移動系統和裝置的制造方法
【專利說明】移動系統和裝置
[0001]相關申請的交叉引用
本申請要求申請系列號為61/717,761、申請日為2012年10月24日、標題為“Locomot1n System and Apparatus”的美國臨時專利申請，其全部內容通過引用并入本文。本申請也要求申請系列號為61/757，986、申請日為2013年I月29日、標題為“Locomot1n System and Apparatus”的美國臨時專利申請，其全部內容通過引用并入本文。
[0002]關于聯邦政府資助的研發的聲明不適用。
技術領域
[0003]本發明一般涉及可以與虛擬現實系統聯合使用的移動設備。
[0004]在虛擬現實環境中，用戶通常希望有自由行走的能力。特別是，在身體上行走或在現實環境中奔跑，并具有轉化到虛擬環境中運動的能力顯著增加用戶在虛擬環境中的沉浸程度。然而，現實世界中的運動往往受限于物理空間限制(例如，用戶所處的房間的尺寸)。因此，移動裝置被設計成向用戶提供自由行走的感覺，同時，將用戶限制于特定的位置。例如，許多移動設備允許用戶在具有有限尺寸的平臺上360度自由行走，而不離開該平臺。
[0005]常規的移動設備包括機動和非機動的設計，其可與虛擬現實環境聯合用于多種應用中，包括但不限于游戲。除了游戲，應用的例子包括員工培訓、作戰訓練、物理治療、鍛煉、虛擬工作環境、虛擬會議室(專業和個人目的)、體育運動模擬和培訓，以及虛擬旅游、音樂會和活動。
[0006]機動移動設備通常使用傳感器以檢測用戶的運動，并將反饋發送至用戶在其上運動的驅動帶條或輥的電動機。運行帶條或輥以對抗用戶的運動并在每個跨步之后使用戶返回到平臺的中心部分。機動移動設備也有很多缺點。例如，由于軋制和機動元件、傳感器、處理單元和反饋回路，機動移動設備通常是復雜而昂貴的。另外，乳制和機動元件需要復雜算法以適當地對抗用戶的動作。向電動機的不準確反饋可導致帶條或輥的錯誤運動，這可能會導致用戶失去平衡或偏離平臺的中心。當用戶加速時，還可以有反饋和響應延遲的問題，造成不正確的運動或響應太慢，潛在地使用戶走下平臺。此外，由于響應帶條或輥的動作抵消了用戶的動作，用戶可能容易失去平衡和被絆倒。
[0007]除了機動移動設備操作問題之外，這種設備通常是龐大而笨重的，并且因此，不適合中等大小的住宅房間(例如，游戲室、客廳，或臥室)，并可能難以分解成用于運輸和儲存的模塊化的元件。該設備必然龐大，以防止用戶在進行正確的系統響應之前離開平臺，因此，致使該設備不適于家用消費者使用。
[0008]非機動移動設備缺乏機動部件并依靠用戶的運動和/或重力使用戶在每一個跨步之后返回到該平臺的中心。例如，全方位球軸承平臺有數以百計的球軸承使用戶行走到合適位置同時圍繞用戶腰部的束縛使用戶保持在適當位置。全方位球軸承平臺的主要問題是，用戶不經歷腳后跟-腳趾撞擊運動的自然步態而是經歷類似走在冰上的不穩定步態。該不穩定性導致腳后跟或腳趾不抬離該設備時腳拖曳，產生不自然的步態，降低用戶在虛擬環境中的沉浸性。此外，由于多個輥部件，這些設備通常是沉重而昂貴的。
[0009]另一非機動移動設備是具有向上的光滑凹面的茶托狀設備。用戶通常穿專用的鞋子，然后“走”在平滑凹面上，反復來回滑動他/她的腳，而他/她的身體首要地保持在設備的中心。雖然茶托狀設備相對簡單、體積小，并且可以裝在住宅房間，但有幾個缺點。首先，由于凹面和專用的鞋(缺乏任何穩定腳的元件)的低摩擦特性，用戶不經歷腳后跟-腳趾撞擊運動的自然步態的自然步態，而經歷類似走在冰上的不穩定步態。因此，與采用自然跨步運動相反，用戶被迫拖曳他/她的腳以幫助保持穩定。此外，在使用過程中沒有任何安全機構或設備以防止用戶掉落。
