DE19507507C2

DE19507507C2 - Method and device for the physical simulation of predetermined profiles during movement

Info

Publication number: DE19507507C2
Application number: DE1995107507
Authority: DE
Inventors: Johannes Kindt; Robert Lemor
Original assignee: Johannes Kindt; Robert Lemor
Current assignee: KINDT, JOHANNES, 46485 WESEL, DE LEMOR, ROBERT, 38
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1995-03-06
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2015-03-07
Also published as: DE19507507A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur physischen Simulation vorgegebener Profile bei einer Fortbewegung. Da heutzutage virtuelle Welten eine immer größere Rolle in der Forschung, der Anwendung und auch in der Unterhaltung spielen und die extrem hohe Rechenleistung von modernen Computern es möglich macht, realistische Simulationen zu erzeugen, haben wir uns zur Aufgabe gemacht, diese dem Benutzer auf eine für den Menschen natürliche Art zugänglich zu machen. Bisher können zwar schon Straßen, Räume und ganze Häuser als elektronische Datengebilde erzeugt werden und mit Hilfe von Sichtgeräten (3D-Brille, Visette) dem Benutzer zugänglich gemacht werden; eine Bewegung in diesen Welten ist jedoch nur per Joystick, Maus oder ähnlich simplen Eingabegeräten möglich. Eine Simulation bzw. eine virtuelle Realität verliert jedoch an Echtheit, wenn sich ihr Benutzer in der Virtualität zwar bewegt, jedoch nicht das physische Gefühl einer Bewegung erfährt. Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur physischen Simulation vorgegebener Profile bei einer Fortbewegung anzugeben.The invention relates to a method and a device for the physical simulation of predefined profiles when moving. Because virtual worlds play an ever greater role in research these days, the Application and also play in entertainment and the extremely high Computing power of modern computers makes it realistic We have set ourselves the task of generating simulations To make users accessible in a natural way for humans. So far, streets, rooms and entire houses can already be used as electronic Data structures are generated and with the help of viewing devices (3D glasses, visette) made available to the user; is a movement in these worlds however only possible with a joystick, mouse or similar simple input devices. However, a simulation or virtual reality loses authenticity if their user moves in virtuality, but not physical Experience feeling of movement. It is accordingly the object of the present Invention, a method and an apparatus for the physical simulation of predetermined profiles when moving specify.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is solved by the features of claim 1. Beneficial Refinements are specified in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung - auch Cyberstep genannt - vermittelt das physische Gefühl einer Fortbewegung während einer Simulation eines vorgegebenen Profils.The device according to the invention - also called cyberstep - conveys this physical sense of locomotion during a simulation of a given Profiles.

Der Cyberstep bildet ein Interface zwischen Virtualität und Realität. Die natürlichste Fortbewegung für das Menschen ist das Gehen. Der Cyberstep bietet dem Benutzer die Möglichkeit, sich gehend in alle Richtung entlang eines vorgegebenen Profils zu bewegen, ohne je an physikalische Grenzen zu gelangen. Er erfährt dabei das Gefühl einer Bewegung, ohne jedoch seine Position im realen Raum zu verlassen.Cyberstep forms an interface between virtuality and reality. The most natural form of transportation for people is walking. Of the Cyberstep offers the user the ability to walk in all To move direction along a given profile without depending on physical Limits to get. He experiences a feeling of movement, but without his Leaving position in real space.

Das Gefühl für die Bewegung wird vom Menschen hauptsächlich durch den Lagesinn für die Stellung seiner Gliedmaßen zueinander, sowie durch das Gleichgewichtsorgan gewonnen. The feeling for movement is mainly determined by the human being Positional sense for the position of his limbs to each other, as well as by the Equilibrium organ won.

