用于全方向移动的设备的制作方法

本发明总体上涉及允许使用者例如通过行走、跑步、爬行或滚动而在任何方向上进行移动运动的装置。这种装置在本领域中通常被称为全方向跑步机(odt)。

背景技术：

全方向跑步机是一种机械装置，该机械装置允许位于跑步机的活动表面上的使用者进行360度移动运动。全方向跑步机通常是电动的并且通过控制系统来操作，从而与使用者的移动运动同步地移动使用者下面的活动表面，从而将使用者维持在跑步机上的特定位置。换言之，不管使用者如何移动，使用者下面的活动表面都将被控制成在相反方向上移动。因而，与被设计成线性(在一个方向上运动)的以健身为取向的传统跑步机不同，全方向跑步机需要被设计成在水平平面上给予使用者自由运动。

全方向跑步机例如被建议在沉浸式虚拟环境实现(“虚拟现实”，vr)中使用以允许在虚拟空间内进行不受妨碍的运动。因而，跑步机将使用者维持在物理环境中的静止位置，同时给与使用者在虚拟空间中的无限移动运动能力。全方向跑步机还可以用来进行人类复原、模拟、训练、锻炼等等。

全方向跑步机的机械设计通常非常复杂。在us6152854中给出了大量不同示例。活动表面由闭环驱动带与重叠闭环辊带之间的交叉形成，类似于传统线性跑步机的带，该闭环驱动带被驱动而在第一方向上运动，该重叠闭环辊带由在相对于第一方向成直角的第二方向上运动的多行平行圆柱辊形成。在一变型中，闭环辊带由柔性线缆形成，在该柔性线缆上串有大量可自由运动的珠子。在另一个示例中，活动表面被大量所谓的全反向轮覆盖，这些全方向轮交替地布置，并且它们的动力轴线在第一方向上和相对于第一方向成直角的第二方向上。活动表面的所有这些结构都涉及大量的致动部件，因此遭受机械故障和高部件成本的风险升高。它们在操作期间还可能产生哗啦声和其它干扰噪音。

us6252854公开了有一种全方向跑步机的另选结构，该另选结构采用可移动的连续片材，该连续片材围绕扁平实心球状体卷绕。该片材通过其自身弹性保持在该球状体上。通过使片材围绕该球状体滑动，该球状体的平坦顶部将用作活动表面。该活动表面通过片材与可操纵辊之间的摩擦接触而可控地致动，所述可操纵辊居中地位于该球状体的平坦底部下面。所述辊可围绕两个轴线独立地操纵，以分别通过所述摩擦接触产生推力矢量，并且在整圆上引导该推力矢量。尽管该设计提议具有克服以上所列缺陷的可能，但是其引入了若干实践困难。例如，减小片材和球状体之间的摩擦就是一个重大挑战，其原因尤其在于，使用者的重量将片材挤压向球状体的平板顶表面，并且片材需要围绕球状体的圆形边缘表面拉伸。另外，在可操纵辊和片材之间建立足够的摩擦接触并且实现活动表面对由可操纵辊产生的推力矢量做出快速运动响应也是充满挑战。例如，如果将可操纵辊强烈地按压在片材上以增加摩擦接触，则片材将同时被按压在平坦底表面上，从而导致限制片材围绕球状体运动的摩擦。另外，该跑步机的设计不允许活动表面旋转，例如不允许解开连接至使用者或使用者佩带的设备并且以被使用者在活动表面上进行的运动纠缠住的线缆。

技术实现要素：

本发明的目的是至少部分地克服现有技术的一个或多个限制。

另一个目的是提供一种用于具有相对简单并稳健的构造的用于全方向移动的设备。

进一步目的是提供一种具有快速运动响应的用于全方向移动的设备。

这些目的中的一个或多个以及可以从下面描述而显现的进一步目的至少部分地通过根据主要方面的设备来实现，这些主要方面的实施方式由其他方面限定。

根据本发明的一个方面，提供了一种允许使用者在任意方向上运动的设备，该设备包括：框架，该框架包括用于所述使用者的平坦支撑表面并且在朝向所述平坦支撑表面的方向上看时限定周边；连续片材，该连续片材被布置成包围所述框架同时沿着所述平坦支撑表面延伸，从而限定覆盖在所述平坦支撑表面上的可移动的活动表面；以及驱动装置，该驱动装置被布置成与所述片材摩擦接触，从而致使所述连续片材并由此致使所述活动表面相对于所述平坦支撑表面在给定方向上被驱动。所述驱动装置包括围绕所述框架的周边分布的至少三个驱动单元，每个驱动单元包括驱动辊，该驱动辊被布置成以抵靠所述框架的圆周边缘表面的方式旋转地接合所述片材，从而与所述连续片材建立摩擦接触。

