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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Datenaufnahmegerät in Form einer Anordnung zur Eingabe von Orts- oder Bewegungsparametern, insbesondere zur Erfassung mehrdimensionaler Koordinaten/der Steuerung dreidimensionale Objekte.
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In der visuellen Datenverarbeitung spielen dreidimensionale Räume eine wichtige Rolle. Das Navigieren, Steuern und Manipulieren in solchen Räumen kann durch eine Computermaus nicht ausreichend intuitiv realisiert werden.
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Hierfür haben sich so genannte 3D-Mäuse als besonders vorteilhafte Eingabegeräte erwiesen. Man spricht bei diesen 3D-Mäusen auch von Geräten mit 6 Freiheitsgraden. Dies bedeutet, dass drei Freiheitsgrade in der Rotation und drei in der Translation kontrolliert werden können.
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DE 103 33 178 A1 offenbart ein Eingabegerät zur Eingabe von Orts- oder Bewegungsparametern, insbesondere zur Steuerung dreidimensionaler Objekte, bei dem eine Rollkugel in einer Trägereinrichtung um mindestens eine Achse drehbarelagert ist und an der Trägereinrichtung Sensoren angeordnet sind, mit denen die Drehlagen der Rollkugel bestimmt werden.
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Durch dieses Eingabegerät werden translatorische und rotatorische Eingabemöglichkeiten für einen unbegrenzten Eingabebereich ermöglicht.
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Gemäß
DE 103 33 178 A1 ist in einem Aufnahmeelement eine Rollkugel so gelagert, dass sie sowohl aus dem Aufnahmeelement als auch aus der Gesamtanordnung oben und unten herausragt und das Aufnahmeelement elastisch mit Befestigungselementen der Trägereinrichtung verbunden ist, wobei das Aufnahmeelement mit mindestens einem Kraft- oder Wegsensor gekoppelt ist, der die auf das Aufnahmeelement ausgeübten Kräfte und/oder die Verschiebung des Aufnahmeelementes gegenüber einer Ausgangsstellung ermittelt.
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Die Anordnung gemäß
DE 103 33 178 A1 hat den Nachteil, dass die Kugel an zwei Stellen aus der Anordnung herausragt, so dass die menschlich Hand bei der Betätigung der Anordnung nur Rotationen mit einem geringen Winkel ausführen kann.
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Weiterhin hat die Anordnung gemäß
DE 103 33 178 A1 den Nachteil, dass lediglich zwei Rotationsachsen sinngemäß rotiert werden können und eine dritte Rotationsachse auf Grund der Kugel- umschließenden Halterung mechanisch nur sehr schwer bedient werden kann. D. h. die menschliche Hand stößt bei der Betätigung dieser Anordnung sehr oft an das Kugel- umschließende Gehäuse, so dass Fehleingaben in der Translation generiert werden.
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WO 2005/010742 A1 offenbart als Verbesserung gegenüber
DE 103 33 178 A1 eine technische Lösung, bei der die Bewegung einer Halterung im Raum relativ zu einem Gehäuse erfolgt, eine in der Halterung aufgehängte Kugel, welche absolut zur virtuellen Rotation als Steuereinheit gedreht werden kann, sowie die Bewegung einer Steuereinheit im Raum und eine proportional zur Neigung beschleunigte Rotation in drei Achsen.
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Bei den technischen Lösungen gemäß
WO 2005/010742 A1 ,
US 5,565,891 ,
US 2002/0018582 A1 und
US 4,952,919 ist die Aufhängung einer Kugel und die gleichzeitige Messung der Kugelhalterung proportional zum Gehäuse nicht optimal gelöst. Die Hand stößt bei diesen Lösungen, wenn sie die Kugel rotiert, gegen einen Teil der Kugelhalterung bzw. das Kugelgehäuse muss auf Grund seiner asymmetrischen Haltepunkte auf eine solche Art im Gehäuse verankert werden, dass eine ungewollte Rotation der Kugelhalterung ausgeschlossen wird.
