一种自行车虚拟仿真骑行模拟系统及其使用方法与流程

本发明涉及虚拟现实领域，具体的说是指一种自行车虚拟仿真骑行模拟系统及其使用方法。

背景技术：

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。自行车骑行运动，是人们较为喜欢的一种运动方式，具有恢复心脏功能、防止高血压、血管硬化等功效。自行车骑行运动比较受限制的因素是当天气不好的时候，便无法进行骑行，虽然现在也有健身自行车可以进行该项运动，但是健身自行车只能在固定的场所进行，享受不到在室外骑行的乐趣。随着技术的发展，在现有技术中已有自行车仿真模拟系统出现，但是现有的自行车仿真模拟只能实现在特定的场景里骑行，其功能较为单一。

技术实现要素：

本发明提供的是一种自行车虚拟仿真骑行模拟系统及其使用方法，其主要目的在于克服现有自行车仿真模拟的功能较为单一的问题。

为了解决上述的技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种自行车虚拟仿真骑行模拟系统，包括支撑台、自行车、vr眼镜以及上位机系统，所述自行车只具有前轮结构，该自行车的底部设有支撑杆，该支撑杆的底部与支撑台的顶面铰接，所述自行车具有座椅支撑杆和可单独转动的车把，该座椅支撑杆的后端面设有倾斜向下的连接杆，所述支撑台上设有倾斜的电动推拉装置，该电动推拉装置的顶端与连接杆的后端铰接，所述车把的两扶手分别设有左按键、右按键，所述自行车的前轮侧面设有速度传感器，所述车把上设有角度传感器，所述上位机系统包括场景加载模块、场景漫游模块、场景切换模块、设备控制模块以及数据处理单元，所述左按键、右按键、速度传感器、角度传感器、场景加载模块、场景漫游模块、场景切换模块和设备控制模块均与数据处理单元连接，所述vr眼镜与场景漫游模块和场景切换模块连接，所述设备控制模块与电动推拉装置连接。

进一步的，所述电动推拉装置为电缸，该电缸的活塞杆的顶端与连接杆的后端铰接。

进一步的，所述自行车设有车把套筒，所述车把与车把套筒套接，并可绕着车把套筒单独转动。

进一步的，所述自行车的前轮设有阻尼器，该阻尼器上设有与设备控制模块连接的接收器。

更进一步的，所述阻尼器包括壳体、设于壳体内的电机和转动轴，该转动轴穿设于壳体内且与电机的输出轴连接，所述壳体的中部设有凹口，所述转动轴的中部裸露于凹口内，该转动轴的中部与自行车的前轮相抵触，所述电机和接收器连接。

所述上位机系统还包括与数据处理单元连接的物理模拟模块，该物理模拟模块用于模拟场景漫游模块内自行车的摩擦、惯性及重力。

一种自行车虚拟仿真骑行模拟系统的使用方法，包括以下步骤：使用者在使用时先开启上位机系统并戴上vr眼镜；使用者通过按下右按键进行骑行场景的选择，选定后通过按下左按键确定进入场景内，此时使用者即可开始骑行；随着骑行时间的进行，场景内的时间也会随着推移，使用者可以按下左按键进行时间的切换、按下右按键可以进行场景内天气、季节的切换；当场景内有上坡或下坡路段时，电动推拉装置作回缩或伸出动作,当场景内有转弯路段时，转动车把即可在场景内实现同步转弯。

进一步的，当场景内有上坡或下坡路段时，还可通过阻尼器改变自行车前轮的阻力。

进一步的，当停止踩动自行车时，骑行场景内的自行车在惯性的作用下不会马上停止,物理模拟模块可模拟出自行车与骑行场景内地面的摩擦而进行减速,直至自行车的速度为零，而在下坡路段时,即使不踩动自行车,也会在物理模拟模块模拟出来的重力作用下继续前行,直至自行车的速度为零。

由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明通过右按键和左按键来实现场景的选择和确定，所述场景漫游模块可以设置在场景内骑行时随着骑行时间的延长，场景内的时间场景也会随着推移，如从早晨逐渐推移到中午；继续按下左按键时，可将场景内的时间固定于某一时刻，或者，连续两次按下左按键时，通过场景切换模块可将场景内的时间实现较大时间段的跨越，如从白天切换到晚上；此外，按下右按键，通过场景切换模块可以进行场景内天气的切换，如晴天、雨天之间的切换；或者,如果长按右按键,可以通过场景切换模块进行场景内季节的变换,比如冬季下雪与春节开花之间的切换。同时，通过速度传感器和角度传感器可将实际的骑行速度和车把的转动角度实时体现在场景内。本发明除了具有正常的骑行体验外，同时还丰富了场景内容的变化，给予使用者更多的场景体验。

