用于容纳人员和用于部分地限制人员的运动自由度的装置

摘要

本发明涉及一种装置(100)，用于容纳至少一个人员(25)并且用于部分限制容纳在该装置(100)中的人员(25)的运动自由度，所述装置具有平台(7a)和设置在该平台(7a)上方的第一环形部分(13)，以用于包围所述至少一个人员(25)，所述第一环形部分(13)能相对于平台(7a)旋转，其中，第一环形部分(13)能相对于平台(7a)上下运动。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于容纳至少一个人员并且用于部分地限制容纳 在该装置中的人员的运动自由度的装置，所述装置具有平台和设置在 平台上方的第一环形部件，用于包围所述至少一个人员，所述环形部 件相对于平台能够旋转。本发明特别是涉及运动装置、活动装置、(现 实)模拟装置、训练和/或健身器械。

背景技术

这种装置也以名称“运动装置”已知并且主要与“头戴式显示器” 相结合用作模拟器、健身器械和娱乐器械。当提供相应的虚拟环境时， 这种装置也可以用于虚拟“观光”。如果附加地手持一种控制器，也可 以利用控制器参与“射击游戏”，而不必使用鼠标或键盘。通过适当的 软件甚至可以实现分离视线方向、射击方向和运动方向，并由此使得 “游戏”变得更为真实。

WO2002059853A2公开了一种虚拟现实系统，所述虚拟现实系统 具有运动笼架和包围使用者的运动环，所述运动环相对于运动笼架具 有一个旋转运动自由度。使用者通过较长的、会屈服的固定弹簧连接 在运动环上，所述固定弹簧固定在使用者佩戴的皮带上。这种结构由 于大的直径和长的固定弹簧需要很多空间，特别是在私人领域无法提 供这种空间。此外，固定弹簧较为昂贵并且易于磨损。对运动自由度 的限制没有以对于很多应用场合希望的程度存在，但固定弹簧在所有 方向上都提供活动空间。

在DE10361417B3中记载了一种装置，所述装置包括空心球体， 所述空心球体支承在滚轮上并且人通过使空心球体旋转而可以在空心 球体中运动。球体的旋转通过传感器探测并传输给计算机。所述计算 机现在计算旋转数值并将使用者的运动转换为在虚拟图像中的运动。 由此人员可以运动通过虚拟空间。这种空心球体必须具有大于要使用 器械的人员的体型/身高的直径。出于这个原因，为了能使用这种装置 需要很多空间。由于空心球体还具有惯性，在器械中仅能有条件地实 现急停。

由US7470218已知一种装置，所述装置包括隆起的底部平台，人 可以穿着特殊的鞋而在所述底部平台上进行滑动运动。这种滑动运动 并不类似于自然的行走运动并且前进运动与后退运动相同，因此，该 器械不能识别人希望朝哪个方向运动。

此外，由本发明进一步导出的结构可以参见以下文献：US6135928 A、US5372561A、GB2312273A、US5702307A、DE10361417B3和 CN201871178U。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种装置，所述装置没有已知的模 拟或运动装置的缺点并且尽管部分地限制了运动自由度，仍使得在装 置中运动的人员具有尽可能多的运动空间。这种装置应能够通过节省 空间的设计和简单的结构实现。应确保人员可靠地且确定地连接在装 置上，而同时应将受伤的风险降至最低。

所述目的利用前面所述类型的装置这样来实现，即，环形部分能 相对于平台上下运动。

附加于旋转自由度，环形部分还获得了平移自由度，由此由于特 别是在竖直方向上提高的运动自由度，扩展了应用可能性，并且同时 实现了节省空间的结构。第一环形部分跟随人旋转，就是说，人员的 旋转运动会传递到环形部分上。第一环形部分是形状稳定的，特别是 由刚性材料，例如由金属或硬质塑料构成，由此实现了必要的稳定性。 环形部分优选是连贯的环。但也可以设想在一个位置处中断的环，例 如环形卡箍。第一环形部分构造成用于包围人的躯干，并因此用于将 人连接到装置上。

第一环形部分直接与平台连接或附装到平台上，并且相对于平台 能上下运动，从而人的竖直运动，特别是在站起和蹦跳时的竖直运动 能传递到环形部分上。

所述装置优选具有第二环形部分，由第一环形部分形成的平面和 由第二环形部分形成的平面基本上相互平行，并且第一环形部分设置 在第二环形部分的内部并能绕基本上垂直于由第一环形部分形成的平 面的旋转轴线旋转地支承在第二环形部分上。在这个实施形式中，(内 部的)第一环形部分能旋转地支承在(外部的)第二环形部分中。由 此以可靠、简单且节省空间的方式实现了第一环形部分相对于平台的 旋转自由度。这意味着，(外部的)第二环形部分包围(内部的)第一 环形部分并且这里用作用于(内部的)第一环形部分的支承件或者说 直接的保持件。(外部的)第二环形部分也是形状稳定的，特别是有刚 性材料，例如金属或硬质塑料构成，由此实现了必要的稳定性。(内部 的)第一环形部分优选由(外部的)第二环形部分沿轴向保持，从而 两个环形部分沿平行于旋转轴线方向的相对移动被锁定。这两个环形 部分这里能相对于平台一起上下运动。

第二环形部分优选相对于平台是不可旋转的，由此对于第一环形 部分得到相对于平台明确限定的自由度。所述运动自由度优选是绕旋 转轴线的一个旋转或基本上平行于旋转轴线的一个平移运动，此时锁 定了其他的自由度。

第一环形部分优选能相对于平台绕基本上垂直于由第一环形部分 形成的平面的旋转轴线旋转，由此，当环或第一环形部分包围人的躯 干时，使得人能够绕其身体轴线旋转。

由环形部分形成的平面优选基本上平行于平台的表面或者这些平 面之间的角度或可能的角度变化最高为45°、优选最高为30°、特别 优选最高为15°。所述装置因此可以站立使用，这在运动训练中并且 在多数体感的实景游戏中是希望的。也可以在相对于环平面倾斜的平 面上进行训练。

