多功能體感同步自行車健身娛樂方法及其系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種多功能體感同步自行車健身娛樂系統，包括：自行車、輔助裝置、計算機和顯示設備，輔助裝置設置在所述自行車上，計算機與自行車連接，并根據自行車的運動狀態來控制所述顯示設備，其中，輔助裝置采集自行車的踏板的速度和把手的偏轉角度數據，并對獲取的踏板速度和偏轉角度數據進行處理，生成相應的油門開度電阻值和轉向幅度電阻值，以及將油門開度電阻值和轉向幅度電阻值發送給計算機；計算機基于油門開度電阻值和轉向幅度電阻值來控制顯示設備所顯示的游戲中的車輛的油門開度和轉向幅度。本發明的多功能體感同步自行車健身娛樂系統能夠實現健身與娛樂為一體，經濟適用且環保節能。
【專利說明】多功能體感同步自行車健身娛樂方法及其系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種健身娛樂方法及其系統，尤其涉及一種集健身和娛樂為一體的多 功能體感同步自行車健身娛樂方法及其系統。
【背景技術】
[0002] 隨著科技的進步、社會的發展，人們對休閑生活的追求也有所提高。運動健身和電 腦游戲或許是人們休閑生活的重頭戲。尤其是最近受到熱烈歡迎的體感游戲。體感游戲是 用身體去感受各種電子游戲。體感游戲是通過身體的運動變化體驗的新型游戲，通過肢體 的運動變化來玩游戲。從早期電動城的射擊游戲、跳舞機到現在的x-b 〇X、kineCt甚至水果 忍者等等都離不開體感游戲。在科技飛速發展的今天，體感游戲成為人們運動健身和休閑 放松完美結合的產物，有益于身心健康，并且更易使人投入其中，可玩性強，所以受到廣大 玩家的推崇與喜愛。
[0003] 然而，目前的體感游戲只能在健身房中依靠播放的音樂來進行，然而，健身房大多 是人員擁擠的地方，如果長時間呆在健身房，將不利于身心健康。而且，目前的健身房的收 費也不是一筆小數目，這對于喜愛體感游戲的收入不是很高的年輕一族來說，是一筆不少 的開銷。而且，健身房提供的動感單車只能用來聽音樂，比較枯燥。因此，提供一種集娛樂 和健身一體的娛樂系統顯得尤為重要。
【發明內容】
[0004] 本發明提供一種多功能體感同步自行車健身娛樂方法以及將健身房中的動感單 車和電腦游戲極品飛車的結合，實現體感游戲的效果，使得有想要通過騎車運動達到健身 目的的人不用再去健身房使用枯燥而又只能聽音樂的動感單車用以健身的多功能體感同 步自行車健身娛樂系統。
[0005] 本發明采用的技術方案如下：
[0006] -種多功能體感同步自行車健身娛樂方法，其特征在于，包括：采集自行車的踏板 速度和把手的偏轉角度數據；對采集的所述踏板速度和偏轉角度數據進行處理，生成相應 的油門開度電阻值和轉向幅度電阻值；根據所述油門開度電阻值和轉向幅度電阻值控制電 子游戲中的車輛的油門開度和轉向幅度。
[0007] 優選地，所述踏板速度根據踏板轉動周期的大小確定，如果在設定的閾值內沒有 檢測到所述踏板的轉動，則判定所述踏板速度為"0"。
[0008] 優選地，當采集的踏板速度在第一速度以下以及偏轉角度在第一偏轉角度以下 時，設定所述相應的油門開度電阻值和轉向幅度電阻值為當采集的踏板速度為第二速 度以及偏轉角度在第二偏轉角度時，設定所述相應的油門開度電阻值和轉向幅度電阻值為 采用的數字電位器的最大電阻值。
