一种虚拟现实眼镜避障辅助装置、系统及控制方法与流程

本发明属于虚拟现实技术领域，尤其是涉及一种虚拟现实眼镜避障辅助装置、系统及控制方法。

背景技术：

虚拟现实技术是隶属于仿真技术的一个重要分支，用以协助使用者创建和体验指定的虚拟环境。近年来，虚拟现实技术得到了十分迅速的发展。虚拟现实技术所模拟的感知觉主要包含视觉、听觉、触觉、力觉等方面，其中，视觉模拟能为用户提供最多的虚拟场景信息。在已经初步商业化的虚拟现实显示设备中，虚拟现实眼镜作为虚拟现实头戴式显示设备的一种，以其便携、低成本、高性能的优势，占据了虚拟现实设备应用市场很大的份额。

虚拟现实眼镜能为用户带来沉浸式的虚拟仿真环境，并且逐渐渗透到人们日常生活娱乐中。然而其在使用中还存在一些问题，例如：用户在佩戴上虚拟现实眼镜后，会失去对所处现实环境的视觉感知，而仅能看到仿真系统所呈现的虚拟场景。现实场景中的空间限制或障碍物等因相对于用户不可见，会给用户造成安全隐患，同时降低使用者的体验感。

现有的针对障碍物的探测方式主要运用了激光探测仪、深度传感系统等设备中的一种或多种来实施。其中，激光探测的方式成本过高、对使用环境的要求也较为苛刻；深度传感系统的成本同样较高，同时软件计算复杂、占用系统计算资源大。目前市场中具有障碍物提示功能的虚拟现实眼镜主要利用了激光探测和深度传感，多为价格在千元以上的高端产品。而用户面更广的中低端虚拟现实设备，由于制作成本的限制而难以具备障碍物提示功能。此外，现有的虚拟现实眼镜避障系统往往内嵌于相应设备中，在不同的虚拟现实眼镜之间难以方便地移植，共享性差，限制了它的推广应用。

技术实现要素：

为了解决背景技术中存在问题，本发明的第一个目的在于，提供一种使用方便、适用面广、成本低廉的用于辅助用户避障的虚拟现实眼镜避障辅助装置。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种虚拟现实眼镜避障辅助装置，所述虚拟现实眼镜避障辅助装置包括壳体、控制电路和超声波测距单元；所述超声波测距单元设置在壳体上，所述壳体的后方设置夹持部件，所述夹持部件将虚拟现实眼镜避障辅助装置夹在虚拟现实眼镜上，所述控制电路与超声波测距单元相连接并用于控制超声波测距单元进行测距。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

所述超声波测距单元包括设置在壳体前方的超声波模块f、设置在壳体上方的超声波模块u以及分别设置在壳体两侧的超声波模块l和超声波模块r；所述超声波模块f、超声波模块u、超声波模块l和超声波模块r分别与控制电路相连接。

所述夹持部件包括第一夹板、第二夹板和设置在第一夹板和第二夹板之间的弹簧，所述弹簧用于限制第一夹板和第二夹板之间的距离，所述第一夹板和第二夹板用于两侧卡住虚拟现实眼镜而将虚拟现实眼镜避障辅助装置夹在虚拟现实眼镜上。

所述夹持部件设置在壳体后方的外侧。

所述夹持部件的弹簧设置在壳体后方的内侧，第一夹板和弹簧之间设置用于连接第一夹板和弹簧的连接滑杆，弹簧的另一端连接第二夹板，弹簧和连接滑杆封闭在壳体后方侧壁和设置在壳体前方侧壁和壳体后方侧壁之间的压板所形成的封闭空间内，且连接滑杆在该封闭空间内滑动。

本发明的另外一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种虚拟现实眼镜避障辅助系统。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种虚拟现实眼镜避障辅助系统，所述虚拟现实眼镜避障辅助系统包括前面所述的虚拟现实眼镜避障辅助装置和手持式控制设备，所述虚拟现实眼镜避障辅助装置和手持式控制设备相连接，且所述虚拟现实眼镜避障辅助装置向手持式控制设备提供虚拟现实眼镜避障辅助装置与障碍物之间的距离信息；所述手持式控制设备优选为智能手机。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

所述虚拟现实眼镜避障辅助装置通过otg数据线与手持式控制设备相连接并进行数据通讯。

本发明还有一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种虚拟现实眼镜避障辅助系统的控制方法。

一种虚拟现实眼镜避障辅助系统的控制方法，所述虚拟现实眼镜避障辅助系统的控制方法包括：

（1）初始状态：n个超声波模块依次发射并接收超声波，循环采集n个方向的障碍物距离信息，n为不小于1的整数，n优选为4；

（2）运行状态：根据各超声波模块采集到的障碍物距离信息，提升对应障碍物距离较近的超声波模块的采样频率，降低对应障碍物距离较远的超声波模块的采样频率。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

