CN111111113A - 一种全向运动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全向运动装置，包括：平台、设置在平台上的若干个万向球以及用于驱动万向球转动的驱动机构；平台顶部设置有与若干个万向球相配合的容腔，万向球能够在容腔内自由转动，驱动机构能够控制万向球的偏转量与偏转速度；平台内部位于容腔的下方设置有若干个重力传感器、X方向位移传感器与Y方向位移传感器；重力传感器实时监测使用人员的脚掌压力，重力传感器能够检测使用人员的移动方向；X方向传感器用于检测使用人员在X方向的位移动量，Y方向传感器用于检测使用人员在Y方向的位移动量，X方向的位移动量与Y方向的位移动量的合位移量即为使用人员在平台上的实际位移量。

Description

一种全向运动装置

技术领域

本发明涉及一种运动装置，尤其涉及一种全向运动装置。

背景技术

随着虚拟现实技术的兴起，新的设备和解决方案层出不穷，传统的设备人体只能再一个方向以不同的速度行走，不能满足虚拟现实要求的人体可以以不同速度沿任意方向走动的要求。

而现有的一些运动装置只能实现单向运动，无法做到全向运动，用户体验较差，且万向球的控制不是通过建立X方向与Y方向坐标系，通过坐标系内的重力传感器进行检测，分析运动的合力方向，万向球控制精度较差，无法保证用户与运动装置之间保持相对静止。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种全向运动装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种全向运动装置，包括：平台、设置在平台上的若干个万向球以及用于驱动万向球转动的驱动机构；

所述平台顶部设置有与若干个万向球相配合的容腔，所述万向球能够在所述容腔内自由转动，所述驱动机构能够控制所述万向球的偏转量与偏转速度；

所述平台内部位于容腔的下方设置有若干个重力传感器、X方向位移传感器与Y方向位移传感器；

所述重力传感器实时监测所述使用人员的脚掌压力，所述重力传感器能够检测使用人员的移动方向；

所述X方向传感器用于检测使用人员在X方向的位移动量，所述Y方向传感器用于检测使用人员在Y方向的位移动量，X方向的位移动量与Y方向的位移动量的合位移量即为所述使用人员在所述平台上的实际位移量；

所述万向球偏转能够带动所述使用人员在所述平台上移动。

本发明一个较佳实施例中，所述平台外侧设置有第一滑道，所述第一滑道上沿周向配合连接有多个防护组件，所述防护组件包括气囊、第一固定件、第一伸缩件与转轴，所述第一固定件通过配合件配合连接在滑道上，所述伸缩件连接在所述固定件顶部，所述伸缩件顶部设置有转轴，所述转轴连接有摆臂，所述摆臂插入所述气囊内。

本发明一个较佳实施例中，所述万向球的偏转方向与所述使用人员的移动方向相反。

本发明一个较佳实施例中，所述重力传感器能够根据监测到的使用人员脚掌压力区域变化量进行检测使用人员的移动方向。

本发明一个较佳实施例中，所述X方向位移传感器与所述Y方向位移传感器位于十字线上。

本发明一个较佳实施例中，所述平台外侧还包括第二滑道，所述第二滑道上沿周向配合连接有一随动组件，所述随动组件包括第二固定件、第二伸缩件与操作面板，所述第二固定件配合连接在所述第二滑道上，所述伸缩件连接在所述固定件顶部，所述伸缩件顶部设置有操作面板。

本发明一个较佳实施例中，所述万向球外侧设置有橡胶套。

本发明一个较佳实施例中，所述万向球的偏转量与所述偏转速度均与所述传感器检测到的使用人员的位移量与位移速度相同。

本发明一个较佳实施例中，所述容腔的尺寸不小于所述万向球的尺寸，且所述容腔包裹万向球的面积大于万向球表面积的2/3。

本发明一个较佳实施例中，所述平台底部设置有底座，所述底座顶部边缘处连接有弧形结构的护板，所述底座顶部设置有凹槽，所述平台设置在凹槽内。

本发明一个较佳实施例中，所述万向球外侧设置有至少一个偏置磁体，所述平台内部位于所述万向球下方设置有与若干个万向球相配合的运动单元。

本发明一个较佳实施例中，所述运动单元包括至少一个容腔与若干个线圈，所述万向球能够在所述容腔内转动，若干个所述线圈环绕在容腔外侧，多个线圈不在同一平面内，所述线圈通电产生的磁场能够控制所述偏置磁体移动。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

