一种模拟单车骑行的VR健身装置的制作方法

本发明属于虚拟现实技术领域，具体涉及一种模拟单车骑行的vr健身装置。

背景技术：

现有的应用虚拟现实技术使用的游戏或健身用的单车大多使用结合vr眼镜实现，并且使用时先戴眼镜会遮挡使用者视线而无法准确掌握把手位置，而先握紧把手则需要他人协助戴上眼镜；而单车为固定安装在底座上，整体的重量增加，而且单车不可更换。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种模拟单车骑行的vr健身装置。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：一种模拟单车骑行的vr健身装置，其特征在于：包括框体、固定连接在框体内的传动组件以及可拆卸安装在框体上的单车；

所述框体包括位于底部的底板、固定连接在底板前部的立板以及固定连接在立板上部的顶板；所述底板与所述立板垂直，所述顶板与所述立板垂直，且所述顶板方向朝后；所述顶板中间沿前后方向成型有长条形的滑槽；所述顶板的顶面沿所述滑槽长度方向安装有齿条；所述顶板下方滑动连接有移动盘、两个固定连接在移动盘下端的电动推杆以及安装在电动推杆下方的vr眼镜；

所述移动盘底端固定连接有步进电机；所述步进电机的输出轴穿过所述移动盘固定连接有与所述齿条啮合传动连接的齿轮；所述步进电机的输出轴滑动连接在所述滑槽内；所述移动盘底面两侧对称成型有两个用于安装所述电动推杆的电动推杆安装槽；

两个所述电动推杆底部朝上分别固定连接在两个所述电动推杆安装槽内；每个所述电动推杆的推杆末端固定连接有电磁铁；

所述vr眼镜包括眼镜部、固定连接在眼镜部上端后部两侧的两个头戴部以及固定连接在眼镜部上端的气泵安装部；所述头戴部后部的内侧壁安装有用于将所述vr眼镜固定在使用者头部的气囊；所述头戴部外侧壁对应两个所述电磁铁处安装有两个磁铁；所述气泵安装部内部成型有气泵安装腔；所述气泵安装腔内安装有两个气泵组件；所述眼镜部下端中部安装有第一压力传感器；所述头戴部后端安装有用于排出气囊内气体的电磁阀，所述电磁阀与所述气囊相连通；所述头戴部与所述眼镜部之间安装有红外传感器；

所述底板前端成型有凸台；所述凸台中间成型有圆形的安装槽；所述安装槽内安装有转动台；所述传动组件固定连接在底板上所述凸台的后方；

所述转动台包括圆形的转动盘；所述转动盘上固定连接有旋转定位部，所述旋转定位部前高后低；所述转动盘下方转动连接有固定座，所述固定座固定连接在所述安装槽内；所述旋转定位部中间成型有用于插接单车的前轮位置的前轮卡槽，所述前轮卡槽开口呈三角形且方向朝后，所述前轮卡槽限制单车的前轮前端和左右两侧位置；所述前轮卡槽前部内壁安装有按压开关；所述固定座与所述转动盘之间安装有用于检测单车的前轮的转动角度的第二旋转编码器；

所述传动组件包括传动带以及转动连接在所述传动带内的两根传动轴；所述传动带外侧面成型有用于增加摩擦的摩擦条；所述传动带两端内侧成型有同步带；两根所述传动轴两端与所述同步带对应位置固定连接有与所述同步带配合使用的同步轮；所述传动带内部安装有用于支撑传动带上侧面的弓形支撑架；所述传动轴及所述弓形支撑架两端分别安装有固定连接在底板上的两个安装架，所述传动轴转动连接在所述安装架上，所述弓形支撑架两端为多边形并固定连接在所述安装架上；两个所述安装架上端固定连接有位于所述传动带上方的踏板；一根所述传动轴的一端位于所述安装架外侧安装有旋转阻尼器，另一端位于另一个所述安装架外侧安装有用于检测传动轴转动速度的第一旋转编码器；

