柱元陣列式全向跑步的制造方法
【專利摘要】一種柱元陣列式全向跑步機，包括行走平臺和陣列式全向驅(qū)動組件，可用于虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域中為用戶提供無限的自由行走空間。跑步機的全向驅(qū)動組件采用柱元陣列式結(jié)構(gòu)，運轉(zhuǎn)慣性小同時對轉(zhuǎn)彎半徑無限制，可準(zhǔn)確快速地跟蹤用戶的運動，可模擬各種復(fù)雜地形。柱元的工作傳動系統(tǒng)在傳動過程中將外部輸入動力轉(zhuǎn)換為水平驅(qū)動力，提供工作動力；柱元的轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)控制整個工作部分的轉(zhuǎn)向運動，使其配合用戶前進的方向。柱元的工作和轉(zhuǎn)向的動力均由外部提供。通過幾個不同高度不同傾斜角的行走平臺相互拼接，可模擬各種復(fù)雜地形中的行走運動及上下臺階運動。通過若干柱元以不同高度組成陣列，可模擬地面上各種復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)。
【專利說明】柱元陣列式全向跑步機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種全向跑步機，也稱作ODT (Omnidirectional treadmill),可用于虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域中為用戶在有限的實際空間中提供無限的自由行走空間，尤其是涉及到一種可模擬復(fù)雜地形及上下臺階運動的立體全向跑步機。
【背景技術(shù)】
[0002]全向跑步機，國際上稱為0DT，是指一類水平運動方向可隨人的腳步變化的跑步機，它可以為室內(nèi)用戶提供無限的自由行走空間。
[0003]目前國際上已有多種ODT方案。
[0004]其一是“虛擬行走(Cyberwalk)”計劃,該方案采用大傳送帶嵌套方向垂直的小傳送帶的方式，優(yōu)點是控制簡便，只需要控制兩個方向傳送帶的運動速度從而形成任意水平方向的合速度；缺點是系統(tǒng)慣性較大，由于小傳送帶系統(tǒng)整體安裝在大傳送帶上，導(dǎo)致大傳送帶轉(zhuǎn)動慣性太大，因而缺乏靈活性。為了有效地對人的運動進行跟蹤，必須增大整個行走平面的尺寸，這進一步增大了系統(tǒng)慣性。
[0005]另一種方案是“虛擬地毪(Cybercarpet)”計劃,該方案采用沿垂直軸360度自由旋轉(zhuǎn)的直線傳送帶配合其上面的滾珠陣列。此方案系統(tǒng)慣性小，同步性較好，但缺點是對虛擬行走路線的轉(zhuǎn)彎半徑有限制，當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑過小時，滾珠的滾動會失調(diào)，當(dāng)用戶轉(zhuǎn)彎半徑較小或者原地轉(zhuǎn)向時，傳送帶幾乎無法實現(xiàn)對前進方向的有效快速跟蹤。
[0006]另有其它一些ODT實現(xiàn)方案，如活動地板型，球形內(nèi)面行走型，由于與本專利采用的技術(shù)方向完全無關(guān)，因此不加贅述。
[0007]目前現(xiàn)有方案還無法實現(xiàn)對復(fù)雜地形及上下臺階運動的有效模擬。
[0008]基于上述現(xiàn)有方案的不足之處，為了開發(fā)出動力系統(tǒng)慣性小同時對運動轉(zhuǎn)彎半徑無限制的全向跑步機，本發(fā)明提出了柱元陣列式全向跑步機，并在此基礎(chǔ)上提出了如何對復(fù)雜地形及上下臺階運動進行模擬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，所要解決的技術(shù)問題是:開發(fā)出一種系統(tǒng)慣性小，轉(zhuǎn)向靈活且可原地轉(zhuǎn)向的全向跑步機，解決轉(zhuǎn)向帶來的速度失調(diào)問題，并實現(xiàn)對復(fù)雜地形及上下臺階運動的模擬。
[0010]一種柱元陣列式全向跑步機，包括行走平臺和陣列式全向驅(qū)動組件。陣列式全向驅(qū)動組件由若干個可全向驅(qū)動的柱元構(gòu)成，柱元沿垂直軸放置，其動力由外部的主動力輪和轉(zhuǎn)向動力輪提供，主動力輪帶動動力輸入輪，帶動同軸連接的圓錐齒輪，帶動滾動齒輪，此時主動力轉(zhuǎn)動軸已變?yōu)樗椒较?，然后工作滾輪被帶動，從而驅(qū)動載荷水平運動，在需要轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向動力輪轉(zhuǎn)動一定角度，帶動柱元殼體轉(zhuǎn)動一定角度，滾動齒輪和工作滾輪的轉(zhuǎn)軸都固定在柱元殼體上，因而隨著柱元殼體一同繞垂直軸轉(zhuǎn)動相同角度，從而完成了工作滾輪的轉(zhuǎn)向運動，采用上述結(jié)構(gòu)，通過外部輸入的動力，即可完成工作滾輪的水平滾動和360°自由轉(zhuǎn)動兩種運動，實現(xiàn)了全向驅(qū)動功能。
[0011]作為優(yōu)選，柱元陣列中兩個相同的相鄰柱元的動力輸入輪之間通過一個動力同步輪相連，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動，同時，兩個柱元殼體之間通過一個轉(zhuǎn)向同步輪相連，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)向，通過一定的排列方式，整個柱元陣列的動力系統(tǒng)合為一體，由統(tǒng)一的動力裝置和轉(zhuǎn)向裝置來驅(qū)動。
