ES2637289T3 - Cinta omnidireccional de una sola banda - Google Patents

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Abstract

Una cinta omnidireccional que comprende: un armazón (103); múltiples barras transversales (305) acopladas entre sí para formar un bucle continuo que tiene una superficie superior plana; un mecanismo de accionamiento de barras transversales (104) montado en el armazón (103) y acoplado a las múltiples barras transversales (305) para impulsar el bucle continuo; una banda transportadora (313) que envuelve cada barra transversal (305) por todo el largo de dicha barra transversal (305); y un mecanismo de accionamiento de banda transportadora (101, 102) acoplado a la banda transportadora (313), caracterizado por que una única banda transportadora (313) envuelve en forma helicoidal las múltiples barras transversales (305); y pasa entre cada una de las dos barras transportadoras (305) en el lado inferior de éstas.

Description

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DESCRIPCION
Cinta omnidireccional de una sola banda ANTECEDENTES
1. Campo de la Invencion
La presente invencion se refiere a una cinta de conformidad con el preambulo de la reivindicacion 1, que comprende la materia conocida de la publication US6152854A, sobre la que se puede caminar en cualquier direction sin moverse flsicamente de un area pequena. La cinta de la presente invencion podra mejorar considerablemente la tecnologla de inmersion de realidad virtual inmersiva junto con muchas otras tecnologlas.
2. Description de la tecnica relacionada
Se conocen diversos tipos de cintas omnidireccionales o dispositivos de funcionamiento similar. Una de esas cintas se describe en la Patente N°. 7.780.573 de los Estados Unidos y emplea multiples cintas continuas sin motor con alta relation de aspecto fijadas entre si en forma transversal al plano de rotation de la banda, lo que les permite moverse conjuntamente al igual que las rodaduras de un tanque. De este modo, las multiples cintas se accionan al pasar sobre diversas ruedas omnidireccionales que accionan las multiples cintas a la vez que les permite cruzar las ruedas omnidireccionales.
Otra cinta omnidireccional mas extensa se describe en la Publicacion de Patentes N°. 20100022358 de los Estados Unidos y utiliza el mismo concepto de sujetar multiples cintas continuas entre si y, nuevamente, moverlas al igual que las rodaduras de un tanque.
La publicacion US 2010/147430 A1 describe una superficie movil contigua omnidireccional que incluye una capa de banda hecha de multiples anillos flexibles entrelazados y una capa de superficie hecha de un material inelastico en los laterales y flexible en su longitud que rodea el exterior de la capa de banda.
La publicacion WO 97/34663 describe una cinta omnidireccional que se genera disponiendo un conjunto de bandas en bucle.
La publicacion US 3 451 526 A describe un sistema transportador que comprende un numero de unidades transportadoras interacoplables en forma de dos transportadores que tienen un area de intersection coplanar comun.
SUMARIO
La presente invencion proporciona una cinta omnidireccional segun la reivindicacion 1. A diferencia de la tecnica anterior segun se ejemplifica en la Patente N°. 7.780.573 de los Estados Unidos, la cual requiere multiples bandas, la presente invencion es una cinta omnidireccional que emplea solo una banda transportadora y es mucho mas simple en su naturaleza y construction. En lugar de tener una banda transportadora independiente para cada segmento de la cinta, la cinta omnidireccional de la presente invencion emplea una sola banda transportadora. De este modo, la presente invencion proporciona las ventajas de prescindir de un metodo elaborado para conectar los rodillos de extremo para transferir el movimiento de una banda a la siguiente, por lo que se elimina la necesidad de ajustar individualmente las tensiones sobre multiples bandas. Esta banda unica es alimentada desde una barra transversal de alta relacion entre dimensiones a la siguiente. Todas las barras transversales estan sujetas a dos cadenas de rodillo comunes posicionadas debajo y cerca del extremo de cada barra. Estas cadenas de rodillo comunes mueven un riel plano con pinones en cada extremo.
Las barras transversales sujetas a las cadenas de rodillo son accionadas por un motor conectado a los pinones alrededor de los que giran las cadenas. En lo sucesivo, esto se denominara direccion X. El movimiento direccional Y se produce a traves de las ruedas omnidireccionales ubicadas de forma adyacente a la banda transportadora de forma que la toquen mientras se desplaza alrededor de los rodillos sujetos a los extremos de barras transversales.
