[发明专利]虚拟现实触觉系统和装置

说明书

一种虚拟现实(VR)系统包含VR显示器和VR运动装置，所述VR运动装置包含可以支撑系统用户的手和脚的手部接合部和脚部接合部。所述VR运动装置允许用户的四肢在包含竖直、横向以及前后方向运动的三维空间中运动。运行VR软件的计算机将所述VR运动装置和所述VR显示器进行协调和同步以向系统用户提供VR环境中的模拟活动。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年4月19日提交的名称为《触觉运动机器人(Haptic ExerciseRobot)》的美国临时专利申请第62/324,519号的优先权，其通过引用以其整体并入本文。

背景技术

虚拟现实(VR)系统是基于计算机的系统，为参与者提供在形成三维虚拟世界的模拟环境中的行动体验。大多数VR系统使用的是视觉头戴设备，允许用户在计算机生成的环境内查看并且虚拟地运动。一些VR系统通过添加联接到用户身体的机械设备来增强视觉体验，从而为用户身体的运动提供触力或阻力。然而，这些类型的VR套装是必须由用户佩戴的复杂机械设备。我们需要的是一种改进的系统，它允许系统用户体验物理阻力和反馈，但不要求用户佩戴机械设备。

发明内容

VR系统可包含VR运动装置，所述装置包含可以支撑系统用户的手和脚的手部接合部和脚部接合部。所述VR运动装置允许用户的四肢在三维空间中运动，而不仅仅是沿着竖直的矢量运动。由于用户的运动可能包含竖直(Y方向)、横向(X方向)和/或前后(Z方向)运动，VR运动装置可以为用户提供模拟真实的体育活动，比如像在真实世界的攀爬环境中一样攀爬。

所述VR系统可以包含在计算机上运行的VR程序，所述VR程序将VR环境中的用户的运动通过显示器并且通过VR运动装置进行可视化同步以获取触觉体验。显示器可被内置于VR头戴设备中，其可以包含音频系统。视觉信号与VR运动装置的控制信号进行协调或同步，这样视觉虚拟环境与VR运动装置的手部接合部和脚部接合部的运动限制完全匹配。更具体地，VR程序可以显示包含虚拟物体的地形VR环境，如土地、山脉、结构、车辆等。VR软件可以允许手部接合部和脚部接合部在自由空间中运动，但可以防止穿过虚拟物体运动，这样当与任何虚拟结构进行虚拟接触时，用户的运动就会停止。这些物体可以与VR视觉显示器同步，这样用户就可以看到和感觉到虚拟物体，从而保持VR错觉。

在不同的实施例中，VR系统可以用来模拟各种体育活动，如：散步、跑步、爬山、滑冰、滑雪、滑板滑雪、开车、骑自行车、游泳、划船、风帆冲浪、滑水、尾波滑水、风筝滑水等。VR机器还可以提供用于训练模拟、物理治疗、体育锻炼等的方法。VR系统可以是一种在模拟环境中进行危险活动训练的安全方式，如：攀岩、跳伞、滑翔伞运动、极限滑雪等。本发明的VR系统可以用于健身房、健身俱乐部、酒店以及其它可能找到健身设备或体验设备的地方。

附图说明

图1展示了带用户的VR运动装置的实施例的透视图。

图2展示了VR运动装置的框架的实施例的透视图。

图3展示了VR运动装置的框架和托架的实施例的透视图。

图4至图6展示了VR运动装置的框架、托架以及剪式千斤顶机构的实施例的透视图。

图7展示了带用户的VR运动装置的实施例的侧视图。

图8展示了带用户的VR运动装置的实施例的前视图。

图9展示了X、Y以及Z方向坐标力线图。

图10展示了X、Y以及Z方向加速度图。

图11和图12展示了VR运动装置的实施例的透视图，展示了框架、托架以及剪式千斤顶机构的运动。

图13至图15展示了VR运动装置的实施例上的用户运动的前视图。