一种头戴设备减重装置的制作方法

本发明涉及一种头戴设备减重装置。

背景技术：

随着虚拟现实/增强现实(vr/ar)设备的不断普及，如何提高头戴类设备的使用舒适度、满足用户长时间沉浸式体验的需求正成为vr/ar设备在设计时的重要考虑因素。当前的vr/ar头戴类产品普遍存在产品自重较大的问题，用户佩戴时间稍长就易产生颈部疲劳，严重影响用户的使用体验，因而，产品重量已成为此类产品设计时的重要控制参数。然而，目前常见的减重设计思路，仅包括尝试更轻的材料、减小产品厚度、优化结构拆件、选用更轻的元器件等。受限于当前技术水平及成本预算，以上设计思路只能小幅降低头戴产品重量，不足以明显改善用户使用体验。

技术实现要素：

鉴于现有技术头戴类产品重量大佩戴不舒适的问题，提出了本发明的一种头戴设备减重装置，以便克服上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种头戴设备减重装置，包括平衡盘、牵引线和多个收放线装置；

平衡盘用于固定连接头戴设备，多个收放线装置悬挂安装在头戴设备上方的不同位置处，每个收放线装置通过牵引线牵引平衡盘，各收放线装置牵引平衡盘的拉力随平衡盘的位置变化而调整。

可选地，收放线装置包括：收放线装置壳体、收放线马达和收放线装置主板，收放线装置主板与收放线马达连接，通过控制收放线马达的转动，来调节牵引线的拉力。

可选地，各收放线装置与平衡盘之间均设有测距装置，以分别测量每个收放线装置与平衡盘之间的距离。

可选地，测距装置包括：在每个收放线装置上设置的红外传感器，以及设置在平衡盘上的红外发光元件。

可选地，平衡盘还设有平衡盘主板和电池，红外发光元件设置在平衡盘主板上，由电池供电。

可选地，平衡盘还包括平衡盘外壳，平衡盘主板连同红外发光元件和电池设置在平衡盘外壳内，平衡盘外壳对准红外发光元件设有透红外镜片。

可选地，平衡盘还设有球头转轴，平衡盘通过球头转轴连接头戴设备。

可选地，球头转轴的球头连接有绑带固定器，绑带固定器设有穿孔，头戴设备的绑带穿过穿孔与平衡盘连接。

可选地，收放线装置设有四个。

可选地，所述收放线装置通过螺钉或滑轨悬挂安装在所述头戴设备上方的不同位置处。

综上所述，本发明的有益效果是：

本申请通过悬吊的方式，借助平衡盘、牵引线和收放线装置，为头戴设备提供向上提拉的辅助力，从而降低了用户使用头戴设备时头部受到的压力，实现了头戴设备的轻便佩戴，长时间使用也不会造成颈部疲劳，并且不受头戴设备自身重力限制。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种头戴设备减重装置的整体结构示意图；

图2为图1圆圈所示区域的放大图；

图3为头戴设备减重装置的收放线装置爆炸图；

图4为头戴设备减重装置的平衡盘爆炸图；

图5为头戴设备减重装置的拉力分析示意图；

图6为头戴设备减重装置的悬挂收起闲置头戴设备的示意图；

图中：收放线装置100、收放线装置上壳110、收放线马达120、红外传感器130、收放线装置主板140、收放线装置下壳150、牵引线200、平衡盘300、球头转轴310、绑带固定器320、穿孔321、平衡盘上壳330、透红外镜片340、平衡盘主板350、红外发光元件360、电池370、平衡盘主体380、头戴设备400、绑带410。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连同。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明的技术构思是：通过悬吊的方式，借助平衡盘、牵引线和收放线装置，为头戴设备提供向上提拉的辅助力，从而降低了用户使用头戴设备时头部受到的压力，实现了头戴设备的轻便佩戴，长时间使用也不会造成颈部疲劳，并且不受头戴设备自身重力限制。

图1至图6示出了本申请头戴设备减重装置的一个实施例。如图1和图2所示，该头戴设备减重装置包括：平衡盘300、牵引线200和多个收放线装置100。

平衡盘300用于固定连接头戴设备400，多个收放线装置100悬挂安装在头戴设备400上方的不同位置处，并且，每个收放线装置100都通过牵引线200牵引平衡盘300，各收放线装置100牵引平衡盘300的拉力随平衡盘300的位置变化而调整，使平衡盘300受到的牵引合力保持竖直向上且略小于头戴设备400的重力，从而保持对头戴设备400的辅助牵引力竖直向上，保证只有很小的重量压在用户头顶，确保佩戴舒适度。

