CN103718226A - 用于人的空间运动的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于人的空间运动的装置，其包括：第一承载元件(1)，其具有用于至少一个人(8)的保持装置(7)并且可围绕第一旋转轴线(4)相对于第二承载元件(2)旋转地来布置；第二承载元件(2)，其可围绕第二旋转轴线(5)相对于第三承载元件(3)旋转地来布置，其中，第一旋转轴线(4)和第二旋转轴线(5)彼此大致正交地布置；和图像重现面(10)；其中，保持装置(7)相对于图像重现面(10)具有至少一个旋转自由度。

Description

用于人的空间运动的装置
技术领域
本发明涉及一种用于人的空间运动的装置，其包括：第一承载元件，其具有用于至少一个人的保持装置并且可围绕第一旋转轴线相对于第二承载元件旋转地来布置；第二承载元件，其可围绕第二旋转轴线相对于第三承载元件旋转地来布置，其中，第一旋转轴线和第二旋转轴线彼此大致正交地布置；和图像重现面(Bildwiedergabeflaeche)。
背景技术
该装置尤其用于模拟运动的系统，例如车辆、船舶、飞机等。在此，经由大量人工产生的感觉给位于空心体或舱室中的人模拟虚拟的现实。这些感官刺激一方面是视听刺激，其经由图像重现面以及声音重现系统来输送给使用者。另一方面，通过相同类型的装置产生作用到使用者上的加速度或力。通过视听的和物理的感觉印象的组合，人的大脑演绎虚拟的运动状态。感觉越精确地等同于这样的情况的实际感觉，该虚拟对于使用者越逼真地起作用。出于该原因，尽可能接近实际地将这些信号输送给使用者是重要的。
此外，在该装置中设置有参数输入单元，使用者经由其可在虚拟的世界中控制运动的系统的运动。
使用者的该控制信号和也可被称为干扰量的可能的环境影响(风、道路等)被输送给物理的模拟模型。其相应于所模拟的对象的实际特性的数学描绘。其包含例如惯性、阻力等量。借助于该模型来计算加速度或力及其定向，其应在虚拟的世界中被输送给使用者。这经由通过控制单元控制不同的驱动器实现。
长期以来已知用于人的空间运动的装置、尤其运动模拟器和定向训练器。
相应于现有技术的装置例如是带有万向地悬挂的舱室的单臂离心机。在这样的装置中，在可旋转地布置的臂的外端处设置有可围绕两个旋转自由度旋转的舱室。由于舱室以与旋转轴线一定的标准距离旋转，舱室和位于其中的人除了重力加速度之外经受离心加速度和切向加速度。合成的加速度方向和由于不同的角速度引起的加速度的值的变化可通过舱室的针对性地旋转被用于给人模拟一定的运动和加速状态。在此，舱室的两个旋转轴线具有共同的交点，其通常位于人的头部的区域中。
另一应用可能性是在双臂离心机、尤其带有可移动的举升滑座(Heave-Schnitten)的双臂离心机中设置万向地悬挂的舱室。该举升滑座可沿着臂移动并且此外具有平移的举升驱动器，其使舱室能够平行于主臂的主旋转轴线运动。
此外，已知具有竖立地布置在六足部(Hexapod)上的舱室的模拟器。除了重力加速度之外，其不具有另外的用于静态地或持续地提高和减小到人上的合成的加速度的器件。通过舱室的倾斜和旋转同样可来模拟运动状态，然而其主要模拟静态的飞行或行驶情况。
尤其当在单臂离心机中使用万向地悬挂的舱室时，出现高的加速力。出于该原因，整个悬挂部以及旋转运动机构必须承受高的力，这前提是尺寸足够。然而，足够的尺寸伴随有装置的增大和因此还有重量的提高以及负载力的提高。
此外，在不同的模拟器中使用不同的万向悬挂部。
发明内容
本发明的目的是现在克服现有技术的缺点以及：
提供一种尽可能紧凑的用于人的空间运动的装置，在其中，尤其用于使人围绕至少两个旋转自由度旋转的承载元件的布置尽可能紧凑且小地来实施，由此可以有利的方式更紧凑地且更成本有利地制造该运动装置，并且在其中此外获得对于人的改善的模拟、尤其在更紧凑的空间上带有更少的干扰影响的更真实的模拟。
根据本发明的目的由此来实现，即保持装置相对于图像重现面具有至少一个旋转自由度。
此外，根据本发明的目的由此来实现，即第三承载元件可围绕第三旋转轴线相对于运动装置旋转地来布置，其中，第二旋转轴线和第三旋转轴线彼此大致正交地布置，或者第三承载元件刚性地与运动装置相连接。
另外的根据本发明的特征例如是，图像重现面设置在第二承载元件处并且与其相连接，承载元件和运动装置位于在人的视野(Sichtfeld)之外的任意旋转位置和位置中，旋转轴线大致伸延通过中心并且/或者人的身体、尤其头部、身体重心或人的心脏位于中心的区域中。
此外，根据本发明的特征可以是，图像重现面大致跟随凹状地围绕保持装置弯曲的空心体的内侧来构造，空心体和/或图像重现面具有大致封闭的形状，尤其作为空心球、作为空心椭圆体(Hohlellipsoid)、分段地空心球形地、分段地空心体形地、空心体形地或空心球形地来构造，空心体具有用于人的进出的开口，并且该开口构造为可封闭的开口，其中优选地，盖(Verschluss)实施成补充空心体的形状。
