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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201720931043.0 (22)申请日 2017.07.28 (73)专利权人 歌尔科技有限公司 地址 266104 山东省青岛市崂山区北宅街 道投资服务中心308室 (72)发明人 姜双弟 (74)专利代理机构 青岛联智专利商标事务所有 限公司 37101 代理人 邵新华 (51)Int.Cl. A63F 13/212(2014.01) A63F 13/235(2014.01) A63F 13/25(2014.01) G06F 3/01(2006.01) (ESM)同样的。
2、发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种虚拟现实系统 (57)摘要 本实用新型涉及一种虚拟现实系统， 包括运 动座椅、 VR眼镜和至少一个姿态传感器； 运动座 椅包括座椅、 运动平台和控制单元； 运动平台包 括上平台、 下平台、 电缸以及运动铰链， 电缸的两 端分别通过运动铰链连接至上平台和下平台； 至 少一个姿态传感器至少包括用于与控制单元通 信的第一姿态传感器和/或第二姿态传感器； 运 动座椅与VR眼镜通信， 并且控制单元在接收到至 少一个姿态传感器反馈的姿态角数据后控制电 缸动作。 该虚拟现实系统用于增强用户的体验感 和沉浸感， 避免给用户带来眩晕感， 从而提升产 品卖点。。
3、 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 206980052 U 2018.02.09 CN 206980052 U 1.一种虚拟现实系统， 其特征在于， 所述虚拟现实系统包括运动座椅、 VR眼镜和至少一 个姿态传感器； 所述运动座椅包括座椅、 运动平台和控制单元； 所述运动平台包括上平台、 下平台、 电缸以及运动铰链， 所述电缸的两端分别通过所述 运动铰链连接至所述上平台和所述下平台； 所述至少一个姿态传感器至少包括用于与所述控制单元通信的第一姿态传感器和/或 第二姿态传感器； 所述运动座椅与所述VR眼镜通信， 并且所述控制单元在接收到所述至少 一个姿态传感器反馈的姿态角数据后控制所述电。
4、缸动作。 2.根据权利要求1所述的虚拟现实系统， 其特征在于， 所述第一姿态传感器设置在位于 所述座椅上的用户的肩部， 和/或， 所述第二姿态传感器设置在位于所述座椅上的用户的头 部。 3.根据权利要求1或2所述的虚拟现实系统， 其特征在于， 还包括传感器支架， 当所述至 少一个姿态传感器包括第一姿态传感和第二姿态传感器时， 所述第一姿态传感器和第二姿 态传感器通过安装在所述传感器支架上而分别固定于所述座椅上的用户的肩部和头部。 4.根据权利要求3所述的虚拟现实系统， 其特征在于， 还包括设置在位于所述座椅上的 用户的身体上的激光测距传感器， 用于测量所述用户与固定参考目标之间的距离； 所述激。
5、 光测距传感器与所述控制单元通信。 5.根据权利要求4所述的虚拟现实系统， 其特征在于， 所述激光测距传感器设置在所述 用户侧耳或额头上。 6.根据权利要求5所述的虚拟现实系统， 其特征在于， 所述激光测距传感器通过安装在 所述传感器支架上而固定于与所述用户侧耳或额头上。 7.根据权利要求1或2所述虚拟现实系统， 其特征在于， 还包括LED指示灯， 其通过发光 指示电路与所述控制单元连接。 8.根据权利要求1或2所述的虚拟现实系统， 其特征在于， 所述运动座椅包括无线通信 模块， 所述控制单元通过所述无线通信模块与所述VR眼镜通信。 9.根据权利要求1或2所述的虚拟现实系统， 其特征在于， 还。
