CN113552948A - 一种人机交互学习系统 - Google Patents

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Abstract

一种人机交互学习系统，包括生成虚拟世界并负责虚拟世界实时渲染计算的计算机，以及使用户和所述虚拟世界交互的交互设备；其中所述交互设备将用户在虚拟世界的受力情况反馈至用户的身体上。其中所述反馈的形式包括物理反馈或电脉冲反馈。其中所述交互设备包括关节以及转动连接在关节上且位于同一虚拟轴线上的两个肢体。其中所述关节包括膝环，以及安装在膝环前后两侧的轴承；所述肢体包括装配环，以及固接在装配环外圈的外管；所述装配环转动连接在对应的轴承上。每个膝环内设有：两个分别对两个肢体在转动时施加阻力的施阻机构，以及控制施阻机构施加或取消阻力的调节机构。

Description

一种人机交互学习系统
技术领域
本发明涉及学习系统，更具体的说是一种人机交互学习系统。
背景技术
人机交互主要靠可输入输出的外部设备和相应的软件来完成。可供人机交互使用的设备主要有键盘显示、鼠标、各种模式识别设备等。与这些设备相应的软件就是操作系统提供人机交互功能的部分。随着人机交互的发展，出现了现实增强型：虚拟世界以现实世界为基础，可佩戴后在现实世界随处移动的虚拟设备，其中将虚拟世界应当存在的触感反馈至使用者身上对体验提升尤为重要。
发明内容
本发明提供一种人机交互学习系统，目的是可以将虚拟世界的应当存在的触感反馈至使用者身上。
上述目的通过以下技术方案来实现：
一种人机交互学习系统，包括生成虚拟世界并负责虚拟世界实时渲染计算的计算机，以及使用户和所述虚拟世界交互的交互设备；其中所述交互设备将用户在虚拟世界的受力情况反馈至用户的身体上。
其中所述反馈的形式包括物理反馈或电脉冲反馈。
其中所述交互设备包括关节以及转动连接在关节上且位于同一虚拟轴线上的两个肢体。
其中所述关节包括膝环，以及安装在膝环前后两侧的轴承；所述肢体包括装配环，以及固接在装配环外圈的外管；所述装配环转动连接在对应的轴承上。
每个膝环内设有：两个分别对两个肢体在转动时施加阻力的施阻机构，以及控制施阻机构施加或取消阻力的调节机构。
附图说明
图1显示了人机交互学习系统；
图2显示了交互设备；
图3显示了关节及其内部相关部分；
图4显示了关节；
图5显示了肢体；
图6显示了施阻机构；
图7显示了协动块；
图8显示了调节机构；
图9显示了腰架；
图10显示了连接件；
图11交互设备便携模式。
具体实施方式
一种人机交互学习系统，包括生成虚拟世界并负责虚拟世界实时渲染计算的计算机，以及使用户和所述虚拟世界交互的交互设备；其中所述交互设备将用户在虚拟世界的受力情况反馈至用户的身体上，所述用户穿戴交互设备，交互设备与所述计算机连接。
所述反馈时，可以采用电脉冲的方式将虚拟世界中的情况如触感反馈至用户的身体上，利用电极片与肢体接触传递，可以配合VR头戴设备使用。
所述交互设备包括关节1和肢体2，参看图4其中所述关节1包括膝环11、轴承12、开口13和限位导槽14。膝环11外圈的中部具有一体连接的环形凸起结构，轴承12设有两个，两个轴承12的内圈均固接在膝环11的外圈，两个轴承12分别靠近所述环形凸起结构的前后两端，膝环11外圈上侧的前后两端分别设有两个开口13，膝环11内圈的底部设有限位导槽14；
其中所述肢体2包括装配环21、受力环22、外管23、内管24、装配座25和装配口26。参看5，装配环21内圈的后端可拆卸固接受力环22，装配环21的上端固接两个外管23，两个外管23内分别滑动连接一个内管24，内管24与外管23之间的相对位置可以调节并通过螺栓螺母组件进行固定，装配座25固接在内管24的上端，装配座25上设有装配口26。