本发明特征还在于，运动装置实施为单臂离心机、实施为带有可移动的滑座的离心机、实施为带有可移动的举升滑座的离心机、实施为可线性移动的车、实施为带有可在两侧移动的滑座的双臂离心机、实施为带有可在两侧移动的举升滑座的双臂离心机、实施为带有至少一个旋转的和/或平移的自由度的机器人臂、实施为六足部或实施为静止的悬挂部，设置有至少一个控制单元和用于使承载元件围绕其相应的旋转轴线旋转及用于驱动运动装置的至少一个驱动器，并且至少一个驱动器可由控制单元控制，为了围绕第一旋转轴线驱动第一承载元件设置有第一驱动器；为了围绕第二旋转轴线驱动第二承载元件设置有第二驱动器；并且必要时为了围绕第三旋转轴线驱动第三承载元件设置有第三驱动器，并且/或者设置有用于人对控制单元、尤其对承载元件和运动装置的运动的控制产生影响的至少一个参数输入单元。
用于实现根据本发明的目的另外的特征是，图像重现面构造为反映一个或多个投影仪的图像的图像重现面，或者构造为纯平屏幕面(Flachbildschirmflaeche)、例如OLED屏幕面、等离子体屏幕面或LCD屏幕面，第一承载元件和/或保持装置相对于图像重现面具有旋转自由度，图像重现面相对于运动装置具有至少一个自由度，图像重现面和空心体固定地与第二承载元件相连接并且/或者保持装置相对于第一承载元件具有至少一个可确定的自由度。
此外，该装置特征在于，图像重现面固定地与空心体相连接，或者空心体的内侧是图像重现面，第一承载元件卡箍形地、在人的视野之外伸延地来布置，第二承载元件环形地、封闭地空心体形地或者部分封闭地空心体形地来构造，其中，第一承载元件在至少一个部位处、优选地在两个部位处可围绕第一旋转轴线旋转地与第二承载元件相连接，第三承载元件环形地、封闭地空心体形地或者部分封闭地空心体形地来构造，其中，第二承载元件在至少一个部位处、优选地在两个部位处可围绕第二旋转轴线旋转地与第三承载元件相连接，并且/或者第三承载元件在至少一个部位处、优选地在两个部位处可围绕第三旋转轴线旋转地与运动装置相连接。
根据本发明的目的的另外的解决方案是，旋转轴线彼此大致相交于一点，或者旋转轴线中的至少一个与其余旋转轴线中的一个具有标准距离，该标准距离相应于在人的眼睛与平衡器官之间的最小距离，为了模拟均匀的、未加速的运动、静止状态或准静态运动，滚动轴线和主旋转轴线基本上具有一个交点。
此外，本发明特征在于，为了模拟均匀的、未加速的运动、静止状态或准静态运动，第一旋转轴线相应于偏航轴线(Gierachse)、第二旋转轴线相应于俯仰轴线(Nickachse)而第三旋转轴线相应于滚动轴线，第一旋转轴线相应于俯仰轴线、第二旋转轴线相应于滚动轴线，并且锁止围绕第三旋转轴线(6)的旋转，第一旋转轴线相应于俯仰轴线、第二旋转轴线相应于偏航轴线而第三旋转轴线相应于滚动轴线，第一旋转轴线相应于偏航轴线、第二旋转轴线相应于滚动轴线而第三旋转轴线相应于俯仰轴线，第一旋转轴线相应于俯仰轴线、第二旋转轴线相应于滚动轴线而第三旋转轴线相应于偏航轴线，并且/或者第一旋转轴线相应于滚动轴线、第二旋转轴线相应于俯仰轴线而第三旋转轴线相应于偏航轴线。
为了更加清楚，开头定义一些名称：
在静止的、直的头部姿势和直地取向的无运动的视角的情况中可在视觉上被发觉的区域称为可视范围(Gesichtsfeld)。此外，可视范围被定义成双眼的视野，即两个眼睛的可视范围。可视范围的侧向延展直至大约180°、向上延展大约60°且向下延展大约70°。
与可视范围相应的区域被称为视野，其中，视野在深度中通过相应最近的不透明的体或最近的不透明的层来限制。在本发明的情况中，视野例如通过图像重现面、但是也通过驾驶舱元件(Cockpitelement)或装备物品如头盔等来限制。
观察范围(Blickfeld)是还在头部旋转和运动时可被人看到的整个区域。
在直的头部姿势和直地取向的无运动地视角的情况中沿着或平行于观察方向伸延的轴线被称为滚动轴线。
法向地处于其上并且大致表示人的两个眼睛或两个耳朵的连接直线的轴线被称为俯仰轴线。
法向地处于两个前述轴线上并且因此大致跟随人的身体竖轴或脊柱的主延伸方向的轴线被称为偏航轴线。
当其方向矢量正交时，两个旋转轴线正交。对此，在三维的空间中不需要交点。因此，如果其相对于彼此弯曲(windschief)，那么两个轴线也可以是正交的。
附图说明
下面根据多个实施例来详细说明本发明。
图1显示了根据本发明的模拟器舱的斜视图，
图2显示了根据本发明的模拟器舱的剖示图，
图3显示了根据图2中的剖切平面III-III的根据本发明的模拟器舱的剖面，其中，在图3中以II-II表示图2中的剖切平面，
图4显示了本发明的另一实施形式的剖示图，
图5显示了带有单臂离心机的根据本发明的模拟器舱的布置，
图6显示了根据本发明的模拟器舱在双臂离心机处的布置，
图7显示了带有可纵向移动地布置的滑座的根据本发明的模拟器舱的布置，
