一種全方位跑步機(jī)及具有該跑步機(jī)的游戲系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種跑步機(jī)及游戲系統(tǒng)，尤其涉及一種全方位跑步機(jī)及具有該跑步機(jī)的游戲系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]市場(chǎng)上的跑步機(jī)多存在由于跑步機(jī)的跑步平面設(shè)置成矩形狀，使得人跑步的方向只能沿一個(gè)方向進(jìn)行，不能滿足虛擬現(xiàn)實(shí)游戲操作者的使用要求。
[0003]所以，市場(chǎng)上出現(xiàn)了全向跑步機(jī)。全向跑步機(jī)是指一類(lèi)水平運(yùn)動(dòng)方向可隨人的腳步變化的跑步機(jī)，它可以為室內(nèi)用戶提供無(wú)限的自由行走空間。
[0004]目前，涉及全向跑步機(jī)方案主要有以下幾種:
[0005]—種是采用大傳送帶嵌套方向垂直的小傳送帶的方式，其優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)便，只需要控制兩個(gè)方向傳送帶的運(yùn)動(dòng)速度從而形成任意水平方向的合速度；其缺點(diǎn)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(dòng)慣性太大，因而缺乏靈活性。為了有效地對(duì)人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤，必須增大整個(gè)行走平面的尺寸，這進(jìn)一步增大了系統(tǒng)慣性。
[0006]另一種方案是采用沿垂直軸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(diǎn)是對(duì)虛擬行走路線的轉(zhuǎn)彎半徑有限制，當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑過(guò)小時(shí)，滾珠的滾動(dòng)會(huì)失調(diào)，當(dāng)用戶轉(zhuǎn)彎半徑較小或者原地轉(zhuǎn)向時(shí)，傳送帶幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)前進(jìn)方向的有效快速跟蹤。并且，其邊緣沒(méi)有保護(hù)措施，當(dāng)使用者踩在邊緣位置很容易引發(fā)摔倒的風(fēng)險(xiǎn)。
[0007]還有一種方案是通過(guò)操作者腳底在一個(gè)平面上面的滑動(dòng)，來(lái)模擬實(shí)際行走，該方案的缺點(diǎn)是操作者需要換鞋，且腰部有環(huán)形束縛，不能下蹲，強(qiáng)烈的影響了操作者在虛擬現(xiàn)實(shí)游戲中的沉浸感。
[0008]此外，現(xiàn)有的跑道式跑步機(jī)都是單向的跑道式跑步機(jī)，其全身的走動(dòng)跑步動(dòng)作都不能映射在游戲里，功能較為單一，不能滿足虛擬現(xiàn)實(shí)游戲的使用要求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之不足，本實(shí)用新型提供了一種全方位跑步機(jī)及具有該跑步機(jī)的游戲系統(tǒng)。
[0010]本實(shí)用新型公開(kāi)了一種全方位跑步機(jī)，其包括支撐系統(tǒng)，設(shè)置于所述支撐系統(tǒng)上的控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)平衡傳感系統(tǒng)，及供操作者在其內(nèi)跑動(dòng)的載體；所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和所述動(dòng)態(tài)平衡傳感系統(tǒng)均與所述控制系統(tǒng)相連接；所述控制系統(tǒng)根據(jù)所述動(dòng)態(tài)平衡傳感系統(tǒng)采集的操作者在所述載體內(nèi)的重心偏移信息控制所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使所述跑步機(jī)與操作者的跑步方向以及速度相適應(yīng)。
[0011]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述支撐系統(tǒng)包括在底部設(shè)有多個(gè)移動(dòng)輪子的支撐平臺(tái)；在所述支撐平臺(tái)的中部設(shè)置有承重柱；在所述承重柱兩側(cè)的所述支撐平臺(tái)上對(duì)稱(chēng)設(shè)置有升降箱；并且在所述升降箱兩端分別安裝有一可沿垂直方向上下移動(dòng)的升降桿，球體支撐板鉸接于所述升降桿的頂端，用于跑步機(jī)停止時(shí)固定所述載體。
[0012]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向電機(jī)和轉(zhuǎn)向齒輪；其中，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)固定在所述支撐系統(tǒng)中的支撐平臺(tái)上；并且所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的軸心齒輪與通過(guò)軸承連接在所述支撐系統(tǒng)中的承重柱上的所述轉(zhuǎn)向齒輪相嚙合。所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的電機(jī)軸與連接至所述控制系統(tǒng)的編碼器相連接，所述編碼器用于將所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)反饋至所述控制系統(tǒng)。
