WO2012136314A1

WO2012136314A1 - Bewegungsfixierung

Info

Publication number: WO2012136314A1
Application number: PCT/EP2012/001252
Authority: WO
Inventors: Thomas Schander
Original assignee: Karlsruher Institut für Technologie
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2012-10-11
Also published as: DE102011016548A1; WO2012136314A8; DE102011016548B4

Abstract

Bewegungsfixierung für eine Person (10). Aufgabe ist es, eine Bewegungsfixierung vorzuschlagen, in der eine stehende Person ortsfest unter Beibehaltung seiner freien Gehbewegungen in jede Richtung fixierbar ist. Gelöst wird die Aufgabe mit einer Bewegungsfixierung umfassend ein Führungselement (2) mit einer vertikalen Ausrichtung, eine Anbindung des Führungselements an den Schwerpunkt der Person, Mittel (11-14) zur Einleitung einer die Ausrichtung kreuzende Kraft auf die Person oberhalb des Schwerpunkts sowie zwei Schuhe (15) für die Person mit Mitteln zur Variation des Reibungskoeffizienten auf einer Unterlage (5).

Description

Bewegungsfixierung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Bewegungsfixierung für eine Person insbesondere für Virtual-Reality Anwendungen oder therapeutische Anwendungen gemäß des ersten Patentanspruchs.

Computergestützte Virtual-Reality Systeme oder Anwendungen umfassen im Wesentlichen Visualisierungen einer virtuellen Umgebung auf einem Display, vorzugsweise einem Bildschirm, die sich in Interaktion mit einem Bediener über ein Eingabe oder eine Schnittstelle von diesem über Signale beeinflussen lässt .

Typische Einsatzgebiete von Virtual-Reality Anwendungen finden sich in Simulatoren für Steuerungen, z.B. in Flug- oder Fahrsimulatoren, in der Modelldarstellung komplexer dreidimensionaler Gegenstände wie z.B. Gebäude oder Vorgänge oder bei Computeranimationen oder -spielen. Feuerwehreinsätze, Gefahren- guteinsätze wie auch Rettungseinsätze lassen sich anhand von vorhandenen Umgebungsdaten z.B. von Gebäuden, Gegenständen oder Topgraphien nachstellen und einen Einsatz simulieren. Ein Feld umfasst auch therapeutische Anwendungen, z.B. für Übungen von Reaktionen auf angezeigte Signale.

Beispielhaft sei hier ein kommerziell erhältliches computergestütztes Videospiel „WII" der Firma Nintendo, Japan genannt, bei dem ein oder mehrere Spieler interaktiv über Bewegungssensoren und Bildschirm mit der Spielkonsole interaktiv kommunizieren. Die Bewegungssensoren dienen der Erfassung ausgewählter Bewegungen der Spieler in einer im System wählbaren Spielrolle z.B. einer bestimmten Sportart oder einer Schauspielerrolle. Über diese Bewegungssensoren wird die Virtual Reality Darstellung einer Umgebung auf dem Bildschirm interaktiv be- einflusst .

BESTÄTIGUNGSKOPIE Ferner sind seit geraumer Zeit Flugsimulatoren bekannt, bei dem ein Spieler oder Bediener wie im wirklichen Flugzeug auf einem Pilotensitz sitzt und optional fixiert ist und vorzugsweise über eine reale Cockpiteinrichtung mit der Simulatorsteuerung mit einer das Umfeld abbildende Bildschirmanzeige sowie einer meist hydraulischen Verfahr- und Schwenkvorrichtung für das gesamte Cockpit inkl. Pilotensitz kommuniziert.

Eine einfache Bewegungsfixierung für eine stehende Person, in der diese einerseits ortsfest eingesetzt und andererseits vertikal geführt frei beweglich ist, insbesondere eine freie Laufbewegung durchführen kann sowie dabei deren Bewegungsablauf erfasst und verarbeitet wird, ist dagegen nicht bekannt.

Davon ausgehend liegt die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Bewegungsfixierung vorzuschlagen, in der eine stehende Person ortsfest unter Beibehaltung seiner freien Gehbewegungen in jede Richtung fixierbar ist. Insbesondere soll sich die Person durch die Bewegungsfixierung nicht in seiner subjektiv empfundenen Gehbewegung eingeschränkt fühlen. Zudem soll die Bewegungsfixierung eine Erfassung der Bewegung der Person für eine Interaktion mit einem Virtual Reality System ermöglichen .

