根据本发明专利技术呈等长锻炼系统形式的接口（１０）包括具有至少一个传感器（１１５）的操纵装置（１１０）、平台（３０）和包括处理器（４１４）的控制电路。该平台（３０）容纳处于站立姿势的用户，并包括连接至该平台的操纵装置（１１０）。传感器（１１５）测量由用户的下半身部分施加到该操纵装置并在该操纵装置上产生可测量的应变的至少一个力。平台（３０）还可连接有具有至少一个传感器的附加操纵装置，以及游戏控制器或其它输入装置。该传感器（１１５）测量由用户的上半身部分施加到该附加操纵装置并在该操纵装置上产生可测量的应变的至少一个力。处理器（４１４）接收并处理与所施加力的信息相对应的数据，以传送至主机计算机系统从而更新虚拟现实场景。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种呈如下类型的锻炼系统形式的接口，该类型的锻炼系统在前述专利和专利申请公布、公开号为2006/0223634(Feldman 等人)的美国专利公开和名称为"用于等长锻炼装置的测力系统"并于 2005年5月20日提交的申请号为11/133,449的美国专利申请中公开， 这些专利的公开内容在此以参考的方式全文并入。特别地，本专利技术涉 及一种用作为用于仿真或虚拟环境的接口的等长锻炼装置，以使得用 户能够进行身体施力活动以与仿真环境进行交互。
技术介绍
当将生理和心理刺激施加给学生时，学生学习最佳。因素的这个 组合会导致较高水平的激励，其中该激励水平与最佳认知功能相关联。 当(例如认知的、情感的、生理的等等)压力增加时，个体有效发挥作用 的能力降低。这通常被称作最初由Yerkes和Dodson假设的倒U理论。就用于高压活动(例如军事行动等)的训练所发展的仿真而论，利用 这些仿真以减少用户对自动反应的反应。例如，零散步兵(DI)战士应决 定适于特定情形的行动，并使得战士能够反应以执行该行动。但是， 如果战士是在不考虑活动的身体要素的环境中训练，则战士很可能进 行一连串其身体上不能进行的行动(例如在带有重包裹的情况下冲上屋 顶，以及平静地参加狙击手活动等)。通过在训练和仿真中包括身体要 素可避免这种认知失调。但是，就在零散战士类型仿真中包括物理接口而言存在一些问题。 这些问题涉及技术和成本。特别地，与人类身体进行联系是非常有挑 战性的问题。例如，车辆仿真器包括与战士的接口，其被清楚地限定 并且完全是机械的，然而用于零星步兵战士的仿真必须解决战士与包 括楼梯、岩石、门、武器和其它人的一般环境之间的交互。相关技术试图克服该问题，其中接口通常被分类成运动接口和手 接口的两个领域。由于人可以以大量的方式运动(例如向前、先后或斜 向行走、蹲下、单脚跳、爬楼梯、爬行、走过绷索、沿柱子滑下等)， 所以该方法将人当作在平面上移动的车辆来对待。最简单的运动型接口(例如来自犹他州盐湖城的Sarcos Research公司的Uniport)类似脚踏 车或单轮脚踏车，其中踩踏板使得用户能够在虚拟环境中前进或后退， 同时接口包括一些附加机构以进行转向。相反，复杂的运动接口包括大型的全向踏车(例如来自犹他州盐湖 城的Sarcos Research公司的Treadport)。这些踏车安装在可倾斜或沿任 何方向取向的运动平台上。通过使用允许正确地模拟惯性力的范围， 战士被定位在踏车的中心。该系统包括通常呈大屏幕形式(例如CAVE) 的显示器或头戴式显示器。接口的机械复杂性随战士能够沿着其运动的轴线的数量而急剧地 提高。Uniport较便宜，但运转基本如同脚踏车。另一方面，Treadport 能够支持沿X和Y轴并达到三十度倾斜的运动，但非常不实用和不经 济。手接口装置具有更多的市场商机。例如，马萨诸塞州的Woburn 的Sensable Technologies公司提供一种在CAD中使用的接口(称作 phantom)和医学仿真。加利福尼亚州的San Jose的Immersion公司提供 一种用于虚拟原型(virtual prototyping)的接口(称作CyberForce)。这两个系统都能够使用户通过少量空间而移动他们的一部分身体。在仿 真检测到用户与仿真对象相抵触的点处，接口施加表示接触的反向力。除这些系统的成本与复杂性之外，机器人力型反馈系统(robotic force type feedback system)受限制并且只能够施加系统能够产生的反 向力中的一小部分。由于硬件和/或软件微小的故障会导致施加最大的力，所以限制这些系统的机器马达以防止对用户的伤害。受限制的操 作防止系统施加足够的力来仿真虚拟环境中坚硬的、难以贯穿的表面。 换句话说，虚拟环境内的对象是"柔软的"。另外，各种接口装置与娱乐仿真、例如视频游戏一起应用。