DE102004049938A1 - Object`s e.g. motor saw, haptic perceptible vibration simulating device, has evaluation and control unit to control actuator unit and vibration actuator, which generates oscillation forms or vibrations, based on signals produced by sensor - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches Gebiettechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Simulation haptisch wahrnehmbarer Vibrationen eines Objektes.The The invention relates to a device and a method for the simulation of haptic perceptible vibrations of an object.
Bei der Entwicklung und Neukonstruktion technischer Kleingeräte, die portabel ausgebildet und für den Handbetrieb vorgesehen sind, wie bspw. Bohrmaschinen, Schleifgeräte, Motorsägen, um nur einige zu nennen, die sowohl für den privaten als auch für den professionellen Einsatzbereich konzipiert sind, spielt neben den technisch funktionellen Eigenschaften der Geräte auch und insbesondere das durch das Design des Gehäuses bedingte äußere Erscheinungsbild eine entscheidende Rolle, die zweifelsohne nicht zuletzt auch einen großen Einfluss auf die Kaufentscheidung hat. Eingedenk dieser Tatsache werden große Anstrengungen und Aufwendungen in Kauf genommen, das entsprechende Gehäusedesign sowohl unter funktionellen Aspekten sowie auch unter Aspekten der geschmacklichen Akzeptanz durch das jeweilige Zielpublikum zu wählen. Bei der Festlegung eines speziellen Gehäusedesigns gilt es jedoch neben dem rein äußeren Erscheinungsbild, das einer optischen Beurteilung eines Käuferpublikums standhalten muss, auch die Gehäuseergonomie zu berücksichtigen, letztere wird von einem Benutzer des Kleingerätes über die haptischen Wahrnehmungssinne wahrgenommen, die sich aus dem Temperatur-, Schmerzempfinden, der taktilen Wahrnehmung sowie den Haltungssinnen (Stellung, Bewegung, Gleichgewicht, Kraft) zusammensetzen.at the development and redesign of small technical devices that portable and designed for the manual operation are provided, such as. Drills, grinders, chainsaws to just to name a few, both for the private and for the professional Are designed in addition to the technical functional characteristics the devices also and in particular the external appearance due to the design of the housing a crucial role, which undoubtedly not least also one huge Has an influence on the purchase decision. Mindful of this fact be great Efforts and expenses accepted, the corresponding housing design both from a functional point of view as well as under aspects of taste acceptance by the respective target audience. at However, the definition of a special housing design, it applies next the purely external appearance, which must withstand a visual assessment of a buyer's audience, also the housing ergonomics to take into account the latter is used by a user of the small appliance via the haptic perception senses perceived, arising from the temperature, pain, the tactile perception as well as the attitudes (position, movement, Balance, strength).
Durch das taktile Wahrnehmungsvermögen können bei Berührungen von Objekten, vorzugsweise mit der Hand, Oberflächenstrukturen, Rauhigkeit sowie auch Vibrationen erfasst werden. Insbesondere das Vermögen Vibrationen höchst sensitiv zu erfassen, verleiht der Frage nach den sog. vibro-taktilen Eigenschaften Hand getragener motorisch angetriebener Kleingeräte eine große Bedeutung.By the tactile perception can be at touches of objects, preferably by hand, surface texture, roughness as well also vibrations are detected. In particular, the assets vibration maximum sensitive to the question, gives the question of the so-called vibro-tactile Features Hand carried powered small appliances one size Importance.
Die vibro-taktilen Eigenschaften von in Betrieb befindlichen motorisch angetriebenen Kleingeräten bestimmen sich durch die im Gerät auftretenden mechanischen Schwingungsfrequenzen, den zugehörigen Schwingungsamplituden sowie der zugehörigen Wellenform bspw. in Form einer Rechtecks-, Sinus- oder Sägezahnschwingung.The vibro-tactile characteristics of powered motor powered small appliances determine themselves by the in the device occurring mechanical vibration frequencies, the associated vibration amplitudes and the associated Waveform, for example, in the form of a rectangular, sinusoidal or sawtooth wave.
Zwar werden in an sich bekannter Weise beim Entwurf und der Designauslegung von Gehäuseprototypen handgetragener, angetriebener Kleingeräte Aspekte der Geräteergonomie überprüft, wie bspw. das Gewicht, auftretende Kräfte und Momente, die bei der Handhabung des Prototypens gewichtsbedingt entstehen, sowie die Größe und Lage der Griffe und Schalter sowie deren Erreichbarkeit und Bedienbarkeit, doch lassen sich die vibro-taktilen Eigenschaften mit den heutigen Mitteln kaum oder überhaupt nicht überprüfen. Eine derartige Überprüfbarkeit würde eine vibro-taktile Mensch-Maschine-Schnittstelle voraussetzen, anhand derer die betriebsbedingten Schwingungseigenschaften und ihre unmittelbaren Auswirkungen auf das taktile Wahrnehmungsvermögen eines jeweiligen Benutzers untersucht werden können. Im Rahmen derartiger Untersuchungen können bspw. Kombinationen von Schwingungsfrequenzen und Amplituden aufgefunden werden, die äußerst störend durch den Benutzer wahrgenommen werden können, wodurch letztlich die Akzeptanz eines derartigen Produktes auf dem Markt entscheidend beeinträchtigt werden kann.Though are used in a manner known per se in the design and the design interpretation of housing prototypes hand-held, powered small appliances aspects of the device ergonomics checked, such as. the weight, occurring forces and moments that are weight-related in handling the prototype arise, as well as the size and location the handles and switches as well as their accessibility and operability, but the vibro-tactile properties can be compared with today's Means barely or at all do not check. A such verifiability would one presuppose vibro-tactile man-machine interface, based those of the operational vibration characteristics and their immediate ones Effects on the tactile perception of a given user can be examined. In the context of such investigations, for example, combinations of vibration frequencies and amplitudes are found which are extremely disturbing perceived by the user can be ultimately, the acceptance of such a product on the market decisively impaired can be.
Trotz ihrer augenscheinlichen Relevanz existieren derzeit keine Mensch-Maschine-Schnittstellen, die die Auswirkungen mechanischer Erregungen, die durch das Kleingerät und den an diesem vorgesehenen Griffen auf den Benutzer übertragen werden, darstellen können.In spite of their apparent relevance, there are currently no human-machine interfaces that the effects of mechanical excitations caused by the small appliance and the be transmitted to the user at this intended handles represent can.
