本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實技術(shù)領域，特別是涉及一種生成運動數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和控制多軸運動設備的方法。

背景技術(shù)：

在電影或游戲中，為了提高用戶體驗，將用戶的座椅安裝在可運動的設備上，例如能夠升降和傾斜的平臺。對于電影來說，預先根據(jù)影片內(nèi)容設置平臺的運動方式，包括升降的高度和傾斜的角度。然而隨著用戶的要求越來越高，需要有運動方式更加豐富的設備以及相應的控制方式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要提供一種生成運動數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和控制多軸運動設備的方法，實現(xiàn)了對本發(fā)明提出的一種多軸運動設備的控制，使用戶在觀看電影時能夠得到更豐富的運動形式，從而有更佳的觀影體驗。

為達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種生成運動數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。

本發(fā)明的生成運動數(shù)據(jù)的系統(tǒng)包括多軸運動裝置和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其中：所述多軸運動裝置包括底座、第一臂、第二臂、以及第三臂；所述第一臂的第一端豎直地安裝在所述底座上并能夠繞所述第一臂的長度方向的軸線旋轉(zhuǎn)；所述第二臂的第一端與所述第一臂的第二端活動連接從而使二者之間夾角可變；所述第三臂的第一端與所述第二臂的第二端活動連接從而使二者之間夾角可變；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括第一至第三角度傳感裝置，以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；第一角度傳感裝置與所述第一臂連接，用于檢測所述第一臂的旋轉(zhuǎn)角度；第二角度傳感裝置與所述第二臂連接，用于檢測所述第二臂相對所述第一臂的擺動角度；第三角度傳感裝置與所述第三臂連接，用于檢測所述第三臂相對所述第二臂的擺動角度；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于根據(jù)所述第一至第三角度傳感裝置檢測到的角度信息得出所述第一臂的旋轉(zhuǎn)角度以及所述第二臂和第三臂的擺動角度。

可選地，所述第二臂的第一端與所述第一臂的第二端鉸接，鉸接處安裝有復位彈簧，使所述第二臂與所述第一臂的連接夾角發(fā)生改變之后能夠恢復到初始夾角；所述第三臂的第一端與所述第二臂的第二端鉸接，鉸接處安裝有復位彈簧，使所述第三臂與所述第二臂的連接夾角發(fā)生改變之后能夠恢復到初始夾角。

可選地，所述第一臂的第二端和所述第二臂的第一端套在一個彈性材料的彎管中，從而使所述第二臂的第一端與所述第一臂的第二端活動連接；所述第三臂的第一端和所述第二臂的第二端套在一個彈性材料的彎管中，所述第三臂的第一端通過第三軸與所述第二臂的第二端活動連接。

可選地，所述第一至第三角度傳感裝置是圓盤滑線電阻；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電源和模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中：所述電源用于向所述第一至第三角度傳感裝置以及所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置供電；所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置用于將所述第一至第三角度傳感裝置上的電壓模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種控制多軸運動設備的方法。

在本發(fā)明的控制多軸運動設備的方法中，該多軸運動設備包括：底座、第一臂、第二臂、第三臂、以及端頭部；所述第一臂豎直地安裝在所述底座上并能夠繞所述第一臂的長度方向的軸線旋轉(zhuǎn)，所述第二臂的第一端與所述第一臂的第二端鉸接，所述第三臂的第一端與所述第二臂的第二端鉸接，所述第一臂、第二臂、以及第三臂保持位于同一平面，所述端頭部安裝在所述第三臂的第二端，能夠繞所述第三臂的長度方向的軸線旋轉(zhuǎn)；所述方法包括如下步驟：在權(quán)利要求1至4任一項所述的多軸運動裝置受外力驅(qū)動從而在該多軸運動裝置所坐落的承載面上前進時，按預設采樣頻率記錄所述生成運動數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的第二臂的擺動角度系列值和第三臂的擺動角度系列值；所述承載面具有按照指定影片的指定場景中的運動物體的起伏而制作的對應于該處影片場景的崎嶇表面；播放所述指定影片，并且當播放到所述指定場景時，根據(jù)記錄的所述第二臂的擺動角度系列值控制所述多軸運動設備的第二臂的擺動，并且根據(jù)記錄的所述第三臂的擺動角度系列值控制所述多軸運動設備的第三臂的擺動。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，利用多軸系統(tǒng)的縮小化模型在設置好的承載面上前進，可以方便快速地得到用于控制多軸系統(tǒng)的運動數(shù)據(jù)系列。這種多軸系統(tǒng)具有較多的自由度，可以給用戶帶來豐富的運動感受。根據(jù)下文結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例的詳細描述，本領域技術(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描述本發(fā)明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術(shù)人員應該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方式的多軸機電系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施方式的一種生成運動數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實施方式

