一种滚轴式人体全向运动平台及其速度合成方法技术

本发明专利技术公开了一种滚轴式人体全向运动平台，主要包括外壳、置于外壳内部的若干组交替放置的螺旋滚轴和用于驱动螺旋滚轴的电机，所述螺旋滚轴分为顺时针螺旋滚轴和逆时针螺旋滚轴，其中顺时针螺旋滚轴轴身上按一定角度斜向嵌入可转动的轮子，滚轴两端装有齿轮和起支撑作用的轴承，逆时针螺旋滚轴与顺时针螺旋滚轴成镜像对称。本发明专利技术呈现出了一种主动式的人体全向运动平台，与被动式的全向运动平台相比，人体不需要被束缚，可提供更加真实的移动感受，有效的解决了虚拟空间移动受现实空间限制的问题，并且具有低噪声，机身轻薄等特点。

A Roller-type Human Omnidirectional Motion Platform and Its Velocity Synthesis Method

The invention discloses a roller type human body omnidirectional motion platform, which mainly comprises a shell, several groups of helical rollers placed alternately inside the shell and a motor used to drive the helical rollers. The helical rollers are divided into clockwise helical rollers and counterclockwise helical rollers, in which the clockwise helical rollers are obliquely embedded with rotatable wheels at a certain angle, and the rollers are loaded at both ends. With gears and supporting bearings, counterclockwise helical roller and clockwise helical roller mirror symmetry. The invention presents an active human omnidirectional motion platform. Compared with the passive omnidirectional motion platform, the human body does not need to be bound, can provide a more real sense of movement, effectively solves the problem that virtual space movement is limited by real space, and has the characteristics of low noise and light fuselage.

