CN106687182A - 用于与虚拟现实***进行交互的移动地板及其使用 - Google Patents

用于与虚拟现实***进行交互的移动地板及其使用 Download PDF

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Abstract

本文提供了用于与虚拟环境进行交互的移动地板设备。一般地,该设备可以包括内芯,包裹内芯的柔性外皮层和位于其间的加压真空空间中的润滑层。移动地板设备可以包括墙壁形结构并且可以模拟虚拟墙壁。移动地板设备可以是触觉使能的。一般地,该设备可以包括具有平坦顶表面的主体、控制模块,动作模块、墙壁模块、与控制模块、动作模块、墙壁模块以及虚拟现实***通信连接的计算单元,以及用来激活和去激活所述设备的装置以及电源模块。

Description

用于与虚拟现实***进行交互的移动地板及其使用
相关申请的交叉引用
本国际申请根据35U.S.C.§119(e)要求2015年5月5日提交的美国临时专利申请No.62/157,099、2015年5月5日提交的美国临时专利申请No.62/157,090、2015年5月5日提交的美国临时专利申请No.62/157,075以及2014年11月21日提交的美国临时专利申请No.62/082,967的优先权,其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明一般地涉及与虚拟现实***进行交互的领域。更具体地,本发明涉及一种供用户通过在移动地板设备的表面上使用用户施加的移动来与虚拟现实环境和***进行交互的移动地板设备及其***。
背景技术
在过去几十年中,用于与虚拟环境交互的技术已经取得了显著的进步。特别是在视频游戏行业中,游戏公司已经发布了许多新设计的控制***,以增强用户和视频游戏中呈现的虚拟环境之间的交互。例如, 实现了基于用于公司的游戏控制台的指示设备的用户界面***。该***依赖于与指示设备和信标耦接的摄像机来估计指示设备的运动速度和轨迹。然后,游戏控制台处理这些运动的估计参数,并将它们反映在视频游戏的画面中。然而,因为对运动的所有计算和估计都基于摄像机捕获的图像的,该***的精度非常有限,特别是在运动深度(指示设备和信标之间的距离)方面尤为如此。使用该***将难以精确模拟奔跑、爬行、步行等的距离和速度。此外,该***的运动范围(即,奔跑或步行距离)受限于摄像机的范围和放置游戏控制台的房间的尺寸,这使得不可能与涉及长距离奔跑、步行或爬行的虚拟现实环境进行交互。
随后发布了***,该***基于视觉目标追踪***。该***去掉了手持设备,并仅依靠摄像机和信号发射器来追踪用户图像的改变。这种技术显著改善了模拟运动深度的准确性。它还使得该***能够模拟用户全身的微小运动。然而,***没有消除由摄像机的覆盖范围或房间的尺寸所带来的运动范围限制。 4摄像机通过使用双摄像机简单地提高了***的精度,并进一步降低了***的计算负担。它没有提供任何解决方案来模拟长距离奔跑、步行或爬行。
最近,更多高级的虚拟现实设备的更新换代已经为公众所知。在所有这些虚拟现实设备中,虚拟现实(VR)眼镜是市场上表现最突出的产品之一。是第一家制造有效的虚拟现实眼镜的公司,并且其还与4和Call等游戏进行商业结合。已经开发了来自的其他虚拟现实眼镜。然而,上述控制/交互***都不能够充分利用虚拟现实环境下的行走、奔跑、跳跃和其他不固定的移动交互的优点。
(德克萨斯州休斯顿)最近开发了第一个“移动地板”,称为然而,的设计在几个方面受到阻碍。首先,用户佩戴将其保持在适当位置的腰带,并且用户在碗形地板上行走,其中带有传感器的“腰带”将用户保持在中心并通过感测腰带内侧的压力来检测速度。总体而言,的用户体验可能相当不舒服,并且由于特殊的鞋、“传感器/限制腰带”和碗形行走区域而与自然行走体验大相径庭。这与本发明中的设备相反,本发明中,地板进行移动以将用户保持在中心。这样提供了非常优越、自然和直观的用户体验,其不需要允许脚在表面上滑动的低摩擦的鞋类,不必通过腰带将其保持在适当位置,也不要求用户在“碗”中行走。
因此,公认需要一种用于与虚拟现实环境进行交互的设备,其能够准确地模拟用户在每个方向上的移动距离,且不限制用户的移动范围。特别地,现有技术在这些方面上存在缺陷。本发明满足了本领域中的这种长期需要和期望。
发明内容
本发明涉及一种用于与虚拟现实***进行交互的多功能移动地板设备,包括:主体,具有平坦顶表面;包装皮(enveloping skin);支撑结构;电动和致动控制臂;传感器;控制模块;动作模块;墙壁模块;计算单元,能够与所述控制模块、所述动作模块、所述墙壁模块和所述虚拟现实***通信连接;用于激活和去激活所述设备的装置;以及电源模块。
本发明还涉及一种用于与虚拟现实***进行交互的用户交互控制设备,包括:内芯;柔性外皮层,包裹所述内芯;润滑层,位于所述柔性外皮层和所述内芯之间的加压真空空间中;多个球轴承,覆盖整个芯;多个控制臂;多个重量传感器,与所述控制臂耦接;多个控制球体,与所述重量传感器连接;多个“C形”芯容纳支撑模块,附着到所述控制臂,与所述芯呈支撑关系并与所述芯的外皮呈捏合关系;至少三个液压致动器,位于所述设备的底部;旋转基底,保持整个移动地板设备;可旋转环形延伸台,用于所述内芯;墙壁形结构,嵌入在所述环形延伸台的顶部上;计算单元,能够与所述重量传感器、控制球体、液压致动器、旋转基底和可旋转环形延伸台通信连接;用于激活和去激活用户交互控制设备的装置;以及电源模块。
本发明还涉及一种用于与虚拟现实***进行交互的用户定制方法,包括以下步骤:激活上文所述的移动地板设备;将所述移动地板设备连接到虚拟现实设备;确定用户在虚拟现实环境中的初始位置;用户在移动地板设备的上表面上施加一个移动或一系列移动;基于每个重量传感器上的重量增大或减小,产生信号;将来自重量传感器的信号发送到计算单元;基于来自重量传感器的信号,在计算单元中产生信号;将来自计算单元的信号发送到虚拟现实设备和控制球体;当用户和虚拟墙壁形对象之间的距离变为小于预定值时,激活墙壁形结构和环形延伸台;对所述设备的移动地板部分的控制球体进行去激活;用户走至所述墙壁形结构;以及当用户和虚拟墙壁形对象之间的距离变为大于所述预定值时,对墙壁形结构进行去激活;以及重新激活所述设备的移动地板部分的控制球体。
附图说明
为了实现并且可以详细地理解本发明的上述特征、优点和目的以及其它将变得清楚的内容的事项,可以通过参考在附图中示出的特定实施例得到对以上简要概述的本发明的更具体的描述。这些附图形成说明书的一部分。然而,应当注意,附图示出了本发明的优选实施例,因此不应被认为对其范围进行限制。
图1是用于与虚拟现实环境相互作用的移动地板设备的俯视图,其中用户站在顶表面上,示出了当用户从表面的中心向边缘迈步时压力变化。
图2是从移动地板设备的侧面观察的截面图,描绘了柔性外皮层、润滑层、内实芯和中心平衡点。
图3是移动地板设备的上边缘部分的截面图,其描绘了控制器球体的滚轴球位于柔性外皮和所述设备的上表面的内芯之间的边缘周围。
图4是重量传感器、多变速电机和控制球体的透视图。
图5是具有重量传感器、多变速电机和附着在侧表面上的控制球体的移动地板设备的透视图。几个控制球***于设备的底部以支撑整个芯。多个控制球***于设备的底部以支撑整个芯。