环形部分优选相对于平台能基本上沿竖直的方向上下运动，其中， 环形部分优选通过基本上竖直的导向件与平台连接。通过这个运动自 由度，特别是使得可以进行跳跃和下蹲。确保实现紧凑的结构。

优选第一环形部分相对于平台关于沿水平方向的平移运动被固 定，由此防止人员沿水平方向的空间运动。这个实施形式主要适用于 可供使用的位置需求较小的情况。

第一环形部分优选具有至少一个悬挂装置，用于将人员连接到第 一环形部分上。所述悬挂装置例如可以构造成钩子的形状或者可以通 过环本身上的孔构成。人员可以通过皮带、绳索、带子、链条或类似 物固定在悬挂装置上。

所述装置优选具有臀部带，用于将人员连接到第一环形部分上， 所述臀部带优选包括至少一个长度可调的连接带，所述连接带与第一 环形部分连接，从而连接带将由于人员的运动引起的力传递到第一环 形部分上。这构成一种特别简单的解决方案，因为在市场上能够购得 任意尺寸的臀部带。替代连接带也可以采用任意合适的连接件，例如 绳索、链条、带子或类似物。

(臀部)带也可以通过伸缩杆这样安装在第一环形部分上，使得 使用者能够在第一环形部分内部进行平移运动。通过使用者在第一环 形部分内部的这种向前和向后的移动确保了，尽管使用者可能具有各 种不同的体型/身高，也能够使用拱曲的底部。伸缩杆这样安装，使得 在使用者旋转运动时不会出现打滑。一个可能性是采用例如两个伸缩 杆。

为了确保使用者的平移的移动而安装(臀部)带也可以通过在第 一环形部分内部的轨道系统来实现。所述轨道为此可以设置在使用者 的(臀部)带的左边和右边并同样允许无打滑的旋转。

为了确保使用者的平移的移动而安装(臀部)带也可以通过在第 一环形部分内部的橡胶系统来实现。所述橡胶系统这样与(臀部)带 和环形部分连接，使得在确定的移动之后由橡胶系统产生的约束力的 大小使得使用者不与第一环形部分接触，所述约束力由橡胶系统的延 长实现。

备选地，第一环形部分本身构成臀部带。此时，第一环形部分具 有刚性的第一部分，以便能够清晰地确定绕旋转轴线的旋转运动以及 上下运动，特别是相对于第二环形部分的运动。此外，在该实施形式 中，第一环形部分包括柔性的第二部分，所述第二部分使得可以将这 样构成的臀部带与人员相适配和固定。相应地，在根据本发明的装置 的一个优选实施形式中设定，第一环形部分具有刚性的第一部分和柔 性的第二部分，其中，第一部分和第二部分构成用于人员的臀部带。

第一环形部分的环内直径优选至少为300mm，以便能够包围人员 的躯干，特别是臀部区域和/或胸部区域。

特别优选的是，第一环形部分的环内直径优选最高为800mm，优 选最高为600mm。通过这种上限确保了，人员与第一环形部分之间必 要的连接不允许存在过多的活动空间。已经证明，通过较短的连接部 使人员的运动尽可能直接地传递到环形部分上。此外，这种解决方案 对位置需求也起到有利的作用。

所述装置优选具有至少一个传感器装置，用于检测由所述装置容 纳的人员的运动和/或运动过程和/或运动程度。由传感器装置记录的 测量值可以被处理或分析评估，并且由训练软件或用于虚拟游戏的软 件所使用。通过所实现的反馈例如允许实现有效的训练或特别接近现 实的“游戏”。

优选所述装置还包括光学的显示装置，特别是显示器、屏幕或视 频眼镜，其中由传感器装置记录的传感器信号可以传送给数据处理装 置，所述数据处理装置又与光学的显示装置(有线或无线地)通信。

外部的环在一个优选的实施形式中由两个、优选相同的硬质塑料 部分组成，所述硬质塑料部分在周边上具有用于转向滚轮的位置。所 述转向滚轮在周边上具有确定的形状，例如U形或V形。能旋转的内 部的环(即“第一环形部分”)在外周边上具有与转向滚轮对应的形状。 能旋转的内部的环(即“第一环形部分”)与转向滚轮一起装入外部的 环(即“第二环形部分”)中。通过转向滚轮的形状锁定内部的环相对 于外部环的轴向运动，但仍保证能进行旋转。相应地，在根据本发明 的装置的一个优选实施形式中设定，在第二环形部分上设置转向滚轮， 所述转向滚轮和第一环形部分相对于彼此这样设计，使得第一环形部 分通过转向滚轮相对于第二环形部分能旋转地支承并且同时沿轴向保 持。

在一个备选的实施方案中，一个环形的盘至少沿第一环形部分的 上侧延伸并且在环形部分和环形盘之间构成的空腔中设有支承件，优 选是球支承件。所述盘防止支承件被污染，减少受伤的风险并且至少 沿一个方向锁定各环形部分之间的轴向移动。

一个环形盘优选沿环形部分的下侧延伸，所述环形盘与沿第一环 形部分的上侧延伸的环形盘一起限定所述空腔。为了能更好的保护支 承件，还沿另一个方向防止各环形部分之间的轴向移动。

优选环形的盘与第一环形部分固定连接。

所述支承件优选包括多个球支承件，其中至少一个球支承件这样 安装在第二环形部分的内侧上，使得球支承件的轴线基本上平行于环 形部分的轴线，并且球支承件与第一环形部分的外侧接触。