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方式的多軸機電系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)的示意圖，該多軸機電系統(tǒng)可用來播放電影。如圖1所示，多軸機電系統(tǒng)主要包括多軸運動設備1、控制系統(tǒng)2、以及電影播放裝置3。其中的多軸運動設備1主要包括底座10、第一臂11、第二臂12、第三臂13、以及端頭部14。

第一臂11豎直地安裝在底座10上并能夠繞第一臂的長度方向的軸線A(圖中以點劃線示出)旋轉(zhuǎn)。第二臂12的第一端與第一臂11鉸接，從而在第一臂11和第二臂12確定的平面(按圖中視圖即為紙面所在平面)內(nèi)二者能夠互相轉(zhuǎn)動。第三臂13的第一端與第二臂12的第二端鉸接，從而第二臂12和第三臂13能夠在上述平面內(nèi)互相轉(zhuǎn)動。

端頭部14安裝在第三臂13的第二端，能夠繞第三臂13的長度方向的軸線B(圖中點劃線)旋轉(zhuǎn)；端頭部14設置有座椅141，供觀看電影的用戶乘坐。端頭部14可以具有一個殼體，構(gòu)成一個能夠容納座椅141的艙體。

該座椅141的設置方式如圖中所示，即用戶背靠座椅141的靠背時，用戶的左右方向(即進入和穿出紙面的方向)是第一臂11的旋轉(zhuǎn)方向。

控制系統(tǒng)2與多軸運動設備1以及電影播放裝置3連接，用于根據(jù)電影播放裝置3所播放的電影進程來控制多軸運動設備1的運動。控制系統(tǒng)2的各個輸出端與第一臂11的操縱機構(gòu)(控制線路連接在底座10上)、第二臂12的操縱機構(gòu)、第三臂13的操縱機構(gòu)、端頭部14的操縱機構(gòu)連接。這些操縱機構(gòu)可采用現(xiàn)有的電動機以及相關(guān)傳動設備來實現(xiàn)。因為存在這些操縱機構(gòu)，因此上述各臂的運動是以主動的方式進行運動。控制系統(tǒng)2同樣與電影播放裝置3連接，該電影播放裝置可以是穿戴式顯示設備，也可以是固定在作為一個艙體的端頭部14內(nèi)部的一個顯示屏?？刂葡到y(tǒng)2可以基于計算機以及相關(guān)外圍設備來實現(xiàn)。

從多軸運動設備1的結(jié)構(gòu)可以看出，它使端頭部14具有多個維度的運動自由度，主要包括第一臂帶動下的水平方向的回環(huán)旋轉(zhuǎn)、第二臂和第三臂帶動下的升降和端頭部不同的俯仰角度(圖中示出了一種仰起的狀態(tài))、以及橫滾(如軸線B上的箭頭所示)。上述結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的平臺式的運動系統(tǒng)相比，運動自由度更豐富，有助于使用戶獲得更好的體驗。

在應用上述的多軸機電系統(tǒng)進行電影播放時，多軸運動設備1應當能夠根據(jù)影片內(nèi)容進行運動。例如在影片內(nèi)容中包含汽車在崎嶇道路上前進的場景，那么端頭部應當有升降和/或俯仰的運動；又如影片內(nèi)容中包含交通工具的翻滾，端頭部也應當進行橫滾。對于后者，開發(fā)人員可以直接根據(jù)影片內(nèi)容設置一系列的橫滾角度；對于前者，開發(fā)人員難以準確地直接設置第二軸和第三軸的轉(zhuǎn)角。對于此，本發(fā)明實施方式提出了一種生成運動數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，以下結(jié)合圖2對此加以說明。

如圖2所示，圖2是根據(jù)本發(fā)明實施方式的一種生成運動數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2中的生成運動數(shù)據(jù)的系統(tǒng)主要包括多軸運動裝置和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該多軸運動裝置基本可以看作是多軸運動設備1的一個縮小化模型，但不包含其中的操縱機構(gòu)以及其他一些部件。以下具體加以說明。

