一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船机的制作方法

本实用新型涉及一种虚拟现实健身设备，具体地涉及一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船机。

背景技术：

随着人们对健康意识的加强，健身也在随之流行，世面上健身器材也是琳琅满目，划船机是一种提高综合能力的有氧运动器械。

划船机运动类似于皮划艇，锻炼时，短时间内利用水的阻力和飞轮转速的变化来锻炼身体80％的肌肉，能使身体得到全面的锻炼。

现有的划船机设备还有很多值得改进的地方，比如，传统划船机容易不能自主选择健身场景，长时间机械式健身运动容易产生乏味，无聊的情绪使用户不能长期的坚持锻炼；传统划船机无法实现模拟在水中运动时船体随水面自然运动；传统划船机阻力系统无法模拟真实划船的水阻力，无法自动调节阻力的大小；传统划船机没有转向系统，划船器拉杆没有能提供交互、控制功能的按钮，划船机前部没有固定手机、平板的支架；传统划船机的座位没有保护结构，划船速度过快有可能导致用户掉下座位造成伤害；传统划船机没有显示设备和控制信号输入和输出功能。这些问题都会导致在用户在划船健身时，无法感受到相应的反馈，从而体验感差。

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划船机，将虚拟现实技术引入到划船机健身运动之中，可选择健身的场景和健身模式，所述的健身场景为瀑布漂流、海洋冲浪、河道、湖泊等，所述的健身模式为虚拟现实健身教练模式，游戏模式，观赏模式，网络竞技模式等，在不同场景环境中根据水面波浪运动和用户划船时船体运动自然融合，用户在虚拟现实中的感官状态和船体真实运动完全一致，可有效的避免了虚拟现实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划船机，划船机本体物理结构包括手拉杆，皮带，皮带轮，配重轮，可自由调节的手机、平板支架，水箱，座位，脚蹬板，支撑架，支撑架上面安装有座位，座位可以在支撑架上前后移动，水箱安装在支撑架的前端，脚踏板安装在座位和水箱中间，皮带轮安装在水箱里，配重轮安装在皮带轮下方，可自由调节的手机、平板支架安装在水箱上方，手拉杆通过皮带与皮带轮连接，划船机前部装有支架，所述手拉杆上安装有多个交互按钮，所述座位上带有左右扶手和安全带固定结构；所述的智能划船机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划船机上的电动缸和划船机主体构成，安装在划船机本体物理结构的支撑架的尾部，所述的传感装置和控制系统安装在划船机水箱上的支撑结构上，传感装置包括皮带轮上的速度感应装置和安装在手拉杆上的三轴加速度传感器和交互按钮，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通信连接，控制系统实时读取安装在划船机本体物理结构之上的传感装置的数据通过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。

进一步地，所述的倾斜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自动磁阻力装置和速度感应装置，阻力装置安装在划船器的配重轮之上，速度感应装置安装在皮带轮上。

更进一步地，所述的阻力装置为自动磁阻力装置，自动磁阻力装置由配重轮和磁阻力片构成，配重轮材料为铁磁性物质，磁阻力片中包含多个圆形的强磁铁，磁铁吸引配重轮产生阻力，配重轮包含多个镂空区域，磁阻力的大小由磁阻力片和配重轮的距离以及镂空区域的位置决定，当磁阻力片下的配重轮转动至镂空面积最大的区域时，铁磁性物质和磁阻片的磁力最小，当配重轮转动至没有镂空的区域，铁磁性物质和磁阻片的阻力最大，配重轮模拟船桨在水中运动时的阻力情况将不同的区域镂空，以实现类似船桨在水中滑动时不规律的阻力变化，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。

所述的速度感应装置由光电编码器和编码盘组成，也可由三个磁感应装置C1、C2、C3和安装在配重轮上的磁铁C4组成。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。

所述的控制系统包含控制系统主板，安装在手拉杆上的三轴加速度传感器，安装在手拉杆上的交互按钮，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划船机的参数，输出控制信号控制外接智能设备，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。

划船机拉杆上安装的多个交互按钮，可按下左右交互按钮在虚拟现实场景中自由转向，也可以选配在拉杆上安装多轴角度传感器，当用户拉动拉杆时向左转动虚拟现实角色向左转向，拉动拉杆时向右转动虚拟现实角色向右转动，用户还可以使用虚拟现实眼镜的朝向作为转向系统，虚拟现实眼镜的朝向为虚拟现场场景中角色移动的方向。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1，本实用新型将虚拟现实技术引入到划船机健身运动之中，可自然的选择健身的场景和健身模式，所述的健身场景为瀑布漂流、海洋冲浪、河道、湖泊等，所述的健身模式为虚拟现实健身教练模式，游戏模式，观赏模式，网络竞技模式等，在不同场景环境中根据水面波浪运动和用户划船时船体运动自然融合，用户在虚拟现实中的感官状态和船体真实运动完全一致，可有效的避免了虚拟现实的晕动现象和其它不适感觉。

2，本实用新型的两轴倾斜运动结构简单，造价较低，占用空间小有利于产品的包装和运输。

3，本实用新型采用的自动磁阻力系统可模拟船桨在水中运动时的阻力，自动磁阻力系统可作为传统水阻划船机、风阻划船机的附加阻力调节配件，也可以作为磁阻划船机的独立阻力系统，系统可根据用户设置以及不同类型的航道和顺流逆流等条件自动调节阻力大小。

