CZ2018403A3

CZ2018403A3 - Device for sensing user movements for virtual reality systems

Info

Publication number: CZ2018403A3
Application number: CZ2018-403A
Authority: CZ
Inventors: Jiří Novák
Original assignee: Jiří Novák
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2020-02-19
Also published as: CZ308612B6

Abstract

Vynález se týká zařízení pro snímání pohybů uživatele pro systémy virtuální reality. Zařízení obsahuje opěry pro chodidla uživatele a další prvky sledování polohy. Opěry jsou vytvořeny jako dvojice motorizovaných pojízdných plošin (10), každá s pojezdovým ústrojím (1), umístěným pod touto pojízdnou plošinou (10), a s vrchní plochou (101), uloženou na každé pojízdné plošině (10), o rozměrech, odpovídajících velikosti chodidla (17) uživatele. Pojezdové ústrojí (1) je upraveno pro všesměrový pohyb pojízdné plošiny (10) a je vybaveno vlastními trakčními krokovými elektromotory (11) s napojením na řídicí, snímací a komunikační jednotku (13) a na vlastní zdroj (14) energie pojízdné plošiny (10). Současně je obsažena řídicí, snímací a komunikační jednotka (13), která je propojena se spodním optickým systémem (15), upraveným pro sledování 2D polohy pojízdné plošiny (10) a s vrchním opticko-mechanickým systémem (16), upraveným pro sledování 3D polohy chodidla (17) uživatele. Pojízdná plošina (10) je vybavena v oblasti vrchní plochy (101) vrchními nosnými deskami (1010), opřenými o senzory (162) měření síly zátěže od chodidla (17), přes vrchní nosné desky (1010), na tuto vrchní plochu (101), propojenými též na řídicí, snímací a komunikační jednotku (13). Řídicí, snímací a komunikační jednotky (13) obou pojízdných plošin (10) jsou upraveny alespoň pro vzájemnou nízkolatenční komunikaci mezi oběma pojízdnými plošinami (10).The invention relates to a device for sensing user movements for virtual reality systems. The device includes supports for the user's feet and other position monitoring elements. The abutments are formed as a pair of motorized mobile platforms (10), each with a running gear (1) located below the mobile platform (10), and a top surface (101) mounted on each mobile platform (10), sized the user's foot (17). The running gear (1) is adapted for the omnidirectional movement of the mobile platform (10) and is equipped with its own traction stepper motors (11) connected to the control, sensing and communication unit (13) and to the own source (14) of the mobile platform energy (10) . At the same time, a control, sensing and communication unit (13) is provided which is connected to a lower optical system (15) adapted to monitor the 2D position of the mobile platform (10) and an upper optical-mechanical system (16) adapted to monitor the 3D foot position. (17) the user. The mobile platform (10) is provided in the region of the top surface (101) with top support plates (1010) supported by sensors (162) for measuring the load from the foot (17) through the top support plates (1010) to this top surface (101). ), also connected to the control, sensing and communication unit (13). The control, sensing and communication units (13) of the two mobile platforms (10) are adapted for at least low-latency communication between the two mobile platforms (10).

Description

Zařízení pro snímání pohybů uživatele pro systémy virtuální realityUser motion sensing devices for virtual reality systems

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká oblasti virtuální reality a soustavy, sloužící k následnému vytváření a vnímání virtuální reality, kde v částech soustavy se snímají reálné pohyby těla uživatele, a to pro jejich přenos do počítačového prostředí k dalšímu zpracování, zobrazení, resp. i ke generování prvků virtuální reality, a to nejen prvků optických, ale i mechanických, působících zpětně na uživatele.The invention relates to the field of virtual reality and a system used for the subsequent creation and perception of virtual reality, where in the parts of the system real movements of the user's body are sensed for their transfer to a computer environment for further processing, display, resp. also to generate elements of virtual reality, not only optical elements, but also mechanical elements, acting retroactively on the user.

Dosavadní stav technikyPrior art

V současnosti jsou známa různá zařízení pro snímání pohybů uživatele, sloužící jako vstupní zařízení k soustavě pro virtuální realitu.Various devices for sensing the user's movements are currently known, serving as input devices to a virtual reality system.

