Беговой тренажер с интерфейсом виртуальной реальности Российский патент 2024 года по МПК A63B22/02 

Предлагаемое изобретение относится к области устройств для упражнений, специально предназначенных для регулирования деятельности сердечно-сосудистой системы, для тренировки быстроты или координации движений, в частности с подвижными бесконечными лентами, а также интерфейсом визуализации 3D (трехмерного) изображения, и может быть использовано для медицинской реабилитации (ортопедия, лечебная гимнастика), занятий спортом, отработки навыков и умений, игр, развлечений.

Существует довольно большое количество определений термина «виртуальная реальность», которые тем не менее, содержат в себе три общих момента: I) Виртуальная реальность представляет собой искусственно созданную цифровую многомерную среду; II) Виртуальная реальность воспринимается пользователем с помощью органов чувств в виде совокупности искусственно генерируемых, но приближенных к реальным сенсорных стимулов; III) Ответные реакции пользователя на сенсорные стимулы в значительной мере определяют то, что происходит в виртуальной реальности.

Спорными при определении термина «виртуальная реальность» являются моменты связанные с обязательностью режима реального времени (техническая возможность его достижения возникла относительно недавно, к тому же в отдельных применениях, например при изучении медленных или быстротекущих процессов время искусственно ускоряют или замедляют), эквивалентностью понятий «виртуальная реальность» и «искусственная действительность» (в отдельных случаях, особенно в играх, часто пользователю предоставляется возможность нарушать законы природы, например, летать или слышать звуки в космосе).

Для исключения путаницы в контексте заявки авторы оперируют термином «интерфейс виртуальной реальности», под которым понимают совокупность аппаратных и программных средств для формирования виртуальной реальности и поддержания ее нормального функционирования.

Целесообразность использования интерфейса виртуальной реальности в устройствах для медицинской реабилитации (ортопедия, лечебная гимнастика), занятий спортом, отработки навыков и умений, для игр и развлечений в основном связана с формированием сильных эмоциональных реакций (пользователь в определенной степени верит в действительность происходящего), но также важны более высокий уровень безопасности, экономичность, минимальный временной отклик, наличие обратной связи и возможность количественной многомерной оценки прогресса пользователя (как в заявленном изобретении).

По патенту на устройство RU 2784682 C1, МПК A63B 21/00, A63B 23/00, опубл. 29.11.2022 г. известна всенаправленная дорожка для виртуальной реальности, содержащая систему всенаправленного перемещения, представляющую собой крестовину, на которой установлено основание подложки круглой формы, на котором установлена скользкая подложка из фторопласта, выполненная плоской формы или в виде чаши с возможностью перемещения пользователя на 360 градусов на ней, три вертикальные стальные стойки с дугами, закрепленные с крестовиной, каждая из которых содержит механизм вертикального положения, состоящий из направляющей, с одной стороны которой установлена каретка с возможностью вертикального перемещения, а с другой – противовес, связанные между собой алюминиевым тросом, проходящим через ролик, расположенный сверху направляющей, при этом механизм изменения вертикального положения закрыт гофрой, систему фиксации и поворота пользователя на дорожке в виде алюминиевого кольца опоры, состоящего из внешнего усилителя кольца с проушинами, в котором установлены два кольца с выемками для подшипников, обеспечивающих вращение, малого кольца, на котором закреплены карабины шнуровки для фиксирования пояса пользователя, большого кольца, которое примыкает к внешнему усилителю кольца, и закрывающей накладки, и установленного на упомянутых каретках посредством труб, закрепленных в упомянутых проушинах, и систему позиционирования, включающую датчики, один из которых выполнен с возможностью съемного крепления, по меньшей мере, к ноге пользователя, расположенной на подложке системы всенаправленной перемещения, а другие - с возможностью съемного крепления, по меньшей мере, к руке пользователя и к голове, причем механизм изменения вертикального положения выполнен с возможностью фиксации, подъема и опускания алюминиевого кольца опоры. Известен вариант всенаправленной дорожки для виртуальной реальности в котором три вертикальные стойки содержат светодиодную подсветку. Техническим результатом использования всенаправленной дорожка для виртуальной реальности является возможность моделирования процесса спортивных тренировок, симуляций боевых действий, научно-исследовательских процессов на всенаправленной дорожке за счет создания симуляций любой локации и события, обеспечивая при этом эффект полного погружения пользователя в виртуальный мир в условиях ограниченного пространства имеющегося помещения для проведения симуляций, где в процессе реализации виртуальной модели, пользователь может свободно выбирать направление движения, скорость своего движения, а также осуществлять прыжки и приседания.

