專利名稱：可變重力體驗(yàn)和產(chǎn)生沉浸式vr感受的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可變低重力/零重力模擬系統(tǒng)，通過基本上沉浸在流體環(huán)境中(“浮力機(jī)構(gòu)”)和使用助力機(jī)構(gòu)/機(jī)器人移位設(shè)備(例如機(jī)械外骨骼)，實(shí)現(xiàn)可變低重力/零重力狀況，以幫助用戶的運(yùn)動/重力補(bǔ)償和/或減輕或改變所述“浮力機(jī)構(gòu)”的重量和形狀引起的在使用對象軀干和四肢上的負(fù)載，從而用戶可以體驗(yàn)所模擬(可變)重力環(huán)境的效果， 例如零重力，在該情況下，用戶可以在無重力環(huán)境中不費(fèi)カ地運(yùn)動。當(dāng)與VR相關(guān)技術(shù)結(jié)合時，這可以產(chǎn)生用于地球外場景的生動沉浸式(immersive)模擬，且可以廣泛地用于娛樂、游戲、訓(xùn)練、治療等。
背景技術(shù)：
常規(guī)地，在地球上進(jìn)行時間上超過幾秒鐘的零重力或低重力模擬是困難和昂貴的。美國宇航局(NASA)使用不同模擬方法--包括使用飛機(jī)飛行拋物線路徑，或使用水下的加壓太空服。盡管這些方法可以有效地訓(xùn)練宇航員，但是它們都有一定的局限性用戶通常需要特殊的訓(xùn)練，以確保安全。因此，這些方法對于諸如娛樂領(lǐng)域的大眾使用來講仍然是
昂貴的。中性(平衡)浮力的水下訓(xùn)練也是已知技術(shù)，其由于能提供在地球上進(jìn)行微重力環(huán)境訓(xùn)練而被使用。這樣的訓(xùn)練系統(tǒng)與水下實(shí)驗(yàn)室一起用于訓(xùn)練宇航員。這些年來，由于在傳感器，計算機(jī)和電機(jī)/執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，助力機(jī)構(gòu)/機(jī)器人移位設(shè)備(例如，外骨骼(exoskeleton，或負(fù)重機(jī)器人))越來越普遍。正如專利申請TO2005099398、專利申請W02008094191和專利CN101357097所顯示的，還存在使用/控制助力機(jī)構(gòu)/機(jī)器人移位設(shè)備(例如外骨骼)來輔助用戶運(yùn)動和/或重力補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
美國宇航署(NASA)使用中性浮力訓(xùn)練進(jìn)行宇航員的EVA(艙外活動)(又稱太空行走)訓(xùn)練，這被證明是模擬低重力狀況的現(xiàn)實(shí)和有效途徑。然而，這需要把用戶浸入水箱中，并使他/她穿的太空服加壓。這需要特殊的訓(xùn)練和采取安全措施，以防止用戶的潛水/溺水相關(guān)的風(fēng)險。雖然在靜態(tài)情況下用戶的重量是由浮力補(bǔ)償，但是當(dāng)用戶移動時流體的粘滯將造成阻力/摩擦，這使得感受與太空中不同--在太空中的真空環(huán)境中沒有阻力。把用戶浸入在大水箱中在提供逼真的視覺環(huán)境(這一點(diǎn)對于如娛樂和可視化模擬的目的來說很重要)這方面也引起ー些挑戰(zhàn)，因?yàn)樗畬梢姽庾V的吸收是猛烈的和不均衡的，因此在經(jīng)過一定距離透過水看時難以提供白平衡的圖像。
通過在“浮力機(jī)構(gòu)/環(huán)境”(可能是類似服裝形狀的環(huán)境)中用流體/混合物層環(huán)繞用戶身體(而不是在用戶的眼睛前)，本發(fā)明可以解決上述困難。正如在中性浮力訓(xùn)練中一祥，用戶能夠服在服裝環(huán)境內(nèi)“浮動”，但簡化了過程并且消除了溺水的危險，因?yàn)橛脩舻念^部不被浸入水下。此外更多用戶在許多虛擬現(xiàn)實(shí)/模擬/訓(xùn)練和游戲的情況下不需要透過水獲得視覺信號，因此視覺顯示(例如用于視頻信號的模型和/或屏幕)可以遠(yuǎn)離用戶放置，以幫助用戶產(chǎn)生正確的空間距離感，這比在水下環(huán)境中運(yùn)作更簡單。然而，服裝本身的重量仍需要得到支撐。如果用戶需要支撐服裝的重量，例如當(dāng)他站立或試圖移動手臂或腿部時，會因?yàn)楦×C(jī)構(gòu)(可以是服裝形狀)的重量而感到沉重。助カ機(jī)構(gòu)/機(jī)器人移位設(shè)備，例如但不僅限于外骨骼，可以用于補(bǔ)償執(zhí)行任務(wù)所需的重力(以及其他可能的力/慣性等)，可以用來解決這個問題。這些設(shè)備通常可以“模仿”用戶姿勢變化/肢體動作，以及/或者“放大”用戶的力量，在一些情況下“可穿戴”。因此，可以很方便地與上述“浮力機(jī)構(gòu)”(可以是服裝形狀)相整合，組合系統(tǒng)可以依然有可能裝配在更大的服裝內(nèi)。圖I顯示了ー個例子。一些“可穿戴”外骨骼的形狀接近人形狀/體型(figure)，它不會很難放進(jìn)更大的“服裝”(或與人體型具有相似性的生物或物種的體型)內(nèi)部，使整 個系統(tǒng)看起來像ー個真正的太空服(或體型)。對于其他情況下，虛擬現(xiàn)實(shí)或混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以提供幫助，在本說明書稍后討論。在本發(fā)明的第一個實(shí)施例中，ー種用于可變重力體驗(yàn)和產(chǎn)生沉浸式VR感受的裝置，包括“浮力機(jī)構(gòu)”，所述浮力機(jī)構(gòu)利用流體或流體混合物來支撐使用對象的身體重量，所述“浮力機(jī)構(gòu)”具有柔性內(nèi)表面/層，所述內(nèi)表面/層對于所使用的流體/流體混合物是相對不可滲透的，且基本上覆蓋或“包裏”使用對象的整個身體區(qū)域，所述浮力機(jī)構(gòu)還具有至少ー個外表面層，以保持或“容納”用來“浮起”內(nèi)層里面的使用對象的流體或流體混合物，外層的形狀能夠是但不僅限于服裝形狀或部分類似服裝形狀，兩個表面/層之間存在多個艙室以容納流體/混合物，內(nèi)層的主要區(qū)域應(yīng)能為使用對象提供流體壓カ；用于使用對象的“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”(例如但不僅限于外骨骼)，其與"浮力機(jī)構(gòu)"相整合/聯(lián)接，以在使用對象占據(jù)“浮力機(jī)構(gòu)”時幫助使用對象的運(yùn)動/活動和/或減輕或改變所述“浮力機(jī)構(gòu)”的重量和形狀引起的在使用對象軀干和四肢上的負(fù)載，這可以是以下形式例如但并不限于，重力補(bǔ)償，不同的重力效果模擬等。