[发明专利]应用多功能VR人机交互及外部环境的模拟器的模拟方法

摘要

本发明提供一种多功能VR人机交互及外部环境的模拟器以及模拟方法，模拟器包括底座、底部旋转座、外环、内环、座椅和控制器；所述内环可转动套设于所述外环的内部，所述内环连接有内环驱动电机，用于驱动所述内环在X‑Z平面内旋转；所述座椅固定安装于所述内环的内部；所述控制器分别与所述底部旋转电机、所述液压泵、所述外环驱动电机和所述内环驱动电机连接；其中，X轴和Y轴形成水平面，Z轴为垂直于水平面的轴。具有以下优点可最大范围的实现参与者操控自身，并通过模拟器的运动轨迹，来获得现实环境中最佳的自身感知，既具有较强的实用性和安全性，也明显提高了参与者的真实体验。

主权项

一种应用多功能VR人机交互及外部环境的模拟器的模拟方法，其特征在于，多功能VR人机交互及外部环境的模拟器包括：底座、底部旋转座、外环、内环、座椅和控制器；所述底座固定于水平地面上；所述底部旋转座可转动安装于所述底座的上面，所述底部旋转座的转动轴连接有底部旋转电机，所述底部旋转电机用于驱动所述底部旋转座在X‑Y平面中转动；所述外环设置于所述底部旋转座的上方，在所述外环和所述底部旋转座之间分布安装有n个液压杆，n为自然数；每个所述液压杆的底端与所述底部旋转座通过底部万向轴铰接，每个所述液压杆的顶端与所述外环通过顶部万向轴铰接；每个所述液压杆连接有一台液压泵；通过各个所述液压泵，驱动各个所述液压杆进行伸缩动作，进而控制所述外环在X向的倾斜角度和/或在Y向的水平移动；此外，所述外环连接有外环驱动电机，用于驱动所述外环在Y‑Z平面内旋转；所述内环可转动套设于所述外环的内部，所述内环连接有内环驱动电机，用于驱动所述内环在X‑Z平面内旋转；所述座椅固定安装于所述内环的内部；所述控制器分别与所述底部旋转电机、所述液压泵、所述外环驱动电机和所述内环驱动电机连接；其中，X轴和Y轴形成水平面，Z轴为垂直于水平面的轴；所述底座通过膨胀螺栓固定于水平地面上；所述外环与所述内环之间还安装有内环锁死机构；所述内环锁死机构用于使所述内环与所述外环固定形成整体，禁止所述内环相对于所述外环旋转；所述外环还安装有外环锁死机构，所述外环锁死机构用于限制所述外环旋转；所述座椅配置有操作面板及踏板，所述座椅可伸开成直立模式；所述座椅采用7点固定方式固定于所述内环的内部；所述操作面板通过可伸缩的延长杆固定于所述座椅上；当不需要所述操作面板时，缩短所述延长杆，使所述操作面板紧贴所述座椅的椅面；所述座椅还安装有腿部传感器和手部传感器；所述腿部传感器和所述手部传感器均连接到所述操作面板的输入端；所述操作面板的输出端与所述控制器连接；所述腿部传感器包括脚底位移传感器、双腿外侧传感器和双腿内侧传感器；用于感应腿部不同方向位移，所述腿部传感器通过无线蓝牙信号反馈给操作面板；通过腿部动作触发出前进指令、后退指令、躲闪指令、蹲下指令、跳起指令或趴下指令；应用多功能VR人机交互及外部环境的模拟器的模拟方法，包括以下步骤：步骤1，操作面板通过腿部传感器和手部传感器实时采集到参与者腿部姿态信息以及手部姿态信息；步骤2，操作面板根据预存储的腿部姿态信息、手部姿态信息与虚拟操控指令的对应关系，获取到对应的虚拟操控指令；或者，操作面板直接接收参与者输入的对虚拟环境的虚拟操控指令；步骤3，操作面板根据步骤2得到的所述虚拟操控指令，一方面，对虚拟环境进行控制；另一方面，对现实环境进行控制，即：对底部旋转电机、液压泵、外环驱动电机和/或内环驱动电机进行控制，从而控制座椅的姿态，最终实现对参与者自身姿态的控制；其中，步骤3中，控制器对底部旋转电机、液压泵、外环驱动电机和/或内环驱动电机进行控制，具体包括：控制器控制底部旋转电机动作，底部旋转电机驱动底部旋转座在X‑Y平面中转动，从而带动座椅在X‑Y平面中转动；和/或控制器控制液压泵动作；其中，所述液压杆的设置数量为4个，包括：左前液压杆、右前液压杆、左后液压杆和右后液压杆；(1)当所述控制器控制左前液压杆、右前液压杆、左后液压杆和右后液压杆同步等长伸长时，驱动外环进行上升动作，进而带动座椅沿Z轴上升；(2)当所述控制器控制左前液压杆、右前液压杆、左后液压杆和右后液压杆同步等长缩短时，驱动外环进行下降动作，进而带动座椅沿Z轴下降；(3)当所述控制器控制左前液压杆和右前液压杆同步伸长预设长度，同时，控制左后液压杆和右后液压杆同步缩短预设长度时，驱动外环沿Y轴向前水平移动，进而带动座椅沿Y轴向前水平移动；(4)当所述控制器控制左前液压杆和右前液压杆同步缩短预设长度，同时，控制左后液压杆和右后液压杆同步伸长预设长度时，驱动外环沿Y轴向后水平移动，进而带动座椅沿Y轴向后水平移动；(5)当所述控制器控制左前液压杆和左后液压杆同步缩短预设长度，同时，控制右前液压杆和右后液压杆同步伸长预设长度时，驱动外环向左倾斜预设角度，进而带动座椅向左倾斜预设角度；(6)当所述控制器控制左前液压杆和左后液压杆同步伸长预设长度，同时，控制右前液压杆和右后液压杆同步缩短预设长度时，驱动外环向右倾斜预设角度，进而带动座椅向右倾斜预设角度；和/或控制器控制外环驱动电机动作，外环驱动电机驱动外环在在Y‑Z平面内旋转，从而带动座椅在Y‑Z平面内旋转；和/或控制器控制内环驱动电机动作，内环驱动电机驱动内环在在X‑Z平面内旋转，从而带动座椅在X‑Z平面内旋转。