CN104461018B

CN104461018B - 电磁式多自由度虚拟漫游行进平台

Info

Publication number: CN104461018B
Application number: CN201410853710.9A
Authority: CN
Inventors: 原硕朋
Original assignee: Individual
Current assignee: Hebei Tengyun Information Technology Co Ltd
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2034-12-31
Also published as: CN104461018A

Abstract

一种电磁式多自由度虚拟漫游装置，包括由阵列式磁驱单元所组成的运动平台、平台倾侧作动机构、平台倾斜感知系统、悬浮在平台上供使用者直接踩踏的两只踏垫、脚部运动感知系统、以及相应的气浮结构与压力传感器件等。系统采用虚拟现实技术，在使用者的头盔显示器或特定的眼镜中实时显示前行的道路情况及其周边的全景环境，令使用者可以选择并按此“行进”。控制系统能够精确控制踏垫，使其承载双足在平台范围内等效完成行走、跑步等运动，并按照使用者的具体行进情况，同步变更相应的虚拟场景，以收“漫游”之效。使用者在平台上不仅可以原地实现直线行进，而且能够左右转向，特别是，还能通过平台的适度倾侧以获得真实的地面坡度体验。

Description

电磁式多自由度虚拟漫游行进平台

技术领域

本发明涉及一种能与虚拟现实技术进行直接交互的行进装置，具体地说是一种电磁式多自由度虚拟漫游行进平台。

背景技术

目前，虚拟现实技术已经能够在立体显示系统中显示虚拟三维环境，使得使用者如同身临其境一般地观察并感受由计算机再现的客观物理世界，甚至，还可通过虚拟漫游平台，生成虚拟现实漫游场景，并进行交互式操作。

但在现有的虚拟现实技术中，大部分仅是基于软件技术完成，其“虚拟”的成分往往远远大于“现实”。例如在CN201310284812.9“虚拟现实漫游场景生成方法及系统”中，其“漫游”的过程主要是通过三维交互仿真技术完成。再如，CN201410132834.8“一种虚拟现实系统自由视角切换方法”是通过改善其显示方法，以呈现漫游的效果。

具有机电一体化技术的CN02143304.6“虚拟实境阶梯型跑步机”等试图将现有技术或经过改良的跑步机与虚拟现实技术结合，令使用者能够在一个仿真的环境中真正运动起来。特别是CN201310046761.6“柱元阵列式全向跑步机”，其目标是“用于虚拟现实领域中，为用户提供无限的自由行走空间”。而此类设计只是借助虚拟现实技术对现有的机械式跑步机做出一定的改善，尽管具备了行走运动部分，但最终还是一个跑步机，并非实现了一个完整的虚拟环境，而虚拟漫游则更是无从谈起了。

而美国专利US20110009241所描述的圆盘状低摩擦地板则完全是基于电子化实现的虚拟现实系统，并采用了基于虚拟现实技术的眼镜或头盔，能够让使用者像在现实世界中一样，奔走于虚拟环境之中。但是，使用者此时需要穿上特制的鞋子，在身体被固定的情况下，双脚在“地面”上滑动或者作出相应姿势，以代替走路。这些要求为具体使用带来了很多不便。

此类问题的关键之处正是在于如何将实际的行走动作与完整的虚拟现实技术有机地结合在一起，真正收到虚拟漫游的效果。为此，许多方案从改进的跑步机入手，如国际上称为ODT（Omnidirectional treadmill）的新方法。其一是以美国专利US7780573 “虚拟行走（Cyberwalk）”为代表，该方案采用了在大传送带中嵌套方向垂直的小传送带的方式，即通过两个运动的叠加形成平面运动的装置；其二是以美国专利US8276701“虚拟地毯（Cybercarpet）”为代表，该方案采用沿垂直轴360°自由旋转的直线传送带配合其上面的滚珠阵列。此外，还有活动地板型、球形内面行走型等其它一些实现方案。

综上所述，现有各项方案虽多有特点，但总的来说，仍不能形成一个令使用者在综合感受上更为贴近现实的高效虚拟漫游环境。

发明内容

本发明的目的就是提供一种电磁式多自由度虚拟漫游行进平台，以解决现有虚拟现实技术不能形成一个令使用者在综合感受上更为贴近现实的高效虚拟漫游环境的问题。

本发明是这样实现的：一种电磁式多自由度虚拟漫游行进平台，包括有：

运动平台，所述运动平台是在底座上通过平台倾侧作动器支撑连接有台板，在所述台板上设置有角度传感器，所述角度传感器用于检测平台的水平情况、倾侧方向、倾侧速度和倾侧角度；在所述台板上布设有用于驱动踏垫移动的磁驱单元阵列，所述磁驱单元阵列是由多个磁驱单元排布组合而成；所述磁驱单元是在壳体中设置有直立的铁芯和围绕所述铁芯的线圈绕组，所述线圈绕组由嵌入式分布控制系统控制通电与否和通电方向；在所述磁驱单元阵列中的所述磁驱单元之间的间隙中设置有若干气阀和若干位置探测与压力传感组件；所述气阀呈阵列排布，并与设置在磁驱单元阵列上的踏垫一道构成减少踏垫运动摩擦的气浮轴承；所述位置探测与压力传感组件组成位置传感器阵列，用于探测踏垫和使用者的双足在所述运动平台上的位置及运动变化情况；

空压机，通过气路与所述运动平台上的所述气阀相接，提供气浮轴承的工作用气；

踏垫，放置在所述运动平台的所述磁驱单元阵列上，用于承载使用者的足部并在所述磁驱单元的驱动下，在所述运动平台上静止或移动；

虚拟现实场景设备，为佩戴式结构，内设显示器、立体声耳机、数据输入设备和数据处理设备，用于向佩戴者展示其所选定的虚拟现实场景和随运动过程所观测到的变化场景；以及

嵌入式分布控制系统，包括虚拟场景选择显示与虚拟参数输出系统、通过测距实现的步态追踪系统、通过磁驱单元阵列实现的踏垫伺服系统、通过惯性元件实现的平台倾角调整系统、通过平台倾侧作动器实现的坡度控制系统以及通过气浮压力测量和空压机驱动调节系统；所述嵌入式分布控制系统用于采集传感器数据，控制运动平台随场景变化所对应的姿态，控制运动平台的磁场变换，以实现对踏垫的驱动，控制虚拟交通场景和音响效果。

