DE102007038755A1

DE102007038755A1 - Sport-, Therapie- oder Spielgerät

Info

Publication number: DE102007038755A1
Application number: DE102007038755A
Authority: DE
Inventors: Patrick David
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2008-06-26

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sport-, Therapie- oder Spielgerät mit einem Betätigungselement, insbesondere mit einem Lenker, sowie mit einem mit dem Betätigungselement in Verbindung stehenden Oberbau, mit wenigstens einem Widerstandselement, das bei Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus eine der Bewegung entgegengerichtete Kraft ausübt, mit einem Lager, das nicht durch eines der Widerstandselemente gebildet wird und mittels dessen der Oberbau beweglich gelagert ist, sowie mit einem oder mehreren Erfassungsmitteln, die derart ausgeführt sind, dass sie die Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus erfassen und ein die Bewegung repräsentierendes Signal bereitstellen oder übermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft ein interaktives Sport-, Therapie- oder Spielgerät.
Die Immobilität der Tätigkeiten in den Industrienationen, gepaart mit einem zunehmenden Arbeits- und Informationsdruck, der auf den Menschen wirkt, führt zu einem erhöhten Erholungsbedarf. Um diesen Bedarf gerecht zu werden, fehlt jedoch meist die Zeit, was zu sogenannten Zivilisationskrankheiten, wie Übergeweicht, Depressionen, Streß, etc. führt.
Erholung kann in drei Hauptbereiche unterteilt werden:
Ruhe, also Reduktion der körperlichen und/oder der geistigen Aktivitäten, Sport und geistige Ablenkung bzw. Amüsement.
Erst wenn alle drei Bereiche bedarfsberecht kombiniert wahrgenommen werden, ist eine weitreichende Regeneration möglich.
Da, wie eingangs beschrieben Bewegungsmangel, Zeitmangel und geistiger Druck die Hauptprobleme für den Menschen darstellen, ist es wichtig, in möglichst kurzer Zeit so viel wie möglich körperliche Bewegung als auch geistige Ablenkung zu erleben.
Eine weitere Schwierigkeit im alltäglichen Leben besteht darin, sich selbst zu motivieren, nach einem anstrengenden Arbeitstag oder – Woche, Sport zu betreiben.
Daher verbringt ein durchschnittlicher Mensch einer Industrienation einen Großteil seiner Freizeit vor dem Fernsehgerät oder vor dem Computer. Eine Lösung der oben genannten Probleme besteht darin den Erholungswert zu intensivieren, also zeitlich zu komprimieren, indem eine Kombination aus körperlicher Ertüchtigung und geistiger Ablenkung geschaffen wird. Es gibt derzeit auf dem Markt eine Vielzahl an Produkten, die der körperlichen Ertüchtigungen dienen und eine noch größere Anzahl an Produkten, die zur geistiger Ablenkung verhelfen. Es gibt jedoch kaum ein Produkt für den Innenbereich, das sowohl körperliche Belastung, als auch geistige Ablenkung zeitgleich ermöglicht. Noch eingeschränkter ist die Auswahl an Produkten für den Innenbereich, die sowohl geistige Ablenkung mit Sport und einer niedrigen Motivationsschwelle kombinieren. In diesem Sektor fallen Sport – und Unterhaltungsgeräte, an denen der Nutzer sich körperlich betätigt während der Apparat die Bewegungen des Nutzers in Signale umwandelt, welche zur Kommunikation mit einem interaktiven Unterhaltungsprogramm genutzt werden. Somit wird der Nutzer dazu veranlaßt, definierte Bewegungen durchzuführen, um ein entsprechendes Resultat z. B. am Bildschirm zu erreichen. Das heißt, das Ergebnis bzw. die Belohnung seiner Anstrengungen erhält der Nutzer quasi zeitgleich in dem Augenblick, da er die höchste Motivation benötigt, um seine Trägheit in Anstrengung umzusetzen. Derart interaktive Produkte, die zeitsparend Sport und Unerhaltung mit niedriger Motivationsschwelle kombinieren, stellen eine Lösung zur Verbesserung der gesundheitlichen Zustände unserer Gesellschaft dar.
Es sind interaktive Geräte zur Körperertüchtigung bekannt. So beschreibt z. B. das Patent US 6,918,860 ein interaktives Fitneßgerät in Form eines stationären Fahrrads, welches mit einem Computer verbunden dem Nutzer eine Fahrt durch virtuelle Landschaften ermöglicht. Dieses Gerät gestattet dem Nutzer jedoch nur Fahrradtypische Bewegungen und trainiert somit hauptsächlich den Unterkörper des Nutzers.
Das Patent US 4,660,828 beschreibt ein Gerät, bei dem der Nutzer im Stehen einen Hebel gegen einen Widerstand bewegt, um mit dem Computer, wie mit einem Joystick, zu kommunizieren. Dieser Hebel ist über eine Druckfeder und ein Verbindungselement mit dem Boden verbunden. Das Verbindungselement ragt durch eine Drehbar auf dem Boden gelagerte Plattform hindurch in den Boden. Die Anordnung erlaubt es dem Nutzer, den Hebel in jede Richtung zu neigen und durch eine Zweihandbedienung an einer oberen Quertraverse, den Hebel um seine eigene Achse eingeschränkt, zu verdrehen. Zusätzlich kann er die drehbare Plattform, der er steht entsprechend entgegen der Oberkörperbewegung mit seinen Beinen verdrehen. Dieses Gerät erfordert vom Nutzer, durch die stehende Position einen vollen Körpereinsatz um den Hebel zu bedienen. Nachteilig bei dieser Erfindung ist, dass die Aufhängung des Hebels eine präzise Erfassung der Rotation um die Hochachse nicht mit einfachen Mitteln erlaubt und dass eine aufwändige Konstruktion z. B. für die Bodenplatte nötig ist, welche besonders präzise und kostenaufwendig gestaltet werden muss, um einen hohen Geräuschpegel zu vermeiden.
Die Patentanmeldung WO 2005/043322 A2 beschreibt ein Gerät, dessen Hebel senkrecht auf einer Bodenplattform befestigt ist. Am oberen Ende des Hebels ist eine Steuereinheit in Form von Knöpfen und Schaltern angebracht, über die der Nutzer mit einem Computerspiel kommunizieren kann. Der Hebel ist unbeweglich auf der Bodenplatte gelagert und er Nutzer steuert das Spiel, indem er Druck auf den Hebel in entsprechender Richtung aufbringt. Die Richtung und Intensität des Druckes wird über Sensoren erfasst und in Signale für das Spiel umgesetzt.
Nachteilig bei dieser Erfindung ist, dass der Nutzer aufgrund des starren Hebels keine Bewegung, sondern nur Kraft ausüben kann und dass die Entwicklung einer solchen Sensorik besonders aufwändig ist.
Kaum ein solches Gerät ist auf dem Markt erhältlich, obwohl der Bedarf dafür besteht, denn die Anforderungen für solch ein Produkt sind hoch:
Hohe Präzision der Spielesteuerung, kurze Reaktionszeiten und angenehmes Spielverhalten, möglichst viele Bewegungsrichtungen für verschiedenste Spiele und maximalen Körpereinsatz, einfachste Handhabung und geringe Anschaffungskosten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine effiziente, interaktive Bewegungsvorrichtung zu schaffen, die besonders robust und kostengünstig ist und gegenüber dem Stand der Technik vor allem, aber nicht nur, in stehender Körperhaltung ein größtmögliches Maß an Bewegungsfreiheit und Körpereinsatz, bei angenehmer und einfacher Handhabung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch Geräte mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In einer ersten Ausführungsform umfaßt das Sport-, Therapie- oder Spielgerät ein Betätigungselement, insbesondere einen Lenker, sowie einen mit dem Betätigungselement in Verbindung stehenden Oberbau. Des weiteren ist wenigstens ein Widerstandselement vorgesehen, das bei Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus eine der Bewegung entgegengerichtete Kraft ausübt. Weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Gerätes ist ein Lager, das nicht durch eines der Widerstandselemente gebildet wird und mittels dessen der Oberbau beweglich gelagert ist. Dabei können ein oder mehrere Erfassungsmittel vorgesehen sein, die derart ausgeführt sind, dass sie die Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus erfassen und ein die Bewegung repräsentierendes Signal bereitstellen oder übermitteln. Das Signal kann beispielsweise dazu genutzt werden, an einem Computerspiel teilzunehmen. Aufgrund der Tatsache, dass das Lager nicht von einem der Widerstandselemente gebildet wird, ist die Dimensionierung, Auslegung und Anordnung des Lagers einerseits und des oder der Widerstandselemente andererseits voneinander unabhängig möglich, was die Flexibilität bei der Anordnung und Auswahl der Lager und der Widerstandselemente entsprechend erhöht.
