一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船机.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201621233464.8 (22)申请日 2016.11.17 (73)专利权人 欧昊 地址 311121 浙江省杭州市余杭区仓前街 道良睦路1399号20号楼2097室 (72)发明人 欧昊 (74)专利代理机构 杭州华知专利事务所 33235 代理人 龙湖浩 (51)Int.Cl. A63B 69/06(2006.01) A63B 21/005(2006.01) A63F 13/26(2014.01) (54)实用新型名称 一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船 机 (57。

2、)摘要 本实用新型的目的是提供一种与场景实时 同步的虚拟现实智能划船机， 划船机本体物理结 构包括手拉杆， 皮带， 皮带轮， 水箱， 座位， 脚蹬 板， 支撑架， 支撑架上面安装有座位， 座位可以在 支撑架上前后移动， 水箱安装在支撑架的前端， 脚踏板安装在座位和水箱中间， 皮带轮安装在水 箱里， 手拉杆通过皮带与皮带轮连接， 划船机前 部装有支架， 手拉杆上安装有多个交互按钮， 座 位上带有左右扶手和安全带固定结构； 智能划船 机还包括倾斜运动结构， 传感装置、 控制系统、 上 位机和虚拟现实显示设备。 本实用新型将虚拟现 实技术引入到划船机健身运动之中， 用户在虚拟 现实中的感官状态和船体。

3、真实运动完全一致， 可 有效的避免了虚拟现实的晕动现象和其它不适 感觉。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 206167841 U 2017.05.17 CN 206167841 U 1.一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船机， 其特征在于： 划船机本体物理结构包 括手拉杆， 皮带， 皮带轮， 配重轮， 可自由调节的手机、 平板支架， 水箱， 座位， 脚蹬板， 支撑 架， 支撑架上面安装有座位， 座位可以在支撑架上前后移动， 水箱安装在支撑架的前端， 脚 踏板安装在座位和水箱中间， 皮带轮安装在水箱里， 所述的配重轮安装在皮带轮的下方， 可 自由调节的手机、 平板支架安装在水箱上方，。

4、 手拉杆通过皮带与皮带轮连接， 划船机前部装 有支架， 所述手拉杆上安装有多个交互按钮， 所述座位上带有左右扶手和安全带固定结构； 所述的智能划船机还包括倾斜运动结构， 传感装置、 控制系统、 上位机和虚拟现实显示设 备， 所述的倾斜运动结构由通过轴承固定在划船机上的电动缸和划船机主体构成， 安装在 划船机本体物理结构的支撑架的尾部， 所述的传感装置和控制系统安装在划船机水箱上的 支撑结构上， 传感装置包括皮带轮上的速度感应装置和安装在手拉杆上的三轴加速度传感 器和交互按钮， 所述控制系统与传感装置以及上位机， 上位机以及虚拟现实显示设备之间 通过通信连接， 控制系统实时读取安装在划船机本体物。

5、理结构之上的传感装置的数据通过 通信传输至上位机中， 上位机实时解算传感装置的数据控制虚拟现实健身场景中虚拟角色 的运动。 2.根据权利要求1所述的一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船机， 其特征在于： 所 述的倾斜运动结构可以为至少安装一个直线运动装置的单轴运动结构或者为至少安装两 个直线运动装置的多轴运动结构， 所述的直线运动装置包含但不限于电动推杆， 电动缸， 液 压缸和电气缸。 3.根据权利要求1所述的一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船机， 其特征在于： 所 述的传感装置包括阻力装置和速度感应装置， 阻力装置安装在划船器的配重轮之上， 速度 感应装置安装在皮带轮上。 4.根据权利要求。

