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用于模擬加速度的裝置和方法

文檔序號(hào):2537326閱讀:469來源:國知局
用于模擬加速度的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于模擬用于人的加速度的裝置和方法,有主加速度作用到該人上,主加速度注意通過使人有距離地圍繞主軸線旋轉(zhuǎn)和通過重力加速度來產(chǎn)生,其中,主加速度的值和方向至少由重力加速度、切向加速度和徑向加速度來確定,其中,人相對(duì)于主加速度的方向的位置注意通過人圍繞至少兩個(gè)副軸線的旋轉(zhuǎn)和/或定位來確定,其中,副軸線伸延通過處在人的區(qū)域中的中心,其中,在主加速度的值和方向改變時(shí),初級(jí)誤差力作用到人上,初級(jí)誤差力通過人圍繞副軸線旋轉(zhuǎn)至少部分地來補(bǔ)償,并且其中,由于人圍繞副軸線旋轉(zhuǎn),次級(jí)誤差力作用到人上,并且其中,通過使人圍繞三個(gè)副軸線旋轉(zhuǎn)和定位來減小次級(jí)誤差力。
【專利說明】用于模擬加速度的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于模擬人的加速度的方法,有主加速度作用到該人上,主加速度主要通過使人有距離地圍繞主軸線旋轉(zhuǎn)和通過重力加速度來產(chǎn)生,其中,主加速度的值和方向至少通過重力加速度、切向加速度和徑向加速度來確定,其中,人相對(duì)于主加速度的方向的位置主要通過人圍繞至少兩個(gè)副軸線的旋轉(zhuǎn)來確定,其中,副軸線伸延通過處在人的區(qū)域中的中心,其中,在主加速度的值和方向改變時(shí),初級(jí)誤差力(Fehlkraft)作用到人上,初級(jí)誤差力通過人圍繞副軸線旋轉(zhuǎn)至少部分地來補(bǔ)償,并且其中,由于人圍繞副軸線旋轉(zhuǎn),次級(jí)誤差力作用到人上。
[0002]此外,本發(fā)明涉及一種用于模擬人的加速度的裝置,其包括:第一承載元件,其具有用于至少一個(gè)人的保持裝置并且可圍繞第一副軸線相對(duì)于第二承載元件旋轉(zhuǎn)地來布置;第二承載元件,其可圍繞第二副軸線相對(duì)于第三承載元件旋轉(zhuǎn)地來布置,其中,第一副軸線和第二副軸線彼此大致正交地布置。
【背景技術(shù)】
[0003]根據(jù)本發(fā)明的裝置和根據(jù)本發(fā)明的方法尤其用于模擬運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng),例如車輛、船舶、飛機(jī)等。在此,經(jīng)由大量人工產(chǎn)生的感覺給位于空心體或艙室中的人模擬虛擬的現(xiàn)實(shí)。這些感官刺激一方面是視聽刺激,其經(jīng)由圖像重現(xiàn)面以及聲音重現(xiàn)系統(tǒng)來輸送給使用者,而另一方面經(jīng)由該裝置和該方法產(chǎn)生作用到使用者上的加速度或力。通過視聽的和物理的感覺印象(Sinneseindruck)的組合,人的大腦演繹虛擬的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。感覺越精確地等同于這樣的情況的實(shí)際感覺,該虛擬對(duì)于使用者越逼真地起作用。出于該原因,盡可能接近實(shí)際地將這些信號(hào)輸送給使用者是重要的。此外,該裝置和該方法包括由人影響運(yùn)動(dòng)模擬的可能性。通過其,人例如可在虛擬的、模擬的世界中控制所模擬的對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
[0004]人的該控制信號(hào)和可能的環(huán)境影響(風(fēng)、道路平整度等)被輸送給物理的模擬模型,其相應(yīng)于所模擬的對(duì)象的實(shí)際特性的數(shù)學(xué)描繪。其包含例如慣性、阻力等量。借助于該模型來計(jì)算加速度或力及其方向,其應(yīng)在虛擬的世界中被輸送給使用者。這經(jīng)由通過控制單元控制不同的驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)。
[0005]長期以來已知用于模擬人的加速度的裝置、尤其運(yùn)動(dòng)模擬器和定向訓(xùn)練器以及用于其運(yùn)行的方法。
[0006]例如已知單臂離心機(jī),在其中使人與主軸線成一定距離地沿著大致圓形的軌道旋轉(zhuǎn)。在此,除了重力加速度之外,徑向加速度作用到人上,徑向加速度主要由角速度和在人與主旋轉(zhuǎn)軸線之間的距離來確定。在角速度恒定時(shí),作用到人上的主加速度相應(yīng)于由重力加速度和徑向加速度合成的加速度。在角速度變化時(shí),除了徑向加速度之外,還出現(xiàn)切向加速度。在角速度非勻速時(shí),作用到人上的主加速度因此由徑向加速度、切向加速度和重力加速度的矢量疊加組成。
[0007]為了在模擬的對(duì)象中將運(yùn)動(dòng)逼真地輸送給人,人可圍繞至少兩個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)和定位。這些自由度的技術(shù)解決方案經(jīng)由一艙室(在其中人可固定在座位上)實(shí)現(xiàn)。該艙室可旋轉(zhuǎn)地布置在滾動(dòng)環(huán)處。滾動(dòng)環(huán)可旋轉(zhuǎn)地布置在單臂離心機(jī)的主臂處。也被稱為副軸線的這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線彼此正交。相應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù),其具有處在人的頭部的區(qū)域中的交點(diǎn)。通過這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度,可來選擇人相對(duì)于主加速度的位置。
[0008]例如為了模擬沿著身體豎軸線的線性加速度,使人沿著運(yùn)轉(zhuǎn)軌道(Kreisbahn)圍繞主旋轉(zhuǎn)軸線運(yùn)動(dòng)。人的觀察方向切向地伸延。結(jié)果使角速度提高,由此合成的主加速度同樣提升。在此,人關(guān)于這兩個(gè)副軸線被定位成使得主加速度矢量具有與人的身體豎軸線相同的方向。通過經(jīng)由圖像還原面(Bildwiedergabeflaeche)輸送給人的光學(xué)感覺來支持該效果。在角速度提升時(shí),徑向加速度提升,其中,然而由此也改變了合成的主加速度的方向。因?yàn)橹骷铀俣鹊姆较虻脑撈茣?huì)被人感覺為側(cè)向力,也可通過圍繞副軸線旋轉(zhuǎn)來匹配人的位置。由于角速度的提升引起的切向上的加速度也可通過人的位置變化來補(bǔ)償。在主臂的角速度變化、即在圍繞主軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的主加速度的方向的偏移和變化被稱為初級(jí)誤差力。其通過人的旋轉(zhuǎn)、定位和/或位置變化來補(bǔ)償。
[0009]在現(xiàn)有技術(shù)中不利的是,由于補(bǔ)償初級(jí)誤差力而產(chǎn)生另外的次級(jí)誤差力。例如,對(duì)于人來說可感覺到人圍繞副軸線的過快的旋轉(zhuǎn)。
