WO2000077604A2 - Rehabilitation device - Google Patents

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WO2000077604A2
WO2000077604A2 PCT/EP2000/005380 EP0005380W WO0077604A2 WO 2000077604 A2 WO2000077604 A2 WO 2000077604A2 EP 0005380 W EP0005380 W EP 0005380W WO 0077604 A2 WO0077604 A2 WO 0077604A2
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Rainer Beuthner
Philipp Beuthner
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Rainer Beuthner
Philipp Beuthner
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60BVEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B39/00Increasing wheel adhesion
    • B60B39/02Vehicle fittings for scattering or dispensing material in front of its wheels
    • B60B39/026Vehicle fittings for scattering or dispensing material in front of its wheels the material being in gas form

Definitions

  • the invention relates to a virtual space for viewing by a user, comprising a display unit for displaying a calculated image, a data processing unit for calculating the image and an input device for the data processing unit for entering parameters for calculating the image.
  • the invention also relates to a method for generating a virtual environment represented by image contents, in which the image contents are recalculated for a user standing on a footprint in a dynamically changing parameter.
  • Such virtual spaces and methods for creating a virtual environment are known, for example, as cages.
  • the surface on which the user stands is encased in a cube shape by projection areas onto which an image recalculated by a very powerful data processing unit is projected approximately 50 times per second.
  • the environment to be considered is stored as a model in the data processing unit. Using a joystick, the user can move in this model, the view of which is constantly updated for the viewer depending on the input parameters changed using the joystick.
  • virtual spaces are known as a section in the form of monitor representations of well-known video games.
  • the viewer can use various input devices to move around the room and take action in the environment shown.
  • Vehicle simulation applications for training ship operators, aircraft operators or drivers in which accelerating forces occur e.g. can be simulated by the inclinations of a closed capsule for the vehicle driver to be trained.
  • the object of the invention is to provide a virtual space and a method for representing a virtual environment that enable a natural movement experience and therefore in particular can also be used therapeutically in rehabilitation measures.
  • this object is achieved in that an area which is continuously movable at least in one direction for the
  • the movement of the surface is designed to be dynamically changeable by means of motors and / or delay devices, in particular sensors for influencing the motors and / or
  • Delay devices are provided. If, for example, the user is supported by handles, the sensors can detect them and send them to the
  • the load on the user, in particular on the joints, can be more realistic if the movable surface is designed as a plane whose angle of inclination to a horizontal plane is designed to be dynamically changeable about at least one horizontal axis by means of a motor. In this way, cross-trips in inclined terrain can also be simulated.
  • a servomotor adjusts the inclination to that of the model stored in the computer.
  • the movable surface can be shaped concavely as an inner surface, preferably a ball.
  • the movable surface can also be used here inner membrane be formed, which is under internal pressure.
  • a particularly realistic experience of a virtual space results when the display unit is designed as a projection unit of a digitally generated image on an image generator and preferably a 3D module is provided for calculating the image contents for a left and a right eye of the user.
  • a 3D module is provided for calculating the image contents for a left and a right eye of the user.
  • the display unit is assigned shutter glasses.
  • the movable surface is designed as a projection surface.
  • a largely bumpless picture is created since there are no corners.
  • the projection onto the spherical surface can take place from outside or inside. If several, at least three, projectors are provided on the outside, their rays will hit the sphere with increasing distance from the projection axis, which in such a case must be transparent. The brightness of a pixel therefore drops outwards. To this To compensate for the effect, the image can be digitally filtered, changing the image so that it is brighter on the outside. Therefore, the measure is provided that a module for filtering pixels of the image generator is provided in such a way that a uniform brightness distribution is produced on the projection surface.
  • the projector can also be placed inside.
  • the projection surface is then at a much more constant distance from the projector, so that filtering can often be dispensed with.
  • the projector can also be operated within the sphere.
  • the ball can advantageously be built robustly and heavily without adversely affecting the realistic spatial and movement experience, if one
  • the user can be quickly recovered from the ball, since a module is provided for automatically starting from a starting position.
  • FIG. 3 it can be seen that the user 12 is standing on an endless belt 16. As soon as the user executes 12 walking movements, he moves the belt 16. Because of the friction in the deflection rollers 17 which the user 12 has to overcome, reaction forces develop in the handles 14, 15. A distance measuring sensor 18 measures the distance apparently traveled by the user 12. The signal of the displacement sensor 18 is as
  • Input signal for changing the calculation parameters for the image calculation by the computer 11 fed back to its input.
  • the computer 11 calculates constantly updated image contents, which are then transmitted to the imaging unit in the projector 10.
  • a suitable drive 20 for example a piston-cylinder unit, inclines the surface 13 about a horizontal axis 21.
  • Another drive 22 also inclines the surface 13 about a horizontal axis, which is arranged at right angles to the axis 21 and parallel to the running direction of the belt 16.
  • the drive 23 can also be dispensed with and only the image impression of the room generated by the projectors 10 can be shifted by a corresponding solid angle.
  • FIG. 1 Another embodiment is shown as a vertical section in FIG.
  • the space 2 is delimited by a ball 25 which is designed to be stationary.
  • the ball 25, like the projection surfaces 9, is made of transparent material onto which the image contents calculated, in a manner known per se, are projected by projectors 10.
  • the projectors 10 can either be arranged outside the ball 25 or, as shown, centrally at the upper vertex of the ball inside.
  • a spatial impression can also be created acoustically if, as here, a corresponding number of loudspeakers 26 are actuated with an acoustic signal calculated in an analog manner.
  • sensors 27 are mounted in the ball, which detect the location of the user. As soon as the user moves out of the center of the ball 2, this is recognized by the sensors 27, for example ultrasound sensors, and passed on to the computer 11. This changes suitable drives the surface 13 so that the
  • an envelope membrane 28 is provided around a circular plate 29.
  • the friction drive 30 can move the envelope membrane 28 about the vertical axis of the space 2.
  • Friction drive 31 moves the membrane perpendicular to the plane of the drawing, while friction drive 32 can move the membrane parallel to the plane of the drawing. All servo drives of the at least two necessary friction rollers are controlled by the computer.
  • the support foundation on which the plate 29 is supported can be inclined horizontally as desired, so that different terrain inclinations can also be simulated.
  • a ball 33 indicated in broken lines can also be provided, on the surface of which the 12
  • Suitable drives can be used
  • Ball 33 can also be rotated about each spatial axis. For this purpose, it is mounted so that it can move freely by means of the supply of spherical cap 34.
  • the gap between the ball and cap 34 is pressed.
  • the ball 35 can have a large number of small openings. The remaining area between the openings is sufficient to be sufficiently high
  • Two friction wheels 38 and 50 which are provided with a plurality of rollers 39 on their circumference, can rotate the ball in the direction of their imaginary longitude.
  • a similarly designed wheel 49 moves the ball in the direction of its imaginary equator.
  • the energy supply for the projector 10, which is arranged inside the ball 35, is fed inductively from the mains supply 42 via the primary part 40 and secondary part 41 of an inductive transmission system.
  • the secondary part 41 is held magnetically within the sphere of the position shown.
  • the gap present between the primary part 40 and the secondary part 41 is measured by a suitable sensor 48, for example an ultrasonic distance sensor, and its signal is sent to a controller 43 which controls the gap so that it remains constant.
