DE102012008784A1 - Haptic user interface - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine haptische Benutzerschnittstelle für eine Hand umfassend eine erste Vorrichtung (1) zur elektromechanischen Wandlung wirkverbunden mit einen ersten Tastelement (2), welches erste Tastelement (2) eingerichtet ist zu einer Änderung seines haptischen Zustands. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die haptische Benutzerschnittstelle eine zweite Vorrichtung (3) zur elektromechanischen Wandlung wirkverbunden mit einem zweiten Tastelement (4) umfasst, welches zweite Tastelement (4) eingerichtet ist zu einer Änderung seines haptischen Zustands, wobei das erste Tastelement (2) und das zweite Tastelement (4) so angeordnet sind, dass der haptische Zustand des ersten Tastelements (2) und der haptische Zustand des zweiten Tastelements (4) mit einem Finger gleichzeitig erfassbar sind und das erste Tastelement (2) seinen haptischen Zustand unabhängig von dem haptischen Zustand des zweiten Tastelements (4) einnehmen kann. Die Erfindung betrifft ebenso eine tragbare Mobilitätshilfe (17) mit einer solchen haptischen Benutzerschnittstelle.The invention relates to a haptic user interface for a hand comprising a first device (1) for electromechanical conversion operatively connected to a first probe element (2), which first probe element (2) is arranged to change its haptic state. According to the invention, it is proposed that the haptic user interface comprises a second device (3) for electromechanical conversion operatively connected to a second probe element (4), which second probe element (4) is set to change its haptic state, the first probe element (2) and the second probe element (4) are arranged so that the haptic state of the first probe element (2) and the haptic state of the second probe element (4) can be detected simultaneously with a finger and the first probe element (2) its haptic state independent of the haptic Condition of the second probe element (4) can take. The invention also relates to a portable mobility aid (17) having such a haptic user interface.
Description
Die Erfindung betrifft eine haptische Benutzerschnittstelle für eine Hand mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.The invention relates to a haptic user interface for a hand with the features of the preamble of
Insbesondere für blinde Personen oder Personen mit anderen Beeinträchtigungen des Sehvermögens bildet die haptische Wahrnehmung, welche die Wahrnehmung durch alle Hautsinne und die Tiefensensibilität umfasst, eine wichtige Möglichkeit, Informationen sowohl zu vermitteln als auch zu empfangen. Das gilt insbesondere für Situationen in einer Umgebung, in der vielfältige Geräuschquellen vorhanden sein können oder sich eine Vielzahl anderer Menschen befinden. Denn grundsätzlich kann zwar auch auf akustischem Wege Information vermittelt werden, jedoch geht dies auf Kosten der Wahrnehmbarkeit der bereits vorhandenen akustischen Informationen. Durch die Verwendung der Haptik wird also vermieden, dass der Hörsinn mit Informationen überlastet wird.Especially for blind persons or persons with other impairments of vision, the haptic perception, which encompasses perception by all senses of the skin and sensitivity to depth, forms an important possibility for both conveying and receiving information. This is especially true for situations in an environment where there may be a variety of sources of noise or a multitude of other people. Because, in principle, information can also be communicated acoustically, but this is at the expense of the perceptibility of the already existing acoustic information. By using the haptic is thus avoided that the sense of hearing is overloaded with information.
Die hier gegenständliche haptische Benutzerschnittstelle lässt sich für eine Vielzahl von Anwendungsfällen verwenden. Bekannte haptische Benutzerschnittstellen bestehen aus einem oder mehreren Tastelementen, welche ihren haptischen Zustand verändern können. Dies kann etwa durch eine Braillezeile in den Tastelementen geschehen, häufiger geschieht es durch eine. Beweglichkeit der Tastelemente. Diese Tastelemente an einem Gerät können von einem oder mehreren Fingern eines Benutzers berührt werden. Der Benutzer kann nun ein Signal dadurch erzeugen, dass er den haptischen Zustand des Tastelements oder der Tastelemente selber verändert, etwa indem er sie in eine bestimmte Lage bewegt. Alternativ oder zusätzlich kann das Gerät ein Signal an den Benutzer geben, indem das Tastelement oder die Tastelemente ihren haptischen Zustand verändern und beispielsweise durch einen Motor in eine bestimmte Richtung bewegt werden, wodurch eine Kraft auf die betreffenden Finger des Benutzers ausgeübt wird. Ein solcher Mechanismus ist grundsätzlich als Force Feedback aus dem Bereich von Eingabegeräten von Computerspielhardware, beispielsweise Joypads, bekannt.The herein haptic user interface can be used for a variety of applications. Known haptic user interfaces consist of one or more probe elements, which can change their haptic state. This can be done by a Braille display in the touch elements, more often it happens by a. Agility of the feeler elements. These sensing elements on a device may be touched by one or more fingers of a user. The user can now generate a signal by changing the haptic state of the probe element or of the probe elements themselves, for example by moving them to a certain position. Alternatively or additionally, the device can give a signal to the user by the feeler or the feeler elements change their haptic state and are moved, for example by a motor in a certain direction, whereby a force is exerted on the respective fingers of the user. Such a mechanism is generally known as force feedback from the field of input devices of computer game hardware, such as joypads.
