本發明涉及虛擬現實技術領域，尤其涉及一種用于虛擬現實的分離式模擬行走裝置。

背景技術：

虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統它利用計算機生成一種模擬環境是一種多源信息融合的交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真使用戶沉浸到該環境中。

理想的虛擬現實技術應該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知。但是目前，限于虛擬現實技術應用的場地大小，人們無法進行大范圍的移動，極大的降低了運動感知水平。

如果能提供一種在有限場地內提高用戶運動感知水平的技術方案，將是十分有意義的。

技術實現要素：

一種用于虛擬現實的分離式模擬行走裝置，其特征在于，包括左腳踏、右腳踏。

所述左腳踏、右腳踏構造相同：包括一個用于放置用戶腳部的平板。兩個腳踏的腳后跟位置均設置有跟部轉動機構，前端設置有前端移動支撐機構。

所述跟部轉動機構包括底板、位于底板兩側的支撐板、位于腳踏腳后跟位置下方且沿左右方向設置的第一轉軸、兩個第二轉軸。所述底板位于腳踏腳后跟位置下方，兩側的支撐板分別位于腳踏腳后跟位置左右兩側。第一轉軸的軸向沿著兩個支撐板的連線方向，其兩端分別與一個第二轉軸的一端鉸接，而兩個第二轉軸的另一端則分別活動固定到鄰近的支撐板上。

所述前端移動支撐機構用于支撐所屬腳踏的前部，在用戶利用腳踏進行行走時，與跟部轉動機構配合形成用戶腳部橢圓軌跡的運動。

進一步的，所述前端移動支撐機構為一個萬向輪。

進一步的，所述前端移動支撐機構包括水平板、固定于水平板兩側的豎直板、第三轉軸、兩個第四轉軸。所述第三轉軸安裝于所屬腳踏的前端下方，軸向沿著兩個豎直板的連線方向，其兩端分別與一個第四轉軸的一端鉸接，而兩個第四轉軸的另一端則分別活動固定到鄰近的豎直板上。

進一步的，還包括一個移動平臺，所述移動平臺用于提供左腳踏、右腳踏的運動平臺。

進一步的，底板底面的材料為磁鐵，移動平臺上表面或者下表面設置有鐵。

進一步的，底板底面的材料為鐵，移動平臺上表面或者下表面設置有電磁鐵。

進一步的，底板底面為魔術貼齒面，移動平臺上表面為魔術貼絨面。

進一步的，底板和/或水平板的底面設置磁鐵，移動平臺上表面或者下表面設置有鐵。

進一步的，底板和/或水平板的底面的材料為鐵，移動平臺上表面或者下表面設置有電磁鐵。

進一步的，底板和/或水平板的底面為魔術貼齒面，移動平臺上表面為魔術貼絨面。

進一步的，底板和/或水平板的底面設置向下凸出的齒刷，移動平臺上表面為設置向上凸出的齒刷。

進一步的，當設置電磁鐵時，還包括與電磁鐵連接的電源、手持控制裝置，且在移動平臺下方安裝控制芯片、信號傳輸模塊，所述信號傳輸模塊用于手持控制裝置向控制芯片傳輸信號，通過控制芯片開關電源或者調整電流的大小，進而控制電磁鐵的磁性。

進一步的，所述裝置設置有信號傳輸模塊，兩個腳踏的底部均安裝有加速度傳感器和/或陀螺儀和/或位移傳感器，且各個傳感器均與信號傳輸模塊連接。

進一步的，所述模擬行走裝置的兩個腳踏上還分別還加裝電動馬達和/或者磁阻尼器。

本發明的有益效果為：

本發明通過設置兩個可以獨立可移動、且可實現橢圓行走軌跡的腳踏來實現模擬行走，可以在游戲場景中進行大范圍的移動，極大的增強了運動感知水平。

附圖說明

圖1為具有移動平臺且前端移動支撐機構為滾輪時的示意圖。

圖2為具有移動平臺且前端移動支撐機構包含水平板與豎直板時的示意圖。

圖中：1.移動平臺，2.左腳踏，3.右腳踏，4.第一轉軸，5.第二轉軸，6.底板，7.支撐板,8.滾輪，9.水平板，10.豎直板，11.第三轉軸，12.第四轉軸。

