CN215876182U - 一种用于训练的六自由度vr自行车 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的一种用于训练的六自由度VR自行车，属于体育工程技术领域。本实用新型包括曲面屏幕、六自由度平台、VR眼镜、可变阻尼装置显示器、可变阻尼装置调节器，还包括多通道信号采集单元、数据处理单元、人机交互单元和结果显示单元。VR自行车通过支架固定在六自由度平台之上，阻尼装置的显示器连接于VR自行车把手中间，用于显示当前赛道地理特征下，骑行者受到的实时综合阻力。本实用新型基于VR技术实现沉浸式训练，六自由度VR自行车能够提升骑手实时感知路面坡度、赛道阻力的真实感，此外，基于VR技术的在线自行车公开赛能够节约时间成本，高效便捷，也能够对骑手提供个性化竞赛训练指导，有效提升用户的训练效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是一种基于VR技术的沉浸式训练六自由度自行车，属于体育工程技术领域。
背景技术
在运动科学领域，用于竞技体育专项训练的自行车也称为“功率自行车”。现有的VR自行车大部分是在自行车前方放置显示屏幕，骑手佩戴VR设备，并沿着虚拟的线路骑行。
但是，现有的VR自行车产品未能将虚拟和现实充分融合，没有达到和现实户外骑行一样的训练体验。例如，虚拟线路和真实赛道地理环境差别巨大，骑手无法在虚拟环境下体验赛道坡度；骑手也无法体验不同赛道的路面阻尼。
当前，互联网与自行车的结合主要集中于智能单车、骑行APP和骑行网站。骑行工具类APP通过地图、数据记录、骑行社区互动等功能为自行车爱好者提供工具服务与交流平台。骑行网站则不仅涉及自行车相关信息，还包括赛事信息、骑行建议等多方面信息。虽然这些骑行社区平台只是从地图中获取二维的信息，但是这可以为构建采用VR技术的“云骑行”平台提供借鉴。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种用于训练的六自由度VR自行车，基于VR技术实现沉浸式训练，六自由度VR自行车能够提升骑手实时感知路面坡度、赛道阻力的真实感，此外，基于VR技术的在线自行车公开赛能够节约时间成本，高效便捷，也能够对骑手提供个性化竞赛训练指导，有效提升用户的训练效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本实用新型公开的一种用于训练的六自由度VR自行车，曲面屏幕、六自由度平台、VR眼镜、可变阻尼装置显示器、可变阻尼装置调节器，还包括多通道信号采集单元、数据处理单元、人机交互单元和结果显示单元。
VR自行车通过支架固定在六自由度平台之上，阻尼装置的显示器连接于VR自行车把手中间，用于显示当前赛道地理特征下，骑行者受到的实时综合阻力，所述综合阻力包括空气阻力、爬坡阻力和滚动阻力。骑行开始前在显示器中输入骑行者的体重，通过人机交互单元传入虚拟骑行赛道装置中。阻尼装置的阻尼调节器放置于VR自行车车轮处，用于改变车的滚动阻力、爬坡克服重力做功及轴承之间的机械阻力。骑行过程中的阻力根据赛道坡度信息而定，通过蓝牙数据模块传输；六自由度平台倾斜夹角综合骑行者所受的空气阻力、滚动阻力和爬坡阻力而定。
空气阻力正比于骑行者相对于地面的骑行速度；滚动阻力也与骑行速度成正比，在自行车模拟过弯道时显著增加；克服自身重力所做的功与骑行者自身重量及坡度成正比。
多通道信号采集单元用于记录骑手蹬车数据，为进一步计算骑行的运动学参数作准备。
