本實用新型涉及虛擬現(xiàn)實設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于虛擬現(xiàn)實的萬向行走器裝置的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實技術(shù)VR主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設(shè)備等方面。模擬環(huán)境是由計算機生成的、實時動態(tài)的三維立體逼真圖像。自然技能是指人的頭部轉(zhuǎn)動，眼睛、手勢、或其他人體行為動作，由計算機來處理與參與者的動作相適應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對用戶的輸入作出實時響應(yīng)，并分別反饋到用戶的五官。傳感設(shè)備是指三維交互設(shè)備。

現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)備是劃定一定的空間的范圍，在空間四個角中的一個角或兩個角放置傳感器，以此實現(xiàn)人在空間范圍內(nèi)的運動檢測，并通過數(shù)據(jù)接口將運動信息傳輸?shù)缴衔粰C上，最終達到現(xiàn)實世界的運動在虛擬世界的投射。針對現(xiàn)有技術(shù)對空間范圍要求較高的缺陷，關(guān)于用戶的體驗提升，研究新的設(shè)備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種基于虛擬現(xiàn)實的萬向行走器裝置，硬件上的升級和改進，提升用戶體驗，應(yīng)用更具廣泛性，增加用戶更好的虛擬世界沉浸感。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出了一種基于虛擬現(xiàn)實的萬向行走器裝置，包括運動光學檢測裝置和配套的行走模塊，其特征在于：運動光學檢測裝置包括底架、支架、吊桿、用戶固定部件、光學發(fā)射接收裝置、運動底盤，運動底盤通過地腳螺栓或吸盤固定在地面上，運動底盤后側(cè)面連接底架，底架頂部套接支架，支架上部頂端彎曲通過吊桿連接部件連接吊桿連接頭，吊桿連接頭下部鉸接吊桿，吊桿末端通過剛性連接部連接用戶固定部件；所述運動底盤包括弧形的運動底盤邊緣部分和平面的運動底盤中心部分，用戶固定部件對應(yīng)于運動底盤中心部分上方；所述運動底盤周圍一圈安裝有光學發(fā)射接收裝置，光學發(fā)射接收裝置上設(shè)有光學傳感器、紅外發(fā)射管、紅外接收管；行走模塊包括專用行走鞋套和鞋套固定結(jié)構(gòu)，專用行走鞋套上設(shè)有鞋套固定結(jié)構(gòu)，專用行走鞋套包括鞋掌、鞋中、鞋跟，專用行走鞋套底部安裝有包膠軸承，包膠軸承上設(shè)有電控鎖死結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，所述用戶固定部件包括腰部固定帶、腿部固定帶，腰部固定帶和腿部固定帶之間設(shè)有連接帶，剛性連接部連接棘條結(jié)構(gòu)，棘條結(jié)構(gòu)和腰部固定帶連接，通過繼電器或其他電動控制棘條結(jié)構(gòu)的鎖死和打開。

作為優(yōu)選，所述剛性連接部半固定連接吊桿，實現(xiàn)水平面上的X軸和Y軸轉(zhuǎn)動，垂直于水平面的Z軸固定。

作為優(yōu)選，所述用戶固定部件上還安裝有電子羅盤模塊。

作為優(yōu)選，所述吊桿連接部件包括兩個推力軸承和一個深溝球軸承，承受拉力和推力的情況下轉(zhuǎn)動。

作為優(yōu)選，所述鞋掌和鞋中之間設(shè)有軟膠皮筋連接，鞋中和鞋跟之間通過伸縮連接部件連接；包膠軸承的數(shù)量為至少兩對。

作為優(yōu)選，所述運動底盤上表面包覆一層橡膠耐磨層。

本實用新型的有益效果：本實用新型在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中建立用戶虛擬位置，以及用戶運動時就可以建立相應(yīng)的虛擬系統(tǒng)中用戶運動，進行數(shù)據(jù)接收，整合，處理，實現(xiàn)同虛擬現(xiàn)實世界的交互。硬件上的升級和改進，提升用戶體驗，應(yīng)用更具廣泛性，增加用戶更好的虛擬世界沉浸感。

本實用新型的特征及優(yōu)點將通過實施例結(jié)合附圖進行詳細說明。

【附圖說明】

圖1是本實用新型一種基于虛擬現(xiàn)實的萬向行走器裝置的主視圖；

圖2是本實用新型一種基于虛擬現(xiàn)實的萬向行走器裝置的用戶固定結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3A是本實用新型一種基于虛擬現(xiàn)實的萬向行走器裝置的運動底盤示意圖；

