DE102016101121A1

DE102016101121A1 - Apparatus for adaptable manual operation of a device and method for operating the device

Info

Publication number: DE102016101121A1
Application number: DE102016101121.5A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Janny; Hanife Morkoc
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zur Handbedienung eines Geräts (100) mittels einer Nutzerschnittstelle, welche Nutzerschnittstelle zumindest eine aufgewendete Kraft eines Nutzers in eine Funktion des Geräts umsetzt. Um die Interaktion zwischen dem Nutzer, insbesondere einem Nutzer mit Handikap, und dem Gerät (100) zu verbessern, ist in der Nutzerschnittstelle ein Regelkreis zwischen einer zumindest eine biometrische Größe erfassenden Sensoreinrichtung und einer eine Gestalt der Nutzerschnittstelle abhängig von der zumindest einen erfassten biometrischen Größe verändernden Aktoreinrichtung vorgesehen.The invention relates to a device (1) and a method for manual operation of a device (100) by means of a user interface, which user interface converts at least one applied force of a user into a function of the device. In order to improve the interaction between the user, in particular a user with a handicap, and the device (100), a control loop between a sensor device detecting at least one biometric variable and a user interface is dependent on the at least one detected biometric variable in the user interface provided changing actuator device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Handbedienung eines Geräts mittels einer Nutzerschnittstelle, welche Nutzerschnittstelle zumindest eine aufgewendete Kraft eines Nutzers in eine Funktion des Geräts umsetzt.The invention relates to a device and a method for the manual operation of a device by means of a user interface, which user interface converts at least an expended force of a user into a function of the device.

Im Rahmen einer Interaktion zwischen Nutzer und Gerät kann es bei einer Bedienung von Nutzerschnittstellen, insbesondere bei Nutzern mit einem diesbezüglichen Handikap zu einer physiologischen Überforderung, einer Überanstrengung, einem Diskomfort oder dergleichen kommen, so dass der Nutzer nicht oder nur unter starker Belastung in der Lage ist, die Bedienung des Geräts durchzuführen.As part of an interaction between the user and the device may be in an operation of user interfaces, especially for users with a related handicap to a physiological overload, overwork, discomfort or the like come, so that the user is not or only under heavy load in a position is to perform the operation of the device.

Gattungsgemäße Nutzerschnittstellen zwischen einem Gerät und einem Nutzer sind zur Handbedienung von Geräten vorgesehen und können beispielsweise als Griffe, Schalter und dergleichen ausgebildet sein. Beispielsweise kann – wie aus der DE 2011 004 963 A1 bekannt – eine Hilfskraftbetätigung eines Objekts abhängig von einer an einer Nutzerschnittstelle aufgebrachten, von einer Sensoreinrichtung erfassten Kraft erfolgen. Hierzu ist das Objekt mit einer Nutzerschnittstelle vorgesehen, wobei von einer Objektantriebsvorrichtung abhängig von Signalen der Sensoreinrichtung eine Kraft auf das Objekt ausgeübt wird.Generic user interfaces between a device and a user are provided for the manual operation of devices and can be designed for example as handles, switches and the like. For example - as from the DE 2011 004 963 A1 known - an auxiliary force actuation of an object depending on a force applied to a user interface, detected by a sensor device force done. For this purpose, the object is provided with a user interface, wherein a force is exerted on the object by an object drive device as a function of signals of the sensor device.

Die vorgeschlagene Hilfskraftbetätigung eignet sich nicht, um die Bedienung der Nutzerschnittstelle selbst durch einen Nutzer zu erleichtern. The proposed power steering operation is not suitable to facilitate the operation of the user interface itself by a user.

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Erleichterung der Bedienung eines Geräts mittels einer Nutzerschnittstelle. Insbesondere soll die Nutzerschnittstelle komfortabler und mittels weniger Belastung insbesondere für Nutzer mit Handikap bezüglich der Bedienung ebensolcher Geräte zu bedienen sein.The object of the invention is the development of a device and a method for facilitating the operation of a device by means of a user interface. In particular, the user interface should be more comfortable and less stressful, especially for users with disabilities with regard to the operation of such devices.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung des Anspruchs 1 und das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Die von den Ansprüchen 1 und 6 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung beziehungsweise des Verfahrens wieder.The object is achieved by the device of claim 1 and the method with the features of claim 6. The dependent of claims 1 and 6 claims give advantageous embodiments of the device or the method again.