In einer zweiten Ausführungsform weist das Sport-, Therapie- oder Spielgerät ein Betätigungselement, insbesondere einen Lenker, sowie einen mit dem Betätigungselement in Verbindung stehenden Oberbau auf, der mehrteilig ausgeführt ist und/oder bewegbar mit dem Betätigungslement verbunden ist. Ferner ist wenigstens ein Widerstandselement vorgesehen, das bei Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus eine der Bewegung entgegengerichtete Kraft ausübt. Weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Gerätes ist ein Lager, mittels dessen der Oberbau beweglich gelagert ist. Dabei können ein oder mehrere Erfassungsmittel vorgesehen sein, die derart ausgeführt sind, dass sie die Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus erfassen und ein die Bewegung repräsentierendes Signal bereitstellen oder übermitteln. Aufgrund der Mehrteiligkeit des Oberbaus bzw. der Bewegbarkeit des Oberbaus relativ zum Betätigungselement ist eine hohe Flexibilität bei der Wahl der vielfältigen möglichen Bewegungen des Gerätes bzw. des Oberbaus und des daran angeordneten Lenkers realisierbar.
Gemäß einer dritten Ausführungsform des Sport-, Therapie- oder Spielgerätes ist vorgesehen, dass dieses ein Betätigungselement sowie ein mit dem Betätigungselement in Verbindung stehenden Oberbau aufweist. Ferner ist wenigstens ein Widerstandselement vorgesehen, das bei Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus eine der Bewegung entgegengerichtete Kraft ausübt. Weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Gerätes ist ein als Kreuzgelenk ausgeführtes Lager, mittels dessen der Oberbau beweglich gelagert ist. Unter dem Begriff „Kreuzgelenk" ist dabei jede beliebige Anordnung zu verstehen, die zwei nicht parallele Schwenkachsen aufweist. Die Anordnung kann aus einem Teil, wie einem Kardangelenk, oder aus zwei oder mehr Teilen aufgebaut sein, die über je eine Schwenkachse verfügen. Dabei können ein oder mehrere Erfassungsmittel vorgesehen sein, die derart ausgeführt sind, dass sie die Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus erfassen und ein die Bewegung repräsentierendes Signal bereitstellen oder übermitteln. Die Verwendung eines Kreuzgelenkes stellt eine besonders robuste und zuverlässige Möglichkeit der Lagerung des Oberbaus dar, dessen Bewegungen mittels Sensoren vergleichsweise einfach erfaßbar sind.
In einer vierten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Sport-, Therapie- oder Spielgerät mit wenigstens einem ersten Teil und wenigstens einem zweiten Teil vorgesehen, die relativ zueinander bewegbar sind, wobei ein oder mehrere elastische Elemente vorgesehen sind, die derart angeordnet sind, dass sie der Relativbewegung der beiden Teile zueinander eine Gegenkraft entgegensetzen. Die elastischen Elemente können beispielsweise in einem Gehäuse angeordnet sein und bei der Relativbewegung der beiden Teile eine Verformung erfahren. Denkbar ist es, dass das Gehäuse einen Hohlraum aufweist, in dem ein oder mehrere der elastischen Widerstandselemente sowie ein Abschnitt des ersten oder zweiten Teils derart angeordnet sind, dass eine Bewegung des Abschnitts, beispielsweise eine Rotation zu einer Verformung des oder der elastischen Widerstandselemente führt, wodurch eine Gegenkraft aufgebaut wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eines der Widerstandselemente mit dem unteren Endbereich des Oberbaus verbunden und derart beweglich gelagert ist, dass es der Bewegung des unteren Endbereiches des Oberbaus folgt.
Das oder die Widerstandselemente des erfindungsgemäßen Gerätes sind vorzugsweise auf Zug, auf Druck und/oder Biegung beansprucht.
Grundsätzlich ist denkbar, dass ein oder mehrere Betätigungselemente vorgesehen sind.
Eine besonders große Flexibilität hinsichtlich der Bewegbarkeit des Gerätes ergibt sich, wenn in einem Bereich oberhalb des den Oberbau beweglich lagernden Lagers ein oder mehrere weitere Lager vorgesehen sind, mittels derer das Betätigungselement oder Bestandteile des Oberbaus bewegbar sind. Die weiteren Lager können im Falle eines mehrteiligen Aufbaus des Oberbaus die Bewegbarkeit dieser Teile zueinander ermöglichen. Denkbar ist auch, dass die Lager die Bewegbarkeit des Betätigungselementes relativ zum Oberbau ermöglichen.
In einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Widerstandselemente derart ausgeführt sind, dass sie über eine Kraftrückkopplung verfügen und somit virtuelle Ereignissituationen durch Krafteinwirkung auf das Gerät oder auf Teile davon dem Nutzer vermitteln können, wie dies beispielsweise beim virtuellen Auftreffen auf ein elastisches Hindernis der Fall sein kann. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass Kräfte erzeugt werden, die das Gerät oder Teile davon entgegengesetzt zur ursprünglichen Bewegungsrichtung ausrichten bzw. bewegen.
Das Gerät kann ein oder mehrere Erfassungsmittel aufweisen, die derart ausgeführt sind, dass sie die Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus bzw. des ersten Teils und/oder des zweiten Teils und/oder die bei der Bewegung oder Betätigung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus bzw. des ersten Teils und/oder des zweiten Teils auftretende Kraft erfassen und ein die Bewegung und/oder ein die Kraft repräsentierendes Signal bereitstellen oder übermitteln.
Das Gerät kann über eine oder mehrere Kraftmessdosen verfügen, mittels derer in eine oder vorzugsweise in mehrere Richtungen wirkende Kräfte erfasst werden können. Die erfassten Kräfte können dann in Signale umgewandelt werden, die die Bewegungsrichtung repräsentieren.
Denkbar ist, dass das Gerät über ein oder mehrere Bauelemente verfügt, die das von den Erfassungsmitteln abgegebene Signal verarbeiten und die über einen oder mehrere Anschlüsse zum Anschließen eines oder mehrerer Bildschirme an das oder die Bauelemente verfügen. Das Gerät kann somit über eine Onboard-Elektronik verfügen, die an einen externen oder an dem Gerät befindlichen Bildschirm angeschlossen wird bzw. ist. Die Verarbeitung des oder der Signale findet in diesem Fall somit in dem oder den Bauelementen des Gerätes statt.
Auch ist es möglich, dass das Gerät über ein oder mehrere Übertragungsmittel verfügt, die derart ausgeführt sind, dass sie das von den Erfassungsmitteln abgegebene Signal an eine Konsole übertragen. Denkbar ist es in diesem Fall, dass eine externe Spielkonsole vorgesehen ist, die mit dem oder den Erfassungsmitteln sowie mit einem Bildschirm in Verbindung steht bzw. einen solchen aufweist.
Auch ist es denkbar, dass das Gerät über keine Elektronik verfügt, mittels derer die die Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus bzw. des ersten Teils und/oder des zweiten Teils und/oder die bei der Bewegung oder Betätigung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus bzw. des ersten Teils und/oder des zweiten Teils auftretende Kraft erfasst wird und die ein die Bewegung und/oder ein die Kraft repräsentierendes Signal bereitstellen oder übermitteln. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die Erfassung der Bewegung mittels externer, d. h. nicht am Gerät angeordneter Mittel, beispielsweise mittels einer Kamera, erfolgt, wobei die durch die externen Mittel erfassten Bilder oder dergleichen in Signale umgewandelt werden können, die beispielsweise ebenfalls zur Steuerung einer auf einem Bildschirm ersichtlichen Applikation dienen.
