一种用于虚拟现实的分离式模拟行走装置的制作方法

本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种用于虚拟现实的分离式模拟行走装置。

背景技术：

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统它利用计算机生成一种模拟环境是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。

理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知。但是目前，限于虚拟现实技术应用的场地大小，人们无法进行大范围的移动，极大的降低了运动感知水平。

如果能提供一种在有限场地内提高用户运动感知水平的技术方案，将是十分有意义的。

技术实现要素：

一种用于虚拟现实的分离式模拟行走装置，其特征在于，包括左脚踏、右脚踏。

所述左脚踏、右脚踏构造相同：包括一个用于放置用户脚部的平板。两个脚踏的脚后跟位置均设置有跟部转动机构，前端设置有前端移动支撑机构。

所述跟部转动机构包括底板、位于底板两侧的支撑板、位于脚踏脚后跟位置下方且沿左右方向设置的第一转轴、两个第二转轴。所述底板位于脚踏脚后跟位置下方，两侧的支撑板分别位于脚踏脚后跟位置左右两侧。第一转轴的轴向沿着两个支撑板的连线方向，其两端分别与一个第二转轴的一端铰接，而两个第二转轴的另一端则分别活动固定到邻近的支撑板上。

所述前端移动支撑机构用于支撑所属脚踏的前部，在用户利用脚踏进行行走时，与跟部转动机构配合形成用户脚部椭圆轨迹的运动。

进一步的，所述前端移动支撑机构为一个万向轮。

进一步的，所述前端移动支撑机构包括水平板、固定于水平板两侧的竖直板、第三转轴、两个第四转轴。所述第三转轴安装于所属脚踏的前端下方，轴向沿着两个竖直板的连线方向，其两端分别与一个第四转轴的一端铰接，而两个第四转轴的另一端则分别活动固定到邻近的竖直板上。

进一步的，还包括一个移动平台，所述移动平台用于提供左脚踏、右脚踏的运动平台。

进一步的，底板底面的材料为磁铁，移动平台上表面或者下表面设置有铁。

进一步的，底板底面的材料为铁，移动平台上表面或者下表面设置有电磁铁。

进一步的，底板底面为魔术贴齿面，移动平台上表面为魔术贴绒面。

进一步的，底板和/或水平板的底面设置磁铁，移动平台上表面或者下表面设置有铁。

进一步的，底板和/或水平板的底面的材料为铁，移动平台上表面或者下表面设置有电磁铁。

进一步的，底板和/或水平板的底面为魔术贴齿面，移动平台上表面为魔术贴绒面。

进一步的，底板和/或水平板的底面设置向下凸出的齿刷，移动平台上表面为设置向上凸出的齿刷。

进一步的，当设置电磁铁时，还包括与电磁铁连接的电源、手持控制装置，且在移动平台下方安装控制芯片、信号传输模块，所述信号传输模块用于手持控制装置向控制芯片传输信号，通过控制芯片开关电源或者调整电流的大小，进而控制电磁铁的磁性。

进一步的，所述装置设置有信号传输模块，两个脚踏的底部均安装有加速度传感器和/或陀螺仪和/或位移传感器，且各个传感器均与信号传输模块连接。

进一步的，所述模拟行走装置的两个脚踏上还分别还加装电动马达和/或者磁阻尼器。

本发明的有益效果为：

本发明通过设置两个可以独立可移动、且可实现椭圆行走轨迹的脚踏来实现模拟行走，可以在游戏场景中进行大范围的移动，极大的增强了运动感知水平。

附图说明

图1为具有移动平台且前端移动支撑机构为滚轮时的示意图。

图2为具有移动平台且前端移动支撑机构包含水平板与竖直板时的示意图。

图中：1.移动平台，2.左脚踏，3.右脚踏，4.第一转轴，5.第二转轴，6.底板，7.支撑板,8.滚轮，9.水平板，10.竖直板，11.第三转轴，12.第四转轴。