一个关节1的前后两端分别转动连接一个肢体2，参考图2和11，两个装配环21内圈的内侧分别与两个轴承12的外圈固接，其中装配环21的内圈指的是，靠近两个装配环21之间为内，远离两个装配环21之间为外，其他类似描述原理相同。
一个关节1上的两个肢体2一个朝上转动，一个朝下转动，以分别适配使用者的大臂与小臂，或者大腿与小腿，而关节1的位置则对应肘关节或膝关节。调节外管23和内管24的相对位置，以适配四肢比例不同的使用者。将盒状构件插滑在两个外管23或两个内管24上，盒状构件的位置也可以通过螺栓预紧或螺栓螺母组件来实现固定，其中盒状构件内用于储存电极片与弹力带，将电极片通过弹力带套在四肢上，用以刺激贴合位置处的肌肉，产生触感，反应虚拟现实世界中的情况，调节电极片的电流量，以适配受击或按压等情况。所述盒状构件内可以设置凹槽，凹槽内储存导电啫喱，当电极片经过凹槽时覆涂啫喱，或在其内设置洗液用的海绵，使电极片接触带有导电液的海绵，进而接触皮肤后可以实现导电。
参看图2、3、6、7、8和11所述一个关节1的内部设有两个施阻机构3、两个镜像对称设置的协动块4和一个调节机构5。所述施阻机构3包括立架31、复位轴32、施阻部33、抵环34、压缩弹簧35、基座Ⅰ36和推辊Ⅰ37，立架31的上端滑动连接复位轴32，施阻部33固接在复位轴32的上端，抵环34固接在复位轴32的中部，压缩弹簧35套设在复位轴32上，压缩弹簧35的两端分别与施阻部33和抵环34接触，基座Ⅰ36固接在复位轴32的下端，推辊Ⅰ37转动连接在基座Ⅰ36上；
调节机构5包括电动缸51、基座Ⅱ52和推辊Ⅱ53，电动缸51的活动端朝下设置，基座Ⅱ52固接在电动缸51的活动端，推辊Ⅱ53转动连接在基座Ⅱ52上；
协动块4的下端设有一体连接的导轨；
其中电动缸51固接在膝环11内圈的上端，协动块4通过导轨滑动连接在限位导槽14内，推辊Ⅱ53与两个协动块4的内侧端面接触，两个推辊Ⅱ53分别与两个协动块4外侧端面接触；
当启动电动缸51带动推辊Ⅱ53下降时，推辊Ⅱ53推动两个协动块4向外侧运动，即位于前侧的协动块4向前运动，位于后侧的协动块4向后运动，两个协动块4分别推动两个推辊Ⅰ37向上运动，进而两个施阻部33向上运动分别接触两个受力环22，对两个装配环21施加转动时的阻力，该阻力的大小能够调节。进而两个肢体2的转动受阻。进而可以在一定程度上模拟在水中行走，抬腿弯曲时增加阻力，手臂弯曲时同理，即对四肢增加阻力。两个肢体2可以通过弹力带的方式固定在大臂和小臂上，或大腿和小腿上，弹力带与内管24固定并套固在对应的四肢上。
上述结构利于装配环21的精巧设置，便于外壳将各部分结构包裹，整体呈流线型，在有限的环状空间内，实现一个动力调节大臂和小臂，或大腿和小腿的阻力，当然可以根据需要设置多组，如图1，具有两组关节1，每个关节1上有两组肢体2。
进一步的，可以参看图2、10和11，交互设备还包括腰架6，所述腰架6包括中梁61、侧架62和连接杆63，中梁61的前后两端分别滑动连接一个侧架62，两个侧架62之间的间距能够调节，以适应不同体型的使用者，侧架62与中梁61之间通过螺栓螺母组件实现可拆卸固接，两个侧架62右端的外侧分别滑动连接两个连接杆63，连接杆63与侧架62的相对位置可以调节，连接杆63与侧架62通过螺栓螺母组件实现可拆卸固接；参看图1，两个位于上侧的肢体2分别通过两个连接件8与两个连接杆63转动连接，具体的连接件8的一端可拆卸的插固在装配座25的装配口26内，连接件8的另一端与连接杆63转动连接。各部分便于拆装，便于更换与运输；进一步的，通过调节可以将图2调节成图11的状态，以便于携带。
所述交互设备还包括通过连接件8与位于下侧装配座25转动连接的脚踏件7，使用者将脚部固定在脚踏件7上，图2和图11所示的部分即可以随使用者行动中使用，为下肢部分的使用方式。具体可以将鞋子或鞋类构件固定在脚踏件7上，便于使用者穿戴。其中，脚踏件7的后脚跟部分为硬质材质，前脚掌部分为柔性材质。

