CN114748847B - 一种虚拟现实运动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟现实运动装置，包括防护支架、弹性平台摆动总成、摆动机构、拉力调节器、滑动机构和柔性束腰组件，弹性平台摆动总成包括弹性床面、拉力簧和摆动环，弹性平台摆动总成通过摆动环水平安装在摆动机构上，弹性床面通过拉力簧固定在摆动环内；滑动机构固定在防护支架的上部，拉力调节器安装在滑动机构上，柔性束腰组件通过拉力调节器安装在滑动机构上。该装置一方面能使弹性平台在运动者运动时在水平方向被动摆动并产生位移，另一方面能减小运动者的束缚，为运动者提供更大的活动范围和幅度，让运动者以更轻松、更真实的姿态实现包括朝前、后、左、右、上、下的任意方向走、跑、跳和顺/逆时针360度转体的全自由度运动。

Description

一种虚拟现实运动装置

技术领域

本发明属于虚拟现实技术领域，具体涉及一种虚拟现实运动装置。

背景技术

虚拟现实技术(VR)是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，其主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。其中，模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。

通常，虚拟现实技术的实现需要如下几个步骤：

1：现实世界的物理运动产生，即运动者先动起来。安全原因，通常要求运动者在一个固定的安全区域内进行活动。

2：原始运动信号采集：采用传感器、激光扫描等各种感知设备将现实世界中运动者的运动进行捕捉形成各种物理信号。

3：信号传输：将步骤2捕捉到的信号通过线路或网络传入VR设备中。

4：模拟还原：最后由VR设备通过各种算法，将传入的信号模拟还原为运动者在虚拟世界中的动作。

由上可知，运动者的运动动作是虚拟现实技术的信号源头，但如何在保证运动者安全的前提下让运动者最大自由度地运动，是虚拟现实技术运用效果的第一个关键因素。目前的方案有如下两种

方案一：运动者不动，由搭乘（乘坐或站立）的设备进行运动，但该种方案由于运动者不动则限制了运动者的参与感，运动者的体验感不足。此外不能满足健身或康复为目的“人必须动起来”的活动要求。

方案二：运动者自主运动，因为运动者处于虚拟世界中，人眼看到的都是虚拟世界的东西，为了保护运动者在现实世界的人身安全，运动者必须在一个安全、固定的区域进行运动。通常的方案是让运动者在一个圆形的刚性平台（硬地平台）上进行活动，同时通过束腰组件对腰部进行保护。如公开号为CN113476786A的文献公开的一种具有模拟地形环境功能的VR万向运动机，该VR万向运动机在保证体验者运动的前提下，可以实现360度行走、奔跑、跳跃、下蹲、上楼梯等一系列运动方式。虽然该技术中的运动平台能够在运动立杆模块点阵的作用下上下运动，但就运动平台本身来说，其仍然属于“静平台”，即平台面是静止的，因此该技术仅适合原地摆腿模拟走、跑动作，且其运动姿态同自然走、跑也有很大差异，长时间运动将会出现较为强度的不适感。又由于刚性结构限制了运动者躯体活动的范围或幅度，因此运动者也不能或不能大幅度做Z向运动（竖直方向）。并且，受限于刚性结构的束缚，运动者只能平稳旋转，但不能突然朝某前、后、左、右的任意方向跳跃，这也抑制了运动者躯体活动的突然性。

进一步的，如果平台地面摩擦力太大，则运动者走、跑会非常困难，导致运动者非常不舒服。如果平台摩擦力太小，运动者会感觉非常滑溜，仿佛行走在冰面上，尽管腰部有束腰组件保护不会摔倒，但其体感依然同正常地面行走或跑动差异很大，增加了运动者的不适感。运动者会因活动大幅度受限而感觉非常的憋屈，因身体姿态不能呈自然运动状态而感觉非常的累。而平台地面给运动者的摩擦力是因人而异的，由于运动者的体重不同以及所穿鞋子不同，受到平台地面摩擦力也不同，如果不能为每个运动者设定一个合适的摩擦力，以及解放腰部，则几乎所有运动者都会觉得运动困难，缺乏舒适感。

另外，现有技术中还公开有蹦极跳床式的运动装置，即运动者可通过弹性皮筋和束腰件构成的柔性束腰组件在跳床上进行跳跃，以更好的体验虚拟现实感觉。如公开号为CN109304006A的文献所公开的一种虚拟现实蹦极蹦床，其包括外壳、设置在外壳内的蹦床以及设置在蹦床和外壳的天花板之间的蹦极固定装置。该技术中采用了弹性床面作为平台，使终端用户可以在外壳内的蹦床上跳跃。但该技术采用弹性床面的作用是使终端用户可以参与通过蹦床和蹦极的物理感觉增强独特的虚拟现实体验。实际上，由于弹性皮筋是固定不动的，在实际体验中运动者也只能在上下方向进行跳跃动作，并不适用于运动者在弹性床面上走动或跑动，也不能实现360度转体的全自由度运动，因而其活动范围较窄，对运动者的限制也较大因而其体验感仍然较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种虚拟现实运动装置，该装置一方面能使弹性平台在运动者运动时在水平方向被动摆动并产生位移，另一方面能够减小运动者的束缚，为运动者提供更大的活动范围和幅度，进而让运动者以更轻松、更真实的姿态实现包括朝前、后、左、右、上、下的任意方向行走、奔跑、跳跃和顺时针/逆时针360度转体运动的全自由度运动。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种虚拟现实运动装置，其特征在于：包括防护支架、弹性平台摆动总成、摆动机构、拉力调节器、滑动机构和柔性束腰组件，弹性平台摆动总成包括弹性床面、拉力簧和摆动环，摆动机构安装在防护支架的下部，弹性平台摆动总成通过摆动环水平安装在摆动机构上，弹性床面通过拉力簧固定在摆动环内；弹性床面可在360度任意方向产生有限水平位移，弹性床面受力后在水平方向被动摆动并产生与受力方向一致的位移；滑动机构固定在防护支架的上部，拉力调节器安装在滑动机构上，柔性束腰组件通过拉力调节器安装在滑动机构上，且柔性束腰组件受力可通过滑动机构无限滑动。

