CN209946831U - 一种vr运动控制平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种VR运动控制平台，包括立于地面的底盘基座、安装在所述底盘基座上的转盘、安装在所述转盘上端的上部组件，所述基座、转盘之间通过轴承连接，所述转盘的中心设有旋转电机，所述旋转电机左右两端设有压力感应器，所述底盘基座的下端设有单片机，所述旋转电机、压力感应器、单片机电性连接。本实用新型的VR运动控制平台通过脚踩压力传感器来控制用户在VR虚拟场景里的移动方式，通过多个伺服电机组，完全同步用户在虚拟场景的运动状态，可适用于不同身高、身材的用户使用。

Description

一种VR运动控制平台

技术领域

本实用新型涉及虚拟控制技术领域，具体的说涉及一种VR运动控制平台。

背景技术

VR是近年新兴的一种计算机平台，人们戴上VR头显可以看到三维场景，并有身临其境的沉浸感，因此该新计算机平台具有比传统设备更丰富的应用场景，现已广泛应用于娱乐、教育培训等领域，但因为技术不成熟等因素，导致VR发展前景受阻，比如因为画质不够好，用户使用过程中会发生晕眩感，因为缺少防护设备还容易发生安全事故，最重要的还有因为没有较理想的VR运动控制外设，人们还难以在虚拟空间内移动，即使像美国的Virtuix Omni、中国的KAT Walk（公开号：CN208426580U公开的全向运动机）等提供移动的方案也存在诸多问题，比如上述产品均需用户穿戴特制鞋，在凹形底盘上滑动，这样的方案一是不便捷，二是滑动的形式与人们习惯性的抬脚前行方式有区别，三是使用双脚滑动来移动将会使用户很容易疲劳并出汗，这将大大限制用户的使用时长。像其他通过提供大房间来让用户进行移动的方案也存在易疲劳的问题，而且大空间方案的成本会更高。还有一些方案是用手柄来进行传送，比如vive手柄上有个圆盘来控制方向和移动，Oculus手柄上有个摇杆来控制方向和移动，这些方案通过手来控制移动与人们的行为习惯不一致，另外也增加了手柄按键的复杂度。

实用新型内容

针对现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题在于提供了一种VR运动控制平台。

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下方案来实现：一种VR运动控制平台，包括立于地面的底盘基座、安装在所述底盘基座上的转盘、安装在所述转盘上端的上部组件，所述基座、转盘之间通过轴承连接，所述转盘的中心连有旋转电机，所述旋转电机左右两端设有压力感应器，所述底盘基座的下端设有单片机，所述旋转电机、压力感应器、单片机电性连接。

进一步的，所述上部组件包括安装在所述转盘前端的升降电动缸、连接在所述升降电动缸顶端的连接杆、连接在所述连接杆后端的前后摆电机、通过连电机阻尼轨道与所述前后摆电机连接的防护服支撑杆、通过连防护服合页阻尼轨道与所述防护服支撑杆连接的防护服合页、连接在所述防护服合页两端的防护服及通过连坐垫阻尼轨道与防护服支撑杆连接的坐垫，所述升降电动缸、前后摆电机与单片机电性连接。

进一步的，所述升降电动缸垂直于所述转盘，所述连接杆为弧形结构，所述前后摆电机平行于所述转盘。

进一步的，所述防护服支撑杆可在所述连电机阻尼轨道上进行上下10cm的小幅运动，所述连防护服合页阻尼轨道位于连电机阻尼轨道的两侧，所述连坐垫阻尼轨道位于连防护服合页阻尼轨道的外侧，所述防护服合页可通过连防护服合页阻尼轨道调整上下高度，所述坐垫可通过连坐垫阻尼轨道调整上下高度。

