一种万向运动系统及其检测装置的制作方法

本发明涉及技术领域，具体涉及一种万向运动系统及其检测装置。

背景技术：

随着虚拟现实技术的兴起，新的设备和解决方案层出不穷，传统的运动机构上人体只能在一个方向以不同的速度行走，不能满足虚拟现实要求的人体可以以不同速度沿任意方向走动的要求，致使用户体验低下，而为了提高用户体验，则需要采用万向运动机构，而目前尚无用于支持万向运动机构运作的人体运动检测装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种万向运动系统及其检测装置。

本发明的一个实施例提供一种万向运动系统的检测装置，包括：运动平台和人体运动检测组件；

所述运动平台上形成有供人体运动的运动空间；

所述人体运动检测组件包括检测单元、与所述检测单元连接的位置识别单元和与所述位置识别单元连接的处理单元；

所述检测单元包括两组均匀布置在所述运动空间四周的红外发射器和红外接收器，其中一组所述红外发射器和红外接收器在x轴方向上对应排列布置，另一组所述红外发射器和红外接收器在y轴方向上对应排列布置，两组所述红外发射器和红外接收器的红外线矩阵网覆盖所述运动空间；

所述位置识别单元用于按预设时间间隔获取未侦测到红外线信号的所述红外接收器的所在位置，并根据未侦测到红外线信号的所述红外接收器的所在位置来确定人体位置坐标；

所述处理单元用于根据所述人体位置坐标的变化来确定人体的运动趋向。

相对于现有技术，本发明的万向运动系统的检测装置能快速准确地检测到人体的运动趋向。

进一步，所述处理单元用于根据当前时刻的所述人体位置坐标和上一时刻的所述人体位置坐标的变化来确定人体的运动趋向。

进一步，所述人体运动检测组件包括多个所述检测单元，多个所述检测单元沿z轴方向上排列布置；

所述位置识别单元用于根据未侦测到红外线信号的所述红外接收器的所在位置来确定在所述x轴、所述y轴和所述z轴所构成的坐标系内的人体位置坐标；

所述处理单元用于根据当前时刻的所述人体位置坐标和上一时刻的所述人体位置坐标来确定人体在所述x轴、所述y轴和所述z轴所构成的坐标系内的运动趋向。

进一步，所述人体位置坐标包括人体腿部位置坐标，所述处理单元用于根据当前时刻的所述人体腿部位置坐标和上一时刻的所述人体腿部位置坐标来确定人体的腿部运动趋向和人体脚部的落脚位置。

进一步，所述落脚位置为根据多个所述人体腿部位置坐标在所述x轴、所述y轴和所述z轴所构成的坐标系内所作的曲线与所述运动空间的底面的交点处。

进一步，所述处理单元用于根据当前时刻的所述人体位置坐标和上一时刻的所述人体位置坐标来确定人体的运动矢量，并根据所述运动矢量确定人体的运动趋向和人体的运动速度。

进一步，所述处理单元还用于确定所述人体位置坐标是否位于所述运动空间外；

所述万向运动系统的检测装置还包括与所述处理单元连接的警报单元，所述警报单元用于在所述人体位置坐标位于所述运动空间外时发出警报信号。

本发明的一个实施例提供一种万向运动系统，其特征在于，包括：至少2个支撑组件、移动控制组件以及如上述所述的万向运动系统的检测装置，所述支撑组件活动设置在所述运动平台上，所述移动控制组件根据所述人体运动检测组件的检测结果来控制所述支撑组件的交替移动。

进一步，所述人体运动检测组件还包括设置在所述支撑组件上的感应器，所述感应器用于感应人体的腿部和所述支撑组件的接触状态。

进一步，所述感应器为压力传感器。

为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明一个实施例的万向运动系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的万向运动系统的支撑组件的运动过程图一；