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All diese Bedingungen tragen dazu bei, dass entweder die Kugelhalterung nicht in gewünschter Weise im Raum bewegt, oder die Kugel nicht in angemessen freier Weise rotiert werden kann.
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US 5,589,828 offenbart einen von der Hand umschließbaren kugelförmigen Körper, wobei es sich nicht um eine Kugel, sondern um einen nicht vollkommen frei drehbaren kugelartigen Körper handelt, welcher einen Verankerungspunkt aufweist.
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Diese Verankerung hat den Nachteil, dass die Rotationsfähigkeit der Vorrichtung einschränkt ist und dass nur eine beschleunigte Rotation proportional zur Neigung der Kugel möglich ist, eine proportionale, unbegrenzte Rotation hingegen ist nicht realisierbar.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, in dem eine technische Lösung bereitgestellt wird, durch die eine störungsfreie gleichförmige Federung einer Rollkugel realisiert ist und der Rollkugel eine optimale, unbegrenzte Rotation durch die menschlichen Hand um drei Achsen ermöglicht.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kugelhalterung gemäß dem ersten Patentanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den nachgeordneten Ansprüchen angegeben.
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Das Wesen der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer neuartigen Kugelhalterung für Datenaufnahmegeräte, welche an 3 Punkten mit einem Gehäuse verbunden ist, welches eine störungsfreie gleichförmige Federung in 3 Achsen gewährleistet und eine optimale Kugel-Rotation um drei Achsen vermittels einer menschlichen Hand gewährleistet. Mit solch einer Kugelhalterung können mehrdimensional Koordinaten intuitiv und optimal erfasst werden.
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Grundbedingungen für die Realisierung einer optimalen Kugelhalterung ist, dass sich die Kugel an ihrem Äquator von einer menschlichen Hand greifen lässt und in alle Richtung sowie an jeder Position mit gleichförmiger Federung bewegbar und zu jedem Zeitpunkt frei rotierbar ist.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Aufhängung der Kugel in alle Richtungen identisch und symmetrisch gefedert ist, damit sie sich bei der Bewegung im Raum nicht dreht und dass die Sensorik zur Messung der Raumbewegung nicht mechanisch erfolgt.
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Die erfindungsgemäße Kugelhalterung gewährleistet eine Aufhängung der Kugel an drei Punkten, so dass sich die Kugelhalterung in alle Richtungen mit gleicher Federkraft und stabil gegen Verdrehung bewegen lässt.
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Damit sich die Kugelhalterung nicht verdreht, ist diese an den Eckpunkten eines gleichwinkligen Dreiecks angeordnet, wobei der Mittelpunkt der Kugel auch der Mittelpunkt dieses Dreiecks ist.
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Da sich die Kraft in drei Achsen an den Eckpunkten eines solchen Dreiecks unterschiedlich verteilt, müssen diese Eckpunkte wiederum auf eine besondere Art gefedert werden. Dabei beträgt die Federkraft orthogonal zur Dreiecksfläche die Summe aller drei Punkte, wohingegen die Federkraft in alle Richtungen parallel mm Dreieck nur das Zweifache eines Punktes beträgt.
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Gemäß der Erfindung hat der elastische Körper, welcher an den drei Eckpunkten jenes gleichwinkligen Dreiecks orthogonal zum Mittelpunkt jenes Dreiecks steht, eine solche Form, dass sie im rechten Winkel zur Dreiecksfläche eine um 0,333 weichere Federkraft aufweist als jene Federkraft parallel zur Fläche.
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Diese elastischen Federkörper können in sich eine unterschiedliche Federkraft aufweisen, indem unterschiedliche Härtegrade der Materialien vergossen werden oder in die Richtungen, in welche die weichere Federkraft wirken soll, das Material entsprechen dicker ist und somit einen weichere Federkraft aufweist.
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Mehr Material bedeutet eine höhere Dehnbarkeit, so dass ein dickerer elastischer Körper auch eine weichere Federung hat.
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Vorteilhaft wird als Material Silikon verwendet, welches in eine solche Form gebracht wird, dass es zu jedem Zeitpunkt in der Anordnung zur oben beschriebenen gleichförmigen Federwirkung kommt.
