感受前后方向运动。

5.如权利要求1所述的一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置，其特征在于：所述运动执行机构包括一传送带，坐垫通过该传送带驱动进行左右方向运动。

6.如权利要求5所述的一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置，其特征在于：所述运动执行机构驱动坐垫以平动的方式进行前后运动。

7.如权利要求5所述的一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置，其特征在于：所述运动执行机构以平动或转动的方式驱动靠背的中心点前后运动，或在靠背上安装气囊的方式，通过气囊的压缩与膨胀让人体感受前后方向运动。

8.如权利要求1所述的一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置，其特征在于：所述通信媒介为USB、串口或者网络。

9.如权利要求1所述的一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置，其特征在于：所述运动控制系统以及VR模块均集成于一计算机中，其中VR内容为VR学车软件或VR赛车游戏。

10.如权利要求1所述的一种解决VR眩晕的模拟驾驶装置，其特征在于：该运动执行机构还用于将当前运动状态信息回传至运动控制系统。