[0010]然而,該感覺印象然而與視覺地示出的圖像和所模擬的運(yùn)動(dòng)過程相矛盾。這導(dǎo)致大腦的錯(cuò)誤演繹并且因此不導(dǎo)致逼真的模擬。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)的另一缺點(diǎn)是,人在圍繞主軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)除了圍繞主軸線的平移的(translatorisch)圓周運(yùn)動(dòng)之外還經(jīng)歷圍繞身體軸線的旋轉(zhuǎn)。然而其在短暫的適應(yīng)階段之后不再被人體的平衡器官感覺到。如果現(xiàn)在使人體的平衡器官或者說人附加地圍繞不平行于主軸線伸延的軸線旋轉(zhuǎn),這在平衡器官中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變化和扭轉(zhuǎn)力(Drallkraft),這導(dǎo)致另外的感覺干擾。雖然可通過逼真的視覺印象來改善感覺。然而,在出現(xiàn)閃眼(Augenflackern)的前庭目反射(vestibulookulaer Reflex)的情況中不再能或僅非常受限地感覺到視覺刺激。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]現(xiàn)在,本發(fā)明的目的是提供一種用于模擬人的加速度的裝置和方法,其改善模擬的質(zhì)量。此外,本發(fā)明的目的是減小次級(jí)誤差力。本發(fā)明的另一目的是防止由人腦錯(cuò)誤演繹、尤其改善光學(xué)的和物理的感覺印象的組合并且克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的目的由此來實(shí)現(xiàn),即通過使人圍繞三個(gè)副軸線旋轉(zhuǎn)和定位來減小次級(jí)誤差力。此外,根據(jù)本發(fā)明的目的由此來實(shí)現(xiàn),即為了補(bǔ)償或減小次級(jí)誤差力,第二承載元件可圍繞第三副軸線旋轉(zhuǎn)地布置在運(yùn)動(dòng)裝置處。
[0014]另外的有利的特征是,為了減小次級(jí)誤差力提高初級(jí)誤差力,為了減小在一平衡平面中的初級(jí)誤差力和/或次級(jí)誤差力提高在另一平衡平面中的初級(jí)誤差力和/或次級(jí)誤差力,由次級(jí)誤差力引起的角加速度處在人的刺激閾值(Reizschwelle)的范圍中或在其之下,由初級(jí)誤差力引起的角加速度和由次級(jí)誤差力引起的角加速度處在人的刺激閾值范圍中或在其之下,初級(jí)誤差力包括主加速度誤差力和/或科里奧利誤差力而次級(jí)誤差力包括扭轉(zhuǎn)誤差(Drallfehler)和/或旋轉(zhuǎn)慣性力,并且/或者為了減小旋轉(zhuǎn)慣性力來限制和/或減弱人圍繞副軸線的旋轉(zhuǎn)的角加速度和/或角加速度的梯度。
[0015]根據(jù)本發(fā)明可設(shè)置成,使人圍繞主軸線和圍繞副軸線旋轉(zhuǎn),使得在此每個(gè)拱道(Bogengang)在相應(yīng)的平衡平面中的角加速度處在人的刺激閾值的范圍之下,該刺激閾值在0.8° /s2與5° /s2之間、優(yōu)選地在1° /s2與3° /s2之間,為了模擬沿著人的身體軸線的變化的加速度,使人以恒定的第一角速度圍繞主軸線旋轉(zhuǎn),在其中第一主加速度的方向與重力加速度的方向具有第一角度,接下來使人加速或減速到第二角速度,在其中第二主加速度的方向與重力加速度的方向具有第二角度,并且在此人的第三平衡軸線被旋轉(zhuǎn)或已旋轉(zhuǎn)到與切向平面偏離的方向上。
[0016]根據(jù)另外的方法特征設(shè)置成,為了模擬沿著人的身體軸線的變化的加速度,使人以恒定的第一角速度圍繞主軸線旋轉(zhuǎn),在其中第一主加速度的方向與重力加速度的方向具有第一角度,接下來使人加速或減速到第二角速度,在其中第二主加速度的方向與重力加速度的方向具有第二角度,在此人的第三平衡軸線被旋轉(zhuǎn)或已旋轉(zhuǎn)到與切向平面偏離的方向上,并且使人的身體軸線旋轉(zhuǎn)到在第一主加速度的方向與第二主加速度的方向之間的中間位置中和/或到第一主加速度的范圍中或到第二主加速度的范圍中,并且/或者在角速度恒定時(shí)使人的第三平衡軸線基本上處在徑向平面中。
[0017]根據(jù)另外的方法特征設(shè)置成,在角速度恒定時(shí)使人的第三平衡軸線基本上處在切向平面與徑向平面之間的平面中,人的第三平衡軸線在切向平面與徑向平面之間的位置通過人圍繞三個(gè)副軸線的旋轉(zhuǎn)來控制或主動(dòng)調(diào)節(jié),人的身體軸線在切向平面與徑向平面之間的位置通過人圍繞三個(gè)副軸線的旋轉(zhuǎn)來控制或主動(dòng)調(diào)節(jié),并且/或者身體軸線和平衡軸線的旋轉(zhuǎn)通過人圍繞副軸線的位置變化來改變或定位。
[0018]此外,本發(fā)明特征在于,第二副軸線和第三副軸線彼此大致正交地布置,設(shè)置有至少一個(gè)控制單元用于控制和/或主動(dòng)調(diào)節(jié)用于承載元件和運(yùn)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器,并且/或者承載元件的驅(qū)動(dòng)器圍繞副軸線的運(yùn)動(dòng)通過控制單元來控制和/或主動(dòng)調(diào)節(jié),并且該運(yùn)動(dòng)處在人的刺激閾值的范圍中或在其之下。另外的有利的特征是,通過控制單元來控制副軸線的驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng),其中,該運(yùn)動(dòng)的角加速度處在人的刺激閾值之下,該裝置設(shè)立用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法并且/或者運(yùn)動(dòng)裝置實(shí)施為單臂離心機(jī)、實(shí)施為帶有可移動(dòng)的滑座的離心機(jī)、實(shí)施為帶有可移動(dòng)的舉升滑座的離心機(jī)、實(shí)施為帶有可在兩側(cè)移動(dòng)的滑座的雙臂離心機(jī)、實(shí)施為帶有可在兩側(cè)移動(dòng)的舉升滑座的雙臂離心機(jī)或者實(shí)施為帶有至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)的和/或平移的自由度的機(jī)器人臂。
[0019]為了更加清楚下面來定義一些基本概念:
人具有兩個(gè)布置在頭部的區(qū)域中的平衡器官。每個(gè)平衡器官包括三個(gè)拱道,在其中可通過感覺細(xì)胞來探測粘性的液體的相對(duì)速度。每個(gè)平衡器官的三個(gè)拱道基本上處在三個(gè)平衡平面中。第一平衡平面、第二平衡平面和第三平衡平面彼此大致正交并且布置成使得其可成對(duì)地探測圍繞人的平衡軸線的運(yùn)動(dòng)。第一平衡軸線大致沿著人的主觀的豎軸線伸延,第二平衡軸線大致相應(yīng)于人的兩個(gè)耳朵或兩個(gè)眼睛的連接直線的平行線,而第三平衡軸線大致相應(yīng)于在筆直指向地不移動(dòng)地觀察時(shí)的觀察方向的平行線。這三個(gè)平衡軸線彼此大致正交。第一平衡軸線例如相應(yīng)于偏航軸線(Gierachse),第二平衡軸線相應(yīng)于俯仰軸線(Nickachse)而第三平衡軸線相應(yīng)于滾動(dòng)軸線。這三個(gè)軸線彼此在人的頭部的區(qū)域中、優(yōu)選地在身體的對(duì)稱平面中、在人的耳朵之間的區(qū)域中或在人的心臟的區(qū)域中相交。