数据处理单元包括单片机和蓝牙模块，将接收的数据处理为坐标值，并通过蓝牙通信方式传递给人机交互单元；人机交互单元用于为骑手在虚拟现实的赛道中模拟骑行表现，骑手带上VR头显在沉浸式的环境下进行骑行训练。利用数据处理单元传输的数据，计算选手的时序运动学特征并在骑行结束后，导出数据分析报表，结合时域和频域的数据信息进行分析，为骑手提供个性化竞赛训练指导，有效提升骑手的训练效率。
虚拟骑行的赛道参数包括坡度、海拔、骑行线路、路面阻尼，根据GPS和地图给出的真实地理信息，为自行车骑行训练提供和真实户外赛道一致的体验。其中，赛道地表阻尼系数由蓝牙数据传输系统给出，并与VR自行车上的可变阻尼装置调节器连接；赛道坡度信息由蓝牙数据传输系统给出，并与六自由度平台连接。根据真实赛道路面阻尼实时调节VR自行车的阻力。六自由度平台进行真实赛道坡度的模拟。
本实用新型公开的一种用于训练的六自由度VR自行车，还包括用于用户参加线上自行车公开赛的社区功能，用户通过社区功能与各地登录社区平台的用户同场竞技。
有益效果：
1、本实用新型公开的一种用于训练的六自由度VR自行车，利用虚拟现实技术辅助自行车骑行训练，利用六自由度平台模拟骑手上下坡，利用可变阻尼装置较为精确地实现赛道的地表阻力。骑手通过佩戴VR头显，沉浸式地体验真实赛道的骑行感，并通过人机交互，实时显示骑手在骑行过程中的运动学特征。
2、本实用新型公开的一种用于训练的六自由度VR自行车，阻尼装置的显示器连接于VR自行车把手中间，便于骑手观察当前赛道地理特征和实时综合阻力。
3、本实用新型公开的一种用于训练的六自由度VR自行车，还包括用于用户参加线上自行车公开赛的社区功能，通过举行线上自行车公开赛，骑手能够足不出户地进行具有同等竞技效力的体育比赛。
4、本实用新型公开的一种用于训练的六自由度VR自行车，人机交互单元用于为骑手在虚拟现实的赛道中模拟骑行表现，骑手带上VR头显在沉浸式的环境下进行骑行训练；利用数据处理单元传输的数据，计算选手的时序运动学特征并在骑行结束后，导出数据分析报表，结合时域和频域的数据信息进行分析，为骑手提供个性化竞赛训练指导，有效提升骑手的训练效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的实施例及技术方案，下面将对实施例及现有技术方案所需要使用的附图进行介绍。
图1为本实用新型公开的一种用于训练的六自由度VR自行车结构示意图；
图中，1—曲面屏幕、2—六自由度平台、3—VR眼镜、4—可变阻尼装置显示器、5—可变阻尼装置调节器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本实施例公开的一种用于专项训练的六自由度VR自行车，包括曲面屏幕1、六自由度平台2、VR眼镜3、可变阻尼装置显示器4、可变阻尼装置调节器5，还包括多通道信号采集单元、数据处理单元、人机交互单元和结果显示单元。
VR自行车通过支架固定在六自由度平台2之上，阻尼装置的显示器连接于VR自行车把手中间，用于显示当前赛道地理特征下，骑行者受到的实时综合阻力，所述综合阻力包括空气阻力、爬坡阻力和滚动阻力。骑行开始前在显示器中输入骑行者的体重，通过人机交互单元传入虚拟骑行赛道装置中。阻尼装置的阻尼调节器放置于VR自行车车轮处，用于改变车的滚动阻力、爬坡克服重力做功及轴承之间的机械阻力。骑行过程中的阻力根据赛道坡度信息而定，通过蓝牙数据模块传输；六自由度平台2倾斜夹角综合骑行者所受的空气阻力、滚动阻力和爬坡阻力而定。
空气阻力正比于骑行者相对于地面的骑行速度；滚动阻力也与骑行速度成正比，在自行车模拟过弯道时显著增加；克服自身重力所做的功与骑行者自身重量及坡度成正比。
多通道信号采集单元用于记录骑手蹬车数据，为进一步计算骑行的运动学参数作准备。