Vždy je hlavním cílem správná interpretace ve virtuální realitě reálného přemísťování těla uživatele nebo částí jeho těla pomocí chůze či jiných jeho pohybů. Přitom je třeba zajistit, aby uživatel v reálném prostředí, ideálně při pohybech, neopustil jemu vymezený prostor, zpravidla pokrývaný snímacími prvky takových pohybů.The main goal is always the correct interpretation in the virtual reality of the real movement of the user's body or parts of his body through walking or other movements. At the same time, it is necessary to ensure that the user does not leave the space defined by him in a real environment, ideally during movements, usually covered by the sensing elements of such movements.

Jedním z dosavadních známých způsobů, řešících virtuální pohyb uživatele, je ve své podstatě softwarové řešení virtuálního přemístění tohoto uživatele, nevyžadující prakticky žádné zvláštní hardwarové detailní snímání jeho reálného pohybu, kde ve virtuálním světě má tzv. avatar uživatele možnost kliknout na povrch a poté je skokově přenesen na zvolené místo. Takový skok je samozřejmě pro člověka nepřirozenou lokomoční metodou, pro lidský mozek je matoucí, atak potom zásadně narušuje iluzi virtuálního světa. V případě her, kde je virtuální realita často aplikována, je potom navíc narušen herní mechanismus faktem, že hráč se při teleportaci přesouvá v podstatě nekonečnou rychlostí. To ovšem činí vybalancování schopností hráče a jeho oponentů poměrně obtížným. Při teleportaci je samozřejmě pohyb nohou uživatele ignorován a lokomoční simulace zůstává pak tedy logicky na velmi nízké a abstraktní úrovni.One of the known methods for solving the user's virtual movement is, in essence, a software solution for the virtual relocation of this user, requiring virtually no special hardware detailed sensing of his real movement, where in the virtual world the user avatar has the ability to click on the surface and then jump transferred to the selected location. Such a jump is, of course, an unnatural locomotor method for humans, it is confusing for the human brain, and then it fundamentally disrupts the illusion of the virtual world. In the case of games where virtual reality is often applied, the game mechanism is further disrupted by the fact that the player moves at a substantially infinite speed during teleportation. However, this makes balancing the abilities of the player and his opponents relatively difficult. During teleportation, of course, the movement of the user's legs is ignored and the locomotor simulation then logically remains at a very low and abstract level.

Další dosavadní známé, a nyní již tedy hardwarové, řešení lokomoce spočívá ve využití kluzné podložky, doplněné zádržnou konstrukcí, která drží uživatele na místě. Uživatel je ukotven, obvykle v oblasti boků, a při chůzi klouže po podložce ve formě talíře, který má pod nohama. Na základě taktilních či optických senzorů je pak jeho pohyb přenesen do virtuálního prostředí. Jde o v současnosti nej častější komerčně dostupnou a přiměřeně tomu i rozšířenou koncepci, resp. o tomu odpovídající snímací zařízení. Popsané zařízení je použito např. u produktů, označovaných jako KAT Walk, Virtuix Omni či Cyberith Virtualizer. Nevýhody zařízení a tím i celé právě popsané koncepce spočívají v tom, že celá konstrukce zařízení je objemná, neskladná, vyžaduje se k tomu speciální obuv a také celá odometrie je nepřesná a ovšem i samotná mechanika pohybu je nerealistická. Ukotvené tělo a klouzání nohou neodpovídá tomu, jak se člověk běžně pohybuje, souhra vjemů z reálného a z virtuálního světa je tak opět narušena. Pohyb je také fýzicky náročnější. Následkem toho, že pohyb je zde fýzicky náročnější, je zařízení méně vhodné pro dlouhodobější využití, resp. pro déletrvající nepřetržitou akci jednoho uživatele.Another hitherto known, and now already hardware, locomotion solution consists in the use of a sliding pad, supplemented by a retaining structure that holds the user in place. The user is anchored, usually in the hip area, and slides on a mat in the form of a plate under his feet when walking. Based on tactile or optical sensors, its movement is then transferred to the virtual environment. It is currently the most common commercially available and, as appropriate, expanded concept, respectively. the corresponding scanning device. The described device is used, for example, in products referred to as KAT Walk, Virtuix Omni or Cyberith Virtualizer. The disadvantages of the device and thus the whole concept just described are that the whole construction of the device is bulky, cumbersome, special footwear is required and the whole odometry is inaccurate and of course the mechanics of movement itself is unrealistic. The anchored body and the sliding of the legs do not correspond to how a person normally moves, the interplay of perceptions from the real and from the virtual world is thus again disrupted. Movement is also more physically demanding. As a result of the fact that the movement is physically more demanding here, the device is less suitable for longer-term use, resp. for long-lasting continuous action by one user.