通过本申请的上述实施例，多个收放线装置100通过牵引线200牵拉平衡盘300，为平衡盘300所连接的头戴设备400提供竖直向上且大小恒定的辅助拉力，从而减少了使用头戴设备400时头部受到的压力，使得用户长时间佩戴也不会产生疲劳问题，由于牵拉力大小由收放线装置100控制，因此克服了头戴设备400自身重力削减有限的问题，减重效果更佳。

如图3所示，收放线装置100包括：由收放线装置上壳110和收放线装置下壳150组成的收放线装置壳体，以及设置在收放线装置壳体内的收放线马达120和收放线装置主板140，收放线装置主板140与收放线马达120连接，通过控制收放线马达120的转动，来调节牵引线200的拉力。具体地，收放线装置主板140根据收放线装置100与平衡盘300之间的位置关系，调整收放线马达120的转矩，以调整各牵引线200的拉力，使多条牵引线200牵引平衡盘300的合力竖直向上，以部分抵消头戴设备400的重力。

在本实施例中，各收放线装置100与平衡盘300之间均设有测距装置，以分别测量每个收放线装置100与平衡盘300之间的距离。

如图3和图4爆炸图所示，收放线装置100和平衡盘300之间的测距装置包括：在每个收放线装置100上设置的红外传感器130(见图3)，以及设置在平衡盘300上的红外发光元件360(见图4)。平衡盘300的红外发光元件360发射红外光，由各收放线装置100的红外传感器130接收，以此获得平衡盘300相对各收放线装置100的位置关系。在实际使用时，首先需要对整个减重装置进行同步校准，然后就可以根据收放线装置100接受到红外信号的时间间隔确定出与平衡盘300的距离。理论上，只要已知平衡盘300与三个收放线装置100的距离，就可以确定在立体空间中的平衡盘300位置，本实施例中，为方便调整牵引力，收放线装置100设有四个。

在本实施例中，平衡盘300还设有平衡盘主板350和电池370，红外发光元件360设置在平衡盘主板350上，由平衡盘300自身的电池370供电，从而使平衡盘300摆脱供电线的束缚，避免供电线与牵引线200缠绕拉扯。

在本实施例中，平衡盘300还包括由平衡盘上壳330和平衡盘主体380围成的平衡盘外壳，平衡盘主板350连同红外发光元件360和电池370设置在平衡盘外壳内，平衡盘上壳330对准红外发光元件360设有透红外镜片340，在保护红外发光元件360的同时，也不阻碍红外光的发射，对应地，参考图1及图3可见，收放线装置下壳150设有供红外传感器130露出的孔洞，该孔洞安装时朝向平衡盘300，以使红外传感器130更好地接收红外信号。

当然，除了本实施例的红外测距方式以外，其他测距方式也可应用于本申请，在此不一一赘述。通过获取平衡盘300相对多个收放线装置100的位置关系，即可通过简单的几何关系计算出各牵引线200与平衡盘300的角度，根据该角度关系控制牵引线200的收放，以调节牵引线200的拉力，使平衡盘300所受拉力的合力竖直向上。

如下结合图5所示的拉力分析图，介绍一种可行的计算过程。

为保证本发明能够实现预期的减重目的，始终保证四根牵引线200的提拉合力为竖直向上且大小恒定是十分重要的设计点。首先根据前面介绍，当四个收放线装置100所在位置a、b、c、d已知时，根据各收放线装置100与平衡盘300之间的距离，就可以实时监测到平衡盘300的空间位置，即图5中的点p位置。例如，以图5中a点为原点建立坐标系，x、y和z轴的正方向如a点所示，则b、c和d三点坐标已知，继而根据距离pa、pb、pc和pd确定p点坐标，从而得出计算各力所需的角度值。根据牛顿第三定律作用力与反作用力等大反向原理，将p点所受四根牵引线200的合力分析转化为四个收放线装置100分别所受p点拉力的分析，四个拉力大小分别为fa、fb、fc、fd，方向分别由a、b、c和d点指向p点。每个力又可以按图中定义的方向分解为沿x、y和z向的三个分量，为了使得最终合力方向为竖直方向，则x和y方向的分力之和应分别为0，按图5中所示分力方向，则即fay-fby-fcy+fdy＝0，fax+fbx-fcx-fdx＝0。