Недостатком всенаправленной дорожки для виртуальной реальности является низкая эффективность использования, вызванная отсутствием возможности количественной оценки, анализа (как в статике, так и в динамике) и последующей визуализации пространственных распределений давления, оказываемого ступнями пользователя на поверхность дорожки.

По патенту на устройство CN 213313146 U, МПК A63B 22/02, A63B 71/06, A63B 71/00, опубл. 01.06.2021 г. известна беговая дорожка для имитации бега на открытом воздухе, содержащая беговую платформу, панель и опору, причем опора соединена с беговой платформой и панелью, таким образом, что беговая платформа расположена внизу, а панель вверху, беговая платформа содержит беговое полотно и двигатель бегового полотна, двигатель бегового полотна сконфигурирован таким образом, что приводит в движение беговое полотно, панель содержит управляющий компьютер, вентилятор, монитор и акустическую систему, причем управляющий компьютер, монитор и акустическая система сконфигурированы таким образом, чтобы воспроизводить видеофайлы и аудиофайлы, вентилятор содержит двигатель вентилятора, крыльчатку и кожух, причем кожух защищает соосно соединенный с крыльчаткой двигатель, управляющий компьютер соединен с двигателем бегового полотна, двигателем вентилятора, монитором, акустической системой, таким образом, что предусмотрена синхронные работа двигателя вентилятора и воспроизведение видеофайлов, причем если рабочая скорость увеличивается, то автоматически увеличиваются скорость вращения вентилятора и частота смены картинки на мониторе (скорость воспроизведения видеофайла), если рабочая скорость уменьшается, то управляющий компьютер снижает скорость вращения вентилятора и частоту смены картинки на мониторе, видеофайлы предварительно сняты от первого лица, а аудиофайлы соответствуют акустической среде при беге на открытом воздухе. Известны варианты беговой дорожки для имитации бега на открытом воздухе в которых: высота беговой платформы находится в диапазоне от 0.8 до 2 метров; беговая платформа имеет изгиб на стороне, обращенной к пользователю, для направления воздушного потока; вентилятор представляет собой центробежный вентилятор. Техническим результатом использования беговой дорожки для имитации бега на открытом воздухе является повышение комфорта пользователя посредством имитации реальных условий бега в природной среде.

Недостатком беговой дорожки для имитации бега на открытом воздухе является низкая эффективность использования, вызванная отсутствием возможности количественной оценки, анализа (как в статике, так и в динамике) и последующей визуализации пространственных распределений давления, оказываемого ступнями пользователя на поверхность дорожки.