Durchaus bekannt sind matrixförmig ausgebildete taktil wahrnehmbare Nadel-Displays zur Darstellung von Symbolen bspw. der Blindenschrift, die mit den Fingern ertastbar sind. Weiterbildungen derartiger matrixförmiger taktiler Displays, die sich derzeit im Forschungsstadium befinden, zielen auf die variable, digitale Gestaltung von Oberflächenstrukturen ab, die gleichfalls mit den Fingern ertastet werden können.absolutely are known matrix trained tactile perceptible needle displays for displaying symbols For example, the Braille, which are palpable with your fingers. further developments such matrix-shaped tactile displays currently in the research stage, aim at the variable, digital design of surface structures which can also be felt with the fingers.
Eine weitere grundsätzliche Alternative für eine Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Erfassung taktiler Vibrationsreize stellen Vibrationsaktuatoren als Zusatzausstattung zu Datenhandschuhen dar, letztere dienen lediglich der Erfassung der Gelenkstellungen der Hand sowie der Finger, wobei die längs der Finger angebrachten Vibrationsaktuatoren, bestehend aus Elektromotörchen mit Exzentern, lediglich unterschiedlich schnell betrieben werden können, also unterschiedliche Frequenzen ausgeben. Amplituden und Wellenformen sind nicht einstellbar.A more fundamental Alternative for one Human-machine interface for detecting tactile vibration stimuli provide vibration actuators as an accessory to data gloves The latter are merely for detecting the joint positions the hand as well as the finger, whereby the along the fingers attached Vibrating actuators, consisting of electric motors with eccentrics, only can be operated at different speeds, ie different Spend frequencies. Amplitudes and waveforms are not adjustable.
Auch existieren sog. haptische Mensch-Maschine-Schnittstellen, mit denen entweder durch eine künstliche Ansteuerkinematik, in Form eines sog. Außen- bzw. Exo-Skelettes Bewegungsvorgänge ganzheitlich oder lediglich in Teilbereichen auf den menschlichen Körper übertragen werden können, oder mit denen andererseits in Form sog. kraftausgebender Gelenkarmsysteme objektabhängige Kräfte bspw. bei manueller Betätigung auf die menschliche Hand ausgegeben werden können. Derartige kraftausgebende Gelenkarmsysteme werden bspw. bei Teleoperationen eingesetzt und dienen zum taktilen Nachempfinden eines mikrochirurgischen Eingriffes im Wege einer chirurgischen Operation, die an einem getrennten Ort vom Operateur durchgeführt wird. Ebenso ermöglichen derartige Gelenkarmsysteme die Ausführung von Experimenten oder Vorgängen an einem extraterrestrischen Ort, wie bspw. in einem erdumlaufenden Labor, bspw. die Weltraumstation ISS, von einem erdgebundenen Standort aus, wobei dem Benutzer die am Ort der Manipulation auftretenden Momente und Kräfte durch das kraftausgebende Gelenkarmsystem simuliert wiedergegeben werden.Also exist so-called haptic man-machine interfaces with which either by an artificial Ansteuerkinematik, in the form of a so-called. External or exo-skeletal movement processes holistic or only in partial areas on the human body can be transmitted, or with those on the other hand in Form so-called force-releasing Gelenkarmsysteme object-dependent forces can be output, for example. With manual operation on the human hand. Such force-releasing Gelenkarmsysteme be used, for example, in teleoperations and are used for tactile Recognition of a microsurgical procedure by means of a surgical operation performed at a separate location by the surgeon. Likewise, such articulated arm systems allow experiments or operations to be carried out at an extraterrestrial location, such as in a ground-based laboratory, such as the space station ISS, from a terrestrial location, where the user experiences the forces and forces exerted at the point of manipulation Articulated arm system can be reproduced simulated.
Je nach mechanisch stabiler Auslegung derartiger kraftausgebender Gelenkarmsysteme, die auch als haptische Robotersysteme ausgebildet sein können, können die Kraft- und Momentenbeträge entsprechend skaliert werden.ever mechanically stable design of such force-releasing articulated arm systems, which can also be designed as haptic robot systems, the Force and torque amounts accordingly be scaled.
Jedoch ermöglichen die bis anhin bekannten haptischen Mensch-Maschine-Schnittstellen keine Möglichkeit Vibrationen zu generieren bzw. zu simulieren.however enable The hitherto known haptic man-machine interfaces no way Generate or simulate vibrations.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, haptisch wahrnehmbare Vibrationen eines Objektes, bspw. in Form eines motorisch angetriebenen Kleingerätes, das portabel ausgebildet und somit manuell handhabbar ist, zu simulieren. Die Simulation dient in erster Linie zur Prototypenfertigung derartiger Kleingeräte noch bevor ein Prototyp unter vollständiger Ausbildung seines technischen Innenlebens realisiert ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das Verfahren soll den Entwicklern und Konstrukteuren derartiger handgetragener und motorisch angetriebener Kleingeräte helfen, die ergonomische Auslegung des Gerätegehäuses unter dem Aspekt der vibro-taktilen Eigenschaften zu optimieren.Of the Invention is based on the object, a device and a Specify method with which it is possible to perceive haptic Vibrations of an object, for example in the form of a motor-driven Small appliance, designed to be portable and thus manually manageable to simulate. The Simulation serves primarily for the prototype production of such small appliances even before a prototype with complete training of its technical interior is realized. The device according to the invention and the method is meant to be more hand-held to developers and designers and power-driven small appliances help the ergonomic Design of the device housing under the To optimize the aspect of vibro-tactile properties.
Auch soll die lösungsgemäße Vorrichtung sowie das Verfahren den Entwicklungsaufwand sowie die damit verbundenen Kosten deutlich reduzieren, so gilt es insbesondere für den Prototypenbau neben den bisher bekannten Forderungen hinsichtlich funktioneller Eigenschaften sowie optischem Erscheinungsbild auch die auf den Benutzer wirkenden haptischen Eigenschaften mit zu berücksichtigen, noch bevor ein kostenaufwendiger Prototyp hergestellt ist.Also should the solution according to the device as well the procedure the development effort as well as the associated Reduce costs significantly, it applies in particular for the prototype construction in addition the previously known requirements in terms of functional properties as well as the visual appearance and the haptic effect on the user Properties to consider with, yet before a costly prototype is made.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 14 ist ein Verfahren zur Simulation haptisch wahrnehmbarer Vibrationen eines Objektes. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie insbesondere der Beschreibung unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel zu entnehmen.The solution the object underlying the invention is specified in claim 1. The subject of claim 14 is a method of simulation haptic perceptible vibrations of an object. The idea of the invention advantageous further-forming features are the subject of the dependent claims and in particular the description with reference to the embodiment refer to.
