一种VR训练模拟装置的制作方法

本发明涉及vr视觉控制技术领域，具体设计一种vr训练模拟装置。

背景技术：

vr虚拟现实技术目前有一个最大的难关,如何利用小范围的真实空间在虚拟的超大空间中进行移动。

目前已有的解决方案有1.虚拟瞬移；2.虚拟按钮位移；3.站立式跑步机位移。

以上方案中1.瞬移传送后容易迷失方向感；2.使用按钮进行位移容易出现眩晕，并且抓取交互物体与移动很难同步进行；3.站立式跑步机(准确描述应该是滑步机)，移动方式为在传感器上滑动脚步进行移动，容易出现操作操作不准。

并且三个方案如果都是站立形态进行操作容易造成较高的疲劳度，无法进行相对长时间的vr交互，很难超过15分钟以上。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供坐姿式虚拟现实交互设备并且将交互控制器有腿部来控制可以有效的解决目前三个方案中的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种vr训练模拟装置，包括：足部控制器、旋转座椅、vr终端以及vr控制服务器；

所述旋转座椅包括一电动旋转基座、设置在所述电动旋转基座上的安全座椅以及与所述安全座椅的座板固定连接的弯板，所述电动旋转基座与所述vr控制服务器电连接，用于接收vr控制服务器的控制指令，驱动安全座椅旋转；

所述足部控制器设置于所述弯板上，且通过有线或无线方式与所述vr控制服务器通讯连接，用于将足部控制器采集的控制信息上传至所述vr控制服务器；

所述vr终端佩戴于使用者头部，且通过过有线或无线方式与所述vr控制服务器通讯连接，用于接收并展示所述vr控制服务器发送的虚拟环境数据。

进一步的，所述足部控制器包括自上而下依次同轴设置的操作平台、固定板、转动平台、主齿轮、支撑板和底板；

所述操作平台与所述固定板的上表面固定连接；

所述主齿轮与固定安装在所述固定板的下表面中心位置；

所述转动平台为一同心双环结构，其中外环与所述固定板下表面固定连接，内环与所述支撑板固定连接；

所述支撑板上安装有旋转角度传感器、方向控制器和数据处理器；所述旋转角度传感器朝上设置且其传感轴上设有从齿轮，所述从齿轮与所述主齿轮啮合；所述方向控制器朝下设置且其传感轴穿过所述支撑板并与所述底板固定连接；所述旋转角度传感器和所述方向控制器均与所述数据处理器电连接；

所述底板上设有接口模块，所述接口模块与所述数据处理器电连接。

进一步的，所述支撑板包括底部面板以及垂直于所述底部面板设置在底部四周边沿的侧支板，相对的两个侧支板分别与所述转动平台的内环固定连接。

进一步的，所述足部控制器还包括至少两个转动复位弹簧，所述转动复位弹簧的两端分别与所述转动平台的外环以及所述支撑板的侧支板固定连接。

进一步的，所述足部控制器还包括限位板，所述限位板设置于所述支撑板与所述底板之间且与所述支撑板固定连接。

进一步的，所述足部控制器还包括复位弹簧，所述复位弹簧套设在所述方向控制器的传感轴上，且所述复位弹簧的两端分别与所述限位板以及所述底板固定连接。

进一步的，所述足部控制器还包括装饰盖，所述装饰盖位于所述支撑板与所述限位板之间，且在安装时所述装饰盖被所述支撑板和所述限位板夹紧固定。

进一步的，所述装饰盖上还设有开关，所述开关连接于所述数据处理器和接口模块之间。

进一步的，所述弯板包括依次固定连接的第一安装部、连接部和第二安装部；所述连接部倾斜设置，且所述第一安装部和第二安装部分别设置在所述连接部的两端；所述第一安装部与所述安全座椅的座板固定连接；所述第二安装部用于安装所述足部控制器。