本发明中的所述气阀是在管体中装有弹簧，在所述管体的上口处设置有滚珠，在所述管体的底部设有注气嘴，所述注气嘴通过供气管路与所述空压机相接。

本发明中的所述踏垫是在一块板状永磁体的中间设置有隔磁条带，在所述永磁体的顶面和周边包覆有隔磁罩。

本发明中的所述平台倾侧作动器是由所述台板以及套接在所述台板外围的万向架外框组成二自由度的万向架支撑结构，在所述底座上设置有两个压力缸，一个用于控制所述台板相对于所述万向架外框的倾侧角度，另一个用于控制所述万向架外框围绕支点的旋转角度。

本发明中的所述平台倾侧作动器为六自由度运动平台结构，是在所述底座与所述台板之间设置有六个压力缸，六个所述压力缸的缸体两两一组连接在在所述底座的一个等边三角形的三个顶点处设置的平台球铰上；相邻两组的两个所述压力缸的活塞分成一组，共接在所述台板底面的一个等边三角形的三个顶点之一处的平台球铰上；所述底座上的等边三角形与所述台板底面上的等边三角形的顶角位置相反。

本发明的运动平台是以平面电机电磁驱动技术为基础的步态追踪和伺服系统、基于液压或电力驱动的平台倾角调整和坡度控制系统构成，用以承载人体重量并使之完成所有相应的运动和动作。踏垫有两只，每只的面积比成年人所穿的鞋底面积略大，分别对应并直接承载使用者的双脚。平台倾侧作动器是由数只液压或电动等压力缸体按照一定的结构和特定的支点对于运动平台进行支撑，并在统一控制下进行平台的倾角或位移的调整。虚拟环境是通过头盔式三维立体显示器或特殊的立体眼镜、立体声耳机等装置所构成的虚拟现实场景设备所实现，并与机械、电磁机构进行信息交互和协同工作，以产生相应的视觉、听觉等效果。

运动平台中的台板为圆盘结构，并在平台倾侧作动器的作用下，能以盘面上任意的直径方向为轴线，进行一定角度的偏摆。磁驱单元阵列是由截面积较小、但数量较多的磁驱单元紧密拼装组合而成，为运动平台提供静止或变化的磁场。气浮轴承是由磁驱单元阵列的上表面与踏垫的下表面之间形成的空间所构成。运动平台上的气阀被踩踏而开启时，气路中的高压气体向上喷出，在运动平台和踏垫之间形成气垫，以将踏垫浮起，并在踏垫移动过程中消除绝大部分的摩擦阻力。探测与压力传感组件中的位置传感器可用红外等方式的位置传感器构成，并按照一定间距布满整个运动平台，形成位置传感阵列。当使用者的某只脚离开踏垫、处于悬空状态，并向任意方向迈出时，在踏垫外围周边的位置传感器便可对该足的移动位置的变化情况进行探测。气压传感器阵列是由气压传感器构成，同样按照一定间距布满整个运动平台，以监测传感器周围的气压数值及其变化情况。角度传感单元是由惯性传感器构成，安装于运动平台的台板上，用于检测运动平台的水平情况、倾侧方向、倾侧速度和倾侧角度等。

运动踏垫具有两个磁极，每个磁极的面积相等并且均能覆盖运动平台上的若干磁驱单元，并吸附、坐落在运动平台之上。

在模拟道路坡度时，虚拟环境中的“地平面”保持水平。模拟身体侧倾时，虚拟环境中的“地平面”与运动平台平面保持相同空间角度的同步侧倾。

磁驱单元是磁驱单元阵列的基本构件，其磁场强度及变化情况均由嵌入式分布控制系统通过相应的驱动装置进行独立控制。运动平台的动态磁场由若干磁驱单元共同形成。磁驱单元可以封装成为四边形、六边型等规则的单元模块结构，并按照拼装和插接方式形成特定形状的阵列，也可与气阀、位置传感器和气压传感器等器件共同构成一个标准形状的组合，进而可以拼装成为整个运动平台的磁驱、气动和传感平面。

位置气压传感组件包括位置传感器和气压传感器，二者既可以独立使用，也可以封装在一起，形成一个组合体。

气浮轴承中的每个气阀的控制部件是滚珠，滚珠的顶部露在孔外。气阀平时处于密封状态，只有当滚珠受力下压、露出缝隙后，才能由缝隙排出高压气体，形成气垫。

本发明是配合虚拟环境共同工作的一种机、电、计算技术一体化的虚拟漫游行进平台装置，由机械、电磁及其控制系统共同形成了“漫游”部分。具体说来，是由基于平面电机运动技术的步态追踪系统和人体承载平台、基于液压或电力驱动的平台倾角调整作动机构和相应的倾侧控制技术构成，以形成一个有别于传统技术的电磁式行进平台。其中的“虚拟”部分是采用头盔式或眼镜式的虚拟现实场景设备，结合相应的软件与通信等电子技术构成。使用者可以在真实运动的基础上，通过视觉、听觉等多通道的交互，产生一种“身临其境”的沉浸感。

本发明中的虚拟现实场景设备是供使用者佩戴的一种头盔或眼镜式的虚拟场景显示设备，佩戴后，使用者即“进入”一个虚拟的运动环境，并能够以虚拟现实的方式对于周边环境进行全景的查看和路径的选择。然后，可以完全按照在平路和坡道的正常行走或跑动方式，非常“现实”地在虚拟的场景中直接沿着所看到的“道路”行进，并且是真实地在运动平台所提供的“地面”上完成前后移位、左右转身等朝向不同方位的运动。

本发明中的磁驱单元阵列作为运动平台所提供的“地面”，是一个经过改进的、完整的平面电机的定子，以此作为承载人体重量并使之完成所有相应动作的运动环境。与平面电机的定子类似，该运动平台也是一个磁力驱动单元排列组合成的一个阵列，简称之为“磁驱单元阵列”。与传统平面电机定子不同的是，该磁驱单元阵列是由大量的磁驱单元按照六边形的“蜂巢”或其它类似结构紧密拼装组合而成。每一个磁驱单元除了包括一个壳体、一个铁芯和一个绕组之外，在其外围还设置有气阀和位置探测与压力传感组件。

当磁驱单元中的绕组通电时，就会使得铁芯呈现磁性，其磁极的方向取决于绕组中的电流方向。因此，运动平台中整个磁驱单元阵列中所有磁驱单元的磁极的产生、排布和变化情况均可通过相应的各个线圈通电与否以及电流的方向而决定。当有电流通过时，相关磁驱单元中的绕组所产生的磁通总是会沿着磁阻最小的路径与该平面上的移动磁极（动子）共同形成一个闭合的回路。