Die Vorrichtung zur Simulation haptisch wahrnehmbarer Vibrationen eines Objektes, weist eine Objekthaltung auf, in die das Objekt vorzugsweise lösbarfest fixierbar ist und über einen Kraft-Momenten-Sensor mittel- oder unmittelbar mit einer Aktuatoreinheit verbunden ist. Die Aktuatoreinheit kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein Roboter mit einem Manipulatorendarm darstellen, an dem über die Objekthalterung das Objekt fixiert ist. Die Robotereinheit ist vorzugsweise als ein Sechsachs-Knickarmroboter ausgeführt, an dessen Manipulatorenendarm das Objekt translatorisch sowie rotatorisch um alle Raumachsen frei verschwenkt und positioniert werden kann. Die Vorrichtung verfügt überdies über einen Vibrationsaktuator, der zumindest mit der Objekthalterung in Wirkverbindung steht, so dass das Objekt mit einem vorgebbaren Vibrations- bzw. Schwingungsmuster beaufschlagt werden kann. Zur Ansteuerung sowohl des Vibrationsaktuators als auch der Aktuatoreinheit ist eine Auswerte- und Ansteuereinheit vorgesehen, die unter Zugrundelegung von zumindest von dem Kraft-Momenten-Sensor herrührenden Messsignalen die Aktuatoreinheit sowie den Vibrationsaktuator ansteuert.The Device for the simulation of haptic perceptible vibrations of a Object, has an object attitude, in which the object preferably releasably is fixable and over a force-moment sensor middle or directly with an actuator connected is. The actuator unit may in a preferred embodiment a robot with a Manipulatorendarm represent on the above Object holder the object is fixed. The robot unit is preferably designed as a six-axis articulated robot, at the Manipulatorenendarm the object translationally as well as rotationally free around all spatial axes can be pivoted and positioned. The device also has a Vibratory actuator, at least with the object holder in operative connection stands, so that the object with a predetermined vibration or Vibrational pattern can be applied. For control both the vibration actuator and the actuator unit is an evaluation and Actuator provided, which on the basis of at least from the force-moment sensor resulting measurement signals, the actuator unit and controls the vibration actuator.
Mit Hilfe der lösungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, ein Formmodell eines im Einzelnen noch zu entwickelnden Prototypens eines manuell bedienbaren, motorisch angetriebenen Kleingerätes unter weitgehend realitätsnahen Betriebsbedingungen unter dem Aspekt der Überprüfung der bei dem im Einzelnen noch zu konstruierenden Kleingerätes zu erwartenden vibro-taktilen Eigenschaften zu simulieren. Zu diesem Zwecke ist der Vibrationsaktuator motorisch, vorzugsweise elektromotorisch antreibbar und vermag Schwingungsformen bzw. Vibrationen unterschiedlicher Frequenzen, Amplituden sowie Wellenformen zu generieren, die mittel- oder unmittelbar auf das Objekt übertragen werden. Zur kontrollierten Schwingungsanregung des Vibrationsaktuators vermittels dem letztlich ein möglichst realitätsnahes Schwingungsmuster zu erzeugen ist, das dem eines zu entwickelnden motorisch angetriebenen Kleingerätes nachempfunden sein soll, ist in der Auswerte- und Ansteuereinheit ein sog. Vibrationsmodul implementiert, in dem objektspezifische Vibrationsmusterinformationen enthalten sind, aus denen unter Vorgabe eines objektbezogenen Betriebszustandes zur Ansteuerung des Vibrationsaktuators eine bestimmte Vibrationsmusterinformation, bestehend aus Frequenz, Amplitude sowie Wellenform, selektierbar ist. Das Vibrationsmodell basiert auf theoretisch oder empirisch gewonnenen Schwingungsinformationen, die das zu entwickelnde bzw. zu konstruierende Kleingerät unter Vorgabe bestimmter technischer Komponenten, wie bspw. Art und Anzahl der motorischen Antriebe, Form, Größe und Anordnung von Griffteilen bzw. Griffflächen oder der Zusatz von Werkzeug- oder Zusatzkomponenten, in seinen Schwingungs- bzw. Vibrationseigenschaften zu beschreiben vermögen.With the aid of the device according to the invention, it is possible to provide a shape model of a prototyping of a manually operated, motor-driven small appliance under largely realistic operating conditions under the aspect of checking the vibro-tactile properties to be expected in the small appliance yet to be constructed simulate. For this purpose, the vibration actuator is driven by a motor, preferably by an electric motor, and is capable of generating vibration modes or vibrations of different frequencies, amplitudes and waveforms which are transmitted directly or indirectly to the object. For controlled vibration excitation of the vibration actuator by means of which ultimately a realistic vibration pattern is to be produced, which is to be modeled after that of a motorized small appliance to be developed, a so-called vibration module is implemented in the evaluation and control unit, in which object-specific vibration pattern information is contained, from which under specification of an object-related operating state for driving the vibration actuator, a specific vibration pattern information consisting of frequency, amplitude and waveform, is selectable. The vibration model is based on theoretically or empirically obtained vibration information, the small device to be developed or designed under specification of certain technical Components, such as, for example, type and number of motor drives, shape, size and arrangement of handle parts or gripping surfaces or the addition of tool or additional components to describe its vibration or vibration properties.
Die im Vibrationsmodell enthaltenen Vibrationsmusterinformationen sind in einer Datenbankstruktur abgespeichert und können daher schnell abgerufen werden. Da manuell bedienbare, motorisch angetriebene Kleingeräte zumeist über am Gerät vorgesehene Eingabemittel verfügen, über die bspw. eine stufenlose Drehzahlregelung vorgenommen werden kann, sind an dem als Formmodell ausgebildeten Objekt entsprechend der Ausbildung des späteren Prototyps geeignete Eingabemittel vorgesehen, deren Position bzw. Stellung sensorisch erfassbar sind. Je nach Betätigung und Vorwahl eines Eingabemittels wählt das Vibrationsmodell eine passende Vibrationsmusterinformation aus, mit der der Vibrationsaktuator angesteuert wird, um letztlich das über die Objekthalterung mit dem Vibrationsaktuator verbundene Formmodell in geeignete Schwingungen zu versetzen. Durch Berühren des in Schwingungen versetzten Formmodells, das simulativ einem bestimmten Betriebszustand des zu simulierenden Kleingerätes entspricht, an den hierfür vorgesehenen Griff- oder Berührflächen kann ein subjektiver Eindruck über die vibro-taktilen Eigenschaften des Gerätes vermittelt werden, so dass letztlich eine Beurteilung über die haptischen Eigenschaften eines zu entwerfenden elektrischen Kleingerätes möglich ist.The vibration pattern information contained in the vibration model stored in a database structure and can therefore be retrieved quickly become. Since manually operated, motor-driven small appliances usually provided on the device Have input means over the For example, a stepless speed control can be made, are on the formed as a form model object according to the Training of the later Prototype suitable input means whose position or Position are detected by sensors. Depending on the operation and preselection of an input device chooses the vibration model a suitable vibration pattern information with which the vibration actuator is controlled, in order to ultimately use the object holder with associated with the vibration actuator shape model in suitable vibrations offset. By touching of the vibrating shape model, simulatively one corresponds to the specific operating state of the small appliance to be simulated, at the for this provided handle or contact surfaces can a subjective impression about the vibro-tactile properties of the device are conveyed, so that ultimately a judgment about the haptic properties of an electric to be designed small appliance possible is.