[0010]另一非機動移動設備是直徑大約10英尺的中空球形大球。用戶通過可更換面板進入球中并隨著球繞其中心相對于周圍環境轉動，在球內行走。球設備也具有幾個問題。首先，其難以并且不自然地啟動和停止球運動，這可能會導致用戶的不穩定。另外，由于球的大小必定受限，在行走區域不是平面，這也導致了更少的自然行走經歷。除了球設備太龐大不能適應住宅房間之外，對于家庭消費者，這種市售的球成本也過高。
[0011]因此，仍然需要一種移動設備，使用戶能在用戶的家中私下安全地訪問虛擬環境并同時提供更自然的行走步態的感覺。
【發明內容】
[0012]在此描述的實施例一般針對與虛擬環境技術一起使用的移動系統，其包括:被配置成支撐用戶的平臺、連接至該平臺并從該平臺向上延伸的系帶支撐組件，和被配置成用戶穿戴的安全系帶，其中所述系帶支撐組件包括支撐圈，該支撐圈位于該平臺上方并且繞豎向中心軸延伸。該安全系帶包括接口結構，該接口結構可移動地連接至該支撐圈。
[0013]在實施例中，與虛擬環境技術一起使用的移動系統包括被配置成支持用戶的平臺，連接至該平臺并從該平臺向上延伸的系帶支撐組件，和安全系帶，其中該系帶支撐組件包括支撐圈，該支撐圈位于該平臺上方并且繞豎向中心軸延伸，該安全系帶包括被配置成用戶穿戴的帶條、連接至該帶條的接口結構，和連接至該帶條的豎直元件。該接口結構滑動地接合該支撐圈的上表面，并且該豎直元件設置在該支撐圈內并且被配置成限制該接口結構相對于該支撐圈的徑向運動。
[0014]在實施例中，一種虛擬現實系統包括移動系統，該移動系統包括被配置成支持用戶的平臺，連接至該平臺的系帶支撐組件，和被配置成用戶穿戴的安全系帶。該系帶支撐組件包括支撐圈，該支撐圈位于該平臺上方并且繞豎向中心軸延伸，并且其中該安全系帶被配置成相對于該支撐圈運動。該虛擬現實系統進一步包括處理單元、與該處理單元連通并被配置成檢測并跟蹤用戶的運動的運動感應設備、與該處理單元相通信的視覺顯示器，和被配置成用戶持有的控制器。
[0015]在此描述的實施例包括旨在解決與某些現有設備、系統和方法相關的各種缺點的特征和優點的組合。前述內容已相當廣泛地概述本發明的特征和技術優點，以便可以更好地理解本發明的下面詳細描述。結合附圖，閱讀下面的詳細描述，上述的各種特性以及其它特征，對本領域技術人員來說會是顯而易見的。本領域技術人員應該認識到公開的概念和具體實施例可能被輕易地用作修改或設計其它結構以為施實本發明的相同目的。本領域技術人員也應當認識到這樣的等效構造并不脫離權利要求闡述的本發明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0016]結合附圖，詳細描述本發明的優選實施例，其中:
圖1為根據在此描述的原理的移動系統的實施例的俯視圖；
圖2為圖1的移動平臺的分解透視圖；
圖3a為圖1的移動平臺的一部分的透視圖；
圖3b為圖1的移動平臺的一部分的透視圖；
圖4a為圖1的移動平臺的一部分的側視圖；
圖4b為根據在此描述的原理的移動平臺的一部分的可替換實施例的側視圖；
圖5a為沿圖3a的部分的頂表面延伸的通道和脊的剖面端視圖；
圖5b-5d為根據在此描述的原理的移動平臺的一部分的頂表面可以設置的通道和脊的可替換實施例的剖面端視圖；
圖6a為與圖1的移動平臺一起使用的根據在此描述的原理的安全設備的實施例的側視圖；
圖6b為圖6a的安全設備的俯視圖；
圖7為與圖1的移動平臺一起使用的根據在此描述的原理的腳套的實施例的透視圖； 圖8為圖7的腳套的仰視圖；
圖9為圖7的腳套和圖1的移動平臺的一部分的透視圖；
圖10為根據在此描述的原理的移動系統的實施例的透視圖；
圖11為圖31的移動平臺和中心區和一部分的透視圖；
