一种模拟地面高低起伏的足部穿戴装置的制作方法

本发明涉及虚拟现实装置的研发领域，尤其涉及一种模拟地面高低起伏的足部穿戴装置。

背景技术：

随着虚拟现实技术的发展，人们对于基于虚拟现实技术的游戏要求越来越高。在虚拟现实技术中，对于如何在室内平地上创造一种地面起伏的山野地带，如何模拟人的上下楼梯台阶，人们往往采取在平地上防止各种道具来实际模拟地面的起伏高低不平。针对不同的情景，就需要不同的道具摆设，费时费力，也消耗了很多成本。

针对上述问题，我们之前发明了一种可穿戴的上下坡模拟装置，并就该装置申请了实用新型专利(专利申请受理号为201621139048.1)和发明专利(专利申请受理号为201610912173.X)，这种装置只需要绑定在玩家足部，通过调节就能够模拟玩家上坡、下坡、上下台阶等起伏地形情形；辅助并同步玩家视觉上感受到虚拟的起伏地形，通过脚步装置感受到对应的正确起伏姿势。但是这种可穿戴的上下坡模拟装置还存在一定的不足之处，首先是上述装置是通过支撑杠杆卡在单向滑齿上来实现高度及坡度的调节，因为单向滑齿的齿间距都是固定的，支撑杠杆只能位于单向滑齿的相应的一个齿内，这样就限定了装置的坡度调节，使其坡度调节的角度仅为固定的几个值；再者上述装置采用的是单向滑齿调节，调节过程不够顺畅，且过程中对单向滑齿的磨损较大，影响装置的使用寿命。

因此，针对上述装置存在的不足，我们进一步做了改进，研发了一款既能模拟玩家上坡、下坡、上下台阶等起伏地形情形，又能运转顺畅的足部穿戴式地形模拟器。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种模拟地面高低起伏的足部穿戴装置。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种模拟地面高低起伏的足部穿戴装置，包括固定套和装置核心部，所述固定套固定在所述装置核心部上，所述装置核心部包括上支撑板、下支撑板和下盖板；所述下支撑板和所述下盖板组成一个内部为空腔的结构，所述下支撑板上贯穿有四条横向的长条缝隙；

所述下支撑板的下表面上固定有四组丝杆、两组内侧步进电机、两组外侧步进电机、四组丝杆固定座和电池，四组丝杆分别位于四条长条缝隙的下方并且与长条缝隙的方向平行，中间的两组丝杆两端分别与两组内侧步进电机、两组丝杆固定座相连，两边的两组丝杆两端分别与两组外侧步进电机、两组丝杆固定座相连，所述电池与所述内侧步进电机、外侧步进电机相连；所述丝杆上设有滑块，所述滑块竖直向上穿过所述长条缝隙并露出所述下支撑板的上表面，所述滑块两侧设有滑块滑动圆柱体；所述下支撑板的上表面沿着所述四条长条缝隙设有滑轨，所述滑轨内设有滑槽，所述滑轨两端设有台阶，所述滑块上的滑块滑动圆柱体卡于所述滑槽内实现滑动；

所述上支撑板下表面和所述下支撑板上表面两端均设有两组轴承座，所述上支撑板下表面和所述下支撑板上表面之间连有内侧传动部分和外侧传动部分，所述内侧传动部分包括内侧滑动长支撑杆和内侧短支撑杆，所述外侧传动部分包括外侧上短支撑杆、外侧下滑动短支撑杆和外侧下短支撑杆；

所述内侧滑动长支撑杆和所述外侧下滑动短支撑杆的底部两端设有支撑杆滑动圆柱体，所述支撑杆滑动圆柱体分别卡于内侧和外侧的滑轨的滑槽内实现滑动；所述内侧滑动长支撑杆和所述外侧上短支撑杆的顶部分别连接在上支撑板两端的轴承座上，所述内侧滑动长支撑杆中间位置连有内侧短支撑杆，所述内侧短支撑杆的底部连接在下支撑板一侧的轴承座上，所述外侧下滑动短支撑杆的顶部和外侧上短支撑杆的底部、外侧下短支撑杆顶部进行连接，所述外侧下短支撑杆的底部连接在下支撑板另一侧的轴承座上；所述内侧短支撑杆和内侧滑动长支撑杆底部之间以及所述外侧下短支撑杆和外侧下滑动短支撑杆底部之间均连有拉伸弹簧。

所述内侧滑动长支撑杆和内侧短支撑杆的连接处以及两者分别和轴承座的连接处都是通过连接轴进行转动连接；所述外侧下滑动短支撑杆、外侧上短支撑杆和外侧下短支撑杆三者的连接处以及三者分别与轴承座的连接处都是通过连接轴进行转动连接。

