CN114949819B - 一种滑动阻力调节的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑动阻力调节的装置及其方法，包括：磁性物质和转轮3，所述磁性物质用于产生磁力，所述转轮3用于被外力驱使转动，其特征在于包括：滑块1和连杆，所述滑块1用于在指定的物件上移动；所述连杆至少有1条，所述连杆之间的连接包含有转动连接，至少有1条所述连杆与所述滑块1连接，所述连杆与所述滑块1之间的连接包含有转动连接；使所述滑块1与所述转轮3的距离能随骑行设备19的倾斜角度的变化而对应发生实时变化，再通过距离的变化控制对应物体受力的变化，最终达到模拟踩车上下坡时能受到实时阻力的变化效果，显著提高了模拟阻力（例如模拟自行车上坡和下坡踩车时的阻力）变化的真实体验感。

Description

一种滑动阻力调节的装置及其方法

技术领域

本发明涉及阻力控制技术领域，尤其涉及一种能实时控制阻力的滑动阻力调节的装置及其方法。

背景技术

阻力调节的功能在模拟骑行设备（例如传统健身车、VR自行车等）中大量应用，包括非接触阻力调节（例如磁控阻力调节）和接触阻力调节（例如摩擦阻力调节）两种，其中，磁控阻力类型的骑行设备比较环保（静音、无磨损），主要是模拟用户在使用骑行设备时，通过控制骑行设备的磁控模块（例如控制正在旋转的转轮与磁铁之间的距离）产生的阻力来模拟真实环境中车轮与地面摩擦所产生的阻力，在骑行设备没有移动（原地骑行）的情况下，使用户能获得与在真实路面上骑行相似的体验感，骑行设备一般还会结合前方屏幕展示出的虚拟画面来进行视觉模拟，以便能获得更好的骑行体验。目前传统的磁控阻力调节的骑行设备活和摩擦阻力调节的骑行设备一般通过电机拉动阻力器，从而控制阻力的变化，但是，这种采用电机控制阻力的变化，不但浪费了电能，而且也很难或不能使所述模拟骑行设备在模拟上坡或下坡时产生实时阻力变化的效果，即使通过高端电机驱动的方式，其运转的声音较大，成本很高。缺少这种实时阻力变化的功能，就会导致在模拟上坡或下坡的骑行时，用户不能实时感知到踩车时真实阻力的变化，从而大大影响了此类模拟骑行（特别是VR类）的沉浸式体验的真实感。

发明内容

因此，为了克服背景技术中的不足，本发明的目的是提供一种当骑行设备19在模拟上坡或下坡时（即模拟车体的倾斜）时，转轮3所受到的转动阻力能随骑行设备19的旋转角度（倾斜度）实时发生对应变化的一种阻力调节的装置及其方法。

为了实现所述发明的目的，本发明采用如下技术方案：一种滑动阻力调节的装置，包括：磁性物质和转轮3，所述磁性物质用于产生磁力，所述转轮3用于被外力驱使转动，其特征在于包括：滑块1、连杆和阻力架2，所述滑块1设置在阻力架2上，所述滑块1用于在所述阻力架2上移动；所述阻力架2用于支撑所述滑块1；至少有1条所述连杆与所述滑块1转动连接。

优选地，还包括：所述滑块1或所述转轮3包含有所述磁性物质，所述连杆有2条，分别是第一连杆4和第二连杆6；所述滑块1位于所述第二连杆6和所述转轮3之间；所述第一连杆4分别与所述滑块1和所述第二连杆6转动连接；所述第二连杆6与所述阻力架2连接。

优选地，还包括：所述磁性物质是磁铁，所述磁铁设置在阻力架上2，所述转轮3设置在所述滑块1上，如果所述滑块1发生移动，则所述转轮3能跟随所述滑块1移动。

优选地，还包括：接触体 77, 所述滑块1直接或间接连接所述接触体77,，所述滑块1直接或间接推动所述接触体77，所述接触体77用于与所述转轮3接触。

优选地，还包括：动力模块，所述动力模块包括传动器和动力源，所述传动器与所述阻力架2连接。

优选地，还包括：所述动力源是电机12，所述传动器是电动缸25，所述电动缸25包括伸缩杆10，所述伸缩杆10与所述阻力架2连接。

优选地，还包括：骑行设备19，所述骑行设备19包含所述转轮3。

优选地，还包括：底板20，所述底板20与传动器连接。

优选地，还包括：所述底板20与所述第二连杆6连接。

本发明还包括以下方法，该方法的特征在于包括：磁性物质、转轮3、滑块1、连杆和阻力架2，使所述滑块1设置在所述阻力架2上，使所述连杆与所述滑块1转动连接，使所述滑块1和所述转轮3转动，使所述滑块1在所述阻力架上移动；使夹角α的值满足：0°＞α＞180°，所述夹角α是直线30与垂线5所成的角，所述直线30是经过所述滑块1上两个点的直线，所述垂线5是与水平面垂直的直线。