[0020]此外,在人的平衡器官中設(shè)置有用于探測線性加速度的加速度傳感器。這些加速度傳感器中的一個(gè)探測豎直的加速度,另外兩個(gè)探測水平的加速度。[0021]人的平衡器官以極其高的精度感覺到加速度以及身體的位置和位置變化。盡管如此,存在一定的刺激閾值,在其之下感覺不到加速度以及位置變化。這些刺激閾值一方面取決于個(gè)人的敏感性,另一方面其可通過環(huán)境影響、例如視覺刺激來影響。例如如果人暴露于極強(qiáng)的壓力和清楚的視覺刺激、例如地平線的示出,則刺激閾值遠(yuǎn)高于在沒有視覺刺激的靜止環(huán)境中。
[0022]此外,刺激閾值對(duì)于所有運(yùn)動(dòng)或加速過程不一樣高。由此例如與在第三平衡平面中的人的錯(cuò)位(Fehlstellung)相比,在第二平衡平面中人的錯(cuò)位不那么強(qiáng)地被感覺到。
[0023]在確定刺激閾值時(shí)時(shí)間因素也非常重要。由此平衡器官適應(yīng)恒定的適度的基本加速度,其與重力加速度偏離并且在大約二十秒至一分鐘的適應(yīng)階段之后不被感覺到或僅被感覺到略微提高。
[0024]普通人的刺激閾值例如處于大約每平方秒一度、即1° /S2。對(duì)于更能抵抗的人或者由于主觀感覺的影響,刺激閾值可達(dá)到2° /s2或3° /s2。在極端情況中,刺激閾值甚至可為5° /s2,這意味著,人在5° /s2的角速度下才像這樣感覺到運(yùn)動(dòng)。相應(yīng)地,每個(gè)拱道角加速度的刺激閾值可在1° /s2至5° /s2之下。這些值尤其適用于平衡器官的角加速度、適用于圍繞平衡平面的法向矢量(其處在平衡器官的區(qū)域中)的角加速度、適用于由扭轉(zhuǎn)誤差引起的拱道的角加速度并且/或者適用于由人圍繞處在人的頭部的區(qū)域中的中心的旋轉(zhuǎn)引起的角加速度。處在人的刺激閾值之下的誤差力相應(yīng)地是將旋轉(zhuǎn)加速度施加到平衡器官上的處在人的刺激閾值之下的誤差力。
[0025]人的定位經(jīng)由副軸線實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明,設(shè)置有至少兩個(gè)、優(yōu)選地三個(gè)副軸線。這些副軸線大致相應(yīng)于用于人的保持裝置可圍繞其旋轉(zhuǎn)地來布置的軸線。其伸延通過遠(yuǎn)離主軸線布置在人的區(qū)域中的中心。
[0026]保持裝置(人固定在其處)剛性地與第一承載元件相連接。第一承載元件可圍繞第一副軸線旋轉(zhuǎn)地布置在第二承載元件處。第二承載元件又可圍繞第二副軸線旋轉(zhuǎn)地布置在第三承載元件處,其中,第一和第二副軸線彼此大致正交。第三承載元件可圍繞第三副軸線旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在運(yùn)動(dòng)裝置處。第二副軸線和第三副軸線同樣彼此大致正交。用于產(chǎn)生主加速度、即用于使人圍繞主軸線運(yùn)動(dòng)的裝置稱為運(yùn)動(dòng)裝置。其例如可實(shí)施為帶有可移動(dòng)的滑座的雙臂離心機(jī)、單臂離心機(jī)、多臂離心機(jī)等。
[0027]人圍繞副軸線的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由承載元件的驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)器使能夠圍繞副軸線旋轉(zhuǎn)并且由控制單元來控制和/或主動(dòng)調(diào)節(jié)。通過主驅(qū)動(dòng)器使運(yùn)動(dòng)裝置圍繞主軸線的旋轉(zhuǎn)也可由控制單元來控制和/或主動(dòng)調(diào)節(jié)。
[0028]圍繞副軸線和主軸線的運(yùn)動(dòng)優(yōu)選地由驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)、控制和/或主動(dòng)調(diào)節(jié)。主加速度具有值和方向,其中,加速度的大小被稱為值。
[0029]旋轉(zhuǎn)軸線使人能夠圍繞至少兩個(gè)、優(yōu)選地三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)并且因此具有兩個(gè)或三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。這些軸線可與人的平衡軸線一致。然而在一些情況中也可期望的是,這些軸線不與人的平衡軸線一致。
[0030]初級(jí)的和次級(jí)的誤差力的名稱誤差力不僅涉及力而且涉及扭轉(zhuǎn)慣量、加速度、旋轉(zhuǎn)加速度、線性加速度、角加速度等。原則上,其將這些錯(cuò)誤感覺稱作誤差力,它們作用于人的平衡器官的感覺細(xì)胞并且因此為了更加清楚被稱為誤差力。
[0031]在人的區(qū)域中主軸線所處的平面定義為徑向平面。在人的區(qū)域中人圍繞主旋轉(zhuǎn)軸線的運(yùn)轉(zhuǎn)軌道的切線和平行于主軸線的直線所處的平面定義為切向平面。因此,切向平面和徑向平面彼此大約正交并且具有交直線(Schnittgerade),其平行于主軸線并且在人的區(qū)域中伸延。
[0032]任意伸延通過人的身體的且相對(duì)于人位置固定地布置的直線被稱為人的身體軸線。例如,人的平衡軸線是身體軸線。
[0033]關(guān)于一同旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系統(tǒng)來定義人的位置和人相對(duì)于主加速度的方向的位置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]現(xiàn)在,下面根據(jù)附圖進(jìn)一步來說明根據(jù)本發(fā)明的方法以及根據(jù)本發(fā)明的裝置。
[0035]圖1顯示了運(yùn)動(dòng)學(xué)的示意性的視圖,
圖2顯示了與圖1相同的、然而在側(cè)視圖中的運(yùn)動(dòng)學(xué)布置,
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的裝置,
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一實(shí)施形式,
圖5顯示了用于說明在角速度變化時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系的示意性的俯視圖,
圖6顯示了與圖5相同的、然而在側(cè)視圖中的運(yùn)動(dòng)學(xué)布置。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為了簡化圖示,所示出的加速度矢量相應(yīng)于作用到人上的加速力。加速力的定向與相應(yīng)的加速度相反。因此,加速度矢量相應(yīng)于由加速度引起的相反的加速力。