Um eine Anpassbarkeit des Gerätes an die individuellen Bedürfnisse der Nutzer vornehmen zu können, kann vorgesehen sein, dass die Korrelation zwischen dem durch die Erfassungsmitteln erfassten oder übertragenen Signal oder dem verarbeiteten Signal und der tatsächlichen Bewegung oder Betätigung veränderbar ist. Denkbar ist es beispielsweise, dass das mit einer bestimmten Auslenkung des Betätigungselementes verbundene Signal variabel ist, so dass ein bestimmtes elektrisches Signal zunächst mit einer ersten Auslenkung und nach der Veränderung der Korrelation mit einer zweiten, von der ersten Auslenkung abweichenden Auslenkung korreliert ist. Entsprechendes kann selbstverständlich auch für die mittels einer Kraftmessdose erfasste Kraft bei der Nutzung des Gerätes gelten.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Korrelation zwischen der Betätigungsrichtung und dem elektrischen Signal veränderbar ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein System mit einem Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 43, mit wenigstens einem Bildschirm sowie mit Mitteln zur Darstellung einer Applikation auf dem Bildschirm, wobei das Gerät mit den Mitteln zur Darstellung einer Applikation derart in Verbindung steht, dass die Applikation durch die Betätigung des Gerätes beeinflussbar ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur Darstellung einer Applikation Bestandteil des Gerätes sind oder durch ein oder mehrere externe Elemente gebildet werden.
Die Erfassungsmittel müssen nicht zwingend Bestandteil des Gerätes sein. Auch ist es denkbar, dass das System Erfassungsmittel aufweist, die derart ausgeführt sind, dass sie die Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus bzw. des ersten Teils und/oder des zweiten Teils erfassen und ein die Bewegung und/oder ein die Kraft repräsentierendes Signal bereitstellen oder übermitteln, wobei die Erfassungsmittel durch ein oder mehrere externe Elemente, d. h. nicht zu dem Gerät gehörende Elemente gebildet werden.
Die Erfindung betrifft schließlich die Verwendung einer Software als Treibersoftware für den Betrieb eines Gerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 43 und/oder eines Systems nach einem der Ansprüche 44 bis 46.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen. Das Gerät bzw. System gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch eine oder mehrere beliebige Kombinationen von Merkmalen der Ansprüche 1 bis 46 gekennzeichnet sein.
Die Vorteile der Erfindung werden in den folgenden Beschreibungen aufgeführt und ergeben sich teilweise offensichtlich aus der Beschreibung oder können durch Umsetzen der Erfindung in die Praxis erhalten werden. Vorteile der Erfindung können mittels der einzelnen Ausführungsdetails und durch Kombinationen daraus realisiert und erhalten werden, wie sie nachfolgend erläutert werden.
Die beigefügten Zeichnungen welche im Folgenden beschreiben werden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit den hier aufgeführten Beschreibungen der Erläuterung der Grundsätze der Erfindung. Dabei zeigen:
1: eine Darstellung des Gerätes gemäß der Erfindung, mitsamt Peripherie,
2: eine Darstellung des Gerätes gemäß 1,
3: die „Vorwärts-Rückwärts-Bewegung„ des Oberbaus 20, also das Kippen des Oberbaus 20 um die x-Achse, bzw. Querachse 17,
4: die „Seitwärtsbewegung des Oberbaus 20, also das Kippen des Oberbaus 20 um die y-Achse, bzw. Längsachse 21,
5: die kombinierte Bewegung des Oberbaus 20 sowohl um die X- als auch um die Y-Achse,
6: eine Darstellung, in der der Lenker 15 um seine eigene Hochachse 22 bzw. Z-Achse nach links verdreht wurde,
7: eine Darstellung in der der Lenker 15 um seine eigene Hochachse 22 bzw. Z-Achse nach rechts verdreht wurde,
8: die Neigungsbewegung des Lenkers 15 um seine eigene Längsachse bzw. Y-Achse,
9–11: die Veränderung der Länge des Oberbaus 20 in Richtung seiner eigenen Hochachse,
12, 13: eine Detailansicht von dem den Oberbau (20) lagernden Gelenk 11 in einer Position in der der Oberbau 20 sowohl um die Querachse 17 als auch um die Längsachse 21 geneigt ist,
14: eine Detailansicht der oberen Elemente des Oberbaus 20 und der Elemente des Lenkers 15,
15: eine Detailansicht der oberen Elemente des Oberbaus 20 und der Elemente des Lenkers 15 mit Achsblockierbolzen 32, 33,
16: Details einer Verdrehung des Lenkers 15 um seine eigene Hochachse 22, gemäß 6,
17: Details einer Verdrehung des Lenkers 15 um seine eigene Hochachse 22, gemäß 6, unter Einbeziehung des Hauptlagers 11,
18: Details einer Neigung des Lenkers 15 um seine eigene Längsachse 23, gemäß 8,
19: Details einer Neigung des Lenkers 15 um seine eigene Längsachse 23, gemäß 8, unter Einbeziehung des Hauptlagers 11,
20–25: Varianten von Widerstandselementen und deren Verbau,
26: eine Darstellung der Möglichkeit des Verbaus von Vibrationsmotoren,
27–29: die bewegliche Anordnung des Oberbaus an einer Platte mittels Kreuzgelenk sowie eine Ausführung des Widerstandselements als Biegefeder,
30–33: unterschiedliche Positionen des Lenkers mit an einem Hebel angeordneten und parallel zur Lenkerlängsachse verlaufenden Widerstandselement
34: perspektivische Ansichten des Gerätes mit elastischen Widerstandselementen mit Detailansichten,
35: eine perspektivische Ansicht eines elastischen Widerstandselementes.
1 zeigt die konzeptionelle Darstellung eines Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gerät 1 wird vom Nutzer 2 dazu verwendet, um interaktiv mit einem Gerät zur elektronischen Datenverarbeitung 3 und einem Display 4 zu kommunizieren. Hierbei werden die nachfolgend beschriebenen Bewegungen, die der Nutzer 2 mit dem Lenker 5, 15 gegen Widerstand ausführt, in elektrische oder optische Signale umgesetzt, die dem Gerät zur elektronischen Datenverarbeitung 3 (nachfolgend Computer genannt) übermittelt und dort mittels Programmen verarbeitet werden. Die entsprechenden Reaktionen des Programms werden auf dem Display 4 angezeigt, woraufhin der Nutzer 2 die Position und Haltung des Lenkers 5, 15 entsprechend anpassen kann.
Von der Erfindung ist ferner eine Ausführungsform umfaßt, bei der der Computer und/oder ein Display unmittelbar an dem Gerät 1 angeordnet ist.
In 2 wird der Aufbau dieser Ausführungsform gemäß der Erfindung vorgestellt, um die nachfolgende Beschreibung der Bewegungen zu verdeutlichen.
Eine auf der Plattform 6 befestigte Hauptlagerstütze 7 mündet in einem Hauptlagerträger 10, in welchem das Hauptlager 11 um eine horizontale Achse 17 drehbar gelagert ist. Durch dieses Hauptlager 11 hindurch ragt der Unterhebel 12, der in diesem Hauptlager 11 rechtwinklig zur Achse 17 drehbar gelagert ist. In dieser Ausführungsform der Erfindung besteht der Oberbau aus einem Unterhebel 12 und einem damit verbundenen Oberhebel 14.
Die Unterseite des Unterhebels 12 ist in sich längenverstellbar (Bezugszeichen 26) mit einem Widerstandselement 9 derart verbunden, dass das Widerstandselement 9 zu dem Unterhebel 12 einen beliebigen Winkel um den Verbindungspunkt herum einnehmen kann. Das untere Ende des Widerstandselementes 9 ist auf dieselbe Art mit dem Widerstandslager 8 verbunden, welches wiederum höhenverstellbar mit der Plattform 6 verbunden ist.
Der Unterhebel 12 mündet in seinem oberen Ende auf ein Führungselement 13, welches wiederum mit dem Oberhebel 14 verbunden ist. Dieser ist höhenverstellbar am Führungselement 13 befestigt, um unterschiedlichen Körpergrößen der Nutzer gerecht zu werden. Der Oberhebel 14 mündet im oberen Bereich in ein Lager, auf dem der Lenker 15 um zwei Achsen drehbar gelagert ist. Ein horizontal aus dem Oberhebel 14 hervorstehender Hebel 18 bildet das Widerlager zu dem Widerstandselement 16, welches an seinem anderen Ende über einen Schräghebel 19 mit dem Lenker 15 verbunden ist.
In 3–11 werden die Bewegungen dieser Ausführungsform beschrieben. In 3 ist die „vorwärts-rückwärts Bewegung„ des gesamten Oberbaus 20 dargestellt. Hierbei neigt sich das Hauptgelenk 11 parallel zum Oberbau 20 um die Querachse 17. Bei einer solchen Vorwärtsbewegung des Widerstandselements 9 welches hierbei gedehnt bzw. auf Zug beansprucht wird, trainiert der Nutzer sowohl seine vordere Oberkörpermuskulatur als seine hintere Unterkörpermuskulatur und die Trizeps.