So sind im Vibrationsmodell, das im Falle eines drehzahlvariablen Kleingerätes eng mit einem Drehzahlmodell vernetzt ist, eine Vielzahl unterschiedlicher Vibrationsmusterinformationen abgespeichert, die sowohl Betriebszustände eines Kleingerätes beschreiben, bei denen das Kleingerät ausschließlich in Kontakt mit der das Kleingerät führenden oder haltenden Hand eines Benutzers steht, oder auch bei denen das zu simulierende Kleingerät in Kontakt mit weiteren Objekten gebracht ist, bspw. im Falle einer zu simulierenden Schlagbohrmaschine über einen entsprechenden Bohraufsatz in eine Wand bestimmter Härte getrieben wird. Auch letztere Fälle sind in dem Vibrationsmodell enthalten, die das Vibrations- bzw. Schwingungsverhalten eines zu simulierenden Kleingerätes in Abhängigkeit bestimmter Zusatzwerkzeuge, wie bspw. unterschiedliche Bohrerdurchmesser, sowie in Abhängigkeit von Art und physikalischer Festigkeit von mit dem zu simulierenden Kleingerät in Kontakt tretenden Objekten beschreiben, wie bspw. eine Wand, in die ein Bohrer eindringt. Der letztbeschriebene Fall, der einer gezielten Kollision des zu simulierenden Kleingerätes mit einem Objekt entspricht, erfordert eine durchaus komplexe Informationszusammenfügung um ein weitgehend realistisch nachempfindbares Vibrationsmuster zur Ansteuerung des Vibrationsaktuators zu generieren. So gilt es zum einen nach entsprechender Wahl eines Zusatzwerkzeuges, eines zu bearbeitenden Objektes sowie einer vorgegebenen Drehzahl mit der das Kleingerät betrieben wird, die Kraft zu ermitteln, mit der ein Benutzer das zu simulierende Kleingerät gegen ein fiktives Objekt, bspw. eine Wand andrückt. Die Kraftmessung erfolgt mithilfe des Kraft-Momenten-Sensors der mittel- oder unmittelbar mit dem als Formmodell ausgebildeten Objekt verbunden ist. In Abhängigkeit der von dem Benutzer auf das zu simulierende Kleingerät in Form des vorstehend genannten Formmodells einwirkenden Kraft, eines angenommenen Werkzeugaufsatzes sowie einer angenommenen Materialhärte eines zu bearbeitenden Gegenstandes, bspw. eine Gipswand, wird eine fiktive Drehzahl ermittelt, die eine reale Maschine in der vorgegebenen Konstellation annehmen würde, woraus sich eine bestimmte Vibrationsmusterinformation im Rahmen des Vibrationsmodells ergibt, mit der der Vibrationsaktuator angesteuert wird.So are in the vibration model, which is tight in the case of a variable-speed small device is networked with a speed model, a variety of different Vibration pattern information stored, the operating states of both small appliance describe in which the small appliance exclusively in contact with the small appliance leading or holding the hand of a user, or even where the to be simulated small appliance brought into contact with other objects, for example. In the case of Impact drill to be simulated via a corresponding drill attachment in a wall of certain hardness is driven. Also the latter cases are included in the vibration model that the vibration or Vibration behavior of a small device to be simulated in dependence certain additional tools, such as different drill diameter, as well as in dependence of type and physical strength of with the to be simulated small appliance describing objects in contact, such as a wall, into which a drill penetrates. The last described case, the one targeted collision of the simulated small appliance with corresponds to an object, requires a very complex information assembly um a largely realistic sensible vibration pattern for To generate control of the vibration actuator. So it applies to one after appropriate choice of an additional tool, one to processing object and a predetermined speed with the the small appliance is operated to determine the force with which a user uses the to be simulated small appliance against a fictitious object, for example, a wall presses. The force measurement takes place using the force-moment sensor of the medium or directly with the as a model of shape trained object is connected. Depending on the user the small appliance to be simulated in the form of the aforementioned shape model force acting, one assumed tool attachment and an assumed material hardness of a To be processed object, for example. A gypsum wall, is a fictitious Speed determined, which is a real machine in the given Constellation would assume from which a certain vibration pattern information in the frame of the vibration model results, with which the vibration actuator is driven becomes.
Um einem Benutzer eine möglichst realitätsnahe Simulation eines im Einsatz befindlichen Kleingerätes zu ermöglichen, bedarf es neben der gezielt kontrollierten Schwingungsansteuerung des das Kleingerät simulierenden Formmodells, zusätzlich auch einer Simulation der durch die Masse des simulierenden Kleingerätes hervorgerufenen Gewichtskraft sowie der durch die Betriebssituation bzw. Betriebsweise durch das simulierte Kleingerät hervorgerufenen Kraftmomente, insbesondere in Fällen, in denen das simulierte Kleingerät in Kollision mit wenigstens einem weiteren Objekt gelangt. Zur Gewichtskraft- sowie Momentensimulation gilt es die Aktuatoreinheit, der in einer bevorzugten Ausführungsform als Sechsachsroboter ausgebildet ist, entsprechend anzusteuern. Da die Aktuatoreinheit in der lösungsgemäßen Vorrichtung ein Teil der mechanischen Eigenschaften des zu simulierenden Kleingerätes darstellt, müssen zur Ansteuerung der Aktuatoreinheit ein mechanisches Modell sowie einige physikalische Größen des zu simulierenden Kleingerätes zugrunde gelegt werden. So gilt es mit der Aktuatoreinheit jene Gegenkräfte sowie Gegenmomente zu generieren, die ein Benutzer in einer bestimmten Betriebssituation von dem zu simulierenden Kleingerätes zu erwarten hat.Around a user as possible realistic To enable simulation of a small appliance in use, is required in addition to the specifically controlled vibration control of the small appliance simulating form model, in addition also a simulation of the caused by the mass of the simulating small appliance Gravity as well as by the operating situation or mode of operation through the simulated small appliance caused moments of force, especially in cases where the simulated small appliance comes into collision with at least one other object. For weight As well as torque simulation, it applies the actuator unit, which in one preferred embodiment as Six-axis robot is trained to control accordingly. Because the Actuator unit in the device according to the invention represents part of the mechanical properties of the small appliance to be simulated, have to for controlling the actuator unit, a mechanical model and some physical quantities of the to be simulated small appliance be based on. So it applies with the actuator unit those opposing forces as well Generate counter moments that a user in a particular Operating situation to be expected from the small appliance to be simulated Has.