Claims (10)

1.一种人机交互学习系统，包括生成虚拟世界并负责虚拟世界实时渲染计算的计算机，以及使用户和所述虚拟世界交互的交互设备；其中所述交互设备将用户在虚拟世界的受力情况反馈至用户的身体上。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述反馈的形式包括物理反馈或电脉冲反馈。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述交互设备包括关节(1)以及转动连接在关节(1)上且位于同一虚拟轴线上的两个肢体(2)。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述关节(1)包括膝环(11)，以及安装在膝环(11)前后两侧的轴承(12)；所述肢体(2)包括装配环(21)，以及固接在装配环(21)外圈的外管(23)；所述装配环(21)转动连接在对应的轴承(12)上。
5.根据权利要求4所述的系统，每个膝环(11)内设有：两个分别对两个肢体(2)在转动时施加阻力的施阻机构(3)，以及控制施阻机构(3)施加或取消阻力的调节机构(5)。
6.根据权利要求5所述的系统，所述施阻机构(3)包括立架(31)，以及滑动连接在立架(31)上的复位轴(32)，以及固接在复位轴(32)顶部的施阻部(33)，以及固接在复位轴(32)中部的抵环(34)，以及套设在复位轴(32)上且位于施阻部(33)和抵环(34)之间的压缩弹簧(35)，以及固接在复位轴(32)底部的基座Ⅰ(36)，以及转动连接在基座Ⅰ(36)上的推辊Ⅰ(37)；所述调节机构(5)包括电动缸(51)，以及固接在电动缸(51)活动端的基座Ⅱ(52)，以及转动连接在基座Ⅱ(52)上的推辊Ⅱ(53)；
所述每个膝环(11)内还设有两个镜像对称设置且结构为三角体的协动块(4)，以及设置在自身前后两端的开口(13)，以及设置在自身内圈的限位导槽(14)；
所述协动块(4)的设有导轨，所述导轨滑动连接在限位导槽(14)内，推辊Ⅱ(53)推挤两个协动块(4)的内侧端面，两个协动块(4)的外侧端面分别与两个推辊Ⅰ(37)接触；
所述肢体(2)还包括固接在装配环(21)内圈的受力环(22)；所述施阻部(33)能够推压对应的受力环(22)。
7.根据权利要求6所述的系统，所述肢体(2)还包括滑动连接在外管(23)内的内管(24)，所述内管与外管(23)之间通过螺栓可拆卸固接。
8.根据权利要求7所述的系统，所述肢体(2)还包括固接在内管(24)自由端的装配座(25)，以及设置在装配座(25)上的装配口(26)；所述述交互设备还包括插接并固定在装配口(26)内用以与模块连接的连接件(8)。
9.根据权利要求8所述的系统，所述模块包括腰架(6)，所述腰架(6)包括中梁(61)，以及分别与中梁(61)两端可拆卸连接的两个侧架(62)，以及与侧架(62)可拆卸连接的连接杆(63)，连接杆(63)用于与对应的连接件(8)转动连接。
10.根据权利要求9所述的系统，所述模块包括与对应的连接件(8)转动连接的脚踏件(7)。
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