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Es können aber auch Federkörper aus Federsystemen eingesetzt werden, wobei ein Federkörper mindestens aus 4 Federn besteht.
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Die in der Kugelhalterung gehaltene Kugel besteht aus sehr hartem Material, welches kratzfest und formstabil ist, wie bspw. Kunststoff. Die Kugel besitzt eine Oberflächenstruktur, welche besonders einfach von optischen Sensoren erfasst werden kann.
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Damit die Kugelhalterung zu jedem Zeitpunkt wieder in ihre Ruheposition zurückkehren kann, muss der Federkörper an dem zur Federung vorgesehenen Volumen eine minimale Quetschung erfahren, um so eine Grundspannung im elastischen Material zu erzeugen, welche verhindert, dass sich die Oberfläche des Federkörpers in der Federkörper-Halterung bewegen kann. Die Grundspannung verhindert auch, dass sich die Verbindung zur Kugelhalterung im Federkörper bewegt und so Abweichungen in der Ruheposition entstehen. Wäre keine Grundspannung vorhanden, würde durch rotierende Translationsbewegungen der Kugelhalterung der Federkörper aus seiner Halterung gedrückt werden, oder die Kugelhalterung würde aufgrund einer verschobenen Kugelhalterung nur langsam in die Ruheposition zurück rutschten.
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Die in der Kugelhalterung gehaltene Kugel muss von mindestens vier Lagerpunkten in der Kugelhalterung gehalten werden. Die Lagerpunkte der Kugel bestehen aus sehr hartem Material, wie bspw. Metall, und sind in Form kleiner Kugeln ausgebildet.
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Die Positionen der Lagepunkte müssen dabei wie folgt nach einem bestimmten Verhältnis an der Kugel positioniert sein:
Unterteilt man einen Kreis in zwei Hälften und dreht eine der Hälften um 90°, so dass beide Hälften an ihrem Mittelpunkt in einem rechten Winkel zueinander stehen, dann liegen jeweils zwei der mindestens vier Lagepunkte auf der einen und die anderen zwei auf der anderen Kugelhälfte.
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Unterteilt man die Halbkreise wiederum in Viertelkreise so muss in jedem Viertelkreis ein Lagerpunkt liegen.
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Wenn man eine der Hand angemessene Kugel greift (d. h. mit den Fingerspitzen von Daumen, Zeigefinger, Mittelfinger und Ringfinger an ihrem Äquator anfasst), so bildet sich unterhalb und oberhalb der Hand eine große Freifläche, welche selbst bei der Rotation der Kugel nicht verloren geht. Eine einfache Rotation mit Daumen und Zeigefinger entlang der Achse des Unterarmes vermag kaum einen 90° Winkel zu übersteigen, der Äquator wird demzufolge im rechten Winkel zu Daumen und Zeigefinger und an den Haltepunkten der Fingerspitzen aufgespannt. Eine verbindende Linie der ersten beiden Lagerpunkte liegt im rechten Winkel zu einer Linie zwischen den Haltepunkten von Daumen und Zeigefinger.
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An dieser Position kommen die Haltepunkte der von der Hand ausgeführten Rotation zu keinem Zeitpunkt in die Quere.
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Wenn man mit der Hand eine Rotation entlang der Linien von Daumen und Zeigefinger ausübt, so geht der Daumen oder der Zeigefinger in eine an der Kugel entlang streifenden Bewegung über. Diese Bewegung greift dabei nie hinter die Kugel, denn die Finger strecken sich bei dieser Bewegung. Die zwei weiteren Lagerpunkte werden daher so angeordnet, dass ihre Befestigung unter keiner Bedingung einen gedachten Zylinder, dessen Ursprung der Kugel-Äquator ist, überschreitet.
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Um eine Rotation um eine dritte Achse, welche entlang der Linie zwischen Zeigefinger und Daumen gezogen ist, auszuführen, verharrt der Daumen an einer Position, während Zeige und Mittelfinger sich in entgegen gesetzte Richtungen bewegen. Die zwei zuletzt genannten Lagerpunkte müssen in einer Weise an der Kugelhalterung befestigt sein, dass hier ein Freiraum entsteht, welcher diese Bewegung ohne Einschränkung zulässt.