  • Supports 44 can also be attached to the secondary part 41, which support the secondary part 41 with the projector 10 attached to it within the ball 35 if necessary.
  • sensors that detect the user location can also be dispensed with.
  • the user 12 can thus move freely in any virtual space. For example, patients who need circulatory training can do 35 hikes in one area in this sphere perform that can be adapted to the performance of the patient. Controlled by the computer according to the model, the drives can accelerate or decelerate the ball. The distance traveled by the user is either tapped from the shafts of the drives by rotary encoders 48 or by separately arranged displacement encoders.
  • the patient can be given a transmitter that has an emergency button 45. After pressing this button, the ball 35 is returned to its original starting position by an automatically running program, so that the door can then be opened and the user 12 can be saved.
  • the actual position of the ball is e.g. detected by the rotary encoders 48 or the sensor coordinate system 3, which are also evaluated in operation as input signals for the parameters for calculating the current image content.
  • the rehabilitation device according to the invention enables the user to move freely. As a result, it can be used for a variety of therapeutic purposes. In addition, there are countless ways to use it for entertainment.

Abstract

The invention relates to a virtual area which can be viewed by a user, comprising a representation unit for representing a calculated image, a data-processing unit for calculating the image and an input unit for the data processing unit for inputting parameters to calculate said image. The invention also relates to a method for generating a virtual environment, as a representation of the image content, in which the image content is dynamically re-calculated for a user who is standing on a surface, according to parameters which are dynamically modified. In order to represent a virtual environment which allows the user to experience particularly natural movements and which can thus be used therapeutically, in particular, in rehabilitation programmes, a surface is provided for the user which can be displaced infinitely in at least one direction. Said surface comprises sensors for detecting motion data from the surface and/or sensors for detecting an exerted force and/or sensors for detecting the position of the user and/or accelerations.

Description

Rehabilitationsgerät Rehabilitation device
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft einen virtuellen Raum zur Betrachtung durch einen Benutzer, bestehend aus einer Darstellungseinheit zur Darstellung eines berechneten Bildes, einer Datenverarbeitungseinheit zur Berechnung des Bildes und mit einem Eingabegerät für die Datenverarbeitungseinheit zur Eingabe von Parametern für die Berechnung des Bildes.The invention relates to a virtual space for viewing by a user, comprising a display unit for displaying a calculated image, a data processing unit for calculating the image and an input device for the data processing unit for entering parameters for calculating the image.
Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung einer durch Bildinhalte dargestellten virtuellen Umwelt bei der dynamisch in Abhängikeit sich dynamisch verändernder Parameter die Bildinhalte für einen auf einer Aufstandsfläche stehenden Benutzer neu berechnet werden.The invention also relates to a method for generating a virtual environment represented by image contents, in which the image contents are recalculated for a user standing on a footprint in a dynamically changing parameter.
Derartige virtuelle Räume und Verfahren zur Erzeugung einer virtuellen Umwelt sind beispielsweise als Käfige bekannt. Die Fläche, auf der der Benutzer steht, wird würfelförmig von Projektionsfächen umhüllt auf die ein von einer sehr leistungsfähigen Datenverarbeitungseinheit ca 50 mal in der Sekunde neu berechnetes Bild projiziert wird. Die zu betrachtende Umwelt ist als Modell in der Datenverarbeitungseinheit gespeichert. Mittels eines Joysticks kann der Benutzer sich in diesem Modell bewegen, dessen Ansicht für den Betrachter in Abhängigkeit der mittels Joystick veränderten Eingabeparameter immer wieder aktualisiert wird.Such virtual spaces and methods for creating a virtual environment are known, for example, as cages. The surface on which the user stands is encased in a cube shape by projection areas onto which an image recalculated by a very powerful data processing unit is projected approximately 50 times per second. The environment to be considered is stored as a model in the data processing unit. Using a joystick, the user can move in this model, the view of which is constantly updated for the viewer depending on the input parameters changed using the joystick.
Die akualisierten Bildinhalte werden auf einem Bildgeber, beispielsweise auf den Monitoren einer Brille, einem LCD in einem Projektor oder einem MicroMirrorDevice für den Betrachter sichtbar ausgegeben. zThe updated image contents are displayed on an image generator, for example on the monitors of glasses, an LCD in a projector or a MicroMirrorDevice, so that the viewer can see them. e.g.
Darüber hmnaus sind virtuelle Räume als Ausschnitt m Form von Monitordarstellungen bekannter Vidiospiele bekannt. Auch hier kann der Betrachter mittels verschiedener Eingabegerate sich im Raum bewegen und der dargestellten Umwelt Handlungen vornehmen.In addition, virtual spaces are known as a section in the form of monitor representations of well-known video games. Here too, the viewer can use various input devices to move around the room and take action in the environment shown.
Nachteilig an den beschriebenen virtuellen Räumen ist, daß der Betrachter nicht wirklich körperlich agieren kann, was diese Systeme für Rehabilitationsmaßnahmen ungeeignet macht.A disadvantage of the virtual rooms described is that the viewer cannot really act physically, which makes these systems unsuitable for rehabilitation measures.
Wirklichkeitsnaher sind Fahrzeugsimulationsanwendungen zum Training von Schiffsfuhrern, Flugzeugführern oder Fahrern, bei denen auftretende Beschleunigungskrafte z.B. durch unterschiedliche Neigungen einer geschlossenen Kapsel für den auszubildenden Fahrzeugfuhrer simuliert werden.Vehicle simulation applications for training ship operators, aircraft operators or drivers in which accelerating forces occur e.g. can be simulated by the inclinations of a closed capsule for the vehicle driver to be trained.
Aber auch diese Systeme lassen eine körperlich aktive Mitwirkung des Benutzers nur in beschranktem Maße zu.However, these systems also allow a physically active participation of the user to a limited extent.
Bei bekannten Spielen beschränkt sich die Teilnahme beispielsweise auf Gewichtsverlagerungen, die von Sensoren erfaßt und statt des Joysticks zur Veränderung der Berechnungsparameter dienen.In known games, participation is limited, for example, to weight shifts, which are detected by sensors and are used to change the calculation parameters instead of the joystick.