6、3所述的一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船机， 其特征在于： 所 述的阻力装置为自动磁阻力装置， 所述自动磁阻力装置由配重轮， 磁阻力片构成， 所述的配 重轮为铁磁性材质， 磁阻力片中包含多个圆形的强磁铁， 配重轮包含多个镂空区域， 磁阻力 片和配重轮的距离由安装在伸缩丝杆上电机马达控制。 5.根据权利要求3所述的一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船机， 其特征在于： 所 述的速度感应装置为光电编码器和码盘或者由三个磁感应装置C1、 C2、 C3和安装在配重轮 上的磁铁C4组成。 6.根据权利要求1所述的一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船机， 其特征在于： 所 述的控制系统包含控制系统主板。

7、， 以及与控制系统主板连接的转向系统多轴倾斜传感器， 安装在笼头上的交互按钮， 自动磁阻力装置， 速度感应装置， 倾斜轴运动电动缸， 控制系统 主板安装在划船机的水箱上的支撑结构上。 7.根据权利要求6所述的一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船机， 其特征在于： 所 述的控制系统主板上还设有通讯芯片和通过控制主板供电的智能外设。 8.根据权利要求7所述的一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船机， 其特征在于： 所 述的通讯芯片包括USB有线通讯芯片和蓝牙无线通讯芯片。 9.根据权利要求1所述的一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船机， 其特征在于： 虚 拟现实显示设备包括但不局限于电脑端虚拟现实眼。

8、镜， 虚拟现实一体机， 虚拟现实手机盒 子， 所述上位机包含电脑， 平板电脑， 智能手机， 智能投影仪， 包含智能操作系统的微型主 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 206167841 U 2 机、 虚拟现实一体机， 支持多操作系统， 包括但不局限于Windows， Android， IOS操作系统， 控 制系统可接受输入信号控制调节划船机的参数， 输出控制信号控制外接智能设备， 智能设 备虚拟场景中的角色的状态和现实健身器材的状态实时同步。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 206167841 U 3 一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船机 技术领域 0001 本实用新型涉及。

9、一种虚拟现实健身设备， 具体地涉及一种与场景实时同步的虚拟 现实智能划船机。 背景技术 0002 随着人们对健康意识的加强， 健身也在随之流行， 世面上健身器材也是琳琅满目， 划船机是一种提高综合能力的有氧运动器械。 0003 划船机运动类似于皮划艇， 锻炼时， 短时间内利用水的阻力和飞轮转速的变化来 锻炼身体80的肌肉， 能使身体得到全面的锻炼。 0004 现有的划船机设备还有很多值得改进的地方， 比如， 传统划船机容易不能自主选 择健身场景， 长时间机械式健身运动容易产生乏味， 无聊的情绪使用户不能长期的坚持锻 炼； 传统划船机无法实现模拟在水中运动时船体随水面自然运动； 传统划船机阻力系。

10、统无 法模拟真实划船的水阻力， 无法自动调节阻力的大小； 传统划船机没有转向系统， 划船器拉 杆没有能提供交互、 控制功能的按钮， 划船机前部没有固定手机、 平板的支架； 传统划船机 的座位没有保护结构， 划船速度过快有可能导致用户掉下座位造成伤害； 传统划船机没有 显示设备和控制信号输入和输出功能。 这些问题都会导致在用户在划船健身时， 无法感受 到相应的反馈， 从而体验感差。 实用新型内容 0005 本实用新型的目的是提供一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船机， 将虚拟现 实技术引入到划船机健身运动之中， 可选择健身的场景和健身模式， 所述的健身场景为瀑 布漂流、 海洋冲浪、 河道、 湖泊。

11、等， 所述的健身模式为虚拟现实健身教练模式， 游戏模式， 观 赏模式， 网络竞技模式等， 在不同场景环境中根据水面波浪运动和用户划船时船体运动自 然融合， 用户在虚拟现实中的感官状态和船体真实运动完全一致， 可有效的避免了虚拟现 实的晕动现象和其它不适感觉。 0006 为实现上述目的， 本实用新型提供的技术方案如下： 一种与场景实时同步的虚拟 现实智能划船机， 划船机本体物理结构包括手拉杆， 皮带， 皮带轮， 配重轮， 可自由调节的手 机、 平板支架， 水箱， 座位， 脚蹬板， 支撑架， 支撑架上面安装有座位， 座位可以在支撑架上前 后移动， 水箱安装在支撑架的前端， 脚踏板安装在座位和水箱中。

