一種用于虛擬現實的全向跑步裝置的制作方法

本發明涉及虛擬現實應用設備領域，具體的說是一種用于虛擬現實的全向跑步裝置。

背景技術：

虛擬現實，即vr，是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機生成一種模擬環境，是一種多源信息融合的交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真，使用戶沉浸到該環境中。使用時，由于其用到的裝置較多，又大多采用線纜連接，在使用者不能感知外界的情況下，由于使用者長時間多次的運動，往往會導致線纜的糾結纏繞，可能會絆倒使用者影響操作體驗，甚至造成傷害。由于vr的第一人稱游戲中，很多都需要在現實中模擬游戲場景中的移動，以增加游戲樂趣和沉浸感，所以必須要使用全向跑步機，但目前的全向跑步機都需要腰部佩戴一些輔助裝置才能夠在其上模擬運動，而佩戴的輔助裝置束縛使用者的運動，導致使用者沉浸感差，影響了vr技術的發展。

技術實現要素：

針對現有技術之不足，本發明提供了一種用于虛擬現實的全向跑步裝置。

本發明一種用于虛擬現實的全向跑步裝置具體技術方案如下：

一種用于虛擬現實的全向跑步裝置，其包括控制終端和由所述控制終端控制的全向跑步平臺與旋轉平臺；其中，所述控制終端連接有檢測使用者運動數據的第一傳感器組和檢測所述全向跑步平臺運行速度與方向的第二傳感器組；其中，所述旋轉平臺包括：平臺本體、設置于所述平臺本體上的升降機構和旋轉機構；所述平臺本體通過所述旋轉機構固定至所述全向跑步平臺上方；且所述升降機構和所述旋轉機構均與所述控制終端相連接；其中，所述全向跑步平臺包括：支撐架、設置于所述支撐架上并由若干第二方向傳送帶依次排列連接組成的首尾相連的第一方向傳送帶、以及設置于所述支撐架上的驅動裝置；所述驅動裝置作用于所述第一方向傳送帶表面，驅動所述第一方向傳送帶和所述第二方向傳送帶的傳動，所述驅動裝置與所述控制終端相連接。

根據一個優選的實施方式，所述旋轉機構包括與所述平臺本體相連接的主軸、設置于所述主軸上的第一齒輪、與所述第一齒輪嚙合的第二齒輪以及與所述第二齒輪連接的與所述控制終端相連的第一驅動電機。所述第一驅動電機與所述控制終端相連驅動所述第二齒輪轉動，從而驅動所述平臺本體繞所述主軸轉動，使所述平臺本體得以旋轉。

根據一個優選的實施方式，所述升降機構包括與所述控制終端相連的第二驅動電機和纏繞于所述第二驅動電機的輸出軸上的安全繩。

根據一個優選的實施方式，所述驅動裝置包括若干與所述第一方向傳送帶抵緊貼合的驅動輪以及與所述驅動輪相連接的同步旋轉裝置；所述驅動輪均內置有與所述控制終端相連的電機；所述同步旋轉裝置包括與所述控制終端相連的第三驅動電機和同步帶；所述第三驅動電機通過所述同步帶與所述驅動輪相連接。所述控制終端通過控制所述同步旋轉裝置和所述驅動輪內的電機，使得所有所述驅動輪的驅動方向一致，同時使得所有所述驅動輪的轉速相同。

根據一個優選的實施方式，所述第二方向傳送帶包括第二方向傳送帶支架和設置于所述第二方向傳送帶支架上的鏈輪機構以及傳送機構；所述鏈輪機構包括設置于所述第二方向傳送帶支架上的齒輪組和與所述齒輪組連接的傳動鏈條；并且在所述傳動鏈條上設置有若干鏈板，在所述鏈板下方設置有耐磨條；所述傳送機構包括設置于第二方向傳送帶支架上的滾筒和跑板；在所述滾筒和所述跑板上安裝有跑帶；并且所述跑帶平行于所述跑板的部分，其外表面與所述鏈板組成的環形傳送帶部分內表面相接觸。

