用於人的空間運動的裝置製造方法

2023-06-11 02:59:26

用於人的空間運動的裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於人的空間運動的裝置，其包括：第一承載元件(1)，其具有用於至少一個人(8)的保持裝置(7)並且可圍繞第一旋轉軸線(4)相對於第二承載元件(2)旋轉地來布置；第二承載元件(2)，其可圍繞第二旋轉軸線(5)相對於第三承載元件(3)旋轉地來布置，其中，第一旋轉軸線(4)和第二旋轉軸線(5)彼此大致正交地布置；和圖像重現面(10)；其中，保持裝置(7)相對於圖像重現面(10)具有至少一個旋轉自由度。
【專利說明】用於人的空間運動的裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於人的空間運動的裝置，其包括:第一承載元件，其具有用於至少一個人的保持裝置並且可圍繞第一旋轉軸線相對於第二承載元件旋轉地來布置；第二承載元件，其可圍繞第二旋轉軸線相對於第三承載元件旋轉地來布置，其中，第一旋轉軸線和第二旋轉軸線彼此大致正交地布置；和圖像重現面(Bildwiedergabeflaeche)。
【背景技術】
[0002]該裝置尤其用於模擬運動的系統，例如車輛、船舶、飛機等。在此，經由大量人工產生的感覺給位於空心體或艙室中的人模擬虛擬的現實。這些感官刺激一方面是視聽刺激，其經由圖像重現面以及聲音重現系統來輸送給使用者。另一方面，通過相同類型的裝置產生作用到使用者上的加速度或力。通過視聽的和物理的感覺印象的組合，人的大腦演繹虛擬的運動狀態。感覺越精確地等同於這樣的情況的實際感覺，該虛擬對於使用者越逼真地起作用。出於該原因，儘可能接近實際地將這些信號輸送給使用者是重要的。
[0003]此外，在該裝置中設置有參數輸入單元，使用者經由其可在虛擬的世界中控制運動的系統的運動。
[0004]使用者的該控制信號和也可被稱為幹擾量的可能的環境影響(風、道路等)被輸送給物理的模擬模型。其相應於所模擬的對象的實際特性的數學描繪。其包含例如慣性、阻力等量。藉助於該模型來計算加速度或力及其定向，其應在虛擬的世界中被輸送給使用者。這經由通過控制單元控制不同的驅動器實現。
[0005]長期以來已知用於人的空間運動的裝置、尤其運動模擬器和定向訓練器。
[0006]相應於現有技術的裝置例如是帶有萬向地懸掛的艙室的單臂離心機。在這樣的裝置中，在可旋轉地布置的臂的外端處設置有可圍繞兩個旋轉自由度旋轉的艙室。由於艙室以與旋轉軸線一定的標準距離旋轉，艙室和位於其中的人除了重力加速度之外經受離心加速度和切向加速度。合成的加速度方向和由於不同的角速度引起的加速度的值的變化可通過艙室的針對性地旋轉被用於給人模擬一定的運動和加速狀態。在此，艙室的兩個旋轉軸線具有共同的交點，其通常位於人的頭部的區域中。
[0007]另一應用可能性是在雙臂離心機、尤其帶有可移動的舉升滑座(Heave-Schnitten)的雙臂離心機中設置萬向地懸掛的艙室。該舉升滑座可沿著臂移動並且此外具有平移的舉升驅動器，其使艙室能夠平行於主臂的主旋轉軸線運動。
[0008]此外，已知具有豎立地布置在六足部(Hexapod)上的艙室的模擬器。除了重力加速度之外，其不具有另外的用於靜態地或持續地提高和減小到人上的合成的加速度的器件。通過艙室的傾斜和旋轉同樣可來模擬運動狀態，然而其主要模擬靜態的飛行或行駛情況。
[0009]尤其當在單臂離心機中使用萬向地懸掛的艙室時，出現高的加速力。出於該原因，整個懸掛部以及旋轉運動機構必須承受高的力，這前提是尺寸足夠。然而，足夠的尺寸伴隨有裝置的增大和因此還有重量的提高以及負載力的提高。[0010]此外，在不同的模擬器中使用不同的萬向懸掛部。

【發明內容】

[0011]本發明的目的是現在克服現有技術的缺點以及:
提供一種儘可能緊湊的用於人的空間運動的裝置，在其中，尤其用於使人圍繞至少兩個旋轉自由度旋轉的承載元件的布置儘可能緊湊且小地來實施，由此可以有利的方式更緊湊地且更成本有利地製造該運動裝置，並且在其中此外獲得對於人的改善的模擬、尤其在更緊湊的空間上帶有更少的幹擾影響的更真實的模擬。
[0012]根據本發明的目的由此來實現，即保持裝置相對於圖像重現面具有至少一個旋轉
自由度。
[0013]此外，根據本發明的目的由此來實現，即第三承載元件可圍繞第三旋轉軸線相對於運動裝置旋轉地來布置，其中，第二旋轉軸線和第三旋轉軸線彼此大致正交地布置，或者第三承載元件剛性地與運動裝置相連接。
[0014]另外的根據本發明的特徵例如是，圖像重現面設置在第二承載元件處並且與其相連接，承載元件和運動裝置位於在人的視野(Sichtfeld)之外的任意旋轉位置和位置中，旋轉軸線大致伸延通過中心並且/或者人的身體、尤其頭部、身體重心或人的心臟位於中心的區域中。
[0015]此外，根據本發明的特徵可以是，圖像重現面大致跟隨凹狀地圍繞保持裝置彎曲的空心體的內側來構造，空心體和/或圖像重現面具有大致封閉的形狀，尤其作為空心球、作為空心橢圓體(Hohlellipsoid)、分段地空心球形地、分段地空心體形地、空心體形地或空心球形地來構造，空心體具有用於人的進出的開口，並且該開口構造為可封閉的開口，其中優選地，蓋(Verschluss)實施成補充空心體的形狀。
