本實(shí)用新型涉及一種游戲控制電路，屬于游戲設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種游戲設(shè)備中利用人體腳踏輸入的控制電路。

背景技術(shù)：

目前，市面上絕大多數(shù)的VR虛擬現(xiàn)實(shí)游戲設(shè)備的人機(jī)交互輸入設(shè)備普遍采用搖桿等手部輸入結(jié)構(gòu)形式，也就是通過人手操控進(jìn)行人機(jī)交互，這種結(jié)構(gòu)形式的缺陷是會(huì)對(duì)手部造成限制，無法空出手部進(jìn)行一些真實(shí)模擬動(dòng)作，例如持槍射擊等，因此真實(shí)體驗(yàn)感比較欠缺。雖然市面上也有一些采用腳部輸入作為人機(jī)交互控制輸入，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且采用的是斷續(xù)的開關(guān)量作為信號(hào)輸入，人體操控舒適度有待提高，人機(jī)交互效果也不夠理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷與不足，提供一種游戲設(shè)備中利用人體腳踏輸入的控制電路，該控制電路采用腳部輸入控制人機(jī)交互，而且采用電磁制動(dòng)阻尼技術(shù)，通過對(duì)人體重量的檢測(cè)，取得不同個(gè)體的慣量參數(shù)，對(duì)應(yīng)不同的伺服電機(jī)阻尼程度，使得腳部在運(yùn)動(dòng)輸入時(shí)，有舒適的阻尼體感，同時(shí)通過活動(dòng)底盤帶動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后檢測(cè)編碼盤的位置信息，可以得到腳部的運(yùn)動(dòng)方位和力度，再發(fā)送給游戲上位機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型按照以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種游戲設(shè)備中利用人體腳踏輸入的控制電路，包括有若干位于活動(dòng)底盤的磅秤傳感器及位于固定底盤且與活動(dòng)底盤傳動(dòng)連接配合的正交布置的A 路伺服電機(jī)和B路伺服電機(jī)；還包括有系統(tǒng)供電電路模塊、微控制器電路模塊、體重測(cè)量電路模塊、A路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊、A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、A路編碼器接口及信號(hào)調(diào)理電路模塊、B路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊、B路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、B路編碼器接口及信號(hào)調(diào)理電路模塊、及485通信電路模塊，其中：上述體重測(cè)量電路模塊與微控制器電路模塊連接，用以檢測(cè)人體重量數(shù)據(jù)且計(jì)算人體重量；上述微控制器電路模塊、A路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊、A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、A路伺服電機(jī)、A路編碼器接口及信號(hào)調(diào)理電路模塊相互連接形成A路伺服電機(jī)輸入反饋控制電路；上述微控制器電路模塊、B路PWM 高低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊、B路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、B路伺服電機(jī)、 B路編碼器接口及信號(hào)調(diào)理電路模塊相互連接形成B路伺服電機(jī)輸入反饋控制電路。

進(jìn)一步，所述系統(tǒng)供電電路模塊包括有輸入自恢復(fù)保險(xiǎn)絲、第一級(jí)5V電壓變換電路單元、濾波電路單元及第二級(jí)3.3V低壓差線性穩(wěn)壓電路單元。

進(jìn)一步，所述微控制器電路模塊包括有微控制器芯片、微控制器電源退耦電路單元、微控制器復(fù)位電路單元、微控制器時(shí)鐘振蕩網(wǎng)絡(luò)電路單元及微控制器固件燒錄接口電路單元。

進(jìn)一步，所述體重測(cè)量電路模塊具有四路相同的測(cè)量電路，分別與位于活動(dòng)底盤的四個(gè)磅秤傳感器連接，每一測(cè)量電路包括有稱重芯片、稱重芯片電源退耦電路單元、磅秤傳感器電源濾波穩(wěn)壓電路單元、稱重芯片內(nèi)部參考電源濾波電路單元、稱重芯片通信總線上拉電路單元、及磅秤傳感器接口電路單元。

進(jìn)一步，所述A路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊包括有A路PWM高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路和A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路，所述B路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊包括有B路PWM高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路和B路PWM低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路，其中：