具体实施方式

本发明的设计构思为：设计两个脚踏，用于固定用户脚部，脚踏的后跟处及前端设置有专门的机构，使得用户的脚部固定到脚踏上后可以实现和真实跑步、走路一样的椭圆运动，且两个脚踏可以进行方位移动。本发明能够模拟在虚拟场景中大范围内移动，又有真实的灵活移动感受。

下面对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明包括移动平台1、左脚踏2、右脚踏3。

移动平台1的设置目的是提供一个左脚踏2、右脚踏3的运动平台，且移动平台1和左脚踏2的底部、右脚踏3的底部能粘合、分离。当然，也可以不设置移动平台，直接利用两个脚踏进行行走。

所述左脚踏2、右脚踏3构造相同：其形态可以为一个前后具有挡块的平板（或者没有挡板）。两个脚踏的脚后跟位置均设置有跟部转动机构，前端设置有前端移动支撑机构。

所述跟部转动机构包括底板6、位于底板6两侧的支撑板7、位于脚踏脚后跟位置下方且沿左右方向设置的第一转轴4、两个第二转轴5；所述底板6位于脚踏脚后跟位置下方，两侧的支撑板7分别位于脚踏脚后跟位置左右两侧；第一转轴4的轴向沿着两个支撑板7的连线方向，其两端分别与一个第二转轴5的一端铰接，而两个第二转轴5的另一端则分别活动固定到邻近的支撑板7上。第二转轴5与第一转轴4不在同一轴心上。

所述前端移动支撑机构用于支撑所属脚踏的前部，在用户利用脚踏进行行走时，与跟部转动机构配合形成用户脚部椭圆轨迹的运动。所述前端移动支撑机构可以有两种形式：

形式1：为一个滚轮8（可为万向轮或者单向轮），其可以在第一转轴4、第二转轴5的转动作用下进行前后转动。通过抬放脚移动来调整和改变方向，当脚踏以脚后跟为轴心进行旋转时，滚轮8也可以向同一方向转动。如图1所示。

当采用形式1，且具有移动平台1时，底板6底部与移动平台1之间的粘连方式可以为如下几种方式：

方式a:底板6底面的材料为铁，移动平台1上表面为电磁铁，当电磁铁通电后将吸住底板6的铁材料底面，断电后两者可以分开。优选的，可以通过无线遥控控制电磁铁的通电、增强或者减弱，所述无线遥控可以以设置有无线遥控按钮的手持遥控装置实现。具体为：在移动平台1上表面或者下表面安装有电磁铁，移动平台1下发还设置有控制芯片、信号传输模块（有线或者无线传输，均采用现有技术）、与电磁铁连接的电源。所述信号传输模块用于手持控制装置向控制芯片传输信号，通过控制芯片开关电源或者调整电流的大小，进而控制电磁铁的磁性，从而与软件配合达到模拟虚拟现实的效果。

方式b:底板6底面为磁铁制成，移动平台1上表面或者下表面安装有铁，当用户在做椭圆运动时，底板6和移动平台1产生的磁性吸附力可让左右有更好的固定作用，更方便左右脚做前后椭圆运动。当用户用力抬脚时又可产生分离，以便实现左右脚灵活移动转向。

方式c:底板6底面为魔术贴齿面，移动平台1上表面为魔术贴绒面，用户抬脚时两者分离，放脚时两者粘合。

方式d:底板6底面设置向下凸出的齿刷，移动平台1上表面为设置向上凸出的齿刷，用户放脚时上下齿刷互相咬合，抬脚时不再咬合。

形式2：包括水平板9、固定于水平板9两侧的竖直板10、第三转轴11、两个第四转轴12。所述第三转轴11安装于对应脚踏的前端底部，轴向沿脚踏的左右方向，其两端分别与一个第四转轴12铰接。所述第四转轴12未与第三转轴11铰接的一端则活动固定于邻近的竖直板10上。第三转轴11、第四转轴12不在同一轴心上。如图2所示。