图3为本发明一个实施例的万向运动系统的支撑组件的运动过程图二；

图4为本发明一个实施例的万向运动系统的支撑组件的运动过程图三；

图5为本发明一个实施例的万向运动系统的支撑组件的运动过程图四；

图6为本发明一个实施例的万向运动系统的支撑板的运动过程图一；

图7为本发明一个实施例的万向运动系统的支撑板的运动过程图二；

图8为本发明一个实施例的万向运动机构的结构示意图；

图9为本发明一个实施例的移动控制组件的结构示意图；

图10为本发明一个实施例的支撑板的底部的结构示意图；

图11为图9所示的万向运动机构在设置有保护板时的结构示意图；

图12为图10所示的支撑板的一侧的结构示意图；

图13为本发明一个实施例的检测单元的结构示意图。

附图标记说明：

10、运动平台；11、运动空间；20、支撑组件；21、支撑板；22、齿状凸起；30、人体运动检测组件；31、红外发射器；32、红外接收器；40、壳体；50、移动控制组件；51、第一驱动杆；511、第一齿槽；512、第一齿轮；513、第一蜗杆；52、第二驱动杆；521、第二齿槽；522、第二齿轮；523、第二蜗杆；53、动力组件；54、保护板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其是本发明一个实施例的万向运动系统的结构示意图，该万向运动系统包括：运动平台10、至少2个支撑组件20、人体运动检测组件30以及移动控制组件50，所述支撑组件20活动设置在所述运动平台10上，用于支撑人体的脚部，所述人体运动检测组件30用于检测在所述运动平台10上的人体的运动趋向，获得所述支撑组件20与人体的脚部的接触状态，根据所述移动趋向获取人体的落脚位置，所述移动控制组件50结合所述人体运动检测组件30的检测结果来控制所述支撑组件20的交替移动。

当人体的脚部离开所述支撑组件20时，所述移动控制组件50控制所述支撑组件20移动到所述落脚位置上；当所述支撑组件20接触人体的脚部时，所述移动控制组件50控制所述支撑组件20从所述落脚位置沿所述运动趋向的反方向移动。请参阅图2，其是本发明一个实施例的万向运动系统的支撑组件的运动过程图一，人体站立不动时，其脚部均踩在支撑组件20上；请参阅图3，其是本发明一个实施例的万向运动系统的支撑组件的运动过程图二，当人体行走时，若右脚抬起朝前移动时，脱离右脚的支撑组件20便移动到右脚移动的前方的落脚位置；请参阅图4和图5，其分别时本发明一个实施例的万向运动系统的支撑组件的运动过程图三和本发明一个实施例的万向运动系统的支撑组件的运动过程图四，当右脚踩在移动到人体移动支撑组件20上后，左脚便抬起，脱离左脚的支撑组件20便移动到左脚移动的前方的落脚位置，而支撑右脚的支撑组件20则往运动趋向的反方向移动，如此左右交替循环，使得人体被支撑板2121往运动方向的反方向运送，实现万向运动。

需要说明的是，所述检测组件的检测方式可以根据实际需要来选择合适的设计，例如所述检测组件可以通过红外接收发射器、激光雷达来实时检测各个运动平台10上人体的位置，从而判断人体的运动趋向；或者通过摄像头来检测人体的运动姿态，从而判断人体的运动趋向。

需要说明的是，所述移动控制组件50可以根据实际需要来选择合适的设计，例如所述移动控制组件50可以是通过齿轮传动结构在两个相互垂直的方向移动支撑组件20，也可以是通过磁力或气动的方式来驱动支撑组件20移动。

在一些可选的实施方式中，当人体的脚部离开所述支撑组件20时，所述移动控制组件50控制所述支撑组件20从所述运动趋向的任一侧移动到落脚位置上，避免支撑组件20相互碰撞。

在一些可选的实施方式中，所述运动平台10包括有一初始位置；当所述支撑组件20接触人体的脚部后，所述移动控制组件50控制所述支撑组件20沿所述运动趋向的反方向从所述落脚位置移动到所述初始位置。使得支撑组件20在交替循环运动后始终将人体运送回初始位置。

需要说明的是，所述支撑组件20的数量可以根据实际需要来选择合适的选择，在一些可选的实施方式中，所述万向运动机构至少包括第一支撑组件20、第二支撑组件20和第三支撑组件20；所述移动控制组件50依序控制所述第一支撑组件20、所述第二支撑组件20和所述第三支撑组件20交替移动。人体站立不动时，其脚部踩在第一支撑组件20和第二支撑组件20上，而第三支撑组件20处于空闲的状态，当人体行走时，第一支撑组件20所支撑的右脚抬起朝前移动时，脱离右脚的第一支撑组件20便移动到运动趋向的任一侧，而第三支撑组件20进入到落脚位置；当右脚踩第三支撑组件20上后，左脚便抬起，脱离左脚的第二支撑组件20便移动到运动趋向的任一侧，而第一支撑组件20移动到左脚的落脚位置处，第三支撑组件20则往运动趋向的反方向移动，如此往复交替循。通过多个支撑组件20，使得人体在快速运动时，在运动趋向任一侧的支撑组件20能够迅速进入到落脚位置上，提高整个系统的响应速度和稳定性。当然存在第四支撑组件20甚至更多的支撑组件20时，则使得在运动趋向的任一侧待命的支撑组件20增加，提高容错性。