所述A路PWM高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路包括有A路高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)供電電路單元、 A路PWM信號(hào)緩沖放大電路單元、限流上拉電路單元、A路PWM信號(hào)懸浮驅(qū)動(dòng)芯片、及芯片穩(wěn)壓退耦濾波電路單元；所述B路PWM高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)造與A路PWM高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)造相同；

所述A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路包括有A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)芯片、信號(hào)輸入電阻電路單元及芯片退耦電路單元；所述B路PWM低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)造與A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)造相同。

進(jìn)一步，所述A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊包括有A路三相同步交流伺服電機(jī)動(dòng)力線接口電路單元、A路三相橋式開關(guān)電路單元、開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路單元、平滑濾波電路單元、及靜電泄放電路單元；所述B路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊的電路構(gòu)造與A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊的電路構(gòu)造相同。

進(jìn)一步，所述A路編碼器接口及信號(hào)調(diào)理電路模塊包括有編碼器接口電路單元、編碼器輸入信號(hào)RC濾波電路單元、斯密特抗干擾輸入芯片、及芯片電源退耦濾波電路單元；所述B路編碼器接口及信號(hào)調(diào)理電路模塊的電路構(gòu)造與A路編碼器接口及信號(hào)調(diào)理電路模塊的電路構(gòu)造相同。

進(jìn)一步，所述485通信電路模塊包括有通信接口及系統(tǒng)供電電路單元、通信芯片、芯片電源退耦電路單元、靜電鉗位電路單元。

進(jìn)一步，所述控制電路還包括有零點(diǎn)檢測(cè)電路模塊，該零點(diǎn)檢測(cè)電路模塊包括有A、B兩路零點(diǎn)輸入接口電路單元、高電平電路單元、RC抗干擾濾波電路單元及信號(hào)鉗位電路單元。

進(jìn)一步，所述控制電路還包括有阻尼微調(diào)和啟停電路模塊，該阻尼微調(diào)和啟停電路模塊包括有阻尼微調(diào)和啟停開關(guān)接口電路單元、阻尼微調(diào)信號(hào)RC 抗干擾濾波電路單元、阻尼微調(diào)信號(hào)鉗位電路單元、啟停信號(hào)RC抗干擾濾波電路單元、及啟停信號(hào)鉗位電路單元。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為：

本實(shí)用新型在國(guó)內(nèi)外的VR虛擬游戲硬件領(lǐng)域中，在VR虛擬現(xiàn)實(shí)跑步機(jī)游戲設(shè)備中率先采用了電磁制動(dòng)阻尼技術(shù)，通過對(duì)人體重量的檢測(cè)，取得不同個(gè)體的慣量參數(shù)，對(duì)應(yīng)不同的伺服電機(jī)阻尼程度，使得腳部在運(yùn)動(dòng)輸入時(shí)，有舒適的阻尼體感，同時(shí)通過活動(dòng)底盤帶動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后檢測(cè)編碼盤的位置信息，可以得到腳部的運(yùn)動(dòng)方位和力度，再發(fā)送給游戲上位機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

本實(shí)用新型的腳部輸入的體感舒適自然，使得玩家在玩游戲時(shí)，手腳并用成為可能，給VR虛擬現(xiàn)實(shí)跑步機(jī)游戲設(shè)備中帶來了全新的舒適自然感，開拓了一個(gè)更為先進(jìn)的腳部搖桿技術(shù)方向。

為了能更清晰的理解本實(shí)用新型，以下將結(jié)合附圖說明詳細(xì)闡述本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的電路連接框圖。

圖2是圖1中系統(tǒng)供電電路模塊的電路圖。

圖3是圖1中微控制器電路模塊的電路圖。

圖4是圖1中體重測(cè)量電路模塊的電路圖。

圖5a、5b、5c是圖1中A路、B路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊的電路圖。

圖6a是圖1中A路三相同步交流伺服電機(jī)動(dòng)力線接口電路單元電路圖，圖6b是靜電泄放電路單元電路圖，圖6c是B路三相同步交流伺服電機(jī)動(dòng)力線接口電路單元電路圖，圖6d是A路三相橋式開關(guān)電路單元電路圖，圖6e 是B路三相橋式開關(guān)電路單元電路圖。

