一种与场景实时同步的虚拟现实智能健身单车的制作方法

本实用新型涉及一种虚拟现实智能单车，具体地涉及一种与场景实时同步的虚拟现实智能健身单车。

背景技术：

作为虚拟现实技术的重要应用，虚拟骑行健身日渐兴起，但是，现有的虚拟现实健身单车还有很多值得改进的地方，比如，无法根据虚拟现实场景中的地形中实时变化，传感器和电机的响应延时会导致场景的显示内容和健身单车实际的状态不一致，使用户感官状态和真实状态不一致从而产生晕动现象；健身单车的两轴运动结构复杂，占用空间大，造价高，不利于产品的包装和运输；虚拟现实健身单车无法根据虚拟现实场景的地形自动调节阻力，需要手动调节阻力；虚拟现实健身单车一般只在配重轮上装有一个磁力感应装置，无法实时准确的感应到骑行速度的变化和配重轮运动的方向；现有的虚拟现实健身单车没有转向系统，用户无法在虚拟现实场景中自由骑行转向，笼头上没有交互功能、控制按钮，笼头上没有固定手机、平板的支架；现有的虚拟现实健身单车的座位没有保护结构，骑行过程中单车前后倾斜和左右倾斜速度过快有可能导致用户掉下单车，从而造成伤害；现有的虚拟现实健身单车无法实现多台显示设备的显示同步和控制信号输入输出功能。

这些问题都会导致在用户骑行健身时，无法感受到相应的反馈，从而沉浸感低，体验感差。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种与场景实时同步的虚拟现实智能健身单车，它在传统的动感单车的结构基础上，虚拟现实中场景的显示内容和健身单车的状态实时同步，用户在虚拟现实中感官状态和真实状态完全一致，最大程度的避免了用户在使用过程中的晕动现象和其它不适感觉。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：一种与场景实时同步的虚拟现实智能健身单车，所述的健身单车本体物理结构包括车笼头，扶手，座位，脚踏板，传动装置，底座以及配重轮，所述的车笼头中安装有高精度电位计，扶手上装有多个交互按钮，笼头上还装有可自由调节的手机、平板支架和用于心率检测的电极，所述的座位上带有左右扶手和安全带的固定装置，所述的脚踏板通过传动装置与配重轮安装连接，所述的健身单车还包括倾斜运动结构，传感装置，控制系统、上位机和虚拟现实显示设备，所述的倾斜运动结构由通过轴承固定在健身单车上的电动缸和单车本体构成，所述的传感装置和控制系统安装在健身单车本体物理结构上，所述控制系统与传感装置以及上位机，上位机以及虚拟现实显示设备之间通过有线或者无线的方式通信连接，控制系统实时读取安装在健身单车本体物理结构之上的传感装置的数据通过有线或者无线的通信方式传输至上位机中，上位机实时解算传感装置的数据控制虚拟现实健身场景中虚拟角色的运动。

进一步地，所述的倾斜轴运动结构可以为至少安装一个直线运动装置的单轴运动结构或者为至少安装两个直线运动装置的多轴运动结构，所述的直线运动装置包含但不限于电动推杆，电动缸，液压缸和电气缸。

进一步地，所述的传感装置包括转向系统，阻力装置和速度感应系统，所述的转向系统包括安装在普通健身单车龙头上的电位计或者放置在摇摆单车的手机、平板支架上的手机、平板电脑中的加速度传感器和陀螺仪，所述的阻力装置安装在配重轮上，所述的速度感应系统包括主动轮上的速度感应装置，笼头上的心率监测电极和扶手上的交互按钮。

更进一步地，所述的阻力装置可以是传统的刹车阻力装置，也可以是特制的自动磁阻力装置，所述自动磁阻力装置由配重轮，磁阻力片构成，所述的配重轮为铁磁性材质，磁阻力片中包含多个圆形的强磁铁，磁阻力片和配重轮的距离由安装在伸缩丝杆上电机马达控制。

进一步地，所述的速度感应装置安装在脚踏板带动的主动轮上，所述的速度感应装置为光电编码器和码盘或者由三个磁感应装置C1、C2、C3和安装在配重轮上的磁铁C4组成。

所述的控制系统包含控制系统主板，以及与控制系统主板连接的笼头电位计，安装在笼头上的交互按钮，自动磁阻力装置，速度感应装置，倾斜轴运动电动缸，所述的控制系统主板安装在健身单车物理结构本体的支撑结构上，所述的控制系统主板上还设有通讯芯片和通过控制主板供电的智能外设。

