CN108831239A - 一种智能vr轮椅训练系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能VR轮椅训练系统及其控制方法，该系统包括训练装置、主机和VR眼镜；所述训练装置包括底座、控制板，底座上设有两个用于安放轮椅后轮的限位槽，所述限位槽中设置有支撑辊，支撑辊上安装有与控制板通信的电磁阻尼器和速度传感器；所述主机用于根据第一速度传感器采集的第一速度数据和第二速度传感器采集的第二速度数据，调整当前用户在虚拟场景中的位置；根据当前用户在虚拟场景中的位置的地形参数，向控制板发送控制信号，使控制板调节第一电磁阻尼器和第二电磁阻尼器的输出阻尼。本发明使得用户可以沉浸式地代入虚拟场景中训练，让用户觉得训练具有真实感，不容易觉得训练枯燥。本发明可以广泛应用于虚拟显示设备领域。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟显示设备领域，尤其是一种智能VR轮椅训练系统及其控制方法。
背景技术
随着虚拟现实技术(VR技术)的不断发展，目前VR技术被应用到各行各业，例如游戏、影视和仿真训练等等。
轮椅，是伤残人士或者长者的代步工具，对于这类人群，轮椅的使用显得尤为重要。而很多人，在刚开始使用轮椅时并不习惯，需要经过一段时间练习后才能熟悉地使用轮椅。如果让伤残人士或者长者直接在户外练习使用轮椅，有可能会造成意外。因此需要一套练习系统让他们能够在室内进行练习。
但是目前的轮椅训练系统，仅仅只能对用户进行训练，而不能提供虚拟场景，因此用户使用起来会觉得练习场景不真实，练习较为枯燥。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种可以提供真实感的智能VR轮椅训练系统及其控制方法。
本发明所采取的第一种技术方案是：
一种智能VR轮椅训练系统，包括训练装置、主机和VR眼镜；
所述训练装置包括底座和控制板，所述底座上设有第一限位槽和第二限位槽，所述第一限位槽内设有第一支撑辊和第二支撑辊，所述第二限位槽内设有第三支撑辊和第四支撑辊，所述第一支撑辊或第二支撑辊上安装有第一电磁阻尼器和第一速度传感器，所述第三支撑辊或第四支撑辊上安装有第二电磁阻尼器和第二速度传感器，所述控制板的输出端分别与第一电磁阻尼器的输入端和第二电磁阻尼器的输入端通信连接，所述控制板的输入端分别与第一速度传感器的输出端和第二速度传感器的输出端通信连接；
所述主机分别与控制板和VR眼镜通信连接；
所述主机包括：
第一调整模块，用于根据第一速度传感器采集的第一速度数据和第二速度传感器采集的第二速度数据，调整当前用户在虚拟场景中的位置；
第二调整模块，用于根据当前用户在虚拟场景中的位置的地形参数，向控制板发送控制信号，使控制板调节第一电磁阻尼器和第二电磁阻尼器的输出阻尼。
进一步，所述主机还包括：
生成模块，用于根据所述第一速度数据和第二速度数据生成虚拟移动轨迹；
碰撞计算模块，用于根据所述虚拟移动轨迹，计算用户与虚拟场景中障碍物的碰撞次数。
进一步，所述主机还包括：
速度计算模块，用于根据所述第一速度数据和第二速度数据，计算用户的实时速度；
速度显示模块，用于控制VR眼镜显示所述用户的实时速度。
进一步，所述主机还包括：
地图显示模块，用于根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制VR眼镜显示当前用户所在位置的平面地图。
进一步，所述主机还包括：
坡度显示模块，用于根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制VR眼镜显示当前用户所在位置的坡度。
本发明所采取的第二种技术方案是：
一种智能VR轮椅训练系统的控制方法，包括以下步骤：
实时获取第一速度传感器采集的第一速度数据和第二速度传感器采集的第二速度数据；
根据所述第一速度数据和第二速度数据调整当前用户在虚拟场景中的位置；
根据当前用户在虚拟场景中的位置的地形参数，向控制板发送控制信号，使控制板调节第一电磁阻尼器和第二电磁阻尼器的输出阻尼。
进一步，还包括以下步骤：
根据所述第一速度数据和第二速度数据生成虚拟移动轨迹；
根据所述虚拟移动轨迹，计算用户与虚拟场景中障碍物的碰撞次数。
进一步，还包括以下步骤：
根据所述第一速度数据和第二速度数据，计算用户的实时速度；
控制VR眼镜显示所述用户的实时速度。
进一步，还包括以下步骤：