По патенту RU 2617972 C1, МПК G09B 19/00, опубл. 28.04.2017 г. известен тренажер оперативного и эксплуатационного персонала на основе моделей виртуальной реальности трансформаторной подстанции, содержащий персональный компьютер (в формуле изобретения по патенту RU 2617972 C1 указан в виде аббревиатуры «ПК») с машиночитаемым носителем, содержащим логическую часть тренажера и графическую трехмерную оболочку, подключенные к персональному компьютеру периферийные устройства для навигации в виртуальной среде, включающие шлем виртуальной реальности, инфракрасную камеру, джойстик, трекеры мелкой моторики и всенаправленную беговую дорожку, при этом логическая часть тренажера включает связанные между собой посредством локального программного транспортного интерфейса коммутационный модуль, выполненный с возможностью хранения информации о топологии электрической схемы энергообъекта, текущем состоянии элементов схемы, их расчетных характеристиках, анализа схемы с точки зрения правильности топологии при ее построении и отладке, модуль защиты, выполненный с возможностью анализа схемы сети на наличие неисправностей, модуль расчета режима, выполненный с возможностью расчета установившегося режима сети переменного тока моделируемого объекта, модуль оценки, выполненный с возможностью оценки сравнения выполняемых пользователем действий с последовательностью действий, содержащейся в бланке по оперативным переключениям. Вторым пунктом формулы изобретения по патенту RU 2617972 C1 является способ тренировки оперативного и эксплуатационного персонала трансформаторной подстанции, осуществляемый с помощью тренажера по первому пункту, характеризующийся тем, что включает этапы, на которых визуализируют на экране шлема виртуальной реальности, подключенного к персональному компьютеру, графическую трехмерную оболочку виртуальной подстанции, загруженной в персональный компьютер, принимают от логической части тренажера, загруженной в персональный компьютер, и отображают на экране шлема бланк по оперативным переключениям, осуществляют оперативные переключения органов управления в виртуальной среде посредством периферийных устройств управления, подключенных к персональному компьютеру, в соответствии с полученным бланком по оперативным переключениям, отслеживают посредством инфракрасных (в формуле изобретения по патенту RU 2617972 C1 указаны в виде аббревиатуры «ИК») камер изменение положения тела оператора, отслеживают посредством трекеров мелкой моторики изменения положения рук, информацию об изменениях положения тела, рук и об оперативных переключениях от трекеров положения и инфракрасной-камеры передают через протоколы взаимодействия в логическую часть тренажера, пересчитывают электрический режим схемы подстанции посредством встроенного в логическую часть тренажера математического алгоритма, после пересчета режима, данные о положении коммутационных аппаратов и показания приборов передают в графическую оболочку тренажера и отображают на экране шлема виртуальной реальности, отслеживают правильные и неправильные действия при совершении тренировки и оценивают их в баллах с соответствующими весовыми коэффициентами посредством логической части тренажера. Техническим результатом устройства и способа по патенту RU 2617972 C1 является повышение качества обучения персонала за счет обеспечения максимального приближения к реальным оперативным переключениям и условиям на энергообъекте. Предлагаемый тренажер позволяет моделировать реальное оборудование, проводить тренировки на моделях существующих электрических подстанциях, тренировки, связанные с проверкой рабочего места, осмотром состояния оборудования (например, визуальная проверка изоляторов на наличие сколов и трещин), а также тренировки, отражающие реальные временные затраты на перемещение по подстанции и совершение переключений, за счет наличия системы навигации и анализа действия пользователя в виртуальной среде.

Недостатком тренажера оперативного и эксплуатационного персонала на основе моделей виртуальной реальности трансформаторной подстанции является низкая эффективность использования, вызванная отсутствием возможности количественной оценки, анализа (как в статике, так и в динамике) и последующей визуализации пространственных распределений давления, оказываемого ступнями пользователя на поверхность дорожки.

Ближайшим аналогом (прототипом) разработанного бегового тренажера с интерфейсом виртуальной реальности является беговой тренажер с системой виртуальной реальности (патент RU 2696754 C1 на беговой тренажер с системой виртуальной реальности и способ его работы, МПК A63B 22/02, A63B 22/08, A63B 23/04, A63B 21/00, опубл. 05.08.2019 г.), включающий в себя беговую дорожку, вычислительное устройство, обеспечивающее визуализацию виртуальной реальности, систему управления, отличающийся тем, что беговая дорожка имеет по меньшей мере две степени свободы, включает привод вертикального канала и привод канала крена, при этом беговая дорожка выполнена с возможностью изменения наклона как в продольном, так и в поперечном направлении в зависимости от особенностей рельефа виртуальной трассы, за счет того, что управляющие сигналы подают напряжение на переднюю или заднюю пару толкающих приводов вертикального канала, если рельеф в виртуальной модели изменяется по перепаду высот, причем усилия на приводах вызывают поворот опорных рычагов, за счет чего внешняя силовая рама поднимает переднюю или заднюю свою часть, а также управляющие сигналы включают силовые реле в контуре крена и напряжение подается одновременно, но с обратной полярностью на правый и левый приводы канала крена, что приводит к вращению внутренней подвижной рамы, если в виртуальной модели рельеф меняется по кривизне поверхности в поперечном направлении. Вторым пунктом формулы изобретения по патенту RU 2696754 C1 является способ имитации перемещения в виртуальной реальности в процессе занятий на беговом тренажере, характеризующийся тем, что выбирают один из заданных режимов движения и виртуальную модель, после запуска выполнения виртуальной модели отслеживают положение пользователя, находящегося изначально в центральной части полотна беговой дорожки, в процессе реализации виртуальной модели изменяют угол наклона силовой рамы тренажера в продольном и поперечном направлениях в соответствии с изменением рельефа трассы виртуальной модели, при этом непрерывно отслеживают местоположение пользователя в заданной терминальной зоне в центре тренажера и в случае смещения пользователя за пределы этой зоны изменяют углы наклона силовой рамы и вращают подвижную раму, а также при необходимости изменяют скорость движения полотна таким образом, что, согласовывая с виртуальной моделью, приводят пользователя в заданную терминальную зону, после проведения коррекции система управления возвращает положение полотна дорожки в соответствие с рельефом виртуальной модели. Техническим результатом для устройства и способа является возможность моделирования процесса более эффективных тренировок на беговом тренажере за счет создания трасс любой сложности и протяженности, обеспечивая при этом эффект полного погружения пользователя в виртуальный мир в условиях ограниченного пространства имеющегося помещения для проведения тренировок.

