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的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]W02002059853A2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。
[0004]在DE 10361417B3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。
[0005]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。
[0006]此外，由本发明进一步导出的结构可以参见以下文献:US 6135928A、US5372561A、GB2312273A、US5702307A、DE10361417B3 和 CN201871178U。
【发明内容】
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019](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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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”。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]—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。
[0030]优选环形的盘与第一环形部分固定连接。
[0031]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。
[0032]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。
[0033]由此，