一种稳定式VR全自由度运动平台

技术领域

本发明属于虚拟现实技术领域，具体涉及一种稳定式VR全自由度运动平台。

背景技术

随着科技的发展，人们对虚拟现实设备有了更多的应用，虚拟现实系统是通过带有中央处理器的高性能运算系统模拟出一个虚拟的三维世界，再辅以显示系统和交互系统，向使用者提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟体验，让使用者如同置身其中，像真实世界一般观察虚拟世界中的事物。

现阶段，涉及到虚拟现实的设备有很多，但通常的，这些设备都离不开平台和束腰结构。如公开号为CN104971469A的文献就公开了一种虚拟现实人体全向移动输入平台。其包括万向跑台，所述的万向跑台的一侧设有立柱，所述的立柱上设有位于万向跑台上方的悬臂，所述的悬臂上连接有向下延伸的悬架，在悬架的下端连接有位于万向跑台上方的人体约束机构。该专利通过人体约束机构能对人体运动时起到约束作用，使得人体运行时不易发生摔倒现象，能满足人体奔跑、行走或跳跃等动作。但该技术在应用时仍然存在如下技术问题：

1、因人体约束机构为刚性结构件，虽然腰部夹具是圆环状可实现人体的圆周运动（X、Y水平方向），即可以让人进行360度旋转，但其只能原地摆腿模拟跑动和走动两种动作，但在腰部被刚性束缚的情况下，其运动姿态同自然走、跑差异很大，运动者在此种状态下随着时间增长，其不适感会越发强烈。且受限于腰部夹具的限制，其根本不适于跳跃动作。另外，运动时由于腰部夹具环不动，因此只能是人体在腰部夹具环内转动，还存在着转动不便的技术问题。

2、运动时不能或不能大幅度做Z向运动（竖直方向），即运动者不能或不能大幅度下蹲起立，限制了运动者躯体活动的范围或幅度。

3、运动者只能平稳旋转，但不能突然朝某方向（前、后、左、右）跳跃。抑制了运动者躯体活动的突然性。

4、运动者在平台的有限面积上，以原地摆腿来模拟走动或跑动，加之腰部的夹具束缚，运动者会感觉非常的累，运动很困难。

另外，现有技术中还公开有蹦极跳床式运动平台，即运动者可通过弹性拉绳在跳床上进行跳跃，以体验蹦极的感觉。但由于蹦极跳床式运动平台中的弹性拉绳是固定不动的，在实际体验中人体也只能在上下方向进行跳跃动作，其不能实现360度的转体运动，因而其活动范围较窄，对运动者的限制也较大。

为此，有必要研发新的技术以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种稳定式VR全自由度运动平台，本发明采用柔性束腰组件与滑动机构相配合，既可以让运动者朝前、后、左、右、上、下的任意方向跳跃，又可以实现或顺时针或逆时针360度的转体运动，从而让运动者能够以更轻松的运动姿态实现更佳、更稳定的运动体感。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种稳定式VR全自由度运动平台，其特征在于：包括支架，支架的上部固定有环形导轨，环形导轨上设有两套相对称的滑动机构，滑动机构分别通过弹性皮筋连接有束腰组件；支架的中下部固定有弹性平台，且弹性平台位于束腰组件下方；通过束腰组件、弹性皮筋和滑动机构可实现包括任意方向跳跃和360度转体运动的全自由度运动。

所述滑动机构包括滑动架，滑动架上固定有上滑动支撑件和下滑动支撑件，滑动架通过上滑动支撑件和下滑动支撑件安装在环形导轨上。

所述滑动架包括顶板和两块分别垂直向下的侧板，上滑动支撑件分别对称设置在侧板的上部两端，下滑动支撑件分别对称设置在侧板的下部两端。

所述上滑动支撑件包括长轴、隔离套、滚动轴承和螺母，长轴的两端分别贯穿两侧板，并分别通过螺母固定在两侧板上；隔离套套设在长轴中部，滚动轴承对称固定在长轴上，滚动轴承分别位于隔离套与侧板之间，且滚动轴承位于环形导轨上方。

