一种VR人机交互全能运动与万向跑步机的制作方法

本发明涉及vr(虚拟现实)人机交互技术，特别涉及一种vr人机交互全能运动与万向跑步机。

背景技术：

现有各类vr(虚拟现实)人机交互技术、模式、产品与方案均存在各种缺陷与不足，以下按照人机交互模式分类阐述和分析：

(一)vr眼镜单独使用时存在的缺陷和不足

vr眼镜单独使用是指不依赖与身体运动交互有关的设备(例如万向跑步机)，仅用vr眼镜(或加vr手柄)来与vr空间和角色进行交互和控制的方式。这是vr眼镜最基本和普遍的使用方式，简便易行成本低，但是存在很多的缺陷和不足：

1)人体运动受到很大限制。通常只能在小范围物理空间中进行小幅度肢体动作，身体位移被严格限制以确保安全。这反映到虚拟空间中意味着用户无法以人体自然动作来操作虚拟空间、角色和物体(比如说最典型的由于无法以现实中人体的行走来实现虚拟空间中的连续移动和自由行走而采用“手柄操作”、“瞬间移动”等非自然方式来补偿)，从而使得vr(虚拟现实)的体验在根本上大打折扣；

2)安全性难以保障。即使没有身体真实位移，只考虑原地动作，单独使用vr眼镜也难以保证安全。其根本原因在于，人类的两足直立是一个天然动不平衡状态，需要不断对身体姿态进行动态微调以保平衡，对于正常人来说视觉系统是实现这一平衡机制的核心系统(盲人需要大量肌肉练习和借助拐杖辅助获得“触地”感知才能在行走和转向时不致跌倒)，在佩戴vr眼镜之后视觉系统难以参与平衡微调，从而在身体移动和转向时(即使在原地)容易失去平衡发生碰撞和摔倒事故；

3)容易诱发vr晕动症。vr晕动症是使用者眼睛“看”到的自身运动和身体“感觉”到的自身运动不一致而引起的生理应激反应。解决之道是让现实空间的身体与虚拟空间中的身体运动保持相对一致，尤其是转向和行进，例如万向跑步机。而单独使用vr眼镜时完全无法做到这一点；

(二)vr机舱模式解决方案存在的缺陷和不足

vr机舱模式是以“驾驶舱”、“座舱”来限制使用者相对周边的位移的一种设定(具体产品表现为vr驾驶舱或vr座椅/蛋椅)，身体在现实和虚拟空间中都不发生移动，代之以身体搭乘的载具的移动，并允许上肢做出更准确的动作来操作虚拟载具和物体，例如驾驶飞机、汽车等(其他载具操作大同小异)。相比单独使用vr眼镜，vr机舱更安全，并能很好模拟操作类游戏和应用。但是其缺陷和不足也很明显：

1)vr世界的代入感较弱。vr机舱的设定，本质是对虚拟空间中的“物”而非“我”进行操作，更类似于人类在现实中对计算机及其映射的虚拟载具进行操控的一种模式(现实中可供参考的应用是广泛使用的遥控无人机)，而不是人类本身在虚拟空间的“映射”与“存在”。这导致vr世界的代入感根本性削弱，并使得以“人体”(含人形机器)为映射对象的游戏和应用难以实现和表达；

2)游戏与应用类型局限大。vr机舱适用于操作类的游戏和应用，无法作为基础和定常的vr人机交互解决方案——人类需要和现实世界一样能够自由行走的vr世界；

3)仍然存在诱发vr运动症的可能性，其原理类似于晕车。

(三)滑动复位万向跑步机存在的缺陷和不足

滑动复位万向跑步机(以omni万向跑步机为创始和代表)运行原理为，使用者在一个凹形(碗形/锅形)滑道式跑台上移动，通过步态和姿态传感器获得行走和转向操作信号，从而实现使用者在虚拟空间的行走和转向与现实相对一致的运动操作。使用者在跑台上每次(向前向后)迈步的结果都是在重力、鞋底滑轮/滑面、凹形滑道与身体定位装置的共同作用下滑回起步的原点，从而实现在现实空间的复位循环和在虚拟空间的无限行走。同时，为了保持使用者在凹形滑道上不至跌倒，需要另外设置身体重心保持装置，通常以下方支撑结构的腰环或上方悬挂结构的吊绳来实现。这些结构做到了人体被动的平衡，但是又妨碍了肢体的运动。滑动复位万向跑步机在一定程度上满足了真实运动和虚拟视觉的一致性(消除了晕动症主要诱因)、vr运动安全性、虚拟世界无限行走等三大核心诉求，是vr人机交互技术发展史上的一个重要里程碑，也是本专利主要的对标和改进对象。但是滑动复位万向跑步机作为入门级vr交互设备尚可，作为vr世界定常式交互设备则存在着难以克服的缺陷：

1)滑动复位行走方式不符合人类行走和奔跑的习惯和生理：人类经过千万年进化，形成了两足直立行走的生理运动规律，包括前脚掌触地、后脚掌蹬踏和双足交替变更重心等运动模式，而滑动复位无论行走还是奔跑的运动模式无论怎样进行设计和模拟，都无法达到人类自然行走和奔跑的程度，从而在虚拟世界中时刻提醒使用者自身在以“不正常”的方式进行运动，导致这种vr人机交互模式的根本性缺陷。再加上，滑道式跑台的表面是一个凹面，这与人体两足直立和行走已经习惯了的平地的感觉完全不同。

2)依赖脚底发力的动作严重受限：由于和脚底接触的表面始终是处于滑动状态，缺乏脚掌与地面的摩擦力，而且整个表面是一个凹面，这导致依赖脚底发力的动作严重受限。

3)缺乏自然的平衡感：正常状态下，视觉是人体最重要的平衡信息反馈渠道，戴上vr眼镜之后，人体与物理空间之间的视觉联系被切断，此时脚底与地面的触觉成为唯一最重要的掌控平衡的信息反馈。而始终处于滑动状态、凹面形状的的地面和装有硬质滚轮的鞋底，无法给予人体正确的与地面接触的信息——人体脚掌有三个主要的触地用力点，脚后跟、大脚趾跟和小脚趾跟与地面形成一个三角支撑的力学模型。而装有硬质滚轮的鞋底破坏了这一个三角支撑的力学模型，从而导致自然平衡感的缺乏。而依靠腰环和吊绳等工具进行外力的平衡，不仅无法代替人体本身通过脚底与地面接触获得的平衡感，而且进一步恶化了人体使用vr眼镜之后通过练习重新获得平衡感的趋势(类似于闭眼单脚平衡训练)。