所述设备采用少量被致动的部件来提供可移动的活动表面。基本上，连续片材围绕所述框架包裹并且通过围绕所述框架的周边的三个或更多个间隔开的区域处的摩擦接触被驱动而围绕所述框架运动。通过这种基本设计，所述设备简单并且稳健。通过布置所述驱动单元以与所述圆周边缘表面建立摩擦接触，即在活动表面的附近和在所述连续片材的相对高张力区域中建立摩擦接触，实现了快速运动响应。换言之，从驱动辊旋转到活动表面运动的时间段较短。

通过在边缘表面处的摩擦接触来驱动所述片材的运动，可以采用具有开口底部的壳形框架。这将降低设备的重量，减小片材和框架之间的摩擦，并且潜在方便处理和组装。

在下文中描述的各种实施方式提供了附加技术效果和优点，包括提供了活动表面的简单且有效的运动控制，减小了片材和框架之间的摩擦，通过摩擦接触改进了向片材的能量传递，提供了片材和框架的组合的牢固支撑，能够实现活动表面的倾角控制，方便设备组装，并且增强使用者在活动表面上运动时的体验。

在一个实施方式中，相应的所述驱动单元被构造成使所述驱动辊围绕作为所述驱动辊的对称轴线的第一轴线旋转，其中相应的所述驱动单元被进一步构造成使所述驱动辊围绕垂直于所述第一轴线的第二轴线旋转，并且其中相应的所述驱动单元被布置成使得所述第二轴线在朝向所述平坦支撑表面的方向上看时位于所述框架的径向方向上。另外，相应的所述驱动单元可以被布置成所述第二轴线基本垂直于所述圆周边缘表面在所述驱动辊和所述连续片材之间的摩擦接触位置处的切平面。

另选地或附加地，在一些实施方式中，所述驱动单元被布置成使得所述驱动辊围绕所述第一轴线的旋转驱动所述连续片材，并且所述驱动辊围绕所述第二轴线的旋转至少部分地控制所述连续片材在所述给定方向上被驱动。

另选地或附加地，在一些实施方式中，相应的所述驱动单元包括被布置成使所述驱动辊围绕所述第一轴线旋转的第一马达和被布置成使所述驱动辊围绕所述第二轴线旋转的第二马达。所述第一马达可以集成在所述驱动辊内。

在一个实施方式中，所述框架包括多个可旋转内部支撑元件，所述多个可旋转内部支撑元件相对于所述平坦支撑表面以围绕关系布置以限定所述框架的圆周边缘表面，其中相应的所述驱动单元的驱动辊被布置成以抵靠所述可旋转内部支撑元件中的一个或多个的方式旋转地接合所述连续片材，从而与所述连续片材建立摩擦接触。另外，每个所述可旋转内部支撑元件都可以包括一个或多个全向轮，并且可以被布置成允许所述连续片材与相应的可旋转内部支撑元件接触而在任何方向上运动。另外，每个全向轮可以具有位于其中心的主轴线，并且具有围绕其圆周布置的惰辊，每个惰辊限定次旋转轴线，该次旋转轴线垂直于所述主轴线并且在所述圆周的切向方向上取向。更进一步，每个全向轮可以被布置成使其主轴线在所述框架的周边的切向方向上取向。

另选地或附加地，在一些实施方式中，所述可旋转内部支撑元件被布置成使得所述圆周边缘表面的顶部与所述平坦支撑表面齐平或者略微在所述平坦支撑表面上方延伸。

另选地或附加地，在一些实施方式中，所述设备进一步包括被布置成以抵靠所述可旋转内部支撑元件的方式接合所述连续片材的多个可旋转外部支撑元件。另外，所述可旋转内部支撑元件的中心点可以位于水平平面中，并且其中所述驱动辊和所述可旋转外部支撑元件中的至少一者被布置成在所述水平平面下面抵靠所述可旋转内部支撑元件。另外，所述驱动辊和所述可旋转外部支撑元件可以被布置成在从所述水平平面移位的位置处抵靠所述可旋转内部支撑元件。另选地或附加地，所述驱动辊和所述可旋转外部支撑元件可以被布置成在所述水平平面的相反两侧抵靠所述可旋转内部支撑元件。

