一种全方位万向行动平台的控制方法技术

本发明专利技术属于VR行动设备领域，涉及一种全方位万向行动平台的控制方法，能够真实模拟行走、跑步、下蹲、跳跃、上坡、下坡等行动。只需要测出行动者对行动平台的力，即可通过改变行动平台的速度，使行动者在运动的同时，其重心相对于地面是静止的；通过行动者对行动平台的力计算出行动平台移动面的速度，进而计算出位移，应用到VR领域时，驱动机构将实时速度矢量传输处理器，由处理器计算出来的画面通过头戴设备反馈给行动者，实现行动者在虚拟世界中的行动模拟。本发明专利技术摆脱了辅助设备的束缚，仅通过监测行动者对移动面的力矢量即可实现移动面速度与行动者速度同步；配合头戴设备、手柄、体感服装等VR设备，可以最大限度的模拟真实场景。

A control method of omnidirectional gimbal platform

【技术实现步骤摘要】
一种全方位万向行动平台的控制方法
本专利技术属于VR行动设备领域，涉及一种全方位万向行动平台的控制方法，更具体地，涉及一种能够真实模拟行走、跑步、下蹲、跳跃、上坡、下坡等行动的全方位万向行动平台的控制方法。
技术介绍
随着虚拟现实技术的不断发展，它开始不断地进入我们的生活，人们对VR设备的沉浸式体验的要求也越来越高，同时也促进了VR终端模拟器的迅速发展。虚拟现实技术是利用计算机模拟出一个三维的虚拟空间，带给体验者感知和环境的模拟。体验者可以在模拟的虚拟世界中发挥主观能动性。但是现有的设备难以解决例如行走、跑步等动作的真实模拟，只是主动的带动移动装置运动，无法实现受力和移动的相互匹配，因此无法给予体验者真实的行动体验。例如在中国专利技术专利说CN2017111349683中公开的一种设计方案，该方案中利用弧型接触面、辅助支撑装置以及头戴设备的高度等综合来实现模拟运动，由于该模拟系统提供的受力情况并非体验者在真实状态下的受力情况，因此无法还原体验者真实的运动状态；KATVR万向行动平台需要体验者穿着KATSHOES鞋套，利用腰部辅助装置固定体验者，在特制圆形曲面上配合鞋套进行运动画面计算和模拟，但同样难以还原体验者真实的运动状态。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是在相同受力条件下体验者在行动平台上的运动状态与真实运动时的运动状态不匹配的缺陷，提供一种利用受力情况来控制行动平台移动速度以接近真实运动状态的控制方法。本专利技术的技术方案：原理：根据动量P＝mv，牛顿第二定律：F＝ma，可知动量P对时间t的导数为此时受到的力，因此只要确定力F，即可得出动量的增量，即：ΔP＝FΔt，确定质量m后就可得出速度的增量因此，对于全方位行动平台，只需要测出行动者对行动平台的力，即可通过改变行动平台的速度，使行动者在运动的同时，其重心相对于地面是静止的；通过行动者对行动平台的力计算出行动平台移动面的速度，进而计算出位移，应用到VR领域时，驱动机构将实时速度矢量传输处理器，由处理器计算出来的画面通过头戴设备反馈给行动者，实现行动者在虚拟世界中的行动模拟。一种全方位万向行动平台的控制方法，所使用的全方位万向行动平台包括移动面、无线力传感器、数据接收器、驱动机构和处理器，无线力传感器安装在移动面上，传感范围能覆盖整个移动面，无线力传感器将移动面的受力数据传输给数据接收器，处理器通过数据接收器中的数据计算移动面的实时速度，并通过驱动机构控制移动面的速度；具体控制方法如下：(1)行动者在水平的一维方向上运动情况下无线力传感器仅监测水平一维方向上的力，无线力传感器监测的正方向与移动面正方向同向；行动者位于移动面上，当开始行动时，无线力传感器监测到移动面上的受力F矢量并传输到数据接收器，处理器通过公式(1)和(2)计算得出移动面的速度V矢量：其中：m为行动者质量，V0为行动者初始速度，F为无线力传感器监测到的力矢量，t为运动时间，V为移动面的速度矢量，P为行动者的动量矢量，Δt为处理器两次计算移动面速度矢量的时间间隔。