一种头显支撑装置

摘要

本发明提供一种头显支撑装置，该头显支撑装置包括用于固定VR眼镜的眼镜支架、用于使所述眼镜支架上下转动的水平转轴总成、以及用于使所述眼镜支架水平转动的垂直转轴总成，所述水平转轴总成包括设置在所述眼镜支架两侧的上下旋转支架、分别固定在上下旋转支架以及垂直转轴总成上的扭簧盖，与所述扭簧盖转动连接的光轴以及套设在所述光轴上的扭簧，所述上下旋转支架一端与所述眼镜支架固定连接，另一端通过光轴与所述垂直转轴总成转动连接。本发明中的头显支撑装置，解决了现有技术中的VR头显设备无法满足使用者在进行操作技能训练时视野灵活且快捷切换虚拟与现实场景的需求的问题。

权利要求

1.一种头显支撑装置，其特征在于，包括用于固定VR眼镜的眼镜支架、用于使所述眼镜支架上下转动的水平转轴总成、以及用于使所述眼镜支架水平转动的垂直转轴总成，所述水平转轴总成包括设置在所述眼镜支架两侧的上下旋转支架、分别固定在上下旋转支架以及垂直转轴总成上的扭簧盖，与所述扭簧盖转动连接的光轴以及套设在所述光轴上的扭簧，所述上下旋转支架一端与所述眼镜支架固定连接，另一端通过光轴与所述垂直转轴总成转动连接；

所述垂直转轴总成包括与所述水平转轴总成转动连接的左右旋转支架、与所述左右旋转支架顶部固定连接的旋转套、以及套设在所述旋转套外侧的固定套，所述旋转套远离所述左右旋转支架一侧向外延伸有翻边，所述翻边的外径大于所述固定套的内径，所述固定套远离所述左右旋转支架一侧用于连接固定物；

所述固定套远离所述左右旋转支架一侧设有固定座，所述固定座用于连接所述固定物。

2.根据权利要求1所述的头显支撑装置，其特征在于，所述水平转轴总成还包括颚托，所述颚托两侧分别与所述上下旋转支架连接以使所述颚托位于所述眼镜支架下方。

3.根据权利要求1所述的头显支撑装置，其特征在于，所述眼镜支架靠近所述垂直转轴总成一侧设有颧垫。

4.根据权利要求2所述的头显支撑装置，其特征在于，所述旋转套外侧还套设有轴承，所述轴承位于所述旋转套与所述固定套之间。

5.根据权利要求2所述的头显支撑装置，其特征在于，所述旋转套外侧还套设有垫圈，所述垫圈位于所述左右旋转支架与所述固定套之间。

6.根据权利要求1所述的头显支撑装置，其特征在于，所述上下旋转支架一端通过螺栓与所述眼镜支架固定连接，所述光轴的轴线与所述螺栓的轴线高度方向的距离为50至80毫米，前后方向的距离为110至150毫米，以使使用者使用该装置时，所述光轴位于所述使用者任一颈椎关节处。

说明书

一种头显支撑装置

技术领域

[0001] 本发明涉及头显支架领域，特别涉及一种头显支撑装置。

背景技术

[0002] VR模拟操作技能训练是虚拟显示技术近年的一项新兴应用方向。相较于传统的VR教学产品，模拟操作技能训练更加注重使用者手部动作技能的学习和训练。此类产品的突出特点在于通过虚拟触觉技术，让操作者能够在虚拟环境中实现真实的操作感觉，从而更好的掌握操作技能。比如在临床医学操作教学中，切、刺、缝、等各种操作都需要具有很高的准确性和精细度，这些操作技能以前只能靠医师在真实手术中不断积累经验，而对于新手医师来说，临床机会的稀缺则造成了当今医务人员培养周期长的主要原因。利用最新的虚拟现实技术，现代模拟手术教学产品可以让操作者真实体验到手术操作的过程，大大加快了医师的培养过程。

[0003] 在模拟操作技能训练产品中，操作者常需手持模拟器械效应器（如手术刀效应器、注射器效应器等）这些效应器可以向操作者提供与使用真实器械相同的持握手感和操作方式。效应器同时连接在力反馈机械臂上，该机械臂负责向使用者输出操作的力度感觉。如此，此类产品可以在全沉浸式的虚拟环境中让使用者体验到真实操作的感受。

[0004] 然而，在操作技能训练过程中，使用者往往需要更换多种操作器械，更换器械时使用者也需要离开虚拟环境，回到现实环境中进行操作。然而现有的VR头显设备为了保证VR的沉浸式效果通常直接佩戴固定在使用者的头上，而由于操作技能训练过程中存在在虚拟环境和现实环境进行切换的客观需求，加之作为教学使用的产品很可能需要多人交替使用，这些限制条件的存在，导致当前VR产品主流使用的头戴式显示器并不适用于模拟操作技能训练系统。采用固定头显的方式可以解决切换虚拟和现实环境的问题，但固定头显却丢失了头戴显示器的灵活性，以头戴方式使用时，使用者可以随意转动头部，观看任何方向的景物，采用固定方式则失去了这种灵活性。