[0012]作為優(yōu)選，柱元陣列中兩個相鄰柱元呈繞垂直軸180°反向放置，兩個動力輸入輪直接相連，反向轉(zhuǎn)動，從而使得最終輸出的兩個工作滾輪的轉(zhuǎn)動方向仍然相同，同時，兩個柱元殼體之間通過一個轉(zhuǎn)向同步輪相連，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)向，通過一定的排列方式，整個柱元陣列的動力系統(tǒng)合為一體，由統(tǒng)一的動力裝置和轉(zhuǎn)向裝置來驅(qū)動。
[0013]作為優(yōu)選，正反放置的柱元交錯均勻排布在行走平面上，使得在載荷與行走平面接觸的區(qū)域，始終有相同數(shù)量的正反兩種柱元，因而當(dāng)柱元陣列轉(zhuǎn)向時，滾動齒輪在圓錐齒輪上滾動造成的工作滾輪速度失調(diào)問題可抵消。
[0014]作為優(yōu)選，轉(zhuǎn)向動力輪在帶動柱元殼體轉(zhuǎn)向的同時，也帶動外部動力裝置繞其自身軸整體轉(zhuǎn)動，因而使得外部動力裝置所帶動的主動力輪也同時加速或減速，使圓錐齒輪與滾動齒輪不發(fā)生相對滾動，因而工作滾輪的轉(zhuǎn)速不會偏離預(yù)定值，速度失調(diào)問題可消除。
[0015]作為優(yōu)選，在行走平面上柱元陣列的間隙位置，安裝有可全向轉(zhuǎn)動且阻尼可調(diào)的輔助滾珠，用來增加或減少用戶腳面在平臺上的摩擦力。
[0016]作為優(yōu)選，用戶在行走平面上行走時，穿上帶有特制鞋底板的鞋，鞋底板由若干梯形棱桿組合而成，梯形棱桿一端有鉸鏈，若干梯形棱桿相互鉸接成鏈狀結(jié)構(gòu)，形成特制鞋底板，該鞋底板只能向上彎曲，而無法向上凸起，因而，在遇到行走平面上的各種凸起部件時，特制鞋底板在向上凸起的過程中能將支撐力分散，從而使人腳感到較小的局部支撐力，而當(dāng)人腳面自然向上彎曲時，梯形結(jié)構(gòu)下端張開，對彎曲無阻礙。
[0017]作為優(yōu)選，用戶在行走平面上行走時，身體上固定有剛性支架，支架頂端連有安全繩，安全繩與行走平臺外部的動力收緊裝置相連，當(dāng)用戶正常行走時安全繩處于松弛狀態(tài)，當(dāng)用戶即將摔倒時，安全繩收緊，從而避免用戶摔倒，在需要時，動力收緊裝置可帶動安全繩將用戶垂直提起離開地面，以制造臨空感受。
[0018]作為優(yōu)選，柱元上有彈性轉(zhuǎn)向延遲結(jié)構(gòu)，具體為，轉(zhuǎn)向動力輪帶動轉(zhuǎn)向齒環(huán)，而轉(zhuǎn)向齒環(huán)與柱元殼體之間用若干彈性結(jié)構(gòu)連接，當(dāng)柱元上有載荷時，柱元殼體被壓在基板上無法轉(zhuǎn)動，當(dāng)載荷撤離，柱元殼體可以自由地與轉(zhuǎn)向齒環(huán)同步轉(zhuǎn)動，從而避免了在用戶腳接觸期間轉(zhuǎn)向?qū)е碌乃俣仁д{(diào)問題，彈性結(jié)構(gòu)可以是彈簧結(jié)構(gòu)也可以是其他彈性物質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)。
[0019]作為優(yōu)選,柱元上有斜面轉(zhuǎn)向延遲結(jié)構(gòu),具體為,轉(zhuǎn)向動力輪帶動斜面轉(zhuǎn)向齒環(huán)，當(dāng)柱元上有載荷時，柱元殼體被壓在基板上無法轉(zhuǎn)動，當(dāng)載荷撤離，柱元殼體下方的升力裝置將柱元殼體向上推動，柱元殼體的外臺階有與斜面轉(zhuǎn)向齒環(huán)相同角度的斜面，柱元殼體向上運動并沿著斜面發(fā)生滑動轉(zhuǎn)動，直到兩個斜面完全貼合，柱元殼體停止上升和轉(zhuǎn)動，到達了與斜面轉(zhuǎn)向齒環(huán)相同的角度，完成轉(zhuǎn)向運動，從而避免了在用戶腳接觸期間轉(zhuǎn)向?qū)е碌乃俣仁д{(diào)問題，升力裝置可以是彈簧結(jié)構(gòu)也可以是氣壓或液壓等彈性結(jié)構(gòu)或動力機構(gòu)。兩個斜面的接觸面可加潤滑劑或滾珠來減小滑動摩擦力。
[0020]作為優(yōu)選，柱元可沿著垂直方向上下運動，具體方法是，主動力輪與滑動動力輸入輪配合，滑動動力輸入輪帶動滑動連軸轉(zhuǎn)動，從而帶動圓錐齒輪，且滑動動力輸入輪可沿軸向自由滑動，同時，轉(zhuǎn)向動力輪與滑動轉(zhuǎn)向輸入輪配合，滑動轉(zhuǎn)向輸入輪上有若干小孔，可供柱元殼體上的若干滑動桿穿過，從而帶動柱元殼體轉(zhuǎn)動，且滑動轉(zhuǎn)向輸入輪同時可沿軸向自由滑動，采用上述結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)柱元結(jié)構(gòu)的上下自由伸縮，同時保證主動力輪、滑動動力輸入輪、轉(zhuǎn)向動力輪和滑動轉(zhuǎn)向輸入輪這四個齒輪的垂直位置不變，以便外部輸入動力，底部動力伸縮裝置通過軸承帶動滑動連軸上下運動來帶動整個柱元結(jié)構(gòu)的上下運動，動力伸縮裝置可以是電動伸縮機構(gòu)，也可以是氣壓或液壓等其他伸縮機構(gòu)，通過若干可上下伸縮的柱元組成的陣列，可以對復(fù)雜地形、臺階、地面物體等一定高度的立體結(jié)構(gòu)進行較為真實的模擬。
[0021]作為優(yōu)選，由柱元陣列組成的行走平臺下方安裝有若干可獨立控制的平臺升降裝置，從而使得行走平臺在不同的高度以不同的角度傾斜，平臺升降裝置可以是電動伸縮機構(gòu)，也可以是氣壓或液壓等其他伸縮機構(gòu)，多個帶有平臺升降裝置的行走平臺拼接組合，可模擬各種復(fù)雜地形中的行走運動及上下臺階運動。
[0022]作為優(yōu)選，柱元中的工作滾輪旁邊帶有若干個輔助滾輪，可有效增大與載荷的接觸面積，滾輪與殼體上表面之間的縫隙處填充有防塵材料，可有效防止雜物進入柱元影響內(nèi)部工作。
