本發(fā)明涉及機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于觀看電影的機(jī)電系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

目前4D電影涉及的機(jī)電系統(tǒng)中主要有座椅、多自由度平臺、控制系統(tǒng)、以及執(zhí)行系統(tǒng)。在觀看4D電影時，座椅能夠按照影片的內(nèi)容發(fā)生運(yùn)動，例如模擬交通工具的顛簸等。

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的一種用于實(shí)現(xiàn)4D電影座椅操縱系統(tǒng)的主要組成部分的示意圖。如圖1所示，座椅11安裝在多自由度平臺12上；控制系統(tǒng)13與執(zhí)行系統(tǒng)14連接，用于根據(jù)預(yù)先按電影內(nèi)容設(shè)置的座椅運(yùn)動方式對執(zhí)行系統(tǒng)14進(jìn)行控制；執(zhí)行系統(tǒng)14與多自由度平臺12連接，用于在控制系統(tǒng)13的控制下改變多自由度平臺12的姿態(tài)。

穿戴式顯示設(shè)備在近年來得到了越來越多的應(yīng)用，VR(虛擬現(xiàn)實(shí))頭盔或VR眼鏡是其中常見的品種。穿戴式顯示設(shè)備具有顯示元件即屏幕，并且還具有陀螺儀等裝置，能夠檢測穿戴者的一些運(yùn)動。目前的穿戴式顯示設(shè)備通常應(yīng)用于提供虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺場景。如何擴(kuò)展穿戴式顯示設(shè)備的應(yīng)用范圍，成為目前研究和應(yīng)用關(guān)心的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是要提供一種用于觀看電影的機(jī)電系統(tǒng)及其控制方法，擴(kuò)展了穿戴式顯示設(shè)備在觀看電影時的應(yīng)用方式，并且有更好的用戶體驗(yàn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于觀看電影的機(jī)電系統(tǒng)。

本發(fā)明的用于觀看電影的機(jī)電系統(tǒng)，包括座椅、多自由度平臺、控制系統(tǒng)、以及執(zhí)行系統(tǒng)，其中：所述座椅安裝在所述多自由度平臺上；所述控制系統(tǒng)與所述執(zhí)行系統(tǒng)連接，用于根據(jù)按照電影內(nèi)容預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動方式，在電影播放進(jìn)度到達(dá)該內(nèi)容時向所述執(zhí)行系統(tǒng)輸出控制信號；所述執(zhí)行系統(tǒng)與所述多自由度平臺連接，用于根據(jù)所述控制信號，使該多自由度平臺以所述運(yùn)動方式進(jìn)行運(yùn)動；所述機(jī)電系統(tǒng)還包括帶有陀螺儀的穿戴式顯示設(shè)備以及水平轉(zhuǎn)盤，所述按照電影內(nèi)容預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動方式還包括水平旋轉(zhuǎn)；所述穿戴式顯示設(shè)備與所述控制系統(tǒng)連接，用于將該穿戴式顯示設(shè)備的水平偏轉(zhuǎn)角度信息和電影播放進(jìn)度信息發(fā)送給所述控制系統(tǒng)；所述水平轉(zhuǎn)盤連接在所述多自由度平臺的下方，并且與所述控制系統(tǒng)連接；所述控制系統(tǒng)還用于根據(jù)所述水平偏轉(zhuǎn)角度的信息和/或所述控制信號對所述水平轉(zhuǎn)盤進(jìn)行控制。

可選地，所述水平轉(zhuǎn)盤包括伺服電機(jī)、蝸桿、以及齒盤，其中：所述伺服電機(jī)與所述控制系統(tǒng)連接，并與所述蝸桿連接；所述蝸桿與所述齒盤嚙合；所述齒盤與所述多自由度平臺連接。

可選地，所述多自由度平臺具有6自由度，分別是橫滾、俯仰、搖擺、水平位移、橫向位移、垂直位移。

可選地，所述執(zhí)行系統(tǒng)包括互相連接的伺服電機(jī)和電缸；所述伺服電機(jī)與所述控制系統(tǒng)連接；所述電缸和所述多自由度動運(yùn)平臺連接。

可選地，所述執(zhí)行系統(tǒng)包括互相連接的伺服電磁閥和液壓缸；所述伺服電磁閥與所述控制系統(tǒng)連接；所述液壓缸和所述多自由度動運(yùn)平臺連接。

可選地，所述執(zhí)行系統(tǒng)包括互相連接的伺服電機(jī)和擺臂連桿機(jī)構(gòu)，所述擺臂連桿機(jī)構(gòu)用于將旋轉(zhuǎn)輸入轉(zhuǎn)換為直線輸出；所述伺服電機(jī)與所述控制系統(tǒng)連接；所述擺臂連桿機(jī)構(gòu)和所述多自由度動運(yùn)平臺連接。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于觀看電影的機(jī)電系統(tǒng)的控制方法。

