一种滑雪模拟器及模拟方法

技术领域

本发明属于滑雪模拟设备技术领域，具体涉及一种滑雪模拟器及模拟方法。

背景技术

目前健身领域和VR领域的滑雪模拟器存在以下问题：

1、采用弹性橡皮和机械结构，没有传感器输入；

2、机械结构采用向上弯曲的弧形轨道，而非水平轨道，真实感差；

3、滑行过程中存在较大反弹力和摩擦阻力，感觉不光滑；

4、左右滑雪动作与滑雪画面存在不同步。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的在于提供一种滑雪模拟器，旨在解决现有技术存在的问题。

本发明为达到其目的，所采用的技术方案如下：

一种滑雪模拟器，包括安装座体和控制装置，所述安装座体上设有滑轨装置、扶手装置、脚踏组件和驱动装置；

所述滑轨装置的滑轨延伸方向沿所述安装座体的横向方向设置；

所述脚踏组件与所述滑轨装置滑动配合；

所述驱动装置的驱动端作用所述脚踏组件在所述滑轨装置滑动；

所述脚踏组件包括缓冲装置、限位装置、滑动底座和脚踏装置，所述滑动底座与所述滑轨装置滑动配合，所述脚踏装置与所述滑动底座转动配合，所述限位装置用于限制所述脚踏装置的转动角度，所述缓冲装置设于所述脚踏装置、滑动底座之间；

所述控制装置与所述驱动装置电性连接。

优选的，所述滑轨装置包括滑轨体和齿条，所述滑轨体上设有供所述滑动底座相滑动配合的滑槽，所述滑动底座的底部设有与所述齿条相配合的齿轮，所述驱动装置的驱动端与所述齿轮连接。

优选的，所述滑动底座的上端面设有两个相对设置的转动座，所述脚踏装置设于两个所述转动座之间并与其转动配合。

优选的，所述限位装置包括设于所述脚踏装置两侧的限位柱，用于限制所述脚踏装置相对于所述滑动底座的转动角度。

优选的，所述缓冲装置包括与所述限位柱的位置对应设置的缓冲弹簧，所述缓冲弹簧件的自然状态下的长度大于所述限位柱的长度。

优选的，所述脚踏装置包括与所述滑动底座转动配合的脚踏底板，在所述脚踏底板上设有供用户脚部放入的脚踏板，在脚踏板上设有供用户调节松紧的脚踏带以及用于固定用户脚踝的脚踝支架。

优选的，所述控制装置包括电脑和伺服电机驱动器，所述电脑与所述伺服电机驱动器电性连接，所述驱动装置包括伺服电机，所述伺服电机包括驱动马达、传感器和控制器，所述控制器分别与所述伺服电机驱动器、传感器和驱动马达电性连接。

优选的，所述扶手装置包括扶手杆和可调节长度的连接杆，所述连接杆的数量为两个并分别设于所述安装座体的两侧，所述扶手杆的两端分别与所述两个连接杆连接，在所述扶手杆上设有防滑套。

优选的，所述连接杆包括第一连接杆和第二连接杆，其中第二连接杆的底端与所述安装座体连接，所述第一连接杆的顶端与所述扶手杆连接，所述第二连接杆为中空状，所述第一连接杆的底端伸入到所述第二连接杆内并与其滑动配合，在所述第二连接杆上还设有固定螺栓件，所述固定螺栓件的一端伸入到第二连接杆内并作用所述第一连接杆的外壁面。

本发明包括一种滑雪模拟器的模拟方法，包括以下步骤：

S1、控制装置开启，控制装置使驱动装置处于位置模式：通过力矩找原点的方式将脚踏组件移动至滑轨装置的任一末端，无法移动后再反向移动至滑轨装置的中心位置，滑轨装置的中心位置为原点，此时脚踏组件在滑轨装置上处于复位状态；

S2、控制装置使驱动装置处于力矩模式：当脚踏组件静止时，用户滑动施加一点点让脚踏组件在滑轨装置上移动，控制装置读取驱动装置的实际驱动转速绝对值如果大于0时，使驱动装置输出一个固定的力矩，驱动装置输出的力矩小于脚踏组件与滑轨装置之间的静态摩擦力，不足以推动脚踏组件移动，但克服抵消大部分的摩擦力，并根据用户移动脚踏组件的方向提供相应方向的助力，此时用户开始模拟滑雪运动；