图6是关于重量传感器、多变速电机和控制球体的相对位置的移动地板设备的下部的透视图。
图7是示出中心平衡点以及重量传感器、多变速电机和控制球体的位置的移动地板设备的仰视图。在设备的中心平衡点上只有一个控制球体。
图8是示出中心平衡点以及重量传感器、多变速电机和控制球体的位置的移动地板设备的仰视图。在移动地板设备的中心平衡点周围存在多个(优选为至少三个)控制球体。
图9示出了移动地板设备的控制臂的图像。
图10示出了控制球体的两部分结构,其包括外杯部分和位于外杯内部的球。在外杯部分的壁中有三个滚轴,其控制球的滚动方向和速度。
图11示出了移动地板设备的同心多台结构的俯视图。内芯位于所述台的中心。外环形台用于升级设备的功能。
图12描述了用户站在与作为虚拟现实设备的圆顶形屏幕耦接的移动地板设备的中心的场景。
图13A-13B示出了移动地板设备的芯的两种类型的设计。图13A示出了芯的丸形设计。图13B示出了圆形金属芯设计。
图14A-14B示出了嵌入在设备的芯的表面上的球轴承的结构。图14A是球轴承的俯视图。图14B是球轴承的截面图。
图15描绘了芯容纳支撑***的三维模型,其保持芯的边缘,其中将皮夹在其间。
图16示出了芯容纳支撑***的侧视图,其保持芯的边缘,其中将皮夹在其间。
图17A-17C描绘了芯容纳支撑件在该设备的三个不同版本上的布置。它们是按照从最大和最强到最小和最便宜的顺序。图17A是具有12个芯容纳支撑臂的Pro版本。图17B描绘了具有10个芯容纳支撑臂的设备的“游戏者版本”。图17C描绘了具有6个芯容纳支撑臂的设备的“虚拟探索版本”。
图18示出了具有被称为“超椭圆移动区域”的形状的移动地板设备的行走区域。这种形状使在该形状的中心内行走的任何用户到边缘的距离最大化,同时仍然在边缘处是弯曲的。
图19示出了具有对称丸形设计的芯的侧视图。芯的所有四个象限是对称的。由于芯的所有4个象限具有相同的形状和体积,该芯的外皮不必在任何点处拉伸。所述芯可以是圆形或正方形形状或其间的任何变型,只要它是完全对称的。
图20示出了消费者即时(ready)移动地板设备,该移动地板设备包括四个主要部件1)覆盖有球轴承的芯;2)外皮;3)支撑基底和臂(如剖视图所示);4)外壳。
图21A-21F示出了具有对称丸形设计的移动地板设备的不同视图。图21A是从略高于设备的顶表面上方的视角观察的具有对称丸形设计的移动地板设备的透视图。图21B是从完全在设备的顶表面上方的视角观察的具有对称丸形设计的移动地板设备的透视图。图21C是具有对称丸形设计的移动地板设备的前视图。图21D是具有对称丸形设计的移动地板设备的俯视图,包括平坦的超椭圆形顶表面。图21E是从略低于设备的底表面下方的视角观察的具有对称丸形设计的移动地板设备的透视图。图21F是从完全处于设备的底表面下方的视角观察的具有对称丸形设计的移动地板设备的透视图。
图22A-22B示出了在设备的顶表面和底表面上与对称丸形芯处于捏合关系的“C形”芯容纳支撑模块。“C形”芯容纳支撑模块包括用于在其中容纳电动机和传感器的电机隔室。图22A示出了在稍微高于设备的顶表面的视角处观察的“C形”芯容纳支撑模块的透视图。图22B示出了在与设备的侧表面相同水平的视角处观察的“C形”芯容纳支撑模块的透视图。
图23A-23D描绘了虚拟现实交互“虚拟墙”增强,其允许虚拟现实中的虚拟墙在现实中被模拟。它是通过移动墙壁形结构或者以360度旋转地板,使得墙壁形结构总是在用户的前面来促成的。图23A描绘了用户沿远离直接在她后面示出的单个壁的方向行走。图23B示出了所述芯在用户下面旋转,使得墙壁现在在她的前面。备选地,墙壁可以在她的前面旋转,或地板和墙壁二者可以一前一后地旋转,以确保用户总是面向单个墙壁。图23C示出了用户以与直接在她前面的真实墙壁形结构相同的速度和方向同时接近在虚拟现实环境中的墙壁。图23D描绘了用户以与真实墙壁形结构同步的速度、方向、角度和力与虚拟现实中的墙接触。这是通过临时禁用移动地板的居中效应,以允许用户与墙壁实际接触来促成的。
具体实施方式
如本文说明书中使用的,“一个”可以表示一个或多个。如本文权利要求中使用的,当与词语“包括”结合使用时,词语一个”可以表示一个或多于一个。
如本文所使用的,“另一个”或“其它”可以表示至少第二个或更多个相同或不同的权利要求元素或其组件。类似地,词语“或”旨在包括“和”,除非上下文另有明确指示。“包括”指的是“包含”。
如本文所使用的,术语“约”指数值,包括例如整数、分数和百分比,而无论是否明确指出。术语“约”通常是指本领域普通技术人员认为等同于所述值的数值范围(例如,所述值的+/-5-10%)(例如,具有相同的功能或结果)。在一些情况下,术语“约”可以包括舍入到最接近的有效数字的数值。
如本文所使用的,术语“捏合配置”是指如下配置:球控制直接按压柔性外皮的外表面,控制球体的滚轴直接按压柔性外皮的内表面,并且球压在控制球体的滚轴上,其中在滚轴之间具有柔性外皮。
如本文所使用的,术语“顶表面”是指半球形移动地板设备的平坦表面,其与使用者直接接触。如本文所使用的,术语“底表面”是指移动地板设备的半球形表面(即圆顶形表面)。如本文所使用的,术语“远端”是指底表面的远离顶表面的端部。
如本文所使用的,术语“齿轮驱动***”是指包括驱动齿轮(即直接连接到变速多方向电动机的齿轮)的机械结构。
在本发明的一个实施例中,提供了一种用于与虚拟现实***进行交互的移动地板设备,包括:主体,具有平坦顶表面;控制模块;动作模块;墙壁模块;计算单元,能够与所述控制模块、所述动作模块、所述墙壁模块和所述虚拟现实***通信连接;用于激活和去激活所述设备的装置;以及电源模块。
在该实施例中,所述主体的平坦表面与所述移动地板设备的用户的脚直接接触。所述主体包括:内芯,具有平坦顶表面;柔性外皮层,包裹所述内芯;以及润滑层和/或球轴承层,位于所述柔性外皮层和所述内芯之间的加压真空空间中。
在该实施例的一个方面中,所述内芯具有圆形设计,包括平坦顶表面和圆形底表面。具有圆形设计的所述内芯在其底部填充有重金属,以增加所述设备的重量和稳定性并产生摆动效应。在实施例的该方面中,所述外皮围绕所述芯伸展。在该实施例的另一方面中,所述内芯具有对称丸形设计,包括平坦顶表面、平坦底表面和弯曲侧表面。在实施例的该方面中,所述外皮是非弹性的。
在该实施例中,所述柔性外皮包括:光滑内层,与所述设备的所述润滑层直接接触;外层,具有与用户的脚底直接接触的粗糙表面;网格层,附着在外层之下;以及中心层,填充有非牛顿液体。优选地,所述润滑层是从以下各项中选择的非牛顿液体:高级机油、润滑油、球轴承或其组合。
在该实施例中,制成所述设备的柔性外皮的材料是从以下各项中选择的:氯丁橡胶、100%橡胶或乳胶。在所述对称丸形设计中,所述设备的柔性外皮包括具有传送带配置的非弹性材料。在该实施例的一个方面中,多个凹窝位于所述设备的芯的表面上,以减小柔性外皮和所述芯之间的摩擦。每个窝基本是直径约为0.3英寸到6英寸的圆形。在该实施例的另一方面中,所述芯的表面将多个凸球轴承嵌入其上,以减小所述柔性外皮和所述芯之间的摩擦。球轴承在芯表面上的密度从每平方英尺约8个中等尺寸的球轴承到每平方英尺约36个小尺寸的球轴承。所述芯的不同部件可以将不同尺寸的球轴承以不同的密度布置在芯表面上。每个球轴承的直径从约1/8英寸到约3英寸。
