CN109963625B - 全方向跑步机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全方向跑步机，该跑步机具有多个连接的带单元(1)，所述带单元具有承载框架(4)和循环带(2)，所述循环带沿第一空间方向环绕地运动。带单元(1)的循环带(2)沿第二空间方向运动。循环带(2)沿第二空间方向的驱动优选经由固定在滚子(3)上的齿轮(12)和齿轴(13)来实现。所有循环带(2)的同步运转通过与布置在带单元(1)之间的具有特定齿形的冠状齿轮传动机构(15)的耦合来实现。

Description

全方向跑步机
技术领域
本发明涉及一种具有能沿两个空间方向运动的表面的装置、尤其是一种全方向跑步机。
背景技术
传统的跑步机具有如下表面，在该表面上人可以沿一个空间方向运动。所述跑步机在健身和家居领域中用于慢跑。所述跑步机使得能够在不改变地点的情况下向前或向后走过任意长的路程。
对于虚拟现实(VR)应用，使用者虚拟地在应用中或在游戏中运动。在常见的印象下，使用者为了模拟游戏环境而佩戴VR眼镜，利用该VR眼镜，使用者在视觉和听觉上再现地获得游戏环境和游戏流程。在这些VR应用中，需要使玩家在不改变地点，也就是说在不显著改变其空间位置的情况下可以沿任意水平的空间方向(全方向)虚拟地运动、例如走动或跑动。
此处要指出的是，本发明不仅仅局限于VR应用且不仅仅局限于水平的空间方向。然而在考虑到优选的应用领域的情况下，随后呈现的重点在于在VR应用中在不显著改变使用者空间位置的情况下运动、尤其是走动或跑动的实现。
为了实现在不显著改变空间位置的情况下沿任意水平的空间方向的虚拟的走动或跑动已经存在多个已知的实施方案。
具有跑步机的实施方案由下面所引证的文献已知。
EP0948377B1提出多个针对全方向跑步机的解决方案。所述解决方案中的多个解决方案需要许多小部件，并且给跑动者提供具有不充分性能的跑动表面。在说明书(0081)-(0085)段中描述了环绕的彼此耦合的带单元，所述带单元形成良好的跑动表面，并且利用所述带单元执行跑动表面沿第一空间方向的运动。为了沿第二空间方向的运动，带单元上的循环带在跑动面的区域中单个地通过特定的辊子借助于摩擦来运动。因为循环带的运动仅间接地经由摩擦来耦合，所以在较高的负载下在相邻的循环带的运动中得出差异。循环带在跑动面的区域外部不被驱动并且在进入到跑动面的区域中时才耦合。在耦入过程期间出现负载冲击和附加的磨损。
US6,123,647A提出多个带单元，所述带单元通过大的、横向引导的主带来运动。各个带单元并排布置地形成面。为了带在带单元上的运动而提出，每个带经由设有两个齿轮的滚子来驱动。齿轮由齿轴来驱动。起不利作用的是，带单元的齿轮在转向阶段相对于齿轴不处于接触中，并且在带单元又与齿轴进入接触时与齿轴带突然接合。在过渡阶段出现冲击，所述冲击导致减速、噪音，并且进一步地也导致提高的磨损。此外，各个带单元不设有具有滑动面的稳定的承载框架，这起不利作用，因为利用所述带仅实现不太稳定的表面。
DE102006040485A1同样提出在主带上多个单个的带单元。所述多个单个的带单元设有液压马达和支撑结构。带单元的所有液压马达液压地串联连接并由此具有相同的输送速度。在此不利的是，具有液压马达的耗费的且昂贵的结构以及多个液压元件较迟缓的响应特性。
US7,780,573B1提出多个单个的带单元，所述带单元沿第一空间方向借助于链轮和链来运动，并且所述带单元沿第二空间方向通过摩擦经由构成为全面轮的接触元件来驱动。带单元仅在一个部位上可转动地与小型的链连接，以用于传递沿第一空间方向的运动。到链的第二连接部具有移动可能性，并因此产生带单元在弯道中不对称的位置。带在多个单个的带单元上的运动经由耦合元件、如同步铰接件、波纹管或万向节来耦合。为了考虑在耦合时的长度改变设置移动元件。没有移动元件的波纹管仅具有短的使用寿命。在该方面中不利的是，带单元仅间接地经由链来连接并且不直接相互连接，并由此必须耗费地将耦合元件引入所需要的位置中。为了长度补偿，在耦合元件两侧需要附加的移动元件，并且移动元件倾向于卡住，因为未规定：将耦合元件保持在滚子的旋转轴线的交点中。
