一种VR轮椅训练系统及其控制方法与流程

本发明涉及虚拟现实设备领域，尤其是一种vr轮椅训练系统及其控制方法。

背景技术

随着vr技术的不断发展，目前vr技术被应用到各行各业，例如游戏、影视和仿真训练等等。

轮椅，是伤残人士或者长者的代步工具，对于此类人群，轮椅的使用显得尤为重要。而很多人，在刚开始使用轮椅时并不习惯，需要经过一段时间练习后才能熟悉地使用轮椅。如果让伤残人士或者长者直接在户外练习使用轮椅，有可能会造成意外。因此需要一套练习系统让他们能够在室内进行练习。

但是目前的轮椅训练系统，仅仅只能对用户进行训练，而不能提供虚拟场景，因此用户使用起来会觉得练习场景不真实，练习较为枯燥。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种可以提供真实感的vr轮椅训练系统及其控制方法。

本发明所采取的第一种技术方案是：

一种vr轮椅训练系统，包括底座、主机、vr眼镜和电源，所述底座上设有第一限位槽和第二限位槽，所述第一限位槽内设有第一支撑辊和第二支撑辊，所述第二限位槽内设有第三支撑辊和第四支撑辊，所述第一支撑辊或第二支撑辊上安装有第一电磁阻尼器和第一速度传感器，所述第三支撑辊或第四支撑辊上安装有第二电磁阻尼器和第二速度传感器，所述底座的一侧设有操作台，所述操作台上设有第一旋钮和第二旋钮，所述第一旋钮连接有第一可调电阻，所述第二旋钮连接有第二可调电阻，所述第一电磁阻尼器通过第一可调电阻与电源连接，所述第二电磁阻尼器通过第二可调电阻与电源连接，所述第一速度传感器输出端和第二速度传感器的输出端均与主机的输入端通信连接，所述vr眼镜与主机通信连接。

进一步，所述底座还安装有引导斜坡。

进一步，所述第一支撑辊和第二支撑辊平行安装，所述第三支撑辊与第四支撑辊平行安装，所述第一支撑辊的轴心与第三支撑辊的轴心经过同一直线，所述第二支撑辊的轴心与第四支撑辊的轴心经过同一直线。

进一步，所述底座的两侧各设有两个高度调节组件。

进一步，还包括音箱，所述音箱的输入端与vr主机的输出端连接。

进一步，还包括输入设备，所述输入设备的输出端与主机的输入端连接。

进一步，还包括显示器，所述显示器的输入端与主机的输出端连接。

本发明所采取的第二种技术方案是：

一种vr轮椅训练系统的控制方法，包括以下步骤：

实时获取所述第一速度传感器采集的第一速度数据和第二速度传感器采集的第二速度数据；

根据所述第一速度数据和第二速度数据调整当前用户在虚拟场景中的位置。

进一步，还包括以下步骤：

根据所述第一速度数据和第二速度数据生成虚拟移动轨迹；

根据所述虚拟移动轨迹，计算用户与虚拟场景中障碍物的碰撞次数。

进一步，还包括以下步骤：

根据所述第一速度数据和第二速度数据，计算用户的实时速度；

控制vr眼镜显示所述用户的实时速度。

进一步，还包括以下步骤：

根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制vr眼镜显示用户所在位置的平面地图。

进一步，还包括以下步骤：

根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制vr眼镜显示当前用户所在位置的坡度。

本发明的系统的有益效果是：包括底座、主机、vr眼镜和电源，所述底座上设有第一限位槽和第二限位槽，所述第一限位槽内设有第一支撑辊和第二支撑辊，所述第二限位槽内设有第三支撑辊和第四支撑辊，本发明在支撑辊上安装有两个电磁阻尼器，并且电磁阻尼器上设有调节电磁阻尼器阻尼大小的旋钮，因此用户可以在虚拟现实环境下，根据场景需要分别调节第一限位槽和第二限位槽内的支撑辊的滚动阻尼，从而仿真模拟轮椅左右轮受到的阻力，使得用户的模拟训练更加真实，从而使得用户不容易觉得训练枯燥。