在一些可选的实施方式中，当所述支撑组件20进入所述待命状态后，所述移动控制组件50控制处于所述待命状态的所述支撑组件20离开所述初始位置到所述运动趋向的一侧或两侧，并控制最早处于所述待命状态的所述支撑组件20进入响应状态。支撑组件20移动到位于人体运动趋向的两侧边，以便更快的进入到人体运动趋向上。

在一些可选的实施方式中，当所述支撑组件20进入第二状态后，若处于所述第二状态的支撑组件20不位于所述初始位置，则所述移动控制组件50控制处于所述第二状态的支撑组件20沿与所述运动趋向相反的方向移动至所述初始位置。处于所述第二状态的支撑组件20沿直线方向移动到初始位置，而处于第一状态的支撑组件20则绕过处于第二状态的支撑组件20，从处于第二状态的支撑组件20的两侧移动到人体运动趋向上。

在一些可选的实施方式中，每个所述支撑组件20包括至少2个活动设置在所述运动平台10的支撑板2121，所述移动控制组件50根据所述移动趋向获取人体的落脚位置，结合所述人体运动检测组件30的检测结果来控制所述支撑组件20的支撑板2121交替移动；当人体的脚部离开所述支撑组件20时，所述移动控制组件50控制所述支撑板2121移动到所述落脚位置上；请参阅图6，本发明一个实施例的万向运动系统的支撑板的运动过程图一，当所述支撑组件20接触人体的脚部时，所述移动控制组件50控制所述支撑板2121从所述落脚位置沿所述运动趋向的反方向移动。通过两个支撑板2121共同支撑人体的一个腿部，增大可支撑人体脚部的面积，提高容错度，并且多个支撑板2121分开移动，在支撑时才聚在一起，便于控制不同支撑组件20的支撑板2121的交替运动。需要说明的是，所述支撑组件20包括的支撑板2121数量可以根据实际需要来选择合适的设计，例如所述支撑组件20可以包括数十个支撑板2121，这些支撑板2121可以被配置得很小，可以仅有人体脚底面积的几十分之一，但当支撑板2121组合在一起时可足够支撑人体一个脚部，该设计便于灵活控制支撑板2121的运动，避免支撑板2121过大导致不同支撑组件20的支撑板2121相互碰撞。

请参阅图7，本发明一个实施例的万向运动系统的支撑板的运动过程图二，在一些可选的实施方式中，人体的脚部离开所述支撑组件20时，所述移动控制组件50控制所述支撑板2121移动到所述运动趋向的两侧，然后控制所述支撑板2121从所述运动趋向的两侧移动所述落脚位置上。

在一些可选的实施方式中，所述运动平台10上设置有一初始位置；当人体的脚部离开所述支撑组件20时，所述移动控制组件50控制所述支撑板2121移动到所述运动趋向的两侧，然后控制所述支撑板2121从所述运动趋向的两侧移动所述落脚位置上；当所述支撑组件20接触人体的脚部时，所述移动控制组件50控制所述支撑板2121从所述落脚位置沿所述运动趋向的反方向移动到所述初始位置。

在一些可选的实施方式中，所述人体运动检测组件30包括用于检测在所述运动平台10上运动的人体的运动趋向的第一检测组件以及用于获得所述支撑组件20与人体的脚部的接触状态的第二检测组件。

在一些可选的实施方式中，所述检测组件还用于在所述运动平台10上的人体的运动速度；当所述支撑组件20接触人体的脚部时，所述移动控制组件50控制所述支撑板2121以所述运动速度从所述落脚位置沿所述运动趋向的反方向移动，使得支撑组件20的，能够保持人体运动稳定。

上述所述的万向运动系统可应用在基于虚拟现实的万向跑步机上，该基于虚拟现实的万向跑步机，包括：虚拟现实设备以及如上述所述的万向运动系统，所述虚拟现实设备与所述移动控制组件50连接。

请参阅图8，其是本发明一个实施例的万向运动机构的结构示意图，本发明的一个实施例提供一种万向运动机构，该万向运动机构，包括：运动平台10以及设置在所述运动平台10上的移动控制组件50和至少2个支撑组件20，所述移动控制组件50驱动所述支撑组件20在所述运动平台10上移动，所述支撑组件20用于支撑人体的脚部。该万向运动机构可应用在上述的万向运动系统上。