Die Aufgabe wird mit einer Bewegungsfixierung mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Bewegungsfixierung wieder.

Die Aufgabe wird durch eine Bewegungsfixierung für eine Person gelöst, bei der eine stehende Person an zwei Stellen in drehbare und vertikal bewegbare Halterungen fixiert ist und diese Halterungen bestimmte laterale und rotatorische Bewegungen zulassen . Die erste Halterung dient insbesondere der horizontalen Fixierung des Schwerpunkts und lässt eine vertikale Bewegung, aber auch natürliche Schwenk und Kippbewegungen der Person um seinen Schwerpunkt zu.

Die zweite Halterung dient der Anbindung der oberen Körper^¬ hälfte der Person an die Bewegungsfixierung und als Angriffspunkt einer Kraft in Richtung einer aufrechten Haltung. Sie wirkt stärkeren Beugungen insbesondere des Oberkörpers entgegen, auch um die Standfestigkeit der Person auf einer Unterlage sicherzustellen oder zu verbessern.

Die erste Halterung umfasst ein Führungselement, vorzugsweise eine vertikal ausgerichtete Linearführung, die am Schwerpunkt der Person angebunden ist. Im Rahmen der Erfindung greift sie aus technischen Gründen am Schwerpunkt über ein Geschirr als Verbindungselement bevorzugt im Bereich der Lendenwirbel, d.h. nicht unmittelbar direkt am tatsächlichen Schwerpunkt der Person an. Insofern umfasst die Erfindung mit einer Anbindung des Schwerpunkts auch eine oder mehrere Anbindungen über Verbindungselemente zum Körperbereich um den Schwerpunkt der Person, wobei sich zwangsläufig auch ein Abstand des Anbindungspunkts oder dem vektoriell resultierenden Angriffspunkt zum tatsächlichen Schwerpunkt ergibt. Der Abstand des Angriffspunkts zum tatsächliches Schwerpunkt der Person wirkt als Hebelarm eines Drehmoments, das auf die Person einwirkt, wenn sie die Bewegungen durchführen möchte, die von dem Führungselement nicht vorgesehen sind und gesperrt sind. Ein bestimmter Abstand ist tolerierbar, wobei das auf die Person einwirkende Drehmoment von der Person über die Beine und die Füße oder Schuhe auf eine Unterlage und/oder über die zweite Halterung oberhalb des Schwerpunktes abstützbar ist.

Die erste Halterung dient nur dann der Entlastung der Beine durch das Körpergewicht, wenn durch diese Entlastung und ggf. anschließender Aufhebung der Entlastung ein von der Person subjektiv empfundener Bewegungsablauf nachgebildet werden soll. Mit einer Entlastung der Beine z.B. durch einen Antrieb der Halterung erfährt die Person subjektiv die Wirkung, als würde sie ein Gefälle hinablaufen. Durch eine partielle oder insgesamte Aufhebung der Entlastung wird ein Ende des Gefälles bis hin zu einer anschließenden Steigung simuliert. Eine mögliche Entlastung dient zudem auch einer Entlastung der Reibung zwischen Schuhsohle und Unterlage, d.h. zu geringeren Reibungskräften und damit einer Stabilisierung eines Bewegungsablaufs (Sicherheit) .

Die Halterung ist am Führungselement angebunden und ist mit dieser parallel zur Führungsausrichtung lateral bewegbar gelagert .