[0016]本發明特徵還在於，運動裝置實施為單臂離心機、實施為帶有可移動的滑座的離心機、實施為帶有可移動的舉升滑座的離心機、實施為可線性移動的車、實施為帶有可在兩側移動的滑座的雙臂離心機、實施為帶有可在兩側移動的舉升滑座的雙臂離心機、實施為帶有至少一個旋轉的和/或平移的自由度的機器人臂、實施為六足部或實施為靜止的懸掛部，設置有至少一個控制單元和用於使承載元件圍繞其相應的旋轉軸線旋轉及用於驅動運動裝置的至少一個驅動器，並且至少一個驅動器可由控制單元控制，為了圍繞第一旋轉軸線驅動第一承載元件設置有第一驅動器；為了圍繞第二旋轉軸線驅動第二承載元件設置有第二驅動器；並且必要時為了圍繞第三旋轉軸線驅動第三承載元件設置有第三驅動器，並且/或者設置有用於人對控制單元、尤其對承載元件和運動裝置的運動的控制產生影響的至少一個參數輸入單元。
[0017]用於實現根據本發明的目的另外的特徵是，圖像重現面構造為反映一個或多個投影儀的圖像的圖像重現面，或者構造為純平屏幕面(Flachbildschirmflaeche)、例如OLED屏幕面、等離子體屏幕面或LCD屏幕面，第一承載元件和/或保持裝置相對於圖像重現面具有旋轉自由度，圖像重現面相對於運動裝置具有至少一個自由度，圖像重現面和空心體固定地與第二承載元件相連接並且/或者保持裝置相對於第一承載元件具有至少一個可確定的自由度。
[0018]此外，該裝置特徵在於，圖像重現面固定地與空心體相連接，或者空心體的內側是圖像重現面，第一承載元件卡箍形地、在人的視野之外伸延地來布置，第二承載元件環形地、封閉地空心體形地或者部分封閉地空心體形地來構造，其中，第一承載元件在至少一個部位處、優選地在兩個部位處可圍繞第一旋轉軸線旋轉地與第二承載元件相連接，第三承載元件環形地、封閉地空心體形地或者部分封閉地空心體形地來構造，其中，第二承載元件在至少一個部位處、優選地在兩個部位處可圍繞第二旋轉軸線旋轉地與第三承載元件相連接，並且/或者第三承載元件在至少一個部位處、優選地在兩個部位處可圍繞第三旋轉軸線旋轉地與運動裝置相連接。
[0019]根據本發明的目的的另外的解決方案是，旋轉軸線彼此大致相交於一點，或者旋轉軸線中的至少一個與其餘旋轉軸線中的一個具有標準距離，該標準距離相應於在人的眼睛與平衡器官之間的最小距離，為了模擬均勻的、未加速的運動、靜止狀態或準靜態運動，滾動軸線和主旋轉軸線基本上具有一個交點。
[0020]此外，本發明特徵在於，為了模擬均勻的、未加速的運動、靜止狀態或準靜態運動，第一旋轉軸線相應於偏航軸線(Gierachse)、第二旋轉軸線相應於俯仰軸線(Nickachse)而第三旋轉軸線相應於滾動軸線，第一旋轉軸線相應於俯仰軸線、第二旋轉軸線相應於滾動軸線，並且鎖止圍繞第三旋轉軸線(6)的旋轉，第一旋轉軸線相應於俯仰軸線、第二旋轉軸線相應於偏航軸線而第三旋轉軸線相應於滾動軸線，第一旋轉軸線相應於偏航軸線、第二旋轉軸線相應於滾動軸線而第三旋轉軸線相應於俯仰軸線，第一旋轉軸線相應於俯仰軸線、第二旋轉軸線相應於滾動軸線而第三旋轉軸線相應於偏航軸線，並且/或者第一旋轉軸線相應於滾動軸線、第二旋轉軸線相應於俯仰軸線而第三旋轉軸線相應於偏航軸線。
[0021]為了更加清楚，開頭定義一些名稱:
在靜止的、直的頭部姿勢和直地取向的無運動的視角的情況中可在視覺上被發覺的區域稱為可視範圍(Gesichtsfeld)。此外，可視範圍被定義成雙眼的視野，即兩個眼睛的可視範圍。可視範圍的側向延展直至大約180°、向上延展大約60°且向下延展大約70°。
[0022]與可視範圍相應的區域被稱為視野，其中，視野在深度中通過相應最近的不透明的體或最近的不透明的層來限制。在本發明的情況中，視野例如通過圖像重現面、但是也通過駕駛艙元件(Cockpitelement)或裝備物品如頭藍等來限制。
[0023]觀察範圍(Blickfeld)是還在頭部旋轉和運動時可被人看到的整個區域。
[0024]在直的頭部姿勢和直地取向的無運動地視角的情況中沿著或平行於觀察方向伸延的軸線被稱為滾動軸線。
[0025]法向地處於其上並且大致表示人的兩個眼睛或兩個耳朵的連接直線的軸線被稱為俯仰軸線。
[0026]法向地處於兩個前述軸線上並且因此大致跟隨人的身體豎軸或脊柱的主延伸方向的軸線被稱為偏航軸線。
[0027]當其方向矢量正交時，兩個旋轉軸線正交。對此，在三維的空間中不需要交點。因此，如果其相對於彼此彎曲(windschief),那麼兩個軸線也可以是正交的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]下面根據多個實施例來詳細說明本發明。
[0029]圖1顯示了根據本發明的模擬器艙的斜視圖， 圖2顯示了根據本發明的模擬器艙的剖示圖，
圖3顯示了根據圖2中的剖切平面II1-1II的根據本發明的模擬器艙的剖面，其中，在圖3中以I1-1I表示圖2中的剖切平面，
圖4顯示了本發明的另一實施形式的剖示圖，
圖5顯示了帶有單臂離心機的根據本發明的模擬器艙的布置，
圖6顯示了根據本發明的模擬器艙在雙臂離心機處的布置，
圖7顯示了帶有可縱向移動地布置的滑座的根據本發明的模擬器艙的布置，
圖8顯示了與六足部相結合的根據本發明的模擬器艙。
【具體實施方式】