4)肢体动作幅度受到很大限制：在滑动复位万向跑步机上进行运动，首先是下肢因为缺乏脚底摩擦力、地面不平和凹面滑道周边凸起的边缘等原因无法做出较大幅度和力度的动作——包括但不仅限于奔跑、跳跃、下蹲、坐下、匍匐等等；然后是上肢因为下肢难以发力、腰环和吊绳的阻挡等原因，无法做出脚大幅度和力度的动作。

(四)现有主动复位万向跑步机存在的缺陷和不足

1)反应迟钝：由于需要对复数(两步以上)的步态进行信号采集和程序运算，然后才能给出对应方向和位置跑带的运动速度，先天上具有很大的延迟。

2)机构复杂：需要使用数量很多、尺寸很小的具有主动驱动功能的复位装置(例如滚轮，或跑步带)，从而导致可靠性、实用性、经济性方面均难以施行。

3)动作有限：目前只能试验性质地提供漫步行走的人机交互功能，无法进行奔跑跳跃等高频率大幅度动作。

4)平衡性差：主动复位万向跑步机的机械运动与人体运动之间始终存在一个动态同步的问题，任何同步差异都有可能导致使用者失去身体平衡。

(五)大空间vr解决方案存在的缺陷和不足：

1)无法做到无限连续行走：大空间vr技术和解决方案从核心原理来说，所能提供的虚拟世界活动空间基本上等同于使用者在现实世界的物理空间。如果想要获得近似的无限行走功能，需要在现实物理空间的边缘不断使用类似于空间跳跃的设定，无法做到像现实世界一样的连续空间的无限行走，从而极大限制了大空间vr技术与解决方案的应用场景。

2)动作受限：大空间vr使用者在虚拟世界中所能做出的动作在现实世界所能做出的动作基本一致，也就是在安全限制条件下的地面活动，从而限制了世界的各种无限可行性。

3)空间受限：为了获得足够大的虚拟世界空间，大空间vr技术和解决方案总是尽可能需要足够大的真实空间，这导致很多的现实问题，难以作为普及型的vr人机交互解决方案。而在同一个真实空间中所容纳的使用者数量是有限的，使得这种vr人机交互技术和解决方案消费级的产品或服务的坪效低下的问题困扰非常严重。

4)安全隐患：由于多名使用者在同一个现实空间中进行活动与操作，无论通过技术上采取何种安全措施，都无法避免人体和人体之间的冲突与碰撞，尤其可能发生危及生命安全的人体踩踏事故。从而进一步限制了总解决方案空间的扩大——为了解决空间有限的不是办法的办法，也限制了在同一个空间中容纳的使用者人数，更喜安智了允许的动作种类、力度与幅度，也就是从总体上限制了这种vr人机交互技术与解决方案的未来发展前景。

(六)需求和问题的总结：

1)理想的vr人机交互解决方案首先需要解决的问题是如何做到人体平面运动在真实世界和虚拟世界的一致性，具体来说就是要让人体在平面上行走(奔跑)和转向在真实和虚拟两个世界中的体验感无限相似。如此不仅能够提供化的虚拟世界代入感，而且能够在生理根源上消除vr晕动症的诱发因素。同时需要有人体平面运动的连续复位功能，以实现在虚拟世界全方向和连续性的无限行走；

2)其次要解决的问题是人体纵向运动(垂直方向上的运动)在真实和虚拟，两个世界中最大的可实现性。同时需要实现匹配人体纵向运动的复位功能。具体来说，是否可以做出直立、跳跃、奔跑(可以理解为直线行进与连续跳跃的动作组合体)、下蹲、半跪、坐下和匍匐等纵向运动动作，是否允许人体重心在垂直方向上移动的幅度是否满足动作需求，以及这些动作之间是否连贯和自然，还有人体重心在做纵向运动的时候不会因为真实世界的目不视物而失去平衡。此处特别指出关于“人体纵向运动在两个世界中最大的可实现性”的一项重要需求——如果能够解决人体从直立状态自然和连续过渡到坐姿状态的问题，就能在同一个游戏或应用中将直立运动与坐姿操作完美融合，彻底解决vr机舱模式应用局限大的问题。另外还有悬浮和跌落两个重要的垂直方向的身体姿态，前者能够在虚拟世界中模拟实现飞行和游泳的体验，后者(跌落体验)是真实和虚拟之间的黄金分隔点；

3)第三要解决的问题和需求是如何最大化地放开肢体运动的幅度、范围、力度和频率限制。肢体运动所受限制主要原因有：安全因素(例如vr眼镜独立使用和大空间vr的安全问题突出)、阻挡因素(例如omni万向跑步机的平衡腰环和立柱阻挡了上肢自由运动)、力学因素(例如滑动复位万向跑步机的运动模式、地面不平整、缺乏摩擦力、硬质滚轮协理剥夺脚底自然平衡感等力学方面的因素使下肢和腰部核心区难以发力从而影响上肢乃至全身运动)、原理缺陷(例如当前已有的主动复位万向跑步机核心原理是首先采集一段时间或距离的人体行走运动信息，再推算与控制相应位置的机构实施复位，要么因为时间的滞后只能允许做频率幅度很小的动作如散步，要么需要一个空间尺寸很大的导致经济性与环境适应性很差)。因此，该项需求可以描述为：如何最大化地放开肢体运动的幅度、范围、力度和频率限制，同时保证人体安全、阻挡最少、发力最大、敏捷响应、空间最小。