US8,790,222B2同样提出多个单个的带单元，所述带单元在主带上固定并运动。带单元具有共同的非常长的循环带，该循环带通过倾斜引导在下侧上从一个带单元引导至下一个带单元。由此，带单元的所有输送表面具有相同的输送速度。循环带的驱动经由球形的辊子通过摩擦来实现。在该实施方案中不利的是长的循环带，该循环带在迅速的速度改变的情况下由于惯性力而导致循环带的局部伸长并由此导致其挠曲。
发明内容
本发明的任务是，提供一种装置，该装置不具有已知的装置的所提及的缺点。
根据本发明，这通过一种具有能沿两个空间方向运动的表面的装置来实现，其中，能沿第一空间方向运动的带单元能够由至少一个传动器件驱动，所述带单元中的每个带单元设有承载框架，其中，带单元的每个承载框架与邻接的带单元的承载框架经由一个或多个、形成轴线的转动连接部能以固定的间距摆动地连接，其中，所述带单元为了沿所述第二空间方向的运动而设有运转滚子和循环带，所述运转滚子和循环带与驱动器耦合，其中，运转滚子的旋转运动与邻接的带单元的运转滚子借助于带有齿轮廓的冠状齿轮传动机构耦合，利用所述冠状齿轮传动机构，在各运转滚子的旋转轴线之间的角度在轴线处于接合轮廓的区域中且处于各运转滚子的旋转轴线的交点之外的情况下发生改变时，能够将进行驱动的运转滚子的可变的旋转运动连续地传递到被驱动的运转滚子上。
根据本发明，提供一种全方向跑步机，该全方向跑步机实现沿平面的每个方向的跑动。
附图说明
本发明的各个设计方案示例性地在附图中示出并且在下面描述。
其中：
图1示出在本发明的一种可行的构成方案中的环绕的带单元的侧视图，
图2以侧视图示出在环绕的多个位置中的本发明的一种实施方案的带单元的滚子，
图3示出具有在一种本发明的实施方案中的装置的主要功能的斜视图，
图4示出本发明的一种实施方案的侧视图，
图5示出本发明的冠状齿轮传动机构的齿的一种实施方式，
图6示出本发明的冠状齿轮传动机构的齿的另一种实施方式，
图7示出具有集成的驱动齿轮的冠状齿轮传动机构的一种实施方案的斜视图。
具体实施方式
图1以侧视图示出带单元1的一种可行的构成方案，该带单元具有沿第二空间方向在滚子3和滚子21上环绕的循环的主带2。滚子3和21可转动地支承在带单元1的承载框架4上。在承载框架4上固定有接片5。接片5在轴线6中与固定在相邻的带单元1的承载框架上的接片5可摆动地连接。
该相邻的带单元1又与下一个带单元1经由接片5可摆动地连接并且以此类推，从而所有带单元1形成环绕的循环的链。
在通过相邻的带单元1的连接所得到的相同的轴线6上布置运转滚子7，该运转滚子在空间固定的轨道8上运转。轨道8在端部上设有半圆形的轨道(图2)，从而可以执行带单元1沿第一空间方向的完全的环绕。
图2示出在该环绕的一部分中的彼此链接的带单元1的多个滚子3。在该环绕中，带单元利用运转滚子7在空间固定的轨道8上受引导。滚子3围绕其轴线的旋转运动借助于随后描述的冠状齿轮传动机构15与相邻的带单元1的滚子3的旋转运动耦合。在此，在相邻的滚子3的旋转轴线之间的角度27以轴线6的中点在宽的范围上改变。冠状齿轮传动机构15的冠状齿轮分别与所属的滚子3固定连接并且与滚子3形成固定的转动单元。相邻的滚子3的旋转运动的耦合可以利用冠状齿轮传动机构在直接的接触下实现，并且由于该接触在轴线6区域中不需要另外的元件、如移动元件以用于长度补偿。
用于相邻的滚子3的旋转轴线的角度改变27的轴线6通过摆动连接部来形成。轴线6与在轨道8上运转的运转滚子7的转动轴线位置相同。