(1)通过重力传感器检测脚掌压力，当脚掌抬起后，重力传感器检测信号消失，当再次脚掌踩下后，重力传感器再次检测到压力，如此往复，每一次均有重力信号及X方向与Y方向位移动量，能够分析运动信息，进行提前预判下一次脚掌即将要踩下的区域，提前控制该区域内的万向球移动，减少万向球运动的滞后性。

(2)X方向传感器与Y方向传感器形成平面坐标系，左脚与右脚分别位于坐标系的第一象限与第三象限内，左脚与右脚移动时，均能通过X方向传感器与Y方向传感器检测到左脚与右脚在对应象限内的X方向位移动量与Y方向位移动量，从而得到左脚与右脚的合位移动量，精确性较高。

(3)通过分析X方向传感器与Y方向传感器检测到左脚与右脚在对应象限内的X方向位移动量与Y方向位移动量，也可以控制部分万向球朝X方向位移动量的反方向运动相同的位移量，控制另一部分万向球Y方向位移动量的反方向运动相同的位移量，两种方向运动的万向球的合位移动量正好等于用户相反方向的位移动量，保证用户与运动装置相对静止。

(4)通过线圈通电，万向球外侧的偏置磁体受到磁场的作用下，能够带动万向球转动，线圈设置在平台内部，每个线圈均能够独立控制通电，通电电流的大小能够改变磁场强度，从而控制万向球旋转速率，进行灵活控制万向球转动，使用人员与运动装置始终保持相对静止。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的局部结构示意图；

图2是本发明的优选实施例的万向球分布示意图；

图3是本发明的优选实施例的平台俯视图。

图4是本发明的优选实施例的A部分局部放大图。

图5是本发明的优选实施例的运动单元爆炸图；

图6是本发明的优选实施例的X方向与Y方向传感器分布示意图；

图7是本发明的又一实施例的防护组件结构示意图；

图中：

使用人员1；左脚11；右脚12；

气囊2；

防护组件3；第一固定件31；第一伸缩件32；转轴33；摆臂34；预留孔35；护腰36；

第一滑道4；

平台5；万向球51；

第二滑道6；

随动组件7；第二固定件71；第二伸缩件72；操作面板73；

Y方向传感器80；X方向传感器81；重力传感器82；

运动单元90；容腔91；偏置磁体92；线圈93。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明公开了一种全向运动装置；

需要说明的是，全向运动装置包括平台5、设置在平台5上的若干个万向球51以及用于驱动万向球51转动的驱动机构；

平台5顶部设置有与若干个万向球相配合的容腔91，万向球能够在容腔91内自由转动，驱动机构能够控制万向球的偏转量与偏转速度；

平台5内部位于容腔91的下方设置有若干个重力传感器82、X方向位移传感器与Y方向位移传感器；

重力传感器82实时监测使用人员1的脚掌压力，重力传感器82能够检测使用人员1的移动方向；

X方向传感器81用于检测使用人员1在X方向的位移动量，Y方向传感器80用于检测使用人员1在Y方向的位移动量，X方向的位移动量与Y方向的位移动量的合位移量即为使用人员1在平台5上的实际位移量；

万向球51偏转能够带动使用人员1在平台5上移动。

具体而言，通过重力传感器82检测脚掌压力，当脚掌抬起后，重力传感器82检测信号消失，当再次脚掌踩下后，重力传感器82再次检测到压力，如此往复，每一次均有重力信号及X方向与Y方向位移动量，能够分析运动信息，进行提前预判下一次脚掌即将要踩下的区域，提前控制该区域内的万向球51移动，减少万向球51运动的滞后性，X方向的延伸方向与Y方向的延伸方向分别构成了坐标系的X轴与Y轴，坐标原点为平台5的中心点，X方向的传感器用于检测使用人员1在X方向的位移量，Y方向的传感器用于检测使用使用人员1在Y方向的位移量，X方向位移量与Y方向的位移量在坐标系内，可以得到一个坐标合位移量，在通过万向球51进行转动时，可以通过万向球51在使用人员1反方向运动相同的位移，可以理解为，在X方向的反方向运动相同位移，然后在Y方向的反方向运动和使用人员1相同的位移量，两者的叠加量与使用人员1的合位移量大小相同，方向相反，且在使用人员1运动过程中的移动速度与万向球51的旋转速度，始终保持相同，万向球51的偏转方向与使用人员1的移动方向相反，重力传感器82能够根据监测到的使用人员1脚掌压力区域变化量进行检测使用人员1的移动方向，通过万向球51的反向运动，使使用人员1与平台5之间始终保持相对静止。