12、间， 皮带轮安装在水箱里， 配重轮安装在皮带轮下方， 可自由调节的手机、 平板支架安装在水箱上方， 手拉杆通过皮带 与皮带轮连接， 划船机前部装有支架， 所述手拉杆上安装有多个交互按钮， 所述座位上带有 左右扶手和安全带固定结构； 所述的智能划船机还包括倾斜运动结构， 传感装置、 控制系 统、 上位机和虚拟现实显示设备， 所述的倾斜运动结构由通过轴承固定在划船机上的电动 缸和划船机主体构成， 安装在划船机本体物理结构的支撑架的尾部， 所述的传感装置和控 制系统安装在划船机水箱上的支撑结构上， 传感装置包括皮带轮上的速度感应装置和安装 在手拉杆上的三轴加速度传感器和交互按钮， 所述控制系统与传感。

13、装置以及上位机， 上位 说 明 书 1/5 页 4 CN 206167841 U 4 机以及虚拟现实显示设备之间通过通信连接， 控制系统实时读取安装在划船机本体物理结 构之上的传感装置的数据通过通信传输至上位机中， 上位机实时解算传感装置的数据控制 虚拟现实健身场景中虚拟角色的运动。 0007 进一步地， 所述的倾斜运动结构可以为至少安装一个直线运动装置的单轴运动结 构或者为至少安装两个直线运动装置的多轴运动结构， 所述的直线运动装置包含但不限于 电动推杆， 电动缸， 液压缸和电气缸。 0008 进一步地， 所述的传感装置包括自动磁阻力装置和速度感应装置， 阻力装置安装 在划船器的配重轮之上，。

14、 速度感应装置安装在皮带轮上。 0009 更进一步地， 所述的阻力装置为自动磁阻力装置， 自动磁阻力装置由配重轮和磁 阻力片构成， 配重轮材料为铁磁性物质， 磁阻力片中包含多个圆形的强磁铁， 磁铁吸引配重 轮产生阻力， 配重轮包含多个镂空区域， 磁阻力的大小由磁阻力片和配重轮的距离以及镂 空区域的位置决定， 当磁阻力片下的配重轮转动至镂空面积最大的区域时， 铁磁性物质和 磁阻片的磁力最小， 当配重轮转动至没有镂空的区域， 铁磁性物质和磁阻片的阻力最大， 配 重轮模拟船桨在水中运动时的阻力情况将不同的区域镂空， 以实现类似船桨在水中滑动时 不规律的阻力变化， 磁阻力片和配重轮的距离由安装在伸缩丝。

15、杆上电机马达控制。 0010 所述的速度感应装置由光电编码器和编码盘组成， 也可由三个磁感应装置C1、 C2、 C3和安装在配重轮上的磁铁C4组成。 用户运动时脚踏的旋转带动配重轮运动， 安装在配重 轮上的磁铁C4旋转至磁力感应器的位置时， 实时速度S1等于相邻两个磁力传感器之间的周 长D1除以这两个磁力感应器的响应时间间隔T1， S1=D1/T1。 当磁力传感器响应顺序为C1， C2， C3时， 配重轮为正向运动， 当磁力传感器响应顺序为C3， C2， C1时， 配重轮为反向运动。 0011 所述的控制系统包含控制系统主板， 安装在手拉杆上的三轴加速度传感器， 安装 在手拉杆上的交互按钮， 。

16、自动磁阻力装置， 速度感应装置， 倾斜轴运动电动缸， 所述的控制 系统主板上还设有通讯芯片和通过控制主板供电的智能外设。 0012 更进一步地， 所述的通讯芯片包括USB有线通讯芯片和蓝牙无线通讯芯片。 0013 更进一步地， 虚拟现实显示设备包括但不局限于电脑端虚拟现实眼镜， 虚拟现实 一体机， 虚拟现实手机盒子， 所述上位机包含电脑， 平板电脑， 智能手机， 智能投影仪， 包含 智能操作系统的微型主机、 虚拟现实一体机， 支持多操作系统， 包括但不局限于Windows， Android， IOS操作系统， 控制系统接受输入信号控制调节划船机的参数， 输出控制信号控制 外接智能设备， 虚拟场。