Bei der in 3 dargestellten Rückwärtsbewegung werden vor allem die hintere Oberkörpermuskulatur und die vordere Unterkörpermuskulatur, sowie die Bizeps trainiert. Wenn das Programm, mit dem die Vorrichtung gemäß der Erfindung kommuniziert ein Computerspiel ist, so kann die Vor-Zurückbewegung z. B zum Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegen der Spielfigur dienen. Hierbei kann der Nutzer anhand des Neigungswinkels des Oberbaus 20 die Beschleunigung der Spielfigur steuern: je stärker die Neigung um so größer die Beschleunigung oder Geschwindigkeit der Spielfigur in die entsprechende Richtung. Mit steigendem Neigungswinkel des Oberbaus 20 steigt auch der Widerstand des Widerstandselements 9 an. Somit muss der Nutzer, wenn er seine Spielfigur schneller bewegen möchte ein höheres Maß an Kraft aufbringen. Hierbei legt er mit seinen Händen einen entsprechend großen Weg zurück und da ein solches Spiel in der Regel sehr schnelle Reaktionen erfordert, muss der Nutzer die Applikation der Kraft über den entsprechenden Weg in möglichst kurzer Zeit durchführen. Dem Nutzer wird so Leistung abgefordert. Dieses Prinzip liegt allen nachfolgend beschreiben Bewegungsmöglichkeiten der Vorrichtung gemäß der Erfindung zugrunde.
Der Vorteil, der sich aus der Anordnung der Widerstandselemente und deren Belastung jeweils in Zugrichtung ergibt, ist dass der Kraftanstieg durch die gegebenen Hebelverhältnisse im mittleren Bewegungsbereich, also nahe um die neutrale Position das Oberbaus 20, relativ gering ist und somit eine leichte, präzise Steuerung in diesem Bereich ermöglicht. Die stärkeren Ausschläge, bei denen der Kraftverlauf deutlicher ansteigt, dienen größeren Beschleunigungen im Spiel und erfordern einen größeren Kraftaufwand vom Nutzer.
Der Nutzer trainiert sowohl die Leistungsfähigkeit seiner gesamten Muskulatur als auch seine Koordinationsfähigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit.
Bei gängigen Fitneßgeräten muss sich ein Nutzer auf die Bewegungen selbst konzentrieren um, meist einzelne Muskelgruppen, zu trainieren. D. h. das Training ist das alleinige Ziel und somit die einzige Motivation seiner Anstrengung. In Gegensatz dazu bietet eine Vorrichtung gemäß der Erfindung eine duale Motivation: ein abwechslungsreiches Ganzköpertraining kombiniert mit frei wählbarer, interaktiver Unterhaltung. Dies bedeutet, dass eine solche Vorrichtung das Beste aus dem zwei von drei rekreativen Bereichen in sich vereinigt: Unterhaltung und Gesundheit bzw. Sport bei geringstem Motivationsaufwand.
Nachfolgend werden die verschiedenen Bewegungsmöglichkeiten anhand von Zeichnungen und Beispielen verdeutlicht.
4 stellt die seitlichen Neigungsmöglichkeiten des Oberbaus 20 um die Längsachse 21 bzw. um die Y-Achse dar, die ihrerseits um die Achse 17 schwenkbar ist. Diese Bewegung kann in Verbindung mit einem Computerspiel dazu dienen, eine Spielfigur nach links oder rechts zu bewegen. Bei dieser Art von Bewegung wird hauptsächlich die seitliche Körpermuskulatur des Nutzers trainiert.
5 ist eine Darstellung einer möglichen, gleichzeitigen Neigung des Oberbaus 20 um die Querachse 17 bzw. X-Achse und um die Längsachse 21 des Hauptlagers 11, bzw. um die Y-Achse. In Verlauf z. B. eines Spieles wird der Nutzer ständig die Position des Lenkers 15 verändern müssen um den Spielverlauf zu folgen. Hierbei werden abwechselnd die unterschiedlichsten Muskeln trainiert ohne dass Monotonie aufkommt.
6 ist eine Draufsicht auf ein Gerät gemäß der Erfindung. Hierbei ist zu sehen, dass der Lenker 15 um seine eigene Hochachse 22, bzw. die eigene Z-Achse, nach links eingeschlagen wurde. Durch diesen Einschlag des Lenkers 15 wird das Widerstandselement 16 zwischen dem Schräghebel 19 und dem Hebel 18 gegen Kraft gedehnt, d. h. auf Zug beansprucht. Diese Bewegung könnte in Verbindung mit einem Computerspiel dazu benutzt werden, eine Spielfigur nach links zu drehen. Gleichzeitig trainiert diese Art der Bewegung besonders die schräge Hüftmuskulatur samt Schultern und Rücken. Gleiches gilt für 7, in der dieselbe Bewegungsart, nur nach rechts statt nach links zu sehen ist.
8 ist eine Darstellung der Möglichkeit den Lenker 15 wie ein Lenkrad z. B. für Autorennspiele zu benutzen. Dazu kann der Lenker 15 um seine eigene Längsachse 23, bzw. um seine eigene Y-Achse nach links und rechts rotiert werden. Hierbei wird, ähnlich wie bei der seitlichen Neigung des Oberbaus 20 aus 4, besonders die seitliche Muskulatur des Nutzers trainiert, jedoch aufgrund des höheren Rotationspunktes wird entsprechend vorwiegend die seitliche Rumpfmuskulatur des Nutzers trainiert.
9–11 stellt eine weitere Bewegungsrichtung eines Gerätes gemäß der Erfindung dar. Es handelt sich hierbei um eine dynamische Veränderung des Abstandes zwischen dem Oberhebel 14 und dem Unterhebel 12, die beide den Oberbau 20 bilden. Dabei kommt es zu einer Veränderung des Abstandes zwischen dem Lenker 15 und dem Hauptlager 11. Diese Bewegung wird gegen Kraft ausgeführt. Das Widerstandselement 24 wirkt sowohl in Druck- als auch in Zugrichtung, d. h. bringt bei beiden Bewegungsrichtungen eine der jeweiligen Bewegung entgegengerichtete Gegenkraft auf. Das Führungselement 13 stellt sicher, dass weder eine relative Veränderung der Winkellagen noch eine Rotation zwischen dem Oberhebel 14 und dem Unterhebel 12 möglich sind. d. h. es sorgt dafür dass nur ein Freiheitsgrad nämlich die Bewegung entlang der eigenen Hochachse möglich ist. Das Führungselement 13 ist höhenverstellbar mit dem Oberhebel 14 über eine Höhenverstellung 29 verbunden. Diese Höhenverstellung 29 dient der Anpassung der Vorrichtung an unterschiedliche Körpergrößen der Nutzer.
Dadurch kann z. B. eine Spielfigur zum ducken oder springen gebracht oder bei einem Autorennspiel der Gang hoch bzw. runter geschaltet werden.
9 stellt die neutrale Position, also den Abstand zwischen Oberhebel 14 und Unterhebel 12 bei Nichtbetätigung, dar. Hier ist auch der Höhensensor 25 zu sehen, der die Stauchung oder Streckung zwischen Oberhebel 14 und Unterhebel 12 mißt und an die elektronische Datenverarbeitung weitergibt. Die Schaltpunkte für die Bewegungssignale sind jeweils einstellbar, so dass der Sensor 25 entweder bei geringem Weg und geringem Widerstand oder bei großem Weg und hohem Widerstand anspricht. Des weiteren ist die Längenverstellung 26 des Unterhebels 12 zu sehen, mit der die Charakteristik des Widerstandsverlaufs zum Neigungswinkel des Oberbaus 20 aus 2 eingestellt werden kann. Am unteren Ende des Widerstandselements 9 ist das höhenverstellbare Widerstandslager 8 zu sehen, durch dessen Höhenverstellung die Vorspannung des Widerstandselements 9, im Falle der Verwendung einer Zugfeder, verändert und somit das Grundkraftniveau eingestellt werden kann.
In 10 wird die gestauchte Position dieser Bewegungsart dargestellt. Diese wird durch ausüben von Druck auf den Lenker 15, in Richtung des Hauptlagers 11 erreicht. Hierbei wird besonders die Muskulatur des vorderen Oberkörpers und die des hinteren Unterkörpers trainiert.