发明内容

[0005] 基于此，本发明的目的是提供一种头显支撑装置，旨在解决现有技术中的VR头显设备无法满足使用者在进行操作技能训练时视野灵活且快捷切换虚拟与现实场景的需求的问题。

[0006] 本发明提出的头显支撑装置，包括用于固定VR眼镜的眼镜支架、用于使所述眼镜支架上下转动的水平转轴总成、以及用于使所述眼镜支架水平转动的垂直转轴总成，所述水平转轴总成包括设置在所述眼镜支架两侧的上下旋转支架、分别固定在上下旋转支架以及垂直转轴总成上的扭簧盖，与所述扭簧盖转动连接的光轴以及套设在所述光轴上的扭簧，所述上下旋转支架一端与所述眼镜支架固定连接，另一端通过光轴与所述垂直转轴总成转动连接。

[0007] 上述头显支撑装置，通过眼镜支架将VR眼镜悬置并固定在特定位置，再通过与眼镜支架连接的水平转轴总成，以及与水平转轴总成连接的垂直转轴总成实现眼镜随着眼镜支架上下以及水平两个自由度转动的功能，具体的，水平转轴总成包括上下旋转支架、扭簧盖、光轴以及扭簧，扭簧盖分别设置在垂直转轴总成上以及设置在位于眼镜支架两侧的上下旋转支架上，扭簧盖上设有轴孔用于容置光轴，光轴外侧套设有两端与扭簧盖连接的扭簧，通过光轴实现水平转轴总成与垂直转轴总成之间的转动连接，进而实现头显支撑装置的上下转动的功能，再由垂直转轴总成实现头显支撑装置的左右旋转功能，进而使得该头显支撑装置安装VR眼镜后使用起来与现有的头戴式VR头显装置一样灵活，且由于眼镜支架是悬置的，使用者可以随时将头部与眼睛移出眼镜支架进行虚拟环境与现实环境之间的切换。因此本发明解决了现有技术中的VR头显设备无法满足使用者在进行操作技能训练时视野灵活且快捷切换虚拟与现实场景的需求的问题。

[0008] 另外，根据本发明提出的头显支撑装置，还可以具有如下的附加技术特征：

[0009] 优选地，所述垂直转轴总成包括与所述水平转轴总成转动连接的左右旋转支架、与所述左右旋转支架顶部固定连接的旋转套、以及套设在所述旋转套外侧的固定套，所述旋转套远离所述左右旋转支架一侧向外延伸有翻边，所述翻边的外径大于所述固定套的内径，所述固定套远离所述左右旋转支架一侧用于连接固定物。

[0010] 优选地，所述垂直转轴总成包括与所述水平转轴总成转动连接的左右旋转支架、固定在所述左右旋转支架顶部的滑块、与所述滑块适配的圆弧滑轨，所述圆弧滑轨远离所述滑块一侧用于连接固定物。

[0011] 优选地，所述水平转轴总成还包括颚托，所述颚托两侧分别与所述上下旋转支架连接以使所述颚托位于所述眼镜支架下方。

[0012] 优选地，所述眼镜支架靠近所述垂直转轴总成一侧设有颧垫。

[0013] 优选地，所述固套远离所述左右旋转支架一侧设有固定座，所述固定座用于连接所述固定物。

[0014] 优选地，所述旋转套外侧还套设有轴承，所述轴承位于所述旋转套与所述固定套之间。

[0015] 优选地，所述旋转套外侧还套设有垫圈，所述垫圈位于所述左右旋转支架与所述固定套之间。

[0016] 优选地，所述上下旋转支架一端通过螺栓与所述眼镜支架固定连接，所述光轴的轴线与所述螺栓的轴线高度方向的距离为50至80毫米，前后方向的距离为110至150毫米，以使使用者使用该装置时，所述光轴位于所述使用者任一颈椎关节处。

附图说明

[0017] 图1为本发明第一实施例中提出的头显支撑装置的结构示意图；

[0018] 图2为本发明第一实施例中提出的水平转轴总成的爆炸图；

[0019] 图3为本发明第一实施例中提出的垂直转轴总成的爆炸图；

[0020] 图4为本发明第二实施例中提出的头显支撑装置的结构示意图；

[0021] 主要元件符号说明：

[0022]

