CN108744472B - 基于虚拟现实技术的骑行设备及其控制方法 - Google Patents

基于虚拟现实技术的骑行设备及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实技术的骑行设备，包括主机、虚拟头盔和车体模拟装置，所述车体模拟装置包括底板，底板相对两端设有两竖向平行设置的支架，两支架间通过第一转轴连接有可旋转的圆环，圆环内侧通过第二转轴连接有可旋转的车体，第二转轴垂直于第一转轴方向设置；还包括圆环驱动机构和车体驱动机构；车体驱动机构驱动车体绕第二转轴旋转，圆环驱动机构驱动圆环绕第一转轴旋转，实现车体转弯、上坡、下坡等姿态的变换。本发明可以通过主机向车体模拟装置发送指令，全方位实时改变车体空间姿态，让骑行人员根据自身重心平衡感体验到各种场景的不同地理情况，带给骑行人员沉浸式体验，体验更真实。

Description

基于虚拟现实技术的骑行设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及虚拟现实控制技术领域，尤其涉及一种基于虚拟现实技术的骑行设备及其控制方法。
背景技术
随着经济的发展及生活水平的提高，人们的健身意识逐渐增强。自行车骑行运动作为一种简单容易实现的运动方式，深受广大运动爱好者的喜欢，自行车骑行不仅出行绿色，而且还具有恢复心脏功能、防止高血压、血管硬化等功效，随着汽车污染日趋严重，人们越来越倡导自行车绿色出行。自行车骑行运动虽然是一种简单容易实现的运动方式，但是一旦遇到天气不佳(如雨天)时，也会给骑行运动带来一定的不便。
健身车是一种有氧运动，常作为负重器械训练前的热身活动。它可以产生热量、促进关节空腔内分泌更多的润滑液，有效减轻软组织慢性劳损、避免软骨磨损等健身训练的副作用。
因此，人们将健身车与虚拟现实技术结合，研发了一系列VR健身车，可以实现足不出户的骑行健身体验。
现有VR健身车的外置健身车设备通常将车身固定，不能随意改变车身的空间姿态，使得骑行者体验感觉不真实，由于视觉感受与肢体动作不能统一，会让骑行者有眩晕感。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于虚拟现实技术的骑行设备及其控制方法，车体模拟装置可以随场景变化实时变换车体空间姿态，让骑行者体验各种场景的不同地理情况，增强骑行体验。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种基于虚拟现实技术的骑行设备，包括主机、虚拟头盔和车体模拟装置，所述车体模拟装置包括底板，底板相对两端设有两竖向平行设置的支架，两支架上设有对应的第一轴孔，第一轴孔内设有可旋转的第一转轴，第一转轴间连接有圆环，第一转轴与圆环相对两端外侧固定连接，圆环在圆环驱动机构的带动下绕第一转轴旋转；圆环内侧相对两端设有第二轴孔，第二轴孔内设有可旋转的第二转轴，第二转轴垂直于所述第一转轴，第二转轴间连接有车体，第二转轴分别与车体的前端、后端固定连接，车体在车体驱动机构的带动下绕第二转轴旋转；
所述车体底部设有向下延伸的支撑杆，支撑杆末端连接有弧形限位杆，限位杆以圆环中心为圆心且沿圆环旋转路径设置；
所述圆环驱动机构包括第一电机，第一电机的驱动轴上设有第一齿轮；所述圆环上设有连杆，连杆一端套置在圆环外且可绕圆环旋转，连杆另一端连接有第一驱动杆，第一驱动杆与连杆铰接，第一驱动杆侧面设有第一齿条，第一齿条与所述第一齿轮啮合；第一电机正反转，通过第一齿轮、第一齿条带动第一驱动杆进行往复运动，从而第一驱动杆通过连杆带动圆环旋转，实现车体向前或后倾斜；
所述车体驱动机构包括第二电机，第二电机的驱动轴上设有第二齿轮；所述车体驱动机构还包括第二驱动杆，第二驱动杆为弧形且沿车体中部底端旋转路径设置，第二驱动杆下表面设有第二齿条，第二齿条与所述第二齿轮啮合，第二驱动杆上表面设有限位槽，所述限位杆嵌置在限位槽内且可沿限位槽滑动；第二电机正反转，通过第二齿轮、第二齿条带动第二驱动杆沿车体中部底端旋转路径做往复运动，从而第二驱动杆通过限位杆带动车体绕第二转轴旋转，实现车体向左或右倾斜。
作为本方案的一种优选，所述车体前端设有可旋转的车把，后端设有高度可调的车座，车体底部设有可供蹬踏的脚踏板，所述限位杆设置在脚踏板旋转半径范围外。
作为本方案的一种优选，所述车体前端设有前支撑横梁，前支撑横梁向上向外折弯，且末端连接至一第二转轴，车体后端设有后支撑横梁，后支撑横梁向上向外折弯，且末端连接至另一第二转轴。
作为本方案的一种优选，所述车体内设有陀螺仪传感器和转速传感器。
作为本方案的一种优选，所述陀螺仪传感器采用MPU9250或MPU6050型号传感器。
一种基于虚拟现实技术的骑行设备的控制方法，适于在主机内执行，主机内设有存储有指令的存储器，以及加载并执行指令的处理器，所述方法包括：
步骤1、主机将虚拟地图矢量化，根据不同路况进行分类；
步骤2、通过虚拟头盔进行虚拟地图成像；同时，根据虚拟地图成像时路况的变化，实时地控制车体模拟装置变换姿态；
步骤3、车体模拟装置通过陀螺仪传感器采集骑行人员和车体自身姿态，以及通过转速传感器测量脚踏板的转速，并实时反馈至主机。
