一种模拟模块、肢体模拟装置以及虚拟设备的制作方法

本发明涉及虚拟现实领域，尤指一种模拟模块、肢体模拟装置以及虚拟设备。

背景技术：

随着ar/vr技术越来越火热，技术也越来越成熟，vr虚拟现实体验也越来越受大众关注，人机交互是vr整个体验中的非常重要一环，目前，手柄、手势追踪、眼球追踪、动作捕捉等是比较常见的交互方式。然而，上述技术中还无法实现更复杂的交互，如人体信息精度收集和显示、显示画面逼近真实、触感反馈、嗅觉和味觉、失重、微动控制等。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种模拟模块、肢体模拟装置以及虚拟设备，结构简单，并能够准确的模拟肢体动作。

为了达到本发明目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种模拟模块，包括模块主体，所述模块主体连接有充电电路以及释放电路，所述模块主体内设有存储腔体，所述充电电路用于向所述存储腔体内输入电荷，所述释放电路用于将所述电荷输出，所述模块主体受到挤压，将所述存储腔体内的电荷通过所述释放电路输出。

可选地，所述充电电路包括相对设置的第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极位于所述模块主体的两侧，且所述第一电极和第二电极的极性相同。

可选地，所述第一电极和第二电极分别位于所述模块主体的顶面和底面，所述释放电路与所述模块主体的侧面连接。

可选地，所述模块主体的所述侧面包括绝缘区和导电区，所述绝缘区和导电区之间设有间隙，所述绝缘区与所述释放电路连接，所述模块主体受到肢体挤压，所述导电区和绝缘区互相接触，以使所述导电区与所述释放电路连通，从而将所述存储腔体内的电荷通过导电区与释放电路连通。

可选地，所述充电电路还包括电压生成电路，所述电压生成电路分别与所述第一电极和第二电极连接。

第二方面，本发明还提供一种肢体模拟装置，包括用于贴合肢体的贴合部以及与所述贴合部连接的处理系统，所述贴合部内设有若干个上述模拟模块，所述处理系统用于接受所述模拟模块输出的电荷，以模拟肢体动作。

可选地，所述贴合部包括互相叠加设置的内层和外层，所述内层内设有所述模拟模块中的模块主体，所述外层内设有所述模拟模块中的释放电路。

可选地，所述内层采用防电磁辐射材料。

可选地，所述处理系统包括接收电容，所述接收电容与所述模拟模块中的释放电路连接，所述接收电容用于接收所述释放电路输出的电荷，从而形成用于模拟肢体动作的电压。

第三方面，本发明还提供一种虚拟设备，包括上述肢体模拟装置以及与所述肢体模拟装置连接的头戴显示装置。

可选地，所述头戴显示装置上设有接收电容，所述接收电容与所述肢体模拟装置中的释放电路连接，所述接收电容用于接收所述释放电路输出的电荷，从而形成用于模拟肢体动作的电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明根据肢体动作时，肢体对模拟模块进行不同程度的挤压，使存储腔体内的电荷通过释放电路输出不同量的电荷，并根据输出的电荷判断肢体的动作，实现模拟模块对肢体动作的模拟，本发明的模拟模块结构简单，并能够准确的模拟肢体动作。

2、本发明中第一电极和第二电极的极性相同，对存储腔体充电时，第一电极和第二电极因极性相同而互相排斥，从而将整个模拟模块撑起，同时将存储腔体内充满电荷，当模拟模块受挤压时，会将存储腔体挤压缩小，同时将电荷挤压释放到释放电路。

3、本发明中模块主体的侧面包括绝缘区和导电区，绝缘区和导电区之间设有间隙，绝缘区与释放电路连接，当肢体静止时，模块主体没有受到挤压，存储腔体内的电荷与释放电路绝缘，此时，模拟模块没有释放电荷；当肢体动作时，模块主体受到肢体挤压发生形变，绝缘区和导电区互相接触，使释放电路与导电区连通，此时，模拟模块释放电荷。

4、本发明中肢体模拟装置以细小的模拟模块组成，并与肢体贴合，当受到肢体挤压后可释放电荷，并根据电荷量的大小判断施加压力的大小，同时根据电荷释放位置判断肢体哪里有动作，则可进行简单的判定并模拟肢体动作。

5、本发明的虚拟设备中头戴显示装置通过肢体模拟装置模拟的肢体动作，将模拟的肢体动作在头戴显示装置内显示。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明提供的一种模拟模块的结构示意图；

图2为本发明中模拟模块侧面的结构示意图；

图3为本发明提供的一种肢体模拟装置在人体携带的结构示意图；

图4为本发明提供的一种肢体模拟装置的电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1所示，本发明实施例提供了一种模拟模块，包括模块主体1，模块主体1连接有充电电路2以及释放电路3，模块主体1内设有存储腔体，充电电路2用于向存储腔体内输入电荷，释放电路3用于将存储腔体内的电荷输出，模块主体1受到挤压时，将存储腔体内的电荷通过释放电路3输出。

本实施例中，模块主体1的形状不进行限定，只要模块主体1受到挤压能释放电荷即可。

具体地，本实施例以模块主体1为立方体为例，模块主体1的顶面101和底面102分别与充电电路2连接，充电电路2通电时，向存储腔体内输入电荷；模块主体1的四个侧面为弹性材料，当模块主体1的顶面101和底面102受挤压时，模块主体1的四个侧面被压缩，以对存储腔体进行挤压。模块主体1中的一个侧面4与释放电路3连接，以使存储腔体内的电荷通过释放电路3输出。