进一步的，所述操作平台上还设置有防滑胶垫。

本发明的有益效果是：在足部控制器采集到使用者输入的“转向”命令时，该命令会被传动到vr控制服务器，vr控制服务器一方面控制vr场景中的“虚拟人员”执行相应的“转向”动作，另一方面同步驱动电动旋转底座，使电动旋转底座控制安全座椅发生转动。

那么，在vr场景中“虚拟人员”执行转向时，如果没有安全座椅的同步或稍微滞后的转向，那么使用者会发生晕眩感。如果安装座椅发生同步或稍微滞后的转向，那么使用者则不会产生晕眩感。

具体是，本装置足部控制器的具体操作是操作员坐在安全座椅上双脚踩在足部控制器上通过对足部控制器施加转向力，实现控制虚拟角色的位移。用户使用脚尖踩踏足部控制器前部可控制角色向前移动，踩足部控制器左右则可以分别控制角色向左右平移，踩足部控制器后部可以控制角色向后倒退移动。双脚顺时针转动足部控制器，实现电动旋转底座顺时针转动。双脚逆时针转动足部控制器实现电动旋转底座向逆时针转动。通过电动旋转底座的转动带动虚拟角色转身。利用电动旋转底座转动产生的离心力消除大脑因为转身而产生的眩晕感。

附图说明

图1为本发明实施例提供的vr训练模拟装置整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的足部控制器爆炸示意图；

图3为本发明实施例提供的支撑板结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

100、足部控制器，

101、操作平台，102、固定板，103、转动平台，104、主齿轮，105、支撑板，106、底板，107、旋转角度传感器，108、方向控制器，109、数据处理器，110、从齿轮，111、接口模块，112、转动复位弹簧，113、限位板，114、复位弹簧，115、装饰盖，116、开关，117、防滑胶垫；

201、安全座椅，202、电动旋转基座，203、弯板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种vr训练模拟装置，包括：足部控制器100、旋转座椅、vr终端以及vr控制服务器(图中未示出)。

应当理解的是，vr控制服务器可以根据技术实现的不同，既可与vr终端集成设计，又可与vr终端分体设计。

所述旋转座椅包括一电动旋转基座201、设置在所述电动旋转基座201上的安全座椅202、以及与所述安全座椅202的座板固定连接的弯板203，所述电动旋转基座201与所述vr控制服务器电连接，用于接收vr控制服务器的控制指令，驱动安全座椅旋转。

优选的，所述弯板203包括依次固定连接的第一安装部、连接部和第二安装部；所述连接部倾斜设置，且所述第一安装部和第二安装部分别设置在所述连接部的两端；所述第一安装部与所述安全座椅的座板固定连接；所述第二安装部用于安装所述足部控制器。连接部倾斜设置符合人体工学设计，训练人员(用户)在长时间使用时，更加舒适，不易疲劳。

所述足部控制器100设置于所述弯板203上，且通过有线或无线方式与所述vr控制服务器通讯连接，用于将足部控制器采集的控制信息上传至所述vr控制服务器。

所述vr终端佩戴于使用者头部，且通过过有线或无线方式与所述vr控制服务器通讯连接，用于接收并展示所述vr控制服务器发送的虚拟环境数据。

进一步的，所述足部控制器100包括自上而下依次同轴设置的操作平台101、固定板102、转动平台103、主齿轮104、支撑板105和底板106；

所述操作平台101与所述固定板102的上表面固定连接；

所述主齿轮104与固定安装在所述固定板102的下表面中心位置；

所述转动平台103为一同心双环结构，其中外环与所述固定板102下表面固定连接，内环与所述支撑板105固定连接；

所述支撑板105上安装有旋转角度传感器107、方向控制器108和数据处理器109；所述旋转角度传感器107朝上设置且其传感轴上设有从齿轮110，所述从齿轮110与所述主齿轮104啮合；所述方向控制器108朝下设置且其传感轴穿过所述支撑板105并与所述底板106固定连接；所述旋转角度传感器107和所述方向控制器108均与所述数据处理器109电连接；