由于本实施例采用四个收放线装置100，为使各个分力最终可解，可以增加额外约束条件，以y方向为例，可增加fay＝fby、fcy＝fdy或fay＝fcy、fby＝fdy或者其他类似条件。下面以添加约束条件fay＝fby、fcy＝fdy为例进行推导。假设faz的值为f，则根据三角函数关系可以推出fax、fay，又fay＝fby，根据三角函数关系可以得到fbx、fbz，同理可依次得到fc和fd各自的3个分量。计算过程中所需的角度，都可以按照上述举例的坐标计算过程，通过计算p点坐标，由a、b、c、d、p五点空间位置推导求出。最终，四个力的z向分量之和为关于f的函数，又四个力的z向分量之和应为初始设定的一定值，因此力fa、fb、fc、fd都可计算得到且唯一。另外，初始设定的合力，应略小于头戴设备400所受重力，即：当头戴设备400被佩戴使用时，平衡盘300提拉头戴设备400的力小于头戴设备400的重力，这样可以保证头戴设备400始终压在用户头上，不会使用户产生头部被提拉的感觉，使得头戴设备400稳定佩戴，不会松动上移产生漏光问题。无论用户佩戴头戴设备400进行水平移动，还是进行下蹲或蹦跳等竖直移动，收放线装置100都能根据与平衡盘300之间的位置关系，实时计算调整牵引力，保持对头戴设备400的竖直向上牵引效果。

而在用户停止使用头戴设备400时，减重装置关闭，收放线装置100可通过收紧牵引线200，将闲置的头戴设备400拉至高处收纳，如图6所示。例如，使用结束后，用户可以摘下头戴设备400，通过遥控器、手柄、语音指令或是手势操作指令等，便捷方便地控制减重装置收线，使牵引线200的拉力合力大于平衡盘300和头戴设备400的总重力，将头戴设备400拉至房屋顶部，悬挂收纳；再次使用时，采用相同的方式，控制减重装置放线，使拉力合力小于平衡盘300和头戴设备400的总重力，将头戴设备400缓缓放下，从而再次佩戴使用。

在实际使用本减重装置时，可根据体验内容所需空间确定四个收放线装置100的固定位置，以收放线装置100所围空间为用户允许活动的最大范围。收放线装置100可以以多种方式悬挂安装在头戴设备上方的不同位置处。例如，收放线装置100可以通过螺钉固定安装在房屋顶部。或者，收放线装置100也可以通过滑轨安装在房屋顶部，当用户需要调整活动范围时，沿滑轨滑动收放线装置100，调节到合适位置时，相对滑轨锁定收放线装置100以确定位置，这样的安装方式更加便于调节，适用性更强。当两名或多名用户同时使用头戴设备时，需为每个头戴设备配置一套该减重装置，装置限定的活动范围不能出现重合且相互间应留有一定安全距离，避免使用时发生绕线、身体碰撞等情况。

如图2放大图和图4爆炸图所示，在本实施例中，平衡盘300还设有球头转轴310，平衡盘300通过球头转轴310连接头戴设备400，以允许头戴设备400相对平衡盘300产生扭转等动作，适配用户使用过程中的头部转动或微小摆动。并且，球头转轴310的球头连接有绑带固定器320，绑带固定器320设有穿孔321，头戴设备400的绑带410(见图2放大图)穿过穿孔321，从而与平衡盘300连接。

实际应用中，用户在使用头戴设备400时，不光有空间中x、y、z向的直线运动，还会有绕z轴的转动及绕x、y轴的摆动，另外，收放线装置100也会存在轻微的延迟及调整误差等。为避免上述原因导致的偏斜力影响用户的沉浸体验，本实施例的平衡盘300加装了球头转轴310，与绑带固定器320一同构成了一个球头万向节机构，可以允许球头转轴310以下的装置产生独立的转动及摆动动作，从而适应头戴设备400灵活运动的需求，使减重后的头戴设备400佩戴起来依然舒适自然。

图2中仅示出了绑带固定器320的一种外形，实际应用中，根据现有头戴设备400各自的绑带410设计，可以对本实施例中的绑带固定器320进行调整以适用于大部分现有vr/ar头戴设备。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。