Für ein ausgiebiges körperliches Training oder für Rehbilitationsprogramme werden deshalb spezielle Tra ingsgerate, wie Lauftrainer, Rudertrainer, Fahrradtrainer etc. eingesetzt, wie sie zur körperlichen Ertüchtigung gewerblich angeboten werden.For extensive physical training or for rehabilitation programs, special training devices such as treadmills, rowing coaches, bicycle coaches etc. are used, as are commercially available for physical exercise.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen virtuellen Raum und e Verfahren zur Darstellung einer virtuellen Umwelt anzugeben, die ein naturliches Bewegungserlebnis ermöglichen und deshalb insbesondere auch therapeutisch bei Rehabilitationsmaßnahmen eingesetzt werden können.The object of the invention is to provide a virtual space and a method for representing a virtual environment that enable a natural movement experience and therefore in particular can also be used therapeutically in rehabilitation measures.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen virtuellen Raum dadurch gelöst, daß eine mindestens in eine Richtung endlos bewegliche Fläche für denIn a virtual space of the generic type, this object is achieved in that an area which is continuously movable at least in one direction for the
Benutzer mit Sensoren zur Erfassung von Bewegungsdaten der Fläche und/oder Sensoren zur Erfassung einer aufgebrachten Kraft und/oder Sensoren zur Erfassung des Benutzerortes und/oder von Beschleunigungen vorgesehen ist. Der Benutzer kann beipielsweise, wenn die Fläche als Laufband ausgebildet ist, ohne streckenmäßige Begrenzung in einer Richtung gehen. Sensoren erfassen beispielsweise die bewegte Strecke des Bandes. Über Leitungen wird das Sensorsignal an die Datenverarbeitungseinheit weitergegeben, die dann den Bildinhalt unter Berücksichtigung dieses Parameters berechnet.User with sensors for detecting movement data of the surface and / or sensors for detecting an applied force and / or sensors for detecting the user location and / or accelerations is provided. For example, if the surface is designed as a treadmill, the user can walk in one direction without any route limitation. For example, sensors record the moving distance of the belt. The sensor signal is passed on to the data processing unit, which then calculates the image content taking this parameter into account.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Bewegung der Fläche mittels Motore und/oder Verzögerungseinrichtungen dynamisch veränderbar ausgebildet ist, insbesondere Sensoren zur Beeinflussung der Motore und/oderIn an advantageous embodiment it is provided that the movement of the surface is designed to be dynamically changeable by means of motors and / or delay devices, in particular sensors for influencing the motors and / or
Verzögerungseinrichtungen vorgesehen sind. Stütz sich beispielsweise der Benutzer an Handgriffen ab, so können die von Sensoren erfaßten und an dieDelay devices are provided. If, for example, the user is supported by handles, the sensors can detect them and send them to the
Datenverarbeitungseinheit weitergeleiteten Signale der Reaktionskräfte dazu verwendet werden, das Laufband schneller oder langsamer laufen zu lassen bzw. es zu bremsen. Es kann auf diese Weise beispielsweise das Schieben einer Karre simuliert werden. Zur Simulation von Steigungen, die auch bildlich durch das Modell wiedergegeben werden, kann das Band gesteuert gebremst werden. Massenträgkeitseffekte der Karre können durch V eine errechnete zeitliche Veränderung der Bremskräfte simuliert werden. Gemessene ungleiche Reaktionskräfte für die linke und rechte Hand führen zu simulierten Kurvenfahrten, bei denen das projizierte Bild um die vertikale Achse des Benutzers geschwenkt wird.Data processing unit forwarded signals of the reaction forces are used to make the treadmill run faster or slower or to brake it. In this way, for example, pushing a cart can be simulated. The belt can be braked in a controlled manner to simulate inclines, which are also reproduced by the model. Mass inertia effects of the cart can be caused by V a calculated change in the braking forces over time can be simulated. Measured unequal reaction forces for the left and right hand lead to simulated cornering, in which the projected image is pivoted about the vertical axis of the user.
Alternativ kann auch beispielsweise das Laufband servomotorisch gedreht werden.Alternatively, the treadmill can also be rotated by a servomotor, for example.
Realistischer kann die Belastung des Benutzers, insbesondere der Gelenke erfolgen, wenn die bewegliche Fläche als Ebene ausgebildet ist, deren Neigungswinkel zu einer Horizontalebene um mindestens eine horizontale Achse mittels eines Motors dynamisch veränderbar ausgebildet ist. Auf diese Weise lassen sich auch Querfahrten im geneigten Gelände simulieren. Ein Servomotor paßt dabei die Neigung an die des im Computer hinterlegten Modells an.The load on the user, in particular on the joints, can be more realistic if the movable surface is designed as a plane whose angle of inclination to a horizontal plane is designed to be dynamically changeable about at least one horizontal axis by means of a motor. In this way, cross-trips in inclined terrain can also be simulated. A servomotor adjusts the inclination to that of the model stored in the computer.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die bewegliche Fläche als Oberfläche eines Rotationskörpers, insbesondere als Kugel geformt ist. Hierdurch kann man nicht nur in einer sondern in alle Himmelsrichtungen gehen. Die bewegliche Fläche läßt sich beispielsweise als membranartige Hüllfläche einer Kreisscheibe verwirklichen. Dabei wird die Hüllmembran durch geeignet angeordnete Reibantriebe um die Stützfläche in jede Himmelsrichtung bewegt. Bei einer Kugel, kann auf die Hüllmembran verzichtet werden und die Kugeloberfläche als bewegliche Fläche genutzt werden.In a further embodiment of the invention it is provided that the movable surface is shaped as the surface of a rotating body, in particular as a ball. This allows you to walk not only in one direction but in all directions. The movable surface can be realized, for example, as a membrane-like envelope surface of a circular disk. The envelope membrane is moved in every direction by suitably arranged friction drives around the support surface. In the case of a sphere, the envelope membrane can be dispensed with and the sphere surface can be used as a movable surface.
Alternativ ist es möglich, daß die bewegliche Fläche konkav als Innenfläche, vorzugsweise einer Kugel, geformt ist. Auch hier kann die bewegliche Fläche als innere Membran ausgebildet sein, die unter Innendruck steht .Alternatively, it is possible for the movable surface to be shaped concavely as an inner surface, preferably a ball. The movable surface can also be used here inner membrane be formed, which is under internal pressure.
Man kann jedoch auf die Membran verzichten, wenn die bewegliche Fläche selbsttragend ausgebildet ist. Belüftungs- und Dichtungsprobleme an der Tür werden dadurch vermieden.However, the membrane can be dispensed with if the movable surface is self-supporting. This avoids ventilation and sealing problems on the door.
Ein besonders realistisches Erlebnis eines virtuellen Raumes ergibt sich dann, wenn die Darstellungseinheit als Projektionseinheit eines auf einem Bildgeber digital erzeugten Bildes ausgebildet ist und vorzugsweise ein 3D-Modul zur Berechnung der Bildinhalte für ein linkes und ein rechtes Auge des Benutzers vorgesehen ist. Durch die abwechselnde Projektion eines linken und rechten Bildes und synchroner Abdunklung des anderen Auges mit Hilfe einer Shutterbrille entsteht neben einem realistischen Raumbild zusätzlich noch eine besondere Tiefenwirkung des projizierten Bildes.A particularly realistic experience of a virtual space results when the display unit is designed as a projection unit of a digitally generated image on an image generator and preferably a 3D module is provided for calculating the image contents for a left and a right eye of the user. Through the alternating projection of a left and right image and synchronous darkening of the other eye with the help of shutter glasses, in addition to a realistic spatial image, there is also a special depth effect of the projected image.
Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß der Darstellungseinheit eine Shutterbrille zugeordnet ist.For this purpose, it is provided that the display unit is assigned shutter glasses.
Bei einer Kugel ist es besonders vorteilhaft, wenn die bewegliche Fläche als Projektionsfläche ausgebildet ist. Es entsteht ein weitgehend stoßfreies Bild, da keine Ecken vorhanden sind.In the case of a sphere, it is particularly advantageous if the movable surface is designed as a projection surface. A largely bumpless picture is created since there are no corners.