请参阅图9，其是本发明一个实施例的移动控制组件的结构示意图，所述移动控制组件50包括若干个活动设置在所述运动平台10上的第一驱动杆51和第二驱动杆52以及若干个设置在所述运动平台10上的动力组件53，所述第一驱动杆51上设置有多个沿x轴方向延伸的第一齿槽511，所述第二驱动杆52上设置有沿y轴方向延伸的第二齿槽521，所述动力组件53驱动所述第一驱动杆51和所述第二驱动杆52转动；请参阅图10，其是本发明一个实施例的支撑板的底部的结构示意图，所述支撑组件20包括若干支撑板21，所述支撑板21底部设置有多个齿状凸起22，所述齿状凸起22在所述x轴和所述y轴方向上矩阵排列，所述支撑板21活动放置于所述第一驱动杆51、第二驱动杆52上，所述支撑板21的齿状凸起22分别与所述第一齿槽511和所述第二齿槽521啮合；所述动力组件53驱动所述第一驱动杆51转动，使所述支撑板21产生沿y轴方向的运动分量，所述动力组件53驱动所述第二驱动杆52转动，使所述支撑板21产生沿x轴方向的运动分量。在支撑板21移动过程中，其齿状凸起22可同时与1个或多个所述移动控制组件50的第一驱动杆51的第一齿槽511啮合，也可同时与1个或多个所述移动控制组件50的第二驱动杆52的第二齿槽521啮合，从而被多个移动控制组件50驱动。其中，优选的第一驱动杆51和第二驱动杆52在所述x轴和所述y轴方向上呈矩阵排列布置。

在一些可选的实施方式中，所述支撑板21底部均匀布满所述齿状凸起22。

请参阅图11，其是图9所示的万向运动机构在设置有保护板时的结构示意图，在一些可选的实施方式中，所述运动平台10上设置有保护板54，所述保护板54上设置有多个通槽；所述第一驱动杆51、第二驱动杆52和动力组件53设置在所述保护板54下方，所述支撑板21设置在所述保护板54上方，所述第一驱动杆51的所述第一齿槽511从所述通槽伸出，与所述齿状凸起22啮合，所述第二驱动杆52的部分所述第二齿槽521从所述通槽伸出，与所述齿状凸起22啮合，从而保护移动控制组件50的动力组件53以及其它的部件，并且能够避免若支撑板21脱离所述第一驱动杆51、所述第二驱动杆52而掉落的意外情况发生，从而提高安全系数。在本实施方式中，所述移动控制组件50还包括若干个壳体40，所述保护板54盖设在所述壳体40顶部，一个所述壳体40内对应设置有一个所述第一驱动杆51、一个第二驱动杆52和一个动力组件53，使得所述移动控制组件50由多个模块化组件组成，以便更换。

在一些可选的实施方式中，所述第一齿槽511在所述x轴方向的长度以及所述第二齿槽521在所述y轴方向上的长度不小于两个相邻的所述齿状凸起22之间的距离，从而保证同一个所述第一齿槽511或同一个所述第二齿槽521可以供多个齿状凸起22同时啮合。

需要说明的是，所述齿状凸起22的形状可以根据实际需要来选择合适的设计，例如，所述齿状凸起22可以呈半球状。请参阅图12，其是图10所示的支撑板的一侧的结构示意图，优选的，所述齿状凸起22呈四棱台状，所述动力组件53驱动所述第一驱动杆51转动时，所述齿状凸起22的至少一个棱面与所述第一齿槽511贴合，所述动力组件53驱动所述第二驱动杆52转动时，所述齿状凸起22的至少一个棱面与所述第二齿槽521贴合，第一齿槽511和所述第二齿槽521的内壁推动棱面从而驱动齿状凸起22移动。

在一些可选的实施方式中，所述第一驱动杆51上设置有多个沿所述第一驱动杆51延伸方向布置的第一齿轮512，所述第一齿轮512上设置有多个所述第一齿槽511；所述第二驱动杆52上设置有多个沿所述第二驱动杆52延伸方向布置的第二齿轮522，所述第二齿槽521设置在所述第二齿轮522上。

在一些可选的实施方式中，所述第一齿槽511延伸至所述第一齿轮512的两端形成有开口，便于齿状凸起22在x方向上进入或离开第一齿槽511，所述第二齿槽521延伸至所述第二齿轮522的两端形成有开口，便于齿状凸起22在y方向上进入或离开第二齿槽521。

