PL232302B1 - Urządzenie stacjonarne do interaktywnych ćwiczeń ruchowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie stacjonarne do interaktywnych ćwiczeń ruchowych, z wykorzystaniem technologii kreowania wirtualnej rzeczywistości VR (ang. virtual reality), w tym do chodzenia, biegania i interaktywnych gier ruchowych.

Znane są urządzenia do kreowania wirtualnej rzeczywistości podczas symulacji ruchu lub ćwiczeń użytkownika, posiadające czujniki lub kamery do monitorowania ruchu połączone z komputerem do przetwarzania uzyskanych danych. Do symulacji ruchu wykorzystywane są różnego rodzaju bieżnie kierunkowe z płaską lub zakrzywioną powierzchnią, na których uczestnik porusza się w uprzęży z czujnikami pozwalającymi na komputerową kontrolę ruchu, a obrazy VR wyświetlane są na ekranach urządzenia lub na ekranie okularów VR noszonych przez użytkownika.

Z opisu patentowego US6135928 znane jest urządzenie stacjonarne do poruszania się w wirtualnej rzeczywistości, którego podstawa wspiera obracającą się kulę. Powierzchnia kuli stanowi bieżnię, a użytkownik jest zaopatrzony w uprząż przymocowaną do pionowej teleskopowej kolumny zamocowanej obrotowo nad głową użytkownika do wspornika zamocowanego do podstawy. W rozwiązaniu tym uprząż stabilizuje tułów użytkownika, co pozwala na kroczenie po kuli przy jednoczesnym utrzymywaniu środka masy użytkownika na osi pionowej przechodzącej przez środek kuli i teleskopowej kolumny.

Z opisu patentowego US2009111670 znany jest interaktywny system do poruszania się, wyposażony w stacjonarną platformę ruchową w kształcę misy. Platforma i obuwie użytkownika są zaopatrzone w środki zmniejszające tarcie w celu zwiększenia swobody ruchu stóp w obszarze powierzchni wklęsłej. Obuwie może być zaopatrzone w podeszwę ślizgową lub rolki toczne. Platforma może być wyposażona w detektory ruchu wykrywające ruch stóp i ich położenie względem środka platformy. Alternatywnie, środki do wykrywania ruchu mogą być umieszczone na użytkowniku. Dodatkowo do systemu mogą być przyłączone kamery rozmieszczone wokół użytkownika lub inne środki wykorzystywane w technologii VR do synchronizacji ruchu, obrazu i dźwięku. Rozwiązanie to nie przewiduje wyposażenia w środki do stabilizacji pozycji użytkownika, co naraża użytkownika na upadek i wymusza stosowanie dodatkowych zabezpieczeń lub ochron osobistych.

Celem wynalazku jest zwiększenie bezpieczeństwa użytkownika podczas interaktywnych ćwiczeń ruchowych na platformie ruchowej z powierzchnią wklęsłą i zwiększenie jej funkcjonalności w systemach wykorzystujących technologię VR.

Urządzenie stacjonarne do interaktywnych ćwiczeń ruchowych, wyposażone w platformę ruchową z powierzchnią wklęsłą w kształcie misy, zamocowaną do podstawy sztywnego wspornika, pionową teleskopową kolumnę zamocowaną do ramienia wspornika, oraz uprząż nakładaną na użytkownika, przy czym platforma ruchowa jest wyposażona w detektory ruchu użytkownika połączone z komputerowym układem przetwarzania danych w technologii VR i środki zmniejszające tarcie, według wynalazku charakteryzuje się tym, że teleskopowa kolumna jest zamocowana do ramienia wspornika nad głową użytkownika za pośrednictwem łącznika korbowego o osi obrotu pokrywającej się z osią pionową platformy ruchowej, przy łącznik korbowy jest połączony sztywno z górnym członem teleskopowej kolumny, a dolny człon jest połączony nieobrotowo z górnym członem złączem ruchowym kształtowym, przy czym teleskopowa kolumna jest wyposażona w czujnik położenia kątowego względem osi obrotu łącznika korbowego oraz czujnik przemieszczenia dolnego członu w pionie, a uprząż składa się ze sztywnej obejmy barkowej mocowanej do pleców użytkownika za pomocą szelek, która to obejma jest przymocowana od tyłu łącznikiem przegubowym do dolnego członu teleskopowej kolumny.

Korzystnym jest, jeżeli łącznik przegubowy pomiędzy obejmą barkową a dolnym członem teleskopowej kolumny jest zaopatrzony w przegub kulowy.

Korzystnym jest także, jeżeli łącznik przegubowy pomiędzy obejmą barkową a dolnym członem teleskopowej kolumny jest zaopatrzony w przegub dwuosiowy złożony z dwóch przegubów płaskich o osiach przecinających się pod kątem prostym, obrotowego i wychylnego, przy czym przegub wychylny jest zamocowany poziomo do obejmy barkowej, a przegub obrotowy o poziomej osi obrotu jest przymocowany do dolnego członu kolumny.