本发明所述的转动连接是指，物件之间是通过相对能转动的方式进行连接的，本发明所述的转动连接包括铰接。本发明所述的滑动包括接触的滑动和非接触的移动。本发明所述的连杆是一种连接体，可以包括：直板的或弯曲的形状，具有软体、硬体或具有弹性形变特性的物体。本发明所述的磁性物质是指具有能产生磁力的物质（可以是单个物质或多个物质的组合），例如，包括永磁铁（例如，钕铁硼磁铁）和电磁铁（例如，铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组所形成的磁铁），可以是任意电机里面的永磁铁或者电磁铁。所述永磁铁或者电磁铁产生的磁力，可以用于控制(或驱动)物体的旋转。本发明所述的接触体77可以是所述的弹性形变体86，本发明所述的电机可以是发电机或电动机，如果没有特别指出，则都是指电动机，所述传动器可以是电动缸、齿轮、电机转轴等部件或装置。

本发明的工作原理：通过夹角α的变化，利用连杆驱动滑块1做往复运动，从而能使所述滑块1与所述转轮3之间的距离能随车体19(或阻力架2)的倾斜度的变化而实时发生对应变化，通过所述距离的变化控制对应物体受力的变化（例如，可通过距离的变化控制磁性物质与被吸引物质之间的引力变化），最终达到能模拟踩车上下坡时受到实时阻力的变化效果。

本发明的有益效果包括：能模拟踩车上坡下坡时所受到的阻力的真实体验感。当通过观看虚拟影像（例如通过VR眼镜或液晶屏幕进行观看）模拟上坡或下坡的骑行时，所使用的骑行设备19的骑行阻力（转轮3转动时受到的阻力，即用户踩踏转轮时感受到的阻力）能根据骑行设备19的前后倾斜的角度进行实时对应的阻力调节，因此，当正在模拟骑行的用户看到虚拟画面的虚拟自行车在上坡或下坡时，能实时感受到所述骑行设备19产生对应的倾斜，也能实时地感受到转轮3的阻力的对应变化，最大限度地接近真实的骑行状态，从而大大提高了此类模拟骑行的沉浸式体验的真实感。

本发明的有益效果还包括：绿色低碳，环保节能。由于本发明采用了连杆控制阻力距离的方法，从而使其运转的声音比采用传统电机控制阻力距离的方法产生的运转声音（噪音）更小，阻力控制部件（例如滑块1、转轮3、接触体77）磨损更小更环保。本发明包括以下几种节能方案：第一，本发明的动力源如果不包含电机12（例如电动机），则具有最大的节能效果。第二，本发明包括发电机和蓄电池，通过人力踩踏使发电机发电，所产生的电被蓄电池累积储存，当阻力架2要转动时（模拟上下坡），所述蓄电池向电机12（例如电动机）供电并使其转动，几乎可以不使用电网的电力，具有节能效果。第三，不包含蓄电池和发电机，当要模拟上坡或下坡时，只需要使对应功率的电机12（例如带抱闸电机）转动，当设置大部分时间是模拟恒定阻力时，则所述电机12自动断电以便节约用电，同样能达到绿色节能效果。

本发明的特征和优点将在下面的说明中进行描述，可以通过描述得到理解或者可以通过结合本发明的附图和实施例得到理解。

附图说明

图1为本发明实施例1的立体示意图。

图2为本发明模拟下坡行驶的实施例1的侧面结构示意图。

图3为本发明模拟上坡行驶的实施例1的侧面结构示意图。

图4为本发明实施例2的立体结构示意图。

附图中：1.滑块，2.阻力架，3.转轮，4.第一连杆，5.垂线，6. 第二连杆，10.伸缩杆，12.电机，19.骑行设备，20.底板，23.显示屏，24.转动器，25.电动缸，26.滑槽，27.转轴，30.直线，77.接触体，86.弹性形变体，88.电机转轴；点A是车轮3上任意一个点，L1和L2分别是2种不同倾斜状态时，所述滑块1与所述转轮3上的点A之间的距离。