4)第四是一项长期性重大需求：如何最大化提高vr人机交互中人体运动的舒适感？其中，如何降低运动疲劳，延长vr游戏和应用的持续使用时间，是一项关键诉求；

5)第五是兼容性与可扩展性需求：需要最大化兼容各种类型和品牌的vr硬件与软件。并且在软件和硬件两个方向都具有可持续扩展的品质；

6)上述需求和问题是关于理想的vr人机交互解决方案可实现的上限，此外还要解决一些重要的下限问题：

a.综合安全性要高。这是项目可实现性最起码的刚性要求；

b.场地空间占用小。关系商业化运营坪效指标的关键要求；

c.运维可靠性要好。关系到综合运维成本；

d.生产制造费要低。关系到设备初始采购费用。为此，我们提出一种vr人机交互全能运动与万向跑步机。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种vr人机交互全能运动与万向跑步机，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种vr人机交互全能运动与万向跑步机，包括底座，所述底座内侧设置有圆弧导轨和圆形随动防护网，且圆形随动防护网位于圆弧导轨外侧，所述圆弧导轨上端滑动安装有导轨滑块，所述导轨滑块上端固定安装有承重转盘，所述承重转盘下端表面设置有回转驱动机构和导电滑环，且导电滑环位于承重转盘中心点，所述承重转盘上端表面设置有电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机、升降立柱、埋入式控制仓、多用途辅助支架安装基座和触摸屏一体，且电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机位于承重转盘中心端，所述升降立柱包括立柱基座，所述立柱基座上端固定安装有立柱导轨，所述立柱导轨外部滑动安装有可升降悬臂基座，所述可升降悬臂基座一侧螺丝以紧固件、铰链或转轴安装有人体运动定位悬臂，所述人体运动定位悬臂包括四连杆悬臂结构和可调压力空气弹簧或液压缸，所述可调压力空气弹簧或液压缸位于四连杆悬臂结构下方，所述四连杆悬臂结构和可调压力空气弹簧或液压缸一端设置有悬臂端回转轴合页，所述悬臂端回转轴合页下端镶嵌有回转轴压力传感器，所述悬臂端回转轴合页一侧设置有回转复位空气弹簧或液压缸，且回转复位空气弹簧或液压缸与四连杆悬臂结构固定连接，所述悬臂端回转轴合页外壁表面设置有回转限位器和回转轴，所述悬臂端回转轴合页上端设置有俯仰控制可调空气弹簧或液压缸，所述俯仰控制可调空气弹簧或液压缸一端螺丝以紧固件、铰链或转轴安装有刚性靠背，所述刚性靠背一端设置有襁褓护甲，所述悬臂端回转轴合页一端设置有腰带端回转轴合页，所述腰带端回转轴合页表面设置有俯仰轴，所述腰带端回转轴合页一端设置有刚性腰带，所述襁褓护甲内部设置有参考人体，所述参考人体上端套设有vr眼镜。

进一步地，设计思路、步骤和相关技术方案说明如下：

s1：首先设定人体重心在三维空间中的运动关系为：

i.设定一个人体运动三维坐标系(x,y,z)，人体重心在水平面(x,y)上的投影为坐标原点，人体前后方向为x轴，人体左右方向为y轴，人体垂直方向为z轴；

ii.人体重心在x轴和y轴上的位移量始终为零，满足人体平面运动连续复位要求；

iii.人体重心可以沿z轴上双向位移，满足人体纵向运动要求；

iv.人体重心可以绕z轴做360°旋转，满足人体转向要求；

v.人体重心可以绕y轴有限范围转动，向前90度满足人体从直立到水平，向后30度满足人体从直立到后仰的运动要求；

s2：然后设计一种机械装置实现上述的人体重心在三维空间中的运动关系，在本项发明中，该机械装置被命名为“人体运动定位悬臂”，其功能特征为：

i.人体运动定位悬臂的一端通过一个刚性护腰与人体连接，连接点位于后腰中间，接近人体重心的位置，尽量降低悬臂对人体中心的操纵力矩；

ii.人体运动定位悬臂的另一端安装在一个固定的立柱上；

iii.悬臂本身为刚性机械，因此无论人体怎样运动，人体运动定位悬臂都能在水平面上将人体重心约束在坐标原点，自然实现人体平面运动连续复位的功能；

iv.人体运动定位悬臂的机械结构为垂直摆动的四连杆结构，允许人体重心沿z轴上下位移。(注：位移轨迹虽然不是严格的垂直直线，但是在戴上vr眼镜之后人体感觉上会是垂直移动。同时，四连杆结构能够保证人体重心上下移动时身体始终垂直于地面)。在地球上，z轴上的人体运动复位由重力来保证。在太空舱里，z轴上的人体运动复位由悬臂向下施加在人体肩部的压力来保证；

v.悬臂和刚性护腰之间由一根回转轴和一根俯仰轴进行连接，满足人体重心绕z轴做360°旋转、绕y轴有限范围转动的要求；

s3：做下一步设计之前要明确一点：人体重心的位移和人体自身的运动是相对独立的；人体重心的位移通过上述设定与设计被严格的约定了；而人体自身的运动，却因为这一点得到了最大限度的解放；下面继续阐述设计原理和思路；

s4：由于人体运动定位悬臂约束了人体重心在水平面上的真实位移，因此我们需要设计另外一套装置赋予人体自身在水平面上的真实运动和相对位移。在本项发明中，这套装置为回转式跑台和电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机的组合体。其功能特征为：

i.人体通过下肢(行走和奔跑运动)或者肘关节膝关节(爬行和匍匐运动)蹬踏跑步带实现x轴(前后方向)上的真实运动和相对位移；

ii.在跑步机跑步带的下方、踏板的上面铺设有薄膜式压力传感器矩阵，可以探测人体步态，并控制跑步机驱动电机带动跑步带按照与人体运动相适应的方向和速度运行，以达到降低人体运动消耗、减少人体运动损伤的目的，所以称之为电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机；

iii.回转式跑台由电动机驱动，通过固定安装在跑台上的立柱和悬臂带动人体绕着坐标原点即跑台回转中心进行旋转(同时也带动跑步机一起旋转)，从而获得人体在水平面上360度的真实转向；

iv.跑台跟随人体行进间转向而回转的原理是通过薄膜式压力传感器矩阵监测人体步态，获得行进间转向信号。跟随人体原地转向则是通过回转轴角度传感器获得转向信号，从而控制回转式跑台跟随人体原地转向。(这里注意一点：原地转向的时候，需要在刚性腰带两侧后方与回转轴合页悬臂端之间的回转复位空气弹簧或液压缸或液压缸提供回转复位控制)；

s5：通过上述设计，我们实现了vr人机交互解决方案中主要的人体运动关系：

i.实现了人体在真实世界前后方向上的真实运动、相对位移和原地复位，以及在虚拟世界前后方向上的连续性无限行走；

ii.实现了人体在真实世界以及虚拟世界的360度全向运动；

iii.实现了人体在真实世界大部分的纵向运动以及在虚拟世界对应的纵向运动，和可以模拟出来的各种垂直方向上的运动。

iv.实现了人体在真实世界的身体俯仰动作(直立、前倾、后仰、水平匍匐)以及在虚拟世界中的映射的俯仰动作和可以模拟出来的相关动作；

s6：在实现vr人机交互解决方案中主要的人体运动关系的基础上，进行体验改善设计和缺陷弥补设计。主要有：

i.在人体和悬臂之间，增设一种人体——机械连接装置，在本项发明中，该装置被命名为“襁褓护甲”，用于将机械装置和人体连接点的集中应力或冲击载荷分散到人体上适合受力的部位(主要为臀部、腿部、肩部和背部，其次为髋部、胯部和腋下)，同时起到保护躯干，和放开四肢运动的作用；