图8显示了与六足部相结合的根据本发明的模拟器舱。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的用于人的空间运动的装置的斜视图、尤其带有第三承载元件3的模拟器舱，在承载元件3处可围绕第二旋转轴线5旋转地布置有第二承载元件2。空心体11固定地与第二承载元件2相连接。空心体具有孔15和盖16。第三承载元件3包括多个、在该情况中四个旋转连接装置23、24。第二旋转连接装置23用于相对于第三承载元件3驱动和连接第二承载元件2。第三旋转连接装置24用于第三承载元件3相对于这里未绘出的运动装置9的旋转运动。
此外，示意性地示出了第一旋转轴线4、第二旋转轴线5和第三旋转轴线6。这三个旋转轴线大致相应于旋转连接装置的三个旋转轴线。在所示的初始位置中，所有三个旋转轴线彼此正交。这三个轴线4、5、6在该实施形式中彼此大致相交于布置在中心12中的点。
空心体11构造成球形并且具有开口15用于人的进出或者作为通常的用于运输物品的小窗(Luke)。该开口15可通过盖16封闭，盖16大致实施成补充空心体11的形状。然而完全也相应于本发明思想的是，空心体11不连续球形地来构造，而是具有开口，以及例如实施成椭圆形、柱形或方形。
图2显示了根据本发明的实施形式的剖示图。用于人8的空间运动的装置(其位于保持装置7上)包括第一承载元件1，其与保持装置7相连接并且可围绕第一旋转轴线4相对于第二承载元件2旋转地来布置。承载元件1使能够旋转至少10°、20°、30°、45°、90°、180°或360°。该旋转可无级地、受限制地或不受限制地来实现以及主动地来调节。
第二承载元件2可围绕第二旋转轴线5相对于第三承载元件3旋转地来布置。旋转轴线5在该图示中投影地伸延并且因此示出为点。第一旋转轴线4和第二旋转轴线5彼此大致正交地伸延。此外，设置有第三承载元件3，其可围绕第三旋转轴线6相对于这里未示出的运动装置9旋转地来布置，其中，第二旋转轴线5和第三旋转轴线6彼此大致正交地布置。人8由在该实施形式中实施为座椅的保持装置7来保持。根据模拟器的应用，该座椅和围绕的部件可模拟飞机或直升飞机驾驶舱、汽车驾驶舱、LKW驾驶舱等的不同实施方案。对此，不仅座椅形状、外部设计或者还有参数输入单元21可与特殊应用相匹配。例如，参数输入单元可通过控制杆、操纵杆、方向盘、开关、滑座、踏板等来实现。根据应用也可设置有平视显示器。在此驾驶舱可实施成封闭的或者如这里所示敞开的。座椅、即保持装置7优选地可调整，使得人8的头部13可被安放在装置的中心12中。但是，将其它身体部分、例如人的心脏或者身体重心安放在中心完全也相应于本发明思想。对此，保持装置7能够可纵向移动地、可竖直移动地且可选地也可侧向移动地以及可旋转地来构造。
该装置使人至少围绕这三个旋转轴线4、5和6的空间运动成为可能。第一旋转轴线4在该实施形式中相应于偏航轴线、第二旋转轴线5在该实施形式中相应于俯仰轴线而第三旋转轴线相应于滚动轴线。
应注意的是，通过保持装置和人围绕一定的轴线旋转90°，其余两个轴线交换其轴线定义。例如，在保持装置和人围绕偏航轴线旋转90°时，滚动轴线变成俯仰轴线而俯仰轴线变成滚动轴线。根据控制和模拟，由此可灵活地来改变轴线的构造。通过围绕一定的轴旋转也可使其它轴线互换。
在空心体11的内侧上设置有图像重现面10。其优选地跟随空心体的内侧来构造并且在整个可视范围上、优选地在人8的的整个观察范围上延伸。第一承载元件1优选地位于人8的观察范围之外。通过该布置，对于人仅保持装置的期望的部件尤其驾驶舱部件、参数输入单元、平视显示器以及自己的身体、座椅和图像重现面可见。优选地在图像重现面10上示出运动的图像、尤其电脑生成的环境图像。该示出可经由投影仪、但是也可经由其它成像装置实现。在该实施形式中设置有投影仪25。其将期望的图像至少投影到人8的可视范围中。在此，定位设计成使得投影仪自身位于人的观察范围和视野之外。投影图像的区域以优选的方式至少相应于人8的可视范围，或者相应于超过位置的可视范围的区域，从而即使在头部以可能的程度运动时对于人也仅可见所投射的面。在该实施形式中，投影仪固定地与第一承载元件1相连接。在该元件围绕第一旋转轴线旋转时，投影仪以及人一起旋转并且因此跟随人的可视范围。
为了驱动围绕旋转轴线4、5、6的旋转，设置有旋转连接装置22、23和24。为了第一承载元件的旋转设置有第一旋转驱动器28以及第一轴承29。第一旋转驱动器优选地实施为电气旋转驱动器、特别为电气的直接驱动器和/或为液压驱动器。
还为了第二承载元件2围绕第二旋转轴线的旋转设置有至少一个、优选地两个第二旋转驱动器27。在该图示中，其不可见。
第三承载元件3包含至少一个第三旋转驱动器，然而优选地包含两个第三旋转驱动器28。其使相对于运动装置9的所驱动的旋转成为可能。第二旋转驱动器27也可设置在第三承载元件中。在该实施形式中，设置用于使第二承载元件相对于第三承载元件旋转的驱动器和用于使第三承载元件相对于在第三承载元件中的运动装置旋转的驱动器。