[0013]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，還包括平衡調(diào)整系統(tǒng)，所述平衡調(diào)整系統(tǒng)包括承重平臺(tái)和半圓柱支撐；所述半圓柱支撐包括設(shè)置于所述承重平臺(tái)底部的半圓柱形構(gòu)件和兩端封閉的半管狀部件，所述半管狀部件的內(nèi)圓弧與所述半圓柱形構(gòu)件的外圓弧相匹配；所述半圓柱形構(gòu)件可轉(zhuǎn)動(dòng)的卡合在所述半管狀部件的內(nèi)圓弧內(nèi)，使所述承重平臺(tái)能夠繞所述半管狀部件轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0014]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述平衡調(diào)整系統(tǒng)通過(guò)支撐柱固定至所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向齒輪；所述支撐柱一端與所述平衡調(diào)整系統(tǒng)中的半管狀部件連接固定，另一端固定在所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向齒輪上。
[0015]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，在所述承重平臺(tái)寬度方向的兩端設(shè)置有至少兩個(gè)用于安裝橫向軸的固定座；在所述橫向軸的兩端安裝有用于驅(qū)動(dòng)所述載體的、由內(nèi)嵌于輪子內(nèi)的所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸與編碼器相連接，所述編碼器用于將所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)反饋至所述控制系統(tǒng)；在所述承重平臺(tái)長(zhǎng)度方向的兩端設(shè)置有至少兩個(gè)用于支撐弧形板的支撐彈簧。
[0016]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述動(dòng)態(tài)平衡傳感系統(tǒng)中的加速度傳感器及陀螺儀設(shè)置于位于所述平衡調(diào)整系統(tǒng)中弧形板中部下表面的電路板上；所述驅(qū)動(dòng)電路、所述編碼器、所述加速度傳感器及所述陀螺儀連接至所述控制系統(tǒng)中的中央處理器。
[0017]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述載體通過(guò)萬(wàn)向球與所述平衡調(diào)整系統(tǒng)中的弧形板相接；所述萬(wàn)向球設(shè)置于所述平衡調(diào)整系統(tǒng)中的弧形板長(zhǎng)度方向的兩端。
[0018]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述載體為一中空球體；所述中空球體包括由多條結(jié)構(gòu)相同的弧形構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)固定件組合形成的球形骨架和敷設(shè)于所述球形骨架上的曲面板；在所述曲面板上設(shè)置有貫穿所述中空球體內(nèi)外的、直徑小于0.7厘米的孔洞和縫隙；并且在所述中空球體上設(shè)置有與所述中空球體鉸鏈連接的門(mén)，所述門(mén)的曲率和球體的曲率一樣，所述門(mén)上安裝有能夠從內(nèi)、外均能開(kāi)啟的鎖具；在門(mén)四周設(shè)置有和所述鎖具聯(lián)動(dòng)的插銷(xiāo)，所述插銷(xiāo)可伸入中空球體門(mén)洞側(cè)面。
[0019]本實(shí)用新型還涉及一種游戲系統(tǒng)，所述游戲系統(tǒng)包括上述全方位跑步機(jī)和與所述全方位跑步機(jī)連接的虛擬頭戴式游戲主機(jī)；所述虛擬頭戴式游戲主機(jī)根據(jù)所述跑步機(jī)采集到的操作者重心的偏移信息，使虛擬頭戴式游戲中虛擬角色的行動(dòng)在速度和方向上和操作者一致。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0021]本實(shí)用新型通過(guò)動(dòng)態(tài)平衡傳感系統(tǒng)采集載體內(nèi)操作者的重心偏移信息，并將采集到的信息傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)采集到的操作者在載體內(nèi)的重心偏移信息控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使跑步機(jī)與操作者的跑步方向和速度相適應(yīng)；操作者在中空球體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，可以防止其在跑步時(shí)摔倒發(fā)生危險(xiǎn)；另外，本實(shí)用新型的跑步機(jī)還可以與游戲系統(tǒng)相配合，使虛擬頭戴式游戲中虛擬角色的行動(dòng)在速度和方向上和操作者一致，實(shí)現(xiàn)娛樂(lè)與運(yùn)動(dòng)相結(jié)合。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1、圖2、圖3為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本實(shí)用新型中A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5、圖6為本實(shí)用新型半圓柱支撐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖7為本實(shí)用新型中空球體球形骨架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖8為本實(shí)用新型中B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]上述附圖中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的部件名稱(chēng)如下:
[0028]1-載體，2-驅(qū)動(dòng)輪，3-弧形板，4-萬(wàn)向球，5-電路板，6_彈簧，7_固定座，8_半圓柱形構(gòu)件，9-橫向軸，10-轉(zhuǎn)向齒輪，11-半管狀部件，12-轉(zhuǎn)向電機(jī)，13-支撐平臺(tái)，14-移動(dòng)輪子，15-升降箱，16-升降桿，17-球體支撐板，18-承重平臺(tái)，19-承重柱，20-支撐柱，21-輪轂，22-側(cè)板，23-節(jié)點(diǎn)固定件，24-弧形構(gòu)件。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)用新型的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
[0030]如圖1至4所示，其示出了一種全方位跑步機(jī)。一種全方位跑步機(jī)，其包括支撐系統(tǒng)，設(shè)置于支撐系統(tǒng)上的控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)平衡傳感系統(tǒng)，及供操作者在其內(nèi)跑動(dòng)的載體I。
[0031 ] 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)平衡傳感系統(tǒng)均與控制系統(tǒng)相連接?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)動(dòng)態(tài)平衡傳感系統(tǒng)采集的操作者在載體I內(nèi)的重心偏移信息控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使跑步機(jī)與操作者的跑步方向以及速度相適應(yīng)。
[0032]支撐系統(tǒng)包括在底部設(shè)有多個(gè)移動(dòng)輪子14的支撐平臺(tái)13。通過(guò)移動(dòng)輪子14可以使整個(gè)跑步機(jī)移動(dòng)，便于跑步機(jī)位置的更換。
[0033]在支撐平臺(tái)13的中部設(shè)置有承重柱19。在承重柱19兩側(cè)的支撐平臺(tái)13上對(duì)稱(chēng)設(shè)置有升降箱15。在升降箱15兩端分別安裝有一可沿垂直方向上下移動(dòng)的升降桿16。球體支撐板17鉸接于升降桿16的頂端，升降桿16和球體支撐板17用于跑步機(jī)停止時(shí)固定載體I，使載體I在停止運(yùn)行時(shí)不能隨意滾動(dòng)。在跑步機(jī)停止時(shí)，升降桿16升起使球體支撐板17與載體I相接觸，支撐載體1，防止人進(jìn)出載體I時(shí)，因?yàn)閺椈?的位移，發(fā)生摔跤或跌倒。在跑步機(jī)運(yùn)行時(shí)，升降桿16下降，球體支撐板17脫離載體1，以防止跑步機(jī)運(yùn)行時(shí)載體I相碰撞，妨礙載體I的運(yùn)動(dòng)。
[0034]轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向電機(jī)12和轉(zhuǎn)向齒輪10。轉(zhuǎn)向電機(jī)12固定在支撐系統(tǒng)中的支撐平臺(tái)13上。轉(zhuǎn)向電機(jī)12的軸心齒輪與通過(guò)軸承連接在支撐系統(tǒng)中的承重柱19上的轉(zhuǎn)向齒輪10相嚙合。轉(zhuǎn)向電機(jī)12可以帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒輪10轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使跑步機(jī)與操作者的跑步方向相適應(yīng)。轉(zhuǎn)向電機(jī)12的電機(jī)軸與編碼器相連接，同時(shí)，編碼器連接至控制系統(tǒng)，編碼器用于將轉(zhuǎn)向電機(jī)12的運(yùn)行狀態(tài)反饋至控制系統(tǒng)。
[0035]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型全方位跑步機(jī)還包括平衡調(diào)整系統(tǒng)。平衡調(diào)整系統(tǒng)包括承重平臺(tái)18和半圓柱支撐。如圖5、圖6所示，半圓柱支撐包括設(shè)置于承重平臺(tái)18底部的半圓柱形構(gòu)件8和兩端封閉的半管狀部件11。半管狀部件11的內(nèi)圓弧與半圓柱形構(gòu)件8的外圓弧相匹配。半圓柱形構(gòu)件8可轉(zhuǎn)動(dòng)的卡合在半管狀部件11的內(nèi)圓弧內(nèi)，使承重平臺(tái)18能夠繞半管狀部件11轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖5、圖6所示，半圓柱形構(gòu)件8為減輕重量可以為半管狀結(jié)構(gòu)，即可以是圓管