Die Projektion auf die Kugelfläche kann von Außen oder Innen erfolgen. Werden mehrere, mindestens drei, Projektoren außen vorgesehen, dann treffen ihre Strahlen mit steigenden Abstand von der Projektionsachse flacher auf die Kugel, die in einem solchen Fall transparent sein muß. Die Helligkeit eines Bildpunktes sinkt deshalb nach außen. Um diesen Effekt auszugleichen, kann eine digitale Filterung des Bildes erfolgen, die das Bild so verändert, das es nach außen heller ist. Deshalb ist die Maßnahme vorgesehen, daß ein Modul zur Filterung von Bildpunkten des Bildgebers in der Weise vorgesehen ist, daß eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung auf der Projektionsfläche entsteht.The projection onto the spherical surface can take place from outside or inside. If several, at least three, projectors are provided on the outside, their rays will hit the sphere with increasing distance from the projection axis, which in such a case must be transparent. The brightness of a pixel therefore drops outwards. To this To compensate for the effect, the image can be digitally filtered, changing the image so that it is brighter on the outside. Therefore, the measure is provided that a module for filtering pixels of the image generator is provided in such a way that a uniform brightness distribution is produced on the projection surface.
Bei einer Kugel ausreichender Größe kann der Projektor auch innen angeordnet werden. Die Projektionsfläche hat dann einen wesentlich konstanteren 7Λbstand zum Projektor, so daß dabei auf eine Filterung häufig verzichtet werden kann. Dadurch, daß ein induktives Übertragungssystem zur Übertragung von Energie und/oder Informationen in das Innere des von der beweglichen Fläche gebildeten Raumes vorgesehen ist, kann der Projektor auch innerhalb der Kugel betrieben werden.If the sphere is large enough, the projector can also be placed inside. The projection surface is then at a much more constant distance from the projector, so that filtering can often be dispensed with. The fact that an inductive transmission system for transmitting energy and / or information into the interior of the space formed by the movable surface is provided, the projector can also be operated within the sphere.
Die Kugel kann mit Vorteil robust und schwer gebaut werden ohne nachteiligen Einfluß auf des realistische Raum- und Bewegungserlebnis, wenn einThe ball can advantageously be built robustly and heavily without adversely affecting the realistic spatial and movement experience, if one
Massenkompensationssystem zur Kompensation von Massenträgheitseffekten der beweglichen Fläche vorgesehen ist. Ein solches System kann nach Art bekannter Servolenkungen betrieben werden. Die Stellkräfte der Kugel werden für den Benutzer ausreichend gering gehalten.Mass compensation system for compensating inertia effects of the movable surface is provided. Such a system can be operated in the manner of known power steering systems. The positioning forces of the ball are kept sufficiently low for the user.
Das Bewegungserlebnis im virtuellen Raum kann nicht nur allein sondern auch in Gruppen genossen werden, weil ein Modul zur Zusammenschaltung und synchronen Bilddatenausgabe mehrer virtueller Räume vorgesehen ist. Der einzelne Benutzer in seiner Kugel sieht auch die anderen Gruppenmitglieder, deren Abbilder in seine Kugel projiziert werden. Jedes Mitglied kann sich autonom bewegen, sich von den anderen entfernen oder sich ihnen nähern. Je nach Übersichtlichkeit der im Computer hinterlegten Umweltmodelle können so die Teilnehmer sich auch zufällig begegnen.The movement experience in virtual space can not only be enjoyed alone but also in groups, because a module for interconnection and synchronous image data output of several virtual spaces is provided. The individual user in his sphere also sees the other group members, whose images are in his Sphere to be projected. Each member can move autonomously, move away from the others or approach them. Depending on the clarity of the environmental models stored in the computer, the participants can also meet each other at random.
Für Notfälle, beispielsweise nach Betätigen eines Nothalts, kann der Benutzer schnell aus der Kugel geborgen werden, da ein Modul zum selbsttätigen Anfahren einer Ausgangslage vorgesehen ist.For emergencies, for example after actuating an emergency stop, the user can be quickly recovered from the ball, since a module is provided for automatically starting from a starting position.
Die Verfahrensaufgäbe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die Aufstandsfläche dynamisch vom Benutzer bewegt wird, vorzugsweise in Abhängigkeit von Sensorsignalen angetrieben und/oder verzögert und/oder geneigt wird, die die Bewegung der AufStandfläche und/oder eine vom Benutzer eingeleitete Kraft und/oder eine Beschleunigung des Benutzers oder der Fläche.In a generic method, the process tasks are solved in that the contact area is moved dynamically by the user, preferably driven and / or delayed and / or inclined as a function of sensor signals, which the movement of the standing area and / or a force initiated by the user and / or or an acceleration of the user or the surface.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in Unteransprüchen 16 bis 19 beschrieben.Advantageous refinements of the method are described in subclaims 16 to 19.
Die Erfindung wird anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand einer schematischen Zeichnung beschrieben. Die Figuren der Zeichnung zeigen im EinzelnenThe invention is described on the basis of several preferred exemplary embodiments on the basis of a schematic drawing. The figures in the drawing show in detail
Figur l:die Außenansicht des erfindungsgemäßen Raumes mit kugelförmiger beweglicher Fläche;Figure l: the external view of the room according to the invention with a spherical movable surface;
Figur 2: eine Aufsicht auf eine alternativeFigure 2: a supervision of an alternative
Ausführungsform mit ebener beweglicher Fläche;Embodiment with a flat movable surface;
Figur 3: einen Vertikalschnitt des Raumes gemäß Fig. 2; Figur 4: einen Vertikalschnitt durch eine andere Ausführungsform mit kugelförmiger Projektionsfläche undFIG. 3: a vertical section of the room according to FIG. 2; FIG. 4: a vertical section through another embodiment with a spherical projection surface and
Figur 5: einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform ähnlich Fig. 1.FIG. 5: a vertical section through an embodiment similar to FIG. 1.
In Figur 1 bezeichnet 1 das Fundament eines Rehabilitationsgerätes unter Verwendung eines erfindungsgemäßen virtuellen Raumes. Der Raum in dem die virtuelle Umwelt entstehen soll ist als Kugel 2 gestaltet. Ein externes Sensorkoordinatensystem 3 ermittelt die aktuelle Lage der Kugel 2, die um ihr Zentrum beweglich auf dem Fundament 1 gelagert ist. Zur Erfassung der aktuellen Lage des Raumes 2 weist das Sensorkoordinatensystem einem oder mehrere an der Kugel 2 angebrachte Bezugspunkte auf, hier beispielsweise in Form von Magneten 7, die ein Magnetfeld der Kugel aufbauen, dessen Lage von dem Sensorkoordinatensystem 3 erfaßt werden kann. Der Raum 2 ist über eine Tür 8 zugänglich. Um die Tür 8 öffnen zu können, kann das Fundament 1 über Treppe 6 bestiegen werden. Zur Be- und Entlüftung des Raumes sind Abluftschlitze 4 und Zuluftschlitze 5 vorgesehen.In FIG. 1, 1 denotes the foundation of a rehabilitation device using a virtual space according to the invention. The room in which the virtual environment is to be created is designed as sphere 2. An external sensor coordinate system 3 determines the current position of the ball 2, which is mounted on the foundation 1 so as to be movable about its center. To detect the current position of the room 2, the sensor coordinate system has one or more reference points attached to the ball 2, here for example in the form of magnets 7, which build up a magnetic field of the ball, the position of which can be detected by the sensor coordinate system 3. The room 2 is accessible via a door 8. In order to be able to open the door 8, the foundation 1 can be climbed via stairs 6. Exhaust air slots 4 and supply air slots 5 are provided for ventilating the room.