圖7a是圖1中A路編碼器接口電路圖，圖7b是B路編碼器接口電路圖，圖7c是信號(hào)調(diào)理電路模塊電路圖。

圖8是圖1中485通信電路模塊的電路圖。

圖9是圖1中零點(diǎn)檢測(cè)電路模塊的電路圖。

圖10是圖1中阻尼微調(diào)和啟停電路模塊的電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型所述游戲設(shè)備中利用人體腳踏輸入的控制電路，包括有若干位于活動(dòng)底盤的磅秤傳感器及位于固定底盤且與活動(dòng)底盤傳動(dòng)連接配合的正交布置的A路伺服電機(jī)和B路伺服電機(jī)；還包括有系統(tǒng)供電電路模塊、微控制器電路模塊、體重測(cè)量電路模塊、A路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊、A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、A路編碼器接口及信號(hào)調(diào)理電路模塊、B路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊、B路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、B路編碼器接口及信號(hào)調(diào)理電路模塊、及485通信電路模塊，其中：上述體重測(cè)量電路模塊與微控制器電路模塊連接，用以檢測(cè)人體重量數(shù)據(jù)且計(jì)算人體重量；上述微控制器電路模塊、A路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊、A 路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、A路伺服電機(jī)、A路編碼器接口及信號(hào)調(diào)理電路模塊相互連接形成A路伺服電機(jī)輸入反饋控制電路；上述微控制器電路模塊、B路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊、B路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊、B路伺服電機(jī)、B路編碼器接口及信號(hào)調(diào)理電路模塊相互連接形成B 路伺服電機(jī)輸入反饋控制電路。

如圖2所示，所述系統(tǒng)供電電路模塊包括有輸入自恢復(fù)保險(xiǎn)絲、第一級(jí) 5V電壓變換電路單元、濾波電路單元及第二級(jí)3.3V低壓差線性穩(wěn)壓電路單元。輸入自恢復(fù)保險(xiǎn)絲F1能夠?qū)﹄娐废到y(tǒng)供電起到過流保護(hù)作用；C24是輸入濾波電容，U18為非線性開關(guān)型穩(wěn)壓芯片，D12為肖特基續(xù)流二極管，L2 為電感，C22為平滑電容，C24、U18、D12、L2、C22共同組成第一級(jí)5V電壓變換電路單元；C105和L1、C22共同組成濾波電路單元，濾除電源高頻紋波與噪音；U12與C56、C57組成第二級(jí)3.3V低壓差線性穩(wěn)壓電路單元。

如圖3所示，所述微控制器電路模塊包括有微控制器芯片、微控制器電源退耦電路單元、微控制器復(fù)位電路單元、微控制器時(shí)鐘振蕩網(wǎng)絡(luò)電路單元及微控制器固件燒錄接口電路單元。U13是微控制器芯片；C37、C58、C63、 C61組成微控制器電源退耦電路單元；C62和R95組成微控制器復(fù)位電路單元；X1和C59、C60組成微控制器時(shí)鐘振蕩網(wǎng)絡(luò)電路單元；JP5是微控制器的固件燒錄接口。

如圖4所示，所述體重測(cè)量電路模塊具有四路相同的測(cè)量電路，分別與位于活動(dòng)底盤的四個(gè)磅秤傳感器連接，每一測(cè)量電路包括有稱重芯片、稱重芯片電源退耦電路單元、磅秤傳感器電源濾波穩(wěn)壓電路單元、稱重芯片內(nèi)部參考電源濾波電路單元、稱重芯片通信總線上拉電路單元、及磅秤傳感器接口電路單元。由于四路測(cè)量電路的電路構(gòu)造相同，以其中一路進(jìn)行說明，U14 是稱重芯片；R64、C77、C78、C87組成稱重芯片電源退耦電路單元；Q15 是擴(kuò)大提供傳感器穩(wěn)壓電源的電流，C75、C81對(duì)傳感器電源濾波，R102、R103 是傳感器穩(wěn)壓電源的電壓值設(shè)定網(wǎng)絡(luò)，R92、R99、C85是傳感器輸入RC濾波網(wǎng)絡(luò)，共同組成磅秤傳感器電源濾波穩(wěn)壓電路單元；C83是稱重芯片內(nèi)部參考電源濾波電路單元，對(duì)芯片內(nèi)部參考電源進(jìn)行濾波；R106、R107為芯片通信總線的上拉電阻；JP8是300KG的磅秤傳感器接口。