Die vorgeschlagene Vorrichtung dient der Handbedienung eines Geräts mittels einer Nutzerschnittstelle. Die Nutzerschnittstelle erfasst zumindest eine biometrische Größe eines Nutzers und ändert abhängig von der zumindest einen biometrischen Größe ihre Gestalt, beispielsweise ihre Oberfläche, ihre Größe, ihre Position, beispielsweise ihren Anstellwinkel zum Nutzer. Dies bedeutet, dass sich die Gestalt der Nutzerschnittstelle bei Bedarf, beispielsweise bei nur unzureichend aufbringbarer Handkraft auf die vorgegebene Gestalt der Nutzerschnittstelle so ändert, dass die Gestalt mit einer anderen und/oder größeren Handfläche, Handstellung oder dergleichen des Nutzers bedient werden kann. Hierzu ist in der Nutzerschnittstelle ein Regelkreis zwischen einer die zumindest eine biometrische Größe erfassenden Sensoreinrichtung und einer die Gestalt der Nutzerschnittstelle abhängig von der zumindest einen erfassten biometrischen Größe verändernden Aktoreinrichtung vorgesehen. Die biometrische Größe kann in bevorzugter Weise die Greifkraft des Benutzers sein. Alternativ oder zusätzlich können weitere biometrische Messgrößen direkt und/oder in Kopplung mit weiteren, biometrische Größen erfassenden Einrichtungen, beispielsweise einer Pulsuhr oder dergleichen erfasst werden. The proposed device is used for manual operation of a device by means of a user interface. The user interface captures at least one biometric variable of a user and changes its shape, for example its surface, its size, its position, for example its angle of attack to the user, depending on the at least one biometric variable. This means that the shape of the user interface, if necessary, for example, with insufficient hand force on the given shape of the user interface changes so that the shape can be operated with a different and / or larger palm, hand position or the like of the user. For this purpose, a control circuit is provided in the user interface between a sensor device which detects the at least one biometric variable and an actuator device which changes the shape of the user interface as a function of the at least one detected biometric variable. The biometric quantity may preferably be the gripping force of the user. Alternatively or additionally, further biometric measured variables can be detected directly and / or in connection with other devices, such as a heart rate monitor or the like, which detect biometric variables.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Sensoreinrichtung ein Flächenpressmuster des Nutzers auf der Nutzerschnittstelle erfassen und die Aktoreinrichtung die Oberfläche der Nutzerschnittstelle zum Abbau von Spitzen einer Flächenpressung des Flächenpressmusters anpassen. Die Flächenpressung kann orts- beziehungsweise flächenauflösend mittels drucksensitiver Folien oder dergleichen erfasst werden, wobei zumindest ein Teil der auf der Nutzerschnittstelle abgebildeten Handfläche erfasst wird. Die Nutzerschnittstelle kann beispielsweise als Griff, Schalter, Taster oder dergleichen ausgebildet werden. Beispielsweise können Drehbewegungen, Translationsbewegungen, Druckbewegungen oder dergleichen von der Sensoreinrichtung erfasst werden. Die Nutzerschnittstelle kann eine mechanisch aufgebrachte Kraft direkt in eine Funktion des Geräts umsetzen. Beispielsweise kann das Gerät eine Heckenschere oder dergleichen sein, bei dem die beiden Nutzerschnittstellen die Griffe sind, die zur Aufbringung einer gleichmäßigen Kraft abhängig von einer mittels der Sensoreinrichtung erfassten ungleichmäßigen Krafteinleitung durch den Nutzer derart ihre Oberfläche ändern, dass die Krafteinleitung gleichmäßiger wird. Hierzu können sich beispielsweise der Winkel der Griffe zueinander, die Länge und der Umfang der Griffe und dergleichen ändern. According to an advantageous embodiment, the sensor device can detect a surface pressure pattern of the user on the user interface and the actuator device can adjust the surface of the user interface for reducing peaks of a surface pressure of the surface pressure pattern. The surface pressure can be detected by means of pressure-sensitive foils or the like with location or surface resolution, whereby at least part of the palm surface imaged on the user interface is detected. The user interface can be formed, for example, as a handle, switch, button or the like. For example, rotational movements, translational movements, pressure movements or the like can be detected by the sensor device. The user interface can convert a mechanically applied force directly into a function of the device. For example, the device may be a hedge trimmer or the like, in which the two user interfaces are the handles that change their surface in order to apply a uniform force as a function of an uneven application of force by the user detected by the sensor device such that the force introduction becomes more uniform. For this purpose, for example, the angle of the handles to each other, the length and the circumference of the handles and the like change.

