CN114681862A - 一种用于vr设备的仿真转向跑步机 - Google Patents

Abstract

一种用于VR设备的仿真转向跑步机，包括有跑步带，跑步带可前后移动的安装在两条第一滑轨之间，第一滑轨安装在由转动电机驱动的转盘上，跑步带的原点位置时位于转盘圆心正上方；转向跑步机还包括有转向环，转向环的上端面安装有若干压力或位移传感器；转向环包括有可组合和拆卸的左半环和右半环。本发明采用跑步带模拟前进后退，采用转向环用于采集用户转动方向以及控制跑步带的转动方向，转向环将跑步带围在中心，真实的模拟了正常转向的用户体感以及前进后退的体感，信号采集准确虚拟世界控制精准。

Description

一种用于VR设备的仿真转向跑步机

技术领域

本发明涉及VR设备技术领域，具体为一种用于VR设备的仿真转向跑步机。

背景技术

虚拟现实技术VR，囊括计算机、电子信息、仿真技术，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。沉浸式体验分为非交互式体验和虚拟环境交互式体验，虚拟环境交互式体验相较于非交互体验，用户则可用过诸如数据手套，数字手术刀、万向跑步机等的设备与虚拟环境进行交互，此时的用户即可感知虚拟环境的变化，还可以通过现实的动作控制虚拟环境做出对应动作，进而也就能产生在相应现实世界中可能产生的各种感受。

其中，万向跑步机作为最重要的体感以及控制设备，可以使用户在虚拟世界中完成行走、奔跑、转身、跳跃等动作，生成虚拟世界的基本控制指令，万向跑步机的作用和地位都是不可代替的。目标的VR万向跑步机可以分为以下几类：

第一类跑步带，在CN112402942A公开了一种名为“一种采用肩背杆装置联运全向跑步台的VR游戏机”的发明专利，该发明专利采用跑带模拟并采集用户前进后退的电信号，采用肩背杆采集用户转身信号；其优点在于，跑带在采集用户前进后退信号的同时，给了用户一个较好的体感反馈，用户在配合VR眼镜时体感反馈更接近真实跑步体感；其不足在于，1、人体在转身时分为身体转向以及转向踏步，肩背杆采集的时身体的转向信号。现实使用中，确定转向具体角度的并不是人身体的转动幅度，而是转向时踏出的第一步的角度，肩背杆信号采集不准确，无法达到精准转向的要求，通过AI算法可以进行一定程度的修正，但是并不能完成解决这个问题；2、肩背杆的转动的力量是通过将人身体转动的力量传递，需要对用户上身进行固定，转身的同时会给用户一种阻力感，在完成其它动作时也会对用户产生阻碍。

第二类万向轮及球状跑步装置，在CN113476792A公开了一种名为“一种VR万向跑步机映射虚拟位置设备”的发明专利，该发明专利采用了滚珠组件来实现用户前进后退及转向功能；其优点在于，信号采集准确，前进后退的幅度通过滚珠的转动行程即可采集，转向的角度也可以通过滚珠的转动方向进行采集；其不足在于，用户的体感差，在滚珠上运动和平地上运动的感觉上相关极大，还容易摔倒。

发明内容

本发明的目的就是提供一种用于VR设备的仿真转向跑步机，它在采用跑步带的基础上实现了精准转向。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有跑步带，人在跑步带上的前进方向为前方，，所述跑步带可前后移动的安装在两条第一滑轨之间，跑步带位于两条第一滑轨长度中间时为原点位置，所述第一滑轨安装在由转动电机驱动的转盘上，跑步带的原点位置时位于转盘圆心正上方；

所转向跑步机还包括有转向环，转向环的上端面安装有若干压力或位移传感器；所述转向环包括有可组合和拆卸的左半环()和右半环，左半环和右半环均安装在可围绕转盘圆心转动的伸缩升降机构上；所述左半环和右半环组合为封闭状态时，转向环的垂直于中心的延长线与跑步带位于原点位置时的垂直于中心的延长线重合；

两条第一滑轨的首尾两个端点到组合状态下转向环外壁的距离大于跑步带转动方向的长度。

进一步，所述跑步带的左右两侧各设置有一块第一安装块，跑步带的转动辊的左右两端分别可转动的安装在左右两块第一安装块上；

所述第一安装块下端面的前后两端均固接有一个第一安装柱，第一安装柱的底端固接有第二安装柱，第二安装柱直径小于第一安装柱，第二安装柱的底端固接有第三安装柱，第三安装柱的直径大于第二安装柱，第三安装柱的底端可转动的安装有电动竖轮；第二安装柱上活动的套设有横向设置的导向轮，导向轮与第一安装柱和第二安装柱之间均设置有弹簧。