与使用者双脚直接接触的部分则是两只“踏垫”。每只踏垫均是一个面积较大、只有一对磁极的永磁体，相当于平面电机的动子。然而，平面电机动子只有一个，但本发明中的踏垫却有两只，分别承载使用者的双脚，并“覆盖”着运动平台上与踏垫面积相同的若干磁驱单元。使用者在静止情况下，双脚分别站立在两个踏垫之上。此时，两个踏垫均被其下方的各个磁驱单元所共同产生的磁场紧紧吸附，固定在某一具体位置上。

当使用者在运动平台上“行走”时，一只脚会离开踏垫，处于悬空状态并“向前”迈动，以便成为“前脚”。此时，“前脚”之下的位置探测与压力传感组件便可探测出该踏垫相应的变化，并通过控制系统将相应的磁驱单元的通电方式进行变更，亦即改变了运动平台上对应“前脚”踏垫的磁场位置。鉴于运动平台与踏垫之间磁场的位置偏差力图使得磁通通路的磁阻保持最小，因而就随之产生了平移的力量，并可使得踏垫与运动平台中针对该踏垫所产生的磁场面积能够尽量予以完整地对齐。即，迅速“吸引”踏垫到悬空的脚下，“迎接”即将落下的前脚。

同样是在磁场的作用下，承载着后脚的踏垫则带动后脚向后方移动。只要整个磁驱单元阵列按照某一特定的顺序通电，就可以形成两个按照使用者行进规律所不断变化的磁场区域，带动两只踏垫进行相应的运动。双脚如此前后交替，便对应产生了走路和跑步的相应效果。

为了减少运动摩擦，磁驱单元上的气阀能够起到重要的作用。当踏垫不在其上方时，气阀内的滚珠被其下方的弹簧顶起，将气孔闭锁。当踏垫在其上方并承受重压时，滚珠即被压下，气孔打开，高压气体喷出。此时，在平台和踏垫之间即可形成一个具有足够气浮刚度的空气薄膜，成为“气浮轴承”。踏垫在气浮作用下，既能被其下方的磁驱单元阵列牢牢吸附控制、并在其“牵引”之下结合磁场的变更进行同步移动，又可在移动过程中免除绝大部分的运动摩擦阻力。

与传统跑步机的工作方式完全不同，使用者除了可以进行前后方向的运动之外，还可以左右转向，即蹬踩着踏垫，在平台上进行前、后、左、右的各向运动。从而，可使使用者按照自己的意愿，向“四面八方”行走。而且，通过台板底面的作动器对台板倾角的调整，使得使用者还能够具有坡度的感觉。如果双脚不动而虚拟环境进行连续的改变，则相当于使用者正在这个环境中进行“滑行”。

当然，无论是“行走”还是“滑行”，使用者均需通过虚拟现实场景设备来观察周边“景况”，并按照虚拟现实场景中所显示的内容或“道路”选择前行方向。使用这种基于虚拟现实和机电互动技术的运动系统，能够在由计算机构造的虚拟场景中任意漫游，并在该环境中的看到、听到和行进到各个地方，从而获得与真实环境高度近似或基本一致的等效体验。

所以，站在本发明的运动平台上，不必再像站在传统的跑步机上一样，有着固定的前后方向之分，反而更像是站在一个自然界中的场地中心，面对的任何方向都可以作为自己漫游的行进方向和选择目标。如此的“行走”方式和相对应的场景变换，都是本发明中的运动机构与虚拟现实系统所提供的虚拟场景画面相互协调与配合的结果。人体相对于运动平台的运动方向和行走距离均由磁驱单元阵列中的位置探测与压力传感组件及嵌入式控制系统实时采集和汇总，并作为虚拟场景的输入信息，决定着后续场景或背景图像的具体变换。因此，这可成为一项具有广泛应用领域的综合技术。

例如，游客在规模庞大的博物馆中进行特定展品的寻找时，可以通过虚拟漫游设备提供的引导，先亲临“现场”一次。而其行走距离既可以与实际的距离相符，又可以具有一定的“变比”。若要进行跑步锻炼，可在其跑步综合数据库中添加诸如北京、巴黎或伦敦等不同的“地区”环境，并在其中自由选择不同的“路线”。而对游戏玩家来说，则更是能够沉浸在虚拟的场景中，真正去左奔右突，如同身临其境。尤其在军事上的抵近侦查、人质解救等训练过程中，本发明的作用绝非仅仅局限于运动过程中的真实感和趣味性的增加，而其在实际效果及拓展应用方面的潜力与意义可能更为宏大、深远。

本发明独特的优势有以下两点：其一，本发明中的磁驱单元能够按照独立受控、共同作用的方式运行，不但可以实现X—Y轴方向的平面驱动（等效于使用者的任意行走方向），而且还可实现围绕人体自身垂直方向的Z轴的旋转运动，甚至可以进行“舞蹈”表演；其二，通过坡度控制结构，使得整个运动平台还能围绕X或Y轴进行一定角度的转动，以达到能够模拟所有方向“道路”的坡度以及“地面”的侧倾。

因此，除可模拟在坡道上的步行之外，更可完成其它各类跑步机所无法完成的滑冰、轮滑、甚至是滑雪运动的模拟。特别是通过“冰面”或“地面”以及虚拟场景所共同给予的侧倾效果，使用者便能够等效体验到往往仅在高速的奔跑转向和弯道滑行等动态过程中才能获得的感觉。若是配以Z轴方向的相应运动，便可再现滑雪的坡降过程中，在不同的滑速下所产生不同的起伏和颠簸感（当然，本装置不能模拟失重感）。

本发明采用踏垫结构的另外一个优势，就是穿着普通的平底鞋或运动鞋即可使用，不需要更换专用的鞋袜，既可免除换鞋的麻烦，还能减少由于使用公用物品而存在交叉感染的顾虑。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是运动平台的俯视图。

图3是六自由度平台的侧视图。

图4是磁驱单元与气阀和位置探测与压力传感组件之间的位置关系图。

图5是磁驱单元阵列的组装结构平面图。

图6是磁驱单元阵列的局部立体结构示意图。

图7是气阀的结构示意图。

图8是踏垫在运动平台上的吸合状态示意图。

图9是踏垫覆盖部分的磁驱单元的磁极变动形态图。

图10是本发明的基本逻辑关系框图。

图11是嵌入式分布控制系统的工作原理图。

图12是嵌入式分布控制系统的工作流程图。

图中：01、底座，02、压力缸，03、铰接点，04、台板，05、磁驱单元阵列，06、栏杆，07、护圈，08、平台球铰，09、踏垫，10、永磁体，11、隔磁条带，12、隔磁罩，13、线圈绕组，14、铁芯，15、气阀，16、位置探测与压力传感组件，17、遮盖层；18、气隙，19、注气嘴，20、弹簧；21、滚珠，22、R_X方向球铰，23、R_Y方向球铰，24、R_Y方向转轴；25、R_X方向转轴，26、万向架外框，27、平台支架，28、虚拟现实场景设备，29、壳体。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括运动平台、空压机、踏垫、虚拟现实场景设备和嵌入式控制系统等部分。