在相關(guān)的實(shí)施例中，“浮力機(jī)構(gòu)”可以具有多個部分，各個部分可以任選地獨(dú)立地填充、排空和/或加壓。在其它相關(guān)的實(shí)施例中，當(dāng)使用對象占據(jù)“浮力機(jī)構(gòu)”時，內(nèi)層和外層之間的流體可以移動進(jìn)出，且可以動態(tài)地進(jìn)行移動。在其它相關(guān)的實(shí)施例中，“浮力機(jī)構(gòu)”和機(jī)器人移位/助力設(shè)備可以制成適當(dāng)?shù)拇笮『托螤?，并被裝配到更大的外層服裝/體型內(nèi)，所述更大的外層服裝/體型可以看起來像比如但不局限于太空服、與人形狀具備相似性的物種或生物的體型等。在其它相關(guān)的實(shí)施例中，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)或混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(可包括顯示機(jī)構(gòu)、圖像處理單元、可能的圖像采集設(shè)備等)能夠與浮力機(jī)構(gòu)和助力機(jī)構(gòu)相整合，以給使用對象提供同步視覺和可能聽覺的體驗(yàn)，所述體驗(yàn)與浮力系統(tǒng)和助力系統(tǒng)所模擬的場景/情況/環(huán)境相一致。在其它相關(guān)的實(shí)施例中，浮力機(jī)構(gòu)和助力機(jī)構(gòu)還能夠與游戲控制器、操縱器或其他用戶輸入設(shè)備相整合，用于例如但不限于游戲、訓(xùn)練、娛樂、模擬、治療等目的。在其它相關(guān)的實(shí)施例中，通過給用戶提供物理感受，“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”能夠用來給用戶產(chǎn)生(額外的)觸覺或カ反饋。通過“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”的控制單元協(xié)調(diào)，通過改變例如(但不限干)重力補(bǔ)償?shù)囊蜃?百分比，可以是動態(tài)的，來提供可變重力效果感受。例如通過在ー個或多個執(zhí)行機(jī)構(gòu)上改變“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”的輸出，還能夠?qū)崿F(xiàn)其它形式，例如振動和“阻力”在其它相關(guān)的實(shí)施例中，力反饋也能夠通過變更/改變“浮力機(jī)構(gòu)”的不同艙室的壓カ來產(chǎn)生。在其它相關(guān)的實(shí)施例中，用戶身體上或用戶身體附近的附加觸覺裝置以及運(yùn)動傳感器能夠用于増加カ反饋感受的準(zhǔn)確性和/或樂趣。 ー種給用戶提供可變重力體驗(yàn)和產(chǎn)生沉浸式VR感受的方法，所述方法包括給用戶穿上“浮力機(jī)構(gòu)”，所述“浮力機(jī)構(gòu)”通過由流體/流體混合物產(chǎn)生的壓力/浮力來支撐他/她的身體重量，所述“浮力機(jī)構(gòu)”具有柔性內(nèi)表面/層，所述內(nèi)表面/層對于所使用的流體/流體混合物是相對不可滲透的，且基本上覆蓋或“包裏”用戶的整個身體區(qū)域，所述“浮力機(jī)構(gòu)”還具有至少ー個外層/表面，以保持或“容納”用來“浮起”內(nèi)層里面的使用對象的流體/混合物，外層的形狀可以是但不限于服裝形狀或部分類似服裝形狀，兩個表面/層之間存在多個艙室以容納流體/混合物，內(nèi)層的主要區(qū)域應(yīng)能為使用對象提供流體壓カ；當(dāng)用戶占據(jù)所述“浮力機(jī)構(gòu)”環(huán)境吋，使用“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”(例如但不限于外骨骼)，以幫助用戶的運(yùn)動/活動，和/或減輕或改變由“浮力機(jī)構(gòu)”的重量和形狀引起的在使用對象軀干和四肢上的負(fù)載，例如但不限于提供重力補(bǔ)償、模擬不同重力效果、或提供カ反饋等，所述“助力機(jī)構(gòu)”能夠與"浮力機(jī)構(gòu)"聯(lián)接。在其它相關(guān)的實(shí)施例中，所述方法包括將“浮力機(jī)構(gòu)”制成多部分，且填充、排空和/或加壓各個部分。在其它相關(guān)的實(shí)施例中，流體可以在內(nèi)層和外層之間的空間移動進(jìn)出，可以動態(tài)地進(jìn)行移動。在其它相關(guān)的實(shí)施例中，“浮力機(jī)構(gòu)”和機(jī)器人移位/助力設(shè)備可以裝配到更大的外層服裝內(nèi)，所述更大的外層服裝可以看起來像比如但不限于太空服、與人形狀具備相似性的物種或生物的體型等。在其它相關(guān)的實(shí)施例中，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)或混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(能夠包括顯示機(jī)構(gòu)、圖像處理單元、可能的圖像采集設(shè)備等)可以與浮力機(jī)構(gòu)和助力機(jī)構(gòu)相整合，以給使用對象提供同步視覺和可能聽覺的體驗(yàn)，所述體驗(yàn)與浮力系統(tǒng)和助力系統(tǒng)所模擬的
場景/情況/環(huán)境相一致。在其它相關(guān)的實(shí)施例中，所述方法包括將浮力機(jī)構(gòu)和助力機(jī)構(gòu)與游戲控制器、操縱器或其他用戶輸入設(shè)備相整合，用于例如但不限于游戲、訓(xùn)練、娛樂、模擬、治療等目的。在其它相關(guān)的實(shí)施例中，所述方法包括通過使用“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”給使用對象提供物理感受，給使用對象產(chǎn)生(額外的)觸覺或カ反饋。通過“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”的控制單元協(xié)調(diào)，通過改變例如(但不限干)重力補(bǔ)償?shù)囊蜃?百分比，可以是動態(tài)的，以給使用對象實(shí)現(xiàn)可變重力效果(感受)。和/或，例如通過在ー個或多個執(zhí)行機(jī)構(gòu)上改變“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”的輸出，給使用對象提供其他形式，例如振動和/或“阻力”。