[0037]圖1顯示了用于分析根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)的示意性的視圖。在此,圖示平面相應(yīng)于水平面并且重力的方向以投影的方式伸延。使人I以距離4圍繞主軸線3旋轉(zhuǎn)。在此首先由此出發(fā),即人1、尤其人的頭部2剛性地與運(yùn)動(dòng)裝置23相連接。這意味著,人I在圍繞主軸線3回轉(zhuǎn)時(shí)也經(jīng)歷圍繞人的身體軸線(其平行于主軸線3伸延)的回轉(zhuǎn)。在人圍繞主軸線3旋轉(zhuǎn)了角度6時(shí),人圍繞平行于主軸線3的身體軸線在相同的方向上旋轉(zhuǎn)了相同的角度。由于人I以與主軸線3的距離4旋轉(zhuǎn),至少一個(gè)徑向加速度8作用到人I上。在圍繞主軸線3的角速度非勻速時(shí),此外還出現(xiàn)切向加速度9。切向加速度的方向與人的運(yùn)動(dòng)曲線相切地伸延。切向加速度的定向取決于角速度的變化相應(yīng)于加速還是減速。
[0038]在主旋轉(zhuǎn)平面26中作用到人上的主加速度5相應(yīng)于徑向加速度和切向加速度的矢量疊加。根據(jù)人的位置來定義第一平衡平面10、第二平衡平面11和第三平衡平面12以及第一平衡軸線13、第二平衡軸線14和第三平衡軸線15。
[0039]此外繪出了人的第二位置I’,在其中主加速度5’、徑向加速度8’和切向加速度9’
起作用。
[0040]圖2顯示了與圖1相同的、然而在側(cè)視圖中的運(yùn)動(dòng)學(xué)布置,從而主旋轉(zhuǎn)平面26以投影的方式伸延并且主軸線3處在圖平面中。又使人I以距離4圍繞主軸線3旋轉(zhuǎn)。按照根據(jù)本發(fā)明的裝置,該旋轉(zhuǎn)主要通過運(yùn)動(dòng)裝置23實(shí)現(xiàn)。在圖示平面中,徑向加速度8以及重力加速度7作用到人1、尤其人的頭部2上。在此,徑向加速度取決于距離4和人I圍繞主軸線的旋轉(zhuǎn)的角速度。在靜止的系統(tǒng)中,重力加速度可被假定為恒定的。在所觀察的徑向平面中的合成的主加速度5通過徑向加速度8和重力加速度7的矢量疊加而產(chǎn)生。因此,在角速度或距離4改變時(shí)徑向加速度8變化。因?yàn)橹亓铀俣?被假設(shè)為恒定,在徑向加速度變化時(shí)主加速度5的值和方向變化。總地來說,主加速度5因此至少取決于徑向加速度8、切向加速度9和重力加速度7。在該圖示中,人I的位置選擇成使得第一平衡軸線13與主加速度5的方向一致。因此,主加速度作用在偏航軸線中并且被主觀地感覺為豎直的加速度,其中,切向加速度首先被假設(shè)為不存在。
[0041]如果現(xiàn)在應(yīng)改變主加速度5的值、然而人I相對(duì)于改變的主加速度5的改變的方向保持不變,則必須使人I的位置與主加速度5的方向匹配。如果不進(jìn)行該匹配,則人I經(jīng)歷初級(jí)誤差力。其由該事實(shí)引起,即在主加速度5的值改變時(shí)主加速度的方向也改變。人I或者說人I的頭部2的位置的匹配通過人圍繞副軸線19、20、21中的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)。
[0042]通過人例如圍繞第二平衡軸線14旋轉(zhuǎn),人I的拱道相對(duì)于主旋轉(zhuǎn)平面28的位置變化。如所指出的那樣,人和因此還有人的平衡器官在圍繞主軸線3回轉(zhuǎn)時(shí)也圍繞人的身體軸線(其平行于主軸線伸延)旋轉(zhuǎn)一次。然而在短暫的適應(yīng)階段之后,圍繞身體軸線的該旋轉(zhuǎn)不再被人I感覺到,因?yàn)橐后w的速度由于摩擦和粘性效果與拱道的運(yùn)動(dòng)相匹配。因此,液體相對(duì)于拱道靜止,由此不會(huì)感覺到旋轉(zhuǎn)。如果現(xiàn)在改變平衡平面10、11、12相對(duì)于主軸線3或相對(duì)于主旋轉(zhuǎn)平面26的位置,則這導(dǎo)致不同的拱道被相對(duì)于主旋轉(zhuǎn)平面26或遠(yuǎn)離主旋轉(zhuǎn)平面翻傾。通過翻傾導(dǎo)致由扭轉(zhuǎn)引起的角加速度且導(dǎo)致液體在拱道中的相對(duì)運(yùn)動(dòng),這被人錯(cuò)誤地感覺為運(yùn)動(dòng)。該效果引起次級(jí)誤差力并且被稱為扭轉(zhuǎn)誤差。雖然人可能圍繞第三平衡軸線、即滾動(dòng)軸線實(shí)施僅較小的運(yùn)動(dòng),這可被平衡器官演繹為圍繞其余兩個(gè)平衡軸線中的至少一個(gè)的旋轉(zhuǎn)。該感官刺激、即扭轉(zhuǎn)誤差可能回觸發(fā)前庭目反射。即使當(dāng)待模擬的環(huán)境通過清楚的視覺顯示(其應(yīng)使感覺印象對(duì)于人I清楚)來支持時(shí),對(duì)于其在應(yīng)用閃眼反射之后不再能感覺視覺的感覺印象。結(jié)果是人的不期望的方向知覺喪失。根據(jù)人的刺激閾值,對(duì)于不同的值來感覺次級(jí)誤差力和/或扭轉(zhuǎn)誤差。如果次級(jí)誤差力或扭轉(zhuǎn)誤差的值保持在人的刺激閾值之下,感覺不到誤差力,如果該值超過刺激閾值,則其被感覺到并且可觸發(fā)前庭目反射。
[0043]此外,圖2顯示了在主加速度5的方向與重力加速度7的方向之間的第一角度27。所繪出的加速度關(guān)系大約相應(yīng)于與重力加速度基本上等大的徑向加速度。因此,主加速度5的方向、尤其第一角度27為大約45°。在重力加速度為G而徑向加速度為G時(shí),主加速度的值大約相應(yīng)于1.41倍重力加速度、即1.41G。如果現(xiàn)在提高人I圍繞主軸線3的角速度,則徑向加速度8提升。在此,主加速度的方向與重力加速度7的方向的角度也提升。在角速度減小時(shí),徑向加速度減小。在該情況中該角度減小。
[0044]在圖1中尤其示出一情況,在其中人I被從第一角速度減速到第二角速度。在此,除了在圖1的圖示中以投影的方式伸延的重力加速度、徑向加速度8之外,還出現(xiàn)切向加速度9。合成的主加速度5具有切向角31。切向角31的值在角速度恒定時(shí)大致是零。
[0045]在圖1中示出的角減速度影響作用到人I上的主加速度5的方向。例如,人可以向外的觀察方向來定位,也就是說,人的第三平衡軸線或者人的觀察方向指向遠(yuǎn)離主軸線3的方向,然而不必然徑向向外伸延。如果現(xiàn)在應(yīng)改變作用到人上的主加速度5的值、而在此不改變主加速度作用到人上的方向,例如可使人圍繞平行于主軸線3伸延的身體軸線旋轉(zhuǎn)。在圖1示出的布置方案中,在所示出的切向加速度9的情況下將使徑向向外觀察的人旋轉(zhuǎn)切向角31,以補(bǔ)償切向加速度9。[0046]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的裝置,其中,運(yùn)動(dòng)裝置23實(shí)施為單臂離心機(jī)。其具有主臂34,主臂經(jīng)由支承在基座32中的主驅(qū)動(dòng)器33來驅(qū)動(dòng)。主臂34在此可圍繞主軸線3被旋轉(zhuǎn)。遠(yuǎn)離主軸線3,在主臂處可第三圍繞副軸線21旋轉(zhuǎn)地布置有第三承載元件18。在第三承載元件處可圍繞第二副軸線20旋轉(zhuǎn)地布置有第二承載元件17。第二和第三副軸線彼此大致正交并且彼此相交于中心22。第一承載元件16可圍繞第一副軸線19旋轉(zhuǎn)地布置在第二承載元件處。第一和第二副軸線同樣彼此大致正交并且彼此相交于中心22。第一承載元件16在以下實(shí)施形式中實(shí)施為艙室24的部分。用于人I的保持裝置設(shè)置在艙室24中。保持裝置以優(yōu)選的方式實(shí)施為座位。此外,艙室在其內(nèi)部中具有圖像還原面35,其示意性地作為矩形地彎曲的面示出。在此是示意性的圖示。圖像還原面設(shè)置在艙室的內(nèi)側(cè)處并且因此通常從外不可見。在以下實(shí)施形式中基本上剛性地與艙室24相連接的人可關(guān)于第一副軸線19、第二副軸線20和第三副軸線21圍繞三個(gè)自由度旋轉(zhuǎn)地運(yùn)動(dòng)。通過設(shè)置第三自由度,至少部分地來補(bǔ)償和/或減小次級(jí)誤差力。第三自由度例如相應(yīng)于圍繞平行于主軸線3伸延的身體軸線的旋轉(zhuǎn)或者相應(yīng)于圍繞人的第一平衡軸線的旋轉(zhuǎn)。
