CN105056468B - 一种实时交互跑步机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实时交互跑步机，其中：跑步机本体部分将俯仰模拟部分、转弯部分、速度调节部分、辅助按键部分、转弯传感器部分连接在一起；俯仰模拟部分改变跑步机的俯仰角度；转弯部分设置跑步转向并与虚拟现实部分互动；速度调节部分控制跑带转速并与虚拟现实部分互动；辅助按键部分配合虚拟现实部分；转弯传感器部分采集转弯部分的角度并传递给主控制部分；主控制部分控制输出俯仰角度、控制跑带的转速、采集旋转角度，采集跑步机跑带的转速设置、与虚拟现实部分交互；虚拟现实部分通过画面展现行进中的使用者，将当前虚拟路况各参数发送给主控制部分从而控制跑步机俯仰角度和跑带转速，改变画面中使用者姿态、行进效果和行进速度。

Description

一种实时交互跑步机

技术领域

本发明涉及运动娱乐交互领域，具体地，涉及一种实时交互跑步机。

背景技术

目前的健身只是使用者自身的健身运动，缺乏交互性和娱乐性，目前还没有出现针对实时交互的一种实时交互跑步机产品出现，

现有技术中，如申请号为201310598527.4的中国专利申请，该专利提供了一种基于健身自行车的新型同步视频系统，包括速度检测模块、方向检测模块、DSP数据采集和控制系统、液晶显示模块、工控机、网络服务平台、手控键盘、力检测模块和阻力电机，所述的速度检测模块、方向检测模块和力检测模块分别与DSP数据采集和控制系统连接，工控机与DSP数据采集和控制系统相连，阻力电机与DSP数据采集和控制系统连接，液晶显示模块与工控机连接，手控键盘与工控机连接，网络服务平台与工控机相连。

上述专利技术虽然提供了一定的虚拟场景中获得了如同真实环境中骑车的体验，但是无法应用与跑步机，同时也无法实现运动娱乐交互，而且该专利中也没有详细给出具体如何虚拟和控制的技术。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种实时交互跑步机，将跑步机、和虚拟现实结合在一起，通过虚拟画面实时控制跑步机的状态，并根据使用者对跑步机的操作反应到虚拟画面中，提高跑步机的交互性和娱乐性。

为实现以上目的，本发明提供一种实时交互跑步机，包括跑步机本体部分、俯仰模拟部分、转弯部分、速度调节部分、辅助按键部分、转弯传感器部分、主控制部分和虚拟现实部分，其中：

所述的跑步机本体部分，为一种健身体育器材，通过电机带动跑带使使用者以不同的速度被动地跑步或走动，并将俯仰模拟部分、转弯部分、速度调节部分、辅助按键部分、转弯传感器部分连接在一起起到固定作用；

所述的俯仰模拟部分，接收主控制部分的命令，改变跑步机本体部分的俯仰角度以模拟使用者上下坡效果，并将跑步机本体部分的俯仰角度信息实时反馈给主控制部分；

所述的转弯部分，用于设置使用者当前跑步的转向，并与虚拟现实部分互动，通过虚拟现实部分模拟出当前转弯的实时效果并呈现给使用者；

所述的速度调节部分，接收主控制部分的命令，控制跑步机本体部分的跑带转速，并与虚拟现实部分互动，通过虚拟现实部分模拟出当前转速的实时效果并呈现给使用者；

所述的辅助按键部分，设置在转弯部分的手柄上，用于提高娱乐交互性的操作功能按键，配合虚拟现实部分的场景需要来起到相应的功能；

所述的转弯传感器部分，将使用者使用过程中转弯部分的角度进行采集并传递给主控制部分，由主控制部分计算成角度信息传递给虚拟现实部分，以改变虚拟现实部分画面中使用者的转弯角度；

所述的主控制部分，用于控制俯仰模拟部分的输出俯仰角度、控制跑步机本体部分的跑带转速、采集转弯传感器部分的旋转角度、采集速度调节部分的跑步机本体部分的跑带转速设置，并与虚拟现实部分交互；

