DE10151880A1 - Bewegungssimulator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bewegungssimulator mit einer Kabine (10), deren Ausrichtung über Aufhängungsmittel (14 bis 18) einstellbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Aufhängungsmittel (14 bis 18) die Kabine (10) über dem Boden schwebend und um eine horizontale Drehachse (14) drehbar haltern, die ihrerseits kippbar gelagert ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Bewegungssimulator mit einer Kabine, deren Ausrichtung über Aufhängungsmittel einstellbar ist.
• Bewegungssimulatoren werden häufig als Flug- oder Fahrsimulatoren eingesetzt, beispielsweise als Trainingsgerät bei der Ausbildung von Piloten oder auch als Spielgerät in der Unterhaltungsindustrie. Ferner gelangt der in Rede stehende Bewegungssimulator bei der Projektion von Filmen oder Videos zum Einsatz, um die Sitzposition eines Betrachters entsprechend visuellen Darstellungen zu verändern. Der Betrachter wird dadurch in das Filmgeschehen gewissermaßen körperlich mit eingebunden, vergleichbar mit einem Kameramann bei der Kamerafahrt.
• Das Prinzip des in Rede stehenden Bewegungssimulators besteht darin, die Kabine um eine Längsachse und/oder Querachse zu kippen, um die Schwerkraft beim Beschleunigen oder Bremsen bzw. bei Kurvenfahrten auftretende Trägheitskräfte auszunutzen oder eben die vorstehend genannte Kamerafahrt zu simulieren. Die Kabine muss deshalb so aufgehängt sein, dass sie innerhalb eines gewissen Bereichs Bewegungen mit mindestens zwei, vorzugsweise drei oder mehr Freiheitsgraden ausführen kann.
• Gebräuchlich sind Aufhängungen mit sogenannten Hexapoden, die eine Bewegung in sämtlichen sechs Freiheitsgraden ermöglichen, jedoch konstruktiv sehr aufwendig sind und eine aufwendige Steuerung erfordern. Außerdem haben diese Aufhängungen den Nachteil, dass die Hexapoden stabil im Boden verankert werden müssen und relativ sperrig sind, so dass eine entsprechend große Stellfläche benötigt wird und die Kabine eine relativ große Einstiegshöhe aufweisen muss.
• Anstelle der genannten Hexapoden ist auch vorgeschlagen worden, die Kabine an drei in der Draufsicht T-förmig angeordneten Füßen aufzuhängen, die jeweils als Schere ausgebildet sind und einen annähernd vertikalen Schenkel aufweisen, der sich auf dem Boden abstützt. Ein derartiger Bewegungssimulator ist aus der EP-B 0 137 870 bekannt.
• Sämtliche gängigen Simulatoren benutzen bewegte Plattformen, auf denen die Kabine mit einem oder mehreren Sitzen für Betrachter angeordnet ist. Zur Bewegung dieser Plattformen sind elektrische, pneumatische und hydraulische Stempel vorgesehen, wobei es Variationen mit zwei, drei oder sechs Stempeln gibt. Man spricht hier von Freiheitsgraden oder auch DOF (Degrees of Freedom).
• Die bekannten Simulatoren haben gemeinsam den Nachteil, dass sie mechanisch sehr aufwendig sind. Zur Befestigung der Stempel werden jeweils zwei Rahmen benötigt, wobei der untere Rahmen mit Auslegern im Boden befestigt werden muss, um ein Springen des Simulators bei Bewegungen zu verhindern. Durch den Aufbau der Kabine auf der oberen Plattform ergibt sich stets das Problem, dass ein Nutzer über eine Treppe oder ähnliches in die Kabine steigen muss.
• Auch die bislang für die Bewegungssimulatoren eingesetzten Antriebsvarianten sind mit Nachteilen behaftet. So ist der elektrische Antrieb grundsätzlich sehr teuer, was auch in bezug auf die Betriebskosten gilt. Der pneumatische Antrieb besitzt keine Dynamik und ist sehr laut. Der hydraulische Antrieb ist sehr aufwendig, da hier eine Hydraulikpumpe benötigt wird, die ebenfalls laut und teuer ist. Bei Ausfall der Pumpe wird außerdem das gesamte System instabil. Bei Platzen der Hydraulikschläuche besteht sogar Brandgefahr.
• Ein großer Nachteil herkömmlicher Bewegungssimulatoren besteht außerdem in der komplexeren Steuerung der Stempel, welche ein spezielles und teures Computersystem erfordert, um die gewünschte Bewegung (Hub der Stempel) zu errechnen.
• Schließlich ist die Neigung der Plattform herkömmlicher Bewegungssimulatoren stark begrenzt, da die eingesetzten und in der Regel am äußeren Rand der Plattform positionierten Stempel nur einen sehr geringen Hub erreichen können, der typischerweise bei 15 bis 25 cm liegt, wodurch lediglich ein sehr kleiner Kipp- und Neigungswinkel für die Kabine bereitgestellt werden kann.