[0030]圖1顯示了根據本發明的用於人的空間運動的裝置的斜視圖、尤其帶有第三承載元件3的模擬器艙，在承載元件3處可圍繞第二旋轉軸線5旋轉地布置有第二承載元件2。空心體11固定地與第二承載元件2相連接。空心體具有孔15和蓋16。第三承載元件3包括多個、在該情況中四個旋轉連接裝置23、24。第二旋轉連接裝置23用於相對於第三承載元件3驅動和連接第二承載元件2。第三旋轉連接裝置24用於第三承載元件3相對於這裡未繪出的運動裝置9的旋轉運動。
[0031]此外，示意性地示出了第一旋轉軸線4、第二旋轉軸線5和第三旋轉軸線6。這三個旋轉軸線大致相應於旋轉連接裝置的三個旋轉軸線。在所示的初始位置中，所有三個旋轉軸線彼此正交。這三個軸線4、5、6在該實施形式中彼此大致相交於布置在中心12中的點。
[0032]空心體11構造成球形並且具有開口 15用於人的進出或者作為通常的用於運輸物品的小窗(Luke)。該開口 15可通過蓋16封閉，蓋16大致實施成補充空心體11的形狀。然而完全也相應於本發明思想的是，空心體11不連續球形地來構造，而是具有開口，以及例如實施成橢圓形、柱形或方形。
[0033]圖2顯示了根據本發明的實施形式的剖示圖。用於人8的空間運動的裝置(其位於保持裝置7上)包括第一承載元件1，其與保持裝置7相連接並且可圍繞第一旋轉軸線4相對於第二承載元件2旋轉地來布置。承載元件I使能夠旋轉至少10°、20°、30°、45°、90°、180°或360°。該旋轉可無級地、受限制地或不受限制地來實現以及主動地來調節。
[0034]第二承載元件2可圍繞第二旋轉軸線5相對於第三承載元件3旋轉地來布置。旋轉軸線5在該圖示中投影地伸延並且因此示出為點。第一旋轉軸線4和第二旋轉軸線5彼此大致正交地伸延。此外，設置有第三承載元件3，其可圍繞第三旋轉軸線6相對於這裡未示出的運動裝置9旋轉地來布置，其中，第二旋轉軸線5和第三旋轉軸線6彼此大致正交地布置。人8由在該實施形式中實施為座椅的保持裝置7來保持。根據模擬器的應用，該座椅和圍繞的部件可模擬飛機或直升飛機駕駛艙、汽車駕駛艙、LKff駕駛艙等的不同實施方案。對此，不僅座椅形狀、外部設計或者還有參數輸入單元21可與特殊應用相匹配。例如，參數輸入單元可通過控制杆、操縱杆、方向盤、開關、滑座、踏板等來實現。根據應用也可設置有平視顯示器。在此駕駛艙可實施成封閉的或者如這裡所示敞開的。座椅、即保持裝置7優選地可調整，使得人8的頭部13可被安放在裝置的中心12中。但是，將其它身體部分、例如人的心臟或者身體重心安放在中心完全也相應於本發明思想。對此，保持裝置7能夠可縱向移動地、可豎直移動地且可選地也可側向移動地以及可旋轉地來構造。
[0035]該裝置使人至少圍繞這三個旋轉軸線4、5和6的空間運動成為可能。第一旋轉軸線4在該實施形式中相應於偏航軸線、第二旋轉軸線5在該實施形式中相應於俯仰軸線而第三旋轉軸線相應於滾動軸線。
[0036]應注意的是，通過保持裝置和人圍繞一定的軸線旋轉90°，其餘兩個軸線交換其軸線定義。例如，在保持裝置和人圍繞偏航軸線旋轉90°時，滾動軸線變成俯仰軸線而俯仰軸線變成滾動軸線。根據控制和模擬，由此可靈活地來改變軸線的構造。通過圍繞一定的軸旋轉也可使其它軸線互換。
[0037]在空心體11的內側上設置有圖像重現面10。其優選地跟隨空心體的內側來構造並且在整個可視範圍上、優選地在人8的的整個觀察範圍上延伸。第一承載元件I優選地位於人8的觀察範圍之外。通過該布置，對於人僅保持裝置的期望的部件尤其駕駛艙部件、參數輸入單元、平視顯示器以及自己的身體、座椅和圖像重現面可見。優選地在圖像重現面10上示出運動的圖像、尤其電腦生成的環境圖像。該示出可經由投影儀、但是也可經由其它成像裝置實現。在該實施形式中設置有投影儀25。其將期望的圖像至少投影到人8的可視範圍中。在此，定位設計成使得投影儀自身位於人的觀察範圍和視野之外。投影圖像的區域以優選的方式至少相應於人8的可視範圍，或者相應於超過位置的可視範圍的區域，從而即使在頭部以可能的程度運動時對於人也僅可見所投射的面。在該實施形式中，投影儀固定地與第一承載元件I相連接。在該元件圍繞第一旋轉軸線旋轉時，投影儀以及人一起旋轉並且因此跟隨人的可視範圍。
[0038]為了驅動圍繞旋轉軸線4、5、6的旋轉，設置有旋轉連接裝置22、23和24。為了第一承載元件的旋轉設置有第一旋轉驅動器28以及第一軸承29。第一旋轉驅動器優選地實施為電氣旋轉驅動器、特別為電氣的直接驅動器和/或為液壓驅動器。
[0039]還為了第二承載元件2圍繞第二旋轉軸線的旋轉設置有至少一個、優選地兩個第二旋轉驅動器27。在該圖示中，其不可見。
[0040]第三承載元件3包含至少一個第三旋轉驅動器，然而優選地包含兩個第三旋轉驅動器28。其使相對於運動裝置9的所驅動的旋轉成為可能。第二旋轉驅動器27也可設置在第三承載元件中。在該實施形式中，設置用於使第二承載元件相對於第三承載元件旋轉的驅動器和用於使第三承載元件相對於在第三承載元件中的運動裝置旋轉的驅動器。