Das Gleichgewichtsorgan ähnelt einem einfachen Trägheitsnavigationssystem, es befindet sich im Innenohr und reagiert auf Drehbeschleunigungen. Der Lagesinn ergibt sich aus den komplexen Informationen, die von über den ganzen Körper verteilten Nervenzellen gewonnen werden. Durch ihn ist jederzeit die Lage der Gliedmaßen (Beine, Arme usw.) zueinander, die momentane Belastung der einzelnen Gelenke, sowie die Änderungstendenzen dieser Größen, also auch Information über Geschwindigkeit und, in gewissen Grenzen, auch Beschleunigung bekannt.The equilibrium organ resembles a simple inertial navigation system, it is located in the inner ear and reacts to rotational accelerations. Of the The sense of location results from the complex information provided by everyone Distributed nerve cells can be obtained. Through him is always Position of the limbs (legs, arms, etc.) to each other, the current load of the individual joints, as well as the change tendencies of these sizes, so also Information about speed and, within certain limits, too Acceleration known.

Will man den Läufer ein bestimmtes Profil abarbeiten lassen, müssen alle diese Komponenten möglichst genau, d. h. jenseits des sinnlichen Auflösungsvermögen simuliert werden.If you want the runner to work through a certain profile, everyone has to these components as accurately as possible, d. H. beyond the sensual Resolving power can be simulated.

Man veranschaulicht sich das am besten am Modell eines Laufbandes (DE 39 33 999 A1). Ein Mensch, der auf einem Laufband läuft, hat das Gefühl, sich in eine bestimmte Richtung zu bewegen, in Wirklichkeit wird jedoch seine Lage im Raum durch das ihm entgegenlaufende Laufband konstant gehalten. Besäße das Laufband Sensoren, die anzeigen, wenn sich der Läufer dem vorderen oder hinteren Ende des Laufbandes nähert und ihn, indem es die Bandgeschwindigkeit variiert, auf dem Band hält, erhielte man eine virtuelle Laufstrecke in einer Richtung. Die Täuschung könnte noch verfeinert werden, indem man den Läufer, anstatt ihn auf eine bestimmte Stelle des Laufbandes einzuregeln, tatsächlich etwas "antreten" ließe, und dann seine Lagedifferenz wieder langsam ausgleichen würde, was ihm ein Gefühl von echter Beschleunigung gäbe.This is best illustrated by the model of a treadmill (DE 39 33 999 A1). A person who runs on a treadmill feels like they are in one certain direction to move, but in reality its location in the Space kept constant by the treadmill running towards it. Have that Treadmill sensors that indicate when the runner is in front or approaching the rear end of the treadmill and moving it by the Belt speed varies, on the belt holds, you would get a virtual Running route in one direction. The deception could be refined by moving the runner to a specific location on the treadmill instead of to settle, actually "start" something, and then his position difference would slowly balance out again, giving him a feeling of real There would be acceleration.

Schwieriger wird alles, wenn sich der Läufer nicht auf einer Geraden, sondern auf einer Ebene, die eventuell sogar noch Unebenheiten wie Steigungen, Treppen usw. besitzt, bewegen soll. Da nun Ausgleichsbewegungen in zwei bzw. drei Richtungen notwendig sind, muß für jeden Fuß einzeln ein Untergrund simuliert und dessen Lage ausgeregelt werden.Everything becomes more difficult if the runner is not on a straight line, but rather on a level that may even have bumps like slopes, Own stairs, etc. Since now compensatory movements in two or three directions are necessary, there must be a surface for each foot individually simulated and its position are corrected.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 ein 2-Achsen-System als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 1 is a 2-axis system as an embodiment of the present invention,

Fig. 2 ein 3-Achsen-System als erweiterte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 is a 3-axis system as an expanded embodiment of the present invention.

In der Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form eines 2-Achsen-Systems dargestellt.In Fig. 1 a first embodiment of the present invention is illustrated in the form of a 2-axis system.