Besonders sinnvoll ist es, wenn das Tastelement oder die Tastelemente nicht nur mit einem Freiheitsgrad ihren haptischen Zustand verändern können, sondern diese Veränderlichkeit der Tastelemente mehrere Freiheitsgrade aufweist.It is particularly useful if the probe element or the probe elements can not only change their haptic state with one degree of freedom, but this variability of the probe elements has several degrees of freedom.
Für die hier gegenständlichen haptischen Benutzerschnittstellen ist es darüber hinaus sehr wichtig – im Gegensatz zu der Computerspielhardware – dass bereits ein Finger für die Interaktion mit der Benutzerschnittstelle ausreicht, da die Mobilitätshilfen, bei denen sie eingesetzt werden soll, vorteilhafterweise auch von nur einer Hand bedienen lassen sollen, was im Ergebnis die Benutzung der haptischen Schnittstelle mit einem Finger bedeutet. Im Gegensatz dazu wird Computerspielhardware regelmäßig mit beiden Händen gehalten.It is also very important for the haptic user interfaces here-in contrast to the computer game hardware-that a finger is already sufficient for interaction with the user interface since the mobility aids in which it is to be used can advantageously also be operated by only one hand which means the use of the haptic interface with a finger. In contrast, computer game hardware is held regularly with both hands.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass eine solche Beweglichkeit der haptischen Benutzerschnittstelle mit zwei Freiheitsgraden dadurch erreicht wird, dass gewissermaßen zwei Mechanismen für die Bewegung in je einem Freiheitsgrad hintereinander angeordnet werden. So offenbart die
Nachteilig an einer solchen Anordnung ist, dass die schwenkbare Lagerung eines weiteren Lagers zu einem überproportionalen Anstieg der konstruktiven Komplexität und damit zu überproportionalen Kosten und einem erhöhten Ausfallrisiko führt.A disadvantage of such an arrangement is that the pivotable mounting of another bearing leads to a disproportionate increase in the structural complexity and thus to disproportionate costs and an increased risk of failure.
Das obige Problem wird bei einer haptischen Benutzerschnittstelle gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.The above problem is solved in a haptic user interface according to the preamble of
Wesentlich ist die Erkenntnis, dass nicht zwangsläufig dasselbe Tastelement diese haptische Veränderlichkeit, z. B. eine Beweglichkeit, in zwei oder mehr Freiheitsgraden aufweisen muss. Vielmehr kann diese Funktionalität auch auf zwei oder mehr einzelne Tastelemente aufgeteilt werden, welche jeweils für sich eine Beweglichkeit in einem Freiheitsgrad aufweisen, solange diese so angeordnet sind, dass sie stets beide gleichzeitig mit einem Finger erfasst werden können. Die Erfassbarkeit der Tastelemente mit einem Finger bedeutet auch, dass die Tastelemente durch diesen Finger gedrückt und damit bewegt werden können.It is essential to realize that not necessarily the same probe element this haptic variability, z. B. must have a mobility in two or more degrees of freedom. Rather, this functionality can also be divided into two or more individual feeler elements, which each have a mobility in one degree of freedom, as long as they are arranged so that they can always be detected both simultaneously with a finger. The detectability of the sensing elements with a finger also means that the sensing elements can be pressed by this finger and thus moved.
Es darf an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass das Merkmal der Erfassbarkeit beider Tastelemente durch einen Finger hier lediglich eine Art der Definition der Positionierung der beiden Tastelemente zueinander bereitstellt. Grundsätzlich kann die Benutzerschnittstelle eingerichtet sein, durch andere Extremitäten des Benutzers ”lesbar” zu sein.It should be noted at this point that the feature of the detectability of both probe elements by a finger here only one way of defining the positioning of the two probe elements provides each other. In principle, the user interface may be arranged to be "readable" by other extremities of the user.