所述气泵组件包括有泵体，以及分别连接在泵体上的两个进气阀；

所述泵体包括有底座以及一体连接在底座上端的泵体部；

所述底座上成型有三通形式的通气管，所述进气阀分别连接在底座上通气管的两个端口上，通气管的另一个端口与泵体部连通；

所述泵体部包括有能够沿轴向伸缩的波纹管部，所述波纹管部的轴向截面呈波浪状，波纹管部外壁位于每处外凸部分一体连接有矩形的驱动部；

各个所述驱动部内依次交替地设有第一线圈和第二线圈，且各个第一线圈串联电连接，各个第二线圈串联电连接；

所述泵体整体由具有弹性的橡胶材料通过3d打印方式制成，所述第一线圈和第二线圈由液态金属形成，所述液态金属为水银或者铟镓合金；所述驱动部内设有用以填充液态金属以形成所述第一线圈、第二线圈的线圈通道；所述波纹管部内及底座内分别设有用以填充液态金属以连接各个第一线圈的连通通道，以及用以填充液态金属以形成连接各个第二线圈的连通通道；

所述底座侧壁设有与连接第一线圈的连通通道两端部连通的两个第一注液口，所述底座侧壁设有与连接第二线圈的连通通道两端部连通的两个第二注液口；两个第一注液口上分别密封连接有第一接线端子，两个第二注液口上分别密封连接有第二接线端子；所述第一接线端子、第二接线端子分别通过螺纹连接到第一注液口、第二注液口上之后，通过密封胶进行彻底密封，避免液态金属漏出；

所述泵体部远离所述底座处安装有一个波纹管；所述泵体部与所述波纹管之间连接有由泵体部向波纹管单向导通的连接阀；所述波纹管出口处插接有出气阀；

所述进气阀、连接阀和出气阀均为单向阀；

所述气泵组件工作时，所述泵体部拉伸时，空气从进气阀进入泵体部的内腔，同时所述波纹管压缩将波纹管内的空气通过出气阀排出；当所述泵体部收缩，泵体部内腔的空气通过连接阀进入波纹管的内腔，同时所述波纹管拉伸；

两个所述第一接线端子之间连接直流电源，两个第二接线端子之间连接1-10赫兹的交流电源；

所述vr眼镜上的气泵安装部前端对应所述气泵组件的进气阀处成型有进气孔；所述头戴部位于所述气泵安装腔内成型有气囊进气口；所述气泵组件的出气阀与所述气囊进气口连通，且所述出气阀与所述气囊进气口之间安装有检测气囊内气压的第二压力传感器；

所述电动推杆、vr眼镜、气泵组件、电磁铁、电磁阀、第一旋转编码器、第二旋转编码器、第一压力传感器、第二压力传感器、红外传感器与主控制器电连接。

作为优选方案：所述泵体部的内腔体积与所述波纹管的内腔体积相同，所述泵体部的长度与所述波纹管的长度相同，所述泵体部及波纹管均匀伸缩。

作为优选方案：所述电磁铁工作时产生的磁场方向与所述磁铁的磁场方向相反。

作为优选方案：所述移动盘和所述vr眼镜上安装有相互匹配的无线充电模块。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：本发明初始状态下，电动推杆处于收缩状态，移动盘位于t型滑槽的最前端，所述vr眼镜上的两块磁铁分别与电动推杆上的电磁铁相吸。本发明使用时使用者将单车推到框体内，单车的后轮位于传动组件上，前轮卡入转动台的前轮卡槽中，使用者骑上单车；当前轮触碰前轮卡槽前部的按压开关时，电动推杆工作伸长，使vr眼镜下降；vr眼镜下降过程中当红外传感器检测到信号后电动推杆继续伸长4-6cm后停止；随后步进电机工作，通过移动盘的移动将vr眼镜缓慢移向使用者；当vr眼镜接近使用者后，使用者配合把头伸入vr眼镜的头戴部下方并使鼻梁接触至第一压力传感器位置；当第一压力传感器检测到信号，主控制器控制电动推杆上的电磁铁工作，从而使vr眼镜与电动推杆脱离，此时控制器控制vr眼镜上的气泵组件开始工作，气囊充气，当主控制器检测到第二压力传感器检测值到达设定值时控制气泵组件停止工作，则所述vr眼镜固定至使用者头部，同时电动推杆和移动盘复位并使电磁铁断电；骑行过程中后轮摩擦传动带使传动轴转动，通过传动轴上的第一旋转编码器检测骑行速度，第二旋转编码器用于单车的前轮的转动角度并反馈至虚拟场景中，当虚拟场景为上坡时则通过旋转阻尼器增加阻力，增加骑行时的真实感；使用完毕，主控制器控制电磁阀工作使气囊排气，使用者将vr眼镜放回原位即可。