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Auf der Grundlage dieser Kugelhalterung mit ihrer Aufhängung (Federkörper) in einem Gehäuse wird gewährleistet, dass sich die Kugel an ihrem Äquator greifen lässt und in alle Richtung und an jeder Position mit gleichförmiger Federung bewegbar und zu jedem Zeitpunkt frei rotierbar ist.
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Des Weiteren ist gewährleistet, dass sich die Kugelhalterung zu jedem Zeitpunkt parallel zu den im Gehäuse angeordneten Translations-Messsensoren befindet.
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Dadurch ist sichergestellt, dass sowohl die Rotation der Kugel proportional zum Gehäuse in der Kugelhalterung genau gemessen, als auch die Verschiebung der Kugelhalterung durch entsprechende Sensoren ohne Abweichungen gemessen werden kann, da Messfehler, die durch eine verdrehte Kugelhalterung auftreten würden, vermieden werden.
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Gemäß der Erfindung erfolgt die Messung der Position der Kugelhalterung in Bezug auf das Gehäuse mittels berührungsfreier Messtechnik.
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Vorteilhaft ist die optische Messung sowie die Messung mittels eines Sensorsystems aus mindestens 3 Hall-Sensoren, welches in der Lage ist, über mathematische Berechnungen die Position eines an der Kugelhalterung angebrachten Magneten zu ermitteln.
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Mindestens zwei unabhängige Sensorsysteme aus jeweils mindestens 3 Hall-Sensoren, welche die Positionen zwei räumlich voneinander getrennter Magnete an den Eckpunkten der Kugelhalterung im Raum erfassen können, können bei der erfindungsgemäßen Kugelhalterung auch noch Neigungen der Kugelhalterung erfassen.
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Das kann zum einen dazu dienen, absolut fehlerfreie Daten über Rotation der Kugel und ihre Translation zu erfassen, als auch zwei weitere Freiheitsgrade zu generieren.
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Fasst man die Kugel auf eine solche Weise an, dass man mit dem Daumen und dem Zeigefinger sowohl die Kugelhalterung als auch die Kugel selbst greift, bekommt man die Kontrolle über die Neigung der Kugelhalterung längs der Hand-Achse und der Achse aufgespannt zwischen der Daumen und Zeigefingerspitze. Es können so acht Freiheitsgrade erzeugt werden, welche bei der Steuerung von Maschinen mit gleichzeitiger Kamera- und Funktionstechnik die Bedienung mit einer Hand ermöglicht, wo vorher zwei Hände nötig waren.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Kugelhalterung besteht darin, dass mit ihr mehrdimensional Koordinaten intuitiv und optimal erfasst werden können, indem mit einer Kugel eine proportionale, unbegrenzte Rotation realisierbar ist.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Ausführungsbeispiel und der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
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1: eine Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform der Kugelhalterung, des Gehäuses und der Sensorsysteme,
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2: eine Prinzipdarstellung der Kugel gemäß 1 in Bezug zu den Federkörpern von Vorne, welche die Form der elastischen Federkörper darstellt,
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3: eine Prinzipdarstellung der Kugel gemäß 1 in Bezug zu den Federkörpern von der Seite, welche die Form der elastischen Federkörper, ihre Lage und den Mittelpunkt der Kugel samt Kugelhalterung darstellt,
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4: eine Prinzipdarstellung der Lagepunkte gemäß 1, welche die genaue Positionierung der Lagepunkte veranschaulicht,
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5: eine Prinzipdarstellung der Kugel gemäß 1 in der zusammengesetzten Kugelhalterung in Seitenansicht,
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6 eine Prinzipdarstellung der Kugel gemäß 1 in der zusammengesetzten Kugelhalterung in Vorderansicht und
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7 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Kugelhalterung in Seitenansicht, mit zwei Sensor-Anordnungen und zwei Magneten.