所述的虚拟现实部分，通过画面展现行进中的使用者，将当前虚拟路况的各种参数发送给主控制部分从而控制跑步机本体部分的俯仰角度，将当前速度调节部分的跑步机本体部分的跑带转速设置发送给主控制部分从而控制跑步机本体部分的跑带转速，并根据转弯传感器部分的转弯角度改变画面中使用者的姿态和行进效果，根据当前速度调节部分的跑步机本体部分的跑带转速设置改变画面中使用者的姿态和行进速度。

优选地，所述的俯仰模拟部分，包括角度传动机构、角度执行电机、角度电机驱动器和角度传感器，其中：

所述角度传动机构，包含一个固定旋转支点和一个旋转结构，用于改变跑步机本体部分的俯仰角度；

所述角度执行电机，为角度传动机构的运动源，最终将角度执行电机的旋转角度变成一定比例的角度传动机构的输出角度从而控制跑步机本体部分的俯仰角度；

所述角度电机驱动器，用于接收主控制部分的命令，改变角度执行电机的旋转角度从而改变一定比例的跑步机本体部分的俯仰角度；

所述角度传感器，作为主控制器部分对于俯仰模拟部分角度闭环控制的反馈部分，实时检测跑步机本体部分当前的俯仰角度，反馈给主控制器。

优选地，所述的速度调节部分，包括速度调节旋钮、速度设置接口和变速执行电路，其中：

所述速度调节旋钮，用于方便使用者在使用过程中通过正向或反向旋转旋钮来操控，起到人机交互的作用；

所述速度设置接口，根据使用者对速度调节旋钮的操作改变速度设置值，并将速度设置值传递给变速执行电路，同时将当前速度设置值传递给虚拟现实部分，在虚拟现实部分模拟出当前转速的实时效果并呈现给使用者；

所述变速执行电路，根据主控制部分接收到的调节旋钮的速度设置值，实时线性改变跑步机本体部分的跑带转速，从而让使用者改变跑步速度。

优选地，所述的主控制部分，包括俯仰模拟控制单元、速度调节接口单元、转弯传感器接口单元、处理器单元，其中：

所述俯仰模拟控制单元，根据虚拟现实部分画面中的运动上下坡角度来控制俯仰模拟部分的俯仰输出角度，使得跑步机本体部分的俯仰角度和当前虚拟画面中的运动上下坡角度相匹配；

所述速度调节接口单元，根据使用者对速度调节旋钮改变的速度设置值，将当前速度设置值通过编码传递给虚拟现实部分，通过虚拟现实部分模拟出当前转速的实时效果并呈现给使用者；

所述转弯传感器接口单元，接收转弯传感器部分检测到的转弯部分的转弯角度，计算成所对应的角度值，并将角度值传递给虚拟现实部分，从而在虚拟显示部分中模拟出运动的转弯效果；

所述的处理器单元，结合当前跑步机本体部分俯仰角度值、当前跑步机本体部分的跑带转速设置值以及转弯传感器部分的转弯角度值参数和虚拟现实部分所对应的路况参数计算出跑步机本体部分的跑带转速、俯仰模拟部分的角度电机驱动器的参数值。

更优选的，所述的处理器单元，包括控制输出模块、参数输入模块和数据交互模块，其中：

所述控制输出模块，用于将虚拟现实部分传递过来的路况参数通过计算得到俯仰模拟控制单元的俯仰值；

所述参数输入模块，包含当前跑步机本体部分的跑带转速设置值和转弯传感器部分的转弯角度值；

所述数据交互模块，用于建立处理器单元和虚拟现实部分的连接，结合俯仰模拟部分的当前跑步机本体部分俯仰角度值、当前跑步机本体部分的跑带转速设置值、转弯传感器部分的转弯角度值，以及虚拟现实画面中运动的路况信息，计算出相对应的俯仰模拟控制单元的俯仰值给俯仰模拟部分的角度电机驱动器和运动转速给跑步机本体部分的跑带转速，从而将使用者所操作的跑步机本体部分与虚拟画面相匹配。