17、景中的角色的状态和现实健身器材的状态实时同步。 0014 划船机拉杆上安装的多个交互按钮， 可按下左右交互按钮在虚拟现实场景中自由 转向， 也可以选配在拉杆上安装多轴角度传感器， 当用户拉动拉杆时向左转动虚拟现实角 色向左转向， 拉动拉杆时向右转动虚拟现实角色向右转动， 用户还可以使用虚拟现实眼镜 的朝向作为转向系统， 虚拟现实眼镜的朝向为虚拟现场场景中角色移动的方向。 0015 与现有技术相比， 本实用新型的有益效果为： 0016 1， 本实用新型将虚拟现实技术引入到划船机健身运动之中， 可自然的选择健身的 场景和健身模式， 所述的健身场景为瀑布漂流、 海洋冲浪、 河道、 湖泊等， 所述的健。

18、身模式为 虚拟现实健身教练模式， 游戏模式， 观赏模式， 网络竞技模式等， 在不同场景环境中根据水 面波浪运动和用户划船时船体运动自然融合， 用户在虚拟现实中的感官状态和船体真实运 动完全一致， 可有效的避免了虚拟现实的晕动现象和其它不适感觉。 说 明 书 2/5 页 5 CN 206167841 U 5 0017 2， 本实用新型的两轴倾斜运动结构简单， 造价较低， 占用空间小有利于产品的包 装和运输。 0018 3， 本实用新型采用的自动磁阻力系统可模拟船桨在水中运动时的阻力， 自动磁阻 力系统可作为传统水阻划船机、 风阻划船机的附加阻力调节配件， 也可以作为磁阻划船机 的独立阻力系统， 。

19、系统可根据用户设置以及不同类型的航道和顺流逆流等条件自动调节阻 力大小。 0019 4， 本实用新型装有磁力感应装置或者光电编码器和码盘， 可实时准确的感应到速 度的变化和运动的方向， 如正行或者逆行。 0020 5， 本实用新型拥有多种转向系统， 用户可以在虚拟现实场景中自由转向， 划船机 拉杆装有多个按钮用于交互功能和控制系统， 划船机前部装有用于固定手机和平板的支 架。 0021 6， 本实用新型的座位可有效的防止划船机在模拟水面航道倾斜时速度过快时发 生用户掉下划船机的情况。 0022 7， 本实用新型的控制系统可实现多显示设备的显示内容同步显示设备包括但不 局限于电脑端虚拟现实眼镜，。

20、 虚拟现实一体机， 虚拟现实手机盒子， 家用电脑， 平板电脑， 手 机， 智能投影仪， 支持多操作系统， 包括但不局限于Windows， Android， IOS等操作系统， 控制 系统可接受输入信号控制调节划船机的参数， 输出控制信号控制外接智能设备。 附图说明 0023 图1为本实用新型智能划船机的结构示意图； 0024 图2为本实用新型智能划船机倾斜运动结构的正面和侧面结构示意图； 0025 图3为本实用新型智能划船机自动磁阻力调节系统的结构示意图； 0026 图4为本实用新型智能划船机速度感应装置的结构示意图； 0027 图5为本实用新型智能划船机控制系统的结构示意图。 0028 其中。

21、， 1， 手拉杆； 2， 皮带； 3， 皮带轮； 4， 水箱； 5， 座位； 6， 脚蹬板； 7， 支撑架； 8， 支架； 9， 交互按钮； 10， 扶手； 11， 安全带； 12， 倾斜运动结构； 13， 轴承； 14， 电动缸； 15， 配重轮； 16， 磁阻力片； 17， 强磁铁； 18， 镂空区域； 19， 伸缩丝杆； 20， 电机； 21， 干簧管； 22， 磁铁。 具体实施方式 0029 下面结合附图1-5， 对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显 然， 所描述的实施例仅为本实用新型的部分实施方式， 而不是全部， 不能理解为对本实用新 型内容的限制。 0030 。