ii.在人体运动定位悬臂及可调空气弹簧/液压缸原本的定位和缓冲作用基础上，调节工作压力，增加步态减重功能，将使用者下肢承担的体重部分分摊到悬臂上，从而降低运动疲劳，延长使用时间；

iii.综合使用各执行系统模拟各种力反馈效果，这一点在vr游戏中十分重要；

iv.利用薄膜式压力传感器矩阵，设计一种“侧移步伐(如丁字步)”来实现虚拟世界中的人体侧移运动(例如篮球运动的侧滑步和过独木桥的侧身移动)，用于弥补本项发明中人体没有真实侧移运动的缺陷；

v.利用本发明中人体重心在真实运动中被精确定位和约束的先决条件，在回转式跑台和底座上可以布置若干外部设备，例如充气沙袋、扶手、驾驶模拟器、骑乘装置、矩阵式风扇、气味发生器、vr道具架等等，以获得额外的功能和更好的体验

s7：基础设计工作的最后一环，是开发vr人机交互全能运动与万向跑步机算法与软件系统，并集成到计算机系统中。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明实现的vr人体运动的种类、力度、幅度、频度等核心指标涵盖并超越所有已知同类产品：

i.连续性无限行走：行走、竞走、大踏步走、奔跑【涵盖并超越已知所有同类产品】；

ii.360度全向运动：行进间转向、原地转向、腾空转身【涵盖并超越已知所有同类产品】；

iii.各种纵向运动：站立、短跑、跳跃、摸高、下蹲、半跪、坐下【涵盖并超越已知所有同类产品】；

iv.身体前后俯仰动作：前倾、后仰、匍匐【超越已知所有同类产品】；

v.上肢与下肢动作范围大幅度全面放开：人体运动定位悬臂位于尾椎向后，除非特意去触碰，上下肢各种运动都很难被悬臂所阻挡；脚下为四面开阔的平整地面，下肢任何动作包括难度极大的扫堂腿都不会受到阻挡【超越已知所有同类产品】；

vi.能做各种剧烈运动：使用者脚上穿的是自己的鞋，鞋底下是高摩擦系数的跑步带，跑步带下面是犹如平整坚实地面的承重踏板，腰部重心被人体运动定位悬臂安全可靠的束缚，使得从脚下到腰胯的身体部位可以完全和充分的发力，并带动上身和上肢做出力量充足的各种动作，例如正踢、高鞭腿、胯步冲拳、连续出拳、标枪投掷、挥刀、刺枪等等【超越已知所有同类产品】；

vii.能实现减重步态类运动：通过人体运动定位悬臂减轻下肢负荷，可以实现，特殊环境下的运动功能，例如在低重力环境下(月球、小行星、太空微重力舱)的行走效果，结合跑步机抗阻力运动还可以模拟水下运动效果

viii.各种空中动作：脚下悬空加上俯仰控制，可以模拟各种悬空类动作，例如悬空、跳伞、翼装飞行、鸟人飞行、坠落、游泳、悬浮、飘行【横向胯界】；

ix.各种驾驶与骑行动作：通过坐下的姿态加上驾驶装置可以模拟各种驾驶与骑行动作，例如驾驶飞机、舰船、飞船、坦克、汽车，骑乘摩托车、马匹、飞龙等等【横向胯界】。

2、本发明实现了vr人体运动各种动作与姿态的自然组合【全面创新的设计】：

i.各种动作组合：助跑后跳远、助跑后跳高、胯栏、助跑后投标枪、助跑后飞腿、跳跃扣篮、跳跃顶球、骑马挥刀等等

ii.各种姿态组合：从站姿到坐姿的自然过渡(这是一项极为有用的功能，相当于把vr万向跑步机和vr机舱两个完全不同品类的设备功能整合到了一起，在同一个游戏或应用中将直立运动与坐姿操作完美融合，彻底解决vr机舱模式应用局限大的问题)，从站姿到匍匐姿态，从站姿跳跃到空中顺势转化为飞行姿态，从飞行姿态一跃而下过渡到跳伞姿态等等。

3、本发明实现了一套独特的力反馈与抗阻力运动功能【全面创新的设计】：

i.游戏中受外力分解：全身、局部，正面、背面，上身、下身，左侧、右侧，头顶、脚底；悬臂起落可模拟：全身震动，头顶、脚底力反馈；悬臂俯仰可模拟：上身受力后仰，下身受力前俯；跑台回转可模拟：左侧受力左转，右侧受力右转；跑步机可模拟：上身受力前滚，下身受力后滚；各种力反馈效果都能由力反馈三大执行机构(悬臂、转台、跑步机)单独或组合模拟出。

ii.跑步机可以模拟行走抗阻力运动，例如雪地行走、涉水行走、中了缓行法术等；悬臂压力可模拟举重类抗阻力运动，例如举重、负重、中了泰山压顶法术；身体两侧、前方和上方可以附加设置拉力器，可模拟划船、拖拽、引体向上、攀岩等抗阻力运动。

4、本发明系统、深入、完善地进行了舒适性设计【涵盖并超越已知所有同类产品】：

i.本发明做到了人体平面运动(行进和转向)在真实世界和虚拟世界的高度一致性，从生理根源上大幅度消除了vr晕动症的诱发因素；

ii.本发明以人体运动定位悬臂为主要执行机构，充分利用步态减重康复训练领域的科技成果和实践经验，大幅度和根本性地降低使用者在游戏中的运动负荷，从而革命性提高vr游戏的运动舒适性和游戏时长；

iii.在这里需要特别说明的是，本发明的步态减重系统功能对于缺乏运动的人群、肥胖人群和运动康复患者从低负荷进入逐渐过渡到高强度游戏和训练，是一个十分友好和体贴的设计；