6、包括设置在所述运动座椅 内的终端， 所述终端与所述VR眼镜通信且用于向所述VR眼镜传递音视频信号。 10.根据权利要求9所述的虚拟现实系统， 其特征在于， 所述终端包括第一无线通信模 块， 所述VR眼镜包括第二无线通信模块， 所述终端通过所述第一无线通信模块和第二无线 通信模块与所述VR眼镜无线通信， 用于向所述VR眼镜传递音视频信号。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 206980052 U 2 一种虚拟现实系统 技术领域 0001 本实用新型属于运动座椅技术领域， 具体涉及一种用于运动座椅的虚拟现实系 统。 背景技术 0002 传统座椅具有单一性， 多数只能满足用户休息的需求。 0。
7、003 虚拟现实(Virtual Reality， 简称VR)技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计 算机仿真系统， 它利用计算机生成一种模拟环境， 是一种多源信息融合的、 交互式的三维动 态视景和实体行为的系统仿真。 0004 随着VR技术的快速发展， 通过佩戴VR眼镜使用户沉浸在该环境中， 而用户所坐座 椅不动， 导致用户佩戴VR眼镜时易出现眩晕问题以及玩家沉浸感不足的问题。 实用新型内容 0005 本实用新型提供一种虚拟现实系统的目的在于， 增强用户的体验感和沉浸感， 避 免给用户带来眩晕感， 从而提升产品卖点。 0006 为了解决上述技术问题， 本实用新型所提出如下技术方案予以解决： 0。
8、007 一种虚拟现实系统， 其特征在于， 所述虚拟现实系统包括运动座椅、 VR眼镜和至少 一个姿态传感器； 所述运动座椅包括座椅、 运动平台和控制单元； 所述运动平台包括上平 台、 下平台、 电缸以及运动铰链， 所述电缸的两端分别通过所述运动铰链连接至所述上平台 和所述下平台； 所述至少一个姿态传感器至少包括用于与所述控制单元通信的第一姿态传 感器和/或第二姿态传感器； 所述运动座椅与所述VR眼镜通信， 并且所述控制单元在接收到 所述至少一个姿态传感器反馈的姿态角数据后控制所述电缸动作。 0008 进一步地， 所述肩部第一姿态传感器设置在位于所述座椅上的用户的肩部， 和/ 或， 所述头部第二姿。
9、态传感器设置在位于所述座椅上的用户的头部。 0009 进一步地， 为了便于固定第一姿态传感器和第二姿态传感器， 所述虚拟现实系统 还包括传感器支架， 当所述至少一个姿态传感器包括第一姿态传感和第二姿态传感器时， 所述第一姿态传感器和第二姿态传感器通过安装在所述传感器支架上而分别固定于所述 座椅上的用户的肩部和头部。 0010 进一步地， 为了在用户运动过程中实时检测用户与固定目标的距离， 使得用户位 置更加精确， 所述用于运动座椅的虚拟现实系统还包括设置在位于所述座椅上的用户的身 体上的激光测距传感器， 用于测量用户与固定目标之间的距离； 所述激光测距传感器与所 述控制单元通信连接。 0011。
10、 进一步地， 所述激光测距传感器设置在所述用户侧耳或额头上。 0012 进一步地， 为了便于固定激光测距传感器， 所述激光测距传感器通过安装在所述 传感器支架上而固定于与所述用户侧耳或额头上。 0013 进一步地， 所述虚拟现实系统还包括LED指示灯， 其通过发光指示电路与所述控制 说 明 书 1/4 页 3 CN 206980052 U 3 单元连接。 0014 进一步地， 所述运动座椅包括无线通信模块， 所述控制单元通过所述无线通信模 块与所述VR眼镜通信。 0015 进一步地， 在除了VR眼睛自身提供音视频信号之外， 也可以通过外界的音视频信 号源对VR眼镜提供音视频信号， 所述虚拟现实。
11、系统还包括设置在所述运动座椅内的终端， 所述终端与所述VR眼镜通信且用于向所述VR眼镜传递音视频信号。 0016 进一步地， 为了避免终端和VR眼镜之间连接线路的牵绊， 所述终端包括第一无线 通信模块， 所述VR眼镜包括第二无线通信模块， 所述终端通过所述第一无线通信模块和第 二无线通信模块与所述VR眼镜无线通信， 用于向所述VR眼镜传递音视频信号。 0017 与现有技术相比， 本实用新型的虚拟现实系统的优点和有益效果是： 通过检测佩 戴VR眼镜的用户的头部姿态和/或肩部姿态， 得到用户的姿态角数据， 并且控制单元根据VR 眼镜当前播放的视频信号和姿态角数据控制电缸的伸缩长度， 从而实现运动座。
