DE10149491A1

DE10149491A1 - Vorrichtung zum Gehen auf der Stelle, insbesondere Laufband

Info

Publication number: DE10149491A1
Application number: DE10149491A
Authority: DE
Inventors: Albert Schaeffer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-10-08
Filing date: 2001-10-08
Publication date: 2003-07-10
Also published as: DE10246860B4; US7150704B2; US20030119634A1; DE10246860A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Gehen auf der Stelle, insbesondere Laufband, beschrieben, bei dem zwei senkrecht zueinander angeordnete Transportelemente vorgesehen sind, die gemeinsam eine begehbare Mittenfläche (4) bilden, auf der ein Benutzer (13) vorwärts geht, während unter ihm die Transportelemente in gleicher Gegengeschwindigkeit sich bewegen. Dabei sind die Transportelemente mit Reihen von quadratischen Platten bzw. Kacheln (5) belegt, die reihenweise in die beiden x- und y-Richtungen bewegt werden, wobei immer eine Reihe abgenommen und dann an der anderen Seite zugeführt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Gehen auf der Stelle, insbesondere ein Laufband gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es z. B. als Trainigsgerät Verwendung findet.
Es sind Laufbänder unterschiedlicher Bauweise bekannt, meist als Endlosbänder ausgelegt, die jedoch alle dafür dienen, den auf dem Band befindlichen gehenden Benutzer auf der Stelle zu halten. D. h., der Benutzer geht mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Band-Längsrichtung, während das Band mit gleicher Geschwindigkeit gegenläuft, so daß der Benutzer auf der Stelle geht oder läuft. Eine Richtungsänderung in der Gehbewegung des Benutzers ist nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung o. g. Gattung anzugeben, die es ermöglicht, daß ein Benutzer sich auf dieser in beliebiger Richtung virtuell frei gehend bewegt, dabei jedoch im Raum im wesentlichen auf der Stelle bleibt und die optimal als Boden einer CAVE mit Bodenprojektion Verwendung finden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung o. g. Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens gekennzeichnet.
Demgemäß besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus zwei horizontalen, senkrecht zueinander sich kreuzend angeordneten und beweglichen Transportelementen, die gemeinsam eine gangbare quadratische Mittelfläche bilden und entsprechend den Geh-Bewegungen eines darauf mittig sich befindenden Benutzers in bezug auf seine Transportrichtung und -geschwindigkeit so betätigt werden, daß der Benutzer immer auf der Stelle bleibt. Dabei ist der Benutzer mit einem sogenannten Tracking-System ausgerüstet, durch das ein angeschlossener Rechner ständig seine genaue Position ermittelt bzw. mitgeteilt bekommt. Bewegt sich der Benutzer nun genau in Laufrichtung der bandförmigen Transportelemente, links/rechts bzw. in x- oder y-Richtung und vorwärts oder rückwärts, dann wird er durch die Transportbewegung entgegen seiner Laufrichtung zurückgebracht. Bewegt er sich nicht genau in einer der genannten Richtungen, wird durch den Rechner ermittelt, in welchen Stufen zu seiner Laufrichtung er zurückgebracht werden kann und entsprechend durchgeführt.
Von Vorteil ist, wenn die begehbare Mittelfläche aus in x und y ausgerichteten quadratischen Platten gebildet ist, die im Weiteren als Kacheln bezeichnet werden. Die Transport-Kacheln liegen dabei auf einer im wesentlichen kreuzförmigen Bodenplatte auf, auf der sie bei Bewegung der Bänder gleiten und die die Stabilität und Begehbarkeit gewährleistet.
Kacheln und Bodenplatte sind gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung aus einem durchsichtigen, stabilen, leicht gleitfähigen Material wie z. B. Plexiglas (Acryl) besteht, wodurch eine Bildprojektion auf bzw. durch den Boden bzw. die Gehfläche möglich ist.
Um ein leichteres Gleiten der Transport-Kacheln auf der Bodenplatte zu erreichen, können auf deren Auflageflächen kleine Erhebungen vorgesehen sein, oder ein Gleitfilm zwischen Kacheln und Bodenplatte (mit Abdichtung nach oben). Es kann aber auch eine Schienung o. ä. vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform sind als Transportelemente Endlos- Transportbänder vorgesehen, mit denen die reihig angeordneten Kacheln reihenweise bewegt werden. Durch die unterhalb der Gehfläche stattfindende Rückführung der Kacheln ist jedoch eine relativ große Anordnungshöhe der Gehfläche notwendig. Zudem können unterhalb der Gehfläche nur schwer zusätzliche Einrichtungen wie Projektoren oder System-Vorrichtungen angebracht werden. Daher ist von Vorteil, wenn unter der Gehflächen-Bodenplatte ein Schrägspiegel angeordnet ist, der Bildprojektionen von außerhalb der Vorrichtung vertikal nach oben durch die Gehfläche ermöglicht.
Von großen Vorteil ist, wenn als Transportelemente min. ein mit einer Schiebevorrichtung zusammenwirkender, in oder parallel zur Gehfläche angeordneter, schwenkbarer Transportring vorgesehen ist, der je eine ausgeschobene Kachelreihe übernimmt und nach einer 180° Drehung zum Nachschieben zur Verfügung stellt. Dabei sind am Transportring diagonal gegenüberliegend, entsprechend den Grund-Tansportrichtungen x und y, jeweils Auflageflächen zur Übernahme je einer Kachelreihe angebracht, also insgesamt vier Aufnahmen.