El control de los motores que accionan la cinta omnidireccional puede efectuarse de diversas formas. Una forma serla incorporar un dispositivo detector infrarrojo similar a un Xbox Kinect para hacer un seguimiento de la direccion, velocidad y aceleracion del usuario de la cinta y utilizar esa information para mantener al usuario equilibrado y principalmente centrado.
Aunque es muy probable que ello baste para el movimiento, priva al usuario de la inercia normal que sentirla si estuviera realmente en movimiento. Por ejemplo, si uno corriera a maxima velocidad y despues frenara abruptamente sin primero intentar reducir la velocidad, naturalmente se caerla hacia adelante o si uno intentara cambiar de direccion mientras que se desplaza a maxima velocidad sin inclinarse en la curva, nuevamente se caerla. Por supuesto, el equilibrio natural mantiene los pies de una persona bajo su centro de gravedad, por lo que no es habitual que ello suceda.
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Sin embargo, sobre una cinta omnidireccional, dado que el movimiento real es relativamente escaso, el usuario nunca se inclinaria en una curva ni tendria que reclinarse antes de detenerse incluso si estuviera corriendo rapidamente. Es muy probable que ello le provoque al usuario una sensacion de inconsistencia o ligera desconexion.
Segun otro aspecto de la presente invencion, la cinta omnidireccional esta disenada de modo que se pueda inclinar tanto en la direccion X como en la Y. El control de inclination puede estar unido al controlador de velocidad, lo que permite que la cinta omnidireccional sea programada para inclinarse en proportion a una pequena aceleracion por parte del usuario. La cinta omnidireccional puede ser programada de modo que se incline hacia arriba en la direccion de dicha aceleracion si el usuario aumenta la velocidad, o hacia abajo si la reduce, inclinandose hacia arriba o hacia abajo en aquel angulo y durante aquel tiempo que dicte la aceleracion controlante. Esa inclinacion obliga al usuario a hacer un esfuerzo un poco mayor, como si realmente estuviera acelerando su propio peso en la direccion en la que esta corriendo o doblando, dandole la sensacion anticipada que se asocia con la aceleracion.
Una forma adicional o distinta de controlar la cinta de la presente invencion es utilizar una interfaz de control dinamico. La interfaz de control ilustrativa que se describe en la presente memoria sujeta al usuario a la maquina con un arnes giratorio. Este sujecion permite que el usuario se incline hacia adelante, hacia los costados, salte y pivote en cualquier direccion. Ademas permite movimientos limitados. Este movimiento le proporciona al controlador la position y aceleracion del usuario. Tambien permite una forma de amortiguar su movimiento para estimular la inercia. Una caracteristica adicional de este sistema es que proporciona un medio para modificar el peso aparente del usuario. El usuario puede tener mayor o menor peso segun desee a traves de la interfaz del arnes. Incluso otra caracteristica es que garantiza que el usuario no se caiga de la plataforma por accidente.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
La FIGURA 1 es una vista frontal de una persona de pie sobre una cinta construida segun la presente invencion.
La FIGURA 2 es una vista superior de la cinta de la FIGURA 1 segun la presente invencion.
La FIGURA 3 es una vista recortada de una cinta segun la presente invencion tomada en una direccion paralela a la barra transversal de la cinta.
La FIGURA 4 es una vista recortada de una cinta segun la presente invencion en una direccion ortogonal a la direccion de la vista recortada de la FIGURA 3 que muestra la barra transversal en ubicacion de sujecion de la cadena de rodillo.
La FIGURA 5 es una vista recortada de una cinta segun la presente invencion tomada en la misma direccion que la FIGURA 4 que muestra las barras transversales en la ubicacion media.
La FIGURA 6 es una vista inferior parcial de una cinta segun la presente invencion que muestra un grupo de cuatro barras transversales.
La FIGURA 7 es una vista lateral de una unica barra transversal mostrada con una banda transportadora.
La FIGURA 8 es una vista inferior de cuatro barras transversales mostradas con una banda transportadora que pasa de una barra transversal a la otra.
La FIGURA 9 es una vista detallada de corte de una barra transversal en una ubicacion que muestra una pinza.