iv.本发明能够充分利用健身用智能跑步机的各种科技成果和实践经验，降低行走和奔跑运动的疲劳度——时间占比最多的运动类型；

v.本发明允许使用者以自身最适合的步态、频率、步幅、振幅进行运动；

vi.本发明让使用者拥有良好的脚感：穿自己的鞋，鞋底下是高摩擦系数的跑步带，跑步带下面是犹如平整坚实地面的承重踏板，脚掌上所有用力支撑点都能妥帖踩在平地上；

vii.本发明增设了襁褓护甲用于人体与机械之间的连接，可以将来自机械的集中应力与冲击载荷分散到身体上适合受力的部位，并对身体起到缓冲和保护的作用，同时允许四肢和头部获得最大的活动自由度；

viii.本发明可以在襁褓护甲的外壳上设置头盔支撑支架，分担vr眼镜/头盔/高保真耳机等头戴设备的重量；

ix.本发明通过算法实现自动奔跑等省力操作模式；

x.本发明通过从奔跑姿态切换到骑乘或飞行姿态来节约玩家体力。

5、本发明具有很高的使用安全性：

i.由于人体重心被精确和严格地约束在原点位置(这是和现有各种主动复位万向跑步机最大的区别)，永远不会发生“失去重心”的问题，从根本上保证了人体运动的安全性；

ii.由于重心位置精确加上阻挡最小化的设计，使得肢体运动很难碰到意料之外的物体，从而防止了肢体碰撞伤害；

iii.在本发明所述装置的人体运动可以和使用者自身习惯的运动姿态和方式完全相同，脚掌接触的地面平整坚实，从而降低了可能的运动损伤；

iv.步态减重设计与各种运动姿态的组合切换，有效降低了长期运动损伤，尤其是在跑步健身中常见的膝盖磨损问题可以通过长期使用本发明获得极大缓解。

6、本发明具有良好的可扩展性：

i.本发明所述装置采用模块化设计，除了回转式跑台基本不变，其他总成和子系统包括跑步机、立柱、悬臂、襁褓护甲、传感器系统、计算机系统、通讯系统等都可更换和升级；

ii.可以增加各种外设系统如多用途支架、充气沙袋、vr驾驶舱模拟器、vr实体道具架、vr人机交互风扇矩阵、vr人机交互气味发生器；

iii.可通过不同的硬件和软件扩展到多种应用领域。

7、本发明所述装置占地小坪效高：占地面积只有2×2＝4平米，高度约2.5米。

8、本发明将会带来非常正能量的社会意义：“带着身体一起玩游戏”这句话是本发明能够冲出识海走向现实的重要原因。本发明天生具有将健身运动和vr游戏高度融合的基因，为爱玩游戏不爱运动的人群提供了一个根本性改善身体健康和生活品质的两全其美路径。从而为社会解决一大群隐患问题。

附图说明

图1为本发明vr人机交互全能运动与万向跑步机的整体结构示意图。

图2为本发明vr人机交互全能运动与万向跑步机的俯视图。

图3为本发明vr人机交互全能运动与万向跑步机的内部结构示意图。

图4为本发明vr人机交互全能运动与万向跑步机的升降立柱结构示意图。

图5为本发明vr人机交互全能运动与万向跑步机的局部放大结构示意图。

图中：1、底座；2、回转驱动机构；3、圆弧导轨；4、承重转盘；5、电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机；6、刚性腰带；7、参考人体；8、vr眼镜；9、襁褓护甲；10、人体运动定位悬臂；11、升降立柱；12、可升降悬臂基座；13、立柱导轨；14、立柱基座；15、导电滑环；16、埋入式控制仓；17、多用途辅助支架安装基座；18、触摸屏一体机；19、导轨滑块；20、圆形随动防护网；21、回转复位空气弹簧或液压缸；22、四连杆悬臂结构；23、可调压力空气弹簧或液压缸；24、刚性靠背；25、回转限位器；26、腰带端回转轴合页；27、俯仰轴；28、回转轴；29、回转轴压力传感器；30、悬臂端回转轴合页；31、俯仰控制可调空气弹簧或液压缸。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例

如图1-5所示，一种vr人机交互全能运动与万向跑步机

(一)回转式跑台

1、回转式跑台主要组成：圆弧导轨、导轨滑块、多用途导电滑环、回转电机与回转驱动机构、承重转盘。

2、回转式跑台连接关系：圆弧导轨坐落在地面上(或者船舶、车辆、飞船的甲板上)；导轨上均匀分布若干个导轨滑块(含滚轮、限位器)，与导轨形成滑动运动关系；导轨滑块通过缓冲装置紧固连接之上的承重转盘；承重转盘上面安装平台上面级与附加机构(包括电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机、升降立柱、人体运动定位悬臂、多用途支架、随动防护网等等)；回转电机与回转驱动机构(齿轮传动或皮带传动)驱动承重转盘相对圆弧导轨在水平面内做360度圆周运动；在圆弧导轨和承重转盘之间的中心线上，安装有多用途导电滑环，为回转式跑台的上面级提供电力、液压、气压、数据线、视频线的供应与连接。

3、回转式跑台基本功能：根据控制系统指令，驱动承重转盘及其上面级按照指定的时间、方向和速度进行旋转运动；为上面级机构与人体运动提供一个稳定可靠的基础平台；承担上面级机构与人体的冲击载荷，均匀分布到圆弧导轨和地面上；为计算机系统、电源控制箱、触摸屏一体机、vr道具支架、整机防护外罩、移动支架/滚轮、个人用品收纳仓等设备设施提供安装接口；

(二)电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机

1、电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机主要组成：驱动电机、传动机构、跑步机支架、踏板、跑步带、薄膜式压力传感器矩阵。

2、电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机连接关系：跑步机支架通过缓冲装置固定安装在回转式跑台的承重转盘上；驱动电机、传动机构与踏板安装在跑步机支架上；传动机构的主动轮与从动轮上法向安装跑步带，并且通过从动轮张紧装置绷紧跑步带；踏板上安装薄膜式压力传感器矩阵，以每个点阵单元面积小于等于7×7mm的密度分布在整个踏板上表面；在压力传感器矩阵上表面以及跑步带下表面(内表面)铺设有低摩擦系数滑膜，以便降低跑步带的摩擦力；

