CN108635836A - 一种vr游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置，包括有固定式底座、位于固定式底座上方且与固定式底座相对旋转运动的活动式平台、位于活动式平台上方的双脚踩踏机构、及用于控制的控制系统；所述双脚踩踏机构包括有左右对称布置的相对独立控制的左脚踩踏组件和右脚踩踏组件，每一踩踏组件包括有一悬空踩踏板及位于悬空踩踏板两侧的内侧安装支座和外侧安装支座。本外设装置解决VR游戏角色移动输入的问题，而且是玩家站立使用脚踏来输入控制，操控更为方便自然；相比大空间技术，成本低，能够在游戏空间中无限漫游；相比手柄输入方式，体验更好；相比万向跑步机，成本更低，技术更成熟，穿戴更方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种VR游戏外设装置，属于游戏娱乐设备技术领域，尤其是指一种VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置及其控制方法。
背景技术
目前，VR游戏以其独特的娱乐魅力和真实体验感吸引着众多玩家。在现有的VR游戏设备中，游戏空间移动输入的交互输入技术包括有以下几种：一、大空间定位技术，使用激光或者摄像头定位每个玩家的位置，一般支持8～16个玩家在一个100平方或者更大范围室内空间中移动，而存在的主要问题是成本高，而且只能在一定空间范围内移动；二、手柄输入空间瞬间移动，比如htc vive手柄或者xbox360手柄，而存在的主要问题是VR游戏体验效果差，由于游戏画面从一个位置突然移动到另外一个位置，或者游戏画面已经旋转但玩家身体并没有随之转身，容易导致不适应感；三、万向跑步机技术，比如ommi跑步机，玩家在一个类似锅底的设备上从四周向中心滑动，而存在的主要问题是技术不成熟，体验感差，成本也高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷与不足，提供一种VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置及其控制方法，本外设装置解决VR游戏角色移动输入的问题，而且是玩家站立使用脚踏来输入控制，操控更为方便自然；相比大空间技术，成本低，能够在游戏空间中无限漫游；相比手柄输入方式，体验更好；相比万向跑步机，成本更低，技术更成熟，穿戴更方便。
为了实现上述目的，本发明按照以下技术方案实现：
一种VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置，包括有固定式底座、位于固定式底座上方且与固定式底座相对旋转运动的活动式平台、位于活动式平台上方的双脚踩踏机构、及用于控制的控制系统；所述双脚踩踏机构包括有左右对称布置的相对独立控制的左脚踩踏组件和右脚踩踏组件，每一踩踏组件包括有一悬空踩踏板及位于悬空踩踏板两侧的内侧安装支座和外侧安装支座，其中：悬空踩踏板的内侧通过一活动轴承件与一从动连轴一端部活动连接，内侧安装支座中通过另一活动轴承件与从动连轴另一端部活动连接；悬空踩踏板的外侧与一主动连轴一端部固定连接，外侧安装支座中设置有一阻尼复位电机，阻尼复位电机与主动连轴另一端部传动连接。
进一步，所述每一悬空踩踏板的底部位置设置有重力传感器和九轴陀螺仪。
进一步，所述阻尼复位电机为无刷直流电机。
进一步，所述活动式平台与固定式底座的相对旋转运动是采用齿轮转盘传动机构，该齿轮转盘传动机构包括有固定于固定式底座中部位置的固定齿轮盘、上端与活动式平台底部中部位置固定连接且下端通过活动轴承件活动设置于固定齿轮盘内里的转轴件、水平固定于活动式平台底部位置的旋转直流电机、与旋转直流电机输出轴连接的减速器、及垂直固定于减速器输出轴尾端且与固定齿盘啮合传动连接的驱动齿轮盘。
进一步，所述控制系统包括有控制模块、发电负载调节模块和电机电动驱动模块，其中，控制模块采集重力传感器和六轴陀螺仪的信号，且将控制信号发送给发电负载调节模块和电机电动驱动模块。
上述VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置的控制方法：
