移动系统和装置的制造方法
【专利说明】移动系统和装置
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求申请系列号为61/717,761、申请日为2012年10月24日、标题为“Locomot1n System and Apparatus”的美国临时专利申请，其全部内容通过引用并入本文。本申请也要求申请系列号为61/757，986、申请日为2013年I月29日、标题为“Locomot1n System and Apparatus”的美国临时专利申请，其全部内容通过引用并入本文。
[0002]关于联邦政府资助的研发的声明不适用。
技术领域
[0003]本发明一般涉及可以与虚拟现实系统联合使用的移动设备。
[0004]在虚拟现实环境中，用户通常希望有自由行走的能力。特别是，在身体上行走或在现实环境中奔跑，并具有转化到虚拟环境中运动的能力显著增加用户在虚拟环境中的沉浸程度。然而，现实世界中的运动往往受限于物理空间限制(例如，用户所处的房间的尺寸)。因此，移动装置被设计成向用户提供自由行走的感觉，同时，将用户限制于特定的位置。例如，许多移动设备允许用户在具有有限尺寸的平台上360度自由行走，而不离开该平台。
[0005]常规的移动设备包括机动和非机动的设计，其可与虚拟现实环境联合用于多种应用中，包括但不限于游戏。除了游戏，应用的例子包括员工培训、作战训练、物理治疗、锻炼、虚拟工作环境、虚拟会议室(专业和个人目的)、体育运动模拟和培训，以及虚拟旅游、音乐会和活动。
[0006]机动移动设备通常使用传感器以检测用户的运动，并将反馈发送至用户在其上运动的驱动带条或辊的电动机。运行带条或辊以对抗用户的运动并在每个跨步之后使用户返回到平台的中心部分。机动移动设备也有很多缺点。例如，由于轧制和机动元件、传感器、处理单元和反馈回路，机动移动设备通常是复杂而昂贵的。另外，乳制和机动元件需要复杂算法以适当地对抗用户的动作。向电动机的不准确反馈可导致带条或辊的错误运动，这可能会导致用户失去平衡或偏离平台的中心。当用户加速时，还可以有反馈和响应延迟的问题，造成不正确的运动或响应太慢，潜在地使用户走下平台。此外，由于响应带条或辊的动作抵消了用户的动作，用户可能容易失去平衡和被绊倒。
[0007]除了机动移动设备操作问题之外，这种设备通常是庞大而笨重的，并且因此，不适合中等大小的住宅房间(例如，游戏室、客厅，或卧室)，并可能难以分解成用于运输和储存的模块化的元件。该设备必然庞大，以防止用户在进行正确的系统响应之前离开平台，因此，致使该设备不适于家用消费者使用。
[0008]非机动移动设备缺乏机动部件并依靠用户的运动和/或重力使用户在每一个跨步之后返回到该平台的中心。例如，全方位球轴承平台有数以百计的球轴承使用户行走到合适位置同时围绕用户腰部的束缚使用户保持在适当位置。全方位球轴承平台的主要问题是，用户不经历脚后跟-脚趾撞击运动的自然步态而是经历类似走在冰上的不稳定步态。该不稳定性导致脚后跟或脚趾不抬离该设备时脚拖曳，产生不自然的步态，降低用户在虚拟环境中的沉浸性。此外，由于多个辊部件，这些设备通常是沉重而昂贵的。
[0009]另一非机动移动设备是具有向上的光滑凹面的茶托状设备。用户通常穿专用的鞋子，然后“走”在平滑凹面上，反复来回滑动他/她的脚，而他/她的身体首要地保持在设备的中心。虽然茶托状设备相对简单、体积小，并且可以装在住宅房间，但有几个缺点。首先，由于凹面和专用的鞋(缺乏任何稳定脚的元件)的低摩擦特性，用户不经历脚后跟-脚趾撞击运动的自然步态的自然步态，而经历类似走在冰上的不稳定步态。因此，与采用自然跨步运动相反，用户被迫拖曳他/她的脚以帮助保持稳定。此外，在使用过程中没有任何安全机构或设备以防止用户掉落。
[0010]另一非机动移动设备是直径大约10英尺的中空球形大球。用户通过可更换面板进入球中并随着球绕其中心相对于周围环境转动，在球内行走。球设备也具有几个问题。首先，其难以并且不自然地启动和停止球运动，这可能会导致用户的不稳定。另外，由于球的大小必定受限，在行走区域不是平面，这也导致了更少的自然行走经历。除了球设备太庞大不能适应住宅房间之外，对于家庭消费者，这种市售的球成本也过高。
[0011]因此，仍然需要一种移动设备，使用户能在用户的家中私下安全地访问虚拟环境并同时提供更自然的行走步态的感觉。
【发明内容】
[0012]在此描述的实施例一般针对与虚拟环境技术一起使用的移动系统，其包括:被配置成支撑用户的平台、连接至该平台并从该平台向上延伸的系带支撑组件，和被配置成用户穿戴的安全系带，其中所述系带支撑组件包括支撑圈，该支撑圈位于该平台上方并且绕竖向中心轴延伸。该安全系带包括接口结构，该接口结构可移动地连接至该支撑圈。