3、电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机基本功能：根据控制系统指令，驱动跑步带按照指定的时间、方向和速度相对(固定的)踏板做直线运动，从而降低人体跑步时的综合能量消耗；在人体下肢前后蹬腿或者上肢做匍匐运动的力量带动下，跑步带被动地向前或向后做直线运动，从而通过压力传感器矩阵向控制系统发出人体运动启动信号；压力传感器矩阵实时采集人体运动施加在踏板上的压力(包括施加压力的人体部位、压力大小、压力点的起止时间、压力点的运动轨迹等信息)，其中可施加压力的人体部位包括脚掌(可细分为脚后跟、大脚趾根、小脚趾跟、脚掌侧缘等几个不同的压力点)、膝关节、手掌、肘关节等等；压力传感器矩阵信号传送到控制系统，按照设定的算法和程序运算之后，反馈控制跑步机自动适应使用者步态，以及同时控制虚拟世界中使用者映射角色的步态与动作；通过压力传感器矩阵获得使用者脚步转向动作信号，经由控制系统控制回转式跑台进行旋转，跟随和匹配使用者的行进方向；

(三)人体运动定位悬臂

1、人体运动定位悬臂主要组成：升降立柱、升降式悬臂基座与升降驱动电机、四连杆悬臂、悬臂可调压力空气弹簧或液压缸或液压缸、回转轴、回转轴合页(腰带端与悬臂端)、回转轴压力传感器、回转轴角度传感器、回转复位空气弹簧或液压缸或液压缸、刚性腰带、刚性靠背、俯仰轴、俯仰轴角度传感器、俯仰控制可调空气弹簧或液压缸或液压缸等等。

2、人体运动定位悬臂连接关系：升降立柱紧固安装在回转式跑台的承重转盘上；升降式悬臂基座安装在升降立柱上，通过升降驱动电机可以沿着升降立柱上下移动，并可通过机械锁紧装置临时固定在升降立柱的指定位置；四连杆悬臂通过转轴安装在悬臂基础上，可以绕转轴上下摆动；四连杆悬臂由安装在悬臂与基座之间的可调压力空气弹簧或液压缸或液压缸提供缓冲和动作；四连杆悬臂另一端结构为回转轴合页(悬臂端)，合页上有回转轴的轴孔、轴套与法向轴承；回转轴安装在轴孔中，轴孔下端安装有径向轴承和径向压力传感器；回转轴另一端固定连接回转轴合页腰带端，回转轴合页腰带端上设有俯仰轴、轴孔轴套和轴承，通过俯仰轴与刚性腰带进行连接；刚性腰带的后端中央位置向上固定安装刚性靠背；刚性腰带及刚性靠背可以绕回转轴在一定角度内转动；在刚性腰带两侧后方与回转轴合页悬臂端之间水平安装回转复位空气弹簧或液压缸或液压缸，用于回转缓冲与回转复位控制；在刚性腰带上端与回转轴合页腰带端顶部之间垂直安装俯仰控制可调空气弹簧或液压缸或液压缸，用于俯仰缓冲与控制；刚性腰带与刚性靠背用于连接和固定襁褓护甲。

3、人体运动定位悬臂基本功能：首要功能是在对人体的重心进行定位和约束，使人体运动时人体重心在水平面上始终保持在原点位置(考虑到为符合与匹配人体运动的生理特点，允许通过各种缓冲装置让人体重心在原点位置做摆振运动)，从而提供人体前后行进与左右转向的核心基本功能，并通过跑步机与回转复位装置获得水平运动原地复位功能；第二项功能是将人体重心的水平位置约束在原点的同时，允许人体重心在垂直方向上获得一定范围的运动，从而提供人体各种纵向运动的可能(包括行走和奔跑时人体重心的上下摆动、跳跃、下蹲、半跪、匍匐等动作，并通过高点位置锁定实现人体两脚悬空、飞行、悬浮或游泳等动作)，并通过重力或悬臂正压力(用于失重使用环境)、四连杆平行轴纵向运动原地复位功能，四连杆悬臂可调压力空气弹簧或液压缸或液压缸提供人体中项运动缓冲和阻尼功能；第三项功能是允许人体在270°角度范围绕回转轴转动，由回转轴角度传感器向控制系统输出转向信号，通过回转复位空气弹簧或液压缸或液压缸提供缓冲和回转复位功能；第四项功能是允许人体在120°角度范围内绕俯仰轴转动(正常情况下最大前倾角度45度，后仰角度15度；在半跪姿势三点着地的情况下放宽俯仰角，到前倾斜角度90度，后仰角度30度，让使用者可以完成匍匐动作)，由俯仰轴角度传感器控制系统输出俯仰信号，通过俯仰控制可调空气弹簧或液压缸或液压缸提供缓冲和俯仰复位功能；第五项功能是步态减重，可以由悬臂承担人体从0到100％比例的重量，减轻下肢步行或奔跑时的人体重量(一般情况下不超过人体重量的40％)，从根本性缓解使用者长时间进行vr游戏或操作的疲劳，进而大幅度拓展vr应用范围；

(四)襁褓护甲

1、襁褓护甲主要组成：襁褓护甲外壳、襁褓护甲内胆、自适应缓冲气囊阵列夹层、气压调节阀、内部调节装置、外部连接装置、腿部吊带。

2、襁褓护甲连接关系：襁褓护甲覆盖人体躯干部位，上至肩部，下次腰臀和胯部；襁褓护甲通过内部调节装置适配人体各部位尺寸，重点包括腰围、胸围和臀围；襁褓护甲内胆包裹人体躯干，由高摩擦系数的柔性材料制成；襁褓护甲外壳由刚性材料制成，用于通过外部连接装置连接机械设备与装置(在本项发明中襁褓护甲外壳连接的是人体运动定位悬臂的刚性腰带和刚性靠背)；襁褓护甲外壳与襁褓护甲内胆之间安装有自适应缓冲气囊阵列夹层，气囊阵列由很多小气囊组成，都通过气压管与气压调节阀相联通，每个小气囊都有独立的气压行程，可以将襁褓护甲内胆紧密压迫与贴合在人体上；气囊之间的空隙，作为人体散热通道；襁褓护甲外壳腰部为半刚性材料，允许人体弯腰和扭转；腿部吊带将大腿远端和襁褓护甲下端连接起来；