图1中，所述运动平台是在底座01上通过平台倾侧作动器支撑连接有台板04，在台板04上设置有角度传感器，用于检测平台的水平情况、倾侧方向、倾侧速度和倾侧角度。在台板04上布设有磁驱单元阵列05。如图5、图6所示，磁驱单元阵列05是由多个六棱形的磁驱单元排布组合而成。如图4所示，磁驱单元是在壳体29中设置有直立的铁芯14和围绕铁芯的线圈绕组13，线圈绕组13由嵌入式分布控制系统控制通电与否和通电方向。磁驱单元的壳体29的六棱边上分别制有弧形立槽，圆柱形的气阀15和位置探测与压力传感组件16贴靠在弧形立槽中。这样，气阀15在磁驱单元阵列05中也就成为阵列排布，并与设置在磁驱单元阵列05上的踏垫一道构成气浮轴承，以减少踏垫运动的摩擦。同样的，位置探测与压力传感组件16也是在磁驱单元阵列05中的磁驱单元之间组成位置传感器阵列，用于探测踏垫和使用者的双足在所述运动平台上的位置及运动变化情况。

平台倾侧作动器可有多种实现方式，本发明给出以下两种实现方式：

其一是万向支撑结构，如图1、图2所示，在圆形台板04的一条轴线（称为X轴）的两端分别设有外向延伸的台板轴头25，台板轴头25连接于万向架26，使得台板能够以X为轴相对于万向架进行一定幅度的摆动。同样，万向架26在与X轴相垂直的轴线（称为Y轴）上也有两个分别外向延伸的轴头24，分别接在两个三角形支架27的顶端。两个三角形支架27固定在底座01上。这样，万向架自身亦可围绕Y轴进行一定幅度的摆动。在底座01 上还通过铰接点03连接有两个压力缸02。两个压力缸02支撑连接在台板04上，使其不能自由翻转。两个压力缸02与台板04的连接点，一个形成R_X方向球铰22，另一个形成R_Y方向球铰23。两个方向的球铰分别安装在台板04的边缘，且中心分别与X轴、Y轴重合。R_X方向球铰22负责完成台板04围绕X轴的R_X运动，R_Y方向球铰23负责完成台板04协同万向架26围绕Y轴的R_Y运动。因此，通过这两个压力缸，就能精确调整台板04在一定范围内的空间倾角。

其二是使用六自由度运动平台结构，如图3所示，在底座01与台板04的底面之间设置有六个压力缸02，六个压力缸的缸体两两一组连接在在底座01的一个等边三角形的三个顶点处设置的平台球铰08上，相邻两组的两个压力缸02的活塞分成一组，共接在台板04底面的一个等边三角形的三个顶点之一处的平台球铰08上。底座01上的等边三角形与台板04底面上的等边三角形的中心点在一条垂线上且两个等边三角形的顶角位置相反。在六个压力缸的支撑连接下，使台板04形成一个六自由度的偏转台。

图1中，在台板04的周边设置有栏杆06和护圈07。

所有磁驱单元的磁场强度及变化情况均由嵌入式分布控制系统予以精确控制，所有单元的磁场集合共同形成了运动平台表面的磁场分布。

如图7所示，气阀15中装有弹簧20，管口处设置一个滚珠21，类似一种“碰珠”结构。气阀15顶部的滚珠21从遮盖台板04的遮盖层17上所开出的孔眼中露出局部；气阀15的底部连通有注气嘴19，该注气嘴19穿过台板04，伸向台板04的底面。

如图1所示，在平台上放置有踏垫09，运动者需要踩踏其上以完成行进过程中的脚部移动。在台板04上所布设的磁驱单元阵列05，相当于平面电机的定子部分。通过平台表面磁场的分布和变化，可对踏垫实现二维驱动。因此，磁驱单元阵列05形成了一种没有任何间接的传动环节、能够直接满足高响应、高速度和高精度要求的平面驱动装置。而且，还具有出力密度高、热损耗低和结构简单的显著特点。

如图8所示，踏垫09实际上是一块矩形永磁体10，并在其中间设置隔磁条带11，在顶面和四周包覆有隔磁罩12。隔磁罩12可使用具有防滑、隔磁功能的材料制成。其作用，一是防止使用者踩踏时打滑，二是有利于在运动平台上准确定位，三是可以减轻两个踏垫在距离较近时的互相吸引或排斥现象。图9所示是踏垫覆盖部分的磁驱单元的磁极变动形态图，即在磁驱单元阵列05上吸附踏垫的各磁驱单元的磁极对应变动形态，此时即可形成对踏垫的吸附。

踏垫09工作于运动平台的磁驱单元阵列05上，使用者的双脚分别踩踏在两个踏垫上。运动平台利用大量绕组通电后产生的磁能直接推拉踏垫产生平面运动，踏垫09受控在运动平台的磁驱单元阵列05上随同运动者的踏足一同移动。

踏垫的运动状态均完全取决于运动平台中磁驱单元的磁极变化形式，也即其中绕组的通电与否及通电方向。可以看出，台板04承载了所有的磁驱单元和位置探测与压力传感组件16，并且在其遮盖层17上布满了孔眼，以使气阀15的滚珠21顶部和位置探测与压力传感组件16的顶部露出，与踏垫09之间形成了一定的气隙18。图8中，当以第②、③号磁驱单元形成S极区域中心，以第⑤、⑥号磁驱单元形成N极区域中心时，其各自磁场综合后等效的S极、N极在某一段时间内的状态保持相对固定。踏垫09上与之对应的N、S两极则在该段时间内被磁力吸合在磁驱单元阵列的相应位置上，处于一个相对的稳定状态。

当其它磁驱单元的线圈通电时，便可能产生侧向的“吸力”，以便“牵引”踏垫向着其它单元的方向运动。例如，若需要将踏垫左移，则将第①、②、③磁极区域的下一步磁极状态通过变更相应磁极的通电顺序，变换成为当前的第②、③、④磁极区域的状态；而将第④、⑤、⑥磁极区域的下一步磁极状态同理变换为第⑤、⑥、⑦磁极区域当前的状态即可。此时踏垫将被磁场引力向左侧拉动一步，即一个磁驱单元的距离。踏垫右移的情况亦可同理推得。只要磁极变换的距离跨度和保持时间满足一定要求，踏垫便可对其实现连续的“跟踪”。