优选的，所述的虚拟现实部分，包括显示画面模块、控制接口，其中：

所述显示画面模块，用于虚拟使用者行进中的运动状态和路况；

所述控制接口，用于将当前虚拟画面中使用者运动行进的路况参数传递给主控制部分，由虚拟软件模拟出上下坡角度，计算出相对应的俯仰模拟控制单元的俯仰值传递给主控制部分，由当前速度设置值模拟出当前转速的实时效果并呈现给使用者。

本发明的有益效果：

本发明结构合理，操作简便，可以第一时间根据虚拟画面控制跑步机的状态，并根据使用者对跑步机的操作反应到虚拟画面中或游戏中，对于使用者有很好的交互性和娱乐性，具有广泛推广意义。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1、2为本发明一种实时交互跑步机结构示意图；

图中：1-跑步机本体部分，2-俯仰模拟部分，3-转弯部分，4-速度调节部分，5-辅助按键部分，6-转弯传感器部分，7-主控制部分，8-虚拟现实部分；

图3为本发明一实施例中的俯仰模拟部分机构图，其中：(a)为跑步机俯仰部分水平状态，(b)为跑步机俯仰部分升起状态；

图4为本发明一实施例中的转弯部分机构图，其中：(a)为转弯部分水平状态，(b)为转弯部分右拐弯状态，(c)为转弯部分左拐弯状态；

图5为本发明一实施例中的速度调节部分机构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。

如图1、图2所示，本实施例提供一种实时交互跑步机，包括跑步机本体部分1，俯仰模拟部分2，转弯部分3，速度调节部分4，辅助按键部分5，转弯传感器部分6，主控制部分7，虚拟现实部分8，其中：

所述跑步机本体部分1为一种健身体育器材，通过电机带动跑带使使用者以不同的速度被动地跑步或走动，并将俯仰模拟部分2、转弯部分3、速度调节部分4、辅助按键部分5、转弯传感器部分6连接在一起，起到固定作用；

所述俯仰模拟部分2，接收主控制部分7的命令，改变跑步机本体部分1的俯仰角度，模拟使用者上下坡效果，并将跑步机本体部分1的俯仰角度信息实时反馈给主控制部分7；

所述转弯部分3用于设置使用者当前跑步的转向，并且与虚拟现实部分8互动，通过虚拟现实部分8模拟出当前转弯的实时效果并呈现给使用者；

所述速度调节部分4，接收主控制部分7的命令，用于控制跑步机本体部分1的跑带转速，并且与虚拟现实部分8互动，通过虚拟现实部分8模拟出当前转速的实时效果并呈现给使用者；

所述辅助按键部分5设置在转弯部分3的手柄上，是用于提高娱乐交互性的操作功能按键，能配合虚拟现实部分8的场景需要设置相应的功能；

所述转弯传感器部分6将使用者使用过程中转弯部分3的角度进行采集，并传递给主控制部分7，由主控制部分7计算成角度信息传递给虚拟现实部分8，改变虚拟现实部分8画面中使用者的转弯角度；

所述主控制部分7根据需求控制俯仰模拟部分1的输出俯仰角度、控制跑步机本体部分1的跑带转速、采集转弯传感器部分6的旋转角度，采集速度调节部分4的跑步机本体部分1的跑带转速设置，并与虚拟现实部分8交互；

所述虚拟现实部分8基于游戏或其他视觉类软件通过画面展现行进中的使用者，将当前虚拟路况的各种参数发送给主控制部分7从而控制跑步机本体部分1的俯仰角度，将当前速度调节部分4的跑步机本体部分1的跑带转速设置发送给主控制部分7从而控制跑步机本体部分1的跑带转速，根据转弯传感器部分6的转弯角度改变画面中使用者的姿态和行进效果，根据当前速度调节部分4的跑步机本体部分1的跑带转速设置改变画面中使用者的姿态和行进速度。