另选地或附加地，在一些实施方式中，在所述驱动单元中包括所述可旋转外部支撑元件的至少一子组。

另选地或附加地，在一些实施方式中，每个所述可旋转外部支撑元件包括一个或多个全向轮，并且被布置成允许所述连续片材与相应的可旋转外部支撑元件接触而在任何方向上运动。

另选地或附加地，在一些实施方式中，所述框架大体成形为倒置托盘形状，其中所述托盘的底部限定所述平坦支撑表面的至少一部分，并且其中用于所述多个可旋转内部支撑元件的保持件从所述底部突出以总体上限定所述托盘的侧壁。

在一个实施方式中，所述平坦支撑表面和所述连续片材面对所述平坦支撑表面的内表面中的至少一者被构造成减小接触摩擦。

在一个实施方式中，所述平坦支撑表面包括位于横跨所述平坦支撑表面分散的支座中的多个可自由旋转的球形滚珠。

在一个实施方式中，所述连续片材的背离所述框架的外表面包括用于摩擦增强的表面材料和/或表面结构。

在一个实施方式中，所述连续片材由弹性材料制成。

在一个实施方式中，在朝向所述平坦支撑表面看时，所述框架的周边大体为圆形。

在一个实施方式中，所述连续片材围绕所述框架紧紧地包裹，从而形成扁平球形。在另选的实施方式中，所述连续片材面对所述框架的表面面积超过所述框架的三维轮廓的表面面积，并且所述连续片材通过在所述框架的周边处施加在所述连续片材上的力而横跨所述平坦支撑表面拉伸，其中在所述框架下面所述连续片材松弛。

在一个实施方式中，该设备进一步包括：定位系统，该定位系统用于确定使用者在所述活动表面上的当前位置；和控制器，该控制器被构造成基于使用者的当前位置控制所述驱动装置，以移动所述连续片材，从而将使用者设置在所述活动表面内的给定位置。

在一个实施方式中，所述控制器被构造成统一操作所述驱动辊以通过摩擦接触在所述框架上施加向下力。

在一个实施方式中，所述驱动单元被包括在地板安装底架中，该地板安装底架包括用于分别在竖直方向和在水平方向赋予相应的所述驱动单元运动的移位单元，并且控制器可操作而控制所述移位单元的至少一子组，以使所述驱动单元中的至少一者在所述竖直方向上运动以赋予所述框架倾角，并且使所述驱动单元中的一个或多个在所述水平方向上运动以维持所述驱动辊和所述连续片材之间的摩擦接触。另外，所述地板安装底架可以包括地板安装部分和与所述地板安装部分间隔开的中间部分，所述驱动单元可以附装至所述中间部分，并且用于使相应的所述驱动单元在竖直方向上运动的移位单元可以被布置成将所述地板安装部分和所述中间部分互连，并且可通过所述控制器操作以赋予所述中间部分倾角，并由此赋予所述驱动单元和所述框架倾角。

在一个实施方式中，所述连续片材包括：袋，该袋具有开口；和罩，该罩被构造成装配至所述袋以覆盖所述开口，并且其中所述框架包括共同限定所述框架的多个互锁元件，所述互锁元件中的每个都被构造成装配在所述袋的开口内。

在一个实施方式中，该设备进一步包括用于控制温度、湿度和空气速度中的一者或多者的气候室，其中所述活动表面被布置成限定所述气候室中的地板的至少一部分。

本发明的进一步其它目的、特征、方面和优点将从如下详细描述、从所附权利要求以及从附图中显现。

附图说明

现在将参照所附示意图更详细地描述本发明的实施方式。

图1是根据一个实施方式的全方向跑步机的示意性侧视图。

图2是根据一个实施方式的全方向跑步机的平面俯视图。

图3是用于在图1和图2的跑步机中使用的全方向轮的立体图。

图4是具有平台的全方向跑步机的平面俯视图，该平台被示出为具有摩擦向上翻转的边缘表面以示出外部片材在该平台上的局部运动。

图5是关于跑步机布置的定位系统的立体图。

图6是用于跑步机的驱动单元的示例实施的立体图。

图7是旋转平台上的使用者的立体图。

图8a是具有用于地面支撑的底盘的全方向跑步机的立体图，而图8b示出了图8b的底盘的变型。

图9是用于组装全方向跑步机的平台的一组元件的立体图。

图10是与跑步机一起使用的气候室的立体图。

具体实施方式

下面将参照附图更全面地描述本发明的实施方式，在这些附图中示出了本发明的一些但并非全部实施方式。实际上，本发明可以以许多不同形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了使得本公开可以满足适用的法律要求。在所有附图中相同的附图标记表示相同的元件。

