用于观看电影的机电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及机电技术领域，特别是涉及一种用于观看电影的机电系统及其控制方法。

背景技术

目前4D电影涉及的机电系统中主要有座椅、多自由度平台、控制系统、以及执行系统。在观看4D电影时，座椅能够按照影片的内容发生运动，例如模拟交通工具的颠簸等。

图1是根据现有技术中的一种用于实现4D电影座椅操纵系统的主要组成部分的示意图。如图1所示，座椅11安装在多自由度平台12上；控制系统13与执行系统14连接，用于根据预先按电影内容设置的座椅运动方式对执行系统14进行控制；执行系统14与多自由度平台12连接，用于在控制系统13的控制下改变多自由度平台12的姿态。

穿戴式显示设备在近年来得到了越来越多的应用，VR(虚拟现实)头盔或VR眼镜是其中常见的品种。穿戴式显示设备具有显示元件即屏幕，并且还具有陀螺仪等装置，能够检测穿戴者的一些运动。目前的穿戴式显示设备通常应用于提供虚拟现实中的视觉场景。如何扩展穿戴式显示设备的应用范围，成为目前研究和应用关心的问题。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种用于观看电影的机电系统及其控制方法，扩展了穿戴式显示设备在观看电影时的应用方式，并且有更好的用户体验。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于观看电影的机电系统。

本发明的用于观看电影的机电系统，包括座椅、多自由度平台、控制系统、以及执行系统，其中：所述座椅安装在所述多自由度平台上；所述控制系统与所述执行系统连接，用于根据按照电影内容预先设定的运动方式，在电影播放进度到达该内容时向所述执行系统输出控制信号；所述执行系统与所述多自由度平台连接，用于根据所述控制信号，使该多自由度平台以所述运动方式进行运动；所述机电系统还包括带有陀螺仪的穿戴式显示设备以及水平转盘，所述按照电影内容预先设定的运动方式还包括水平旋转；所述穿戴式显示设备与所述控制系统连接，用于将该穿戴式显示设备的水平偏转角度信息和电影播放进度信息发送给所述控制系统；所述水平转盘连接在所述多自由度平台的下方，并且与所述控制系统连接；所述控制系统还用于根据所述水平偏转角度的信息和/或所述控制信号对所述水平转盘进行控制。

可选地，所述水平转盘包括伺服电机、蜗杆、以及齿盘，其中：所述伺服电机与所述控制系统连接，并与所述蜗杆连接；所述蜗杆与所述齿盘啮合；所述齿盘与所述多自由度平台连接。

可选地，所述多自由度平台具有6自由度，分别是横滚、俯仰、摇摆、水平位移、横向位移、垂直位移。

可选地，所述执行系统包括互相连接的伺服电机和电缸；所述伺服电机与所述控制系统连接；所述电缸和所述多自由度动运平台连接。

可选地，所述执行系统包括互相连接的伺服电磁阀和液压缸；所述伺服电磁阀与所述控制系统连接；所述液压缸和所述多自由度动运平台连接。

可选地，所述执行系统包括互相连接的伺服电机和摆臂连杆机构，所述摆臂连杆机构用于将旋转输入转换为直线输出；所述伺服电机与所述控制系统连接；所述摆臂连杆机构和所述多自由度动运平台连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于观看电影的机电系统的控制方法。

本发明的用于观看电影的机电系统的控制方法，所述机电系统为权利要求1至6中任一项所述的机电系统，该方法包括：所述控制系统接收所述穿戴式显示设备发来的电影播放进度的信息，并且根据该电影播放进度的信息控制所述水平转盘的水平旋转；在所述水平转盘水平旋转时，所述控制系统接收所述水平转盘的转盘转角信息，并且接收所述穿戴式显示设备发来的水平偏转角度信息；所述控制系统判断所述转盘转角与所述水平偏转角度是否相等，若是，则控制所述穿戴式显示设备的视角转角为所述转盘转角，否则根据预设权重计算所述转盘转角与所述水平偏转角度的加权和，再控制所述穿戴式显示设备的视角转角为所述加权和，其中所述水平偏转角度的权重小于所述转盘转角的权重。

可选地，还包括：所述控制系统判断所述水平偏转角度大于预设的临界角度的时长是否达到预设时长，若是，则控制所述穿戴式显示设备的视角转角自当前值起持续增大直至预设的视角转角最大值。

可选地，还包括：所述预设的临界角度为60°，所述预设时长范围是[0.05S,0.1S]，所述预设的视角转角最大值为180°。

可选地，还包括过滤所述水平偏转角度以预设频率的往复变化的角度。

根据本发明的技术方案，在水平转盘根据影片内容进行旋转时，如果用户转动头部，则进一步追加穿戴式显示设备视角的旋转，使用户能够看到自己的转头动作带来的视觉变化，有更真实的观感。并且，为了使用户能够方便地观看环幕电影，当用户头部转动角度达到设定值之后自动向用户提供更大角度的视角，方便了用户的操作，提高了用户体验。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据现有技术中的一种用于实现4D电影座椅操纵系统的主要组成部分的示意图；