在正常的行走过程中，通常是后足蹬地承重，前足悬空前移。但在滑冰等滑行方式中，也可按照双足平行站立的方式向前行进，或是前足承重、后足向侧后方向蹬地以获得前行动力。但仅就踏垫的随动技术而言，这些方式与正常行走并无太大的差别。向前迈出的悬空之足在踏到平台之前，即可被运动平台上的位置探测与压力传感组件16测出。从而，控制系统能够迅速跟踪到具体位置，并将相应的踏垫实时移送到对应的脚下，使之承重。周而复始，使用者便可通过踏垫的“密切配合”，正常“行走”于平台之上了。

所以，只要能够精准地控制磁驱单元阵列05中磁极的分布和变更，就可“吸引”位于运动平台上相应的踏垫迅速产生符合要求的移动。亦可看出，此时不工作的磁驱单元并不通电，亦不产生功耗。而工作中的磁驱单元与踏垫一起，在任何时刻都能够形成一个闭合的磁回路。因其主要是针对步行或跑步运动进行伺服，所以磁极的变换频率不会太高，其涡流影响不大。因而在制作过程中，运动平台上的磁驱单元的铁芯14甚至不必使用叠片铁心，普通的导磁材料即可满足要求。

如前所述，运动平台亦可围绕自身的X轴、Y轴进行一定角度的偏转摆动，产生倾斜效果，模拟使用者在行进过程中可能遇到的坡道。其倾斜的角度可由嵌入在台板中、非常小巧可靠的惯性传感器测出，并实时传送到控制系统。

运动平台中的磁驱单元可按多种方式排布。若将其制作成为正六边形结构，则其综合效率相对较高。然而，无论那种排布方式，踏垫下方对应的磁驱单元的数量均会因不同的踏垫位置和方向而略有变化。可以想象，运动平台上单位面积所提供的磁场强度越大，并且踏垫覆盖的面积越大，则所能得到的磁力也就越大，亦如图9所示。另外，在同样的单位面积磁场强度下，每个磁驱单元的面积越小，即“颗粒”越细，上述磁驱单元的数量的变化为整个磁通量所带来的影响也就越小。

同时，磁驱单元的“颗粒”越细，踏垫每步平移的距离就越短。在平移同样距离的情况下，步数也就越多。这也使得“齿槽”效应（一种直流电机转动时因定子或转子具有槽状结构而产生的不连续现象）所引起的推力波动也随之减小，踏垫运行亦越平稳。所以，只要踏垫下方的单元数目足够多，或经优化后的排布方式足够好，或是磁驱单元通电顺序规划及实现得足够恰当，则运行效果必然会有改善和提高。

因此，为了能够在有限的踏垫面积内更多地增加磁驱单元的数量，在高度一定的情况下，磁驱单元应尽量制作得小巧、精细。或者说，其截面积应尽可能地减小。另外，还必须能够保证其具有足够的单位磁场强度，以及需要考虑在结合了气阀和位置探测与压力传感组件之后，统一进行装配、维护时的方便。所有的磁驱单元均由控制系统给予独立的控制和驱动，并按照特定的控制规律相互关联，以达到所需的运行效果。

在运行过程中，气体从气阀15的滚珠21间隙中喷出，在运动平台与踏垫09之间形成一个高压的气隙18，成为气垫。空载时，只要气垫所提供的垂直支撑与踏垫自重和磁驱单元的法向吸力达到平衡时，踏垫便可稳定地悬浮在运动平台之上。运动时，该气垫就变成了“气浮轴承”。

气浮轴承的每个气阀15中均有一个弹簧20将滚珠21顶在运动平台上的遮盖层17的气孔内部，滚珠顶部露在孔外。高压气体经注气嘴19进入气阀15，而气阀15平时处于密闭状态。只有当滚珠21受力被压下后，才能打开气孔并排气。踏垫承重后，受力越大，其底面与平台平面的距离就越小。此时，滚珠被压下的程度也越大，使得气孔露出的有效面积增加，排出的气量也就自然增多。同时，在因踏垫下压而相对缩小的气浮空间中，气体压强也随之加大，并为踏垫提供更加有力的支撑。

为了保证运动平台的气密特性以及具有一个光滑、平整的平面运动区域，需要在磁驱单元阵列05上覆盖一层丙烯酸环氧树脂等类型的薄板，形成运动平台的遮盖层17。而踏垫的底部也同样需要光滑、平整，以保证气垫上下两侧的气动特性尽量一致。

由于踏垫是采用永磁体，不需依靠电源等能量供给，所以与平台的其它部件之间除了气阀15的滚珠21与踏垫08底部具有少许接触、并在气垫作用下只有一些并不受力的滑动以外，不存在其它许多类型的机械支撑或悬挂方式中难以避免的摩擦、变形等问题。这样，不仅可以彻底消除机械系统低速运行时的“爬行”现象，也避免了因轴承磨损等问题所产生的运动不畅等形成的困扰，使其具有了使用寿命长、动态特性好的特点。

从控制理论的角度而言，踏垫虽是整个系统中运动幅度最大的执行元件，但本身质量相对较小，在空载运行时的反应速度、谐振等问题均好解决。而承重运行时，其质量与人体质量相比又可以忽略。所以，能够比较容易地保证其空载时具有较高的灵敏度，以及重载时较好的稳定性和定位精度。

另外，气浮轴承的力学性能是将压缩气体注入微小的气膜间隙内之后，由所形成的气膜压力所体现的。只要通过简单计算，便可得到针对不同体重的使用者在不同运动方式下的基本承载规律。

在本发明中，每只踏垫的长度设为30cm，宽度为12cm。其边长则为30×2 + 12×2= 84 cm，面积为30×12 = 360cm²。在气阀15的等效送气直径为2mm、按照三角形分布时两两间距平均为2cm的情况下，每只踏垫下能有大约有（12/2+(12/2)-1）×（30/(2×SQR3)）=95.26个气孔。若有效气孔数目取为90，则其总的排气截面约为90×π×(2/2)² = 282.6mm²。压缩气体从气阀15中喷出后，会因其体积膨胀而具有一定的制冷效果，但其温差在室温环境下相对变化不会太大。所以，按照气态方程可知，气体压力和其体积仍能保持大致的线性关系。

