AT408586B - Steuereinrichtung eines gerätes mit einem oder mehreren armen und ein computer - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf eine Kombination eines Gerätes mit einer Steuereinrichtung, wie z. B Steuerknüppel bzw. Steuerhorn oder Lenker, und einem Computer. Dieses Gerät und der Computer waren normalerweise nicht von vorneherein in Beziehung gesetzt, sollen aber von einer Person gleichzeitig gesteuert bzw. bedient werden. Dazu müsste die Person eine Hand von einem der Handgriffe der Steuereinrichtung nehmen, um damit das Cursorsteuerungsinstrument des Computers zu bedienen. Damit wäre aber die Funktion der Steuereinrichtung bzw. die Sicherheit des Benutzers nicht mehr voll gewährleistet. Diese Erfindung soll die Funktion des Cursorsteuerungsinstruments in die Steuereinrichtung integrieren und damit die gleichzeitige Handhabung der Steuereinrichtung und der Cursorsteuerung ermöglichen. 



   Interaktive Computerprogramme, wie sie z. B. als Web-Browser, Computer- und Videospiele, aber auch viele andere Programme mit graphischer Benutzeroberfläche bekannt sind, aber auch speziell für die Anwendung dieser Erfindung entwickelt werden können, benötigen zur Steuerung ihrer Funktion über eine graphische Benutzeroberfläche ein für die Cursorsteuerung geeignetes Cursorsteuerungsinstrument, wie z. B. eine Maus, einen Trackerball, einen Joystick, usw Der Mehrzahl dieser Cursorsteuerungsinstrumente ist gemeinsam, dass sie eine entsprechende Unterlage und Platz benötigen, aber auch insbesondere eine Hand allein zur Bedienung dediziert eingesetzt werden muss. 



   Im Zusammenhang mit Trainingsgeräten ist es beispielsweise aus der US-PS 5 690 582 bereits bekannt geworden, gleichzeitig mit dem Treten der Pedale eines Trainingsfahrrades auch einen Computer entsprechend zu bedienen, wofür eine speziell ausgebildete Form der Eingabe für die Cursorsteuerung in Form von schwenkbaren und drehbaren Handgriffen vorgesehen ist. Insbesondere bei derartigen Trainingsgeräten ist es aber nun erforderlich, eine entsprechende, für das Training geeignete Haltung einzunehmen und im Falle von Trainingsfahrrädern ist zu diesem Zwecke zumeist ein starrer Lenker vorgesehen, auf welchem das Körpergewicht über die Arme und Handgriffe abgestützt werden kann, wobei gleichzeitig die korrekte Position eingenommen wird.

   Wenn nun, wie beispielsweise in der US-PS 4 512 567 vorgeschlagen, der Lenker eines derartigen Gerätes tatsächlich beweglich sein muss, um Steuerbefehle für ein Videospiel abzuleiten und beispielsweise durch Verschwenken um eine horizontale oder um eine vertikale Achse entsprechende Verstellungen eines Potentiometers zu bewirken, setzt dies voraus, dass der Lenker selbst beweglich ist. Ein derartiger Lenker kann das Körpergewicht einer Trainingsperson nun nicht mehr aufnehmen und unterliegt beim Training einer Reihe von mehr oder weniger kontrollierten Bewegungen des Körpers, so dass eine exakte Steuerung des Cursors bei gleichzeitigem Betätigen der Pedale kaum möglich erscheint.

   Eine derartige Ausbildung ist daher für die gewünschte Trainingsfunktion nur bedingt brauchbar, da die gleichzeitig einen Computer bedienende Person in der Regel ihren Pedalrhythmus und ihre Körperhaltung pausenlos verändert, da ja der Lenker in diesem Falle beweglich ausgebildet ist
Die Erfindung zielt nun darauf ab, mindestens einen Arm, das heisst den Bereich der Steuereinrichtung, an dem der Handgriff angebracht sein kann und den daran anschliessenden Teil, in geeigneter Weise auszubilden, damit gleichzeitig die ursprüngliche Steuerfunktion im Rahmen dieses Gerätes und die Funktion des Cursorsteuerungsinstruments, nämlich die Steuerung von Eingaben für einen Computer, ermöglicht wird. Es soll somit eine Integration der Cursorsteuerung in ein solches Gerät geschaffen werden. 



   Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemässe Ausbildung im wesentlichen dann, dass im Bereich wenigstens eines Arms der Steuereinrichtung ein Sensor oder mehrere Sensoren für die Erfassung von Biegemomenten sowie wenigstens eine Betätigungstaste angebracht werden und, dass die Sensoren unter Zwischenschaltung einer Steuerlogik, äquivalent einer Mauslogik, mit einer Schnittstelle des Computers verbunden werden. 



   Es ist für die Funktion der Erfindung nicht notwendig, einen Bereich des Armes besonders zu gestalten, um eine leichtere Verbiegung durch die mit der Hand ausgeübten Kräfte zu ermöglichen, da Sensoren von genügender Empfindlichkeit zur Verfügung stehen, um bei normaler, konstruktionsbedingter Steifigkeit des Arms bereits durch mit einer Hand   auszuübende   Kräfte auswertbare Messgrössen zu erzielen. 



   Dadurch, dass an wenigstens einem Arm der Steuereinrichtung Sensoren für die Erfassung von Biegemomenten sowie wenigstens eine Betätigungstaste zusätzlich angebracht werden, kann die Steuereinrichtung ihre ursprüngliche Funktion unverändert gewährleisten, wobei lediglich eine 

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 zusätzliche Kraft aufgewandt werden muss, um ein bestimmtes Biegemoment zu erzeugen, weiches letztlich der Cursorsteuerung dient. Das Biegemoment kann hierbei in zwei im rechten Winkel zueinander stehende Richtungsachsen zerlegt und dann zweiachsig erfasst werden, so dass mit den an einem Arm angebrachten Sensoren der Cursor sowohl in Richtung der   X- als   auch der Y-Achse des Bildschirmes gesteuert werden kann, wobei die Betätigungstaste die jeweils gewünschte Eingabe durch Emulation des Mausklicks ermöglicht. 



   Die Auswertung des Biegemomentes kann in der Art und Weise erfolgen, dass eine gleichzeitige Bewegung des Cursors am Bildschirm in der X- und der Y-Achse erfolgen kann, daher kann der Cursor in jede beliebige Richtung bewegt werden. 



   Die räumliche Anordnung der beiden Richtungsachsen, welche mit Hilfe der Sensoren für die Erfassung des Biegemomentes eines Armes jeweils ausgewertet werden und damit für die Cursorsteuerung herangezogen werden, kann hierbei durch entsprechende Anordnung der Sensoren an zumindest einem Arm der Steuereinrichtung entsprechend den Bedürfnissen eingerichtet werden. 



  Unter Zwischenschaltung einer Steuerlogik, insbesondere einer Mauslogik, werden die Sensoren mit einer Schnittstelle des Computers verbunden. Für die Erfassung dieser Biegemomente können die Sensoren so angeordnet werden, dass sie diejenigen Biegemomente, welche beim funktionsgemässen Betätigen der Steuereinrichtung auftreten, nicht erfassen und lediglich zwei andere Richtungsachsen für die Cursorsteuerung heranziehen. 



   Mit Vorteil wird die Anordnung der Sensoren so getroffen, dass sie jeweils als Dehnungsmessstreifenpaare für die Erfassung von Biegemomenten in zwei voneinander und von der Richtung der Achse des Armes verschiedenen Richtungen ausgebildet sind, wodurch eine derartige Cursorsteuerung durch Aufbringen entsprechender Kräfte auf den Arm in einfacher Weise gelingt. 



   Im Falle der Anordnung von Sensoren lediglich an einem Arm einer Seite einer Steuereinrichtung mit insgesamt zwei Handgriffen ist es somit von besonderem Vorteil, dass diese Sensoren die Erfassung von Biegemomenten in zwei voneinander und von der Richtung der Achse des Lenkerarmes verschiedenen Richtungsachsen ermöglichen. 



   Genauso kann aber mit Vorteil die Ausbildung so getroffen sein, dass an beiden Armen einer Steuereinrichtung mit zwei Handgriffen Sensoren angeordnet sind, deren Signale über eine Filterschaltung   und / oder   eine Koinzidenzschaltung bzw. einen Komparator mit der Schnittstelle des Computers verbunden sind.