更进一步地，所述的通讯芯片包括USB有线通讯芯片和蓝牙无线通讯芯片。

更进一步地，虚拟现实显示设备包括但不局限于电脑端虚拟现实眼镜，虚拟现实一体机，虚拟现实手机盒子，所述上位机包含电脑，平板电脑，智能手机，智能投影仪，包含智能操作系统的微型主机、虚拟现实一体机，支持多操作系统，包括但不局限于Windows，Android，IOS操作系统，控制系统接受输入信号控制调节健身单车的参数，输出控制信号控制外接智能设备，智能设备虚拟场景中的角色的状态和现实健身器材的状态实时同步。

车笼头中安装有高精度电位计，可以实时检测笼头旋转方向，用户可以通过笼头在虚拟场景中自由转向，放置在摇摆单车的手机、平板支架上的手机、平板电脑中的加速度传感器和陀螺仪获取单车的倾斜方向得到单车的运动方向，在一些特殊的虚拟现实场景中也可以将笼头固定住使笼头无法转向，扶手上装有多个交互按钮，用于虚拟现实场景中的交互功能和控制按钮，笼头上装有可自由调节的手机、平板支架和用于心率检测的电极，使用了一种带左右扶手和安全带的固定装置的座位，可有效的防止健身单车在模拟地形倾斜时速度过快时发生用户掉下单车的情况。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1，本实用新型虚拟现实中场景的显示内容和健身单车的状态实时同步，用户在虚拟现实中感官状态和真实状态完全一致，最大程度的避免了用户在使用过程中的晕动现象和其它不适感觉。

2，本实用新型的运动倾斜运动结构简单，造价较低，占用空间小有利于产品的包装和运输。

3，本实用新型的自动磁阻力系统，可根据虚拟现实场景中的地形自动调节阻力，也可设置为手动按钮调节阻力。

4，本实用新型装有多个磁力感应装置（也可选择光电感应装置），可实时准确的感应到速度的变化和配重轮运动的方向（如正行或逆行）。

5，本实用新型装有高度仿真的笼头转向系统，用户可以在虚拟现实场景中自由骑行转向，笼头上安装有多个按钮用于交互功能和控制系统，笼头上装有用于固定手机和平板的支架和用于心率检测的电极。

6，本实用新型的座位可有效的防止健身单车在模拟地形倾斜时速度过快时发生用户掉下单车的情况。

7，本实用新型的控制系统可实现多显示设备的显示内容同步，所述显示设备包括但不局限于电脑端虚拟现实眼镜，虚拟现实一体机，虚拟现实手机盒子，家用电脑，平板电脑，手机，智能投影仪，支持多操作系统，包括但不局限于Windows，Android，IOS等操作系统，控制系统可接受输入信号控制调节健身单车的参数，输出控制信号控制外接智能设备。

附图说明

图1为本实用新型智能健身单车的结构示意图；

图2为本实用新型智能健身单车倾斜运动结构的结构示意图；

图3为本实用新型智能健身单车自动磁阻力调节系统的结构示意图；

图4为本实用新型智能健身单车速度感应装置的结构示意图；

图5为本实用新型智能健身单车控制系统的结构示意图。

其中，1，车笼头；2，扶手；3，座位；4，脚踏板；5，主动轮；6，底座；7，配重轮；8，

交互按钮；9，支架；10，电极；11，扶手；12，安全带；13，倾斜轴运动结构；14，轴承；15，电动缸；16，磁阻力片；17，强磁铁；18，伸缩丝杆；19，电动马达；20，干簧管；21，磁铁；22，控制系统主板；23，自动磁阻力装置；24，速度感应装置；25，上位机。

具体实施方式

下面结合附图1-5，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅为本实用新型的部分实施方式，而不是全部，不能理解为对本实用新型内容的限制。

本实用新型提供的一种技术方案为：一种与场景实时同步的虚拟现实智能健身单车，健身单车本体物理结构包括车笼头1，扶手2，座位3，脚踏板4，主动轮5，底座6，配重轮7，车笼头中安装有高精度电位计，扶手上装有多个交互按钮8，笼头上还装有可自由调节的手机、平板支架9和用于心率检测的电极10，座位3上带有左右扶手11和安全带12的固定装置，脚踏板4通过主动轮5与配重轮7安装连接，健身单车还包括倾斜轴运动结构13，传感装置、控制系统、上位机和虚拟现实显示设备，倾斜运动结构13由通过轴承14固定在健身单车上的电动缸15和单车本体构成，传感装置和控制系统安装在健身单车本体物理结构上，传感装置包括转向系统，阻力装置和速度感应系统，转向系统包括安装在普通健身单车龙头上的电位计或者放置在摇摆单车的手机、平板支架上的手机、平板电脑中的加速度传感器和陀螺仪，阻力装置安装在配重轮上，速度感应系统包括主动轮上的速度感应装置，笼头上的心率监测电极和扶手上的交互按钮，控制系统与传感装置以及上位机，上位机以及虚拟现实显示设备之间通过有线或者无线方式通信连接，控制系统实时读取安装在健身单车本体物理结构之上的传感装置的数据通过有限或者无线方式通信传输至上位机中，上位机实时解算传感装置的数据控制虚拟现实健身场景中虚拟角色的运动。车笼头中安装有高精度电位计，可以实时检测笼头旋转方向，用户可以通过笼头在虚拟场景中自由转向，在一些特殊的虚拟现实场景中也可以将笼头固定住使笼头无法转向，扶手上装有多个交互按钮，用于虚拟现实场景中的交互功能和控制按钮，笼头上装有可自由调节的手机、平板支架和用于心率检测的电极，使用了一种带左右扶手和安全带的固定装置的座位，可有效的防止健身单车在模拟地形倾斜时速度过快时发生用户掉下单车的情况。