[0023]作為優(yōu)選，每個柱元下方與基板之間有載荷傳感器，當(dāng)柱元上有載荷時，柱元受壓下沉，載荷傳感器感知到運動或壓力從而發(fā)出信號，控制系統(tǒng)通過分析整個平臺所有載荷傳感器的信號，可得出用戶腳的所在位置。
[0024]本發(fā)明有益效果如下。
[0025]I)柱元的轉(zhuǎn)向運動和水平滾動兩種運動相互獨立可控，且柱元內(nèi)部不含獨立的動力裝置，所有動力皆由外部輸入，因而所述柱元的質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、替換方便、
可靠性高。
[0026]2)陣列中所有柱元的滾動和轉(zhuǎn)向動力輸入輪可連為一體，由統(tǒng)一的外部動力裝置來進行驅(qū)動，保證了運動的統(tǒng)一性，且控制系統(tǒng)簡單、可靠性高。
[0027]3)柱元有正反兩種放置形式，在轉(zhuǎn)向時可產(chǎn)生相反的速度失調(diào)效應(yīng)，因而可通過正反柱元的均勻混排來從整體上抵消速度失調(diào)問題。
[0028]4)通過轉(zhuǎn)向延遲結(jié)構(gòu)，可保證當(dāng)用戶腳接觸柱元時，轉(zhuǎn)向控制失效，當(dāng)用戶腳撤離時，轉(zhuǎn)向運動才發(fā)生，因而防止了速度失調(diào)問題對用戶的影響。
[0029]5 )柱元可沿垂直方向上下運動，若干柱元以不同高度組合排列，可對復(fù)雜地形、臺階、地面物體等一定高度的立體結(jié)構(gòu)進行較為真實的模擬。
[0030]6)行走平臺可在不同的高度以不同的角度傾斜，多個可升降和傾斜的行走平臺拼接組合，可模擬各種復(fù)雜地形中的行走運動及上下臺階運動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是基本型柱元的結(jié)構(gòu)拆分示意圖。
[0032]圖2是相鄰兩個相同柱元的連接方式示意圖。
[0033]圖3是相鄰兩個相反放置的柱元的連接方式示意圖。
[0034]圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖4E是采用如圖2連接方式的五種典型柱元排列方式示意圖。
[0035]圖5A、圖5B是采用如圖3連接方式的兩種典型柱元排列方式示意圖。
[0036]圖6是外部動力裝置與轉(zhuǎn)向機構(gòu)相連從而消除速度失調(diào)問題的示意圖。
[0037]圖7是柱元陣列與輔助滾珠的典型排布方式示意圖。
[0038]圖8是特制鞋底的梯形棱桿外形示意圖。
[0039]圖9是帶有梯形棱桿的特制鞋底在行走平面上受支撐和彎曲的情況示意圖。
[0040]圖10A、圖10B、圖10C、圖1OD是安全繩系裝置在不同狀態(tài)下的作用示意圖。
[0041]圖11A、圖11B、圖1lC是帶有彈性轉(zhuǎn)向延遲結(jié)構(gòu)的柱元在不同情況下的狀態(tài)示意圖。
[0042]圖12A、圖12B、圖12C、圖12D是帶有斜面轉(zhuǎn)向延遲結(jié)構(gòu)的柱元在不同情況下的狀
態(tài)示意圖。
[0043]圖13是上下伸縮型柱元的結(jié)構(gòu)拆分示意圖。
[0044]圖14A、圖14B是上下伸縮型柱元的上下運動不同狀態(tài)示意圖。
[0045]圖15是上下伸縮型柱元組成的陣列形成的典型行走表面示意圖。
[0046]圖16是圖15中柱元陣列形成的行走表面對應(yīng)的抽象化立體網(wǎng)格示意圖。
[0047]圖17是帶有升降裝置的柱元陣列行走平臺示意圖。
[0048]圖18A、圖18B、圖18C是單個帶有升降裝置的行走平臺模擬不同地形的示意圖。
[0049]圖19是四個帶有升降裝置的方形行走平臺拼接的情況示意圖。
[0050]圖20是七個帶有升降裝置的六邊形行走平臺拼接的情況示意圖。
[0051]圖21A、圖21B、圖21C、圖21D、圖21E、圖21F是六種不同形狀行走平臺的典型拼接方式示意圖。
[0052]圖22A、圖22B、圖22C、圖22D、圖22E是拼接型行走平臺模擬不同地形的示意圖。
[0053]圖23A、圖23B、圖23C、圖23D、圖23E、圖23F、圖23G、圖23H是拼接型行走平臺模擬上臺階運動的連續(xù)狀態(tài)序列示意圖。
[0054]圖24是配有輔助滾輪、載荷傳感器和防塵材料的柱元示意圖。
[0055]圖中示意元素及編號:柱元1、主動力輪2、轉(zhuǎn)向動力輪3、動力輸入輪4、圓錐齒輪
5、滾動齒輪6、工作滾輪7、柱元殼體8、動力同步輪9、轉(zhuǎn)向同步輪10、輔助滾輪11、載荷12、基板13、外部動力裝置14、行走平面15、輔助滾珠16、梯形棱桿17、剛性支架18、安全繩19、動力收緊裝置20、轉(zhuǎn)向齒環(huán)21、彈性結(jié)構(gòu)22、斜面轉(zhuǎn)向齒環(huán)23、升力裝置24、滑動動力輸入輪25、滑動連軸26、滑動轉(zhuǎn)向輸入輪27、滑動桿28、動力伸縮裝置29、軸承30、行走平臺31、平臺升降裝置32、右腳33、左腳34、防塵材料35、滾動齒輪軸孔36、工作滾輪軸孔37、外部支架38、載荷傳感器39。
【具體實施方式】
[0056]柱元陣列式全向跑步機，包括行走平臺和陣列式全向驅(qū)動組件，實現(xiàn)全向驅(qū)動組件的關(guān)鍵是同時實現(xiàn)工作滾輪(7)的滾動和轉(zhuǎn)向獨立控制，并防止兩種運動產(chǎn)生耦合效應(yīng)，造成速度失調(diào)。在本例中，全向驅(qū)動組件采用如圖1所示的柱元(I)形式。柱元(I)包括兩套齒輪傳動系統(tǒng)，一套是工作傳動系統(tǒng)，以主動力輪(2)帶動動力輸入輪(4)，帶動同軸連接的圓錐齒輪(5 )，帶動滾動齒輪(6 )，最后帶動工作滾輪(7 )運動，在傳動過程中轉(zhuǎn)動軸由垂直轉(zhuǎn)換為水平，為工作滾輪(7)的滾動提供了動力；另一套是轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)，以轉(zhuǎn)向動力輪(3)帶動柱元殼體(8)，柱元殼體(8)上有滾動齒輪軸孔(36)和工作滾輪軸孔(37)，將帶動滾動齒輪(6 )和工作滾輪(7 )的轉(zhuǎn)軸繞垂直軸旋轉(zhuǎn)一定角度，從而完成了工作滾輪(7 )的轉(zhuǎn)向運動。