当上位机游戏未开启或结束后，根据九轴陀螺仪倾角，控制模块使阻尼复位电机处于电动状态，驱使踩踏板恢复水平位置；
当游戏开始后，上位机通过以太网与本外设装置连接，接受外设装置的输入信号及控制外设装置的工作状态；当游戏开始时，上位机接受外设装置的输入控制，此时踩踏板承载玩家体重，驱动阻尼复位电机旋转，阻尼复位电机处于发电状态；之后重力传感器采集玩家的体重和九轴陀螺仪采集踩踏板的倾斜速度和倾角，控制模块通过了解玩家体重和踩踏板倾斜速度与倾角，从而通过发电负载调节模块和电机电动驱动模块，控制阻尼复位电机和旋转直流电机的工作状态，进而控制上位机游戏角色往前移动、往后移动、往左转或往右转。
进一步，所述外设装置在游戏过程中：
当需要停止时，玩家两脚控制踩踏板处于水平位置附近，踩踏板恢复水平位置时，阻尼变小，容易恢复至水平位置，而为了防止位于水平位置踩踏板过于灵敏，水平位置的阻尼适当调大；
玩家两脚往前压时，踩踏板产生阻尼阻止踩踏板快速倾斜，输入给上位机游戏往前移动的信号，倾角越大，速度越快；玩家两脚往后压时，踩踏板产生阻尼阻止踏板快速倾斜，输入给上位机游戏往后移动的信号，倾角越大，速度越快；
玩家左脚往前压，右脚处于水平，输入给上位机游戏原地往右旋转的信号；玩家右脚往前压，左脚处于水平，输入给上位机游戏原地往左旋转的信号；玩家左脚往前压，右脚也往前压，左脚往前倾角大于右脚的踏板的倾角时，输入给上位机游戏往右转大弯的信号；玩家右脚往前压，左脚也往前压，右脚往前倾角大于左脚的踏板的倾角时，输入给上位机游戏往左转大弯的信号；玩家左右两脚倾角的差异越小，转弯的角度越小，当倾角相同时，直线往前移动。
进一步，所述重力传感器采集不同玩家的不同体重，根据体重调节阻尼复位电机发电负载的大小，从而调节阻尼大小，以适应不同体重玩家的理想游戏体验。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
1、填补了VR游戏领域站立移动输入的低成本方案，相比大空间定位方案，由于每个外设装置设备体积比较小，节省大量VR体验店的游乐空间，从而节省运营成本；由于体积小，成本低，作为通用的VR脚踏输入设备，进入家庭娱乐领域成为可能。
2、解决VR游戏无限空间漫游的问题，大空间定位方案场景漫游的范围还是很有限的，目前支持10*10的方形空间，或者20*40长形空间，但相比游戏地图来说，支持地图空间还是很有限的，采用本外设装置可以支持无限空间漫游，只要游戏地图有多大，漫游空间就有多大；
3、操控方便容易自然，易于接受，除了在VR娱乐领域的应用，可以应用于医疗平衡能力训练、VR旅游、VR看房、VR教育培训等领域，只要有场景漫游的需求，就能利用它，类似键盘方向键、摇杆的使用。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明详细阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的竖向剖视结构示意图。
图3是本发明的控制流程框图。
具体实施方式
如图1至3所示，本发明所述VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置，包括有固定式底座1、位于固定式底座上方且与固定式底座相对旋转运动的活动式平台2、位于活动式平台上方的双脚踩踏机构3、及用于控制的控制系统。
上述双脚踩踏机构3包括有左右对称布置的相对独立控制的左脚踩踏组件和右脚踩踏组件，以右脚踩踏组件结构为例进行说明，右脚踩踏组件包括有一悬空踩踏板31及位于悬空踩踏板两侧的内侧安装支座32和外侧安装支座33，其中：悬空踩踏板31的底部位置设置有重力传感器34和九轴陀螺仪35；悬空踩踏板31的内侧通过一活动轴承件与一从动连轴36一端部活动连接，内侧安装支座32中通过另一活动轴承件与从动连轴36另一端部活动连接；悬空踩踏板31的外侧与一主动连轴37一端部固定连接，外侧安装支座33中设置有一阻尼复位无刷直流电机38，阻尼复位电机38与主动连轴37另一端部传动连接。