所述底板106上设有接口模块111，所述接口模块111与所述数据处理器109电连接。所述接口模块111既可仅作为供电接口，为数据处理器109，又可以作为通信接口，连接数据处理器109和vr控制服务器，以实现数据通信。因此所述接口模块111可以采用普通usb接口，亦可使用type-c、lighting接口等。

在本实施例中，所述旋转角度传感器107采用霍尔角度传感器实现，所述方向控制器108采用二轴操纵杆实现，数据处理器109采用stm32系列单片机实现。

在足部控制器采集到使用者输入的“转向”命令时，该命令会被传动到vr控制服务器，vr控制服务器一方面控制vr场景中的“虚拟人员”执行相应的“转向”动作，另一方面同步驱动电动旋转底座，使电动旋转底座控制安全座椅发生转动。

双脚顺时针转动足部控制器，实现电动旋转底座顺时针转动。双脚逆时针转动足部控制器实现电动旋转底座向逆时针转动。通过电动旋转底座的转动带动虚拟角色转身。利用电动旋转底座转动产生的离心力消除大脑因为转身而产生的眩晕感。

在vr场景中“虚拟人员”执行转向时，如果没有安全座椅的同步或稍微滞后的转向，那么使用者会发生晕眩感。如果安装座椅发生同步或稍微滞后的转向，那么使用者则不会产生晕眩感。

本装置足部控制器的具体操作是：操作员坐在安全座椅上双脚踩在足部控制器100的操作平台101上通过对操作平台101施加转向力，操作平台101依次带动固定102板、转动平台103以及主齿轮104转动，然后旋转角度传感器107通过从齿轮110采集旋转数据，并将其传输给数据处理器109，数据处理器109通过接口模块111将数据上传给vr控制服务器，再由vr控制服务器控制虚拟角色以及旋转座椅进行旋转。

在足部控制器采集到使用者输入的“移动”命令时，即用户使用脚尖踩踏足部控制器前部可控制角色向前移动，踩足部控制器左右则可以分别控制角色向左右平移，踩足部控制器后部可以控制角色向后倒退移动。方向控制器采集用户的踩踏信息，并将其传输给数据处理器109，数据处理器109通过接口模块111将数据上传给vr控制服务器，再由vr控制服务器控制虚拟角色在虚拟场景中进行移动。

进一步的，所述支撑板105包括底部面板以及垂直于所述底部面板设置在底部四周边沿的侧支板，形成一个放置腔，旋转角度传感器107、方向控制器108和数据处理器109均安装在所述放置腔内，使得整个足部控制器的结构紧凑，体积小巧。相对的两个侧支板分别与所述转动平台103的内环固定连接。

所述足部控制器100还包括至少两个转动复位弹簧112，所述转动复位弹簧112的两端分别与所述转动平台103的外环以及所述支撑板105的侧支板固定连接。当用户旋转操作平台后，腿部放松，则操作平台即可在转动复位弹簧112的弹力作用下恢复。

进一步的，所述足部控制器100还包括限位板113，所述限位板113设置于所述支撑板105与所述底板106之间且与所述支撑板105固定连接。限位板和支撑板固定，当操作平台倾斜一定角度后，限位板和底板接触，从而限制操作平台过度倾斜。

进一步的，所述足部控制器还包括复位弹簧，所述复位弹簧套设在所述方向控制器的传感轴上，且所述复位弹簧的两端分别与所述限位板以及所述底板固定连接。当操作平台倾斜一定角度后，足部放松，复位弹簧使操作平台回到初始位置。

进一步的，所述足部控制器还包括装饰盖，所述装饰盖位于所述支撑板与所述限位板之间，且在安装时所述装饰盖被所述支撑板和所述限位板夹紧固定。所述装饰盖上还设有开关，所述开关连接于所述数据处理器和接口模块之间。所述操作平台上还设置有防滑胶垫。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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