[0047]人圍繞副軸線19、20、21的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由承載元件16、17、18的驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)器使能夠圍繞副軸線旋轉(zhuǎn)并且由控制單元來控制和/或主動(dòng)調(diào)節(jié)。通過主驅(qū)動(dòng)器33使運(yùn)動(dòng)裝置圍繞主軸線3旋轉(zhuǎn)也可通過控制單元來控制和/或主動(dòng)調(diào)節(jié)。此外,人可經(jīng)由參數(shù)輸入器件影響控制、尤其在虛擬世界中控制所模擬的對(duì)象。
[0048]圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)裝置的另一實(shí)施形式。在此,滑座籃38可圍繞主軸線3旋轉(zhuǎn)地來支承,其可由主驅(qū)動(dòng)器33來驅(qū)動(dòng)。在滑座籃38中可縱向移動(dòng)地設(shè)置有舉升滑座37。在舉升滑座37處又設(shè)置有第三承載元件18,其可圍繞第三副軸線21旋轉(zhuǎn)。在第三承載元件18處可圍繞第二副軸線20旋轉(zhuǎn)地設(shè)置有第二承載元件17。在第二承載元件17處可圍繞第一副軸線旋轉(zhuǎn)地設(shè)置有第一承載元件16。人I經(jīng)由固定裝置與該第一承載元件相連接。除了這三個(gè)副軸線之外,人可沿著平行于主軸線3伸延的舉升軸線平移地運(yùn)動(dòng)。通過舉升滑座37在滑座籃36處可移動(dòng)的布置,可改變從人和從中心22至主軸線3的距離4。由此除了由于角速度的改變之外,也通過改變?nèi)伺c主軸線3的距離也能改變徑向加速度。用于人I的保持裝置又具有三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。除了這三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度之外,人可沿著平行于主軸線3的方向和沿著滑座籃36被平移地運(yùn)動(dòng)。與圍繞主軸線3的旋轉(zhuǎn)一起,因此根據(jù)圖4的運(yùn)動(dòng)學(xué)布置提供了六個(gè)自由度。
[0049]為了補(bǔ)償和/或減小在模擬時(shí)的次級(jí)誤差力,可設(shè)置不同的運(yùn)動(dòng)過程。
[0050]圖5顯示了用于說明在角速度變化時(shí)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的示意性俯視圖。使人I以距離4圍繞主軸線3旋轉(zhuǎn),其中,為了產(chǎn)生不同的主加速度改變角速度。例如,為了模擬飛機(jī)的速度變化或曲線飛行,可首先以初始的第一主加速度38而接下來以第二主加速度39來加載人。為了該目的,將角速度從第一角速度提高到第二角速度。在模擬開始時(shí),運(yùn)動(dòng)裝置23使人I以恒定的第一角速度旋轉(zhuǎn)。合成的第一主加速度33在徑向平面中作用到人上。如果現(xiàn)在提高角速度,則除了徑向加速度之外還有切向加速度9作用到人上。其導(dǎo)致主加速度的方向的改變并且在示意性的圖示中例如沿著加速度矢量40伸延。如果現(xiàn)在達(dá)到第二角速度,則人以第二角速度均勻地圍繞主軸線3旋轉(zhuǎn)。在此,切向加速度又等于零并且第二主加速度39作用到人上,其在角速度變大的情況下大于第一主加速度38的值。
[0051]在角速度減小時(shí),切向加速度9’以及合成的加速度矢量40’起作用。[0052]圖6顯示了人I (使其圍繞主旋轉(zhuǎn)軸線3旋轉(zhuǎn))的相同的運(yùn)動(dòng)學(xué)布置。又將人從第一角速度加速到第二角速度上。在此,在人以第一角速度勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),第一主加速度38起作用。如果人以第二角速度圍繞主軸線3運(yùn)動(dòng),其中,第二角速度大于第一角速度,則第二主加速度39作用到人上。第二主加速度39的值大于第一主加速度38的值。為了補(bǔ)償在該值變化時(shí)主加速度的方向的變化,可改變?nèi)薎的位置。為了改變?nèi)说奈恢迷O(shè)置有圍繞副軸線19、20、21的運(yùn)動(dòng)。
[0053]在用于模擬加速度的方法的示例中可將人從第一主加速度帶到第二主加速度上。在第一示例中,主加速度應(yīng)沿著人的身體豎軸線或者沿著人的第一平衡軸線13起作用?,F(xiàn)在,在第一步驟中使人恒定地以第一角速度圍繞主軸線3旋轉(zhuǎn)。第一主加速度38作用到人上?,F(xiàn)在為了使加速度的方向與第一平衡軸線13—致,通過圍繞副軸線的旋轉(zhuǎn)來改變?nèi)说奈恢?。例如,使人的位置取向成使得第一平衡軸線13與第一主加速度38的矢量、與第二主加速度39的矢量或在這兩個(gè)矢量之間的中間位置41 一致。在此,人I的第三平衡軸線15大致指向外。其相應(yīng)地在角速度恒定時(shí)大致跟隨主加速度的徑向平面。在將人從第一角速度加速到第二角速度時(shí),現(xiàn)在為了匹配人的位置使人圍繞第二平衡軸線14向后傾斜。然而,該傾斜以一方式實(shí)現(xiàn),使得運(yùn)動(dòng)、尤其由運(yùn)動(dòng)引起的次級(jí)誤差力處在人的刺激閾值的范圍中或在其之下。初級(jí)誤差力的補(bǔ)償也以一定的程度實(shí)現(xiàn),使得誤差力處在人的刺激閾值的范圍中或者在其之下。這例如可由此來獲得,即在從第一角速度加速到第二角速度時(shí)不使人圍繞第二平衡軸線運(yùn)動(dòng)。在此,第一平衡軸線13沿著中間位置41伸延地來布置。在人以第一角速度旋轉(zhuǎn)時(shí),人感覺到略微向后傾斜。在第二角速度時(shí),感覺到略微向前傾斜。然而,與其它起作用的力相比,該感覺小到使得其處在人的刺激閾值的范圍中或在其之下。由此補(bǔ)償了該效果,即由于人圍繞不平行于主軸線3的軸線傾斜將主旋轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)傳遞到不同的拱道上。在第一平衡軸線13圍繞第二平衡軸線14固定地定位時(shí),因此完全補(bǔ)償了扭轉(zhuǎn)誤差。由此產(chǎn)生的次級(jí)誤差可忽略并且/或者處在刺激閾值的范圍中或在其之下。