S3、滑雪过程中，将控制装置连接VR装置，根据用户移动脚踏组件的位置信息与VR装置的画面信息保持实时同步。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出的滑雪模拟器，滑轨装置相比弯曲弧形结构，本方案的机械结构更加简单，更符合水平左右滑动的运动习惯，体验感更真实。相比使用橡皮作为弹性材料，采用驱动装置为调节行程和缓冲调节结构，更具耐久性和可调节性以及精确性。传统装置无信号输出，本装置的控制装置提供精确的滑动位置信息输出给VR装置，与VR装置内容同步,更加具有沉浸感和滑雪运动的快乐感受。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的示意图；

图2是本发明实施例的侧视图；

图3是本发明实施例的俯视图

附图标记说明：

1-安装座体，2-滑动底座，3-滑轨体，4-齿条，5-齿轮，6-转动座，7-限位柱，8-缓冲弹簧，9-电脑，10-伺服电机驱动器，11-驱动装置，12-扶手装置，13-脚踏底板，14-脚踏带，15-脚踝支架，16-限位座，17-滑行平衡轮。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

参照图1至图3，本发明实施例提供一种滑雪模拟器，包括安装座体1和控制装置，所述安装座体1上设有滑轨装置、扶手装置12、脚踏组件和驱动装置11；

所述滑轨装置的滑轨延伸方向沿所述安装座体1的横向方向设置；

所述脚踏组件与所述滑轨装置滑动配合；

所述驱动装置11的驱动端作用所述脚踏组件在所述滑轨装置滑动；

所述脚踏组件包括缓冲装置、限位装置、滑动底座2和脚踏装置，所述滑动底座2与所述滑轨装置滑动配合，所述脚踏装置与所述滑动底座2转动配合，所述限位装置用于限制所述脚踏装置的转动角度，所述缓冲装置设于所述脚踏装置、滑动底座2之间；

所述控制装置与所述驱动装置11电性连接。

作为本方案的进一步描述，所述滑轨装置包括滑轨体3和齿条4，所述滑轨体3上设有供所述滑动底座2相滑动配合的滑槽，所述滑动底座2的底部设有与所述齿条4相配合的齿轮5，所述驱动装置11的驱动端与所述齿轮5连接。采用齿轮5和齿条4的驱动结构，保证脚踏装置可以更稳定的在滑轨装置上滑动，也方便稳定精确的调整脚踏装置在滑轨装置上的滑动位置。

具体的改进，所述滑动底座2的上端面设有两个相对设置的转动座6，所述脚踏装置设于两个所述转动座6之间并与其转动配合。

具体的改进，所述限位装置包括设于所述脚踏装置两侧的限位柱7，用于限制所述脚踏装置相对于所述滑动底座2的转动角度。

具体的改进，所述缓冲装置包括与所述限位柱7的位置对应设置的缓冲弹簧8，所述缓冲弹簧8件的自然状态下的长度大于所述限位柱7的长度。

采用上述结构，脚踏装置可以相对于转动座6转动，同时限位柱7限制所述脚踏装置相对于所述滑动底座2的转动角度，并且设置的缓冲弹簧8可以保证脚踏装置在转动过程的平稳性，更好的模拟用户在滑雪时地形的变化，提升模拟体验，限位柱7也提高了安全性，防止脚踏装置转动角度过大而造成用户脚踝扭伤的现象。同时在安装座体1且处于滑轨体3的两端分别设有一个限位座16，可以防止用户作用脚踏装置在滑轨体3上滑动时滑出，提高产品使用安全性。在滑动底座2的底部设有滑行平衡轮17，滑行平衡轮17与安装座体1滑动配合，设置的滑行平衡轮17进一步保证滑动底座2相对安装座体1滑动过程的稳定性，提高用户的使用体验。

具体的改进，所述脚踏装置包括与所述滑动底座2转动配合的脚踏底板13，在所述脚踏底板13上设有供用户脚部放入的脚踏板，在脚踏板上设有供用户调节松紧的脚踏带14以及用于固定用户脚踝的脚踝支架15。

采用上述结构，可以使用户的脚更好的固定在脚踏板上，提升产品使用体验。

具体的改进，所述控制装置包括电脑9和伺服电机驱动器10，所述电脑9与所述伺服电机驱动器10电性连接，所述驱动装置11包括伺服电机，所述伺服电机包括驱动马达、传感器和控制器，所述控制器分别与所述伺服电机驱动器10、传感器和驱动马达电性连接。

采用上述结构，所述滑行驱动减速机为伺服电机与滑动底座2之间的传动机构，将滑轨装置的中段设有自由滑行段，自由滑行段的两侧分别为反弹段，当玩家在自由滑行段滑动时，滑动底座2主动带动伺服电机转动，当处于两端的反弹段时，伺服电机驱动滑动底座2反弹。滑动底座2带动伺服电机转动，通过转速检测到转动，伺服电机输出助力，通过伺服位置信息定位滑动底座2的机械位置；以上需要传感器和控制器的参与。