Vorteilhaft ist, wenn zwei zueinander parallele Transportringe Verwendung finden, die jeweils nur um 90° verschwenkt werden müssen, bei entsprechendem Anheben bzw. Absenken, wodurch ein ca. doppelt so schneller Rücktransport der Kacheln möglich ist.
Da die Kachel-Auflagen der Transportringe geradlinige Auflagebänke sind, ist von Vorteil, wenn die vier Kachel-Auflagen je eines Ringes über eine geradlinige Strebe miteinander verbunden sind, wodurch jeweils Achteck-Transportringe erhalten werden.
Statt der Transportringe können erfindungsgemäß auch kreuzförmig zueinander angeordnete Transportarme in Art eines Transportkreuzes vorgesehen sein, an deren Enden die Auflageflächen für je eine Kachelreiche vorhanden sind.
Die mit den Transportringen oder -kreuzen zusammenwirkenden Schiebeeinrichtungen können dabei wie Rechen ausgebildet sein und parallel zur Bodenplatte beim Ausschieben auf - oder in geringem Abstand - parallel zu dieser gleiten. Sie sind dabei ebenfalls diagonal gegenüberliegend, jeweils einer der vier Kachelauflagen der Ringe zugeordnet, am oberen Rahmenring eines Rahmengestells vorgesehen. Die Schiebeeinrichtungen sind als Rechen oder Kamm ausgebildet, da die Plättchen durch eine kleine Blockade immer genau an der Kante von zwei Kacheln zueinander und zum Transportring hin bei der Drehung geschützt sind bzw. sein können.
Die Schiebeeinrichtung kann aber auch eine Walze sein oder in einem Winkel von 90° aufsetzen. Die reihig in Form eines flächigen Kreuzes angeordneten Kacheln werden immer entgegen der Laufrichtung des Benutzers reihenweise vorgeschoben, auf der Gegenseite aufgefangen bzw. von der gegenüberliegenden Kachelaufnahme eines Transportringes übernommen und durch entsprechendes Verschwenken des Ringes zum aktiven Schieberrechen bzw. in die Ausgangsposition der Schieberichung, zurück transportiert.
Die Benutzungsmöglichkeit, also der Mittelpunkt der Gehfläche, kann variabel dem Rechner vordefiniert werden z. B. als Kreis, in dem sich der Benutzer zu jeder Zeit aufzuhalten hat und das Band sich erst bewegt, wenn der Benutzer den Kreis verläßt bzw. über einen gewissen Radius hinaus geht. Es kann aber auch eine Auslegung als echter Mittelpunkt vorgesehen sein, wobei sich dann das Band sofort in Bewegung setzt, wenn sich der auf der Bandmitte befindliche Benutzer auf dem Band bewegt bzw. geht und den Benutzer zeitgleich zur Mitte zurückführt bzw. ihn dort hält.
In einer bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet die gangbare Fläche der Vorrichtung den Boden einer sogenannten CAVE. Eine CAVE ist prinzipiell ein großer Würfel, auf dessen Flächen insbes. Seitenflächen, Bilder projiziert werden. Der Benutzer, der sich in der CAVE befindet, hat das Gefühl, sich in einer virtuellen Welt zu befinden. Ortsänderungen der Benutzer im virtuellen Raum der CAVE geschehen hauptsächlich durch Bewegung der gesamten Szene, d. h. der Benutzer "fliegt", gesteuert durch verschiedene Eingabegeräte wie z. B. Joystick, Datenhandschuh oder 3D-Mouse, durch die Szene, zwar unterstützt, aber in der Realität auf den engen Raum in der CAVE begrenzt. D. h., nach wenigen Schritten stößt der Benutzer an die Projektionswände. Dies macht freies Laufen in der CAVE unmöglich, was sich insbesondere bei nicht statischen Anwendungen sehr unangenehm bemerkbar macht, wie z. B. bei der Begehung eines virtuellen Gebäudes. Zudem ist eine dosierte Bedienung der Eingabegeräte notwendig, die eine gewisse Lern- und Einübungszeit benötigt, die für Kurz- oder Einmalbenutzer nicht zur Verfügung steht. Eine natürliche Fortbewegungsweise ist in einer CAVE bekannter Ausführungsform mit unbeweglichem Boden nicht möglich.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Gehvorrichtung als Boden einer CAVE dient insbesondere zur Unterstützung der Empfindungen der in der CAVE dargestellten virtuellen Realität und zwar durch den zusätzlichen Aspekt des wirklichen Gehens. Der Benutzer bewegt sich durch die Vorrichtung in der "künstlichen Welt" der CAVE nicht durch eine sogen. 3D-Mouse, die er in der Hand halten und bedienen muß, sondern er ist frei beweglich und die Szenerie um ihn ändert sich allein durch seine Fortbewegung und Körperhaltung, so z. B. auch durchs "um die Ecke gucken", je nach Trackingsystem.
Um dies optimal zu erreichen, sind die eingesetzten Kacheln und die Auflagebodenplatte durchsichtig, wodurch die gesamte Gehfläche weitgehend durchsichtig ist und als "sechste Seite" der CAVE dienen kann. Denn für eine möglichst realistische Empfindung der in der CAVE dargestellten virtuellen Szenerie ist es von enormem Vorteil, wenn zur Bewegungsfreiheit des Benutzers auch noch eine optische rundum annähernde Gleichheit zur dargestellten Realität erreicht wird.
Dadurch daß es nunmehr erfindungsgemäß möglich ist, in einer vollständig immersiven Umgebung aktiv größere Strecken zurückzulegen, können die immensen Vorteile der CAVE auch in solchen industriellen, wissenschaftlichen oder öffentlichen Bereichen genutzt werden, die auf die Möglichkeit einer aktiven Bewegung angewiesen sind und die "Virtuelle Realität" nutzen können.
So besteht eine optimale Verwendbarkeit der Erfindung im Zusammenhang mit der CAVE für:

- Begehung virtueller Gebäude durch Touristen oder Architekten,
- Trainingssimulatoren für z. B. Feuerwehrpersonal oder Militär,
- virtuelle Produktentwicklung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung in erster Ausführung, mit sich kreuzenden Endlosbändern,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung in zweiter Ausführung, mit Transportring und Schiebeeinrichtung,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 2,
Fig. 4 eine Perspektivansicht wie in Fig. 2, mit auf der Vorrichtung mittig aufgesetzter CAVE, und
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 4, mit CAVE.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind als Transportelemente zwei senkrecht zueinander angeordnete Endlosbänder 1, 2 vorgesehen, deren sich kreunzende Mittelteile auf einer im wesentlichen kreuzförmigen Bodenplatte 3 aufliegen bzw. abgestützt sind und eine begehbare, quadratische Mittelfläche 4 bilden. Es ist erkennbar, daß zumindest diese Mittelfläche 4 aus in X- und Y- Transportrichtung ausgerichteten quadratischen Platten 5 gebildet ist, sogen. Kacheln, die durch die Bänder 1, 2 in die entsprechende Richtung bewegt werden. Dabei ist die Bodenplatte 3 in Art eines Tisches mit mehreren Stützbeinen 6 aufgebaut, die die Bodenplatte 3 in entsprechendem Abstand vom Raumboden halten. Die Kacheln 5 und die Bodenplatte 3 sind aus durchsichtigem Material gebildet und unter der Bodenplatte 3 ist ein Spiegel 7 schräg so angeordnet, daß darauf von außerhalb der Vorrichtung projizierte Bilder vertikal nach oben durch Bodenplatte und Kacheln hindurch scheinen, so daß ein auf der Vorrichtung befindlicher Benutzer die Bilder schattenlos sieht.
Bei der in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführung sind als Transportelemente zwei parallel beabstandete achteckige Transportringe 9 und 10 vorgesehen, die in gleichmäßiger Anordnung vier Auflagebänke 11 mit oberen Auflageflächen 12 für die Kachelreihen 5, jeweils paarweise diagonal gegenüberliegend besitzt, die über Streben 14 verbunden sind. Über Doppelpfeile 15 bzw. 16 sind die Drehbewegungen 15 bzw. Anheb-/Absenkbewegungen der Transportringe 9 und 10 angegeben.
Zudem sind vier mit den Transportringen 9, 10 und den auf der kreuzförmigen Bodenplatte 3 liegenden Kacheln 5 zusammenwirkende Schiebeeinrichtungen 17vorgesehen, die z. B. über Linearmotoren 18 eine horizontale Schiebebewegung 19 auf der Bodenplatte 3 durchführen, dabei eine Kachelreihe vorwärtsschiebend. In die dadurch entstandene Leerreihe 20 wird eine auf der Gegenseite abgenommene Kachelreihe nach Verschwenken des Transportringes um 90° oder 180° abgesetzt. So wird der in der Mittelfläche 4 befindliche Benutzer 13 z. B. Vorwärtsschreiten, wobei unter ihm die Kacheln in gleicher Geschwindigkeit entgegengeschoben werden, so daß er praktisch auf der Stelle geht, jedoch den Eindruck hat, zügig voranzukommen. Die Schiebeeinrichtungen sind dabei am oberen Rahmenring 21 eines Rahmengestells 22 mit Stützbeinen 6 vorgesehen, das auch die Bodenplatte hält.
Schließlich zeigen Fig. 4 und 5 eine Ausführungsform ähnlich wie in Fig. 2 und 3, nur daß hier eine CAVE 23 so auf der Mittelfläche aufgebaut ist, daß diese den Boden der CAVE bildet. An allen 6 Seiten der CAVE 23 sind in entsprechender Beabstandung Projektoren 24 angeordnet, die entsprechende Bilder auf die 5 Wände der CAVE 23 werfen sowie durch den durchsichtigen Transportvorrichtungsboden. Bezugszeichenliste 1 Endlosband
2 Endlosband
3 Bodenplatte
4 Mittelfläche
5 Platten, Kacheln
6 Stützbeine
7 Spiegel
8 -
9 Transportring
10 Transportring
11 Auflagebänke
12 Auflagefläche
13 Benutzer
14 Streben
15 Drehbewegung
16 Anheb-/Absenkbewegung
17 Schiebeeinrichtung
18 Linearmotor
19 Schieberichtung
20 Leerreihe
21 Rahmenring
22 Rahmengestell
23 CAVE
24 Projektoren
25 Teilband
26 Teilband