本发明的控制方法的有益效果是：根据第一速度传感器和第二速度传感器所采集的速度，实时调整用户在虚拟场景中的位置，使得用户觉得自己在虚拟场景中移动，训练效果更佳真实，从而使得用户不容易觉得训练枯燥。

附图说明

图1为本发明一种vr轮椅训练系统的结构示意图；

图2为本发明一种vr轮椅训练系统的模块框图；

图3为本发明一种电磁阻尼器、电源和可调电阻的电路原理图；

图4为本发明一种vr轮椅训练系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。

参照图1，一种vr轮椅训练系统，包括底座100、主机、vr眼镜和电源，所述底座100上设有第一限位槽110和第二限位槽120，所述第一限位槽110内设有第一支撑辊111和第二支撑辊112，所述第二限位槽120内设有第三支撑辊123和第四支撑辊124，所述第一支撑辊111或第二支撑辊112上安装有第一电磁阻尼器和第一速度传感器，所述第三支撑辊123或第四支撑辊124上安装有第二电磁阻尼器和第二速度传感器，所述底座100的一侧设有操作台130，所述操作台130上设有第一旋钮131和第二旋钮132，所述第一旋钮131连接有第一可调电阻，所述第二旋钮132连接有第二可调电阻。

参照图2，所述第一速度传感器输出端和第二速度传感器的输出端均与主机的输入端通信连接，所述vr眼镜与主机通信连接。

所述第一电磁阻尼器通过第一可调电阻与电源连接，所述第二电磁阻尼器通过第二可调电阻与电源连接。如图3所示，本发明可以将电位器r(即可调电阻)串联在电源正极vcc和电磁阻尼器的电压输入端。

其中，第一限位槽110和第二限位槽120，用于限制轮椅后轮的位置，其中，第一限位槽110用于限制轮椅的左轮的位置，第二限位槽120用于限制轮椅的右轮的位置。

电磁阻尼器，用于调节支撑辊的滚动阻尼。所述电磁阻尼器根据输入电流的大小产生不同大小的输出阻尼，输入电流越大，产生的输出阻尼越大。所述电磁阻尼器可以采用现有的电磁阻尼器实现。本领域技术人员可以根据电磁阻尼器选用的类型和具体型号，灵活调整电磁阻尼器与支撑辊之间的安装方式。作为代替的实施例，所述电磁阻尼器也可以用可手动调节输出阻尼的永磁阻尼器实现。

支撑辊在用户旋转轮椅后轮时会被轮椅后轮带动旋转，其中安装有电磁阻尼器的支撑辊的滚动阻尼受到电磁阻尼器的控制。

可调电阻，用于调节电磁阻尼器的输入电流，所述可调电阻可以采用电位器实现。

vr眼镜，用于向用户播放vr内容，并将vr眼镜当前的姿态数据返回到主机。所述vr眼镜可以采用现有的vr眼镜实现，例如，vive系列的vr眼镜。vr眼镜可以通过usb接口、蓝牙或者wifi等于主机通信连接。

速度传感器，用于测量支撑辊的角速度，即测量单位时间内支撑辊旋转的圈数，并将测量得到的数据返回主机。所述速度可以采用现有的速度传感器实现，所述速度传感器可以通过如usb接口、蓝牙或者wifi等与主机通信连接。

主机，用于根据vr眼镜和速度传感器的数据，控制vr眼镜播放vr内容。

电源，用于供电，所述电源可以是直流电源适配器或者是指电源接口。

本发明的工作原理为：用户可以根据当前播放的vr场景(如上坡、下坡或者转弯等)，通过旋钮调节可调电阻的大小，使得电磁阻尼器的输入电流大小发生变化，从而使电磁阻尼器改变支撑辊的滚动阻尼，以模拟轮椅左右两个后轮在不同场景下所受到的滚动阻尼。此外本领域技术人员应当清楚，在使用本系统前，应当固定轮椅的相对位置，例如可以通过一些固定机构将轮椅的前轮锁定。