至少一个球支承件这样安装在第二环形部分的内侧上，使得球支 承件的轴线基本上垂直于各环形部分的轴线，并且球支承件与沿第一 环形部分的上侧延伸的环形盘的下侧接触。

由此，环形结构(内部的)第一环形部分不能相对于(外部的) 第二环形部分轴向运动。优选在环形盘和(外部的)第二环形部分之 间(沿旋转轴线的方向观察)形成一个间隙。

优选所述至少一个球支承件这样安装在第二环形部分的内侧上， 使得球支承件的轴线基本上沿径向垂直于各环形部分的轴线，并且所 述球支承件与沿第一环形部分下侧延伸的环形盘的上侧接触。由此环 形结构(内部的)第一环形部分相对于(外部的)第二环形部分不能 沿轴向运动。优选在环形盘和外部的第二环形部分之间(沿旋转轴线 的方向观察)形成一个间隙。

优选在环形盘的下侧上优选安装一个具有一圈螺纹的螺旋件，所 述螺旋件的直径基本上与第二环形部分的直径。

优选在第二环形部分上在至少一点处固定杆组件，所述杆组件相 对于由第二环形部分形成的平面倾斜向下延伸，所述杆组件在其外端 上具有导向结构，优选是管保持件，所述导向结构在细长的导向件、 优选是钢管上被引导。导向结构也可以是块体，所述块体优选在具有 特殊横截面的细长导向件的内部、特别是在导向型材的内部，优选在 铝型材的内部被引导。这里所述块体可以具有滚轮，特别是球支承的 滚轮，以便确保在细长导向件中的尽可能无摩擦的运动。铝型材的横 截面这样来选择，使得能实现节省空间的结构。导向结构在型材的内 部上下运动，在导向结构上优选安装多个球支承件。优选这样安装球 轴承，使得能够在多个轴线中承受转矩。

优选细长的导向件或导向型材设计成，使得可以安装转向滚轮并 且一弹簧或橡胶元件可以与导向结构连接。在型材中设有用于弹簧或 橡胶元件的通道和用于球支承件的通道，所述通道可以承受沿球支承 件的轴线方向的转矩。

细长的导向件或导向型材优选具有孔，这些孔适于容纳销。所述 销可以例如由硬质塑料或金属构成并且与所述孔相结合构成锁定件， 就是说，所述销用于锁定环形结构的竖直运动，特别是竖直的向下运 动。这种锁定对于初学者实现了安全性功能，因为初学者不会跌落到 底部上。此外，这种锁定特别是对于经过练习的使用者提供了乘坐功 能，以便进行休息。

对环形结构竖直运动的锁定也可以通过其他锁定键、特别是通过 电子/可控制的模块来实现，所述模块安装在环形结构的连接臂上或者 在确定的位置安装在细长的导向件或导向型材上。这些模块可以通过 电缆或通过无线电信号控制。所述模块可以包括伺服电机、线性电机、 磁力或气动马达。由此，也可以当在虚拟环境中发生确定的动作时， 例如登上汽车时，才可以激活或解除所述锁定。

这里，在根据本发明的装置的一个优选的实施形式中设定，设有 至少一个锁定件，以便在细长的导向件中锁定所述导向结构的运动。

弹簧或橡胶元件通过优选能够螺纹连接的固定元件固定在导向型 材的通道中。所述固定元件可以安装在不同的位置处，以便由此改变 弹簧或橡胶元件的张力。弹簧或橡胶元件用于补偿环形结构的重量。

也可以在导向型材中装入安全带结构，所述安全带结构在快速向 下运动时接住未经练习的使用者。

在所述导向型材上可以安装塑料制成的壳体，所述壳体恰好与横 截面相适配，以便确保实现视觉上令人舒适的外观。在导向型材或在 壳体上可以安装杆组件，所述杆组件用于引导视频眼镜的电缆。所述 杆组件可以具有弯曲部，从而所述杆组件以其上端位于装置中央的上 方。

在所述杆组件上可以安装保持件，所述保持件用于安装其他设备， 例如照相机。

杆组件的导向结构优选包括滑动衬套，所述滑动衬套包围细长的 导向件，所述导向件构造成基本上垂直向上的并且固定在平台上的管。

所述管优选插入与底部支架焊接连接的套筒中并优选与其螺纹连 接。

优选平台在底部支架上构成，所述底部支架由正方形的、等长度 的钢制形成管构成，所述成型管相互焊接成正方形，附加地还在正方 形的底部支架的中央设有成型管，这些成型管按一种十字交叉的形式 设置并且居中焊接到正方形的底部支架的内侧上，并且优选居中在正 方形底部支架的成型管的外侧上螺纹连接附加的等长的成型管，底部 支架的所有成型管的上侧构成一个平坦的平面。

在根据本发明的装置的一个优选的实施形式中相应地设定，平台 在底部支架上构成，所述底部支架由钢制的成型管构成，底部支架的 所有成型管的上侧形成平坦的平面。

所述平台优选通过用PTFE喷剂喷涂的板件、优选是不锈钢板件 构成，其中所述板件优选螺纹连接在底部支架上。

为了实现摩擦系数较小、特别是滑动摩擦系数μ_G较小的良好滑动 特性，可以设置塑料板，人员可以站立在所述塑料板上并在塑料板上 运动。为了实现强化，所述塑料板安装在一个钢板上。作为对此合适 的塑料特别是高分子的聚乙烯(PE-HMW)，例如PE500和/或高密度 聚乙烯(PE-HD)。因此在根据本发明的装置的一个优选的实施形式 中设定，所述平台通过钢板和设置在其上的塑料板、优选是由 PE-HMW或PE-HD制成的塑料板构成，其中，钢板优选螺纹连接在 底部支架上，而塑料板与钢板连接，优选螺纹连接或粘结在钢板上。

平台优选具有孔，用于使光学传感器的光束通过。

所述装置优选包括用于由装置人员的鞋或织物鞋，所述鞋或织物 鞋与平台配合具有较小的摩擦系数，特别是较小的滑动摩擦系数。这 意味着，对于滑动摩擦系数有μ_G≤0.07，特别是0.01≤μ_G≤0.02。