上述活动式平台2与固定式底座1的相对旋转运动是采用齿轮转盘传动机构4，该齿轮转盘传动机构4包括有固定于固定式底座中部位置的固定齿轮盘41、上端与活动式平台底部中部位置固定连接且下端通过活动轴承件活动设置于固定齿轮盘内里的转轴件42、水平固定于活动式平台底部位置的旋转直流电机43、与旋转直流电机输出轴连接的减速器44、及垂直固定于减速器输出轴尾端且与固定齿盘啮合传动连接的驱动齿轮盘45。旋转直流电机通过减速器带动驱动齿轮盘转动，从而驱动齿轮盘沿固定齿轮盘外沿齿牙转动，进而带动活动式平台旋转运动。
上述控制系统包括有控制模块、发电负载调节模块和电机电动驱动模块，其中，控制模块采集重力传感器和六轴陀螺仪的信号，且将控制信号发送给发电负载调节模块和电机电动驱动模块，调节阻尼复位电机和旋转直流电机的动作，保证与上位机游戏画面的同步。
上述VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置在使用时通过以太网与上位机连接，其控制方法为：
当上位机游戏未开启或结束后，根据九轴陀螺仪倾角，控制模块使阻尼复位电机处于电动状态，驱使踩踏板恢复水平位置；
当游戏开始后，上位机通过以太网与本外设装置连接，接受外设装置的输入信号及控制外设装置的工作状态；当游戏开始时，上位机接受外设装置的输入控制，此时踩踏板承载玩家体重，驱动阻尼复位电机旋转，阻尼复位电机处于发电状态；之后重力传感器采集玩家的体重和九轴陀螺仪采集踩踏板的倾斜速度和倾角，控制模块通过了解玩家体重和踩踏板倾斜速度与倾角，从而通过发电负载调节模块和电机电动驱动模块，控制阻尼复位电机和旋转直流电机的工作状态，进而控制上位机游戏角色往前移动、往后移动、往左转或往右转。
作为上述控制方法的进一步优化，所述外设装置在游戏过程中：
当需要停止时，玩家两脚控制踩踏板处于水平位置附近，踩踏板恢复水平位置时，阻尼变小，容易恢复至水平位置，而为了防止位于水平位置踩踏板过于灵敏，水平位置的阻尼适当调大；
玩家两脚往前压时，踩踏板产生阻尼阻止踩踏板快速倾斜，输入给上位机游戏往前移动的信号，倾角越大，速度越快；玩家两脚往后压时，踩踏板产生阻尼阻止踏板快速倾斜，输入给上位机游戏往后移动的信号，倾角越大，速度越快；
玩家左脚往前压，右脚处于水平，输入给上位机游戏原地往右旋转的信号；玩家右脚往前压，左脚处于水平，输入给上位机游戏原地往左旋转的信号；玩家左脚往前压，右脚也往前压，左脚往前倾角大于右脚的踏板的倾角时，输入给上位机游戏往右转大弯的信号；玩家右脚往前压，左脚也往前压，右脚往前倾角大于左脚的踏板的倾角时，输入给上位机游戏往左转大弯的信号；玩家左右两脚倾角的差异越小，转弯的角度越小，当倾角相同时，直线往前移动；
重力传感器采集不同玩家的不同体重，根据体重调节阻尼复位电机发电负载的大小，从而调节阻尼大小，以适应不同体重玩家的理想游戏体验。
在上述的控制方法中，“发电状态”是指前脚掌压踩踏板前端，促使踩踏板倾斜，踩踏板倾斜通过减速机反向传动，使阻尼复位无刷直流电机旋转，当阻尼复位无刷直流电机的动力线连接电阻负载时，电机转动会产生反向电动势或者说电压，电流通过负载消耗能量，这时电机相当于一个发电机，电阻相当于负载；“电动状态”是指当踩踏板倾斜的时候，上电会检测踩踏板是否处于水平位置，如果没有处于水平位置，控制电路驱动阻尼复位无刷直流电机旋转，使踩踏板复位至水平位置，这时外部电源供电给阻尼复位无刷直流电机，驱动电机旋转，电机处于“电动状态”，也是平时使用电机的普通状态。
本发明并不局限于上述具体实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
Claims (8)
1.一种VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置，包括有固定式底座、位于固定式底座上方且与固定式底座相对旋转运动的活动式平台、位于活动式平台上方的双脚踩踏机构、及用于控制的控制系统，其特征在于：所述双脚踩踏机构包括有左右对称布置的相对独立控制的左脚踩踏组件和右脚踩踏组件，每一踩踏组件包括有一悬空踩踏板及位于悬空踩踏板两侧的内侧安装支座和外侧安装支座，其中：悬空踩踏板的内侧通过一活动轴承件与一从动连轴一端部活动连接，内侧安装支座中通过另一活动轴承件与从动连轴另一端部活动连接；悬空踩踏板的外侧与一主动连轴一端部固定连接，外侧安装支座中设置有一阻尼复位电机，阻尼复位电机与主动连轴另一端部传动连接。