[0057]由圖1所示結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的全向驅(qū)動組件將會導(dǎo)致速度失調(diào)問題。原因是，在柱元殼體(8 )轉(zhuǎn)向運動中，滾動齒輪(6 )的轉(zhuǎn)軸在繞垂直軸轉(zhuǎn)動時，將帶動滾動齒輪(6 )在圓錐齒輪(5)上產(chǎn)生額外的相對滾動，因而造成滾動齒輪(6)的速度偏離預(yù)定值。例如，當(dāng)柱元殼體(8)沿俯視順時針(圖中箭頭所指)方向轉(zhuǎn)動時，將帶動滾動齒輪(6)沿圖中標(biāo)有的轉(zhuǎn)動方向加速轉(zhuǎn)動，造成工作滾輪(7)速度增加；當(dāng)柱元殼體(8)沿俯視逆時針(圖中箭頭所指相反)方向轉(zhuǎn)動時，將帶動滾動齒輪(6 )沿圖中標(biāo)有的轉(zhuǎn)動方向減速轉(zhuǎn)動，造成工作滾輪(7 )速度減小。上述機理所描述的兩套運動之間的耦合作用，導(dǎo)致的工作滾輪(7)的速度增加或減小，即本說明書所定義的速度失調(diào)問題。速度失調(diào)問題將會影響用戶的正常運動，在極端情況下甚至可能導(dǎo)致用戶失去平衡而摔倒，因而必須采取措施加以消除。
[0058]采用如圖1所示的基本型柱元結(jié)構(gòu)，可采用以下方法消除速度失調(diào)問題:在柱元殼體(8)轉(zhuǎn)向時，主動力輪(2)也同時加速或減速，使圓錐齒輪(5)與滾動齒輪(6)的相對傳動關(guān)系不變，因而工作滾輪(7)在轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)速不會偏離預(yù)定值，速度失調(diào)問題可消除。
[0059]另有其他一些消除速度失調(diào)問題的解決方案，將在下文詳細闡述。
[0060]圖2畫出了相鄰兩個相同柱元的連接方式。兩個相同的相鄰柱元(I)的動力輸入輪(4)之間通過一個動力同步輪(9)相連，同時，兩個柱元殼體(8)之間通過一個轉(zhuǎn)向同步輪(10)相連。因而相鄰柱兀(I)的傳動系統(tǒng)(工作傳動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng))連為一體，可以同步控制轉(zhuǎn)向、加減速兩種運動。
[0061]圖3畫出了相鄰兩個相反放置的柱元的連接方式。兩個相鄰柱元(I)呈繞垂直軸180°對稱(分別以V和X兩種符號標(biāo)識，以便下文對兩種柱元加以區(qū)分)，兩個動力輸入輪
(4)直接相連，反向轉(zhuǎn)動的兩個動力輸入輪(4)帶動兩個相反放置的柱元(1)，因而負負得正，最終輸出的兩個工作滾輪(7)的轉(zhuǎn)速和方向仍相同；同時，兩個柱元殼體(8)之間通過一個轉(zhuǎn)向同步輪(IO )相連。因而相鄰柱兀(I)的傳動系統(tǒng)(工作傳動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng))連為一體，可以同步控制轉(zhuǎn)向、加減速兩種運動。
[0062]圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖4E畫出了采用如圖2連接方式的五種典型柱元排列方式示意圖。
[0063]圖4A是柱元呈正方形網(wǎng)格排列的一種情況，柱元間沿網(wǎng)格線(圖中點劃線)方向連接兩套傳動系統(tǒng)，其中實線表不工作傳動系統(tǒng)，虛線表不轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)。
[0064]圖4B是柱元呈正方形網(wǎng)格排列的另一種情況，柱元間沿網(wǎng)格線偏45°方向連接兩套傳動系統(tǒng)，相鄰四個柱元間共用一個動力同步輪(9)或轉(zhuǎn)向同步輪(10)。
[0065]圖4C中柱元呈三角形網(wǎng)格排列，相鄰三個柱元間共用一個動力同步輪(9)或轉(zhuǎn)向同步輪(10)，同時動力同步輪(9)和轉(zhuǎn)向同步輪(10)交替排列而不重疊以節(jié)省空間。
[0066]圖4D中柱元呈三角形網(wǎng)格排列，相鄰三個柱元間共用一個轉(zhuǎn)向同步輪(10)，同一行柱元的動力輸入輪(4)間沿點劃線用若干動力同步輪(9)相連，不同行柱元的動力輸入輪(4)間由主動力輪(2)直接連接，因而所有柱元動力輸入輪(4)轉(zhuǎn)動方向相同，最終輸出的所有工作滾輪(7)的轉(zhuǎn)速和方向相同。[0067]圖4E中柱元呈三角形網(wǎng)格排列，相鄰三個柱元間共用一個轉(zhuǎn)向同步輪(10)，同一行柱元的動力輸入輪(4)間沿點劃線用若干動力同步輪(9)相連，不同行柱元的動力輸入輪(4)間由兩個主動力輪(2)間接連接，相鄰行中柱元的動力輸入輪(4)轉(zhuǎn)動方向相反，此時應(yīng)采用正反柱元交替成行排列，關(guān)于正反放置的定義見圖3，以V符號代表正向放置柱元，以X符號代表反向放置柱元。例如，可采用如下策略:第一行柱元全部采取正向放置(圖中標(biāo)有V符號的柱兀)，第二行柱兀全部米取180°反向放置(圖中標(biāo)有X符號的柱兀)，第三行又全部正向放置(圖中標(biāo)有V符號的柱元)，因而負負得正，最終輸出的所有工作滾輪(7)的轉(zhuǎn)速和方向仍相同。
[0068]圖5A、圖5B畫出了采用如圖3連接方式的兩種典型柱元排列方式示意圖，都是正方形網(wǎng)格排列。