Další dosavadní známé zařízení, též hardwarového typu, určené pro zde popisovaný účel, je založeno na všesměrovém běžeckém pásu, který je schopen rolování v libovolném směru. Pokud se tedy uživatel začne pohybovat určitým směrem, pás se začne pohybovat s opačným vektorem. Pohyb je tak kompenzován a uživatel v reálném světě stojí ideálně na místě. Optickými senzory je pak pohyb uživatele přenesen do virtuálního prostředí. Komerčním produktem, ve kterém je realizován tento princip, resp. příslušné zařízení, je znám příkladně pod označením Infmadeck. Takové zařízení umožňuje poměrně dosti přesnou odometrii pohybu a také mechanika pohybuje zde relativně přirozená. Samozřejmě ve skutečnosti zde nezrychluje při pohybu jen tělo uživatele, ale též povrch pod ním, což je pro mozek také nepřirozené. Situaci může ještě zhoršit případnáAnother known device, also of the hardware type, intended for the purpose described here, is based on an omnidirectional treadmill which is capable of rolling in any direction. Thus, if the user starts moving in a certain direction, the belt starts moving with the opposite vector. The movement is thus compensated and the user stands perfectly in place in the real world. Optical sensors then transfer the user's movement to the virtual environment. The commercial product in which this principle is implemented, resp. the device in question is known, for example, under the name Infmadeck. Such a device allows a relatively accurate odometry of the movement and also the mechanics move relatively naturally here. Of course, in reality, not only the user's body accelerates here, but also the surface beneath it, which is also unnatural for the brain. The situation may be exacerbated if necessary

- 1 CZ 2018 - 403 A3 významnější setrvačnost pohybu pásu. Přitom zde ale jde o přirozenější formu simulace pohybu, než je tomu u kluzné podložky, zde dříve popsané. Celkově ovšem je zařízení s všesměrovým pásem velmi objemné, těžké, mechanicky složité a samozřejmě také velmi nákladné. Uživatel se pohybuje na platformě relativně vysoko nad zemí, což negativně ovlivňuje bezpečnost pohybu. Rotující pásy, resp. spáry mezi nimi, mohou být také nebezpečné, typicky například pro prsty uživatele.- 1 CZ 2018 - 403 A3 significant inertia of belt movement. However, this is a more natural form of motion simulation than the sliding pad described earlier here. Overall, however, the omnidirectional belt device is very bulky, heavy, mechanically complex and, of course, also very expensive. The user moves on the platform relatively high above the ground, which negatively affects the safety of movement. Rotating belts, resp. the joints between them can also be dangerous, typically for example to the user's fingers.

Vedle již zde výše popsaných, jsou ještě známa další zařízení ke zde sledovanému účelu, a to například, snad jako poněkud exotická pomůcka, zařízení známé pod označením VirtuSphere, založené na všesměrově rotující duté kouli. Uživatel jev tomto případě umístěn uvnitř této duté koule a, obvykle vlastní vahou, pohání kouli v protisměru svého pohybu, přičemž zde záleží na způsobu uložení koule. Nevýhodou je objemné a neskladné zařízení, neboť koule má obvykle průměr alespoň 3 m. Mechaniku pohybu zde narušuje zejména setrvačnost objemné koule, problémem je také nemožnost zavedení kabelů pro virtuální realitu headset do vnitřku uzavřené koule, i nemožnost využití tradičních trackovacích systémů, např. typu Lighthouse, což je následek toho, že uvnitř koule není možno nalézt pevný bod, kam by se takový systém mohl umístit.In addition to those already described here above, other devices are known for the purpose pursued here, for example, perhaps as a somewhat exotic aid, the device known as VirtuSphere, based on an omnidirectionally rotating hollow sphere. In this case, the user is placed inside this hollow ball and, usually by his own weight, drives the ball in the opposite direction of his movement, depending on how the ball is placed. The disadvantage is a bulky and cumbersome device, because the sphere usually has a diameter of at least 3 m. The mechanics of movement here is disturbed mainly by the inertia of a bulky sphere, the problem is also the inability to insert virtual reality headset cables inside a closed sphere. Lighthouse, which is a consequence of the fact that it is not possible to find a fixed point inside the sphere where such a system could be located.