优选鞋或织物鞋与平台之间的摩擦系数这样适配，使得为了进行 运动，人员只需耗费较小的力，但仍保持人员能进行旋转运动。就是 说在臀部带上或在环形部分上。优选传感器装置包括至少一个光学传 感器，所述光学传感器设置在平台下面，所述光学传感器是计算机鼠 标，所述计算机鼠标以其下侧指向上面。计算机鼠标的所述光学传感 器也称为激光游戏传感器。

所述传感器装置的光学传感器优选以六角形这样设置，使得人员 沿任意旋转方向的每次足部运动都能由至少一个光学传感器识别到， 并且所述传感器信号优选发送给微控制器，特别是通过USB集线器和 USB主机屏蔽发送。

优选所述光学装置包括优选光学或声学的距离传感器，所述距离 传感器设置在平台的区域内并且构造成用于测量各环形部分的高度和 /或第一环形部分相对于第二环形部分的旋转角度。

所述传感器装置优选包括距离传感器，优选是光学或声学的距离 传感器，所述距离传感器设置在导向件的区域内并且构造成用于测量 各环形部分的高度。

所述传感器装置优选包括距离传感器，优选是光学或声学的距离 传感器，所述距离传感器设置在第二环形部分的区域内并且构造成用 于测量第一环形部分的旋转方向和旋转角度。这优选通过内环或者说 第一环形部分上的特殊的颜色式样或颜色编码来实现。也可以采用磁 性传感器用于测量旋转角度。

这些测量旋转角度的传感器优选可以安装在适当的模块上，所述 模块直接与能旋转的第一环或第一环形部分相固定，从而补偿环上的 竖直波动，但仍确保了能实现旋转，尽管所述模块没有一起旋转。

所述装置优选为了分析评估传感器信号包括至少一个微控制器， 所述微控制器与所述至少一个传感器装置连接，并且所述装置优选包 括数据处理装置，特别是计算机，所述数据处理装置与微控制器连接。 由此，可以将传感器数据输入相应的应用软件(训练软件、计算机游 戏)中并所述应用软件对所述传感器数据加以考虑。

优选通过一个螺旋件对第一环形部分相对于第二部分进行绝对角 度测量，所述螺旋件由第一传感器检测，并且在第一传感器的传感器 信号和第二传感器的传感器信号之间构成测量差值，所述第二传感器 测量环形部分的高度，由此环形部分的竖直运动不会影响这种测量。

在一个实施形式中，本发明涉及一种用于没有空间运动地施加和 识别运动的装置，用于虚拟现实系统(也已知为运动器械)，所述装置 包括能旋转和能竖直运动的环形结构，所述环形结构通过装备有传感 器的底部支架固定使用者。

一个实施形式还涉及一种相对于内环(第一环形部分)固定使用 者的方法、一种环形结构的内环的角度测量方法、一种用于实施在底 部平台上的滑动运动的方法以及一种使用者足部的滑动运动的测量方 法。

环形结构的第一环形部分(内环)可以绕竖直轴线旋转优选360° 并且整个环形结构可以竖直在整个范围上沿轴向上下运动。

本发明的基本目的特别是，描述必要的系统部件和其配合作用， 利用这些系统部件所述装置可以用作运动器械。这里特别重要的是， 实现在虚拟环境中的运动。

这里核心的重要意义是这样的目的，即，使得使用者能够持续地 执行确定的运动，而不必在空间中前进并且通过传感器检测运动的类 型。

为了强化向虚拟环境中融入感，可以在底部平台下面装入振动单 元，也称为低频振动器(bassshaker)。以这种方式向使用者提供力反 馈。此外，底部平台可以设置在空间运动机上，例如设置六脚平台 (Hexapod)上或3D/6D运动平台上。以这种方式底部平台可以根据 使用者当前感受的虚拟环境发生倾斜，从而将虚拟环形中基础的倾斜 传递或转换为底部平台的实际倾斜。因此在根据本发明的装置的一个 优选的实施形式中设定，所述装置包括振动单元和/或空间运动机，其 中振动单元和/或空间运动机优选设置在平台上。

另一个目的是，降低鞋和底部平台之间的摩擦系数，从而使用者 不需要花费大的力就能够实现运动，但也可以进行旋转运动，所述旋 转运动又至少需要较少程度的摩擦。

总体的运动可能性有：向前行走、向前爬行、向前跑动、侧向爬 行、侧向行走、侧向跑动、向后爬行、向后行走、向后跑动、转体、 下蹲、跳跃和这些运动的组合。

通过用带防止使用者在空间中运动并且由此使其足部在装载有传 感器的底部平台上滑动，可以实现局部运动。为了防止使用者的这些 动作所需的力通过连接带承受，所述连接带与环形结构的内环(第一 环形部分)连接。使用者脚上穿着鞋，所述鞋与底部平台相结合具有 非常小的摩擦阻力。

重要的还有，通过传感器检测到的运动直接在装置中计算并发送 给计算机的驱动软件。

这通过微控制器实现，所述微控制器处理传感器的信号。

另一个目的是，找到检测使用者的臀部运动方向并将其与使用者 足部的运动的运动方向相比较的可能性。

为了能够相对于装置确定限定的方向检测臀部的方向，必要的是， 找到一种方法，测量环形结构的内环的绝对角度。这里也可以测量相 对角度并且这里关于零位置校准环。

这优选通过一个附加的环来实现，所述附加的环沿径向在一个侧 面切开并且弯曲成螺旋件。所述螺旋件在下面安装在环形结构的能旋 转的内环上并且使得通过由固定安装在底部支架上的距离传感器进行 的距离测量给每次旋转分配一个距离。由此内环的每个角度都导致螺 旋件与传感器之间的距离改变。为了使整个环形结构的竖直运动不会 影响这种角度测量，一个仅测量环形结构的高度的第二距离传感器负 责修正测量值。这通过对两个传感器的测量值求差来实现。