此外，将理解，在可能的情况下，这里描述和/或想到的本发明的任何一个实施方式的任何优点、特征、功能、装置和/或操作方面都可以包括在这里描述和/或想到的任何一个其它实施方式中，反之亦然。另外，在可能的情况下，在这里以单数形式表示的任何术语的意思都还包括复数形式和/或反之亦然，除非另有明确说明。如这里使用的，“至少一个”应该是指“一个或多个”，并且这些短语旨在是可相互交换的。因而，术语“一”和/或“一个”应该是指“至少一个”或“一个或多个”，不过这里还使用了短语“一个或多个”或“至少一个”。如这里使用的，除非在上下文由于表达语言或必要暗示而要求其它情况的条件下，否则措辞“包括”或变体诸如“包含”以包含的含义使用，也就是说，在本发明的各种实施方式中指定存在所阐述的特征，但是并不排除存在或添加有其它特征。

图1至图2示出了根据本发明的实施方式构造的全方向跑步机的示例。应该指出，尽管这些示例包括类似部件，但是这些部件的布置在这些示例之间略微不同。图1是示意性侧视图，其中将平台的外部片材透明化以示出内部部件。图2是示意性平面俯视图，其中也将外部片材透明化。

在这两个示例中，跑步机都包括具有外部可全方向运动的表面的平台1。平台1由刚性内部框架2形成，该刚性内部框架2由采取密封包或袋的形式的片材3完全包围。片材3通常由弹性材料诸如橡胶或塑料制成，并且可以在合适的情况下在这些材料或其它材料中选择性地设有表面特征或表面层以增强或减小摩擦。内部框架2包括平坦支撑表面4，该平坦支撑表面4限定跑步机的活动表面5，即允许使用者进行移动全方向运动的区域。该框架2限定位于平台1的外周边处的圆形边缘表面6。该边缘表面6在侧视图中看时(图1)优选具有圆弧形状。在平面图(图2)中该外周边实质为圆形的。片材3被布置成横跨表面4拉紧以沿着支撑表面4和边缘表面6滑动。因而，片材3可以被看做是在支撑表面4上在所有方向上限定环形带。在图1中实线所示的第一实施中，片材3围绕框架2的轮廓拉伸，例如，拉伸成扁平球体。在图1中虚线所示的第二实施中，片材3的内表面面积大于框架2的轮廓，并且横跨支撑表面4沿着边缘表面6局部拉紧，而在其它部分松弛并由此从框架2向下悬垂。第二实施具有的优点是将片材3中的应力均匀或分布在边缘表面6处，并且还方便平台1的制造(例如，将框架1布置在片材3内的过程)。

为了方便片材3围绕框架2滑动，边缘表面6被构造成在支撑表面4上方突出，从而将片材3以一间隔定位至支撑表面4。片材3的滑动运动通过水平轴承7而进一步改善，所述水平轴承7横跨支撑表面4分布以面对片材3。每个水平轴承7都包括被定位在支座内自由运动的球形滚珠。水平轴承7将减小片材3被使用者的重量压靠在支撑表面4上时的摩擦。为了进一步方便滑动运动，片材3的内表面可以设有低摩擦结构/层。

如图1和图2所示，边缘表面6并因此框架2的周边优选由可围绕相应的主轴线自由地旋转的多个内部支撑元件或内部辊8限定。这将进一步改善片材3围绕框架2的滑动滑动，尤其是在片材3通过边缘表面6处的摩擦接触被致动而移动这一方面(参见下面)。如在图2中看到的，内部辊8总体上具有圆柱形轮廓，并且沿着框架2的周边分布以限定边缘表面6。因而，当在平面图中朝向平台1看时，内部辊8的主轴线被布置成限定一圆。如在图2中看到的，内部辊8被布置成在相应的轴9上自由旋转，所述轴9连接在从支撑表面4径向地突出的杆10之间，如在平台1的平面图中所看到的那样。为了设定支撑表面4和片材3之间的间隔，杆10向支撑平台4倾斜，如在平台1的径向截面中看到的(图1)。由此，框架2并不填充片材3内的整个空间，而是限定总体形状为倒置托盘的的中空外壳。该设计给平台1提供了一种稳定但是重量低的结构。