[0023] 如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

[0024] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

[0025] 需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

[0026] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0027] 请参阅图1至图3，所示为本发明第一实施例中的头显支撑装置，包括用于固定VR眼镜40的眼镜支架10、用于使眼镜支架10上下转动的水平转轴总成20、以及用于使眼镜支架10水平转动的垂直转轴总成30，其中：

[0028] 水平转轴总成20包括设置在眼镜支架10两侧的上下旋转支架21、分别固定在上下旋转支架21以及垂直转轴总成30上的扭簧盖22，与扭簧盖22转动连接的光轴23以及套设在光轴23上的扭簧24，上下旋转支架21一端与眼镜支架10固定连接，另一端通过光轴23与垂直转轴总成30转动连接。

[0029] 可以理解的，通过眼镜支架10将VR眼镜40悬置并固定在特定位置，再通过与眼镜支架10连接的水平转轴总成20，以及与水平转轴总成20连接的垂直转轴总成30实现VR眼镜40随着眼镜支架10上下以及水平两个自由度转动的功能，具体的，水平转轴总成20包括上下旋转支架21、扭簧盖22、光轴23以及扭簧24，扭簧盖22分别设置在垂直转轴总成30上以及设置在位于眼镜支架10两侧的上下旋转支架21上，扭簧盖22上设有轴孔用于容置光轴23，光轴23外侧套设有两端与扭簧盖22连接的扭簧24，通过光轴23实现水平转轴总成20与垂直转轴总成30之间的转动连接，进而实现头显支撑装置的上下转动的功能，再由垂直转轴总成30实现头显支撑装置的左右旋转功能，进而使得该头显支撑装置安装VR眼镜40后使用起来与现有的头戴式VR头显装置一样灵活，且由于眼镜支架10是悬置的，使用者可以随时将头部与眼睛移出眼镜支架10进行虚拟环境与现实环境之间的切换。因此本发明解决了现有技术中的VR头显设备无法满足使用者在进行操作技能训练时视野灵活且快捷切换虚拟与现实场景的需求的问题。

[0030] 需要说明的是，扭簧24与扭簧盖22的配合用于抵消眼镜支架10以及VR眼镜40自身的重力，以使VR眼镜40固定在眼镜支架10上时，能够悬置在特定位置，进而使得使用者不用承受VR眼镜40以及眼镜支架10的重力，使用起来更加方便；且这样一来使用者进行虚拟环境与现实环境进行切换时，不会因为缺少使用者头部支撑，导致VR眼镜40因为重力原因出现位置偏移，进而出现VR视角偏移需要使用者重新调节的问题。

[0031] 此外，在具体使用时，对于操作技能教学系统而言，其重要功能是实现教学目的，在使用的舒适性方面不像娱乐产品要求那么高。虚拟场景的设计只要能让用户看到操作区域即可，并不一定需要全方位转动头部。因此，头显支承装置需要提供在一定角度范围内上下俯仰和左右转动头部这两个必要的转动自由度即可，其他自由度则不是必要的。并且，可以通过其他交互方式（如手柄、键鼠、踏板等）补助更多自由度需求。

[0032] 具体的，垂直转轴总成30包括与水平转轴总成20转动连接的左右旋转支架31、与左右旋转支架31顶部固定连接的旋转套32、以及套设在旋转套32外侧的固定套33，旋转套32远离左右旋转支架31一侧向外延伸有翻边321，翻边321的外径大于固定套33的内径，固定套33远离左右旋转支架31一侧用于连接固定物。通过左右旋转支架31顶部的旋转套32与固定套33之间的转动连接，实现左右旋转支架31相对固定套33转动带着水平转轴总成20以及固定有VR眼镜40的眼镜支架10进行水平转动。由于固定套33一侧与固定物连接使得头显支撑装置悬置在特定位置。此外，旋转套32一侧的设有外径大于固定套33内径的翻边321，以保证固定套33卡设在旋转套32与左右旋转支架31之间。需要说明的，水平转轴总成20的旋转轴根据人机工程原理，大致位于人体头部左右旋转中心轴处，设置在此处可以有效减小摩擦阻力矩。

[0033] 另外的，上下旋转支架21一端通过螺栓26与眼镜支架10固定连接，光轴23的轴线与螺栓26的轴线高度方向的距离为50至80毫米，前后方向的距离为110至150毫米，以使使用者使用该装置时，光轴23位于使用者任一颈椎关节处。本头显支撑装置设有光轴23使得头显设置在该支撑装置，使用者使用头显时，可以使得使用者佩戴头显做点头抬头的动作。并且，根据人体工学分析，将光轴23设置在螺栓26的高度方向距离为50至80毫米，前后方向距离为110至150毫米处，以使人体在进行点头动作时，头部的旋转轴会沿着颈椎向下移动。
进而使得使用者在上下转动头部的全过程中能够保持人体自然的活动方式，同时头显可以保持与使用者面部贴合。具体的，光轴23位于颈椎第一节处。之后随着头部下压，光轴23相对人体逐渐下移，到接近极限（约75°）时，光轴23下移至第七颈椎。各颈椎关节的相对转动角度范围自上而下逐渐减小。从第一至第七依次约为30°，15°，10°，8°，6°，4°，2°。