通常， 视频和计算机游戏的操作由处于就座或斜倚位置(例如在沙发、椅子、 地板上等)中的用户进行。因此，使用视频游戏趋向于减少用户进行的 运动量。缺乏足够的锻炼会导致增加超重人群乃至肥胖人群的人口。在试图克服关于娱乐仿真或视频游戏的前述问题中，相关技术提 供了利用具有虚拟环境的锻炼系统的各种系统。通常，等动力(isokinetic)和/或等压(isotonic)形式的锻炼包括通过选定的运动范 围在阻力作用下使用户的肌肉运动。等长锻炼包括由用户向对象施加 力，该对象极大地阻挡了由所施加力引起的运动，从而使得在施加力 的过程中用户的肌肉基本上是最小运动或没有运动。等长锻炼的简单 形式的实例包括推压固定表面(例如门框或墙壁)、试图拉开紧紧抓住的 手，或弯曲或折曲足够刚硬的钢条等。相关技术的计算机控制锻炼系统在公开号为WO 91/11221(Bond 等人)的国际公开中有所描述。计算机控制锻炼系统顺序地并且自动地 实现等动力、等压和等长锻炼，以在计算机与该患者进行交互以实现 期望的治疗的同时允许对其它患者的物理治疗。在一个实施例中，患 者身体的运动，例如患者肢体的提升或扭转转化成显示器上与其它奔 跑者竞赛的奔跑者。如果患者达到或超过锻炼目标，例如施加到锻炼 单元的多个重复或扭矩，则表示患者的奔跑者将与表示目标的其它奔 跑者不分上下或打败他们。此外，交互式视频锻炼系统(IVES)在1998年6月的第20届RESNA 年会的会议文件、Dang等人的"用于儿科脑损伤恢复的交互式视频锻 炼系统"中公开。该系统为儿科脑损伤患者提供仪表化的视频游戏增强锻炼程序，其中该系统包括等长试验设备、数据处理电路盒、和带有适合的游戏控制器的SUPER NES系统。等长试验设备包括第一负载 单元(load cell)，其刚性地安装到加紧椅子的两个后腿的金属横杆上。 高拉力的缆索和踝关节带(ankle band)将坐在椅子中的受治疗者的小 腿耦合至第一负载单元。第二负载单元安装在搁在地板上的两块铝板 之间。受治疗者的脚放在抵着脚跟的顶板上，并通过两根皮带固定。 受治疗者膝盖的等长伸展由第一负载单元来测量，而受治疗者的等长 踝关节背屈由第二负载单元来测量。来自任一负载单元的信号被发送 至数据处理盒，在那里数据被处理并与由电位计设定的可变阀值相比 较。当转换器信号超过阀值时，电压被传到适当的游戏控制器，由此 在游戏中执行选定的操作(例如右移、左移、上移、下移等)。结果，受 治疗者只能够通过进行某些等长锻炼来玩游戏。但是，相关技术的上述锻炼系统具有若干缺点。特别地，锻炼系 统与计算机之间的交互局限于显示器上的简单表示，该表示是基于实现设定目标的。因此，该锻炼系统不提供完全交互式虚拟现实环境(例 如，控制场景中的角色或对象以及与场景相关的其它特征的多种运动)。 此外，该系统通常不是与各种游戏或其它处理器，以及相关的"非定 制(off the shelf)"游戏或其它应用程序普遍兼容。这限制了可利用该 系统的应用。另外，该系统笨重并包括用于操作的各种部件，从而使 可移植性和在各种场所用于锻炼的使用复杂化。此外，前述IVES系统需要用于SUPERNES的游戏控制器，以适 于提供可操作的系统。因此，该系统通常不与各种游戏或其它处理器， 以及本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种等长锻炼系统，其用作为根据用户身体活动来操纵主机处理系统的虚拟现实场景的外围设备，该等长锻炼系统包括： 基座； 第一操纵装置，该第一操纵装置用于与用户的下半身部分接触并为该用户的下半身部分提供等长阻力，其中所述第一操纵装置被 固定至所述基座并接收由所述用户的下半身部分施加的力； 至少一个传感器，该至少一个传感器耦合至所述系统的选定的位置，以便测量由所述用户施加到所述系统的至少一个力，其中施加到所述第一操纵装置的所述力产生由至少一个传感器测量的可测量变形；以 及 控制单元，该控制单元便于操纵所述虚拟现实场景，其中所述控制单元耦合至所述至少一个传感器并且包括： 处理器，该处理器接收并处理与所述至少一个传感器所测量的施加力的信息相对应的数据，并将信息传送至所述主机处理系统，以根据所述用户 对所述系统的操纵来对所述虚拟现实场景进行控制。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普费尔德曼，彼得蔡，格雷格梅里尔，
申请(专利权)人：鲍尔格力德健身器材公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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