进一步，所述第一滑轨包括有基座以及贯穿基座前后端面的十字形滑槽，十字形滑槽的上端面贯穿基座上端面，第一安装柱从十字形滑槽的上端面伸入基座内，导向轮可转动的位于十字形滑槽的横向槽内，电动竖轮位于十字形滑槽的底端面。

进一步，所述转盘包括有圆柱形盘体，盘体上端面开设有两条用于安装两条第一滑轨的开口，盘体的底端面的中心位置处与转动电机的转动轴固接；

所述跑步带位于原点位置时，跑步带的中心点为a点；设垂直于盘体且穿过盘体中心点的延长线为b线，a点位置b线上。

进一步，所述跑步机还包括有底座，底座包括有圆柱形第一底面和固接在第一底面上端面的环形外壁；第一底面的中心点、转盘的中心点和跑步带的中心点均位于同一延长线上；所述转动电机固定安装在第一底面内；

所述两个伸缩升降机构均可移动的安装在环形外壁上，伸缩升降机构可绕环形外壁环形移动。

进一步，所述伸缩升降机构包括有设置在环形外壁外侧上的第二滑轨，第二滑轨包括有在环形外壁外侧内凹形成的第一滑槽，第一滑槽的上下两个侧壁上还分别设置有内凹的第二滑槽和第三滑槽；

所述第一滑槽内还设置有导向环带，导向环带通过若干支撑柱与第一滑槽底端面固接。

进一步，所述伸缩升降机构还包括有滑车，所述滑车包括有车体、第一电轮和第二电轮，车体位于第一滑槽内，且可滑动的套接在导向环带上；第一电轮位于第二滑槽内，且与第二滑槽的两个侧壁转动接触，第二电轮位于第三滑槽内，且与第三滑槽的两个侧壁转动接触；

所述车体相对于第一滑槽底端的一侧固接有第一电动伸缩杆，第一电动伸缩杆的伸缩杆竖直向上，且伸缩端固接有第二电动伸缩杆，第二电动伸缩杆的伸缩端与左半环或右半环的中间部位固接。

进一步，所述左半环和右半环上的端面分布均匀的开设有若干安装孔，安装孔内均安装有一个位移传感器，可位移传感器的上端面高于左半环或右半环的上端面；

左半环和右半环连接的四个端面上设置有相互配合使用的导向柱和导向凹槽。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1、本发明采用跑步带模拟前进后退，采用转向环用于采集用户转动方向以及控制跑步带的转动方向，转向环将跑步带围在中心，真实的模拟了正常转向的用户体感以及前进后退的体感，信号采集准确虚拟世界控制精准。

2、转向环可实现上下升降，用户在转向过程中的转身、转向踏步以及后脚踏前几个动作都可以在接近于同一水平面实现，体感真实；

3、跑步带可以在第一滑槽内前后滑动，用户在转向时，转向踏步踏在转动环上，后脚离开跑步带时，跑步带位先自转再移至转动环前方接住后脚，再接住转向踏步的那只脚，实现真实的转向模拟；

4、转向环可分离为左右半环，且左右半环均可跟随转向；在完成踏步转向后，跑步带从分离的左右半环之间退回原点为下一次转向做准备，可重复转向；

5、在高频率连续转向的使用环境下，可升降的转向环还可转换为手动操作，只需要将转向环上升至用户上半身即可，不仅能实现连续转向还能实现自转和保护功能。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为跑步带的立体结构示意图；

图3为跑步带、第一滑轨和转盘的安装爆炸示意图；

图4为底座和升降机构的安装立体示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为图5的A-A剖视图；

图7为底座俯视图；

图8为图7的B-B剖视图；

图9为滑车的立体结构示意图；

图10为左半环和右半环配合使用立体结构示意图；

图11为本发明实施例中第一工作过程示意图；

图12为本发明实施例中第二工作过程示意图；

图13为本发明实施例中第三工作过程示意图。

图中：1.跑步带；2.第一滑轨；3.转动电机；4.转盘；5.转向环；6.传感器；7.左半环；8.右半环；9.伸缩升降机构；10.第一安装块；11.第一安装柱；12.第二安装柱；13.第三安装柱；14.电动竖轮；15.导向轮；16.基座；17.十字形滑槽；18.盘体；19.开口；20.底座；21.第一底面；22.环形外壁；23.第二滑轨；24.第一滑槽；25.第二滑槽；26.第三滑槽；27.导向环带；28.支撑柱；29.车体；30.第一电轮；31.第二电轮；32.第一电动伸缩杆；33.第二电动伸缩杆；34.导向柱；35.导向凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，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发明实施例和简化描述，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发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