在该实施例中,控制模块包括多个控制臂;多个重量传感器;多个芯容纳支撑模块;以及多个控制球体,移动所述设备的所述外柔性外皮。优选地,控制臂包括基底、臂、减震器和/或机械或气动致动器以及由球形结或类似连接器组成的尖端。附着到该球形结或连接器的可以是动力或无动力的芯容纳支撑模块、中性支撑球体或轮、或动力支撑和驱动球体或轮。芯容纳支撑模块包括内曲面覆盖有动力和无动力控制球体和/或多个中性球轴承的“C形主体”。动力控制球体可以在不需要时缩回或脱离,只留下存在于皮上的中性支撑物。“C形”内侧上的动力控制球体可以将所述皮推入和拉出,以防褶皱。通过第二种方式或结合地,包括电机和动力控制球体的端部上的多个开口将外皮推入和拉出曲面,以在内曲面中移动外皮,而不使其褶皱。在优选实施例中,动力控制球体或轮在不需要时缩回,仅留下中性支撑球体,或备选地,控制球体变为中性并在不需要动力时不引起拉拽。这需要考虑在非圆形芯形状的角落处产生的涡流。
在该实施例中,控制臂附着到圆形金属棒以形成支架。支架设置在移动地板设备的远端上以支撑移动地板设备。控制臂由弹簧加载减震***或液压减震***、致动器和集成的重量传感器支撑。在该实施例中,芯容纳支撑件利用对称丸形设计来捏合内芯的顶表面和底表面。
在该实施例中,所述重量传感器将施加到其上的重量的增大或减小发送到所述计算单元。所述控制球具有杯中球配置,包括:球形杯;球,位于所述球形杯内;至少三个滚轴,附着到所述杯的墙壁上,所述至少三个滚轴物理地在任意方向上360度地转动杯中的球;以及至少一个变速电动机,与每个滚轴耦接。在优选实施例中,所述控制球的球与所述柔性外皮的外表面直接接触。至少三个控制球体或轮或芯容纳支撑模块用于促进外皮在芯的周围或附近的所有方向上的移动。芯安装滚轴和/或球轴承以及控制球体、控制轮或芯容纳支撑模块的外球处于捏合配置。捏合配置包括内部球将皮捏合在外部球上,其中所述皮紧紧地挤压在它们之间,以在动力移动下提供紧握。所述控制球体是在任意方向上移动所述柔性外皮的球形轮。控制球体布置在内芯的顶表面的外周处和/或沿着芯容纳支撑模块的内部中心曲面或端部布置的。
在该实施例中,所述动作模块包括:至少三个液压致动器,位于所述设备的底部;以及旋转基底,保持整个移动地板设备。所述液压致动器中的至少两个位于所述设备的东北角和东南角,且所述液压致动器中的至少一个位于所述设备的西向。所述旋转基底包括齿轮驱动***和变速多向电动机,二者推动整个设备进行旋转。在该实施例中,所述动作模块被配置为针对所述设备产生滚动、倾斜、转动、晃动、旋转或其组合的动作。所述动作模块还被配置为维持所述用户面向相同方向。
在该实施例中,所述墙壁模块包括环形延伸台、位于所述延伸台的至少一侧上的至少一个墙壁形结构、驱动元件、将墙壁模块与半球形主体连接的接口以及虚拟现实设备。在优选实施例中,所述环形延伸台被配置为位于所述设备的所述半球形主体周围的基本同轴结构。具有位于半球形主体的一侧上的单个墙壁形结构的所述墙壁模块被配置为在虚拟环境中模拟在每个方向上的墙壁形障碍物。
在该实施例中,所述计算单元包括至少一个处理器和存储器。在优选实施例中,所述计算单元还包括:接口,能够将所述计算单元通信连接到虚拟现实设备。所述虚拟现实设备选自以下各项:虚拟现实眼镜、游戏控制台、计算机、智能电话、平板计算机或圆顶结构虚拟现实屏幕。
在该实施例中,所述用来激活和去激活所述设备的装置是手势激活开关、语音识别、或来自智能电子设备的远程控制。在优选实施例中,所述手势是施加到所述移动地板设备的顶表面上的至少一个预定动作。所述预定动作选自以下各项:步行、跳跃、滑行、爬行或其组合。移动地板设备的顶表面可以是基本上超椭圆形的,以使得在该形状的中心行走的任何用户到边缘的距离最大化,同时仍然在边缘处是弯曲的。
在本发明的另一优选实施例中,还提供了一种用于与虚拟现实***进行交互的用户交互控制设备,包括:内芯;柔性外皮层,包裹所述内芯;润滑层,位于所述柔性外皮层和所述内芯之间的加压真空空间中;多个控制臂;多个重量传感器,与所述控制臂耦接;多个“C形”芯容纳支撑模块,附着到所述控制臂,与所述芯呈支撑关系并与所述芯的外皮呈捏合关系;多个控制球体,与所述重量传感器连接;至少三个液压致动器,位于所述设备的底部;旋转基底,保持整个移动地板设备;可旋转环形延伸台,用于所述内芯;墙壁形结构,嵌入在所述环形延伸台的顶部上;计算单元,能够与所述重量传感器、控制球体、液压致动器、旋转基底和可旋转环形延伸台通信连接;用于激活和去激活用户交互控制设备的装置;以及电源模块。
在该实施例的一个方面中,所述内芯具有圆形设计,具有平坦顶表面和圆形底表面。在这方面,内芯的底部填充有重金属(例如铅),以增加设备的重量和稳定性。在实施例的该方面中,所述柔性外皮是弹性的。在该实施例的另一方面中,所述设备的内芯包括具有平坦顶表面和平坦底表面的对称丸形设计,以及所述设备的柔性外皮包括具有传送带配置的非弹性材料。
在该实施例的一个方面中,多个凹窝位于所述芯的表面上,以减小所述柔性外皮和所述芯之间的摩擦。每个窝基本是直径约为0.3英寸到6英寸的圆形。
在该实施例的另一方面中,所述设备的芯的表面具有位于其上的多个凸球轴承,以减小柔性外皮和所述芯之间的摩擦。在该实施例中,润滑层或球轴承层可以位于所述柔性外皮层和所述内芯之间的加压真空空间中。每个凸球轴承的直径从约1/8英寸到约3英寸。
在该实施例中,所述柔性外皮包括:光滑内层,与所述设备的所述润滑层直接接触;外层,具有与用户的脚底直接接触的粗糙表面;网格层,附着在外层之下;以及中心层,填充有非牛顿液体。在该实施例中,所述润滑层是从以下各项中选择的非牛顿液体:高级机油、润滑油、球轴承或其组合。
在该实施例中,控制臂包括尖端、基底、臂、电动机、减震器、机械或气动致动器、动力或无动力控制球体或轮。在该实施例中,芯容纳支撑模块包括内曲面覆盖有球轴承的C形主体;多个开口,位于包括电机的端部上,并驱动将外皮移进和移出所述曲面;以及隔室,包含电动机和传感器,被配置为在不使外皮发生褶皱的情况下在所述内曲面内移动所述外皮。
在该实施例的一个方面中,所述控制臂附着于圆形金属棒,以形成支架。所述支架布置在所述移动地板设备的远端,以支撑所述用户交互控制设备。在该实施例的另一方面中,针对具有对称丸形设计的内芯,所述芯容纳支撑紧固所述芯的顶表面和底表面两者。所述控制臂由弹簧加载减震***或液压减震***以及集成的重量传感器支撑。所述重量传感器将施加到其上的重量的增大或减小发送到所述计算单元。
在该实施例中,所述控制球体具有杯中球配置,包括:球形杯;球,位于所述球形杯内;至少三个滚轴,附着到所述杯的墙壁上,所述至少三个滚轴物理地在任意方向上360度地转动杯中的球;以及至少一个变速电动机,与每个滚轴耦接。
在该实施例中,所述控制球体的球与所述柔性外皮的外表面直接接触。所述控制球体的至少三个滚轴布置在所述柔性外皮内部,并与所述柔性外皮的内表面直接接触。所述控制球体的滚轴和球可以具有捏合配置。在该实施例中,所述控制球体可以是在任意方向上移动所述柔性外皮的球形轮。控制球体设置在设备的底表面上的内芯的顶表面的圆周处。。