Недостатком беговой тренажер с системой виртуальной реальности является низкая эффективность использования, вызванная отсутствием возможности количественной оценки, анализа (как в статике, так и в динамике) и последующей визуализации пространственных распределений давления, оказываемого ступнями пользователя на поверхность дорожки.

Технической задачей бегового тренажера с интерфейсом виртуальной реальности является повышение эффективности использования (в первую очередь в задачах медицинской реабилитации) за счет применения гибкой тонкопленочной матрицы датчиков давления (резистивных, пьезорезистивных, пьезоэлектрических) с абразивоустойчивым покрытием, тензометрического датчика, энергонезависимого немеханического запоминающего устройства, а также двух электродвигателей постоянного тока (первый для организации управляемого натяжения, второй – для организации движения управляемого бегового полотна).

Поставленная техническая задача достигается тем, что беговой тренажер с интерфейсом виртуальной реальности, как и устройство, которое является ближайшим аналогом включает в себя: беговую дорожку, имеющую по меньшей мере две степени свободы, вычислительное устройство, обеспечивающее визуализацию виртуальной реальности, систему управления, при этом в центре тренажера расположена терминальная зона, беговая дорожка, которая содержит внешнюю силовую раму, внутреннюю подвижную раму, привод вертикального канала, привод канала крена и беговое полотно, при этом система управления выполнена с возможностью корректирования скорости движения полотна, беговая дорожка выполнена с возможностью изменения наклона как в продольном, так и в поперечном направлении и в зависимости от особенностей рельефа виртуальной трассы, за счет подачи напряжения управляющими сигналами на переднюю или заднюю пару толкающих приводов вертикального канала, если рельеф в виртуальной модели изменяется по перепаду высот, при этом усилия на приводах вызывают поворот опорных рычагов, за счет чего внешняя силовая рама поднимает переднюю или заднюю свою часть, а также управляющие сигналы включают силовые реле в контуре крена и напряжение подается одновременно, но с обратной полярностью на правый и левый приводы канала крена, что приводит к вращению внутренней подвижной рамы, если в виртуальной модели рельеф меняется по кривизне поверхности в поперечном направлении.

Новым в разработанном беговом тренажере с интерфейсом виртуальной реальности является то, что на внутренней подвижной раме под беговым полотном расположена гибкая тонкопленочная матрица датчиков давления, причем одна ее сторона закреплена на внутренней подвижной раме, а вторая для защиты от истирания беговым полотном снабжена абразивоустойчивым покрытием, гибкая тонкопленочная матрица датчиков давления связана с вычислительным устройством, внутренняя подвижная рама содержит ведущий и ведомый вал, тензометрический датчик и два электродвигателя постоянного тока, первый из которых является коллекторным двигателем с возможностью использования для осуществления движения бегового полотна, а второй представляет собой шаговый двигатель для натяжение бегового полотна, при этом для передачи вращательного движения со шкива коллекторного двигателя на шкив ведущего вала используют поликлиновый ремень, а ведомому валу движение передается от бегового полотна, тензометрический датчик расположен в терминальной зоне тренажера, натяжение бегового полотна осуществлено относительно ведомого вала с использованием реечно-зубчатой передачи, электродвигатели постоянного тока и тензометрический датчик связаны с вычислительным устройством, которое в свою очередь связано с системой управления, вычислительное устройство содержит энергонезависимое немеханическое запоминающее устройство и выполнено с возможностью оценки натяжения полотна беговой дорожки на основе показаний тензометрического датчика, оценки распределения давления по подошвенным поверхностям стоп пользователя на основе данных от гибкой тонкопленочной матрицы датчиков давления, а также с возможностью установки пространственных распределений давлений по подошвенным поверхностям стоп в соответствие рельефу в виртуальной модели, натяжению полотна беговой дорожки, а также моменту времени подвергать полученные данные медицинскому статистическому анализу, сохранять и опционально визуализировать полученные данные и результаты вычислений на энергонезависимом немеханическом запоминающем устройстве в качестве многомерных количественных данных о прогрессе пользователя.