若气浮轴承的排气面积与进气面积相同且为等压，踏垫08的气膜厚度大致可以保持在282mm²/840mm = 0.34mm左右。当减压后体积膨胀2—3倍、压力从5—6kg/cm²降低为2kg/cm²左右、排气面积相比进气面积也扩大2—3倍时，气膜厚度可望保持为1mm左右。仅从理论计算而言，此时整只踏垫可以受到气膜最大的支撑力不小于360cm²×2kg/cm² = 720kg。

严格说来，动态的行走过程主要是靠足跟和足尖进行，且对踏垫的作用时间均十分短暂，需要按照数倍于体重的冲击力予以考虑。当遇到弹跳等极端情况，可能会使冲击超出了气垫的承载能力。此时的冲击力被支撑力部分抵消之后的合力将导致踏垫底面与平台平面发生一个瞬间的“撞击”。即便如此，其剩余力度不会太大，而且踏垫与台板之间是平面接触，不至于造成任何损环。此后，气垫功能便会立即恢复。

在踏垫空载或是轻载的情况下，尽管仍有其下方的磁驱单元阵列的“牵拉”，但要比满载时的力度减小很多。所以踏垫会自动升高。只要略微抬升，情况就会立刻变化。一是因为气隙高度的增加会使气压立即下降；二是因为气阀在踏垫抬高后的出气量减少，相当于自动调节了相应的支撑力。因此，当踏垫轻载时，提供的支撑力也自然降低。完全空载时，滚珠21甚至全因露出较高而将气控机构整体关闭。从而使得空载的踏垫能以耗能最小的方式，在所覆盖区域的所有滚珠的顶部“滑行”，此时的驱动阵列05在形式上则类似于一个“万向球台”。

运动平台下方的底座01是由金属、塑料或木制结构所形成的一个完整、稳定的承载基础，通过万向架26等多自由度支撑机构对其上部的台板04予以支撑，再由嵌入式分布控制系统调整和变更其的侧倾等状态。

运动平台的驱动方式主要分为液压和电动两种。液压驱动方式的优点是抗负载的刚度大，功率/重量比大，使用比较方便。但其因需油源而不易保持清洁，一般多用于大型的运动模拟平台。电动驱动方式的优点是容易实现较高的运动速度和精度，体积也相对小巧，外观整洁。但其出力也是较小，承载能力不如液压系统。

尽管在行进跑跳过程中，双脚的蹬踏运动对于踏垫和运动平台均是一种冲击，但本发明所述系统只是承载人体。与一般的驾驶系统模拟器相比，无论是在整体重量还是冲击作用方面，均不太大。于是，电动驱方式可为首选。

对本发明所述的踏垫运动而言，在运动平台上已经具备了X、Y、R_Z三个方向的自由度，所以系统能够在传统的多自由度结构的基础上得以较大的改进和简化，即仅考虑R_X 、R_Y和Z方向即可。实际上，类似于抖动和颠簸等Z方向的高速变化情况，在平坦、光滑的表面上行进时是没有的，甚至缓慢行进在一般坡道时也感觉不到。只有在速升或速降的过程中，例如达到了一定速度的滑雪时，才能体验。所以，Z方向的运动可以模拟滑雪坡道所具有的起伏地势可能会给高速的滑雪者在垂直方向造成一定的冲击感。

如果仅需完成基于光滑道路的行进、轮滑和基于冰面的滑行模拟，则整体的机械结构和控制方式又可大大简化。在这种情况下，不必考虑Z方向的运动，只要为运动平台设计一个能够使其围绕自身X、Y两轴进行一定角度侧倾的二自由度的支撑机构即可。于是，本发明便提出了图1的结构。

图1中，台板04通过万向架26连接到作动器上，使得运动平台的摆动既可以围绕X轴或Y轴分别进行，也可同时进行。这样，一个万向架结构与两个位于侧边的压力缸一起，共同形成了二自由度作动器。与其它多自由度作动方式相比，这可极大地简化控制方式。辅之以角度、压力等传感信息，对运动平台的“坡度”控制便可异常简单和准确。如果从机械角度考虑整体上获得进一步的稳定和平衡，还可在台板04和底座01之间与两个压力缸相对称的位置再增加两个，即一共使用4个压力缸。对称的两缸中活塞的运动距离相同而方向相反。一升一降，形成互补，使得平台运动效果可以更好。

从控制角度来看，本发明由基于虚拟现实场景系统的虚拟部分和基于多自由度行进平台的机电部分共同构成，其基本逻辑关系如图10所示。

虚拟部分是“场景再现”的软件基础。包含了命令输入单元、数据采集与处理单元、场景信息数据库、音视频协调同步单元，以及虚拟现实场景设备，即可穿戴的虚拟显示器与耳机等。系统有待执行的命令输入可以通过蓝牙等无线方式传至数据采集与处理单元或直接进入嵌入式分布控制系统。然后，通过场景信息数据库提取场景情况供使用者观看和选择，以及将对应的道路的远近、坡度等情况送至机电部分进行模拟。

机电部分在基座平台与作动结构的基础上，进行装配并形成了整个运动平台。在电源和气源的动力作用下，为使用者提供“道路行走”的物理环境。磁驱单元阵列和气浮结构构成的平台的水平和倾斜情况，由镶嵌在其内部的惯性传感器测得，踏垫和使用者的运动情况由双足位置传感器得到。所有这些数据全部送入嵌入式分布控制系统进行实时处理，其结果一方面反馈至平台自身形成闭环，另一方面需要送至虚拟部分，以便与虚拟现实场景系统同步。

此时，可以结合使用者“行进”的距离，在数据库中“匹配”相应的道路、车辆、行人、环境等虚拟交通场景，以及周边车辆、行人的背景声响。甚至还可包括音乐、解说或提示。所以，虚拟部分的主要工作结果，将会被完整和连续地体现在虚拟现实场景设备28之中。

如前所述，机电控制部分的主要任务是运动设备的协调和控制，包括运动平台和踏垫的驱动、传感数据的采集、极限参数的监控等。此外，还要对踏垫转移时所需的各个电磁力和力矩的实时解耦，以及在下一位置或后续落点将要使用到的磁驱单元阵列的快速规划和重构。进而，便可做到对于磁驱单元阵列中各个线圈的快速切换与控制。

因磁力驱动单元数量众多、控制关系复杂，而且还需要大量的底层设备传感器进行运行状态的监控和反馈，所以针对磁驱单元的精密驱动又是踏垫运动实现的关键。在目前的技术条件下，整个机电控制任务可由基于分布控制方式的嵌入式分布控制系统，分别在每一个相关环节上予以具体完成。在图10的基础上，可对其中的嵌入式分布控制系统的基本结构及其功能模块进行详细的分解与描述，如图11所示。