对足部运动的检测通过多个计算机鼠标来进行，所述计算机鼠标 向上指向地安装在设有小孔的底部平台的下侧上。或者，通过光学的 激光游戏传感器进行检测，所述激光游戏传感器通常安装在计算机鼠 标中。这些传感器优选以六角形设置，以便实现对足部运动的最佳检 测。

重要的是，降低环形结构在使用者上的重量。这在一个优选的实 施形式中通过滑动衬套和竖直的滑动杆或细长导向件上的适当摩擦来 实现。通过旋紧管保持件的螺钉，可以提高将滑动衬套压向相应滑动 杆上的力。

备选地或补充地，可以通过配重、弹簧元件或橡胶元件补偿环形 结构的重量。特别是通过具有转向滚轮的结构可以实现重量补偿。

杆组件的使环形结构与导向件连接的臂部通过绳索与配重连接。 所述配重可以上下运动并优选在上侧和下侧上与绳索连接。所述绳索 又布设在转向滚轮上，所述转向滚轮固定在细长的导向件或导向型材 上。

备选或附加地，杆组件的臂部与橡胶元件或弹簧元件连接，所述 橡胶元件或弹簧元件固定在直线导向件上，并能够通过转向滚轮上引 导。由此补偿环形结构的重量，并且可以附加地产生这样的力，所述 在元件的应力较强时向上指向，或者在应力较弱时向下指向。

相应地，在根据本发明的装置的一个优选的实施形式中设定，设 有至少一个补偿件，以便至少部分地补偿由于装置的结构作用到第一 环形部分上的重力，所述至少一个补偿元件优选是配重、弹簧元件或 橡胶元件。

此外，在根据本发明的装置的一个特别优选的实施形式中设定， 所述杆组件通过绳索与所述至少一个补偿件作用连接，所述绳索通过 设置在细长导向件上的转向滚轮转向。

也可以将如照相机、振动器、热辐射器或空气喷嘴等元件安装在 steher或细长导向件上，以便由此使虚拟环境中的体验更为真实。

附图说明

现在根据实施例来详细说明本发明。各附图为示例性的并且应显 示发明构思，并且并应限制本发明或穷举地给出本发明。其中：

图1示出根据本发明的装置连同容纳在其中的人员，

图2示出带有钩挂在其上的带的第一环形部分，

图3用分解视图示出通过各环形部分构成的环形结构，

图4示出不带平台的底部支架，

图5示出连接杆与管保持件的固定，

图6示出滑动杆与底部支架的套筒的固定，

图7从侧面示出根据本发明的装置，

图8示出本发明的一个备选实施形式，

图9示出本发明的另一个备选实施形式，

图10示出本发明的另一个备选实施形式的从斜上方观察的轴侧 视图，

图11示出图10的实施形式的细长导向件的细节视图，

图12示出图10的实施形式的导向结构的细节视图，

图13示出图10的实施形式从斜下方观察的轴侧视图，

图14示出通过图10的实施形式各环形部分构成的环形结构的分 解视图，

图15示出图10的实施形式的细长导向件的上端部的细节视图，

图16示出图10的实施形式的不带壳体的细长导向件，

图17示出另一个实施形式的环形结构。

具体实施方式

图1示出根据本发明的装置100，所述装置例如构造成训练装置 或者模拟(现实)装置或用于虚拟游戏的运动装置。所述装置100用 于容纳至少一个人员25并且用于部分地限制容纳在装置100的人员 25的运动自由度，并且包括平台7a和设置在平台7a上方的第一环形 部分13或环，用于包围所述至少一个人员25，人员25站立在所述平 台上。所述环形部分13相对于平台7a能够旋转，并能关于平台7a 上下运动。

在所示实施形式中，所述装置100具有第二环形部分12，其中由 第一环形部分13形成的平面和由第二环形部分12形成的平面基本上 相互平行，并且第一环形部分13设置在第二环形部分12的内部并绕 基本上垂直于由第一环形部分13形成的平面的旋转轴线13a旋转地支 承在第二环形部分上。第二环形部分12相对于平台7a基本上是不可 旋转的。

第一环形部分13相对于平台7a能绕旋转轴线13a旋转，所述旋 转轴线基本上垂直于通过环形部分13形成的平面(图2)。在图1中 示出的实施形式中，由第一环形部分13形成的平面基本上垂直于平台 7a的表面。

环形部分13相对于平台7a能沿基本上竖直的方向上下运动，其 中，环形部分13通过滑动杆6形式的基本上竖直的导向件与平台7a 连接。第一环形部分13由此能相对于平台7a关于沿水平方向的平移 运动固定。

所述装置100具有至少一个传感器装置(例如设置平台7a的区域 内距离传感器8、和/或光学的(运动)传感器和/或侧向定位的传感器)， 用于检测由所述装置100容纳的人员25的运动和/或运动过程和/或运 动程度。

此外，在图1的优选实施形式中可以看到：用于固定人员25的环 形结构1；用于测量环形结构1的第一环形部分13(内环)的角度的 螺旋件3；将环形结构1与管保持件5连接的连接杆或杆组件4，所述 管保持件又将滑动衬套16压紧在竖直的滑动杆6上；底部支架7，竖 直的滑动杆6通过焊接的衬套或套筒17连接在所述底部支架上；底板 2，所述底板螺纹连接在底部支架7上并构成平台7a；光学距离传感 器9，所述光学距离传感器测量环形结构1(例如相对于平台)的高度； 特制的鞋27，所述鞋在底板2上具有很小的摩擦；用将所述装置与计 算机22连接的USB线21；以及头戴式显示器形式的显示装置26。

图2示出与环形结构1的能旋转的内环13连接的带23，所述带 将人员25与所述装置100固定。这里可以看出的是，通过连接带24 与内环13的钩子15连接的带23和使得第一环形部分13(内环)能 够在第二环形部分12(外环)的内部旋转的球支承件14。