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1 zeigt ein Datenaufnahmegerät in Form einer Anordnung zur Eingabe von Orts- oder Bewegungsparametern umfassend eine Rollkugel (9), optische Sensoren, einen Messmagnet (10) und eine Trägereinrichtung in Form eines Gehäuses (13), bei der die Rollkugel (9) in dem Gehäuse (13) um mindestens eine Achse drehbar gelagert ist und deren Drehlagen durch die optischen Sensoren und deren Translationsbewegung durch den Messmagnet bestimmbar sind, wobei dass Gehäuse (13) drei Federkörperhalter (1) aufweist, in welche je ein elastischer Federkörper (3) gelagert ist, der über je eine Verankerung (4) mit einer Kugelhalterung (14) verbunden ist.
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Die Kugelhalterung (14) weist Aussparungen (6) für die optischen Sensoren sowie eine Halterung (7) für den Messmagneten (10) auf und haltert die Kugel (9) vermittels vier Lagerpunkte (5).
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Das Gehäuse (13) und die Kugelhalterung (14) sind vorteilhaft jeweils aus zwei Teilen aufgebaut, wobei der Federkörperhalter (1) von beiden Teilen des Gehäuses (13) ausgebildet ist und der eine Teil der Kugelhalterung (14) drei Lagerpunkte (5) und der andere Teil der Kugelhalterung (14) einen Lagerpunkt (5) aufweist.
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Die Verbindung der Kugelhalterung (14) mit dem Gehäuse (13) an drei elastischen Punkten über die Federkörper (3) ermöglicht eine störungsfreie gleichförmige Federung der Rollkugel (9) vermittels der Federkörper (3) in Richtung dreier Achsen (siehe 2) und gewährleistet eine optimale Kugel-Rotation um die drei Achsen bei Betätigung durch eine menschlichen Hand. Mit solch einer Kugelhalterung (14) können mehrdimensional Koordinaten intuitiv und optimal erfasst werden.
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Erfindungswesentlich für die optimale Kugelhalterung (14) ist, dass sich die Rollkugel (9) an ihrem Äquator von der menschlichen Hand greifen lässt und in alle Richtung sowie an jeder Position mit gleichförmiger Federung der Kugelhalterung (14) innerhalb des Gehäuses (13) bewegen und zu jedem Zeitpunkt frei rotieren lässt.
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Durch die Federkörper (
3) ist die Kugelhalterung (
14), in welcher die Rollkugel (
9) über die vier Lagerpunkte (
5) gelagert ist (siehe
1), in alle Richtungen identisch und symmetrisch gefedert, so dass sich die Kugelhalterung (
14) bei der Bewegung der Rollkugel (
15) im Raum nicht dreht und gleichzeitig eine Sensorik vermittels der optischen Sensoren und einem Messmagneten (
10) mit Hall-Sensoren (
12) realisiert wird, die im Gegensatz zu dem Gegenstand gemäß
DE 103 33 178 A1 nicht mechanisch erfolgt.
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Damit sich die Kugelhalterung (14) nicht verdreht, ist diese gemäß der Erfindung durch die drei Federkörperhalter (1), die an den Eckpunkten eines (gedachten) gleichwinkligen Dreiecks angeordnet sind, lagernd mit den elastischen Federkörper (3) verbunden, wobei der Mittelpunkt der Rollkugel (9) auch der Mittelpunkt dieses Dreiecks ist (siehe 3).
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Gemäß der Erfindung hat der elastischen Federkörper (3), welcher an den drei Eckpunkten des (gedachten) gleichwinkligen Dreiecks orthogonal zum Mittelpunkt dieses Dreiecks und dem Mittelpunkt der Rollkugel (9) steht, eine solche Form, dass er im rechten Winkel zur Dreiecksfläche eine um 0,333 weichere Federkraft aufweist als jene Federkraft parallel zur Fläche.
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Die elastischen Federkörper (3) bestehen vorteilhaft aus elastomeren Material, wie bspw. Silikon oder Gummi. Alternativ dazu können aber auch (hier nicht dargestellte) Federkörper aus Federsystemen eingesetzt werden, wobei ein Federkörper mindestens aus 4 Federn besteht.
