本實用新型涉及虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于虛擬現(xiàn)實的模擬行走裝置。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)它利用計算機生成一種模擬環(huán)境是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中。

理想的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術(shù)所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知。但是目前，限于虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的場地大小，人們無法進(jìn)行大范圍的移動，極大的降低了運動感知水平。

如果能提供一種在有限場地內(nèi)提高用戶靈活轉(zhuǎn)向和運動感知水平的技術(shù)方案，將是十分有意義的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實用新型提供了一種用于虛擬現(xiàn)實的模擬行走裝置，包括一個底座、左腳踏、右腳踏。

兩個腳踏的腳后跟位置均設(shè)置有第一轉(zhuǎn)軸，前部位置設(shè)置有移動支撐機構(gòu)。每個第一轉(zhuǎn)軸都設(shè)置一個與之鉸接的第二轉(zhuǎn)軸，所述第二轉(zhuǎn)軸通過活動固定機構(gòu)連接到底座上，所述活動固定機構(gòu)包括一個活動固定于底座上，且能夠360度自轉(zhuǎn)的中軸，所述活動固定機構(gòu)用于通過中軸與左腳踏、右腳踏的第二轉(zhuǎn)軸活動連接，使得左腳踏、右腳踏能夠繞著底座進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

所述前端移動支撐機構(gòu)支撐左腳踏、右腳踏的前部位置，且其能夠在第一轉(zhuǎn)軸及第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動作用下前后移動。

在轉(zhuǎn)動過程中，所述左腳踏、右腳踏在第一轉(zhuǎn)軸及第二轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動作用下跟隨使用者的腳部運動做橢圓軌跡的運動。

兩個腳踏腳后跟處安裝有后跟旋轉(zhuǎn)軸承，一個支柱穿過所述后跟旋轉(zhuǎn)軸承后伸入到腳踏后跟位置部分，軸承轉(zhuǎn)動時，腳踏可以以支柱為軸心進(jìn)行轉(zhuǎn)動；所述第一轉(zhuǎn)軸外具有殼體，后跟旋轉(zhuǎn)軸承固定殼體上。

進(jìn)一步的，所述活動固定機構(gòu)包括一個活動固定于底座上，且能夠360度自轉(zhuǎn)的中軸，所述中軸設(shè)置有貫穿左右兩側(cè)的通孔，所述左腳踏、右腳踏的第二轉(zhuǎn)軸分別從通孔兩側(cè)穿進(jìn)該通孔，在通孔內(nèi)固定在一起，形成一根轉(zhuǎn)軸。

進(jìn)一步的，所述活動固定機構(gòu)包括一個活動固定于底座上，且能夠360度自轉(zhuǎn)的中軸及套設(shè)在中軸上的兩個活動圈，左腳踏的第二轉(zhuǎn)軸、右腳踏的第二轉(zhuǎn)軸活動固定到不同活動圈上，所述活動圈能夠在中軸上360度轉(zhuǎn)動。

進(jìn)一步的，所述活動固定機構(gòu)包括活動固定于底座上且可360度旋轉(zhuǎn)的中軸、兩個沿著垂直方向分別固定于中軸兩側(cè)的固定柱，所述兩個固定柱上分別套設(shè)有一個轉(zhuǎn)動圈，所述左腳踏、右腳踏的第二轉(zhuǎn)軸分別活動固定到不同轉(zhuǎn)動圈上。

進(jìn)一步的，所述活動固定機構(gòu)包括一個活動固定于底座上，且能夠360度自轉(zhuǎn)的中軸及套設(shè)在中軸上的兩個活動圈、兩個沿著垂直方向固定于不同活動圈上的固定柱，兩個固定柱上分別套設(shè)有一個轉(zhuǎn)動圈，所述左腳踏、右腳踏的第二轉(zhuǎn)軸分別活動固定到不同轉(zhuǎn)動圈上。

進(jìn)一步的，所述前端移動支撐機構(gòu)為滾輪。

進(jìn)一步的，所述前端移動支撐機構(gòu)包括互相垂直的豎直板和水平板、第三轉(zhuǎn)軸、第四轉(zhuǎn)軸，所述第三轉(zhuǎn)軸安裝于所述腳踏的前端底部，第四轉(zhuǎn)軸安裝于豎直板上，且第三轉(zhuǎn)軸及第四轉(zhuǎn)軸鉸接；所述水平板位于對應(yīng)腳踏下部。