处理器计算出移动面的速度V矢量后，传递给驱动机构，通过驱动机构控制移动面按照速度V矢量开始运动；当行动者改变速度时(加速或者减速)，F矢量同时变化，重新算得到V矢量，再传输至驱动机构，当Δt无穷小时，实现移动面速度与行动者速度的同步。(2)行动者在倾斜的一维方向上运动情况下(2.1)速度矢量计算方法一：无线力传感器仅监测沿斜面方向上的力矢量，移动面与水平面的夹角为θ，移动面的正方向沿斜面向上，无线力传感器监测的正方向与移动面正方向同向其中，行动者位于移动面上，当开始行动时，无线力传感器监测到F矢量，处理器通过公式(3)、(4)和(5)计算得出速度V矢量：F总＝F+mg×sinθ(3)其中：F总表示无线力传感器监测到的F矢量与行动者受到的重力沿移动面方向上的分量之和；(2.2)速度矢量计算方法二：无线力传感器仅监测水平方向上的力，移动面与水平面的夹角为θ，移动面的正方向沿斜面向上，无线力传感器监测的正方向与移动面正方向夹角为θ，其中，行动者位于移动面上，当开始运动时，无线力传感器监测到F矢量，处理器通过公式(6)和(7)计算得出速度V矢量：处理器通过(2.1)或(2.2)中的方法计算出速度V矢量后，传递给驱动机构，驱动机构控制移动面的运动速度的方法，同行动者在水平的一维方向上运动情况。(3)行动者在水平的二维平面上运动情况下无线力传感器仅监测水平二维方向上的力，无线力传感器监测的X正方向与移动面X正方向同向；行动者位于移动面上，当开始行动时，无线力传感器监测到F矢量并传至数据接收器，处理器将得到的F矢量数据分解到X和Y方向上，分别为Fx和Fy，通过公式(8)、(9)、(10)、(11)和(12)计算得出速度V矢量：V＝Vx+Vy(12)其中：Px为在X方向上的动量分量；Py为在Y方向上的动量分量；Vx0为移动面在X方向上的初始速度分量；Vy0为移动面在Y方向上的初始速度分量；Vx为移动面在X方向上的速度分量；Vy为移动面在Y方向上的速度分量；处理器计算出速度V矢量后，传递给驱动机构，驱动机构控制移动面的运动速度的方法，同行动者在水平的一维方向上运动情况。(4)行动者在倾斜的二维平面上运动情况下(4.1)速度矢量计算方法一：无线力传感器仅监测沿斜面方向上的力矢量，移动面与水平面的夹角为θ，移动面X正方向垂直于移动面与水平面的交线且沿斜面向上，无线力传感器监测的正方向与移动面X正方向同向，其中，行动者位于移动面上，当开始运动时，无线力传感器监测到F矢量并传至数据接收器，处理器将F矢量数据分解到X和Y方向上，分别为Fx和Fy，通过公式(13)、(14)、(15)、(16)、(17)和(18)计算得出速度V矢量：Fx总＝Fx+mg×sinθ(13)V＝Vx+Vy(18)其中：Fx总为无线力传感器监测到的F矢量在X方向上的分量与行动者受到的重力在X方向上的分量之和；(4.2)速度矢量计算方法二：无线力传感器仅监测水平方向上的力矢量，移动面与水平面的夹角为θ，移动面X正方向垂直于移动面与水平面的交线且沿斜面向上，无线力传感器监测的正方向与移动面X正方向夹角为θ，其中，行动者位于移动面上，当开始行动时，无线力传感器得到F矢量并传至数据接收器，处理器将得到的F矢量数据分解到X和Y方向上，分别为Fx和Fy，通过公式(19)、(20)、(21)、(22)和(23)计算得出速度V矢量：V＝Vx+Vy(23)处理器计算出速度V矢量后，传递给驱动机构，驱动机构控制移动面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全方位万向行动平台的控制方法，所使用的全方位万向行动平台包括移动面、无线力传感器、数据接收器、驱动机构和处理器，无线力传感器安装在移动面上，传感范围能覆盖整个移动面，无线力传感器将移动面的受力数据传输给数据接收器，处理器通过数据接收器中的数据计算移动面的实时速度，并通过驱动机构控制移动面的速度；其特征在于，具体控制方法如下：/n(1)行动者在水平的一维方向上运动情况下/n无线力传感器仅监测水平一维方向上的力，无线力传感器监测的正方向与移动面正方向同向；/n行动者位于移动面上，当开始行动时，无线力传感器监测到移动面上的受力F矢量并传输到数据接收器，处理器通过公式(1)和(2)计算得出移动面的速度V矢量：/n