具體實施方式

本發明的設計構思為：設計兩個腳踏，用于固定用戶腳部，腳踏的后跟處及前端設置有專門的機構，使得用戶的腳部固定到腳踏上后可以實現和真實跑步、走路一樣的橢圓運動，且兩個腳踏可以進行方位移動。本發明能夠模擬在虛擬場景中大范圍內移動，又有真實的靈活移動感受。

下面對本發明的技術方案進行詳細說明。

本發明包括移動平臺1、左腳踏2、右腳踏3。

移動平臺1的設置目的是提供一個左腳踏2、右腳踏3的運動平臺，且移動平臺1和左腳踏2的底部、右腳踏3的底部能粘合、分離。當然，也可以不設置移動平臺，直接利用兩個腳踏進行行走。

所述左腳踏2、右腳踏3構造相同：其形態可以為一個前后具有擋塊的平板（或者沒有擋板）。兩個腳踏的腳后跟位置均設置有跟部轉動機構，前端設置有前端移動支撐機構。

所述跟部轉動機構包括底板6、位于底板6兩側的支撐板7、位于腳踏腳后跟位置下方且沿左右方向設置的第一轉軸4、兩個第二轉軸5；所述底板6位于腳踏腳后跟位置下方，兩側的支撐板7分別位于腳踏腳后跟位置左右兩側；第一轉軸4的軸向沿著兩個支撐板7的連線方向，其兩端分別與一個第二轉軸5的一端鉸接，而兩個第二轉軸5的另一端則分別活動固定到鄰近的支撐板7上。第二轉軸5與第一轉軸4不在同一軸心上。

所述前端移動支撐機構用于支撐所屬腳踏的前部，在用戶利用腳踏進行行走時，與跟部轉動機構配合形成用戶腳部橢圓軌跡的運動。所述前端移動支撐機構可以有兩種形式：

形式1：為一個滾輪8（可為萬向輪或者單向輪），其可以在第一轉軸4、第二轉軸5的轉動作用下進行前后轉動。通過抬放腳移動來調整和改變方向，當腳踏以腳后跟為軸心進行旋轉時，滾輪8也可以向同一方向轉動。如圖1所示。

當采用形式1，且具有移動平臺1時，底板6底部與移動平臺1之間的粘連方式可以為如下幾種方式：

方式a:底板6底面的材料為鐵，移動平臺1上表面為電磁鐵，當電磁鐵通電后將吸住底板6的鐵材料底面，斷電后兩者可以分開。優選的，可以通過無線遙控控制電磁鐵的通電、增強或者減弱，所述無線遙控可以以設置有無線遙控按鈕的手持遙控裝置實現。具體為：在移動平臺1上表面或者下表面安裝有電磁鐵，移動平臺1下發還設置有控制芯片、信號傳輸模塊（有線或者無線傳輸，均采用現有技術）、與電磁鐵連接的電源。所述信號傳輸模塊用于手持控制裝置向控制芯片傳輸信號，通過控制芯片開關電源或者調整電流的大小，進而控制電磁鐵的磁性，從而與軟件配合達到模擬虛擬現實的效果。

方式b:底板6底面為磁鐵制成，移動平臺1上表面或者下表面安裝有鐵，當用戶在做橢圓運動時，底板6和移動平臺1產生的磁性吸附力可讓左右有更好的固定作用，更方便左右腳做前后橢圓運動。當用戶用力抬腳時又可產生分離，以便實現左右腳靈活移動轉向。

方式c:底板6底面為魔術貼齒面，移動平臺1上表面為魔術貼絨面，用戶抬腳時兩者分離，放腳時兩者粘合。

方式d:底板6底面設置向下凸出的齒刷，移動平臺1上表面為設置向上凸出的齒刷，用戶放腳時上下齒刷互相咬合，抬腳時不再咬合。

形式2：包括水平板9、固定于水平板9兩側的豎直板10、第三轉軸11、兩個第四轉軸12。所述第三轉軸11安裝于對應腳踏的前端底部，軸向沿腳踏的左右方向，其兩端分別與一個第四轉軸12鉸接。所述第四轉軸12未與第三轉軸11鉸接的一端則活動固定于鄰近的豎直板10上。第三轉軸11、第四轉軸12不在同一軸心上。如圖2所示。