V návaznosti na popsaný dosavadní známý stav techniky se jeví jako úkol vynálezu vytvoření zařízení pro snímání pohybů uživatele soustavy virtuální reality, kteréžto zařízení by bylo současně nejen malé, skladné, ale i cenově výhodné a při minimální zátěži uživatele by umožňovalo co nejvěmější a nej přirozenější snímání reálných pohybů pro jejich transformaci do oblasti virtuální reality.In connection with the described prior art, it appears to be an object of the invention to provide a device for sensing the movements of a user of a virtual reality system, which device would be not only small, compact, but also cost-effective and allow the most accurate and natural sensing. real movements for their transformation into the realm of virtual reality.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Nevýhody dosavadních zařízení pro snímání pohybů v oblasti virtuální reality se řeší a zařízení pro takové snímání, kteréžto zařízení je konstrukčně jednoduché, malé, skladné, cenově výhodné i uživatelsky komfortní se získává u zařízení pro snímání pohybů uživatele pro systémy virtuální reality, podle předkládaného vynálezu, kde zařízení obsahuje opěry pro chodidla uživatele a další prvky sledování polohy, a kde podstata spočívá v tom, že opěry jsou vytvořeny jako dvojice motorizovaných pojízdných plošin s pojezdovým ústrojím, umístěným pod pojízdnou plošinou, a s vrchní plochou o rozměrech, odpovídajících velikosti chodidla uživatele, kde pojezdové ústrojí je upraveno pro všesměrový pohyb pojízdné plošiny a je vybaveno vlastními trakčními krokovými elektromotory s napojením na řídící, snímací a komunikační jednotku a na vlastní zdroj energie pojízdné plošiny, přičemž současně řídící jednotka je propojena se spodním optickým systémem, upraveným pro sledování 2D polohy pojízdné plošiny a se systémem, upraveným pro sledování 3D polohy chodidla uživatele, a přitom je pojízdná plošina vybavena v oblasti vrchní plochy senzory měření síly zátěže od chodidla na tuto vrchní plochu, propojenými též na řídící, snímací a komunikační jednotku, kde řídící, snímací a komunikační jednotky obou pojízdných plošin jsou upraveny alespoň pro vzájemnou nízkolatenční komunikaci mezi oběma pojízdnými plošinami. S výhodou systém pro 2D sledování polohy pojízdné plošiny je vytvořen na principu snímání a vyhodnocení obrazu z vysokorychlostní kamery a současně systém pro 3D sledování polohy chodidla uživatele je vytvořen na principu snímání a vyhodnocení obrazu z širokoúhlé kamery s infračerveným přísvitem, umístěné uprostřed, tzn. v ose, horní plochy každé pojízdné plošiny. Výhodné je dále, jestliže horní nosné desky jsou uloženy v pružném uložení a pro měření síly od zátěže od chodidel uživatele jsou vždy vybaveny dvojicí senzorů typu FSR, tzn. tzv. force-sensor rezistor. Také je výhodné, jestliže každé pojezdové ústrojí obsahuje 4 pojezdové jednotky s pojezdovými koly, každé kolo s mechanickým propojením na trakční krokový elektromotor a všechna pojezdová kola jsou, i s svými pojezdovými jednotkami, jednak spolu navzájem, jednak ve vazbě na natáčecí krokový motor, a to ve vztahu k otáčení kolem svislé osy, spřažena ozubeným řemenem. S výhodou pak ještě pojezdová kola jsou volena jako kola typu Mecanum nebo jako tzv. pivotovaná kola. Konečně je i výhodou, jestliže řídící, snímací a komunikační jednotka je vytvořena ve formě jednodeskového počítače.The disadvantages of the existing motion sensing devices in the field of virtual reality are solved and a device for such sensing, which device is structurally simple, small, compact, cost-effective and user-friendly, is obtained with a user motion sensing device for virtual reality systems according to the present invention. wherein the device comprises supports for the user's feet and other position tracking elements, and wherein the supports are formed as a pair of motorized mobile platforms with a running gear located below the mobile platform and a top surface with dimensions corresponding to the size of the user's foot, the running gear is adapted for omnidirectional movement of the mobile platform and is equipped with its own traction stepper electric motors with connection to the control, sensing and communication unit and to the own energy source of the mobile platform, while the early control unit is connected to a lower optical system adapted to monitor the 2D position of the mobile platform and to a system adapted to monitor the 3D position of the user's foot, and the mobile platform is equipped with load force sensors in the upper surface area. also connected to the control, sensing and communication unit, where the control, sensing and communication units of the two mobile platforms are adapted at least for mutual low-latency communication between the two mobile platforms. Preferably, the system for 2D position monitoring of the mobile platform is based on the principle of capturing and evaluating the image from a high-speed camera and at the same time the system for 3D position monitoring of the user's foot is based on the principle of capturing and evaluating the image from a wide-angle infrared camera located in the middle. in the axis, the upper surfaces of each mobile platform. It is furthermore advantageous if the upper support plates are mounted in a resilient mounting and are always equipped with a pair of FSR-type sensors for measuring the force from the load from the user's feet, i. so-called force-sensor resistor. It is also advantageous if each running gear comprises 4 running units with running wheels, each wheel with a mechanical connection to a traction stepper motor and all running wheels are, together with their running units, both with each other and in connection with a rotating stepper motor, namely in relation to the rotation about the vertical axis, coupled by a toothed belt. Preferably, the travel wheels are also selected as Mecanum type wheels or as so-called pivoted wheels. Finally, it is also advantageous if the control, scanning and communication unit is designed in the form of a single-board computer.