Figur 2 zeigt eine andere Ausgestaltung des Rehabilitationsgerätes. Der Raum 2, der in einer Aufsicht gezeigt ist, wird an der Decke und den Seiten durch Projektionsflächen 9 begrenzt. Auf diese Fläche werden von Projektoren 10 Bildinhalte auf die Projektionsfläche 9 projiziert. Die Projektoren weisen eine bildgebende Einheit auf, die beispielsweise aus einem DMS (Digital Mirror Device) oder einem LCD bestehen können und von einem Computer 11 als Datenverarbeitungseinheit angesteuert werden. Der Computer berechnet für jede Projektionsfläche auf bekannte Weise ein entsprechendes Bild, so daß allseitig für einen Benutzer 12 der Eindruck eines zusammenhängenden virtuellen Raumes entsteht. Das Modell des erzeugten Raumes ist dem Computer 11 als digitales Modell der virtuellen Umwelt hinterlegt. In Figur 2 sind lediglich ein Projektor von mehreren, z.B. von insgesamt fünf dargestellt.Figure 2 shows another embodiment of the rehabilitation device. The space 2, which is shown in a top view, is delimited on the ceiling and the sides by projection surfaces 9. Projector 10 projects image contents onto the projection surface 9 onto this surface. The projectors have an imaging unit, which can consist, for example, of a DMS (Digital Mirror Device) or an LCD and are controlled by a computer 11 as a data processing unit. The Computer calculates a corresponding image for each projection surface in a known manner, so that the impression of a coherent virtual space is created on all sides for a user 12. The model of the generated space is stored in the computer 11 as a digital model of the virtual environment. In Figure 2, only one projector of several, for example, a total of five are shown.
Der Benutzer 12 steht auf einer ebenen Fläche 13 auf. Er kann sich dabei an einem linken Handgriff 14 und einem rechten Handgriff 15 festhalten, die Kraftsensoren beinhalten.The user 12 stands on a flat surface 13. He can hold onto a left handle 14 and a right handle 15, which contain force sensors.
In Figur 3 ist erkennbar, daß der Benutzer 12 auf einem endlos umlaufenden Band 16 steht. Sobald der Benutzer 12 Gehbewegungen ausführt, bewegt er dabei das Band 16. Aufgrund der in den Umlenkrollen 17 vorhandenen Reibung, die der Benutzer 12 überwinden muß, entstehen in den Griffen 14, 15 Reaktionskräfte. Ein Wegmeßsensor 18 mißt die scheinbar vom Benutzer 12 zurückgelegte Wegstrecke. Das Signal des Wegmeßsensors 18 ist alsIn Figure 3 it can be seen that the user 12 is standing on an endless belt 16. As soon as the user executes 12 walking movements, he moves the belt 16. Because of the friction in the deflection rollers 17 which the user 12 has to overcome, reaction forces develop in the handles 14, 15. A distance measuring sensor 18 measures the distance apparently traveled by the user 12. The signal of the displacement sensor 18 is as
Eingangssignal zur Veränderung der Berechnungsparameter für die Bildberechnung durch den Computer 11 auf seinen Eingang zurückgeführt. Auf Grund der zurückgelegten Strecken berechnet der Computer 11 ständig aktualisierte Bildinhalte, die dann der bildgebenden Einheit in Projektor 10 übermittelt werden.Input signal for changing the calculation parameters for the image calculation by the computer 11 fed back to its input. On the basis of the distances traveled, the computer 11 calculates constantly updated image contents, which are then transmitted to the imaging unit in the projector 10.
Der Benutzer 12 hat den Eindruck, daß das Bild in Richtung des Pfeils 19 (Figur 2) bewegt wird. An den Umlenkrollen vorgesehene Motore können das Band zusätzlich antreiben oder, als Generator geschaltet, verzögern. Auch diese Motoren werden vom Computer 11 in Abhängigkeit des hinterlegten Umweltmodels angesteuert. Auf diese Weise können Steigungen simuliert werden.The user 12 has the impression that the image is moved in the direction of the arrow 19 (FIG. 2). Motors provided on the deflection rollers can additionally drive the belt or, when switched as a generator, decelerate it. These motors are also controlled by the computer 11 depending on the stored environmental model. In this way, slopes can be simulated.
Noch realistischer kann dieser Eindruck für den Benutzer 12 erzeugt werden, wenn zusätzlich ein geeigneter Antrieb 20, beispielsweise eine Kolben- Zylinder-Einheit, die Fläche 13 um eine horizontale Achse 21 neigt. Ein weiterer Antrieb 22 neigt die Fläche 13 ebenfalls um eine horizontale Achsen, die aber rechtwinklig zur Achse 21 und parallel zur Laufrichtung des Bandes 16 angeordnet ist.This impression can be created even more realistically for the user 12 if, in addition, a suitable drive 20, for example a piston-cylinder unit, inclines the surface 13 about a horizontal axis 21. Another drive 22 also inclines the surface 13 about a horizontal axis, which is arranged at right angles to the axis 21 and parallel to the running direction of the belt 16.
Wird beispielsweise das Schieben einer Karre simuliert, so können durch unterschiedliche Verteilung der Reaktionskräfte auf den rechten Handgriff 15 und den linken Handgriff 14, deren Signale dem Computer 11 zugeleitet werden, ein weiterer Antrieb 23 kann vom Computer 11 so angesteuert werden, daß die Fläche 13 um die vertikale Achse mittels Servomotor 23 langsam geschenkt wird und für den Betrachter der Eindruck entsteht, daß eine Kurve gefahren wird.If, for example, the pushing of a cart is simulated, different distribution of the reaction forces to the right handle 15 and the left handle 14, the signals of which are fed to the computer 11, can be used to control a further drive 23 by the computer 11 so that the surface 13 is slowly given around the vertical axis by means of servo motor 23 and gives the viewer the impression that a curve is being driven.
Alternativ kann auf den Antrieb 23 auch verzichtet werden und lediglich der von den Projektoren 10 erzeugte Bildeindruck des Raumes um einen entsprechenden Raumwinkel verschoben werden.Alternatively, the drive 23 can also be dispensed with and only the image impression of the room generated by the projectors 10 can be shifted by a corresponding solid angle.
In Figur 4 ist als Vertikalschnitt eine andere Ausführungsform dargestellt. Der Raum 2 wird in diesem Fall durch eine Kugel 25 begrenzt, die feststehend ausgebildet ist. Die Kugel 25 ist, wie die Projektionsflächen 9, aus transparentem Material gefertigt, auf das von Projektoren 10 die, in an sich bekannter Weise, berechneten Bildinhalte projiziert werden. Die Projektoren 10 können entweder außerhalb der Kugel 25 oder, wie dargestellt, zentral am oberen Scheitelpunkt der Kugel innen angeordnet werden. Die //Another embodiment is shown as a vertical section in FIG. In this case, the space 2 is delimited by a ball 25 which is designed to be stationary. The ball 25, like the projection surfaces 9, is made of transparent material onto which the image contents calculated, in a manner known per se, are projected by projectors 10. The projectors 10 can either be arranged outside the ball 25 or, as shown, centrally at the upper vertex of the ball inside. The //
Kugelform hat den Vorteil, daß durch die fehlendenSpherical shape has the advantage that the missing
Ecken ein realistischer räumlicher Eindruck entsteht. Zusätzlich kann auch akustisch ein räumlicher Eindruck geschaffen werden, wenn, wie hier, entsprechend viele Lautsprecher 26 mit einem in analoger Weise berechneten akustischen Signal angesteuert werden.Corners creates a realistic spatial impression. In addition, a spatial impression can also be created acoustically if, as here, a corresponding number of loudspeakers 26 are actuated with an acoustic signal calculated in an analog manner.