根据本发明实施例，平台5外侧设置有防护组件3，防护组件3底部设置有相配合的第一滑道4，防护组件3能够沿第一滑道4移动，第一滑道4为圆环结构，但不限于圆环结构，本领域技术人员可以根据实际使用进行调整，第一滑道450上配合连接有三个防护组件3，任意两个防护组件3之间的角度均为120度，保证防护组件3的牢固性。

需要说明的是，第一固定件31通过配合件配合连接在第一滑道4上，其中配合件能够是滑轮或其他的结构，只要是能够将第一固定件31固定在第一滑道4内侧，且第一固定件31能够在第一滑道4内灵活滑动，且不会脱离第一滑道4均可，第一伸缩件32连接在第一固定件31顶部，第一伸缩件32顶部设置有转轴33，转轴33连接有摆臂34，摆臂34插入端部固定有气囊2。

根据本发明实施例，第一固定件31通过配合件配合连接在第一滑道4上，第一伸缩件32连接在第一固定件31顶部，三个第一伸缩件32顶部均设置有转轴33，三个转轴33一侧均连接有摆臂34，摆臂34插入气囊2内，气囊2全包裹结构，将摆臂34包裹，气囊2的尺寸与底部第一滑道4的尺寸相同，三个摆臂34之间的角度为120度，能够进行腰部支撑固定，气囊2中心位置处设置有预留孔35，在使用前，气囊2内没有充气，气囊2为干瘪状，随后缓慢充气，也可以快速充入一定量的空气后，在进行缓慢充气，根据不同腰围的使用人群进行调整气囊2内的充气量，也能够进行调整预留孔35的大小，使预留孔35的边缘处贴合使用人员1的腰部，防护组件3包括气囊2、第一固定件31、第一伸缩件32与转轴33。

需要说明的是，在使用时，将第一伸缩件32降下，第一伸缩件32缓慢升起，三个摆臂34的中心位置的预留孔35位于使用人员1腰部时，则第一伸缩件32停止升降，然后对气囊2进行充气，直到充入的气体使气囊2逐渐膨胀，气囊2中心处的预留孔35逐渐减小，预留孔35边缘处接触到使用人员1的腰部的外侧即可，当然，也可以控制充气量调整气囊2强度，气囊2接触使用人员1腰部后，继续进行充气，此过程气囊2对使用人员1腰部固定强度逐渐增加，但需要根据使用人员1的腰围进行控制充其量，保证气囊2固定牢固的同时，使用人员1具有很好的舒适性，及松紧度在合适的范围内。

通过设置升降式的第一伸缩件32，面对不同身高，不同体重的使用人群均能够使用，转轴33一侧的摆臂34能够对气囊2的倾斜角度进行微调，使气囊2朝向上方或下方倾斜，提高使用舒适性。

根据本发明实施例，平台5外侧还包括第二滑道6，第二滑道6上沿周向配合连接有一随动组件7，随动组件7包括第二固定件71、第二伸缩件72与操作面板73，第二固定件71配合连接在第二滑道6上，伸缩件连接在固定件顶部，伸缩件顶部设置有操作面板73，可以理解的是，随动组件7可以忽略，当使用人员1通过佩戴VR眼镜或VR头盔时，则不需要使用操作面板73进行操作，此种情况下，即可以省略随动组件7部分或全部结构，也可以根据实际使用需要进行调整随机组件的结构或随动方式，比如根据人眼定睛观看随动，使用人员1眼睛直视的方向，通过随动组件7，将控制面板调整至眼睛前方。

需要说明的是，第二滑道6与第一滑道4均为圆形结构，但不限于圆形结构，可以根据实际需要进行设置，如方形结构等等，第一滑道4套在第二滑道6外侧，可以理解为第一滑道4与第二滑道6中心点重合，且第二滑道6的尺寸大于第一滑道4，第一滑道4与第二滑道6的形状相同，第二滑道6上配合连接有随动组件7，随动组件7能够沿第二滑道6移动，随动组件7上的第二固定件71与第二滑道6配合，配合方式能够是滑轮或其他的结构，只要是能够将第二固定件71固定在第二滑道6内侧，且第二固定件71能够在第二滑道6内灵活滑动，且不会脱离第二滑道6均可，第二伸缩件72能够沿第二固定件71长度方向竖直伸缩移动，用于调整操作面板73的高度。

