[发明专利]用于确定用户运动位移和运动速度的系统及应用该系统的万向运动装置

权利要求书

1.用于确定用户运动位移和运动速度的系统，其特征在于，包括：

随用户运动而转动的球体，所述球体有N条纬线和M条经线，纬线和经线将球体表面划分为2M(N+1)个帧，以每个帧的中心的经纬度代表该帧的经纬度，

每个帧上设有一个纬度方向灯和八个纬度信号灯，纬度方向灯亮着表示北纬，记为正数，纬度方向灯熄灭则表示南纬，记为负数；纬度信号灯采用二进制编码，灯亮着表示1，灯熄灭则表示0，其中四个信号灯为二进制的低位，另外四个为二进制的高位；

每个帧上还设有一个经度方向灯和十二个经度信号灯，经度方向灯亮着表示东经，记为正数，经度方向灯熄灭则表示西经，记为负数；经度信号灯采用二进制编码，灯亮着表示1，灯熄灭则表示0，其中四个信号灯为二进制的低位，另外八个为二进制的高位，

至少一个正对球体的摄像头且有一个摄像头正对球体最低位，

信号接收模块，用于接收摄像头检测到的单个帧的灯光信号，

数据处理模块，将接收到的灯光信号转换成十进制的经纬度，再转换成对应的坐标信息，并计算出用户的运动速度、单位时间内的位移和/或运动方向，

M、N为自然数。

2.根据权利要求1所述的用于确定用户运动位移和运动速度的系统，其特征在于，所述数据处理模块通过式(Ⅰ)计算用户的运动位移：

其中，A为摄像头采集的前一帧，其经度为α₁纬度为β₁；B为摄像头采集的后一帧，其经度为α₂纬度为β₂；为A到B的弧长，也就是用户的运动位移；R为球体的半径；θ为AB的夹角。

3.根据权利要求1或2所述的用于确定用户运动位移和运动速度的系统，其特征在于，所述数据处理模块通过式(Ⅱ)计算用户的运动速度：

式中，t为时间，V为用户单位时间内的运动速度。

4.万向运动装置，其特征在于，包括可往任意方向转动的运动机构、支撑机构、用于确定用户运动位移和运动速度的系统，

所述运动机构为球体，所述球体转动至上方的部位为始终与用户脚底接触的运动平台；

所述支撑机构包括四个滚筒、四个固定轴和支架，每个滚筒位于球体的一个侧面，且相邻的两个滚筒之间相互垂直，每个固定轴从一个滚筒中间穿过，且固定轴的两端固定在支架上，球体的表面与滚筒表面相互接触，球体转动时带动滚筒绕固定轴转动；

所述用于确定用户运动位移和运动速度的系统包括：

随用户运动而转动的球体，所述球体有N条纬线和M条经线，纬线和经线将球体表面划分为2M(N+1)个帧，以每个帧中心的经纬度代表该帧的经纬度，

每个帧上设有一个纬度方向灯和八个纬度信号灯，纬度方向灯亮表示北纬，记为正数，纬度方向灯灭则表示南纬，记为负数；纬度信号灯采用二进制编码，灯亮表示1，灯灭则表示0，其中四个信号灯为二进制的低位，另外四个为二进制的高位；

每个帧上还设有一个经度方向灯和十二个经度信号灯，经度方向灯亮着表示东经，记为正数，经度方向灯熄灭则表示西经，记为负数；经度信号灯采用二进制编码，灯亮着表示1，灯熄灭则表示0，其中四个信号灯为二进制的低位，另外八个为二进制的高位，

至少一个正对球体的摄像头且有一个摄像头正对球体最低位，

信号接收模块，用于接收摄像头检测到的单个帧的灯光信号，

数据处理模块，将接收到的灯光信号转换成十进制的经纬度，再转换成对应的坐标信息，并计算出用户的运动速度、单位时间内的位移和/或运动方向

M、N为自然数。

5.根据权利要求4所述的万向运动装置，其特征在于，所述数据处理模块通过式(Ⅰ)计算用户的运动位移：

其中，A为摄像头采集的前一帧，其经度为α₁纬度为β₁；B为摄像头采集的后一帧，其经度为α₂纬度为β₂；为A到B的弧长，也就是用户的运动位移；R为球体的半径；θ为AB的夹角。