在其它相關(guān)的實(shí)施例中，可以變更/改變“浮力機(jī)構(gòu)”的不同艙室的壓力，以給使用對象實(shí)現(xiàn)カ反饋。在用戶身體上或用戶身體附近的變更/改變附加觸覺裝置以及運(yùn)動傳感器可以相整合，以增加カ反饋感受的準(zhǔn)確性和/或樂趣。


通過參照下面的詳細(xì)說明結(jié)合繪圖，本發(fā)明的前述特點(diǎn)可以更容易地被理解，其中根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，圖I顯示用戶穿著類似服裝形狀的浮力機(jī)構(gòu)101 (和可選的軟管110，可用于移動流體進(jìn)出服裝)。浮力機(jī)構(gòu)可以連接到外骨骼102。使用類似于(但不僅限于)箍(brace)/環(huán)(harness) 103的機(jī)構(gòu),夕卜骨骼部分連接到服裝的相應(yīng)部分以支撐/補(bǔ)償重量?？梢栽诩上到y(tǒng)上設(shè)置“外層服裝”，例如類似太空服(可能與頭盔ー起)外觀的服裝，所以從外觀看起來就像真正的太空服，當(dāng)用戶穿著此系統(tǒng)時，感覺就像在零重力環(huán)境中一祥。圖2A是沿圖I的A-A線截取的橫截面視圖。這個圖表明內(nèi)部服裝52的外層56和內(nèi)層54，層54、56被液體/流體層58分開。內(nèi)部服裝52的兩層54、56都是由對所使用的流體/流體混合物至少基本上不可滲透的材料形成。圖2B以半剖面視圖顯示模擬太空服設(shè)計，浮力系統(tǒng)的外層56和內(nèi)層54被流體/混合物層58分開。201是最外層，該層可制成類似太空服的外觀，帶頭盔202，并且內(nèi)部可能包含用于支撐的外骨骼。作為選擇，可以在肢體部分的一部分使用ー些(固體)彈性緩沖材料206，如泡沫或橡膠，因此，他們可以I)使肢體容易操縱外骨骼，和2)在用戶移動或改變姿勢時阻止或放緩可能的流體運(yùn)動。由于用戶的肢體將與外骨骼/助力機(jī)構(gòu)相互作用，因而某些類型的外骨骼使用力傳感器在框架上以確定用戶的運(yùn)動意圖，因此在某些情況下，一點(diǎn)點(diǎn)的力量需要到被施加到這些傳感器上以操縱(這取決于外骨骼助力機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計)。因?yàn)轭愃品b形狀的浮カ系統(tǒng)的是軟的，且壓到硬物(如框架)時可能改變形狀，因此不如在用戶不穿這種服裝時那么方便和準(zhǔn)確地操控。在這樣的情況下，期望能使得浮力系統(tǒng)的某些部分變得相對“剛性”(而不是柔軟和寬松，但可能仍然有弾性)，例如像圖2B所示的那樣在內(nèi)層和外層之間加入固體弾性/緩沖材料如(但不僅限于橡膠，泡沫等)，因此用戶的運(yùn)動可以更準(zhǔn)確地傳遞到骨骼框架上的傳感器。當(dāng)用戶移動他/她的肢體或改變姿勢時，這些材料也可以減緩或甚至阻止液體在浮力系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)動，有助于使模擬更加真實(shí)和測量更準(zhǔn)確。它們還可以幫助“定形”和支撐相對柔性的“浮力機(jī)構(gòu)”。這些“相對剛性”區(qū)域在總面積中所占比例不大，也是由彈性材料制成，所以用戶的總體浮力感不會受到影響。圖3顯示了穿著上面提到的模擬太空服305 (浮力機(jī)構(gòu)與助力機(jī)構(gòu)相整合)的用戶可以利用例如圖3所示的機(jī)器人手臂303的支撐系統(tǒng)或其它類型的吊車系統(tǒng)/支撐系統(tǒng)從而進(jìn)一歩放置/懸置在VR環(huán)境中。這種系統(tǒng)能夠在主要由環(huán)繞屏幕301 (可以是任何適當(dāng)?shù)男螤?，如圓形或圓頂形劇院屏幕)所包圍的區(qū)域內(nèi)將ー組用戶移動。在VR環(huán)境中也可以有多個屏幕。圖像302，如地球、月亮、星星和空間站、衛(wèi)星等圖像，可以顯示在屏幕301上。模型(例如航天飛機(jī)的模型)(圖3中的304)也可以使用。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，穿著模擬“太空服”的用戶可以得到一定程度的移動自由，使得用戶可以體驗(yàn)失重和不費(fèi)カ運(yùn)動的感受，就像在真正的太空飛行中一祥。
具體實(shí)施例方式定義。如在本說明和所附權(quán)利要求中使用的，下列術(shù)語應(yīng)該具有如下表明的含義，除非在上下文中對其另有要求。“虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)”是基于計算機(jī)的，向用戶展示虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的系統(tǒng)。此虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境在這樣的狀況下被展示的，即防止用戶體驗(yàn)被認(rèn)為跟虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境不一致的視覺感知。具體來說，虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境阻隔用戶視覺感知該環(huán)境之外的物體，通過例如使用頭戴式顯示器展示環(huán)境的視覺體驗(yàn)，以阻止用戶看到周邊環(huán)境。作為選擇，視覺體驗(yàn)也可以在安裝在距用戶一定距離的ー個或多個表面上的一個或多個顯示器上被展示，在此情況中，通過使用例如不反射的黒色壁遮蔽在黑暗中可以在遠(yuǎn)離顯示器的位置察看的任何東西而抑制察看周圍環(huán)境。通常，虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境建模用戶可以與其交互的場景，因而用戶的輸入會改變用戶所見的場景展示。交互可以以多種形式提供，比如經(jīng)由感測頭部運(yùn)動、用戶取向，或經(jīng)由游戲控制器或感測用戶的姿勢。