进一步的，所述防护服支撑杆为圆形杆；所述坐垫呈马鞍形；所述防护服分为左右两片，其上设有弹性袖口及锁紧用的安全带。

进一步的，所述防护服支撑杆、连坐垫阻尼轨道的外立面设有外螺纹，所述防护服合页的内侧面设有与外螺纹对应的内螺纹。

进一步的，所述旋转电机固定在底盘基座上，其旋转轴与转盘相连来带动转盘转动。

进一步的，所述转盘为圆形转盘，所述轴承设有中心对称的4个，安装在转盘的外围，可在底盘基座的内壁滚动。

进一步的，所述压力感应器设置在左右脚的脚踩位置，并且每端各设有两个；所述压力感应器向上凸起，其周围设有脚印形状的软性材料。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果在于：

1.更习惯：通过用脚来控制方向更符合人们平时的移动习惯，而不像现在使用手柄来操作移动等不符合人类习性的方式。

2.更轻松：只需要用脚踩一踩，不需要多大的运动就可以控制方向，因而人们可以非常轻松地在虚拟空间进行移动，使用时限上比现有需要用脚不停地滑动的跑步机方案高出几个数量级。

3.降低晕眩感：现阶段因为用户看到画面与身体运动状态不一致，比如画面转弯了，而实际身体还待在原地，这会让用户产生晕眩感，本实用新型提供多种电机运动机构，将完全同步用户在虚拟空间内的运动行为，比如转向、悬空等将与用户在虚拟世界里得到的体验一致，可以获得更高的沉浸感和降低晕眩感。

4.安全性更高：现阶段很多VR设备只有头显，没有防护设备，仅靠人力维持用户安全，本实用新型配备人体工学安全防护服，可以在无人值守的情况下保证用户的安全。

5.通用性更强：该方案可进行动感类的内容体验，也可以进行站立不动类的内容体验，并且移动方案也可以适用于虚拟空间中的任何移动方向需求，因此不像其他专用的动感设备只能体验特定的某种内容，同时防护服可以适用不同身高、身材的用户使用，因此用户基数会更广。

6.简化VR手柄：现阶段大部分厂家都把移动按键放在手柄上，一个手柄一般都多达4-5个键，这样让手柄的按键看起来很复杂，使用本方案，就可以将手柄上的移动按键移除，简化后的手柄用户可以更好地学习使用。

附图说明

图1为本实用新型VR运动控制平台结构示意图；

图2为本实用新型VR运动控制平台侧视图；

图3为本实用新型VR运动控制平台防护服支撑杆结构示意图；

图4为本实用新型VR运动控制平台的控制原理框图。

附图中：1、底盘基座，2、转盘，3、轴承，4、旋转电机，5、压力感应器，6、单片机，7、升降电动缸，8、连接杆，9、前后摆电机，10、连电机阻尼轨道，11、防护服支撑杆，12、连防护服合页阻尼轨道，13、防护服合页，14、防护服，15、连坐垫阻尼轨道，16、坐垫，17、VR头显。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参照附图1～2，本实用新型的一种VR运动控制平台，包括立于地面的底盘基座1、安装在所述底盘基座1上的转盘2、安装在所述转盘2上端的上部组件，所述基座1、转盘2之间通过轴承3连接，所述转盘2的中心设有旋转电机4，所述旋转电机4左右两端设有压力感应器5，所述底盘基座1的下端设有单片机6，所述旋转电机4、压力感应器5、单片机6电性连接。

上部组件包括安装在所述转盘2前端的升降电动缸7、连接在所述升降电动缸7顶端的连接杆8、连接在所述连接杆后端的前后摆电机9、通过连电机阻尼轨道10与所述前后摆电机9连接的防护服支撑杆11、通过连防护服合页阻尼轨道12与所述防护服支撑杆11连接的防护服合页13、连接在所述防护服合页13两端的防护服14及通过连坐垫阻尼轨道15与防护服支撑杆11连接的坐垫16，所述升降电动缸7、前后摆电机9与单片机6电性连接。