根據一個優選的實施方式，所述第一方向傳送帶呈環狀，所述驅動輪與所述第一方向傳送帶位于上方的部分表面抵緊貼合。

根據一個優選的實施方式，在所述支撐架上還設置有滾輪組，所述滾輪組與所述第一方向傳送帶兩端內表面抵緊貼合，用于支撐所述第一方向傳送帶的傳動。

根據一個優選的實施方式，在所述支撐架上還設置有壓輪組，所述壓輪組與所述第一方向傳送帶位于上方的部分的上表面抵緊貼合。

根據一個優選的實施方式，在所述支撐架上還設置有用于支撐所述第一方向傳送帶的萬向輪組。

根據一個優選的實施方式，所述第一傳感器組為紅外線傳感器、超聲波傳感器、慣性傳感器或圖像傳感器；所述第二傳感器組用于檢測所述全向跑步平臺傳動的方向和速度。其用于檢測跑步裝置的速度和方向。

本發明一種用于虛擬現實的全向跑步裝置的使用實現如下：

佩帶與控制終端相連接的vr頭盔的使用者站立于包括第二方向傳送和第一方向傳送帶的全向跑步平臺上，并系上與升降機構相連接的安全繩；

以使用者所在位置即跑步機跑步平臺上面開始運動，通過傳感器實時檢測使用者的高度變化和在運動時的速度和方向，并將檢測到的信息傳給控制終端進行分析處理；

控制終端發送指令給驅動裝置及位于控制平臺上的升降機構和旋轉機構，通過旋轉機構和升降機構的旋轉和升降使控制平臺保持在和使用者相對對應同步的位置；

并通過驅動裝置使第一方向傳送帶配合第二方向傳送帶提供與使用者跑動需要對應的速度和方向，直至使用者減慢速度停止運動。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

本發明一種用于虛擬現實的全向跑步裝置使佩帶與控制終端相連接的vr頭盔的使用者站立于包括第二方向傳送和第一方向傳送帶的全向跑步平臺上，并系上與升降機構相連接的安全繩；以使用者所在位置即跑步機跑步平臺上面開始運動，通過傳感器實時檢測使用者的高度變化和在運動時的速度和方向，并將檢測到的信息傳給控制終端進行分析處理；控制終端發送指令給驅動裝置及位于控制平臺上的升降機構和旋轉機構，通過旋轉機構和升降機構的旋轉和升降使控制平臺保持在和使用者相對對應同步的位置；并通過驅動裝置使第一方向傳送帶配合第二方向傳送帶提供與使用者跑動需要對應的速度和方向，直至使用者減慢速度停止運動。

本發明不僅具有占用空間少、運輸組裝方便等優點，還無需其他輔助配件，更加方便；并適應不同身高體重的使用者，并且可以更好的解放四肢，使用者在上面可以自由的行走、跑步、下蹲；并且本發明能夠準確的檢測到使用者的運動速度和方向，幾乎無誤差，具有更好的虛擬現實體驗感。同時在保證安全的條件下有效防止了各類數據線相互纏繞導致影響使用者的體驗感。