参照图1，作为优选的实施例，为了便于用户将轮椅移动到底座上，所述底座还安装有引导斜坡140。

参照图1，作为优选的实施例，为了轮椅的左右轮在相同的阻尼条件下受力平衡，所述第一支撑辊111和第二支撑辊112平行安装，所述第三支撑辊123与第四支撑辊124平行安装，所述第一支撑辊111的轴心与第三支撑辊123的轴心经过同一直线，所述第二支撑辊112的轴心与第四支撑辊124的轴心经过同一直线。所述支撑辊的长度以及两个支撑辊之间的安装距离，设计人员可以根据目标轮椅的规格进行灵活调整。

参照图1，作为优选的实施例，为了调整底座的高度，所述底座100的两侧各设有两个高度调节组件150，所述高度调节组件可以采用丝杆结构实现。

参照图2，作为优选的实施例，为了能够播放vr内容中的声音，本实施例还包括音箱，所述音箱的输入端与vr主机的输出端连接。

参照图2，作为优选的实施例，为了便于用户对主机进行操作，本实施例还包括输入设备，所述输入设备的输出端与主机的输入端连接。所述输入设备为鼠标和键盘。

参照图2，作为优选的实施例，为了用户在使用本系统时，便于其监护人浏览当前系统播放的vr内容，本实施例还包括显示器，所述显示器的输入端与主机的输出端连接。所述显示器也可以用投影仪代替。

参照图4，本实施例公开了一种vr轮椅训练系统的控制方法，其用于vr轮椅训练系统中的主机，所述主机包括pc主机、工控主机、或者是其他能够执行以下步骤的计算设备。

该方法包括以下步骤：

s401、实时获取所述第一速度传感器采集的第一速度数据和第二速度传感器采集的第二速度数据；

s402、根据所述第一速度数据和第二速度数据调整当前用户在虚拟场景中的位置。

在本实施例中，所述控制方法主要由主机实现，所述第一速度传感器和第二速度传感器所采集的是第一限位槽和第二限位槽内的支撑辊的旋转速度。以采集到的第一速度数据和第二速度数据计算轮椅左右后轮的旋转速度，主机可以模拟轮椅在虚拟场景中的动作，包括向前、向后、左转和右转。

作为优选的实施例，为了评价用户本次训练的质量，本事实施例还包括以下步骤：

s403、根据所述第一速度数据和第二速度数据生成虚拟移动轨迹；

s404、根据所述虚拟移动轨迹，计算用户与虚拟场景中障碍物的碰撞次数。

在虚拟场景中，包括如墙壁、花坛、路牌或者汽车等障碍物，当用户的虚拟移动轨迹经过这些物体时，视为用户碰撞了这些障碍物。用户可以根据自己碰撞障碍物的次数来评价自己在本次训练中的训练质量。在一些实施例中，所述碰撞次数实时通过vr眼镜显示，在另一些实施例中，所述碰撞次数可以通过主机导出。

作为优选的实施例，为了让用户了解自己当前的速度，本实施例还包括以下步骤：

s405、根据所述第一速度数据和第二速度数据，计算用户的实时速度；

s406、控制vr眼镜显示所述用户的实时速度。

在本实施例中，主机会根据第一速度数据和第二速度数据来计算左右轮速度给轮椅带来的合速度，在计算过程中，用户可以在主机中预先设定轮椅的物理模型。

作为优选的实施例，为了让用户可以知道前方的路线，本实施例还包括以下步骤：

s407、根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制vr眼镜显示用户所在位置的平面地图。本实施例中的地图，应该是指以用户所在位置为中心的平面地图。所述平面地图的大小可以根据虚拟需要灵活调节。

作为优选的实施例，为了便于用户根据场景调节阻尼，本实施例还包括以下步骤：

s408、根据当前用户在虚拟场景中的位置，控制vr眼镜显示当前用户所在位置的坡度。

用户在进行训练时，如当前的坡度从0°变为30°，用户可以通过旋钮将支撑辊的阻尼调得更大。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。