图3以简化的总览图示出根据本发明的装置的主要功能。带单元1如此并排地布置，使得处于上方的、可移动的部分中的带单元1与循环带2形成平面。带单元1利用滚子7在空间固定的轨道8上滚动(图2)，由此实现沿第一空间方向的运动。通过带单元1的循环带2的运动实现沿第二空间方向的运动。在这两个主运动方向的组合下(通过图3中的双箭头来表示)可以在该平面中实施每个运动方向。
沿第一空间方向的运动经由驱动轮11来触发，利用该驱动轮使传动器件9运动，该传动器件就其本身而言使带单元1沿第一空间方向运动。
在所示出的实施方案中，沿第二空间方向的驱动经由齿轮12来实现，所述齿轮分别与带单元1的滚子3连接。齿轮12可以由平行于第一主轴线的齿轴13驱动。齿轴13可以经由驱动轮14驱动。通过齿轮12的旋转使通过循环带2所形成的表面沿第二空间方向运动。
图4以侧向的示出方向示出多个带单元1，所述带单元利用轨道8上的运转滚子7在环绕中处于第一空间方向上。在直的轨道8的端部上，带单元1在弯道中受引导并且进一步聚集成循环的链。由图示可以看出，运转滚子7之间的间距(由带单元1的宽度决定地)相比于在轨道8的直线部分的端部上的半圆形的轨道的半径是大的。在弯道中，在利用链轮来驱动的情况下出现强烈的多边形效应。通过在优选的实施方案中借助于循环的传动器件9实现沿第一空间方向的驱动来避免该多边形效应。传动器件9包括柔性的带，优选实施为齿带。传动器件9具有特有的椭圆的环绕部并且配备有携动件10，所述携动件在环绕部的直线部分中与带单元1进入接触，并且引起带单元1沿第一空间方向的运动。
在图5中以局部细节图示出本发明的冠状齿轮传动机构的齿的一种实施方式。
对于本发明，冠状齿轮传动机构15是有利的，该冠状齿轮传动机构将带单元1的滚子3的旋转运动在如下条件下传递到相邻的带单元1的滚子3上：
(i)对于该装置的小的结构高度，该传递应在滚子3的旋转轴线(例如0°和60°之间)的宽的角度范围27上实现。
(ii)进行驱动的冠状齿轮围绕轴线18的旋转运动应在所有运动条件下连续地且没有显著时间延迟地传递到具有轴线19的被驱动的冠状齿轮上。这尤其适用于转动速度改变和转动方向变化的情况，
(iii)滚子3的旋转轴线的角度改变27的轴线6应如此远地处于旋转轴线18和19的交点之外，使得带单元在最大的角度27下的碰撞得到避免。
上述对于传递的条件根据本发明利用如下冠状齿轮传动机构来实施，该冠状齿轮传动机构的冠状齿轮具有由子锥形成的齿形，其中，被驱动的和被驱动的冠状齿轮优选配备有相同的齿形。齿16、17可以由完全旋转对称的截锥组成(图5)或由两个子锥组合而成(图6)。子锥或截锥具有平行于冠状齿轮的旋转轴线的锥轴线。锥面优选通过母线围绕锥轴线的旋转来生成，由此法向于锥轴线的截面得出圆形或圆段形的横截面。
在图5中示出一种具有完全旋转对称的截锥的实施方式，该截锥具有直的锥母线。进行驱动的轮的锥16在接触点20中触碰被驱动的轮的锥。经由轴线6使具有旋转轴线18和19的冠状齿轮以摆动角度27摆动。锥母线的转动轴线24平行于进行驱动的冠状齿轮的旋转轴线18。
直的锥母线以收缩角度25相对于转动轴线24倾斜。收缩角度处于8.5°和13°之间、优选处于8.5°至10.5°之间。优选的收缩角度范围得出在所提及的要求(i)和(ii)方面特别有利的解决方案，然而该收缩角度范围需要小的齿高度，以避免侧凹。该侧凹可以在不减小齿高度的情况下避免，其方式为，将倒棱部28安置在截锥的边缘上。用于倒棱部28的第二锥母线是具有收缩角度29的直线。
优选地，具有收缩角度25的锥至具有收缩角度29的锥的连接利用倒圆部来实现。优选地，由此形成的转动体具有弯曲部作为具有如下收缩角度的母线，所述收缩角度在该弯曲部的延伸中处于两个直的锥母线的收缩角度之间。
在一种可行的实施方式中，锥母线中的至少一个锥母线的长度可以趋近于零，由此仅确定该弯曲部的端部角度，并且倒棱部28显现为简单的倒圆部。