• Eine Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen Bewegungssimulator der eingangs genannten Art zu schaffen, der ohne aufwendige Ansteuerung für die Bewegung der Kabine relativ große Kipp- und Neigungswinkel zulässt, und der bei einfacher Handhabung, geringen Betriebskosten und geringem Platzbedarf einen maximalen Simulationseffekt gewährleistet.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Demnach schafft die Erfindung im Gegensatz zu bisherigen bodengebundenen Bewegungssimulatoren einen Bewegungssimulator, der über dem Boden schwebend um eine horizontale Achse drehbar gehaltert ist, die ihrerseits kippbar gelagert ist. Eine derartige Aufhängung der Kabine unabhängig vom Boden gibt dem Konstrukteur die Möglichkeit, die Dreh- und Kippmechanik wesentlich einfacher auszubilden als nach dem Stand der Technik mit am Boden über Plattformen abgestützter Kabine.
• Bevorzugt ist die horizontale Drehachse so angeordnet, dass sie die Kabine in etwa in deren Zentrum durchsetzt (nicht notwendigerweise tatsächlich, sondern fiktiv), in welchem auch deren Kippzentrum zu liegen kommt.
• Hierdurch kann die Kabine dicht über dem Boden angeordnet werden. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass zwei einfache Motorantriebe ausreichen, um die Kabine um ihre horizontale Drehachse zu verschwenken und diese Drehachse zu verkippen.
• Bevorzugt ist die horizontale Drehachse zur Verkippung an den Enden eines im Bereich seiner Mitte in einer Halterung verschwenkbaren Bügels angebracht. Eine derartige Kippeinrichtung, die ein Verkippen des Bügels und damit der horizontalen Drehachse in der Bügelebene ermöglicht, ist bezüglich des Schwenklagers für den Bügel konstruktiv mit einfachen Mitteln zu bewerkstelligen. Zu diesem Zweck ist bevorzugt vorgesehen, die Bügellagerung in Gestalt eines kreissegmentförmigen Rohrs der Bügelhalterung zu bilden, wobei der Bügel das kreissegmentförmige Rohr mit einem Kreissegmentabschnitt durchsetzt, das zumindest im Bereich der Bügelmitte ausgebildet ist. Die Relativverschiebung des Bügels in der Bügelhalterung kann dabei mittels eines einfachen Motorantriebs erzielt werden.
• Der Erfindungsgedanke kann dabei sowohl in der Weise realisiert werden, dass der Bügel oberhalb der Kabine verläuft, als auch dadurch, dass der Bügel unterhalb der Kabine verläuft. In beiden Fällen hängt die Kabine in den (tragenden) Enden des Bügels.
• Bevorzugt ist die Halterung für den Bügel ihrerseits ortsveränderlich, insofern, als sie absenkbar ist, um den Einstieg in die Kabine bequemer zu gestalten. Zu diesem Zweck ist die Bügelhalterung mit einem Hubmittel versehen.
• Schließlich kann die Bügelhalterung zusätzlich um eine vertikale Achse drehbar ausgebildet sein, um beispielsweise den Einstieg in die Kabine bzw. den Ausstieg aus der Kabine an verschiedenen Punkten erfolgen zu lassen.
• Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Kabine insgesamt kugelförmig gebildet, wobei die horizontale Drehachse die Kabine in sozusagen idealer Weise in ihrem Zentrum durchsetzt. Aufgrund ihrer Kugelform kann die Kabine äußerst knapp über dem Boden angeordnet werden, ohne dass die Bewegung der Kabine durch die Form der Kabine beeinträchtigt wird. Mit anderen Worten verlässt die kugelförmig ausgebildete Kabine ihre räumliche Position nicht, wenn sie sich in Aktion befindet, weil aufgrund der das Kugelzentrum durchsetzenden und im Kugelzentrum kippbaren Drehachse kein Ausschwenken der Kabine erfolgt. Aus diesem Grund wird außerhalb der kugelförmigen Kabine auch kein zusätzlicher Sicherheitsbereich benötigt.
• Im Fall einer kugelförmigen Kabine ist der Bügel zur Gewährleistung des Kippens der Kabine um ihre horizontale Drehachse halbkreisförmig gebildet, so dass ein geringer Platzbedarf für die Kabine (gegebenenfalls unmittelbar benachbart zu weiteren Kabinen) besteht.
• Insbesondere in dem Fall, dass der erfindungsgemäße Bewegungssimulator im Zusammenhang mit einer Video- und Filmprojektion verwendet wird, kann ein Abschnitt der kugelförmig gebildeten Kapsel gleichzeitig als Einstiegsluke und Projektionswand ausgebildet sein. Da diese Projektionsfläche innerhalb der kugelförmigen Kabine automatisch ein Kugelsegment darstellt, kann mit einer einfachen, preisgünstigen Vorsatzlinse beispielsweise eine LCD- Projektion erfolgen, die das gesamte Sichtfeld des Betrachters oder von mehreren Betrachtern in der Kabine ausfüllt, wodurch ein maximaler Simulationseffekt erzielbar ist.
• Für einen Einsatz des erfindungsgemäßen Bewegungssimulators mit einem handelsüblichen Computerspiel können die zwei Antriebsmotoren, die bevorzugt als Elektromotor ausgelegt sind, vorteilhafterweise direkt mit dem Joystick des Spiels gekoppelt werden, um die Bewegungen des Spiels umzusetzen.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch eine perspektivische und im Bereich der Kabine teilweise aufgeschnittene Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bewegungssimulators.