图2是根据本发明实施方式的用于观看电影的机电系统的主要组成部分的示意图；

图3是根据本发明实施方式的采用摆臂连杆机构实现的执行系统的示意图。

具体实施方式

图2是根据本发明实施方式的用于观看电影的机电系统的主要组成部分的示意图。如图2所示，该机电系统在现有技术的基础上，增加了带有陀螺仪的穿戴式显示设备21以及水平转盘22。

穿戴式显示设备21可以是VR头盔或VR眼镜，以无线的方式例如红外、蓝牙等近距离通信方式与控制系统13连接，从而将该穿戴式显示设备21的水平偏转角度的信息发送给控制系统13。这里的水平偏转角度，一般是使用者头部左右转动时产生。该偏转角度可以是用户的视线方向与座椅初始位置的正前方的夹角。这里的视线是用户两眼向面部朝向的正前方的视线。控制系统13在现有技术中的功能的基础上，还用于根据穿戴式显示设备13的水平偏转角度的信息对水平转盘22进行控制。

水平转盘22连接在多自由度平台12的下方，并且与控制系统13连接。因其盘面与水平面平行，旋转时的转轴与水平面垂直(即旋转时盘面仍保持在水平面内)，因此叫做水平转盘。

本实施方式中，为了提高转盘的安全性并且降低成本，采用了齿盘-蜗杆的结构。具体而言，水平转盘包括伺服电机、蜗杆、以及齿盘。齿盘水平方向布置，其边缘具有齿；蜗杆竖直方向布置，其螺旋齿与齿盘的齿相配合，使蜗杆在绕其轴心旋转时带动齿盘旋转；另有伺服电机与蜗杆同轴连接。这种方式与电机通过减速装置连接到转盘轴心这一通常控制转盘的方式相比，需要的减速装置的齿轮更少或不需减速装置，降低了成本；而且在外力不合理地施加到齿盘，试图使其转动时，由于齿盘无法带动蜗杆，从而形成自锁以避免齿盘的转动，提高了转盘的安全性。

执行系统的一种可选结构是互相连接的伺服电机和电缸，伺服电机与计算处理装置连接，根据计算处理装置输出的控制信号启示或停止。执行系统也可以采用伺服电磁阀和液压缸等元件组成，由计算处理装置控制伺服电磁阀，从而控制液压缸的行程。

执行系统的另一种可选结构是采用摆臂连杆机构，如图3所示，图3是根据本发明实施方式的采用摆臂连杆机构实现的执行系统的示意图。

本实施方式中，对于显示设备的视角的控制，同时考虑水平转盘的转动和用户头部转动的效应。具体而言，一方面，控制系统接收穿戴式显示设备发来的电影播放进度的信息，并且根据该电影播放进度的信息控制水平转盘的水平旋转，例如电影内容中包含交通工具的转弯，则在播到该电影内容时水平转盘进行水平旋转，此时若用户不转动头部，则穿戴式显示设备的视角转角即根据转盘转角进行变化；另一方面，如果在水平转盘水平旋转时，用户还左右转动头部，则需向穿戴式显示设备的视角转角上叠加穿戴式显示设备的水平偏转角度，此时即计算水平转盘的转盘转角与穿戴式显示设备的水平偏转角度的加权和。水平转盘的转盘转角的权重范围可以是[0,1]，穿戴式显示设备的水平偏转角度的权重范围可以是[0,1]。

另外，对于环幕电影来说，视角转角是覆盖整个圆周，即[-180°,180°]。而通常来说根据电影内容旋转的转盘和人的头部都很少转过如此范围的角度，这就导致环幕的一部分难以被看到。为了使用户方便地欣赏到环幕的全部，在本发明实施方式中，用户的头部在向右持续转过一定角度的情况下，穿戴式显示设备的视角转角将自动持续增大，也就是自动地呈现更大视角的视频内容，直至视角转角在当前方向达到180°。类似地，如果用户的头部在向左持续转过一定角度，穿戴式显示设备自动呈现该角度至-180°的视频内容。

在观看电影的过程中，由于座椅的晃动等其他原因，可能会导致用户头部的抖动，对于这种情况，本发明实施方式中，过滤穿戴式显示设备的较高频率的往复变化的角度，该频率的范围可以是[20Hz,50Hz]。

根据本发明实施方式的技术方案，在水平转盘根据影片内容进行旋转时，如果用户转动头部，则进一步追加穿戴式显示设备视角的旋转，使用户能够看到自己的转头动作带来的视觉变化，有更真实的观感。并且，为了使用户能够方便地观看环幕电影，当用户头部转动角度达到设定值之后自动向用户提供更大角度的视角，方便了用户的操作，提高了用户体验。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。