如图1所示，一种用于VR设备的仿真转向跑步机，包括有跑步带1，人在跑步带1上的前进方向为前方，所述跑步带1可前后移动的安装在两条第一滑轨2之间，跑步带1位于两条第一滑轨2长度中间时为原点位置，所述第一滑轨2安装在由转动电机3驱动的转盘4上，跑步带1的原点位置时位于转盘4圆心正上方；所转向跑步机还包括有转向环5，转向环5的上端面安装有若干压力或位移传感器6；所述转向环5包括有可组合和拆卸的左半环(7)和右半环8，左半环7和右半环8均安装在可围绕转盘4圆心转动的伸缩升降机构9上；所述左半环7和右半环8组合为封闭状态时，转向环5的垂直于中心的延长线与跑步带1位于原点位置时的垂直于中心的延长线重合；两条第一滑轨2的首尾两个端点到组合状态下转向环5外壁的距离大于跑步带1转动方向的长度。

使用过程如图11、图12和图13所示，在初始状态和仅前进后退的工作状态下，跑步带位于原点位置，在跑步带上用户可以完成步行向前、步行后退、跑步向前、跑步后退功能。当用户需要转向时，先将左脚或右脚作为转向踏步脚，踏在转向环上，此时转向环将用户和跑步带围绕在其中，用户距离转向环的距离略等于向前一步的距离；当转向环上的传感器感应到重力后，通过传感器的编号确定转向的方向，再结合跑步带初始位置正面朝向的位置，可以计算出跑步带需要转动的角度；在用户将后脚抬离跑步带后，转动电机带动转盘和跑步带转动计算出来的转动角度，转向环围绕转盘也转动相同的角度；在转动电机转动的同时，跑步带在第一滑轨上向前滑动直到第一滑轨的端部停止滑动；之后，用户的后离开跑步带的脚越过转向环，踏上移动至第一滑轨端部的跑步带；最后，用户首先踏出的踏步脚再从转向环上移动至跑步带上，完成整个转向操作。

转向完成之后，转向环分离为左半环和右半环，并在伸缩升降机构的带动下相互远离，跑步带在第一滑轨上承载着用户后退至原点位置，为下一次转动做准备。

本申请采用跑步带在保证真实的前进后退体感的同时，解决了跑步带无法准确转向的问题，在转向过程中，使用户模拟了真实的转向过程，显著增强了用户的操作体感。

如图2所示，所述跑步带1的左右两侧各设置有一块第一安装块10，跑步带1的转动辊的左右两端分别可转动的安装在左右两块第一安装块10上；所述第一安装块10下端面的前后两端均固接有一个第一安装柱11，第一安装柱11的底端固接有第二安装柱12，第二安装柱12直径小于第一安装柱11，第二安装柱12的底端固接有第三安装柱13，第三安装柱13的直径大于第二安装柱12，第三安装柱13的底端可转动的安装有电动竖轮14；第二安装柱12上活动的套设有横向设置的导向轮15，导向轮15与第一安装柱11和第二安装柱12之间均设置有弹簧。

如图3所示，所述第一滑轨2包括有基座16以及贯穿基座16前后端面的十字形滑槽17，十字形滑槽17的上端面贯穿基座上端面，第一安装柱11从十字形滑槽17的上端面伸入基座16内，导向轮15可转动的位于十字形滑槽17的横向槽内，电动竖轮14位于十字形滑槽17的底端面。

跑步带通过第一安装块与第一滑轨实现了运动关联，电动竖轮在第一滑轨内的移动实现了跑步带的整体前进后退功能，导向轮保证了跑步带运动过程的平稳性，弹簧可以使用户在跑步带上移动时得到较好的减震效果。

如图3所示，所述第一滑轨2包括有基座16以及贯穿基座16前后端面的十字形滑槽17，十字形滑槽17的上端面贯穿基座上端面，第一安装柱11从十字形滑槽17的上端面伸入基座16内，导向轮15可转动的位于十字形滑槽17的横向槽内，电动竖轮14位于十字形滑槽17的底端面。所述转盘4包括有圆柱形盘体18，盘体18上端面开设有两条用于安装两条第一滑轨2的开口19，盘体的底端面的中心位置处与转动电机的转动轴固接；所述跑步带1位于原点位置时，跑步带1的中心点为a点；设垂直于盘体18且穿过盘体18中心点的延长线为b线，a点位置b线上。