具体的改进，所述扶手装置12包括扶手杆和可调节长度的连接杆，所述连接杆的数量为两个并分别设于所述安装座体1的两侧，所述扶手杆的两端分别与所述两个连接杆连接，在所述扶手杆上设有防滑套。

具体的改进，所述连接杆包括第一连接杆和第二连接杆，其中第二连接杆的底端与所述安装座体1连接，所述第一连接杆的顶端与所述扶手杆连接，所述第二连接杆为中空状，所述第一连接杆的底端伸入到所述第二连接杆内并与其滑动配合，在所述第二连接杆上还设有固定螺栓件，所述固定螺栓件的一端伸入到第二连接杆内并作用所述第一连接杆的外壁面。

采用上述结构，可以方便调节扶手杆的高度，适应不同用户的使用需求，同时设置的防滑套也可以提高产品的安全性。

本发明的工作原理如下：

将滑轨体分成三段，长度比例大致为1：2：1，中间段为自由滑行段，两端为反弹段。当用户在滑轨装置上滑动时，在中间段滑道时，通过驱动装置的助力使用户的滑动过程更加光滑，当滑动至滑轨装置的左端或者右端时，通过驱动装置施加一个反弹力，使脚踏组件弹回到中间段，类似一个可调节弹力的弹簧。

助力原理：

在自由滑行段时，将驱动装置运行模式设置为力矩模式，当滑动静止时，用户滑动施加一点点让脚踏组件在滑轨装置上移动，控制装置读取驱动装置的实际驱动转速绝对值如果大于0时，使驱动装置输出一个固定的力矩，驱动装置输出的力矩小于脚踏组件与滑轨装置之间的静态摩擦力，不足以推动脚踏组件移动，但克服抵消大部分的摩擦力，并根据用户移动脚踏组件的方向提供相应方向的助力。

类弹簧原理：

在滑轨体的左或者右端的反弹段，比如进入右端的反弹段，越滑行靠右，反弹的力度越大，这样设计存在两个优点：1)不需要用户施加返回中位的力，因为用户很难使力。2)防止脚踏组件猛烈撞击滑轨装置的机械限位。弹簧的弹力公式为F＝K*X，X为脚踏组件的位移，同理，根据读取伺服电机的实际编码器反馈的位置，当离滑行段和反弹的分界点位移越大，输出的反向力矩越大，成线性关系，可设置K的值改变弹簧的劲度系数，这是一个基于伺服电机的可调的弹簧装置。

装置输入方法：

以滑轨体的中点作为原点，设置滑轨体的最左端为-1.0，滑轨体的最右端为1.0，【-1.0，1.0】作为输入位置范围，以伺服电机的编码器作为测量位置传感器，装置开启时，脚踏组件复位至滑轨体的中心位置，该位置伺服电机的编码值为0，编码器反馈的数据从左到右的对应于【-1.0，1.0】的范围。

本发明包括一种滑雪模拟器的模拟方法，包括以下步骤：

S1、控制装置开启，控制装置使驱动装置处于位置模式：通过力矩找原点的方式将脚踏组件移动至滑轨装置的任一末端，无法移动后再反向移动至滑轨装置的中心位置，滑轨装置的中心位置为原点，此时脚踏组件在滑轨装置上处于复位状态；

S2、控制装置使驱动装置处于力矩模式：当脚踏组件静止时，用户滑动施加一点点让脚踏组件在滑轨装置上移动，控制装置读取驱动装置的实际驱动转速绝对值如果大于0时，使驱动装置输出一个固定的力矩，驱动装置输出的力矩小于脚踏组件与滑轨装置之间的静态摩擦力，不足以推动脚踏组件移动，但克服抵消大部分的摩擦力，并根据用户移动脚踏组件的方向提供相应方向的助力，此时用户开始模拟滑雪运动；

S3、滑雪过程中，将控制装置连接VR装置，根据用户移动脚踏组件的位置信息与VR装置的画面信息保持实时同步，具体的伺服电机通过intercat协议发送伺服电机编码器位置给电脑，VR装置通过sdk读取输入数据，同步画面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出的滑雪模拟器，滑轨装置相比弯曲弧形结构，本方案的机械结构更加简单，更符合水平左右滑动的运动习惯，体验感更真实。相比使用橡皮作为弹性材料，采用驱动装置为调节行程和缓冲调节结构，更具耐久性和可调节性以及精确性。传统装置无信号输出，本装置的控制装置提供精确的滑动位置信息输出给VR装置，与VR装置内容同步,更加具有沉浸感和滑雪运动的快乐感受。

需要说明的是，本发明公开的滑雪模拟器的其它内容可参见现有技术，在此不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。