在该实施例中,所述液压致动器中的至少两个位于所述设备的东北角和东南角,且所述液压致动器中的至少一个位于所述移动地板设备的西向。所述旋转基底包括齿轮驱动***和变速多向电动机,二者推动整个设备进行旋转。所述液压致动器是由虚拟现实设备触发的。所述液压致动器和旋转基底被配置为针对所述设备产生滚动、倾斜、转动、晃动、旋转或其组合的动作。在该实施例中,所述液压致动器和旋转基底被配置为维持所述用户面向相同方向。
在该实施例中,针对内芯的可旋转环形延伸台包括驱动元件,所述驱动元件与所述计算单元和虚拟现实设备连接,并推动所述延伸台的旋转运动。所述环形延伸台被配置为位于所述设备的基本半球形内芯周围的基本同轴结构。
在该实施例中,所述计算单元包括至少一个处理器和存储器。所述计算单元还包括:接口,能够将所述计算单元通信地连接到虚拟现实设备。代表性虚拟现实设备包括但不限于:虚拟现实眼镜、游戏控制台、计算机、智能电话、平板计算机或圆顶结构虚拟现实屏幕。
在该实施例中,用来激活和去激活所述设备的代表性装置包括但不限于手势激活开关、语音识别、或来自智能电子设备的远程控制。所述手势是施加到所述用户交互控制设备的顶表面上的至少一个预定动作。所述设备的顶表面可以是基本上超椭圆形的,以最大化在该形状的中心内行走的任何用户到边缘的距离,同时仍然在边缘处是弯曲的。
在本发明的另一实施例中,还提供了一种用于与虚拟现实进行交互的用户定制方法,包括以下步骤:激活上文所述的移动地板设备;将所述移动地板设备连接到虚拟现实设备;确定用户在虚拟现实环境中的初始位置;用户在移动地板设备的上表面上施加一个移动或一系列移动;基于每个重量传感器上的重量增大或减小,产生信号;将来自重量传感器的信号发送到计算单元;基于来自重量传感器的信号,在计算单元中产生信号;将来自计算单元的信号发送到虚拟现实设备和控制球体;触发控制球体中的电机以与用户的移动相同的速度沿与所述用户的移动相反的方向将所述柔性外皮移动相同距离;基于来自计算单元的信号,改变用户在虚拟现实环境中的位置;用户在虚拟环境中接近虚拟墙壁形对象;当用户和虚拟墙壁形对象之间的距离变为小于预定值时,激活墙壁附属部分中的墙壁形结构;对所述设备的移动地板部分的控制球体进行去激活;用户走至所述壁状结构;当用户和虚拟墙壁形对象之间的距离变为大于所述预定值时,对墙壁形结构进行去激活,并重新激活所述设备的移动地板部分的控制球体。在该实施例中,在虚拟环境中用户和虚拟墙壁形对象之间的预定距离大约为3英尺。
在该实施例中,用户施加的移动包括奔跑、爬行、跳跃、步行或其组合。
“移动地板设备”通过以与用户在表面上的奔跑、爬行、跳跃或步行相反的方向和相同的速度来移动用户下方的地板,使用户位于“移动圆”(图5)的中心。该设备不使用任何种类的背带,且通过将用户施加在表面上的重量用于找到其位置以及移动用户下面的地板,使用户保持居中。
在图1中,用户在设备关闭时进入圆的中心。用户通过上下跳跃或按预设数量的方式和/或模式迈步,或按下智能手表按钮,或通过使用电话上的应用或语音命令,或通过敲击其VR耳机来开启或关闭移动地板。在激活单元时,因为该单元对应于人所站在的“移动圆”的中心,该单元对重量分布变得敏感。如果人离开圆的中心,则内实芯将在其行走的方向上在其平衡的中心点上移动。这继而将压力(图1)施加到“重量传感器”(围绕圆的点等距离布置,下文描述)。
人所走向的重量传感器(如图4和图7-8所示)将接收正重量读数,而人所远离的重量传感器将接收负重量读数。基于正/负重量的量,传感器将激活并控制支撑中心芯的控制球体的行进方向。重量分布控制所述控制球体移动的方向和速度。如果检测到正重量,则控制球沿与走向该传感器的人相同的方向滚动,继而沿与走向该传感器的人相反的方向移动地板。如果检测到负重量,则控制球沿与远离它的人相反的方向滚动,继而沿与远离传感器的人相同的方向移动地板。所有传感器和所有控制球的组合一起工作,以在内芯周围移动所述柔性外皮并产生保持人在“移动圆半径”内居中的能力(图1)。不管他们朝哪个方向爬行、行走或奔跑,他们将作用于一个或更多个“传感器、电机和控制球”支撑臂(图4),支撑臂将一致地一起工作,以在该圆内提供360度的流畅运动移动。因为表面是平的并且没有背带,所以用户将感觉完全自然。
当随着用户落下所有重量传感器同时检测到重量(图7)时,设备检测到跳跃。通过比较当检测到跳跃时传感器的正负重量读数的变化并根据这些读数关联落地点,来计算跳跃的方向。还可以通过控制球体7和电机8(图4)有目的地移动“地板”,其无需用户的输入,而是具有来自游戏或模拟的用来模拟虚拟环境效应(即,晃动用户下方的地板以模拟***)的输入。该设备还可以具有安装在内芯上下的传感器和方向控制球体,以便为这些效果提供更多控制。实际的产品设备可以具有更矮或更圆的内芯形状,或具有对称半球形边缘(丸形),只要内芯的形状在上方产生用户可以行进的平坦表面且该***在所使用的形状中可以检测到偏心重量即可。
组件和组装
“控制平台”是内芯2、分离润滑物3和柔性外皮4作为一个单元(图2)的组装总和。它由控制球体直接支撑并由控制臂或支架间接支撑(图8)。总体上,描绘了消费者即时移动地板设备包括四个主要部件:1)覆盖有球轴承的芯2;2)外皮4;3)支撑基底和臂14(以剖视图示出);4)外壳15,其中支撑基底和臂和外壳包括所述台。
内芯
“内芯”是位于移动地板设备的正中心的实心、坚硬、配重芯。芯的结构存在两种类型的设计。第一种是实心的和圆形的,如图13B所示。第二种设计是如图13A所示的包括平坦顶表面、平坦底表面和弯曲侧表面的对称丸形配置(图13A和15-16)。所述芯可以与由六个或更多个锚点连接的两个半部组装而成。该设计使得当皮穿过芯时不必将皮拉伸到不同程度。这防止了在不对称的芯中出现褶皱或紧绷点(图19)。
在两种设计中,球轴承嵌入在芯的表面上,从而在外皮和芯之间提供所需的润滑。球轴承的结构包括球结构、球保持器、位于球结构和保持器之间的多个小珠以及用于将球轴承固定在芯上的螺钉(图14A-14B)。球轴承是从芯的内部附着的(图14A-14B),仅球结构暴露于润滑物和柔性外皮。球轴承的密度由所需的球轴承的最大密度决定的,同时在顶部具有4001b的负载的情况下仍然保持结构完整性。芯完全被球轴承覆盖。步行区域(顶表面)的圆周周围的边缘使用的球轴承比芯的其他部分的球轴承更大。
对于实心和圆形设计,芯需要足够重,使得其在由支撑基底和控制臂创建的支架中保持稳定。在这种配置中,芯可以在底部填充有诸如铅的重金属。它产生摆动效应以辅助动作模块并提供足够的反拉力,以在柔性外皮运动时保持芯不旋转。
对于对称丸形设计,芯的顶表面由金属片覆盖,该金属片可以选自0.060至0.125英寸的铬钼合金、不锈钢或铝片或其它合适的承重材料。使用齐平安装的金属螺钉连接上半部和下半部,从而允许在组装两个半部之前从金属板的内侧安装球轴承。“芯容纳支撑模块”(图15-16)控制臂用于保持所述芯的顶部和底部二者。在此结构中不需要额外重量。所述芯应该是光滑的,不具有突起或任何其他阻碍结构。扁平芯的边缘应该对称地圆化,以减小柔性外皮和芯之间的摩擦,并且因此不需要柔性皮。
通过直接安装在芯的整个表面上的“润滑物”或“球轴承”来将所述芯与“柔性外皮”分离。当控制球体作用在柔性外皮上时,内芯或“C形”芯容纳支撑模块的向下重量保持芯平坦。另外,当将控制球体添加到内芯的顶部和底部(图6)时,内芯可以保持水平,而与内芯的重量或形状无关。此外,当地板晃动或倾斜时,这将球体保持在其紧握中。