通过该构造，有利于所示出的元件的尽可能紧凑的实施方案。为了获得对于人真实的模拟，人8的头部13与图像重现面10一定的最小距离是有利的。该距离越大，对于人来说远离的物体的对于表示环境需要的远景图的印象越真实。另一方面由运动装置移动图像重现面10以及这三个承载元件以及另外的物体。尤其在实施为单臂离心机或还为双臂离心机时，出现高的加速度和由此引起的加速力。由这三个承载元件形成的万向悬挂部的大小相应地直接影响运动装置9的尺寸。由此在真实的表示和在头部与图像重现面之间尽可能大的距离和万向悬挂部的尽可能紧凑的尺寸之间产生目标矛盾。此外，对于模拟的接近真实性重要的是，承载元件位于人的视野之外。在本发明中，人的头部与图像重现面的尽可能大的距离由此来获得，即图像重现面不设置在最内部的(第一)承载元件处、而是移动到进一步处于外面的承载元件上。尽管如此为了通过图像重现面获得无干扰的模拟、尤其环境的无干扰的表示，相对于图像重现面具有自由度的第一承载元件卡箍形地布置在人的观察范围之外。此外，用于围绕两个自由度旋转的驱动器27和28设置成环、在该情况中在第三承载元件3中。处于第三承载元件内的承载元件、即第一和第二承载元件由此可更紧凑地来实施。空心体11在该实施形式中尤其承担承载的功能并且在强度技术上支持第二承载元件。
驱动器的控制经由这里未示出的控制单元17实现。其控制或调节驱动器的旋转运动、旋转位置。除了通过模拟模型控制之外，人自身也可经由参数输入单元21影响驱动器的旋转运动或旋转位置。
图3显示了根据图2中的剖切平面III-III的本发明的实施形式的剖面。第一承载元件1又可围绕第一旋转轴线旋转地布置在第二承载元件2处。第二承载元件设计成环形并且可围绕第二旋转轴线5相对于第三承载元件3来布置。为了旋转，设置有两个第二旋转连接装置23，其分别包括第二旋转驱动器27。如已在对图2的说明中所指出的那样，其设置在第三承载元件中、尤其在第三承载元件的第二旋转连接装置中。
第一承载元件1经由第一旋转连接装置22与第二承载元件2相连接。又设置有第一旋转驱动器26和第一轴承29。然而，布置两个旋转驱动器完全相应于本发明思想。原则上也可能将轴承集成到驱动器自身中或者将驱动器和轴承设计为独立的单元。
此外示出保持装置7、三个投影仪25和图像重现面10。根据图像重现面的应用和尺寸应用更多或更少的投影仪、然而优选地应用三个可以是有利的。
在该实施形式中，第一旋转轴线4也相应于偏航轴线，第二旋转轴线5相应于俯仰轴线而第三、投影地且因此作为点示出的旋转轴线6相应于滚动轴线。
图4显示了另一实施形式，在其中轴线构造与前述实施例不同。第一承载元件1又相对于第二承载元件2可旋转地可围绕第一旋转轴线4旋转地来支承。第一承载元件1卡箍式地围绕保持装置7延伸并且围绕俯仰轴线可旋转地且可驱动地来布置。第二承载元件2构造成环形并且具有在直径上相对而置的、沿着偏航轴线布置的旋转连接装置、尤其第二旋转连接装置23。第二旋转连接装置23同样至少部分地是第三承载元件的组成部分，第三承载元件环形地围绕设置在第二承载元件处的图像重现面，其以优选的方式跟随空心体11的内侧来构造。此外，为了相对于运动装置旋转，第三承载元件3具有至少一个、优选地两个在直径上相对而置的第三旋转连接装置24，其根据该图示不可见。卡箍形地构造的第一承载元件也具有两个在直径上相对而置的第一旋转连接装置22。第三承载元件实施成环形，其中，该环在初始位置中竖立地布置。
在该构造中，第一承载元件设立用于围绕俯仰轴线的旋转，第二承载元件设立用于围绕偏航轴线的旋转，而第三承载元件设立用于围绕滚动轴线的旋转。如也在本发明的其它实施方案中指出的那样，通过围绕旋转轴线4、5和6的旋转，定义的轴线方向能够变换。也在其它实施例中存在的在直径上相对而置的旋转连接装置包括驱动器26、27、28以及用于引导旋转运动的轴承。在根据图4的实施形式中，第一承载元件的部件位于人8的可视范围中。在一些情况中，例如在视野由于头盔或不透明的驾驶舱元件变窄时，这然而不妨碍环境在图像重现面上真实可信地示出，因为这些区域反正被遮盖。在这样的情况中，第一承载元件尽管如此仍位于人的视野之外。
图5显示了根据本发明的用于人的空间运动的装置，其中，运动装置9构造为单臂离心机。其包括主臂30，它可围绕主旋转轴线32旋转并且可由主驱动器31驱动。主驱动器31包括驱动马达和离合器元件以及用于控制旋转的器件。以优选的方式，主驱动器31也可由控制单元17控制且此外可由人经由参数输入单元21控制和由模拟模型影响。主驱动器主要被用于在其大小和变化上影响由重力加速度、中央踏板加速度和切向加速度组成的基本加速度。该基本加速度始终沿着这三个加速度矢量的合成起作用。现在为了使人暴露于不同的加速状态，可使保持装置7且由此也使人8围绕这三个旋转轴线4、5、6旋转。此外，通过环境图像在图像重现面10上投影或示出来支持运动和/或加速度的印象，由此对于观察的人可描绘出几乎真实的运动过程。
这样的运动过程例如可以是飞行情况、汽车的驾驶情况，但是也可以是负载测试等。基于模拟的模拟模型以优选的方式通过数据处理装置、例如计算机来计算。
在该构造中，第三承载元件3可围绕第三旋转轴线6相对于运动装置9旋转地来布置。第二承载元件2同样即可围绕第二旋转轴线5旋转地布置在第三承载元件3处。这两个旋转轴线相应于两个旋转自由度，其中，通过第一承载元件1围绕第一旋转轴线4的可旋转性来提供第三旋转自由度。