11 stellt die gestreckte Position der Bewegung zwischen Oberhebel 14 und Unterhebel 12 dar. Hierbei wird besonders die obere Rückenmuskulatur und die vordere Muskulatur des Unterkörpers trainiert.
12 ist eine Ansicht des Hauptlagers 11 mit seiner Längsachse 21 und seiner Querachse 17, welche im Hauptlagerträger 10 gelagert ist. Diese Darstellung soll die Funktionsweise des Hauptlagers einer Vorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulichen.
Der Oberbau 20, der über die Längsachse 21 mit dem Hauptlager 11 verbunden ist, ist hier in einer windschiefen Lage dargestellt. D. h. der Oberbau 20 ist um die Längsachse 21 geneigt, während das Hauptlager 11 gleichzeitig um die Querachse 17 geneigt ist.
In 13, der rückseitigen Ansicht von 12, sind der Querachssensor 27 und der Längsachssensor 28 zu sehen. Der Querachssensor 27 erfaßt den Rotationswinkel der in 12 dargestellten Querachse 17. Der Längsachssensor 28 erfaßt den Rotationswinkel der in 12 dargestellten Längsachse 21. Diese Sensoren können z. B. Potentiometer sein, deren Drehachse mit der entsprechenden Quer- oder Längsachse verbunden sind. In 14 und 15 werden die Bedienfunktionen, die Widerstandsverstellmöglichkeiten, und die Achsblockiermöglichkeiten des Lenkers 15 erläutert.
In 14 ist die Längenverstellung 30 des Hebels 18 zu sehen. Diese dient vorwiegend der Veränderung des Grundwiderstandsniveaus des Widerstandselements 16. Die Schräglängenverstellung 31 des Schräghebels 19 dient der Einstellung der Charakteristik des Widerstandsverlaufs, sowohl bei Verdrehung des Lenkers 15 um seine eigene Hochachse 22 als auch beim Neigen des Lenkers 15 um seine Längsachse 23. Durch den steilen Winkel des Schräghebels 19 von ca. 30° bis 60° erfährt das Widerstandselement 16 bei beiden Bewegungsarten des Lenkers 15 eine Dehnung, der es Widerstand entgegen setzt.
Das obere Ende des Oberhebels 14 ist über die Längsachse 23 mit dem Lenklager 42 verbunden und erlaubt diesem die Neigungsrotation um diese Achse. Durch den Oberhebel 14 und das Lenklager 42 hindurch ist ein Achsblockierbolzen 33 gesteckt, der die beiden Bauteile miteinander unbeweglich fixiert. Dieser kann bei Bedarf entfernt werden, wie später dargestellt.
Auf dem Lenklager 42 steht senkrecht in die Höhe und hier nicht sichtbar, die Hochachse 22, die den Lenker 15 mit dem Lenklager 42 derart verbindet dass sich der Lenker 15 nur um diese Achse drehen kann. Durch den Lenker 15 und das Lenklager 42 hindurch ist ein Achsblockierbolzen 32 gesteckt, der diese beiden Bauteile miteinander unbeweglich fixiert. Auch dieser kann bei Bedarf gesteckt oder entfernt werden.
Pos. 34 stellt einen Achssensor dar, der der Messung des Rotationswinkels des Lenkers 15 um seine Hochachse 22 dient. In Pos. 35 ist solch ein Achssensor für die Lenksachse 23 zu sehen. Beide Sensoren können Potentiometer sein, deren Drehachse mit der entsprechenden Hoch- oder Längsachse verbunden sind. Weiterhin in 14 zu erkennen sind die beiden Bedienelemente Schalter 36 und Schalter 37 zu sehen. Der Lenker 15 kann mit einer Vielzahl von Schaltern und Tasten ausgestattet sein die entsprechend ergonomisch angeordnet, der erweiterten Bedienung eines Computers 3 (1) dienen. So sind in 15 die Pos. 40 und 41 vorgesehene Flächen für weitere Bedienelemente. Die Felder 38 und 39 sind ebenfalls vorgesehene Flächen für Tasten und Schalter und für eine berührungssensible Fläche um eine Computermaus zu ersetzen. Je nach Ausstattung kann der Nutzer somit den Computer vollständig und ohne weitere Gerätschaften stehend bedienen. Weiterhin ist in 15 dargestellt wie die Achsblockierbolzen 32 und 33 in diesem Ausführungsbeispiel gestaltet sind.
16 stellt eine Rotation des Lenkers 15 um seine Hochachse 22 dar. Hierbei ist der Achsblockierbolzen 33 gesteckt um zu verhindern dass eine Neigungsrotation um die Längsachse 23 stattfinden kann. Diese Konfiguration kann dann sinnvoll sein, wenn es wichtig ist Bewegungsüberlagerungen der beiden gleichgerichteten Längsachsen 23 und 21 (17) zu vermeiden und die Bewegung um die Längsachse 21 (17) für das entsprechende Spiel vom Nutzer bevorzugt wird. Dann ergeben sich Bewegungsmöglichkeiten wie in 17 dargestellt: der Oberbau 20 ist Windschief um die Querachse 17 und die Längsachse 21 geneigt, wobei gleichzeitig der Lenker 15 um seine Hochachse 22 verdreht ist. Dies kann z. B. in einem Spiel sinnvoll sein, wenn die Spielfigur durch die Bewegungen des Oberbaus 20 in ihrer Fortbewegung gelenkt wird, während der Lenker 15 dazu genutzt wird und gleichzeitig die Blickrichtung zu verändern.
18 stellt eine Rotation des Lenkers 15 um seine Längsachse 23 dar. Hierbei ist der Achsblockierbolzen 34 gesteckt, um zu verhindern, dass eine Rotation des Lenkers 15 um seine Hochachse 22 stattfinden kann. Dies ist dann sinnvoll, wenn der Nutzer z. B ein Autorennspiel bedient und den Lenker 15 entsprechend der Bewegung eines Autolenkrads benutzen möchte. Hierzu könnte er durch Vor- und Rückbewegung 15 des Lenkers 15 sein Auto beschleunigen oder abbremsen, während er mit dem Lenker 15 die Richtung bestimmt. In diesem Fall, wie in
19 dargestellt, wäre eine Interaktion der Beiden gleichgerichteten Längsachsen 23 und 21 zu vermeiden, in dem der Achsblockierbolzen 43 zusätzlich gesteckt wird. Dieser verhindert eine seitliche Neigung des Oberbaus 20 um die Längsachse 21 des Hauptlagers 11.
In 20 wird ein alternativer Verbau der Widerstandselemente dargestellt. Hierbei ist das Widerstandselement 9 in dem Unterhebel 12 einseitig fixiert und über ein flexibles Zugelement 44, welches über das Umlenkrollenpaket 45 geführt wird, mit dem Widerstandslager 8 (9) oder direkt mit der Plattform 6 (2) verbunden. Durch Winkeländerung des Unterhebels 12 wird das Widerstandselement 9 über das flexible Zugelement 44 gedehnt, wodurch der Widerstand im Falle einer Zugfeder ansteigt. Der Vorteil dieser Anordnungen der Widerstandselemente liegt in der kompakteren Bauform.
21 stellt eine Möglichkeit der Ausführung eines Widerstandselements dar, in der z. B. ein Elektroantrieb 50 über ein Zugelement 51, welches an seinem oberen Ende mit dem Unterhebel 12 verbunden ist, eine elektronisch gesteuerte Kraft- bzw. Widerstandsanstieg auf den Unterhebel 12 aufbringt. Dazu wird das Zugelement 51 über ein Umlenkrollenpaket 52 auf einer Spule 53, die über z. B. einen Elektroantrieb 50 angetrieben wird, auf- bzw. abgewickelt. Diese Art eines Widerstandselements bietet den Vorteil eines programmgesteuerten Widerstandsverlaufs. Auch kann in diesem Fall der Widerstand derart gesteuert werden, das er als Kraftrückkopplung dient. d. h, dass wenn z. B. in einem Autorennspiel das Fahrzeug an einer Leitplanke entlang fährt werden die Kräfte, die virtuell auf die Lenkung wirken, in reale, für den Nutzer erlebbare Kräfte umgesetzt.
22 stellt eine weitere Variante dar bei der z. B. das Widerstandselement 9 aus einer Zugfeder besteht, zu der parallel oder hintereinandergeschaltet ein Zugelement 51 verläuft, welches zwischen dem Unterhebel 12 und dem Elektroantrieb 50 befestigt ist. In diesem Fall dient die elektrisch betriebene Zusatzwiderstandsvorrichtung einer Widerstandssteigerung im Falle einer programmgesteuerten Kraftrückkopplung.