整个嵌入式分布控制系统共有四类数据输入接口，即虚拟场景输入接口、红外距离传感器接口、惯性元件传感器接口和气浮压力传感器接口。与之对应的，还有四类数据输出接口，即虚拟参数输出接口、磁驱单元阵列驱动器接口、电动压力缸驱动器接口和空气压缩机驱动器接口。从而，形成了四组从输入到输出的基础控制环节。这四组基础控制环节虽有部分数据关联，但在硬件上是基本独立的，至少可以通过分布在整个行进平台上的四套SOC（片上系统）予以完成。

图11中，虚拟场景信息来自场景信息数据库，由功能分配与距离方向等参数计算单元进行整个系统中各环节的协调，以及将距离方向数据通过虚拟参数输出接口，无线传至虚拟部分的数据采集与处理单元。

对于功能分配与距离方向计算单元而言，首先是要获取三维场景的地形信息和机电系统中传感器的读数。虚拟系统中所采用的“行走道路”均由使用者自主选择。然后，机电控制部分对这些参数进行处理，按此规划、驱动整个运动平台的电磁环节。同时，实时检测运动平台中两个踏垫的实际运动轨迹，并产生用于场景漫游的反馈信号，发送给虚拟显示软件。进而，形成与所遇到的车辆、行人、建筑等周边交通环境的互动参数，反馈至头盔或眼镜，以便使用者在高仿真的虚拟现实场景中，获得与实际状态相近似的速度、方向等各种体验。

对于踏垫来说，无论处在运动平台上的哪个位置，其物理形状不会改变，即占用的面积是固定的。尽管踏垫相对于X、Y轴的角度不同时，所覆盖的位置探测与压力传感组件的数目也有增减，但变化不会太大。

红外距离传感器和气浮压力传感器综合为位置探测与压力传感组件16。行进时双脚和踏垫位置的检测设备是红外距离传感器，且随着磁驱单元一起布满整个运动平台。此类器件可以很容易定向检测到50cm之内的物体，十分准确。红外距离传感器检测到的足部和踏垫运行数据为模拟信号，由A/D阵列转换单元、坐标变换计算单元、踏垫位置计算单元共同形成踏垫位置数据。一旦某足离开踏垫移向别处，就会因为鞋底偏离了踏垫的位置而有了新的遮挡，从而又使另外一些与原先位置相邻的位置探测与压力传感组件的状态发生变化。

嵌入式分布控制系统只要重复扫描相应的位置探测与压力传感组件，得其数目及数值，就可以核实该踏垫的具体位置以及负载情况。只要能够实时追踪到这些变化，再经后续的磁驱阵列驱动器所进行功率放大，便可驱动相应的磁驱单元，使得相应的踏垫一直通过电磁力的牵引而保持与该足运动的同步。

所以，当一只脚向前迈进时，相对应的踏垫亦在实时跟进。此时，后足则随着正被蹬踩的踏垫，在嵌入式分布控制系统对相关磁驱单元的严格操控下，迅速完成适当的后移，而且不能出现“滑脱”等失控现象。而当前足落下时，正好又被跟进的踏垫所承接。另一只踏垫的运动情况亦是如此。这样，便可按照真实的行进方式，完成始终处于运动平台范围之内的“步行”。不仅正常的行走，即便是一般的跑步，使用者的双脚位置也同样能够得到准确的探测和标定。

当使用者仍然位于运动平台之上，而所有位置探测与压力传感组件的数据均不再变动或仅有少许波动、尚不至于引起踏垫的平移时，可能是出于两种情况。一是双脚稳定站立于两只踏垫上，处于静立状态；二是单足站立、另外一足悬空保持不动。无论出现那种情况，均可认为运动平台和踏垫是处在一个新的平衡点。

对于气阀而言，一般均处于关闭状态。只有被踏垫压到滚珠、并且达到一定踩踏压力后才被打开。此时喷出的高压气体全部用于气浮轴承的形成。气浮压力传感器检测整个气垫环节所需要的气压，进行供气优化的计算。并且，可按照脉宽调制的方式，控制一个变频驱动单元并通过相应的接口控制整个系统的空气压缩机，使其能够按照使用者的体重和运动方式等具体情况予以智能化的管理，调节供气压力以利于节省电力资源。

惯性元件传感器镶嵌于运动平台的台板04之内，可以精确测定运动平台在各个方向的倾斜程度。得到平台倾侧的实时数据后，可经其接口送至平台姿态判断单元，与预先存储的数据进行对比，以做出某一时刻的平台姿态判断。进而，通过反馈保证其姿态到位。同时，亦将其姿态数值在匹配算法计算单元中与下一刻的期望位置数值进行匹配。其匹配的误差在平台控制计算单元中转换为具体加电方式，通过电动压力缸的驱动器接口进行压力缸的驱动，调整平台的倾斜程度。

由此，便可通过造成一种“地面”的倾斜，以形成使用者在行进过程中所面临之坡道的“坡度”。或者，通过地面“倾斜”，以等效模拟使用者在“滑冰”或“轮滑”过程中，高速转弯时身体需要向内侧倾斜的体验。鉴于平台和踏垫之间的电磁吸附力量远大于当平台侧倾时，承重踏垫所产生的侧向分力，所以适度的倾斜并不会造成踏垫在蹬踩时出现“滑脱”的情况。就总体而言，倾侧控制的难度和实时程度均远较对于踏垫运动的控制为低。

对应于图10和图11所述嵌入式分布控制系统的各主要硬件环节，其软件控制流程如图12所示。按此，可以十分方便地进行相应的软件开发。对于本发明所述嵌入式分布控制系统而言，虚拟现实部分必须通过虚拟现实场景系统和多自由度行进平台中的嵌入式系统共同完成。

本发明按照数据库中虚拟环境基本信息设定系统各项参数，并可通过惯性传感环节实时判断运动平台的倾侧或水平情况。然后，与不同地形下应有的坡度进行比较，按其差值驱动作动机构，使得运动平台的倾角满足使用者所在“道路”的坡度要求。同时，对使用者需要进行包括运动的速度、方向等动作信息进行实时采集。嵌入式分布控制系统把使用者所在位置的坐标及视点信息等输入场景漫游软件，再由该软件进行对应的场景显示，并将下一步的“地面”参数回送控制系统。这样，嵌入式分布控制系统可以据此完成新的动作，协调虚拟和机电两大部分，形成图12所示的完整闭环过程控制过程。