具体的，所述升降电动缸7垂直于所述转盘2，所述连接杆8为弧形结构，所述前后摆电机9平行于所述转盘2。

底盘基座1主要负责产品整体的稳定性，当上部组件处于运动状态时仍能稳固立在地上。

旋转电机4安装在底盘中心位置，旋转轴与转盘相连，当识别到用户转向动作时，电机带动转盘进行相应转动。

为了减少转盘2上部组件及用户重量对中心部位旋转电机4的压力，在转盘2外围安装有4个轴承3，轴盘2旋转时，轴承3可以在底盘基座1上滚动，并与旋转电机4一起分担上部压力。

压力传感器5安装于转盘2上，一共4个，每只脚下2个，分前后位于前脚和后脚下面，每个可单独识别压力大小、变化幅度，为了降低不同重量的人在压力传感器5的受力不一致性，在系统启动前先进行一次自检，即把用户的初始重力进行归零，这样就方便计算后续的压力大小变化。另外为了使人在戴上VR头显17（VR头显17与单片机6通过无线信号实现连接）的情况下更好地把握压力传感器5的位置，压力传感器5稍突起，压力传感器5外围设有脚印形状的软性材料，以和转盘2其他部分相区别。

防护服支撑杆11可在所述连电机阻尼轨道10上进行上下10cm的小幅运动，因为人穿着防护服14起跳时，需要进行一定程度上的下蹲动作，同时为了使起跳后到升降电动缸7升起时的过程更流畅自然。

连防护服合页阻尼轨道12位于连电机阻尼轨道10的两侧，有左右两条，通过该轨道可以调节防护服的高低（上下滑动防护服14来调节），以适应不同身高大小的人穿戴。

连坐垫阻尼轨道15位于连防护服合页阻尼轨道12的外侧，有左右两条，通过该轨道可以调节坐垫16的高低，以适应不同身高的人。

坐垫16呈马䯃形，坐垫16可以在人体悬空时提供受力点，并在人体倾斜时将人脚向两边分开一点，以免碰到后面的6连接杆。在正常人体立在转盘上时，也可以分担一部分受力，使人站着更轻松，并且马䯃形状不影响腿部的活动，人体可以正常进行一定幅度的抬腿动作。

防护服14，分为左右两片，类似于马甲，通过其上的安全带可以调节松紧，以适应不同胸围的人，防护服14上的袖口具有弹性，可以让不同手臂大小的人穿过，该防护服14可以有效保障使用者的安全，与坐垫16一起分散人体悬空时受到的重力，使人更容易获得失重感及舒适感。

参照附图3，连防护服合页阻尼轨道12、连坐垫阻尼轨道15为抽屉式的阻尼轨道，防护服支撑杆11、连坐垫阻尼轨道15的外立面设有外螺纹，防护服合页13的内侧面设有与外螺纹对应的内螺纹，当人体穿上防护服14，调节好坐垫16高度后，即左右两侧马甲向中间扣齐时，合页弧形侧会合抱着防护服支撑杆11及连坐垫阻尼轨道15，并通过内外螺纹的固定作用，使防护服14固定起来，则整体防护服14及坐垫16不会因为后续的运动而走位。

参照附图4，本实用新型的单片机6通过计算4个压力传感器5所感应得到的数据，来控制旋转电机4、升降电动缸7、前后摆电机9进行相应动作，并在VR头显17上得到相应的画面显示。本实用新型VR运动控制平台的典型动作工作原理：

前进动作：当用户要向前进时，只要两只脚尖同时用力，触动2个位于前端的压力传感器5，单片机6识别到这种压力大小及幅度变化时，单片机6控制前后摆电机9向前摆动，即可向前运动，行进速度可根据压力传感器5所受大小进行。

后退动作：当用户要向后退时，只要两只脚跟同时用力，触动2个位于后端的压力传感器5，单片机6识别到这种压力大小及幅度变化时，单片机6控制前后摆电机9向后摆动，即可向后运动，行进速度可根据压力传感器5所受大小进行。

转向动作：当用户转向时，由于一只脚要轻抬，导致一只脚下面的2个压力传感器5的感应压力小于另一只脚下面的2个压力传感器5的感应压力，当单片机6识别到这种压力大小及幅度变化时，单片机6控制旋转电机4带动转盘进行相应转动，转向速度可根据压力传感器5所受大小进行。