   Bei einer derartigen Ausbildung gelingt es zusätzlich durch einfache elektronische Schaltungsanordnungen, wie beispielsweise eine Filterschaltung   und / oder   eine Koinzidenzschaltung bzw. einen Komparator, diejenigen Signale der Sensoren zu eliminieren, welche in den Sensoren auf beiden Seiten gleichzeitig auftreten, da in diesem Falle davon ausgegangen werden kann, dass derartige Signale auf die Bewegung des Körpers bei der Bewegung der Steuereinrichtung des Geräts insgesamt zurückzuführen sind und nicht als beabsichtigte Cursorsteuersignale für die Verstellung der Cursorposition gedacht sind.

   Gleichzeitig kann bei einer derartigen Ausbildung den Sensoren eines Armes die Verstellung des Cursors in der Y-Achse und den Sensoren des anderen Armes die Verstellung des Cursors in der X-Achse zugeordnet werden, woraus sich ergibt, dass für die Cursorsteuerung sowohl die linke Hand als auch die rechte Hand herangezogen werden. Andererseits ermöglicht aber eine derartige Ausbildung eine besonders effiziente Ausschaltung von nicht gewünschten Signalen, welche nicht für die Cursorsteuerung herangezogen werden sollen. 



   In besonders vorteilhafter Weise kann eine Nullstellung bzw. Ausgangsstellung oder Zentrierung des Cursors am Bildschirm nach Einnahme der richtigen Position und Abstützung des Körpers an der Steuereinrichtung dadurch erreicht werden, dass ein Schalter oder Taster für die Kalibrierung der Mittenlage des Cursors unter eventueller mechanischer Belastung der Steuereinrichtung vorgesehen ist. 



   Für die Eingabe ist es sinnvoll, wenigstens eine Taste zur Auslösung eines Mausklicks vorzusehen, wobei naturgemäss bei Anordnung von Sensoren zu beiden Seiten der Steuereinrichtung auch mehrere derartiger Tasten oder Schalter äquivalent zu den verschiedenen Maustasten angeordnet sein können. Die Anordnung dieser Taste oder Tasten kann leicht so getroffen werden, dass die korrekte Position der Hand oder der Hände an der Steuereinrichtung nicht beeinträchtigt ist und der Mausklick jederzeit leicht ausgelöst werden kann. 



   Wie bereits erwähnt, kann bei Anordnung von Sensoren zu beiden Seiten der Steuereinrichtung jeder der beiden Sensoren zur Erfassung unterschiedlicher Bewegungen des Cursors in 

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 verschiedene Richtungen geschaltet sein. Prinzipiell können hierbei die Sensoren eines Armes eine Verschiebung in der Y-Achse des Bildschirms und der Sensoren des anderen Armes eine Verschiebung in der X-Achse des Bildschirms bewirken, wobei zur ergonomischen Erleichterung der Bedienung die jeweils voneinander verschiedenen Achsen der Bildschirmbewegung des Cursors auch durch voneinander verschiedene Richtungsachsen der Betätigung der Sensoren erreicht werden können.

   Mit Vorteil ist daher die Ausbildung so getroffen, dass bel Anordnung von Sensoren zu beiden Seiten der Steuereinrichtung diese Sensoren zur Erfassung von Biegemomenten in voneinander verschiedenen Richtungen geschaltet sind. 



   Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles eines Trainingsfahrrades näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Steuereinrichtung - in diesem Fall ein Lenker mit Handgriffen-in schematischer Darstellung und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 

Claims (6)

1. In Fig. 1 ist ein Lenker 1 ersichtlich, welcher im Falle von Fahrrädern in der Regel um eine Achse 2 verschwenkt wird, um das Fahrrad zu lenken. Im Falle eines Trainingsfahrrades ist die Schwenkbarkeit um die Achse 2 in aller Regel blockiert, so dass nach dem Ergreifen der Handgriffe 3 und 4 eine Abstützung des Körpers am Lenker erfolgen kann und gleichzeitig die Pedale, welche in Fig. 1 der übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind, betätigt werden können. Mit 5 ist der Bildschirm und die Hardware eines Computers angedeutet. In den Computer wird ein entsprechendes interaktives Programm geladen. Die entsprechende Schnittstelle des Computers wird über ein Interface 6 mit Sensoren 7 und 8 sowie Tastern 9 und 10 an den Armen 18 und 19 verbunden. Wie insbesondere im Schnitt nach Fig.