Отметим, что для штатного фунционирования разработанного бегового тренажера с интерфейсом виртуальной реальности система управления должнать быть сконфигурирована таким образом, чтобы обеспечить корректность работы тензометрического датчика и гибкой тонкопленочной матрицы датчиков давления, в частности не допускать изнашивающего и к тому же смазывающего результаты измерений проскальзывания плохо натянутого бегового полотна по абразивоустойчивому покрытию гибкой тонкопленочной матрицы датчиков давления и не допускать искажающего результаты измерений и к тому же изнашивающего ведущий и ведомый валы избыточного дифференциала между абразивоустойчивым покрытием гибкой тонкопленочной матрицы датчиков давления и чрезмерно натянутым беговым полотном.

Рассмотрим причинно-следственную связь поставленной технической задачи и конструктивных особенностей бегового тренажера с интерфейсом виртуальной реальности. Одним из базовых принципов современной медицины является ориентацию на дифференциальную диагностику (диагноз ставится методом исключения не подходящих по каким-либо признакам заболеваний со сходными симптомами). Дифференциальная диагностика, как правило, начинается с анамнеза (медицинский работник анализирует историю болезни, жалобы пациента и т.п.) и физического обследования (медицинский работник проводит осмотр), но очень большое значение, особенно в сложных случаях, имеют поддающиеся количественному анализ результаты дополнительной диагностики (результаты лабораторных анализов биологических жидкостей; форма биоэлектрических сигналов; характерные расположение, геометрия и гомогенность/гетерогенность анатомических структур на медицинских изображениях и т.п.). Применительно к задачам медицинской реабилитации кардиологических больных с использованием беговых тренажеров такими количественными данными могут служить результаты кардиопульмонального нагрузочного тестирования, которые довольно точно характеризуют состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем пациента. Заявленное изобретение, по сути представляет собой сходное по эффективности техническое решение по количественной оценке текущего состояния пациента (в контексте формулы изобретения «пользователя», т.к. возможные применения предлагаемого устройства не ограничиваются медицинской реабилитацией) и динамики его выздоровления для нужд ортопедии и лечебной гимнастики. Сочетание пространственного картирования распределения давления, оказываемого ступнями пользователя на поверхность дорожки с возможностью изменения угла наклона беговой дорожки как в продольном, так и в поперечном направлении для имитации пересеченной местности и использованием интерфейса виртуальной реальности (для более достоверной имитации рельефа) позволяет формировать и анализировать многомерные массивы биомедицинских данных о толерантности пациента к различным видами нагрузок. Например, моделируемый рельеф может представлять собой тонкую доску над пропастью. Соответственно, пользователь будет вынужден идти по линии, с частичным перераспределением давления стоп вдоль полотна беговой дорожки. К тому же, эмоциональное состояние пользователя будет способствовать проявлению скрытых симптомов. Другим примером, может быть имитация подъема (или спуска) с горы с частичным перераспределением давления, оказываемого стопами на матрицу датчиков давления в область пяточной кости (или фаланг пальцев). Это важно, поскольку повреждения связочного аппарата голеностопного сустава практически не проявляется при движении по ровной поверхности.

Сведения о пространственных распределений давления, оказываемого ступнями пользователя на поверхность дорожки могут быть полезны при подборе стелек и индивидуальной ортопедической обуви, и даже протезов нижних конечностей (предлагаемое техническое решение специально не разрабатывалось для этих случаев, но ограниченные применения в подобной сфере допустимы).