進(jìn)一步的，所述前端移動支撐機構(gòu)包括一個從踏板前端向前延伸的凸部、一個扶手桿、一個底部設(shè)置有滑輪的支柱；扶手桿通過穿過扶手桿及支柱的轉(zhuǎn)軸活動固定于支柱上，凸部前端與對應(yīng)扶手桿下端通過一個轉(zhuǎn)軸活動連接在一起。

進(jìn)一步的，所述裝置設(shè)置有信號傳輸模塊，兩個腳踏的底部均安裝有加速度傳感器和/或陀螺儀和/或位移傳感器，且各個傳感器均與信號傳輸模塊連接。

進(jìn)一步的，所述裝置還設(shè)置電動馬達(dá)，所述電動馬達(dá)與各個轉(zhuǎn)軸連接。

本實用新型的有益效果為：

本實用新型設(shè)置兩個腳踏及一個為腳踏提供運動中心的底座，所述腳踏可以實現(xiàn)模擬真實行走的橢圓形運動軌跡，實現(xiàn)在有限場地內(nèi)靈活轉(zhuǎn)向和提高用戶運動感知水平的技術(shù)方案，十分有意義的。

附圖說明

圖1為具體實施方式1中形式1的示意圖。

圖2為具體實施方式1中形式2的示意圖。

圖3為具體實施方式1中形式3的示意圖。

圖4為具體實施方式2中形式1的示意圖。

圖5為具體實施方式2中形式2的示意圖。

圖6為具體實施方式2中形式3的示意圖。

圖7為具體實施方式3中形式1的示意圖。

圖8為具體實施方式3中形式2的示意圖。

圖9為具體實施方式3中形式3的示意圖。

圖10為具體實施方式4中形式1的示意圖。

圖11為具體實施方式4中形式2的示意圖。

圖12為具體實施方式4中形式3的示意圖。

圖13為后跟旋轉(zhuǎn)軸承安裝示意圖。

其中：1.左腳踏，2.右腳踏，3.第一轉(zhuǎn)軸，4.第二轉(zhuǎn)軸，5.底座，6.中軸，7.滾輪，8.水平板，9.豎直板，10.凸部，11.支柱，12.扶手桿，13.活動圈，14.固定柱，15.后跟旋轉(zhuǎn)軸承，16.轉(zhuǎn)動圈。

具體實施方式

本實用新型的設(shè)計構(gòu)思為：利用一個固定的底座，兩個用于固定用戶腳部的腳踏活動固定于底座上，該底座提供腳踏運動的中心點。腳踏的后跟處及前端設(shè)置有專門的機構(gòu)，使得用戶的腳部固定到腳踏上后可以實現(xiàn)和真實跑步、走路一樣的橢圓運動，且兩個腳踏可以進(jìn)行方位移動。本實用新型能夠模擬在虛擬場景中大范圍內(nèi)移動，又有真實的靈活移動感受。

下面對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

本實用新型包括一個底座5、左腳踏1、右腳踏2。

所述底座5可固定于行走平面，如地面或者專門設(shè)置的平臺。底座5的設(shè)置目的是提供一個虛擬現(xiàn)實技術(shù)用戶的運動范圍中心。

所述左腳踏1、右腳踏2設(shè)置于底座5兩側(cè)，用于固定用戶腳部，其形態(tài)可以為一個前后具有擋塊的平板（或者沒有擋板）。兩個腳踏的腳后跟位置均設(shè)置有第一轉(zhuǎn)軸3，前部位置設(shè)置有移動支撐機構(gòu)；每個第一轉(zhuǎn)軸3都設(shè)置一個有與之鉸接的第二轉(zhuǎn)軸4，所述第二轉(zhuǎn)軸4通過活動固定機構(gòu)連接到底座5上，使得左腳踏1、右腳踏2能夠繞著底座5進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

所述前端移動支撐機構(gòu)用于支撐左腳踏1、右腳踏2的前部位置，且其能夠被第一轉(zhuǎn)軸3及第二轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)動力帶動進(jìn)行運動。

活動固定機構(gòu)和前端移動支撐機構(gòu)的共同運動使得使用者的腳部能做橢圓軌跡的運動。

下面對活動固定機構(gòu)、前端移動支撐機構(gòu)的不同形態(tài)進(jìn)行說明。

具體實施例1：

本實施例如圖1所示，所述活動固定機構(gòu)包括一個設(shè)置于活動固定于底座5上，且能夠360度自轉(zhuǎn)的中軸6，且中軸6設(shè)置有貫穿左右兩側(cè)的通孔（圖中未標(biāo)出），所述左腳踏1、右腳踏2的第二轉(zhuǎn)軸4穿進(jìn)該通孔，且固定在一起。應(yīng)該理解，兩個第二轉(zhuǎn)軸4其實可以為一根轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動可以利用軸承來實現(xiàn)。