[0069]圖5A中柱元間沿網(wǎng)格線方向連接轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)，而動力輸入輪(4)直接相連，間隔反向的動力輸入輪(4)與間隔反向放置的柱元(在圖中以V和X符號表示正反放置的柱元)相互配合，負負得正，最終輸出的所有工作滾輪(7)的轉(zhuǎn)速和方向仍相同。
[0070]圖5B中柱元間沿網(wǎng)格線偏45°方向連接轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)，而動力輸入輪(4)直接相連，間隔反向的動力輸入輪(4)與間隔反向放置的柱兀(在圖中以V和X符號表不正反放置的柱元)相互配合，負負得正，最終輸出的所有工作滾輪(7)的轉(zhuǎn)速和方向仍相同。
[0071]需要強調(diào)的是，當(dāng)采用如圖4E、圖5A、圖5B所描繪的柱元排列方式，正反放置的柱元交錯均勻排布在行走平面上。若柱元足夠小，排列足夠緊密，使得在載荷與行走平面接觸的區(qū)域，始終有幾乎相同數(shù)量的正反兩種柱元。當(dāng)柱元陣列轉(zhuǎn)向時，相鄰的柱元產(chǎn)生的速度失調(diào)方向相反，因而相互抵消，整體上呈現(xiàn)的效果是速度失調(diào)問題被抵消掉了。這是速度失調(diào)問題的一種解決方案。
[0072]圖6畫出了外部動力裝置(例如圖中所示的電動機)與轉(zhuǎn)向機構(gòu)相連的示意圖。轉(zhuǎn)向動力輪(3)在帶動柱元殼體(8)轉(zhuǎn)向的同時，也帶動外部動力裝置(14)繞其自身軸整體轉(zhuǎn)動，因而使得外部動力裝置(14)所帶動的主動力輪(2)也同時加速或減速，使圓錐齒輪
(5)與滾動齒輪(6)不發(fā)生相對滾動，因而工作滾輪(7)的轉(zhuǎn)速不會偏離預(yù)定值。這是速度失調(diào)問題的另一種解決方案。
[0073]圖7畫出了柱元陣列與輔助滾珠的典型排布方式。在行走平面(15)上柱元(I)陣列的間隙位置，安裝有可全向轉(zhuǎn)動且阻尼可調(diào)的輔助滾珠(16)，用來增加或減少用戶腳面在平臺上的摩擦力。
[0074]圖8畫出了特制鞋底的梯形棱桿外形。梯形棱桿(17)橫截面為梯形，一端有兩個長鉸鏈。
[0075]圖9畫出了帶有梯形棱桿的特制鞋底在行走平面上受支撐和彎曲的情況。若干梯形棱桿(17)相互鉸接成鏈狀結(jié)構(gòu)，附著在用戶鞋底形成特制鞋底板，該鞋底板只能向上彎曲，而無法向上凸起，因而，在遇到行走平面上的各種凸起部件時，在向上凹起的過程中能將支撐力分散，從而使人腳感到較小的局部支撐力，因而讓人感覺不到腳面相對于行走平面的運動，提高了模擬行走的真實性；而當(dāng)人腳面自然向上彎曲時，梯形結(jié)構(gòu)下端張開，對彎曲無阻礙。
[0076]圖10A、圖10B、圖10C、圖1OD畫出了安全繩系裝置在不同狀態(tài)下的作用。用戶在行走平面(15)上行走時，身體上固定有剛性支架(18)，支架頂端連有安全繩(19)，安全繩(19)與動力收緊裝置(20)相連，動力收緊裝置(20)安裝在外部支架(38)上。
[0077]圖1OA中用戶處于正常行走狀態(tài)，則安全繩(19)處于松弛狀態(tài)；圖1OB中系統(tǒng)為了給用戶制造臨空感受，或類似失重的感受，安全繩(19)收緊，用戶被提起離開地面；圖1OC和圖1OD中用戶處于向前或向后即將摔倒的狀態(tài)，安全繩(19)收緊給歪斜的人體提供支撐，從而避免用戶摔倒。
[0078]在其他一些場景下，安全繩(19)可以給用戶提供一定方向的作用力，來模擬虛擬環(huán)境中的力的作用。
[0079]下面介紹另外兩種解決速度失調(diào)問題的方案:彈性轉(zhuǎn)向延遲結(jié)構(gòu)方案和斜面轉(zhuǎn)向延遲結(jié)構(gòu)方案。
[0080]圖11A、圖11B、圖1lC畫出了帶有彈性轉(zhuǎn)向延遲結(jié)構(gòu)的柱元的工作情況。
[0081]圖1lA中柱元(I)上有載荷(12)，轉(zhuǎn)向齒環(huán)(21)與柱元殼體(8)之間有若干彈性結(jié)構(gòu)(22)連接，此時彈性結(jié)構(gòu)(22)接近最小變形狀態(tài)。
[0082]圖1lB描繪了帶載轉(zhuǎn)向的情況，帶載轉(zhuǎn)向時柱元的轉(zhuǎn)向運動被隔離和延遲。轉(zhuǎn)向動力輪(3)帶動轉(zhuǎn)向齒環(huán)(21)轉(zhuǎn)動一定角度，而柱元殼體(8)被壓在基板(13)上無法轉(zhuǎn)動，此時彈性結(jié)構(gòu)(22)被拉長。特別地，為了防止彈性結(jié)構(gòu)(22)變形量過大而失效損壞，又必須保證柱元360°自由轉(zhuǎn)向不受限制，故轉(zhuǎn)向齒環(huán)(21)的轉(zhuǎn)動范圍設(shè)定為±180°較為合理，這種情況下轉(zhuǎn)動范圍剛好覆蓋整個圓周，且彈性結(jié)構(gòu)(22)的最大變形量最小。
[0083]圖1lC描繪了空載轉(zhuǎn)向的情況，空載時柱元殼體(8)可隨著轉(zhuǎn)向齒環(huán)(21)自由轉(zhuǎn)向。在載荷(12)撤離的瞬間，柱元殼體(8)隨之上升離開基板(13)，如果此時轉(zhuǎn)向齒環(huán)(21)與柱元殼體(8)存在角度差，彈性結(jié)構(gòu)(22)將迅速恢復(fù)至最小變形狀態(tài)，彈性力帶動柱元殼體(8)轉(zhuǎn)動，完成在帶載時被延遲的轉(zhuǎn)向任務(wù)。