示意性地示出，主驱动器31以及所需的轴承和结构上的装置下沉地布置在基座中。
根据另一未示出的实施形式，第三承载元件刚性地与运动装置、例如与单臂离心机的臂相连接。该承载元件由此也可以是该臂的一部分，在其处可旋转地布置有其余承载元件中的至少一个。
图6显示了根据本发明的装置的另一实施形式。在此，这三个承载元件1、2、3设置在举升滑座处。其可移动地布置在滑座篮(Schlittenkorb)33中并且可在主旋转轴线32两侧被移动。双臂离心机的滑座篮33可围绕主轴线32旋转并且由主驱动器31旋转地驱动。
通过该构造能够通过改变人与主旋转轴线32的距离即使在主驱动器31的角速度恒定时也改变合成的加速度。除了这些自由度之外，第三承载元件3可围绕第三旋转轴线8旋转地且可驱动地与举升滑座相连接。此外，举升滑座具有用于承载元件的平移的驱动器，其中，该竖直提升(Vertikallift)的驱动器的方向大致平行于主旋转轴线32伸延。相应地，除了这三个围绕旋转轴线4、5和6的旋转自由度之外，人附加地可平行于主旋转轴线32平移地、沿着滑座篮33平移地并且围绕主旋转轴线32旋转地运动。举升滑座在滑座篮中的平移运动的方向近似跟随法向地处于主旋转轴线32上并且法向地处于第三旋转轴线6上的直线。
加速度及其变化可受不同的运动过程影响：
由滑座篮的旋转引起的加速度：
在此，滑座篮围绕其旋转轴线旋转，其中，其在两侧伸出超过该旋转轴线。举升滑座可线性移动地布置在该滑座篮上。如果该举升滑座刚好位于旋转的滑座篮的旋转轴线之上，则除了重力加速度之外没有其它加速度作用到人上。虽然使用者旋转，其对于该状态大致感觉为不运动的状态，因为在封闭的空心体中或由于整个观察范围向外被遮盖对于其没有旋转的视觉刺激。
如果现在举升滑座远离旋转轴线，则随着与旋转轴线的距离增加径向加速度提升。由重力加速度和径向加速度合成的加速度被使用者感觉到。如果举升滑座又移回并且其横穿滑座篮的旋转轴线，则使用者经历径向加速度的方向的改变。附加地，根据举升滑座的行驶速度还出现科里奥利加速度。
为了使该合成的加速度在其大小上改变，可改变滑座篮的角速度或者可变地进一步向外移动举升滑座。
由平移运动引起的加速度：
由根据本发明的平移的、大致线性的运动引起的举升滑座沿着滑座篮的线性的速度变化以及通过竖直提升引起的承载元件的线性的速度变化是将加速度施加到使用者上的另外的可能性。
加速度的方向的改变：
为了改变合成的作用到身体上的加速度的方向，使人的身体自身运动并且因此例如引起加速度方向或加速度分量振幅的改变的印象是有利的。这借助于承载元件围绕旋转轴线4、5、6的旋转实现，其在所有实施例中可被称作万向悬挂部。现在，经由这些自由度可使保持装置和因此人的身体任意旋转。附加地，整个万向悬挂部在竖直提升处可旋转地来布置。
为了移动根据本发明的装置的元件，设置有一系列驱动器。对于这些驱动器的调整参数可由物理的模拟模型来计算或者由控制中心来预设。视听刺激的产生同样可由物理的模拟模型中得到出或者跟随固定的过程。
滑座篮的旋转轴线铅垂地伸延。
举升滑座在滑座篮中的运动沿着直线进行，其中，该直线垂直于滑座篮的旋转轴线伸延并且与其具有共同的交点。竖直提升的运动方向又垂直于举升滑座的运动直线并且因此平行于滑座篮的旋转轴线。万向悬挂部在竖直提升方面与滑座篮的运行轨道(Kreisbahn)相切地伸延并且因此是水平的且垂直于竖直提升的运动方向。
图7显示了根据本发明的用于人的空间运动的装置的另一可能的实施形式。在此，设置有举升滑座，其可平移运动。该构造在最广泛的意义中相应于图6中的构造，然而代替可旋转地支承的滑座篮33设置有位置固定地布置的滑座引导部35。举升滑座可在该滑座引导部上平移地并且可驱动地来布置。举升滑座又具有平移的自由度，其几乎垂直于滑座引导部的方向。承载元件3又可围绕第三旋转轴线旋转地布置在其处。第二承载元件2又相对于第三承载元件可旋转地来布置并且固定地与空心体11相连接。在空心体11内存在第一承载元件1，其可围绕第一旋转轴线4相对于第二承载元件旋转地来实施。第一承载元件又与用于人8的保持装置7相连接。所示出的实施方案特别适合于纵向动态模拟和/或横向动态模拟、尤其适合于在车辆领域中的行驶模拟、例如变道或超车策略。
图8显示了本发明的装置的另一实施形式。在此，可围绕第三旋转轴线旋转地布置的用于人8的保持装置7可通过六足部运动。六足部具有六个线性运动装置36，其在其长度上可控制和可变化。通过各个线性运动装置的长度的所控制的变化，可改变保持装置37在多个轴线中的倾斜。第三承载元件3又可旋转地布置在保持装置37处。第一和第二承载元件以及空心体11的构造可根据之前的实施例中的一个来实施。此外，第三承载元件的保持装置37可不受限制地相对于六足部可旋转地来布置，其中，旋转轴线在初始位置中大致铅垂地伸延并且通过线性运动装置36的运动可倾斜。