In 23 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit eines Widerstandselements einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Es handelt sich hierbei um einen magnetischen Zylinder, der aus einem Spulenzylinder 54 besteht, in den ein Kernkolben 55 derart in dem Spulenzylinder 54 gelagert ist, dass er sich in Richtung seiner Längsachse bewegen kann. Die Spule des Spulenzylinders 54 wird programmgesteuert mit elektrischem Strom beaufschlagt, was dazu führt, dass eine Kraft auf den Kernkolben 55 in Richtung seiner Längsachse wirkt. Durch entsprechende Ansteuerung des Spulenzylinders 54, der auf der Plattform 6 (2) winkelbeweglich gelagert ist, wird so eine Zugkraft über den Kernkolben 55, der wiederum mit dem Unterhebel 12 winkelbeweglich gelagert ist, auf diesen übertragen.
In 24 wird eine weitere Variante eines Widerstandselements einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Es handelt sich hierbei um eine Biegefeder 56 mit z. B. kreisförmigem Querschnitt. Diese ist an ihrem oberen Ende fest mit dem Unterhebel 12 verbunden. Das untere Ende ist über ein höhenverstellbares Rollenpaket 57 mit der Plattform 6 derart verbunden, dass sich bei Neigung des Unterhebels 12 die Biegefeder 56 in die entsprechende Richtung durchbiegen kann und somit der Bewegung des Lenkers 15 einen Widerstand entgegensetzt.
25 veranschaulicht eine Durchbiegung eines Widerstandselements gemäß 24. Der Unterhebel 12 wird durch Kraft auf den Lenker 15 gegen die Plattform 6 geneigt, so dass die Biegefeder 56 sich entsprechend durchbiegt.
Alle hier vorgestellten Varianten des Widersandselements bzw. deren Verbauart und Funktionsweisen, können sowohl einzeln, als auch in Kombinationen bei allen Widerstandselementen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung vorkommen. Die jeweilige Ausführung wird durch Argumente der Wirtschaftlichkeit und des Funktionsumfangs festgelegt.
In 26 sind zwei Vibrationsmotoren 48 und 49 dargestellt, welche in dem Lenker 15 eingebaut sein können um ein Spiel „fühlbar" zu machen. Solche Einrichtungen sind in heutigen Spielekonsolen und Joysticks üblich und dienen dazu dem Nutzer über Vibration mitzuteilen wenn z. B seine Spielfigur in einem Rennspiel anstößt.
27 zeigt den unteren Abschnitt des Oberbaus, der über ein Kreuzgelenk 100 mit einer Platte bzw. Plattform verbunden ist, die den Oberbau trägt und auf dem der Nutzer des Gerätes je nach Bedarf stehen kann. Innerhalb des hohl ausgeführten Oberbaus befindet sich die Biegefeder 110, die z. B. als Rundstahl ausgeführt sein kann. Das Bezugszeichen 120 kennzeichnet ein Biegefedergelenk, das z. B. als Kugelgelenk oder Elastomergelenk ausgeführt sein kann. An der Position 130 ist die Biegefeder 110 fest in die Platte eingespannt.
28 zeigt die Neigung des Oberbaus relativ zur Platte zur Seite und 29 zeigt die Neigung gleichzeitig zur Seite sowie nach vorne. Unabhängig davon, um welche Achse des Kreuzgelenkes 100 der Oberbau verschwenkt wird, übt die Biegefeder 110 eine der Bewegung entgegen gerichtet Gegenkraft auf.
Gegenüber der in 27 dargestellten Anordnung können das Biegefedergelenk 120 und die feste Einspannung 130 auch vertauscht sein, d. h die Biegefeder könnte fest am Oberbau und gelenkig an der Platte angeordnet sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn entweder das Gelenk 120 oder die feste Einspannung 130 derart ausgeführt sind, dass sie eine Verschiebung der Biegefeder 110 in axialer Richtung zulassen, die während der Biegung auftritt. Die Feder 110 kann wahlweise auch im Gelenk 120 fest eingespannt, z. B. eingeschrumpft sein.
Das Biegefedergelenk kann höheneinstellbar in dem Rohr des Oberbaus oder an dem Oberbau geführt sein, um das Kraftniveau zu verändern. Ein Tieferstellen des Gelenks führt zu einem steiferen Verhalten der Feder 110 und somit zu einem Anstieg des Kraftniveaus.
Außer dem hier dargestellten Rechteckprofil des Oberbaus ist selbstverständlich auch jedes andere Profil, beispielsweise ein Rundprofil denkbar.
30 zeigt den Lenker 5, der in seinen beiden Endbereichen jeweils einen Handgriff 150 aufweist. Zwischen den Handgriffen 150 erstreckt sich die Lenkerlängsachse, in der oder parallel zu der das Widerstandselement 160 liegt. Das Widerstands 160 steht mit einem Hebel 170 in Verbindung, der fest an dem Oberbau angeordnet ist. Der Hebel 170 erstreckt sich von dem Oberbau bis zur Längsachse des Lenkers 5 und ist mit dem Widerstandselement 160 entweder über ein Federgelenk oder über eine feste Einspannung z. B. im Falle einer Biegefeder verbunden. Dasselbe gilt für die Verbindung zwischen Widerstandselement 160 und Lenker 5.
Im Gegensatz zu der in den 1 bis 26 dargestellten Ausführung ist bei der Ausführungsform gemäß der 30 bis 33 das Widerstandselement in der Lenkerlängsachse oder zumindest im wesentlichen parallel zu dieser angeordnet.
30 zeigt das Widerstandselement 160 in seiner kürzesten, das heißt geraden Stellung. Das Widerstandselement 160 kann beliebig ausgeführt sein, beispielsweise als Zug- oder Biegefeder.
31 zeigt eine Position, bei der der Lenker 5 um die Y-Achse 180 im Uhrzeigersinn verschwenkt ist. Wie dies aus 31 ersichtlich ist, dehnt sich das Widerstandselement 160 im Falle einer Zugfeder bzw. biegt sich im Falle einer Biegefeder und bringt somit der Lenkbewegung eine Gegenkraft entgegen.
32 zeigt in einer Ansicht von oben den Lenker 5 in seiner neutralen Position. 33 zeigt eine Position, in der der Lenker 5 um die Z-Achse 190 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht ist. Auch in diesem Fall dehnt sich das Widerstandselement 160 im Falle einer Zugfeder bzw. biegt sich im Falle einer Biegefeder.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf ein Gerät beschränkt ist, dass nur im Stehen betrieben werden kann. Grundsätzlich ist es möglich, das Gerät auch im Sitzen zu betreiben, hierzu kann ein Sitz/Stuhl beispielsweise mit der Bodenplattform verbunden werden oder daraufgestellt werden.
Das Gerät selbst kann über eine elektronische Anzeigeeinheit verfügen, die der Einstellung des Gerätes dient.
Ferner kann die aus 24 ersichtliche Anordnung einer Biegefeder ebenso im Lenker bzw. im Betätigungselement zum Einsatz kommen.
Grundsätzlich ist des weiteren darauf hinzuweisen, dass sämtliche Widerstandselemente auch mehrfach in einem Gelenk zum Einsatz kommen können, um beispielsweise durch Verwendung mehrerer kleiner Elemente Raum zu sparen. Hier ist sowohl eine parallele Anordnung beispielsweise von Zug- oder Biegefedern möglich als auch eine getrennte Anordnung, beispielsweise eine spiegelbildliche Anordnung der Kraftelemente in beiden Hälften des Betätigungshebels.
Sämtliche dargestellte Widerstandselemente können auch kopfüber bzw. in umgekehrter Reihenfolge verbaut werden.
Die in den Zeichnungen dargestellte Bodenplatte ist nicht zwingend Bestandteil des Gerätes. Insbesondere im gewerblichen Bereich kann auch eine direkte Bodenmontage denkbar sein.
Die sogenannte Treibersoftware, die dazu dient die Kommunikation zwischen der Elektronik einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, also dem Controller 1 (1) und einem Computer 3 (1) zu ermöglichen besitzt in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die nachfolgend aufgeführten Eigenschaften:
in erster Linie teilt sie dem Computer mit welcher Anschluss mit welcher Taste belegt ist, also ob z. B. der Anschluss mit der Nummer 008 ein einfacher Schalter, ein analog gesteuerter Sensor, ein elektrischer Antrieb oder eine Anzeige ist.