所述下滑动支撑件包括短轴、滚动轴承和螺母，短轴贯穿单块侧板，并通过滚动轴承和螺母固定在侧板的下部。

所述滚动轴承与侧板之间设有垫片。

所述螺母为通过开口销固定的开槽螺母。

所述滑动机构上固定有拉力调节器，弹性皮筋连接在拉力调节器上。

所述环形导轨采用工字形型钢制成。

所述弹性平台包括弹性床面、拉力弹簧和固定环，弹性床面通过多根拉力弹簧安装在固定环内，固定环固定在支架上。

采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：

1、本发明通过弹性皮筋和滑动机构将束腰组件连接在环形导轨上，该结构使得弹性皮筋受力时可带动滑动机构在环形导轨上按照轨迹任意移动，进而使得运动者除了在X、Y两个方向自由运动外，还可进行随意跳跃、旋转运动，即运动者可朝前、后、左、右、上、下的任意方向跳跃。另外，运动者还可以实现或顺时针或逆时针360度的转体运动，且旋转角度不受限制。又由于束腰组件是通过弹性皮筋连接在滑动机构上的，因此没有刚性的约束机构约束人体，这不仅解除了运动者在Z向不能或不能大幅运动的限制，还提升了运动者的活动范围。同时，也使得运动者在弹性平台上进行走动或跑动更加轻松和更加稳定。

进一步的，本发明可以让运动者在X、Y、Z三个方向稳定地自由运动，且在弹性皮筋的拉力和弹性平台的弹力的共同作用下，减少了运动者对地面的正压力，因而有效地降低了行走、跳跃的地面摩擦力，运动起来比自然状态下更加轻松，运动的幅度和即时性可以更大更快，运动者也可以随意向各个方向突然跳跃和下蹲。

2、本发明通过上滑动支撑件和下滑动支撑件将滑动架滑动安装在环形导轨上，一方面使得滑动架能够在受力时有效滑动，另一方面也有利于提高滑动机构在环形导轨上的稳定性。

3、本发明采用隔离套能使其两侧的滚动轴承始终保持等距离，进而提升其使用过程中的稳定性。采用垫片有利于使滚动轴承始终处于设计位置，保证其合理运转。采用开槽螺母并通过开口销固定，能够防止开槽螺母松动。综全而言，本发明采用特定结构的滑动机构，具有结构简单、稳定性好、便于实现等优点。

4、本发明通过拉力调节器能够对运动者运动时弹性皮筋的长度进行调节。若弹性皮筋过长则易牵绊运动者，此时拉力调节器适时将过长的弹性皮筋收入“囊中”；反之，若弹性皮筋过短则张力过大，影响运动者动作发挥，此时拉力调节器适时释放长度。以达到弹性皮筋始终处于合理的最佳长度和适度的弹性力度。另外，通过拉力调节器还可使滑动机构在环形导轨上按照轨迹水平行走，保持弹性皮筋处于运动者体位的理想位置。

5、本发明采用工字形型钢制备环形导轨，有效地提高了滑动机构滑动时的支撑力和稳定性。

6、本发明采用特定结构的弹性平台与可移动的弹性皮筋相结合，使得弹性皮筋拉力给于运动者的拉力可以因人而异进行调节，弹性床面给运动者的弹力也可以由人自己通过发力大小来主动控制。不仅可以让运动者运动起来更轻松，还大幅增强了运动者的运动能力（跳跃高度、幅度、难度），运动者甚至可以做出凌空翻滚等高难度动作。

7、本发明不仅可用于运动类虚拟现实游戏，还可以用于运动康复训练，让运动康复不再枯燥无味。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为滑动机构通过环形导轨安装在支架上的结构示意图。

图3为滑动机构在环形导轨上的结构示意图。

图4为图2中I处的放大结构示意图。

图中标记为：1、支架，2、环形导轨，3、滑动机构，4、弹性皮筋，5、束腰组件，6、弹性平台，7、滑动架，8、顶板，9、侧板，10、长轴，11、隔离套，12、滚动轴承，13、螺母，14、短轴，15、垫片，16、拉力调节器。

具体实施方式

实施例1

作为本发明的一基本实施方式，本实施例提供了一种稳定式VR全自由度运动平台，该VR全自由度运动平台主体结构类似现有常规的蹦极跳床结构，既可让运动者朝前、后、左、右、上、下的任意方向跳跃，又可以实现或顺时针或逆时针360度的转体运动，进而实现运动者在弹性平台6上的全自由度运动。如图1-3所示，其包括支架1，其中，

支架1包括多根均匀固定的支撑柱，本实施例对支撑柱结构及数量等均不作限定，只要能稳定地起到载荷支撑功能均可。但因支架1要承载装置的整体质量和承受其动态冲击负荷，要求稳固，所以优选采用型钢制作。通常来说，采用6-8根支撑柱再配备相应固定结构件即可形成结构稳定、大小适中的支架1。

支架1的上部固定有环形导轨2，环形导轨2优选采用工字形型钢制成，其上平面是滑行工作面，要求平整光滑。

环形导轨2上设有两套相对称的滑动机构3，滑动机构3受力可在环形导轨2上滑动，滑动机构3分别通过弹性皮筋4连接有束腰组件5。弹性皮筋4的作用是约束运动者在弹性平台6上运动，保证安全，同时扩展运动者在运动时的体验感。束腰组件5为柔性材质制成，使用时系在运动者的上体腰肩部，其作用一是收纳运动者随身衣带，避免其干扰运动；作用二是提气拔神，有助于运动者处于良好的运动状态；作用三是与弹性皮筋4有机组合，形成一个有效的安全防护屏障。