-2CZ 2018 - 403 A3-2EN 2018 - 403 A3

Tím se dosáhne vytvoření jednoduchého, malého a levného zařízení pro snímání pohybů pro virtuální realitu, kde navíc přesnost snímání i komfort užívání jsou na vysoké úrovni.This achieves the creation of a simple, small and inexpensive motion sensing device for virtual reality, where, in addition, sensing accuracy and comfort of use are at a high level.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Zařízení podle překládaného vynálezu je dále podrobněji popsáno a vysvětleno na příkladném provedení, též s pomocí přiložených výkresů, kde na obr.l je v předním horním perspektivním pohledu patrná pojízdná plošina v částečně rozloženém stavu, a to s viditelnými součástmi prvků pojezdu, na obr.2 je potom zobrazen, též v předním, horním perspektivním pohledu, detail pojezdové jednotky, s pivotovaným pojezdovým kolem, přičemž ještě na obr.3 je, opět v předním, horním perspektivním pohledu, znázorněno samotné pojezdové kolo typu Mecanum, alternativně použitelné do pojezdového ústrojí pojízdné plošiny, a dále pak na obr.4 je patrné, opět v předním, horním perspektivním pohledu, uspořádání snímacích prvků na vrchním povrchu pojízdné plošiny, kde potom na obr.5 je patrné, opět v předním, horním perspektivním pohledu, nyní ovšem na spodní povrch obrácené pojízdné plošiny, uspořádání prvků pojezdu a prvků snímání pohybu, a dále, co se týče ilustrace vlastní akce pojízdné plošiny, je na obr.6, opět v předním, horním perspektivním pohledu, znázorněno uložení pojízdných plošin na kruhové podložce, načež na ještě připojeném obr.7a je schematicky znázorněno 2D snímání polohy, resp. pohybu, pojízdných plošin ve vztahu ke kruhové podložce a na obr.7b potom ještě 3D snímání polohy, resp. pohybu chodidla na, resp. nad pojízdnými plošinami.The device according to the present invention is further described and explained in more detail on an exemplary embodiment, also with the aid of the accompanying drawings, in which FIG. 1 shows a front perspective view of a mobile platform in a partially exploded state, with visible parts of travel elements; 2 then shows, also in front, top perspective view, a detail of the travel unit, with a pivoted travel wheel, while FIG. 3 again shows, in front, top perspective view, the Mecanum type travel wheel itself, alternatively usable in the travel device. of the mobile platform, and further in Fig. 4 it is visible, again in front, top perspective view, the arrangement of sensing elements on the upper surface of the mobile platform, where then Fig. 5 shows, again in front, top perspective view, but now in lower surface of inverted mobile platform, arrangement dia travel and elements of motion sensing, and further with regard to the illustration of the actual action of the mobile platform, Fig. 6, again in a front, upper perspective view, shows the mounting of the mobile platforms on a circular base, after which the attached Fig. 7a shows schematically 2D position sensing is shown, resp. movement, mobile platforms in relation to the circular base and in Fig. 7b then 3D position sensing, resp. movement of the foot on, resp. above mobile platforms.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Zařízení pro snímání pohybů pro systémy virtuální reality, v příkladném provedení, vytvořené v souladu s předkládaným vynálezem, obsahuje opěry pro chodidla uživatele a další prvky sledování polohy. Opěry jsou zde vytvořeny jako dvojice motorizovaných pojízdných plošin 10, každá s pojezdovým ústrojím 1, umístěným pod touto pojízdnou plošinou JO, a s vrchní plochou 101 na každé pojízdné plošině 10. o rozměrech, odpovídajících velikosti chodidla člověka, kde pojezdové ústrojí 1 je upraveno pro všesměrový pohyb pojízdné plošiny 10 a je vybaveno vlastními trakčními krokovými elektromotory 11 s napojením na řídící, snímací a komunikační jednotku 13 a na vlastní zdroj 14 energie pojízdné plošiny 10. přičemž současně řídící, snímací a komunikační jednotka 13 je propojena se spodním optickým systémem 15, upraveným pro sledování 2D polohy pojízdné plošiny 10 a s vrchním opticko-mechanickým systémem 16, upraveným pro sledování 3D polohy chodidla 17 uživatele, a přitom je pojízdná plošina 10 vybavena v oblasti vrchní plochy 101 vrchními nosnými deskami 1010. opřenými o senzory 