圖3B是本實用新型一種基于虛擬現(xiàn)實的萬向行走器裝置的運動底盤剖視圖；

圖4是本實用新型一種基于虛擬現(xiàn)實的萬向行走器裝置的光學檢測部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型一種基于虛擬現(xiàn)實的萬向行走器裝置的吊桿連接頭仰視圖；

圖6是本實用新型一種基于虛擬現(xiàn)實的萬向行走器裝置的吊桿左視圖；

圖7是本實用新型一種基于虛擬現(xiàn)實的萬向行走器裝置的行走部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本實用新型一種基于虛擬現(xiàn)實的萬向行走器裝置的光線點陣傳感分布圖；

圖9是本實用新型一種基于虛擬現(xiàn)實的萬向行走器裝置的用戶阻斷光線接收圖。

圖中：1-底架、2-支架、3-吊桿連接頭、31-吊桿連接部件、4-吊桿、41-棘條結(jié)構(gòu)、5-用戶固定部件、51-腰部固定帶、52-連接帶、53-腿部固定帶、54-剛性連接部、6-光學發(fā)射接收裝置、61-光學傳感器、7-運動底盤、71-運動底盤邊緣部分、72-運動底盤中心部分、8-耐磨層、9-專用行走鞋套、91-鞋掌、92-鞋中、93-鞋跟、94-伸縮連接部件、95-包膠軸承。

【具體實施方式】

參閱圖1～圖9，本實用新型，包括運動光學檢測裝置和配套的行走模塊，其特征在于：運動光學檢測裝置包括底架1、支架2、吊桿4、用戶固定部件5、光學發(fā)射接收裝置6、運動底盤7，運動底盤7通過地腳螺栓或吸盤固定在地面上，運動底盤7后側(cè)面連接底架1，底架1頂部套接支架2，支架2上部頂端彎曲通過吊桿連接部件31連接吊桿連接頭3，吊桿連接頭3下部鉸接吊桿4，吊桿4末端通過剛性連接部54連接用戶固定部件5；所述運動底盤7包括弧形的運動底盤邊緣部分71和平面的運動底盤中心部分72，用戶固定部件5對應(yīng)于運動底盤中心部分72上方；所述運動底盤7周圍一圈安裝有光學發(fā)射接收裝置6，光學發(fā)射接收裝置6上設(shè)有光學傳感器61、紅外發(fā)射管、紅外接收管；行走模塊包括專用行走鞋套9和鞋套固定結(jié)構(gòu)，專用行走鞋套9上設(shè)有鞋套固定結(jié)構(gòu)，專用行走鞋套9包括鞋掌91、鞋中92、鞋跟93，專用行走鞋套9底部安裝有包膠軸承95，包膠軸承95上設(shè)有電控鎖死結(jié)構(gòu)。所述用戶固定部件5包括腰部固定帶51、腿部固定帶53，腰部固定帶51和腿部固定帶53之間設(shè)有連接帶52，剛性連接部54連接棘條結(jié)構(gòu)41，棘條結(jié)構(gòu)41和腰部固定帶51連接，通過繼電器或其他電動控制棘條結(jié)構(gòu)41的鎖死和打開。所述剛性連接部54半固定連接吊桿4，實現(xiàn)水平面上的X軸和Y軸轉(zhuǎn)動，垂直于水平面的Z軸固定。所述用戶固定部件5上還安裝有電子羅盤模塊。所述吊桿連接部件31包括兩個推力軸承和一個深溝球軸承，承受拉力和推力的情況下轉(zhuǎn)動。所述鞋掌91和鞋中92之間設(shè)有軟膠皮筋連接，鞋中92和鞋跟93之間通過伸縮連接部件94連接；包膠軸承95的數(shù)量為至少兩對。所述運動底盤7上表面包覆一層橡膠耐磨層8。

支架2、吊桿4和用戶固定部件5的作用是吊住人的腰部腿部。支架2和底架1套接安裝，上下可以相對移動以調(diào)整支架高度，通過定位旋鈕定位高度。支架2上部頂端和吊桿連接頭3連接，使用兩個推力軸承和一個深溝球軸承來連接支架2和吊桿連接頭3，這樣就可以做到讓吊桿4可以在承受拉力和推力的情況下也能順暢地轉(zhuǎn)動，從而可以讓使用者在被吊桿4吊著的情況下也能順暢地轉(zhuǎn)身。吊桿4做成如圖6所示形狀，使用時使用者的身體和吊桿4離得比較遠，這樣能使吊桿4對使用者的影響降到最低，吊桿4除了能夠圍繞運動底盤7中軸轉(zhuǎn)動之外，還借助連接部分萬向聯(lián)軸器的作用做小幅度的前后左右的擺動，這樣使用者不會覺得自己被限制的太死，提升使用體驗。在吊桿4下半段的棘條結(jié)構(gòu)41，所以可以利用繼電器或其他方式電動控制棘條結(jié)構(gòu)41的鎖死和打開，人跑動時鎖死，打開之后可以實現(xiàn)跳躍和下蹲的功能。剛性連接部54和吊桿4半固定連接，可以繞著水平面上的X軸和Y軸轉(zhuǎn)動，和垂直于水平面的Z軸方向固定，只有這樣人才能靈活扭腰，轉(zhuǎn)身時也能帶著吊桿4轉(zhuǎn)動。用戶固定部件5其他部分都采用織物纖維和海綿等能和人體親密接觸的材質(zhì)。腰部和腿部的綁帶長度可調(diào)，以適應(yīng)不同身高和腰圍的人。