[0041]通過該構造，有利於所示出的元件的儘可能緊湊的實施方案。為了獲得對於人真實的模擬，人8的頭部13與圖像重現面10 —定的最小距離是有利的。該距離越大，對於人來說遠離的物體的對於表示環境需要的遠景圖的印象越真實。另一方面由運動裝置移動圖像重現面10以及這三個承載元件以及另外的物體。尤其在實施為單臂離心機或還為雙臂離心機時，出現高的加速度和由此引起的加速力。由這三個承載元件形成的萬向懸掛部的大小相應地直接影響運動裝置9的尺寸。由此在真實的表示和在頭部與圖像重現面之間儘可能大的距離和萬向懸掛部的儘可能緊湊的尺寸之間產生目標矛盾。此外，對於模擬的接近真實性重要的是，承載元件位於人的視野之外。在本發明中，人的頭部與圖像重現面的儘可能大的距離由此來獲得，即圖像重現面不設置在最內部的(第一)承載元件處、而是移動到進一步處於外面的承載元件上。儘管如此為了通過圖像重現面獲得無幹擾的模擬、尤其環境的無幹擾的表示，相對於圖像重現面具有自由度的第一承載元件卡箍形地布置在人的觀察範圍之外。此外，用於圍繞兩個自由度旋轉的驅動器27和28設置成環、在該情況中在第三承載元件3中。處於第三承載元件內的承載元件、即第一和第二承載元件由此可更緊湊地來實施。空心體11在該實施形式中尤其承擔承載的功能並且在強度技術上支持第二承載元件。
[0042]驅動器的控制經由這裡未示出的控制單元17實現。其控制或調節驅動器的旋轉運動、旋轉位置。除了通過模擬模型控制之外，人自身也可經由參數輸入單元21影響驅動器的旋轉運動或旋轉位置。
[0043]圖3顯示了根據圖2中的剖切平面II1-1II的本發明的實施形式的剖面。第一承載元件I又可圍繞第一旋轉軸線旋轉地布置在第二承載元件2處。第二承載元件設計成環形並且可圍繞第二旋轉軸線5相對於第三承載元件3來布置。為了旋轉，設置有兩個第二旋轉連接裝置23，其分別包括第二旋轉驅動器27。如已在對圖2的說明中所指出的那樣，其設置在第三承載元件中、尤其在第三承載元件的第二旋轉連接裝置中。
[0044]第一承載元件I經由第一旋轉連接裝置22與第二承載元件2相連接。又設置有第一旋轉驅動器26和第一軸承29。然而，布置兩個旋轉驅動器完全相應於本發明思想。原則上也可能將軸承集成到驅動器自身中或者將驅動器和軸承設計為獨立的單元。
[0045]此外示出保持裝置7、三個投影儀25和圖像重現面10。根據圖像重現面的應用和尺寸應用更多或更少的投影儀、然而優選地應用三個可以是有利的。
[0046]在該實施形式中，第一旋轉軸線4也相應於偏航軸線，第二旋轉軸線5相應於俯仰軸線而第三、投影地且因此作為點示出的旋轉軸線6相應於滾動軸線。
[0047]圖4顯示了另一實施形式，在其中軸線構造與前述實施例不同。第一承載元件I又相對於第二承載元件2可旋轉地可圍繞第一旋轉軸線4旋轉地來支承。第一承載元件I卡箍式地圍繞保持裝置7延伸並且圍繞俯仰軸線可旋轉地且可驅動地來布置。第二承載元件2構造成環形並且具有在直徑上相對而置的、沿著偏航軸線布置的旋轉連接裝置、尤其第二旋轉連接裝置23。第二旋轉連接裝置23同樣至少部分地是第三承載元件的組成部分，第三承載元件環形地圍繞設置在第二承載元件處的圖像重現面，其以優選的方式跟隨空心體11的內側來構造。此外，為了相對於運動裝置旋轉，第三承載元件3具有至少一個、優選地兩個在直徑上相對而置的第三旋轉連接裝置24，其根據該圖示不可見。卡箍形地構造的第一承載元件也具有兩個在直徑上相對而置的第一旋轉連接裝置22。第三承載元件實施成環形，其中，該環在初始位置中豎立地布置。
[0048]在該構造中，第一承載元件設立用於圍繞俯仰軸線的旋轉，第二承載元件設立用於圍繞偏航軸線的旋轉，而第三承載元件設立用於圍繞滾動軸線的旋轉。如也在本發明的其它實施方案中指出的那樣，通過圍繞旋轉軸線4、5和6的旋轉，定義的軸線方向能夠變換。也在其它實施例中存在的在直徑上相對而置的旋轉連接裝置包括驅動器26、27、28以及用於引導旋轉運動的軸承。在根據圖4的實施形式中，第一承載元件的部件位於人8的可視範圍中。在一些情況中，例如在視野由於頭盔或不透明的駕駛艙元件變窄時，這然而不妨礙環境在圖像重現面上真實可信地示出，因為這些區域反正被遮蓋。在這樣的情況中，第一承載元件儘管如此仍位於人的視野之外。
[0049]圖5顯示了根據本發明的用於人的空間運動的裝置，其中，運動裝置9構造為單臂離心機。其包括主臂30，它可圍繞主旋轉軸線32旋轉並且可由主驅動器31驅動。主驅動器31包括驅動馬達和離合器元件以及用於控制旋轉的器件。以優選的方式，主驅動器31也可由控制單元17控制且此外可由人經由參數輸入單元21控制和由模擬模型影響。主驅動器主要被用於在其大小和變化上影響由重力加速度、中央踏板加速度和切向加速度組成的基本加速度。該基本加速度始終沿著這三個加速度矢量的合成起作用。現在為了使人暴露於不同的加速狀態，可使保持裝置7且由此也使人8圍繞這三個旋轉軸線4、5、6旋轉。此夕卜，通過環境圖像在圖像重現面10上投影或示出來支持運動和/或加速度的印象，由此對於觀察的人可描繪出幾乎真實的運動過程。
[0050]這樣的運動過程例如可以是飛行情況、汽車的駕駛情況，但是也可以是負載測試等。基於模擬的模擬模型以優選的方式通過數據處理裝置、例如計算機來計算。
[0051]在該構造中，第三承載元件3可圍繞第三旋轉軸線6相對於運動裝置9旋轉地來布置。第二承載元件2同樣即可圍繞第二旋轉軸線5旋轉地布置在第三承載元件3處。這兩個旋轉軸線相應於兩個旋轉自由度，其中，通過第一承載元件I圍繞第一旋轉軸線4的可旋轉性來提供第三旋轉自由度。