[0013]在实施例中，与虚拟环境技术一起使用的移动系统包括被配置成支持用户的平台，连接至该平台并从该平台向上延伸的系带支撑组件，和安全系带，其中该系带支撑组件包括支撑圈，该支撑圈位于该平台上方并且绕竖向中心轴延伸，该安全系带包括被配置成用户穿戴的带条、连接至该带条的接口结构，和连接至该带条的竖直元件。该接口结构滑动地接合该支撑圈的上表面，并且该竖直元件设置在该支撑圈内并且被配置成限制该接口结构相对于该支撑圈的径向运动。
[0014]在实施例中，一种虚拟现实系统包括移动系统，该移动系统包括被配置成支持用户的平台，连接至该平台的系带支撑组件，和被配置成用户穿戴的安全系带。该系带支撑组件包括支撑圈，该支撑圈位于该平台上方并且绕竖向中心轴延伸，并且其中该安全系带被配置成相对于该支撑圈运动。该虚拟现实系统进一步包括处理单元、与该处理单元连通并被配置成检测并跟踪用户的运动的运动感应设备、与该处理单元相通信的视觉显示器，和被配置成用户持有的控制器。
[0015]在此描述的实施例包括旨在解决与某些现有设备、系统和方法相关的各种缺点的特征和优点的组合。前述内容已相当广泛地概述本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解本发明的下面详细描述。结合附图，阅读下面的详细描述，上述的各种特性以及其它特征，对本领域技术人员来说会是显而易见的。本领域技术人员应该认识到公开的概念和具体实施例可能被轻易地用作修改或设计其它结构以为施实本发明的相同目的。本领域技术人员也应当认识到这样的等效构造并不脱离权利要求阐述的本发明的精神和范围。
【附图说明】
[0016]结合附图，详细描述本发明的优选实施例，其中:
图1为根据在此描述的原理的移动系统的实施例的俯视图；
图2为图1的移动平台的分解透视图；
图3a为图1的移动平台的一部分的透视图；
图3b为图1的移动平台的一部分的透视图；
图4a为图1的移动平台的一部分的侧视图；
图4b为根据在此描述的原理的移动平台的一部分的可替换实施例的侧视图；
图5a为沿图3a的部分的顶表面延伸的通道和脊的剖面端视图；
图5b-5d为根据在此描述的原理的移动平台的一部分的顶表面可以设置的通道和脊的可替换实施例的剖面端视图；
图6a为与图1的移动平台一起使用的根据在此描述的原理的安全设备的实施例的侧视图；
图6b为图6a的安全设备的俯视图；
图7为与图1的移动平台一起使用的根据在此描述的原理的脚套的实施例的透视图； 图8为图7的脚套的仰视图；
图9为图7的脚套和图1的移动平台的一部分的透视图；
图10为根据在此描述的原理的移动系统的实施例的透视图；
图11为图31的移动平台和中心区和一部分的透视图；
图12a为图31的移动平台的一部分的前视透视图；
图12b为图31的移动平台的一部分的后视透视图；
图13a为图31的移动平台的一部分的侧视图；
图13b为根据在此描述的原理的移动平台的一部分的可替换实施例的侧视图；
图14为图31的移动平台的平台连接结构和基座的俯视图；
图15为图35的平台连接结构的一部分的透视图；
图16为图35的平台连接结构的部分透视图；
图17a为图31的移动平台的部分透视图；
图17b为图38a的移动平台的放大的部分透视图；
图18为图35的基座的一部分的透视图；
图19为图31的系统的俯视图；
图20为图31的移动系统的支撑环的放大的透视图；
图21为图41的支撑环的部分透视图；
图22为图31的移动系统的安全系带的透视图；
图23为与在此描述的移动平台的实施例一起使用的、根据在此描述的原理的脚套的实施例的透视图；
图24为与图31的移动系统一起使用的虚拟现实系统的示意图；
图25为根据在此描述的原理的安全系带支撑结构和移动系统的实施例的示意图； 图26为根据在此描述的原理的安全系带支撑结构和移动系统的实施例的示意图；
图27为与在此描述的移动系统一起使用的、根据在此描述的原理的安全系带支撑结构的实施例的示意图；
图28为与在此描述的移动系统一起使用的、根据在此描述的原理的安全系带的实施例的不意图；
图29a_29q为与在此描述的移动系统一起使用的、根据在此描述的原理的安全系带和支撑环的不同实施例的剖视图；
图30为与在此描述的移动系统一起使用的、根据在此描述的原理的安全系带的实施例的俯视图；以及
图31为与在此描述的移动系统一起使用的、根据在此描述的原理的安全系带和支撑环的实施例的侧面剖视图。
【具体实施方式】
[0017]下面的讨论针对各种示例性实施例。然而，本领域技术人员将理解的是，在此所公开的实施例应用广泛，并且任何实施例的讨论仅仅意味着是该实施例的示例，而非旨在暗示本发明(包括权利要求)的范围受限于该实施例。
[0018]在下面的描述和权利要求中使用的某些术语指的是特定的特征或元件。正如本领域技术人员会认识到，不同的人可以通过不同的名称表示相同的特征或元件。本文不打算区分名称不同但功能相同的元件或特征。附图不一定按比例绘制。在此，某些特征和元件可能以夸大的比例或以稍微示意的形式展示，并且为了清楚简明，可能不展示常规元件的一些细节。