由于片材3的运动相对于支撑表面4是全方向的，因此片材3也将在所有方向上在内部辊8上滑动。为了减小边缘表面6和片材3之间的摩擦，内部辊8优选被构造为所谓的全方向轮(还被称为“全向轮”)。图3中示出了全向轮8的一个示例。该全向轮包括具有延伸穿过中心安装孔13的主轴线12的圆盘状本体或圆盘11，并且具有围绕本体11的圆周布置的惰辊14。惰辊14可围绕垂直于主轴线12并在圆周的切向方向上取向的相应次旋转轴线15(在图3中仅示出了一个次旋转轴线)自由旋转。这些全向轮是可在商业上获得的标准部件，这些标准部件以可以安装在图1至图2的平台中的许多不同变型出现，例如，关于惰辊14的尺寸、惰辊14的数量和圆盘11的数量。

片材3的运动由多个驱动单元20致动，这些驱动单元20围绕平台1的周边分布(优选均匀地分布)，以通过摩擦接触接合片材3。具体地说，每个驱动单元20布置成抵靠圆形边缘表面6，从而建立摩擦接触。因而，在图1和图2的示例中，内部辊8形成用于驱动单元20的抵靠元件。为了实现片材3的全方向运动，驱动单元20的数量至少为三个，但是为了改善运动控制，可以更多。图2中的示例具有三个均匀的驱动单元20，而图1中的示例具有以对置对布置的四个驱动单元20，为了清楚地展示，省略了其中一对。如图1和图2所示，每个驱动单元20包括具有圆柱形总体形状的驱动辊21。该圆柱形具有位于其对称线(中心线)处的第一旋转轴线r1并且限定与片材3进行接触的侧表面。为了改善驱动辊21和片材3之间的摩擦接触，片材3的外表面可以设有高摩擦结构/层。同样，驱动辊21的侧表面可以设有高摩擦表面结构/层。驱动辊21固定地联接至第一电马达23的驱动轴22，该第一电马达23可操作而使驱动轴22旋转并由此使驱动辊21旋转。马达23可操作而控制旋转方向以及旋转速度。在某些实施中，马达23可以还可操作而允许驱动辊21围绕旋转轴线r1自由旋转。

每个驱动单元20进一步包括第二电马达24，该第二电马达24间接或直接地连接至驱动辊21以使驱动辊21围绕第二旋转轴线r2旋转，该第二旋转轴线r2垂直于第一旋转轴线r1。驱动单元20安装成使第二旋转轴线r2在平台的径向方向上延伸，如在平面图中看到(图2)。另外，驱动单元20被安装成使得驱动辊8并因此使得第一旋转轴线r1实质上在边缘表面6的在驱动辊21和片材3之间的接触区域处的切平面内通过第二马达24而旋转。由此，当切换辊21围绕第二旋转轴线r2旋转时在驱动辊21的圆柱表面和片材3之间建立最大接触面积。

驱动单元20共同限定一驱动装置，该驱动装置由控制器30操作，以使片材3在活动表面5上的给定位置产生期望的运动速度和方向。如图2中所示，控制器30接收活动表面5上的使用者的位置数据p并且产生用于马达23、24的控制信号c1-c6，这些控制信号c1-c6通常用来将使用者维持在活动表面5上的所述给定位置，控制器30还可以产生控制信号c7-c10，以例如基于从vr(虚拟现实)系统输入的数据设置平台1相对于重力方向的倾角。位置数据p可以包括使用者相对于参考位置的瞬间方向和速度，或者允许控制器3计算该瞬间方向和速度。控制器30典型地被构造成对位置数据p操作一个或多个控制循环，以确定控制信号c1-c6。位置数据p可以由与平台相关联或集成在平台中的定位系统产生。图5示出了基于相机的定位系统35的示例，该定位系统35包括被布置成从三个不同角度产生活动表面5和该活动表面5上的使用者的图像的三个相机36。相机36产生图像信号s1-s3，这些图像信号由定位单元37接收并通过本领域技术人员公知的技术进行处理以确定位置数据p。如图5所示，当定位数据p表明使用者100沿方向d移动时，控制器产生控制信号(例如，c1-c6)，以使驱动装置在相反方向d’上驱动片材，从而抵消使用者100的移动。定位系统35可以是任何类型，并可使用任何类型和数量的检测器，包括超声波换能器、集成或附装至支撑表面的压力或力传感器、附装至使用者的加速计、附装至使用者的信号发射器或信号接收器，等等。作为进一步示例(未示出)，使用者可以穿戴通过支柱附装至使用者上方的支撑结构的甲胄，所述支撑结构包括传感器，用于机械地感测所述支柱在支撑结构处与所述活动表面重叠的二维平面内的瞬间位置。这些甲胄、支柱和支撑结构的组合例如在上述us6152854中示出。