数据处理单元包括单片机和蓝牙模块，将接收的数据处理为坐标值，并通过蓝牙通信方式传递给人机交互单元；人机交互单元用于为骑手在虚拟现实的赛道中模拟骑行表现，骑手带上VR头显在沉浸式的环境下进行骑行训练。利用数据处理单元传输的数据，计算选手的时序运动学特征并在骑行结束后，导出数据分析报表，结合时域和频域的数据信息进行分析，为骑手提供个性化竞赛训练指导，有效提升骑手的训练效率。
虚拟骑行的赛道参数包括坡度、海拔、骑行线路、路面阻尼，根据GPS和地图给出的真实地理信息，为自行车骑行训练提供和真实户外赛道一致的体验。其中，赛道地表阻尼系数由蓝牙数据传输系统给出，并与VR自行车上的可变阻尼装置调节器5连接；赛道坡度信息由蓝牙数据传输系统给出，并与六自由度平台2连接。根据真实赛道路面阻尼实时调节VR自行车的阻力。六自由度平台2则进行真实赛道坡度的模拟。
本实用新型公开的一种用于训练的六自由度VR自行车，还包括用于用户参加线上自行车公开赛的社区功能，用户通过社区功能与各地登录社区平台的用户同场竞技。
以上的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于训练的六自由度VR自行车，其特征在于：包括曲面屏幕(1)、六自由度平台(2)、VR眼镜(3)、可变阻尼装置显示器(4)、可变阻尼装置调节器(5)，还包括多通道信号采集单元、数据处理单元、人机交互单元和结果显示单元；
VR自行车通过支架固定在六自由度平台(2)之上，阻尼装置的显示器连接于VR自行车把手中间，用于显示当前赛道地理特征下，骑行者受到的实时综合阻力，所述综合阻力包括空气阻力、爬坡阻力和滚动阻力；骑行开始前在显示器中输入骑行者的体重，通过人机交互单元传入虚拟骑行赛道装置中；阻尼装置的阻尼调节器放置于VR自行车车轮处，用于改变车的滚动阻力、爬坡克服重力做功及轴承之间的机械阻力；骑行过程中的阻力根据赛道坡度信息而定，通过蓝牙数据模块传输；六自由度平台(2)倾斜夹角综合骑行者所受的空气阻力、滚动阻力和爬坡阻力而定。
2.如权利要求1所述的一种用于训练的六自由度VR自行车，其特征在于：空气阻力正比于骑行者相对于地面的骑行速度；滚动阻力也与骑行速度成正比，在自行车模拟过弯道时显著增加；克服自身重力所做的功与骑行者自身重量及坡度成正比。
3.如权利要求1所述的一种用于训练的六自由度VR自行车，其特征在于：多通道信号采集单元用于记录骑手蹬车数据，为进一步计算骑行的运动学参数作准备；
数据处理单元包括单片机和蓝牙模块，将接收的数据处理为坐标值，并通过蓝牙通信方式传递给人机交互单元；人机交互单元用于为骑手在虚拟现实的赛道中模拟骑行表现，骑手带上VR头显在沉浸式的环境下进行骑行训练；利用数据处理单元传输的数据，计算选手的时序运动学特征并在骑行结束后，导出数据分析报表，结合时域和频域的数据信息进行分析，为骑手提供个性化竞赛训练指导，有效提升骑手的训练效率；
虚拟骑行的赛道参数包括坡度、海拔、骑行线路、路面阻尼，根据GPS和地图给出的真实地理信息，为自行车骑行训练提供和真实户外赛道一致的体验；其中，赛道地表阻尼系数由蓝牙数据传输系统给出，并与VR自行车上的可变阻尼装置调节器(5)连接；赛道坡度信息由蓝牙数据传输系统给出，并与六自由度平台(2)连接；根据真实赛道路面阻尼实时调节VR自行车的阻力；六自由度平台(2)进行真实赛道坡度的模拟。
4.如权利要求1、2或3所述的一种用于训练的六自由度VR自行车，其特征在于：还包括用于用户参加线上自行车公开赛的社区功能，用户通过社区功能与各地登录社区平台的用户同场竞技。
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