[0009] 優選地，當采集的踏板速度在所述第一速度和所述第二速度之間以及所述偏轉角 度在第一偏轉角度和所述第二偏轉角度之間時，所述相應的油門開度電阻值和轉向幅度電 阻值分別通過下式進行確定：油門開度電阻值=(踏板速度-第一速度V(第二速度-第一 速度）*最大電阻值，轉向幅度電阻值=(偏轉角度-第一偏轉角度V (第二偏轉角度-第 一偏轉角度）*最大電阻值。
[0010] 優選地，還包括采集所述自行車的剎車狀態的數據，并根據所采集的剎車狀態的 數據來控制所述電子游戲中的車輛的剎車。
[0011] 一種多功能體感同步自行車健身娛樂系統，其特征在于，包括：自行車、輔助裝置、 計算機和顯示設備，所述自行車通過支撐架固定在地面上，所述輔助裝置設置在所述自行 車上，所述計算機與所述自行車連接，并根據所述自行車的運動參數來在所述顯示設備上 進行顯示，其中，所述輔助裝置采集所述自行車的踏板的速度和把手的偏轉角度數據，并對 獲取的所述踏板速度和偏轉角度數據進行處理，生成相應的油門開度電阻值和轉向幅度電 阻值，以及將所述油門開度電阻值和所述轉向幅度電阻值發送給所述計算機；所述計算機 根據所述油門開度電阻值和轉向幅度電阻值控制顯示設備所顯示的電子游戲中的車輛的 油門開度和轉向幅度。
[0012] 優選地，所述自行車輔助裝置包括：速度傳感器，其設置在靠近所述自行車的兩 個腳踏的位置處，采集所述踏板的踏板速度數據；偏轉角度傳感器，其設置在靠近所述自行 車的車把的位置處，采集所述把手的偏轉角度數據，控制器，其設置在所述自行車上，與所 述速度傳感器、偏轉角度傳感器和所述計算機相連接，對所述踏板速度數據和所述偏轉角 度數據進行處理，生成相應的油門開度電阻值和轉向幅度電阻值。
[0013] 優選地，所述自行車輔助裝置還包括設置在所述自行車的剎車位置處的微動開 關，所述微動開關與所述控制器連接，控制所述游戲中的汽車的剎車狀態，以及與所述控制 器連接的直流電機。
[0014] 優選地，所述速度傳感器為霍爾傳感器，所述偏轉角度傳感器為電子羅盤。
[0015] 優選地，所述控制器包括依次連接的單片機、數字電位器、方向盤電路板，其中，所 述單片機將所述踏板速度和偏轉角度數據轉換成相應的數據流，并將所述數據流發送給所 述數字電位器，所述數字電位器基于所述數據流，生成相應的油門開度電阻值和轉向幅度 電阻值，所述方向盤電路板接收所述油門開度電阻值和轉向幅度電阻值，并基于所述油門 開度電阻值和轉向幅度電阻值生成相應的油門開度指令和轉向幅度指令。
[0016] 本發明的多功能體感同步自行車健身娛樂系統，通過將普通自行車與電腦游戲， 如極品飛車結合起來，使得人們不用到健身房，就可以通過自行車的騎行、轉向控制電腦賽 車類游戲，通過電機帶動扇葉轉動向騎車者吹風，真實模擬騎行過程，實現健身與娛樂為一 體，經濟適用且環保節能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明的多功能體感同步自行車健身娛樂方法的流程圖。
[0018] 圖2是本發明的多功能體感同步自行車健身娛樂系統的結構示意圖。
[0019] 圖3是本發明的多功能體感同步自行車健身娛樂系統的結構框圖。
[0020] 圖4是本發明的多功能體感同步自行車健身娛樂系統的結構原理圖。
【具體實施方式】
[0021] 為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0022] 首先，結合圖2至圖4對本發明的多功能體感同步自行車健身娛樂系統進行描述。