步骤（2）具体包括：

为了防止超声波模块之间的声波干涉，每次只有一个超声波模块在工作；对n个超声波模块的采样顺序进行调度，使距离近的模块采样频率较高一些，距离远的模块采样频率较低一些；记d1，d2，d3，d4，……，dn分别为四个传感器采集到的距离：

（201）将d1，d2，d3，d4，……，dn按照距离值进行聚类；

（202）记聚类后形成的组有k个，1≤k≤n，且k为整数，给聚类后的各组按照该组的平均距离值分配权重，平均距离值越小的，其分配的权重越大；权重越大对应距离越近，说明需要采样的频率越快；

（203）然后根据每个模块的权重情况安排采样的顺序；

（204）按照该顺序采样，一个循环结束后，将d1，d2，d3，d4，……，dn更新为最近的采样值，进行下一次循环。

本发明提供一种虚拟现实眼镜避障辅助装置、系统及控制方法，所述虚拟现实眼镜避障辅助装置通过夹持的方式夹持在虚拟现实眼镜上，从而能够配合市面上绝大多数的虚拟现实眼镜并适合其不同外形规格尺寸；选用多个超声波传感器成为阵列并进行障碍物探测，方便地获取最主要的障碍物信息；通过虚拟现实眼镜避障辅助系统的控制方法，实现对障碍物信息获取的控制，从而为使用者提供更为优质的消费体验。

附图说明

图1为虚拟现实眼镜避障辅助装置的示意图；

图2为虚拟现实眼镜避障辅助装置安装在虚拟现实眼镜上的安装示意图；

图3为虚拟现实眼镜避障辅助装置的侧视的爆炸图；

图4为虚拟现实眼镜避障辅助装置中的夹持部件的示意图；

图中：1-壳体；2-控制电路；301-超声波模块f；302-超声波模块u；303-超声波模块l；304-超声波模块r；401-第一夹板；402-第二夹板；403-弹簧；404-连接滑杆；5-压板；6-otg数据线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

一种虚拟现实眼镜避障辅助装置，包括壳体1、控制电路2和超声波测距单元；超声波测距单元设置在壳体1上，壳体1的后方设置夹持部件，夹持部件将虚拟现实眼镜避障辅助装置夹在虚拟现实眼镜上，控制电路2与超声波测距单元相连接并用于控制超声波测距单元进行测距。

超声波测距单元包括设置在壳体前方的超声波模块f301、设置在壳体上方的超声波模块u302以及分别设置在壳体两侧的超声波模块l303和超声波模块r304；超声波模块f、超声波模块u、超声波模块l和超声波模块r分别与控制电路2相连接。

夹持部件包括第一夹板401、第二夹板402和设置在第一夹板401和第二夹板402之间的弹簧403，弹簧403用于限制第一夹板401和第二夹板402之间的距离，第一夹板401和第二夹板402用于两侧卡住虚拟现实眼镜而将虚拟现实眼镜避障辅助装置夹在虚拟现实眼镜上。在本实施例中，第一夹板401和第二夹板402为上下夹持，当然在其他实施例中，第一夹板401和第二夹板402也可以左右夹持，且均在本发明的保护范围内。

在本实施例中，夹持部件的弹簧403设置在壳体1后方的内侧，第一夹板401和弹簧403之间设置用于连接第一夹板401和弹簧403的连接滑杆404，弹簧403的另一端连接第二夹板402，弹簧403和连接滑杆404封闭在壳体1后方侧壁和设置在壳体前方侧壁和壳体后方侧壁之间的压板5所形成的封闭空间内，且连接滑杆404在该封闭空间内滑动。当然，在其他实施例中，夹持部件也可以设置在壳体后方的外侧，通过例如螺栓等连接件固定在壳体1上。

实施例2

一种虚拟现实眼镜避障辅助系统，包括实施例1中的虚拟现实眼镜避障辅助装置和手持式控制设备，虚拟现实眼镜避障辅助装置和手持式控制设备相连接，且虚拟现实眼镜避障辅助装置向手持式控制设备提供虚拟现实眼镜避障辅助装置与障碍物之间的距离信息。

虚拟现实眼镜避障辅助装置通过otg数据线6与手持式控制设备相连接并进行数据通讯。在其他实施例中，虚拟现实眼镜避障辅助装置也可以通过其他方式与手持式控制设备相连接，且均在本发明的保护范围内。

在本实施例中，手持式控制设备为智能手机，当然在其他实施例中，其他任意形式的手持式控制设备也都是可能的，且均在本发明的保护范围内。

实施例3

一种虚拟现实眼镜避障辅助系统的控制方法，包括：

（1）初始状态：超声波模块f、超声波模块u、超声波模块l和超声波模块r依次发射并接收超声波，循环采集四个方向的障碍物距离信息；

（2）运行状态：根据各超声波模块采集到的障碍物距离信息，提升对应障碍物距离较近的超声波模块的采样频率，降低对应障碍物距离较远的超声波模块的采样频率。

步骤（2）具体包括：

为了防止超声波模块之间的声波干涉，每次只有一个超声波模块在工作；对4个超声波模块的采样顺序进行调度，使距离近的模块采样频率较高一些，距离远的模块采样频率较低一些，记d1，d2，d3，d4分别为四个传感器采集到的距离：