2.根据权利要求1所述一种VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置，其特征在于：所述每一悬空踩踏板的底部位置设置有重力传感器和九轴陀螺仪。
3.根据权利要求2所述一种VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置，其特征在于：所述阻尼复位电机为无刷直流电机。
4.根据权利要求2或3所述一种VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置，其特征在于：所述活动式平台与固定式底座的相对旋转运动是采用齿轮转盘传动机构，该齿轮转盘传动机构包括有固定于固定式底座中部位置的固定齿轮盘、上端与活动式平台底部中部位置固定连接且下端通过活动轴承件活动设置于固定齿轮盘内里的转轴件、水平固定于活动式平台底部位置的旋转直流电机、与旋转直流电机输出轴连接的减速器、及垂直固定于减速器输出轴尾端且与固定齿盘啮合传动连接的驱动齿轮盘。
5.根据权利要求4所述一种VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置，其特征在于：所述控制系统包括有控制模块、发电负载调节模块和电机电动驱动模块，其中，控制模块采集重力传感器和六轴陀螺仪的信号，且将控制信号发送给发电负载调节模块和电机电动驱动模块。
6.如权利要求5所述一种VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置的控制方法，其特征在于：当上位机游戏未开启或结束后，根据九轴陀螺仪倾角，控制模块使阻尼复位电机处于电动状态，驱使踩踏板恢复水平位置；
当游戏开始后，上位机通过以太网与本外设装置连接，接受外设装置的输入信号及控制外设装置的工作状态；当游戏开始时，上位机接受外设装置的输入控制，此时踩踏板承载玩家体重，驱动阻尼复位电机旋转，阻尼复位电机处于发电状态；之后重力传感器采集玩家的体重和九轴陀螺仪采集踩踏板的倾斜速度和倾角，控制模块通过了解玩家体重和踩踏板倾斜速度与倾角，从而通过发电负载调节模块和电机电动驱动模块，控制阻尼复位电机和旋转直流电机的工作状态，进而控制上位机游戏角色往前移动、往后移动、往左转或往右转。
7.根据权利要求6所述一种VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置的控制方法，其特征在于：所述外设装置在游戏过程中，
当需要停止时，玩家两脚控制踩踏板处于水平位置附近，踩踏板恢复水平位置时，阻尼变小，容易恢复至水平位置，而为了防止位于水平位置踩踏板过于灵敏，水平位置的阻尼适当调大；
玩家两脚往前压时，踩踏板产生阻尼阻止踩踏板快速倾斜，输入给上位机游戏往前移动的信号，倾角越大，速度越快；玩家两脚往后压时，踩踏板产生阻尼阻止踏板快速倾斜，输入给上位机游戏往后移动的信号，倾角越大，速度越快；
玩家左脚往前压，右脚处于水平，输入给上位机游戏原地往右旋转的信号；玩家右脚往前压，左脚处于水平，输入给上位机游戏原地往左旋转的信号；玩家左脚往前压，右脚也往前压，左脚往前倾角大于右脚的踏板的倾角时，输入给上位机游戏往右转大弯的信号；玩家右脚往前压，左脚也往前压，右脚往前倾角大于左脚的踏板的倾角时，输入给上位机游戏往左转大弯的信号；玩家左右两脚倾角的差异越小，转弯的角度越小，当倾角相同时，直线往前移动。
8.根据权利要求6所述一种VR游戏使用的双脚踩踏控制的外设装置的控制方法，其特征在于：所述重力传感器采集不同玩家的不同体重，根据体重调节阻尼复位电机发电负载的大小，从而调节阻尼大小，以适应不同体重玩家的理想游戏体验。
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