根据未示出的另一实施形式，除了运动装置的自由度之外，用于至少一个人8的保持装置7仅可围绕两个旋转轴线旋转地且可驱动地来支承。可能的运动装置9例如是单臂离心机，在其中第三承载元件刚性地与该运动装置相连接。作为可能的实施形式，第一承载元件可围绕俯仰轴线旋转地来布置，而第二承载元件可围绕滚动轴线旋转。基本的运动学构造相应于传统的单壁离心机，在其中在旋转方向上切向地观察人围绕主臂30的主旋转轴线32来定位。此外，在本发明中，图像重现面10设置在第二承载元件2处或与其固定地相连接。与第一承载元件1相连接的保持装置7相对于第二承载元件2和因此图像重现面10具有旋转自由度，图像重现面10以优选的方式跟随空心体11的内侧来构造。空心体11本身在此也可如在前述实施例中那样承担自身承载的或加强的功能并且/或者构造为独立的、以轻质方式构造的体。通过在第二承载元件处设置图像重现面，图像的显示平面定位在远离观察者的位置中，由此改进了离得远的环境的显示的印象。在此又满足根据本发明的目的，即尽管图像重现面与人的眼睛距离较大，可紧凑地来保持结构尺寸，因此在该实施形式中取消了第三旋转轴线6或该旋转轴线存在，然而旋转被锁止。第三承载元件可刚性地与运动装置相连接或者也可集成到运动装置中、例如到单臂离心机的臂中。
未示出的另一实施形式大致相应于图8的实施形式，然而其中，未设置有六足部-运动装置。而保持装置37刚性地与地面相连接。在该实施形式中，人能够围绕在头部的区域中相交于中心12的三个旋转轴线旋转。
在单臂或多臂离心机的组合中对于本发明重要的另一特征是，通过在模拟期间保持装置围绕三个旋转轴线可旋转地布置使以径向观察方向人能够定位在初始位置中。如果对于人模拟未加速的或者几乎静态的运动、或者未运动的静态的状态，则运动装置的主臂以恒定的相对缓慢的速度围绕主轴线32旋转。在此，人扎紧地位于保持装置上并且大致径向向外或径向向内、即朝向主旋转轴线32或者远离主旋转轴线32观察。人在此经历略微提高的恒定的基本加速度，其然而在短暂的适应阶段之后基本上不被人感觉为提高。现在例如为了模拟车辆的起动加速度，使人围绕俯仰轴线旋转，由此使重力加速度和径向加速度的合成相对于人身体的位置改变。在初始位置中，合成的加速度例如向下、即沿着偏航轴线起作用。通过使人围绕俯仰轴线旋转，因此可来模拟直线运动的车辆的加速度如起动加速度或制动加速度。在此，在运动装置恒定地旋转时，人的观察方向始终径向向内或径向向外。产生的总加速度经由控制围绕主旋转轴线23的旋转速度来实现。现在，为了模拟侧向加速度，可使带有人的保持装置围绕滚动轴线旋转。
另一实施形式涉及一种用于人的空间运动的装置，其包括：第一承载元件1，其具有用于至少一个人8的保持装置7并且可围绕第一旋转轴线4相对于第二承载元件2旋转地来布置；第二承载元件2，其可围绕第二转轴线5相对于第三承载元件3旋转地来布置，其中，第一旋转轴线4和第二旋转轴线5彼此大致正交地布置；和图像重现面10；其中，图像重现面10设置在第二承载元件2处、在第三承载元件3处或在运动装置9处，并且其中，保持装置7相对于图像重现面10具有允许至少10°、20°、30°、45°、90°、180°或360°的旋转的至少一个旋转自由度。
另一实施形式涉及一种类似的用于人的空间运动的装置，其包括：第一承载元件1，其具有用于至少一个人8的保持装置7并且可围绕第一旋转轴线4相对于第二承载元件2旋转地来布置；第二承载元件2，其可围绕第二转轴线5相对于第三承载元件3旋转地来布置，其中，第一旋转轴线4和第二旋转轴线5彼此大致正交地布置；第三承载元件3，其可围绕第三旋转轴线6相对于运动装置9旋转地来布置，其中，第二旋转轴线5和第三旋转轴线6彼此大致正交地布置；和图像重现面10；其中，图像重现面10设置在第二承载元件2处并且与其相连接。
就此而言应注意的是，图像重现面称为面，然而也可由多个组合而成的面构成。所阐述的所有实施形式和对于专业人员以建议的方式得到的所有实施形式包括至少一个用于人8的保持装置7、图像重现面、至少一个驱动器，其可经由至少一个控制单元控制。对于控制单元，在所有实施例中会是可能的是，模拟模型、但是还有人自身可经由参数输入单元21影响该控制单元。在当前的实施形式中，保持装置7以优选的方式实施为座椅、尤其为带有固定可能性如皮带的座椅。
以优选的方式，这三个旋转轴线4、5和6或者在仅带有两个自由度的实施形式中轴线4和5相交于一点。然而使这些轴线彼此以一定的标准距离定位可以是有利的。该标准距离以优选的方式可为在人的眼睛与平衡器官之间的最小距离。
此外，图1、图2、图3和图4的不同实施形式可与图5至8的相应的运动装置以及未示出的运动装置组合。
此外应注意的是，本发明不限于所列举的实施例。相应于本发明思想的另外的实施方案还从单个或多个特征(其可从整个说明书、附图和/或权利要求中得悉)的组合中得出。因此，也公开了由来自不同实施例的特征的组合构成的实施方案。附图是至少部分示意性的图示，其中，尺寸和比例可与另外的未绘图示出的实施形式或特征以及与真实的实施方案相偏离。
附图标记清单
1 第一承载元件
2 第二承载元件
3 第三承载元件
4 第一旋转轴线