La FIGURA 10 es una vista de extremo inferior de una barra transversal que muestra un soporte guia a la que se sujetan rodillos de alineamiento.
La FIGURA 11 es una vista en section transversal del extremo de barra transversal de la FIGURA 10 contigua a un soporte guia tomado a lo largo de la linea D-D.
Las FIGURAS 12A y 12B son, respectivamente, una vista lateral y una vista frontal de una rueda omnidireccional.
La FIGURA 13 es una vista lateral de una barra transversal moldeada por inyeccion en plastico que puede ser usada en una cinta segun la presente invencion.
La FIGURA 14 es una vista en seccion transversal de la barra transversal de la FIGURA 13 tomada a lo largo de la linea F-F en la ubicacion de sujecion de la cadena.
La FIGURA 15 es una vista en seccion transversal a traves de la barra transversal de la FIGURA 13 tomada a lo largo de la linea E-E en la ubicacion central que muestra la mayor profundidad de la barra I.
La FIGURA 16 es una vista superior de la cinta que emplea un cardan para inclinarse.
La FIGURA 17 es una vista frontal de la cinta con suspension de cardan de la FIGURA 16.
La FIGURA 18 es una vista lateral de la cinta con suspension de cardan de la FIGURA 16.
La FIGURA 19 es una vista frontal de la cinta que muestra una interfaz de control dinamico sujeta a ella.
La FIGURA 20 es una vista lateral de la cinta que tiene la interfaz de control dinamico de la FIGURA 19.
La FIGURA 21 es una vista superior de la cinta de la FIGURA 19.
La FIGURA 22 es una vista detallada de una conexion flotante de aro-armazon de la interfaz de control dinamico.
La FIGURA 23 es un diagrama que muestra un punto de sujecion de rodillo de aro del accesorio de arnes giratorio.
Las FIGURAS 24A y 24B son vistas detalladas de conexion flotante de aro-armazon de tijera de la interfaz de control dinamico en condition extendida y replegada, respectivamente.
Las FIGURAS 25A y 25B son, respectivamente, vistas superiores y laterales que muestran un conjunto de arnes giratorio sujeto al usuario.
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Las FIGURAS 26A hasta 26D son, respectivamente, vistas superiores de la interfaz de control dinamico con un usuario quieto, el usuario desplazandose en la direccion X, el usuario desplazandose en la direccion Y, y el usuario rotando.
DESCRIPCION DETALLADA
Aquellos con experiencia ordinaria en la tecnica se daran cuenta de que la siguiente description de la presente invention se proporciona solo a fines ilustrativos y no limitativos. Otras realizaciones de la invention se sugeriran facilmente a dichos expertos.
La construction y funcionamiento de una cinta ilustrativa de la presente invencion se muestra en las diversas vistas que se presentan en las FIGURAS 1 a 7. La cinta funciona mediante el montaje de una serie de barras transversales 305 sobre dos cadenas 308 de rodillo, ubicando una cadena de rodillo cerca de cada extremo de la barra, como se muestra en la FIGURA 7. Las barras transversales 305 pueden estar formadas por un material tal como el aluminio. Las cadenas 308 de rodillo estan montadas de manera que forman dos cadenas paralelas, cada una de ellas con un pinon 204 en cada extremo, estando los cojinetes de pinon fijados a un armazon 103. El movimiento de dichas barras en el conjunto de cadena permite el movimiento en la direccion X. Para lograr el movimiento en la direccion Y, se emplea una unica banda 313 transportadora helicoidal. La banda 313 transportadora puede estar formada de capas de monofilamento de poliester con una cubierta de PVC en el lado superior o materiales equivalentes. La banda 313 transportadora se enrolla alrededor de rodillos 307 ubicados en ambos extremos de cada barra. Sobre la superficie exterior de cada barra la cinta se mantiene en contacto a lo largo de toda la barra mediante el empleo por parte de la barra de una pequena curvatura que se muestra en el numero de referencia 20. Esta curvatura, la cual puede ser de aproximadamente 1,27 cm. (0,5 pulgadas) permite el arqueamiento de las barras transversales 305 debido al peso del usuario sin que la banda 313 transportadora se despegue de la superficie por causa de la concavidad.