所述上支撑板的下表面固定有压力传感器，所述下支撑板的下表面固定有控制模块，所述压力传感器与所述控制模块相连并将信号传递给所述控制模块，所述控制模块与所述内侧步进电机和外侧步进电机相连并控制所述内侧步进电机和外侧步进电机转动。

所述滑轨两侧设有多组加强筋。

所述固定套固定在所述上支撑板上，所述上支撑板上在所述固定套外设有鞋型外壳。

本发明的有益效果是：本发明是一种模拟地面高低起伏的足部穿戴装置，这种装置只需要绑定在玩家足部，通过调节就能够模拟玩家上坡、下坡、上下台阶等起伏地形情形。本发明较之前的装置运转更加顺畅，角度调节更加灵活，使用寿命更长，模拟效果很好。

附图说明

图1为本发明装置核心部的结构示意图；

图2为装置核心部隐藏下盖板之后的结构示意图；

图3为装置核心部隐藏部分滑轨之后的结构示意图；

图4为本发明使用状态示意图；

图中：1-上支撑板；101-滑槽；102-台阶；2-内侧滑动长支撑杆；3-内侧短支撑杆；4-下支撑板；5-下盖板；6-轴承座；7-滑轨；8-拉伸弹簧；9-外侧下短支撑杆；10-外侧下滑动短支撑杆；11-外侧上短支撑杆；12-压力传感器；13-控制模块；14-内侧步进电机；15-丝杆；16-滑块；17-丝杆固定座；18-外侧步进电机；19-电池；20-滑块滑动圆柱体；21-支撑杆滑动圆柱体；

以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3和图4所示，一种模拟地面高低起伏的足部穿戴装置，包括固定套和装置核心部，所述固定套固定在所述装置核心部上，所述装置核心部包括上支撑板1、下支撑板4和下盖板5；所述下支撑板4和所述下盖板5组成一个内部为空腔的结构，所述下支撑板4上贯穿有四条横向的长条缝隙；

所述下支撑板4的下表面上固定有四组丝杆15、两组内侧步进电机14、两组外侧步进电机18、四组丝杆固定座17和电池19，四组丝杆15分别位于四条长条缝隙的下方并且与长条缝隙的方向平行，中间的两组丝杆15两端分别与两组内侧步进电机14、两组丝杆固定座17相连，两边的两组丝杆15两端分别与两组外侧步进电机18、两组丝杆固定座17相连，所述电池19与所述内侧步进电机14、外侧步进电机18相连；所述丝杆15上设有滑块16，所述滑块16竖直向上穿过所述长条缝隙并露出所述下支撑板4的上表面，所述滑块16两侧设有滑块滑动圆柱体20；所述下支撑板4的上表面沿着所述四条长条缝隙设有滑轨7，所述滑轨7内设有滑槽101，所述滑轨7两端设有台阶102，所述滑块16上的滑块滑动圆柱体20卡于所述滑槽101内实现滑动；

所述上支撑板1下表面和所述下支撑板4上表面两端均设有两组轴承座6，所述上支撑板1下表面和所述下支撑板4上表面之间连有内侧传动部分和外侧传动部分，所述内侧传动部分包括内侧滑动长支撑杆2和内侧短支撑杆3，所述外侧传动部分包括外侧上短支撑杆11、外侧下滑动短支撑杆10和外侧下短支撑杆9；

所述内侧滑动长支撑杆2和所述外侧下滑动短支撑杆10的底部两端设有支撑杆滑动圆柱体21，所述支撑杆滑动圆柱体21分别卡于内侧和外侧的滑轨7的滑槽101内实现滑动；所述内侧滑动长支撑杆2和所述外侧上短支撑杆11的顶部分别连接在上支撑板1两端的轴承座6上，所述内侧滑动长支撑杆2中间位置连有内侧短支撑杆3，所述内侧短支撑杆3的底部连接在下支撑板4一侧的轴承座6上，所述外侧下滑动短支撑杆10的顶部和外侧上短支撑杆11的底部、外侧下短支撑杆9顶部进行连接，所述外侧下短支撑杆9的底部连接在下支撑板4另一侧的轴承座6上；所述内侧短支撑杆3和内侧滑动长支撑杆2底部之间以及所述外侧下短支撑杆9和外侧下滑动短支撑杆10底部之间均连有拉伸弹簧8。

所述内侧滑动长支撑杆2和内侧短支撑杆3的连接处以及两者分别和轴承座6的连接处都是通过连接轴进行转动连接；所述外侧下滑动短支撑杆10、外侧上短支撑杆11和外侧下短支撑杆9三者的连接处以及三者分别与轴承座6的连接处都是通过连接轴进行转动连接。