Das System besteht aus 2 parallelen Positionierachsen 1 und 2, auf denen jeweils Stehplatten 1a und 2a in Achsenrichtung verschiebbar angeordnet sind. Mit dieser Ausbaustufe können Erfahrungen mit der Regelung, den auftretenden Kräften und Beschleunigungen und mit dem Ultraschall gesammelt werden. Diese Ausbaustufe entspricht in etwa einem Laufband in einer Richtung, allerdings treten bis auf das Ausweich- und Kollosionsproblem bereits sämtliche Gegebenheiten auf.The system consists of 2 parallel positioning axes 1 and 2 , on which standing plates 1 a and 2 a are slidably arranged in the axial direction. With this expansion level, experience with control, the forces and accelerations that occur and with ultrasound can be gathered. This expansion level corresponds roughly to a treadmill in one direction, but all the circumstances occur except for the avoidance and collision problem.

Zu Beginn des Ablaufs steht der Benutzer mit beiden Füßen auf den Stehplatten. Will er einen Schritt machen, so hebt er einen Fuß von dessen Platte an und führt ihn in einer Gehbewegung nach vorne. Die dazugehörige Stehplatte folgt dem Fuß in der Horizontalen wie ein Schatten. Gleichzeitig überwacht der Computer mit Hilfe des Ultraschallmeßsystems die Position des Körperschwenkpunktes, und, falls dieser aus einem bestimmten Toleranzbereich wandert, wird die zweite, belastete Stehplatte in die entgegengesetzte Richtung bewegt.At the beginning of the process, the user stands with both feet on the standing plates. If he wants to take a step, he lifts a foot from its plate and leads him forward in a walking motion. The corresponding standing plate follows the foot in the horizontal like a shadow. At the same time, the Computer with the help of the ultrasound measuring system the position of the Body pivot point, and if this from a certain tolerance range wanders, the second, loaded standing plate in the opposite direction emotional.

Dies geschieht solange, bis der Benutzer den unbelasteten Fuß wieder auf die erste Platte absetzt.This happens until the user puts the unloaded foot back on the first disc sets.

Insgesamt hat er dadurch das Gefühl, einen Schritt in eine bestimmte Richtung gemacht zu haben; tatsächlich befindet er sich jedoch an der gleichen Position wie vorher. Verändert hat sich lediglich seine Beinstellung.Overall, he feels like he is taking a step in a certain direction to have made; in fact, however, it is in the same position as previously. Only his leg position has changed.

Diese Bewegungsfolge kann beliebig oft und in beliebiger Richtung wiederholt werden, wodurch dem Benutzer ein unbegrenzter Raum, in dem er sich bewegen kann, simuliert wird.This sequence of movements can be repeated any number of times and in any direction be, which gives the user an unlimited space in which to move can be simulated.

Aus den vorangegangenen Überlegungen ergibt sich folgender Systemaufbau: The following system structure results from the previous considerations:

Das Positioniersystem besteht aus servorgetriebenen, digital geregelten Linearmodulen. In der ersten Ausbaustufe von Fig. 1 verwenden wir zwei Linearmodule mit jeweils ca. 1800 mm Verfahrweg und einer Auflösung von ca. 0,1 mm. Die maximale Verfahrgeschwindigkeit in unbelastetem Zustand beträgt ca. 4 m/s. Die Steuerung der Linearmodule erfolgt durch Steuerbefehle über Zielposition, Geschwindigkeit und Beschleunigung, die von einem PC, der als Steuerrechner dient, mittels RS-232-Schnittstelle gegeben werden, oder wahlweise durch Inkrementalkodierung.The positioning system consists of servo-driven, digitally controlled linear modules. In the first stage of development of Fig. 1 we use two linear modules, each with a travel of approx. 1800 mm and a resolution of approx. 0.1 mm. The maximum travel speed in the unloaded state is approx. 4 m / s. The linear modules are controlled by control commands via target position, speed and acceleration, which are given by a PC that serves as a control computer via the RS-232 interface, or optionally by incremental coding.

Das Positioniersystem könnte allerdings auch auf hydraulischer oder pneumatischer Basis gelöst werden.The positioning system could also be hydraulic or pneumatic base can be solved.