162 měření síly zátěže od chodidla 17 na tuto vrchní plochu 101, propojenými též na řídící, snímací a komunikační jednotku 13. kde řídící, snímací a komunikační jednotky 13 obou pojízdných plošin 10 jsou upraveny alespoň pro vzájemnou nízkolatenční komunikaci mezi oběma pojízdnými plošinami 10. S výhodou zde spodní optický systém 15 pro 2D sledování polohy pojízdné plošiny 10 je vytvořen na principu snímání a vyhodnocení obrazu z vysokorychlostní kamery a současně vrchní opticko-mechanický systém 16 pro 3D sledování polohy chodidla 17 uživatele je vytvořen na principu snímání a vyhodnocení obrazu z širokoúhlé kamery 161 s infračerveným přísvitem 1610, umístěné uprostřed vrchní plochy 101 každé pojízdné plošiny 10. Výhodně zde také vrchní nosné desky 1010 jsou neseny v pružném uložení a pro měření síly od zátěže od chodidel 17 uživatele jsou vždy vybaveny dvojicí senzorů 162 typu FSR, tzn. force-sensor rezistor. Konkrétně zde každé pojezdové ústrojí 1 obsahuje 4 pojezdové jednotky 110 s pojezdovými koly 1101. každé takové kolo s mechanickým propojením na trakční krokový elektromotor 11. Pojezdová kola 1101 jsou zde volena jako tzv. pivotovaná kola, kde každé pojezdové kolo 1101 má vlastní pohon svým trakčním krokovým elektromotorem 11 a všechna pojezdová kola 1101 jsou se svými pojezdovými jednotkami 110, jednak spolu navzájem, jednak ve vazbě na, jejich natáčení pohánějící, natáčecí krokový elektromotor 12, a to ve vztahu k natáčení kolem svislé osy, spřažena ozubeným řemenem 120. Pojezdová kola 1101 mohou být také použita v provedeníThe motion sensing device for virtual reality systems, in an exemplary embodiment, constructed in accordance with the present invention includes supports for the user's feet and other position tracking elements. The abutments are formed here as a pair of motorized mobile platforms 10, each with a running gear 1 located below this mobile platform JO, and with a top surface 101 on each mobile platform 10. with dimensions corresponding to the size of a human foot, where the running gear 1 is adapted for omnidirectional movement of the mobile platform 10 and is equipped with its own traction stepping electric motors 11 connected to the control, sensing and communication unit 13 and to the own energy source 14 of the mobile platform 10, while at the same time the control, sensing and communication unit 13 is connected to the lower optical system 15. for monitoring the 2D position of the mobile platform 10 and with an upper optical-mechanical system 16 adapted to monitor the 3D position of the user's foot 17, the mobile platform 10 being equipped in the area of the upper surface 101 with upper support plates 1010. from the foot 17 to this upper surface 101, also connected to the control, sensing and communication unit 13, where the control, sensing and communication units 13 of the two mobile platforms 10 are adapted for at least low latency communication between the two mobile platforms 10. Preferably the optical system 15 for 2D position monitoring of the mobile platform 10 is based on the principle of capturing and evaluating the image from the high-speed camera and at the same time the upper optical-mechanical system 16 for 3D position monitoring of the user's foot 17 is formed on the principle of capturing and evaluating the image from the wide angle camera 161. by a coil 1610, located in the middle of the top surface 101 of each mobile platform 10. Preferably, also the top support plates 1010 are supported in a resilient bearing and are always equipped with a pair of FSR type sensors 162 for measuring force from the user's feet 17, i. force-sensor resistor. Specifically, each running gear 1 comprises 4 running units 110 with running wheels 1101. Each such wheel is mechanically connected to a traction stepping electric motor 11. The running wheels 1101 are selected here as so-called pivoted wheels, where each running wheel 1101 has its own drive by its traction. stepper motor 11 and all travel wheels 1101 are coupled with their travel units 110, both to each other and to each other in relation to their pivoting, pivoting stepper motor 12, in relation to rotation about a vertical axis, coupled by a toothed belt 120. The travel wheels 120. 1101 may also be used in an embodiment

