用于沉浸式過山車體驗系統(tǒng)的力反饋座椅的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種力反饋座椅，尤其涉及一種用于沉浸式過山車體驗系統(tǒng)的力反饋 座椅。
【背景技術】
[0002] 長期以來，游樂場里的過山車都是一項富有刺激性的娛樂工具，那種風馳電掣、有 驚無險的快感令不少人著迷。當過山車在蜿蜓曲折的軌道上極速飛馳，乘坐的感覺也瞬息 萬變，但是正因為過山車高速的旋轉和強大的落差導致一些高度近視、心臟病或者是有隱 形疾病的人群增加了犯病風險。而且真實的過山車由于場地因素和人身安全等條件的限 制，無法實現(xiàn)長距離、任意場景、惡劣天氣及驚險軌道的刺激體驗。
[0003] 當今虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality :VR)技術作為一種綜合計算機圖形技術、多媒 體技術、傳感器技術、人機交互技術、網絡技術、立體顯示技術以及仿真技術等多種科學技 術而發(fā)展起來的計算機領域新技術，利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使 用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以實時、主動、不 受限制地觀察三維空間內的事物。
[0004] 現(xiàn)有市場上的座椅占地空間較大，位姿變換不靈活，再加上電腦場景信息對座椅 的傳遞速度較慢，座椅變化滯后，且變換姿態(tài)不夠豐富，用戶的體驗感比較差。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對真實過山車體驗的局限性，本發(fā)明的目的在于提供一種用于沉浸式過山車體 驗系統(tǒng)的力反饋座椅，可用于虛擬現(xiàn)實技術的過山車場景，實現(xiàn)真實過山車場景中的下坡、 上坡、跳躍、下落、左傾和右傾等姿態(tài)的體驗。
[0006] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述功能，采用的技術方案是：
[0007] 本發(fā)明的力反饋座椅包括座椅平臺、活動氣缸、固定平臺、電磁控制閥及用于供電 的電源電路，座椅平臺通過六自由度活動氣缸安裝在固定平臺上，固定平臺上設有六個電 磁控制閥，六個電磁控制閥分別連接各自的活動氣缸進行控制，六個電磁控制閥分別經電 磁閥連接模塊與控制模塊連接，空氣壓縮機連接六自由度活動氣缸，電源電路分別與控制 模塊和六個電磁控制閥連接進行供電。
[0008] 所述的座椅平臺底面間隔設有三個座椅鉸接座，固定平臺頂面間隔設有與座椅平 臺底面三個座椅鉸接座位置交錯安裝的三個平臺鉸接座，相鄰的座椅鉸接座與平臺鉸接座 之間連接有活動氣缸，即六個活動氣缸依次鉸接并呈S形連接在座椅平臺底面與固定平臺 頂面之間，由此連接形成六自由度活動氣缸。
[0009] 所述的控制模塊包括控制芯片Ul和USB數(shù)據(jù)通信電路，控制芯片Ul連接有晶振 復位電路；USB數(shù)據(jù)通信電路！MicroUSB接口的5、0腳接地，MicroUSB接口的4腳懸空， MicroUSB接口的2腳和3腳分別經電阻R5、電阻R4后連接控制芯片Ul的PA12腳和PAll 引腳，1腳接5V電源，2腳經電阻R3連接到三極管Ql的集電極，三極管Ql的發(fā)射極接3. 3V 電源，三極管Ql的基極經電阻Rl與控制芯片Ul的PC13引腳相連。
[0010] 所述的電磁閥連接模塊包括譯碼器U7和六個電路結構相同的中間驅動模塊，多 個電磁控制閥經各自的中間驅動模塊連接到譯碼器U7 ;譯碼器U7的20至23引腳分別連接 控制模塊中控制芯片Ul的17~14腳，譯碼器U7的18、19、12腳接地，譯碼器U7的24腳 接3. 3V電源，譯碼器U7的1至16引腳作為控制信號輸出端接各自的中間驅動模塊。