[0023] 如圖2和3所示，本發明的多功能體感同步自行車健身娛樂系統，包括計算機1、顯 示設備2、自行車3和輔助裝置，其中，輔助裝置設置在自行車上3,計算機1與自行車3連 接，并根據自行車3的運動狀態來控制顯示設備1中的游戲操作。
[0024] 具體地，輔助裝置采集自行車3的踏板的速度和把手的偏轉角度數據，并對獲取 的踏板速度和偏轉角度數據進行處理，生成相應的油門開度電阻值和轉向幅度電阻值，以 及將油門開度電阻值和轉向幅度電阻值發送給計算機1 ;計算機1基于油門開度電阻值和 轉向幅度電阻值來控制顯示設備2所顯示的游戲中的車輛的油門開度和轉向幅度。
[0025] 在本發明中，自行車3可為任何一輛普通的自行車，只要能夠使用即可。自行車3 的后輪通過支撐架4固定在地面上，支撐架4具有阻尼調節功能。顯示設備2只要是具有 顯示功能的顯示屏即可。
[0026] 輔助裝置可包括：微動開關31，其設置在自行車3的左右剎車位置處，為兩個；速 度傳感器32,其設置在靠近自行車3的兩個踏板的位置，為兩個；偏轉角度傳感器33,其設 置在靠近自行車3的兩個車把位置處；控制器34,其與速度傳感器32、偏轉角度傳感器33、 微動開關31和計算機1相連接。
[0027] 具體地，以體感游戲極品飛車為例，本發明的多功能體感同步自行車健身娛樂系 統的自行車車頭可對應賽車方向盤、自行車的腳踏可對應賽車油門、自行車左剎車可對應 賽車的腳剎、自行車的右剎車可對應賽車手剎或者氮氣加速。在游戲模擬過程中，計算機1 根據玩家的肢體動作引起的自行車3的運動狀態來控制顯示設備2播放的游戲動作，從而 實現在健身的同時享受游戲帶來的樂趣。
[0028] 圖4是本發明的多功能體感同步自行車健身娛樂系統的結構原理圖。下面結合圖 4,同時參考圖2和3對發明的多功能體感同步自行車健身娛樂系統進行介紹。
[0029] 在本發明中，微動開關31安裝在自行車的左右剎車位置處，為兩個，微動開關31 直接與方向盤電路板連接，相當于方向盤本身的按鍵，利用開關量來控制游戲中的剎車，當 其閉合時相當于按鍵按下，從而控制汽車游戲中的剎車狀態。
[0030] 速度傳感器32用于檢測自行車3的踏板速度V，安裝在自行車的兩個踏板附近， 通過踏板轉動周期經過的時間大小來控制汽車游戲的加速，即根據自行車3的左右踏板轉 動的頻次來控制汽車游戲中的加速。速度傳感器32可采用結構牢固、體積小、重量輕、壽命 長、安裝方便、功耗小、頻率高（可達1MHZ)、耐震動、不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染 或腐蝕的霍爾傳感器（霍爾元件）。霍爾元件將每次接近霍爾元件轉動的時間差發到控制 器34中，經過分析將相應數據發送到計算機1里，從而控制游戲中的汽車的油門。霍爾元 件可用多種半導體材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多層半導體異質結構 量子阱材料等等。具體地，在自行車的腳踏邊上貼上一個磁石，把兩個霍爾傳感器模塊裝到 腳踏經過的兩邊位置，在踩自行車時，通過計算兩只霍爾傳感器的時間差，來獲得騎車人踩 單車的速度，由此對應賽車油門的深淺。