本发明使用时使用者无需他人协助戴vr眼镜，所有操作均可单独完成；使整体vr眼镜佩戴过程中通过气囊固定在使用者头部，不会对使用者造成不适感；使用者穿戴好vr眼镜后移动盘移回至前端，使用者使用完后将vr眼镜放回框体内的前部的上端，防止在非使用状态意外碰撞到vr眼镜使其跌落；所述气泵组件运行时，可动部件全部集中在橡胶材质的波纹管部上及波纹管上，在波纹管部收缩过程的末期，相邻的驱动部之间会产生碰撞，由于泵体及波纹管整体为橡胶材料，噪声低；所述气泵组件工作时由于泵体部内腔与波纹管内腔体积、泵体部与波纹管长度相同，并且泵体部与波纹管均匀收缩，使底座与出气阀之间的位置能够保持固定，防止充气时连接处抖动甚至脱落；单车前端由旋转定位部限制，使单车能够保持其所在的位置；日常骑行的单车均可使用，对设备的依赖性小，能够减少加工难度并减小整体重量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的分解结构示意图。

图3是框体的结构示意图。

图4是传动组件的结构示意图。

图5是传动组件的分解结构示意图。

图6是转动台的结构示意图。

图7、图8是vr眼镜的结构示意图。

图9是移动盘的剖视结构示意图。

图10是电动推杆的结构示意图。

图11是气泵组件的结构示意图。

图12是气泵组件的分解结构示意图。

图13是气泵组件的剖视结构示意图。

图14是泵体内的线圈连接图。

1、单车；2、框体；21、底板；211、凸台；212、安装槽；22、立板；23、顶板；231、滑槽；24、齿条；3、vr眼镜；31、头戴部；311、气囊；312、磁铁；313、气囊进气口；32、眼镜部；321、第一压力传感器；322、红外传感器；33、气泵安装部；331、进气孔；332、气泵安装腔；4、电动推杆；41、电磁铁；5、移动盘；51、电动推杆安装槽；52、齿轮；53、步进电机；6、传动组件；61、传动带；611、同步带；62、安装架；621、踏板；63、传动轴；631、同步轮；64、旋转阻尼器；65、第一旋转编码器；66、弓形支撑架；7、转动台；71、转动盘；72、固定座；73、旋转定位部；731、前轮卡槽；732、按压开关；8、气泵组件；81、泵体；811、底座；8111、第一注液口；8112、第二注液口；8113、通气管；812、泵体部；8121、波纹管部；8122、驱动部；8123、线圈通道；812a、第一线圈；812b、第二线圈；82a、进气阀；82b、连接阀；82c、出气阀；831、第一接线端子；832、第二接线端子；84、波纹管。

具体实施方式

实施例1

根据图1至图14所示，本实施例为一种模拟单车骑行的vr健身装置，包括框体2、固定连接在框体上的传动组件6以及可拆卸安装在框体上的单车1。

所述框体包括位于底部的底板21、固定连接在底板前部的立板22以及固定连接在立板上部的顶板23；所述底板与所述立板垂直，所述顶板与所述立板垂直，且所述顶板方向朝后；所述顶板中间沿前后方向成型有长条形的滑槽231；所述顶板的顶面沿所述滑槽长度方向安装有齿条24；所述顶板下方滑动连接有移动盘5、两个固定连接在移动盘下端的电动推杆4以及安装在电动推杆下方的vr眼镜3。

所述移动盘底端固定连接有步进电机53；所述步进电机的输出轴穿过所述移动盘固定连接有与所述齿条啮合传动连接的齿轮52；所述步进电机的输出轴滑动连接在所述滑槽内；所述移动盘底面两侧对称成型有两个用于安装所述电动推杆的电动推杆安装槽51。