[0084]彈性轉(zhuǎn)向延遲結(jié)構(gòu)簡單可靠，保證了用戶腳踩范圍的柱元不會發(fā)生轉(zhuǎn)向，而當(dāng)腳離開后會自動完成轉(zhuǎn)向，因而消除了速度失調(diào)問題對用戶的影響。彈性結(jié)構(gòu)(22)可以是彈簧結(jié)構(gòu)也可以是其他彈性物質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)，需要注意的是彈性結(jié)構(gòu)(22)變形量往往比較大，且動作頻繁，對彈性結(jié)構(gòu)(22)的材料性能要求較高。
[0085]圖12A、圖12B、圖12C、圖12D畫出了帶有斜面轉(zhuǎn)向延遲結(jié)構(gòu)的柱元的工作情況。斜面轉(zhuǎn)向齒環(huán)(23)的斜面與柱元殼體(8)外臺階的斜面角度相同，因而在升力裝置(24)的升力作用下有一起運動的趨勢，當(dāng)空載時，柱元殼體(8)可隨著斜面轉(zhuǎn)向齒環(huán)(23)自由轉(zhuǎn)向。兩個斜面的接觸面可以自由滑動，可加潤滑劑或滾珠來減小摩擦力。
[0086]圖12A中柱元(I)上有載荷(12 )，柱元殼體(8 )被向下壓緊在基板(13 )上。
[0087]圖12B中，斜面轉(zhuǎn)向齒環(huán)(23)隨著轉(zhuǎn)向動力輪(3)轉(zhuǎn)動了 180° (也可以是其他任意角度)，而柱元殼體(8 )仍被壓緊在基板(13)上不發(fā)生轉(zhuǎn)動。
[0088]圖12C中，載荷(12)撤離，柱元殼體(8)在升力裝置(24)的作用下上升一定距離，兩個斜面開始接觸。
[0089]圖12D中，在升力裝置(24)的作用下，柱元殼體(8)繼續(xù)上升，開始沿著斜面轉(zhuǎn)向齒環(huán)(23)的斜面發(fā)生滑動并開始轉(zhuǎn)動，直到轉(zhuǎn)過180°，兩個斜面完全貼合，轉(zhuǎn)動停止，完成了帶載時被延遲的轉(zhuǎn)向任務(wù)。
[0090]斜面轉(zhuǎn)向延遲結(jié)構(gòu)同樣是通過延遲柱元轉(zhuǎn)向來消除了速度失調(diào)問題對用戶的影響。斜面轉(zhuǎn)向延遲結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但其優(yōu)點是對斜面轉(zhuǎn)向齒環(huán)(23)的轉(zhuǎn)動范圍沒有限制，且斜面會自動沿著圓周中較短的弧線來滑動恢復(fù)。升力裝置(24)可以是彈簧結(jié)構(gòu)也可以是氣壓或液壓等彈性結(jié)構(gòu)或動力機構(gòu)。
[0091]圖13畫出了上下伸縮型柱元的拆分結(jié)構(gòu)。其中主動力輪(2)與滑動動力輸入輪(25 )配合，滑動動力輸入輪(25 )帶動滑動連軸(26 )轉(zhuǎn)動，從而帶動圓錐齒輪(5 )，且滑動動力輸入輪(25)可沿軸向自由滑動，同時,轉(zhuǎn)向動力輪(3)與滑動轉(zhuǎn)向輸入輪(27)配合，滑動轉(zhuǎn)向輸入輪(27)上有若干小孔，可供柱元殼體(8)上的若干滑動桿(28)穿過，從而帶動柱元殼體(8)轉(zhuǎn)動，且滑動轉(zhuǎn)向輸入輪(27)同時可沿軸向自由滑動。
[0092]由圖14A和圖14B可以看出，柱元工作部分在上下伸縮的過程中，主動力輪(2)、滑動動力輸入輪(25)、轉(zhuǎn)向動力輪(3)和滑動轉(zhuǎn)向輸入輪(27)這四個齒輪的垂直位置不變，以便外部輸入動力。柱元的上下運動由動力伸縮裝置(29)通過軸承(30)帶動滑動連軸
(26)上下運動來實現(xiàn)。動力伸縮裝置(29)可以是電動伸縮機構(gòu)，也可以是氣壓或液壓等其他伸縮機構(gòu)。
[0093]圖15畫出了上下伸縮型柱元組成的陣列形成的典型行走表面。陣列中部分柱元上升，且高度不同，因而形成了復(fù)雜的三維地面結(jié)構(gòu)，其抽象化立體網(wǎng)格如圖16所示。
[0094]由圖16可以看出，行走表面形成了一個小臺階和一個平地上的凸起，這說明利用上下伸縮型柱元陣列可以對復(fù)雜地形、臺階、地面物體等一定高度的立體結(jié)構(gòu)進行較為真實的靜態(tài)和動態(tài)模擬，因而可實現(xiàn)復(fù)雜地形運動、上下臺階運動、地面物體互動等高級模擬。
[0095]圖17畫出了帶有升降裝置的柱元陣列行走平臺。柱元(I)陣列組成的行走平臺
(31)下方安裝有若干可獨立控制的平臺升降裝置(32)，從而使得行走平臺(31)在不同的高度以不同的角度傾斜。平臺升降裝置(32)可以是電動伸縮機構(gòu)，也可以是氣壓或液壓等其他伸縮機構(gòu)。若采用圖15中的方案制成帶有升降裝置的上下伸縮柱元陣列行走平臺，則可進一步提聞復(fù)雜地形的1旲擬能力。
[0096]圖18A畫出了一個帶有升降裝置的行走平臺在平地行走模式下工作的情況，此時前后兩端的平臺升降裝置(32)高度相同。
[0097]圖18B畫出了一個帶有升降裝置的行走平臺在上坡行走模式下工作的情況，此時前端平臺升降裝置(32)高度較高，后端平臺升降裝置(32)高度較低。
[0098]圖18C畫出了一個帶有升降裝置的行走平臺在下坡行走模式下工作的情況，此時前端平臺升降裝置(32)高度較低，后端平臺升降裝置(32)高度較高。
[0099]多個帶有平臺升降裝置(32 )的行走平臺(31)組成拼接型行走平臺，可模擬各種復(fù)雜地形中的行走運動及上下臺階運動。若采用圖15中的方案制成帶有升降裝置的上下伸縮柱元陣列拼接型行走平臺，則可進一步提高復(fù)雜地形的模擬能力。
[0100]圖19畫出了四個帶有升降裝置的方形行走平臺拼接的情況。
[0101]圖20畫出了七個帶有升降裝置的六邊形行走平臺拼接的情況，這是一種中心對稱式拼接方案，中心的為主行走平臺，四周的為輔助行走平臺。一般情況下用戶只在主行走平臺上運動，只有當(dāng)用戶快速改變運動狀態(tài)或模擬復(fù)雜地形時，才需要用到輔助行走平臺。
[0102]圖21A、圖21B、圖21C、圖21D、圖21E、圖21F畫出了其他六種典型的中心對稱式拼接方案。