Vorschlagsgemäß ist mindestens eines der beiden Tastelemente als flächiges Tastelement ausgestaltet. Dies bedeutet, dass es sich bei dem Tastelement nicht um eine Spitze handelt, sondern vielmehr durch einen Tastvorgang als Fläche wahrgenommen wird. Hier haben sich scheibenförmige Tastelemente bewährt, wie noch erläutert wird.According to the proposal, at least one of the two feeler elements is designed as a flat feeler element. This means that the probe element is not a tip, but rather is perceived as a surface by a touch operation. Disk-shaped feeler elements have proven to be useful here, as will be explained below.
Durch die Aufteilung auf zwei Tastelemente kann die jeweilige Beweglichkeit des Tastelements vollkommen unabhängig von der des jeweils anderen Tastelements implementiert werden. Anstelle einer Situation also, bei der beispielsweise eine hintereinandergeschaltete und damit voneinander abhängige Lagerung vorliegt, kann erfindungsgemäß eine im mathematischen Sinne orthogonale Lagerung erreicht werden, bei der also eine mechanische und funktionelle Entkopplung der beiden Beweglichkeiten besteht. Durch diese Aufteilung auf getrennte mechanische Systeme kann jedes einzelne System für sich in seiner Komplexität reduziert werden mit den sich daraus ergebenden Gewinnen in Wirtschaftlichkeit und Robustheit gegenüber der Einwirkung von äußeren Kräften. Due to the division into two scanning elements, the respective mobility of the probe element can be implemented completely independently of the respective other probe element. Instead of a situation, for example, in which there is a cascaded and therefore dependent storage, according to the invention a orthogonal storage in the mathematical sense can be achieved, in which therefore a mechanical and functional decoupling of the two mobilities. By dividing these into separate mechanical systems, each individual system can be reduced in complexity on its own, with consequent gains in economy and robustness against external forces.
Daneben bietet eine haptische Benutzerschnittstelle gemäß der Erfindung auch die Möglichkeit, eine haptische Zustandsänderung etwa des ersten Tastelements höher zu priorisieren als eine haptische Zustandsänderung des zweiten Tastelements. Denkbar wäre eine Blockade der Bewegung des ersten Tastelements bei gleichzeitiger Freigabe der Bewegung des zweiten Tastelements oder umgekehrt. Dies ist jedenfalls erfindungsgemäß günstiger und einfacher in der Umsetzung als die Einschränkung der Bewegung in einem Freiheitsgrad eines einzelnen Tastelements, welches grundsätzlich mit zwei Freiheitsgraden beweglich ist.In addition, a haptic user interface according to the invention also offers the possibility of prioritizing a haptic change in state of, for example, the first probe element higher than a haptic change of state of the second probe element. It would be conceivable to block the movement of the first probe element while simultaneously enabling the movement of the second probe element or vice versa. In any case, according to the invention, this is more favorable and simpler to implement than the restriction of the movement in one degree of freedom of a single probe element, which is basically movable with two degrees of freedom.
Der Gegenstand des Anspruchs 3 beschreibt eine besonders geeignete Kombination von Freiheitsgraden der Beweglichkeit. Die Bedienbarkeit von zwei Tastelementen mittels eines Fingers setzt voraus, dass diese unabhängig von ihrer aktuellen Lage stets einen gewissen Höchstabstand zueinander einhalten. Eine rotatorische Beweglichkeit eines Tastelements ist besser geeignet als eine rein translatorische Beweglichkeit, um eine zu große räumliche Trennung der beiden Tastelemente durch eine derartige wechselseitige Bewegung zu vermeiden.The subject matter of
Weiterhin besonders vorteilhaft ist eine Ausführung gemäß dem Anspruch 6, bei der ein Tastelement durch eine Scheibe gebildet wird und dieses um eine Rotationsachse bewegt werden kann, welche parallel zu einer Scheibenoberfläche und in oder an der Scheibe verläuft. Damit kann der Rotationsradius der Scheibe vermindert werden, was es erleichtert, die Scheibe so dicht zu lagern, dass kein Wasser oder sonstige Verunreinigungen durch Spalten an den Scheibenrändern eindringen können.Also particularly advantageous is an embodiment according to
Die in der besonders bevorzugten Ausführungsform des Anspruchs 8 vorgesehene Vorspannung der Scheibe ermöglicht es, dass die erste Vorrichtung zur elektromechanischen Wandlung höchstens in eine Richtung eine Kraft auf die Scheibe ausüben muss.The prestressing of the disc provided in the particularly preferred embodiment of