具体实施方式

结合说明书附图，通过下面的实施例可以详细地解释本发明。

下面是本发明的实施例1，如图1，采用一台骑行设备19，把所述骑行设备19固定在阻力架2上，所述骑行设备19包括转轮3；把滑块1设置在一个指定的物件上，所述的指定物件是一个阻力架2，所述阻力架2上有滑槽（也可是滑轨），使滑块1能在滑槽上做直线滑动，滑块1位于第二连杆6和转轮3之间，第一连杆4的两端分别与所述滑块1和所述第二连杆连接（采用转动连接），例如通过使用转轴27连接；使所述第二连杆6与阻力架2连接（采用转动连接），所述第二连杆6的一端与底板20固定连接，所述第二连杆6与水平面成90度（即与底板20成90度）。所述转轮3通过速度编码器计算转轮单位时间内转动的圈数。

所述阻力架2与电动缸25的伸缩杆10转动连接（通过转轴27连接），所述电动缸25由电机12驱动，所述电机12设置在电动缸25上，所述电机12和电动缸25组成动力模块，电动缸25与底板20进行转动连接（通过转轴27连接），底板20与转动器24连接，底板20能被转动器24驱动旋转。

所述滑块1采用磁性物质，所述磁性物质是能产生磁力的物质，例如永磁铁，或包含有永磁铁），所述转轮3采用能被永磁铁磁吸的材料（例如铁材料）。设定所述第二连杆6与垂线5平行，所述直线30与垂线5的夹角为α，所述直线30是经过滑块1上两个点的直线，所述垂线5是与水平线（或水平面）垂直的直线，也是与重力方向平行的直线。

使直线30与所述阻力架2（例如是一块直板）平行，则夹角α的值就等于所述阻力架2转动的值，当90°＞α＞0°时，为模拟上坡状态（例如图3），当180°＞α＞90°时，为模拟下坡状态（例如图2）；现在设定模拟上坡的最大水平倾斜度为20度，则α=70°，设定下坡的最大水平倾斜度为20度，则α=110°，那么，当所述阻力架2处于下坡倾斜20°时（即α=110°），滑块1与转轮3的距离为L2（即滑块1与转轮3上点A之间的距离），此时所述转轮3受到的磁力最小（即转轮3所受到的旋转阻力最小）；当所述阻力架2处于上坡倾斜20°时（即α=70°），滑块1与转轮3的距离为L1（即滑块1与转轮3上点A之间的距离），此时所述转轮3受到的磁力最大（转轮3所受到的旋转阻力最大）；同理，当所述直线30（或阻力架2）与垂线5处于垂直状态时，所述滑块1与所述第一转轮8的距离为L3（即滑块1与转轮3上点A之间的距离），此时所述转轮3所受到的磁力比上坡时所受到的磁力小，但比下坡时所受到的磁力大（即模拟在水平的地面上行驶，其阻力比模拟下坡时的阻力大，但比模拟上坡时的阻力小）；所述的L1、L2和L3，满足L2＞L3＞L1。

把显示屏23 放置在骑行设备19的前面，把电脑、显示屏、速度计、电动缸和电机进行电连接，当用户坐在骑行设备19上，用力踩踏，使转轮3转动，速度计把捕捉到的数值发送到电脑，电脑计算出屏幕画面里的虚拟骑行设备的位置和姿态。通过电动缸25使阻力架2顺时针和逆时针来回转动。

当屏幕播放到对应的上坡画面时，电动缸25的伸缩杆10向下缩，使阻力架2发生倾斜，当播放到下坡画面时，电动缸25的伸缩杆10向上伸，使阻力架2发生倾斜。使画面里的虚拟骑行设备从画面里的上坡到下坡之间来回行驶，电动缸25的伸缩杆10使阻力架2来回倾斜。当画面播放到要转动的方向时，转动器24驱使底板20转动，使整个机体（包括骑行设备19）跟随画面旋转，此时用户能通过本发明获得了模拟在平地行驶、上坡、下坡和转弯时的真实体验感。