Da in Figur 4 keine Handgriffe vorgesehen sind, die Reaktionskräfte des Benutzers messen können und seine Position im Raum festlegen, sind Sensoren 27 in der Kugel angebracht, die den Ort des Benutzers erfassen. Sobald sich der Benutzer aus dem Zentrum der Kugel 2 herausbewegt, wird dies von den Sensoren 27, beispielsweise Ultraschallsensoren, erkannt und an den Rechner 11 weitergegeben. Dieser verändert übergeeignete Antriebe die Fläche 13 so, daß derSince no handles are provided in FIG. 4, which can measure the reaction forces of the user and determine his position in space, sensors 27 are mounted in the ball, which detect the location of the user. As soon as the user moves out of the center of the ball 2, this is recognized by the sensors 27, for example ultrasound sensors, and passed on to the computer 11. This changes suitable drives the surface 13 so that the
Benutzer einen bestimmten Radius um die Mittelachse nicht überschreiten kann. Statt eines Bandes 16 ist in diesem Fall eine Hüllmembran 28 um eine kreisförmige Platten 29 vorgesehen. Reibantrieb 30 kann die Hüllmembran 28 um die vertikale Achse des Raumes 2 verschieben. Reibantrieb 31 verschiebt die Membran senkrecht zur Zeichnungsebene, während Reibantrieb 32 die Membran parallel zur Zeichnungsebene verschieben kann. Alle Servoantriebe der mindestens zwei notwendigen Reibrollen werden vom Computer gesteuert.User cannot exceed a certain radius around the central axis. In this case, instead of a band 16, an envelope membrane 28 is provided around a circular plate 29. The friction drive 30 can move the envelope membrane 28 about the vertical axis of the space 2. Friction drive 31 moves the membrane perpendicular to the plane of the drawing, while friction drive 32 can move the membrane parallel to the plane of the drawing. All servo drives of the at least two necessary friction rollers are controlled by the computer.
Zusätzlich kann das Stützfundament, auf dem die Platte 29 abgestützt wird, beliebig in der Horizontalen geneigt werden, so daß auch unterschiedliche Geländeneigungen simuliert werden können.In addition, the support foundation on which the plate 29 is supported can be inclined horizontally as desired, so that different terrain inclinations can also be simulated.
Statt einer Hüllemembran als bewegte Fläche 13 kann auch eine in unterbrochener Linienführung angedeutete Kugel 33 vorgesehen werden, auf deren Oberfläche der 12Instead of an envelope membrane as a moving surface 13, a ball 33 indicated in broken lines can also be provided, on the surface of which the 12
Benutzer 12 laufen kann. Über geeignete Antriebe kannUser 12 can run. Suitable drives can be used
Kugel 33 ebenfalls um jede Raumachse gedreht werden. Zu diesem Zweck ist sie frei beweglich mittels Stutzluftzufuhr Kugelkalotte 34 gelagert.Ball 33 can also be rotated about each spatial axis. For this purpose, it is mounted so that it can move freely by means of the supply of spherical cap 34.
In Figur 5 ist eine Ausfuhrungsform desIn Figure 5 is an embodiment of the
Rehabilitationsgerates gezeigt, bei der als bewegte Flache 13 die Innenflache emer bewegten Kugel 35 dient. Kugel 35 ist allseitig beweglich im Stutzfundament 1 gelagert. Zu diesem Zweck weist das Stutzfundament einzelnen Kanäle 36 auf, über dieRehabilitation device shown, in which the inner surface of a moving ball 35 serves as the moving surface 13. Ball 35 is movably supported in support foundation 1 on all sides. For this purpose, the support foundation has individual channels 36, via which
Druckluft aus einer Druckluftquelle 37 den Spalt zwischen der Kugel und Kalotte 34 gepreßt wird. Zur Belüftung kann die Kugel 35 eine Vielzahl kleiner Offnungen aufweisen. Die verbleibende Flache zwischen den Offnungen ist ausreichend, um eine genügend hoheCompressed air from a compressed air source 37, the gap between the ball and cap 34 is pressed. For ventilation purposes, the ball 35 can have a large number of small openings. The remaining area between the openings is sufficient to be sufficiently high
Lagersteifigkeit bereitzustellen. Zwei Reibrader 38 und 50, die an ihrem Umfang mit einer Vielzahl von Rollen 39 versehen ist, können die Kugel m Richtung ihrer gedachten Langengrade verdrehen. Em ähnlich ausgebildetes Rad 49 bewegt die Kugel m Richtung ihres gedachten Äquators.To provide bearing rigidity. Two friction wheels 38 and 50, which are provided with a plurality of rollers 39 on their circumference, can rotate the ball in the direction of their imaginary longitude. A similarly designed wheel 49 moves the ball in the direction of its imaginary equator.
Die Energieversorgung des Projektors 10, der innerhalb der Kugel 35 angeordnet ist, wird induktiv über das Primarteil 40 und Sekundarteil 41 eines induktiven Ubertragungssystems aus der Netzversorgung 42 gespeist. Das Sekundarteil 41 wird magnetisch innerhalb der Kugel der dargestellten Lage gehalten. Zu diesem Zweck wird der zwischen Primarteil 40 und Sekundarteil 41 vorhandene Spalt von einem geeigneten Sensor 48, beispielsweise emem Ultraschallabstandssensor, gemessen und sein Signal auf einen Regler 43 gegeben, der den Spalt so regelt, daß er konstant bleibt. 12The energy supply for the projector 10, which is arranged inside the ball 35, is fed inductively from the mains supply 42 via the primary part 40 and secondary part 41 of an inductive transmission system. The secondary part 41 is held magnetically within the sphere of the position shown. For this purpose, the gap present between the primary part 40 and the secondary part 41 is measured by a suitable sensor 48, for example an ultrasonic distance sensor, and its signal is sent to a controller 43 which controls the gap so that it remains constant. 12
Eine nicht dargestellte Notstromversorgung ersetzt imAn emergency power supply, not shown, replaces in
Bedarfsfall die Netzversorgung 42, damit das Sekundärteil 41 nicht auf den Benutzer 12 herabfallen kann. Ergänzend können an dem Sekundärteil 41 auch Stützen 44 angebracht sein, die das Sekundärteil 41 mit dem daran angebrachten Projektor 10 im Bedarfsfall innerhalb der Kugel 35 stützen.If necessary, the power supply 42 so that the secondary part 41 cannot fall down on the user 12. Supports 44 can also be attached to the secondary part 41, which support the secondary part 41 with the projector 10 attached to it within the ball 35 if necessary.