所述的有限水平位移是指弹性床面的水平摆动幅度为±100mm。

所述摆动机构包括多套水平弹性摆动组件，多套水平弹性摆动组件呈环状均匀固定在防护支架上，且多套水平弹性摆动组件的轴心线均指向弹性床面的中心；摆动环水平安装在多套水平弹性摆动组件上。

所述水平弹性摆动组件包括托架、横向弹性件、万向支撑球轮和防跳约束件，托架固定在防护支架上，万向支撑球轮固定在托架的内侧，横向弹性件固定在托架的外侧，且横向弹性件的轴心线指向弹性床面的中心；防跳约束件通过防护支架固定在万向支撑球轮的上方，摆动环从万向支撑球轮与防跳约束件之间穿过并与横向弹性件抵接。

所述横向弹性件包括横向复位弹簧、横向弹簧座和横向连接块，横向弹簧座固定在托架上，横向复位弹簧固定在横向弹簧座上，且横向复位弹簧的轴心线指向弹性床面的中心；横向连接块固定在横向复位弹簧上，摆动环与横向连接块抵接。

所述防跳约束件包括固定在防护支架上的座体和固定在座体上的万向约束球轮，万向约束球轮位于万向支撑球轮的正上方用于约束摆动环。

所述摆动机构包括多套呈环状固定在防护支架上的悬挂组件，摆动环水平悬挂在多套悬挂组件上。

所述悬挂组件包括上箍圈、上吊耳、下吊耳和吊带，上箍圈固定在防护支架的上端，上吊耳固定在上箍圈上，下吊耳固定在摆动环上，吊带的两端分别通过带孔直销与上吊耳和下吊耳连接。

所述带孔直销上设有用于保护吊带的柔性耐磨保护套。

所述摆动机构包括多套纵向弹性摆动组件，多套纵向弹性摆动组件呈环状均匀固定在防护支架上，且多套纵向弹性摆动组件的轴心线均竖直向上；摆动环水平安装在多套纵向弹性摆动组件上，弹性床面受力后产生有限水平位移和有限垂直震动。

所述纵向弹性摆动组件包括托板、纵向弹性件和万向连接件，纵向弹性件通过托板固定在防护支架上，摆动环通过万向连接件固定在纵向弹性件上。

所述万向连接件包括纵向连接块、球头万向节和哈夫压盘，纵向连接块与摆动环固定连接，纵向连接块内设有内凹球面，球头万向节的下端固定在纵向弹性件上，球头万向节的上端球头与内凹球面作间隙活络动配合，哈夫压盘固定在纵向连接块的下方用于挡护球头。

所述纵向弹性件包括纵向弹簧座和纵向摆动弹簧，纵向弹簧座固定在托板上，纵向摆动弹簧的一端固定在纵向弹簧座上，另一端与球头万向节固定连接。

所述滑动机构包括固定在防护支架上部的环形导轨，环形导轨上均匀设有可无限滑动的滑动组件，拉力调节器分别固定在滑动组件上，柔性束腰组件分别与拉力调节器相连，通过柔性束腰组件与滑动组件可实现包括任意方向的跳跃和360度的转体运动。

所述滑动组件包括滑动架，滑动架上固定有上滑动支撑件和下滑动支撑件，滑动架通过上滑动支撑件和下滑动支撑件活动安装在环形导轨上；其中，滑动架包括顶板和两块分别垂直向下的侧板，上滑动支撑件分别对称设置在侧板的上部两端，下滑动支撑件分别对称设置在侧板的下部两端。

所述上滑动支撑件包括长轴、隔离套、上滚动轴承、上垫片、上开口销和上开槽螺母，长轴的两端分别贯穿两侧板，并分别通过上开口销和上开槽螺母固定在两侧板上；隔离套套设在长轴中部，上滚动轴承对称固定在长轴上并分别位于隔离套与侧板之间，上垫片设置在上滚动轴承与侧板之间，且上滚动轴承位于环形导轨上方；所述下滑动支撑件包括短轴、下滚动轴承、下垫片、下开口销和下开槽螺母，短轴贯穿单块侧板，并通过下开口销、下开槽螺母和下滚动轴承固定在侧板的下部，下垫片设置在下滚动轴承与侧板之间。

所述滑动机构包括支撑导向架和转盘，支撑导向架呈环状固定在防护支架的上部，支撑导向架上固定有滑动组件，转盘的外环侧垂直固定有限位挡环，转盘通过滑动组件安装在支撑导向架上，且转盘可在支撑导向架上无限滑动；拉力调节器分别固定在转盘上，柔性束腰组件分别与拉力调节器相连，通过柔性束腰组件与转盘可实现包括任意方向的跳跃和360度的转体运动。

所述支撑导向架具有凹槽，滑动组件包括通过销轴固定在凹槽上部的球面限位轴承和通过销轴固定在凹槽下部的球面支撑轴承，转盘安装在球面支撑轴承与球面限位轴承之间，限位挡环位于球面支撑轴承与球面限位轴承之间的外侧。