根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制VR眼镜显示当前用户所在位置的平面地图。
进一步，还包括以下步骤：
根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制VR眼镜显示当前用户所在位置的坡度。
本发明的有益效果是：本发明增设了训练装置、主机和VR眼镜，所述训练装置中设有电磁阻尼器和速度传感器，所述电磁阻尼器和速度传感器各有两组并与控制板通信，本发明的主机可以通过控制板获取两组速度传感器采集的速度数据，调整用户在虚拟场景中的位置，并根据用户在虚拟场景中的位置的地形参数，通过控制板调节两个电磁阻尼器的输出阻尼，从而改变用户轮椅左右轮在滚动时所受到的阻力。本发明使得用户可以沉浸式地代入虚拟场景中训练，并实际感受虚拟场景中不同地形所带来的行进阻力，让用户觉得训练具有真实感，不容易觉得训练枯燥。
附图说明
图1为本发明一种具体实施例的智能VR轮椅训练系统的模块框图；
图2为本发明一种具体实施例的训练装置的结构示意图；
图3为本发明一种具体实施例的训练装置的模块框图；
图4为本发明一种具体实施例的智能VR轮椅训练系统的控制方法。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。
参照图1，一种智能VR轮椅训练系统，包括训练装置、主机和VR眼镜；所述主机分别与VR眼镜和训练装置通信连接。
参照图2和图3，所述训练装置包括底座100和控制板，所述底座100上设有第一限位槽 110和第二限位槽120，所述第一限位槽110内设有第一支撑辊111和第二支撑辊112，所述第二限位槽120内设有第三支撑辊123和第四支撑辊124，所述第一支撑辊111或第二支撑辊112上安装有第一电磁阻尼器和第一速度传感器，所述第三支撑辊123或第四支撑辊124 上安装有第二电磁阻尼器和第二速度传感器，所述控制板的输出端分别与第一电磁阻尼器的输入端和第二电磁阻尼器的输入端通信连接，所述控制板的输入端分别与第一速度传感器的输出端和第二速度传感器的输出端通信连接；
所述主机分与控制板通信连接。
第一限位槽110和第二限位槽120，用于限制轮椅后轮的位置，其中，第一限位槽110用于限制轮椅的左轮的位置，第二限位槽120用于限制轮椅的右轮的位置。
电磁阻尼器，用于调节支撑辊的滚动阻尼。所述电磁阻尼器根据输入电流的大小产生不同大小的输出阻尼，输入电流越大，产生的输出阻尼越大。所述电磁阻尼器可以采用现有的电磁阻尼器实现。本领域技术人员可以根据电磁阻尼器选用的类型和具体型号，灵活调整电磁阻尼器与支撑辊之间的安装方式。
支撑辊在用户旋转轮椅后轮时会被轮椅后轮带动旋转，其中安装有电磁阻尼器的支撑辊的滚动阻尼受到电磁阻尼器的控制。
VR眼镜，用于向用户播放VR内容，并将VR眼镜当前的姿态数据返回到主机。所述VR眼镜可以采用现有的VR眼镜实现，例如，VIVE系列的VR眼镜。VR眼镜可以通过USB接口、蓝牙或者WIFI等于主机通信连接。
速度传感器，用于测量支撑辊的角速度，即测量单位时间内支撑辊旋转的圈数，并将测量得到的数据通过控制板返回主机。所述速度可以采用现有的速度传感器实现，所述速度传感器可以通过如USB接口、蓝牙或者WIFI等与主机通信连接。
控制板，用于根据主机的控制信号，调节电磁阻尼器的输出阻尼，所述控制板可以由嵌入式芯片以及至少两个驱动MOS管实现，所述嵌入式芯片控制MOS管的通断，从而控制流经电磁阻尼器的电流，以实现调节电磁阻尼器的输出阻尼。所述控制板可以通过串口、USB、网口或者无线通信等方式与主机通信连接。
所述主机包括：
第一调整模块，用于根据第一速度传感器采集的第一速度数据和第二速度传感器采集的第二速度数据，调整当前用户在虚拟场景中的位置；
第二调整模块，用于根据当前用户在虚拟场景中的位置的地形参数，向控制板发送控制信号，使控制板调节第一电磁阻尼器和第二电磁阻尼器的输出阻尼。
在本实施例中，所述第一速度传感器和第二速度传感器所采集的是第一限位槽和第二限位槽内的支撑辊的旋转速度。以采集到的第一速度数据和第二速度数据计算轮椅左右后轮的旋转速度，主机可以模拟轮椅在虚拟场景中的动作，包括向前、向后、左转和右转。
此外，主机还能够根据用户在虚拟场景中的位置的地形参数，例如坡度或者地面类型，向控制板发送控制信号，使控制板调节第一电磁阻尼器和第二电磁阻尼器的输出阻尼，从而调节支撑辊的滚动阻尼。
所述主机可以使用PC主机、工控主机或者其他能够实现以上功能的计算设备实现。