Eine Ausführungsform lässt eine bevorzugt unbegrenzte Rotations- oder Schwenkbewegung des Führungselements als Ganzes relativ zur Umgebung zu.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist diese Rotationsoder Schwenkbewegung nicht gegeben. Das Führungselement ist nur in der Führungsausrichtung lateral, aber nicht drehbar gelagert. Die Halterung der Person lässt aber über Verbindungselemente dennoch eine bevorzugt begrenzte Schwenkbewegung relativ zur Linearführung, bevorzugt um jede Richtung zur Ermöglichung von Körperbewegungen der Person (z.B. Bücken oder sonstige Beckenbewegungen) zu. Vorzugsweise weist dieser durch die Rotationsbewegung erfasste Schwenkbereich eine Mittelstellung auf. Optionale elastische auf die Halterung einwirkende Rückstellmittel dienen der elastischen Rückstellung der Halterung in die Mittelstellung. Eine Variante dieser Ausführungsform sieht eine nicht drehbare Befestigung auf den Rückstellmitteln vor, wobei nur die Elastizität dieser Rückstellmittel (z.B. Federelement, Schaumstoffpufferelement) die moderate Rotationsbewegung der Halterung zulässt.

Eine weitere Ausführungsform lässt dagegen keine Rotationsbewegung zu.

Abgesehen von Reibungskräften durch die Lagerungen der Linearführung sowie ggf. der elastischen Rückstellmittel wirken in den genannten Bewegungsrichtungen abgesehen von der vorgenannten optionalen vertikalen Gewichtsentlastung zur Nachbildung von Bewegungsabläufen bevorzugt keine weiteren Kräfte über die erste Halterung auf den Körper. Optional werden Mittel vorgesehen, die das Eigengewicht der beweglichen Halterungsteile, d.h. der ersten Halterung und dem Schlitten des Führungselements kompensieren und damit eine Einwirkung dieser Eigengewichte auf den Körper vermeiden. Folglich sind vorzugsweise keine auf die erste Halterung einwirkenden separaten Manipulatoren oder andere Kraftquellen oder Mittel (z.B. elastische Elemente oder Gewichte) vorgesehen, die über die reine Gewichtskompensation der Halterung hinaus eine Kraft auf die Person über die erste Halterung ermöglichen. Dies schließt eine Einwirkung von Kräften auf den Körper in Richtungen, die durch das Führungselement nicht vorgegeben oder freigegeben sind und sich daher durch eine Bewegungsbegrenzung ergeben, nicht aus. Vorzugsweise lässt die Linearführung und Halterung keine weiteren translatorischen oder rotatorischen Bewegungen zu .

Die Anbindung der Person über die erste Halterung umfasst jedoch Verbindungselemente wie z.B. Schaumstoffpuffer- oder Federelemente, die vorzugsweise eine Beugung (z.B. Bücken) und Drehbewegung an der Anbindung der Person zulassen und die Person in ihrer natürlichen Bewegung nicht oder unwesentlich einschränken. Vorzugsweise sind die Verbindungselemente elastisch gestaltet und lassen eine Kippung oder Verdrehung des Schwer- punkts um eine bevorzugt horizontale Achse zu. Als Verbindungselemente eignen sich bevorzugt elastische Schaumstoffele- mente .

Die zweite Halterung greift an der Person oberhalb des Schwerpunkts an, vorzugsweise hinten zwischen den Schulterblättern der Person. Sie umfasst Mittel zur Einleitung einer die Ausrichtung der Linearführung kreuzende Kraft auf die Person. Dabei lässt sich diese Kraft vektoriell in eine parallel und eine senkrecht zur Ausrichtung orientierte Teilkraft unterteilen, die vorzugsweise nach oben bzw. zur Ausrichtung hin gerichtet sind und dabei einer Vorwärtsbewegung des Oberkörpers der Person entgegenwirken. Der Oberkörper der Person wird damit bevorzugt aufgerichtet. Auch die zweite Halterung weist vorzugsweise ein Verbindungselement, weiter bevorzugt eine elastische Komponente z.B. aus Schaumstoff auf.

Die zweite Halterung umfasst in einer bevorzugten Ausführung eine Umlenkrolle eines Zugseils, das einerseits an der ersten Halterung angreift (z.B. am Beckengurtgeschirr), andererseits mit einer Antriebseinheit oder einem Gegenlager verbunden ist. In diesem Fall ist die auf die Person am Oberkörper angreifende Kraft eine horizontal nach hinten wirkende Kraft.