22、本实用新型提供的一种技术方案为： 一种与场景实时同步的虚拟现实智能划船 机， 划船机本体物理结构包括手拉杆1， 皮带2， 皮带轮3， 配重轮15， 可自由调节的手机、 平板 支架8， 水箱4， 座位5， 脚蹬板6， 支撑架7， 支撑架7上面安装有座位5， 座位5可以在支撑架7上 前后移动， 水箱4安装在支撑架7的前端， 脚踏板6安装在座位5和水箱4中间， 皮带轮3安装在 水箱4里， 配重轮15安装在皮带轮3的下方， 可自由调节的手机、 平板支架8安装在水箱4上 方， 手拉杆1通过皮带2与皮带轮3连接， 划船机前部装有可自由调节的手机、 平板支架8， 手 拉杆1上安装有多个交互按钮9， 座位5上。

23、带有左右扶手10和安全带固定结构11； 智能划船机 说 明 书 3/5 页 6 CN 206167841 U 6 还包括倾斜运动结构12， 传感装置、 控制系统、 上位机和虚拟现实显示设备， 倾斜运动结构 12由通过轴承13固定在划船机上的电动缸14和划船机主体构成， 安装在划船机本体物理结 构的支撑架的尾部， 传感装置和控制系统安装在划船机水箱上的支撑结构上， 传感装置包 括皮带轮上的速度感应装置， 包括干簧管、 磁铁或者编码器， 码盘和安装在手拉杆上的三轴 加速度传感器和交互按钮， 控制系统与传感装置以及上位机， 上位机以及虚拟现实显示设 备之间通过有线或者无线通信连接， 控制系统实时读取。

24、安装在划船机本体物理结构之上的 传感装置的数据通过通信传输至上位机中， 上位机实时解算传感装置的数据控制虚拟现实 健身场景中虚拟角色的运动。 0031 为了使划船机根据虚拟现实场景中的水面运动规律和船体在水中运动规律实时 倾斜， 对于单轴运动结构， 可以至少装有一个直线运动装置， 对于多轴运动结构， 也可以至 少装有两个直线运动装置， 直线运动装置包含但不局限于电动推杆， 电动缸， 液压缸， 气压 缸， 作为优先本实用新型选用直流电动缸作为本实用新型的直线运动装置。 0032 图2为本实用新型的倾斜运动结构， 倾斜运动结构由通过关节轴承固定在划船机 上的电动缸和划船机主体构成， 对于X轴前后方。

25、向的倾斜运动至少需要一个电动缸， 如图所 示电动缸向上推出为后倾， 向下收回为前倾， 对于Y轴方向的倾斜运动至少需要两个电动 缸， 如图所示电动缸A向上推出， 电动缸B向下收回， 船体右倾， 电动缸A向下收回， 电动缸B向 上推出， 船体左倾， 倾斜度由推出和收回的长度决定。 0033 图3为本实用新型的自动磁力阻力装置， 磁力装置由配重轮15和磁阻力片16构成， 配重轮材料为铁磁性物质， 磁阻力片中包含多个圆形的强磁铁17， 磁铁17吸引配重轮15产 生阻力， 配重轮包含多个镂空区域18， 磁阻力的大小由磁阻力片16和配重轮15的距离以及 镂空区域18的位置决定， 初始位置为镂空面积最大的区。