3、襁褓护甲基本功能：襁褓护甲外壳与机械刚性连接，襁褓护甲内胆与人体柔性连接，外壳与内胆之间，通过自适应缓冲气囊阵列连接，从而为人体和机械之间提供一个可靠妥善的连接器功能；气囊阵列有效充气之后，襁褓护甲可以将与机械连接部位的集中应力或冲击载荷通过巧妙设计的气囊阵列，分摊到人体躯干最适合受力的部位(主要为臀部、腿部、肩部和背部，其次为髋部、胯部和腋下)；气压调节阀可以将气囊阵列夹层的空气全部放出，方便使用者穿脱襁褓护甲；襁褓护甲外壳、襁褓护甲内胆、气囊阵列之间的空隙，可以作为空气流通和散热通道，并可选择在襁褓护甲外壳上安装无动力换气扇加速空气流通速度提高散热效果；当使用者形成坐姿的时候，完全包覆臀部和大腿根部的襁褓护甲能够变成一个力学意义上的坐凳，与刚性靠背的组合效果相当于人体坐在有靠背的椅子上，从而为使用者提供类似于vr机舱的坐姿玩法功能，以及一个十分重要的游戏省力操作模式。并通过现实世界人体站姿与坐姿自然的切换，大幅度拓展虚拟世界中人体运动与操作的功能；在飞行模式下，襁褓护甲与人体运动定位悬臂共同作用，可以让使用者更好更省力的维持倾斜与水平状态的身体姿态；

(五)控制系统

1、控制系统主要组成：计算机系统、vr人机交互全能运动与万向跑步机算法与软件系统、数据系统、传感器系统、通讯系统、执行系统。

2、控制系统结构关系：计算机系统是控制系统的基础运行平台，包括处理器、存储器、输入输出设备、显示器、操作系统等等；vr人机交互全能运动与万向跑步机算法与软件系统安装在计算机系统中，是本发明的核心系统，包括人体运动指令集合与人机交互的核心算法，以及对整个系统功能进行控制和运行的软件程序；数据系统包括人体运动数据、设备运行数据、管理运维数据、vr人机交互与人体运动大数据、使用者个人数据例如个人步态数据模型以及注册账号相关数据等等；传感器系统中属于本发明基本配置的传感器包括电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机的压力传感器矩阵、回转轴压力传感器、回转轴角度传感器、俯仰轴角度传感器等等；传感器系统中不属于本发明基本配置，但是与本发明所述设备与装置关联使用的传感器包括vr眼镜或vr手柄中的微机电陀螺、加速度传感器、水平仪、感应线圈，以及体感摄像头、激光红外毫米波探测器、人体监测手环、其他可穿戴设备的传感器等等，并可以相关协议与sdk对接到控制系统软件与算法当中。传感器系统通过通讯系统连接到计算机系统，采集到的信号数据传送到vr人机交互全能运动与万向跑步机软件系统中进行处理；通讯系统包括pc计算机系统常用通讯软件和硬件，如有线通讯数据线、互联网网线、无线wifi、蓝牙、有线与无线视频传输、有线与无线音频传输等等以及相关软件。另外，基于物联网传输协议构建本发明传感器系统与执行系统的通讯层，合并到通讯系统中；执行系统包括回转式跑台驱动电机控制器、电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机驱动电机控制器、人体运动定位悬臂基座升降电机控制器、人体运动定位悬臂可调压力空气弹簧或液压缸/液压缸、俯仰轴俯仰控制可调空气弹簧或液压缸/液压缸、刚性腰带回转复位空气弹簧或液压缸/液压缸、襁褓护甲气压调节阀等等，通过通讯系统连接到计算机系统，受到vr人机交互全能运动与万向跑步机软件系统的全权限控制；

3、控制系统基本功能：接收来自传感器系统威尔应用软件的数据信号，处理后生成控制指令执行相关操作，主要包括：控制回转式跑台按指定的时间、方向和角速度进行旋转，控制电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机按照指定的时间、方向、和线速度进行运转，控制人体运动定位悬臂基座的升降操作，控制人体运动定位悬臂可调压力空气弹簧或液压缸/液压缸的行程与压力，控制俯仰轴可调空气弹簧/液压缸的行程与压力，控制刚性腰带回转复位空气弹簧或液压缸/液压缸处于缓冲模式或者复位操作，控制襁褓护甲气压调节阀按照使用者的意愿充气或放气，按照应用/游戏程序指令综合使用上述执行系统模拟各种力反馈效果等等。关于控制系统基本功能所产生的使用效果，在后面章节进行具体阐述；

(六)其他关联系统

其他关联系统主要包括各种不同型号的vr眼镜、vr手柄与外设、vr游戏主机、以及属于本发明衍生出来的vr人机交互全能运动与万向跑步机外设(如多用途支架、充气沙袋、vr驾驶舱模拟器、vr实体道具架、vr人机交互风扇矩阵、vr人机交互气味发生器等等)。

需要说明的是，本发明为一种vr人机交互全能运动与万向跑步机，包括1底座；2回转驱动机构；3圆弧导轨；4承重转盘；5电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机；6刚性腰带；7参考人体；8vr眼镜；9襁褓护甲；10人体运动定位悬臂；11升降立柱；12可升降悬臂基座；13立柱导轨；14立柱基座；15导电滑环；16埋入式控制仓；17多用途辅助支架安装基座；18触摸屏一体机；19导轨滑块；20圆形随动防护网；21回转复位空气弹簧或液压缸；22四连杆悬臂结构；23可调压力空气弹簧或液压缸；24刚性靠背；25回转限位器；26腰带端回转轴合页；27俯仰轴；28回转轴；29回转轴压力传感器；30悬臂端回转轴合页；31俯仰控制可调空气弹簧或液压缸，部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