12、椅与用户三 维姿态的同步运动， 增强用户玩VR游戏的体验感和沉浸感， 降低VR游戏带来的眩晕感， 改善 用户体验效果， 提升运动座椅的卖点， 从而提高产品竞争力。 附图说明 0018 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对本实用 新型实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简要介绍， 显而易见地， 下面描述的 附图是本实用新型的一些实施例， 对于本领域的普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动 的前提下， 还可以根据这些附图获得其他附图。 0019 图1为本实用新型的一种虚拟现实系统的原理框图。 具体实施方式 0020 为使本实用新型实施例的目的、 技术方案和优点更。
13、加清楚， 下面将结合本实用新 型实施例中的附图， 对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描 述的实施例是本实用新型一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本实用新型中的实施 例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于 本实用新型保护的范围。 0021 为了使VR运动座椅与佩戴VR眼镜5的用户的运动实现同步， 如图1所示， 本实施例 涉及一种虚拟现实系统， 包括运动座椅、 VR眼镜5和至少一个姿态传感器； 运动座椅包括座 椅、 运动平台4和控制单元1， 其中运动平台4包括上平台、 下平台、 电缸4-1和运动铰链， 其中 电缸4。
14、-1的两端分别通过运动铰链连接至上平台和下平台； 至少一个姿态传感器至少包括 用于与控制单元1连接的第一姿态传感器和/或第二姿态传感器； 该运动座椅与VR眼镜5通 信， 并且控制单元1在接收到至少一个姿态传感器反馈的姿态角数据后控制电缸4-1动作。 0022 具体地， 用户坐在运动座椅的座椅上， 该运动座椅由运动平台支撑且根据电缸4-1 的伸缩杆的伸缩而运动， 为了精确采集用户的姿态角数据， 在本实施例中， 头部姿态传感器 2设置在用户的头顶上， 而肩部姿态传感器3设置在用户的一个肩部上方， 为了保持各个传 感器的稳定性， 头部姿态传感器2和肩部姿态传感器3可以通过传感器支架 （未示出） 设置。
15、在 用户身体上。 当用户佩戴上VR眼镜5开始游戏之前， 需要使身体保持端正姿态， 以便对头部 说 明 书 2/4 页 4 CN 206980052 U 4 姿态传感器2和肩部姿态传感器3进行复位， 并将此状态作为初始状态或初始位置。 0023 在本实施例中， 头部姿态传感器2和肩部姿态传感器3分别实时检测头部和肩部的 姿态变动， 用来描述其头部和肩部相对于地球坐标系的三维姿态 （即三个方向 （包括滚动方 向、 俯仰方向和偏转方向） 的姿态角） 的变化情况， 然后将头部姿态传感器2检测到的头部姿 态变化数据和肩部姿态传感器3检测到的肩部姿态变化数据传输至控制单元1， 控制单元1 综合上述数据将用。
16、户总的姿态角数据表示为四元素数据， 即， 捷联 姿态惯导系统姿态算法中的捷联矩阵可以由四元素法表示并且根据捷联姿态矩阵和姿态 角的关系， 可以将四元素带入捷联矩阵T， 反解计算以得出分别在滚动方向、 俯仰方向和偏 转方向上的姿态角 （包括横摇角 、 纵摇角 和航向角 ） 。 0024 在计算载体姿态角时， 当只关心载体坐标系 （记为b系） 相对于导航坐标系 （记为n 系） 的角位置时， 可以认为载体坐标系是由导航坐标系经过一次等效旋转形成的， 即载体的 角位置可以通过绕空间某个轴转过某个角度得到， 四元素q提供了这种数学描述且包含了 这种等效旋转的全部信息， 矢量R在载体在b系和n系上的投影关。