在图6中示出由两个子锥组合而成的冠状轮齿16和17的一种实施例。冠状轮齿16由子锥22和与其镜像对称地布置的子锥23组成。镜像对称的子锥23在沿旋转轴线18的转动方向反转之后负责驱动接触。对于子锥22，将转动轴线24和收缩角度25记入。转动轴线24平行于进行驱动的冠状齿轮的旋转轴线18。子锥的表面通过直的母线的转动来生成，该母线以收缩角度25相对于转动轴线24倾斜。和对于在图5中所描述的完全的截锥一样的收缩角度范围也适用于图6中的子锥。
图7示出冠状齿轮传动机构的一种优选的实施方案，在该实施方案中，冠状齿轮传动机构15的冠状齿轮与驱动齿轮12组合。当带单元1的循环带2处于装置的直的可移动的部分中时，该循环带形成平坦的面。该平坦的面的由循环带2覆盖的部分由结构决定地具有如下间隙，所述间隙通过布置冠状齿轮、驱动和/或支撑结构来得出。因此，一种有利的实施方案是冠状齿轮在驱动齿轮12内的组合。在处于环绕的上方的直线部分中的带单元1中，滚子3的旋转轴线处于延伸的位置中。在一种优选的实施方案中，在该位置中，冠状齿轮传动机构15完全地安置在驱动齿轮12内。由此，在跑步机2之间的由结构决定的间隙是小的并且仅通过驱动齿轮12的宽度来确定。
根据本发明的跑步机使跑动者获得可沿所有方向运动的总面。虽然狭窄的面保持在带单元1的循环带2之间，所述狭窄的面仅承担第一空间方向的运动。然而所述狭窄的面在实际运行中不干扰，因为所述狭窄的面以循环带的厚度处于更深处，并由此在使用者踏上时不被够到。
总而言之，本发明涉及一种全方向跑步机，该跑步机具有多个连接的带单元1，所述带单元具有承载框架4和循环带2，所述循环带沿第一空间方向环绕地运动。带单元1的循环带2沿第二空间方向运动。循环带2沿第二空间方向的驱动优选经由固定在滚子3上的齿轮12和齿轴13来实现。所有循环带2的同步运转通过与布置在带单元1之间的具有特定齿形的冠状齿轮传动机构15的耦合来实现。

Claims (20)

1.一种具有能沿两个空间方向运动的表面的装置，其中，能沿第一空间方向运动的带单元(1)能够由至少一个传动器件(9)驱动，所述带单元中的每个带单元设有承载框架(4)，其中，每个带单元(1)的承载框架(4)与邻接的带单元(1)的承载框架(4)经由一个或多个、形成轴线(6)的转动连接部能以固定的间距摆动地连接，其中，所述带单元(1)为了沿第二空间方向的运动而设有运转滚子(3)和循环带(2)，所述运转滚子和循环带与驱动器耦合，其特征在于，运转滚子(3)的旋转运动与邻接的带单元(1)的运转滚子(3)借助于带有齿轮廓的冠状齿轮传动机构(15)耦合，利用所述冠状齿轮传动机构，在各运转滚子(3)的旋转轴线之间的角度(27)在轴线(6)处于接合轮廓的区域中且处于各运转滚子(3)的旋转轴线的交点之外的情况下发生改变时，能够将进行驱动的运转滚子(3)的可变的旋转运动连续地传递到被驱动的运转滚子(3)上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，冠状齿轮传动机构(15)配备有以转动体的一部分为形式的齿轮廓(16)，所述转动体具有平行于所述冠状齿轮传动机构的冠状齿轮的旋转轴线(18)的转动轴线并且具有法向于所述转动轴线的圆段形的横截面。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冠状齿轮传动机构(15)配备有以截锥为形式的齿轮廓(16)，并且所述截锥的锥轴线平行于所述冠状齿轮传动机构的冠状齿轮的旋转轴线(18)取向。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述截锥由两个子截锥组合而成。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述截锥通过直的母线以相对于锥轴线的收缩角度(25)形成，所述收缩角度具有在8.5°和13°之间的角度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述收缩角度具有在8.5°和10.5°之间的角度。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述子截锥通过直的母线以相对于锥轴线的收缩角度(25)形成，所述收缩角度具有在8.5°和13°之间的角度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述收缩角度具有在8.5°和10.5°之间的角度。
