一种主动式全向行动设备的制作方法

本发明涉及虚拟现实，尤其涉及一种主动式全向行动设备。

背景技术：

1、现今社会的休闲娱乐业快速发展，网络游戏更是得到用户的喜爱和推广，众多的虚拟现实环境的终端模拟器也应运而生，满足用户对于更强烈的操控感和沉浸感的需求。基于虚拟现实（vr）技术产生的全向行动设备即是一种可以满足使用者全向行动的需求的设备，其使得使用者在有限空间里实现在虚拟现实中的无限行走，如奔跑、旋转、跳跃、下蹲、左右躲闪等动作。

2、中国专利公告号cn 114564025a，公告日2022年5月31日，公开的一种虚拟行走的装置及虚拟行走方法，包括全向运动机和脚部穿戴设备，使用者穿戴好全向运动机时，利用负载框体进行适配身高的调节，并穿戴好脚部穿戴设备站立与跑盘上，通过对人体躯干进行跟踪获得人体姿态数据，通过激光传感器对人体脚部进行跟踪获得左右脚的位移数据，根据左右脚的位移数据分别获得脚部的虚拟位置和移动速度；根据所述脚部虚拟位置，使用ik算法反推得到腿部姿态；最后利用所述人体姿态数据、脚部的移动速度和腿部姿态控制虚拟角色的行走动作。这类产品适配性好，行走时稳定舒适，同时使用惯性传感器和脚部的激光传感器来实现虚拟现实中的真实行走感受，具有更好的贴合感和沉浸度。

3、但现有市场上如cn 114564025a这类全向行动设备的全向行动平台主要为被动式底盘，即底盘不会主动配合用户行动，用户在使用时需要通过学习，才可以在设备上实现相对自然的行走；而且大部分产品仅支持行走、跑步的功能。且在使用时需要进行繁琐的穿戴、调整步骤才可以正常使用设备。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明设计了一种主动式全向行动设备，采用全新结构和技术实现通过设备本身主动配合用户在底盘上沿各个方向自然行走。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种主动式全向行动设备，包括全向运动机、脚部穿戴设备和行动控制系统，全向运动机包括滑杆、腰带、连接杆、转动杆、底盘和支撑底座，转动杆通过底盘转动部分可以绕支撑底座360°转动；连接杆连接到转动杆上；滑杆连接到连接杆上，腰带连接到滑杆上；底盘安装到支撑底座上，底盘为主动式底盘，包括承载框架、两驱动电机、联动带轮、多排左驱动轮及右驱动轮，左驱动轮与右驱动轮为对称结构；多排左驱动轮及右驱动轮交替分布转动连接在承载框架上，两驱动电机分别通过联动带轮和联动带联动多排左驱动轮和右驱动轮；

4、左驱动轮和右驱动轮分别包括轮架与小轮，小轮安装在轮架上，并可以自由转动，安装后小轮局部突出轮架表面，小轮在轮架横向方向上倾斜分布；

5、行动控制系统包括控制器和信息反馈系统，信息反馈系统包括安装于脚部穿戴设备的脚部惯性传感器、脚部光学非接触式传感器和安装于底盘转动部分的底盘磁式角度传感器，分别用于反馈用户人体的行动速度、离地数据及行走方向；

6、控制器通过反馈的用户人体的行动速度、离地数据及行走方向控制两驱动电机驱动左驱动轮和右驱动轮的转动方向和速度，配合用户移动。

7、作为优选，所述轮架沿圆周均匀设置有多排小轮，相邻两排小轮交错分布。

8、作为优选，所述小轮在轮架横向方向上呈45°夹角分布。

9、作为优选，所述连接杆上安装有坐姿模块。坐姿模块采用可折叠的座位板。

10、作为优选，所述脚部光学非接触式传感器包括不限于物理接触传感器、红外距离传感器、压力传感器、环境光传感器和霍尔接近传感器。

11、作为优选，所述底盘磁式角度传感器包括不仅限于光学角度传感器、霍尔接近传感器、环境光传感器、红外距离传感器。

12、作为优选，所述腰带包括左织带、右织带、左安全扣公头、右安全扣公头、左安全扣母头、右安全扣母头、腰带包覆面、腰带安装件、分力板和腰带调节件；左织带、右织带分别与腰带包覆面缝合到一起，左安全扣公头穿到左织带上，右安全扣公头穿到右织带上；左安全扣母头、右安全扣母头分别缝合到分力板上，腰带包覆面使用螺钉与分力板固定安装，腰带安装件通过腰带调节件安装在分力板上。

13、作为优选，所述腰带安装件包括调节旋转头和调节螺杆，调节螺杆与腰带安装件转动连接，调节螺杆与分力板螺纹连接。

14、作为优选，所述滑杆上滑动连接有滑块，沿滑杆上下滑动，滑块上固定连接有腰带，滑杆顶部连接有恒力发条，滑块上对应固定设置有拉线器吊板，恒力发条的尾端固定连接拉线器吊板。

15、作为优选，所述行动控制系统中控制器的控制方法包括离地判断和速度判断，脚部惯性传感器和脚部光学非接触式传感器用于反馈用户人体的行动速度、离地数据，底盘磁式角度传感器用于反馈用户的行走方向；

16、双脚接地一段时间后，视为停止行走，强制减速并停止底盘运动；

17、双足离地视为跳跃，强制停止底盘运动；

18、单足离地时，脚部惯性传感器和脚部光学非接触式传感器反馈用户人体的行动速度、离地数据，底盘磁式角度传感器反馈用户的行走方向，控制器控制两驱动电机驱动左驱动轮和右驱动轮的转动方向和速度，配合用户移动。