Korzystnym jest, jeżeli szelki mają zapięcie przednie, które stanowi zamek łączący lewą i prawą szelkę zamocowaną do obejmy barkowej.

Korzystnym jest, jeżeli człony teleskopowej kolumny w złączu ruchowym kształtowym mają profil wielokątny.

Korzystnym jest, jeżeli uprząż jest wyposażona w czujnik pulsu.

PL 232 302 B1

Korzystnym jest, jeżeli platforma ruchowa ma detektory ruchu w postaci czujników rozmieszczonych sektorowo na okręgach koncentrycznych względem jej osi pionowej, umieszczone w warstwie konstrukcyjnej platformy pod wykładziną zewnętrzną.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia monitorowanie ruchów uczestnika oraz stabilizuje jego pozycję przy dużym zakresie swobody ruchów wykonywanych w obrębie platformy ruchowej. Ponadto umożliwia zebranie dokładnych danych wyjściowych z czujników zamontowanych do platformy, kolumny i noszonych przez użytkownika, pozwalających na zharmonizowanie ruchów i sylwetki użytkownika i kreowanej rzeczywistości VR.

Wynalazek jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w widoku z boku, fig. 2 - urządzenie w widoku z góry, z widocznymi trzema fragmentami wykładziny zewnętrznej platformy ruchowej, fig. 3 - urządzenie w perspektywie przedniej, fig. 4 - szczegół A z fig. 3 w powiększeniu, fig. 5 przedstawia urządzenie z przegubem kulowym w perspektywie tylnej, fig. 6 - szczegół A z fig. 5 w powiększeniu, fig. 7 przedstawia urządzenie z przegubem dwuosiowym w perspektywie tylnej, fig. 8 - szczegół A z fig. 7 w powiększeniu, fig. 9 przedstawia urządzenie w widoku z boku, fig. 10 - szczegół B z fig. 9 w powiększeniu, a fig. 11 przedstawia urządzenie w rzucie A-A z fig. 9, z usuniętym fragmentem wykładziny zewnętrznej platformy ruchowej.

Jak przedstawiono na fig. 1-3, urządzenie stacjonarne do interaktywnych ćwiczeń ruchowych, jest wyposażone w platformę ruchową 1 z powierzchnią wklęsłą w kształcie misy, zamocowaną do podstawy 2 sztywnego wspornika 3, oraz w pionową teleskopową kolumnę zamocowaną do ramienia 4 wspornika 2. Platforma ruchowa 1 jest wyposażona w detektory ruchu użytkownika połączone z komputerowym układem przetwarzania danych w technologii VR i środki zmniejszające tarcie w celu zwiększenia swobody ruchu stóp. Teleskopowa kolumna jest zamocowana do ramienia 4 wspornika 3 nad głową użytkownika za pośrednictwem łącznika korbowego 5 o osi obrotu pokrywającej się z osią pionową platformy ruchowej 1. Łącznik korbowy 5 jest połączony sztywno z górnym członem 6 teleskopowej kolumny, a dolny człon 7 jest połączony nieobrotowo z górnym członem 6 złączem ruchowym kształtowym. Teleskopowa kolumna jest wyposażona w czujnik położenia kątowego względem osi obrotu łącznika korbowego 5 oraz czujnik przemieszczenia dolnego członu 7 w pionie. W skład urządzenia wchodzi uprząż nakładana na użytkownika, złożona ze sztywnej obejmy barkowej 8 mocowanej do pleców użytkownika za pomocą pary szelek 9 z punktowym zapięciem przednim, widocznym w powiększeniu na fig. 5. Zapięcie przednie stanowi zamek 10 łączący lewą i prawą szelkę 9 zamocowaną do obejmy barkowej 8. Uprząż jest wyposażona w czujnik pulsu. Obejma barkowa 8 jest przymocowana od tyłu łącznikiem przegubowym do dolnego członu 7 teleskopowej kolumny. Człony teleskopowej kolumny w złączu ruchowym kształtowym mają profil wielokątny.

Jak przedstawiono na fig. 5, 6, łącznik przegubowy pomiędzy obejmą barkową 8 a dolnym członem 7 teleskopowej kolumny jest zaopatrzony w przegub kulowy 13. Strzałki ilustrują ruch przegubu.

W alternatywnym rozwiązaniu, przedstawionym na fig. 7, 8, łącznik przegubowy pomiędzy obejmą barkową 8 a dolnym członem 7 teleskopowej kolumny jest zaopatrzony w przegub dwuosiowy złożony z połączonych szeregowo dwóch przegubów płaskich o osiach przecinających się pod kątem prostym, obrotowego 11 i wychylnego 12, przy czym przegub wychylny 12 jest zamocowany poziomo do obejmy barkowej 8, a przegub obrotowy 11 o poziomej osi obrotu jest przymocowany do dolnego członu 7.