為了使腳踏轉(zhuǎn)動更加靈活，在腳后跟處還設(shè)置有一個后跟旋轉(zhuǎn)軸承15（如圖13所示）。一個支柱穿過所述后跟旋轉(zhuǎn)軸承15后伸入到腳踏后跟處，在該軸承的作用下，腳踏可以以腳后跟為軸心進(jìn)行轉(zhuǎn)動。所述后跟旋轉(zhuǎn)軸承15固定于第一軸承外的殼體內(nèi)。

所述前端移動支撐機構(gòu)可以有三種形式：

形式1：為一個滾輪7（萬向輪或者單向輪），其可以在第一轉(zhuǎn)軸3、第二轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)動作用下進(jìn)行前后轉(zhuǎn)動。當(dāng)腳踏以腳后跟為軸心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，滾輪7也可以向同一方向轉(zhuǎn)動。如圖1所示。

形式2：包括互相垂直的豎直板9和水平板8、第三轉(zhuǎn)軸（圖中未標(biāo)出）、第四轉(zhuǎn)軸（圖中未標(biāo)出），所述第三轉(zhuǎn)軸安裝于對應(yīng)腳踏的前端底部，第四轉(zhuǎn)軸一端活動固定于豎直板9上，另一端與第三轉(zhuǎn)軸鉸接。所述豎直板9用于活動固定第四轉(zhuǎn)軸，水平板8設(shè)置于腳踏下方，以提供支撐力。當(dāng)用戶站立于腳踏上邁步時，第一轉(zhuǎn)軸3、第二轉(zhuǎn)軸4、第三轉(zhuǎn)軸、第四轉(zhuǎn)軸都開始進(jìn)行360度的旋轉(zhuǎn)，腳踏形成橢圓形的行走軌跡。如圖2所示。

形式3：包括一個踏板前端向前延伸的凸部10、一個扶手桿12、一個底部設(shè)置有滑輪的支柱11。扶手桿12通過穿過扶手桿12及支柱11的轉(zhuǎn)軸活動固定于支柱11上；凸部10前端與對應(yīng)扶手桿12下端通過一個轉(zhuǎn)軸活動連接在一起。當(dāng)用戶站立于腳踏上，抓住扶手桿12開始邁步，各個轉(zhuǎn)軸開始360度的旋轉(zhuǎn)，腳踏形成橢圓形的行走軌跡。在腳踏的轉(zhuǎn)向作用力下，支柱11圍繞底座5進(jìn)行360度運動。如圖3所示。

本實施例的運動方式為：

由于兩個腳踏的第二轉(zhuǎn)軸4是剛性固定在一起的，因此左腳踏1、右腳踏2的動作互相牽制。例如，當(dāng)人向左轉(zhuǎn)30度時，抬起左腳以腳后跟為軸心向左移動30度，再抬起右腳以右腳后跟為軸心問左移動30度，使左右腳回到平行位置。且由于中軸6可轉(zhuǎn)，左、右腳回到水平位置后可形成人體行走或者跑步的橢圓運行軌跡。

具體實施例1屬于同中軸式并行運動。

具體實施例2：

本實施例中，所述活動固定機構(gòu)包括活動固定于底座5上，且可360度旋轉(zhuǎn)的中軸6、套設(shè)在中軸6上的兩個活動圈13，左腳踏1的第二轉(zhuǎn)軸4、右腳踏2的第二轉(zhuǎn)軸4分別活動固定到不同的活動圈13上，各個活動圈13能夠在中軸6上圍繞圓心進(jìn)行360度轉(zhuǎn)動。

所述前端移動支撐機構(gòu)可以有三種形式，與具體實施例1相同，分別如圖4、5、6所示。

后跟旋轉(zhuǎn)軸承15的安裝方式與具體實施例1相同。

本實施例的運動方式為：

用戶的雙腳固定于兩個腳踏上后，由于左腳踏1、右腳踏2固定在不同的活動圈13上，因此可以進(jìn)行單獨活動。不僅各個腳可以單獨以腳后跟為軸心進(jìn)行轉(zhuǎn)動，還可以整只腳繞著中心軸轉(zhuǎn)動，十分靈活，可形成人體行走或者跑步的橢圓運行軌跡。