Das Ultraschallsystem besteht aus bis zu 8 Sendern, die der Läufer am Körper trägt. Sie sind jeder für sich einzeln adressierbar und senden auf einen Steuerbefehl hin einen US-Impuls aus. Empfangen werden die Impulse von bis zu 24 Empfängern, die um den Läufer herum angeordnet werden. Jedem Empfänger ist ein System von Verstärkern und Komparatoren nachgeschaltet, das aus dem empfangenen Impuls ein (digitales) TTL-Signal sowie, falls kein genügend starker Impuls eingegangen ist, ein Error-Signal erzeugt. Über ein Bussystem sind Sender und Empfänger mit einer I/O- und Zählerkarte (Ultraface) verbunden, die als XT-Slotkarte ausgeführt ist. Das System ist interruptfähig; der Steuerrechner verliert also keine Zeit, während er auf das Ergebnis einer Entfernungsmessung wartet.The ultrasound system consists of up to 8 transmitters, which the runner has on the body wearing. They are each individually addressable and send on one Control command out a US pulse. The impulses from to are received to 24 receivers arranged around the runner. Each receiver is a system of amplifiers and comparators downstream, a (digital) TTL signal from the received pulse and, if a sufficiently strong impulse has not been received, an error signal generated. Transmitters and receivers with an I / O and Counter card (Ultraface) connected, which is designed as an XT slot card. The System is interruptible; the control computer does not waste time while it waiting for the result of a distance measurement.

Eine Messung läuft folgendermaßen ab:A measurement runs as follows:

1. The control computer resets the counters on the Ultraface, selects one Transmitter and gives a start impulse. The further measurement runs without load of the tax calculator.
2. The selected US transmitter sends a first pulse, which is used to control the receiver.
At the same time, the analog maximum value generator, which stores the signal amplitude, is deleted in all receiver circuits (Receive).
3. The US pulse reaches the receiver. One of the Signal amplitude proportional voltage stored.
4. A second US pulse is sent. At the same time, the counters on the Ultraface started. They are used to measure runtime.
5. The 2nd US pulse is received by the receivers. When the impulse arrives it stops its counter at a receiver. As a trigger threshold for that received signal serves an adjustable fraction of the previously obtained Control signal. If the modulation signal was too weak, the US pulse is so arrived at a receiver too "quietly", generates the respective receiver an error signal.
6. An interrupt is triggered in the control computer. The interrupt routine reads the Meter readings from the ultraface and calculated from the runtimes at least three recipients that have not generated an error, the new one Room position of the transmitter.

Mit diesem System können ca. 40 Messungen pro Sekunde durchgeführt werden. Da die Distanz zu dem Fuß, der auf einer Platte steht, nicht, und die Position des Läuferschwerpunktes verhältnismäßig selten ermittelt werden müssen, reicht dies zur Regelung des Cyberstep aus. Auch die Auflösung von ca. 8 mm ist bei geeigneter Interpolation ausreichend.With this system approx. 40 measurements per second can be carried out will. Since the distance to the foot, which stands on a plate, is not, and the Position of the rotor center of gravity can be determined relatively rarely this is sufficient to regulate the cyber step. The resolution of approx. 8 mm is sufficient with suitable interpolation.

Für die schnelle und einfache US-Entfernungsmessung mit 8 Sendern und 24 Empfängern war es notwendig, ein geeignetes Interface zum Steuerrechner zu entwerfen.For the quick and easy US distance measurement with 8 transmitters and 24 It was necessary for receivers to have a suitable interface to the control computer design.

Für schnelle Zugriffe bot sich dabei eine Ausführung als PC-Slotkarte an. Sie wird direkt vom Prozessor angesprochen und ist interruptfähig.For fast access, a version as a PC slot card offered itself. It is addressed directly by the processor and can be interrupted.

Außerdem mußten für die Empfangskanäle 24 separate 16-Bit-Binärzähler implementiert werden. Die Ultraface enthält 8 integrierte Zählerbausteine vom Typ Intel 8254 mit je drei 16-Bit-Zählern und Intel Busanbindung, außerdem zwei I/O-Bausteine vom Typ Intel 8255 mit je 24 frei programmierbaren I/O- Kanälen.In addition, 24 separate 16-bit binary counters were required for the receive channels be implemented. The Ultraface contains 8 integrated counter modules from Type Intel 8254 with three 16-bit counters and Intel bus connection, moreover two Intel 8255 I / O modules, each with 24 freely programmable I / O Channels.