作为一优选的实施方式，所述的俯仰模拟部分2采用蜗轮蜗杆实现俯仰效果(如图3中(a)、(b)所示，(a)为跑步机俯仰部分水平状态，(b)为跑步机俯仰部分升起状态)，具体包括：角度传动机构、角度执行电机、角度电机驱动器和角度传感器，其中：

所述角度传动机构，包含一个固定旋转支点和一个旋转结构，用于改变跑步机本体部分1的俯仰角度；

所述角度执行电机，为角度传动机构的运动源，最终将角度执行电机的旋转角度变成一定比例的角度传动机构的输出角度从而控制跑步机本体部分1的俯仰角度；

所述角度电机驱动器，用于接收主控制部分7的命令，改变角度执行电机的旋转角度从而改变一定比例的跑步机本体部分1的俯仰角度；

所述角度传感器，作为主控制器7对于俯仰模拟部分2角度闭环控制的反馈部分，实时检测跑步机本体部分1当前的俯仰角度，反馈给主控制器7。

如图4中所示，本实施例所述的转弯部分3用于设置使用者当前跑步的转向，并与虚拟现实部分互动，通过虚拟现实部分8模拟出当前转弯的实时效果并呈现给使用者，其中：4(a)为转弯部分水平状态，4(b)为转弯部分右拐弯状态，4(c)为为转弯部分左拐弯状态.

作为一优选的实施方式，所述的速度调节部分4在转弯部分3的把手末端安装速度调节旋钮，通过正转或反转旋钮来改变跑带转速设置值(如图5所示)；具体包括：速度调节旋钮、速度设置接口和变速执行电路，其中：

所述速度调节旋钮，用于使用者在使用过程中通过正向或反向旋转旋钮来操控，起到人机交互的作用；

所述速度设置接口，根据使用者对速度调节旋钮的操作改变速度设置值，并将速度设置值传递给变速执行电路，同时将当前速度设置值传递给虚拟现实部分8，在虚拟现实部分8模拟出当前转速的实时效果并呈现给使用者；

所述变速执行电路，根据主控制部分7收到的调节旋钮的速度设置值，实时线性改变跑步机本体部分1的跑带转速，从而让使用者改变跑步速度。

所述辅助按键部分5，可以作为虚拟部分中游戏的手柄按钮，与其互动，增加娱乐性，也可以用于完成一些虚拟部分中的功能设置等操作。

作为一优选的实施方式，所述的主控制部分7，包括俯仰模拟控制单元、速度调节接口单元、转弯传感器接口单元、处理器单元，其中：

所述俯仰模拟控制单元，根据虚拟现实部分8画面中的运动上、下坡角度来控制俯仰模拟2部分的俯仰输出角度，使得跑步机本体部分1的俯仰角度和当前虚拟画面中的运动上下坡角度相匹配；

所述速度调节接口单元，根据使用者对速度调节旋钮改变的速度设置值，将当前速度设置值通过编码传递给虚拟现实部分8，通过虚拟现实部分8模拟出当前转速的实时效果并呈现给使用者；

所述转弯传感器接口单元，接收转弯传感器部分6检测到的转弯部分3的转弯角度，计算成所对应的角度值，并将角度值传递给虚拟现实部分8，从而在虚拟现实部分8中模拟出运动的转弯效果；

所述的处理器单元，结合当前跑步机本体部分1俯仰角度值、当前跑步机本体部分1的跑带转速设置值以及转弯传感器部分6的转弯角度值等参数和虚拟现实部分所对应的路况参数计算出跑步机本体部分1的跑带转速、俯仰模拟部分2的角度电机驱动器的参数值。