• Der Bewegungssimulator umfasst eine kugelförmige Kabine 10, die knapp über einem Boden 11 freischwebend aufgehängt ist. In der Kabine 10 sind nebeneinander zwei Sitze 12 und 13 fest angebracht. Der Zugang zu den Sitzen 12 und 13 ist über eine aufgrund der aufgebrochenen Darstellung der Kabine 10 nicht dargestellte Einstiegsluke möglich, die wegen der Kugelform der Kabine 10 Kugelsegmentform hat und die innenliegend als Projektionswand ausgebildet ist, damit der Bewegungssimulator im Zusammenhang mit einer Video- und Filmprojektion zum Einsatz gelangen kann.
• Die Kabine 10 ist von einer horizontalen Drehachse 14 durchsetzt, die gewährleistet, dass die Kabine 10 nach vorne und hinten horizontal verschwenkbar ist. Die Schwenklagerung der Kabine 10 in bezug auf die horizontale Drehachse 14 kann in unterschiedlicher Weise realisiert sein. Beispielsweise ist in der Kabine 10 eine nicht dargestellte Drehachsen- Lagerstruktur (hinter den Sitzen 12, 13) vorgesehen, die außerdem einen Elektromotorantrieb aufweist, um eine Verschwenkung gegenüber der Drehachse 14 zu gewährleisten.
• Ferner ist vorgesehen, die Drehachse 14 um das Zentrum der Kabine 10 zu kippen bzw. seitlich zu neigen. Zu diesem Zweck ist die Drehachse 14 mit einem halbkreisförmigen Bügel 15 verbunden, der seinerseits an einer Bügelhalterung 16 aufgehängt ist. Die Bügelhalterung 16 ist entweder an der Decke eines Raums angebracht oder wie im dargestellten Beispiel im Zenit eines mehrere Stangen umfassenden halbkugelförmigen Rahmens, der allgemein mit der Bezugsziffer 17 bezeichnet ist.
• Der Bügel 15 durchsetzt ein kreissegmentförmiges Rohr 18, das mit der Bügelhalterung 16 fest verbunden ist und dessen Innenprofil komplementär zum Außenprofil des Bügels 15 gebildet ist, so dass dieser im Rohr 18 gleitverschiebbar ist. Die Relativverschiebung zwischen Bügel 15 und Rohr 18 erfolgt über einen nicht dargestellten Elektromotorantrieb. Durch die Relativverschiebung des Bügels 15 in bezug auf das Rohr 18 und damit die Bügelhalterung 16 kommt es zu der erwünschten Verkippung der horizontalen Drehachse 14.
• Die Bügelhalterung 16 ist bevorzugt so gebildet, dass der Bügel 15 in der Bügelhalterung 16 um eine vertikale Achse drehbar ist. Hierdurch wird erreicht, dass der Einstieg in die Kabine 10 bzw. der Ausstieg aus der Kabine 10 an verschiedenen Punkten erfolgen kann. Um diese Verschiebung um eine vertikale Achse zu ermöglichen, weist die Bügelhalterung 16 beispielsweise zwei teleskopisch ineinandergreifende Rohre auf.
• Eine teleskopartige Ausbildung der Bügelhalterung 16 kann auch so getroffen sein, dass dadurch der Bügel 15 absenkbar ist, um die Einstiegsposition der Kabine 10 zusätzlich abzusenken und damit den Zutritt zur Kabine 10 zusätzlich zu erleichtern.
• Eine teleskopartige Ausbildung der Bügelhalterung 16 kann auch so getroffen sein, dass dadurch der Bügel 15 absenkbar ist, um die Einstiegsposition der Kabine 10 zusätzlich abzusenken und damit den Zutritt zur Kabine 10 zusätzlich zu erleichtern.
• Aufgrund der in bezug auf die Kabine 10 zentralen Anordnung der horizontalen Drehachse 14 und aufgrund dessen, dass das Kippzentrum ebenfalls mit dem Zentrum der Kabine 10 zusammenfällt, können Simulationsbewegungen der Kabine 10 aufgrund von lediglich zwei (beispielsweise als Elektromotoren ausgebildeten) Motoren durchgeführt werden, und zwar zugunsten eines maximalen Simulationseffekts. Ferner ist dadurch gewährleistet, dass die räumliche Position der kugelförmigen Kabine bei ihrer Dreh- und Kippbewegung, welche Bewegungen beliebigerweise kombiniert werden können, sich ändert, ohne dass die Kabine 10 ausschwenkt, so dass ein Sicherheitsbereich außerhalb der Kabine nicht erforderlich ist.
• Wie bereits an anderer Stelle bemerkt, kann der Erfindungsgedanke schließlich auch in der Weise realisiert werden, dass der Bügel 15 unterhalb der Kabine 10 verläuft. Auch dabei hängt die Kabine 10 in den (tragenden) Enden des Bügels 15. Die Bügelhalterung 16 kann auch dabei höhenverstellbar und um eine vertikale Achse drehbar ausgebildet sein.
• Schließlich ist es auch möglich und für manche Anwendungsfälle vorteilhaft, unterhalb der kugelförmigen Kabine 10 eine Vertiefung entsprechend der äußeren Form der Kabine 10, also in Form einer Kalotte vorzusehen, um die Kabine 10 generell tiefer und für einen Benutzer bequemer anordnen zu können. Bezugszeichenliste 10 Kabine
  11 Boden
  12 Sitz
  13 Sitz
  14 Drehachse
  15 Bügel
  16 (Bügel-)Halterung
  17 Rahmen
  18 Rohr
  