圖12a為圖31的移動平臺的一部分的前視透視圖；
圖12b為圖31的移動平臺的一部分的后視透視圖；
圖13a為圖31的移動平臺的一部分的側視圖；
圖13b為根據在此描述的原理的移動平臺的一部分的可替換實施例的側視圖；
圖14為圖31的移動平臺的平臺連接結構和基座的俯視圖；
圖15為圖35的平臺連接結構的一部分的透視圖；
圖16為圖35的平臺連接結構的部分透視圖；
圖17a為圖31的移動平臺的部分透視圖；
圖17b為圖38a的移動平臺的放大的部分透視圖；
圖18為圖35的基座的一部分的透視圖；
圖19為圖31的系統的俯視圖；
圖20為圖31的移動系統的支撐環的放大的透視圖；
圖21為圖41的支撐環的部分透視圖；
圖22為圖31的移動系統的安全系帶的透視圖；
圖23為與在此描述的移動平臺的實施例一起使用的、根據在此描述的原理的腳套的實施例的透視圖；
圖24為與圖31的移動系統一起使用的虛擬現實系統的示意圖；
圖25為根據在此描述的原理的安全系帶支撐結構和移動系統的實施例的示意圖； 圖26為根據在此描述的原理的安全系帶支撐結構和移動系統的實施例的示意圖；
圖27為與在此描述的移動系統一起使用的、根據在此描述的原理的安全系帶支撐結構的實施例的示意圖；
圖28為與在此描述的移動系統一起使用的、根據在此描述的原理的安全系帶的實施例的不意圖；
圖29a_29q為與在此描述的移動系統一起使用的、根據在此描述的原理的安全系帶和支撐環的不同實施例的剖視圖；
圖30為與在此描述的移動系統一起使用的、根據在此描述的原理的安全系帶的實施例的俯視圖；以及
圖31為與在此描述的移動系統一起使用的、根據在此描述的原理的安全系帶和支撐環的實施例的側面剖視圖。
【具體實施方式】
[0017]下面的討論針對各種示例性實施例。然而，本領域技術人員將理解的是，在此所公開的實施例應用廣泛，并且任何實施例的討論僅僅意味著是該實施例的示例，而非旨在暗示本發明(包括權利要求)的范圍受限于該實施例。
[0018]在下面的描述和權利要求中使用的某些術語指的是特定的特征或元件。正如本領域技術人員會認識到，不同的人可以通過不同的名稱表示相同的特征或元件。本文不打算區分名稱不同但功能相同的元件或特征。附圖不一定按比例繪制。在此，某些特征和元件可能以夸大的比例或以稍微示意的形式展示，并且為了清楚簡明，可能不展示常規元件的一些細節。
[0019]在下面的討論和權利要求中，術語“包括”和“包含”以開放式使用，并且因此應當被解釋為是指“包括，但不限于…”。此外，術語“連接”或“相連”意欲表示間接或直接連接。因此，如果第一設備連接至第二設備，則該連接可以是直接連接，或經由其它設備、部件和連接件的間接連接。作為另一例子，彼此接觸或彼此滑動地接合的兩個部件會是相連的。此外，在此使用的術語“軸向”和“軸向地”通常意味著沿著或平行于中心軸(例如，主體或端口的中心軸)，而術語“徑向”和“徑向地”通常意味著垂直于中心軸。例如，軸向距離是指沿著或平行于中心軸測得的距離，而徑向距離是指垂直于中心軸測得的距離。
[0020]在此公開的移動設備和系統采用平臺、安全組件，和摩擦力可變的腳套，其旨在解決與先前移動設備相關的某些缺點。所述移動設備使用戶能使用他/她的自然步態同時練習將物理世界中的自由運動轉化為虛擬環境中的運動。
[0021]現在參見圖1，其展示了根據在此所述的原理的移動系統10的實施例。在本實施例中，移動系統10包括基座或平臺100、連接至平臺100的安全組件200，和摩擦力可變的鞋子或腳套300。如下文更詳細地描述，系統10的用戶使用鞋子300在平臺100上站立并移動，而安全組件200提供在使用系統100期間保護用戶的構件。