Alle Bausteine werden vom Prozessor memory-mapped angesprochen. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit sind die Busse zum PC gepuffert. Die Adreßlogik ist mit Hilfe eines GALs realisiert und deshalb leicht zu verändern. Der Zähltakt ist wahlweise als Bruchteil des PC-Bustaktes mit Hilfe von Dipschaltern einstellbar oder wird extern angelegt. Zusätzlich sind die Interruptleitungen 2-7 des PC über die Ultraface herausgeführt.All blocks are addressed by the processor memory-mapped. For The buses to the PC are buffered to increase operational safety. The Address logic is implemented with the help of a GAL and is therefore easy to change. The counting clock is optionally a fraction of the PC bus clock with the help of Dip switches adjustable or applied externally. In addition, they are Interrupt lines 2-7 of the PC led out via the Ultraface.

Die zugehörige Software kann zum Beispiel in Turbo-Pascal geschrieben werden. Sie muß unterschiedliche Aufgaben erfüllen und ist deshalb in die im folgenden dargestellten Komponenten Treibersoftware, Regelsoftware und Steuersoftware untergliedert.The associated software can be written in Turbo Pascal, for example will. You must perform different tasks and is therefore in the following illustrated components driver software, control software and Tax software subdivided.

Die Treibersoftware bildet die Schnittstelle zu den Hardware-Komponenten. Der Befehlssatz für die Steuerungen der Linearmodule ist in einer Bibliothek zusammengefaßt. Die Treibersoftware für das Ultraschall-Meßsystem implementiert einen einfachen Befehlssatz zur Durchführung von Entfernungsmessungen. Es können sowohl Einzelmessungen angefordert werden, als auch mit einer vorgegebenen Rate Positionsdaten aktualisiert werden. Dabei löst eine Startroutine eine Messung aus und kehrt dann ins aufrufende Programm zurück. Nach erfolgter Messung löst die Ultraschall- Hardware dann einen Interrupt aus, die Software liest die gemessenen Entfernungen ein und berechnet daraus die aktuellen Raumkoordinaten des Senders.The driver software forms the interface to the hardware components. The instruction set for the controls of the linear modules is in a library summarized. The driver software for the ultrasonic measuring system implements a simple set of instructions to perform Distance measurements. Both single measurements can be requested are updated as well as position data at a predetermined rate will. A start routine triggers a measurement and then returns to calling program back. After the measurement, the ultrasonic Hardware then an interrupt, the software reads the measured Distances and calculates the current spatial coordinates of the Transmitter.

Die Regelsoftware läuft als permanent arbeitender, digitaler Regler. Als Eingangssignale dienen die per Ultraschall vermessenen Positionen von Schwerpunkt und Füßen des Läufers. Geregelt wird die Richtung und die Geschwindigkeit der Fußplatten. Dabei gibt es grundsätzlich zwei unterschiedliche Regelalgorithmen:The control software runs as a permanent digital controller. As Input signals serve the positions of measured by ultrasound Center of gravity and feet of the runner. The direction and the are regulated Speed of the foot plates. There are basically two different control algorithms:

1) An unloaded plate follows the corresponding foot like a shadow, i.e. H. the input variable is the difference between the horizontal position of the Foot and the center of the footplate.
2) A loaded plate is determined by the difference between the center of gravity of the Runner (which is assumed in the middle of the hip) and a definable Zero point regulated in the Cyberstep. With the help of the loaded plate So the position of the runner in Cyberstep kept constant.

Bei der Simulation von Erhebungen, Treppen usw. kommt noch ein weiterer Mechanismus hinzu: eine unbelastete Platte wird weiterhin in ihrer horizontalen Lage nach dem entsprechenden Fuß geregelt, nimmt jedoch an jeder Stelle die relative Höhe zur belasteten Fußplatte ein, die auch im virtuellen Raum an der entsprechenden Stelle besteht.Another comes when simulating elevations, stairs, etc. Mechanism added: an unloaded plate will continue in its horizontal Position regulated according to the corresponding foot, but takes the at every point relative height to the loaded footplate, which is also in the virtual space at the corresponding position exists.