使用人员1转身或旋转过程中，由于气囊2固定腰部，所以外侧的防护组件3会跟随使用人员1旋转，可以理解的是，使用人员1旋转过程中，有时会需要使用到操作面板73，因此不管使用人员1如何旋转，均需要保证操作面板73始终在使用人员1的正前方，因此随动组件7跟随使用人员1进行旋转，保证操作面板73始终位于使用人员1眼睛前方，在使用人员1进行下蹲动作时，第二伸缩件72进行伸缩，调整操作面板73高度。

图2示出了万向球51分布示意图；图3示出了平台5俯视图；

具体而言，万向球卡在平台5内部的容腔91内，且万向球外侧设置有橡胶套，容腔91的尺寸不小于万向球51的尺寸，且容腔91包裹万向球51的面积大于万向球51表面积的2/3。

图4-5示出了运动单元90的结构示意图；

根据本发明实施例，图4为A部分局部放大图，图5为运动单元90爆炸图；万向球51外侧设置有至少一个偏置磁体92，平台5内部位于万向球51下方设置有与若干个万向球51相配合的运动单元90,运动单元90包括至少一个容腔91与若干个线圈93，万向球能够在容腔91内转动，若干个线圈93环绕在容腔91外侧，多个线圈93不在同一平面内，线圈93通电产生的磁场能够控制偏置磁体92移动。

需要说明的是，通过线圈93通电，万向球51外侧的偏置磁体92受到磁场的作用下，能够带动万向球51转动，线圈93设置在平台5内部，每个线圈93均能够独立控制通电，通电电流的大小能够改变磁场强度，从而控制万向球51旋转速率，进行灵活控制万向球51转动，使用人员1与运动装置始终保持相对静止，每一个运动单元90都包括一个容腔91，容腔91内有万向球，万向球83能够在球腔内自由灵活移动，在运动单元90的顶部有一个开口，保证万向球顶部高于开口端面，万向球顶部会有部分结构突出开口外，每一个运动单元90有5个线圈93，除了带有开口的一侧没有线圈93，其他面均有一个线圈93，本发明的优选实施例中，万向球外侧设置有6个线圈93，但不限于6个，可以根据实际需要设置，如2个、3个或6个以下，7个、8个或8个以上等等，偏置磁体92在磁场的作用下能够带动万向球运动，每一个运动单元90外侧设置有隔离磁场的隔磁面，可以保证每一个运动单元90均可以单独控制万向球运动，且不会受到相邻运动单元90内磁场的影响，保证万向球能够根据使用人员1的位移进行精准控制万向球的转动，隔磁面的使用不仅可以隔离相邻运动单元90的干扰，同时还有防止磁场对人体产生一定的伤害，安全性较高，当然可以理解的是，只要能够产生磁场的物体均可以替代线圈93进行控制万向球的运动，例如电磁铁，永磁体。

图6示出了X方向传感器81、Y方向传感器80以及重力传感器82的分布示意图；

根据本发明实施例，X方向传感器81与Y方向传感器80形成平面坐标系，左脚11与右脚12分别位于坐标系的第一象限与第三象限内，左脚11与右脚12移动时，均能通过X方向传感器81与Y方向传感器80检测到左脚11与右脚12在对应象限内的X方向位移动量与Y方向位移动量，从而得到左脚11与右脚12的合位移动量，通过分析X方向传感器81与Y方向传感器80检测到左脚11与右脚12在对应象限内的X方向位移动量与Y方向位移动量，也可以控制部分万向球51朝X方向位移动量的反方向运动相同的位移量，控制另一部分万向球51Y方向位移动量的反方向运动相同的位移量，两种方向运动的万向球51的合位移动量正好等于用户相反方向的位移动量，保证用户与运动装置相对静止。

需要说明的是，通过分析X方向传感器81与Y方向传感器80检测到左脚11与右脚12在对应象限内的X方向位移动量与Y方向位移动量，也可以控制部分万向球51朝X方向位移动量的反方向运动相同的位移量，控制另一部分万向球51Y方向位移动量的反方向运动相同的位移量，两种方向运动的万向球51的合位移动量正好等于用户相反方向的位移动量，保证用户与运动装置相对静止，X方向位移传感器与Y方向位移传感器位于十字线上重力传感器82能够根据监测到的使用人员1脚掌压力区域变化量进行检测使用人员1的移动方向，X方向传感器81与Y方向传感器80分别位于坐标系的X轴与Y轴上，X方向的传感器用于检测使用人员1在X方向的位移量，Y方向的传感器用于检测使用人员1在Y方向的位移量，X方向位移量与Y方向的位移量在坐标系内，可以得到一个坐标合位移量，在通过万向球51进行转动时，可以通过万向球51在使用人员1反方向运动相同的位移。