17、系为， 即 0025 （1.1） 0026其中是矢量R在n系上的投影，是矢量R在b系上的投影， 为坐 标旋转矩阵。 此外， 捷联矩阵可以表示为载体坐标系到导航坐标系的坐标变换方向余弦 矩阵， 如下公式 （1.2） 表示捷联矩阵， 其是姿态角 （ 、） 的函数： 0027 （1.2） 0028通过对比公式 （1.1） 和公式 （1.2） ， 可以计算得出航向角 、 纵摇角 和横摇角 ， 在 本实施例中， 航向角 、 纵摇角 和横摇角 的姿态角可以通过MATLAB和C语言编程得以实现。 0029 本实施例中， 运动平台4包括四自由度可伸缩的电缸4-1， 例如控制单元1根据当前 播放的视频信号通过一。
18、系列算法解算出电缸4-1关于姿态角 （ 、） 可伸缩的长度， 从而在 运动形式上实现座椅根据用户姿态角数据而同步变化的运动感觉。 0030 进一步地， 为了使用户位置更加精确， 结合头部姿态传感器2和肩部姿态传感器3， 利用传感器支架在用户一侧耳上安装有激光测距传感器6， 当然该激光测距传感器4也可以 安装在用户的额头上或其他便于检测与固定目标距离的位置处， 在用户对面寻找一个固定 参考点， 在用户处于初始位置时， 以激光测距传感器6和该参考点之间的距离作为初始数 据， 在用户头部动作时， 激光测距传感器6发出可见激光开始实时测量用户与固定目标的相 对距离， 并将该相对距离传递至控制单元1， 。
19、该距离数据结合头部姿态数据和肩部姿态数 据， 使得用户的位置更加精确， 从而更好地改善用户与运动平台4的同步运动， 防止出现眩 晕等不舒适感， 提升用户满意度。 0031 VR眼镜5可以本身配置有主控芯片， 用于播放音视频信号， 为了便于信号的传输， 在运动座椅中配置有无线通信模块， 该音视频信号可以通过无线通信模块发送至控制单元 1， 便于控制单元1根据音视频信号解算出电缸4-1关于姿态角 （ 、） 可伸缩的长度。 替代 说 明 书 3/4 页 5 CN 206980052 U 5 地， 可以在运动座椅内集成有终端 （例如电脑） ， 终端与VR眼镜5通信且用于向VR眼镜5传送 音视频信号； 。
20、优选地， 为了避免有线连接的牵绊， 终端内设置有第一无线通信模块， VR眼镜5 内设置有第二无线通信模块， 该第一无线通信模块和第二无线通信模块可以为WiFi模块， 用于视频图像及游戏内容等信号的无线传输， 方便两者数据交互。 0032 进一步地， 还可以在运动座椅 （例如在用户坐在运动座椅上时便于眼睛能观察到 的位置） 上设置LED指示灯7， 该指示灯7通过发光指示电路 （未示出） 与控制单元1连接， 用于 指示VR眼镜5是否与例如电脑等终端正常连接或在两者连接错误时起到警示或报错指示功 能。 0033 本实施例的虚拟现实系统， 通过检测佩戴VR眼镜5的用户的头部姿态和肩部姿态， 得到用户的。
21、姿态角数据， 并且控制单元1根据当前播放的视频信号和姿态角数据控制电缸 4-1的伸缩长度， 从而实现运动座椅与用户三维姿态的同步运动， 增强用户玩VR游戏的体验 感和沉浸感， 降低VR游戏带来的眩晕感， 改善用户体验效果， 提升运动座椅的卖点， 从而提 高产品竞争力。 0034 最后应说明的是： 以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案， 而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解： 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等 同替换； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术 方案的精神和范围。 说 明 书 4/4 页 6 CN 206980052 U 6 图1 说 明 书 附 图 1/1 页 7 CN 206980052 U 7 。