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Die erfindungsgemäße Kugelhalterung (14) wird bei Rotationen der Rollkugel (9) um drei Achsen und Bewegung der Rollkugel (9) in drei Achsen zwar proportional zu Rollkugel (9) mitbewegt, jedoch in keiner Position mitrotiert oder seine parallele Ausrichtung zum Gehäuse (13) geändert.
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Die in der Kugelhalterung (14) gehaltene Rollkugel (9) besteht aus sehr hartem, kratzfestem und formstabilen Material, wie bspw. hartem Kunststoff. Die Rollkugel (9) besitzt eine Oberflächenstruktur, welche besonders einfach von optischen Sensoren erfasst werden kann. Die Lagerpunkte (5)/die Haltepunkte der Rollkugel (9) bestehen ebenfalls aus einem harten Material, wie bspw. Metall, und sind in Form kleiner Kugeln ausgebildet.
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Damit die Kugelhalterung (14) zu jedem Zeitpunkt wieder in ihre Ruheposition zurückkehren kann, muss der elastische Federkörper (3) an dem zur Federung vorgesehenen Volumen eine minimale Quetschung erfahren (realisiert durch die in 2 dargestellte Verengung), um so eine Grundspannung im elastischen Material (Silikon) zu erzeugen, welche verhindert, dass sich die Oberfläche des Federkörper (3) in der Federkörper-Halterung (1) bewegen kann. Die Grundspannung verhindert auch, dass sich die Verbindung zwischen der Kugelhalterung (14) und der Federkörper (3) bewegt und so Abweichungen in der Ruheposition entstehen. Wäre keine Grundspannung vorhanden, würde durch rotierende Translationsbewegungen der Kugelhalterung (14) der Federkörper (3) aus seiner Halterung (1) gedrückt werden, oder die Kugelhalterung (14) würde auf Grund einer verschobenen Position nur langsam in die Ruheposition zurück rutschten.
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Die in der Kugelhalterung (14) gehaltene Rollkugel (9) muss gemäß der Erfindung von mindestens vier Lagerpunkten (5) in der Kugelhalterung (14) gehalten werden.
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Die Positionen der Lagepunkte (5) müssen dabei wie folgt nach einem bestimmten Verhältnis an der Kugel positioniert sein (siehe dazu 4):
Unterteilt man einen Kreis in zwei Hälften und dreht eine der Hälften um 90°, so dass beide Hälften an ihrem Mittelpunkt in einem rechten Winkel zueinander stehen, dann liegen jeweils zwei der mindestens vier Lagepunkte auf der einen und die anderen zwei auf der anderen Kugelhälfte. Unterteilt man die Halbkreise wiederum in Viertelkreise so muss in jedem Viertelkreis ein Lagerpunkt liegen.
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5 und 6 zeigen die Rollkugel (9) in der zusammengesetzten Kugelhalterung ohne Gehäuse in der Seiten- und in der Vorderansicht. Aus den Figuren wird ersichtlich, dass zwei der Haltepunkte den Äquator der Rollkugel (9) nicht überschreiten.
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Die erfindungsgemäße Kugelhalterung (14) mit ihrer Aufhängung vermittels der drei elastischen Federkörper (3), welche in den Federkörperhaltern (1) des Gehäuses (13) gelagert sind, ermöglicht, dass sich die Rollkugel (9) an ihrem Äquator von einer menschlichen Hand greifen lässt und in alle Richtung und an jeder Position mit gleichförmiger Federung bewegbar und zu jedem Zeitpunkt frei rotierbar ist.
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Des Weiteren ist gewährleistet, dass sich die Kugelhalterung (14) zu jedem Zeitpunkt parallel zu den im Gehäuse (13) angeordneten Translations-Messsensoren befindet.