所述的虚拟现实运动装置还包括智能控制系统、虚拟现实场景设备和多种传感器，虚拟现实场景设备包括人体穿戴设备、人体手持设备和/或体外扫描设备，多种传感器包括但不限于位置传感器、速度传感器、加速度传感器和力敏传感器，并分别安装在防护支架上；智能控制系统设置在防护支架一侧，并分别与虚拟现实场景设备和多种传感器连接。

采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：

1、本发明通过摆动机构将弹性平台摆动总成安装到防护支架上，相当于将弹性床面柔性安装在防护支架上，当运动者在弹性床面上进行走动、跑动和/或跳动的运动时，弹性床面能够在水平的360度任意方向被动摆动并产生与受力方向一致的位移。一方面使得弹性平台摆动总成能够承受正常成人数倍的体重负荷，确保了运动者安全。另一方面，由于摆动机构具备水平摆动功能，因此可以让运动者获得脚下X、Y方向的相对位移，从而给不同体重的运动者合适的摩擦力，即不同体重的运动者将获得不同的摩擦力，这样就能够在平台上模拟出不同地面对于运动者的弹性感觉，进而更好的配合虚拟世界中不同场景对地面的要求。

进一步的，本发明通过滑动机构连接柔性束腰组件，使得柔性束腰组件受力可通过滑动机构无限滑动。相较于现有技术而言，有效地减小了运动者的束缚，弹性床面的面积有多大，运动者的活动范围就有多大，这也为运动者提供了更大的活动范围和幅度，能够让运动者以更轻松的姿态运动。

更进一步的，本发明通过拉力调节器能够对运动者运动时弹性皮筋的长度进行调节。若弹性皮筋过长则易牵绊运动者，此时拉力调节器适时将过长的弹性皮筋收入“囊中”；反之，若弹性皮筋过短则张力过大，影响运动者动作发挥，此时拉力调节器适时释放长度，以达到弹性皮筋始终处于合理的最佳长度和适度的弹性力度，进而让运动者获得最佳的运动体感。

综合而言，本发明中的弹性床面可在360度任意方向产生有限水平位移是通过拉力簧、摆动环和摆动机构的共同作用而实现的，再加上柔性束腰组件可无限滑动的设计。两者相结合，一方面，更适合运动者在弹性床面上进行走、跑、跳等运动，能在运动者进行走、跑、跳等运动时使平台随之反向位移一定距离，从而让运动者有更加真实的走动感、跑动感和跳动感，其感觉类似跑步机上的走动、跑动等，尽管幅度没有那么大，但脚下位移是360度无死角的，并不同于跑步机仅能单向运动。同时又增强了运动者的原始运动功能，使其出自于自然而胜于自然。另一方面，运动者还可进行随意跳跃、旋转运动，即运动者可朝前、后、左、右、上、下的任意方向行走、奔跑、跳跃以及可以实现旋转角度不受限制的或顺时针或逆时针360度的转体运动。并且，还能够减少运动者对地面的正压力并降低行走、跑动、跳跃时的地面摩擦力，以获得比自然状态下更加轻松运动姿态，且运动者也可以随意向各个方向突然跳跃和下蹲，使得运动的幅度和即时性可以更大更快。而这些是背景技术所引证现有技术所不能实现的，因而本发明的技术效果也远远优于现有技术，具备较高的创新性。

2、本发明将弹性床面的水平摆动幅度设置为±100mm，其能够更好的模拟人体行走或者跑动时身体获得的体感，进而让运动者获得更好的运动效果。

3、本发明针对摆动机构设计了三种不同的结构，分别为水平弹性摆动组件、悬挂组件和纵向弹性摆动组件，该三种不同结构均能使弹性床面产生有限水平位移以让运动者获得更佳的运动体感，同时也能够满足不同场所的需要。另外，对于纵向摆动组件来说，还能使弹性床面受力后产生有限的垂直震动功能，进一步提升了更加真实的运动效果。

进一步的，三种不同结构的摆动机构均具有使弹性床面和摆动环在外力消失后自动复位的优点，以及在使用时能够防止摆动环跳动的优点。且三种结构的摆动机构还均具有结构简单、性能稳定、承载性高、安全性高的优点。

4、本发明针对滑动机构设计了两种不同的结构，分别为导轨式滑动机构和转盘式滑动机构，该两种不同的滑动机构均能够有效减小运动者的束缚并增大运动者的活动范围和幅度。同时还具有结构简单、使用方便、稳定性好的优点。

5、本发明另外还包括智能控制系统、虚拟现实场景设备和多种传感器，通过将智能控制系统、虚拟现实场景设备和多种传感器与上述特定结构相结合，就能够得到更好的虚拟现实体验，有利于虚拟现实技术的发展。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例2的结构示意图；