进一步的，所述路况包括上坡、下坡、弯道、坑洼。
进一步的，所述车体模拟装置变换的姿态包括车体前倾、后倾、左倾、右倾、颠簸。
进一步的，所述控制器采用DA14580、CC3200或Cortex系列控制器。
本发明的有益效果是：相比于现有技术中只能实现车身固定不动的骑行设备，本发明可以通过主机向车体模拟装置发送指令，全方位实时改变车体空间姿态，让骑行人员根据自身重心平衡感体验到各种场景的不同地理情况，带给骑行人员沉浸式体验，体验更真实。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为图1的俯视图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
如图1-3所示，一种基于虚拟现实技术的骑行设备，包括主机100、虚拟头盔200和车体模拟装置300，所述车体模拟装置300包括底板301，底板301相对两端设有两竖向平行设置的支架302，两支架302上设有对应的第一轴孔303，第一轴孔303内设有可旋转的第一转轴304，第一转轴304间连接有圆环305，第一转轴304与圆环305相对两端外侧固定连接，圆环305在圆环驱动机构的带动下绕第一转轴304旋转；圆环305内侧相对两端设有第二轴孔306，第二轴孔306内设有可旋转的第二转轴307，第二转轴307垂直于所述第一转轴304，第二转轴307间连接有车体308，第二转轴307分别与车体308的前端、后端固定连接，车体308在车体驱动机构的带动下绕第二转轴307旋转；
所述车体308底部设有向下延伸的支撑杆309，支撑杆309末端连接有弧形限位杆310，限位杆310以圆环305中心为圆心且沿圆环305旋转路径设置；
所述圆环驱动机构包括第一电机311，第一电机311的驱动轴上设有第一齿轮312；所述圆环305上设有连杆313，连杆313一端套置在圆环305外且可绕圆环305旋转，连杆313另一端连接有第一驱动杆314，第一驱动杆314与连杆313铰接，第一驱动杆314侧面设有第一齿条315，第一齿条315与所述第一齿轮312啮合；第一电机311正反转，通过第一齿轮312、第一齿条315带动第一驱动杆314进行往复运动，从而第一驱动杆314通过连杆313带动圆环305旋转，实现车体308向前或后倾斜；
所述车体驱动机构包括第二电机316，第二电机316的驱动轴上设有第二齿轮317；所述车体驱动机构还包括第二驱动杆318，第二驱动杆318为弧形且沿车体308中部底端旋转路径设置，第二驱动杆318下表面设有第二齿条319，第二齿条319与所述第二齿轮317啮合，第二驱动杆318上表面设有限位槽320，所述限位杆310嵌置在限位槽320内且可沿限位槽320滑动；第二电机316正反转，通过第二齿轮317、第二齿条319带动第二驱动杆318沿车体308中部底端旋转路径做往复运动，从而第二驱动杆318通过限位杆310带动车体308绕第二转轴307旋转，实现车体308向左或右倾斜。
所述车体308前端设有可旋转的车把321，后端设有高度可调的车座322，车体308底部设有可供蹬踏的脚踏板323，所述限位杆310设置在脚踏板323旋转半径范围外。
为了骑行安全和便利性考虑，本发明将车体308重心降低，防止骑行者爬得太高以及重心过高发生侧翻，所述车体308前端设有前支撑横梁324，前支撑横梁324向上向外折弯，且末端连接至一第二转轴307，车体308后端设有后支撑横梁325，后支撑横梁325向上向外折弯，且末端连接至另一第二转轴307。
所述车体308内设有陀螺仪传感器和转速传感器；陀螺仪传感器采用MPU9250型号传感器，陀螺仪传感器与主机100有线或无线连接，采集骑行人员和自身姿态，并实时反馈至主机100；转速传感器与主机100有线或无线连接，用于测量脚踏板323的转速，实现骑行速度的监测与反馈。
所述陀螺仪传感器318型号还可以为MPU6050型号传感器。
实施例2
一种基于虚拟现实技术的骑行设备的控制方法，适于在主机100内执行，主机100内设有存储有指令的存储器101，以及加载并执行指令的处理器102，所述方法包括：
步骤1、主机100将虚拟地图矢量化，根据不同路况进行分类；所述路况包括上坡、下坡、弯道、坑洼；
步骤2、通过虚拟头盔200进行虚拟地图成像；同时，根据虚拟地图成像时路况的变化，实时地控制车体模拟装置300变换姿态；所述姿态包括车体306前倾、后倾、左倾、右倾、颠簸；
步骤3、车体模拟装置300通过陀螺仪传感器采集骑行人员和车体自身姿态，以及通过转速传感器测量脚踏板323的转速，并实时反馈至主机100。
所述控制器102采用DA14580、CC3200或Cortex系列控制器。
相比于现有技术中只能实现车身固定不动的骑行设备，本发明可以通过主机向车体模拟装置发送指令，全方位实时改变车体空间姿态，让骑行人员根据自身重心平衡感体验到各种场景的不同地理情况，体验更清新、真实的骑行感受。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