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Dadurch ist sichergestellt, dass sowohl die Rotation der Rollkugel (9) proportional zum Gehäuse (13) in der Kugelhalterung (14) genau gemessen, als auch die Verschiebung der Kugelhalterung (14) durch entsprechende Sensoren (Messmagnet 10 mit Hall-Sensoren 12, dargestellt in 1) ohne Abweichungen gemessen werden kann, da Messfehler, die durch eine verdrehte Kugelhalterung (14) auftreten würden, vermieden werden.
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Gemäß der Erfindung erfolgt die Messung der Position der Rollkugel (9) und der Kugelhalterung (14) in Bezug auf das Gehäuse (13) mittels berührungsfreier Messtechnik [optische Sensoren in den Aussparungen (6) der Kugelhalterung (14) und die Messung der Position des Messmagneten (10) in den Halterungen (7) der Kugelhalterung (14) mittels eines Sensorsystems aus mindestens 3 Hall-Sensoren – siehe dazu 1].
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In 7 ist eine erfindungsgemäße Anordnung mit zwei Messmagneten (10) gezeigt. Bei dieser Anordnung können mindestens zwei unabhängige Sensorsysteme aus jeweils mindestens 3 Hall-Sensoren (12), welche die Positionen zwei räumlich voneinander getrennter Magnete an den Eckpunkten der Kugelhalterung (14) im Raum erfassen können, bei der erfindungsgemäßen Kugelhalterung (14) auch noch Neigungen der Kugelhalterung erfassen.
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Das kann zum einen dazu dienen, absolut fehlerfreie Daten über Rotation der Kugel und ihre Translation zu erfassen, als auch zwei weitere Freiheitsgrade zu generieren.
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Fasst man die Rollkugel (9) auf eine solche Weise an, dass man mit dem Daumen und dem Zeigefinger sowohl die Kugelhalterung als auch die Kugel selbst greift, bekommt man die Kontrolle über die Neigung der Kugelhalterung (14) längs der Hand-Achse und der Achse aufgespannt zwischen der Daumen und Zeigefingerspitze. Es können so acht Freiheitsgrade erzeugt werden, welche bei der Steuerung von Maschinen mit gleichzeitiger Kamera- und Funktionstechnik die Bedienung mit einer Hand ermöglicht, wo vorher zwei Hände nötig waren.
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Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die Rollkugel (9), welche eine optimale Größe zur menschlichen Hand aufweist, durch die Bewegung der menschlichen Hand freie Rotationen um 3 Achsen ausführen kann, ohne dabei an die Kugelhalterung (14) zu stoßen.
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Die Rollkugel (9) samt der Kugelhalterung (14) kann dabei in einem dreidimensionalen Koordinatensystem in alle Richtungen in den Grenzen eines gleichförmigen federnden Gegendrucks der Federkörper (3) Störungs- und Ruckfrei bewegt werden. Die Rotation der Rollkugel kann dabei durch optische Sensoren und die Translation der Kugel samt Kugelhalterung mit Hall-Magnetfeld-Sensoren oder optischen Sensoren gemessen werden.
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Alle in der Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Federkörper-Halterung
- 2
- Verengung (um den Federkörper zu quetschen)
- 3
- elastischer Federkörper
- 4
- Verankerung (um die Kugelhalterung in den Federkörpern zu halten)
- 5
- Lagerpunkte
- 6
- Aussparung für optische Sensoren
- 7
- Halterung für einen Messmagneten
- 8
- Loch im elastischen Federkörper (in welchem die Federkörper der Kugelhalterung gehalten werden)
- 9
- Rollkugel
- 10
- Messmagnet
- 11
- Platine für Geräteelektronik
- 12
- auf der Platine angebrachte Hall-Sensoren
- 13
- Gehäuse
- 14
- Kugelhalterung
- 15
- Halbkreis
- 16
- rechter Winkel
- 17
- Mittelpunkt der Kugel und Mittelpunkt der Kugelhalterung
- 18
- gleichwinkliges Dreieck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10333178 A1 [0004, 0006, 0007, 0008, 0009, 0058]
- WO 2005/010742 A1 [0009, 0010]
- US 5565891 [0010]
- US 2002/0018582 A1 [0010]
- US 4952919 [0010]
- US 5589828 [0012]