Las barras transversales 305 podrlan ser moldeadas facilmente con material plastico termoplastico tal como Nylon 6/6, y pueden tener las formas que se muestran en las diversas vistas que se presentan en las FIGURAS 13, 14 y 15. Esta version dara como resultado una barra transversal 305 menos costosa, mas liviana y de facil ensamblaje.
A continuation se proporciona la descripcion del movimiento de la banda 313 transportadora con respecto a las barras transversales 305. La banda 313 transportadora se desplaza sobre el exterior de la barra y se mueve hacia el rodillo 307 del extremo. Despues se desplaza alrededor de dicho rodillo partiendo de este en el interior. Despues la banda 313 comienza un movimiento giratorio al pasar entre los rodillos 318 de alineacion, despues a traves de una pinza 309 que se sujeta a la barra transversal 305 y despues a una de las dos cadenas 308 de rodillo que se muestran en la FIGURA 9. Despues pivota levemente alrededor de un rodillo 310 montado vertical mente, y de este modo redirige apenas la cinta hacia la siguiente barra transversal como se muestra en la FIGURA 8. En esta estacion, la banda ha rotado 90 grados. Despues, la banda continua rotando y encuentra el rodillo final de la barra 312 actual. Cada barra tiene dos transferencias de banda a la vez. Uno de los rodillos 312 sirve a la banda transportadora que se mueve hacia la barra transversal delante de la barra transversal actual y el otro rodillo 312 sirve a la banda transportadora que proviene de la barra transversal que se encuentra detras de la actual.
El rodillo 312 redirecciona levemente la banda transportadora. El rodillo 312 permite que la banda permanezca paralela a la barra transversal 305 pero que se mantenga mas o menos a la misma altura que la interfaz de cadena de rodillo de dientes de pinon. El siguiente rodillo 312 que encuentra la banda es paralelo al ultimo, pero esta montado sobre la siguiente barra. Al encontrarse con ese rodillo, la banda 313 es apenas redireccionada nuevamente hacia abajo. La banda 313 continua rotando cuando encuentra otro rodillo 310 que le permita pivotar en forma paralela al eje longitudinal de la nueva barra. Las personas con experiencia ordinaria en la tecnica notaran que la banda transportadora ha rotado 180° entre los dos rodillos 310. Despues continua con otro giro de otros 90° atravesando nuevamente una pinza 309, despues los rodillos 318 de alineamiento encuentran el rodillo 307 de extremo de dicha barra. La FIGURA 8 muestra una vista inferior de este conjunto de banda transportadora. Este movimiento envolvente mas bien helicoidal de la banda 313 transportadora se repite para cada barra. De este modo, solamente se necesita una banda transportadora continua (muy extensa) para proporcionar movimiento direccional Y. Los rodillos 309 verticales se usan para redirigir la banda transportadora ligeramente, lo que permite que los rodillos 307 de extremo se orienten exactamente a 90° de la longitud de la barra transversal para permitir que las ruedas omnidireccionales se desplacen con suavidad.
Cuando el conjunto de barra transversal/banda se encuentra al final de la parte plana de su desplazamiento en la direccion X y la cadena 308 de rodillo encuentra el pinon 204, debe rotar. La banda 313 es capaz de lograrlo porque, al desplazarse entre las barras transversales en una ubicacion entre el par de rodillos 312, se encuentra en el mismo radio 306 que la cadena 308 de rodillo y, por lo tanto, simplemente rota cuando la dos barras transversales entre las que esta pasando rotan una respecto de la otra como se muestra en las FIGURAS 4 y 5.
El movimiento direccional X se logra mediante el accionamiento del eje acoplado a los pinones 204 con un motor 104 electrico adecuadamente engranado. El movimiento direccional Y se logra mediante ruedas 102 omnidireccionales montadas en cuatro ejes conductores 101 engranados entre si con cada rueda 102 estando presionada en la banda transportadora que gira alrededor del rodillo 307 de extremo. Dado que cada barra
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transversal 305 tiene un rodillo 307 en cada extremo, las presiones interiores que se ejercen sobre dichas ruedas se cancelan mutuamente, por lo tanto, la cantidad de presion que se ejerce en cada rueda podrla ser sustancial si as! se desea, lo que es mas que suficiente para producir una friccion suficiente para accionar la banda transportadora en la direccion Y, incluso bajo elevada aceleracion. La interfaz de rodillo de extremo/rueda es estabilizada por el conjunto de cadena de rodillo en la parte superior y transferencias de bola 311 en la parte inferior.