作为优选的实施例，为了评价用户本次训练的质量，所述主机还包括：
生成模块，用于根据所述第一速度数据和第二速度数据生成虚拟移动轨迹；
碰撞计算模块，用于根据所述虚拟移动轨迹，计算用户与虚拟场景中障碍物的碰撞次数。
在虚拟场景中，包括如墙壁、花坛、路牌或者汽车等障碍物，当用户的虚拟移动轨迹经过这些物体时，视为用户碰撞了这些障碍物。用户可以根据自己碰撞障碍物的次数来评价自己在本次训练中的训练质量。在一些实施例中，所述碰撞次数实时通过VR眼镜显示，在另一些实施例中，所述碰撞次数可以通过主机导出。
作为优选的实施例，为了让用户了解自己当前的速度，所述主机还包括：
速度计算模块，用于根据所述第一速度数据和第二速度数据，计算用户的实时速度；
速度显示模块，用于控制VR眼镜显示所述用户的实时速度。
作为优选的实施例，为了让用户可以知道前方的路线，所述主机还包括：
地图显示模块，用于根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制VR眼镜显示当前用户所在位置的平面地图。
作为优选的实施例，为了用户能够直观感受不同的坡度所带来的上坡阻力，所述主机还包括：
坡度显示模块，用于根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制VR眼镜显示当前用户所在位置的坡度。
参照图2，作为优选的实施例，为了便于用户将轮椅移动到底座上，所述底座100还安装有引导斜坡140。
参照图2，作为优选的实施例，为了轮椅的左右轮在相同的阻尼条件下受力平衡，所述第一支撑辊111和第二支撑辊112平行安装，所述第三支撑辊123与第四支撑辊124平行安装，所述第一支撑辊111的轴心与第三支撑辊123的轴心经过同一直线，所述第二支撑辊112的轴心与第四支撑辊124的轴心经过同一直线。所述支撑辊的长度以及两个支撑辊之间的安装距离，设计人员可以根据目标轮椅的规格进行灵活调整。
参照图2，作为优选的实施例，为了调整底座的高度，所述底座100的两侧各设有两个高度调节组件150，所述高度调节组件可以采用丝杆结构实现。
参照图4，一种智能VR轮椅训练系统的控制方法，本方法用于智能VR轮椅训练系统的主机，所述主机包括PC主机、工控主机、或者是其他能够执行以下步骤的计算设备。
该方法包括以下步骤：
S401、实时获取第一速度传感器采集的第一速度数据和第二速度传感器采集的第二速度数据；
S402、根据所述第一速度数据和第二速度数据调整当前用户在虚拟场景中的位置；
S403、根据当前用户在虚拟场景中的位置的地形参数，向控制板发送控制信号，使控制板调节第一电磁阻尼器和第二电磁阻尼器的输出阻尼。
在本实施例中，所述控制方法主要由主机实现，所述第一速度传感器和第二速度传感器所采集的是第一限位槽和第二限位槽内的支撑辊的旋转速度。以采集到的第一速度数据和第二速度数据作为轮椅左右后轮的旋转速度，主机可以根据所述第一速度数据和第二速度数据在虚拟场景中模拟轮椅在虚拟场景中的移动，包括向前、向后、左转和右转。
此外，主机还能够根据用户在虚拟场景中的位置的地形参数(例如坡度或者地面类型)，向控制板发送控制信号，使控制板调节第一电磁阻尼器和第二电磁阻尼器的输出阻尼，从而调节支撑辊的滚动阻尼。
参照图4，作为优选的实施例，为了评价用户本次训练的质量，还包括以下步骤：
S404、根据所述第一速度数据和第二速度数据生成虚拟移动轨迹；
S405、根据所述虚拟移动轨迹，计算用户与虚拟场景中障碍物的碰撞次数。
在虚拟场景中，包括如墙壁、花坛、路牌或者汽车等障碍物，当用户的虚拟移动轨迹经过这些物体时，视为用户碰撞了这些障碍物。用户可以根据自己碰撞障碍物的次数来评价自己在本次训练中的训练质量。在一些实施例中，所述碰撞次数实时通过VR眼镜显示，在另一些实施例中，所述碰撞次数可以通过主机导出。
参照图4，作为优选的实施例，为了让用户了解自己当前的速度，还包括以下步骤：
S406、根据所述第一速度数据和第二速度数据，计算用户的实时速度；
S407、控制VR眼镜显示所述用户的实时速度。
参照图4，作为优选的实施例，为了让用户可以知道前方的路线，还包括以下步骤：
S408、根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制VR眼镜显示当前用户所在位置的平面地图。
参照图4，作为优选的实施例，为了用户能够直观感受不同的坡度所带来的上坡阻力，本实施例还包括以下步骤：