重量、紧握动作和/或围绕内芯的顶表面控制球体将保持“控制平台”不会从控制臂产生的碗中出来,且在它们的端部处的球体直接接触柔性外皮。此外,控制球体也可以放置在控制平台的顶部并沿着“移动圆”的顶部边缘压下,以进一步有助于稳定性和安全性。
内芯总是成形为使得其具有中心平衡和顶部的平坦表面,以供使用者步行。重量分布通过两种方法传送到重量传感器9。第一种方法是偏心倾斜检测。第二种方法是通过比较围绕移动圆边缘的每个传感器上的正负重量并比较差异。使用这两种方法,可以立即确立用户速度和方向。
内芯形状可以在大小和维度上变化,成形为像跳越石或透镜,并且可以在顶部、底部或侧面上具有轻微的凸起或凹陷形状,以减少与柔性外皮的摩擦。沿着“移动圆半径”1(图1)的边缘,在内芯上,表面是圆形的、锯齿形的或具有突出的滚轴球6(图3)或球轴承,以减小边缘处的摩擦。可以将球轴承安装在芯上,其中滚轴球面向皮,或者可以将球轴承嵌入皮中,其中滚轴球面向芯。设备的顶表面(步行表面)可以是基本上超椭圆形(图18)。在给定的空间中,这种形状使在该形状的中心中行走的任何用户到边缘的距离最大化,同时仍然在边缘处是弯曲的。
润滑物
润滑物3存在于柔性外皮和内芯之间的加压真空中(图2-3)。其目的是减小柔性外皮和内芯之间的摩擦。一些可能的候选物包括各种非牛顿流体,以及更常用的成分,如高级机油、润滑油、球轴承或其他工业润滑物。使用非牛顿流体的优点和目的是润滑物将保持液体形式,直到它被踩到,然后由于压力它将***。非牛顿液体的性质是它们在压力或重量下***。这将提供液体级润滑物和在使用者踩到的任何地方将地面***的“按需”方法。通过将润滑物置于高压力(PSI)下,还将增加“地面”的硬度,而不改变润滑物液体的柔性或润滑性能。也可以使用重压下的空气代替液体。可以使润滑物在加压时发光。
柔性外皮
“柔性外皮”紧裹在“内芯”周围,且“润滑物”将柔性外皮与内芯分离。当“控制球体”一致滚动时,柔性外皮借助于润滑物围绕内芯移动。
柔性外皮可以由若干层组成。皮的内部是光滑的,尽可能无摩擦。内部的小凹坑可能有助于这一点。柔性外皮的外侧被制成为提供对使用者的脚的底部的紧握并且持久。它可以包括在内侧和外侧由橡胶或乳胶涂覆的氯丁橡胶芯材料。柔性外皮被设计为向内和向外轻微地拉伸,以适应不同的位置和它们施加的当它围绕中心芯旋转时可能存在的力。柔性外皮可以具有填充有非牛顿液体或其它液体的中心层。
控制臂
控制臂包括基底、臂、减震器和/或机械或气动致动器以及由球形结或类似连接器组成的尖端。动力或无动力的芯容纳支撑***、中性支撑球体或轮或动力支撑和驱动球体或轮可以附着到该球形结或连接器。
“控制臂”10具有安装在臂的单个尖端上的集成重量传感器和控制球体(图9)。对于具有圆形设计的芯,控制臂布置在芯的底部周围以为整个设备提供支撑。控制臂都附着到单个圆形金属棒。臂越多,每个臂承受的摩擦越小。控制臂可以由弹簧加载减震***或液压减震***16和集成的重量传感器支撑(图21A-21F)。当人沿任意方向行走时,这些臂将移动,从而提供正或负力的测量。可以通过电动力上下移动控制臂来模拟虚拟环境情况,例如***。
具有“叉骨”设计的控制臂用于具有对称丸形设计的芯(图15-16)。具有叉骨设计的臂握持芯的顶部和底部二者。每个臂负责支撑和移动针对自己小片步行区域的皮。它通过捏合技术在每个手指的末端使用滚轴,以保持每个片向上并展平柔性外皮的褶皱。当移动被激活时,电动轨道滚轴被展开并接合柔性外皮并且移动它。当皮的片的移动不再被激活时,电动轨道滚轴缩回。多个叉骨设计的控制臂协同工作以将芯支撑离开地面。通过向上和向下移动这些控制臂,它模拟虚拟现实环境中的坡度和俯仰。控制臂还可以通过以较高频率上下移动来模拟地面的晃动运动。
芯容纳支撑模块
芯容纳支撑模块包括内曲面覆盖有球轴承的“C形主体”;多个开口,在“C形主体”的端部并沿着“C形主体”的内曲面,包括控制球体或轮,以将外皮移入和移出曲面。驱动控制球体的电机存储在控制球体或轮后面的隔室中,并负责提供用于转动控制球体的装置。电动机可以直接驱动控制球体或轮,且它们还可以沿着“C形主体”的内曲面(图22A-22B)经由杯中球控制球体传递360度运动。
这些芯容纳支撑件17(图15-16和22A-22B)围绕圆的点(如图17A-17C和21A-21F所示)对准,并由电动液压减震器(其也可以用作致动器)撑离地面。这些致动器可以倾斜和偏航、旋转、晃动、提升、降低或使用户面向真北。这些芯容纳支撑件可以支撑和紧握所述芯(图22A-22B)。由于芯容纳支撑模块直接彼此相对,它们将保持芯水平。偏心的正、负重量分布二者可以通过支撑芯容纳支撑件的减震器/致动器上的重量来测量。通过旋转其上放置的所有芯容纳支撑件的环,允许芯旋转360度。另外,可以有在“C形”芯容纳支撑模块的中心处水平接合的轮,其唯一的目的是横向旋转芯。
芯的尺寸和设备的响应准确度确定控制臂与围绕所述芯的芯容纳支撑件的布置。图17A描绘了具有12个芯容纳支撑附着的控制臂的设备的Pro版本。在三个版本中,这是对施加在设备顶部上的用户动作反应最灵敏的模型,感测诸如在具有8英尺直径的平坦表面上奔跑和跳跃的动作。该版本还可以包括用于触觉反馈、旋转和/或墙壁模块的模块。图17B描绘了具有10个芯容纳支撑附着的控制臂的设备的“游戏者版本”。它可以感测诸如在具有6英尺直径的平坦表面上慢跑和跳跃的动作。该版本还可以包括用于触觉反馈、旋转和/或墙壁模块的模块。图17C描绘了具有6个芯容纳支撑附着的控制臂的设备的“虚拟探索版本”。它可以在具有4英尺直径的平坦表面上捕获步行动作。
重量传感器
当用户围绕“移动圆”移动时,位于基底或尖端处或集成到控制臂中的压力传感器(图4和图7-8)测量并传送感测到的正负重量。当人站在“移动圆”的中心时,所有传感器都是中性的,换句话说,感测到0磅正或负重量。随着用户远离中心移动,其所移向的传感器示出增加(正)重量。人所远离的传感器示出减小(负)重量。重量传感器将这些正读数和负读数发送到输入/输出控制盒,使得CPU可以确定用户的速度。这些传感器通过测量臂上下移动多少或者通过连接控制球体的臂的末端上的重量来工作。
控制球体
控制球体由杯中球设计11(图10)和球体设计(图4)组成。在球和杯设计内,存在附着到三个变速电动机的三个滚轴12(图10)。这些电机可以360度地旋转杯中的球。它非常像追踪球鼠标的反转。与追踪球鼠标不同,滚轴用于引导轨迹球,而不是追踪球滚动杯子底部的轮。通过向杯中的滚轴施加力,杯内的球可以旋转360度,并且通过与柔性外皮接触,可以通过使用球和皮外侧(设计用于紧握)之间的摩擦力使柔性外皮围绕内实芯移动,以使皮以可控方式旋转内实芯。
控制球体的第二个设计是球体形状中的轮。如果使用足够的控制球体,则可能不需要360度运动,且普通的轮或轴承就足够了。该***可以使用球和杯、轮和球体,以任何组合形式或为了最佳使用配合来控制移动和支撑重量。
控制球体的第三设计提供动力和无动力支撑以及皮围绕所述芯的移动,其中所述芯由芯容纳支撑模块紧握。控制球体安装到控制臂的端部,其可以通过使用在“C”形的每个端部或沿着“C”形内部固定的电动机,来同时从C形设计的顶部和底部二者围绕所述芯内侧拉动并推动芯的外皮。这是使皮围绕所述芯移动而不褶皱的关键。