【技术实现步骤摘要】
一种滚轴式人体全向运动平台及其速度合成方法
本专利技术涉及人体运动设备
，具体涉及一种滚轴式人体全向运动平台及其速度合成方法。
技术介绍
在计算机网络技术迅猛发展的现代社会，网络技术不仅带来科技经济的发展，也带了休闲娱乐功能的革新，由此虚拟现实环境的终端模拟器类型多样，但大多的终端模拟器中，都需要大面积的场地进行运动，灵敏度不够，对于跳跃下蹲转向等运动无法自如实现，感受逼真度低，且由于人体移动时，没有防护措施容易造成伤害，这些都极大地制约了现有人体万向移动平台的发展。为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如“一种万向跑步踩踏装置(201320425296.2)”，包括壳体、跑步机本体、主控制系统和传感器，所述传感器和跑步机本体均与主控制系统电连接所述壳体包括上盖，所述上盖上设置有一洞口，所述跑步机本体设置于壳体内、洞口所在位置的下方所述传感器传递其感应到的人跑步的受力信息到主控制系统，所述主控制系统控制调节跑步机本体运行方向。又如“虚拟现实人体全向移动输入平台(201510333880.9)”解决了防护效果差，人体运动时安全性低的问题。但其仍属于被动式的跑步机，造成人体需要受到来自腰部的束缚，在倒退行走时极不自然。在“一种基于速度分解与合成的全向运动输入平台(201611214960.3)”中，其有效的解决了行走不自然的问题，且结构简单。但由于使用链条式的方法，存在链条传动固有的缺点，即容易出现跳齿，脱节等现象，且维护成本较高，此外由于链条与其他部件的摩擦，所产生的噪音问题也难以解决。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种体验效果更佳、更加轻薄、主动式、易于维护、低噪音的滚轴式人体全向运动平台。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种滚轴式人体全向运动平台，包括外壳、设置在外壳内的若干组交替放置的螺旋滚轴以及用于驱动螺旋滚轴的电机，所述螺旋滚轴用于给平台表面上运动的人体提供一个反向的移动速度，从而实现人体不离开机体表面区域的移动体验，采用主动式的运动结构，消除了人体受到来自腰部的束缚的影响，可提供更加真实的移动感受。进一步地，所述外壳包括底座和机体盖，所述底座的两侧边均设置有用于安装螺旋滚轴的支撑轴承槽以及用于齿轮传动的齿轮槽，机体盖与底座基本对称，区别在于机体盖无底。进一步地，所述底座的一侧端设置有两个用于固定和装配电机的电机安装槽，两个电机安装槽分别用于固定两个电机。进一步地，所述螺旋滚轴的两端均设置有支撑轴承和齿轮，所述支撑轴承和齿轮分别配合在支撑轴承槽和齿轮槽上，所述螺旋滚轴上的两个齿轮分别为主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮固定在螺旋滚轴上在电机作用下用于驱动螺旋滚轴转动，所述从动齿轮活动装配在螺旋滚轴上可绕螺旋滚轴自由转动，所述螺旋滚轴的两端均设置有用于安装支撑轴承的支撑轴承固定区并且分别设置有主动齿轮固定区和从动齿轮固定区，所述主动齿轮通过主动齿轮固定区固定在螺旋滚轴上，所述从动齿轮通过轴承装配在螺旋滚轴的从动齿轮固定区上。进一步地，所述螺旋滚轴分为逆时针螺旋滚轴和顺时针螺旋滚轴，所述逆时针螺旋滚轴和顺时针螺旋滚轴的轴身上分别按照逆时针方向和顺时针方向斜向嵌入可转动的轮子，所述逆时针螺旋滚轴和顺时针螺旋滚轴间隔交错装配在底座中，其中，逆时针螺旋滚轴的从动齿轮与顺时针螺旋滚轴的主动齿轮在一个齿轮槽中啮合，逆时针螺旋滚轴的主动齿轮与顺时针螺旋滚轴的从动齿轮在另一个齿轮槽中啮合，两个电机分别用于驱动这两排齿轮，这样两个电机便能够分别驱动所有的逆时针螺旋滚轴和顺时针螺旋滚轴。进一步地，所述逆时针螺旋滚轴和顺时针螺旋滚轴的轴身上轮子的嵌入角度分别为逆时针斜向45度和顺时针斜向45度。一种滚轴式人体全向运动平台的速度合成方法，根据需要的输出合速度，即人体运动反方向速度分别调节两个电机的速度，驱动逆时针螺旋滚轴和顺时针螺旋滚轴转动，具体为：在机体平面上，以逆时针螺旋滚轴轴向，逆时针转动45度为y方向，即以逆时针螺旋滚轴上轮子的轴向为y方向，以顺时针螺旋滚轴轴向，顺时针转动45度为x方向，即以顺时针螺旋滚轴上轮子的轴向为x方向。由此构建坐标系，当平台表面需要大小为Vw、角度为w的输出合速度时，逆时针螺旋滚轴的转动线速度大小需要为V1＝Vw*sin(w)/sin(pi/4)，顺时针螺旋滚轴的转动线速度大小需要为V2＝Vw*cos(w)/sin(pi/4)，因此驱动逆时针螺旋滚轴的电机转速为W1＝a*V1，驱动逆时针螺旋滚轴的电机转速为W2＝a*V2，其中a与齿轮半径，传动比有关，为一常数。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具备如下优点：1、采用主动式的运动结构，消除了人体受到来自腰部的束缚的影响，可提供更加真实的移动感受，有效的解决了虚拟空间移动受现实空间限制的问题，提升了体验效果；2、由于利用螺旋滚轴转动的方式代替了原先的使用链条式的方法，解决了原先容易出现跳齿，脱节等现象带来的维护困难且维护成本高的问题，不但降低了维护难度，而且维护成本也明显降低；3、由于利用螺旋滚轴转动的方式代替了原先的使用链条式的方法，解决了原先链条与其他部件的摩擦所产生的噪音问题，实现了低噪音性能，优化了体验效果。附图说明图1为本专利技术底座整体示意图；图2～图5分别为本专利技术底座局部细节示意图；图6为本专利技术机体盖示意图；图7为本专利技术电机示意图；图8为本专利技术从动齿轮示意图；图9为本专利技术主动齿轮示意图；图10为本专利技术所用轮子及轮轴示意图；图11为本专利技术中逆时针螺旋滚轴整体示意图；图12～15分别为本专利技术中螺旋滚轴局部细节示意图；图16为本专利技术中顺时针螺旋滚轴整体示意图；图17～19为本专利技术部分装配示意图；图20为本专利技术完整装配示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术。本专利技术提供一种滚轴式人体全向运动平台，包括外壳、设置在外壳内的若干组交替放置的螺旋滚轴以及用于驱动螺旋滚轴的两个电机200，外壳包括底座100和机体盖105。如图1所示，为本实施例中的运动平台的底座100，其中，图1中圈出的100a，100b，100d，100c部分的细节分别由图2、图3、图4、图5所显示，根据图1～图5可知，100a与100b连线的一边和100d与100c连线的一边均具有用于安装螺旋滚轴的支撑轴承槽101和用于齿轮传动的齿轮槽102，在100a与100d连线的一边，有两个电机安装槽分别为右电机安装槽103和左电机安装槽104，两个电机200分别固定和装配在右电机安装槽103和左电机安装槽104内。如图6所示，机体盖105与底座100基本对称，区别在于机体盖105无底，在螺旋滚轴和电机200等在底座100上装配完成后，机体盖105与底座100进行装配，即可完成对整个机身的固定。如图7所示，电机200包括转轴201和齿轮固定区202，其中齿轮固定区202与主动齿轮400固定配合，用于进行传动。如图8和图13所示，从动齿轮300中心的轴承固定孔301可与轴承705配合，进而使得从动齿轮300在于螺旋滚轴上的从动齿轮固定区703配合后，使得其可绕螺旋滚轴自由转动。如图9所示，主动齿轮400中心为多边形固定孔401，可与电机200上的齿轮固定区202配合，使得电机可驱动该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滚轴式人体全向运动平台，其特征在于：包括外壳、设置在外壳内的若干组交替放置的螺旋滚轴以及用于驱动螺旋滚轴的电机，所述螺旋滚轴用于给平台表面上运动的人体提供一个反向的移动速度。