Dem zur Ansteuerung der Aktuatoreinheit zugrundeliegenden mechanischen Modell, das sog. Kraft-Momenten-Modell, ist eine Masse m vorzugeben, die dem zu simulierenden Kleingerät entspricht. Mit der angenommenen Masse m sowie der mittels des Kraft-Momenten-Sensors gemessenen Kraft F, die der Benutzer auf das als Formmodell ausgebildete Objekt ausübt, lässt sich die Soll-Beschleunigung a sowie die Soll-Geschwindigkeit v des zu simulierenden Kleingerätes ermitteln.the for controlling the actuator unit underlying mechanical Model, the so-called force-moment model, is a mass m to pretend which corresponds to the small device to be simulated. With the assumed Mass m and the measured by means of the force-moment sensor Force F, which the user to the formed as a model model object exerts let yourself the desired acceleration a and the desired speed v of the simulating small appliance determine.
Darüber hinaus gilt es das Trägheitsmoment J des tatsächlich zu realisierenden Kleingerätes entsprechend vorzugeben, um mittels des mit dem Kraft-Momenten-Sensor gemessenen Drehmomentes M, das seitens des Benutzers auf das Formmodell ausgeübt wird, die Soll-Winkelbeschleunigung α sowie die Soll-Winkelgeschwindigkeit ω eines tatsächlich realisierten Kleingerätes zu ermitteln. Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Kinematikparameter a, v, α sowie ω, die sich allesamt im Wege einfacher physikalischer Gesetzmäßigkeiten ableiten lassen, lässt sich ein Kraft-Momenten-Modell erstellen, mit dem die freie Handhabbarkeit eines Kleingerätes in realistischer Weise simuliert werden kann.Furthermore it is the moment of inertia J of fact to be realized small appliance pretend to be measured by means of the force-moment sensor Torque M exerted by the user on the shape model, the desired angular acceleration α and the desired angular velocity ω of an actually realized small appliance to investigate. With the help of the kinematic parameters described above a, v, α and ω, which are all in the way of simple physical laws let derive create a force-moment model, with the free manageability a small appliance can be simulated in a realistic way.
Im Falle einer kontrolliert, durch den Benutzer simuliert herbeigeführten Kollision des durch das Formmodell simulierten Kleingerätes, müssen zur vollumfänglichen kinematischen Nachbildung einer diesbezüglichen Betriebssituation zusätzliche Parameter in das Kraft-Momenten-Modell einfließen, auf dessen Grundlage die Aktuatoreinheit zur Generierung weitgehend realitätsnaher Gegenkräfte bzw. Gegenmomente angesteuert werden kann. Im einem derartigen Kollisionsfall müssen bspw. zusätzliche Reibungskräfte zwischen dem simulierenden Kleingerät und einem in Kollision geratenen Objekt berücksichtigt werden. Sei bspw. angenommen, dass es sich bei dem zu simulierenden Kleingerät um eine Bohrmaschine handelt, so wird beim Aufsetzen des rotierenden Bohraufsatzes auf eine Wand ein Rückstellmoment gebildet, das es sich in geeigneter Weise zu berücksichtigen gilt. Dieses Rückstellmoment wird mit dem im Wege des Kraft-Momenten-Sensors erfassten Momente aufsummiert und unter Berücksichtigung des Trägheitsmomentes der Bohrmaschine ausgewertet. Je nach Größe der ermittelten Kraftmomente in Abhängigkeit des vorhandenen Trägheitsmomentes könnte eine Drehbewegung des zu simulierenden Kleingerätes erfolgen, die durch die Aktuatoreinheit, d. h. dem Roboter selbst ausgeführt wird. Sämtliche Bewegungen des zu simulierenden Kleingerätes mit Ausnahme der vorstehend beschriebenen Vibrationen, werden von der Aktuatoreinheit realisiert, so bspw. die Sollgeschwindigkeit sowie Sollbeschleunigung.in the Trap of a controlled, simulated by the user induced collision of the simulated by the mold model small appliance, must be to the full extent kinematic simulation of a related operating situation additional Parameters into the force-moment model, on the basis of which Actuator unit for generating largely realistic against forces or counter moments can be controlled. In such a collision case have to for example, additional frictional forces between the simulating small appliance and an object in collision. Be for example. Assume that the small appliance to be simulated is a drill is acted on, so when putting on the rotating drill attachment on a wall a restoring moment formed, which should be considered in a suitable manner. This restoring moment is summed up with the detected by means of the force-moment sensor moments and considering the moment of inertia evaluated the drill. Depending on the size of the determined moments of force dependent on the existing moment of inertia could a rotational movement of the small appliance to be simulated by the actuator unit, d. H. the robot itself is executed. All Movements of the small appliance to be simulated with the exception of the above described vibrations are realized by the actuator unit, so, for example, the target speed and target acceleration.
Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Modelle, nämlich das Vibrationsmodell, das Drehzahlmodell sowie das Kraft-Momenten-Modell, die allesamt in der Auswerte- und Ansteuereinheit modulartig implementiert sind und jeweils als Datenbankstrukturen ausgebildet sind, in denen die kinematischen und vibro-taktilen Eigenschaften des zu realisierenden Kleingerätes abgespeichert sind, lassen sich die von einem Benutzer taktil wahrnehmbaren Eigenschaften simulieren.With Using the models described above, namely the vibration model, the speed model and the force-moment model, all in the evaluation and Drive unit are implemented in a modular manner and each formed as a database structures are in which the kinematic and vibro-tactile properties of the small appliance to be realized stored, can be tactile perceptible by a user Simulate properties.