Ferner umfasst die Bewegungsfixierung als System zwei Schuhe für die Person mit Mitteln zur Variation des Reibungskoeffizienten der Schuhsohle auf einer Unterlage. Damit soll einerseits die Griffigkeit für eine sichere Standfestigkeit der Person auf der Unterlage sichergestellt werden, andererseits durch eine Gleitbewegung der Sohle eine ortsfeste Laufbewegung der Person in der Bewegungsfixierung vorzugsweise in einer Virtual Reality-Anwendung ermöglichen. Hierzu sind die beiden Schuhe bevorzugt getrennt voneinander in ihren Reibungseigenschaften wie z.B. den Reibungskoeffizienten einstellbar. Weiter bevorzugt sind die beiden Sohlen jeweils in individuell im Reibungskoeffizienten einstellbare Sohlenbereiche eingeteilt, zumindest in Fußspitzenbereich, Fußballenbereich und Fersenbereich. Die Einstellung der Reibungseigenschaften erfolgt bevorzugt durch eine Auswahl einer Reibungspaarung (z.B. Sohle aus Teflon oder Kunststoff mit Unterlage aus Kunststoff wie z.B. PVC) . Die Reibungseigenschaften lassen sich ferner durch Elemente, die sich aktorisch ansteuerbar oder nur bei Belastung der Sohle in die Reibung einschalten, beispielsweise Gummielemente in Aussparungen der Sohle. Alternativ lassen sich die Reibkräfte durch eine Be- oder Entlastung des Körpergewichts über auf die Halterungen einwirkende Kräfte variieren .

Die Ansteuerung der auf die je nach Ausführungsform erste und / oder zweite Halterung einwirkenden Kraft sowie zur Einstellung der Reibungseigenschaften der Sohlen oder einzelner Sohlenbereiche erfolgt vorzugsweise über einen geschlossenen Regelkreis. Die Umsetzung erfolgt vorzugsweise im Rahmen eines prozessorgesteuerten Steuerungs- oder Regelungssystems. Mit diesem werden die Positionen der Person, insbesondere die Stellungen von Armen, Beinen und Kopf in der Bewegungsfixierung mit einem Positionserfassungssystem laufend erfasst. Die Positonsdaten werden als Eingangsgrößen im Regelkreis zu

Stellgrößen für die vorgenannte Ansteuerung weiterverarbeitet.

Das Positionserfassungssystem umfasst vorzugsweise eine opti^¬ sche Erfassung, vorzugsweise mindestens drei Kameras zur Positionserfassung von Marken auf Händen und Schuhen, vorzugsweise auch auf dem Kopf. Die Marken werden z.B. durch aktive Sendeelemente wie z.B. Leuchtdioden oder durch passive Elemente wie z.B. fluoreszierende Markierungen gebildet, die stets von zwei der drei Kameras simultan erfassbar sind. Die fünf genannten mit dem Positionserfassungssystem bevorzugt in Echtzeit ermittelten Positionsdaten sind für die Positionserfassung der gesamten Person sowie alle durchführbaren Bewegungen hinreichend genau. Die Körperstellung zwischen den Marken, wie z.B. die Körperhaltung oder Stellungen der Knie oder der Ellbogen wird dabei durch im Steuerungs- oder Regelungssystem implementier^¬ ten Standarddaten oder für einzelne Personen individuelle Da^¬ ten aus Erfahrungswerten ergänzt.

Alternativ dient der optischen Erfassung (im sichtbaren oder nicht sichtbaren Bereich wie Infrarotbereich) ein Tiefenerfassungssystem, bei dem die Position von bestimmten Körperteilen optisch erfassbar sind. Unterstützt wird dieses System z.B. durch Projektionen von optischen Mustern auf die Person insbe^¬ sondere auf die interessierenden Körperteile wie Hände, Schu^¬ he/Füße und/oder Kopf.

Vorzugsweise bei Virtual Reality-Anwendungen umfasst das pro^¬ zessorgesteuerte Steuerungs- oder Regelungssystem eine Anzeige für die Person. Die Anzeige ist bevorzugt optisch, realisiert z.B. mit einer Videobrille oder einen Bildschirm, optional ergänzt z.B. durch taktile Anzeigen wie Vibrationsaktoren (Vibrationsquelle) an Fingern (Tastsimulationen) . Das Steuerungsoder Regelungssystem erfasst vorzugsweise auch je nach Blickrichtung auch die über das Positionserfassungssystem erfassbaren Körperteile, die dann in der Anzeige optisch eingeblendet werden.