两个所述电动推杆底部朝上分别固定连接在两个所述电动推杆安装槽内；每个所述电动推杆的推杆末端固定连接有电磁铁41。

所述vr眼镜包括眼镜部32、固定连接在眼镜部上端后部两侧的两个头戴部31以及固定连接在眼镜部上端的气泵安装部33；所述头戴部后部的内侧壁安装有用于将所述vr眼镜固定在使用者头部的气囊311；所述头戴部外侧壁对应两个所述电磁铁处安装有两个磁铁312；所述气泵安装部内部成型有气泵安装腔332；所述气泵安装腔内安装有两个气泵组件8；所述眼镜部下端中部安装有第一压力传感器321；所述头戴部后端安装有用于排出气囊内气体的电磁阀，所述电磁阀与所述气囊相连通；所述头戴部与所述眼镜部之间安装有红外传感器322。

所述底板前端成型有凸台211；所述凸台中间成型有圆形的安装槽212；所述安装槽内安装有转动台7；所述传动组件6固定连接在底板上所述凸台的后方。

所述转动台包括圆形的转动盘71；所述转动盘上固定连接有旋转定位部73，所述旋转定位部前高后低；所述转动盘下方转动连接有固定座72，所述固定座固定连接在所述安装槽内；所述旋转定位部中间成型有用于插接单车的前轮位置的前轮卡槽731，所述前轮卡槽开口呈三角形且方向朝后，所述前轮卡槽限制单车的前轮前端和左右两侧位置；所述前轮卡槽前部内壁安装有按压开关732；所述固定座与所述转动盘之间安装有用于检测单车的前轮的转动角度的第二旋转编码器。

所述传动组件包括传动带61以及转动连接在所述传动带内的两根传动轴63；所述传动带外侧面成型有用于增加摩擦的摩擦条；所述传动带两端内侧成型有同步带611；两根所述传动轴两端与所述同步带对应位置固定连接有与所述同步带配合使用的同步轮631；所述传动带内部安装有用于支撑传动带上侧面的弓形支撑架66；所述传动轴及所述弓形支撑架两端分别安装有固定连接在底板上的两个安装架62，所述传动轴转动连接在所述安装架上，所述弓形支撑架两端为多边形并固定连接在所述安装架上；两个所述安装架上端固定连接有位于所述传动带上方的踏板621；一根所述传动轴的一端位于所述安装架外侧安装有旋转阻尼器64，另一端位于另一个所述安装架外侧安装有用于检测传动轴转动速度的第一旋转编码器65。

所述气泵组件包括有泵体81，以及分别连接在泵体上的两个进气阀82a。

所述泵体包括有底座811以及一体连接在底座上端的泵体部812。

所述底座上成型有三通形式的通气管8113，所述进气阀分别连接在底座上通气管的两个端口上，通气管的另一个端口与泵体部连通。

所述泵体部包括有能够沿轴向伸缩的波纹管部8121，所述波纹管部的轴向截面呈波浪状，波纹管部外壁位于每处外凸部分一体连接有矩形的驱动部8122。

各个所述驱动部内依次交替地设有第一线圈812a和第二线圈812b，且各个第一线圈串联电连接，各个第二线圈串联电连接。

所述泵体整体由具有弹性的橡胶材料通过3d打印方式制成，所述第一线圈和第二线圈由液态金属形成，所述液态金属为水银或者铟镓合金；所述驱动部内设有用以填充液态金属以形成所述第一线圈、第二线圈的线圈通道；所述波纹管部内及底座内分别设有用以填充液态金属以连接各个第一线圈812a的连通通道，以及用以填充液态金属以形成连接各个第二线圈812b的连通通道。

所述底座侧壁设有与连接第一线圈的连通通道两端部连通的两个第一注液口8111，所述底座侧壁设有与连接第二线圈的连通通道两端部连通的两个第二注液口8112；两个第一注液口上分别密封连接有第一接线端子831，两个第二注液口上分别密封连接有第二接线端子832。所述第一接线端子、第二接线端子分别通过螺纹连接到第一注液口、第二注液口上之后，通过密封胶进行彻底密封，避免液态金属漏出。