图3示出环形结构1的分解视图。这里可以看到：内环13，在所 述内环上安装上盘10和下盘11；球支承件14；用于连接人员25的钩 子形式的悬挂装置15；和外环12。球支承件设置在由环12、13和盘 10、11构成的环形空腔中。

图4示出底部支架7，其中没有安装底部平台。底部平台螺纹连 接在底部支架7上并且具有用于光学传感器的孔，所述光学传感器测 量足部运动。这里示出了：底部支架7；用于测量螺旋件3的高度的 光学距离传感器8；用于测量环形结构1的高度的光学距离传感器8； 用于测量足部的运动的光学传感器19；将光学传感器19的信号传送 给微控制器20的USB集线器18；用于将所述装置与计算机22连接 的USB线21。

图5示出连接杆，所述连接杆通过螺钉与管保持件5连接。所述 管保持件5将滑动衬套固定在竖直的滑动杆6上。这里可以看到：连 接杆或杆组件4；管保持件5；滑动衬套16；以及滑动杆6。

图6示出滑动杆6与底部支架7的固定。滑动杆6这里插入衬套 或套筒17中，所述衬套或套筒焊接在底部支架7上并且附加地利用螺 栓固定在这里。这里可以看到：滑动杆6、衬套或套筒17、底部支架。

图7从侧面示出装置100并且示出传感器的测量射线，所述传感 器测量环形结构1的高度和螺旋件3的高度。这里可以看到：环形结 构1、螺旋件3、连接杆4、滑动杆6、底部支架7、用于测量螺旋件 高度的光学距离传感器8、用于测量环形结构1的高度的光学距离传 感器9。

下面对该实施形式进行详细说明：

装置100包括(专用)带23、平台7a和环形结构1，它们优选通 过滑动衬套和/或钩子相互连接。

底部平台：

底部平台包括底部支架7、底板2和所述装置100的电子设备。 构成平台7a的底板2由正方形的不锈扁钢制成，所述扁钢具有四个小 孔。这些孔的直径优选约为4mm，其尺寸恰好使得底板下面的光学传 感器能够识别到人员25的脚。这些孔的布置形式是正方形的，间距约 为130mm，从而在每个运动方向上总是识别到至少一个脚。为了降低 底板和使用者的鞋之间的摩擦系数，底板还用PTFE喷剂喷涂。所述 底板利用螺钉在角部处螺纹连接到底部支架7上。底部支架7由正方 形的等长的钢制成型管构成，所述成型管相互焊接成正方形。为了在 使用时使得底板不会过度弯曲，附加地还在正方形的底部支架7的中 央设置成型管。这些成型管十字交叉地设置并且居中焊接在正方形的 底部支架7的内侧上。居中地在正方形底部支架7的外侧上螺纹连接 四个附加的等长的成型管。底部支架的所有成型管的上侧构成上侧的 平坦的平面。在四个外部的成型管上焊接短套筒17，这些套筒向上指 向。在这四个套筒17中插入圆形的钢管6。这些管6是等长的并且附 加地螺纹连接在套筒17上。在内部的十字形设置的成型管上设置成正 方形地安装四个光学工作的计算机鼠标(例如A4Tech公司，型号为 N-350)。这些计算机鼠标的下侧指向上面并且底部支架的上侧与其构 成平坦的面。这种布置结构这样适配，使得计算机鼠标的光学的光束 照射通过底板的孔。附加地还在底部支架7的内侧上安装USB集线器 18和微控制器20(例如Arduino微控制器)。所述四个计算机鼠标连 接在USB集线器18上并且USB集线器18通过USB主机屏蔽连接在 微控制器上。在底部支架7的四个外部的成型管之一上设有两个光学 的距离传感器8、9(例如距离传感器GP2YOA02YKSharp)，所述 距离传感器通过三角测量原理工作或者进行分析评估。一个这种传感 器在套筒17前面不远处竖直向上指向地安装，而另一个安装在成型 管与正方形支架的连接部附近。这个传感器也竖直向上指向。这两个 传感器同样连接在微控制器上。USB线连接在微控制器20上并且所 述线缆此时用于与计算机22通信。

环形结构1：

环形结构1包括能旋转的内环13和固定的外环12。

能旋转的内环13包括一个铝环和两个环状的铝盘10、11。第一 环或者说内环13的内直径和两个环状的盘10、11的内直径大小相同。 但两个盘10、11的外直径却大于该环的内直径。内环13的横截面是 矩形的，其中较短的侧边是上侧边和下侧边。两个盘10、11在上面或 下面螺纹连接在内环13上。环形结构的外部包括第二(外)环12， 在第二环上在内部设有例如十五个球支承件14，在外侧在四个点处固 定有正方形的铝制成型管。外环12的横截面优选是正方形的，其中该 正方形的边长比内环13的横截面的竖直的较长侧边短。外环12的内 直径例如比内环13的外直径大约20mm，从而外直径为19mm的球支 承件14能够定位在各环12、13之间的空隙中。由于外环12的横截面 的边长比内环13的横截面的长边的边长短，外环12配合到螺纹连接 到内环13上的两个盘10、11之间。

外环12的内侧上焊接有圆钢。所述圆钢用作用于球支承件14的 固定部。圆钢以三种不同的形式焊接，从而对于球支承件14实现了三 种不同类型的定位可能性。在第一种类型中，圆钢这样焊接到外环12 的内侧上，使得球支承件14的轴线平行于各环12、13的轴线，并且 球支承件14与内环13的外侧接触。整个过程在外环12的整个圆周上 分布的六个点处进行。现在这使得内环13可以旋转。