Der Regelkreis zwischen Sensoreinrichtung und Aktoreinrichtung kann dabei adaptiv, das heißt sich laufend anpassend ausgestaltet sein. Die Aktoreinrichtung kann mehrere, innerhalb einer beispielsweise elastischen Oberflächenschicht aus Elastomer oder dergleichen gebildete Matrixelemente aufweisen, wobei jedes Matrixelement ein entsprechendes Oberflächenelement der Oberflächenschicht topografisch verändern kann. Hierdurch kann eine topografische Anpassung der Nutzerschnittstelle an spezifische Handformen des Nutzers topografisch erfolgen, so dass eine hohe Berührfläche und damit eine ausgeglichene Kraftverteilung der Hand auf die Nutzerschnittstelle erzielt werden kann. The control loop between the sensor device and the actuator device can be adaptive, that is, it can be designed to be constantly adapting. The actuator device can have a plurality of matrix elements formed within, for example, an elastic surface layer of elastomer or the like, wherein each matrix element can topographically change a corresponding surface element of the surface layer. As a result, a topographical adaptation of the user interface to specific hand shapes of the user can be done topographically, so that a high contact surface and thus a balanced force distribution of the hand on the user interface can be achieved.

Alternativ zu einer mechanischen Bedienung des Geräts kann insbesondere bei nicht ausreichenden Handkräften eine die Handkraft des Nutzers unterstützende Servoeinrichtung vorgesehen sein, welche beispielsweise bei Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts der Flächenpressung die Bedienung des Geräts unterstützt. Beispielsweise kann bei bereits topografisch an die Hand des Nutzers angepasster Nutzerschnittstelle die Aktoreinrichtung oder eine zusätzliche Servoeinrichtung die Funktion des Geräts proportional zur aufgewendeten Kraft oder Bewegungsanforderung unterstützen. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn eine Servoeinrichtung zugeschaltet wird, wenn ein Kraftschwellwert überschritten wird. Hierbei kann bei einer ersten Bedienung das Gerät, beispielsweise Foliensensoren samt ihrer Steuerung, mittels eines persönlichen Kraftverhaltens (MVC-Wert, maximum voluntary contraction) personalisiert zu kalibrieren. Beispielsweise werden die Griffe einer Heckenschere bei der ersten Benutzung unter maximaler Kraft betätigt. Der erfasste Wert wird beispielsweise als 100%-Wert abgespeichert. Beispielsweise kann eine Servounterstützung dann bei Erreichen von 60% des 100%-Werts aktiviert werden, um eine komfortable Bedienung der Heckenschere zu erreichen. As an alternative to a mechanical operation of the device, a servo device assisting the hand force of the user can be provided, in particular if there are insufficient hand forces, which, for example, supports the operation of the device if the surface pressure falls below a predetermined threshold value. For example, with user interface already adapted topographically to the user's hand, the actuator device or an additional servo device can support the function of the device in proportion to the applied force or movement requirement. Furthermore, it may be advantageous if a servo device is switched on when a force threshold is exceeded. In this case, in a first operation, the device, for example, film sensors including their control, personalized by means of a personal power behavior (MVC value, maximum voluntary contraction) to calibrate. For example, the handles of a hedge trimmer are operated under maximum force during the first use. The detected value is stored, for example, as a 100% value. For example, a power assist can then be activated when 60% of the 100% is reached to achieve comfortable operation of the hedge trimmer.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung kann vorgesehen sein, die Funktion der Nutzerschnittstelle anzuzeigen und zu überwachen. Hierzu kann die Vorrichtung beispielsweise eine optische, akustische und/oder taktil arbeitende Kommunikationseinrichtung zur Benutzerführung aufweisen. In an advantageous embodiment of the device can be provided to display and monitor the function of the user interface. For this purpose, the device may have, for example, an optical, acoustic and / or tactile communication device for user guidance.