可能的是,只有一个非常大的控制球体可以安装在控制球体的死底中心平衡点5处,其将处理柔性外皮的所有动力移动,且其余支撑滚轴仅用于支撑和悬挂。控制球体可以利用在柔性外皮的内侧上的滚轴来使用捏合技术,以增加紧握。
在芯容纳支撑件的“C形”的内曲面上,可以存在动力和无动力控制球体。动力控制球体或轮在不需要时缩回,仅留下中性支撑球或者使得控制球体变为中性,并且在不需要动力时不引起拉拽。该特征对于考虑在非圆形芯形状的角落处产生的涡流来讲是至关重要的。
控制球体电动机
电动机提供机械动力以如由CPU所指示的那样围绕内芯移动柔性外皮。有两种控制球体,“直接驱动”和“杯中球”。变速电机在“直接驱动”控制球体中直接驱动球体,如图6中具体描绘的,且也在图4和图7-8中示出。在“球和杯”控制球体中,电动机位于杯的底部(参见图10)。
整个设备被包含在为使用者提供安全性并且相对于眼睛和肢体隐藏设备的机械结构的台(围绕设备的盒子或沉入地板的设备)(图5和20)中。整个台可以旋转,即保持真北或倾斜(斜坡/山)。所述台周围有围栏,使用户在里面,观众在外面。所述台具有用来走到其上并安全进入设备的台阶。所述台包含电源单元、电缆和为设备供电的墙上插座。
输入/输出数字控制***和CPU
手柄启用/禁用(开/关)
接收所有传感器正/负重量测量。
输出所有控制球体速度指令。
频道输入声音,使得将声音投射到用户的头部方向。
将速度传递到游戏/模拟。
可以使用数字信号处理(DSP)芯片和计算CPU。
同心多台升级***
整个***被设计为与同心多重升级***一起工作,该同心多重升级***允许以预先计划的顺序将一个“台”直接放置在另一个中,以增强并向***添加特征(图11)。
台1是最中心的部件,并且是移动地板。
台2是倾斜/转动/旋转升级台。
台3添加360度环绕声,该环绕声追踪用户头部,并确保所述声音是从正确的方向传输到声音***或VR耳机。
其他台可以包括对环境光和风扇(风)、气味、雨水或通常发现的其他环境因素的控制。
真北旋转、倾斜和转动特征
该特征要求移动地板设备配备有位于台底部的三个液压致动器和支撑移动地板的旋转基底。两个液压致动器位于台的东北角和东南角,并且一个位于台的西侧的中间。在硬件的限制内,三个致动器可以模拟任何程度的滚动、斜坡、斜面或倾斜。旋转基底可在平行于移动地板的顶表面的表面上旋转360度。它包括具有变速多向电动机的齿轮驱动***,其驱动设备的旋转运动。转动、倾斜和旋转特征可以与触觉反馈软件一起使用以产生虚拟环境效果。
移动地板虚拟墙壁***
该特征允许移动地板设备在虚拟环境内模拟墙壁。在移动的地板部分周围有四个结实和安全的墙壁,或者当设备使用“真北”特征时可以有一个壁,其可以将移动的地板旋转360度,使得一个壁18总是在用户前面(图23A)。这个特征可以极大地提高移动地板设备模拟真实世界环境的能力,尤其是涉及墙壁或其他障碍物的环境。
当在虚拟环境中触及墙壁时,移动地板上的定心***暂时禁用自身,允许用户实际走入围绕移动地板台的真实墙壁。***计算用户接近墙壁的角度,并将其自身或墙壁与进入的用户对齐。从用户到墙壁的距离的尺度在虚拟现实环境和现实之间将完全相同(即,如果用户距离虚拟环境中的实体墙3英尺,用户恰好距离真实墙18在移动的地板上。
如图23A所示,用户沿离开直接在其后面示出的单个壁18的方向行走。此外,如图23B所示,芯在使用者下方旋转,使得壁现在在她的前面。备选地,壁(而不是芯)可以在她的前面旋转。或者地板和墙壁可以一前一后地旋转,以确保用户总是面向单个墙壁。如图23C所示,用户能够在虚拟现实环境中以与真实墙壁直接在她前面相同的速度和方向同时接近墙壁。图23D描绘了用户以与真实墙壁形结构同时的速度,方向,角度和力与虚拟现实中的墙接触。这是通过临时禁用移动地板的居中效应,以允许用户与墙壁实际接触来促成的。
移动地板虚拟效果引擎
该特征使得移动地板设备能够晃动和/或移动以模拟地震(或简单摇晃)、被击中(即,地板被轻微地从用户拉开)、***、眩晕(地板沿漩涡方向移动)、晕厥(地板以可变强度转动到左旋转和右旋转)。也可以模拟其他类似的效果,如被用拳猛击、晕眩、被子弹击中。
所有这些效应是由三种机制的组合产生的。第一种机制是直接接触用户的脚的地板的移动。它可以吓到用户或简单地击倒用户。例如,当用户在虚拟现实中被拳击中时,地板移动3英尺以使用户后退。第二种机制是通过控制臂产生晃动运动。振动的程度从微振动变为将用户击飞的晃动力。例如,在虚拟现实中的用户的20英尺外发生******触发移动地板设备的强烈晃动运动。第三种机制是旋转板的旋转。随着旋转运动的强度变化,用户感到晕厥、迷失方向或甚至眩晕。
用于无眼镜VR体验的圆顶结构
通过使用新发明的可弯曲高分辨率屏幕技术,可以将用户包围在穹顶13中,完全不需要VR眼镜(图12)。柔性外皮也可以由该可弯曲的显示表面制成。两者的组合将提供接近现实。
可能的用途包括但不限于游戏行进模拟;军事模拟锻炼和康复;休闲娱乐;无人机或其他远程地面或空中设备的控制;走到***地图街景集成上;和通信。
可能的协同设备包括但不限于VR眼镜;头戴式电话;Wii控制器;游戏步枪;军用步***拟设备;反馈手套;全息投影机和360度视频录制设备
以下实施例用以说明本发明的各种实施方式,但并不意味着以任何方式限制本发明。
实施例1
使用360度摄像机进行存储器回放
在婚礼期间,新娘佩戴嵌入在她的婚纱上面的陀螺仪稳定***机,以360度拍摄现场。婚礼结束后,视频上传到计算机。然后,她去移动地板设备,并反复走同样的路径,基本上重新体验她的婚礼。在重新体验过程中,她可以在虚拟环境中及时前进或后退。当她沿着长廊走向牧师时,她看到时间前进。如果她在婚礼长廊向后走,时间在虚拟现实(即360度视频)中倒转。通过360°拍摄,观看者能够观察任何方向的场景。其他人也可以使用移动地板设备观看和体验婚礼回放。
实施例2
集成
用户正在寻找一个公寓。他跳上移动地板设备,戴上眼镜,并启用模式。他指示***把他放在他提出的公寓的地址处。然后,他在附近散步,看看他是否喜欢这个社区。
世界地理课的学生使用移动地板设备和一副虚拟现实眼镜来在 中探索世界。他能够将身高设置为1英里,并且以巨人的视角走遍地球。当到达目的地,他可以将其虚拟高度降至正常,并到处走动。
实施例3
使用虚拟现实设备通过社交网络分享体验
用户使用360度高分辨率视频在社交网络上分享他的亚马逊假期。提供的共享链接允许其他人走上同一路径,并亲自看到亚马逊。他们不必与与拍摄视频的用户观看相同的内容,这是因为他们可以观看与其他用户完全不同的方向。
实施例4
使用移动地板设备的增强通信体验
出差的父母可以从800英里远的地方体验孩子的足球比赛。实时360度视频信号实时发送。远程摄像机在电动基底上,其在移动的地板上与用户同步移动。该***还传输双向音频和视频,以实现实时通信。
实施例5
军事任务
弗吉尼亚州的一名士兵引导了一整排的配备有实时360度摄像机的无人机。他只控制第一架无人机,该无人机跟随他的一举一动。排中的所有其他无人机自动遵循指挥无人机。所有其他从动无人机与指挥无人机向同一目标开火。如果指挥无人机变得无法操作,则下一个从动无人机成为指挥无人机。这实际上将在战场上给一个士兵多个生命,而没有任何致命的风险。这也将是一个战力倍增器。