如圖5所示，所述A路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊包括有A路PWM 高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路和A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路，所述B路PWM高低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊包括有B路PWM高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路和B路PWM低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路，其中：

如圖5a所示，所述A路PWM高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路包括有A路高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)供電電路單元、A路PWM信號(hào)緩沖放大電路單元、限流上拉電路單元、A路 PWM信號(hào)懸浮驅(qū)動(dòng)芯片、及芯片穩(wěn)壓退耦濾波電路單元，其中：B4、B5、 B6為U、V、W高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)的懸浮電壓變換模塊，C68、C69、C70為其輸入濾波電容；R50、R51、Q14組成A路PWM信號(hào)緩沖放大電路單元，驅(qū)動(dòng)U5、 U6、U7的內(nèi)部LED.緩解微控制器的輸出壓力；R52、R53、R54為限流上拉電阻，組成限流上拉電路單元；U5、U6、U7為U、V、W三路高壓側(cè)的PWM 信號(hào)懸浮驅(qū)動(dòng)芯片；D5、C24、C27、R55、C30，D4、C25、C28、R56、C31， D65、C26、C29、R57、C32為芯片的穩(wěn)壓及退耦濾波電路單元；如圖5b所示，所述B路PWM高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)造與A路PWM高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)造相同；

如圖5c所示，所述A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路包括有A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)芯片、信號(hào)輸入電阻電路單元及芯片退耦電路單元；所述B路PWM低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)造與A路PWM低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)造相同。U9、U10、U11為A路和B路PWM低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)芯片；R83、R84、R85、R86、R87、 R88、R89、R90為A路和B路的信號(hào)輸入電阻；C50、C51、C52、C53、C54、 C55為芯片U9、U10、U11的退耦電容。

如圖6a至圖6e所示，所述A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊包括有A 路三相同步交流伺服電機(jī)動(dòng)力線接口電路單元、A路三相橋式開關(guān)電路單元、開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路單元、平滑濾波電路單元、及靜電泄放電路單元，其中：JP1 為A路三相同步交流伺服電機(jī)的動(dòng)力線接口；Q1、Q2、Q5、Q6、Q9、Q10 組成A路的U、V、W三相橋式開關(guān)電路單元，其中Q1、Q5、Q9是該橋式開關(guān)的高位電壓側(cè)，Q2、Q6、Q10是該橋式開關(guān)的低位電壓側(cè)；R3、R7、 R4、R8、R11、R15、R12、R16、R22、R24、R20、R25是開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電阻； C3為平滑濾波電容，能夠有效平滑電磁制動(dòng)阻尼的顆粒感；R1、R2、C1、 C2組成靜電泄放電路單元；所述B路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊的電路構(gòu)造與A路PWM三相功率開關(guān)橋電路模塊的電路構(gòu)造相同。

如圖7a至圖7c所示，所述A路編碼器接口及信號(hào)調(diào)理電路模塊包括有編碼器接口電路單元、編碼器輸入信號(hào)RC濾波電路單元、斯密特抗干擾輸入芯片、及芯片電源退耦濾波電路單元，其中：J2為編碼器DB9接口，C31、 C22、C23組成編碼器的供電濾波；RP1、C33、C34、C35、C36組成編碼器輸入信號(hào)RC濾波電路單元；U1為斯密特抗干擾輸入芯片；R19、C40、C41為芯片的電源退耦濾波電路單元；所述B路編碼器接口及信號(hào)調(diào)理電路模塊的電路構(gòu)造與A路編碼器接口及信號(hào)調(diào)理電路模塊的電路構(gòu)造相同。