Trägheitseffekte der Kugel 30 können durch entsprechende Programme kompensiert werden. Der Benutzer 12 muß deshalb nicht die gesamte Masse der Kugel mit seiner Körperkraft selbst beschleunigen, sondern wird dabei durch die angetriebenen Räder 38, 49 und 50 unterstützt. Benutzer 12 muß sich somit nicht wesentlich aus der zentralen vertikale Achse der Kugel 35 herausbewegen. Seine jeweilige Position wird durch die Sensoren 27 erfaßt. Zur Simulation bestimmter Geländeformen, wird die Soll-Position des Benutzers 12 so verändert, daß die Neigung der Kugelfläche an der Soll-Stelle des Benutzers der des Geländemodells in etwa entspricht. Durch Vergleich der Soll-Position mit der von Sensoren 27 ermittelten Ist-Position führt zu entsprechender der Ansteuerung der Servomotoren der Räder 38, 49 und 50.Inertial effects of the ball 30 can be compensated for by appropriate programs. The user 12 therefore does not have to accelerate the entire mass of the ball with his own physical strength, but is assisted by the driven wheels 38, 49 and 50. User 12 thus does not have to move substantially out of the central vertical axis of ball 35. Its respective position is detected by sensors 27. To simulate certain terrain shapes, the target position of the user 12 is changed so that the inclination of the spherical surface at the target location of the user corresponds approximately to that of the terrain model. By comparing the target position with the actual position determined by sensors 27, the servomotors of wheels 38, 49 and 50 are activated accordingly.
Auf Sensoren, die den Benutzerort erfassen, kann in bestimmten Fällen jedoch auch verzichtet werden.In certain cases, however, sensors that detect the user location can also be dispensed with.
Insbesondere dann, wenn die Kugel eine geringe Masse aufweist und deshalb eine Kraftverstärkung nicht erforderlich ist.Especially when the ball has a low mass and therefore no power boost is required.
Der Benutzer 12 kann sich somit frei in einem beliebigen virtuellen Raum bewegen. Beispielsweise können Patienten, die ein Kreislauftraining benötigen, in dieser Kugel 35 Wanderungen in einem Gelände ausführen, das der Leistungsfähigkeit des Patienten beliebig angepaßt werden kann. Dazu können, dem Modell entsprechend vom Computer gesteuert, die Antriebe die Kugel beschleunigen oder verzögern. Der vom Benutzer zurückgelegte Weg wird beispielsweise entweder durch Drehgeber 48 von den Wellen der Antriebe abgegriffen oder durch getrennt angeordnete Weggeber.The user 12 can thus move freely in any virtual space. For example, patients who need circulatory training can do 35 hikes in one area in this sphere perform that can be adapted to the performance of the patient. Controlled by the computer according to the model, the drives can accelerate or decelerate the ball. The distance traveled by the user is either tapped from the shafts of the drives by rotary encoders 48 or by separately arranged displacement encoders.
Dem Patienten kann dabei ein Sender mitgegeben werden, der eine Not-Taste 45 besitzt. Nach Betätigen dieser Taste wird durch ein automatisch ablaufendes Programm die Kugel 35 in ihre ursprüngliche Ausgangslage zurückgefahren, so daß die Tür dann geöffnet und der Benutzer 12 geborgen werden kann. Die Ist-Lage der Kugel wird dabei z.B. von den Drehgebern 48 oder dem Sensorkoordinatensystem 3 erfaßt, die auch im Betrieb als Eingabesignale für die Parameter zur Berechnung der aktuellen Bildinhalte ausgewertet werden.The patient can be given a transmitter that has an emergency button 45. After pressing this button, the ball 35 is returned to its original starting position by an automatically running program, so that the door can then be opened and the user 12 can be saved. The actual position of the ball is e.g. detected by the rotary encoders 48 or the sensor coordinate system 3, which are also evaluated in operation as input signals for the parameters for calculating the current image content.
Mehrere der beschriebenen Rehabilitationsgeräte können auch miteinander über Leitung 46 zu Gruppen vernetzt werden. Die Benutzer, die jeweils in ihrer eigenenSeveral of the rehabilitation devices described can also be networked with one another via lines 46 to form groups. The users, each in their own
Kugel das Training absolvieren, bewegen sich dann in einer gemeinsamen Umwelt. In dieser Umwelt können Sie sich beliebig frei bewegen. Sie können sich von den übrigen Mitgliedern der Gruppe entfernen oder zufällig auf sie treffen.Ball complete the training, then move in a shared environment. You can move around freely in this environment. You can move away from the other members of the group or meet them at random.
Die Benutzer können in die Kugel auch weitere Eingabegeräte mitnehmen, die drahtlos mit dem Computer in Verbindung stehen und so auch innerhalb der vom Computer modellierten Umwelt agieren. Wird zusätzlich die Lage und Richtung der mitgenommenen Sender über geeignete Sensoren erfaßt, können auch Zielübungen simuliert werden. ιrThe user can also take additional input devices into the sphere that are wirelessly connected to the computer and thus also operate within the environment modeled by the computer. If the position and direction of the transmitters taken along are also recorded using suitable sensors, target exercises can also be simulated. ιr
Das erfindungsgemäße Rehabilitationsgerät ermöglicht die freie Bewegung des Benutzers. Dadurch kann es zu vielfältigen therapeutischen Zwecken eingesetzt werden. Darüber hinaus bestehen jedoch unzählige Möglichkeiten, es auch zur Unterhaltung einzusetzen.The rehabilitation device according to the invention enables the user to move freely. As a result, it can be used for a variety of therapeutic purposes. In addition, there are countless ways to use it for entertainment.
Auf diese Weise ist es möglich, virtuelle Räume zu schaffen, ohne den Benutzer des virtuellen Raumes mit einer Vielzahl von Sensoren, Monitoren, Reaktoren ausstatten zu müssen. In this way it is possible to create virtual rooms without having to equip the user of the virtual room with a large number of sensors, monitors, reactors.
BezugsziffernlisteReference number list
Fundament 26 Lautsprecher Raum 27 Sensoren Sensorkoordinatensystem 28 Hüllmembran Abluftschlitz 29 Platte Zuluftschlitz 30 Reibrolle Treppe 31 Reibrolle Magnete 32 Reibrolle Tür 33 Kugel Projektionsfläche 34 Kalotte Projektoren 35 Kugel Computer 36 Kanäle Benutzer 37 Druckluftquelle Fläche 38 Reibrad linker Griff 39 Rolle rechter Griff 40 Primärteil Band 41 Sekundärteil Umlenkrolle 42 Netzversorgung Wegsensor 43 Regler Pfeil 44 Stützen Antrieb 45 Not-Taste Achse 46 Leitung Antrieb 47 Abstandssensor Antrieb 48 Drehgeber vertikale Achse 49 Reibrad Kugel 50 Reibrad Foundation 26 loudspeaker room 27 sensors sensor coordinate system 28 envelope membrane exhaust air vent 29 plate supply air vent 30 friction roller staircase 31 friction roller magnets 32 friction roller door 33 sphere projection surface 34 spherical projector 35 sphere computer 36 channels user 37 compressed air source surface 38 friction wheel left handle 39 roller right handle 40 primary part band 41 secondary part Deflection roller 42 Mains supply for displacement sensor 43 Regulator arrow 44 Support drive 45 Emergency button axis 46 Cable drive 47 Distance sensor drive 48 Rotary encoder vertical axis 49 Friction wheel ball 50 Friction wheel

Claims

/?Patentansprüche /? Claims
1. Virtueller Raum zur Betrachtung durch einen Benutzer, bestehend aus einer Darstellungseinheit zur Darstellung eines berechneten Bildes, einer1. Virtual space for viewing by a user, consisting of a display unit for displaying a calculated image, one
Datenverarbeitungseinheit zur Berechnung des Bildes und mit einem Eingabegerät für die Datenverarbeitungseinheit zur Eingabe von Parametern für die Berechnung des Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß eine mindestens in eine Richtung endlos bewegliche Fläche für den Benutzer mit Sensoren zur Erfassung von Bewegungsdaten der Fläche und/oder Sensoren zur Erfassung einer aufgebrachten Kraft und/oder Sensoren zur Erfassung des Benutzerortes und/oder von Beschleunigungen vorgesehen ist.Data processing unit for calculating the image and with an input device for the data processing unit for entering parameters for calculating the image, characterized in that an at least one surface that is endlessly movable in one direction for the user with sensors for detecting movement data of the surface and / or sensors for Detection of an applied force and / or sensors for detecting the user location and / or accelerations is provided.