Eine Erweiterung der lösungsgemäßen Vorrichtung sieht zusätzlich ein sog. Soundmodell vor, mit dem über ein geeignetes Lautsprechersystem eine dem zu simulierenden Kleingerät nachgebildete Geräuschkulisse generierbar ist. Das Soundmodell, das wie alle übrigen Modelle vorzugsweise in der Auswerte- und Ansteuereinheit implementiert ist, jedoch nicht notwendigerweise sein muss, generiert aus der fiktiven Drehzahl, die aus dem Drehzahlmodell gewonnen wird, einen spezifischen Klang, der von einem zu realisierenden Kleingerät zu erwarten ist. In Erweiterung berücksichtigt das Soundmodell darüber hinaus zusätzlich am Kleingerät angebrachte Zusatzkomponenten, wie bspw. Werkzeugaufsätze sowie Art und Härte von mit dem Kleingerät zu bearbeitende Gegenstände sowie letztlich auch die von dem Benutzer auf das zu simulierende Kleingerät aufgebrachte Kraft. In Abhängigkeit der vorstehenden Einflussgrößen wird aus der Vielzahl der im Soundmodell abgespeicherten Geräuschmusterinformationen eine Geräuschkulisse selektiert, die über ein entsprechendes Lautsprechersystem zur akustischen Darstellung gebracht wird. Welche spezielle Geräuschmusterinformation zu einer bestimmten Konstellation, die aus den zuvor angeführten Eingangsgrößen definiert ist, ist in einer Datenbank abgespeichert und kann schnell abgerufen werden.A Extension of the device according to the invention looks in addition a so-called sound model before, with a suitable speaker system via a the small appliance to be simulated simulated background noise can be generated. The sound model, like all other models preferably is implemented in the evaluation and control unit, but not necessarily must be generated from the fictitious speed, which is derived from the speed model, a specific sound, which is to be expected from a small appliance to be realized. In extension considered the sound model above addition in addition at the small appliance attached additional components, such as. Tool attachments and Type and hardness from with the small appliance objects to be processed as well as ultimately the one to be simulated by the user Small appliance applied Force. Dependent on the above influencing variables from the multitude of sound pattern information stored in the sound model a background noise selected that over a corresponding speaker system brought to the acoustic representation becomes. Which special noise pattern information to a specific constellation, defined from the input variables mentioned above is stored in a database and can be accessed quickly become.
In einer weiteren Erweiterung der lösungsgemäßen Vorrichtung ist ein sog. Szenenmodell vorgesehen, das vorzugsweise gleichsam aller anderen Modelle modulartig in der Auswerte- und Ansteuereinheit integriert ist. Das Szenenmodell umfasst die räumliche und geometrische Beschreibung des zu simulierenden Kleingerätes in seiner äußeren Formgebung ggf. mit allen an dem Kleingerät anzubringenden Zusatzkomponenten. Alle im Szenenmodell enthaltenen Graphikinformationen sind über ein geeignetes Projektionssystem, bspw. unter Verwendung eines Beamersystems auf einer Projektionsfläche für einen Benutzer visuell wahrnehmbar darstellbar. Neben der graphischen Darstellungsmöglichkeit des zu simulierenden Kleingerätes, dessen Position, Gestalt und Farbgebung vom Benutzer frei wählbar sind, enthält das Szenenmodell auch Gegenstände, die mit dem Kleingerät zu bearbeiten sind, wie bspw. im Falle einer zu simulierenden Schlagbohrmaschine, eine zu bohrende Wand, im Falle einer Motorsäge, einen zu sägenden Ast oder zu fällenden Baum, oder im Falle einer Schleifvorrichtung ein zu schleifendes Brett. Die Position des simulierten Kleingerätes innerhalb der auf der Projektionsfläche graphisch dargestellten virtuellen Welt kann durch den Benutzer mit Hilfe eines geeigneten Eingabemittels, bspw. eines Joysticks verändert werden. Aus den geometrischen Informationen des Szenenmodells lässt sich ermitteln, ob ein simulierter Kontakt zwischen dem simulierten Kleingerät und einem in der virtuellen Bilddarstellung dargestellten Gegenstand stattfindet. Diese Information ist von Bedeutung für die Ansteuerung der als Roboter ausgebildeten Aktuatoreinheit, die diese Kollision als Blockade in der Bewegung des Formmodells darstellt. Die daraus resultierende Kraft bzw. Gegenkraft, die ein Benutzer auf das Formmodell ausübt und letztlich Auswirkungen hat auf Vibrationen, Drehzahl und Geräusch hat, geht als selektive Steuergröße in das Drehzahl-, Sound- sowie in das Vibrationsmodell ein.In a further extension of the device according to the invention, a so-called scene model is provided, which is preferably integrated into the evaluation and control unit, as it were, of all other models. The scene model comprises the spatial and geometric description of the small appliance to be simulated in its outer shape, if necessary with all the additional components to be attached to the small appliance. All graphic information contained in the scene model can be visually perceptible to a user via a suitable projection system, for example by using a beamer system on a projection surface. In addition to the graphical representation of the small device to be simulated, the position, shape and color of the user are freely selectable, the scene model also contains objects that are to be processed with the small device, such as, in the case of a simulated impact drill, a wall to be drilled, in the case of a chainsaw, a branch or tree to be sawn or, in the case of a grinding device, a board to be ground. The position of the simulated small appliance within the virtual world graphically represented on the projection surface can be changed by the user with the aid of a suitable input means, for example a joystick. From the geometric information of the scene model can be determined whether a simulated contact between the simulated small device and an object shown in the virtual image representation takes place. This information is important for the control of the actuator unit designed as a robot, which blocks this collision as a blockade in the movement of the actuator Represents shape model. The resulting force or counterforce, which has a user on the mold model and ultimately has an impact on vibration, speed and noise is, as a selective control variable in the speed, sound and in the vibration model.
