基于萬向輪的新型全向跑步機的制作方法

本發明提供一種基于萬向輪的新型全向跑步機，涉及人機交互技術、虛擬現實技術的前沿應用。本發明可以為用戶提供一個可實現用戶原地全向運動的全向跑步機，讓用戶在原地實現全方向運動，包括慢行與跑步，并可以測量出用戶的運動速度以及運動前進的距離。

背景技術：

隨著計算機網絡以及虛擬現實技術的快速發展，人類對娛樂的需求及要求愈加增大，但目前娛樂設備能為用戶提供室內運動的設備裝置種類比較少，并不能滿足虛擬現實環境對運動的要求。為了解決用戶在虛擬現實的移動問題，一般的解決方案是使用操控手柄進行移動，但這樣移動的精度很低，而且達不到對應虛擬環境用戶的運動，同時現實環境用戶并沒有在運動，這樣大大降低的用戶的沉浸感。如果能為用戶提供一個全向跑步機，在用戶向任意方向運動時，對應的虛擬現實圖像移動，然后跑步機的運動帶向用戶的反方向移動，實現用戶原地運動，這樣就能給用戶真實的運動體驗。

近幾年來，產生了許多與該專利相關的論文和專利，分別如下：

中國公開專利號：CN104971469A，名稱：虛擬現實人體全向移動輸入平臺。該輸入平臺能保護用戶在運動時不易跌倒，能滿足用戶的全方向運動，但該平臺無法精準測量出用戶的運動方向，運動的速度，運動的位移，同時該平臺使用的是滑回原地的方式實現原地運動，其運動感用戶體驗不好。

中國公開專利號：CN105126299A，名稱:一種滾筒陣列主動式全向跑步機。該全向跑步機，可以滿足用戶的全向運動，并對用戶的運動過程有一定的保護，但由于該跑步機屬于主動式全向跑步機，該跑步機要求使用較多的馬達驅動，同時需穿戴特定的鞋進行使用，因此使用條件較為苛刻，用戶的使用體驗也不好。

中國公開專利號：CN105617605A，名稱：一種新型智能全向跑步機。該智能全向跑步機能實現用戶的全向運動，也能測量出用戶的運動速度，但由于其采用紅外線傳感器測量，因此對環境的光強有要求，實用性不夠強，同時，該跑步機沒有保護裝置，當用戶運動時出現什么意外，容易造成用戶的身體傷害。

基于上述的問題，本發明提出一種基于萬向輪的新型全向跑步機，該基于萬向輪的新型全向跑步機，通過萬向輪的使用，實現全向運動。同時，該基于萬向輪的新型全向跑步機配有腰部保護裝置，可以有效防止用戶運動跌倒以外的發生，同時，在腰部保護裝置內有彈簧，能緩沖用戶運動的慣性，給用戶給舒適的體驗，還有，通過壓力傳感器，可以精確測量用戶的運動狀態，將其信息反饋給控制模塊，就可以實現基于萬向輪的新型全向跑步機的精準工作。此外，該基于萬向輪的新型全向跑步機，可以通過手動調節螺母，使其折疊起來，方便存放。

技術實現要素：

本發明為了解決現有技術上的不足，如無法精確測量用戶運動狀態、不便存放、無法解決用戶運動慣性影響等問題，提出一種基于萬向輪的新型全向跑步機設計方案。本發明通過以下技術方案實現的：基于萬向輪的新型全向跑步機由腰部護具、縱向Z型固定板、外六角螺栓、縱向I型固定板、全向跑步機底座、橫向固定板組成。

本發明與現有的技術相比，具有以下的優點：本發明的全向運動實現機構簡單，通過萬向輪的使用，實現全向運動。在精確測量用戶運動狀態得同時，可以有效保護用戶，防止用戶跌倒受傷，幫助用戶適應運動狀態的改變。此外，該發明可以通過手動調節螺栓的松緊，調節該發明的所占空間，方便存放。

作為改進，腰部護具由軟墊環、內環、外環、緩震彈簧以及組合開關組成，組合開關由組合開關部件一和組合開關部件二組成，腰部護具有測量用戶運動的作用以及保護用戶的作用。

作為改進，內環和外環通過若干緩震彈簧連接，同時，內環和外環內置壓力傳感器以及對應的電路模塊，用于測量用戶的運動狀態，得到用戶的運動速度、方向、路程，然后發送給全向跑步機底座的控制模塊。

作為改進，腰部護具保護作用，其主要由軟墊環和緩震彈簧產生。軟墊環用于減輕用戶和腰部護具之間的作用力對用戶造成的疼痛感覺。緩震彈簧用于緩沖用戶運動狀態的改變對用戶的影響，包括從“靜止”到“運動”，從“運動”到“靜止”。