作为一优选的实施方式，所述的处理器单元，包括控制输出模块、参数输入模块和数据交互模块，其中：

所述控制输出模块为将虚拟现实部分8传递过来的路况参数通过计算得到俯仰模拟控制单元的俯仰值；

所述参数输入模块，包含当前跑带转速设置值和转弯传感器部分6的角度值；

所述数据交互模块，用于建立处理器单元和虚拟现实部分8的连接，结合了俯仰模拟部分2角度传感器的当前跑步机本体部分1俯仰角度值、当前跑带转速设置值、转弯传感器部分6的角度值，以及虚拟现实部分8画面中运动的路况信息，计算出相对应的俯仰模拟控制单元的俯仰值给俯仰模拟部分2的角度电机驱动器和运动转速给本体部分1的跑带转速，从而将使用者所操作的跑步机本体部分1与虚拟画面相匹配。

作为一优选的实施方式，所述的虚拟现实部分8，包括显示画面模块、控制接口，其中：

所述显示画面模块，用于虚拟使用者行进中的运动的状态和路况；

所述控制接口，用于将当前虚拟画面中使用者运动行进的路况参数传递给主控制部分7，由虚拟软件模拟出的上、下坡角度，计算出相对应的俯仰模拟控制单元的俯仰值传递给主控制部分7，由当前速度设置值模拟出当前转速的实时效果并呈现给使用者。

上述实施例提供的一种实时交互跑步机，其结构合理，操作简便，可以第一时间根据虚拟画面控制跑步机的状态，并根据使用者对跑步机的操作反应到虚拟画面中，对于使用者有很好的交互性和娱乐性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种实时交互跑步机，其特征在于，包括跑步机本体部分、俯仰模拟部分、转弯部分、速度调节部分、辅助按键部分、转弯传感器部分、主控制部分和虚拟现实部分，其中：

所述的跑步机本体部分，为一种健身体育器材，通过电机带动跑带使使用者以不同的速度被动地跑步或走动，并将俯仰模拟部分、转弯部分、速度调节部分、辅助按键部分、转弯传感器部分连接在一起起到固定作用；

所述的俯仰模拟部分，接收主控制部分的命令，改变跑步机本体部分的俯仰角度以模拟使用者上下坡效果，并将跑步机本体部分的俯仰角度信息实时反馈给主控制部分；

所述的转弯部分，用于设置使用者当前跑步的转向；

所述的速度调节部分，接收主控制部分的命令，控制跑步机本体部分的跑带转速；

所述的辅助按键部分，设置在转弯部分的手柄上，是用于提高娱乐交互性的操作功能按键，能配合虚拟现实部分的场景需要设置相应的功能；

所述的转弯传感器部分，将使用者使用过程中转弯部分的角度进行采集并传递给主控制部分，由主控制部分计算成角度信息传递给虚拟现实部分，以改变虚拟现实部分画面中使用者的转弯角度；

所述的主控制部分，用于控制俯仰模拟部分的输出俯仰角度、控制跑步机本体部分的跑带转速、采集转弯传感器部分的旋转角度、采集速度调节部分的跑步机本体部分的跑带转速设置，并与虚拟现实部分交互；

所述的虚拟现实部分，通过画面展现行进中的使用者，将当前虚拟路况的各种参数发送给主控制部分，所述主控制部分结合当前跑步机本体部分俯仰角度值、当前跑步机本体部分的跑带转速设置值以及转弯传感器部分的转弯角度值参数和当前虚拟路况的各种参数计算出跑步机本体部分的跑带转速、俯仰模拟部分的角度电机驱动器的参数值，从而控制跑步机本体部分的俯仰角度、控制跑步机本体部分的跑带转速，并根据转弯传感器部分的转弯角度改变画面中使用者的姿态和行进效果，根据当前速度调节部分的跑步机本体部分的跑带转速设置改变画面中使用者的姿态和行进速度。