Como apoyo adicional, las barras transversales son capaces de estar sujetas entre si, esto puede lograrse sujetando una varilla 314a conica en uno de los costados de la barra y un orificio 314 en el otro. Ello permitira que cada barra transversal brinde y obtenga apoyo de las barras transversales aledanas de cada lado, consiguiendo de este modo que el conjunto funcione mas bien como una estructura homogenea cuando el usuario camine sobre el.
Cada barra transversal tambien esta provista de un saliente 316 pequeno que sobresale en forma contigua a la banda transportadora en un costado como se muestra en la FIGURA 9. Este saliente 316 sirve para ayudar a evitar que la banda 313 se salga de la barra transversal.
Para ayudar a reducir el ruido y la vibracion, los costados de las barras laterales interconectados con los pasadores de posicion pueden ser disenados de modo que tengan un espacio pequeno entre ambos. Este espacio sirve para permitir la sujecion de una capa de material 315 blando tal como caucho como se muestra en la FIGURA 9.
La cinta omnidireccional de la presente invencion puede ser facilmente montada sobre un cardan 416 o dispositivo similar e inclinada en cualquier direccion utilizando accionadores 418 lineales como se muestra en las FIGURAS 16, 17 y 18 para simular colinas y para permitir un dispositivo de control de movimiento avanzado.
Refiriendonos ahora, en forma general, a las FIGURAS 19, 20 y 21, una interfaz de control dinamico ilustrativa incluye un armazon 604 flotante a la altura de la cintura con sujetadores que se deslizan hacia cuatro tubos 601 verticales. Hay un unico cable que se desplaza hacia los cuatro tubos verticales mediante poleas 602. Este sistema de cables obliga al armazon flotante a mantenerse nivelado con respecto a la cinta omnidireccional. La cantidad de fuerza vertical que se ejerce sobre el armazon flotante puede ser controlada con un piston o accionador 606 conectado a uno de los tubos 601 verticales.
Cuatro bloques 605 de cojinete se deslizan sobre el armazon flotante, permitiendo un medio para mantener un aro mediante cuatro varillas 603 u otro mecanismo tal como cuatro conexiones 616 de tijera como se muestra en las FIGURAS 24A y 24B. Dos sistemas de cable independiente conformados por poleas 607 y cables 613 conectan un costado del aro con el costado opuesto. Los cables de un sistema se trasladan durante el movimiento direccional X y los cables de un sistema se trasladan durante el movimiento direccional Y. Estos sistemas permiten que el aro se mueva en la direccion Y sin traslacion del cable X y en la direccion X sin traslacion del cable Y. El cable de cada sistema se mueve por su propia unidad de control, 614 para X y 615 para Y, como se muestra en las FIGURAS 26A a 26D. La parte de los cables que efectivamente se mueve por la unidad de control se puede reemplazar por una cadena de rodillo u otro medio de interaction mecanica con la unidad de control. Estas unidades pueden contener un dispositivo de amortiguacion ajustable que le brinda al usuario una sensation de inercia. Asimismo, pueden brindar facilmente interfaces adicionales entre el usuario y el sistema de control de velocidad de la cinta omnidireccional.
El usuario debe colocarse un arnes 616 que incorpora dos puntos 611 de pivote bilaterales ubicados en puntos de la cadera. Estos pasadores sujetan el arnes al conjunto 617 de arnes de pivote. El arnes de pivote se sujeta a dos puntos de sujecion de rodillo de aro a traves de las conexiones 612 giratorias delantera y trasera. Este conjunto le permite al usuario pivotar hacia adelante y atras y hacia los costados. La FIGURA 26A es una vista superior del usuario en la posicion neutral sobre la cinta. El usuario no se encuentra en movimiento ni en un estado estable de movimiento. La FIGURA 26B tambien es una vista superior y muestra al usuario en movimiento en la direccion X con una traslacion en esa direccion. La FIGURA 26C es una vista superior que muestra al usuario en movimiento en la direccion Y con una traslacion en esa direccion. El conjunto tambien es capaz de retorcerse dentro del aro a traves de rodillos 610 de aro y cable 609, lo que permite que el usuario gire como se muestra en la FIGURA 26D.