Die Erfindung sowie Details dieser wird anhand von Ausführungsformen mit Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig.l eine erste Ausführungsform der Bewegungsfixierung mit Deckenaufhängung,

Fig.2a und b zwei weitere Ausführungsformen der Bewegungsfixierung mit Stativaufhängung, Fig.3 eine Draufsicht einer Linearführung mit erster Halterung und Verbindungselementen zur fixierten Person sowie

Fig. a und b weitere Ausführungsformen der Bewegungsfixierung mit Stativaufhängung ohne dreh- oder schwenkbare Linearführung .

Die in Fig.l dargestellte Ausführung der Bewegungsfixierung sieht ein vertikal ausgerichtetes Führungsseil 1 für die Linearführung 2 (Führungselement) zwischen einer oberen Befestigung 3 z.B. an einer Zimmerdecke und einer unteren Befestigung 4 im Bereich der Unterlage 5 vor. Die Ausrichtung der Linearführung wird durch das querkraftfreie, d.h. nicht in eine horizontale Richtung ausgelenkte Führungsseil bestimmt. Das Führungsseil wird bevorzugt an der oberen Befestigung mit einer elastischen Feder 6 vorgespannt. Die Linearführung weist eine rohrförmige Gleitführung oder - wie dargestellt - Führungsrollen 8 auf und ist über die erste Halterung 7 sowie einem Beckengurtgeschirr 9 als Verbindungselement mit dem Schwerpunktbereich einer fixierten Person 10 verbunden. Die Vorspannung des Führungsseils bewirkt ein elastisches Verhalten der Anbin- dung der Person, d.h. nicht nur eine Rückstellkraft der Linearführung bei horizontaler Auslenkung, sondern lässt auch - wie vorgenannt - eine Beugung und Drehbewegung an der Anbin- dung der Person zu.

Die zweite Halterung 11 umfasst ein Schultergurtgeschirr 12, das im Bereich der Wirbelsäule, vorzugsweise zwischen den Schulterblättern mit einem elastisch nach oben zur oberen Befestigung 3 hin vorgespannten Zugseil 13 verbunden ist. Die Richtung des Zugseils gibt mit seiner Richtung der an der zweiten Halterung angreifenden Kraft vor, d.h. die Kraftrichtung kreuzt die Ausrichtung der Linearführung im Bereich der oberen Befestigung 3, d.h. oberhalb des Schwerpunktes der Person im Bereich der ersten Halterung 2. Die Vorspannung wird durch Mittel zur Einleitung der Kraft in das Zugseil, im Bei^¬ spiel realisiert durch eine vorgespannte Winde 14 bevorzugt mit motorischer Verstellung im Bereich der oberen Befestigung 3 erzeugt. Vorzugsweise weist das Zugseil mit Elastomer- oder Gummianteilen, z.B. ein Gummiseil eine Eigenelastizität auf.

Die fixierte Person 10 steht mittels zweier Schuhen 15 auf der Unterlage 5, die sich um die untere Befestigung 4 erstreckt und dabei den möglichen Bewegungsbereich der Person in der Bewegungsfixierung abdeckt. Beide Schuhe weisen wie vorbeschrieben Mittel zur Variation des Reibungskoeffizienten auf der Unterlage auf.

Ferner gibt Fig.l schematisch auch die Anordnung von drei Kameras 16, bevorzugt drei Web-Kameras für die laufende Erfassung von fünf Markierungen 17 auf beiden Füßen, beiden Händen und dem Kopf wieder. Als Anzeige für die Person dient eine Videobrille 18. Die vorgenannte Steuerungs- und/oder Regelungseinheit sowie die Verschaltung der genannten Komponenten sind in der schematischen Darstellung gem. Fig.l nicht wiedergegeben .