本发明根据肢体动作时，肢体对模拟模块进行不同程度的挤压，使存储腔体内的电荷通过释放电路3输出不同量的电荷，并根据输出的电荷判断肢体的动作，实现模拟模块对肢体动作的模拟，本发明的模拟模块结构简单，并能够准确的模拟肢体动作。

如图1所示，充电电路2包括相对设置的第一电极201和第二电极202，第一电极201和第二电极202分别位于模块主体1的两侧，且第一电极201和第二电极202的极性相同。具体地，第一电极201和第二电极202分别设置在模块主体1的顶面101和底面102，第一电极201和第二电极202通电后，第一电极201和第二电极202因极性相同而互相排斥，从而将整个模拟模块撑起，同时将存储腔体内充满电荷，当模拟模块受挤压时，会将存储腔体挤压缩小，同时将电荷挤压释放到释放电路3，由释放电路3输出。

如图1所示，充电电路2还包括电压生成电路203，电压生成电路203分别与第一电极201和第二电极202连接，以对第一电极201和第二电极202通电，充电电路2可以为dc/dc或ld。

如图2所示，模块主体1与释放电路3连接的侧面4，包括绝缘区401和导电区402，绝缘区401和导电区402之间设有间隙403，绝缘区401与释放电路3连接。当肢体静止时，模块主体1没有受到挤压，由于绝缘区401和导电区402之间存在间隙403，绝缘区401将存储腔体内的电荷与释放电路3绝缘，此时，模拟模块没有释放电荷；当肢体动作时，模块主体1受到肢体挤压，侧面4被压缩，绝缘区401和导电区402互相接触，此时，释放电路3与导电区402连通，存储腔体内的电荷通过导电区402与释放电路3连通，模拟模块释放电荷。

本发明中模块主体1受挤压释放电荷的原理为：由于c＝q/u，其中c为电容大小，q为电荷量，u为电压；同时c＝εs/d，其中c为电容大小，ε为介电常数，s为模块主体1两个相对侧面的面积，比如模块主体1中侧面4以及与侧面4相对的另一个侧面，d为该两个相对侧面之间的间距。首先电容c的大小取决于上述公式中的参数，即当模块主体1受挤压时，ε和d是不变的，而s则随着模块主体1的顶面101和底面102的挤压，而压缩变小，从而c则变小，由于，模块主体1的顶面101和底面102连接的充电电路2的电压固定，所以电压u不变，当c变小时，则电荷量q就会变小，这些减小的电荷则是通过释放电路3输出。

本发明实施例还提供了一种肢体模拟装置，包括与肢体贴合的贴合部以及与贴合部连接的处理系统，贴合部内设有若干个上述模拟模块，处理系统用于接受模拟模块输出的电荷，以模拟肢体动作。具体地，本发明中的贴合部为一种紧身衣，紧身衣中的模拟模块充电后，会撑起模块主体，同时将电荷充满模拟模块内的存储腔体，当肢体活动时，肢体挤压贴合部，从而将贴合部中的模拟模块挤压，会将模拟模块内的存储腔体挤压缩小，同时将存储腔体内的电荷挤压释放到释放通路，再通过释放通路输出，并根据输出的电荷量的大小以及位置模拟肢体动作。

进一步的，贴合部包括互相叠加设置的内层和外层，内层采用防电磁辐射材料，其与肢体贴合，内层内设有模拟模块中的模块主体，外层位于内层的外侧，外层内设有模拟模块中的释放电路。

如图3所示，本发明中的紧身衣，在人体各关节部位5所分布的模拟模块更加细小以及密集，在模拟系统中，会提前将根据人体做各种动作时各关节以及肌肉的动向以及所触动的点模拟储存，而所有模拟模块会以区域划分，比如人体的胳膊上的模拟模块为一个区域，大腿部的模拟模块是一个区域，这样可方便系统判断是人体的哪一个区域有活动，而每个区域中的模拟模块又会分成几个部分，如关节部位，肌肉部分。这样处理系统会根据所获取的电荷位置进行对比判断有动作的肢体，在根据提前储存的肢体动向信息进行模拟对比，判断具体动作。再将对比的结果在处理系统中进行刻画并模拟，这样处理系统就会控制虚拟人物跟随人体同步运动。其中，肢体动向信息是指：模拟当人做某种运动时，都应该有几个地方会出现挤压，比如抬胳膊，则肩周上部会出现挤压，腋下会出现拉伸挤压。本发明的肢体模拟装置也可以应用于各类动作游戏当中，让人有更好的游戏沉浸体验。

本发明中肢体模拟装置以细小的模拟模块组成，并与肢体贴合，当受到肢体挤压后可释放电荷，并根据电荷量的大小判断施加压力的大小，同时根据电荷释放位置判断肢体哪里有动作，则可进行简单的判定并模拟肢体动作。

如图4所示，处理系统包括接收电容5，接收电容5与模拟模块中的释放电路3连接，接收电容5用于接收释放电路3输出的电荷，将接收到的电荷储存于接收电容5当中，接收电容5所储存的电荷量越多，则接收电容5的电压越高，通过检测接收电容5电压的大小，则可判断肢体浮动的大小，模拟肢体动作。接收电容5并联有电压表，该电压表用于显示接收电容5的电压值。

本发明还提供一种虚拟设备，包括上述肢体模拟装置以及与肢体模拟装置连接的头戴显示装置。头戴显示装置用于将肢体模拟装置模拟的肢体动作在虚拟人物中显示。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。