如圖2所示，多軸運動裝置200主要包括底座20、第一臂21、第二臂22、以及第三臂23。

第一臂21豎直地安裝在底座20上并能夠繞第一臂的長度方向的軸線A(圖中以點劃線示出)旋轉(zhuǎn)。第二臂22的第一端與第一臂21的第二端活動連接從而使二者之間夾角可變；第三臂23的第一端與第二臂22的第二端活動連接從而使二者之間夾角可變。

第二臂22與第一臂21之間、第三臂23與第二臂22之間，可采用鉸接的方式，鉸接處安裝有復位彈簧，使它們之間繞鉸接處旋轉(zhuǎn)之后能夠自動復位。復位彈簧的安裝使各臂不受外力的情況下具有一個初始姿勢。也可采用兩個彈性材料例如橡膠的彎管，各臂的連接端套入彎管內(nèi)，可以看出彎管的形狀提供了各臂的初始姿勢。

圖2所示的系統(tǒng)中，還包含一個數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括第一至第三角度傳感裝置(圖中未示出)，以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)24(線路連接在底座20上)。第一角度傳感裝置與第一臂21連接，用于檢測第一臂21的旋轉(zhuǎn)角度；第二角度傳感裝置與第二臂22連接，用于檢測第二臂22相對第一臂21的擺動角度；第三角度傳感裝置與第三臂23連接，用于檢測第三臂23相對第二臂22的擺動角度。上述的第一至第三角度傳感裝置可以是圓盤滑線電阻，按照圓盤滑線電阻的安裝方式固定在各臂之間的鉸接處。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)24用于根據(jù)第一至第三角度傳感裝置檢測到的角度信息得出第一臂21的旋轉(zhuǎn)角度以及第二臂和第三臂的擺動角度。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)24主要包含電源和模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，該電源用于向上述第一至第三角度傳感裝置以及該模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置供電；該模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置用于將上述第一至第三角度傳感裝置上的電壓模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。

應用圖2所示的系統(tǒng)，可以生成圖1中的多軸機電系統(tǒng)在播放影片時所需的運動數(shù)據(jù)。以下進行具體說明。

根據(jù)影片的場景，需要先準備一個承載面，承載面具有按照指定影片的指定場景中的運動物體的起伏而制作的對應于該處影片場景的崎嶇表面。具體而言，例如影片中有車輛在越野行駛，則可以根據(jù)野地的表面形狀制作承載面；又如影片中有船在大浪中行進，根據(jù)船只的起伏制作承載面。然后將圖2中的多軸運動裝置200放置在該承載面上。該多軸運動裝置200的底座20下方可以安裝輪，便于推動或拉動多軸運動裝置200在該承載面上運動。

人員可以用手推動或拉動多軸運動裝置200在該承載面上運動，以模擬影片一個場景中的物體例如交通工具的運動。此時由于慣性的作用，各臂會發(fā)生擺動。此時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)24按照設定的采樣頻率記錄第二角度傳感器和第三角度傳感器發(fā)來的擺動角度值，從而得到角度的系列值。在影片播放到上述場景時，調(diào)取該角度的系列值，根據(jù)該系列值控制多軸運動設備1中的第二臂的擺動以及第三臂的擺動。因為承載面是按照影片場景中的物體運動方式來制作，所以多軸運動裝置200中的各臂的運動近似地對應于多軸運動設備1中的各臂的運動。需要說明的是，在慣性的作用下，作為模型的多軸運動裝置200的第二臂和第三臂的夾角在物體上坡時會增大，但模擬影片中的上坡時，作為實際運動機構(gòu)的多軸運動設備1中的第二臂和第三臂的夾角應當減小，即上述兩個夾角之間的關(guān)系是取負值的關(guān)系。為了增大慣性，圖中第三臂的第二端可以安裝一個重物。

按照以上方式得到多軸運動設備1中的各臂的運動數(shù)據(jù)，只需將作為模型的多軸運動裝置200在承載面上驅(qū)動運行一遍即可，操作簡單方便，而且得到的運動數(shù)據(jù)可使多軸運動設備1的運動比較符合影片場景。

根據(jù)本發(fā)明實施方式的技術(shù)方案，利用多軸系統(tǒng)的縮小化模型在設置好的承載面上前進，可以方便快速地得到用于控制多軸系統(tǒng)的運動數(shù)據(jù)系列。這種多軸系統(tǒng)具有較多的自由度，可以給用戶帶來豐富的運動感受。

至此，本領域技術(shù)人員應認識到，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)明的范圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。