[0011] 所述的中間驅動模塊包括：譯碼器U7的控制信號輸出端經電阻R19接三極管Q3 的發(fā)射極，經電阻R22接三極管Q3的基極，三極管Q3的集電極連接光耦元件U6的1腳，光 耦元件U6的2腳和3腳分別經電阻R26、電阻R27后接地，光耦元件U6的3腳與場效應管 Q4的柵極連接，場效應管Q4的源極接地，場效應管Q4的漏極經二極管D4接24V電源，光耦 元件U6的4腳經電阻R21接24V電源，場效應管Q4的漏極接電磁控制閥。
[0012] 所述的電源電路包括24V轉5V電源電路和5V轉3. 3V電源電路。
[0013] 所述的24V轉5V電源電路：包括電源管理芯片U2,電源管理芯片U2的1腳與保 險絲電路的24V電源引腳相連，1腳經電解電容C5接地，3腳和5腳直接接地，2腳依次經電 感Ll、電感L2后與電解電容C6的一端連接輸出5V電源。
[0014] 所述的5V轉3. 3V電源電路：包括電源芯片U5,電源芯片U5的3腳與5V電源，3 腳經電解電容C15接地，1腳直接接地，2腳和4腳連接后在分別經電容C17、電容C18、電容 C19接地，2腳和4腳連接后輸出3. 3V電壓。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：
[0016] 本發(fā)明利用力反饋座椅代替真實的過山車座椅，解決高速旋轉和強大落差帶來的 安全問題。
[0017] 本發(fā)明力反饋座椅用于帶給體驗者隨著虛擬過山車在軌道上不同位置時相應的 位姿調整反饋，并可利用虛擬現(xiàn)實技術設計豐富多樣的過山車體驗場景，滿足用戶的不同 需求。
[0018] 本發(fā)明解決了真實過山車場地因素、人身安全等條件的限制，為實現(xiàn)過山車體驗 場景提供可能，可靠性高，具有較強的技術創(chuàng)新性和先進性。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明座椅的結構示意圖。
[0020] 圖2是本發(fā)明各模塊的連接關系方框圖。
[0021] 圖3是本發(fā)明單片機控制模塊的電路圖。
[0022] 圖4是本發(fā)明USB通信電路的電路圖。
[0023] 圖5是本發(fā)明譯碼器U7的電路圖。
[0024] 圖6是本發(fā)明中間驅動模塊的電路圖。
[0025] 圖7是本發(fā)明的24V轉5V電路的電路圖。
[0026] 圖8是本發(fā)明的5V轉3. 3V電源電路的電路圖。
[0027] 圖中：1、座椅平臺，2、活動氣缸，3、固定平臺，4、電磁控制閥。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0029] 如圖1所示，本發(fā)明力反饋座椅包括六自由度運動裝置和動力模塊。其六自由度 運動裝置主要包括座椅平臺1、活動氣缸2、固定平臺3、電磁控制閥4及用于供電的電源電 路，座椅平臺1通過六自由度活動氣缸2安裝在固定平臺3上，固定平臺3上設有六個電磁 控制閥4,六個電磁控制閥4分別連接各自的活動氣缸2進行控制，如圖2所示，六個電磁控 制閥4分別經電磁閥連接模塊與控制模塊連接，空氣壓縮機連接六自由度活動氣缸2,電源 電路分別與控制模塊和六個電磁控制閥4連接進行供電。
[0030] 如圖1所示，上述座椅平臺1底面間隔設有三個座椅鉸接座，固定平臺3頂面間隔 設有與座椅平臺1底面三個座椅鉸接座位置交錯安裝的三個平臺鉸接座，相鄰的座椅鉸接 座與平臺鉸接座之間連接有活動氣缸2,即六個活動氣缸2依次鉸接并呈S形連接在座椅平 臺1底面與固定平臺3頂面之間，由此連接形成六自由度活動氣缸2。
[0031] 如圖3所示，上述控制模塊包括控制芯片Ul和USB數(shù)據(jù)通信電路，控制芯片Ul連 接有晶振復位電路；如圖4所示，USB數(shù)據(jù)通信電路！MicroUSB接口的5、0腳接地，MicroUSB 接口的4腳懸空，MicroUSB接口的2腳和3腳分別經電阻R5、電阻R4后連接控制芯片Ul 的PA12腳和PAll引腳，1腳接5V電源，2腳經電阻R3連接到三極管Ql的集電極，三極管 Ql的發(fā)射極接3. 3V電源，三極管Ql的基極經電阻Rl與控制芯片Ul的PC