第一滑轨在盘体上的安装，以及跑步带相对于盘体的位置保证了跑步机转向功能。

如图4、图5、图6所示，所述跑步机还包括有底座20，底座20包括有圆柱形第一底面21和固接在第一底面21上端面的环形外壁22；第一底面21的中心点、转盘4的中心点和跑步带1的中心点均位于同一延长线上；所述转动电机3固定安装在第一底面21内；所述两个伸缩升降机构9均可移动的安装在环形外壁22上，伸缩升降机构9可绕环形外壁22环形移动。

底座起到了安装转动电机的作用，还可以安装并限制转盘的位置；除此之外，环形的底座侧壁还为转向环提供了安装以及转动的基础。

如图4、图7、图8所示，所述伸缩升降机构9包括有设置在环形外壁22外侧上的第二滑轨23，第二滑轨23包括有在环形外壁22外侧内凹形成的第一滑槽24，第一滑槽24的上下两个侧壁上还分别设置有内凹的第二滑槽25和第三滑槽26；所述第一滑槽24内还设置有导向环带27，导向环带27通过若干支撑柱28与第一滑槽24底端面固接。

第二滑轨为转向环的转动安装滑轨，第二滑槽和第三滑槽的设计可以使转向环的驱动更加稳定，导向环保证了转向环的运动轨迹。

如图6、图9所示，所述伸缩升降机构9还包括有滑车，所述滑车包括有车体29、第一电轮30和第二电轮31，车体29位于第一滑槽24内，且可滑动的套接在导向环带27上；第一电轮30位于第二滑槽25内，且与第二滑槽25的两个侧壁转动接触，第二电轮31位于第三滑槽26内，且与第三滑槽26的两个侧壁转动接触；所述车体29相对于第一滑槽24底端的一侧固接有第一电动伸缩杆32，第一电动伸缩杆32的伸缩杆竖直向上，且伸缩端固接有第二电动伸缩杆33，第二电动伸缩杆33的伸缩端与左半环7或右半环8的中间部位固接。

滑车作为转向环的载体，在第二滑轨内在第一电轮和第二电轮驱动下环形运动。第一电动伸缩杆可以调整转向环的高度，转向过程中当跑步带从下方穿过转向环时，第一电动伸缩杆带动转向环向降至与跑步带同一高度，用户在踏前时，踏出脚与另一只脚可以保持在同一高度，增加用户体感。当需要完成高频率转向时，第一电动伸缩杆还可以将转向环升高至用户手臂便于控制作的位置，用户可以通过手臂来完成转向指令输出，从而满足使用要求。第二电动伸缩杆用于支撑转向环，可以将转向环分为左半环和右半环，为跑步带的后退留出通道，再将左半环和右半环组合为转向环为下一次转向做准备。

如图10所示，所述左半环7和右半环8上的端面分布均匀的开设有若干安装孔，安装孔内均安装有一个位移传感器6，可位移传感器6的上端面高于左半环7或右半环8的上端面；左半环7和右半环8连接的四个端面上设置有相互配合使用的导向柱34和导向凹槽35。

每个传感器均有唯一的标识码，并记录在数据库内，当用户触动位置传感器时，通过触发传感器的编号在数据库内进行角度查找和计算，不需要复杂的算法，系统稳定性高。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于VR设备的仿真转向跑步机，包括有跑步带(1)，人在跑步带(1)上的前进方向为前方，其特征在于，所述跑步带(1)可前后移动的安装在两条第一滑轨(2)之间，跑步带(1)位于两条第一滑轨(2)长度中间时为原点位置，所述第一滑轨(2)安装在由转动电机(3)驱动的转盘(4)上，跑步带(1)的原点位置时位于转盘(4)圆心正上方；

所述转向跑步机还包括有转向环(5)，转向环(5)的上端面安装有若干压力或位移传感器(6)；所述转向环(5)包括有可组合和拆卸的左半环(7)和右半环(8)，左半环(7)和右半环(8)均安装在可围绕转盘(4)圆心转动的伸缩升降机构(9)上；所述左半环(7)和右半环(8)组合为封闭状态时，转向环(5)的垂直于中心的延长线与跑步带(1)位于原点位置时的垂直于中心的延长线重合；