在形式2中，優選的，水平板9與跟部轉動機構的底板6可以為同一塊板，豎直板10和支撐板7可以為同一塊板，這樣使得腳踏運動協調性更好。

當采用形式2且具有移動平臺1時，底板6底部與移動平臺1之間的粘連方式可以為如下幾種方式：

方式a: 水平板9的底面和底板的6底面的材料為鐵，移動平臺1上表面為電磁鐵，當電磁鐵通電后將吸住底板6和水平板9，斷電后兩者可以分開。優選的，可以通過無線遙控控制電磁鐵的通電、增強或者減弱，所述無線遙控可以以設置有無線遙控按鈕的手持遙控裝置實現。具體為：在移動平臺下方安裝有電磁鐵、控制芯片，信號傳輸模塊（有線或者無線傳輸，均采用現有技術）。所述信號傳輸模塊用于手持控制裝置向控制芯片傳輸信號，通過控制芯片開關電源或者調整電流的大小，進而控制電磁鐵的磁性，從而與軟件配合達到模擬虛擬現實的效果。

方式b: 水平板9的底面和/或底板的6底面由磁鐵材料制成，移動平臺1上表面或下表面安裝有鐵，當用戶在做橢圓運動時，底板6和/或水平板9與移動平臺1之間產生的磁性吸附力具有更好的固定作用，更方便左右腳做前后橢圓運動。當用戶用力抬腳時又可產生分離，以便實現左右腳靈活移動轉向。

方式c: 水平板9的底面和底板的6底面為魔術貼齒面，移動平臺1上表面為魔術貼絨面，用戶抬腳時兩者分離，放腳時兩者粘合。

方式d: 水平板9的底面和底板的6底面底面設置向下凸出的齒刷，移動平臺1上表面為設置向上凸出的齒刷，用戶放腳時上下齒刷互相咬合，抬腳時不再咬合。

上述的各個轉軸都可以360度旋轉。

本發明還可設置有信號采集模塊、信息傳輸模塊，所述信號采集模塊與信號傳輸模塊連接，且信號傳輸模塊與上位機通信連接。

所述信號采集模塊包括設置于左腳踏2、右腳踏3板下的加速度傳感器和/或陀螺儀和/或位移傳感器，用于判斷位置的變化和模擬走路或跑步的速度。

信號傳輸模塊用于將采集的信號傳輸給上位機?？刹捎貌捎矛F有技術中的無線信號傳輸模塊或者有線信號傳輸模塊，如USB或藍牙。

上位機可為電腦，手機，平板電腦，游戲機等設備，其運行有虛擬現實的軟件，所述上位機接收模擬行走裝置傳過來的信號，根據信號數據判斷人在虛擬現實的軟件中的位置，移動方向，移動速度，進而反饋到所運行軟件中，使之呈現相應的圖像，從而實現人在小的移動范圍內模擬出真實環境大范圍移動和不同速度的身臨其境的感受。

優選的，為了使得用戶移動中更加省力或者更加耗力，所述模擬行走裝置的兩個腳踏上還分別還加裝電動馬達和/或者磁阻尼器，用于驅動各個轉軸或者增加轉軸阻尼。驅動的設置條件是：當某個腳踏腳加速旋轉時，可透過加速度傳感器等判斷出加速度，從而啟動馬達，減少阻尼，也可根據軟件功能的需要來啟動馬達的運轉和速度，使人更加輕松的模擬虛擬現實的場景。當需要增加轉軸運動阻力時，也可通過軟件功能的需要，控制電機產生阻尼，減慢速度或者更加耗力，從而模擬虛擬現實的場景。

控制板上含控制芯片，無線傳輸模塊，電源管理模塊，與馬達和電池與轉軸一起構成省力或者更加耗力系統。根據腳踏板下方的加速度傳感器的運動判斷或者軟件情景需要，通過無線傳輸模塊傳輸指令給控制芯片，由控制芯片調整電機馬達的運轉速度和阻尼系統。從而達到模擬情景達到省力或者耗力的效果，讓使用者感受更加真實。