[0052]示意性地示出，主驅動器31以及所需的軸承和結構上的裝置下沉地布置在基座中。
[0053]根據另一未示出的實施形式，第三承載元件剛性地與運動裝置、例如與單臂離心機的臂相連接。該承載元件由此也可以是該臂的一部分，在其處可旋轉地布置有其餘承載元件中的至少一個。
[0054]圖6顯示了根據本發明的裝置的另一實施形式。在此，這三個承載元件1、2、3設置在舉升滑座處。其可移動地布置在滑座籃(Schlittenkorb) 33中並且可在主旋轉軸線32兩側被移動。雙臂離心機的滑座籃33可圍繞主軸線32旋轉並且由主驅動器31旋轉地驅動。
[0055]通過該構造能夠通過改變人與主旋轉軸線32的距離即使在主驅動器31的角速度恆定時也改變合成的加速度。除了這些自由度之外，第三承載元件3可圍繞第三旋轉軸線8旋轉地且可驅動地與舉升滑座相連接。此外，舉升滑座具有用於承載元件的平移的驅動器，其中，該豎直提升(Vertikallift)的驅動器的方向大致平行於主旋轉軸線32伸延。相應地，除了這三個圍繞旋轉軸線4、5和6的旋轉自由度之外，人附加地可平行於主旋轉軸線32平移地、沿著滑座籃33平移地並且圍繞主旋轉軸線32旋轉地運動。舉升滑座在滑座籃中的平移運動的方向近似跟隨法向地處於主旋轉軸線32上並且法向地處於第三旋轉軸線6上的直線。
[0056]加速度及其變化可受不同的運動過程影響:
由滑座籃的旋轉引起的加速度:
在此，滑座籃圍繞其旋轉軸線旋轉，其中，其在兩側伸出超過該旋轉軸線。舉升滑座可線性移動地布置在該滑座籃上。如果該舉升滑座剛好位於旋轉的滑座籃的旋轉軸線之上，則除了重力加速度之外沒有其它加速度作用到人上。雖然使用者旋轉，其對於該狀態大致感覺為不運動的狀態，因為在封閉的空心體中或由於整個觀察範圍向外被遮蓋對於其沒有旋轉的視覺刺激。
[0057]如果現在舉升滑座遠離旋轉軸線，則隨著與旋轉軸線的距離增加徑向加速度提升。由重力加速度和徑向加速度合成的加速度被使用者感覺到。如果舉升滑座又移回並且其橫穿滑座籃的旋轉軸線，則使用者經歷徑向加速度的方向的改變。附加地，根據舉升滑座的行駛速度還出現科裡奧利加速度。
[0058]為了使該合成的加速度在其大小上改變，可改變滑座籃的角速度或者可變地進一步向外移動舉升滑座。
[0059]由平移運動引起的加速度:
由根據本發明的平移的、大致線性的運動引起的舉升滑座沿著滑座籃的線性的速度變化以及通過豎直提升引起的承載元件的線性的速度變化是將加速度施加到使用者上的另外的可能性。
[0060]加速度的方向的改變:
為了改變合成的作用到身體上的加速度的方向，使人的身體自身運動並且因此例如引起加速度方向或加速度分量振幅的改變的印象是有利的。這藉助於承載元件圍繞旋轉軸線
4、5、6的旋轉實現，其在所有實施例中可被稱作萬向懸掛部。現在，經由這些自由度可使保持裝置和因此人的身體任意旋轉。附加地，整個萬向懸掛部在豎直提升處可旋轉地來布置。
[0061]為了移動根據本發明的裝置的元件，設置有一系列驅動器。對於這些驅動器的調整參數可由物理的模擬模型來計算或者由控制中心來預設。視聽刺激的產生同樣可由物理的模擬模型中得到出或者跟隨固定的過程。
[0062]滑座籃的旋轉軸線鉛垂地伸延。
[0063]舉升滑座在滑座籃中的運動沿著直線進行，其中，該直線垂直於滑座籃的旋轉軸線伸延並且與其具有共同的交點。豎直提升的運動方向又垂直於舉升滑座的運動直線並且因此平行於滑座籃的旋轉軸線。萬向懸掛部在豎直提升方面與滑座籃的運行軌道(Kreisbahn)相切地伸延並且因此是水平的且垂直於豎直提升的運動方向。
[0064]圖7顯示了根據本發明的用於人的空間運動的裝置的另一可能的實施形式。在此，設置有舉升滑座，其可平移運動。該構造在最廣泛的意義中相應於圖6中的構造，然而代替可旋轉地支承的滑座籃33設置有位置固定地布置的滑座引導部35。舉升滑座可在該滑座引導部上平移地並且可驅動地來布置。舉升滑座又具有平移的自由度，其幾乎垂直於滑座引導部的方向。承載元件3又可圍繞第三旋轉軸線旋轉地布置在其處。第二承載元件2又相對於第三承載元件可旋轉地來布置並且固定地與空心體11相連接。在空心體11內存在第一承載元件I，其可圍繞第一旋轉軸線4相對於第二承載元件旋轉地來實施。第一承載元件又與用於人8的保持裝置7相連接。所示出的實施方案特別適合於縱向動態模擬和/或橫向動態模擬、尤其適合於在車輛領域中的行駛模擬、例如變道或超車策略。
[0065]圖8顯示了本發明的裝置的另一實施形式。在此，可圍繞第三旋轉軸線旋轉地布置的用於人8的保持裝置7可通過六足部運動。六足部具有六個線性運動裝置36，其在其長度上可控制和可變化。通過各個線性運動裝置的長度的所控制的變化，可改變保持裝置37在多個軸線中的傾斜。第三承載元件3又可旋轉地布置在保持裝置37處。第一和第二承載元件以及空心體11的構造可根據之前的實施例中的一個來實施。此外，第三承載元件的保持裝置37可不受限制地相對於六足部可旋轉地來布置，其中，旋轉軸線在初始位置中大致鉛垂地伸延並且通過線性運動裝置36的運動可傾斜。