[0034] 示例而非限定的，在一些可选的实施例中，水平转轴总成20还包括颚托25，颚托25两侧分别与上下旋转支架21连接以使颚托25位于眼镜支架10下方。设置颚托25用于使用者进行模拟操作技能教学时，下颚放置在颚托25上更加省力。此外，设置颚托25使得使用者上下以及左右转头时，可以借助下颚发力驱使VR眼镜40转动，而不仅仅靠着面部与眼镜支架10抵靠进行发力驱使VR眼镜40转动，进而使得使用者使用起来更加方便省力。

[0035] 更进一步的，眼镜支架10靠近垂直转轴总成30一侧设有颧垫11。颧垫11用于使用者使用时眼眶进行抵靠，使得使用者抵靠时更加舒适而不会被眼镜支架10膈疼，此外颧垫11与使用者眼眶之间的摩擦力相对与光滑的眼镜支架10而言更大，进而使用者借助颧垫11更容易对眼镜支架10施加力，从而驱使眼镜支架10进行上下或左右转动。

[0036] 另外的，固定套33远离左右旋转支架31一侧设有固定座331，固定座331用于连接固定物。固定座331用于与固定物连接固定，使得固定套33悬置固定在特定位置，头显支撑装置在通过旋转套32与固定套33的配合，实现头显转轴悬在特定位置且可以绕固定套33轴线进行水平转动。

[0037] 进一步的，旋转套32外侧还套设有轴承36，轴承36位于旋转套32与固定套33之间。设置轴承36用于减小旋转套32与固定套33之间的相互转动产生的摩擦力，使得使用者可以更加容易驱使眼镜支架10带动VR眼镜40进行水平转动。具体的，轴承36采用滚动轴承，以进一步减小左右旋转时，头部的旋转摩檫力。

[0038] 更进一步的，旋转套32外侧还套设有垫圈37，垫圈37位于左右旋转支架31与固定套33之间。设置垫圈37在固定套33与左右旋转支架31之间使得旋转套32相对固定套33旋转时更加平稳，不会出现上下窜动的状况。

[0039] 请参阅图4，所示为本发明第二实施例中的头显支撑装置，第二实施例与第一实施例大体结构相同，唯一的区别在于垂直转轴总成30包括与水平转轴总成20转动连接的左右旋转支架31、固定在左右旋转支架31顶部的滑块34、与滑块34适配的圆弧滑轨35，圆弧滑轨35远离滑块34一侧用于连接固定物。该实施例中，通过设置圆弧滑轨35与滑块34的配合使得头显支撑装置可以进行水平转动。滑块34与圆弧滑轨35的配合相对于旋转套32与固定套
33的配合，虽然水平旋转的角度受圆弧滑轨35的限制更小，但转动起来更加省力，而使用者在进行模拟操作技能教学时头部所需转动的角度有限，因此滑块34与圆弧滑轨35的配合在实际使用时更加方便。

[0040] 综上所述，本发明上述实施例当中的头显支撑装置，通过眼镜支架10将VR眼镜40悬置并固定在特定位置，再通过与眼镜支架10连接的水平转轴总成20，以及与水平转轴总成20连接的垂直转轴总成30实现VR眼镜40随着眼镜支架10上下以及水平两个自由度转动的功能，具体的，水平转轴总成20包括上下旋转支架21、扭簧盖22、光轴23以及扭簧24，扭簧盖22分别设置在垂直转轴总成30上以及设置在位于眼镜支架10两侧的上下旋转支架21上，扭簧盖22上设有轴孔用于容置光轴23，光轴23外侧套设有两端与扭簧盖22连接的扭簧24，通过光轴23实现水平转轴总成20与垂直转轴总成30之间的转动连接，进而实现头显支撑装置的上下转动的功能，再由垂直转轴总成30实现头显支撑装置的左右旋转功能，进而使得该头显支撑装置安装VR眼镜40后使用起来与现有的头戴式VR头显装置一样灵活，且由于眼镜支架10是悬置的，使用者可以随时将头部与眼睛移出眼镜支架10进行虚拟环境与现实环境之间的切换。因此本发明解决了现有技术中的VR头显设备无法满足使用者在进行操作技能训练时视野灵活且快捷切换虚拟与现实场景的需求的问题。

[0041] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0042] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。