图3为图2的A—A剖视图；

图4为图2中I处的放大结构示意图；

图5为实施例3的主视结构示意图；

图6为实施例3的俯视结构示意图；

图7为图5中的A处放大结构示意图；

图8为图5中的B处放大结构示意图；

图9为图6中的C处放大结构示意图；

图10为实施例3的实际使用结构示意图；

图11为实施例4的结构示意图；

图12为图11的B—B剖视图；

图13为图12的俯视结构示意图；

图14为图12中H处的放大结构示意图；

图15为实施例5的结构示意图；

图16为实施例5中滑动机构通过环形导轨安装在支架上的结构示意图；

图17为实施例5中滑动机构在环形导轨上的结构示意图；

图18为图16中J处的放大结构示意图；

图19为实施例6的结构示意图；

图20为图19中的C-C剖视结构示意图；

图21为转盘通过滑动组件安装在支撑导向架上的结构示意图；

图22为图21的俯视结构示意图；

图23为图21中K处的放大结构示意图。

图中标记为：1、防护支架，2、弹性平台摆动总成，3、摆动机构，4、拉力调节器，5、滑动机构，6、柔性束腰组件，7、弹性床面，8、拉力簧，9、摆动环，10、智能控制系统，11、虚拟现实场景设备，12、水平弹性摆动组件，13、托架，14、万向支撑球轮，15、横向复位弹簧，16、横向弹簧座，17、横向连接块，18、座体，19、万向约束球轮，20、悬挂组件，21、上箍圈，22、上吊耳，23、下吊耳，24、吊带，25、带孔直销，26、柔性耐磨保护套，27、纵向弹性摆动组件，28、托板，29、纵向连接块，30、球头万向节，31、哈夫压盘，32、纵向弹簧座，33、纵向摆动弹簧，34、环形导轨，35、滑动组件，36、滑动架，37、上滑动支撑件，38、下滑动支撑件，39、侧板，40、长轴，41、隔离套，42、上滚动轴承，43、上垫片，44、上开口销，45、上开槽螺母，46、短轴，47、下滚动轴承，48、下垫片，49、下开口销，50、下开槽螺母，51、支撑导向架，52、转盘，53、限位挡环，54、球面限位轴承，55、球面支撑轴承。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种虚拟现实运动装置，如图1所示，其包括防护支架1、弹性平台摆动总成2、摆动机构3、拉力调节器4、滑动机构5、柔性束腰组件6、智能控制系统10、虚拟现实场景设备11和多种传感器（图中未示出）。其中，

防护支架1包括多根呈环状并均匀固定的支撑柱，该环状优选为圆形环状。本实施例对支撑柱结构及数量等均不作限定，只要能稳定地起到载荷支撑功能均可。但因防护支架1要承载装置的整体质量和承受其动态冲击负荷，要求稳固，所以优选采用型钢制作。通常来说，采用6-8根支撑柱再配备相应固定结构件即可形成结构稳定、大小适中的防护支架1。

摆动机构3安装在防护支架1的下部，具有使弹性平台摆动总成2水平摆动的功能。弹性平台摆动总成2包括弹性床面7、拉力簧8和摆动环9，弹性平台摆动总成2通过摆动环9水平安装在摆动机构3上，弹性床面7通过拉力簧8固定在摆动环9内。其中，弹性床面7满足运动者的蹦跳功能，提供弹性支撑，要求具备良好的弹性性能，既可采用65Mn优质弹性钢材和柔性材料制造，也可采用现有常规跳床的床面作为弹性床面7。本实施例对弹性床面7的形状不作限定，可根据需要将其设置为圆形或椭圆形，当为圆形时，其直径约为Φ2240mm。摆动环9的横截面可为平板状结构，其形状与弹性床面7的形状相适配。另外，弹性床面7的四周边缘处设有挂孔或挂接件，摆动环9的内周同样设有挂孔或挂接件，拉力簧8的数量为多根，多根拉力簧8分别通过挂孔或挂接件均匀挂连在摆动环9与弹性床面7之间。连接后，弹性床面7位于摆动环9的内环侧，弹性床面7、拉力簧8和摆动环9三者即形成具备摆动功能和弹性功能的弹性平台摆动总成2，该结构下，弹性床面7可在360度任意方向产生有限水平位移，该有限水平位移是指弹性床面7的水平摆动幅度为±100mm。当弹性床面7受力后，弹性床面7将在水平方向被动摆动并产生与受力方向一致的位移。

滑动机构5固定在防护支架1的上部，拉力调节器4安装在滑动机构5上，柔性束腰组件6通过拉力调节器4安装在滑动机构5上，且柔性束腰组件6受力可通过滑动机构5无限滑动。本实施例中的柔性束腰组件6为现有常规结构，具体包括弹性皮筋和用于系在运动者腰上的束腰件，弹性皮筋的数量至少为两根，也可为三根或四根，具体根据需要设置。拉力调节器4既可采用拉力在70-200Kg的微型卷扬机，也可将弹性皮筋与卷尺主体相结合设计为可拉伸或收缩的结构，以此实现弹性皮筋长度的调节。拉力调节器4的数量与弹性皮筋的数量相同，弹性皮筋的上端分别与拉力调节器4相连，下端均与束腰件相连。需要说明的是，弹性皮筋的作用是约束运动者在弹性床面7上运动，保证安全，同时扩展运动者在运动时的体验感。束腰件为柔性材质制成，使用时系在运动者的上身腰肩部，其作用一是收纳运动者随身衣带，避免其干扰运动；作用二是提气拔神，有助于运动者处于良好的运动状态；作用三是与弹性皮筋有机组合，形成一个有效的安全防护屏障。

虚拟现实场景设备11包括人体穿戴设备（如虚拟眼镜）、人体手持设备（如虚拟动作手柄）和/或体外扫描设备，多种传感器包括但不限于位置传感器、速度传感器、加速度传感器和力敏传感器，并分别安装在防护支架1上；智能控制系统10设置在防护支架1一侧，并分别与虚拟现实场景设备11和多种传感器连接。

需要说明的是，智能控制系统10为现有常规虚拟现实控制系统，其可通过多种传感器连续不断的采集运动者在运动时的方向、高度、角度、频率、幅度、力度等各种基础数据并输入数据库进行处理，处理后的数据信息反馈给运动者，运动者据以进行运动指导。同时还输出显示信息，用以远程显示观摩。另外，智能控制系统10还发出指令，用以运动者按执行指令进行相应的动作。