[0066]根據未示出的另一實施形式，除了運動裝置的自由度之外，用於至少一個人8的保持裝置7僅可圍繞兩個旋轉軸線旋轉地且可驅動地來支承。可能的運動裝置9例如是單臂離心機，在其中第三承載元件剛性地與該運動裝置相連接。作為可能的實施形式，第一承載元件可圍繞俯仰軸線旋轉地來布置，而第二承載元件可圍繞滾動軸線旋轉。基本的運動學構造相應於傳統的單壁離心機，在其中在旋轉方向上切向地觀察人圍繞主臂30的主旋轉軸線32來定位。此外，在本發明中，圖像重現面10設置在第二承載元件2處或與其固定地相連接。與第一承載元件I相連接的保持裝置7相對於第二承載元件2和因此圖像重現面10具有旋轉自由度，圖像重現面10以優選的方式跟隨空心體11的內側來構造。空心體11本身在此也可如在前述實施例中那樣承擔自身承載的或加強的功能並且/或者構造為獨立的、以輕質方式構造的體。通過在第二承載元件處設置圖像重現面，圖像的顯示平面定位在遠離觀察者的位置中，由此改進了離得遠的環境的顯示的印象。在此又滿足根據本發明的目的，即儘管圖像重現面與人的眼睛距離較大，可緊湊地來保持結構尺寸，因此在該實施形式中取消了第三旋轉軸線6或該旋轉軸線存在，然而旋轉被鎖止。第三承載元件可剛性地與運動裝置相連接或者也可集成到運動裝置中、例如到單臂離心機的臂中。
[0067]未示出的另一實施形式大致相應於圖8的實施形式，然而其中，未設置有六足部-運動裝置。而保持裝置37剛性地與地面相連接。在該實施形式中，人能夠圍繞在頭部的區域中相交於中心12的三個旋轉軸線旋轉。
[0068]在單臂或多臂離心機的組合中對於本發明重要的另一特徵是，通過在模擬期間保持裝置圍繞三個旋轉軸線可旋轉地布置使以徑向觀察方向人能夠定位在初始位置中。如果對於人模擬未加速的或者幾乎靜態的運動、或者未運動的靜態的狀態，則運動裝置的主臂以恆定的相對緩慢的速度圍繞主軸線32旋轉。在此，人紮緊地位於保持裝置上並且大致徑向向外或徑向向內、即朝向主旋轉軸線32或者遠離主旋轉軸線32觀察。人在此經歷略微提高的恆定的基本加速度，其然而在短暫的適應階段之後基本上不被人感覺為提高。現在例如為了模擬車輛的起動加速度，使人圍繞俯仰軸線旋轉，由此使重力加速度和徑向加速度的合成相對於人身體的位置改變。在初始位置中，合成的加速度例如向下、即沿著偏航軸線起作用。通過使人圍繞俯仰軸線旋轉，因此可來模擬直線運動的車輛的加速度如起動加速度或制動加速度。在此，在運動裝置恆定地旋轉時，人的觀察方向始終徑向向內或徑向向夕卜。產生的總加速度經由控制圍繞主旋轉軸線23的旋轉速度來實現。現在，為了模擬側向加速度，可使帶有人的保持裝置圍繞滾動軸線旋轉。
[0069]另一實施形式涉及一種用於人的空間運動的裝置，其包括:第一承載元件1，其具有用於至少一個人8的保持裝置7並且可圍繞第一旋轉軸線4相對於第二承載元件2旋轉地來布置；第二承載元件2，其可圍繞第二轉軸線5相對於第三承載元件3旋轉地來布置，其中，第一旋轉軸線4和第二旋轉軸線5彼此大致正交地布置；和圖像重現面10 ;其中，圖像重現面10設置在第二承載元件2處、在第三承載元件3處或在運動裝置9處，並且其中，保持裝置7相對於圖像重現面10具有允許至少10°、20°、30°、45°、90°、180°或360°的旋轉的至少一個旋轉自由度。
[0070]另一實施形式涉及一種類似的用於人的空間運動的裝置，其包括:第一承載元件1，其具有用於至少一個人8的保持裝置7並且可圍繞第一旋轉軸線4相對於第二承載元件2旋轉地來布置；第二承載元件2，其可圍繞第二轉軸線5相對於第三承載元件3旋轉地來布置，其中，第一旋轉軸線4和第二旋轉軸線5彼此大致正交地布置；第三承載元件3，其可圍繞第三旋轉軸線6相對於運動裝置9旋轉地來布置，其中，第二旋轉軸線5和第三旋轉軸線6彼此大致正交地布置；和圖像重現面10 ;其中，圖像重現面10設置在第二承載元件2處並且與其相連接。
[0071]就此而言應注意的是，圖像重現面稱為面，然而也可由多個組合而成的面構成。所闡述的所有實施形式和對於專業人員以建議的方式得到的所有實施形式包括至少一個用於人8的保持裝置7、圖像重現面、至少一個驅動器，其可經由至少一個控制單元控制。對於控制單元，在所有實施例中會是可能的是，模擬模型、但是還有人自身可經由參數輸入單元21影響該控制單元。在當前的實施形式中，保持裝置7以優選的方式實施為座椅、尤其為帶有固定可能性如皮帶的座椅。
[0072]以優選的方式，這三個旋轉軸線4、5和6或者在僅帶有兩個自由度的實施形式中軸線4和5相交於一點。然而使這些軸線彼此以一定的標準距離定位可以是有利的。該標準距離以優選的方式可為在人的眼睛與平衡器官之間的最小距離。
[0073]此外，圖1、圖2、圖3和圖4的不同實施形式可與圖5至8的相應的運動裝置以及未示出的運動裝置組合。
[0074]此外應注意的是，本發明不限於所列舉的實施例。相應於本發明思想的另外的實施方案還從單個或多個特徵(其可從整個說明書、附圖和/或權利要求中得悉)的組合中得出。因此，也公開了由來自不同實施例的特徵的組合構成的實施方案。附圖是至少部分示意性的圖示，其中，尺寸和比例可與另外的未繪圖示出的實施形式或特徵以及與真實的實施方案相偏離。
[0075]附圖標記清單 I第一承載元件
2第二承載元件 3第三承載元件 4第一旋轉軸線 5第二旋轉軸線 6第三旋轉軸線 7保持裝置 8人
9運動裝置 10圖像重現面 11空心體 12中心 13頭部 14可視範圍 15開口 16蓋
