[發明專利]一種全向跑步機及其虛擬現實實現方法

在審

• 申請號: 201910230140.0
• 申請日: 2019-03-26
• 公開（公告）號: CN110038258A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 趙中偉
• 申請（專利權）人: 杭州碩數物聯科技有限公司
• 主分類號: A63B22/00
• 分類號: A63B22/00;A63F9/02;A63F13/26;A63F13/837
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• 代理人: 暫無信息

1.一種全向跑步機，其特征在于，包括跑步機主體(1)、手持電子仿真槍(7)、虛擬現實頭盔(8)、計算機(13)、高清攝像頭(31)，所述高清攝像頭(31)固定在虛擬現實頭盔(8)上，所述高清攝像頭(31)與虛擬現實頭盔(8)有線連接，所述高清攝像頭(31)、手持電子仿真槍(7)、跑步機主體(1)都與計算機(13)無線連接，所述虛擬現實頭盔(8)與計算機(13)有線連接，所述手持電子仿真槍(7)、虛擬現實頭盔(8)都與跑步機主體(1)相配合，所述跑步機主體(1)包括底盤(2)、底盤固定座(3)、腰間固定裝置(4)、固定支桿(5)，所述底盤(2)安裝在底盤固定座(3)上，所述腰間固定裝置(4)通過固定支桿(5)固定在底盤固定座(3)上，所述計算機(13)用于播放3D的視頻游戲軟件。

2.根據權利要求1所述全向跑步機，其特征在于，所述底盤(2)呈圓形。

3.根據權利要求1所述全向跑步機，其特征在于，所述底盤(2)包括轉輪(20)、滑動絲桿(12)、伺服電機(15)、跑步機驅動器(18)、若干個阻值傳感器模塊(19)、轉盤(14)，所述轉盤(14)設有通孔(121)，所述伺服電機(15)與跑步機驅動器(18)電性連接，所述伺服電機(15)連接滑動絲桿(12)的一端，所述滑動絲桿(12)的另一端插穿過通孔(121)，所述轉輪(20)安裝在轉盤(14)上，所述若干個阻值傳感器模塊(19)安裝在轉盤(14)的底部。

4.根據權利要求3所述全向跑步機，其特征在于，所述跑步機驅動器(18)包括處理器(181)、運動加速度傳感器(182)、三軸陀螺儀傳感器組C(183)、無線WIFI模塊(184)、伺服電機驅動器(185)、電子羅盤傳感器D(186)，所述伺服電機驅動器(185)與伺服電機(15)電性連接，所述運動加速度傳感器(182)、三軸陀螺儀傳感器組C(183)、伺服電機驅動器(185)、無線WIFI模塊(184)、電子羅盤傳感器D(186)都與處理器電性連接，所述無線WIFI模塊(184)與計算機(13)無線連接。

5.根據權利要求1所述全向跑步機，其特征在于，所述手持電子仿真槍(7)包括仿真槍外殼(16)、三軸陀螺儀傳感器組A(21)、扳機按鈕(22)、無線通信模塊(23)、鋰電池(24)、電子羅盤傳感器E(71)、重力加速度傳感器(72)，所述三軸陀螺儀傳感器組A(21)、電子羅盤傳感器E(71)、重力加速度傳感器(72)都通過無線通信模塊(23)與計算機(13)無線連接，所述三軸陀螺儀傳感器組A(21)、無線通信模塊(23)都與鋰電池(24)電性連接，所述扳機按鈕(22)安裝在仿真槍外殼(16)上。

6.根據權利要求1所述全向跑步機，其特征在于，所述虛擬現實頭盔(8)包括顯示屏(25)、功放耳機(27)、視頻傳輸線(28)、三軸陀螺儀傳感器組B(30)、頭套固定裝置(33)，所述顯示屏(25)與高清攝像頭(31)有線連接，所述顯示屏(25)通過視頻傳輸線(28)與計算機(13)有線連接，所述三軸陀螺儀傳感器組B(30)與計算機(13)無線連接，所述功放耳機(27)安裝在頭套固定裝置(33)的兩端，所述三軸陀螺儀傳感器組B(30)安裝在頭套固定裝置(33)上。