2 ersichtlich, sind die Sensoren 7 und 8 für die Erfassung von Biegemomenten vorgesehen. Beispielsweise sind die Sensoren als Dehnungsmessstreifen 11,12, 13 und 14 ausgebildet, welche durch entsprechende Brückenschaltung eine Erfassung von Biegemomenten in zwei voneinander verschiedenen Richtungsachsen normal zur Achse des Handgriffs ermöglichen. Durch Verschwenken des Handgriffes in Richtung des Doppelpfeiles 15 oder durch Verschwenken des Handgriffes in Richtung des Doppelpfeiles 16 werden entsprechende Signale generiert, welche nach Auswertung durch die Interfaceschaltung die entsprechende Bewegung des Cursors am Bildschirm 5 des Computers ermöglichen. Die Interfaceschaltung 6 ist hierbei als Koinzidenzschaltung ausgebildet, so dass Biegemomente, welche an beiden Handgriffen 4 und 3 in im wesentlichen identischer Weise aufgebracht werden, ausgefiltert werden können und lediglich diejenigen Signale an den Computer bzw. den Bildschirm 5 weitergeleitet werden, welche einer willkürlichen Beeinflussung des Cursors entsprechen. Die zweiachsige Erfassung der Biegemomente durch Kraftanwendung in Richtung des Doppelpfeiles 15 oder des Doppelpfeiles 16 erlaubt es, eine neue Position des Cursors am Bildschirm 5 einzustellen, worauf diese Position durch eine der beiden Tasten 9 bzw. 10 als Emulation eines Mausklicks bestätigt werden kann. Einer dieser Taster oder ein weiterer Taster kann aber auch so geschaltet sein, dass zu Beginn, d. h. nach dem Einnehmen der korrekten Sitzposition am Trainingsfahrrad, der Cursor in eine Mittenlage am Bildschirm bereits unter mechanischer Belastung des Lenkers gebracht wird. Die beiden Sensoren 7 und 8 können so geschaltet sein, dass jeweils Biegemomente in voneinander verschiedenen Richtungen erfasst werden, so dass beispielsweise mit den linken Sensoren 7 eine Verschiebung des Cursors in der Y-Achse am Bildschirm und mit den rechten Sensoren 8 eine Verschiebung des Cursors In der X-Achse am Bildschirm bewirkt wird. In diesem Fall kann, beispielsweise durch eine Verschwenkung des Griffes 4 in Richtung des Doppelpfeiles 15 eine Verschiebung des Cursors auf der Y-Achse am Bildschirm und durch Verschwenkung des Handgriffes 3 in Richtung des Doppelpfeiles 17 eine Verschiebung des Cursors in Richtung der X-Achse am Bildschirm bewirkt werden. Die im folgenden verwendeten Ausdrücke sollen folgende Bedeutung haben : Gerät : Einheit mechanischer und/oder elektrischer Elemente, welche einem bestimm- ten Zweck dienen wie z. B. Fluggerät, Trainingsgerät, usw. Ein solches Gerät wird über eine Steuereinrichtung wie z. B. Steuerknüppel, Steuerhorn oder Len- ker, zur Erreichung des Einsatzzweckes von einem Benutzer gesteuert und/ oder diese Steuereinrichtung, insbesondere ein Lenker, unterstützt den Benutzer dabei, die erforderliche Körperhaltung einzunehmen. <Desc/Clms Page number 4> EMI4.1 hen. Steuerknüppel : An einem Gelenk an einem Ende um zwei Drehachsen beweglich befestigter Stab, dessen über einen am freien Ende durch eine Hand vom Benutzer mitge- teilte Bewegungen als Steuerinformationen dem Gerät übertragen werden. Lenker : An einem Gelenk um eine Drehachse in seiner Mitte beweglich befestigter nor- malerweise symmetrisch geformtes Rohr oder Stab, an dessen beiden Enden Handgriffe sein können. Durch Hände des Benutzers an den beiden Handgriffen mitgeteilte Bewegungen um die Drehachse werden als Steuerinformationen dem Gerät übertragen. In einem Sonderfall ist der Lenker starr montiert und dient da- zu, die erforderliche Körperhaltung des Benutzers zu gewährleisten bzw. die Hände abzustützen. Steuerhorn : An einem Gelenk an einem Ende um zwei Drehachsen beweglich befestigter Stab, an dessen freien Ende ein Lenker drehbar gelagert ist. Durch die Hände an den beiden Enden