本发明很好地适于实现所提及的和固有的目的和优点。上面公开的特定实施例仅是说明性的,因为本发明可以以对于受益于本文的教导的本领域技术人员显而易见的不同但等同的方式修改和实践。此外,除了在下面的权利要求中所描述的之外,本文所示的结构或设计的细节不意在限制。因此,显然可以改变或修改上面公开的特定说明性实施例,并且所有这些变化都被认为在本发明的范围和精神内。此外,权利要求中的术语具有其平常的普通含义,除非专利权人另有明确和清楚的定义。

Claims (83)

1.一种用于与虚拟现实***进行交互的多功能移动地板设备,包括:
主体,具有平坦顶表面;
控制模块;
动作模块;
墙壁模块;
计算单元,能够与所述控制模块、所述动作模块、所述墙壁模块和所述虚拟现实***通信连接;
用于激活和去激活所述设备的装置;以及
电源模块。
2.根据权利要求1所述的设备,其中,所述主体的平坦表面与所述移动地板设备的用户直接接触。
3.根据权利要求1所述的设备,其中,基本半球形的所述主体包括:
内芯,具有平坦顶表面;
柔性外皮层,包裹所述内芯;以及
润滑层和/或球轴承层,位于所述柔性外皮层和所述内芯之间的加压真空空间中。
4.根据权利要求3所述的设备,其中,所述内芯具有包括平坦顶表面和圆形底表面的圆形设计。
5.根据权利要求4所述的设备,其中,具有圆形设计的所述内芯在其底部填充有重金属,以增加所述设备的重量和稳定性。
6.根据权利要求3所述的设备,其中,所述内芯具有对称丸形设计,包括平坦顶表面、平坦底表面和弯曲侧表面。
7.根据权利要求3所述的设备,其中,所述柔性外皮包括:
光滑内层,与所述设备的所述润滑层或球轴承层直接接触;
网格层,附着在外层之下;
外层,具有与用户的脚底直接接触的粗糙表面;以及
中心层,填充有非牛顿液体。
8.根据权利要求3所述的设备,其中,所述润滑层是从以下各项中选择的非牛顿液体:高级机油、润滑油(grease)、球轴承或其组合。
9.根据权利要求3所述的设备,其中,制成所述柔性外皮的材料是从以下各项中选择的:氯丁橡胶、100%橡胶或乳胶。
10.根据权利要求6所述的设备,其中,所述设备的柔性外皮包括具有传送带配置的非弹性材料。
11.根据权利要求3所述的设备,其中,多个凹窝位于所述芯的表面上,以减小所述柔性外皮和所述芯之间的摩擦。
12.根据权利要求10所述的设备,其中,每个窝基本是直径约为0.3英寸到6英寸的圆形。
13.根据权利要求3所述的设备,其中,所述设备的所述芯的表面具有嵌入在所述表面上的多个凸球轴承,以减小所述柔性外皮和所述芯之间的摩擦。
14.根据权利要求13所述的设备,其中,每个凸球轴承的直径从约1/8英寸到约3英寸。
15.根据权利要求1所述的设备,其中,所述控制模块包括:
多个控制臂;
多个重量传感器;
多个控制球体,移动所述设备的所述外柔性外皮;以及
多个芯容纳支撑模块,附着到所述控制臂,与所述芯呈支撑关系并与所述芯的外皮呈捏合关系(pinching relationship)。
16.根据权利要求15所述的设备,其中,所述控制臂包括臂、尖端、位于尖端的球结连接器、基底、电动机、控制球体、控制轮、传感器、减震器、机械或气动致动器。
17.根据权利要求15所述的设备,其中,所述控制臂附着到圆形金属棒,以形成所述内芯的支架(cradle)。
18.根据权利要求17所述的设备,其中,所述支架布置在所述移动地板设备的远端,以支撑所述移动地板设备。
19.根据权利要求15所述的设备,其中,所述芯容纳支撑紧固具有对称丸形设计的所述内芯的顶表面和底表面二者。
20.根据权利要求15所述的设备,其中,所述控制臂由弹簧加载减震***或液压减震***、致动器以及集成的重量传感器来支撑。
21.根据权利要求15所述的设备,其中,所述重量传感器将施加到其上的重量的增大或减小发送到所述计算单元。
22.根据权利要求15所述的设备,其中,所述控制球体具有杯中球配置,包括:
球形杯;
球,位于所述球形杯内;
至少三个滚轴,附着到所述杯的壁上,其中所述至少三个滚轴物理地在任意方向上360度地转动杯中的球;以及
至少一个变速电动机,与每个滚轴耦接。
23.根据权利要求22所述的设备,其中,所述控制球体的球与所述柔性外皮的外表面直接接触。
24.根据权利要求22所述的设备,其中,所述控制球体的所述至少三个滚轴布置在所述柔性外皮内部,并与所述柔性外皮的内表面直接接触。
25.根据权利要求24所述的设备,其中,所述控制球体的滚轴和球具有捏合配置。
26.根据权利要求15所述的设备,其中,所述控制球体是在任意方向上移动所述柔性外皮的球形轮。
27.根据权利要求15所述的设备,其中,所述控制球体布置在所述内芯的顶表面的外周上。
28.根据权利要求15所述的设备,其中,所述芯容纳支撑模块包括:
C形主体,具有覆盖有球轴承的内曲面;
多个开口,位于包括电机的端部上,所述电机被配置为驱动所述控制球体或轮在不使所述外皮褶皱的情况下将所述外皮移入和移出所述内曲面;以及
隔室,其中包含电动机和传感器,被配置为在不发生褶皱的情况下移动所述外皮。
29.根据权利要求1所述的设备,其中,所述动作模块包括:至少三个液压致动器,位于所述设备的底部;以及旋转基底,保持整个移动地板设备。
30.根据权利要求29所述的设备,其中,所述液压致动器中的至少两个液压致动器位于所述设备的东北角和东南角上,且至少一个液压致动器位于所述设备的西向上。
31.根据权利要求29所述的设备,其中,所述旋转基底包括齿轮驱动***和变速多向电动机,二者推动整个设备旋转。
32.根据权利要求1所述的设备,其中,所述动作模块被配置为针对所述设备产生滚动(rolling)、倾斜(tilting)、转动(swlveling)、晃动(shaking)、旋转(rotating)或其组合的动作。
33.根据权利要求1所述的设备,其中,所述动作模块被配置为维持所述用户面向相同方向。
34.根据权利要求1所述的设备,其中,所述墙壁模块包括环形延伸台、位于所述延伸台的至少一侧上的至少一个壁状结构、驱动元件、将墙壁模块与半球形主体以及虚拟现实设备连接的接口。
35.根据权利要求34所述的设备,其中,所述环形延伸台被配置为围绕所述设备的所述半球形主体的基本同轴结构。
36.根据权利要求34所述的设备,其中,具有位于半球形主体的一侧上的单个壁状结构的所述墙壁模块被配置为模拟虚拟环境中每个方向上的壁状障碍物。
37.根据权利要求1所述的设备,其中,所述计算单元包括至少一个处理器和存储器。
38.根据权利要求37所述的设备,其中,所述计算单元还包括:接口,能够将所述计算单元与虚拟现实设备通信连接。
39.根据权利要求38所述的设备,其中,所述虚拟现实设备选自以下各项:虚拟现实眼镜、游戏控制台、计算机、智能电话、平板计算机或圆顶结构虚拟现实屏幕。
40.根据权利要求1所述的设备,其中,所述用来激活和去激活所述设备的装置是手势激活开关、语音识别、或来自智能电子设备的远程控制。
41.根据权利要求40所述的设备,其中,所述手势是施加到所述移动地板设备的顶表面上的至少一个预定动作。
42.根据权利要求41所述的设备,其中,所述预定动作选自以下各项:步行、跳跃、滑行、爬行或其组合。
43.根据权利要求1所述的设备,其中,所述设备的顶表面基本是超椭圆。