Fig.2a und b repräsentieren zwei Ausführungsformen der Bewegungsfixierung mit Stativaufhängung. Das Führungselement nutzt nicht, wie in Fig.l dargestellt, ein gespanntes Seil als Führungsschiene, sondern eine Stativstange 19, die in der unteren Befestigung 4 bevorzugt in einer Wälzlagerung 25 um eine Drehachse 20 drehbar in der Unterlage 5 gelagert ist, am oberen Ende 26 frei endet, d.h. nicht separat geführt oder gelagert ist. Die Linearführung 2 in der in Fig.2a dargestellten Variante wird dabei durch eine vertikale Stange (zumindest aber einen Stangenabschnitt) gebildet. Fig.3 gibt eine Aufsicht- Schnittdarstellung der Linearführung wieder. In der in Fig.2b offenbarten Variante dienen dagegen ein oder mehrere Gasdruckfederdämpferelemente 21 als Führungselement, wobei jene an- stelle einer Linearführung um einen Drehpunkt 22 schwenkbar an der Stativstange 19 angeordnet sind.

Fig.2a und b zeigen dabei bevorzugte Ausführungen, bei denen die Stativstange im Bereich des Führungselements (Linearführung 2 in Fig.2a, Drehpunkt 22 für den Gasfederdämpfer 21 in Fig.2b) exzentrisch zu der Drehachse 20 angeordnet ist, womit in vorteilhafter Weise der Schwerpunkt der Person näher an die Drehachse gerückt wird. Damit wird die Befestigungsfixierung bei einer Drehung von der fixierten Person dezenter wahrgenommen und als weniger störend empfunden. Da aber die vertikale Ausrichtung der Linearführung nicht mit der parallel zu dieser angeordneten Drehachse 20 deckungsgleich ist, muss das Führungselement auf der Stativstange gegen Drehbewegungen gesichert werden. Dies erfolgt im Rahmen einer Linearführung gem. Fig.2a und Fig.3 vorzugsweise formschlüssig über eine Stativstange mit nicht rotationssymmetrischem Querschnitt, einer Führungsfeder oder - wie in Fig.3 dargestellt - über eine zweite Stativ- oder Führungsstange 28, die hier zugleich als Laufschiene für die Rollen der Linearführung 2 für die erste Halterung dient.

In der in Fig.2b wiedergegebenen Ausführung wird die Linearführung nicht über eine Gleit- oder Wälzlagerführung, sondern über schwenkbare Gasdruckfederdämpferelemente realisiert. Der Drehpunkt 22 lässt als Schwenklager nur eine Schwenkbewegung um eine oder zwei horizontale Achse zu, während Drehungen in vertikaler Richtung geblockt, gedämpft oder nur einem geringen Maße vorgesehen sind. Bevorzugt ist das Schwenklager eine Einachslagerung, die in Bezug auf die Person 10 nur eine Kippbewegung nach vorne und damit z.B. auch eine vertikale Bewegung des Schwerpunkts der Person zulässt (vgl. Fig.2b, gestrichelte Linie) . Die drehbare Stativstange weist optional eine mitdrehende Stützrolle 23 auf, die eine in Bezug auf die Person 10 nach hinten gerichtete auf die Stativstange wirkende Kraft mit abfängt (vgl. Fig.2b).

Das zwischen die Schulterblätter angreifende Zugseil 13 wird in beiden in Fig.2a und b offenbarten Ausführungen bevorzugt über eine erste Umlenkrolle 24 am oberen Ende in das Innere der Stativstange eingeleitet und durch dieses geführt. Die Vorspannung erfolgt entweder über die Eigenelastizität des Zugseils und/oder eine Elastische Fixierung des Zugseilendes und/oder eine Motornachregelung an der Winde 14. Durch die Vorspannung und die Seilverstellung wird für die Person auch eine Neigung oder ein Gefälle simuliert. Die Fixierung erfolgt noch in der Stativstange oder extern nach Ausleitung des Zugseils am unteren Ende der Stativstange unterhalb der Unterlage extern (vgl. Fig.2a und b) . Vorzugsweise wird der Zugseilabschnitt, der sich in der Stativstange befindet, durch ein Bow- denzugkabel gebildet oder zumindest im Bereich der Krümmungen 27 zusätzlich in einem biegsamen Schlauch mit einem geringen Reibwert zum Material der Stativstange und/oder zum Zugseil (z.B. Nylonschlauch) ummantelt. Die Fixierung ist optional elastisch ausgestaltet, beispielsweise über zusätzliche Federelemente. Optionale Mittel für eine Längenverstellung des Zugseils vorzugsweise eine Winde 14 dienen alternativ oder darüber hinaus der Verstellung der Zugkraft des Zugseils. Diese Mittel, insbesondere eine Winde ist bevorzugt entweder - wie in Fig.2b dargestellt - außerhalb der Erstreckung der Unterlage 5 oder an der Stativstange 19 vorzugsweise im Bereich einer Krümmung 27 angeordnet (Fig.2a) . Alternativ bietet sich eine Anordnung der genannten Mittel im Bereich des oberen Endes 26 der Stativstange unter Einsparung einer Umlenkrolle an.