Важно отметить, что возможные применения бегового тренажера с интерфейсом виртуальной реальности не ограничиваются медицинской реабилитацией. Предлагаемое техническое решение можно использовать например, при занятиях спортом (отработка устойчивого положения спортсмена на поверхности, т.е. его боевой стойки), тренировках персонала предприятий (допустимо даже моделирование движения ползком на коленях при выходе из зоны чрезвычайной ситуации).

Беговой тренажер с интерфейсом виртуальной реальности был изготовлена из нержавеющей стали, в качестве вычислительного устройства использован микрокомпьютер «Raspberry Pi 4 Model B», интерфейс виртуальной реальности представлял собой комбинацию наголовного дисплея, трекера движения и базового модуля (в отдельных лабораторных экспериментах дополнительно использовались перчатки виртуальной реальности). Использовалось классическое по строению многослойное беговое полотно (рабочий слой из износостойкого поливинилхлорида, центральный синтетический слой и внутренняя скользящая поверхность), но без рифления на рабочем слое. В качестве гибкой тонкопленочной матрицы датчиков давления использовались два массива (каждый массив по 44 строки и 52 столбца) резистивных датчиков давления (размер каждого датчика 5x5 миллиметров, расстояние между датчиками 2 миллиметра) в тонкопленочном исполнении. Оба массива были объединены в единую детектирующую поверхность с 4576 датчиками давления. Для защиты гибкой тонкопленочной матрицы датчиков давления было использовано отверждаемое ультрафиолетовыми лучами абразивоустойчивое оптическое покрытие, аналогичное тому, что используется при производстве офтальмологических изделий, в частно наносится на внешнюю поверхность линз. Расстояние между абразивоустойчивым покрытием гибкой тонкопленочной матрицы датчиков давления и беговым полотном в конкретных реализациях составляло от 0.5 до 7 сантиметров, при этом наибольшей достоверности работы тензометрического датчика и от гибкой тонкопленочной матрицы датчиков давления удалось добиться при 2 см. В качестве тензометрического датчика натяжения полотна беговой дорожки использовался низкопрофильный датчик силы натяжение-сжатия с алюминиевым корпусом и преобразователем (результаты измерений опционально могут выводиться в виде величины приложенной деформирующей силы или абсолютного смещения).

Оценка эффективности предложенного технического решения выполнена посредством анализа результатов серии лабораторных экспериментов. При этом в качестве критерия оценки эффективности использования разработанного бегового тренажера с интерфейсом виртуальной реальности использовалась толерантность к физической нагрузке на примере 20 добровольцев. Соответственно 10 человек на протяжении двух месяцев шесть дней в неделю занимались по 30 минут с использованием устройства-прототипа, а 10 других с использованием устройства в соответствии с формулой изобретения. Причем и у первой и второй группы программа тренировок корректировалась каждые две недели (т.е. трижды за весь период имитируемой реабилитации: через 14, 28 и 42 дня после начала тренировок) в сотрудничестве с сертифицированными медицинскими работниками, исходя в первую очередь из их личного опыта, и с использованием всего набора данных, собираемых и анализируемых беговым тренажером с интерфейсом виртуальной реальности. У первой группы (тренировались с использованием устройства-прототипа) такие корректировки в основном базировались на субъективных данных о самочувствии добровольца и среднестатистических нормативах. А у второй группы, при корректировки программ тренировок медицинских работников заинтересовали и ими широко использовались картограммы давления, оказываемого ступнями пользователя на поверхность дорожки при выполнении различных упражнений и динамика изменения этих картограммы в процессе выработки толерантности к физической нагрузке.

Серия лабораторных экспериментов показала повышение эффективности использования разработанного бегового тренажера с интерфейсом виртуальной реальности в задачах медицинской реабилитации по меньшей мере на 27% по сравнению с прототипом, что свидетельствует о достижении поставленной технической задачи.