附图说明

图1为本发明的主视示意图。

图2为本发明车把的俯视示意图。

图3为本发明阻尼器的左视示意图。

图4为本发明的原理框图。

具体实施方式

参照图1、图2和图4。一种自行车虚拟仿真骑行模拟系统，包括支撑台1、自行车2、vr眼镜3以及上位机系统4。所述自行车2只具有前轮结构，该自行车2的底部设有支撑杆21，该支撑杆21的底部与支撑台1的顶面铰接。所述自行车2具有座椅支撑杆22和可单独转动的车把23，该座椅支撑杆22的后端面设有倾斜向下的连接杆24，所述支撑台1上设有倾斜的电动推拉装置5，该电动推拉装置5的顶端与连接杆24的后端铰接。所述车把23的两扶手分别设有左按键25、右按键26，所述自行车2的前轮27侧面设有速度传感器28，所述车把23上设有角度传感器29。

参照图4。所述上位机系统4包括场景加载模块41、场景漫游模块42、场景切换模块43、设备控制模块44以及数据处理单元45。所述左按键25、右按键26、速度传感器28、角度传感器29、场景加载模块41、场景漫游模块42、场景切换模块43和设备控制模块44均与数据处理单元45连接。所述vr眼镜3与场景漫游模块42和场景切换模块43连接，所述设备控制模33块与电动推拉装置5连接。

参照图1、图3和图4。所述电动推拉装置5为电缸，该电缸的活塞杆的顶端与连接杆24的后端铰接。所述自行车2设有车把套筒20，所述车把23与车把套筒20套接，并可绕着车把套筒20单独转动。所述自行车2的前轮27设有阻尼器6，该阻尼器6上设有与设备控制模块44连接的接收器60。所述阻尼器6包括壳体61、设于壳体61内的电机62和转动轴63，该转动轴63穿设于壳体61内且与电机62的输出轴连接。所述壳体61的中部设有凹口64，所述转动轴63的中部裸露于凹口64内，该转动轴63的中部与自行车2的前轮27相抵触，所述电机62和接收器60连接。

参照图4。所述上位机系统4还包括与数据处理单元45连接的物理模拟模块46，该物理模拟模块46用于模拟场景漫游模块内自行车的摩擦、惯性及重力。

参照图1、图2和图4。一种自行车虚拟仿真骑行模拟系统的使用方法，包括以下步骤：使用者在使用时先开启上位机系统并戴上vr眼镜3；使用者通过按下右按键26进行骑行场景的选择，选定后通过按下左按键25确定进入场景内，此时使用者即可开始骑行。随着骑行时间的进行，场景内的时间也会随着推移，使用者可以按下左按键25进行时间的切换、按下右按键26可以进行场景内天气、季节的切换。当场景内有上坡或下坡路段时，电缸的活塞杆作回缩或伸出动作，当场景内有转弯路段时，转动车把23即可在场景内实现同步转弯。

参照图1、图3和图4。当场景内有上坡或下坡路段时，还可通过阻尼器6改变自行车前轮的阻力。当使用者模拟骑行到上坡或下坡路段时，数据处理单元45发出信息给接收器60，从而控制电机62带动转动轴63降低或加大转速，转动轴63降低时会对后轮产生阻力，从而加大脚踩的力度；转动轴63加大转速时会对后轮产生推力的作用，从而减小脚踩的力度；这样结合vr眼镜3的场景即可模拟出上坡、下坡的实际效果；若是在平坦路段模拟骑行时，则电机62空转，前轮27带动转动轴63同步转动。

参照图1和图4。另外，当停止踩动自行车时，骑行场景内的自行车在惯性的作用下不会马上停止,物理模拟模块46可模拟出自行车与骑行场景内地面的摩擦而进行减速，直至自行车的速度为零，而在下坡路段时，即使不踩动自行车，也会在物理模拟模块46模拟出来的重力作用下继续前行，直至自行车的速度为零。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。