26、域， 此时铁磁性物质和磁阻片的磁 力最小， 当配重轮转动至没有镂空的区域， 铁磁性物质和磁阻片的阻力最大。 配重轮模拟船 桨在水中运动时的阻力情况将不同的区域镂空， 以实现类似船桨在水中滑动时不规律的阻 力变化。 磁阻力片和配重轮的距离由安装在伸缩丝杆19上电机马达20控制， A和B为限位微 动开关， 当伸缩马达控制磁阻力片到达A位置时为电机停止运动， 此距离阻力最小， 当伸缩 马达控制磁阻力片到达B位置时电机停止运动， 此距离阻力最小， 在最大阻力和最小阻力的 区间通过设置电机转数可细分出多级阻力。 0034 图4为速度感应装置， 所述的速度感应装置传感器包含但不局限于干簧管、 霍尔传 感器。

27、， 光电编码器等， 安装在配重轮上的可以是磁铁或者码盘， 作为优选， 在本实用新型中 速度感应装置由三个干簧管21C1、 C2、 C3和安装在配重轮15上的磁铁22C4组成， 用户运动时 脚踏的旋转带动配重轮运动， 安装在配重轮上的磁铁C4旋转至磁力感应器的位置时， 实时 速度S1等于相邻两个磁力传感器之间的周长D1除以这两个磁力感应器的响应时间间隔T1， S1=D1/T1。 当磁力传感器响应顺序为C1， C2， C3时， 配重轮为正向运动， 当磁力传感器响应顺 序为C3， C2， C1时， 配重轮为反向运动。 0035 本实用新型提供多种转向系统， 在本实用新型的拉杆上安装有多个交互按钮， 。

28、可 按下左右交互按钮在虚拟现实场景中自由转向， 也可以选配在拉杆上安装多轴角度传感 器， 当用户拉动拉杆时向左转动虚拟现实角色向左转向， 拉动拉杆时向右转动虚拟现实角 色向右转动， 用户还可以使用虚拟现实眼镜的朝向作为转向系统， 虚拟现实眼镜的朝向为 虚拟现场场景中角色移动的方向。 说 明 书 4/5 页 7 CN 206167841 U 7 0036 本实用新型使用了一种带左右扶手和带安全带固定装置的座位， 可有效的防止船 体在模拟地形倾斜时速度过快时发生用户掉下船体的情况。 0037 图5为本实用新型控制系统示意图， 控制系统包含控制系统主板， 转向系统多轴倾 斜传感器， 安装在拉杆上的交。

29、互按钮， 自动磁阻力装置， 速度感应装置， 倾斜轴运动装置电 动缸； 通讯芯片： USB有线通讯芯片， 蓝牙无线通讯芯片； 通过控制主板供电的智能外设； 用 户开始健身后， 系统实时读取转向系统的方向数据转换为虚拟场景中船体的方向通过所述 的通讯芯片发送至上位机， 上位机实时渲染虚拟现实图像显示在显示设备中， 所述上位机 可以是以USB有线方式连接的电脑主机， 平板等设备， 也可以是以蓝牙无线方式连接的VR一 体机， 手机等无线设备。 当用户开始运动后， 系统根据当前场景和用户设置调整自动磁阻力 装置， 与此同时， 系统实时读取速度感应装置获得用户运动的速度和配重轮的运动方向以 确定用户使正向。

30、行驶还是逆向行驶。 获取到用户的速度后， 根据用户的速度和虚拟现实场 景中船体的方向得到未来一段时间内虚拟现实场景中时间-倾斜度变化曲线， 根据直线运 动装置线性运动预处理算法控制倾斜运动电动缸实时调整划船机的倾斜度。 系统还可以响 应交互按钮的事件， 用于虚拟现实场景中的交互功能和控制通过控制系统主板供电的智能 外设。 0038 上述技术方案仅体现了本实用新型的优选实施方式， 不能理解为对本实用新型准 许范围的限制， 凡根据本实用新型做出的变形和改进， 均属于本实用新型保护范围。 说 明 书 5/5 页 8 CN 206167841 U 8 图1 图2 图3 说 明 书 附 图 1/2 页 9 CN 206167841 U 9 图4 图5 说 明 书 附 图 2/2 页 10 CN 206167841 U 10 。