專用行走鞋套9，由鞋掌91、鞋掌91、鞋跟93組成，伸縮連接部件94，以適應(yīng)不同大小的腳。鞋掌91和鞋掌91用軟膠皮筋連接，以適應(yīng)走路時前腳掌的彎折。包膠軸承95，作用就是便于在曲面上滑下以實現(xiàn)原地行走的動作，用包膠軸承95是為了緩沖和降噪，并且和運動底盤7配合。鞋套將盡量采用輕質(zhì)高強度鋁合金制作以減少重量。鞋套固定結(jié)構(gòu)有塑料的固定部分和魔術(shù)扎帶來將鞋套固定在腳上或者鞋子底部。由于下蹲和跳起時包膠軸承95有可能發(fā)生劇烈滑動而使使用者失去平衡，所以包膠軸承95結(jié)構(gòu)有專門的電控鎖死結(jié)構(gòu)，有傳感器專門檢測起跳和下蹲，包膠軸承95鎖死后，下蹲和跳躍就不會發(fā)生滑動。使用鞋套在使用時不用像其他跑步機那樣換鞋，更加方便。鞋套的高度低于25mm，不會使使用者感到不適。

在離運動底盤7平臺一定高度的周圍布置一圈光學發(fā)射接收裝置6，根據(jù)實際平臺形狀大小的不同，可調(diào)整光學傳感器的分布尺寸形狀。

通過部署紅外光線點陣，如圖8所示，一端采用紅外發(fā)射管，一端采用紅外接收管，形成光線點陣。當用戶在其中運動時，就會隔斷相應(yīng)位置的紅外光線接收，如圖9所示，就可以達到運動檢測目的。為了使得檢測更加精確，可在用戶固定部件5中增加電子羅盤模塊，獲取準確的身體運動方向。

模塊中的MCU獲得光學傳感器數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行篩選打包預(yù)處理，通過穩(wěn)定的數(shù)據(jù)接口串口或者無線傳輸將數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機CPU，用本實用新型自己的特有算法進行數(shù)據(jù)解析處理。處理過程為，根據(jù)光學點陣中用戶遮擋信息計算出用戶相對行走底盤的運動速度和大概角度，結(jié)合電子羅盤模塊的身體角度計算得出用戶運動相對于底盤的實際運動角度。相互印證之后就可得出用戶真正的運動角度和速度以及運動特征，比如前進，后退，左移，右移，同時采用幾個特定姿勢來映射跳和蹲。

實現(xiàn)硬件數(shù)據(jù)和計算機應(yīng)用的數(shù)據(jù)交互，不僅使計算機應(yīng)用能夠獲得更多更精細的用戶運動數(shù)據(jù)，同時，硬件也能得到應(yīng)用的反饋數(shù)據(jù)，硬件在一定程度上用戶對實現(xiàn)虛擬世界的現(xiàn)實感受，增加用戶更好的虛擬世界沉浸感。

本實用新型工作過程：

本實用新型一種基于虛擬現(xiàn)實的萬向行走器裝置在工作過程中，將用戶固定在運動光學檢測裝置的中央位置，并利用腳下的行走模塊實現(xiàn)在固定位置實現(xiàn)行走的效果。在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中建立用戶虛擬位置，以及用戶運動時就可以建立相應(yīng)的虛擬系統(tǒng)中用戶運動，進行數(shù)據(jù)接收，整合，處理，實現(xiàn)同虛擬現(xiàn)實世界的交互。本實用新型，硬件上的升級和改進，提升用戶體驗，應(yīng)用更具廣泛性，增加用戶更好的虛擬世界沉浸感。

上述實施例是對本實用新型的說明，不是對本實用新型的限定，任何對本實用新型簡單變換后的方案均屬于本實用新型的保護范圍。