（201）将d1，d2，d3，d4按照距离值进行聚类；

（202）记聚类后形成的组有k个，给聚类后的各组按照该组的平均距离值由大到小分配1到k的权重；权重越大对应距离越近，说明需要采样的频率越快；当然，在其他实施例中，也可以分配1-k范围之外的其他权重，权重可以为整数，也可以不为整数，且都在本发明的保护范围内。

（203）然后根据每个模块的权重情况安排采样的顺序；

（204）按照该顺序采样，一个循环结束后，将d1，d2，d3，d4更新为最近的采样值，进行下一次循环。

步骤（201）具体包括：

（a）将d1，d2，d3，d4按照大小排序，得到一维数组d4；

（b）计算d4的标准离差率kd4；

（c）判断若kd4小于设定阈值th，则d1，d2，d3，d4视作同一类，完成聚类；若kd4不小于设定阈值th，则进入步骤（d）；

（d）d4前三个元素构成的一维数组记为d31，计算d31的标准离差率kd31；

（e）判断若kd31小于设定阈值th，则d31中对应的元素视作同一类，d4后一个元素单独成类，完成聚类；若kd31不小于设定阈值th，则进入步骤（f）；

（f）d4后三个元素构成的一维数组记为d32，计算d32的标准离差率kd32；

（g）判断若kd32小于设定阈值th，则d32中对应的元素视作同一类，d4前一个元素单独成类，完成聚类；若kd32不小于设定阈值th，则进入步骤（h）；

（h）d4前两个元素构成的一维数组记为d21，计算d21的标准离差率kd21；

（i）判断若kd21小于设定阈值th，则d21中对应的元素视作同一类，进入步骤（n）；若kd31不小于设定阈值th，则进入步骤（j）；

（j）d4中间两个元素构成的一维数组记为d22，计算d22的标准离差率kd22；

（k）判断若kd22小于设定阈值th，则d22中对应的元素视作同一类，d4的第一个元素和最后一个元素单独成类，完成聚类；若kd22不小于设定阈值th，则进入步骤（l）；

（l）d4后两个元素构成的一维数组记为d23，计算d23的标准离差率kd23；

（m）判断若kd23小于设定阈值th，则d23中对应的元素视作同一类，d4中前两个元素各成一类，完成聚类；若kd23不小于设定阈值th，则d1，d2，d3，d4各自成为一类，完成聚类；

（n）d4后两个元素构成的一维数组记为d23，计算d23的标准离差率kd23；

（o）判断若kd23小于设定阈值th，则d23中对应的元素视作同一类，完成聚类；若kd23不小于设定阈值th，则d23中对应元素各自单独成一类，完成聚类。

步骤（203）具体包括：步骤（202）分出k类，此时存在由1到k共计k种权重。若：

k=4：记权重为1~4的类中元素各自对应的超声波模块分别为c1、c2、c3、c4，此时按照c4-c3-c2-c3-c4-c1-c4-c3-c2的顺序进行采样。

k=3：此时存在一类中有两个元素。若有两个元素的类的权重为3，记该类中元素对应的超声波模块为c3a、c3b，权重为1、2的类中元素各自对应的超声波模块分别为c1、c2，此时按照c3a-c3b-c2-c3a-c1-c3b-c2-c3a-c3b的顺序采样；若有两个元素的类的权重为2，记该类中元素对应的超声波模块为c2a、c2b，权重为1、3的类中元素各自对应的超声波模块分别为c1、c3，此时按照c3-c2a-c2b-c1-c3-c2a-c2b-c3的顺序采样；若有两个元素的类的权重为1，记该类中元素对应的超声波模块为c1a、c1b，权重为2、3的类中元素各自对应的超声波模块分别为c2、c3，此时按照c3-c2-c1a-c3-c1b-c2-c3的顺序采样。

k=2：若聚类成的两组元素数量均为2，记权重为1的类中元素对应超声波模块为c1a、c1b，记权重为2的类中元素对应超声波模块为c2a、c2b，此时按照c2a-c2b-c1a-c2a-c2b-c1b的顺序采样；若聚类成的两组元素数量为3和1，且元素数量为3的组权重为2，记权重为1的类中元素对应超声波模块为c1，记权重为2的类中元素对应超声波模块为c2a、c2b、c2c，此时按照c2a-c2b-c2c-c1-c2a-c2b-c2c的顺序采样；若聚类成的两组元素数量为3和1，且元素数量为3的组权重为1，记权重为1的类中元素对应超声波模块为c1a、c1b、c1c，记权重为2的类中元素对应超声波模块为c2，此时按照c1a-c2-c1b-c2-c1c的顺序采样。

k=1：此时共一类，记类中元素为c1a、c1b、c1c、c1d，按照c1a-c1b-c1c-c1d的顺序采样。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。