本实施例对滑动机构5和摆动机构3的结构均不作限定，只要是具备上述功能作用的结构均可。运动者在弹性床面7上进行走动、跑动和/或跳动的运动时，一方面，弹性床面7能够在水平的360度任意方向被动摆动并产生与受力方向一致的位移，以减少运动者对地面的正压力并降低行走、跑动、跳跃时的地面摩擦力，从而让运动者有更加真实的走动感、跑动感和跳动感。另一方面，运动者还可进行随意跳跃、旋转运动，即运动者可朝前、后、左、右、上、下的任意方向行走、奔跑、跳跃以及可以实现旋转角度不受限制的或顺时针或逆时针360度的转体运动。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种不同结构的摆动机构3。如图2-4所示，所述摆动机构3包括多套数量与支撑柱的数量相同的水平弹性摆动组件12，多套水平弹性摆动组件12呈环状均匀固定在防护支架1上，优选水平弹性摆动组件12与支撑柱一一对应固定，固定后的多套水平弹性摆动组件12的轴心线均指向弹性床面7的中心；摆动环9水平安装在多套水平弹性摆动组件12上，安装后的弹性床面7也处于水平状态，此时弹性床面7受力能够在水平方向被动摆动并产生一定位移。

水平弹性摆动组件12包括托架13、横向弹性件、万向支撑球轮14和防跳约束件，其中，托架13大致为倒L形结构，具有底板和侧板39，托架13可通过底板牢固焊接固定在支撑柱上。为提升稳定性，还可在底板与支撑柱之间焊接加强臂。而托架13固定在支撑柱上后，其侧板39端设为外侧，与侧板39端相对应的另一端为设为内侧。万向支撑球轮14固定在托架13的内侧，横向弹性件固定在托架13的外侧，且横向弹性件的轴心线指向弹性床面7的中心。防跳约束件通过支撑柱固定在万向支撑球轮14的上方，摆动环9从万向支撑球轮14与防跳约束件之间穿过并与横向弹性件抵接，该抵接是指摆动环9与横向弹性件非连接式接触。万向支撑球轮14对摆动环9起到支撑作用，多套水平弹性摆动组件12通过万向支撑球轮14承托起整个弹性平台摆动总成2，满足其水平摆动功能。

防跳约束件包括固定在支撑柱上的座体18和固定在座体18上的万向约束球轮19，该万向约束球轮19位于万向支撑球轮14的正上方，且万向约束球轮19与万向支撑球轮14之间有间隙，该间隙略大于摆动环9的厚度，当摆动环9穿过万向约束球轮19与万向支撑球轮14之间的间隙后与横向弹性件抵接，在多套水平弹性摆动组件12的万向约束球轮19与万向支撑球轮14的配合作用下，可抑制并约束摆动环9和弹性摆动总成的不良跳动，从而使弹性床面7可以做有限水平摆动，让运动者获得与自然状态更加接近的运动感受。

进一步的，横向弹性件包括横向复位弹簧15、横向弹簧座16和横向连接块17，横向弹簧座16固定在托架13的侧板39上，横向复位弹簧15的一端固定在横向弹簧座16上，另一端与横向连接块17固定连接，且固定后横向复位弹簧15的轴心线指向弹性床面7的中心。摆动环9与横向连接块17抵接，即摆动环9的外环侧与横向连接块17非连接式接触，因横向复位弹簧15材质较硬，为避免横向复位弹簧15对摆动环9造成过度磨损，故在它们之间设置了横向连接块17作为缓冲介质，以求得这对运动副的良性摩擦。另外，横向连接块17的外径大于摆动环9的厚度，使得横向连接块17能够有效地抵接在摆动环9上，以便于摆动环9的有效复位。

需要说明的时，当运动者运动时给弹性床面7外力时，弹性床面7可以做有限水平摆动，外力消除后弹性床面7靠弹簧力复位，待下一次受力又进行相应摆动。此摆动可在水平面360度任意方向，具体与受力方向一致，其摆动幅度与受力程度成正比，受一个上限值约束，最终让运动者获得与自然状态更加接近的运动感受。

实施例3

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种不同结构的摆动机构3。如图5-6、10所示，所述摆动机构3包括多套呈环状固定在防护支架1上的悬挂组件20，悬挂组件20的上端分别固定在支撑柱上，摆动环9水平悬挂在多套悬挂组件20的下端。

进一步的，如图7-9所示，悬挂组件20包括上箍圈21、上吊耳22、下吊耳23和吊带24，上箍圈21可采用焊接的方式固定在防护支架1中的支撑柱的上端，上吊耳22可采用焊接的方式固定在上箍圈21上，下吊耳23可采用焊接的方式固定在摆动环9上，吊带24的两端分别通过带孔直销25与上吊耳22和下吊耳23连接。为避免吊带24不良磨损，优选在带孔直销25上套设柔性耐磨保护套26，并使吊带24套设在柔性耐磨保护套26上，这样就能够有效保护吊带24不被磨损擦伤，进而提升吊带24的使用寿命。本实施例采用该结构的悬挂组件20，相当于弹性平台摆动总成2与上箍圈21之间是挠性联接，进而使弹性床面7在未使用时处于浮动状态，具有不定向的水平摆动功能。