[0019]在下面的讨论和权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放式使用，并且因此应当被解释为是指“包括，但不限于…”。此外，术语“连接”或“相连”意欲表示间接或直接连接。因此，如果第一设备连接至第二设备，则该连接可以是直接连接，或经由其它设备、部件和连接件的间接连接。作为另一例子，彼此接触或彼此滑动地接合的两个部件会是相连的。此外，在此使用的术语“轴向”和“轴向地”通常意味着沿着或平行于中心轴(例如，主体或端口的中心轴)，而术语“径向”和“径向地”通常意味着垂直于中心轴。例如，轴向距离是指沿着或平行于中心轴测得的距离，而径向距离是指垂直于中心轴测得的距离。
[0020]在此公开的移动设备和系统采用平台、安全组件，和摩擦力可变的脚套，其旨在解决与先前移动设备相关的某些缺点。所述移动设备使用户能使用他/她的自然步态同时练习将物理世界中的自由运动转化为虚拟环境中的运动。
[0021]现在参见图1，其展示了根据在此所述的原理的移动系统10的实施例。在本实施例中，移动系统10包括基座或平台100、连接至平台100的安全组件200，和摩擦力可变的鞋子或脚套300。如下文更详细地描述，系统10的用户使用鞋子300在平台100上站立并移动，而安全组件200提供在使用系统100期间保护用户的构件。
[0022]现在参见图2和3，在本实施例中，平台100具有竖向中心轴105并包括八个周向相邻的、大致三角形的部分110。每个平台部分110具有平坦的底表面或下表面120、平坦的背面130、平坦的左侧面140，和平坦的右侧面150，以及顶表面或上表面160。面130、140、150从下表面120垂直向上延伸，然而，如下文更详细地描述，上表面160的内部定向为平行于下表面120并且上表面160的外部分相对于下表面120以锐角定向。平台部分110设置成与另一平台部分周向相邻，使得每个左侧面140整体邻接相邻部分110的右侧面150整体。因为在该实施例中每个平台部分110是相同的，所以平台110是正多边形一所有长度相同的边绕共同的中心点对称。特别地，由于在该实施例中设有8个部分110，当所有的平台部分110完全对齐，平台100形成八角形。然而，在其它实施例中，可以设有不同数量的平台部分(例如，部分110)，使得平台100为不同的几何形状。例如，具有6个周向相邻部分的平台为六边形。优选地，平台100的直径或最大水平宽度在3.0和6.0英尺之间，并且更优选地在3.5和4.5英尺之间。
[0023]现在参见图3a和图3b，每个平台部分110包括中心区170、多个通道或槽180、通孔190，和连接机构135。每个部分110的长度Llltl (从在轴105的内边缘175至背面130水平测得)优选在18.0和34.0英寸之间，宽Wlltl (在左和右侧面140，150之间沿背面130水平测得)优选在16.0和30.0英寸之间，并且高度Hlltl (在顶面和底面160，120之间沿背面130竖直地测得)优选在2.0和12.0英寸之间。每个部分110由低摩擦系数的单一的材料，比如高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或具有低摩擦系数的任何其它合适的材料构成。
[0024]底面120位于平面，并且为三角形，外端点120a，120b与内端点120c是等距的。当描述平台100的各个部分110时，使用术语“内”和“外”涉及如图1所示的组装平台100，其中平台100的外边缘与每个部分110的背面130重合并且平台100的中心与每个部分110的内边缘175重合，该内边缘与中心轴105同轴。内边缘175包括上端175a和下端175b。底面120的内端点120c与中心轴105和内边缘175的下端175b重合。
[0025]背面130位于垂直于底面120的平面，从底面120轴向向上延伸至上表面160，并具有上边缘130a，下边缘130b，左边缘130c和右边缘130d。左和右侧面140，150，也定向为垂直于底面120，从背面130的左和右边缘130c，130d延伸，并终止于内边缘175。在本实施例中，左右侧面140，150之间的角A145为45度。但是应当理解的是，角A 145取决于用于形成平台100的部分110的数量。例如，如前面所论及，在实施例中，平台100可以由六个部分110组成，则角A145会是60度。在另一个实施例中，平台100可以由九个部分110组成，并且角A145为40度。
[0026]现在参见图3a，3b，和4a，顶表面160包括中心区170和倾斜部161。中心区170包括顶面170a、边缘170b (平行于背面130)，和内边缘175的上端点175a，上端点175a与轴105重合。三角形中心区顶面170a位于与底面120平行的平面。中心区170的长度L17tl(在边缘170b和上端点175a之间水平测得)优选在5.0和10.0英寸之间，宽度W17tl (在左和右侧面140，150之间沿边缘170b测得)优选在4.0和8.0英寸之间，并且高度H17tl (在中心区顶面170a和