【技术特征摘要】
1.一种滚轴式人体全向运动平台，其特征在于：包括外壳、设置在外壳内的若干组交替放置的螺旋滚轴以及用于驱动螺旋滚轴的电机，所述螺旋滚轴用于给平台表面上运动的人体提供一个反向的移动速度。2.根据权利要求1所述的一种滚轴式人体全向运动平台，其特征在于：所述外壳包括底座和机体盖，所述底座的两侧边均设置有用于安装螺旋滚轴的支撑轴承槽以及用于齿轮传动的齿轮槽。3.根据权利要求1或2所述的一种滚轴式人体全向运动平台，其特征在于：所述底座的一侧端设置有两个用于固定和装配电机的电机安装槽。4.根据权利要求2所述的一种滚轴式人体全向运动平台，其特征在于：所述螺旋滚轴的两端均设置有支撑轴承和齿轮，所述支撑轴承和齿轮分别配合在支撑轴承槽和齿轮槽上。5.根据权利要求4所述的一种滚轴式人体全向运动平台，其特征在于：所述螺旋滚轴上的两个齿轮分别为主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮固定在螺旋滚轴上在电机作用下用于驱动螺旋滚轴转动，所述从动齿轮活动装配在螺旋滚轴上可绕螺旋滚轴自由转动。6.根据权利要求5所述的一种滚轴式人体全向运动平台，其特征在于：所述螺旋滚轴的两端均设置有用于安装支撑轴承的支撑轴承固定区并且分别设置有主动齿轮固定区和从动齿轮固定区，所述主动齿轮通过主动齿轮固定区固定在螺旋滚轴上，所述从动齿轮通过轴承装配在螺旋滚轴的从动齿轮固定区上。7.根据权利要求5所述的一种滚轴式人体全向运动平台，其特征在于：所述螺旋滚轴分为逆时针螺旋滚轴和顺时针螺旋滚轴，所述逆时针螺旋滚轴和顺时针螺旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子峣，魏海坤，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32