Eine besonders kompakte, dichte und mit einen einzelnen Finger, insbesondere einem Daumen, sehr gut bedienbare haptische Benutzerschnittstelle bietet die bevorzugte Ausführung gemäß dem Anspruch 10, welche zwei zueinander im Wesentlichen konzentrisch angeordnete, scheibenförmige Tastelemente umfasst, die sich jeweils um eine Rotationsachse drehen. Auf diese Weise bleibt der Abstand zwischen beiden Tastelementen unabhängig von ihrer jeweiligen Position gleichbleibend klein.A particularly compact, dense and with a single finger, especially a thumb, very easy to use haptic user interface provides the preferred embodiment according to
Schließlich erlaubt es die Verwendung eines Seilgetriebes oder eines hydraulischen Getriebes gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform des Anspruchs 14, die Sensoren bzw. Aktuatoren in quasi beliebiger Entfernung von den Tastelementen anzuordnen, was u. a. die Möglichkeit eröffnet, durch deren Positionierung eine gewünschte Gewichtsverteilung in einer Handvorrichtung mit der erfindungsgemäßen haptischen Benutzerschnittstelle zu erreichen.Finally, the use of a cable transmission or a hydraulic transmission according to the particularly preferred embodiment of
Besonders vorteilhaft einzusetzen ist die erfindungsgemäße haptische Benutzerschnittstelle als Bestandteil einer tragbaren Mobilitätshilfe für sehbehinderte Personen, was dem Gegenstand der Ansprüche 16 bis 18 entspricht.It is particularly advantageous to use the inventive haptic user interface as part of a portable mobility aid for visually impaired persons, which corresponds to the subject matter of
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigtIn the following the invention will be explained in more detail with reference to a drawing showing only one exemplary embodiment. In the drawing shows
Die in der Zeichnung dargestellte haptische Benutzerschnittstelle ist dazu eingerichtet, mit nur einer Hand bedient zu werden. Da sie insbesondere für ein Gerät geeignet ist, das in einer Hand gehalten wird, kann die haptische Benutzerschnittstelle sogar mit nur einem einzelnen Finger dieser Hand bedient werden. Auf diese Weise ist also eine Bedienung mit einer Hand möglich während diese Hand das das Gerät hält und damit auch ohne die Notwendigkeit, das Gerät abzustellen.The haptic user interface shown in the drawing is adapted to be operated with only one hand. Since it is particularly suitable for a device that is held in one hand, the haptic user interface can even be operated with only a single finger of that hand. In this way, an operation with one hand is possible while this hand holds the device and thus without the need to turn off the device.
Erfindungsgemäß umfasst die haptische Benutzerschnittstelle eine erste Vorrichtung
Erfindungsgemäß wirkverbunden mit der ersten Vorrichtung
Wirkverbunden bedeutet hier und nachfolgend, dass die betreffende Vorrichtung zur elektromechanischen Wandlung entweder, ausgelöst durch ein empfangenes elektrisches Signal, ursächlich eine Änderung des haptischen Zustands des entsprechenden Tastelements herbeiführen kann oder umgekehrt eine anderweitig verursachte Änderung des haptischen Zustands dieses Tastelements von der Vorrichtung zur elektromechanischen Wandlung aufgenommen werden und von ihr daraus ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt werden kann. Die bestehende Wirkverbindung kann auch bedeuten, dass beide beschriebenen Möglichkeiten gleichermaßen und also nicht einander ausschließend verwirklicht sind.Actively connected here and below means that the device in question for electromechanical conversion, either triggered by a received electrical signal, can causally bring about a change in the haptic state of the corresponding probe element or conversely an otherwise caused change in the haptic state of this probe element of the device for electromechanical conversion be recorded and from it a corresponding electrical signal can be generated. The existing active compound can also mean that both possibilities described are realized equally and therefore not mutually exclusive.
Weiter ist erfindungsgemäß eine zweite Vorrichtung
Das erste Tastelement
Erfindungsgemäß kann nun das erste Tastelement
Hier und vorzugsweise handelt es sich bei beiden Tastelementen
Bemerkenswert ist die Tatsache, dass sich ein Braille-Display auch für die Bereitstellung eines flächigen Tastelements eignet, nämlich, wenn die Braille-Taststifte gemeinsam beim Tasten als Fläche wahrgenommen werden. Eine so gebildete Fläche läßt sich beliebig positionieren und verschwenken, indem die einzelnen Taststifte entsprechend angesteuert werden.Noteworthy is the fact that a Braille display is also suitable for the provision of a flat probe element, namely, when the Braille styli are jointly perceived as a surface when being touched. A surface formed in this way can be positioned and swiveled at will by controlling the individual feeler pins accordingly.