19、本发明的使用原理为：首先通过脚部惯性传感器、脚部光学非接触式传感器和底盘磁式角度传感器反馈用户人体的行动速度、离地数据及行走方向进行离地判断和速度判断：

20、双脚接地一段时间后，视为停止行走，强制减速并停止底盘运动；

21、双足离地视为跳跃，强制停止底盘运动；

22、单足离地时，脚部惯性传感器用于反馈得到用户脚移动的加速度方向和加速度值，基于卡尔曼滤波和卷积算法拟合出当前速度，底盘磁式角度传感器随底盘转动机构旋转，当人的身体朝向发生变化时，即带动底盘转动机构，随即底盘磁式角度传感器产生数据变化，从而得到人体行走方向数据；控制器控制两驱动电机驱动左驱动轮和右驱动轮的转动方向和速度，配合用户移动，即以用户离地单脚移动的速度和方向，控制器控制两驱动电机驱动左驱动轮和右驱动轮带动用户未离地的单脚以相同速度反方向移动。

23、本发明的有益效果是：（1）、本发明通过惯性传感器和底部接触传感器结合，精准的判断实际移动速度以及启动，停止时机，并通过主动式底盘的设计，主动配合用户在底盘上沿各个方向自然行走；（2）、本发明通过底盘磁式角度传感器与底盘转动机构的结合，可以获取到人体行走方向数据，通过算法给予主动式底盘相应的方向动态信号；（3）、优化设备对不同身高的适配，使用户在不对设备进行调整的情况下即可使用设备；（4）、本发明增加坐姿的实现，使用户可以在不下机的情况下即可舒适的坐下，并可以检测到用户坐下的动作；（5）、本发明优化腰环的穿戴方式，使用户可以更加简单的穿戴腰带，并且可以简单的将腰环系紧；优化腰环的横向调节功能，使用户可以快速对腰环进行调整以弥补因用户行走习惯而造成偏向转动的现象。

技术特征：

1.一种主动式全向行动设备，包括全向运动机、脚部穿戴设备和行动控制系统，全向运动机包括滑杆、腰带、连接杆、转动杆、底盘和支撑底座，转动杆通过底盘转动部分可以绕支撑底座360°转动；连接杆连接到转动杆上；滑杆连接到连接杆上，腰带连接到滑杆上；底盘安装到支撑底座上，其特征是，所述底盘为主动式底盘，包括承载框架、两驱动电机、联动带轮、多排左驱动轮及右驱动轮，左驱动轮与右驱动轮为对称结构；多排左驱动轮及右驱动轮交替分布转动连接在承载框架上，两驱动电机分别通过联动带轮和联动带联动多排左驱动轮和右驱动轮；

2.根据权利要求1所述的一种主动式全向行动设备，其特征是，所述轮架沿圆周均匀设置有多排小轮，相邻两排小轮交错分布。

3.根据权利要求1所述的一种主动式全向行动设备，其特征是，所述小轮在轮架横向方向上呈45°夹角分布。

4.根据权利要求1所述的一种主动式全向行动设备，其特征是，所述连接杆上安装有坐姿模块。

5.根据权利要求1所述的一种主动式全向行动设备，其特征是，所述脚部光学非接触式传感器包括不限于物理接触传感器、红外距离传感器、压力传感器、环境光传感器和霍尔接近传感器。

6.根据权利要求1所述的一种主动式全向行动设备，其特征是，所述底盘磁式角度传感器包括不仅限于光学角度传感器、霍尔接近传感器、环境光传感器、红外距离传感器。

7.根据权利要求1所述的一种主动式全向行动设备，其特征是，所述腰带包括左织带、右织带、左安全扣公头、右安全扣公头、左安全扣母头、右安全扣母头、腰带包覆面、腰带安装件、分力板和腰带调节件；左织带、右织带分别与腰带包覆面缝合到一起，左安全扣公头穿到左织带上，右安全扣公头穿到右织带上；左安全扣母头、右安全扣母头分别缝合到分力板上，腰带包覆面使用螺钉与分力板固定安装，腰带安装件通过腰带调节件安装在分力板上。

8.根据权利要求7所述的一种主动式全向行动设备，其特征是，所述腰带安装件包括调节旋转头和调节螺杆，调节螺杆与腰带安装件转动连接，调节螺杆与分力板螺纹连接。

9.根据权利要求1所述的一种主动式全向行动设备，其特征是，所述滑杆上滑动连接有滑块，沿滑杆上下滑动，滑块上固定连接有腰带，滑杆顶部连接有恒力发条，滑块上对应固定设置有拉线器吊板，恒力发条的尾端固定连接拉线器吊板。

10.根据权利要求1所述的一种主动式全向行动设备，其特征是，所述行动控制系统中控制器的控制方法包括离地判断和速度判断，脚部惯性传感器和脚部光学非接触式传感器用于反馈用户人体的行动速度、离地数据，底盘磁式角度传感器用于反馈用户的行走方向；

技术总结
本发明公开了一种主动式全向行动设备。本发明通过脚部惯性传感器和脚部光学非接触式传感器结合，精准的判断实际移动速度以及启动，停止时机，通过底盘磁式角度传感器，精准判断用户行走方向，并通过主动式底盘的设计，主动配合用户在底盘上沿各个方向自然行走；本发明优化设备对不同身高的适配，使用户在不对设备进行调整的情况下即可使用设备；本发明增加坐姿的实现，使用户可以在不下机的情况下即可舒适的坐下，并可以检测到用户坐下的动作；本发明优化腰环的穿戴方式，使用户可以更加简单的穿戴腰带，并且可以简单的将腰环系紧；优化腰环的横向调节功能，使用户可以快速对腰环进行调整以弥补因用户行走习惯而造成偏向转动的现象。

技术研发人员：王博
受保护的技术使用者：杭州虚现科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14