44.一种用于与虚拟现实***进行交互的用户交互控制设备,包括:
内芯;
柔性外皮层,包裹所述内芯;
润滑层,位于所述柔性外皮层和所述内芯之间的加压真空空间中;
多个球轴承,覆盖整个芯;
多个控制臂;
多个重量传感器,与所述控制臂耦接;
多个控制球体,与所述重量传感器连接;
多个“C形”芯容纳支撑模块,附着到所述控制臂,与所述芯呈支撑关系并与所述芯的外皮呈捏合关系;
至少三个液压致动器,位于所述设备的底部;
旋转基底,保持整个移动地板设备;
可旋转环形延伸台,用于所述内芯;
壁状结构,嵌入在所述环形延伸台的顶部上;
计算单元,能够与所述重量传感器、控制球体、液压致动器、旋转基底和可旋转环形延伸台通信连接;
用于激活和去激活用户交互控制设备的装置;以及
电源模块。
45.根据权利要求44所述的设备,其中,内芯为具有平坦顶表面和圆形底表面的圆形设计。
46.根据权利要求45所述的设备,其中,所述内芯的底部填充有重金属,以增加所述设备的重量和稳定性。
47.根据权利要求44所述的设备,其中,所述内芯具有包括平坦顶表面和平坦底表面的对称丸形设计,以及所述设备的柔性外皮包括具有传送带配置的非弹性材料。
48.根据权利要求44所述的设备,其中,多个凹窝位于所述芯的表面上,以减小所述柔性外皮和所述芯之间的摩擦。
49.根据权利要求48所述的设备,其中,每个窝是直径约为0.3英寸到6英寸的大致圆形。
50.根据权利要求44所述的设备,其中,所述设备的所述芯的表面具有嵌入在所述表面上的多个凸球轴承,以减小所述柔性外皮和所述芯之间的摩擦。
51.根据权利要求50所述的设备,其中,每个凸球轴承的直径为约1/8英寸到约3英寸。
52.根据权利要求44所述的设备,其中,所述柔性或非柔性外皮包括:
光滑内层,与所述设备的所述润滑层直接接触;
外层,具有与用户的脚底直接接触的粗糙表面;
网格层,附着在外层之下;以及
中心层,填充有非牛顿液体。
53.根据权利要求46所述的设备,其中,制成所述柔性外皮的材料是从以下各项中选择的:氯丁橡胶、100%橡胶或乳胶。
54.根据权利要求46所述的设备,其中,所述柔性外皮是有弹性的。
55.根据权利要求44所述的设备,其中,所述润滑层是从以下各项中选择的非牛顿液体:高级机油、润滑油、球轴承或其组合。
56.根据权利要求44所述的设备,其中,所述控制臂包括臂、尖端、位于尖端的球结连接器、基底、电动机、控制球体、控制轮、传感器、减震器、机械或气动致动器。
57.根据权利要求56所述的设备,其中,所述控制臂附着到圆形金属棒,以形成支架。
58.根据权利要求57所述的设备,其中,所述支架布置在所述移动地板设备的远端,以支撑所述用户交互控制设备。
59.根据权利要求56所述的设备,其中,针对具有丸形设计的内芯,所述控制臂保持所述芯的顶表面和底表面两者。
60.根据权利要求44所述的设备,其中,所述控制臂由弹簧加载减震***或液压减震***、致动器以及集成的重量传感器来支撑。
61.根据权利要求44所述的设备,其中,所述重量传感器将施加到其上的重量的增大或减小发送到所述计算单元。
62.根据权利要求44所述的设备,其中,所述控制球体具有杯中球配置,包括:
球形杯;
球,位于所述球形杯内;
至少三个滚轴,物理地在任意方向上360度地转动杯中的球;以及
至少一个变速电动机,与每个滚轴耦接。
63.根据权利要求62所述的设备,其中,所述控制球体的球与所述柔性外皮的外表面直接接触。
64.根据权利要求63所述的设备,其中,所述控制球体的所述至少三个滚轴布置在所述柔性外皮内部,并与所述柔性外皮的内表面直接接触。
65.根据权利要求64所述的设备,其中,所述控制球体的滚轴和球具有捏合配置。
66.根据权利要求45所述的设备,其中,所述控制球体是在任意方向上移动所述柔性外皮的球形轮。
67.根据权利要求44所述的设备,其中,所述控制球体布置在所述内芯的顶表面的外周上。
68.根据权利要求44所述的设备,其中,所述芯容纳支撑模块包括:
C形主体,具有覆盖有球轴承的内曲面;
多个开口,位于包括电机的端部上,并驱动将外皮移进和移出所述曲面;
隔室,包含电动机和传感器,被配置为在不使外皮发生褶皱的情况下在所述内曲面内移动所述外皮。
69.根据权利要求44所述的设备,其中,所述液压致动器中的至少两个液压致动器位于所述设备的东北角和东南角,且所述液压致动器中的至少一个液压致动器位于所述移动地板设备的西向上。
70.根据权利要求44所述的设备,其中,所述旋转基底包括齿轮驱动***和变速多向电动机,二者推动整个设备旋转。
71.根据权利要求69所述的设备,其中,所述液压致动器是由虚拟现实设备触发的。
72.根据权利要求44所述的设备,其中,所述液压致动器和旋转基底被配置为针对所述设备产生滚动、倾斜、转动、晃动、旋转或其组合的动作。
73.根据权利要求44所述的设备,其中,所述液压致动器和旋转基底被配置为维持所述用户面向相同方向。
74.根据权利要求44所述的设备,其中,针对内芯的所述可旋转环形延伸台包括驱动元件,所述驱动元件与所述计算单元和虚拟现实设备连接,并推动所述延伸台的旋转运动。
75.根据权利要求44所述的设备,其中,所述环形台被配置为围绕所述设备的所述半球内芯的基本同轴结构。
76.根据权利要求44所述的设备,其中,所述计算单元包括至少一个处理器和存储器。
77.根据权利要求76所述的设备,其中,所述计算单元还包括:接口,能够将所述计算单元与虚拟现实设备通信连接。
78.根据权利要求77所述的设备,其中,所述虚拟现实设备选自以下各项:虚拟现实眼镜、游戏控制台、计算机、智能电话、平板计算机或圆顶结构虚拟现实屏幕。
79.根据权利要求44所述的设备,其中,所述用来激活和去激活所述设备的装置是手势激活开关、语音识别、或来自智能电子设备的远程控制。
80.根据权利要求79所述的设备,所述手势是施加到所述用户交互控制设备的顶表面上的至少一个预定动作。
81.根据权利要求44所述的设备,其中,所述设备的顶表面基本是超椭圆。
82.一种用于与虚拟现实进行交互的用户定制方法,包括以下步骤:
激活根据权利要求44所述的移动地板设备;
将所述移动地板设备连接到虚拟现实设备;
确定用户在虚拟现实环境中的初始位置;
用户在移动地板设备的上表面上施加一个移动或一系列移动;
基于每个重量传感器上的重量增大或减小,产生信号;
将来自重量传感器的信号发送到计算单元;
基于来自重量传感器的信号,在计算单元中产生信号;
将来自计算单元的信号发送到虚拟现实设备和控制球体;
触发控制球体中的电机以与用户的移动相同的速度沿与所述用户的移动相反的方向将所述柔性外皮移动相同距离;
基于来自计算单元的信号,改变用户在虚拟现实环境中的位置;
当用户和所述虚拟壁状对象之间的距离变为小于预定值时,激活壁状结构和环形延伸台;
对所述设备的移动地板部分的控制球体进行去激活;
用户走至所述壁状结构;
当用户和所述虚拟壁状对象之间的距离变为大于所述预定值时,对壁状结构进行去激活;以及
重新激活所述设备的移动地板部分的控制球体。
83.根据权利要求82所述的方法,其中,用户施加的移动包括:奔跑、爬行、跳跃、步行或其组合。
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