2.根据权利要求1所述的一种实时交互跑步机，其特征在于，所述的俯仰模拟部分，包括角度传动机构、角度执行电机、角度电机驱动器和角度传感器，其中：

所述角度传动机构，包含一个固定旋转支点和一个旋转结构，用于改变跑步机本体部分的俯仰角度；

所述角度执行电机，为角度传动机构的运动源，最终将角度执行电机的旋转角度变成一定比例的角度传动机构的输出角度从而控制跑步机本体部分的俯仰角度；

所述角度电机驱动器，用于接收主控制部分的命令，改变角度执行电机的旋转角度从而改变跑步机本体部分的俯仰角度；

所述角度传感器，作为主控制器部分对于俯仰模拟部分角度闭环控制的反馈部分，实时检测跑步机本体部分当前的俯仰角度，反馈给主控制器。

3.根据权利要求1所述的一种实时交互跑步机，其特征在于，所述的速度调节部分，包括速度调节旋钮、速度设置接口和变速执行电路，其中：

所述速度调节旋钮，用于方便使用者在使用过程中通过正向或反向旋转旋钮来操控，起到人机交互的作用；

所述速度设置接口，根据使用者对速度调节旋钮的操作改变速度设置值，并将速度设置值传递给主控制部分，同时将当前速度设置值传递给虚拟现实部分，在虚拟现实部分模拟出当前转速的实时效果并呈现给使用者；

所述变速执行电路，根据主控制部分接收到的调节旋钮的速度设置值，实时线性改变跑步机本体部分的跑带转速，从而让使用者改变跑步速度。

4.根据权利要求1所述的一种实时交互跑步机，其特征在于，所述的主控制部分，包括俯仰模拟控制单元、速度调节接口单元、转弯传感器接口单元、处理器单元，其中：

所述俯仰模拟控制单元，根据虚拟现实部分画面中的运动上下坡角度来控制俯仰模拟部分的俯仰输出角度，使得跑步机本体部分的俯仰角度和当前虚拟画面中的运动上下坡角度相匹配；

所述速度调节接口单元，根据使用者对速度调节旋钮改变的速度设置值，将当前速度设置值通过编码传递给虚拟现实部分，通过虚拟现实部分模拟出当前转速的实时效果并呈现给使用者；

所述转弯传感器接口单元，接收转弯传感器部分检测到的转弯部分的转弯角度，计算成所对应的角度值，并将角度值传递给虚拟现实部分，从而在虚拟显示部分中模拟出运动的转弯效果；

所述的处理器单元，结合当前跑步机本体部分俯仰角度值、当前跑步机本体部分的跑带转速设置值以及转弯传感器部分的转弯角度值参数和虚拟现实部分所对应的路况参数计算出跑步机本体部分的跑带转速、俯仰模拟部分的角度电机驱动器的参数值。

5.根据权利要求4所述的一种实时交互跑步机，其特征在于，所述的处理器单元，包括控制输出模块、参数输入模块和数据交互模块，其中：

所述控制输出模块，用于将虚拟现实部分传递过来的路况参数通过计算得到俯仰模拟控制单元的俯仰值；

所述参数输入模块，包含当前跑步机本体部分的跑带转速设置值和转弯传感器部分的转弯角度值；

所述数据交互模块，用于建立处理器单元和虚拟现实部分的连接，结合俯仰模拟部分的当前跑步机本体部分俯仰角度值、当前跑步机本体部分的跑带转速设置值、转弯传感器部分的转弯角度值，以及虚拟现实画面中运动的路况信息，计算出相对应的俯仰模拟控制单元的俯仰值给俯仰模拟部分的角度电机驱动器和运动转速给跑步机本体部分的跑带转速，从而将使用者所操作的跑步机本体部分与虚拟画面相匹配。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种实时交互跑步机，其特征在于，所述的虚拟现实部分，包括显示画面模块、控制接口，其中：

所述显示画面模块，用于虚拟使用者行进中的运动状态和路况；

所述控制接口，用于将当前虚拟画面中使用者运动行进的路况参数传递给主控制部分，由虚拟软件模拟出上下坡角度，计算出相对应的俯仰模拟控制单元的俯仰值传递给主控制部分，由当前速度设置值模拟出当前转速的实时效果并呈现给使用者。