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所提出的用于可變重力體驗(yàn)的方法和設(shè)備可以配置用來提供諸如訓(xùn)練、休閑或娛樂活動的活動，或用于治療用途。這些方法一般來說需要提供浮力系統(tǒng)/機(jī)構(gòu)(例如服裝形狀的“流體身體重量支撐裝置”)以及當(dāng)用戶在浮力系統(tǒng)內(nèi)時提供助力(以幫助用戶的軀干或四肢的運(yùn)動)/重力補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)。如下面參照所示實(shí)施例所述，所述方法和系統(tǒng)可以包括多個部件。I)浮力機(jī)構(gòu)(環(huán)境)浮力機(jī)構(gòu)/環(huán)境用浮力支撐所述使用対象，所述浮力機(jī)構(gòu)包括至少兩層柔性材料，每ー層對于位于所述層之間的空間內(nèi)的流體來說是相對不可滲透的，所述機(jī)構(gòu)(可能類似服裝形狀)基本上罩在整個使用對象上，可以包括使用對象的頸部，所述空間基本上覆蓋服裝的整個區(qū)域；作為選擇，浮力機(jī)構(gòu)可以是多件的，每一件支撐身體的一部分。比如說，它可以包含用于每個手臂的獨(dú)立部分、用于腿和軀干的獨(dú)立部分。對于每個部分，流體位于單獨(dú)的艙室內(nèi)。艙室可単獨(dú)加壓，但是連接器可以用于將一部分艙室或全部艙室連接起來，使他們共享相同的壓力，且可以一起調(diào)整。増加到流體/混合物的壓カ可以調(diào)整到適合于模擬重力要求和浮力狀態(tài)要求的一定值(可以是正值、0或負(fù)值)。(例如在某些情況下，當(dāng)模擬重力感受/效果的變化時，這可能需要系統(tǒng)提供一定的壓カ給身體的某些部分，在這樣的情況，采用不同的壓カ可調(diào)隔艙將是ー個不錯的選擇。)不同的流體/流體混合物(在適當(dāng)時，例如但不限于純凈水、鹽水或其他種類的溶液、油、凝膠、漿狀物或泡沫)可用于提供不同的浮力/壓力，以用于例如但不僅限于模擬不同重力情況的目的。例如，由于油具有小于水的密度，從而每相同體積提供較少的浮力，因而它可以用來模擬例如在月球上的低重力環(huán)境，而水或密度接近人類的溶液可以提供中性浮力，可以用于模擬零重力情況。 作為選擇，期望流體/流體混合物可以動態(tài)移動進(jìn)出(泵入/排出)浮力服裝，并増加正壓或負(fù)壓。作為選擇，在用戶和防水包裹層之間可有一個或多個透氣材料層，以吸收水分并提供用于清除空氣的水分流通的通道。透氣材料可以提供水與人之間的隔熱，并與強(qiáng)制通風(fēng)通過透氣層的空氣共同作用，使身體的自我溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)自然運(yùn)作。作為選擇，通過管路，來自壓縮機(jī)和流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的空氣被引入到服裝的各個部分，尤其是在手和腳部?？諝饬鹘?jīng)透氣層，從而排除由皮膚分泌物(主要是排汗)以及其他源污染或玷污的空氣，使其通過服裝的頸部排除出去。在整個服裝由于流體靜壓カ而緊貼著身體時的情況(當(dāng)內(nèi)層里面內(nèi)的空氣壓カ不能平衡掉或大于流體/混合物的流體靜壓時)，可使用第二個內(nèi)層(圖中未畫出)采用例如尼龍等順滑的面料，而使得在不透水內(nèi)層里面移動變得輕松。2)助力機(jī)構(gòu)/機(jī)器人移位設(shè)備
眾所周知，助力機(jī)構(gòu)/機(jī)器人移位設(shè)備，例如外骨骼、平衡器、助力轉(zhuǎn)向設(shè)備等，能夠幫助用戶進(jìn)行重體カ任務(wù)，而最小化對操作者肌肉力量的使用。可穿戴式外骨骼通常是指稱為機(jī)器人框架的設(shè)備，所述機(jī)器人框架形狀近似人體的、能夠與人體的至少一部分聯(lián)接、并配置成模仿人體運(yùn)動。ー個例子是W02008094191描述的由SARCOS制造的“機(jī)器人移位系統(tǒng)”。它具有接近人體的形狀，且能夠通過與人操作者直接接觸來并行地(而且通常是實(shí)時地)移位外骨骼框架的多個肢來模仿人體的動作，而不依賴于操縱者的預(yù)定軌跡運(yùn)動。WO 2008094191中所提到的設(shè)備采用在機(jī)器人框架的手和腳部附近附連到機(jī)器人框架上的多個線性和旋轉(zhuǎn)カ傳感器。傳感器檢測傳感器與人類操作者的四肢之間的基準(zhǔn)控制接ロカ狀態(tài)關(guān)系，包含接觸關(guān)系以及移位的非接觸關(guān)系。傳感器然后輸出力信號給集成到機(jī)器人框架的計算系統(tǒng)。基于來自傳感器的輸出力信號和カ以及重力相對于機(jī)器人框架的方向，計算系統(tǒng)計算保持“控制カ狀態(tài)關(guān)系”所需的線性和旋轉(zhuǎn)力，該系統(tǒng)然后生成和傳輸致動信號到連接到機(jī)器人框架的驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)然后移位機(jī)器人框架的一部分，以保持控制カ狀態(tài)關(guān)系。可選地，在不希望移位但機(jī)器人框架上的負(fù)載改變時，驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)需要増加機(jī)器人框架上的線性和旋轉(zhuǎn)力，以保持控制カ狀態(tài)關(guān)系。對于不同的姿態(tài)和施加在用戶的四肢上的負(fù)載，該設(shè)備能夠補(bǔ)償重力加速度(和可能的其他力/加速/慣性)所造成的力。從而使得用戶在移動/改變姿勢時感受輕松。眾所周知，有許多方法來控制機(jī)器人移位/助力設(shè)備來進(jìn)行重力補(bǔ)償，例如US7390309, US2006247904, CN101357097, WO 2008094191 中所示。某些設(shè)備本身也可能不被稱為“外骨骼”，由于用于助力目的的合適機(jī)構(gòu)可能以多種多祥的形式實(shí)現(xiàn)，其中ー些可能與所披露實(shí)施例相當(dāng)?shù)夭煌?。因此，在本文中披露的和討論的特定的結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)僅僅是代表性的；在這種情況下，他們被視為提供用于披露目的的最佳實(shí)施例且提供限定本發(fā)明范圍的權(quán)利要求的基礎(chǔ)。助力設(shè)備和/或機(jī)器人移位設(shè)備，只要他們能夠給用戶提供穩(wěn)定的助力使得用戶能夠在少量的努力的情況下運(yùn)動，就可以被認(rèn)為是候選。因?yàn)榧词乖谡嬲奶招凶咧?，宇航員在嘗試運(yùn)動時將仍然需要克服少量的力，這是由于加壓太空服和關(guān)節(jié)造成的。因此，在這個系統(tǒng)中，少量的操控カ(與所需的總力相比)是允許的，并不要求助力機(jī)構(gòu)/機(jī)器人移位設(shè)備補(bǔ)償在運(yùn)動中所需要的功率/力的100%。