本發(fā)明的用于觀看電影的機(jī)電系統(tǒng)的控制方法，所述機(jī)電系統(tǒng)為權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的機(jī)電系統(tǒng)，該方法包括：所述控制系統(tǒng)接收所述穿戴式顯示設(shè)備發(fā)來的電影播放進(jìn)度的信息，并且根據(jù)該電影播放進(jìn)度的信息控制所述水平轉(zhuǎn)盤的水平旋轉(zhuǎn)；在所述水平轉(zhuǎn)盤水平旋轉(zhuǎn)時，所述控制系統(tǒng)接收所述水平轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角信息，并且接收所述穿戴式顯示設(shè)備發(fā)來的水平偏轉(zhuǎn)角度信息；所述控制系統(tǒng)判斷所述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角與所述水平偏轉(zhuǎn)角度是否相等，若是，則控制所述穿戴式顯示設(shè)備的視角轉(zhuǎn)角為所述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角，否則根據(jù)預(yù)設(shè)權(quán)重計(jì)算所述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角與所述水平偏轉(zhuǎn)角度的加權(quán)和，再控制所述穿戴式顯示設(shè)備的視角轉(zhuǎn)角為所述加權(quán)和，其中所述水平偏轉(zhuǎn)角度的權(quán)重小于所述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角的權(quán)重。

可選地，還包括：所述控制系統(tǒng)判斷所述水平偏轉(zhuǎn)角度大于預(yù)設(shè)的臨界角度的時長是否達(dá)到預(yù)設(shè)時長，若是，則控制所述穿戴式顯示設(shè)備的視角轉(zhuǎn)角自當(dāng)前值起持續(xù)增大直至預(yù)設(shè)的視角轉(zhuǎn)角最大值。

可選地，還包括：所述預(yù)設(shè)的臨界角度為60°，所述預(yù)設(shè)時長范圍是[0.05S,0.1S]，所述預(yù)設(shè)的視角轉(zhuǎn)角最大值為180°。

可選地，還包括過濾所述水平偏轉(zhuǎn)角度以預(yù)設(shè)頻率的往復(fù)變化的角度。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在水平轉(zhuǎn)盤根據(jù)影片內(nèi)容進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，如果用戶轉(zhuǎn)動頭部，則進(jìn)一步追加穿戴式顯示設(shè)備視角的旋轉(zhuǎn)，使用戶能夠看到自己的轉(zhuǎn)頭動作帶來的視覺變化，有更真實(shí)的觀感。并且，為了使用戶能夠方便地觀看環(huán)幕電影，當(dāng)用戶頭部轉(zhuǎn)動角度達(dá)到設(shè)定值之后自動向用戶提供更大角度的視角，方便了用戶的操作，提高了用戶體驗(yàn)。

根據(jù)下文結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。

附圖說明

后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實(shí)施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中：

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的一種用于實(shí)現(xiàn)4D電影座椅操縱系統(tǒng)的主要組成部分的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于觀看電影的機(jī)電系統(tǒng)的主要組成部分的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的采用擺臂連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的執(zhí)行系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于觀看電影的機(jī)電系統(tǒng)的主要組成部分的示意圖。如圖2所示，該機(jī)電系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加了帶有陀螺儀的穿戴式顯示設(shè)備21以及水平轉(zhuǎn)盤22。

穿戴式顯示設(shè)備21可以是VR頭盔或VR眼鏡，以無線的方式例如紅外、藍(lán)牙等近距離通信方式與控制系統(tǒng)13連接，從而將該穿戴式顯示設(shè)備21的水平偏轉(zhuǎn)角度的信息發(fā)送給控制系統(tǒng)13。這里的水平偏轉(zhuǎn)角度，一般是使用者頭部左右轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生。該偏轉(zhuǎn)角度可以是用戶的視線方向與座椅初始位置的正前方的夾角。這里的視線是用戶兩眼向面部朝向的正前方的視線。控制系統(tǒng)13在現(xiàn)有技術(shù)中的功能的基礎(chǔ)上，還用于根據(jù)穿戴式顯示設(shè)備13的水平偏轉(zhuǎn)角度的信息對水平轉(zhuǎn)盤22進(jìn)行控制。

水平轉(zhuǎn)盤22連接在多自由度平臺12的下方，并且與控制系統(tǒng)13連接。因其盤面與水平面平行，旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)軸與水平面垂直(即旋轉(zhuǎn)時盤面仍保持在水平面內(nèi))，因此叫做水平轉(zhuǎn)盤。