本实施例采用该结构的摆动机构3后，能够够承受正常成人数倍的体重负荷，确保运动者安全。弹性床面7受力可在水平方向被动摆动并产生与受力方向一致的位移，让运动者可以获得脚下X、Y方向相对位移，让人的运动体感更接近自然状态。弹性床面7在支撑运动者体重的同时，还能在运动者用力蹬时获得一个反向向上的作用力（类似蹦床），而弹性皮筋通过柔性腰带会给运动者一个向上的拉力，弹性床面7和柔性束腰组件6同时作用，从而让运动者可以跳跃的更高，有一种脱离重力束缚的自由感。这样一方面让运动者感觉到身轻如燕，另一方面又在弹性床面7上行走或跳跃时，获得一个合适的摩擦力。

实施例4

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种不同结构的摆动机构3。如图11-13所示，所述摆动机构3包括多套数量与支撑柱的数量相同的纵向弹性摆动组件27，多套纵向弹性摆动组件27呈环状均匀固定在防护支架1上，优选纵向弹性摆动组件27与支撑柱一一对应固定，固定后的多套纵向弹性摆动组件27的轴心线均竖直向上；摆动环9水平安装在多套纵向弹性摆动组件27上，安装后的弹性床面7也处于水平状态。其中，纵向弹性摆动组件27具有在弹性床面7受到外力时使其做有限水平摆动和垂直震动并在外力消失时自动复位的作用。具体来说就是，当弹性床面7受到外力时，在纵向弹性摆动组件27的作用下，弹性床面7能够在水平方向被动摆动并产生一定位移以及相应垂直震动；而在外力消失后，弹性床面7将在纵向弹性摆动组件27的作用下自动复位。

如图14所示，纵向弹性摆动组件27包括托板28、纵向弹性件和万向连接件，托板28焊接固定在支撑柱上，纵向弹性件通过托板28固定在防护支架1上，摆动环9通过万向连接件固定在纵向弹性件上。

进一步的，万向连接件包括纵向连接块29、球头万向节30和哈夫压盘31，纵向弹性件包括纵向弹簧座32和纵向摆动弹簧33，纵向连接块29可采用焊接或螺栓与摆动环9固定连接，纵向连接块29内设有内凹球面，球头万向节30的下端固定在纵向弹性件上，球头万向节30的上端具有光滑球头，该球头安装在内凹球面内，并与内凹球面作间隙活络动配合，两者具备相对万向偏摆功能，为防止球头运动时脱出。哈夫压盘31固定在纵向连接块29的下方用于挡护球头，保证弹性床面7受力产生水平摆动和垂直震动时不脱出凹位。纵向弹簧座32固定在托板28上，纵向摆动弹簧33的一端固定在纵向弹簧座32上，另一端与球头万向节30固定连接。

本实施例采用该上述结构的纵向弹性摆动组件27，除了满足弹性床面7作水平摆动外，还兼具上下弹性震动功能。当运动者运动时给弹性床面7外力，使弹性床面7可以做有限水平摆动和有限垂直震动，从而让运动者获得与自然状态更加接近的运动感受。外力消除后弹性床面7靠弹簧力复位，待下一次受力又进行相应摆动。此摆动可在水平面360度任意方向，具体与受力方向一致，其摆动幅度与受力程度成正比，受一个上限值约束。此外，通过垂直震动功能还能够模拟不同地面对于运动者的弹性感觉，从而更好的配合虚拟世界中不同场景对地面的要求。

实施例5

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种不同结构的滑动机构5。如图15-17所示，所述滑动机构5包括固定在防护支架1上部的环形导轨34，环形导轨34优选采用工字形型钢制成，其上平面是滑行工作面，要求平整光滑。环形导轨34上均匀设有可无限滑动的滑动组件35，滑动组件35的数量优选为两套，并对称设置在环形导轨34上。拉力调节器4分别固定在滑动组件35上，柔性束腰组件6分别通过弹性皮筋与拉力调节器4相连，通过柔性束腰组件6与滑动组件35运动者可实现包括任意方向的跳跃和360度的转体运动。

如图18所示，滑动组件35包括滑动架36，滑动架36上固定有上滑动支撑件37和下滑动支撑件38，上滑动支撑件37与下滑动支撑件38之间的间隙略大于环形导轨34上平面的厚度，滑动架36通过上滑动支撑件37和下滑动支撑件38安装在环形导轨34上，安装后的上滑动支撑件37和下滑动支撑件38分别位于环形导轨34上平面的上方和下方，两者配合使滑动架36稳定地设置在环形导轨34上。需要说明的是，优选每个滑动架36上上滑动支撑件37的数量为两套，下滑动支撑件38的数量为四套，两套上滑动支撑件37分别对称设置在滑动架36的上部两端，四套下滑动支撑件38分别对称设置在滑动架36的下部两端。

滑动架36包括顶板和两块分别垂直向下的侧板39，该两块侧块可由顶板的两侧垂直折弯向下形成。上滑动支撑件37分别对称设置在侧板39的上部两端，下滑动支撑件38分别对称设置在侧板39的下部两端。其中，上滑动支撑件37包括长轴40、隔离套41、上滚动轴承42、上垫片43、上开口销44和上开槽螺母45，长轴40的两端分别贯穿两侧板39，并分别通过上开口销44和上开槽螺母45固定在两侧板39上；隔离套41套设在长轴40中部，其作用是保持两个上滚动轴承42始终等距离。上滚动轴承42对称固定在长轴40上并分别位于隔离套41与侧板39之间，上垫片43设置在上滚动轴承42与侧板39之间，安装后的上滚动轴承42位于环形导轨34上方，用于支撑滑动架36滑动。下滑动支撑件38包括短轴46、下滚动轴承47、下垫片48、下开口销49和下开槽螺母50，短轴46贯穿单块侧板39，并通过下开口销49、下开槽螺母50和下滚动轴承47固定在侧板39的下部，下垫片48设置在下滚动轴承47与侧板39之间。需要说明的是，长轴40是相对短轴46而言，长轴40的长度大于两侧板39之间的间距，且长轴40的两端分别位于两侧板39之外。而由于下滑动支撑件38位于环形导轨34的上平面下方，因此短轴46的长度大于侧板39的厚度，且短轴46的两端分别位于侧板39两侧即可。