[0103]圖22A、圖22B、圖22C、圖22D、圖22E分別畫出了用戶在拼接型行走平臺上模擬低洼、山頂、山谷、山脊及一般曲面等復(fù)雜地形的行走情況。
[0104]圖23A、圖23B、圖23C、圖23D、圖23E、圖23F、圖23G、圖23H畫出了拼接型行走平臺模擬用戶上臺階運動的連續(xù)狀態(tài)序列。
[0105]圖23A為初始靜止?fàn)顟B(tài)，用戶右腳(33)(圖中以空心三角形表示)在前，用戶左腳
(34)(圖中以實心三角形表示)在后，兩塊行走平臺(31)前高后低形成一個臺階。
[0106]圖23B中用戶抬起右腳(33)放在臺階上，行走平臺保持靜止。
[0107]圖23C中用戶左腳(34)離開行走平面，載荷傳感器感應(yīng)到用戶左腳離地，系統(tǒng)開始準(zhǔn)備執(zhí)行上臺階運動程序。
[0108]圖23D中前面的行走平臺(31)下降，同時開始向后傳送用戶右腳(33)。
[0109]圖23E中前面的行走平臺(31)下降到與后面的行走平臺(31)相同的高度，此時用戶的右腳(33)剛到達兩個行走平臺(31)的接縫之處，因而能無阻礙的通過接縫到達后面的行走平臺(31)上。此時前后兩個行走平臺(31)以相同速度向后傳送用戶的右腳(33)。
[0110]圖23F中用戶的右腳(33)已經(jīng)運動到后面的行走平臺(31)上，此時用戶的左腳
(34)仍保持懸空狀態(tài)。
[0111]圖23G中用戶左腳(34)抬起跨向高處，與此同時前面的行走平臺(31)迅速升高，以構(gòu)建下一個臺階。
[0112]圖23H中用戶左腳(34)到達新一級臺階高度，與此同時前面的行走平臺(31)也到達新一級臺階高度，用戶左腳(34)順利踩上新一級臺階，此時左腳(34)在前，右腳(33 )在后。
[0113]按照上面的規(guī)律依次類推，可持續(xù)模擬上臺階運動。下臺階運動同理可模擬，不再贅述。
[0114]圖24畫出了柱元可配置的一些輔助結(jié)構(gòu)。柱元(I)中的工作滾輪(7)旁邊帶有輔助滾輪(11)，可有效增大與載荷(12)的接觸面積；滾輪與殼體上表面之間的縫隙處填充有防塵材料(35)，可有效防止雜物進入柱元影響內(nèi)部工作；每個柱元(I)下方與基板(13)之間有載荷傳感器(39 )，當(dāng)柱元上有載荷(12 )時，柱元(I)受壓下沉，載荷傳感器(39 )感知到運動或壓力從而發(fā)出信號，控制系統(tǒng)通過分析整個平臺所有載荷傳感器(39)的信號，可迅速得出用戶腳的所在位置，進一步可用來分析人體受力情況和平衡狀態(tài)，以便采取應(yīng)對措施。
[0115]以上對本發(fā)明實施例的多種選型方案進行了描述，但是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的設(shè)計思想和構(gòu)思的基礎(chǔ)上仍可以作出其他變型或者改型，應(yīng)當(dāng)說，這樣一些變型或改型都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種柱元陣列式全向跑步機，包括行走平臺和陣列式全向驅(qū)動組件，其特征是:陣列式全向驅(qū)動組件由若干個可全向驅(qū)動的柱元(I)構(gòu)成，柱元(I)沿垂直軸放置，其動力由外部的主動力輪(2)和轉(zhuǎn)向動力輪(3)提供，主動力輪(2)帶動動力輸入輪(4)，帶動同軸連接的圓錐齒輪(5)，帶動滾動齒輪(6)，此時主動力轉(zhuǎn)動軸已變?yōu)樗椒较?，然后工作滾輪(7)被帶動，從而驅(qū)動載荷水平運動，在需要轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向動力輪(3)轉(zhuǎn)動一定角度，帶動柱元殼體(8)轉(zhuǎn)動一定角度，滾動齒輪(6)和工作滾輪(7)的轉(zhuǎn)軸都固定在柱元殼體(8)上，因而隨著柱元殼體(8)—同繞垂直軸轉(zhuǎn)動相同角度，從而完成了工作滾輪(7)的轉(zhuǎn)向運動，采用上述結(jié)構(gòu)，通過外部輸入的動力，即可完成工作滾輪(7)的水平滾動和360°自由轉(zhuǎn)動兩種運動，實現(xiàn)了全向驅(qū)動功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱元陣列式全向跑步機，其特征是:兩個相同的相鄰柱元(I)的動力輸入輪(4)之間通過一個動力同步輪(9)相連，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動，同時，兩個柱元殼體(8)之間通過一個轉(zhuǎn)向同步輪(10)相連，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)向，通過一定的排列方式，整個柱元陣列的動力系統(tǒng)合為一體，由統(tǒng)一的動力裝置和轉(zhuǎn)向裝置來驅(qū)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱元陣列式全向跑步機，其特征是:兩個相鄰柱元(I)呈繞垂直軸180°反向放置，兩個動力輸入輪(4)直接相連，反向轉(zhuǎn)動，從而使得最終輸出的兩個工作滾輪(7)的轉(zhuǎn)動方向仍然相同，同時，兩個柱元殼體(8)之間通過一個轉(zhuǎn)向同步輪(10)相連，實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)向，通過一定的排列方式，整個柱元陣列的動力系統(tǒng)合為一體，由統(tǒng)一的動力裝置和轉(zhuǎn)向裝置來驅(qū)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柱元陣列式全向跑步機，其特征是:正反放置的柱元(I)交錯均勻排布在行走平面上 ，使得在載荷與行走平面接觸的區(qū)域，始終有相同數(shù)量的正反兩種柱元(I )，因而當(dāng)柱元陣列轉(zhuǎn)向時，滾動齒輪(6)在圓錐齒輪(5 )上滾動造成的工作滾輪(7)速度失調(diào)問題可抵消。