2. Virtueller Raum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne , daß die Bewegung der Fläche mittels Motore und/oder Verzögerungseinrichtungen dynamisch veränderbar ausgebildet ist, insbesondere Sensoren zur Beeinflussung der Motore und/oder Verzögerungseinrichtungen vorgesehen sind.2. Virtual space according to claim 1, characterized in that the movement of the surface is designed to be dynamically changeable by means of motors and / or delay devices, in particular sensors are provided for influencing the motors and / or delay devices.
3. Virtueller Raum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Fläche als3. Virtual space according to claim 1, characterized in that the movable surface as
Ebene ausgebildet ist, deren Neigungswinkel zu einer Horizontalebene um mindestens eine horizontale Achse mittels eines Motors dynamisch veränderbar ausgebildet ist.Level is formed, the angle of inclination to a horizontal plane about at least one horizontal axis is dynamically changeable by means of a motor.
4. Virtueller Raum nach einem der vorhergehenden4. Virtual space according to one of the previous ones
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Fläche konvex als Oberfläche einesClaims, characterized in that the movable surface is convex as the surface of a
BESIÄΠGUNGSNQHE WSEQUENCING QUQ W
Rotationskörpers, insbesondere als Kugel geformt ist .Rotating body, in particular is shaped as a ball.
5. Virtueller Raum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Fläche konkav als Innenfläche, vorzugsweise einer Kugel geformt ist.5. Virtual space according to one of the preceding claims, characterized in that the movable surface is concavely shaped as an inner surface, preferably a ball.
6. Virtueller Raum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Fläche selbsttragend ausgebildet ist.6. Virtual space according to one of the preceding claims, characterized in that the movable surface is self-supporting.
7. Virtueller Raum nach einem der vorhergehenden7. Virtual space according to one of the previous ones
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieClaims, characterized in that the
Darstellungseinheit als Projektionseinheit eines auf einem Bildgeber digital erzeugten Bildes ausgebildet ist und vorzugsweise ein 3D-Modul zur Berechnung der Bildinhalte für ein linkes und ein rechtes Auge des Benutzers vorgesehen ist .Display unit is designed as a projection unit of an image digitally generated on an image generator and preferably a 3D module for calculating the image contents is provided for a left and a right eye of the user.
8. Virtueller Raum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Darstellungseinheit eine Shutterbrille zugeordnet ist.8. Virtual space according to one of the preceding claims, characterized in that the display unit is assigned shutter glasses.
9. Virtueller Raum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Fläche als Projektionsfläche ausgebildet ist.9. Virtual space according to one of the preceding claims, characterized in that the movable surface is designed as a projection surface.
10. Virtueller Raum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein10. Virtual space according to one of the preceding claims, characterized in that a
Modul zur Filterung von Bildpunkten des Bildgebers in der Weise vorgesehen ist, daß eine gleichmäßige Helligkeitverteilung auf derModule for filtering pixels of the imaging device is provided in such a way that a uniform brightness distribution on the
Projektionsfläche entsteht. Projection screen is created.
11. Virtueller Raum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein induktives Übertragungssystem zur Übertragung von Energie und/oder Informationen in das Innere des von der beweglichen Fläche gebildeten Raumes vorgesehen ist.11. Virtual space according to one of the preceding claims, characterized in that an inductive transmission system for transmitting energy and / or information is provided in the interior of the space formed by the movable surface.
12. Virtueller Raum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein12. Virtual space according to one of the preceding claims, characterized in that a
Massenkompensationssystem zur Kompensation von Massenträgheitseffekten der beweglichen Fläche vorgesehen ist.Mass compensation system for compensating inertia effects of the movable surface is provided.
13. Virtueller Raum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein13. Virtual space according to one of the preceding claims, characterized in that a
Modul zur Zusammenschaltung und synchronen Bilddatenausgabe mehrer virtueller Räume vorgesehen ist.Module for interconnection and synchronous image data output of several virtual rooms is provided.
14. Virtueller Raum nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein14. Virtual space according to one of the preceding claims, characterized in that a
Modul zum selbsttätigen Anfahren einer Ausgangslage vorgesehen ist.Module for automatically starting a starting position is provided.
15. Verfahren zur Erzeugung einer durch Bildinhalte dargestellten virtuellen Umwelt bei der dynamisch in Abhängikeit sich dynamisch verändernder Parameter die Bildinhalte für einen auf einer Aufstandsfläche stehenden Benutzer neu berechnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufstandsfläche vom Benutzer bewegt wird, vorzugsweise dynamisch angetrieben und/oder verzögert und/oder geneigt wird in Abhängigkeit von Sensorsignalen, die die Bewegung der15. A method for generating a virtual environment represented by image contents in the case of dynamically dependent parameters which change dynamically, the image contents are recalculated for a user standing on a footprint, characterized in that the footprint is moved by the user, preferably dynamically driven and / or is decelerated and / or inclined depending on sensor signals that indicate the movement of the
AufStandfläche und/oder eine vom Benutzer o eingeleitete Kraft und/oder eine Beschleunigung des Benutzers oder der Fläche.Footprint and / or one by the user o initiated force and / or acceleration of the user or the surface.
16. Verfahren zur Erzeugung einer virtuellen Umwelt nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Fläche auf einer konvexen oder konkaven Bahn erfolgt.16. A method for generating a virtual environment according to claim 15, characterized in that the movement of the surface takes place on a convex or concave path.
17. Verfahren zur Erzeugung einer virtuellen Umwelt nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Bildinhalte getrennt für ein linkes und ein rechtes Auge des Benutzers erfolgt.17. A method for generating a virtual environment according to claim 15 or 16, characterized in that the image contents are calculated separately for a left and a right eye of the user.
18. Verfahren zur Erzeugung einer virtuellen Umwelt nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß synchron zur Berechnung der Bildinhalte eine Berechnung von 3-D-18. A method for generating a virtual environment according to one of claims 15 to 17, characterized in that a calculation of 3-D- in synchronism with the calculation of the image contents
Audiosignalen erfolgt.Audio signals.
19. Verfahren zur Erzeugung einer virtuellen Umwelt nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kompensation von Masseneffekten der bewegten Auftandsflache erfolgt. 19. A method for generating a virtual environment according to one of claims 15 to 17, characterized in that a compensation of mass effects of the moving contact surface takes place.
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