在很多情況下，因?yàn)楦×C(jī)構(gòu)像服裝一祥包裹用戶的身體(但是它可能是多件式的)，并可以被視為用戶“可穿戴的”，因而與類似服裝形狀的浮力系統(tǒng)相整合(通過例如但不限于使用箍/環(huán)，如圖I所示)的機(jī)器人移位機(jī)構(gòu)/助力設(shè)備(例如，但不限于外骨骼)，應(yīng)當(dāng)能夠支撐浮力系統(tǒng)，例如但不局限干以它通常支撐人的方式(來支撐)。比如說“上肢外骨骼”的部分對覆蓋用戶的軀干和手臂的浮力系統(tǒng)的上部提供支撐，并且“下肢外骨骼”的部分對覆蓋用戶的腿等的浮力系統(tǒng)提供支撐。其他方式的支撐也是有可能的，取決于浮カ機(jī)構(gòu)的設(shè)計，取決于例如每部分的剛度、以及這些部分連在一起的方式等因素。還值得指出的是，在某種形式的實(shí)施例中，沒有必要為所有四肢都給予由“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”的助力。使用浮力來補(bǔ)償ー些肢體的重量/重力也是可以的，例如，對于ー些較低成本的應(yīng)用。ー個例子是將浮力機(jī)構(gòu)的外層擴(kuò)大，從 之前的可能接近服裝的形狀變?yōu)樵试Sー些肢體在流體中自由運(yùn)動而不會干擾/接觸外層/表面的形狀。作為ー個例子，我們可以將浮力系統(tǒng)的下部的外層/表面的形狀從類似褲子的形狀變?yōu)橄窬哂凶銐蝮w積的球的形狀，從而腿可以在所述類似球的表面內(nèi)自由運(yùn)動。由于這部分身體的重量/重力由流體的浮力補(bǔ)償，因而可以省去“下肢外骨骼/助力機(jī)構(gòu)”的部分。另ー個例子是把類似服裝形狀的浮力機(jī)構(gòu)的下部沉浸在流體中，從而使用浮力補(bǔ)償這部分的重量/重力。這種設(shè)計通常在預(yù)期這部分身體/肢體不會有很多和很快的運(yùn)動的應(yīng)用中可見，或用于需要精確的觸覺有關(guān)的感受和/或需要精確控制四肢進(jìn)行準(zhǔn)確的操作。(在這種情況下，使用助力機(jī)構(gòu)/外骨骼通常不能實(shí)現(xiàn))。在一些實(shí)施方案中，如在前款規(guī)定的情況下，浮力手段的形狀不像服裝的形狀，或在其他情況下，助力手段的不接近人類的形狀，想要把浮力的手段和助力手段的組合系統(tǒng)適配進(jìn)看起來像宇航服(或具備與人形相似的生物/物種的形象的)“外売”，將是非常困難甚至是不可能的。在一些情況下，例如使用助力平衡吊(器)時，使用絞盤(電葫蘆)或液壓缸/驅(qū)動器(用于如重力補(bǔ)償?shù)?，助力手段系統(tǒng)的整體造型是很難與服裝的形狀相類似或吻合，因此，不可能放入服裝的形狀外売。在這種情況下，最好使用混合現(xiàn)實(shí)(默認(rèn)情況下，使用HMD-頭盔顯示器)或使用HMD的虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)系統(tǒng)，以防止用戶看到與正在模擬的場景不一致的細(xì)節(jié)，而使其看到由MR或VR系統(tǒng)所提供的視覺信號，這些系統(tǒng)要么過濾這些不一致的圖像(MR混合現(xiàn)實(shí)的情況)或(VR虛擬現(xiàn)實(shí)情況下)默認(rèn)的情況是不使用真實(shí)周圍環(huán)境的圖像。這將有助于創(chuàng)建ー個非常逼真和身臨其境的用戶體驗(yàn)。作為選擇，為了利于可能的快速穿脫的要求，服裝形狀的浮力系統(tǒng)，與機(jī)器人移位設(shè)備一起，可以分開成兩個或更多的部分，使得用戶可以在來自于外部的最小幫助的情況下很容易地穿上和脫下。所述部分然后可以結(jié)合在一起使用。例如，它可以設(shè)計成具有上部和下部，像美國的EVA太空服的設(shè)計，或者它可以像一體式的，在正面或背面具有用于用戶爬進(jìn)去的“艙蓋”，就像俄羅斯的太空服設(shè)計。沉浸式模擬太空探索的例子像前面提到的，可以制造包含“浮力機(jī)構(gòu)”和支撐外骨骼/助力機(jī)構(gòu)的模擬太空月艮。并與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一起，如圖3所示，可以完成非常逼真的沉浸式太空旅行模擬。在圖3中，穿著上述模擬太空服305的用戶可以通過利用例如機(jī)器人手臂的支撐系統(tǒng)或其它類型的吊車系統(tǒng)/支撐系統(tǒng)而被置于/懸置在VR環(huán)境中，在圖3所示。這種系統(tǒng)能夠在主要由環(huán)繞屏幕301 (可以是任何適當(dāng)?shù)男螤睿绛h(huán)形屏幕或圓頂形劇院屏幕)所包圍的區(qū)域內(nèi)將ー組使用者移動。在虛擬環(huán)境中也可以有多個屏幕。圖像302，如地球、月亮、星星和空間站、衛(wèi)星等圖像，可以顯示在屏幕上。模型(例如航天飛機(jī)的模型)(圖3中的304)也可以使用。穿著“太空服”的用戶可以得到一定程度的移動自由，使得用戶可以體驗(yàn)失重和類似于飛行感的不費(fèi)カ運(yùn)動的感受，就像在真正的太空飛行中一祥。本發(fā)明不僅僅是零重力模擬可能的。通過“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”的控制單元協(xié)調(diào)，通過例如(但不限干)改變的重力補(bǔ)償?shù)囊蜃?百分比，可以是動態(tài)的，可以實(shí)現(xiàn)可變重力感受。此外，浮力機(jī)構(gòu)的不同艙室的流體壓カ以及浮力狀態(tài)也可以被調(diào)節(jié)(例如通過使用具有不同密度的不同類型流體/混合物)，這些是實(shí)現(xiàn)可變重力體驗(yàn)的ー些例子。能夠使得由外骨骼系統(tǒng)/助力機(jī)構(gòu)和浮力系統(tǒng)補(bǔ)償重力的力是可調(diào)的(期望是動態(tài)可調(diào)的)具有很多好處，使得用戶能夠體驗(yàn)到不同的重力效果。