In einer bevorzugten Ausführungsform bedeutet die Änderung des haptischen Zustands des ersten Tastelements
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt der erste Bewegungsweg
Ebenfalls bevorzugt ist es, dass die Änderung des haptischen Zustands des zweiten Tastelements
Bevorzugt ist auch vorgesehen, dass der zweite Bewegungsweg
Besonders geeignet für eine Rotationsbewegung ist die bevorzugte Ausführungsform, bei der das erste Tastelement
Auch ist es vorteilhaft, wem die erste Rotationsachse
Ebenfalls besonders bevorzugt ist, dass die haptische Benutzerschnittstelle ein Federmittel umfasst, welches dazu eingerichtet ist, das erste Tastelement
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das zweite Tastelement
Eine besondere Weiterbildung sieht vor, dass das erste Tastelement
Diese markante Abgrenzung der Kipp- von der Drehbewegung ist auch in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gegeben, welche vollständig der soeben beschriebenen Ausführungsform entspricht mit dem einzigen Unterschied, dass die erste, innen angeordnete Scheibe
Vorteilhaft ist weiter eine Ausführungsform, bei der mindestens eine Oberfläche des ersten Tastelements
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass auch das zweite Tastelement
Um eine Bewegung des ersten oder zweiten Tastelements
Alternativ zum Stirnradgetriebe ist auch ein Schneckengetriebe als erstes Getriebe
Bei dem ersten Getriebe
Hierauf aufbauend kann vorgesehen sein, dass das erste Getriebe
Bei einem oder beiden dieser hydraulischen Getriebe kann es sich um mikrohydraulische Getriebe handeln. One or both of these hydraulic transmissions may be microhydraulic transmissions.
Ebenfalls ist bevorzugt, dass es sich bei dem ersten Getriebe
Bei Vorhandensein von mehreren Getrieben kann jedes einzelne Getriebe in seiner Art unabhängig von der Art der anderen Getriebe gewählt werden, so dass ohne weiteres etwa das erste Getriebe
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung
Bevorzugt kann es sich bei beiden Aktuatoren
Es ist auch bevorzugt, dass die erste Vorrichtung zur elektromechanischen Wandlung und/oder die zweite Vorrichtung zur elektromechanischen Wandlung einen ersten
Die hier gegenständliche haptische Benutzerschnittstelle ist nicht auf nur zwei Tastelemente beschränkt, sondern kann auch weitere Tastelemente aufweisen, so etwa auch ein drittes Tastelement. Hierbei kann insbesondere jedes weitere Tastelement eine Beweglichkeit in eine jeweils andere Richtung aufweisen, so dass mindestens ein zusätzlicher Freiheitsgrad einer Ein- und Ausgabe der haptischen Benutzerschnittstelle für jedes weitere Tastelement entsteht. Denkbar ist auch, dass einige der vorhandenen Tastelemente in mehr als nur eine Richtung beweglich sind, andere Tastelemente aber nur entlang einer einzelnen Richtung. Es dabei können alle durch die Beweglichkeit der Tastelemente definierten Richtungen zueinander linear unabhängig sein.The herein haptic user interface is not limited to only two sensing elements, but may also include further sensing elements, such as a third probe element. In this case, in particular each further feeler element can have a mobility in a respective other direction, so that at least one additional degree of freedom of input and output of the haptic user interface arises for each further feeler element. It is also conceivable that some of the existing sensing elements are movable in more than one direction, but other sensing elements only along a single direction. In this case, all directions defined by the mobility of the feeler elements can be linearly independent of one another.
Als spezielles Beispiel kann bevorzugt ein drittes Tastelement als weiterer Ring mit Ausnehmung um das zweite Tastelement herum angeordnet werden. Dieses Tastelement könnte für eine Kippbewegung ähnlich dem ersten Tastelement
Vorzugsweise ist eine haptische Benutzerschnittstelle gemäß den obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen in einer tragbaren Mobilitätshilfe
Diese tragbare Mobilitätshilfe
Dabei ist die Anwendbarkeit der tragbaren Mobilitätshilfe
Darüber hinaus kann die tragbare Mobilitätshilfe
Nachfolgend werden beispielhaft einige weitere Funktionalitäten der tragbaren Mobilitätshilfe kurz beschrieben. Denkbar ist beispielsweise, zwei solcher tragbaren Mobilitätshilfen
Eine solche Orientierungsfunktion kann aber auch durch ein eine einzelne vorschlagsgemäße tragbare Mobilitätshilfe
Durch die beiden unabhängig voneinander erfassbaren haptischen Zustände des ersten Tastelements
Weiterhin zeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsform der tragbaren Mobilitätshilfe
Auch ist es besonders bevorzugt, dass die tragbare Mobilitätshilfe
Bevorzugt ist der Anschlag
Dementsprechend ist es besonders bevorzugt, dass die tragbare Mobilitätshilfe
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