Weiterhin kommuniziert die Treibersoftware kontinuierlich die Signalzustände und Signaländerungen zwischen dem Computer und der Elektronik der Vorrichtung.
Optional stellt die Treibersoftware ein Konfigurationsfenster auf dem Display des Computers zur Verfügung, welches dem Nutzer erlaubt, die einzelnen Bedienelemente jeweils verschiedenen Funktionen für z. B. ein Spielprogramm zuzuordnen. Weiterhin erlaubt es dem Nutzer den maximalen Winkelausschlag den er gegen den mechanischen Widerstand an den verschiedenen Gelenken ausführt zu ermitteln und somit die Spielesteuerung auf ihn persönlich einzustellen. Der Nutzer kann auch einen Weg- oder Winkelabhängigen Sensor derart konfigurieren, dass dieser in verschiedenen, definierten Stellungen unterschiedliche Funktionen zugewiesen bekommt. So kann z. B. der winkelabhängige Sensor der Vor-Rückbewegung des Hauptlagers 11 aus 3, derart konfiguriert werden, dass er bei einer Auslenkung nach vorne innerhalb der ersten 10° der Neigung die Funktion „Gehen„ und ab einem Winkel von 15° die Funktion „Rennen„ zugewiesen bekommt.
Die Treibersoftware ermöglicht das Editieren, Abspeichern und Aktivieren von nutzerspezifischen Einstellungen, wie maximaler Winkelausschlag, Funktionszuordnungen von Bedienelementen und Nullstellungen auf einem Datenträger.
34 zeigt das erfindungsgemäße Gerät mit mehreren Widerstandselementen 610, die in einem Gehäuse 600 angeordnet sind und sich in Längsrichtung des Gehäuses 600 erstrecken. Das Gehäuse 600 steht mit einem ersten Teil in Verbindung, beispielsweise mit einem Rahmen. In dem Gehäuse 600 befindet sich des weiteren ein Abschnitt eines zweiten Teils, beispielsweise eines Betätigungselementes, relativ zu dem das erste Teil bewegbar ist. Durch die Betätigung des Abschnittes des zweiten Teils in dem Gehäuse 600 werden die beispielsweise aus Gummi bestehenden Widerstandselemente verformt und üben eine der Bewegung entgegengerichtete Kraft aus. 34 zeigt diese Widerstandselemente jeweils paarweise als Kreuzgelenke im Bereich zwischen Lenker und Oberbau und zwischen Oberbau und Bodenplatte bzw. Fußboden.
Die Widerstandselemente 610 können beispielsweise in den Ecken des hohlen Innenraums eines im Querschnitt vieleckigen Gehäuses angeordnet sein. In diesem kann sich ferner ein Abschnitt eines ersten oder zweiten Teils befinden, das relativ zu dem Gehäuse 600 eine Relativbewegung erfährt, wodurch die Widerstandselemente 610 verformt werden, was zu einer der Relativbewegung entgegengerichteten Gegenkraft führt.
35 zeigt das Ausführungsbeispiel eines elastischen Widerstandelementes 610 als Gummiklotz, in den eine Rahmenstange 611 eingegossen ist. Ein derartiges Widerstandselement kann besonders vorteilhaft in die Plattform 6 des Gerätes 1 eingebracht werden. Die Rahmenstange 611 kann in x und y Richtung bewegt werden, wobei durch das Widerstandelement 610 eine entsprechend entgegengesetzte Gegenkraft ausgeübt wird.

Claims

Sport-, Therapie- oder Spielgerät (1) mit einem Betätigungselement, insbesondere mit einem Lenker (5, 15), sowie mit einem mit dem Betätigungselement in Verbindung stehenden Oberbau (20), mit wenigstens einem Widerstandselement (9, 16, 24, 51, 54, 55, 56, 57, 110, 160), das bei Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus (20) eine der Bewegung entgegengerichtete Kraft ausübt, sowie mit einem Lager (11), das nicht durch eines der Widerstandselemente gebildet wird und mittels dessen der Oberbau (20) beweglich gelagert ist.
Sport-, Therapie- oder Spielgerät (1) mit einem Betätigungselement, insbesondere mit einem Lenker (5, 15), sowie mit einem mit dem Betätigungselement in Verbindung stehenden Oberbau (20), der mehrteilig ausgeführt und/oder derart ausgeführt ist, dass das Betätigungselement relativ zu dem Oberbau (20) bewegbar ist, mit wenigstens einem Widerstandselement (9, 16, 24, 51, 54, 55, 56, 57, 110, 160), das bei Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus (20) eine der Bewegung entgegengerichtete Kraft ausübt, mit einem Lager (11), mittels dessen der Oberbau (20) beweglich gelagert ist,
Sport-, Therapie- oder Spielgerät (1) mit einem Betätigungselement sowie mit einem mit dem Betätigungselement in Verbindung stehenden Oberbau (20), mit wenigstens einem Widerstandselement (9, 16, 24, 51, 54, 55, 56, 57, 110, 160), das bei Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus (20) eine der Bewegung entgegengerichtete Kraft ausübt, sowie mit einem als Kreuzgelenk ausgeführten Lager (11), mittels dessen der Oberbau (20) beweglich gelagert ist.
Sport-, Therapie- oder Spielgerät (1) mit wenigstens einem ersten Teil und wenigstens einem zweiten Teil, die relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere elastische Widerstandselemente (610) vorgesehen sind, die derart angeordnet sind, dass sie der Relativbewegung der beiden Teile zueinander eine Gegenkraft entgegensetzen.
Gerät (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Widerstandselement (610) Gummi aufweist oder aus Gummi besteht.
Gerät (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das eines der Teile durch ein von einem Nutzer des Gerätes bedienbaren Betätigungselement, insbesondere durch einen Lenker (5, 15), durch einen Oberbau (20) oder durch ein ortsfestes Teil des Gerätes gebildet wird oder unmittelbar oder mittelbar mit diesem in Verbindung steht.
Gerät (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten oder zweiten Teil um ein Betätigungselement, insbesondere um einen Lenker (5, 15) des Gerätes (1) handelt.
Gerät (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten oder zweiten Teil um einen Oberbau (20) des Gerätes (1) handelt, der mittelbar oder unmittelbar mit einem Betätigungselement, insbesondere mit einem Lenker (5, 15) des Gerätes (1) in Verbindung steht.
Gerät (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten oder zweiten Teil um ein ortsfestes Teil, insbesondere um eine Bodenplatte oder einen Rahmen des Gerätes (1) handelt.
Gerät (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgeführt ist.
Gerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei dem Lager (11) um ein Kreuzgelenk handelt.
Gerät (1) nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberbau (20) mehrteilig aufgebaut ist.
Gerät (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (11) nicht durch eines der Widerstandselemente (9, 16, 24, 51, 54, 55, 56, 57, 110, 160) gebildet wird.
Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Widerstandselemente (9, 51, 54, 55, 56, 57, 110) mit dem unteren Endbereich des Oberbaus (20) verbunden ist und derart beweglich gelagert ist, dass es der Bewegung des unteren Endbereiches des Oberbaus (20) folgt.
Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät in einem Bereich oberhalb des den Oberbau (20) beweglich lagernden Lagers (11) ein oder mehrere weitere Lager (42) aufweist, mittels derer das Betätigungselement oder Bestandteile des Oberbaus (20) bewegbar sind.
Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberbau (20) wenigstens zweiteilig aufgebaut ist und einen Oberhebel (14) und einen sich daran anschließenden Unterhebel (12) aufweist und dass mittels des Lagers (11) der Unterhebel (12) gelagert ist.
Gerät (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker (5, 15) über Schalter, Sensorelemente und/oder Bedienelemente verfügt über die der Nutzer des Gerätes (1) weitere Funktionalitäten, wie Menüsteuerungen und Triggertasten bzw. Triggerfunktionen, aufrufen bzw. auslösen kann.
Gerät (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (11) derart ausgebildet ist, dass der Oberbau (20) sowohl um seine Querachse (17) als auch um seine Längsachse (21) begrenzt verschwenkbar ist.
Gerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker (15) um seine eigene Hochachse (22) drehfest oder über ein Lenklager (42) drehbar am Oberbau (20) gelagert ist.
Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker um seine Längsachse (23) und oder seine Querachse und oder seine Horizontalachse drehbar gelagert ist.
Gerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiteilige Oberbau (20) aus einem Oberhebel (14) und einem sich daran anschließenden Unterhebel (12) besteht und dass zwischen dem Oberhebel (14) und dem Unterhebel (12) ein Führungselement (13) vorhanden ist, das eine vorzugsweise drehfeste Längenveränderung des Oberbaus (20) ermöglicht, die dem Nutzer als fixierbare Höhenverstellung insbesondere zur Anpassung an seine Körpergröße dient, und/oder das ein Widerstandselement (24) umfaßt, das einer Längenveränderung zwischen den Oberbau (14) und den Unterbau (12) einen Gegenkraft entgegensetzt und/oder das wenigstens einen Sensor aufweist, dessen Signal als weiteres interaktives Steuersignal nutzbar ist.
Gerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät (1) über das Lager (11), das den Oberbau (20) beweglich lagert, über einen Hauptlagerträger (10) mit einer Plattform (6) verbunden ist, derart, dass Hauptlagerträger (10) und Plattform (6) eine steife Einheit bilden, und die Plattform (6) als Standfläche für den Nutzer ausgebildet sein kann.
Gerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die den Bewegungsrichtungen des Nutzers entgegenwirkenden Widerstände, die intrinsischen Widerstände der beweglichen Teile und/oder der Sensorik, insbesondere Potentiometer, des Gerätes (1) sind, und/oder zusätzliche Widerstandselemente, vorzugsweise induktive Widerstände, Federwiderstände, oder aus den soeben aufgeführten Widerständen kombinierte Widerstände sind, die vorzugsweise verschiedene Widerstandskennlinien aufweisen können, die insbesondere nahe am neutralen Ausgangspunkt einer Bewegungsmöglichkeit am schwächsten sind und mit zunehmender Entfernung vom neutralen Ausgangspunkt progressiv ansteigen.
Gerät (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandkennlinien an anwendungsspezifische Bedürfnisse anpaßbar sind.
Gerät (1) nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände derart bemessen sind, dass die Bewegung des Gerätes (1) durch den Nutzer den oder die jeweilig beanspruchten Muskeln hinsichtlich Kraft, Ausdauer, Koordination und/oder Schnelligkeit trainiert.
Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandselemente über eine Kraftrückkopplung verfügen und somit virtuelle Ereignissituationen durch Krafteinwirkung auf das Gerät (1) oder auf Teile davon dem Nutzer vermitteln können.
Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mechanische Widerstandsverstellmöglichkeiten vorhanden sind, insbesondere das Verdrehen des Lenkers (5, 15) um seine Längs- (23) und Hochachse (22) durch eine Längenverstellung eines Hebels (18), der sich vom Oberhebel (14) nach vorne erstreckt und über ein Widerstandselement (16) mit einem am Lenker (15) nach vorne und unten weisenden längenverstellbaren Schräghebel (19) wirkverbunden ist, so dass durch Längenverstellung das Grundwiderstandniveau des Widerstandelements (16) einstellbar ist.
Gerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Lenker (15) ein, zwei oder mehr als zwei Vibratoren angeordnet sind, die besondere Ereignissituationen einer Nutzung, etwa das Verlassen einer Rennstrecke bei interaktiven Nutzung des Gerätes (1) für virtuelle Autorennspiele und/oder die Überschreitung einer vom Nutzer voreingestellten Maximalkraft am Gerät anzeigen.
Gerät (1) nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftrückkopplung bzw. die Vibratoren, ein interaktives Wechselwirken mehrerer Teilnehmer in einem Computerspiel, Therapie oder Sportprogramm ermöglichen.
Gerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Ansprüchen beschriebenen beweglichen Lagerungen auch mit einem oder mehreren lose mitgelieferten oder bereits am Kontroller installierten Teil oder Teilen, vorzugsweise Achsblockierbolzen (32, 33) um ein oder mehrere Freiheitsgrade frei wählbar blockiert werden können.
Gerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (11) des Oberbaus (20) mit seiner Querachse mit dem Hauptlagerträger (10) drehbeweglich verbunden ist, und über die Längsachse (21) mit dem Oberbau (20) ebenfalls drehbeweglich verbunden ist, wobei die Sensoren zur Bewegungserfassung vorzugsweise Drehwinkelabhängige Sensoren sind, deren Drehachsen der jeweiligen Bewegungsachse entsprechen oder parallel zu dieser verlaufen.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Widerstandselemente (110) als Biegefeder ausgeführt ist, die in ihrem einen Endbereich fest eingespannt und die in ihrem anderen Endbereich mittels eines Gelenkes (120) gelagert ist.
Gerät nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (110) relativ zu dem Gelenk (120) verschieblich gelagert ist.
Gerät nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (120) höhenverschieblich in dem Oberbau (20) angeordnet ist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Betätigungselement um einen Lenker (5) handelt, der Lenker (5) eine sich zwischen seinen Enden erstreckende Längsachse aufweist, und dass an dem Lenker (5) ein sich wenigstens in etwa parallel zu der Längsachse erstreckendes Widerstandselement (160) vorgesehen ist.
Gerät nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (160) an einem Hebel (170) angeordnet ist, der fest mit dem Oberbau (20) in Verbindung steht.
Gerät nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (160) mit dem Hebel (170) und/oder mit dem Lenker (5) über ein Gelenk, vorzugsweise über ein Federgelenk, in Verbindung steht oder dass das Widerstandselement als Biegefeder ausgeführt ist und fest mit dem Hebel (170) und/oder mit dem Lenker (5) in Verbindung steht.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät ein oder mehrere Erfassungsmittel aufweist, die derart ausgeführt sind, dass sie die Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus (20) bzw. des ersten Teils und/oder des zweiten Teils und/oder die bei der Bewegung oder Betätigung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus (20) bzw. des ersten Teils und/oder des zweiten Teils auftretende Kraft erfassen und ein die Bewegung und/oder ein die Kraft repräsentierendes Signal bereitstellen oder übermitteln.
Gerät nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät über ein oder mehrere Bauelemente verfügt, die das von den Erfassungsmitteln abgegebene Signal verarbeiten und die über einen oder mehrere Anschlüsse zum Anschließen eines oder mehrerer Bildschirme an das oder die Bauelemente verfügen.
Gerät nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät über ein oder mehrere Übertragungsmittel verfügt oder mit diesen verbindbar ist, wobei die Übertragungsmittel derart ausgeführt sind, dass sie das von den Erfassungsmitteln abgegebene Signal an eine Konsole übertragen.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät keine Erfassungsmittel aufweist, die derart ausgeführt sind, dass sie die Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus (20) bzw. des ersten Teils und/oder des zweiten Teils und/oder die bei der Bewegung oder Betätigung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus (20) bzw. des ersten Teils und/oder des zweiten Teils auftretende Kraft erfassen und ein die Bewegung und/oder ein die Kraft repräsentierendes Signal bereitstellen oder übermitteln.
Gerät nach einem der Ansprüche 38 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelation zwischen dem durch die Erfassungsmittel erfassten oder übertragenen Signal und/oder dem durch das Bauelement verarbeiteten Signal und der tatsächlichen Bewegung oder Betätigung veränderbar ist.
Gerät nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelation zwischen dem durch die Erfassungsmitteln erfassten oder übertragenen Signal und/oder dem durch das Bauelement verarbeiteten Signal und der Richtung oder dem Ausmaß der tatsächlichen Bewegung oder Betätigung veränderbar ist.
System mit einem Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 43, mit wenigstens einem Bildschirm sowie mit Mitteln zur Darstellung einer Applikation auf dem Bildschirm, wobei das Gerät mit den Mitteln zur Darstellung einer Applikation derart in Verbindung steht, dass die Applikation durch die Betätigung des Gerätes beeinflussbar ist.
System nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildschirm und/oder die Mittel zur Darstellung einer Applikation Bestandteil des Gerätes sind oder durch ein oder mehrere externe Elemente gebildet werden.
System nach Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, dass das System Erfassungsmittel aufweist, die derart ausgeführt sind, dass sie die Bewegung des Betätigungselementes und/oder des Oberbaus (20) bzw. des ersten Teils und/oder des zweiten Teils erfassen und ein die Bewegung und/oder ein die Kraft repräsentierendes Signal bereitstellen oder übermitteln, wobei die Erfassungsmittel Bestandteil des Gerätes sind oder durch ein oder mehrere externe Elemente gebildet werden.
Verwendung einer Software als Treibersoftware für den Betrieb eines Gerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 43 und/oder eines Systems nach einem der Ansprüche 44 bis 46.