电动缸25包括伸缩杆10和电机12，电动缸25通过电脑控制，把对应的电动缸25数据和对应的画面内容数据分别同时输入游戏引擎，由游戏引擎统一配匹，例如图2，当虚拟画面里的骑行设备到达下坡的坡度最大位置时，电脑控制电动缸25使阻力架2（直线30）处于如图2的状态，α=110°, 同理，当虚拟画面里的骑行设备到达上坡的坡度最大位置时，电脑控制电动缸25使阻力架2（直线30）处于如图3的状态，α= 70°。

下面是本发明的实施例2。本实施例2是根据实时例1进行改装，改装后的实施例2如图4所示，把实施例1里的动力源（电机12和电动缸25）直接换成电机12，所述电机12如图4的所在位置进行固定，所述电机12包括电机转轴88，电机转轴88与阻力架2连接，所述阻力架2被电机12驱动，做旋转运动。

使所述滑块1连接一个弹性形变体86，所述弹性形变体86连接接触体77，所述接触体77是一个可旋转的橡胶体，当所述滑块1推动弹性形变体86和接触体77时，并当所述接触体77与所述转轮3接触时，所述转轮3带动所述接触体77转动，当所述接触体77逐渐挤压所述转轮3时，转轮3对应的旋转阻力也逐渐增大，反之变小。

本发明所述的弹性形变体86是指具有弹性形变特性的物体；弹性形变，是指物体受外力作用而使各点间相对位置的改变，当外力撤消后，固体又恢复原状，这样的形变叫做弹性形变。所述弹性形变体86可以是弹簧、橡胶、钢圈等。所述接触体77可以是具有弹性形变特性的物体。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种滑动阻力调节的装置，包括：磁性物质和转轮（3），所述磁性物质用于产生磁力，所述转轮（3）用于被外力驱使转动，其特征在于包括：滑块（1）、连杆、阻力架（2）、底板（20）和动力模块，所述滑块 （1）设置在阻力架（2）上，所述滑块（1）用于在所述阻力架（2）上移动，所述阻力架（2）用于支 撑所述滑块（1），所述滑块（1） 或所述转轮（3）包含有所述磁性物质，所述连杆至少有2条，包括第一连杆（4）和第二连杆（6）； 所述滑块（1）位于所述第二连杆（6）和所述转轮（3）之间；所述第一连杆（4）分别与所述滑块 （1）和所述第二连杆（6）转动连接；所述底板（20） 与所述第二连杆（6）连接，所述第二连杆（6）与所述阻力架（2）转动连接，所述阻力架（2）与所述动力模块转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种滑动阻力调节的装置，其特征在于还包括：所述动力模块包括传动器，所述传动器与所述阻力架（2）连接，所述动力模块用于驱动所述阻力架（2）。

3.根据权利要求2所述的一种滑动阻力调节的装置，其特征在于还包括：所述传动器是电动缸（25），所述电动缸（25）包括伸缩杆（10），所述伸缩杆（10）与所述阻力架（2）连接。

4.根据权利要求3所述的一种滑动阻力调节的装置，其特征在于还包括：骑行设备（19），所述骑行设备（19）包含所述转轮（3）。

5.根据权利要求4所述的一种滑动阻力调节的装置，其特征在于还包括：所述底板（20）与所述传动器连接。

6.一种滑动阻力调节的装置，包括：转轮（3），所述转轮（3）用于被外力驱使转动，其特征在于还包括：滑块（1）、连杆、阻力架（2）、接触体(77)、底板（20）和动力模块，所述滑块（1）设置在阻力架（2）上，所述滑块（1）用于在所述阻力架（2）上移动，所述阻力架（2）用于支撑所述滑块（1），所述动力模块包含有磁性物质，所述连杆至少有2条，包括第一连杆（4）和第二连杆（6）； 所述滑块（1）位于所述第二连杆（6）和所述转轮（3）之间；所述第一连杆（4）分别与所述滑块 （1）和所述第二连杆（6）转动连接；所述底板（20） 与所述第二连杆（6）连接，所述第二连杆（6）与所述阻力架（2）转动连接，所述阻力架（2）与所述动力模块转动连接；所述滑块(1)直接或间接连接所述接触体(77)，所述滑块（1）直接或间接推动所述接触体（77），所述接触体（77）用于与所述转轮（3）接触。