一個例子是模擬月球表面的情況，其中，重力只有地球表面的1/6。另ー個例子將是航天飛機(jī)的起飛階段，在動カ上升段乘員會體驗(yàn)到從IG到3-5G的超重，在地球軌道上則體會到零重力?！翱勺冎亓Α毕到y(tǒng)對于模擬這些場景是非常有用的。本發(fā)明使之非常容易實(shí)現(xiàn)這種 目的。比如，對于浮力系統(tǒng)，流體/流體混合物可以泵送到各個支撐身體不同部分的不同部分中且從中排出，外部壓カ也可以被加到流體/液體上，這些措施可以給予用戶模擬重力效果的不同壓カ感受。使用不同密度的流體/混合物也改變所提供的浮力，從而也是“改變”模擬重力環(huán)境的方式。對于許多形式的機(jī)器人移位機(jī)構(gòu)/助力設(shè)備，例如外骨骼，通?？刂葡到y(tǒng)在控制算法中考慮補(bǔ)償重力加速度，并能適應(yīng)重力加速度方向的變化，正如上述專利中表明的。軟件算法也可以用來補(bǔ)償/模擬其他類似的力/加速度。一個例子是“反向”補(bǔ)償重力，用戶在以加速度的方向移動時可能感覺“比平常更重”，而不是感覺失重，這將給用戶有效地模擬2G的加速度“超重”感受。由于算法的實(shí)施根據(jù)控制器而變，因而這里的討論僅僅是代表性的。然而，在給出軟件算法/源代碼的情況下這對于本領(lǐng)域領(lǐng)域人員將是容易的。カ反饋也可以實(shí)現(xiàn)。通過給使用者提供物理感受，“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”可以用來向使用者提供額外的觸覺或カ反饋。通過“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”的控制單元的協(xié)調(diào)，通過改變例如(但不限干)重力補(bǔ)償或助力的因子/百分比。以及/或者例如，通過在ー個或多個執(zhí)行機(jī)構(gòu)上改變“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”的輸出來實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練/模擬/游戲可能要求的例如振動和“阻力”。還期望浮力系統(tǒng)(I)和助力機(jī)構(gòu)(2)可以進(jìn)一歩與游戲控制器/操縱器或其他形式的用戶輸入設(shè)備相整合，以及它們本身可以用作游戲輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，以產(chǎn)生更逼真的模擬和新的訓(xùn)練/游戲感受。這還可進(jìn)ー步與虛擬現(xiàn)實(shí)/混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)相集成。該系統(tǒng)的另ー個優(yōu)點(diǎn)是，通過從機(jī)器人移位設(shè)備/助力機(jī)構(gòu)(如外骨骼)以及/或從外部傳感器收集姿態(tài)信息，或者由用戶使用操作機(jī)構(gòu)(例如游戲控制器/輸入設(shè)備)，該系統(tǒng)可以為游戲/訓(xùn)練/模擬提供有趣的“人機(jī)接ロ”。使用者可以與機(jī)器或與在現(xiàn)場的或網(wǎng)絡(luò)上的其他游戲玩家在游戲/訓(xùn)練內(nèi)容所要求的可變重力環(huán)境中進(jìn)行游戲/訓(xùn)練。在這種情況下，系統(tǒng)中的助力機(jī)構(gòu)/機(jī)器人移位設(shè)備也可以用來提供“力反饋”。在這種條件下，外骨骼控制器和游戲控制器之間的通信是必要的，除了將助力機(jī)構(gòu)當(dāng)作“純輸入設(shè)備”來提供的位置信息外，還可以把目前游戲和訓(xùn)練中普遍存在的カ反饋信號發(fā)送到助力機(jī)構(gòu)(如外骨骼)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以向用戶提供適當(dāng)?shù)牧Ψ答仭?br> 因此作為選擇可以暴露出浮力機(jī)構(gòu)和/或助力機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)的ー個或多個接ロ，以提供測量、控制、反饋、通訊服務(wù)，且便干與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、游戲、訓(xùn)練系統(tǒng)、遠(yuǎn)程(互聯(lián)網(wǎng))連接等集成。
要創(chuàng)建ー個身臨其境的的外星零/低重力環(huán)境模擬，理想情況是虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)系統(tǒng)或混合現(xiàn)實(shí)(MR)系統(tǒng)與浮力系統(tǒng)和助力系統(tǒng)一起使用，以提供與浮力系統(tǒng)和助力手段系統(tǒng)模擬場景相一致的(模擬)視頻和聲音。諸如美國宇航局(NASA)等組織使用將宇航員采用浸入水中(平衡浮力)的方法模擬零重力環(huán)境。當(dāng)由浮力手段提供的受カ感覺被VR/MR/AR系統(tǒng)提供的視覺場景相肯定的時候，就可能產(chǎn)生對于虛擬場景的“浸入式”體驗(yàn)。與此相呼應(yīng)的，有一些本發(fā)明的實(shí)施例提供和視覺信號相一致的的針對觸覺和聽覺的模擬。用戶可以配置有手動控制器/操縱器/輸入設(shè)備來控制顯示，訪問他們的通訊系統(tǒng)，或控制或提供訓(xùn)練/模擬的輸入或參與游戲。在一些實(shí)施例中可在頭盔顯示器上提供攝像機(jī)鏡頭，使得用戶可以察看在他們周圍的使用對象。在這些實(shí)施例中，計算機(jī)系統(tǒng)可以切換或改變用戶在頭配顯示器中的視場，使得用戶可以獲得模擬用戶實(shí)際上工作的或者在他或她的環(huán)境中實(shí)際上存在的系統(tǒng)的適當(dāng)感受，同時保持在虛擬環(huán)境中的感受。在使用混合現(xiàn)實(shí)和AR的一些實(shí)施例中，MR/AR系統(tǒng)可能需要干凈的“背景”來進(jìn)行視覺信號混合(色度鍵控)?；旧希枰獢z像機(jī)的視場(FOV)中的純色(如緑色)背景來映襯前景中的由同一攝像機(jī)獲取的“人”或“用戶的手/腳”。混合現(xiàn)實(shí)圖像處理引擎然后可以用其他的圖像(例如所模擬虛擬世界的圖像)取代“緑色背景”。