[发明专利]人体全向运动定位装置及其定位方法

权利要求书

1.一种人体全向运动定位装置，其特征在于：包括可绕一垂直固定轴线在平面内自由转动的转盘组件(100)、通过阻尼式万向节(200)与转盘组件(100)相连接且可随阻尼式万向节(200)自由摆动的垂直伸缩机构(300)、与垂直伸缩机构(300)可活动连接且可绕水平中心轴转动的水平转轴件(400)以及与水平转轴件(400)可活动连接且可绕连接处上下摆动的腰带(500)，所述腰带(500)束缚在人体上且可与人体同步运动；所述垂直伸缩机构(300)上设有用于测量其三轴姿态信息并传输的姿态测量模块(600)。

2.根据权利要求1所述的人体全向运动定位装置，其特征在于：所述转盘组件(100)包括固定盘(101)、可绕固定盘(101)转动的转动臂(102)和位于转动臂(102)远端且用于连接阻尼式万向节(200)的万向节上固定部(103)，该万向节上固定部(103)上还连接有用于保护阻尼式万向节(200)的上半外罩(104)。

3.根据权利要求1所述的人体全向运动定位装置，其特征在于：所述阻尼式万向节(200)为弹性阻尼万向节，该弹性阻尼万向节包括两个上下十字交叉设置的第一固定叉(201)、用于连接上、下第一固定叉(201)的第一十字轴(202)和直线阻尼器(203)，所述第一固定叉(201)包括第一叉臂部(204)和用于外接部件的第一叉柄部(205)，所述第一十字轴(202)的四个轴杆分别通过直线阻尼器(203)与第一叉臂部(204)相连接。

4.根据权利要求3所述的人体全向运动定位装置，其特征在于：所述直线阻尼器(203)上套设有弹簧(206)。

5.根据权利要求3所述的人体全向运动定位装置，其特征在于：所述第一叉臂部(204)为弧形结构，第一叉臂部(204)靠近第一叉柄部(205)处的两侧设有阻尼器铰接部(207)，直线阻尼器(203)通过阻尼器铰接部(207)与第一固定叉(201)可活动连接。

6.根据权利要求1所述的人体全向运动定位装置，其特征在于：所述阻尼式万向节(200)为可调阻尼万向节，该可调阻尼万向节包括两个上下十字交叉设置的第二固定叉(208)、用于连接上、下第二固定叉(208)的第二十字轴(209)和旋转阻尼器(210)，所述第二固定叉(208)包括第二叉臂部(211)和用于外接部件的第二叉柄部(212)，所述第二十字轴(209)的四个轴端分别通过旋转阻尼器(210)与第二叉臂部(211)相连接。

7.根据权利要求6所述的人体全向运动定位装置，其特征在于，所述第二十字轴(209)的轴端均具有阻尼连接部(223)，所述旋转阻尼器(210)具有与阻尼连接部(223)相适配的阻尼连接槽(213)，所述阻尼连接部(223)插入阻尼连接槽(213)中使第二十字轴(209)可在旋转阻尼器(210)中转动。

8.根据权利要求1所述的人体全向运动定位装置，其特征在于：所述垂直伸缩机构(300)包括滑轨槽(301)和可在滑轨槽(301)内垂直滑动的滑轨(302)，所述滑轨槽(301)的上端依次设有用于连接阻尼式万向节的万向节下固定部(303)和用于保护阻尼式万向节的下半外罩(304)，所述滑轨(302)的底部水平弯折延伸形成用于与水平转轴件(400)相连接的转接部(305)。

9.根据权利要求1所述的人体全向运动定位装置，其特征在于：还包括支架(700)，所述支架(700)的上部具有与转盘组件(100)固定连接的转盘固定部(701)，支架(700)的底部设有用于安装运动平台的安装部(702)。

10.基于权利要求1至9中任一所述的人体全向运动定位装置的定位方法，其特征在于：支架(700)的上部具有与转盘组件(100)固定连接的转盘固定部(701)，垂直伸缩机构(300)包括滑轨槽(301)和可在滑轨槽(301)内垂直滑动的滑轨(302)；以转盘固定部(701)中心为原点，由支架(700)指向转盘固定部(701)方向为Y轴正向，竖直自下而上为Z轴正向，构建右手直角坐标系，其中腰带(500)的中心的初始值为x＝0，y＝0，z＝-L，L为腰带(500)中心离原点的竖直距离；使用过程中姿态测量模块(600)监测得到当前滑轨槽(301)姿态四元数q＝(w,x,y,z)，w，x，y和z分别表示姿态四元数的四个向量；通过四元数运算，得到当前人体位置所对应的姿态四元数q₁＝(w₁,x₁,y₁,z₁)＝q^-1·(0,0,0,-L)·q，得到当前人体在人体全向运动平台表面的位置即x＝x₁，y＝y₁，其中(w₁,x₁,y₁,z₁)为四元数w₁+x₁i+y₁j+z₁k的简洁记法，i，j，k为四元数的三个虚部，q^-1为四元数的逆运算，“·”为四元数的乘法运算。