本實(shí)施方式中，為了提高轉(zhuǎn)盤的安全性并且降低成本，采用了齒盤-蝸桿的結(jié)構(gòu)。具體而言，水平轉(zhuǎn)盤包括伺服電機(jī)、蝸桿、以及齒盤。齒盤水平方向布置，其邊緣具有齒；蝸桿豎直方向布置，其螺旋齒與齒盤的齒相配合，使蝸桿在繞其軸心旋轉(zhuǎn)時帶動齒盤旋轉(zhuǎn)；另有伺服電機(jī)與蝸桿同軸連接。這種方式與電機(jī)通過減速裝置連接到轉(zhuǎn)盤軸心這一通常控制轉(zhuǎn)盤的方式相比，需要的減速裝置的齒輪更少或不需減速裝置，降低了成本；而且在外力不合理地施加到齒盤，試圖使其轉(zhuǎn)動時，由于齒盤無法帶動蝸桿，從而形成自鎖以避免齒盤的轉(zhuǎn)動，提高了轉(zhuǎn)盤的安全性。

執(zhí)行系統(tǒng)的一種可選結(jié)構(gòu)是互相連接的伺服電機(jī)和電缸，伺服電機(jī)與計(jì)算處理裝置連接，根據(jù)計(jì)算處理裝置輸出的控制信號啟示或停止。執(zhí)行系統(tǒng)也可以采用伺服電磁閥和液壓缸等元件組成，由計(jì)算處理裝置控制伺服電磁閥，從而控制液壓缸的行程。

執(zhí)行系統(tǒng)的另一種可選結(jié)構(gòu)是采用擺臂連桿機(jī)構(gòu)，如圖3所示，圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的采用擺臂連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的執(zhí)行系統(tǒng)的示意圖。

本實(shí)施方式中，對于顯示設(shè)備的視角的控制，同時考慮水平轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動和用戶頭部轉(zhuǎn)動的效應(yīng)。具體而言，一方面，控制系統(tǒng)接收穿戴式顯示設(shè)備發(fā)來的電影播放進(jìn)度的信息，并且根據(jù)該電影播放進(jìn)度的信息控制水平轉(zhuǎn)盤的水平旋轉(zhuǎn)，例如電影內(nèi)容中包含交通工具的轉(zhuǎn)彎，則在播到該電影內(nèi)容時水平轉(zhuǎn)盤進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)，此時若用戶不轉(zhuǎn)動頭部，則穿戴式顯示設(shè)備的視角轉(zhuǎn)角即根據(jù)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角進(jìn)行變化；另一方面，如果在水平轉(zhuǎn)盤水平旋轉(zhuǎn)時，用戶還左右轉(zhuǎn)動頭部，則需向穿戴式顯示設(shè)備的視角轉(zhuǎn)角上疊加穿戴式顯示設(shè)備的水平偏轉(zhuǎn)角度，此時即計(jì)算水平轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角與穿戴式顯示設(shè)備的水平偏轉(zhuǎn)角度的加權(quán)和。水平轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角的權(quán)重范圍可以是[0,1]，穿戴式顯示設(shè)備的水平偏轉(zhuǎn)角度的權(quán)重范圍可以是[0,1]。

另外，對于環(huán)幕電影來說，視角轉(zhuǎn)角是覆蓋整個圓周，即[-180°,180°]。而通常來說根據(jù)電影內(nèi)容旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤和人的頭部都很少轉(zhuǎn)過如此范圍的角度，這就導(dǎo)致環(huán)幕的一部分難以被看到。為了使用戶方便地欣賞到環(huán)幕的全部，在本發(fā)明實(shí)施方式中，用戶的頭部在向右持續(xù)轉(zhuǎn)過一定角度的情況下，穿戴式顯示設(shè)備的視角轉(zhuǎn)角將自動持續(xù)增大，也就是自動地呈現(xiàn)更大視角的視頻內(nèi)容，直至視角轉(zhuǎn)角在當(dāng)前方向達(dá)到180°。類似地，如果用戶的頭部在向左持續(xù)轉(zhuǎn)過一定角度，穿戴式顯示設(shè)備自動呈現(xiàn)該角度至-180°的視頻內(nèi)容。

在觀看電影的過程中，由于座椅的晃動等其他原因，可能會導(dǎo)致用戶頭部的抖動，對于這種情況，本發(fā)明實(shí)施方式中，過濾穿戴式顯示設(shè)備的較高頻率的往復(fù)變化的角度，該頻率的范圍可以是[20Hz,50Hz]。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的技術(shù)方案，在水平轉(zhuǎn)盤根據(jù)影片內(nèi)容進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，如果用戶轉(zhuǎn)動頭部，則進(jìn)一步追加穿戴式顯示設(shè)備視角的旋轉(zhuǎn)，使用戶能夠看到自己的轉(zhuǎn)頭動作帶來的視覺變化，有更真實(shí)的觀感。并且，為了使用戶能夠方便地觀看環(huán)幕電影，當(dāng)用戶頭部轉(zhuǎn)動角度達(dá)到設(shè)定值之后自動向用戶提供更大角度的視角，方便了用戶的操作，提高了用戶體驗(yàn)。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。