在一些可选的实施方式中，所述动力组件53包括第一电机和第二电机，所述第一电机与所述第一驱动杆51传动连接，所述第二电机与所述第二驱动杆52传动连接。需要说明的是，所述动力组件53与驱动杆传动连接的方式可以根据实际需要来选择合适的设计，例如，在一些可选的实施方式中，所述第一驱动杆51上设置有第一蜗杆513，所述第一电机通过所述第一蜗杆513与所述第一驱动杆51传动连接，所述第二驱动杆52上设置有第二蜗杆523，所述第二电机通过所述第二蜗杆523与所述第二驱动杆52传动连接。当然，第一驱动杆51也可直接与第一电机连接，或者通过齿轮传动等，第二驱动杆52和第二电机同理。

本发明的一个实施例提供一种万向运动系统的检测装置，包括：运动平台10和人体运动检测组件30。该万向运动系统的检测装置可应用在上述的万向运动系统上。

所述运动平台10上形成有供人体运动的运动空间11；所述人体运动检测组件30包括检测单元、与所述检测单元连接的位置识别单元和与所述位置识别单元连接的处理单元；请参阅图13，其本发明一个实施例的检测单元的结构示意图，所述检测单元包括两组均匀布置在所述运动空间11四周的红外发射器31和红外接收器32，其中一组所述红外发射器31和红外接收器32在x轴方向上对应排列布置，另一组所述红外发射器31和红外接收器32在y轴方向上对应排列布置，两组所述红外发射器31和红外接收器32的红外线矩阵网覆盖所述运动空间11；所述位置识别单元用于按预设时间间隔获取未侦测到红外线信号的所述红外接收器32的所在位置，并根据未侦测到红外线信号的所述红外接收器32的所在位置来确定人体位置坐标，需要说明的是，人体位置坐标可以通过人体的某个部分来确定，例如人体的脚部、手部、头部或躯干部分；所述处理单元用于根据所述人体位置坐标的变化来确定人体的运动趋向。

需要说明的是，人体的运动趋向的确定方式可以根据实际需要来选择合适的设计，例如，在一些可选的实施方式中，所述处理单元用于根据当前时刻的所述人体位置坐标和上一时刻的所述人体位置坐标的变化来确定人体的运动趋向；当然，也可通过三个以上的时刻的人体位置来作出人体运动曲线从而判断人体的运动趋向。

在一些可选的实施方式中，所述人体运动检测组件30包括多个所述检测单元，多个所述检测单元沿z轴方向上排列布置；所述位置识别单元用于根据未侦测到红外线信号的所述红外接收器32的所在位置来确定在所述x轴、所述y轴和所述z轴所构成的坐标系内的人体位置坐标，通过确定人体在立体空间内的坐标，可以更精确判断人体的位置；所述处理单元用于根据当前时刻的所述人体位置坐标和上一时刻的所述人体位置坐标来确定人体在所述x轴、所述y轴和所述z轴所构成的坐标系内的运动趋向。

在一些可选的实施方式中，所述人体位置坐标包括人体腿部位置坐标，所述处理单元用于根据当前时刻的所述人体腿部位置坐标和上一时刻的所述人体腿部位置坐标来确定人体的腿部运动趋向和人体脚部的落脚位置。需要说明的是，体脚部的落脚位置的判断方式可以根据实际需要来选择合适的设计，在一些可选的实施方式中，所述落脚位置为根据多个所述人体腿部位置坐标在所述x轴、所述y轴和所述z轴所构成的坐标系内所作的曲线与所述运动空间11的底面的交点处。当然，也可通过检测人体的运动速度和人体的步宽来确定人体脚部的落脚位置。

在一些可选的实施方式中，所述处理单元用于根据当前时刻的所述人体位置坐标和上一时刻的所述人体位置坐标来确定人体的运动矢量，并根据所述运动矢量确定人体的运动趋向和人体的运动速度，人体运动速度即为运动矢量的长度除以预设时间间隔的时长，可以取多个人体运动速度的平均值来获得更精确的人体运动速度。

在一些可选的实施方式中，所述处理单元还用于确定所述人体位置坐标是否位于所述运动空间11外；所述万向运动系统的检测装置还包括与所述处理单元连接的警报单元，所述警报单元用于在所述人体位置坐标位于所述运动空间11外时发出警报信号。警报信号可以是光信号、声音信号或振动信号。

另外，在一些可选的实施方式中，在上述所述的万向运动系统中，所述人体运动检测组件30还包括设置在所述支撑组件20上的感应器，所述感应器用于感应人体的腿部和所述支撑组件20的接触状态。优选的，所述感应器为压力传感器，当然也可是光电传感器或接触开关等。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。