S409、根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制VR眼镜显示当前用户所在位置的坡度。
对于上述方法实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种智能VR轮椅训练系统，其特征在于：包括训练装置、主机和VR眼镜；
所述训练装置包括底座和控制板，所述底座上设有第一限位槽和第二限位槽，所述第一限位槽内设有第一支撑辊和第二支撑辊，所述第二限位槽内设有第三支撑辊和第四支撑辊，所述第一支撑辊或第二支撑辊上安装有第一电磁阻尼器和第一速度传感器，所述第三支撑辊或第四支撑辊上安装有第二电磁阻尼器和第二速度传感器，所述控制板的输出端分别与第一电磁阻尼器的输入端和第二电磁阻尼器的输入端通信连接，所述控制板的输入端分别与第一速度传感器的输出端和第二速度传感器的输出端通信连接；
所述主机分别与控制板和VR眼镜通信连接；
所述主机包括：
第一调整模块，用于根据第一速度传感器采集的第一速度数据和第二速度传感器采集的第二速度数据，调整当前用户在虚拟场景中的位置；
第二调整模块，用于根据当前用户在虚拟场景中的位置的地形参数，向控制板发送控制信号，使控制板调节第一电磁阻尼器和第二电磁阻尼器的输出阻尼。
2.根据权利要求1所述的一种智能VR轮椅训练系统，其特征在于：所述主机还包括：
生成模块，用于根据所述第一速度数据和第二速度数据生成虚拟移动轨迹；
碰撞计算模块，用于根据所述虚拟移动轨迹，计算用户与虚拟场景中障碍物的碰撞次数。
3.根据权利要求1所述的一种智能VR轮椅训练系统，其特征在于：所述主机还包括：
速度计算模块，用于根据所述第一速度数据和第二速度数据，计算用户的实时速度；
速度显示模块，用于控制VR眼镜显示所述用户的实时速度。
4.根据权利要求1所述的一种智能VR轮椅训练系统，其特征在于：所述主机还包括：
地图显示模块，用于根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制VR眼镜显示当前用户所在位置的平面地图。
5.根据权利要求1所述的一种智能VR轮椅训练系统，其特征在于：所述主机还包括：
坡度显示模块，用于根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制VR眼镜显示当前用户所在位置的坡度。
6.一种智能VR轮椅训练系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
实时获取第一速度传感器采集的第一速度数据和第二速度传感器采集的第二速度数据；
根据所述第一速度数据和第二速度数据调整当前用户在虚拟场景中的位置；
根据当前用户在虚拟场景中的位置的地形参数，向控制板发送控制信号，使控制板调节第一电磁阻尼器和第二电磁阻尼器的输出阻尼。
7.根据权利要求6所述的一种智能VR轮椅训练系统的控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：
根据所述第一速度数据和第二速度数据生成虚拟移动轨迹；
根据所述虚拟移动轨迹，计算用户与虚拟场景中障碍物的碰撞次数。
8.根据权利要求6所述的一种智能VR轮椅训练系统的控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：
根据所述第一速度数据和第二速度数据，计算用户的实时速度；
控制VR眼镜显示所述用户的实时速度。
9.根据权利要求6-8任一项所述的一种智能VR轮椅训练系统的控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：
根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制VR眼镜显示当前用户所在位置的平面地图。
10.根据权利要求6-8任一项所述的一种智能VR轮椅训练系统的控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：
根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制VR眼镜显示当前用户所在位置的坡度。
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2018
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