Fig.3 gibt beispielhaft für eine mögliche Ausfürhungsform eine Aufsicht der ersten Halterung 7 für die Person 10 der in Fig.2a dargestellten Ausführung wieder. Die Halterung umfasst eine Linearführung 2, die über zwei Führungsrollen 8 vertikal auf der Stativstange 19 und der Führungsstange 28 gelagert ist und eine Verdrehung der Linearführung um die Vertikale verhindert. Als Verbindungselement zu der Person dient eine Körperaufnahme 29 mit Beckengurtgeschirr 9, die über mehrere Druckfedern 30, alternativ oder ergänzend mit einem (in Fig.3 nicht dargestellten) Schaumstoffpufferelement mit der Linearführung verbunden ist und in vorteilhafter Weise eine Beugung und Drehbewegung an der Anbindung der Person zulassen und die Person in seiner natürlichen Bewegung nicht oder unwesentlich einschränken. Fig.3 gibt eine bevorzugt symmetrische neutrale Mittelstellung wieder, bei der die fixierte Person 10 durch die erste Halterung 7 keine Drehmomente erfährt. Bei einer Auslenkung aus dieser Mittelstellung kommt es zu einer Auslenkung der Druckfedern 30 oder Schaumstoffpuffer und dadurch zu einer Rückstellkraft oder einem Rückstellmoment auf die Person in die Mittelstellung. Die bevorzugten maximalen Schwenkbewegungen betragen ca. 25° (um die Horizontale zur Seite), 30° (um die Vertikale zur Seite) und 45° (um die Horizontale nach vorne) für eine Ausführungsform ohne Verdrehmöglichkeit der Stativstange oder der Führung (Fig.4). Ist eine solche Verdrehmöglichkeit vorgesehen (z.B. Fig.l und 2a und b) , sollte eine Schwenkmöglichkeit um die Vertikale zur Seite nicht zugelassen sein.

Ein Schaumstoffelement als Verbindungselement und/oder die Körperaufnahme 29 ist in seiner Formgebung bevorzugt ergonomisch oder formschlüssig an den Lendenbereich der Person ange- passt und weist eine angedeutete Sitzform auf. Damit lassen sich insbesondere Vertikalkräfte zwischen Person und Halterung besser übertragen.

Fig. a zeigt eine weitere Ausführungsform der Bewegungsfixierung mit Stativaufhängung ohne dreh- oder schwenkbare Linear- EP2012/001252

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führung. Sie unterscheidet sich von der in Fig.2a und b dargestellten Ausführung unter Anderem darin, dass die Stativstange 19 nicht zur Erzielung einer Drehung oder Schwenkung der Linearführung drehbar in der Unterlage 5 eingesetzt ist, sondern starr z.B. über ein Stativ mit der Unterlage verbunden ist. Das Stativ weist bevorzugt eine Aussparung im Bereich der Beinbewegungsfreiheit beim Laufen auf. Die Linearführung entspricht vorzugsweise der in Fig.3 dargestellten Ausführung, wobei die Druckfedern 30 vorzugsweise durch den vorgenannten Schaufstoffpuffer oder mehrere Schaumstoffpufferelemente ersetzt sind, die eine geringe Schwenkung der fixierten Person 10 zur Linearführung 2 hin zulässt, dabei aber immer eine elastische Rückstellung in eine Mittelstellung bewirkt.

Die Unterlage, bevorzugt aber der hinter der Person sich erstreckende Bereich weist vorzugsweise ein mittleres Gefälle zwischen 1 und 25°, weiter bevorzugt zwischen 4 und 15° und weiter bevorzugt zwischen 6 und 10° in Laufrichtung auf. In einem leichten Gefälle werden Laufbewegungen auf der Unterlage 5 besonders realistisch wahrgenommen.

