[发明专利]用于虚拟场景中骑行健身的力反馈单车

说明书

技术领域

本发明涉及一种力反馈单车，尤其涉及了一种用于虚拟场景中骑行健身的力反馈单车。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality：VR)技术是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术以及仿真技术等多种科学技术而发展起来的计算机领域的新技术。虚拟现实技术通过利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供给骑行健身者包括视觉、听觉、触觉等在内的各种直观而又自然的实时感知交互体验，与此同时，骑行健身者可以主动、不受限制地观察三维空间内的事物。

作为虚拟现实技术的重要应用，虚拟骑行健身日渐兴起。现有的虚拟骑行健身装置往往只是将健身房的普通动感单车和3D虚拟现实眼镜结合起来使用，两者之间缺乏互动，各自独立工作。这会导致在骑行健身时，当虚拟场景发生变化，骑行健身者身体上无法感受到相应的反馈，因而具有沉浸感低，体验差的问题。

发明内容

针对现有虚拟骑行健身装置存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于虚拟场景中骑行健身的力反馈单车，为骑行健身者提供力反馈功能，再配合虚拟现实技术与3D虚拟现实头盔可让骑行健身者在骑行健身时具有高度的沉浸感以及身临其境般的运动体验。

本发明为实现上述功能，采用的技术方案是：

本发明包括骑行健身的单车本体，单车本体上装有速度检测装置和电磁阻尼反馈装置，单车本体后部安装有用于作为从动轮的配重轮，与单车本体脚踏相连的主动轮经皮带与配重轮传动连接；速度检测装置包括霍尔传感器，霍尔传感器安装在单车皮带传动机构的配重轮上；电磁阻尼反馈装置包括用于在配重轮中产生感应磁场的电磁铁，电磁铁装在单车机壳上，并位于配重轮圆周侧面。

所述的皮带传动机构在主动轮与配重轮之间的传动比为1：15。

所述的配重轮为铁质圆盘，电磁铁的铁芯材料为电磁纯铁。

所述的霍尔传感器安装在单车皮带传动机构的配重轮边缘。

所述的电磁铁包括线圈和铁芯，铁芯与配重轮之间存在气隙，电磁铁的安匝数采用以下方式计算确定：

      NI=8δπμ0d230ρlTn(r2-(r-Δ)2)]]>      

其中，T为对配重轮施加的电磁阻尼，N为电磁铁的线圈匝数，I为电磁铁线圈中的通电电流强度，μ₀为真空磁导率，d为电磁铁的铁芯直径，δ为铁芯与配重轮之间的气隙厚度，r为配重轮的半径，l为配重轮的厚度，n为配重轮的转速，ρ为配重轮的电阻率，Δ为感应磁场在配重轮中的平均等透入深度。

所述的感应磁场在配重轮中的平均等透入深度Δ采用以下公式计算：

      Δ=2ρμω]]>      

其中，ρ为配重轮的电阻率，μ为配重轮的磁导率，ω为磁场变化角频率。

所述的磁场变化角频率ω采用以下公式计算：