[0031] 偏轉角度傳感器33安裝在自行車的車把附近，用于采集車把的偏轉角度θ，并將 采集的偏轉角度信號通過控制器的運算將數據發給電腦從而控制汽車游戲的左右方向轉 動。偏轉角度傳感器33可為電子羅盤，優選為三維電子羅盤。電子羅盤兼備三軸陀螺儀和 三維加速度傳感器的功能，可同時測定6個方向的位置、移動軌跡和加速度。電子羅盤返回 的數值是四元數。四元數的優勢為：三維空間的旋轉完全可以由4元數來勝任。傳統意義 上需要3X3矩陣來進行向量的旋轉（4x4矩陣的第四列表示平移）。所以四元數更節省空 間，運算速度更快。既然四元數能方便的表示3D旋轉，那么對他們進行插值就能產生平滑 的旋轉效果。
[0032] 控制器34與速度傳感器32、偏轉角度傳感器33、微動開關31和計算機1相連接， 將速度傳感器32和偏轉角度傳感器33獲取的自行車的踏板速度和車把轉向速度進行處 理，得到相應的油門開度電阻值和轉向幅度電阻值，并輸出給計算機1。控制器34可所述控 制器包括依次連接的單片機、數字電位器、方向盤電路板等，單片機可采用51單片機，方 向盤電路板可為控制游戲的常規芯片。計算機1根據處理后的腳踏速度和轉向速度信息來 控制汽車游戲中的汽車的加速和轉向，以及根據控制器34輸出的微動開關31的開關控制 信號來執行汽車的剎車等。
[0033] 如圖4所示，當玩家使用本發明的多功能動感自行車時，速度傳感器32 (如霍爾元 件）和偏轉角度傳感器33 (如電子羅盤）開始采集玩家的肢體動作信息，具體地，霍爾元件 采集自行車的腳踏速度并將采集的踏板速度信息傳送給控制器34中的單片機模塊進行處 理，具體地，將磁鐵固定在自行車的腳蹬處，通過計算磁鐵通過霍爾元件的時間判斷腳踏速 度，同時設定若時間長于3秒仍未收到信號則判定腳踏速度為0 ;電子羅盤采集車把的偏轉 角度，并將采集的偏轉角度傳送給控制器34中的單片機進行處理。然后單片機將接收的腳 踏速度信息和車把轉向角度信息轉換成相應的數據流，并將轉換的數據流發送給數字電位 器，數字電位器將接收的數據流處理成相應的電阻值，并將電阻值輸出至方向盤電路板，進 而輸送給計算機，從而控制游戲的操作。此外，微動開關31采集的剎車信息直接通過按鍵 中的按鍵電路進入到方向盤電路中，來控制游戲中的汽車的剎車。此外，本發明還可包括控 制游戲菜單的按鍵，其可布置在自行車3上的任一個地方，一般可布置在自行車3的車梁 上，與控制器31相連接，用于控制游戲的進入和退出等。
[0034] 在本發明中，數字電位器可分為若干個等級，每個等級對應不同的電阻，不同的電 阻值對應不同的腳踏速度和偏轉角度。例如，可將車速分為10個等級，方向盤每5度設為 一個等級，左右各90度便是32個等級，從而達到線性變化的目的（隨后介紹關于踏板速度 和偏轉角度與游戲中的汽車油門開度和轉向幅度之間的關系）。
[0035] 此外，本發明的多功能體感同步自行車健身娛樂系統，還可包括直流電機。直流電 機與控制器31連接，控制器31控制調節直流電機的轉速。在本發明中，通過霍爾元件測出 的踏板速度將直流電機的轉速分為10個等級，騎行速度為〇時電機轉速為〇,騎行速度最大 是電機轉速最大。這樣根據霍爾元件的測定的腳踏速度的結果，通過單片機驅動直流電機 轉動，在電機上加扇葉，使得其可以根據騎行速度吹出不同強度的風，即可模擬騎行時的 風吹效果。
[0036] 下面，結合圖1對本發明的多功能體感同步自行車健身娛樂方法以及自行車踏板 速度和偏轉角度與游戲中的汽車油門開度和轉向幅度之間的關系進行介紹。
[0037] 如圖1所示，本發明的多功能體感同步自行車健身娛樂方法可包括：