为了使环形结构1的内部件13相对于外部件12不能沿轴向运动， 例如在九个位置处在外环12的内侧上焊接圆钢，使得所安装的球支承 件14的轴线沿径向垂直于外环12的轴线指向。这些位置也在圆周上 均匀分布。例如在其中六个位置处在外环12的内侧上焊接圆钢，使得 球支承件14与上盘10的下侧接触，并且在上盘10和外环12的上侧 之间形成间隙，从而上盘10和外环12不发生接触。例如在其中三个 位置处这样焊接圆钢，使得球支承件14与下盘11的上侧接触，并且 在下盘11和外环12之间形成间隙，从而下盘11和外环12在下面也 不接触。

外环12的外侧上的四个正方形的成型管通过螺钉刚性地与外环 12连接。这些成型管以大致45度的角度向下倾斜并在这些成型管的 外端上螺纹连接管保持件5。这些管保持件5通过PTFE滑动衬套16 安装在底部平台的四个圆形钢管6上。管保持件6向PTFE滑动衬套 16上挤压，所述套筒16又压到圆形钢管6上。通过改变管保持件5 的压力，可以改变PTFE滑动衬套16与钢管6之间的摩擦力。成型管 具有这样的长度，即，恰好使得在环形结构1的最下面的、PTFE滑 动衬套16与套筒17接触的位置中，内部件13相对于下盘11的高度 约为550mm。

在环形结构1的内部件13的内侧上螺纹连接四个钩子，这些钩子 均匀地在圆周上分布并且用作悬挂装置。这些构在用于固定(专用) 带23。在环形结构1的内部件13的下盘11的下侧上设有螺旋件3(例 如由塑料制成)，所述螺旋件的外直径的大小等于下盘11的直径。螺 旋件3只具有一圈螺旋并且这里具有约160mm的错位。螺旋件3在 四个点处通过适当的由铝制成的连接件在圆钢处螺纹连接到下盘11 上。

专用带：

专用带包括市场上常见的登山带，在其上附加地缝上了四个连接 带24。这些连接带24的长度可以改变并且在其端部上设有钢环。四 个连接带24的布置在带23的周边上均匀分布。(登山)带23仅具有 臀部固定部和腿固定部，带没有肩部固定部。为了将人员25与所述装 置100连接，收紧带23，连接带24的钢环安装到相应的钩子上并且 使四个将带23与环形结构1连接的连接带24的长度缩短，使得连接 带24牢固地张紧。现在连接带24可以承受在装置100中由于使用者 的运动产生的力。

测量技术：

为了使得不同体型的使用者都能够最佳地使用装置100，必须首 先校正器材，特别是传感器装置连同分析评估装置。

足部运动：

当使用者希望在底部平台上运动时，四个张紧的连接带24对此对 使用者产生妨碍，从而使用者的脚开始在底板上滑动。由于在所述底 板上存在小孔并且在小孔的下面设有光学的计算机鼠标，至少一只脚 在滑动经过所述孔时通过所述计算机鼠标识别。计算机鼠标的记录了 运动的信号发送给微控制器20。所述微控制器现在计算运动的方向和 速度。这些数据通过USB线发送给计算机22的驱动软件。

环形结构1的内部件13的位置：

底部平台外部的距离传感器9测量到环形结构1的与管保持件5 连接的成型管的距离并且将信号传送给微控制器20。所述信号用于记 录跳跃和下蹲运动。这些运动通过环形结构1沿轴向的向上和向下移 动来实现。在校正之后，确定一个确定的高度值并外部距离传感器9 的值与该高度值的比较还识别，使用者是否下蹲或跳跃。内部的距离 传感器8测量到螺旋件3的距离并将信号传送给微控制器20。

通过环形结构1的内部件13的旋转，内部距离传感器8到螺旋件 3的距离发生改变，因此，所述成型管与管保持件5连接.由此可以测 量环形结构1的内部件13相对于外部件12的绝对角度。为了在必要 时考虑到由于环形结构1的轴向上下运动导致内部距离传感器8的测 量值失真，在两个距离传感器8、9之间对值求差。由此确保了，可以 检测整个环形结构1的任意可能高度位置处的任意角度。

微控制器20将所述值发送给计算机22上的驱动软件。驱动软件 对微控制器20的数据进行分析评估，然后向希望与装置100一起使用 的软件发送经设定的指令。

图8和9示出本发明的备选实施形式。替代第二(外)环，第一 环形部分通过环段形的部分28保持和可旋转地支承。

图8示出具有两个环段形部分28的实施形式，这两个环段形的部 分彼此对置并且将第一环形部分13容纳在它们之间。第一环形部分 13的横截面是T形的，而环段形部分28的横截面是U形的，并包围 环形部分(13)。

不同指向的支承件(剖面A-A和剖面B-B)，就是说具有不同指 向的轴线的支承件防止或限制部分13和28相对于彼此沿轴向方向和 径向方向的移动。

由第一环形部分13形成的平面和由环段形部分28形成平面基本 上相互平行并且第一环形部分13能绕基本上垂直于由第一环形部分 13形成的平面的旋转轴线13a旋转地支承在环段形部分28上。这里， 环段形部分28也相对于平台7a不能旋转并且与第一环形部分13一起 能上下运动(在图8中未示出)。

在图9中，第一环形部分13具有H形的横截面，并且仅设有一 个环段形的部分28。如由剖视图A-A、B-B和C-C所示，需要三个 不同定向的支承件、即具有不同定向的轴线的支承件，以便防止/限制 部分13和28相对于彼此的移动。为了即使在只有一个(竖直的)导 向杆的情况下也防止图9中的环段形部分28能相对于平台7a的旋转， 所述导向杆与滑动衬套的伸入槽中的突起(抗旋转地)配合作用。也 可以设置第二导向杆，两个与其相配的滑动衬套刚性地相互连接。