Claims

1. Vorrichtung zum Gehen auf der Stelle, insbesondere Laufband, dadurch gekennzeichnet, daß zwei horizontale, senkrecht zueinander sich kreuzend angeordnete Transportelemente (1, 2; 9, 10 mit 25, 26) vorgesehen sind, die gemeinsam eine gangbare quadratische Mittelfläche (4) bilden und entsprechend der Geh-Bewegungen eines darauf befindlichen Benutzers (13) in bezug auf seine Transport bzw. Bewegungsrichtug und -geschwindigkeit so betätigbar sind, daß der Benutzer immer auf der gleichen Stelle bleibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekanntes Tracking-System vorgesehen ist, mit dem der Benutzer (13) ausgerüstet ist und durch das ein zugeordneter Rechner ständig seine genaue Position ermittelt/mitgeteilt bekommt und die Bewegung der Transportelemente 1, 2 bzw 25, 26 bestimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die begehbare Mittelfläche (4) aus in X- und Y-Koordonaten bzw. Transportrichtung ausgerichteten quadratischen Platten bzw. Kacheln (5) gebildet ist, die gleitend auf der Bodenplatte (3) aufliegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kacheln (5) und die Bodenplatte (3) aus durchsichtigem, stabilem, leicht gleitfähigem Material wie z. B. Plexiglas bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportelemente Endlosbänder (1, 2) sind, mit denen die reihig angeordneten Kacheln (5) reihenweise bewegt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Transportelemente min. ein mit einer Schiebeeinrichtung (17) zusammenwirkender, in oder parallel zur Gehfläche angeordneter, schwenkbarer Transportring (9, 10) vorgesehen ist, der diagonal gegenüberliegend, jeweils entsprechend den Transportrichtungen je eine Auflagebank (11) mit einer Auflagefläche (12) aufweist, die je eine ausgeschobene Kachelreihe übernehmen und diese nach einer Drehrichtung von 180° oder 90° zum Nachschieben in Transportrichtung zur Verfügung stellen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Transportringe (9, 10) vorgesehen sind, die jeweils um 90° zu verschwenken sind, bei entsprechendem Anheben bzw. Absenken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vier geradlinigen Auflagebänke (11) eines Transportringes (9, 10) über geradlinige Streben (14) so miteinander verbunden sind, daß ein Achteck- Transportring gebildet wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Transportringe kreuzförmig zueinander angeordnete Transportarme in Art eines Transportkreuzes vorgesehen sind, wobei an den Enden der Arme je eine Kachel-Auflagebank vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebeeinrichtungen (17) in Art eines Rechens ausgebildet sind und parallel zur Bodenplatte (3) beim Ausschieben auf oder in geringem Abstand parallel zu dieser gleiten, wobei vier Schieber diagonal gegenüberliegend an einem Rahmenring (21) eines Rahmengestells (22) der Vorrichtung angeordnet sind.

11. Verwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 10 bei einer CAVE (23), wobei der gangbare Mittelfläche der Vorrichtung den Boden der CAVE bildet.