[0038] 通過輔助裝置采集自行車的踏板的速度和把手的偏轉角度數據（S1)，以及對采 集的踏板速度和偏轉角度數據進行處理，生成相應的油門開度電阻值和轉向幅度電阻值 (S2);計算機1基于油門開度電阻值和轉向幅度電阻值來控制游戲中的車輛的油門開度和 轉向幅度（S3)。
[0039] 在本發明中，踏板速度根據踏板轉動周期經過的時間大小來確定，一般為每秒內 霍爾元件檢測到的踏板的轉動次數，單位為次/秒。如果在設定的時間內沒有檢測到踏板 的轉動，則判定踏板速度為"〇"。一般將設定的時間設定為3秒。
[0040] 具體地，當輔助裝置通過霍爾元件和電子羅盤采集到的踏板速度V在第一速度VI 以下以及偏轉角度為Θ在第一偏轉角度Θ1以下時，設定相應的油門開度電阻值R V和轉 向幅度電阻值R〇為當采集的踏板速度V為第二速度V2以及偏轉角度為Θ在第二偏 轉角度為Θ 2時，設定相應的油門開度電阻值Rv和轉向幅度電阻值Re采用的數字電位器 的最大電阻值Rmax。在本發明中，優選，第一速度VI設定為0. 5次/1秒，第二速度V2設為 10次/1秒，第一偏轉角度Θ1為15°，第二偏轉角度為Θ 2為60°。
[0041] 當采集的踏板速度數據V位于第一速度VI和所述第二速度V2之間以及偏轉角度 為Θ在第一偏轉角度θ 1和所述第二偏轉角度為Θ 2之間時，相應的油門開度電阻值Rv和 轉向幅度電阻值R0分別通過下式進行確定：Rv= (V-Vl)/(V2-Vl)*Rmax，R0 = (Θ-Θ1)/ (θ 2- Θ l)*Rmax。此時，計算機1根據相應的油門開度電阻值和轉向幅度電阻值來控制游 戲中的汽車的油門開度（加速）和轉向幅度。
[0042] 一般而言，游戲中的汽車的油門開度（加速）和轉向幅度與相應的油門開度電阻 值和轉向幅度電阻值之間的關系為，數字電位器中的相應的電阻值等級對應游戲中的汽車 的油門開度和轉向幅度的相應的等級，只要計算機1接收到相應的油門開度電阻值和轉向 幅度電阻值，則會自動生成控制游戲中的汽車的油門開度和轉向幅度的指令來操縱游戲。 一般，當相應的油門開度電阻值和轉向幅度電阻值為"〇"時，游戲中的汽車的油門開度（加 速）和轉向幅度為游戲中設定的最大值，當相應的油門開度電阻值和轉向幅度電阻值為 Rmax時，游戲中的汽車的油門開度（加速）和轉向幅度為0。
[0043] 此外，還可根據微動開關31的操作狀態來來控制游戲中的車輛的剎車狀態。
[0044] 綜上所述可知，本發明的多功能體感同步自行車健身娛樂系統通過在將普通的自 行車與體感游戲進行有機的結合起來，從而能夠可以不用到健身房就能體驗體感游戲帶來 的快感，同時能夠鍛煉身體，即能夠集健身和娛樂為一體，且成本低廉，環保節能。
【權利要求】
1. 一種多功能體感同步自行車健身娛樂方法，其特征在于，包括： 采集自行車的踏板速度和把手的偏轉角度數據； 對采集的所述踏板速度和偏轉角度數據進行處理，生成相應的油門開度電阻值和轉向 幅度電阻值； 根據所述油門開度電阻值和轉向幅度電阻值控制電子游戲中的車輛的油門開度和轉 向幅度。
2. 根據權利要求1所述的多功能體感同步自行車健身娛樂方法，其特征在于，所述踏 板速度根據踏板轉動周期的大小確定，如果在設定的閾值內沒有檢測到所述踏板的轉動， 則判定所述踏板速度為"0"。
3. 根據權利要求2所述的多功能體感同步自行車健身娛樂方法，其特征在于，當采集 的踏板速度在第一速度以下以及偏轉角度在第一偏轉角度以下時，設定所述相應的油門開 度電阻值和轉向幅度電阻值為"0" ； 當采集的踏板速度為第二速度以及偏轉角度在第二偏轉角度時，設定所述相應的油門 開度電阻值和轉向幅度電阻值為采用的數字電位器的最大電阻值。