在這些情況下，在模擬圖像中需要隱藏的支撐結(jié)構(gòu)通常需要由彎曲形狀表面環(huán)繞，所述表面具有吸光材料或涂有純色，使他們被MR (圖像混合過程過濾掉。在一些實(shí)施例中，可以以環(huán)繞用戶的形式來提供外部顯示，以致用戶感受到他或她仿佛是在所模擬環(huán)境中一祥。為了達(dá)到這種感受，外部屏幕可以現(xiàn)實(shí)在周圍環(huán)境的側(cè)壁和底表面上，或者周圍環(huán)境可具有球形形狀，在用戶視場內(nèi)沒有明顯的邊緣。環(huán)境可能被構(gòu)造成提供“巖洞式”自動虛擬環(huán)境(也稱為“CAVE”)的現(xiàn)實(shí)，其中，視覺現(xiàn)實(shí)在環(huán)境的多個壁上提供，從而用戶由虛擬環(huán)境環(huán)繞且具有被沉浸在虛擬環(huán)境所描繪環(huán)境中的更逼真感受。上面所描述的本發(fā)明實(shí)施例僅僅g在是示例性的；許多變化和變型對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見。所有這些變化和變型都g在處于由任何所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種用于可變重力體驗(yàn)和產(chǎn)生沉浸式VR感受的裝置，包括 “浮力機(jī)構(gòu)”，所述浮力機(jī)構(gòu)利用流體或流體混合物來支撐至少大部分的使用對象的身體各部分的重量，所述“浮力機(jī)構(gòu)”具有柔性內(nèi)表面/層，所述內(nèi)表面/層對于所使用的流體/流體混合物是相對不可滲透的，且基本上覆蓋或“包裏”使用對象的整個身體區(qū)域，所述浮力機(jī)構(gòu)還具有至少ー個外表面層，以保持或“容納”用來“浮起”內(nèi)層里面的使用對象的流體或流體混合物，外層的形狀能夠是但不僅限于服裝形狀或部分類似服裝形狀，兩個表面/層之間存在多個艙室以容納流體/混合物，內(nèi)層的主要區(qū)域應(yīng)能為使用對象提供流體壓カ； 用于使用對象的“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”(例如但不僅限于外骨骼)，其與所述"浮力機(jī)構(gòu)"相整合/聯(lián)接，以在使用對象占據(jù)“浮力機(jī)構(gòu)”時幫助使用對象的運(yùn)動/活動和/或減輕或改變所述“浮力機(jī)構(gòu)”的重量和形狀引起的在使用對象軀干和四肢上的負(fù)載，這可以是以下形式例如但并不限于，重力補(bǔ)償，不同的重力效果模擬等。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，“浮力機(jī)構(gòu)”可以具有多個部分，各個部分可以任選地獨(dú)立地填充、排空和/或加壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，當(dāng)使用對象占據(jù)“浮力機(jī)構(gòu)”吋，內(nèi)層和外層之間的流體可以移動進(jìn)出，且可以動態(tài)地進(jìn)行移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，“浮力機(jī)構(gòu)”和機(jī)器人移位/助力設(shè)備可以制成適當(dāng)?shù)拇笮『托螤?，并被裝配到更大的外套服裝/體型內(nèi)，所述更大的外層服裝/體型可以看起來像比如但不局限于太空服、與人形狀具備相似性的物種或生物的體型等，所述物種或生物可能是虛構(gòu)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)或混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(可包括顯示機(jī)構(gòu)、圖像處理單元、可能的圖像采集設(shè)備等)能夠與浮力機(jī)構(gòu)和助力機(jī)構(gòu)相整合，以給使用對象提供同步視覺和可能聽覺的體驗(yàn)，所述體驗(yàn)與浮力系統(tǒng)和助力系統(tǒng)所模擬的場景/情況/環(huán)境相一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，浮力機(jī)構(gòu)和助力機(jī)構(gòu)可進(jìn)一歩與游戲控制器、操縱器或其他用戶輸入設(shè)備相整合，用于例如，但不僅限于游戲、訓(xùn)練、娛樂、模擬、治療等。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，通過給用戶提供物理感受，“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”能夠用來給用戶產(chǎn)生(額外的)觸覺或カ反饋， 通過“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”的控制單元協(xié)調(diào)，通過改變例如(但不限干)重力補(bǔ)償?shù)囊蜃?百分比，可以動態(tài)地改變，來提供可變重力效果感受， 例如通過在ー個或多個執(zhí)行機(jī)構(gòu)上改變“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”的輸出，還能夠產(chǎn)生其他感受，例如振動和“阻カ”。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，力反饋也能夠通過變更/改變“浮力機(jī)構(gòu)”的不同艙室的壓カ來產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，用戶身體上或用戶身體附近的附加觸覺裝置以及運(yùn)動傳感器能夠用于増加準(zhǔn)確性和/或カ反饋感受的樂趣。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，能夠暴露/配置浮力機(jī)構(gòu)和/或助力機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)的ー個或多個接ロ，以提供測量、控制、反饋、通信服務(wù)，且利干與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、游戲、訓(xùn)練系統(tǒng)、遠(yuǎn)程(互聯(lián)網(wǎng))連接等相整合。