[0054]用于在加速度提升或角速度提升時(shí)定位人的另一可能性是第三平衡軸線沿著軸線15’取向。人的觀察方向在主旋轉(zhuǎn)平面中的分量在此以在切向的與徑向的方向之間一定的角度沿著軸線15’指向外。例如,該角度可在30°與60°或45°之間或從徑向、切向來旋轉(zhuǎn)。為了模擬沿著第一平衡軸線13的加速度,將其帶到與主加速度5—致。又經(jīng)由使人圍繞副軸線19、20、21旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)位置改變。在角速度從第一角速度提高到第二角速度時(shí),匹配人的位置以補(bǔ)償初級(jí)誤差力。對(duì)此,使第一平衡軸線與變化的主加速度38、39相匹配。通過將人沿著軸線15’斜置一角度,將扭轉(zhuǎn)誤差劃分成多個(gè)、至少兩個(gè)、優(yōu)選地三個(gè)平衡平面或拱道。這結(jié)果引起,人圍繞不平行于主軸線3伸延的軸線的運(yùn)動(dòng)處在人的刺激閾值的范圍中或在其之下。由此在根據(jù)本發(fā)明的方法的一實(shí)施方案中設(shè)置成,不超過在人的所有平衡平面或拱道中的刺激閾值。對(duì)此,在一平衡平面或拱道中的初級(jí)誤差力和/或次級(jí)誤差力可提升以將在另一平衡平面或另一拱道中的初級(jí)誤差力和/或次級(jí)誤差力保持在刺激閾值的范圍中或在其之下。
[0055]用于人的定位的另一可能性是,使人以觀察方向向內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
[0056]主加速度5又應(yīng)沿著人I的身體軸線、例如沿著第一平衡軸線13起作用。在第一角速度時(shí),人的第三平衡軸線15大致指向內(nèi)且向下傾斜。第一平衡軸線13大致垂直于第三平衡軸線15、因此向外傾斜并且沿著主加速度的方向伸延。由此,對(duì)于人產(chǎn)生在身體豎軸線的方向上加速的主觀感受。現(xiàn)在如果將人從第一角速度加速到第二角速度,則如在前述示例中那樣可通過使人圍繞副軸線旋轉(zhuǎn)來補(bǔ)償主加速度5的方向的變化。然而這在一定的程度上進(jìn)行,使得角加速度、尤其初級(jí)和次級(jí)誤差力處在人的刺激閾值的范圍中或在其之下。為了減小扭轉(zhuǎn)誤差,在此可將人的第一平衡軸線定位在第一主加速度矢量38與第二主加速度矢量39之間的中間位置中。
[0057]根據(jù)本發(fā)明的方法的另一應(yīng)用是從第一角速度減速到第二角速度,其中,第二角速度小于第一角速度。尤其在主加速度5減小時(shí),由人I主觀更強(qiáng)地感覺到扭轉(zhuǎn)誤差。例如使人以視線向外定位,其中,第一平衡軸線13又大致相應(yīng)于主加速度的方向。為了補(bǔ)償初級(jí)誤差力,現(xiàn)在可使第三平衡軸線與主加速度5、尤其第一主加速度38和第二主加速度39的方向的變化一致。為了繼續(xù)根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行補(bǔ)償,可將人的第一平衡軸線定位在第一主加速度38與第二主加速度39的方向之間的中間位置41中。在此不進(jìn)行補(bǔ)償主加速度在徑向平面中的方向變化。由此如在前述示例中所說明的那樣來減小扭轉(zhuǎn)誤差。扭轉(zhuǎn)誤差的減小引起初級(jí)誤差力的提高、然而優(yōu)選地在人的刺激閾值的范圍中或在其之下。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施形式特征在于,使人以一角速度圍繞第三縱軸線3旋轉(zhuǎn)。主加速度作用到人上的方向通過人圍繞副軸線的旋轉(zhuǎn)和定位來確定。根據(jù)一實(shí)施方案,使人圍繞主軸線從第一角速度加速到第二角速度,其中,由此主加速度的值提升并且主加速度的方向被改變。第二角速度大于第一角速度,由此第二主加速度的值大于第一主加速度的值。隨后,使角速度降低到低于第二角速度的第三角速度。對(duì)此,初級(jí)和次級(jí)誤差力被部分地補(bǔ)償和/或補(bǔ)償,使得其處在人的刺激閾值的范圍中或在其之下。
[0059]按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施方案,開始時(shí)在角速度從第一角速度提升到第二角速度期間使人大致切向地來定位,也就是說,第三平衡軸線大致在切向上指向或者在切向平面中伸延。如果達(dá)到第二角速度,則使人、尤其人的第三平衡軸線15指向外。人的該旋轉(zhuǎn)一定的角度、尤其90°在此實(shí)現(xiàn)成使得其不被感覺到并且/或者處在人的刺激閾值的范圍中或在其之下。該運(yùn)動(dòng)可被控制或主動(dòng)調(diào)節(jié)。隨后將角速度從第二角速度下降到第三角速度。在角速度從第一角速度提升到第二角速度期間,主要通過使圍繞第三平衡軸線和圍繞第二平衡軸線旋轉(zhuǎn)來補(bǔ)償初級(jí)誤差力。在角速度從第二角速度減小到第三角速度期間,尤其通過人圍繞第一平衡軸線和圍繞第二平衡軸線旋轉(zhuǎn)來補(bǔ)償初級(jí)誤差力。在此,初級(jí)和次級(jí)誤差力被補(bǔ)償或減小成使得其處在人的刺激閾值范圍中或在其之下。
[0060]按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施形式,開始時(shí)使人在切向上取向并且為了將第一角速度提高到第二角速度使人從第三平衡軸線的切向取向圍繞第二平衡軸線旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)可主動(dòng)調(diào)節(jié),以將人的旋轉(zhuǎn)保持在人的刺激閾值范圍中或在其之下。
[0061]根據(jù)另一實(shí)施形式,使人、尤其人的第三平衡軸線大致切向地取向。在從第一角速度提高到第二角速度時(shí)通過使人圍繞副軸線旋轉(zhuǎn)至少部分地來補(bǔ)償初級(jí)和次級(jí)誤差力。為了將角速度從第二角速度減小到第三角速度,使人向內(nèi)看地取向。人的第三平衡軸線因此指向內(nèi)、與主加速度的徑分量相反。人的取向在此不必精確地徑向地實(shí)現(xiàn),而是也可固定在切向的與徑向的方向之間的角度中或者主動(dòng)調(diào)節(jié)地來運(yùn)動(dòng)。
[0062]按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施形式,將人從第二角速度減速到第三角速度。第三角速度又小于第二角速度。在此,使人、尤其人的第三平衡軸線大致徑向向內(nèi)地定位。在此,該軸線從主旋轉(zhuǎn)平面26向下傾斜,使得例如主加速度在人I的第一平衡軸線13的方向上伸延。
[0063]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施形式設(shè)置成,人的平衡器官包括拱道并且為了減小一拱道的初級(jí)誤差力和/或次級(jí)誤差力來提高另一拱道的初級(jí)誤差力和/或次級(jí)誤差力,并且次級(jí)誤差力處在人的刺激閾值的范圍中或在其之下。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的用于執(zhí)行該方法的裝置例如特征在于,副軸線伸延通過處在人I的頭部2的區(qū)域中的中心。在此將人這樣放置在艙室中,使得頭部位于中心的區(qū)域中。根據(jù)一實(shí)施形式,這三個(gè)軸線彼此在中心的區(qū)域中相交。