Die lösungsgemäße Vorrichtung erlaubt unter Anwendung vorzugsweise aller vorstehender Einzelmodelle einen weitgehend realitätsnahen Eindruck einem Benutzer zu vermitteln, so dass eine Beurteilung eines Kleingerätes sowohl durch haptische, akustische als auch durch visuelle Wahrnehmung durch den Benutzer möglich ist. Der Vorteil der lösungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, virtuell darstellbare Prototypen in ihren auf einen Benutzer mit all seinen Sinnen gesamtheitlich wirkenden Eigenschaften zu testen und zu beurteilen, ohne dabei den entwicklungstechnisch und kostenintensiven Aufwand einer tatsächlichen Realisierung eines Geräteprototypen leisten zu müssen. Mit Hilfe der lösungsgemäßen Vorrichtung können somit Entwicklungsprozesse von den angesprochenen Kleingeräten beschleunigt und vor allem kostenreduziert werden.The solution according to the device allowed using preferably all of the above individual models a largely realistic Impart impression to a user, leaving an appraisal a small appliance through haptic, acoustic as well as through visual perception the user possible is. The advantage of the device according to the invention is to have virtually representable prototypes in their on one User with all his senses holistic-looking properties to test and evaluate, without losing the developmental and costly effort of an actual realization of a device prototypes to have to afford. With the help of the device according to the solution can thus speeding up development processes of the mentioned small appliances and, above all, be cost-reduced.
Der lösungsgemäßen Vorrichtung liegt ein lösungsgemäßes Verfahren zur Simulation haptisch wahrnehmbarer Vibrationen eines Objektes zugrunde, das sich durch die nachfolgenden Verfahrensschritte auszeichnet. Zunächst gilt es ein manuell betätigbares Objekt, das einem simulierten Kleingerät entspricht bereitzustellen, vorzugsweise ein Formmodell anzufertigen, das an eine Aktuatoreinheit, vorzugsweise in Form eines Sechsachsroboters gefügt wird, durch den das Objekt dreidimensional sowohl translatorisch als auch rotatorisch auslenkbar ist. Das an die Aktuatoreinheit angefügte Formmodell wird ferner mit einem Vibrationsaktuator mittel- oder unmittelbar gekoppelt, so dass das zu untersuchende simuliert darzustellende Kleingerät gezielt in Schwingungen bzw. Vibrationen versetzt werden kann. Zur Simulation bestimmungsgemäßer Betriebszustände, die das zu beurteilende Kleingerät einnehmen kann, wird der Vibrationsaktuator mit vorgebbaren Schwingungsmustern beaufschlagt, so dass ein Benutzer die vibro-taktilen Eigenschaften des zu simulierenden Kleingerätes unmittelbar erfahren und beurteilen kann.Of the solution according to the device is a solution according to the method for the simulation of haptic perceptible vibrations of an object underlying, which is characterized by the subsequent process steps. First it is a manually operable To provide an object that corresponds to a simulated small appliance, preferably to make a shape model which is attached to an actuator unit, preferably in the form of a six-axis robot is added, through which the object is three-dimensional both translational and rotationally deflectable. The appended to the actuator unit Mold model is also medium or directly with a vibration actuator coupled so that the examined to be simulated darzustellende small appliance can be selectively placed in vibration or vibration. to Simulation of intended operating conditions, the take the small appliance to be assessed can, the vibration actuator with predetermined vibration patterns so that a user can simulate the vibro-tactile properties of the simulator small appliance can experience and assess directly.
Um die vibro-taktilen Eigenschaften des zu simulierenden Kleinobjektes möglichst realitätsnah darzustellen, wird die Aktuatoreinheit, an der das zu simulierende Kleingerät in Form eines Formmodelles angebracht ist, unter Zugrundelegung von auf das zu simulierende Kleingerät einwirkenden Kräfte und Momente sowie einer vorgebbaren Masse und eines Trägheitsmomentes des zu simulierenden Kleingerätes angesteuert. Auf diese Weise erhält der Benutzer den Eindruck als würde er das zu simulierende Kleingerät selbständig in der Hand halten, wobei die durch den Vibrationsaktuator im Formmodell hervorgerufenen Vibrationen einen realistischen Betriebszustand simulieren. Mittels geeignet wählbaren Vibrationsmustern sowie die Aktuatoreinheit ansteuernden Bewegungsmustern kann der das Formmodell in der Hand haltende Benutzer einen Eindruck des zu simulierenden Kleingerätes erhalten, der das gesamte Einsatzspektrum des Kleingerätes umfasst. So erfühlt bzw. erfährt der Benutzer die Vibrationseigenschaften eines Kleingerätes unter Niedrig- oder Volllastbedingungen. Ebenso erfühlt der Benutzer das Kleingerät im Falle vollständiger Kontaktfreiheit oder in Wechselwirkung mit einem beliebig vorgebbaren Gegenstand, gegen das das Kleingerät simuliert geführt wird.Around the vibro-tactile properties of the small object to be simulated preferably to represent realistically, is the actuator unit at which the small device to be simulated in shape a form model is attached, based on on the small appliance to be simulated acting forces and moments as well as a predeterminable mass and a moment of inertia of the small appliance to be simulated driven. In this way receives the user the impression as would he to simulate the small appliance independent holding in the hand, passing through the vibration actuator in the mold model caused vibrations simulate a realistic operating condition. By means of suitable selectable Vibrationsmustern and the actuator unit driving motion patterns the user holding the model in the hand can make an impression of the small appliance to be simulated obtained, which covers the entire range of applications of the small appliance. That's how it feels or learns the user under the vibration characteristics of a small device under Low or full load conditions. Likewise, the user feels the small device in the case complete Freedom from contact or in interaction with any given object, against that the small appliance simulated guided becomes.
In vorteilhafter Erweiterung des lösungsgemäßen Verfahrens ist es möglich mit Hilfe eines Lautsprechersystems eine Geräuschkulisse zu generieren, die betriebsabhängig einen simulierten Einsatz eines entsprechenden Kleingerätes repräsentiert. Um zusätzlich einen visuellen Eindruck eines neuartigen Kleingerätes zu verschaffen, wird überdies dem Benutzer über eine geeignet angebrachte Projektionsfläche ein virtuell darstellbares Abbild des zu testenden Kleingerätes innerhalb einer funktionsspezifischen Szene, in der das Kleingerät nutzerspezifisch eingesetzt werden kann, projiziert. Der Blickwinkel sowie die Position des graphisch dargestellten Kleingerätes innerhalb der virtuell dargestellten Szene kann von dem Benutzer mit Hilfe eines geeigneten Eingabemittels, wie bspw. Joysticks frei gewählt werden.In Advantageous extension of the method according to the invention Is it possible generate a background noise with the help of a loudspeaker system the company-dependent represents a simulated use of a corresponding small appliance. Around additionally to give a visual impression of a novel small appliance, will also to the user a suitably mounted projection screen a virtually representable Image of the small appliance to be tested within a function-specific scene in which the small appliance is used for specific purposes can be projected. The angle of view as well as the position of the graphically illustrated small appliance within the virtual scene can be viewed by the user with the help of a suitable input device, such as joysticks free chosen become.