Der Regelsoftware übergeordnet ist die Steuersoftware, die die Regelvorgänge überwacht und so z. B. bevorstehende Kollisionen erkennt und nach einem festgelegten Muster umgeht.The control software, which is responsible for the control processes, is superordinate to the control software monitored and so z. B. detects upcoming collisions and after a circumvents the established pattern.

Den Steuer- und Regelmodulen übergeordnet ist eine einfache Benutzerschnittstelle, über die das System initialisiert und parametriert wird, außerdem können Regelgrößen abgerufen und angezeigt werden. Zum Datenaustausch mit einem VR-Grafikrechner muß noch ein weiteres Softwaremodul geschrieben werden. Die zu übertragende Daten beschränken sich jedoch auf Koordinatenvorgaben für den Grafikrechner und Informationen über Erhebungen.A simple one is superior to the control modules User interface via which the system is initialized and parameterized control variables can also be called up and displayed. To the Data exchange with a VR graphics calculator needs another one Software module can be written. Limit the data to be transferred however, refer to coordinate specifications for the graphics calculator and information about surveys.

Mit dem 2-Achsen-System läßt sich in normalen Laufsituationen ein relativ reales Laufgefühl hervorrufen. Das bestätig sowohl die Konzeption der dargestellten Regelung, als auch die Eignung des Ultraschall-Meßsystems.The 2-axis system can be used in normal running situations create real running feeling. This confirms both the conception of the shown control, as well as the suitability of the ultrasonic measuring system.

In der Fig. 2 ist ein 3-Achsensystem-System dargestellt. A 3-axis system system is shown in FIG .

Für jeden Fuß des Läufers existiert eine Stehplatte 3a bzw. 4a, die durch zwei dreidimensionale Positioniersysteme bewegt werden.For each foot of the runner there is a standing plate 3 a or 4 a, which are moved by two three-dimensional positioning systems.

Die Stehplatten 3a und 4a sind einander gegenüberliegend an den Endpunkten zweier Haltearme 3 und 4 befestigt. Sie können auch noch um die Haltearme 3 und 4 schwenkbar und um sich selbst drehbar gelagert werden. Die Haltearme 3 und 4 sind ständig zueinander parallel ausgerichtet, sind jedoch ansonsten durch die Positioniersysteme je für sich in der XY-Ebene und in der Höhe frei beweglich.The standing plates 3 a and 4 a are attached opposite one another at the end points of two holding arms 3 and 4 . They can also be pivoted about the holding arms 3 and 4 and rotated about themselves. The holding arms 3 and 4 are always aligned parallel to each other, but are otherwise freely movable in the XY plane and in height due to the positioning systems.

Dies wird im folgenden anhand des Haltearms 4 näher erläutert. Entsprechendes gilt dann für den Haltearm 3.This is explained in more detail below with the aid of the holding arm 4 . The same applies to the holding arm 3 .

Der Haltearm 4 ist für eine Verschiebung in Y-Richtung über einen Schlitten 5a mit einer senkrecht zum Haltearm 4 liegenden Horizontalschiene 5 verbunden. Der Schlitten 5a und somit der Haltearm 4 ist längs der Schiene 5 verschiebbar angeordnet. Die Befestigung des Haltearms 4 an den Schlitten 5a ist jedoch nicht starr, sondern derart, daß sich der Haltearm in seiner Längsrichtung, d. h. der X-Richtung bewegen kann, z. B. indem er in einem auf dem Schlitten 5a befestigten Rahmen 5b geführt.The holding arm 4 is connected for a displacement in the Y direction via a slide 5 a with a horizontal rail 5 lying perpendicular to the holding arm 4 . The carriage 5 a and thus the arm 4 is slidably disposed along the rail 5 . The attachment of the holding arm 4 to the carriage 5 a is not rigid, but in such a way that the holding arm can move in its longitudinal direction, ie the X direction, for. B. by being guided in a frame 5 b fastened on the slide 5 a.