17控制單元 21參數輸入單元 22第一旋轉連接裝置 23第二旋轉連接裝置24第三旋轉連接裝置25投影儀26第一旋轉驅動器27第二旋轉驅動器28第三旋轉驅動器29第一軸承30主臂31主驅動器32主旋轉軸線33滑座籃34舉升滑座35滑座引導部36線性運動裝置37保持裝置。
【權利要求】
1.一種用於人的空間運動的裝置，其包括: -第一承載元件(I)，其具有用於至少一個人(8)的保持裝置(7)並且能夠圍繞第一旋轉軸線(4)相對於第二承載元件(2)旋轉地來布置； -第二承載元件(2)，其能夠圍繞第二旋轉軸線(5)相對於第三承載元件(3)旋轉地來布置，其中，所述第一旋轉軸線(4)和所述第二旋轉軸線(5)彼此大致正交地布置； -和圖像重現面(10)； 其特徵在於， 所述保持裝置(7)相對於所述圖像重現面(10)具有至少一個旋轉自由度。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述保持裝置(7)相對於所述圖像重現面(10)具有允許旋轉大於45°的旋轉自由度。
3.根據權利要求1或2中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述裝置包括運動裝置(9)，其實施為單臂離心機、實施為帶有可移動的滑座的離心機、實施為帶有可移動的舉升滑座的離心機、實施為可線性移動的車、實施為帶有可在兩側移動的滑座的雙臂離心機、實施為帶有可在兩側移動的舉升滑座的雙臂離心機、實施為帶有至少一個旋轉的和/或平移的自由度的機器人臂、實施為六足部或實施為靜止的懸掛部。
4.根據權利要求 1至3中任一項所述的裝置，其特徵在於， -所述第三承載元件(3)能夠圍繞第三旋轉軸線(6)相對於運動裝置(9)旋轉地來布置，其中，所述第二旋轉軸線(5)和所述第三旋轉軸線(6)彼此大致正交地布置。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述第三承載元件(3)剛性地與運動裝置(9)相連接。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述圖像重現面設置在所述第二承載元件處並且與其相連接。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述承載元件(1，2，3)和所述運動裝置(9)位於在所述人(8)的視野(14)之外的任意的旋轉位置和位置中。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述旋轉軸線(4，5，6)大致伸延通過中心(12)。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述人(8)的身體、尤其頭部、身體重心或所述人的心臟位於所述中心(12)的區域中。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述圖像重現面(10)大致跟隨凹狀地圍繞所述保持裝置(7)彎曲的空心體(11)的內側來構造。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特徵在於，所述空心體(11)和/或所述圖像重現面(10)具有大致封閉的形狀、尤其作為空心球、作為空心橢圓體、分段地空心體狀地或空心球狀地來構造。
12.根據權利要求10或11中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述空心體(11)具有用於所述人(8)的進出的開口(15)，並且所述開口(15)構造為可封閉的開口(15)，其中優選地，蓋(14)實施成補充所述空心體(11)的形狀。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的裝置，其特徵在於，設置有用於驅動所述承載元件圍繞其相應的旋轉軸線旋轉及用於驅動所述運動裝置的至少一個驅動器和至少一個控制單元(17)，並且至少一個所述驅動器能夠由所述控制單元(17)控制。
14.根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於，為了圍繞所述第一旋轉軸線(4)驅動所述第一承載元件(I)設置有第一驅動器(26);為了圍繞所述第二旋轉軸線(5)驅動所述第二承載元件(2)設置有第二驅動器(27);且必要時為了圍繞所述第三旋轉軸線(6)驅動所述第三承載元件(3)設置有第三驅動器(28)。
15.根據權利要求13或14所述的裝置，其特徵在於，設置有用於所述人對所述控制單元(17)、尤其對所述承載元件(1，2，3)和所述運動裝置(9)的運動的控制產生影響的至少一個參數輸入單元(21)。
16.根據權利要求1至15中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述圖像重現面(11)構造為反映一個或多個投影儀的圖像的圖像重現面，或者構造為純平屏幕面，例如OLED屏幕面、等離子體屏幕面或LCD屏幕面。
17.根據權利要求1至16中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述第一承載元件(I)和/或所述保持裝置⑵相對於所述圖像重現面(10)具有旋轉自由度。