返回图2，控制器30操作第一马达23以在相应驱动单元20和片材3之间的摩擦接触区域处施加期望的驱动力，并且操作第二马达24以为该摩擦接触区域处的驱动力设置期望方向。将要理解的是，控制器30基于统一确定所有摩擦接触区域处的期望的力和方向的算法进行操作，以在活动表面5上的特定位置处产生期望运动(方向和速度)。这种统一控制在图4中进一步示出，该图4类似于图2，但是不同之处在于，边缘表面6已经被摩擦地折叠到活动表面5的平面内以更好地示出片材3的运动。为了使片材在平台1的中心c处在由粗箭头表示的方向d’上运动，位于图4的底部处的两个驱动单元20被设置成操作它们的第一马达(未示出)以使驱动辊21旋转，从而在由它们的第二马达(未示出)设置的相应方向上向片材3施加相应的向下力，并且图4的顶部处的驱动单元20或者被设置成操作其第一马达(未示出)以使驱动辊21旋转从而向片材3施加向上力，或者被设置成允许驱动辊在由其第二马达(未示出)设置的方向上自由旋转。所得到的片材3的局部运动由短箭头表示。

在图4中可以注意到，片材的局部旋转发生在边缘表面6的受限区域6’中。返回图1，这些受限区域6’将主要出现在边缘表面6的竖直中心处或附近，即出现在延伸穿过内部辊的中心的水平表面h中(参见图1)。甚至可以构想将驱动单元20定位成在水平平面h中建立摩擦接触，目前认为，驱动单元20应该从该水平平面h移位以确保驱动辊21不与局部旋转的任何受限区域6’接触。在图1的示例中，驱动辊21因此被布置成在从水平平面h移位的位置处接合平台1的边缘表面6。

在图1的具体示例中，驱动单元20被布置成在水平平面h上方的位置处抵靠边缘表面6。平台1由可围绕相应的主轴线自由旋转的外部支撑元件或外部辊25支撑。外部辊25围绕平台1的周边分布并且定位成承载平台1(以及使用者100)的重量。外部辊25可以但是无需与驱动辊21统一定位，并且外部辊25和驱动辊21可以附装或不附装至公共支撑杆26。如在图1中看到的，平台1和外部辊25之间的接触区域将从水平平面h移位。由于片材3的运动是全方向的，因此片材3将在跑步机的使用期间在所有方向上在外部辊25上滑动。为了减小边缘表面6和片材3之间的磨出，外部辊25优选被构造成万向轮(图3)。另选地或附加地，外部辊25的表面可以设置有低摩擦表面涂层/或结构。将驱动辊21和外部辊25布置在水平平面h的相反侧具有限制平台1的竖直运动的附加优点。例如，在平台1上跳动的使用者100或被竖直马达(下述)上升或下降的平台1可能导致该竖直运动。为了进一步限制竖直运动，控制器30可以操作驱动装置，从而由每个驱动辊21向平台1施加向下力。在图4的示例中，这可以通过略微限制片材3在最上面驱动辊21处的运动，例如与由其它驱动辊21施加的片材3的局部运动相比以略微减小的转速操作该驱动辊21来实现。返回图1和具有堆叠片材3(虚线)的第二实施，片材3可以通过由驱动辊21施加的力而横跨支撑表面4张紧。

在另选实施方式中，驱动辊21和外部辊25的位置关于图1切换，从而外部辊25和驱动辊21分别在水平平面h上方和下方接合片材3。由此，外部辊25可以用来限制平台1的竖直运动。然而，还可以构想将外部辊25省略，因此平台1的重量由驱动辊21承载。