Debido a la naturaleza de la interfaz de control dinamico, cuando el usuario se conecta, puede hacerse que tenga cualquier sensacion de peso deseable aplicando la fuerza adecuada a traves del accionador 606 vertical. Este accionador puede ser un piston neumatico o hidraulico conectado a un plenum presurizado con un gas. Al controlar la presion del gas, una persona de la Tierra podrla tener la sensacion de encontrarse en la luna, y una persona en la luna o en el espacio podrla sentir que tiene el peso que desee.
Para conectarse a la interfaz de control dinamico, el usuario primero precisa colocarse el arnes 616 y despues, con el accesorio de arnes giratorio en una posicion inferior, simplemente meterse dentro, tirar hacia arriba y encajarlo en los puntos 611 de pivote laterales.

Claims (9)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    REIVINDICACIONES
    1. Una cinta omnidireccional que comprende:
    un armazon (103);
    multiples barras transversales (305) acopladas entre si para formar un bucle continuo que tiene una superficie superior plana;
    un mecanismo de accionamiento de barras transversales (104) montado en el armazon (103) y acoplado a las multiples barras transversales (305) para impulsar el bucle continuo;
    una banda transportadora (313) que envuelve cada barra transversal (305) por todo el largo de dicha barra transversal (305); y
    un mecanismo de accionamiento de banda transportadora (101, 102) acoplado a la banda transportadora (313),
    caracterizado por que
    una unica banda transportadora (313) envuelve en forma helicoidal las multiples barras transversales (305); y pasa entre cada una de las dos barras transportadoras (305) en el lado inferior de estas.
  2. 2. La cinta omnidireccional de la reivindicacion 1, en donde las multiples barras transversales (305) se acoplan entre si montandose sobre las primeras y segundas cadenas (308) de accionamiento, estando la primera cadena de accionamiento montada entre un primer par de ruedas (204) dentadas y la segunda cadena de accionamiento montada entre un segundo par de ruedas dentadas, estando un primer extremo de cada barra transversal (305) montado a la primera cadena de accionamiento y un segundo extremo de cada barra transversal montado a la segunda cadena de accionamiento, encontrandose cada una de las opuestas del primer y del segundo par de ruedas (204) dentadas montadas a un eje comun al que se le proporciona apoyo con un armazon del eje acoplado al armazon (103).
  3. 3. La cinta omnidireccional de la reivindicacion 2 que comprende ademas un motor de accionamiento acoplado a uno de los ejes comunes de las ruedas (204) dentadas.
  4. 4. La cinta omnidireccional de la reivindicacion 1, en donde cada barra transversal (305) tiene un orificio formado en una cara lateral en una posicion seleccionada por todo su largo y una varilla que se extiende hacia fuera desde una segunda cara opuesta a la primera cara en la posicion seleccionada, extendiendose la varilla de cada barra transversal (305) hacia dentro del orificio de una barra transversal adyacente.
  5. 5. La cinta omnidireccional de la reivindicacion 1 que comprende, ademas, un motor (104) de accionamiento de banda acoplado a la unica banda transportadora.
  6. 6. La cinta omnidireccional de la reivindicacion 1 que comprende, ademas, un accionador (418) de inclinacion acoplado entre el armazon y el armazon del eje para inclinar la superficie superior sustancialmente plana del bucle continuo en un angulo dispuesto para un plano horizontal.
  7. 7. La cinta omnidireccional de la reivindicacion 6 en donde el armazon del eje esta montado al armazon (103) en un par de puntos de pivote opuestos.
  8. 8. La cinta omnidireccional de la reivindicacion 1 que comprende, ademas, un arnes (616) de usuario montado al armazon (103).
  9. 9. La cinta omnidireccional de la reivindicacion 1 que comprende, ademas:
    una interfaz de control dinamico que incluye un armazon flotante (604) que tiene sujetadores que se deslizan hacia cuatro apoyos (601) verticales, un unico cable que se desplaza hacia los cuatro apoyos verticales a traves de poleas (602) para obligar al armazon flotante a mantenerse nivelado con respecto a la cinta omnidireccional; y
    un accionador (606) acoplado a uno de los apoyos verticales para controlar la cantidad de fuerza vertical que se ejerce sobre el armazon flotante.
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