4，本实用新型装有磁力感应装置或者光电编码器和码盘，可实时准确的感应到速度的变化和运动的方向，如正行或者逆行。

5，本实用新型拥有多种转向系统，用户可以在虚拟现实场景中自由转向，划船机拉杆装有多个按钮用于交互功能和控制系统，划船机前部装有用于固定手机和平板的支架。

6，本实用新型的座位可有效的防止划船机在模拟水面航道倾斜时速度过快时发生用户掉下划船机的情况。

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划船机的参数，输出控制信号控制外接智能设备。

附图说明

图1为本实用新型智能划船机的结构示意图；

图2为本实用新型智能划船机倾斜运动结构的正面和侧面结构示意图；

图3为本实用新型智能划船机自动磁阻力调节系统的结构示意图；

图4为本实用新型智能划船机速度感应装置的结构示意图；

图5为本实用新型智能划船机控制系统的结构示意图。

其中，1，手拉杆；2，皮带；3，皮带轮；4，水箱；5，座位；6，脚蹬板；7，支撑架；8，支架；9，交互按钮；10，扶手；11，安全带；12，倾斜运动结构；13，轴承；14，电动缸；15，配重轮；16，磁阻力片；17，强磁铁；18，镂空区域；19，伸缩丝杆；20，电机；21，干簧管；22，磁铁。

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划船机，划船机本体物理结构包括手拉杆1，皮带2，皮带轮3，配重轮15，可自由调节的手机、平板支架8，水箱4，座位5，脚蹬板6，支撑架7，支撑架7上面安装有座位5，座位5可以在支撑架7上前后移动，水箱4安装在支撑架7的前端，脚踏板6安装在座位5和水箱4中间，皮带轮3安装在水箱4里，配重轮15安装在皮带轮3的下方，可自由调节的手机、平板支架8安装在水箱4上方，手拉杆1通过皮带2与皮带轮3连接，划船机前部装有可自由调节的手机、平板支架8，手拉杆1上安装有多个交互按钮9，座位5上带有左右扶手10和安全带固定结构11；智能划船机还包括倾斜运动结构12，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12由通过轴承13固定在划船机上的电动缸14和划船机主体构成，安装在划船机本体物理结构的支撑架的尾部，传感装置和控制系统安装在划船机水箱上的支撑结构上，传感装置包括皮带轮上的速度感应装置，包括干簧管、磁铁或者编码器，码盘和安装在手拉杆上的三轴加速度传感器和交互按钮，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通信连接，控制系统实时读取安装在划船机本体物理结构之上的传感装置的数据通过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。

为了使划船机根据虚拟现实场景中的水面运动规律和船体在水中运动规律实时倾斜，对于单轴运动结构，可以至少装有一个直线运动装置，对于多轴运动结构，也可以至少装有两个直线运动装置，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关节轴承固定在划船机上的电动缸和划船机主体构成，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，船体右倾，电动缸A向下收回，电动缸B向上推出，船体左倾，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力阻力装置，磁力装置由配重轮15和磁阻力片16构成，配重轮材料为铁磁性物质，磁阻力片中包含多个圆形的强磁铁17，磁铁17吸引配重轮15产生阻力，配重轮包含多个镂空区域18，磁阻力的大小由磁阻力片16和配重轮15的距离以及镂空区域18的位置决定，初始位置为镂空面积最大的区域，此时铁磁性物质和磁阻片的磁力最小，当配重轮转动至没有镂空的区域，铁磁性物质和磁阻片的阻力最大。配重轮模拟船桨在水中运动时的阻力情况将不同的区域镂空，以实现类似船桨在水中滑动时不规律的阻力变化。磁阻力片和配重轮的距离由安装在伸缩丝杆19上电机马达20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，此距离阻力最小，当伸缩马达控制磁阻力片到达B位置时电机停止运动，此距离阻力最小，在最大阻力和最小阻力的区间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21C1、C2、C3和安装在配重轮15上的磁铁22C4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。

本实用新型提供多种转向系统，在本实用新型的拉杆上安装有多个交互按钮，可按下左右交互按钮在虚拟现实场景中自由转向，也可以选配在拉杆上安装多轴角度传感器，当用户拉动拉杆时向左转动虚拟现实角色向左转向，拉动拉杆时向右转动虚拟现实角色向右转动，用户还可以使用虚拟现实眼镜的朝向作为转向系统，虚拟现实眼镜的朝向为虚拟现场场景中角色移动的方向。

本实用新型使用了一种带左右扶手和带安全带固定装置的座位，可有效的防止船体在模拟地形倾斜时速度过快时发生用户掉下船体的情况。

图5为本实用新型控制系统示意图，控制系统包含控制系统主板，转向系统多轴倾斜传感器，安装在拉杆上的交互按钮，自动磁阻力装置，速度感应装置，倾斜轴运动装置电动缸；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的方向数据转换为虚拟场景中船体的方向通过所述的通讯芯片发送至上位机，上位机实时渲染虚拟现实图像显示在显示设备中，所述上位机可以是以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，系统根据当前场景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使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船体的方向得到未来一段时间内虚拟现实场景中时间-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电动缸实时调整划船机的倾斜度。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。