图6示出了驱动单元20的实施示例，该驱动单元20被构造成限定上述第一和第二轴线并且控制驱动辊21围绕这些轴线的旋转。驱动单元20包括具有环形端部27的竖直支撑杆26。环元件28以同心布置方式连接至端部27，以围绕环形端部27的中心点旋转。驱动辊21固定地附装至第一马达23的驱动轴22并且轴节连接(journaled)在固定地附装至环元件28的保持件29a、29b中进行旋转。保持件29b包括将第二马达24的驱动轴连接至环元件28的传统齿轮传动器(未示出)，从而将第二马达24的旋转转换成环元件28相对于端部27的旋转。因而，通过第二马达24的旋转，驱动辊21围绕由环形端部27的取向限定的第二轴线旋转。

在这里描述的所有实施方式和示例中，第一马达23可以位于驱动辊21内，从而得到设计更为紧凑的驱动单元20，并且减小使驱动辊21围绕第二轴线旋转所需的机械扭矩。

如在以上描述并且在图6中示出的那样允许驱动辊21围绕第一和第二轴线旋转的驱动单元20的设计还允许控制器30使平台1围绕其中心旋转，例如通过操作所有驱动单元20来产生平行于平台的水平平面h(图1)的力分量并由此共同驱动平台旋转。应该理解，控制器30既可以施加这种旋转，又可以通过围绕平台1移动片材3而控制使用者的位置。图7示出了一个示例，其中使用者100偏心定位，并且平台1旋转以使使用者经受离心力f，例如，在驾驶汽车的虚拟体验期间施加加速幻觉。此外，通过在使用者10在平台1上的位置处在任何给定方向上控制片材3的运动可以实现线性加速/滞后的幻觉。平台的旋转还可以用来使可能联接至使用者佩带的设备(头戴式显示器(下述))的任何线缆或导线(未示出)摆脱缠结。这种线缆或导线通常将附装至使用者上方的支撑结构，并且在使用者在活动表面5上来回运动时可能变得扭曲。控制器31可以操作以缓慢地连续地或间歇地旋转平台1，以抵消线缆的这种扭曲。

返回图1，平台1和驱动单元20由地板安装的底架40承载。底架40被构造成允许通过调节平台1的角度来调节支撑表面4的角度，即活动表面5的倾角。为此，底架40包括竖直地板马达41，该竖直地板马达41连接至承载驱动单元20的竖直支撑杆26(例如，如图6所示)。地板马达41可由控制信号c7、c8控制，以使支撑杆26在竖直方向上移位，从而设置相应驱动单元20所需的竖直水平，以实现活动表面5的期望倾角和/或模拟基础运动。应当注意，平台1的水平范围随着倾角改变。为了补偿该效应，并且为了确保驱动单元20和平台1之间的足够接触，底架40包括水平地板马达42，该水平地板马达42可由控制信号c9、c10控制，以改变支撑杆26之间的距离并由此改变驱动单元20之间的距离。地板马达41、42可以是线性马达。

在图8a中示出了这种底架40的一个实施示例。底架40包括具有径向延伸腿部44的基础结构43，所述腿部44搁置在地板上并且均限定面向上的线性导轨45。每个腿部44被布置成承载一个驱动单元20。相应的支撑块46适当地布置在腿部44，其中突出轨道47布置在线性导轨45上(在放大视图中示出)。每个支撑块46包括一个竖直地板马达(未示出)和一个水平地板马达42。水平地板马达42由轴连接至基础结构43，从而施加支撑块46相对于基础结构43的受控线性运动。在一个变型(未示出)中，水平马达42被替换为弹簧，这些弹簧被朝向基础结构43预加载，从而使得支撑块46在平台1倾斜时自动地朝向基础结构43移位。每个竖直地板马达连接至竖直支撑杆26，该竖直支撑杆26承载相应的驱动单元20，以施加驱动单元20相对于支撑块46和基础结构43的受控线性运动。