-3 CZ 2018 - 403 A3 typu Mecanum, jak patrno na obr.3. V každé pojízdné plošině 10 je pak ještě uložena řídící, snímací a komunikační jednotka 13, která je vytvořena ve formě jednodeskového počítače.-3 CZ 2018 - 403 A3 type Mecanum, as can be seen in Fig.3. In each mobile platform 10 there is then a control, scanning and communication unit 13, which is formed in the form of a single-board computer.

Funkce celého zařízení je následující. Osoba, jejíž pohyb má být snímán a zaznamenán pro zpracování v oblasti virtuální reality, se postaví chodidly 17 na obě pojízdné plošiny 10 a započne s pohybem typu chůze. Přitom posouvá nohu, spočívající na jedné pojízdné plošině JO, vzad a po dokončení pohybu v délce, resp. v rozpětí kroku se noha, resp. chodidlo 17. nadzvedává a přesouvá se ve výši, odpovídající opět přirozenému pokračování pohybu při skutečné chůzi, vpřed. Při tomto pohybu chodidla 17 ve výši a vpřed je nadzvednutí nohy detekováno odlehčením tlakových senzorů 162 typu FSR v horní ploše 101 pojízdné plošiny 10 a směr pohybu nohy, resp. chodidla 17, ve výši je sledován vysokorychlostní kamerou 161 na vrchní ploše 101 této pojízdné plošiny 10. Tak je možno potom určovat pohyb chodidla 17 i po dobu jeho nadzvednutí nad vrchní plochu 101 pojízdné plošiny 10. Podle uvedené detekce pohybu chodidla 17 přesouvá se vlastním pohonem, tedy včetně potřebného směrového natočení pojezdových kol 1101, i příslušná odlehčená pojízdná plošina 10, a to právě přesně podle pohybu nadzvednutého chodila 17, takže po dokončení nadzvednutého přesunu této nohy, resp. chodidla 17. může toto chodidlo 17 opět, a to v souladu s přirozenou fází došlápnutí chodidla 17. na závěr kroku, došlápnout zpět na stejnou pojízdnou plošinu 10, která se, jak výše popsáno, automaticky sama přesunula pod zvednutým chodidlem 17 na místo zmíněného došlapu. Takto se cyklus opakuje postupně u jedné a druhé nohy, takže osoba, jejíž pohyb typu chůze je snímán pro virtuální realitu, vlastně kráčí na místě, pouze v rozsahu kruhové podložky 18. a to ovšem s maximální přirozeností, nenarušovanou například setrvačností podložky či pasivním odporem podpěry příslušné nohy.The function of the whole device is as follows. The person whose movement is to be sensed and recorded for processing in the field of virtual reality is placed with his feet 17 on both mobile platforms 10 and starts with a walking-type movement. At the same time, it moves the leg, resting on one mobile platform JO, backwards and after the completion of the movement in the length, resp. in the range of the step, the foot, resp. the foot 17. lifts and moves forward at a height corresponding again to the natural continuation of movement during actual walking. During this movement of the foot 17 in height and forward, the lifting of the foot is detected by relieving the pressure sensors 162 of the FSR type in the upper surface 101 of the mobile platform 10 and the direction of movement of the foot, respectively. foot 17, the height of which is monitored by a high-speed camera 161 on the upper surface 101 of this mobile platform 10. Thus, it is possible to determine the movement of the foot 17 even during its lifting above the upper surface 101 of the mobile platform 10. , i.e. including the necessary directional rotation of the travel wheels 1101, as well as the respective lightweight travel platform 10, exactly according to the movement of the lifted foot 17, so that after the completion of the lifted movement of this leg, resp. foot 17, this foot 17 can again, in accordance with the natural phase of stepping on the foot 17, step back on the same mobile platform 10, which, as described above, automatically moved itself under the raised foot 17 to the place of said stepping. . In this way, the cycle is repeated successively at one and the other leg, so that a person whose walking-type movement is sensed for virtual reality actually walks in place, only in the range of the circular pad 18. However, with maximum naturalness, undisturbed by, for example appropriate leg supports.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Zařízení podle vynálezu je využitelné především pro snímání pohybů v oblasti virtuální reality, ale také může sloužit v medicínské oblasti pro testování pohybů těla, např. v ortopedii, resp. v následné rehabilitaci apod.The device according to the invention can be used primarily for sensing movements in the field of virtual reality, but it can also be used in the medical field for testing body movements, e.g. in orthopedics, resp. in subsequent rehabilitation, etc.