【技术特征摘要】
1.一种全方位万向行动平台的控制方法，所使用的全方位万向行动平台包括移动面、无线力传感器、数据接收器、驱动机构和处理器，无线力传感器安装在移动面上，传感范围能覆盖整个移动面，无线力传感器将移动面的受力数据传输给数据接收器，处理器通过数据接收器中的数据计算移动面的实时速度，并通过驱动机构控制移动面的速度；其特征在于，具体控制方法如下：
(1)行动者在水平的一维方向上运动情况下
无线力传感器仅监测水平一维方向上的力，无线力传感器监测的正方向与移动面正方向同向；
行动者位于移动面上，当开始行动时，无线力传感器监测到移动面上的受力F矢量并传输到数据接收器，处理器通过公式(1)和(2)计算得出移动面的速度V矢量：






其中：m为行动者质量，V0为行动者初始速度，F为无线力传感器监测到的力矢量，t为运动时间，V为移动面的速度矢量，P为行动者的动量矢量，Δt为处理器两次计算移动面速度矢量的时间间隔；
处理器计算出移动面的速度V矢量后，传递给驱动机构，通过驱动机构控制移动面按照速度V矢量开始运动；
当行动者改变速度时，加速或者减速，F矢量同时变化，重新算得到V矢量，再传输至驱动机构，当Δt无穷小时，实现移动面速度与行动者速度的同步；
(2)行动者在倾斜的一维方向上运动情况下
(2.1)速度矢量计算方法一：
无线力传感器仅监测沿斜面方向上的力矢量，移动面与水平面的夹角为θ，移动面的正方向沿斜面向上，无线力传感器监测的正方向与移动面正方向同向其中，
行动者位于移动面上，当开始行动时，无线力传感器监测到F矢量，处理器通过公式(3)、(4)和(5)计算得出速度V矢量：
F总＝F+mg×sinθ(3)






其中：F总表示无线力传感器监测到的F矢量与行动者受到的重力沿斜面方向上的分量之和；
(2.2)速度矢量计算方法二：
无线力传感器仅监测水平方向上的力，移动面与水平面的夹角为θ，移动面的正方向沿斜面向上，无线力传感器监测的正方向与移动面正方向夹角为θ，其中，
行动者位于移动面上，当开始运动时，无线力传感器监测到F矢量，处理器通过公式(6)和(7)计算得出速度V矢量：






处理器通过(2.1)或(2.2)中的方法计算出速度V矢量后，传递给驱动机构，驱动机构控制移动面的运动速度的方法，同行动者在水平的一维方向上运动情况；
(3)行动者在水平的二维平面上运动情况下
无线力传感器仅监测水平二维方向上的力，无线力传感器监测的X正方向与移动面X正方向同向；
行动者位于移动面上，当开始行动时，无线力传感器监测到F矢量并传至数据接收器，处理器将得到的F矢量数据分解到X和Y方向上，分别为Fx和Fy，通过公式(8)、(9)、(10)、(11)和(12)计算得出速度V矢量：












V＝Vx+Vy(12...

【专利技术属性】
技术研发人员：于生明，
申请(专利权)人：于生明，
类型：发明
国别省市：辽宁;21