为了使健身单车的倾斜度根据虚拟现实场景中的地形实时倾斜，对于单轴运动结构本实用新型至少安装有一个直线运动装置，对于多轴运动系统本实用新型至少安装有两个直线运动装置，所述的直线运动装置包含但不局限于电动推杆，电动缸，液压缸，气压缸，作为优先本实用新型选用直流电动缸作为本实用新型的直线运动装置。

图2为本实用新型的倾斜运动结构，倾斜运动结构由通过轴承固定在健身单车上的电动缸和单车主体构成，对于X轴前后方向的倾斜运动至少需要一个电动缸，如图所示电动缸向上推出为后倾，向下收回为前倾，对于Y轴方向的倾斜运动至少需要两个电动缸，如图所示电动缸A向上推出，电动缸B向下收回，健身单车右倾，电动缸A向下收回，电动缸B向上推出，健身单车左倾，倾斜度由推出和收回的长度决定。

图3为本实用新型的自动磁阻力装置，磁力装置由配重轮7和磁阻力片16构成，配重轮材料为铁磁性物质，磁阻力片16中包含多个圆形的强磁铁17，磁铁吸引配重轮产生阻力，阻力大小由配重轮和磁阻力片的距离决定，磁阻力片和配重轮的距离由安装在伸缩丝杆18上电机马达19控制，A和B为限位微动开关，当伸缩马达控制磁阻力片到达A位置时为电机停止运动，此时阻力最小，当伸缩马达控制磁阻力片到达B位置时电机停止运动，此时阻力最大，在最大阻力和最小阻力的区间可通过设置电机转数可细分出多级阻力。

图4为速度感应装置，所述的速度感应装置传感器包含但不局限于干簧管、霍尔传感器，光电编码器等，安装在配重轮上的可以是磁铁或者码盘，作为优选，在本实用新型中速度感应装置由三个干簧管20C1、C2、C3和安装在配重轮上的磁铁21C4组成，用户运动时脚踏的旋转带动配重轮运动，安装在配重轮上的磁铁C4旋转至磁力感应器的位置时，实时速度S1等于相邻两个磁力传感器之间的周长D1除以这两个磁力感应器的响应时间间隔T1，S1=D1/T1。当磁力传感器响应顺序为C1，C2，C3时，配重轮为正向运动，当磁力传感器响应顺序为C3，C2，C1时，配重轮为反向运动。

图5本实用新型控制系统示意图，控制系统包含控制系统主板22，笼头电位计，安装在笼头上的交互按钮，自动磁阻力装置23，速度感应装置24，倾斜轴运动电动缸；通讯芯片：USB有线通讯芯片，蓝牙无线通讯芯片；通过控制主板供电的智能外设；用户开始健身后，系统实时读取转向系统中的数据转换为虚拟场景中单车的方向通过所述的通讯芯片发送至上位机，上位机25实时渲染虚拟现实图像显示在显示设备中，所述的上位机可以是以USB有线方式连接的电脑主机，平板等设备，也可以是以蓝牙无线方式连接的VR一体机，手机等无线设备。当用户开始运动后，系统根据当前地形和用户设置调整自动磁阻力装置，与此同时，系统实时读取速度感应装置获得用户运动的速度和配重轮的运动方向以确定用户是正向行驶还是逆向行驶。获取到用户的速度后，根据用户的速度和虚拟现实场景中单车的方向得到未来一段时间内虚拟现实场景中地形的时间-倾斜度变化曲线，根据直线运动装置线性运动预处理算法控制倾斜运动装置电动缸实时调整健身单车的倾斜度，系统还可以响应交互按钮的事件，用于虚拟现实场景中的交互功能和控制通过控制系统主板供电的智能外设。

上述技术方案仅体现了本实用新型的优选实施方式，不能理解为对本实用新型准许范围的限制，凡根据本实用新型做出的变形和改进，均属于本实用新型保护范围。