[0022]現在參見圖2和3，在本實施例中，平臺100具有豎向中心軸105并包括八個周向相鄰的、大致三角形的部分110。每個平臺部分110具有平坦的底表面或下表面120、平坦的背面130、平坦的左側面140，和平坦的右側面150，以及頂表面或上表面160。面130、140、150從下表面120垂直向上延伸，然而，如下文更詳細地描述，上表面160的內部定向為平行于下表面120并且上表面160的外部分相對于下表面120以銳角定向。平臺部分110設置成與另一平臺部分周向相鄰，使得每個左側面140整體鄰接相鄰部分110的右側面150整體。因為在該實施例中每個平臺部分110是相同的，所以平臺110是正多邊形一所有長度相同的邊繞共同的中心點對稱。特別地，由于在該實施例中設有8個部分110，當所有的平臺部分110完全對齊，平臺100形成八角形。然而，在其它實施例中，可以設有不同數量的平臺部分(例如，部分110)，使得平臺100為不同的幾何形狀。例如，具有6個周向相鄰部分的平臺為六邊形。優選地，平臺100的直徑或最大水平寬度在3.0和6.0英尺之間，并且更優選地在3.5和4.5英尺之間。
[0023]現在參見圖3a和圖3b，每個平臺部分110包括中心區170、多個通道或槽180、通孔190，和連接機構135。每個部分110的長度Llltl (從在軸105的內邊緣175至背面130水平測得)優選在18.0和34.0英寸之間，寬Wlltl (在左和右側面140，150之間沿背面130水平測得)優選在16.0和30.0英寸之間，并且高度Hlltl (在頂面和底面160，120之間沿背面130豎直地測得)優選在2.0和12.0英寸之間。每個部分110由低摩擦系數的單一的材料，比如高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或具有低摩擦系數的任何其它合適的材料構成。
[0024]底面120位于平面，并且為三角形，外端點120a，120b與內端點120c是等距的。當描述平臺100的各個部分110時，使用術語“內”和“外”涉及如圖1所示的組裝平臺100，其中平臺100的外邊緣與每個部分110的背面130重合并且平臺100的中心與每個部分110的內邊緣175重合，該內邊緣與中心軸105同軸。內邊緣175包括上端175a和下端175b。底面120的內端點120c與中心軸105和內邊緣175的下端175b重合。
[0025]背面130位于垂直于底面120的平面，從底面120軸向向上延伸至上表面160，并具有上邊緣130a，下邊緣130b，左邊緣130c和右邊緣130d。左和右側面140，150，也定向為垂直于底面120，從背面130的左和右邊緣130c，130d延伸，并終止于內邊緣175。在本實施例中，左右側面140，150之間的角A145為45度。但是應當理解的是，角A 145取決于用于形成平臺100的部分110的數量。例如，如前面所論及，在實施例中，平臺100可以由六個部分110組成，則角A145會是60度。在另一個實施例中，平臺100可以由九個部分110組成，并且角A145為40度。
[0026]現在參見圖3a，3b，和4a，頂表面160包括中心區170和傾斜部161。中心區170包括頂面170a、邊緣170b (平行于背面130)，和內邊緣175的上端點175a，上端點175a與軸105重合。三角形中心區頂面170a位于與底面120平行的平面。中心區170的長度L17tl(在邊緣170b和上端點175a之間水平測得)優選在5.0和10.0英寸之間，寬度W17tl (在左和右側面140，150之間沿邊緣170b測得)優選在4.0和8.0英寸之間，并且高度H17tl (在中心區頂面170a和