两条第一滑轨(2)的首尾两个端点到组合状态下转向环(5)外壁的距离大于跑步带(1)转动方向的长度。

2.如权利要求1所述的用于VR设备的仿真转向跑步机，其特征在于，所述跑步带(1)的左右两侧各设置有一块第一安装块(10)，跑步带(1)的转动辊的左右两端分别可转动的安装在左右两块第一安装块(10)上；

所述第一安装块(10)下端面的前后两端均固接有一个第一安装柱(11)，第一安装柱(11)的底端固接有第二安装柱(12)，第二安装柱(12)直径小于第一安装柱(11)，第二安装柱(12)的底端固接有第三安装柱(13)，第三安装柱(13)的直径大于第二安装柱(12)，第三安装柱(13)的底端可转动的安装有电动竖轮(14)；第二安装柱(12)上活动的套设有横向设置的导向轮(15)，导向轮(15)与第一安装柱(11)和第二安装柱(12)之间均设置有弹簧。

3.如权利要求2所述的用于VR设备的仿真转向跑步机，其特征在于，所述第一滑轨(2)包括有基座(16)以及贯穿基座(16)前后端面的十字形滑槽(17)，十字形滑槽(17)的上端面贯穿基座上端面，第一安装柱(11)从十字形滑槽(17)的上端面伸入基座(16)内，导向轮(15)可转动的位于十字形滑槽(17)的横向槽内，电动竖轮(14)位于十字形滑槽(17)的底端面。

4.如权利要求1所述的用于VR设备的仿真转向跑步机，其特征在于，所述转盘(4)包括有圆柱形盘体(18)，盘体(18)上端面开设有两条用于安装两条第一滑轨(2)的开口(19)，盘体的底端面的中心位置处与转动电机的转动轴固接；

所述跑步带(1)位于原点位置时，跑步带(1)的中心点为a点；设垂直于盘体(18)且穿过盘体(18)中心点的延长线为b线，a点位置b线上。

5.如权利要求1所述的用于VR设备的仿真转向跑步机，其特征在于，所述跑步机还包括有底座(20)，底座(20)包括有圆柱形第一底面(21)和固接在第一底面(21)上端面的环形外壁(22)；第一底面(21)的中心点、转盘(4)的中心点和跑步带(1)的中心点均位于同一延长线上；所述转动电机(3)固定安装在第一底面(21)内；

所述两个伸缩升降机构(9)均可移动的安装在环形外壁(22)上，伸缩升降机构(9)可绕环形外壁(22)环形移动。

6.如权利要求5所述的用于VR设备的仿真转向跑步机，其特征在于，所述伸缩升降机构(9)包括有设置在环形外壁(22)外侧上的第二滑轨(23)，第二滑轨(23)包括有在环形外壁(22)外侧内凹形成的第一滑槽(24)，第一滑槽(24)的上下两个侧壁上还分别设置有内凹的第二滑槽(25)和第三滑槽(26)；

所述第一滑槽(24)内还设置有导向环带(27)，导向环带(27)通过若干支撑柱(28)与第一滑槽(24)底端面固接。

7.如权利要求6所述的用于VR设备的仿真转向跑步机，其特征在于，所述伸缩升降机构(9)还包括有滑车，所述滑车包括有车体(29)、第一电轮(30)和第二电轮(31)，车体(29)位于第一滑槽(24)内，且可滑动的套接在导向环带(27)上；第一电轮(30)位于第二滑槽(25)内，且与第二滑槽(25)的两个侧壁转动接触，第二电轮(31)位于第三滑槽(26)内，且与第三滑槽(26)的两个侧壁转动接触；

所述车体(29)相对于第一滑槽(24)底端的一侧固接有第一电动伸缩杆(32)，第一电动伸缩杆(32)的伸缩杆竖直向上，且伸缩端固接有第二电动伸缩杆(33)，第二电动伸缩杆(33)的伸缩端与左半环(7)或右半环(8)的中间部位固接。

8.如权利要求1所述的用于VR设备的仿真转向跑步机，其特征在于，所述左半环(7)和右半环(8)上的端面分布均匀的开设有若干安装孔，安装孔内均安装有一个位移传感器(6)，可位移传感器(6)的上端面高于左半环(7)或右半环(8)的上端面；

左半环(7)和右半环(8)连接的四个端面上设置有相互配合使用的导向柱(34)和导向凹槽(35)。

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