具體實施方式3：

所述活動固定機構(gòu)包括一個設(shè)置于活動固定于底座5上，且能夠360度自轉(zhuǎn)的中軸6、兩個沿著垂直方向分別固定于中軸6兩側(cè)的固定柱14，兩個固定柱14上分別套設(shè)有一個轉(zhuǎn)動圈16，所述左腳踏1、右腳踏2的第二轉(zhuǎn)軸4分別活動固定到不同的轉(zhuǎn)動圈16上。轉(zhuǎn)動圈16能夠繞著其對應(yīng)的固定柱14呈360度旋轉(zhuǎn)。

后跟旋轉(zhuǎn)軸承15的安裝方式與實施例1相同。

所述前端移動支撐機構(gòu)可以有三種形式，與具體實施例1相同，分別如圖7、8、9所示。

本實施例的運動方式為：

用戶的雙腳固定于兩個腳踏上后，中軸6可以轉(zhuǎn)動，且腳踏固定在不同的轉(zhuǎn)動圈16上，轉(zhuǎn)動圈16的轉(zhuǎn)動軸心不一樣，左右腳可以進(jìn)行單獨活動，且可單獨以腳后跟為軸心旋轉(zhuǎn)腳踏，可形成人體行走或者跑步的橢圓運行軌跡。

具體實施例4：

所述活動固定機構(gòu)包括一個設(shè)置于活動固定于底座5上，且能夠360度自轉(zhuǎn)的中軸6、兩個套設(shè)在中軸6上的活動圈13（可360度轉(zhuǎn)動），兩個沿著垂直方向分別固定于中軸6兩側(cè)的固定柱14，兩個固定柱14分別固定到不同的活動圈13。固定柱14上套設(shè)有可360度轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動圈16，所述左腳踏1、右腳踏2的第二轉(zhuǎn)軸4分別活動固定到不同的轉(zhuǎn)動圈16上。

后跟旋轉(zhuǎn)軸承15的安裝方式與實施例1相同。

所述前端移動支撐機構(gòu)可以有三種形式，與具體實施例1相同，分別如圖10、11、12所示。

本實施例的運動方式為：

用戶的雙腳固定于兩個腳踏上后，由于腳踏固定在不同的轉(zhuǎn)動圈上，且轉(zhuǎn)動圈能夠圍繞所述固定柱轉(zhuǎn)動，再加上活動圈13可以360度轉(zhuǎn)動，使得左右腳可以進(jìn)行單獨活動，且可單獨以腳后跟為軸心旋轉(zhuǎn)腳踏，可形成人體行走或者跑步的橢圓運行軌跡。

下面對上述模擬行走裝置的優(yōu)化方式進(jìn)行介紹。

模擬行走裝置還可設(shè)置有信號采集模塊、信息傳輸模塊，所述信號采集模塊與信號傳輸模塊連接，且信號傳輸模塊與上位機通信連接。

所述信號采集模塊包括設(shè)置于左腳踏、右腳踏板下的加速度傳感器和/或陀螺儀和/或位移傳感器，用于判斷位置的變化和模擬走路或跑步的速度。

信號傳輸模塊用于將采集的信號傳輸給上位機?？刹捎貌捎矛F(xiàn)有技術(shù)中的無線信號傳輸模塊或者有線信號傳輸模塊，如USB，wifi或藍(lán)牙。

上位機可為電腦，手機，平板電腦，游戲機等設(shè)備，其運行有虛擬現(xiàn)實的軟件，所述上位機接收模擬行走裝置傳過來的信號，根據(jù)信號數(shù)據(jù)判斷人在虛擬現(xiàn)實的軟件中的位置，移動方向，移動速度，進(jìn)而反饋到所運行軟件中，使之呈現(xiàn)相應(yīng)的圖像，從而實現(xiàn)人在小的移動范圍內(nèi)模擬出真實環(huán)境大范圍移動和不同速度的身臨其境的感受。

優(yōu)選的，為了使得用戶移動更加省力，所述模擬行走裝置的兩個腳踏上還分別還加裝電動馬達(dá)，用于驅(qū)動各個轉(zhuǎn)軸。驅(qū)動的條件是：當(dāng)某個腳踏腳轉(zhuǎn)向時，透過加速度傳感器等判斷出轉(zhuǎn)向的位置和速度，根據(jù)這只腳轉(zhuǎn)向的位置和速度數(shù)據(jù)，電動馬達(dá)驅(qū)動另外一只腳相關(guān)轉(zhuǎn)軸，以協(xié)助轉(zhuǎn)向。