[发明专利]一种全向跑步机及其虚拟现实实现方法

权利要求书

1.一种全向跑步机，其特征在于，包括跑步机主体(1)、手持电子仿真枪(7)、虚拟现实头盔(8)、计算机(13)、高清摄像头(31)，所述高清摄像头(31)固定在虚拟现实头盔(8)上，所述高清摄像头(31)与虚拟现实头盔(8)有线连接，所述高清摄像头(31)、手持电子仿真枪(7)、跑步机主体(1)都与计算机(13)无线连接，所述虚拟现实头盔(8)与计算机(13)有线连接，所述手持电子仿真枪(7)、虚拟现实头盔(8)都与跑步机主体(1)相配合，所述跑步机主体(1)包括底盘(2)、底盘固定座(3)、腰间固定装置(4)、固定支杆(5)，所述底盘(2)安装在底盘固定座(3)上，所述腰间固定装置(4)通过固定支杆(5)固定在底盘固定座(3)上，所述计算机(13)用于播放3D的视频游戏软件。

2.根据权利要求1所述全向跑步机，其特征在于，所述底盘(2)呈圆形。

3.根据权利要求1所述全向跑步机，其特征在于，所述底盘(2)包括转轮(20)、滑动丝杆(12)、伺服电机(15)、跑步机驱动器(18)、若干个阻值传感器模块(19)、转盘(14)，所述转盘(14)设有通孔(121)，所述伺服电机(15)与跑步机驱动器(18)电性连接，所述伺服电机(15)连接滑动丝杆(12)的一端，所述滑动丝杆(12)的另一端插穿过通孔(121)，所述转轮(20)安装在转盘(14)上，所述若干个阻值传感器模块(19)安装在转盘(14)的底部。

4.根据权利要求3所述全向跑步机，其特征在于，所述跑步机驱动器(18)包括处理器(181)、运动加速度传感器(182)、三轴陀螺仪传感器组C(183)、无线WIFI模块(184)、伺服电机驱动器(185)、电子罗盘传感器D(186)，所述伺服电机驱动器(185)与伺服电机(15)电性连接，所述运动加速度传感器(182)、三轴陀螺仪传感器组C(183)、伺服电机驱动器(185)、无线WIFI模块(184)、电子罗盘传感器D(186)都与处理器电性连接，所述无线WIFI模块(184)与计算机(13)无线连接。

5.根据权利要求1所述全向跑步机，其特征在于，所述手持电子仿真枪(7)包括仿真枪外壳(16)、三轴陀螺仪传感器组A(21)、扳机按钮(22)、无线通信模块(23)、锂电池(24)、电子罗盘传感器E(71)、重力加速度传感器(72)，所述三轴陀螺仪传感器组A(21)、电子罗盘传感器E(71)、重力加速度传感器(72)都通过无线通信模块(23)与计算机(13)无线连接，所述三轴陀螺仪传感器组A(21)、无线通信模块(23)都与锂电池(24)电性连接，所述扳机按钮(22)安装在仿真枪外壳(16)上。

6.根据权利要求1所述全向跑步机，其特征在于，所述虚拟现实头盔(8)包括显示屏(25)、功放耳机(27)、视频传输线(28)、三轴陀螺仪传感器组B(30)、头套固定装置(33)，所述显示屏(25)与高清摄像头(31)有线连接，所述显示屏(25)通过视频传输线(28)与计算机(13)有线连接，所述三轴陀螺仪传感器组B(30)与计算机(13)无线连接，所述功放耳机(27)安装在头套固定装置(33)的两端，所述三轴陀螺仪传感器组B(30)安装在头套固定装置(33)上。

7.根据权利要求1所述全向跑步机，其特征在于，所述腰间固定装置(4)包括上腰间固定圆盘(41)、下腰间固定圆盘(42)、固定带(43)，所述上腰间固定圆盘(41)通过固定带(43)与下腰间固定圆盘(42)固定连接。

8.全向跑步机的虚拟现实实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)、计算机(13)播放3D的视频游戏软件，然后计算机(13)通过视频传输线(28)投映到显示屏(25)上；

步骤(2)、用户观察显示屏(25)上的视频图像，根据情节需要，在所述全向跑步机上做跑步运动，跑步机驱动器(18)根据用户跑步的幅度、加速度以及移动位置来驱动底盘(2)开始转动，同时确定用户在底盘(2)上的位移坐标；

步骤(3)、跑步机驱动器(18)通过运动加速度传感器(182)来获取底盘(2)的角加速度，同时跑步机驱动器(18)通过三轴陀螺仪传感器组C(183)、电子罗盘传感器D(186)来确定底盘(2)的运动速度和运动方向，从而形成一个闭合的耦合控制系统，底盘(2)的转动速度和转动方向将由用户在底盘(2)上不断跑步控制，而用户跑步是根据观察显示屏(25)上的游戏软件情节，因此这样就形成了一个由游戏情节通过用户观察来控制跑步，从而最终控制跑步机驱动器(18)；

步骤(4)、用户在全向跑步机上每次踩下，都会触发底盘(2)上若干个阻值传感器模块(19)，从而若干个阻值传感器模块(19)获取阻值传感器模拟信号，不同位置的阻值传感器模拟信号使得整个底盘(2)以原点为中心构成了一个唯一的XY平面极坐标，然后这些XY平面极坐标数据、底盘的转动角速度、转动方向构成一个用户跑步运动向量通过无线WIFI模块(184)发送给计算机(13)；

步骤(5)、计算机(13)接收到用户跑步运动向量数据，然后将用户跑步运动向量数据通过运动向量转置参数变换矩阵变换为3D的视频游戏软件能够接受的API键盘数据，3D的视频游戏软件接收到API键盘数据就会在相应的3D的视频游戏软件中反应出来；

步骤(6)、计算机(13)运行的3D的视频游戏软件根据情节需要，将Z平面的加速度、位移要求、时间要求形成一个关于Z平面的动作控制向量，然后将Z平面的动作控制向量发送给跑步机驱动器(18)，然后跑步机驱动器(18)接受到这个动作控制向量，就会驱动伺服电机(15)按照一定时间内的加速度要求驱动滑动丝杆(12)到相应的Z平面位置；

步骤(7)、当用户在全向跑步机上根据情节需要跑步或转向运动的时候，计算机(13)通过高清摄像头(31)实时拍摄用户的运动姿态，计算机(13)通过空间姿态提取算法程序将空间姿态实时转换为人体空间运动趋势向量矩阵，所述人体空间运动趋势向量矩阵包括人体关键特征点矩阵、特征点矩阵相关的运动趋势及速度、特征点矩阵相关的位移坐标，然后计算机(13)将人体空间运动趋势向量矩阵拟合到3D的视频游戏软件中，然后3D的视频游戏软件作出相应的反馈动作结果；

步骤(8)、用户观察显示屏(25)上播放的视频图像，通过手持电子仿真枪(7)参与到3D的视频游戏软件中去，根据游戏情节手持电子仿真枪(7)作出转向或抬高或下压或瞄准或射击的动作，这些动作都会被三轴陀螺仪传感器组A(21)、电子罗盘传感器E(71)、重力加速度传感器(72)采集信息数据后，然后通过无线通信模块(23)发送给计算机(13)，计算机(13)会在3D的视频游戏软件中作出相应的结果反馈。