附圖說明

圖1是本發明一種用于虛擬現實的全向跑步裝置的示意圖；

圖2是本發明一種用于虛擬現實的全向跑步裝置中旋轉平臺示意圖；

圖3是本發明一種用于虛擬現實的全向跑步裝置中旋轉平臺的俯視圖；

圖4是本發明一種用于虛擬現實的全向跑步裝置中第一方向傳送帶結構示意圖；

圖5是本發明一種用于虛擬現實的全向跑步裝置中驅動裝置與第一方向傳送帶的連接結構示意圖；

圖6、圖7是本發明一種用于虛擬現實的全向跑步裝置中第二方向傳送帶的結構示意圖；

圖8是本發明一種用于虛擬現實的全向跑步裝置中相鄰第二方向傳送帶的連接示意圖。

附圖標記列表

100-控制平臺

110-平臺本體

120-控制終端

130-升降機構

131-第二驅動電機

132-安全繩

140-傳感器

150-旋轉機構

151-主軸

152-第一齒輪

153-第二齒輪

154-第一驅動電機

200-全向跑步平臺

210-支撐架

220-第一方向傳送帶

230-第二方向傳送帶

231-第二方向傳送帶支架

232-齒輪組

233-傳動鏈條

234-鏈板

235-滾筒

236-跑板

237-跑帶

238-耐磨條

240-驅動裝置

241-驅動輪

242-第三驅動電機

243-同步帶

250-滾輪組

260-壓輪組

270-鉸接連接處

280-萬向輪組

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行詳細的說明。

圖1至圖7示出了本發明一種用于虛擬現實的全向跑步裝置的一種優選實施方式。如圖1～7所示：

一種用于虛擬現實的全向跑步裝置，控制終端120和由控制終端120控制的全向跑步平臺200與旋轉平臺100。

使用時vr頭盔與控制終端120相連接。vr頭盔佩戴在使用者的頭部，為使用者提供虛擬現實的畫面，讓人仿佛置身于畫面中。

如圖1、圖2、圖3所示，旋轉平臺100包括：平臺本體110、設置于平臺本體110上的升降機構130和旋轉機構150；平臺本體110通過旋轉機構150固定至全向跑步平臺200上方；且升降機構130和旋轉機構150均與控制終端120相連接。

控制終端120優選為電腦主機。

旋轉機構150包括與平臺本體110相連接的主軸151、設置于主軸151上的第一齒輪152、與第一齒輪152嚙合的第二齒輪153以及與第二齒輪153連接的并連接于平臺本體上的第一驅動電機154。第一驅動電機154驅動第二齒輪153轉動，從而驅動平臺本體110繞主軸151旋轉。

第一驅動電機154連接至控制終端120，由控制終端120控制其轉動。

升降機構130包括第二驅動電機131和纏繞于第二驅動電機131的輸出軸上的安全繩132。使用狀態下，安全繩132一端固定在第二驅動電機131的輸出軸上，另一端系于使用者身上。通過第二驅動電機131輸出軸的轉動，使安全繩伸長或縮短，從而配合使用者的站立或下蹲。

第二驅動電機131連接至控制終端120，由控制終端120控制其轉動。

通過控制終端120控制旋轉機構和升降機構的旋轉和升降可以使控制平臺保持在和使用者相對對應同步的位置。

控制終端120連接有檢測使用者運動數據的第一傳感器組140和檢測全向跑步平臺200運行速度與方向的第二傳感器組。

第一傳感器組140優選為紅外線傳感器、超聲波傳感器、慣性傳感器和/或圖像傳感器。紅外線傳感器可以設置在人體上和/或升降平臺本體的底部或跑步機旁邊，用來測量人體位置的變化量；超聲波傳感器可以設置在跑步平臺上，檢測使用者腳步的速度和方向；也可以在人體上設有慣性傳感器，通過檢測人體運動姿態分析人體的速度和方向以及距離；圖像傳感器收集圖像信息，并由控制終端分析出使用者的運動狀態和位置信息。四種類型的傳感器既可以單獨使用，又可以配合使用以提高精度。

優選的，控制終端和傳感器系統可以采用光屋追蹤系統，其應用紅外傳感器和控制終端能夠準確的測得人在三維空間的運動數據。

一般情況下，控制平臺都固定在室內的頂棚上，也可以設置在其他固定物上。使用時，使用者位于控制平臺的下方。控制終端連接使用者所佩戴的vr頭盔、檢測使用者位置狀態的傳感器及全向跑步平臺200的驅動裝置等，這些裝置都需要由控制終端來發送指令或由控制終端接收其信號，vr頭盔佩戴在使用者的頭部，為使用者提供虛擬現實的畫面，讓人仿佛置身于畫面中。不僅vr頭盔、傳感器需要采用數據線，控制平臺上的許多裝置，如安全繩等都需要和人體連接，都需要用到有線連接，然而在實際使用中我們發現，由于沉浸在虛擬現實中的人幾乎完全無法感知外界，所以在進行運動后經常出現各類連接線的糾結纏繞、扯斷連接線等情況，這嚴重影響了虛擬現實的體驗感。所以本發明采用了一種可旋轉且帶升降機構的控制平臺，配合傳感器裝置檢測到的人體位置，與使用者保持相對同步運動。例如，使用者下蹲或站立運動時安全繩就會隨之伸長或縮短，使使用者一直都處在安全繩的保護中，避免使用者在跑步時失速摔倒；或者使用者左右旋轉的時候，控制平臺也會隨著使用者同步旋轉。這樣就保證了控制平臺與使用者位置的相對恒定，避免了數據線等糾結纏繞、被扯斷的情況產生，給予了使用者更安全的虛擬現實體驗。