所述上支撑板1的下表面固定有压力传感器12，所述下支撑板4的下表面固定有控制模块13，所述压力传感器12与所述控制模块13相连并将信号传递给所述控制模块13，所述控制模块13与所述内侧步进电机14和外侧步进电机18相连并控制所述内侧步进电机14和外侧步进电机18转动。

所述滑轨7两侧设有多组加强筋。

所述固定套固定在所述上支撑板1上，所述上支撑板1上在所述固定套外设有鞋型外壳。

本发明由电池19为内侧步进电机14和外侧步进电机18供电，内侧步进电机14和外侧步进电机18控制相对应的丝杆15转动，丝杆15转动可以控制相对应的滑块16沿着滑轨7上的滑槽101来回滑动。

当人脚抬起的时候，在拉伸弹簧8的拉力下，支撑杆滑动圆柱体21沿着滑轨7上的滑槽101沿着拉力的方向滑动，内侧步进电机14和外侧步进电机18控制相对应的丝杆15转动，丝杆15控制相对应的滑块16沿着滑轨7上的滑槽101与支撑杆滑动圆柱体21同向运动，当支撑杆滑动圆柱体21卡在滑轨7上的台阶102上的时候，上支撑板1不再抬高；当相对应的滑块16接触到内侧滑动长支撑杆2和外侧下滑动短支撑杆10的时候，滑块16停止运动，此时装置处于初始状态。

当装置自初始状态开始启动之后，内侧步进电机14和外侧步进电机18转动，带动相对应的滑块16远离内侧滑动长支撑杆2和外侧下滑动短支撑杆10，当到达预定的位置时候滑块16停止运动；此时在人脚下压的时候，内侧滑动长支撑杆2和外侧下滑动短支撑杆10在压力产生的推力的作用下沿着滑轨7的滑槽101向推力方向滑动，当内侧滑动长支撑杆2和外侧下滑动短支撑杆10遇到滑块16的时候被卡住不动。如果内侧步进电机14和外侧步进电机18在该过程中的转动速度相等的话，滑块16的运动距离就相等，人脚下压的时候该装置就产生高度变化；如果内侧步进电机14和外侧步进电机18在该过程中有一个转动，人脚下压的时候该装置就产生角度的变化，从而模拟上坡和下坡的感觉；如果内侧步进电机14和外侧步进电机18在该过程中都转动，但是转动的速度不同，人脚下压的时候该装置的高度和角度都会产生变化。

进一步，本装置设有智能控制系统，通过压力传感器12感知人脚的抬起和下压，将信号传递给控制模块13，然后由控制模块13控制内侧步进电机14和外侧步进电机18的转动，产生相对应的模拟效果。

原理如下：当人脚抬起的时候，在拉伸弹簧8的拉力下，支撑杆滑动圆柱体21沿着滑轨7上的滑槽101沿着拉力的方向滑动，当支撑杆滑动圆柱体21卡在滑轨7上的台阶102上的时候，上支撑板1不再抬高；这时压力传感器12感知压力信号，从而将信号传递给控制模块13，控制模块13控制内侧步进电机14和外侧步进电机18转动进一步控制相对应的丝杆15转动，丝杆15控制相对应的滑块16沿着滑轨7上的滑槽101与支撑杆滑动圆柱体21同向运动，当相对应的滑块16接触到内侧滑动长支撑杆2和外侧下滑动短支撑杆10的时候，滑块16停止运动，此时装置处于初始状态；然后装置自初始状态开始启动，内侧步进电机14和外侧步进电机18转动，带动相对应的滑块16远离内侧滑动长支撑杆2和外侧下滑动短支撑杆10，当到达预定的位置时候滑块16停止运动。然后人脚下压，内侧滑动长支撑杆2和外侧下滑动短支撑杆10在压力产生的推力的作用下沿着滑轨7的滑槽101向推力方向滑动，当内侧滑动长支撑杆2和外侧下滑动短支撑杆10遇到滑块16的时候被卡住不动；如果内侧步进电机14和外侧步进电机18在该过程中的转动速度相等的话，滑块16的运动距离就相等，人脚下压的时候该装置就产生高度变化；如果内侧步进电机14和外侧步进电机18在该过程中有一个转动，人脚下压的时候该装置就产生角度的变化，从而模拟上坡和下坡的感觉；如果内侧步进电机14和外侧步进电机18在该过程中都转动，但是转动的速度不同，人脚下压的时候该装置的高度和角度都会产生变化。然后人脚再次抬起与下压，重复之前的过程，完成整个模拟装置的运作。

本发明是一种模拟地面高低起伏的足部穿戴装置，这种装置只需要绑定在玩家足部，通过调节就能够模拟玩家上坡、下坡、上下台阶等起伏地形情形。本发明较之前的装置运转更加顺畅，角度调节更加灵活，使用寿命更长，模拟效果很好。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。