Claims (11)

1. Bewegungssimulator mit einer Kabine, deren Ausrichtung über Aufhängungsmitteleinstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängungsmittel (14 bis 18) die Kabine (10) über dem Boden schwebend und um eine horizontale Drehachse (14) drehbar haltern, wobei die Drehachse (14) ihrerseits kippbar gelagert ist.

2. Bewegungssimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontale Drehachse (14) die Kabine (10) in etwa in deren Zentrum durchsetzt, in welchem auch deren Kippzentrum zu liegen kommt.

3. Bewegungssimulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motorantrieb zum Drehen der Kabine (10) um die horizontale Drehachse vorgesehen ist.

4. Bewegungssimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontale Drehachse (14) zur Verkippung an den Enden eines im Bereich seiner Mitte in einer Halterung (16) verschwenkbaren Bügels (15) angebracht ist.

5. Bewegungssimulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (15) zumindest im Bereich seiner Mitte Kreissegmentform besitzt und zur Gewährleistung seiner Verschwenkbarkeit in einem kreissegmentförmigen Rohr (18) der Bügelhalterung (16) gelagert ist.

6. Bewegungssimulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Motorantrieb zum Verschieben des Bügels (15) im kreissegmentförmigen Rohr (18) der Bügelhalterung (16) vorgesehen ist.

7. Bewegungssimulator nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bügelhalterung (16) ein Hubmittel zum Anheben und Absenken der Kabine (10) aufweist.

8. Bewegungssimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bügelhalterung (16) ein Drehmittel zum Drehen der Kabine (10) um eine vertikale Achse aufweist.

9. Bewegungssimulator nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (15) halbkreisförmig gebildet ist.

10. Bewegungssimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabine (10) Kugelform aufweist.

11. Bewegungssimulator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einsatz von Film oder Videoprojektion eine Einstiegsluke der kugelförmigen Kabine (10) auf ihrer Innenseite als Projektionswand ausgebildet ist.