[0065]根據(jù)另一實(shí)施形式,副軸線中的至少一個(gè)與另外的副軸線具有標(biāo)準(zhǔn)距離。該距離例如可為在人的平衡器官與眼睛之間的距離。
[0066]根據(jù)該方法的另一實(shí)施方案設(shè)置成,為了模擬沿著人的身體軸線變化的加速度,使人
-以恒定的第一角速度圍繞主軸線旋轉(zhuǎn),在其中第一主加速度的方向與重力加速度的方向具有第一角度,
-接下來使人加速或減速到第二角速度,在其中第二主加速度的方向與重力加速度的方向具有第二角度,
-在此人的第三平衡軸線被旋轉(zhuǎn)或已旋轉(zhuǎn)到與切向平面不同的方向中,
-使人的身體軸線旋轉(zhuǎn)到在第一主加速度的方向與第二主加速度的方向之間的中間位置中并且/或者到第一主加速度的范圍中或到第二主加速度的范圍中,
并且/或者在身體軸線與重力加速度之間的角度處在第一角度與第二角度之間。
[0067]根據(jù)該方法的另一實(shí)施方案設(shè)置成,在主驅(qū)動(dòng)器的角速度恒定和/或變化時(shí)人的第三平衡軸線基本上處在在切向平面與徑向平面之間的平面中,其中,切向平面與徑向平面的交直線處在該平面中。
[0068]為了驅(qū)動(dòng)圍繞主軸線3的旋轉(zhuǎn)并且為了驅(qū)動(dòng)人I圍繞第一副軸線19、第二副軸線20和/或第三副軸線21的旋轉(zhuǎn),設(shè)置有驅(qū)動(dòng)器。這些驅(qū)動(dòng)器被控制和/或主動(dòng)調(diào)節(jié)。人I的運(yùn)動(dòng)因此可被控制和/或主動(dòng)調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)在此特征在于,導(dǎo)引用于控制驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào),其中,用于人的旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)器被控制和/或調(diào)節(jié),并且/或者其中,人的運(yùn)動(dòng)處在人的刺激閾值范圍之下。
[0069]按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施方案將人從第一角速度帶到第二角速度,其中,在第一角速度時(shí)大約3G的第一主加速度起作用而在第二角速度時(shí)大約1.14G的主加速度起作用。在此人I被定位成使得第三平衡軸線指向外并且從主加速度平面大約60°地指向上。在角速度從第一角速度減小到第二角速度時(shí),為了補(bǔ)償切向力在此使人圍繞副軸線旋轉(zhuǎn)。為了減小扭轉(zhuǎn)誤差固定或鎖止人圍繞第二平衡軸線旋轉(zhuǎn)。切向加速度的補(bǔ)償在此例如通過人圍繞平行于主軸線伸延的身體軸線旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)。
[0070]本發(fā)明也涉及一種用于模擬人的加速度的裝置,有主加速度(其主要通過人有距離地圍繞縱軸線旋轉(zhuǎn)和通過重力加速度來產(chǎn)生)作用到人上,其中,主加速度的值和方向至少通過重力加速度、切向加速度和徑向加速度來確定,其中,人相對(duì)于主加速度的方向的位置主要通過人圍繞至少兩個(gè)副軸線旋轉(zhuǎn)來確定,其中,副軸線伸延通過處在人的區(qū)域中的中心,其中,在主加速度的值和方向變化時(shí)初級(jí)誤差力作用到人上,其通過人圍繞副軸線旋轉(zhuǎn)至少部分地來補(bǔ)償,其中,由于使人圍繞副軸線旋轉(zhuǎn),次級(jí)誤差力作用到人上,并且其中,通過人圍繞第三副軸線旋轉(zhuǎn)和定位,次級(jí)誤差力減小。
[0071]原則上,通過人I圍繞三個(gè)副軸線旋轉(zhuǎn)可沿著任意的身體軸線自由地來選擇作用到人上的主加速度5的方向。在上述示例中,例如選擇第一平衡軸線13或偏航軸線作為身體軸線。在模擬對(duì)象(人例如平躺地定位在其中)時(shí),也可選擇傾斜地伸延通過人的身體的身體軸線作為主加速度的期望的方向。用于補(bǔ)償次級(jí)誤差力的基本運(yùn)動(dòng)學(xué)布置和方法然而保持不變,僅人的位置改變。
[0072]就此而言應(yīng)注意的是,本發(fā)明不限于所列舉的實(shí)施例。相應(yīng)于本發(fā)明思想的另外的實(shí)施方案還從單個(gè)或多個(gè)特征(其可從整個(gè)說明書、附圖和/或權(quán)利要求中得悉)的組合中得出。因此,也公開了由來自不同實(shí)施例的特征的組合構(gòu)成的實(shí)施方案。附圖是至少部分示意性的圖示,其中,尺寸和比例可與另外的未繪圖示出的實(shí)施形式或特征以及與真實(shí)的實(shí)施方案相偏離。
[0073]附圖標(biāo)記清單 I人
2頭部 3主軸線
4與主旋轉(zhuǎn)軸線的距離 5主加速度 6旋轉(zhuǎn)角度 7重力加速度 8徑向加速度 9切向加速度
10第一平衡平面-偏航平面 11第二平衡平面-俯仰平面 12第三平衡平面-滾動(dòng)平面 13第一平衡軸線或偏航軸線 14第二平衡軸線或俯仰軸線 15第三平衡軸線、滾動(dòng)軸線 16第一承載元件 17第二承載元件 18第三承載元件 19第一副軸線 20第二副軸線 21第三副軸線,
22中心 23運(yùn)動(dòng)裝置 24艙室 25控制單元 26主旋轉(zhuǎn)平面 27第一角度28第二角度
29第三平衡軸線的角位置
30第一平衡軸線的角位置
31切向角
32基座
33主驅(qū)動(dòng)器
34主臂
35圖像還原面
36滑座籃
37舉升滑座
38第一主加速度
39第二主加速度
40加速度矢量
41中間位置。
【權(quán)利要求】
1.一種用于模擬人的加速度的方法,有主加速度作用到所述人上,所述主加速度主要通過使人有距離地圍繞主軸線旋轉(zhuǎn)和通過重力加速度來產(chǎn)生, -其中,所述主加速度的值和方向至少通過重力加速度、切向加速度和徑向加速度來確定, -其中,所述人相對(duì)于所述主加速度的方向的位置主要通過所述人圍繞至少兩個(gè)副軸線的旋轉(zhuǎn)和/或定位來確定, -其中,所述副軸線伸延通過處在所述人的區(qū)域中的中心, -其中,在所述主加速度的值和方向改變時(shí),初級(jí)誤差力作用到所述人上,所述初級(jí)誤差力通過所述人圍繞所述副軸線旋轉(zhuǎn)至少部分地來補(bǔ)償, -并且其中,由于所述人圍繞所述副軸線旋轉(zhuǎn),次級(jí)誤差力作用到所述人上, 其特征在于, 