在图8和9中示出的变型的优点特别在于，节省材料以及与此相 关对于使用者降低重量。

要明确指出的是，针对第二环形部分12所公开的特征、特别是其 在平台7a上的连接，也适用于环段形的部分28或者可以类似地应用 于环段形的部分28。

图10示出根据本发明的装置100的另一个实施形式，其中，替代 滑动杆6，采用优选由铝制成的导向型材202作为细长的导向件。使 环形结构1与导向结构连接的杆组件4总共具有三个连接杆，并且相 应地设有三个导向型材202。这三个导向型材202竖直设置并且在固 定在底部支架7上，其中，底部支架7在这种情况下由钢制的成型管 构成，所述成型管相互设置成三角形，见图13，图13示出图10的装 置从斜上方观察的轴测视图。

为了改进外观，导向型材202用塑料制成的壳体208包覆，所述 壳体与导向型材202的横截面相适配。图11示出导向型材202连同在 其中引导的块体201的细节视图，所述块体设置在杆组件4的一个连 接杆的端部上。块体201的形状这里与导向型材202的空心型材214 的横截面相适配。块体201可以在导向型材202中上下运动。如图11 中可以看到的那样，导向型材202具有孔203，可以引导销或螺栓(未 示出)穿过这些孔，以便特别是向下限定块体201的运动。就是说销/ 螺栓和孔203构成锁定件，以便锁定环形结构1的竖直运动。通过直 接在块体201的下面和上面将两个销/螺栓插入孔203中，可以在导向 型材202中固定块体201的位置，并且由此基本上(除了存在一定的 间隙)固定环形结构的竖直位置。

在图12中详细示出块体201。块体201具有球支承的滚轮207， 以便实现在导向型材202中尽可能无摩擦的运动。块体201或滚轮207 的尺寸这里这样选择，使得每个滚轮207都不会同时接触导向型材202 的空心型材214的两个相对置的壁部，由此避免了无意中锁定上下运 动。

在图13的视图中可以看到(激光游戏)传感器19的六角形的优 选布置结构，这种布置结构确保了，人员25沿任意旋转方向的每次足 部运动都由至少一个传感器19识别。此外还可以看到振动单元219， 所述振动单元在中央设置平台7a上的各传感器19之间并且使得平台 7a能够进行抖动。以这种方式，特别是对人员25产生力反馈。

图14示出环形装置1的另一个实施形式。这里第二环形部分12 包括上部210和下部211，在一个优选实施形式中，这两个部分210、 211构造成相同的。部分210、211优选由硬质塑料制成。部分210、 211在周边分布地具有凹口212，用于容纳或支承转向滚轮200。这些 转向滚轮200在其圆周上具有确定的形状，例如U形或V形。第一环 形部分13在其外周上具有与转向滚轮200对应的形状。转向滚轮200 与第一环形部分12一起装入所述部分211、210之一中，优选装入下 部211中，然后安装另一个部分210、211、优选是上部210，由此形 成第二环形部分12。通过转向滚轮200的形状，一方面锁定了第一环 形部分13相对于第二环形部分12的轴向运动，另一方面允许第一环 形部分13在第二环形部分12中旋转。

图15示出导向型材202的上端部213的细节视图，其中所述上端 部213是自由端并且没有被壳体208覆盖。可以看到，在导向型材202 或空心型材214中构成通道215，转向滚轮206安装在所述通道中。 这些转向滚轮206用于使绳索205转向，所述绳索在一端与块体201 连接，而在另一端与配重、弹簧元件或橡胶元件204形式的补偿件连 接。以这种方式，由于结构引起的作用到环形结构1上、特别使作用 第一环形部分13上的并且由此还向下拉拽使用者25的重力得到补偿。

图16此外示出一个实施方案，其中作为补偿件使用橡胶元件204 (用虚线示出)，所述橡胶元件在一端与绳索205连接，在另一端固定 在导向型材202上。为了清楚地显示，在图16中，通道15透明地示 出，从而能够看到橡胶元件204。橡胶元件在导向型材202上的固定 通过固定元件216实现，该固定元件能固定在多个固定位置217中。 这使得可以调整橡胶元件204的预紧，从而对由于结构作用到环形结 构1上的重力进行部分或完全的补偿或者过补偿。相应地，人员25 在使用装置100时会感受到一定的、较轻的力，所述力不会向下拉拽 环形结构1(并由此拉拽人员25)；或者人员25不会感觉到沿竖直方 向作用的力；或者人员会感受到一定的轻微的力，所述将环形结构1 (并由此将人员25)向上推。固定元件216可以例如设计成可以拧紧 的元件，并且固定位置217可以设有相应的螺纹。备选地，固定元件 216可以构造成钩子，而固定位置可以构造成具有相应的圈环或开口， 构在可以钩挂在所述圈环或开口中。

图17示出环形结构1的另一个实施形式，其中，第一环形部分 13本身构成用于人员25的臀部带。这里第一环形部分13包括刚性的 第一部分209，所述第一部分在由第一环形部分13形成的平面内基本 上为U形的，并且在垂直于由第一环形部分13形成的平面的平面内。 以这种方式，每个臂部218都容纳第二环形部分12，并且刚性的第一 部分209可以相对于第二环形部分12旋转。附加地，导向件可以为此 设置在第二环形部分12上和在臂部218上，例如以第二环形部分12 中的槽的形式，形成在相应臂部218上的凸块嵌入所述槽中(未示出)， 以便在旋转时实现对刚性的第一部分209特别精确的引导。同时通过 臂部218还锁定了刚性的第一部分209相对于第二环形部分12的轴向 运动。在刚性的第一部分209上固定柔性的第二部分(未示出)，所述 第二部分使得这样构成的臀部带可以与人员25相适配或固定在人员 身上。

所记载的装置仅是本发明的多个可能的变型方案中的几个。本发 明不仅限于所说明的实施形式和在其中指出的各个方面。相反，在本 发明构思之内能够实现多种变型，这些变型是本领域技术人员能够理 解的。同样可以通过所述手段和特征的组合实现其他实施方案，而不 会偏离本发明的范围。