如圖4至圖8所示，全向跑步平臺200包括：支撐架210、設置于支撐架210上并由若干第二方向傳送帶230依次排列連接組成的第一方向傳送帶220、以及設置于支撐架210上并作用于第一方向傳送帶220上用于驅動第一方向傳送帶220和第二方向傳送帶230的傳送帶的驅動裝置240，驅動裝置240與控制終端120相連接。

由于第一方向傳送帶由若干第二方向傳送帶排列組成，故也可以認為驅動裝置作用于第二方向傳動帶。由于使用者可能向各個方向運動，所以單一方向的傳送帶是無法滿足該需求的，故本發明設置了兩種傳送帶，并且第一方向傳送帶和第二方向傳送帶可運動方向不平行，優選的，兩類傳送帶運動方向垂直，根據物理學和數學知識可知，平面坐標系中，矢量都可以分解為x軸和y軸的單位向量，同樣的，通過第一方向傳送帶和第二方向傳送帶的向量和，同樣可以提供一個與使用者運動方向相反的運動，使人不會跑出全向跑步平臺。

第二方向傳送帶230包括第二方向傳送帶支架231和設置于第二方向傳送帶支架231上的鏈輪機構以及傳送機構。相鄰的兩個第二方向傳送帶支架件可以相互鉸接，所以若干第二方向傳送帶可以通過傳送帶支架鉸接成第一方向傳送帶。

鏈輪機構包括設置于第二方向傳送帶支架231上的齒輪組232和與齒輪組232連接的傳動鏈條233。并且在傳動鏈條233上設置有若干鏈板234，在鏈板234下方設置有耐磨條238。

傳送機構包括設置于第二方向傳送帶支架231上的滾筒235和跑板236。在滾筒235和跑板236上安裝有跑帶237。并且跑帶237平行于跑板236的部分，其外表面與鏈板234組成的環形傳送帶部分內表面相接觸。

具體的，滾筒235可以有四個，其分別設置在四邊形的四個直角處，跑帶237套設在四個滾筒235和跑板236上，且跑帶237平行于跑板236的部分，其外表面與鏈板234組成的環形傳送帶部分內表面相接觸。由于跑帶237和跑板236之間摩擦系數小，以至于驅動輪241能夠緊貼鏈板，進而驅動鏈板的傳動，繼而鏈板壓緊跑帶帶動跑帶傳動。

第一方向傳送帶220可以是由若干第二方向傳送帶230依次排列連接組成的環狀傳送帶。驅動輪241與第一方向傳送帶220位于上方的部分表面抵緊貼合。第一方向傳送帶和第二方向傳送帶的結構都與履帶的運動結構類似，第一方向傳送帶由若干第二方向傳送帶活動連接排列組成。活動連接保證了在轉彎處能夠順利運行。

進一步的，在支撐架210上還設置有滾輪組250，滾輪組250與第一方向傳送帶220兩端內弧形表面抵緊貼合，用于支撐第一方向傳送帶220的傳動。

具體的，第一方向傳送帶內側兩端設有支撐其轉動的滾輪組250，滾輪組能夠為環狀的第一方向傳送帶提供支撐，保證其能夠在驅動裝置的驅動下轉動。第一方向傳送帶提供了一個方向的運動，每個第二方向傳送帶都朝與第一方向傳送帶運動方向相垂直方向的運動，兩種傳送帶運動方向處于使用者跑動的同一平面內。

進一步的，在支撐架210上還設置有用于支撐第一方向傳送帶220載荷的萬向輪組280。

具體的，支撐架上設有用于支撐第一方向傳送帶載荷的萬向輪組，萬向輪組280位于第一方向傳送帶下方且兩者貼合，既能保證支撐第一方向傳送帶及其上的負載，也不會妨礙第一方向傳送帶正常的傳動。

