技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自行車運(yùn)動模擬系統(tǒng)，屬于機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual?Reality，簡稱VR)，是最近二十幾年才發(fā)展起來的前沿技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)也稱為虛擬環(huán)境，是由計算機(jī)生成的、模擬人類感覺的世界的實(shí)時表示。通常，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有多種輸出形式，可以處理多種輸入設(shè)備的能力，并且能夠進(jìn)行碰撞檢測、實(shí)時交互、視點(diǎn)控制和復(fù)雜行為的建模等。它以模擬方式為使用者創(chuàng)造一個實(shí)時反映實(shí)體對象變化與相互作用的三維圖像世界，在視、聽、觸、嗅等感知行為的逼真體驗(yàn)中，參與者可以直接參與和探索虛擬對象在所處環(huán)境中的作用和變化，仿佛背身于一個虛擬的世界中，產(chǎn)生沉浸感。

隨著國家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的日益提高，以及人們健身休閑娛樂意識的不斷加強(qiáng)，健身車已逐步成為大眾的健身器材。但如今市場現(xiàn)有的健身器材只是滿足健身，伴隨著人們喜歡追求新型健身娛樂方式，單調(diào)的健身模式必將使一大部分人感到厭倦，需要在鍛煉的同時達(dá)到休閑娛樂的功效。而具有運(yùn)動平臺的交互式自行車模擬器正可以滿足這種需求。

目前國內(nèi)外已開發(fā)了各種各樣的動感模擬器，如汽車、飛機(jī)、坦克和船舶模擬器，這些模擬器被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計中的測試、環(huán)境影響評價，駕駛培訓(xùn)等。交互式動感模擬器集聲、光、電、機(jī)械、計算機(jī)技術(shù)為一體，不僅能模擬各種運(yùn)動，還能根據(jù)場景的要求，在運(yùn)動過程中改變操作者的視覺、聽覺及體態(tài)，充分體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)的交互性，沉浸感以及多感知性的特點(diǎn)。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅速發(fā)展，各種高性能的模擬器不斷出現(xiàn)，進(jìn)一步擴(kuò)大了模擬器的應(yīng)用范圍。

近年來，國外很多大學(xué)已經(jīng)開始著力于自行車模擬器的研究，希望將其廣泛應(yīng)用于娛樂、健身、運(yùn)動員訓(xùn)練等領(lǐng)域。德國圖賓根大學(xué)在1997年研制的自行車模擬器，由大型圓錐形投影屏幕以及簡單的固定運(yùn)動產(chǎn)生系統(tǒng)組成，能提供很好的沉浸感，但體感效果較差，其主要用途是研究虛擬環(huán)境中的人體意識。美國卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)開發(fā)了采用頭盔顯示器(HMD)的自行車模擬器，僅僅提供簡單的踏板力反饋系統(tǒng)。美國喬治亞理工大學(xué)研制的自行車模擬器，其平臺能模擬前后俯仰，但不能實(shí)現(xiàn)多自由度的運(yùn)動。韓國科學(xué)技術(shù)院(KAIST)的自行車模擬器實(shí)現(xiàn)了多自由度反饋平臺的設(shè)計成果。但這些裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、安裝困難、造價昂貴，難以推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種自行車運(yùn)動模擬系統(tǒng)，讓虛擬現(xiàn)實(shí)自行車模擬器普及化，走出專業(yè)的科技場館，向?qū)W校、家庭、俱樂部等推廣。因此在模擬騎車時的多感官體驗(yàn)，使人們能夠在一般家庭中實(shí)現(xiàn)在戶外一邊騎自行車健身，一邊欣賞野外美好風(fēng)景的體驗(yàn)的同時，要考慮到機(jī)構(gòu)的簡化，體積的減小，安裝的方便、成本的降低等等各個方面的因素。

本發(fā)明旨在讓騎車者通過這款模擬系統(tǒng)在虛擬環(huán)境中獲得真實(shí)騎車過程中的全身心感受，包括身體的搖動感、加速度感、手和腳的力觸覺感受、視覺以及聽覺感受，通過交互式自行車模擬器騎車者能充分體驗(yàn)在不同路況下騎車的娛樂性、刺激性(路況虛擬環(huán)境包括地形、路面狀況、沿途風(fēng)景等)。該系統(tǒng)是把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入到一般的健身產(chǎn)品領(lǐng)域，使得傳統(tǒng)的健身器材增加了更多的趣味性和娛樂性，是一款利用計算機(jī)實(shí)時模擬三維騎車場景的交互式系統(tǒng)，讓健身者在鍛煉的同時達(dá)到娛樂的功效，讓娛樂者在休閑的同時達(dá)到鍛煉的功效。此系統(tǒng)可用于健身器材、游戲娛樂、和主題公園等，具有很好的產(chǎn)業(yè)前景。

為了達(dá)到上述發(fā)明的目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種自行車運(yùn)動模擬系統(tǒng)，包括一輛自行車、一個支撐自行車前輪的前輪支架和一個支撐自行車后輪的后輪支架，其特征在于：所述的前輪支架為一個轉(zhuǎn)盤式支架，其轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸連接一個角度傳感器；所述的后輪支架為一個滾動式支架，其滾動軸通過傳動機(jī)構(gòu)連接一個阻尼器；所述的自行車上安裝一個測量自行車后輪轉(zhuǎn)速的速度傳感器；所述的角度傳感器和速度傳感器的速度和角度往一個控制單元連接到上位機(jī)，上位機(jī)連接一個顯示器和一個音響器而三維顯示出測試結(jié)果；同時上位機(jī)輸出地形、路面、沿途風(fēng)景參數(shù)往一個程控器去控制調(diào)節(jié)阻尼器。

上述的自行車，可以是市場上的任意普通自行車或山地車，只要其輪轂的尺寸符合嵌槽的大小還有在其支架支撐的高度范圍之內(nèi)就可以。

上述的前輪支架分為上下兩部分，中間通過一根短軸與端面軸承座配合來連接上下兩部分，端面軸承座安裝在下底板，下底板上的6個萬向球與上面的轉(zhuǎn)盤相接觸。下底板通過4個可調(diào)支座支撐，前輪鑲嵌于上轉(zhuǎn)盤的嵌槽內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)動。