18.根據權利要求1至17中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述圖像重現面(10)相對於所述運動裝置(9)具有至少一個自由度。
19.根據權利要求10至18中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述圖像重現面(10)和所述空心體(11)固定地與所述第二承載元件(2)相連接。
20.根據權利要求1至19中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述保持裝置(7)相對於所述第一承載元件(I)具有至少一個可確定的自由度。
21.根據權利要求10至20中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述圖像重現面固定地與所述空心體相連接，或者所述空心體的內側是所述圖像重現面。
22.根據權利要求1至21中任`一項所述的裝置，其特徵在於，所述第一承載元件(I)卡箍形地在所述人(8)的視野之外伸延地來布置。
23.根據權利要求1至22中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述第二承載元件(2)環形地、封閉地空心體形地或者部分封閉地空心體形地來構造，其中，所述第一承載元件(I)在至少一個部位處、優選地在兩個部位處能夠圍繞所述第一旋轉軸線(4)旋轉地與所述第二承載元件(2)相連接。
24.根據權利要求1至23中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述第三承載元件(3)構造環形地、封閉地空心體形地或者部分封閉地空心體形地來構造，其中，所述第二承載元件在至少一個部位處、優選地在兩個部位處能夠圍繞所述第二旋轉軸線(5)旋轉地與所述第三承載元件相連接。
25.根據權利要求1至4和6至24中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述第三承載元件(3)在至少一個部位處、優選地在兩個部位處能夠圍繞所述第三旋轉軸線(6)旋轉地與所述運動裝置(9)相連接。
26.根據權利要求1至25中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述旋轉軸線(4，5，6)彼此大致相交於一點。
27.根據權利要求1至25中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述旋轉軸線(4，5，6)中的至少一個與其餘旋轉軸線中的一個具有標準距離。
28.根據權利要求27所述的裝置，其特徵在於，所述標準距離相應於在所述人(9)的平衡器官與眼睛之間的最小距離。
29.根據權利要求1至28中任一項所述的裝置，其特徵在於，為了模擬均勻的、未加速的運動、靜止狀態或準靜態運動，滾動軸線和主旋轉軸線(32)基本上具有一個交點。
30.根據權利要求1至29中任一項所述的裝置，其特徵在於，為了模擬均勻的、未加速的運動、靜止狀態或準靜態運動，所述第一旋轉軸線(4)相應於偏航軸線，所述第二旋轉軸線(5)相應於俯仰軸線而所述第三旋轉軸線(6)相應於所述滾動軸線。
31.根據權利要求1至29中任一項所述的裝置，其特徵在於，為了模擬均勻的、未加速的運動、靜止狀態或準靜態運動，所述第一旋轉軸線(4)相應於所述俯仰軸線，所述第二旋轉軸線(5)相應於所述滾動軸線，並且鎖止圍繞所述第三旋轉軸線(6)的旋轉。
32.根據權利要求1至29中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述第一旋轉軸線(4)相應於所述俯仰軸線，所述第二旋轉軸線(5)相應於所述偏航軸線而所述第三旋轉軸線(6)相應於所述滾動軸線。
33.根據權利要求1至29中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述第一旋轉軸線(4)相應於所述偏航軸線,所述第二旋轉軸線(5)相應於所述滾動軸線而所述第三旋轉軸線(6)相應於所述俯仰軸線。
34.根據權利要求1至29中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述第一旋轉軸線(4)相應於所述俯仰軸線,所述第二旋轉軸線(5)相應於所述滾動軸線而所述第三旋轉軸線(6)相應於所述偏航軸線。
35.根據權利要求1至29中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述第一旋轉軸線(4)相應於所述滾動軸線,所述第二旋轉軸線(5)相應於所述俯仰軸線而所述第三旋轉軸線(6)相應於所述偏航軸線。
【文檔編號】G09B9/14GK103718226SQ201280024755
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年5月21日 優先權日:2011年5月23日
【發明者】R.施雷塞伯格 申請人:阿姆斯特－系統科技有限責任公司