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱元陣列式全向跑步機，其特征是:轉(zhuǎn)向動力輪(3)在帶動柱元殼體(8)轉(zhuǎn)向的同時，也帶動外部動力裝置(14)繞其自身軸整體轉(zhuǎn)動，因而使得外部動力裝置(14)所帶動的主動力輪(2)也同時加速或減速，使圓錐齒輪(5)與滾動齒輪(6)不發(fā)生相對滾動，因而工作滾輪(7)的轉(zhuǎn)速不會偏離預(yù)定值，速度失調(diào)問題可消除。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱元陣列式全向跑步機，其特征是:用戶在行走平面(15)上行走時，穿上帶有特制鞋底板的鞋，鞋底板由若干梯形棱桿(17)組合而成，梯形棱桿(17)一端有鉸鏈，若干梯形棱桿(17)相互鉸接成鏈狀結(jié)構(gòu)，形成特制鞋底板，該鞋底板只能向上彎曲，而無法向上凸起，因而，在遇到行走平面上的各種凸起部件時，特制鞋底板在向上凸起的過程中能將支撐力分散，從而使人腳感到較小的局部支撐力，而當(dāng)人腳面自然向上彎曲時，梯形結(jié)構(gòu)下端張開，對彎曲無阻礙。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱元陣列式全向跑步機，其特征是:柱元(I)上有彈性轉(zhuǎn)向延遲結(jié)構(gòu)，具體為，轉(zhuǎn)向動力輪(3)帶動轉(zhuǎn)向齒環(huán)(21)，而轉(zhuǎn)向齒環(huán)(21)與柱元殼體(8)之間用若干彈性結(jié)構(gòu)(22 )連接，當(dāng)柱元(I)上有載荷(12 )時，柱元殼體(8 )被壓在基板(13 )上無法轉(zhuǎn)動，當(dāng)載荷(12)撤離，柱元殼體(8)可以自由地與轉(zhuǎn)向齒環(huán)(21)同步轉(zhuǎn)動，從而避免了在用戶腳接觸期間轉(zhuǎn)向?qū)е碌乃俣仁д{(diào)問題，彈性結(jié)構(gòu)(22)可以是彈簧結(jié)構(gòu)也可以是其他彈性物質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱元陣列式全向跑步機，其特征是:柱元(I)上有斜面轉(zhuǎn)向延遲結(jié)構(gòu),具體為,轉(zhuǎn)向動力輪(3)帶動斜面轉(zhuǎn)向齒環(huán)(23),當(dāng)柱元(I)上有載荷(12)時,柱元殼體(8)被壓在基板(13)上無法轉(zhuǎn)動，當(dāng)載荷(12)撤離，柱元殼體(8)下方的升力裝置(24)將柱元殼體(8)向上推動，柱元殼體(8)的外臺階有與斜面轉(zhuǎn)向齒環(huán)(23)相同角度的斜面，柱元殼體(8)向上運動并沿著斜面發(fā)生滑動轉(zhuǎn)動，直到兩個斜面完全貼合，柱元殼體(8)停止上升和轉(zhuǎn)動，到達了與斜面轉(zhuǎn)向齒環(huán)(23)相同的角度，完成轉(zhuǎn)向運動，從而避免了在用戶腳接觸期間轉(zhuǎn)向?qū)е碌乃俣仁д{(diào)問題，升力裝置(24)可以是彈簧結(jié)構(gòu)也可以是氣壓或液壓等彈性結(jié)構(gòu)或動力機構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱元陣列式全向跑步機，其特征是:柱元(I)可沿著垂直方向上下運動，具體方法是，主動力輪(2)與滑動動力輸入輪(25)配合，滑動動力輸入輪(25)帶動滑動連軸(26)轉(zhuǎn)動，從而帶動圓錐齒輪(5)，且滑動動力輸入輪(25)可沿軸向自由滑動，同時，轉(zhuǎn)向動力輪(3)與滑動轉(zhuǎn)向輸入輪(27)配合，滑動轉(zhuǎn)向輸入輪(27)上有若干小孔，可供柱元殼體(8 )上的若干滑動桿(28 )穿過，從而帶動柱元殼體(8 )轉(zhuǎn)動，且滑動轉(zhuǎn)向輸入輪(27)同時可沿軸向自由滑動，采用上述結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)柱元結(jié)構(gòu)的上下自由伸縮，同時保證主動力輪(2)、滑動動力輸入輪(25)、轉(zhuǎn)向動力輪(3)和滑動轉(zhuǎn)向輸入輪(27)這四個齒輪的垂直位置不變，以便外部輸入動力，底部動力伸縮裝置(29)通過軸承(30)帶動滑動連軸(26)上下運動來帶動整個柱元結(jié)構(gòu)的上下運動，動力伸縮裝置(29)可以是電動伸縮機構(gòu)，也可以是氣壓或液壓等其他伸縮機構(gòu)，通過若干可上下伸縮的柱元(I)組成的陣列，可以對復(fù)雜地形、臺階、地面物體等一定 高度的立體結(jié)構(gòu)進行較為真實的模擬。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的柱元陣列式全向跑步機，其特征是:由柱元(I)陣列組成的行走平臺(31)下方安裝有若干可獨立控制的平臺升降裝置(32)，從而使得行走平臺(31)在不同的高度以不同的角度傾斜，平臺升降裝置(32)可以是電動伸縮機構(gòu)，也可以是氣壓或液壓等其他伸縮機構(gòu)，多個帶有平臺升降裝置(32)的行走平臺(31)拼接組合，可模擬各種復(fù)雜地形中的行走運動及上下臺階運動。
【文檔編號】A63B21/015GK103961840SQ201310046761
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月5日
【發(fā)明者】覃政 申請人:覃政