Die Lage des Schwerpunktes und der Füße des Läufers werden mit Hilfe von aktiven Ultraschallentfernungsmessern ermittelt. Macht der Läufer nun einen Schritt, hebt er einen Fuß von der entsprechenden Stehplatte. Dies folgt dem unbelasteten Fuß wie ein Schatten, bleibt jedoch in ihrer ursprünglichen XY- Ebene, die der Laufebene des vorgegebenen Profils entspricht. Die Position des Läuferschwerpunktes im realen Raum wird mit Hilfe der belasteten Platte konstant gehalten ist. Sie verhält sich genau wie das zuvor beschriebene Laufband, mit einer Ausnahme: sie kann nicht nur in einer, sondern in jeder beliebigen Richtung der XY-Ebene verfahren werden. Damit wäre eine Fortbewegung in alle Richtungen bzw. eine Simulation einer begehbaren Laufebene technisch realisierbar.The position of the center of gravity and the feet of the runner are determined with the help of active ultrasonic range finders. Now the runner does one Step, he lifts one foot from the corresponding standing plate. This follows that unloaded foot like a shadow, but remains in its original XY- Level that corresponds to the running level of the specified profile. The position of the The center of gravity in real space is determined with the help of the loaded plate is kept constant. It behaves exactly like the treadmill described above, with one exception: it can be in any one, not just one Are traversed in the direction of the XY plane. That would get you in all directions or a simulation of a walkable walking level technically feasible.

Es tritt allerdings noch ein mechanisches Problem auf: da die Fußplatten auf Haltearmen des Positioniersystems befestigt sind, würden sie sich beim Laufen in bestimmte Richtungen gegenseitig behindern. Deshalb ist es notwendig, zusätzlich eine Z-Achse (Höhe) einzuführen. Ist eine Kollosion beider Platten vorherzusehen, taucht die unbelastete Platte aus der Ebene ab, verfährt unter der belasteten Platte und taucht an der Stelle, an der der Läufer seinen Fuß wieder auf den Boden des vorgegebenen Profils setzen will, wieder auf. Außerdem erhält man durch den zusätzlichen Freiheitsgrad auch die Möglichkeit, die dritte Achse des vorgegebenen Profils, also Steigungen und Treppen, zu simulieren.However, there is still a mechanical problem: because the foot plates Holding arms of the positioning system are attached, they would become when walking hinder each other in certain directions. Therefore it is necessary additionally insert a Z axis (height). Is a collision of both plates predicting, the unloaded plate emerges from the plane, moves under the loaded plate and dives at the point where the runner's foot again wants to put on the floor of the given profile, back on. You also get through the additional degree of freedom also the possibility of the third axis of the to simulate the specified profile, i.e. slopes and stairs.

Die Höhenverstellbarkeit der Positioniersysteme sei wieder am Beispiel des Haltearms 4 erläutert.The height adjustability of the positioning systems is again explained using the example of the holding arm 4 .

Die Horizontalschiene 5, an der der Haltearm 4 über den Schlitten 5a befestigt ist, ist an ihren Enden mit Vertikalschienen 6 und 7 derart verbunden, daß sie in der Z-Richtung verschiebbar ist. Die Verbindung kann zum Beispiel wieder über verschiebbare Schlitten 6a und 7a erfolgen.The horizontal rail 5 , on which the holding arm 4 is fastened via the slide 5 a, is connected at its ends to vertical rails 6 and 7 in such a way that it can be displaced in the Z direction. The connection can again be made, for example, via sliding carriages 6 a and 7 a.