如圖8所示，所述485通信電路模塊包括有通信接口及系統(tǒng)供電電路單元、通信芯片、芯片電源退耦電路單元、靜電鉗位電路單元。其中，JP7是系統(tǒng)的外部通信和電源供給接口；U8是通信芯片；R73、C38、C39是芯片電源退耦電容；R77、R78、R76、D9、D11、D12組成靜電鉗位電路單元，起到對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行靜電鉗位，保護(hù)通信芯片的作用。

如圖9所示，所述控制電路還包括有零點(diǎn)檢測(cè)電路模塊，該零點(diǎn)檢測(cè)電路模塊包括有A、B兩路零點(diǎn)輸入接口電路單元、高電平電路單元、RC抗干擾濾波電路單元及信號(hào)鉗位電路單元。其中，JP3為A，B兩路零點(diǎn)輸入接口； R79、R81為感應(yīng)開關(guān)的開路輸出提供電流受限的高電平來源；R80、R82、 C48、C49為輸入信號(hào)的RC抗干擾濾波；信號(hào)經(jīng)過D13鉗位到3.3V后送入微控制器。

如圖10所示，所述控制電路還包括有阻尼微調(diào)和啟停電路模塊，該阻尼微調(diào)和啟停電路模塊包括有阻尼微調(diào)和啟停開關(guān)接口電路單元、阻尼微調(diào)信號(hào)RC抗干擾濾波電路單元、阻尼微調(diào)信號(hào)鉗位電路單元、啟停信號(hào)RC抗干擾濾波電路單元、及啟停信號(hào)鉗位電路單元。其中，JP4為玩家的體感電磁制動(dòng)阻尼微調(diào)和啟停開關(guān)接口；R96、C73為阻尼微調(diào)輸入信號(hào)的RC抗干擾濾波，阻尼微調(diào)電壓信號(hào)經(jīng)過D15鉗位到3.3V后送入微控制器；R98,C74為啟停輸入信號(hào)的RC抗干擾濾波，啟停信號(hào)經(jīng)過D15鉗位到3.3V后送入微控制器。

本實(shí)用新型控制電路的基本工作原理為：

運(yùn)動(dòng)底盤上裝有四個(gè)磅稱傳感器，通過四路稱重測(cè)量電路進(jìn)行采集，微控制器取其數(shù)值總和，再減去毛重，即可得到人體的重量。根據(jù)人體的重量，換算出底盤的電磁制動(dòng)阻尼系數(shù)。使得微處理器發(fā)出受控的A、B兩路PWM 開關(guān)波形，每路各自分解為高低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)，經(jīng)過各自的高低壓驅(qū)動(dòng)后，控制各自的PWM三相橋式開關(guān)管。使得人體腳部運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的再生能量，通過三相橋式功率開關(guān)管短路后，消耗在電機(jī)的內(nèi)阻上；

同時(shí)，玩家腳部運(yùn)動(dòng)或者重心偏移后，使得底盤高低變化帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得電機(jī)的編碼盤的位置信息有變化，通過采集兩個(gè)正交安裝在底座電機(jī)編碼盤的位置信息變化，得到與玩家的輸入意圖一致的方位和力度信息，通過 485通信總線反饋給游戲上位機(jī)。游戲上位機(jī)收到運(yùn)動(dòng)信息后，將數(shù)據(jù)提供給 3D影片內(nèi)，使得3D影片內(nèi)的第一人稱游戲和玩家的動(dòng)作保持一致。

另外，在游戲設(shè)備的扶手圈上安裝一個(gè)電位器，做為玩家可以自己進(jìn)行阻尼微調(diào)，以及一個(gè)啟停開關(guān)，控制游戲的開始結(jié)束；在活動(dòng)底盤的水平位置點(diǎn)上，裝有正交的兩個(gè)過零點(diǎn)檢測(cè)，可以校正輸入數(shù)據(jù)的零點(diǎn)值。

本實(shí)用新型并不局限于上述具體實(shí)施方式，如果對(duì)本實(shí)用新型的各種改動(dòng)或變型不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，倘若這些改動(dòng)和變型屬于本實(shí)用新型的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型。