在图8b中示出了底架40的变型。图8b中的底架40被构造成维持相应的驱动辊21相对于平台1(由虚线表示)的局部取向，而不管平台1的倾角如何。这是通过确保驱动单元20(仅示出了两个驱动单元)与平台1一致地倾斜实现的。在图8b所示的示例中，支撑杆26(由虚线示意性示出)被刚性地附装至基础结构43，该基础结构43形成了与下面的地板安装腿结构44物理分离并由该腿结构44支撑的中间部件。竖直地板马达41被布置在腿结构44上并且连接至基础结构43，从而个别地调节腿结构44和基础结构43之间的间隔。由此在相应的竖直马达44操作以局部地改变腿结构44和基础结构43之间的竖直距离时，基础结构43、支撑杆26和驱动单元20的组件将一致地倾斜。在图8b的具体示例中，基础结构43限定径向延伸腿部，这些腿部被布置成与下面的腿结构44的腿部共同延伸。竖直马达41安装在支撑块46中，这些支撑块46可滑动地布置在腿结构44的腿部上，并且竖直马达41连接至基础结构43的远端部。这些远端部可在基础结构43的径向方向上移位，以利用倾斜来补偿平台1的水平程度改变。在图示的示例中，相应的远端部的径向位置由弹簧42’调节，不过也可以与图8a一样使用水平马达。

图9示出了可以被组装而形成全方向跑步机的平台1的构建块套件。该套件包括一个中心部分2a和多个楔形周边部分2b(在图9中仅示出了三个)。在图示示例中，周边部分2b设有预安装内部辊8以便于组装。中心部分2a和周边部分2b具有相配合的锁定元件，这些锁定元件允许周边部分2b固定地连接至彼此并连接至中心部分2a以形成框架2。该套件进一步包括：第一袋状片材部分3a，该第一袋状片材部分3a限定安装孔；和第二盖状片材部分3b，该第二盖状片材部分3b适合于附装至第一片材部分3a，从而将安装孔密封。在片材3的第一和第二实施(图1)中，第一片材部分3a优选成形为球形。为了组装平台1，通过安装孔将中心部分2a和周边部位2b引入第一片材部分3a内并且在第一片材部分3a内连接至彼此。当在第一片材部分3a内完成框架2时，例如通过胶合或超声波焊接将第二片材部分3b附装至第一片材部分3a，以覆盖安装孔。

图10示出了气候室50，该气候室50可以与任何构造的跑步机组合，包括与这里公开的全方向跑步机组合。气候室50布置在跑步机的顶部上，以围绕活动表面5限定外壳51。气候室50包括一个或多个空气调节器52，这些空气调节器52可操作而控制外壳51内的湿度、温度和空气速度。空气速度可以模拟吹向使用者100的风。在图示的示例中，气候室50包括布置在外壳51的相反侧的两个空气调节器52。空气调节器52与使用者100的预期位置齐平地安装在倒置u形支撑框架53上。u形支撑框架53可操作而围绕跑步机的中心旋转，以控制经过外壳51的空气流动方向。为了模拟风，空气调节器52可以被控制成通过将空气调节器52的进入和出来空气流量相匹配来产生贯通气流。

如上所述，全方向跑步机可以与vr系统组合，以将使用者的物理方向和速度与使用者航行的虚拟世界的方向和速度紧密耦合。这种vr系统可以典型地包括具有扬声器和麦克风的头戴式显示器(hmd)，并且还可以包括数据手套、身体感测套装、体外骨骼关节角度传感器和/或其他相关设备中的一种或多种。vr系统同样将包括用于图像生成、声音生成和处理相关数据如头部和手的位置的计算机。该全方向跑步机通过向图像生成计算机发送速度和方向信号而与vr系统同步地由控制器30(图2)操作。所述计算机使用如此提供的速度向量更新显示给使用者的图像，从而使用者看到考虑到了该向量的视觉图像。

可以注意到，对于使用具有驱动辊21(这些驱动辊21可围绕第一轴线和第二轴线旋转)的驱动单元20，还有替换方案。在一个这样的替换方案(未示出)中，围绕平台的周边布置大量具有相应驱动辊21的驱动单元20，这些驱动单元20相对于平台1具有固定取向。每个驱动单元20可操作而将驱动辊21与平台1的边缘表面6选择性地接合，以建立摩擦接触并且使片材3在横跨平台1的相应径向方向上移动。因而，每个驱动单元20与横跨平台1的相应径向方向相关联。为了在相对于平台1的中心的特定方向上驱动活动表面5，控制室30选择接合与该特定方向最佳地匹配的径向方向相关联的驱动单元20(或者布置在平台1的相对两侧的一对这种驱动单元20)。该另选案只能产生活动表面5的一组离散运动方向，并且该方向仅仅相对于平台1的中心。在实践上，可能需要过多数量的驱动单元20来对使用者位置实现足够的控制。