9.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述冠状齿轮传动机构(15)配备有以转动体或转动体的一部分为形式的齿轮廓(16)，所述转动体或转动体的一部分通过两个直的母线形成，所述母线中的第一母线具有相对于锥轴线在5°和13°之间的收缩角度(25)，第二母线具有相对于锥轴线在8°和15°之间的收缩角度(29)。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一母线具有相对于锥轴线在8.5°和10.5°之间的收缩角度(25)。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，从第一截锥至第二截锥的连接利用作为转动体的中间部分的母线的倒圆部来实现，其中，在倒圆部的延伸中的收缩角度处于截锥的各收缩角度之间。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述冠状齿轮传动机构(15)配备有以转动体为形式的齿轮廓(16)，所述转动体的转动轴线平行于所述冠状齿轮的旋转轴线(18)取向。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述转动体由两个子转动体组合而成。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，与所述带单元(1)能转动地连接的第二运转滚子(7)在轨道(8)上沿第一空间方向运转，其中，所述第二运转滚子(7)的转动轴线与轴线(6)叠合，该轴线是带单元(1)与邻接的带单元(1)的能摆动的连接部的轴线。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述运转滚子(3)的驱动由与所述运转滚子(3)连接的齿轮(12)实现。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，至少一个冠状齿轮传动机构(15)与所述齿轮(12)连接，所述齿轮在一个位置中以0°的角度(27)与至少一个平行于第一空间方向布置的齿轴(13)接合。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述冠状齿轮传动机构(15)在角度(27)为0°的位置中部分地或完全地处于所述齿轮(12)内部。
18.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，沿第一空间方向的驱动借助于传动器件(9)来实现，在所述传动器件上固定有携动件(10)，所述携动件沿第一空间方向与所述带单元(1)连接并且实现所述带单元(1)沿第一空间方向的驱动。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述传动器件(9)包括至少一个被驱动的齿带或至少包括被驱动的链，在所述齿带或链上固定所述携动件(10)。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述链是细的链。
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