Das vorgeschlagene Verfahren dient der adaptierbaren Handbedienung eines Geräts beziehungsweise der vorgeschlagenen Vorrichtung. Die hierzu vorgesehene Nutzerschnittstelle enthält eine Sensoreinrichtung, welche zumindest eine biometrische Größe eines Nutzers der Nutzerschnittstelle erfasst und auswertet. Hierbei wird abhängig von einem Ergebnis der Auswertung die Nutzerschnittstelle von einer Aktoreinrichtung geometrisch verändert.The proposed method serves the adaptable manual operation of a device or the proposed device. The user interface provided for this purpose contains a sensor device which detects and evaluates at least one biometric variable of a user of the user interface. In this case, depending on a result of the evaluation, the user interface is geometrically changed by an actuator device.

Beispielsweise kann von der Sensoreinrichtung ein Flächenpressmuster erfasst und bezüglich seiner relativen Presskräfte über die Fläche ausgewertet werden. Abhängig von den Ergebnissen der Presskraftverteilung über die Fläche kann die Oberfläche der Nutzerschnittstelle derart topografisch verändert werden, dass die Presskräfte über die Oberfläche ausgeglichen, das heißt, einander so angenähert werden, dass Belastungsspitzen an einzelnen Flächenbereichen oder -elementen vermieden werden.For example, a surface pressure pattern can be detected by the sensor device and evaluated with respect to its relative pressing forces over the surface. Depending on the results of the press force distribution across the surface, the surface of the user interface may be topographically altered to balance the pressing forces across the surface, that is, to approximate one another such that stress peaks on individual surface areas or elements are avoided.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens kann zusätzlich zu einer Änderung der Oberfläche bei Unterschreiten einer vorgebbaren Presskraft, beispielsweise einer über die adaptierte oder nicht adaptierte an die Greiffläche wie Handfläche integrierten Fläche die Bedienung des Geräts mittels einer Servoeinrichtung unterstützt werden.According to an advantageous embodiment of the method, in addition to a change in the surface when a predeterminable pressing force, for example a surface integrated via the adapted or non-adapted surface to the gripping surface such as the palm, the operation of the device can be supported by means of a servo device.

Die Nutzerschnittstelle kann eine beispielsweise neutrale Grundeinstellung aufweisen und nach einer Anpassung auf einen Nutzer am Ende der Nutzung wieder auf die Grundeinstellung zurückgeführt werden. Die Anpassung kann an einen oder mehrere Nutzer erfolgen. Entsprechende Einstellungen können nutzerspezifisch in der Nutzerschnittstelle abgespeichert werden und anhand von Eingaben des Nutzers, beispielsweise mittels eines mitgeführten, auslesbaren Datenspeichers, beispielsweise eines RFID-Chips oder dergleichen oder durch Erkennung eines Greifmusters aus dem Speicher geladen und damit schneller eingestellt werden als mittels einer Erstadaption.The user interface can have a neutral basic setting, for example, and be returned to the basic setting after adaptation to a user at the end of use. The adaptation can be made to one or more users. Corresponding settings can be stored user-specifically in the user interface and loaded on the basis of input from the user, for example by means of an entrained, readable data memory, such as an RFID chip or the like or by detecting a gripping pattern from the memory and thus set faster than by means of a Erstadaption.

Die Erfindung wird weiterhin durch ein Gerät mit der vorgeschlagenen Vorrichtung beziehungsweise des vorgeschlagenen Verfahrens gelöst.The invention is further achieved by a device with the proposed device or the proposed method.

Mit anderen Worten wird ein Sensor-Aktor-Regelkreis in eine Nutzerschnittstelle wie beispielsweise eine physische Mensch-Maschine-Schnittstelle integriert, sodass diese in der Lage ist, Überlastung beziehungsweise Diskomfort anhand der vom Nutzer während der Interaktion aufgebrachten Greifkraft zu detektieren und eine Gestaltveränderung einzuleiten, um die Interaktion zu erleichtern. Diese Art der intelligenten Nutzungsschnittstelle ist besonders bei der Gestaltung von Schnittstellen für ältere Menschen relevant, da diese sensomotorische Einschränkungen besitzen. Daraus ergeben sich in nicht zwangsweise abschließender Aufzählung folgende Vorteile:

– es bedarf keinerlei physiologischer Messgeräte, welche vom Nutzer während der Interaktion getragen werden müssen. Die gesamte Messsensorik und -aktorik ist in die Nutzerschnittstelle beziehungsweise in das zu bedienende Gerät integriert,
– das Gerät passt mittels Kraft- bzw. Flächenpressungssensorik die Gestalt der Nutzerschnittstelle optimal auf die haptisch-motorischen Bedürfnisse des Nutzers an,
– mit Hilfe des Sensor-Aktor-Regelkreises kann eine Individualisierung physischer, handbedienter Nutzerschnittstellen erfolgen.

In other words, a sensor-actuator control loop is integrated into a user interface, such as a physical human-machine interface, so that it is able to detect overload or discomfort based on the gripping force applied by the user during the interaction and to initiate a change in shape, to facilitate the interaction. This type of intelligent usage interface is particularly relevant in designing interfaces for the elderly as they have sensorimotor limitations. This results in not necessarily exhaustive list the following advantages:

There is no need for any physiological gauges that must be worn by the user during the interaction. The entire measuring sensor system and -aktorik is integrated into the user interface or in the device to be operated,
The device optimally adapts the shape of the user interface to the haptic-motor needs of the user by means of force or surface pressure sensors,
- With the help of the sensor-actuator control loop can be done an individualization of physical, hand-operated user interfaces.

Die Vorrichtung umfasst eine Greifkraftsensorik wie beispielsweise in oder an Griffen, Stellteilen oder dergleichen, eine Datenverarbeitungseinheit zur Verarbeitung der Greifkraftmessdaten, eine Steuereinheit sowie eine mechanisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder elektrisch arbeitende Aktoreinrichtung, welche eine Gestaltparameter- oder Bedienparameterveränderung der Nutzerschnittstelle bewirkt. Ferner kann eine optisch, akustisch und/oder taktil arbeitende Anzeigeeinheit vorgesehen sein.The device comprises a gripping force sensor such as in or on handles, actuators or the like, a data processing unit for processing the gripping force measurement data, a control unit and a mechanically, pneumatically, hydraulically and / or electrically operating actuator device, which causes a Gestaltparameter- or Bedienparameterveränderung the user interface. Furthermore, an optically, acoustically and / or tactually operating display unit can be provided.

Unter Gestaltparameterveränderungen sind insbesondere Variationen der Gestalt der Nutzerschnittstelle etwa in Form einer Veränderung des Aufbaus, der Form oder der Oberfläche zu verstehen. Unter Bedienparameterveränderungen sind insbesondere Variationen der Lage, der Anordnung, des Betätigungsmoments, des Betätigungswinkels und/oder der Betätigungskraft, etwa in Form einer Kraftverstärkung bei Handwerkzeugen oder dergleichen der Nutzerschnittstelle zu verstehen. In particular, variations in the shape of the user interface, for example in the form of a change in the structure, the shape or the surface, are to be understood by changes in the shape of the shape of the shape. Variations of the position, the arrangement, the actuating torque, the operating angle and / or the actuating force, for example in the form of a force increase in hand tools or the like of the user interface, are to be understood as operating parameter changes.

Die Steuerung der Nutzerschnittstelle erfolgt mittels der Erfassung zumindest einer biometrischen Größe, beispielsweise der Erfassung des Greifkraft- beziehungsweise Flächenpressungsverlaufs an einer Schnittstelle zwischen einer Hand des Nutzers und der Nutzerschnittstelle. Weiterhin kann eine sensomotorische Schwäche durch Auswertung der Messsignale durch die Datenverarbeitungseinheit vorgesehen sein. Durch Erfassung der Greifkraft- beziehungsweise der Flächenpressungsverteilung an der Nutzerschnittstelle kann ein Kopplungsgrad zwischen Hand und Nutzerschnittstelle ermittelt werden. Durch Erfassung der Greifkraft- beziehungsweise Flächenpressungsverteilung an der Schnittstelle zwischen Hand und Nutzerschnittstelle kann eine Lage der Hand auf der Nutzerschnittstelle ermittelt werden.The user interface is controlled by detecting at least one biometric quantity, for example the detection of the gripping force or surface pressure curve at an interface between a user's hand and the user interface. Furthermore, a sensorimotor weakness may be provided by evaluation of the measurement signals by the data processing unit. By detecting the gripping force or the surface pressure distribution at the user interface, a degree of coupling between the hand and the user interface can be determined. By detecting the gripping force or surface pressure distribution at the interface between the hand and the user interface, a position of the hand on the user interface can be determined.