Aus Stabilitätsgründen kann noch zusätzlich eine Horizontalschiene 8 vorgesehen sein, die ebenso wie die Schiene 5 in vertikal verschiebbarer Weise mit den Vertikalschienen 6, 7 verbunden ist und durch die Verstrebungen 9 und 10 mit dem Rahmen 5b und dem Haltearm 4 verbunden ist. Die Schienen 5 und 8 sind somit vertikal fest voneinander beabstandet und leiten über die Verstrebungen 9, 10 einen Teil der Auflagereaktionen aus dem Rahmen 5b auf der Vertikalschienen 6 und 7.For reasons of stability, a horizontal rail 8 can additionally be provided, which, like the rail 5, is connected in a vertically displaceable manner to the vertical rails 6 , 7 and is connected to the frame 5 b and the holding arm 4 by the struts 9 and 10 . The rails 5 and 8 are thus vertically spaced apart and conduct part of the support reactions from the frame 5 b on the vertical rails 6 and 7 via the struts 9 , 10 .

Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ergeben sich verschiedene Anwendungsmöglichkeiten.There are various results for the device according to the invention Possible uses.

Sie könnten in allen Bereichen der computergestützten räumlichen Simulation, in denen es auf ein realistisches Körpergefühl bzw. ein erfahrbares körperliches Verhältnis zur simulierten Umwelt ankommt, herangezogen werden, z. B. zur physischen Darstellung in der Architektur. So ist es mit der Vorrichtung möglich, ein nur im Computer existierendes Gebäude zu betreten.You could in all areas of computer-based spatial simulation, in who are looking for a realistic body feeling or a physical experience that can be experienced Relationship to the simulated environment arrives, be used, e.g. B. for physical representation in architecture. So with the device it is possible to enter a building that only exists in the computer.

Eine weitere Verwendung wäre in der Medizin vorstellbar. So könnte sie evtl. zu Rehabilitationsprogrammen für gehbehinderte Menschen genutzt werden. Aufgrund der besonderen Sensorik und der Möglichkeit, die gemessenen Bewegungsabläufe zu speichern, könnten Langzeittherapien nachvollziehbarer und deshalb effektiver gestaltet werden. Weitere Möglichkeiten bieten sich auf dem Gebiet der Unterhaltung an. A further use would be conceivable in medicine. So she could possibly too Rehabilitation programs for people with mobility problems can be used. Because of the special sensors and the possibility of measuring the Saving motion sequences could make long-term therapies more understandable and therefore be designed more effectively. There are other options the field of entertainment.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bildet somit ein universell nutzbares Interface zwischen Mensch und Computer.The device according to the invention thus forms a universally usable device Interface between humans and computers.

Zusätzlich kann auch ein Sichtgerät, wie eine 3D-Brille, verwendet werden, durch die dem Benutzer eine virtuelle Welt in Form des vorgegebenen Profils vorgespiegelt wird, jedoch ist dies nicht zwingend erforderlich.In addition, a display device such as 3D glasses are used, through which the User a virtual world in the form of the predetermined profile is mirrored, however this is not absolutely necessary.

Claims

1. A method for physically simulating a given profile when moving, using a positioning device with two standing plates ( 1 a, 2 a, 3 a, 4 ), during a step movement of a user

the unloaded standing plate follows the foot performing the step in such a way that it is always directly below the foot,
- The position of a position representing the overall position of the user's body is continuously determined, and
-The loaded standing plate is moved in the opposite direction to the movement of this position.

2. The method according to claim 1, characterized in that the profile using a Visual device for displaying a virtual space is made visible.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the profile two or can be three-dimensional.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the location the position representing the overall position of the body and / or the position of the foot performing a step is determined by an ultrasound measuring arrangement.

5. Device for performing the method according to one of the preceding claims, characterized by two rails ( 1 , 2 ) on which the standing plates ( 1 a, 2 a) are arranged movably in the longitudinal direction of the rails.

6. Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 4, characterized by two holding arms ( 3 , 4 ), at the opposite ends of which the standing plates ( 3 a, 4 a) are fastened at rest and which are independent in a horizontal plane are movably arranged from each other.

7. The device according to claim 6, characterized in that the holding arms ( 3 , 4 ) are each movably arranged on at least one horizontal rail ( 5 ) in the direction of a direction vector of the XY running plane.

8. The device according to claim 7, characterized in that the rail ( 5 ) are each arranged on at least one vertical rail ( 6 , 7 ) for movement in the vertical direction.