实施例6

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种不同结构的滑动机构5。如图19-22所示，所述滑动机构5包括支撑导向架51和转盘52，支撑导向架51的数量为多段，多段支撑导向架51呈圆形并均匀固定在支撑柱的上部，每段支撑导向架51上固定有滑动组件。其中，支撑导向架51优选采用槽钢制成，滑动组件安装于槽钢的凹槽内。滑动组件的总体数量可设置为8-16组，但也可根据需要相应增加或减少，以满足不同的市场需求。转盘52通过多组滑动组件分别安装在多段支撑导向架51上，且转盘52可在支撑导向架51上无限滑动。转盘52的外环侧垂直固定有限位挡环53，该限位挡环53的高度大于在转盘52的厚度，其主要与滑动组件配合，用以抑制转盘52水平漂移，使其旋转时始终保持在圆心上。拉力调节器4分别固定在转盘52上，柔性束腰组件6分别与拉力调节器4相连，通过柔性束腰组件6与转盘52可实现包括任意方向的跳跃和360度的转体运动。

如图23所示，滑动组件包括通过销轴固定在凹槽上部的球面限位轴承54和通过销轴固定在凹槽下部的球面支撑轴承55，

球面支撑轴承55与球面限位轴承54之间的间隙略大于转盘52的厚度，转盘52安装在球面支撑轴承55与球面限位轴承54之间，球面支撑轴承55用于支撑转盘52，球面限位轴承54用以抑制转盘52跳动，轴承的外球面与转盘52近似于点接触，以减小转盘52滑动时的摩擦系数，实现转盘52按设置的运动轨迹灵活滑动。限位挡环53位于球面支撑轴承55与球面限位轴承54之间的外侧，且限位挡环53的高度大于球面支撑轴承55与球面限位轴承54之间间隙的高度，以便于对转盘52更好的限位。

本实施例在实际使用时，运动者通过柔性束腰组件6和转盘52可实现包括朝前、后、左、右、上、下的任意方向跳跃和顺时针/逆时针360度转体运动的全自由度运动。同时还提高了运动者的活动范围和运动幅度，运动者也可以随意向各个方向突然跳跃和下蹲，使得运动的幅度和即时性可以更大更快，因而技术效果更佳。

实施例7

本实施例对本发明可根据人体体重减小摩擦力进行了验证，如下：

首先，运动者通过由弹性皮筋和束腰件站立在弹性床面上运动，设定：弹性床面对运动者向上的弹力为n1，弹性皮筋对运动者的拉力为n2，则运动者对弹性床面的正压力为：

（1）

式（1）中，N是运动者对弹性床面的正压力，G是运动者的重力。

进一步的，运动者受到的弹性床面摩擦力计算公式如下：

（2）

式（1）中，f是运动者受到的弹性床面摩擦力，μ是摩擦系数。

通过公式（1）可知，通过弹性床面和弹性皮筋让人体获得一个向上的弹力n1和拉力n2，从而大幅减小了运动者对弹性床面的正压力，最终降低了使用与弹性床面的摩擦力。由于n2的大小是可以调节的（通过调整弹性皮筋的绷紧程度），即N是可调节设置的。因此由公式（2）可知，对于不同体重的人，都能获得一个适度的摩擦力，最终让人轻松、惬意的行走、跑动或跳动，进而获得最佳运动体感。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (13)

1.一种虚拟现实运动装置，其特征在于：包括防护支架（1）、弹性平台摆动总成（2）、摆动机构（3）、拉力调节器（4）、滑动机构（5）和柔性束腰组件（6），弹性平台摆动总成（2）包括弹性床面（7）、拉力簧（8）和摆动环（9），摆动机构（3）安装在防护支架（1）的下部，弹性平台摆动总成（2）通过摆动环（9）水平安装在摆动机构（3）上，弹性床面（7）通过拉力簧（8）固定在摆动环（9）内；弹性床面（7）可在360度任意方向产生有限水平位移，弹性床面（7）受力后在水平方向被动摆动并产生与受力方向一致的位移；滑动机构（5）固定在防护支架（1）的上部，拉力调节器（4）安装在滑动机构（5）上，柔性束腰组件（6）通过拉力调节器（4）安装在滑动机构（5）上，且柔性束腰组件（6）受力可通过滑动机构（5）无限滑动；

所述摆动机构（3）包括多套水平弹性摆动组件（12），多套水平弹性摆动组件（12）呈环状均匀固定在防护支架（1）上，且多套水平弹性摆动组件（12）的轴心线均指向弹性床面（7）的中心；摆动环（9）水平安装在多套水平弹性摆动组件（12）上；

所述水平弹性摆动组件（12）包括托架（13）、横向弹性件、万向支撑球轮（14）和防跳约束件，托架（13）固定在防护支架（1）上，万向支撑球轮（14）固定在托架（13）的内侧，横向弹性件固定在托架（13）的外侧，且横向弹性件的轴心线指向弹性床面（7）的中心；防跳约束件通过防护支架（1）固定在万向支撑球轮（14）的上方，摆动环（9）从万向支撑球轮（14）与防跳约束件之间穿过并与横向弹性件抵接。