Eine weitere Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der dem Verfahren zugrunde liegenden Vorrichtung betrifft die Temperaturwahrnehmungsfähigkeit des Benutzers. So sind die Kleingeräte motorisch angetrieben, wodurch sie zum einen in Vibrationen versetzt werden, zum anderen jedoch betriebsbedingt auch einer Erwärmung unterliegen, die es gleichfalls gilt, simuliert für den Benutzer wahrnehmbar darzustellen. Hierzu sind in den Griffbereichen des Formmodells Heizelemente vorgesehen, die die Griffbereiche bzw. -flächen in Abhängigkeit der Betriebsdauer und Leistung erwärmen. Somit ist es dem Benutzer möglich, einen Eindruck zu gewinnen, in welcher Weise sich das zu simulierende Kleingerät während eines funktionsbestimmten Einsatzes erwärmt. Auch die Temperaturwahrnehmung ist neben der taktilen Wahrnehmung ein Wahrnehmungssinn des übergeordneten haptischen Wahrnehmungsempfindens.A further embodiment of the method according to the invention and the The method underlying apparatus relates to the temperature perception ability the user. So the small devices are driven by a motor, whereby On the one hand they are put into vibration, on the other hand operationally also a warming which it also applies simulates perceptible to the user display. These are in the grip areas of the form model Heating elements provided, the grip areas or areas in dependence to increase the service life and performance. Thus it is the user possible, to gain an impression of how the device to be simulated during a heated functionally specific use. Also the temperature perception is in addition to the tactile perception a sense of perception of the parent haptic sense of perception.
Kurze Beschreibung der ErfindungShort description of invention
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention will be described below without Be Restriction of the general inventive concept using exemplary embodiments with reference to the drawings described by way of example. Show it:
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays to execute the Invention, industrial applicability
In
Die
im Weiteren unter Bezugnahme auf
Hierzu
sieht die in
Zur
realitätsnahen
Simulation eines gerätespezifischen
Betriebszustandes sind der Roboter
Zusätzlich ist
der dargestellte Systemaufbau durch einen Projektor
In
Der
Benutzer kann überdies
Kräfte
auf die simuliert dargestellte Schlagbohrmaschine ausüben, die
von einem Kraft-Momenten-Sensor erfasst und gemessen werden. Diese
von dem Benutzer
Auch die Ausgangssignale des am Roboter befindlichen Kraft-Momenten-Sensors werden durch einen Tiefpassfilter geleitet, um zu vermeiden, dass höherfrequente Kräfte, die durch das Festhalten der hochfrequent schwingenden Masse durch den Benutzer erzeugt werden, auf die Antriebseinheit des Roboters rückgeführt werden.Also the output signals of the robot located force-moment sensor are passed through a low pass filter to avoid higher frequency forces the by holding the high-frequency oscillating mass through the user are generated on the drive unit of the robot be returned.
Des
Weiteren ist es für
den Benutzer
Die mit Hilfe des Kraft-Momenten-Modells bestimmte Beschleunigung, Bewegung und Position der zu testenden Schlagbohrmaschine wird auch an ein Szenenmodell weitergegeben, das zusammen mit der Position des Benutzers eine graphische 3D-Szene generiert und über einen Projektor auf einer Projektionsfläche optisch wahrnehmbar darstellt. Auf diese Weise kann der Benutzer einerseits den Einsatz des virtuellen Prototyps virtuell erfassen, andererseits sind auch typische Arbeitssituationen der Schlagbohrmaschine darstellbar. So ist es bspw. denkbar, dass der Benutzer seine virtuell dargestellte Schlagbohrmaschine an eine Wand heranführt und beginnt ein Loch zu bohren. Die damit einhergehende Belastungssituation wird mit dem Kraft-Momenten-Modell umgesetzt, wobei die sich verändernden Kraftverhältnisse weitergeleitet werden an das Sound-, Vibrations- und Drehzahlmodell, wodurch sich letztlich die Geräuschkulisse, die auf den Benutzer über das Formmodell einwirkenden Kräfte und Momente sowie das Vibrationsmuster der virtuell nachgestellten Schlagbohrmaschine ändern.The with the help of the force-moment model certain acceleration, movement and position of the impact drill to be tested is also on Scene model passed along with the position of the user a graphic 3D scene generated and over represents a projector visually perceptible on a projection screen. On This way, the user can on the one hand the use of the virtual Virtual prototyping on the other hand are also typical work situations the impact drill representable. So it is, for example, conceivable that the user his virtually illustrated impact drill to a Bringing in the wall and starts to drill a hole. The associated stress situation is implemented with the force-moment model, with the changing power relations forwarded to the sound, vibration and speed model, which ultimately causes the background noise, which over to the user the forces acting on the shape model and moments as well as the vibration pattern of the virtually imitated Change impact drill.
Insgesamt lassen sich mit dem vorgeschlagenen Aufbau sehr umfassende Wahrnehmungsaspekte eines virtuellen Prototyps eines handgetragenen, motorangetriebenen Kleingerätes darstellen. Neben der graphischen und akustischen Darstellung finden insbesondere haptische und taktile Eigenschaften Berücksichtigung. Der lösungsgemäße Ansatz, einen in seinem Ausgangsverhalten parametisierbaren Vibrationsaktuator zu verwenden, ermöglicht im Gegensatz zu allen heute verfügbaren technischen Möglichkeiten die direkte, subjektive Bewertung unterschiedlicher Vibrationszustände durch den Benutzer selbst.All in all can be with the proposed structure very comprehensive perceptual aspects a virtual prototype of a hand-held, motor-driven small appliance represent. In addition to the graphic and acoustic representation especially haptic and tactile properties considered. The solution-based approach, a parameterizable in its output behavior vibration actuator to use unlike anything available today technical possibilities the direct, subjective evaluation of different vibration states the user himself.
- 11
- Objekt, FormmodellObject, shape model
- 22
- Benutzeruser
- 33
- Aktuator, Roboteractuator robot
- 44
- Manipulatorendarmmanipulator intestine
- 55
- Vibrationsaktuatorvibration actuator
- 66
- Kraft-Momenten-SensorForce-torque sensor
- 77
- Objekthalterungobject holder
- 88th
- Auswerte- und Ansteuereinheitevaluation and drive unit
- 99
- Projektorprojector
- 1010
- Projektionsflächeprojection
- 1111
- Lautsprecherspeaker
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