4. 根據權利要求3所述的多功能體感同步自行車健身娛樂方法，其特征在于，當采集 的踏板速度在所述第一速度和所述第二速度之間以及所述偏轉角度在第一偏轉角度和所 述第二偏轉角度之間時，所述相應的油門開度電阻值和轉向幅度電阻值分別通過下式進行 確定： 油門開度電阻值=(踏板速度-第一速度）八第二速度-第一速度）*最大電阻值，轉 向幅度電阻值=(偏轉角度-第一偏轉角度V(第二偏轉角度-第一偏轉角度）*最大電 阻值。
5. 根據權利要求1至4任一項所述的多功能體感同步自行車健身娛樂方法，其特征在 于，還包括采集所述自行車的剎車狀態的數據，并根據所采集的剎車狀態的數據來控制所 述電子游戲中的車輛的剎車。
6. -種多功能體感同步自行車健身娛樂系統，其特征在于，包括： 自行車、輔助裝置、計算機和顯示設備，所述自行車通過支撐架固定在地面上，所述輔 助裝置設置在所述自行車上，所述計算機與所述自行車連接，并根據所述自行車的運動參 數來在所述顯示設備上進行顯示， 其中，所述輔助裝置采集所述自行車的踏板的速度和把手的偏轉角度數據，并對獲取 的所述踏板速度和偏轉角度數據進行處理，生成相應的油門開度電阻值和轉向幅度電阻 值，以及將所述油門開度電阻值和所述轉向幅度電阻值發送給所述計算機； 所述計算機根據所述油門開度電阻值和轉向幅度電阻值控制顯示設備所顯示的電子 游戲中的車輛的油門開度和轉向幅度。
7. 根據權利要求6所述的多功能體感同步自行車健身娛樂系統，其特征在于，所述自 行車輔助裝置包括： 速度傳感器，其設置在靠近所述自行車的兩個腳踏的位置處，采集所述踏板的踏板速 度數據； 偏轉角度傳感器，其設置在靠近所述自行車的車把的位置處，采集所述把手的偏轉角 度數據， 控制器，其設置在所述自行車上，與所述速度傳感器、偏轉角度傳感器和所述計算機相 連接，對所述踏板速度數據和所述偏轉角度數據進行處理，生成相應的油門開度電阻值和 轉向幅度電阻值。
8. 根據權利要求7所述的多功能體感同步自行車健身娛樂系統，其特征在于，所述自 行車輔助裝置還包括設置在所述自行車的剎車位置處的微動開關，所述微動開關與所述控 制器連接，控制所述游戲中的汽車的剎車狀態，以及與所述控制器連接的直流電機。
9. 根據權利要求6至8任一項所述的多功能體感同步自行車健身娛樂系統，其特征在 于，所述速度傳感器為霍爾傳感器，所述偏轉角度傳感器為電子羅盤。
10. 根據權利要求6至8任一項所述的多功能體感同步自行車健身娛樂系統，其特征 在于，所述控制器包括依次連接的單片機、數字電位器、方向盤電路板，其中，所述單片機將 所述踏板速度和偏轉角度數據轉換成相應的數據流，并將所述數據流發送給所述數字電位 器，所述數字電位器基于所述數據流，生成相應的油門開度電阻值和轉向幅度電阻值，所述 方向盤電路板接收所述油門開度電阻值和轉向幅度電阻值，并基于所述油門開度電阻值和 轉向幅度電阻值生成相應的油門開度指令和轉向幅度指令。
【文檔編號】A63B22/06GK104147759SQ201410412136
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月20日 優先權日:2014年8月20日
【發明者】朱翊, 馬璁, 曹一聰 申請人:朱翊, 馬璁, 曹一聰