2.根据权利要求1所述的一种虚拟现实运动装置，其特征在于：所述的有限水平位移是指弹性床面（7）的水平摆动幅度为±100mm。

3.根据权利要求1所述的一种虚拟现实运动装置，其特征在于：所述防跳约束件包括固定在防护支架（1）上的座体（18）和固定在座体（18）上的万向约束球轮（19），万向约束球轮（19）位于万向支撑球轮（14）的正上方用于约束摆动环（9）。

4.根据权利要求1所述的一种虚拟现实运动装置，其特征在于：所述摆动机构（3）包括多套呈环状固定在防护支架（1）上的悬挂组件（20），摆动环（9）水平悬挂在多套悬挂组件（20）上。

5.根据权利要求4所述的一种虚拟现实运动装置，其特征在于：所述悬挂组件（20）包括上箍圈（21）、上吊耳（22）、下吊耳（23）和吊带（24），上箍圈（21）固定在防护支架（1）的上端，上吊耳（22）固定在上箍圈（21）上，下吊耳（23）固定在摆动环（9）上，吊带（24）的两端分别通过带孔直销（25）与上吊耳（22）和下吊耳（23）连接。

6.根据权利要求1所述的一种虚拟现实运动装置，其特征在于：所述摆动机构（3）包括多套纵向弹性摆动组件（27），多套纵向弹性摆动组件（27）呈环状均匀固定在防护支架（1）上，且多套纵向弹性摆动组件（27）的轴心线均竖直向上；摆动环（9）水平安装在多套纵向弹性摆动组件（27）上，弹性床面（7）受力后产生有限水平位移和有限垂直震动。

7.根据权利要求6所述的一种虚拟现实运动装置，其特征在于：所述纵向弹性摆动组件（27）包括托板（28）、纵向弹性件和万向连接件，纵向弹性件通过托板（28）固定在防护支架（1）上，摆动环（9）通过万向连接件固定在纵向弹性件上。

8.根据权利要求7所述的一种虚拟现实运动装置，其特征在于：所述万向连接件包括纵向连接块（29）、球头万向节（30）和哈夫压盘（31），纵向连接块（29）与摆动环（9）固定连接，纵向连接块（29）内设有内凹球面，球头万向节（30）的下端固定在纵向弹性件上，球头万向节（30）的上端球头与内凹球面作间隙活络动配合，哈夫压盘（31）固定在纵向连接块（29）的下方用于挡护球头。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种虚拟现实运动装置，其特征在于：所述滑动机构（5）包括固定在防护支架（1）上部的环形导轨（34），环形导轨（34）上均匀设有可无限滑动的滑动组件（35），拉力调节器（4）分别固定在滑动组件（35）上，柔性束腰组件（6）分别与拉力调节器（4）相连，通过柔性束腰组件（6）与滑动组件（35）可实现包括任意方向的跳跃和360度的转体运动。

10.根据权利要求9所述的一种虚拟现实运动装置，其特征在于：所述滑动组件（35）包括滑动架（36），滑动架（36）上固定有上滑动支撑件（37）和下滑动支撑件（38），滑动架（36）通过上滑动支撑件（37）和下滑动支撑件（38）活动安装在环形导轨（34）上；其中，滑动架（36）包括顶板和两块分别垂直向下的侧板（39），上滑动支撑件（37）分别对称设置在侧板（39）的上部两端，下滑动支撑件（38）分别对称设置在侧板（39）的下部两端。

11.根据权利要求10所述的一种虚拟现实运动装置，其特征在于：所述上滑动支撑件（37）包括长轴（40）、隔离套（41）、上滚动轴承（42）、上垫片（43）、上开口销（44）和上开槽螺母（45），长轴（40）的两端分别贯穿两侧板（39），并分别通过上开口销（44）和上开槽螺母（45）固定在两侧板（39）上；隔离套（41）套设在长轴（40）中部，上滚动轴承（42）对称固定在长轴（40）上并分别位于隔离套（41）与侧板（39）之间，上垫片（43）设置在上滚动轴承（42）与侧板（39）之间，且上滚动轴承（42）位于环形导轨（34）上方；所述下滑动支撑件（38）包括短轴（46）、下滚动轴承（47）、下垫片（48）、下开口销（49）和下开槽螺母（50），短轴（46）贯穿单块侧板（39），并通过下开口销（49）、下开槽螺母（50）和下滚动轴承（47）固定在侧板（39）的下部，下垫片（48）设置在下滚动轴承（47）与侧板（39）之间。

12.根据权利要求1-8中任一项所述的一种虚拟现实运动装置，其特征在于：所述滑动机构（5）包括支撑导向架（51）和转盘（52），支撑导向架（51）呈环状固定在防护支架（1）的上部，支撑导向架（51）上固定有滑动组件，转盘（52）的外环侧垂直固定有限位挡环（53），转盘（52）通过滑动组件安装在支撑导向架（51）上，且转盘（52）可在支撑导向架（51）上无限滑动；拉力调节器（4）分别固定在转盘（52）上，柔性束腰组件（6）分别与拉力调节器（4）相连，通过柔性束腰组件（6）与转盘（52）可实现包括任意方向的跳跃和360度的转体运动。

13.根据权利要求12所述的一种虚拟现实运动装置，其特征在于：所述支撑导向架（51）具有凹槽，滑动组件包括通过销轴固定在凹槽上部的球面限位轴承（54）和通过销轴固定在凹槽下部的球面支撑轴承（55），转盘（52）安装在球面支撑轴承（55）与球面限位轴承（54）之间，限位挡环（53）位于球面支撑轴承（55）与球面限位轴承（54）之间的外侧。

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