5 第二旋转轴线
6 第三旋转轴线
7 保持装置
8 人
9 运动装置
10 图像重现面
11 空心体
12 中心
13 头部
14 可视范围
15 开口
16 盖
17 控制单元
21 参数输入单元
22 第一旋转连接装置
23 第二旋转连接装置
24 第三旋转连接装置
25 投影仪
26 第一旋转驱动器
27 第二旋转驱动器
28 第三旋转驱动器
29 第一轴承
30 主臂
31 主驱动器
32 主旋转轴线
33 滑座篮
34 举升滑座
35 滑座引导部
36 线性运动装置
37 保持装置。

Claims (35)

1. 一种用于人的空间运动的装置，其包括：
- 第一承载元件(1)，其具有用于至少一个人(8)的保持装置(7)并且能够围绕第一旋转轴线(4)相对于第二承载元件(2)旋转地来布置；
- 第二承载元件(2)，其能够围绕第二旋转轴线(5)相对于第三承载元件(3)旋转地来布置，其中，所述第一旋转轴线(4)和所述第二旋转轴线(5)彼此大致正交地布置；
- 和图像重现面(10)；
其特征在于，
所述保持装置(7)相对于所述图像重现面(10)具有至少一个旋转自由度。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述保持装置(7)相对于所述图像重现面(10)具有允许旋转大于45°的旋转自由度。
3. 根据权利要求1或2中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括运动装置(9)，其实施为单臂离心机、实施为带有可移动的滑座的离心机、实施为带有可移动的举升滑座的离心机、实施为可线性移动的车、实施为带有可在两侧移动的滑座的双臂离心机、实施为带有可在两侧移动的举升滑座的双臂离心机、实施为带有至少一个旋转的和/或平移的自由度的机器人臂、实施为六足部或实施为静止的悬挂部。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，
- 所述第三承载元件(3)能够围绕第三旋转轴线(6)相对于运动装置(9)旋转地来布置，其中，所述第二旋转轴线(5)和所述第三旋转轴线(6)彼此大致正交地布置。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述第三承载元件(3)刚性地与运动装置(9)相连接。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述图像重现面设置在所述第二承载元件处并且与其相连接。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述承载元件(1,2,3)和所述运动装置(9)位于在所述人(8)的视野(14)之外的任意的旋转位置和位置中。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述旋转轴线(4,5,6)大致伸延通过中心(12)。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述人(8)的身体、尤其头部、身体重心或所述人的心脏位于所述中心(12)的区域中。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述图像重现面(10)大致跟随凹状地围绕所述保持装置(7)弯曲的空心体(11)的内侧来构造。
11. 根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述空心体(11)和/或所述图像重现面(10)具有大致封闭的形状、尤其作为空心球、作为空心椭圆体、分段地空心体状地或空心球状地来构造。
12. 根据权利要求10或11中任一项所述的装置，其特征在于，所述空心体(11)具有用于所述人(8)的进出的开口(15)，并且所述开口(15)构造为可封闭的开口(15)，其中优选地，盖(14)实施成补充所述空心体(11)的形状。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其特征在于，设置有用于驱动所述承载元件围绕其相应的旋转轴线旋转及用于驱动所述运动装置的至少一个驱动器和至少一个控制单元(17)，并且至少一个所述驱动器能够由所述控制单元(17)控制。
14. 根据权利要求13所述的装置，其特征在于，为了围绕所述第一旋转轴线(4)驱动所述第一承载元件(1)设置有第一驱动器(26)；为了围绕所述第二旋转轴线(5)驱动所述第二承载元件(2)设置有第二驱动器(27)；且必要时为了围绕所述第三旋转轴线(6)驱动所述第三承载元件(3)设置有第三驱动器(28)。
15. 根据权利要求13或14所述的装置，其特征在于，设置有用于所述人对所述控制单元(17)、尤其对所述承载元件(1,2,3)和所述运动装置(9)的运动的控制产生影响的至少一个参数输入单元(21)。