Предлагаемое изобретение относится к области устройств для упражнений, специально предназначенных для регулирования деятельности сердечно-сосудистой системы, для тренировки быстроты или координации движений, в частности с подвижными бесконечными лентами, а также интерфейсом визуализации 3D (трехмерного) изображения, и может быть использовано для медицинской реабилитации (ортопедия, лечебная гимнастика), занятий спортом, отработки навыков и умений, игр, развлечений. Технической задачей бегового тренажера с интерфейсом виртуальной реальности является повышение эффективности использования (в первую очередь в задачах медицинской реабилитации) за счет обеспечения возможности количественной оценки, анализа (как в статике, так и в динамике) и последующей визуализации пространственных распределений давления, оказываемого ступнями пользователя на поверхность дорожки. Поставленная техническая задача достигается за счет использования гибкой тонкопленочной матрицы датчиков давления (резистивных, пьезорезистивных, пьезоэлектрических) с абразивоустойчивым покрытием, тензометрического датчика, энергонезависимого немеханического запоминающего устройства, а также двух электродвигателей постоянного тока (первый для организации управляемого натяжения, второй – для организации движения управляемого бегового полотна). Серия лабораторных экспериментов показала повышение эффективности использования разработанного бегового тренажера с интерфейсом виртуальной реальности в задачах медицинской реабилитации по меньшей мере на 27% по сравнению с прототипом, что свидетельствует о достижении поставленной технической задачи.

Беговой тренажер с интерфейсом виртуальной реальности, включающий в себя беговую дорожку, имеющую по меньшей мере две степени свободы, вычислительное устройство, обеспечивающее визуализацию виртуальной реальности, систему управления, при этом в центре тренажера расположена терминальная зона, беговая дорожка, которая содержит внешнюю силовую раму, внутреннюю подвижную раму, привод вертикального канала, привод канала крена и беговое полотно, при этом система управления выполнена с возможностью корректирования скорости движения полотна, беговая дорожка выполнена с возможностью изменения наклона как в продольном, так и в поперечном направлении и в зависимости от особенностей рельефа виртуальной трассы, за счет подачи напряжения управляющими сигналами на переднюю или заднюю пару толкающих приводов вертикального канала, если рельеф в виртуальной модели изменяется по перепаду высот, при этом усилия на приводах вызывают поворот опорных рычагов, за счет чего внешняя силовая рама поднимает переднюю или заднюю свою часть, а также управляющие сигналы включают силовые реле в контуре крена и напряжение подается одновременно, но с обратной полярностью на правый и левый приводы канала крена, что приводит к вращению внутренней подвижной рамы, если в виртуальной модели рельеф меняется по кривизне поверхности в поперечном направлении, отличающийся тем, что на внутренней подвижной раме под беговым полотном расположена гибкая тонкопленочная матрица датчиков давления, причем одна ее сторона закреплена на внутренней подвижной раме, а вторая для защиты от истирания беговым полотном снабжена абразивоустойчивым покрытием, гибкая тонкопленочная матрица датчиков давления связана с вычислительным устройством, внутренняя подвижная рама содержит ведущий и ведомый валы, тензометрический датчик и два электродвигателя постоянного тока, первый из которых является коллекторным двигателем с возможностью использования для осуществления движения бегового полотна, а второй представляет собой шаговый двигатель для натяжение бегового полотна, при этом для передачи вращательного движения со шкива коллекторного двигателя на шкив ведущего вала используют поликлиновый ремень, а ведомому валу движение передается от бегового полотна, тензометрический датчик расположен в терминальной зоне тренажера, натяжение бегового полотна осуществлено относительно ведомого вала с использованием реечно-зубчатой передачи, электродвигатели постоянного тока и тензометрический датчик связаны с вычислительным устройством, которое в свою очередь связано с системой управления, вычислительное устройство содержит энергонезависимое немеханическое запоминающее устройство и выполнено с возможностью оценки натяжения полотна беговой дорожки на основе показаний тензометрического датчика, оценки распределения давления по подошвенным поверхностям стоп пользователя на основе данных от гибкой тонкопленочной матрицы датчиков давления, а также с возможностью установки пространственных распределений давлений по подошвенным поверхностям стоп в соответствие рельефу в виртуальной модели, натяжению полотна беговой дорожки, а также моменту времени подвергать полученные данные медицинскому статистическому анализу, сохранять и опционально визуализировать полученные данные и результаты вычислений на энергонезависимом немеханическом запоминающем устройстве в качестве многомерных количественных данных о прогрессе пользователя.