des Lenkers vom Benutzer in den verschiedenen Freiheits- graden mitgeteilte Bewegungen werden als Steuerinformationen dem Gerät übertragen. Arm : Jenes Ende des Stabes einer Steuereinrichtung wie Steuerknüppel, Steuerhorn oder Lenker, welches vom Gelenk oder der Drehachse entfernt liegt. Hier kann ein Handgriff angebracht sein. Eine Steuereinrichtung kann auch mehr als ein freies Ende und damit Arme haben. Für die Zwecke dieser Erfindung sind an diesem Arm ein Sensor oder mehrere Sensoren und Tasten bzw. Schalter zweckentsprechend angebracht. Computer : Eine frei programmierbare EDV-Anlage mit einem Betriebssystem mit graphi- scher Benutzeroberfläche (z. B. Windows) und einem Bildschirm. Die Programm- und Eingabefunktionen sind u. a. durch Bewegungen eines Cursors und Tasten- betätigungen, welche von einer Cursorsteuerung über eine Schnittstelle einge- geben werden, steuerbar. Dies wird oft mit einer Computer-Maus erreicht. Cursorsteuerungsinstrument : Ein für die Kontrolle der Bewegung eines Cursors d. h. der Cur- sorsteuerung auf einem Bildschirm geeignetes Eingabegerät mit typischerweise zwei Freiheitsgraden und zumindest einer Taste, welche den'Mausklick'auslöst, wie z. B. eine Computer-Maus, ein Trackerball, ein Joystick, usw. Im Normalfall ist für die Bedienung eines solchen Eingabegeräts eine Hand dediziert not- wendig ; man kann solange das Cursorsteuerungsinstrument betätigt wird, nichts anderes mit dieser Hand machen. PATENTANSPRÜCHE : 1. Steuereinrichtung eines Gerätes mit einem oder mehreren Armen und ein Computer mit Bildschirm und Programm mit graphischer Benutzeroberfläche, dessen Funktionen durch Bewegung eines Cursors und Betätigen von Tasten oder dgl. über eine Schnittstelle steu- erbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung an wenigstens einem Arm (18,19), Sensoren (7,8) für die Er- fassung von Biegemomenten sowie wenigstens eine Betätigungstaste (9,10) auf- weist und die Sensoren (7,8) unter Zwischenschaltung einer Steuerlogik, insbesondere einer Mauslogik, mit einer Schnittstelle (6) des Computers (5) verbunden sind, um den Cursor zu steuern bzw. Programmeingaben zu bewerkstelligen. 2. Steuereinrichtung eines Gerätes mit einem oder mehreren Armen nach Anspruch 1, da- durch gekennzeichnet, dass die Sensoren (7,8) als Anordnung von Dehnungsmessstreifen (11,12, 13,14) oder Dehnungsmessstreifenpaaren für die Erfassung von Biegemomenten in zwei voneinander und von der Richtung der Achse des Armes (18,19) verschiedenen Richtungen ausgebildet sind. <Desc/Clms Page number 5>

3. Steuereinrichtung eines Gerätes mit einem oder mehreren Armen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten der Steuereinrichtung Sensoren (7,8) an- geordnet sind, deren Signale über eine Filterschaltung und / oder eine Koinzidenzschal- tung bzw. einen Komparator mit der Schnittstelle (6) des Computers (5) verbunden sind.

4. Steuereinrichtung eines Gerätes mit einem oder mehreren Armen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalter oder Taster für die Kalibrierung der Mittenlage des Cursors unter mechanischer Belastung der Steuereinrichtung vorgesehen ist.

5. Steuereinrichtung eines Gerätes mit einem oder mehreren Armen nach einem der Ansprü- che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Arm (18,19) wenigstens eine Betätigungs- taste (9,10) angeordnet ist, deren Abstand vom freien Ende des Handgriffs (3,4) zwi- schen 5 und 20 cm beträgt.

6. Steuereinrichtung eines Gerätes mit einem oder mehreren Armen nach einem der Anspru- che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung von Sensoren (7,8) zu beiden Seiten der Steuereinrichtung diese Sensoren (7,8) zur Erfassung von Biegemomenten In voneinander verschiedenen räumliche Richtungen geschaltet sind.