应该考虑到，在人体的奔走行进过程中，尤其是双手也处于较为激烈的动作状态时，若想快速、正确地为虚拟现实相关系统输入所需信息，仅靠使用目前常见的键盘、鼠标等类设备是难以奏效的，必须另寻他法。所以，图10中的命令输入单元和图12中的外部指令控制环节均需要使用全新的方式完成。因此，本申请人的在先专利申请CN201410272210.6“电子设备和用于电子设备的可穿戴式输入装置”，即可成为这种环境下最为方便、简捷且相对精度较高的专用的命令和数据输入设备，与本发明配套使用。

为了向使用者提供道路、车辆、交通流、环境等交通虚拟场景，也可以通过传统的多通道投影系统进行实现。但这往往需要较大的场地空间与大量的拼装屏幕以显示相关内容。然而，人的视野是有限的。即便是正常的双目视力向前平视时，也只能看清大体限定在左右120°、上下90°范围内的景象。所以，并无必要装配一个完整的360°全景显示环境。

实际上，虚拟现实场景设备28正是为此而做。其中显示器显示内容能够涵盖虚拟全景中的当前可视部分，而且其内容又能随着身体的颠簸和头部的转动而产生相应的变化，进而能在大脑中产生与正常视觉基本一致的感受。这样，无论是凝视或是扫描，双目同样可环视于整个“全景”范围，其视觉信息的处理也相对更为容易，显示效果可能也会更好。而且，会使整个系统的占地面积、造价、功耗等诸多指标大为降低。

嵌入式分布控制系统根据参与者输入的选项，可以立即获得所在场景、地形、位置和方向等基础信息。进而，生成使用者所应该看到的相应视频信息，并同时通过台板04的适度倾侧，使得使用者得到相应的道路坡度体验，以感受比较真实、犹如身临其境般的立体视觉和听觉，并使之产生具有沉浸感的综合效果。特别是虚拟现实场景设备所附带的立体声耳机，除了应能提供较高质量的音响效果和语音提示之外，还应将系统运行时气浮结构等带来的外界噪声予以有效屏蔽。另外，所述显示器还可以配套使用本发明人先前申请的发明专利CN201410524713.8“基于偏振定向和组合定位的智能复合眼镜”。

如前所述，本发明中的嵌入式分布控制系统可以针对某一特定行进路线，获取全部相关地形、并且是完全连续的三维场景信息，以便使用者能够得到真实的视觉体验和足够的运动感受，以及在该路线的任何一个点上，都能获得与场景显示和坡度控制等相关的所有参数。视觉场景必须对参与者的各种控制动作做出实时响应，包括前进速度、方向等。进而，同步显示地形信息，并将倾侧参数输出给机电系统，再传送至作动器予以执行。

对于道路坡度的模拟较为简单，作动器可以按照参数产生相应的运动平台坡度以供使用者体验。此时，虚拟环境的“地平面”始终保持水平即可。然而，模拟滑行时情况则不相同。在转弯时人体必须向弯道内侧适度倾斜以获得足够的向心力。鉴于双目视觉的平面往往是感觉上的“水平面”，所以身体倾斜时反而像是见到的所有景物都“倾斜”了。因此，在模拟身体侧倾时，必须结合使用者在该时刻的转弯半径和速度，准确计算其所需向心力对应的具体倾角。从而，既要使运动平台的物理平面按此偏转，又需使虚拟环境中的地平面与运动平台保持一致，即从空间角度同步显示与作动器所执行的完全相同的侧倾角度。

一般而言，目前的三维虚拟图像系统均由场景数据库、控制模块、3D渲染模块和显示模块等构成。虚拟游戏或训练环境的输入则多是使用鼠标、键盘、游戏杆、方向盘等类似设备完成，以形成有效的互动。而本发明却能真正使用行走方式，进行真实运动与虚拟场景的“无缝”交互。因此，通过行进时所选择的道路和行走距离，并关联相应的虚拟场景，便可实现“徒步”方式、以某个“景点”为中心并可“全向”展开的“旅游”。如需更换运动的“场地”或“环境”，则只需添加相应的地域数据库内容或调整软件模块即可。

Claims

1.一种电磁式多自由度虚拟漫游行进平台，其特征是，包括有：

运动平台，所述运动平台是在底座上通过平台倾侧作动器支撑连接有台板，在所述台板上设置有角度传感器；在所述台板上布设有用于驱动踏垫移动的磁驱单元阵列，所述磁驱单元阵列是由多个磁驱单元排布组合而成；所述磁驱单元是在壳体中设置有直立的铁芯和围绕所述铁芯的线圈绕组；在所述磁驱单元阵列中的所述磁驱单元之间的间隙中设置有若干气阀和若干位置探测与压力传感组件；所述气阀呈阵列排布，并与设置在磁驱单元阵列上的踏垫一道构成减少踏垫运动摩擦的气浮轴承；所述位置探测与压力传感组件组成位置传感器阵列，用于探测踏垫和使用者的双足在所述运动平台上的位置及运动变化情况；

2.根据权利要求1所述的电磁式多自由度虚拟漫游行进平台，其特征是，所述气阀是在管体中装有弹簧，在所述管体的上口处设置有滚珠，在所述管体的底部设有注气嘴，所述注气嘴通过供气管路与所述空压机相接。

3.根据权利要求1所述的电磁式多自由度虚拟漫游行进平台，其特征是，所述踏垫是在一块板状永磁体的中间设置有隔磁条带，在所述永磁体的顶面和周边包覆有隔磁罩。

4.根据权利要求1所述的电磁式多自由度虚拟漫游行进平台，其特征是，所述平台倾侧作动器是由所述台板以及套接在所述台板外围的万向架外框组成二自由度的万向架支撑结构，在所述底座上设置有两个压力缸，一个用于控制所述台板相对于所述万向架外框的倾侧角度，另一个用于控制所述万向架外框围绕支点的旋转角度。

5.根据权利要求1所述的电磁式多自由度虚拟漫游行进平台，其特征是，所述平台倾侧作动器为六自由度运动平台结构，是在所述底座与所述台板之间设置有六个压力缸，六个所述压力缸的缸体两两一组连接在所述底座的一个等边三角形的三个顶点处设置的平台球铰上；相邻两组的两个所述压力缸的活塞分成一组，共接在所述台板底面的一个等边三角形的三个顶点之一处的平台球铰上；所述底座上的等边三角形与所述台板底面上的等边三角形的顶角位置相反。