所述泵体部远离所述底座处安装有一个波纹管84；所述泵体部与所述波纹管之间连接有由泵体部向波纹管单向导通的连接阀82b；所述波纹管出口处插接有出气阀82c。

所述进气阀、连接阀和出气阀均为单向阀。

所述泵体部的内腔体积与所述波纹管的内腔体积相同，所述泵体部的长度与所述波纹管的长度相同，所述泵体部及波纹管均匀伸缩。

所述气泵组件工作时，所述泵体部拉伸时，空气从进气阀进入泵体部的内腔，同时所述波纹管压缩将波纹管内的空气通过出气阀排出；当所述泵体部收缩，泵体部内腔的空气通过连接阀进入波纹管的内腔，同时所述波纹管拉伸。

两个所述第一接线端子之间连接直流电源，两个第二接线端子之间连接1-10赫兹的交流电源。

所述vr眼镜上的气泵安装部前端对应所述气泵组件的进气阀处成型有进气孔331；所述头戴部位于所述气泵安装腔内成型有气囊进气口313；所述气泵组件的出气阀与所述气囊进气口连通，且所述出气阀与所述气囊进气口之间安装有检测气囊内气压的第二压力传感器。

所述电动推杆、vr眼镜、气泵组件、电磁铁、电磁阀、第一旋转编码器、第二旋转编码器、第一压力传感器、第二压力传感器、红外传感器与主控制器电连接。

所述电磁铁工作时产生的磁场方向与所述磁铁的磁场方向相反。

本发明初始状态下，电动推杆处于收缩状态，移动盘位于t型滑槽的最前端，所述vr眼镜上的两块磁铁分别与电动推杆上的电磁铁相吸。本发明使用时使用者将单车推到框体内，单车的后轮位于传动组件上，前轮卡入转动台的前轮卡槽中，使用者骑上单车；当前轮往触碰前轮卡槽前部的按压开关时，电动推杆工作伸长，使vr眼镜下降；vr眼镜下降过程中当红外传感器检测到信号后电动推杆继续伸长4-6cm后停止；随后步进电机工作，通过移动盘的移动将vr眼镜缓慢移向使用者；当vr眼镜接近使用者后，使用者配合把头伸入vr眼镜的头戴部下方并使鼻梁接触至第一压力传感器位置；当第一压力传感器检测到信号，主控制器控制电动推杆上的电磁铁工作，从而使vr眼镜与电动推杆脱离，此时控制器控制vr眼镜上的气泵组件开始工作，气囊充气，当主控制器检测到第二压力传感器检测值到达设定值时控制气泵组件停止工作，则所述vr眼镜固定至使用者头部，同时电动推杆和移动盘复位并使电磁铁断电；骑行过程中后轮摩擦传动带使传动轴转动，通过传动轴上的第一旋转编码器检测骑行速度，第二旋转编码器用于单车的前轮的转动角度并反馈至虚拟场景中，当虚拟场景为上坡时则通过旋转阻尼器增加阻力，增加骑行时的真实感；使用完毕，主控制器控制电磁阀工作使气囊排气，使用者将vr眼镜放回原位即可。

本发明使用时使用者无需他人协助戴vr眼镜，所有操作均可单独完成；使整体vr眼镜佩戴过程中通过气囊固定在使用者头部，不会对使用者造成不适感；使用者穿戴好vr眼镜后移动盘移回至前端，使用者使用完后将vr眼镜放回框体内的前部的上端，防止在非使用状态意外碰撞到vr眼镜使其跌落；所述气泵组件运行时，可动部件全部集中在橡胶材质的波纹管部上及波纹管上，在波纹管部收缩过程的末期，相邻的驱动部之间会产生碰撞，由于泵体及波纹管整体为橡胶材料，噪声低；所述气泵组件工作时由于泵体部内腔与波纹管内腔体积、泵体部与波纹管长度相同，并且泵体部与波纹管均匀收缩，使底座与出气阀之间的位置能够保持固定，防止充气时连接处抖动甚至脱落；单车前端由旋转定位部限制，使单车能够保持其所在的位置；日常骑行的单车均可使用，对设备的依赖性小，能够减少加工难度并减小整体重量。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上做了如下改进：所述移动盘和所述vr眼镜上安装有相互匹配的无线充电模块。

在本发明使用完毕后通过能够对vr眼镜及时充电，为下一次使用做准备。