支架1的中下部固定有弹性平台6，且弹性平台6位于束腰组件5下方。该弹性平台6可为现有常规跳床结构，其结构可为：包括弹性床面、拉力弹簧和固定环，弹性床面通过多根拉力弹簧安装在固定环内，固定环固定在支架1上。

需要说明的是，本实施例对滑动机构3的具体结构不作限制，只要是能够在环形导轨2上稳定滑动的结构体均可，例如可采用行走小车作为滑动机构3。本实施例在使用时，运动者通过束腰组件5、弹性皮筋4和滑动机构3可实现任意方向的跳跃和360度转体运动，进而实现运动者的全自由度运动。

实施例2

作为本发明的一较佳实施方式，本实施例在实施例1的基础上对滑动机构3的结构作了进一步限定。如图4所示，所述滑动机构3包括滑动架7，滑动架7上固定有上滑动支撑件和下滑动支撑件，上滑动支撑件与下滑动支撑件之间的间隙略大于环形导轨2上平面的厚度，滑动架7通过上滑动支撑件和下滑动支撑件安装在环形导轨2上，安装后的上滑动支撑件和下滑动支撑件分别位于环形导轨2上平面的上方和下方，两者配合使滑动架7稳定地设置在环形导轨2上。需要说明的是，优选每个滑动架7上上滑动支撑件的数量为两套，下滑动支撑件的数量为四套，两套上滑动支撑件分别对称设置在滑动架7的上部两端，四套下滑动支撑件分别对称设置在滑动架7的下部两端。

所述滑动架7包括顶板8和两块分别垂直向下的侧板9，该两块侧块可由顶板8的两侧垂直向下折弯形成。上滑动支撑件分别对称设置在侧板9的上部两端，下滑动支撑件分别对称设置在侧板9的下部两端。其中，上滑动支撑件包括长轴10、隔离套11、两个滚动轴承12和两个螺母13，长轴10的两端分别贯穿两侧板9，并分别通过两个螺母13固定在两侧板9上；隔离套11套设在长轴10中部，两个滚动轴承12对称固定在长轴10上并分别位于隔离套11与侧板9之间，隔离套11的作用是保持两个滚动轴承12始终等距离。安装后的滚动轴承12位于环形导轨2上方，用于支撑滑动架7滑动。下滑动支撑件包括短轴14、滚动轴承12和螺母13，短轴14贯穿单块侧板9，并通过滚动轴承12和螺母13固定在侧板9的下部。需要说明的是，长轴10是相对短轴14而言，长轴10的长度大于两侧板9之间的间距，且长轴10的两端分别位于两侧板9之外。而由于下滑动支撑件位于环形导轨2的上平面下方，因此短轴14的长度大于侧板9的厚度，且短轴14的两端分别位于侧板9两侧即可。

另外，滚动轴承12与侧板9之间设有垫片15，其作用是始终保持滚动轴承12处于设计位置，保证其合理运转。螺母13优选为通过开口销固定的开槽螺母，即开槽螺母分别通过开口销固定在长轴10和短轴14上。

实施例3

作为本发明的最较佳实施方式，本实施例在实施例2的基础上增加了两个拉力调节器16。具体的，本实施例将两个拉力调节器16分别固定在两套滑动机构3的滑动架7上，并使弹性皮筋4分别连接在拉力调节器16上，也即分别通过两根弹性皮筋4和两个拉力调节器16将束腰组件5设置在两套滑动机构3上。拉力调节器16既可采用拉力在70-200Kg的微型卷扬机，也可将弹性皮筋4与卷尺主体相结合设计为可拉伸或收缩的结构，以此实现弹性皮筋4长度的调节。

本实施例通过拉力调节器16能够收纳过长的弹性皮筋4，从而使弹性皮筋4的长度能够根据不同力度进行动态调节，以达到弹性皮筋4始终处于合理的最佳长度和适度的弹性力度。并且，还可使滑动机构3在环形导轨2上按照轨迹水平行走，保持弹性皮筋4处于运动者体位的理想位置，进而便于运动者的全自由度运动。

最后需要说明的是，本发明所述运动平台申请人共设计了两种不同的结构，且经众多体验者试用，反馈效果较好。目前，该两种结构申请人已接受委托并准备实际生产，为了能够在后期防止侵权以及有效占领市场，因而申请人对该两种结构分别申请了专利予以保护。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。