人在全向跑步平臺運動時，若運動方向與第一方向傳送帶或第二方向傳送帶相同，則另一類傳送帶無需運動；除此情況之外，第一方向傳送帶和第二方向傳送帶分別以各自的速度運動，其合速度與使用者的速度方向相反，達到使用者始終在平臺上運動的目的。

進一步的，在支撐架210上還設置有壓輪組260，壓輪組260與第一方向傳送帶220位于上方的部分的上表面抵緊貼合。以保證第一方向傳動帶在豎直方向上的穩定性。

上述第一方向傳送帶和第二方向傳送帶都由驅動裝置提供動力，控制終端與驅動裝置相連。

驅動裝置240包括若干與第一方向傳送帶220抵緊貼合的與控制終端120相連的內置有電機的驅動輪241以及與驅動輪241相連接的同步旋轉裝置。同步旋轉裝置包括與控制終端120相連的第三驅動電機242和同步帶243；第三驅動電機242通過同步帶243和驅動輪241相連接。控制終端120通過控制同步旋轉裝置和驅動輪內的電機，使得所有驅動輪241的驅動方向一致，同時使得所有驅動輪241的轉速相同。

具體的，驅動裝置包括若干與第一方向傳送帶抵緊貼合的與控制終端相連的內置電機的驅動輪，并且每個第二方向傳送帶最好與一個驅動輪貼合，使得驅動輪能夠通過摩擦力帶動第一方向傳送帶和第二方向傳送帶；所有驅動輪內設有與控制終端相連的單獨的驅動電機，所有驅動輪均連有由控制終端控制的同步旋轉裝置，使得所有驅動輪的驅動方向一致且轉速相同，進而保證了兩種傳送帶運動的協調性；在跑步平臺上還有檢測跑步平臺的速度和方向的第二傳感器組，檢測跑步平臺輸出的速度和方向的數據并輸入控制終端。第二傳感器組包括速度傳感器，分別檢測第一傳送帶和第二傳送帶的速度。

使用時，需要根據人運動的方向實時調整兩種傳送帶，具體而言是由同步旋轉裝置完成，本實施例中，同步旋轉裝置包括同步帶和第三電動機，同步帶綁定在各驅動輪上，當然并非直接綁定在輪上，通常驅動輪通過可以旋轉的連桿與支撐架相連，同步帶就綁定在各驅動輪的連桿上，當第三電動機控制同步帶傳動時，各驅動輪也由于同步帶的帶動而隨著同步轉動。

通過驅動裝置使第一方向傳送帶配合第二方向傳送帶提供與使用者運動跑動需要對應的速度和方向，直至使用者減慢速度停止運動。

本發明一種用于虛擬現實的全向跑步裝置使佩戴與控制終端相連接的vr頭盔的使用者站立于包括第二方向傳送和第一方向傳送帶的全向跑步平臺上，并系上與升降機構相連接的安全繩；以使用者所在位置即跑步機跑步平臺上面開始運動，通過傳感器實時檢測使用者高度的變化和在運動時的速度和方向，并將檢測到的信息傳給控制終端進行分析處理；控制終端發送指令給驅動裝置及位于控制平臺上的升降機構和旋轉機構，通過旋轉機構和升降機構的旋轉和升降使控制平臺保持在和使用者相對對應同步的位置；并通過驅動裝置使第一方向傳送帶配合第二方向傳送帶提供與使用者跑動需要對應的速度和方向，直至使用者減慢速度停止運動。

本發明不僅具有占用空間少、運輸組裝方便等優點，還無需其他輔助配件，更加方便；并適應不同身高體重的使用者，并且可以更好的解放四肢，使用者在上面可以自由的行走、跑步、下蹲；并且本發明能夠準確的檢測到使用者的運動趨勢，幾乎無誤差，具有更好的虛擬現實體驗感。同時在保證安全的條件下有效防止了各類數據線相互纏繞導致影響使用者的體驗感。

需要注意的是，本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

另外，上述具體實施例是示例性的，本領域技術人員可以在本發明公開內容的啟發下想出各種解決方案，而這些解決方案也都屬于本發明的公開范圍并落入本發明的保護范圍之內。本領域技術人員應該明白，本發明說明書及其附圖均為說明性而并非構成對權利要求的限制。本發明的保護范圍由權利要求及其等同物限定。