Claims

PATENT CLAIMS

Device for sensing user movements for virtual reality systems, the device comprising supports for the user's feet and other position tracking elements, characterized in that the supports are formed as a pair of motorized mobile platforms (10), each with a running gear (1) located below this mobile platform (10), and with a top surface (101) mounted on each mobile platform (10), of dimensions corresponding to the size of the user's foot (17), where the running gear (1) is adapted for omnidirectional movement of the mobile platform (10). ) and is equipped with its own traction stepping electric motors (11) with connection to the control, sensing and communication unit (13) and to the own energy source (14) of the mobile platform (10), while at the same time the control, sensing and communication unit (13) is included. which is connected to a lower optical system (15) adapted to monitor the 2D position of the mobile platform (10), and with an upper optical-mechanical system (16) adapted to monitor the 3D position of the user's foot (17), the mobile platform (10) being provided in the area of the upper surface (101) with upper support plates (1010) supported by force measurement sensors (162) loads from the foot (17), via the upper support plates (1010), to this upper surface (101), also connected to the control, sensing and communication unit (13), where the control, sensing and communication units (13) of both mobile platforms ( 10) are adapted at least for mutual low-latency communication between the two mobile platforms (10).

Device according to Claim 1, characterized in that the lower optical system (15) for 2D monitoring of the position of the mobile platform (10) is designed on the principle of capturing and evaluating an image from

-4EN 2018 - 403 A3 high-speed cameras, located on the lower surface (102) of the mobile platform (10), and at the same time optical-mechanical system (16) for 3D monitoring of the user's foot position (17) is created on the principle of capturing and evaluating images from wide angle cameras (161) with infrared illumination (1610), located in the middle, ie. in the axis, the upper surfaces (101) of each mobile platform (10).

Device according to claim 2, characterized in that the upper support plates (1010) are mounted in a resilient mounting on the upper surface (101) and are each provided with a pair of FSR-type sensors (162) for measuring the force from the load from the user's feet (17). , ie. force-sensor resistor.

Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that each travel device (1) comprises 4 travel wheels (1101), each mounted in its travel unit (110), each travel wheel (1101) with a mechanical connection to the traction the stepping electric motor (11) and all the travel wheels (110) are, with their mounting in their travel units (110), both with each other and with the rotating stepping electric motor (12) in relation to the rotation about them. vertical axes, coupled by a toothed belt (120).

Device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the travel wheels (1101) are selected as Mecanum-type wheels or as so-called pivoted wheels.

Device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the control, sensing and communication unit (13) is designed in the form of a single-board computer.