11.ー種給用戶提供可變重力體驗(yàn)和產(chǎn)生沉浸式VR感受的方法，所述方法包括 給用戶穿上“浮力機(jī)構(gòu)”，所述“浮力機(jī)構(gòu)”通過由流體/流體混合物產(chǎn)生的壓カ/浮力來支撐他/她的身體重量，所述“浮力機(jī)構(gòu)”具有柔性內(nèi)表面/層，所述內(nèi)表面/層對于所使用的流體/流體混合物是相對不可滲透的，且基本上覆蓋或“包裏”用戶的整個身體區(qū)域，所述“浮力機(jī)構(gòu)”還具有至少ー個外層/表面，以保持或“容納”用來“浮起”內(nèi)層里面的使用對象的流體/混合物，外層的形狀可以是但不限于服裝形狀或部分類似服裝形狀，兩個表面/層之間存在多個艙室以容納流體/混合物，內(nèi)層的主要區(qū)域應(yīng)能為使用對象提供流體壓カ； 當(dāng)用戶占據(jù)所述“浮力機(jī)構(gòu)”環(huán)境吋，使用“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”(例如但不限于外骨骼)，以幫助用戶的運(yùn)動/活動，和/或減輕或改變由“浮力機(jī)構(gòu)”的重量和形狀引起的在使用對象軀干和四肢上的負(fù)載，例如但不限于提供重力補(bǔ)償、模擬不同重力效果、或提供カ反饋等，所述“助力機(jī)構(gòu)”能夠與"浮力機(jī)構(gòu)"聯(lián)接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)ー步包括 將“浮力機(jī)構(gòu)”制成多部分，且填充、排空和/或加壓各個部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)ー步包括 使流體在內(nèi)層和外層之間的空間移動進(jìn)出，可以動態(tài)地進(jìn)行移動。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)ー步包括 將“浮力機(jī)構(gòu)”和機(jī)器人移位/助力設(shè)備裝配到更大的外層服裝內(nèi)，所述更大的外層服裝可以看起來像比如但不限于太空服、與人形狀具備相似性的物種或生物的體型等，所述物種或生物可能是虛構(gòu)的。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)ー步包括 將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)或混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(能夠包括顯示機(jī)構(gòu)、圖像處理單元、可能的圖像采集設(shè)備等)與浮力機(jī)構(gòu)和助力機(jī)構(gòu)相整合，以給使用對象提供同步視覺和可能聽覺的體驗(yàn)，所述體驗(yàn)與浮力系統(tǒng)和助力系統(tǒng)所模擬的場景/情況/環(huán)境相一致。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)ー步包括 將浮力機(jī)構(gòu)和助力機(jī)構(gòu)與游戲控制器，操縱器或其他用戶輸入設(shè)備相集成/整合，用于諸如，(但不局限干)游戲，訓(xùn)練，娛樂，模擬，治療等。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)ー步包括 通過使用“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”給使用對象提供物理感受，給使用對象產(chǎn)生(額外的)觸覺或カ反饋， 通過“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”的控制單元協(xié)調(diào)，通過改變例如(但不限干)重力補(bǔ)償?shù)囊蜃?百分比，可以動態(tài)地改變，以給使用對象實(shí)現(xiàn)可變重力效果(感受)，和/或 例如通過在ー個或多個執(zhí)行機(jī)構(gòu)上改變“助力機(jī)構(gòu)”或“機(jī)器人移位設(shè)備”的輸出，給使用對象提供其他形式，例如振動和/或“阻力”。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)ー步包括 變更/改變“浮力機(jī)構(gòu)”的不同艙室的壓力，以給使用對象實(shí)現(xiàn)カ反饋。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)ー步包括 在用戶身體上或用戶身體附近相整合附加觸覺裝置以及運(yùn)動傳感器，以增加準(zhǔn)確性和/或カ反饋感受的樂趣。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)ー步包括暴露/配置浮力機(jī)構(gòu)和/或助力機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)的ー個或多個接ロ，以提供測量、控制、反饋、通信服務(wù)，且利干與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、游戲、訓(xùn)練系統(tǒng)、遠(yuǎn)程(互聯(lián)網(wǎng))連接等相整合。
全文摘要
提供一種可變零重力模擬系統(tǒng)。通過由浮力機(jī)構(gòu)(101)基本上沉浸在流體環(huán)境中且使用諸如外骨骼(102)的機(jī)器人移位設(shè)備來幫助用戶運(yùn)動/重力補(bǔ)償和/或減輕或改變由浮力機(jī)構(gòu)(101)的重量和形狀引起的在使用對象軀干和四肢上的負(fù)載，實(shí)現(xiàn)可變零重力狀況，從而用戶可以體驗(yàn)所模擬可變重力環(huán)境的效果，例如零重力，在該情況下，用戶可以在無重力環(huán)境中不費(fèi)力地運(yùn)動。當(dāng)與VR相關(guān)技術(shù)結(jié)合時，這可以產(chǎn)生用于地球外場景的生動沉浸式模擬，且可以廣泛地用于娛樂、游戲、訓(xùn)練、治療等。
文檔編號G09B9/00GK102656091SQ201080041749
公開日2012年9月5日 申請日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月19日
發(fā)明者肖泉 申請人:肖泉