使用说明：

(一)人体运动定位悬臂功能与使用说明

1)定位：通过调节悬臂基座高度以及通过立柱-悬臂-回转轴-刚性腰带的力传递关系将人体重心定位在回转中心线上，对于现实感觉和虚拟世界的契合度有十分重要的影响；

2)约束：对身体重心的良好约束，赋予了肢体动作的更大自由。通俗来说就是无论怎样剧烈运动，都不会失去重心；

3)承重：可以调节随意停空气弹簧-人体运动定位悬臂的预设张紧力，通过刚性腰带+襁褓护甲可从0～100％承受身体重量；

4)缓冲：人体运动定位悬臂总成的随意停空气弹簧具有良好的非线性缓冲性能，可以在人体剧烈运动中提供有效保护；

5)人体运动定位悬臂基础运动关系：起、落、俯、仰；

6)人体运动定位悬臂可支持的基本动作：行走、奔跑、跳跃、下蹲/半跪、坐下/骑乘、飞行/游泳；

(二)电机驱动或人力驱动的(步态自适应)跑步机功能与使用说明

1)用户使用初始设定

确定坐标原点(当前用户重心在(x,y)平面上的投影)；

基于坐标原点设定当前用户使用的跑台区域：1、右前；2、左前；3、左后；4、右后；

通过教学模式建立当前用户直线行走模式库，包含步幅、左右脚掌朝向、左右重心偏移；

2)步幅触发跑步机运行

普通用户：无论左右，向前或者向后，完成一个步幅，可触发跑步机按照第一个步幅的方向和速度运转起来；

专业用户：无论左右，向前或向后，步幅运动超过1/2个脚掌，则触发跑步机运动；

竞技选手：超过1个压力传感器矩阵点(7×7mm)，则触发跑步机运动；

3)步幅触发回转式跑台转向

脚掌方向斜向运动一个步幅触发跑台转向，直到脚掌方向恢复向前(通过跑步机面板下的压力传感器检测脚掌朝向)；

4)横移

利用“丁字步”模拟侧移，角色向脚尖横侧指向的方向做侧移运动；

5)自动跑

双脚位于跑道后侧，执行向前自动跑步；

双脚位于跑道前侧，执行向后自动跑步；

(三)回转式跑台功能与使用说明

1)正常情况，大部分状态下(正面180°范围内动作)跑台不转动；

2)两种动作，会触发跑台转动。一种是移动转向(通过步幅触发转向)，一种是原地转向(通过回转轴转动打开行程开关)；

3)脚掌斜向步幅(对比初始步幅)触发跑台转动；

4)回转轴在髋部扭转情况下转动，超过45°时打开行程开关，触发跑台转动；

5)回转完成，跑台与人体纵轴重合；

6)回转过程中，联结刚性腰带的两个自锁式空气弹簧帮助用户保持姿势；

(四)外设使用功能示例

1)充气沙袋

i.正常状态下，玩家是触及不到充气沙袋的，即使只有几厘米的距离；

ii.只有游戏中打击对象靠近后，多用途辅助支架才将充气沙袋“送到”玩家触手可及的位置；

iii.由于重心被严格约束，玩家可以放心地做动作而不用担心击打到不能打的地方；

2)驾驶模拟器

i.在游戏中可执行驾驶操作时，首先需要完成坐下的动作；

ii.在“坐下”状态，跑步机是锁定的，与地面没有区别；

iii.在“坐下”并且跑步机锁定后，辅助支架才会将驾驶装置“送到”玩家面前；

(五)力反馈功能与抗阻力功能与使用说明

i.游戏中受外力分解：全身、局部，正面、背面，上身、下身，左侧、右侧，头顶、脚底；

ii.悬臂起落可模拟：全身震动，头顶、脚底力反馈；

iii.悬臂俯仰可模拟：上身受力后仰，下身受力前俯；

iv.跑台回转可模拟：左侧受力左转，右侧受力右转；

v.跑步机可模拟：上身受力前滚，下身受力后滚；

vi.各种力反馈效果都能由力反馈三大执行机构(悬臂、转台、跑步机)单独或组合模拟出；

vii.跑步机可以模拟行走抗阻力运动，例如雪地行走、涉水行走、中了缓行法术等；

viii.悬臂压力可模拟举重类抗阻力运动，例如举重、负重、中了泰山压顶法术；

ix.身体两侧、前方和上方可以附加设置拉力器，可模拟划船、拖拽、引体向上、攀岩等抗阻力运动；

(六)身体运动类型示例

1)连续性无限行走：行走、竞走、大踏步走、奔跑；

2)360度全向运动：行进间转向、原地转向、腾空转身；

3)各种纵向运动：站立、短跑、跳跃、摸高、下蹲、半跪、坐下；

4)身体前后俯仰动作：前倾、后仰、匍匐；

5)上肢与下肢动作范围大幅度全面放开：人体运动定位悬臂位于尾椎向后，除非特意去触碰，上下肢各种运动都很难被悬臂所阻挡；脚下为四面开阔的平整地面，下肢任何动作包括难度极大的扫堂腿都不会受到阻挡；

6)能做各种剧烈运动：使用者脚上穿的是自己的鞋，鞋底下是高摩擦系数的跑步带，跑步带下面是犹如平整坚实地面的承重踏板，腰部重心被人体运动定位悬臂安全可靠的束缚，使得从脚下到腰胯的身体部位可以完全和充分的发力，并带动上身和上肢做出力量充足的各种动作，例如正踢、高鞭腿、胯步冲拳、连续出拳、标枪投掷、挥刀、刺枪等等；

7)能实现减重步态类运动：通过人体运动定位悬臂减轻下肢负荷，可以实现，特殊环境下的运动功能，例如在低重力环境下(月球、小行星、太空微重力舱)的行走效果，结合跑步机抗阻力运动还可以模拟水下运动效果；

8)各种空中动作：脚下悬空加上俯仰控制，可以模拟各种悬空类动作，例如悬空、跳伞、翼装飞行、鸟人飞行、坠落、游泳、悬浮、飘行；

9)各种驾驶与骑行动作：通过坐下的姿态加上驾驶装置可以模拟各种驾驶与骑行动作，例如驾驶飞机、舰船、飞船、坦克、汽车，骑乘摩托车、马匹、飞龙等等；

10)各种动作组合：助跑后跳远、助跑后跳高、胯栏、助跑后投标枪、助跑后飞腿、跳跃扣篮、跳跃顶球、骑马挥刀等等；

11)各种姿态组合：从站姿到坐姿的自然过渡(这是一项极为有用的功能，相当于把vr万向跑步机和vr机舱两个完全不同品类的设备功能整合到了一起，在同一个游戏或应用中将直立运动与坐姿操作完美融合，彻底解决vr机舱模式应用局限大的问题)，从站姿到匍匐姿态，从站姿跳跃到空中顺势转化为飞行姿态，从飞行姿态一跃而下过渡到跳伞姿态等等；

(七)省力功能使用说明

1)更切合人体天然动作；

2)下肢/悬臂承重比例0～100％可调；

3)自动跑模式；

4)飞行模式；

5)坐下/骑乘模式；

(八)使用效果前瞻

本发明能够实现目前所有vr跑步机或vr运动外设都无法做到的游戏动作，结合vr视听刺激，能够给予玩家前所未有的游戏体验；玩家真实的动作不过是原地踏步，重心升高不过30厘米，从源头上高度可控和安全。但是玩家的所有动作都是真实地拼尽全力，身体感觉十分真实，代入感极强。而游戏则返还给玩家虚实结合的身体感受、酷炫的视觉和听觉效果、综合力反馈效果，从而将这个游戏动作的体验、刺激和享受上升到一个全新的层面。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。