Fig.4b zeigt eine weitere Ausführungsform der Bewegungsfixierung mit Stativaufhängung ohne dreh- oder schwenkbare Linearführung auf, die einen Unterlagenbereich hinter der Person mit einem nicht konstanten Gefälle sowie einer aktiven Manipulation des verbleibenden ebenen Unterlagenbereichs aufweist. Die aktive Manipulation wird im vorliegenden Fall durch ein aktiv angetriebenes Laufband realisiert, wobei die Laufbandrichtung unidirektional ausgerichtet ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Laufbandrichtung in Laufrichtung der Person (vorzugsweise vorgenannte Mittelstellung) ausgerichtet. Der Antrieb des Laufbands erfolgt motorisch und wird maßgeblich über die an der Person horizontal zur ersten Halterung in Laufrichtung gerichtete Haltekraft geregelt. Die Reibungsverhältnisse zwi- sehen Laufband und Schuhsohle entsprechen bevorzugt den Rei^¬ bungsverhältnissen zwischen Unterlage und Schuhsohle.

Bezugszeichenliste :

1 Führungsseil

2 Linearführung

3 obere Befestigung

4 untere Befestigung

5 Unterlage

6 elastische Feder

7 erste Halterung

8 Führungsrolle

9 Beckengurtgeschirr

10 fixierte Person

11 zweite Halterung

12 Schultergurtgeschirr

13 Zugseil

14 Winde

15 Schuh

16 Kamera

17 Markierung

18 Videobrille

19 Stativstange

20 Drehachse

21 Gasdruckfederdämpferelement

22 Drehpunkt

23 Stützrolle

24 Umlenkrolle

25 Wälzlagerung

26 oberes Ende

27 Krümmung

28 Führungsstange

29 Körperaufnahme

30 Druckfeder hinterer Unterlagenbereich Laufband

Claims

Patentansprüche

1. Bewegungsfixierung für eine Person (10), umfassend

a) eine erste Halterung (7) mit vertikal ausgerichtetem Führungselement (2) und Befestigungsmittel für die Person,

b) eine Anbindung der ersten Halterung an den Schwerpunkt der Person,

c) Mittel (11-14) zur Einleitung einer die Ausrichtung

kreuzende Kraft auf die Person oberhalb des Schwerpunkts

d) zwei Schuhe (15) sowie

e) eine Unterlage (5) für die Schuhe.

2. Bewegungsfixierung nach Anspruch 1, umfassend ein Positionserfassungssystem (16, 17) zur laufenden Positionserfassung von Händen und Füßen der Person.

3. Bewegungsfixierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionserfassungssystem ein optisches Bewegungserfassungssystem zur Positionserfassung von Händen und den Schuhen (15) umfasst.

4. Bewegungsfixierung nach Anspruch 2 oder 3, umfassend ein prozessorgesteuertes Regelungssystem mit Anzeige (18) für die Person zur Ansteuerung der Mittel zur Einleitung der Kraft und/oder einem Mittel zur Variation des Reibungskoeffizienten der Schuhe auf der Unterlage, umfassend das

Positionserfassungssystem .

5. Bewegungsfixierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige (18) eine optische Anzeige und/oder eine Vibrationsquelle umfasst.

6. Bewegungsfixierung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel durch ein Kleidungstück oder ein Geschirr (9) mit einer schwenkbaren Aufnahme (29) auf dem Führungselement (2) im Lendenbereich der Person gebildet werden.

7. Bewegungsfixierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (29) und das Führungselement (2) durch elastisch in eine Mittelstellung wirkende Druckfedern (30) oder Schaumstoffpuffer verbunden sind.

8. Bewegungsfixierung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement eine

Linearführung (2) ist.

9. Bewegungsfixierung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung auf einer vertikalen Stange (19) oder einem vertikal gespannten Seil (1) aufgesetzt ist.

10. Bewegungsfixierung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Einleitung der Kraft ein elastisch gespanntes Zugseil (13) umfasst, das an seinem einen Ende an der Person im Wirbelsäulenbereich zwischen den Schulterblättern befestigt ist.