在形式2中，优选的，水平板9与跟部转动机构的底板6可以为同一块板，竖直板10和支撑板7可以为同一块板，这样使得脚踏运动协调性更好。

当采用形式2且具有移动平台1时，底板6底部与移动平台1之间的粘连方式可以为如下几种方式：

方式a: 水平板9的底面和底板的6底面的材料为铁，移动平台1上表面为电磁铁，当电磁铁通电后将吸住底板6和水平板9，断电后两者可以分开。优选的，可以通过无线遥控控制电磁铁的通电、增强或者减弱，所述无线遥控可以以设置有无线遥控按钮的手持遥控装置实现。具体为：在移动平台下方安装有电磁铁、控制芯片，信号传输模块（有线或者无线传输，均采用现有技术）。所述信号传输模块用于手持控制装置向控制芯片传输信号，通过控制芯片开关电源或者调整电流的大小，进而控制电磁铁的磁性，从而与软件配合达到模拟虚拟现实的效果。

方式b: 水平板9的底面和/或底板的6底面由磁铁材料制成，移动平台1上表面或下表面安装有铁，当用户在做椭圆运动时，底板6和/或水平板9与移动平台1之间产生的磁性吸附力具有更好的固定作用，更方便左右脚做前后椭圆运动。当用户用力抬脚时又可产生分离，以便实现左右脚灵活移动转向。

方式c: 水平板9的底面和底板的6底面为魔术贴齿面，移动平台1上表面为魔术贴绒面，用户抬脚时两者分离，放脚时两者粘合。

方式d: 水平板9的底面和底板的6底面底面设置向下凸出的齿刷，移动平台1上表面为设置向上凸出的齿刷，用户放脚时上下齿刷互相咬合，抬脚时不再咬合。

上述的各个转轴都可以360度旋转。

本发明还可设置有信号采集模块、信息传输模块，所述信号采集模块与信号传输模块连接，且信号传输模块与上位机通信连接。

所述信号采集模块包括设置于左脚踏2、右脚踏3板下的加速度传感器和/或陀螺仪和/或位移传感器，用于判断位置的变化和模拟走路或跑步的速度。

信号传输模块用于将采集的信号传输给上位机。可采用采用现有技术中的无线信号传输模块或者有线信号传输模块，如USB或蓝牙。

上位机可为电脑，手机，平板电脑，游戏机等设备，其运行有虚拟现实的软件，所述上位机接收模拟行走装置传过来的信号，根据信号数据判断人在虚拟现实的软件中的位置，移动方向，移动速度，进而反馈到所运行软件中，使之呈现相应的图像，从而实现人在小的移动范围内模拟出真实环境大范围移动和不同速度的身临其境的感受。

优选的，为了使得用户移动中更加省力或者更加耗力，所述模拟行走装置的两个脚踏上还分别还加装电动马达和/或者磁阻尼器，用于驱动各个转轴或者增加转轴阻尼。驱动的设置条件是：当某个脚踏脚加速旋转时，可透过加速度传感器等判断出加速度，从而启动马达，减少阻尼，也可根据软件功能的需要来启动马达的运转和速度，使人更加轻松的模拟虚拟现实的场景。当需要增加转轴运动阻力时，也可通过软件功能的需要，控制电机产生阻尼，减慢速度或者更加耗力，从而模拟虚拟现实的场景。

控制板上含控制芯片，无线传输模块，电源管理模块，与马达和电池与转轴一起构成省力或者更加耗力系统。根据脚踏板下方的加速度传感器的运动判断或者软件情景需要，通过无线传输模块传输指令给控制芯片，由控制芯片调整电机马达的运转速度和阻尼系统。从而达到模拟情景达到省力或者耗力的效果，让使用者感受更加真实。