作為改進，縱向Z型固定板、外六角螺栓、縱向I型固定板以及橫向固定板，其特征在于：縱向Z型固定板通過使用外六角螺栓，將縱向I型固定板分別和腰部護具以及縱向I型固定板連接。通過使用外六角螺栓，將橫向固定板和縱向I型固定板以及全向跑步機底座連接起來。同時，通過擰松外六角螺栓，可以將固定板折疊起來，減小基于萬向輪的新型全向跑步機的體積，方便存放。

作為改進，外六角螺栓，其特征在于：外六角螺栓的頭部由一個大的六角螺栓套套住，這樣可以加大擰螺絲的力矩，因此用戶可以直接使用手擰緊和擰松外六角螺栓，方便使用。

作為改進，全向跑步機底座由運動彈性層、支撐填充層、光滑金屬層、控制模塊、萬向輪、電機模塊以及底座外殼組成。

作為改進，運動彈性層，其特征在于：運動彈性層的外表面摩擦系數大，而內表面摩擦系數小，同時具有良好的彈性、延展性，在一定程度下的拉伸不會撕裂。其材料可以為橡膠之類的材料。

作為改進，支撐填充層、光滑金屬層，其特征在于：光滑金屬層的結構類是薄膜，主要起減少運動彈性層內側的摩擦力的作用，而支撐填充層起到支撐光滑金屬層和運動彈性層的作用。

作為改進，萬向輪、電機模塊以及控制模塊，其特征在于：通過使用3個萬向輪，每間隔120°放置一個的方式，呈三角形分布，也可以使用4個萬向輪，呈正方形分布，實現萬向輪的全向運動。通過運動彈性層與萬向輪之間的摩擦力，使得運動彈性層實現全向運動。控制模塊收到腰部護具的用戶運動信息后，發送對應的控制信號給電機模塊，實現萬向輪的工作。

作為改進，全向跑步機底座外殼，其特征在于：全向跑步機底座外殼上方，有一個對應運動彈性層的凹槽，其凹槽內部摩擦系數小，主要起約束運動彈性層位置的作用。

附圖說明：

圖1為基于萬向輪的新型全向跑步機

圖2為基于萬向輪的新型全向跑步機腰部護具分解圖

圖3為基于萬向輪的新型全向跑步機底座局部剖視圖

圖4為基于萬向輪的新型全向跑步機底座萬向輪分布圖

其中：1為腰部護具、2為縱向Z型固定板、3為外六角螺栓、4為縱向I型固定板、5為全向跑步機底座、6為橫向固定板，1.1為軟墊環、1.2為內環、1.3為外環、1.4為緩震彈簧、1.5為組合開關， 1.5.1為組合開關部件一， 1.5.2為組合開關部件二，5.1為運動彈性層、5.2為支撐填充層、5.3為光滑金屬層、5.4為控制模塊、5.5為萬向輪、5.6為電機模塊、5.7為底座外殼。

具體實施例

下面結合附圖1到附圖4以及實施例對本發明作進一步詳細的描述。

由圖1所示，基于萬向輪的新型全向跑步機由1腰部護具、2縱向Z型固定板、3外六角螺栓、4縱向I型固定板、5全向跑步機底座、6橫向固定板組成。

所述的1腰部護具，由1.1軟墊環、1.2內環、1.3外環、1.4緩震彈簧以及1.5組合開關組成， 1.5組合開關由1.5.1組合開關部件一和1.5.2組合開關部件二組成。所述的5全向跑步機底座由5.1運動彈性層、5.2支撐填充層、5.3光滑金屬層、5.4控制模塊、5.5萬向輪、5.6電機模塊以及5.7底座外殼組成。

用戶使用該基于萬向輪的新型全向跑步機時，將1腰部護具的1.5組合開關打開，位置站好后，再將1腰部護具合上。當用戶朝任意方向運動時，用戶的腰部會向對應方向運動，從而會對1腰部護具產生一個壓力，對應位置的壓力傳感器檢測出用戶的運動方向，產生對應信號輸送給5.4控制模塊。

5.4控制模塊接收到來自1腰部護具的信號后，向5.5萬向輪的5.6電機模塊發送控制信號，讓3個5.5萬向輪分別以一定的速度運動，最終將這3個速度合成，合成速度的方向與用戶的速度方向相反。由于5.1運動彈性層內側摩擦力很小，5.1運動彈性層在5.5萬向輪的帶動下運動，速度為合成速度。用戶站上在5.1運動彈性層上運動，其合速度為0，實現原定全向運動。

當用戶不使用基于萬向輪的新型全向跑步機時，用戶可以用手擰松6個3外六角螺栓，將固定板折疊起來，減小其體積，方便存放。

上述實施例為本發明在參加會議上的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。