通過使所述人圍繞三個(gè)副軸線旋轉(zhuǎn)和定位來減小所述次級(jí)誤差力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,為了減小所述次級(jí)誤差力來提高所述初級(jí)誤差力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其特征在于,為了減小在一平衡平面中的初級(jí)誤差力和/或次級(jí)誤差力來提聞在另一平衡平面中的初級(jí)誤差力和/或次級(jí)誤差力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,由次級(jí)誤差力引起的角加速度處在所述人的刺激閾值的范圍中或在其之下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,由初級(jí)誤差力引起的角加速度和由次級(jí)誤差力引起的角加速度處在所述人的刺激閾值的范圍中或在其之下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述初級(jí)誤差力包括主加速度誤差力和/或科里奧利誤差力而所述次級(jí)誤差力包括扭轉(zhuǎn)誤差和/或旋轉(zhuǎn)慣性力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,為了減小所述旋轉(zhuǎn)慣性力,限制和/或減弱所述人圍繞所述副軸線的旋轉(zhuǎn)的角加速度和/或角加速度的梯度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,使所述人圍繞所述主軸線和圍繞所述副軸線旋轉(zhuǎn),使得在此每個(gè)拱道在相應(yīng)的平衡平面中的角加速度處在所述人的刺激閾值之下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述刺激閾值在0.8° /s2與5。/s2之間、優(yōu)選地在1° /s2與3° /s2之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,為了模擬沿著所述人的身體軸線的變化的加速度,使所述人 -以恒定的第一角速度圍繞所述主軸線旋轉(zhuǎn),在其中第一主加速度的方向與所述重力加速度的方向具有第一角度, -接下來,使所述人加速或減速到第二角速度,在其中第二主加速度的方向與所述重力加速度的方向具有第二角度, -并且在此所述人的第三平衡軸線被旋轉(zhuǎn)或已旋轉(zhuǎn)到與切向平面偏離的方向上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,為了模擬沿著所述人的身體軸線的變化的加速度,使所述人 -以恒定的第一角速度圍繞所述主軸線旋轉(zhuǎn),在其中第一主加速度的方向與所述重力加速度的方向具有第一角度, -接下來,使所述人加速或減速到第二角速度,在其中所述第二主加速度的方向與所述重力加速度的方向具有第二角度, -在此,所述人的第三平衡軸線被旋轉(zhuǎn)或已旋轉(zhuǎn)到與所述切向平面偏離的方向上, -并且使所述人的身體軸線旋轉(zhuǎn)到在所述第一主加速度的方向與第二主加速度的方向之間的中間位置中和/或到所述第一主加速度的范圍中或到所述第二主加速度的范圍中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述人的第三平衡軸線在角速度恒定時(shí)基本上處在徑向平面中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述人的第三平衡軸線在角速度恒定時(shí)基本上處于在所述切向平面與所述徑向平面之間的平面中。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述人的第三平衡軸線在所述切向平面與所述徑向平面之間的位置通過使所述人圍繞三個(gè)副軸線旋轉(zhuǎn)來控制或主動(dòng)調(diào)節(jié)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述人的身體軸線在所述切向平面與所述徑向平面之間的位置通過使所述人圍繞三個(gè)副軸線旋轉(zhuǎn)來控制或主動(dòng)調(diào)節(jié)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述身體軸線和所述平衡軸線的旋轉(zhuǎn)通過所述人圍繞所述副軸線的位置變化來改變或定位。
17.一種用于模擬人的加速度的裝置,其包括: -第一承載元件(16),其具有用于至少一個(gè)人(I)的保持裝置并且能夠圍繞第一副軸線(19)相對(duì)于第二承載元件(17)旋轉(zhuǎn)地來布置; -第二承載元件(17),其能夠圍繞第二副軸線(20)相對(duì)于第三承載元件(18)旋轉(zhuǎn)地來布置,其中,所述第一副軸線(19)和所述第二副軸線(20)彼此大致正交地布置, 其特征在于, 為了補(bǔ)償或減小次級(jí)誤差力,所述第二承載元件(17)能夠圍繞第三副軸線(21)旋轉(zhuǎn)地布置在運(yùn)動(dòng)裝置(23)處。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置,其特征在于,所述第二副軸線(20)和所述第三副軸線(21)彼此大致正交地布置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的裝置,其特征在于,設(shè)置有至少一個(gè)控制單元用于控制和/或主動(dòng)調(diào)節(jié)用于所述承載元件(16,17,18)和所述運(yùn)動(dòng)裝置(23)的運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,所述承載元件(16,17,18)的驅(qū)動(dòng)器圍繞副軸線的運(yùn)動(dòng)通過所述控制單元來控制和/或主動(dòng)調(diào)節(jié),并且所述運(yùn)動(dòng)處在所述人的刺激閾值的范圍中或在其之下。
21.根據(jù)權(quán)利要求17至20中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,通過所述控制單元來控制所述副軸線的驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng),其中,所述運(yùn)動(dòng)的角加速度處在所述人的刺激閾值之下。
22.根據(jù)權(quán)利要求17至21中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,所述裝置設(shè)立用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的方法。
23.根據(jù)權(quán)利要求17至22中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,所述運(yùn)動(dòng)裝置(23)實(shí)施為單臂離心機(jī)、實(shí)施為帶有可移動(dòng)的滑座的離心機(jī)、實(shí)施為帶有可移動(dòng)的舉升滑座的離心機(jī)、實(shí)施為帶有可在兩側(cè)移動(dòng)的滑座的雙臂離心機(jī)、實(shí)施為帶有可在兩側(cè)移動(dòng)的舉升滑座的雙臂離心機(jī) 或者實(shí)施為帶有至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)的和/或平移的自由度的機(jī)器人臂。
【文檔編號(hào)】G09B9/14GK103703499SQ201280025282
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月23日
【發(fā)明者】R.舒雷塞伯格, M.文廷克 申請(qǐng)人:阿姆斯特-系統(tǒng)科技有限責(zé)任公司
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