图7示出了本发明另一实施例中的防护组件3结构示意图；

根据本发明实施例，防护组件3中的护腰36不是全包裹结构，使摆臂34裸露在外，且在摆臂34的端部连接护腰36，第一固定件31通过配合件配合连接在第一滑道4上，第一伸缩件32连接在第一固定件31顶部，三个第一伸缩件32顶部均设置有转轴33，三个转轴33一侧均连接有摆臂34，摆臂34的端部连接环形护腰36，护腰36为柔性结构，三个摆臂34之间的角度为120度，能够进行腰部支撑固定，护腰36中心位置处设置有预留孔35，在使用前，护腰36内没有充气，护腰36为干瘪状，随后缓慢充气，也可以快速充入一定量的空气后，在进行缓慢充气，根据不同腰围的使用人群进行调整护腰36内的充气量，也能够进行调整预留孔35的大小，使预留孔35的边缘处贴合使用人员1的腰部，

需要说明的是，在使用时，将第一伸缩件32降下，第一伸缩件32缓慢升起，三个摆臂34的中心位置的预留孔35位于使用人员1腰部时，则第一伸缩件32停止升降，然后对护腰36进行充气，直到充入的气体使护腰36逐渐膨胀，护腰36中心处的预留孔35逐渐减小，预留孔35边缘处接触到使用人员1的腰部的外侧即可，当然，也可以控制充气量调整护腰36强度，护腰36接触使用人员1腰部后，继续进行充气，此过程护腰36对使用人员1腰部固定强度逐渐增加，但需要根据使用人员1的腰围进行控制充其量，保证护腰36固定牢固的同时，使用人员1具有很好的舒适性，及松紧度在合适的范围内。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (10)

1.一种全向运动装置，包括：平台、设置在平台上的若干个万向球以及用于驱动万向球转动的驱动机构；其特征在于；

所述平台顶部设置有与若干个万向球相配合的容腔，所述万向球能够在所述容腔内自由转动，所述驱动机构能够控制所述万向球的偏转量与偏转速度；

所述平台内部位于容腔的下方设置有若干个重力传感器、X方向位移传感器与Y方向位移传感器；

所述重力传感器实时监测所述使用人员的脚掌压力，所述重力传感器能够检测使用人员的移动方向；

所述X方向传感器用于检测使用人员在X方向的位移动量，所述Y方向传感器用于检测使用人员在Y方向的位移动量，X方向的位移动量与Y方向的位移动量的合位移量即为所述使用人员在所述平台上的实际位移量；

所述万向球偏转能够带动所述使用人员在所述平台上移动。

2.根据权利要求1所述的一种全向运动装置，其特征在于：所述平台外侧设置有第一滑道，所述第一滑道上沿周向配合连接有多个防护组件，所述防护组件包括气囊、第一固定件、第一伸缩件与转轴，所述第一固定件通过配合件配合连接在滑道上，所述伸缩件连接在所述固定件顶部，所述伸缩件顶部设置有转轴，所述转轴连接有摆臂，所述摆臂插入所述气囊内。

3.根据权利要求1所述的一种全向运动装置，其特征在于：所述万向球的偏转方向与所述使用人员的移动方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种全向运动装置，其特征在于：所述重力传感器能够根据监测到的使用人员脚掌压力区域变化量进行检测使用人员的移动方向。

5.根据权利要求1所述的一种全向运动装置，其特征在于：所述X方向位移传感器与所述Y方向位移传感器位于十字线上。

6.根据权利要求1所述的一种全向运动装置，其特征在于：所述平台外侧还包括第二滑道，所述第二滑道上沿周向配合连接有一随动组件，所述随动组件包括第二固定件、第二伸缩件与操作面板，所述第二固定件配合连接在所述第二滑道上，所述伸缩件连接在所述固定件顶部，所述伸缩件顶部设置有操作面板。

7.根据权利要求1所述的一种全向运动装置，其特征在于：所述万向球外侧设置有橡胶套。

8.根据权利要求1所述的一种全向运动装置，其特征在于：所述万向球的偏转量与所述偏转速度均与所述传感器检测到的使用人员的位移量与位移速度相同。

9.根据权利要求1所述的一种全向运动装置，其特征在于：所述容腔的尺寸不小于所述万向球的尺寸，且所述容腔包裹万向球的面积大于万向球表面积的2/3。

10.根据权利要求1所述的一种全向运动装置，其特征在于：所述平台底部设置有底座，所述底座顶部边缘处连接有弧形结构的护板，所述底座顶部设置有凹槽，所述平台设置在凹槽内。

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