起跳动作：当用户起跳时，由于双脚有向下蹬的趋势，导致4个压力传感器5的感应压力同时变大，当单片机6识别到这种压力大小及幅度变化时，单片机6控制升降电动缸7上升；用户起跳悬空后，脚已经和压力传感器的转盘分离，何时下来，根据VR场景来决定，如果场景需要长时间悬空，就下来比较慢，如果不需要长时间悬空，就下来比较快。

倾斜动作：当人体悬空后，前后摆电机9由VR体验内容设定，如VR体验内容是模拟飞行，则用户自行向前倾斜，如只需要悬空就不用倾斜。

用户通过进行上述动作（可以多个同时进行）来与VR头显17上的画面同步，完全同步用户在虚拟空间内的运动行为，从而以获得更高的沉浸感和降低晕眩感。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种VR运动控制平台，其特征在于：包括立于地面的底盘基座（1）、安装在所述底盘基座（1）上的转盘（2）、安装在所述转盘（2）上端的上部组件，所述基座（1）、转盘（2）之间通过轴承（3）连接，所述转盘（2）的中心连有旋转电机（4），所述旋转电机（4）左右两端设有压力感应器（5），所述底盘基座（1）的下端设有单片机（6），所述旋转电机（4）、压力感应器（5）、单片机（6）电性连接。

2.根据权利要求1所述的VR运动控制平台，其特征在于：所述上部组件包括安装在所述转盘（2）前端的升降电动缸（7）、连接在所述升降电动缸（7）顶端的连接杆（8）、连接在所述连接杆后端的前后摆电机（9）、通过连电机阻尼轨道（10）与所述前后摆电机（9）连接的防护服支撑杆（11）、通过连防护服合页阻尼轨道（12）与所述防护服支撑杆（11）连接的防护服合页（13）、连接在所述防护服合页（13）两端的防护服（14）及通过连坐垫阻尼轨道（15）与防护服支撑杆（11）连接的坐垫（16），所述升降电动缸（7）、前后摆电机（9）与单片机（6）电性连接。

3.根据权利要求2所述的VR运动控制平台，其特征在于：所述升降电动缸（7）垂直于所述转盘（2），所述连接杆（8）为弧形结构，所述前后摆电机（9）平行于所述转盘（2）。

4.根据权利要求2所述的VR运动控制平台，其特征在于：所述防护服支撑杆（11）可在所述连电机阻尼轨道（10）上进行上下10cm的小幅运动，所述连防护服合页阻尼轨道（12）位于连电机阻尼轨道（10）的两侧，所述连坐垫阻尼轨道（15）位于连防护服合页阻尼轨道（12）的外侧，所述防护服合页（13）可通过连防护服合页阻尼轨道（12）调整上下高度，所述坐垫（16）可通过连坐垫阻尼轨道（15）调整上下高度。

5.根据权利要求2所述的VR运动控制平台，其特征在于：所述防护服支撑杆（11）为圆形杆，所述坐垫（16）呈马鞍形；所述防护服（14）分为左右两片，其上设有弹性袖口及锁紧用的安全带。

6.根据权利要求2所述的VR运动控制平台，其特征在于：所述防护服支撑杆（11）、连坐垫阻尼轨道（15）的外立面设有外螺纹，所述防护服合页（13）的内侧面设有与外螺纹对应的内螺纹。

7.根据权利要求1所述的VR运动控制平台，其特征在于：所述旋转电机（4）固定在底盘基座（1）上，其旋转轴与转盘（2）相连来带动转盘（2）转动。

8.根据权利要求1所述的VR运动控制平台，其特征在于：所述转盘（2）为圆形转盘，所述轴承（3）设有中心对称的4个，安装在转盘（2）的外围，可在底盘基座（1）的内壁滚动。

9.根据权利要求1所述的VR运动控制平台，其特征在于：所述压力感应器（5）设置在左右脚的脚踩位置，并且每端各设有两个；所述压力感应器（5）向上凸起，其周围设有脚印形状的软性材料。

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