Claims (5)

1.一种基于虚拟现实技术的骑行设备，包括主机、虚拟头盔和车体模拟装置，其特征在于，所述车体模拟装置包括底板，底板相对两端设有两竖向平行设置的支架，两支架上设有对应的第一轴孔，第一轴孔内设有可旋转的第一转轴，第一转轴间连接有圆环，第一转轴与圆环相对两端外侧固定连接，圆环在圆环驱动机构的带动下绕第一转轴旋转；圆环内侧相对两端设有第二轴孔，第二轴孔内设有可旋转的第二转轴，第二转轴垂直于所述第一转轴，第二转轴间连接有车体，第二转轴分别与车体的前端、后端固定连接，车体在车体驱动机构的带动下绕第二转轴旋转；
所述车体底部设有向下延伸的支撑杆，支撑杆末端连接有弧形限位杆，限位杆以圆环中心为圆心且沿圆环旋转路径设置；
所述圆环驱动机构包括第一电机，第一电机的驱动轴上设有第一齿轮；所述圆环上设有连杆，连杆一端套置在圆环外且可绕圆环旋转，连杆另一端连接有第一驱动杆，第一驱动杆与连杆铰接，第一驱动杆侧面设有第一齿条，第一齿条与所述第一齿轮啮合；第一电机正反转，通过第一齿轮、第一齿条带动第一驱动杆进行往复运动，从而第一驱动杆通过连杆带动圆环旋转，实现车体向前或后倾斜；
所述车体驱动机构包括第二电机，第二电机的驱动轴上设有第二齿轮；所述车体驱动机构还包括第二驱动杆，第二驱动杆为弧形且沿车体中部底端旋转路径设置，第二驱动杆下表面设有第二齿条，第二齿条与所述第二齿轮啮合，第二驱动杆上表面设有限位槽，所述限位杆嵌置在限位槽内且可沿限位槽滑动；第二电机正反转，通过第二齿轮、第二齿条带动第二驱动杆沿车体中部底端旋转路径做往复运动，从而第二驱动杆通过限位杆带动车体绕第二转轴旋转，实现车体向左或右倾斜。
2.如权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术的骑行设备，其特征在于，所述车体前端设有可旋转的车把，后端设有高度可调的车座，车体底部设有可供蹬踏的脚踏板，所述限位杆设置在脚踏板旋转半径范围外。
3.如权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术的骑行设备，其特征在于，所述车体前端设有前支撑横梁，前支撑横梁向上向外折弯，且末端连接至一第二转轴，车体后端设有后支撑横梁，后支撑横梁向上向外折弯，且末端连接至另一第二转轴。
4.如权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术的骑行设备，其特征在于，所述车体内设有陀螺仪传感器和转速传感器。
5.如权利要求4所述的一种基于虚拟现实技术的骑行设备，其特征在于，所述陀螺仪传感器采用MPU9250或MPU6050型号传感器。
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