16. 根据权利要求1至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述图像重现面(11)构造为反映一个或多个投影仪的图像的图像重现面，或者构造为纯平屏幕面，例如OLED屏幕面、等离子体屏幕面或LCD屏幕面。
17. 根据权利要求1至16中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一承载元件(1)和/或所述保持装置(7)相对于所述图像重现面(10)具有旋转自由度。
18. 根据权利要求1至17中任一项所述的装置，其特征在于，所述图像重现面(10)相对于所述运动装置(9)具有至少一个自由度。
19. 根据权利要求10至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述图像重现面(10)和所述空心体(11)固定地与所述第二承载元件(2)相连接。
20. 根据权利要求1至19中任一项所述的装置，其特征在于，所述保持装置(7)相对于所述第一承载元件(1)具有至少一个可确定的自由度。
21. 根据权利要求10至20中任一项所述的装置，其特征在于，所述图像重现面固定地与所述空心体相连接，或者所述空心体的内侧是所述图像重现面。
22. 根据权利要求1至21中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一承载元件(1)卡箍形地在所述人(8)的视野之外伸延地来布置。
23. 根据权利要求1至22中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二承载元件(2)环形地、封闭地空心体形地或者部分封闭地空心体形地来构造，其中，所述第一承载元件(1)在至少一个部位处、优选地在两个部位处能够围绕所述第一旋转轴线(4)旋转地与所述第二承载元件(2)相连接。
24. 根据权利要求1至23中任一项所述的装置，其特征在于，所述第三承载元件(3)构造环形地、封闭地空心体形地或者部分封闭地空心体形地来构造，其中，所述第二承载元件在至少一个部位处、优选地在两个部位处能够围绕所述第二旋转轴线(5)旋转地与所述第三承载元件相连接。
25. 根据权利要求1至4和6至24中任一项所述的装置，其特征在于，所述第三承载元件(3)在至少一个部位处、优选地在两个部位处能够围绕所述第三旋转轴线(6)旋转地与所述运动装置(9)相连接。
26. 根据权利要求1至25中任一项所述的装置，其特征在于，所述旋转轴线(4,5,6)彼此大致相交于一点。
27. 根据权利要求1至25中任一项所述的装置，其特征在于，所述旋转轴线(4,5,6)中的至少一个与其余旋转轴线中的一个具有标准距离。
28. 根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述标准距离相应于在所述人(9)的平衡器官与眼睛之间的最小距离。
29. 根据权利要求1至28中任一项所述的装置，其特征在于，为了模拟均匀的、未加速的运动、静止状态或准静态运动，滚动轴线和主旋转轴线(32)基本上具有一个交点。
30. 根据权利要求1至29中任一项所述的装置，其特征在于，为了模拟均匀的、未加速的运动、静止状态或准静态运动，所述第一旋转轴线(4)相应于偏航轴线，所述第二旋转轴线(5)相应于俯仰轴线而所述第三旋转轴线(6)相应于所述滚动轴线。
31. 根据权利要求1至29中任一项所述的装置，其特征在于，为了模拟均匀的、未加速的运动、静止状态或准静态运动，所述第一旋转轴线(4)相应于所述俯仰轴线，所述第二旋转轴线(5)相应于所述滚动轴线，并且锁止围绕所述第三旋转轴线(6)的旋转。
32. 根据权利要求1至29中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一旋转轴线(4)相应于所述俯仰轴线，所述第二旋转轴线(5)相应于所述偏航轴线而所述第三旋转轴线(6)相应于所述滚动轴线。
33. 根据权利要求1至29中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一旋转轴线(4)相应于所述偏航轴线，所述第二旋转轴线(5)相应于所述滚动轴线而所述第三旋转轴线(6)相应于所述俯仰轴线。
34. 根据权利要求1至29中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一旋转轴线(4)相应于所述俯仰轴线，所述第二旋转轴线(5)相应于所述滚动轴线而所述第三旋转轴线(6)相应于所述偏航轴线。
35. 根据权利要求1至29中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一旋转轴线(4)相应于所述滚动轴线，所述第二旋转轴线(5)相应于所述俯仰轴线而所述第三旋转轴线(6)相应于所述偏航轴线。
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