7.根據權利要求1所述全向跑步機，其特征在于，所述腰間固定裝置(4)包括上腰間固定圓盤(41)、下腰間固定圓盤(42)、固定帶(43)，所述上腰間固定圓盤(41)通過固定帶(43)與下腰間固定圓盤(42)固定連接。

8.全向跑步機的虛擬現實實現方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟(1)、計算機(13)播放3D的視頻游戲軟件，然后計算機(13)通過視頻傳輸線(28)投映到顯示屏(25)上；

步驟(2)、用戶觀察顯示屏(25)上的視頻圖像，根據情節需要，在所述全向跑步機上做跑步運動，跑步機驅動器(18)根據用戶跑步的幅度、加速度以及移動位置來驅動底盤(2)開始轉動，同時確定用戶在底盤(2)上的位移坐標；

步驟(3)、跑步機驅動器(18)通過運動加速度傳感器(182)來獲取底盤(2)的角加速度，同時跑步機驅動器(18)通過三軸陀螺儀傳感器組C(183)、電子羅盤傳感器D(186)來確定底盤(2)的運動速度和運動方向，從而形成一個閉合的耦合控制系統，底盤(2)的轉動速度和轉動方向將由用戶在底盤(2)上不斷跑步控制，而用戶跑步是根據觀察顯示屏(25)上的游戲軟件情節，因此這樣就形成了一個由游戲情節通過用戶觀察來控制跑步，從而最終控制跑步機驅動器(18)；

步驟(4)、用戶在全向跑步機上每次踩下，都會觸發底盤(2)上若干個阻值傳感器模塊(19)，從而若干個阻值傳感器模塊(19)獲取阻值傳感器模擬信號，不同位置的阻值傳感器模擬信號使得整個底盤(2)以原點為中心構成了一個唯一的XY平面極坐標，然后這些XY平面極坐標數據、底盤的轉動角速度、轉動方向構成一個用戶跑步運動向量通過無線WIFI模塊(184)發送給計算機(13)；

步驟(5)、計算機(13)接收到用戶跑步運動向量數據，然后將用戶跑步運動向量數據通過運動向量轉置參數變換矩陣變換為3D的視頻游戲軟件能夠接受的API鍵盤數據，3D的視頻游戲軟件接收到API鍵盤數據就會在相應的3D的視頻游戲軟件中反應出來；

步驟(6)、計算機(13)運行的3D的視頻游戲軟件根據情節需要，將Z平面的加速度、位移要求、時間要求形成一個關于Z平面的動作控制向量，然后將Z平面的動作控制向量發送給跑步機驅動器(18)，然后跑步機驅動器(18)接受到這個動作控制向量，就會驅動伺服電機(15)按照一定時間內的加速度要求驅動滑動絲桿(12)到相應的Z平面位置；

步驟(7)、當用戶在全向跑步機上根據情節需要跑步或轉向運動的時候，計算機(13)通過高清攝像頭(31)實時拍攝用戶的運動姿態，計算機(13)通過空間姿態提取算法程序將空間姿態實時轉換為人體空間運動趨勢向量矩陣，所述人體空間運動趨勢向量矩陣包括人體關鍵特征點矩陣、特征點矩陣相關的運動趨勢及速度、特征點矩陣相關的位移坐標，然后計算機(13)將人體空間運動趨勢向量矩陣擬合到3D的視頻游戲軟件中，然后3D的視頻游戲軟件作出相應的反饋動作結果；

步驟(8)、用戶觀察顯示屏(25)上播放的視頻圖像，通過手持電子仿真槍(7)參與到3D的視頻游戲軟件中去，根據游戲情節手持電子仿真槍(7)作出轉向或抬高或下壓或瞄準或射擊的動作，這些動作都會被三軸陀螺儀傳感器組A(21)、電子羅盤傳感器E(71)、重力加速度傳感器(72)采集信息數據后，然后通過無線通信模塊(23)發送給計算機(13)，計算機(13)會在3D的視頻游戲軟件中作出相應的結果反饋。