Zastosowanie uprzęży ze sztywną obejmą barkową 8 mocowaną do kolumny teleskopowej za pośrednictwem łącznika przegubowego z przegubem kulowym lub dwuosiowym zapewnia swobodę, naturalną postawę ciała użytkownika oraz stabilizację. Uprząż z obejmą barkową 8 łączącą urządzenia z użytkownikiem zapewnia stabilizację ciała a jednocześnie pozwala na swobodę ruchu. Użytkownik może przy tym korygować swoją postawę, gdyż tak zamocowana uprząż nie przeszkadza w wykonywaniu ruchów tułowiem, a podparcie pleców zapewnia poczucie stabilizacji. Punktowe zapięcie utworzone przez zamek 10 pozwala na łatwe zakładanie i zapinanie uprzęży. Spinane z przodu szelki 9 nie przeszkadzają w wykonywaniu energicznych ruchów. Ponadto wszystkie obciążenia od uprzęży rozkładają się równomiernie i nie obciążają ramion.

Jak przedstawiono na fig. 9, 10, platforma ruchowa 1 ma detektory ruchu w postaci czujników 14 rozmieszczonych sektorowo na okręgach koncentrycznych względem jej osi pionowej, umieszczone w warstwie konstrukcyjnej platformy pod wykładziną zewnętrzną 15. Rozmieszczenie sektorów jest pokazane na fig. 11, na którym widoczny jest fragment platformy z odsłoniętą warstwą konstrukcyjną. Czujniki 14 zamocowane w warstwie konstrukcyjnej platformy ruchowej 1 pozwalają na ograniczenie liczby dodatkowych urządzeń wykrywających ruch. Czujniki zbierają jednoznacznie pozycję z dwóch

PL 232 302 B1 nóg. Ogranicza to ilość przetwarzanych danych. Czujniki 14, indukcyjne, magnetyczne, lub pojemnościowe, są umieszczone bezpośrednio pod wykładziną zewnętrzną 15, po której się chodzi. Środki do wykrywania ruchu, w tym czujniki inercyjne, mogą być także umieszczone na użytkowniku. Sygnały detektorów ruchu i czujników są przekazywane do systemu z komputerowym układem przetwarzania danych w technologii VR. Dodatkowo do systemu mogą być przyłączone kamery rozmieszczone wokół użytkownika lub inne środki wykorzystywane w technologii VR do synchronizacji ruchu, obrazu i dźwięku.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie stacjonarne do interaktywnych ćwiczeń ruchowych, wyposażone w platformę ruchową (1) z powierzchnią wklęsłą w kształcie misy, zamocowaną do podstawy (2) sztywnego wspornika (3), pionową teleskopową kolumnę zamocowaną do ramienia (4) wspornika (2), oraz uprząż nakładaną na użytkownika, przy czym platforma ruchowa (1 ) jest wyposażona w detektory ruchu użytkownika połączone z komputerowym układem przetwarzania danych w technologii VR i środki zmniejszające tarcie, znamienne tym, że teleskopowa kolumna jest zamocowana do ramienia (4) wspornika (3) nad głową użytkownika za pośrednictwem łącznika korbowego (5) o osi obrotu pokrywającej się z osią pionową platformy ruchowej (1), przy czym łącznik korbowy (5) jest połączony sztywno z górnym członem (6) teleskopowej kolumny, a dolny człon (7) jest połączony nieobrotowo z górnym członem (6) złączem ruchowym kształtowym, przy czym teleskopowa kolumna jest wyposażona w czujnik położenia kątowego względem osi obrotu łącznika korbowego (5) oraz czujnik przemieszczenia dolnego członu (7) w pionie, a uprząż składa się ze sztywnej obejmy barkowej (8) mocowanej do pleców użytkownika za pomocą szelek (9), która to obejma jest przymocowana od tyłu łącznikiem przegubowym do dolnego członu (7) kolumny.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że łącznik przegubowy pomiędzy obejmą barkową (8) a dolnym członem (7) teleskopowej kolumny jest zaopatrzony w przegub kulowy (13).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że łącznik przegubowy pomiędzy obejmą barkową (8) a dolnym członem (7) teleskopowej kolumny jest zaopatrzony w przegub dwuosiowy złożony z dwóch przegubów płaskich o osiach przecinających się pod kątem prostym, obrotowego (11) i wychylnego (12), przy czym przegub wychylny (12) jest zamocowany poziomo do obejmy barkowej (8), a przegub obrotowy (11) o poziomej osi obrotu jest przymocowany do dolnego członu (7).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że szelki (9) mają zapięcie przednie, które stanowi zamek (10) łączący lewą i prawą szelkę (9) zamocowaną do obejmy barkowej (8).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że człony teleskopowej kolumny w złączu ruchowym kształtowym mają profil wielokątny.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że uprząż jest wyposażona w czujnik pulsu.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że platforma ruchowa (1) ma detektory ruchu w' postaci czujników (14) rozmieszczonych sektorowo na okręgach koncentrycznych względem jej osi pionowej, umieszczone w warstwie konstrukcyjnej platformy pod wykładziną zewnętrzną (15).