Mittels der erfassten biometrischen Größen kann eine Einleitung und Steuerung einer Gestaltparameter- beziehungsweise einer Bedienparametervariation ab einem vorgesehenen, beispielsweise voreingestellten oder voreinstellbaren Schwellwert durch die Steuereinheit die Aktoreinheit zur Anpassung der adaptiven Nutzerschnittstelle an die Hand des Nutzers zur Aufgabenerleichterung, zur Kompensation der detektierten Nutzungsbarriere oder Einleitung einer gemäß der Messauswertung angepassten Kraftverstärkung zur Erleichterung der Arbeitsaufgabe gesteuert werden.By means of the acquired biometric variables, initiation and control of a Gestaltparameter- or a Bedienparametervariation from a provided, for example, preset or presettable threshold by the control unit, the actuator unit for adapting the adaptive user interface to the user's hand to facilitate the task, to compensate for the detected use barrier or initiation be adjusted according to the measurement evaluation power amplification to facilitate the task.

Die Vorrichtung kann eine motorische Unterstützung der manuell eingebrachten Kraft/Drehmoment/Bewegung ab einem bestimmten Schwellwert beziehungsweise bei Unterschreiten eines Schwellwerts, ab dem eine Bedienung des Geräts nicht mehr oder zumindest nicht mehr komfortabel gesichert ist, unterstützen.The device may support a motor assisting the manually introduced force / torque / movement above a certain threshold value or below a threshold value beyond which an operation of the device is no longer or at least no longer comfortably secured.

Die Erfindung wird anhand von zwei typischen Ausführungsbeispielen erläutert:
Beispielsweise kann eine Vorrichtung mit einem individuell anpassbaren Griff beispielsweise für ein Arbeitsmittel vorgesehen sein. Aufgrund der Individualität des menschlichen Körpers variieren Körpermaße, etwa die Handmaße, stark. Hinzu kommen eventuelle Deformationen durch Rheumatismus im Alter. Mittels Analyse der Flächenpressungsverteilung des umfassten Griffs ermöglicht die Vorrichtung die Detektion von Bereichen einer starken beziehungsweise schwachen Koppelung zwischen Nutzerschnittstelle und Nutzer. Die Vorrichtung ist somit in der Lage, durch eine eingebaute Miniaturaktorik eine Gestaltvariation durchzuführen, bis die detektierte Flächenpressungsverteilung in allen Bereichen ausgeglichen und somit für den Nutzer optimal geformt ist.The invention will be explained with reference to two typical embodiments:
For example, a device with an individually adjustable handle can be provided, for example, for a working medium. Due to the individuality of the human body, body measurements, such as hand measurements, vary greatly. There are also possible deformities due to rheumatism in old age. By analyzing the surface pressure distribution of the included grip, the device enables the detection of areas of strong or weak coupling between the user interface and the user. The device is thus able to perform a Gestaltvariation by a built-Miniaturautor until the detected surface pressure distribution is balanced in all areas and thus optimally shaped for the user.

Beispielsweise kann die Vorrichtung als den Nutzer unterstützendes Handarbeitsmittel, beispielsweise als Heckenschere ausgebildet sein. Beim Erstbetrieb des Handarbeitsmittels kalibriert der Nutzer das Arbeitsmittel entsprechend seiner Komfortkraftwerte. Mittels Analyse der Greifkraftspitzen der umfassten Griffe während des Schneidens einer Hecke ermöglicht die Erfindung die Detektion einer Nutzerüberforderung aufgrund des erhöhten, Verkrampfung anzeigenden Greifkraftniveaus. Als Konsequenz unterstützt ein eingebauter Elektromotor den Schneidvorgang. Somit bleiben der Trainingseffekt und die selbstkontrollierte Präzision beim Trainingseffekt erhalten.For example, the device may be designed as a user-assisting manual working means, for example as a hedge trimmer. During the initial operation of the manual tool, the user calibrates the tool according to its comfort force values. By analyzing the gripping force peaks of the grasped handles during the cutting of a hedge, the invention enables the detection of a user overload due to the increased, cramping indicative gripping force level. As a consequence, a built-in electric motor supports the cutting process. Thus, the training effect and the self-controlled precision in the training effect are retained.

Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is based on the in the 1 to 13 illustrated embodiments explained in more detail. Showing:

1 eine Teildarstellung eines Geräts in Form einer Heckenschere in Ansicht, 1 a partial view of a device in the form of a hedge trimmer in view,

2 die Vorrichtung der 1 in 3D-Ansicht, 2 the device of 1 in 3D view,

3 die Vorrichtung der 2 im nicht erweiterten Zustand in Ansicht, 3 the device of 2 in the unexpanded state in view,

4 die Vorrichtung der 2 und 3 in erweitertem Zustand, 4 the device of 2 and 3 in expanded condition,

5 die Vorrichtung der 2 bis 4 im Schnitt entlang der Schnittlinie A-A der 3, 5 the device of 2 to 4 in section along the section AA of 3 .

6 die Vorrichtung der 2 bis 5 im Schnitt entlang der Schnittlinie B-B der 4, 6 the device of 2 to 5 in section along the section line BB 4 .

7 eine Vorrichtung in Form eines Drehstellteils in 3D-Darstellung in nicht erweitertem Zustand, 7 a device in the form of a rotary actuator part in 3D representation in a non-expanded state,

8 das Drehstellteil der 7 in erweitertem Zustand, 8th the rotary actuator of the 7 in expanded condition,

9 eine Seitenansicht des Drehstellteils der 7 und 8 in erweitertem Zustand, 9 a side view of the rotary actuator part of 7 and 8th in expanded condition,

10 eine Seitenansicht des Drehstellteils der 7 bis 9 in nicht erweitertem Zustand, 10 a side view of the rotary actuator part of 7 to 9 in an undeveloped state,

11 einen Schnitt durch das Drehstellteil der 7 bis 10 in erweitertem Zustand, 11 a section through the rotary actuator of the 7 to 10 in expanded condition,

12 einen Schnitt durch das Drehstellteil der 7 bis 11 im nicht erweiterten Zustand und 12 a section through the rotary actuator of the 7 to 11 in the unexpanded state and

13 einen Schnitt durch das Drehstellteil der 7 bis 12 entlang der Schnittlinie C-C der 11. 13 a section through the rotary actuator of the 7 to 12 along the section line CC the 11 ,

Die 1 zeigt das in diesem Ausführungsbeispiel als Heckenschere – dargestellt ohne Schneidblätter – ausgebildete Gerät 100 mit den beiden Scherenschenkeln 10, an denen endseitig jeweils eine als Handgriff ausgebildete Vorrichtung 1 zur Handbedienung des Geräts 100 angebracht ist. Die Vorrichtungen 1 bilden eine Nutzerschnittstelle für einen Nutzer wie Bediener, an den die topografische Oberfläche abhängig von seiner zur Verfügung stehenden ortsaufgelösten Handkraft der Vorrichtung 1 angepasst wird. Desweiteren ist zur Unterstützung der Betätigung des Geräts 100 die Servoeinrichtung 9 vorgesehen, die bei Betätigung der Vorrichtungen 1 den Schneidevorgang der Heckenschere beispielsweise proportional zur aufgebrachten Kraft unterstützt.The 1 shows in this embodiment as a hedge trimmer - shown without blades - trained device 100 with the two scissor thighs 10 , at each end of which a device designed as a handle 1 for manual operation of the device 100 is appropriate. The devices 1 form a user interface for a user, such as operator, to whom the topographic surface depends on his available, spatially resolved manual force of the device 1 is adjusted. Furthermore, in support of the operation of the device 100 the servo device 9 provided upon actuation of the devices 1 supports the cutting operation of the hedge trimmer, for example, proportional to the applied force.

Die 2 bis 6 zeigen die Vorrichtung 1 wie Handgriff jeweils in unterschiedlichen Darstellungen. Zur Anpassung an die Handfläche einer beispielsweise gehandicapten Hand des Nutzers ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, welche mehrere, über die Grifffläche der Vorrichtung verteilte Kraftsensoren 2, beispielsweise Foliensensoren aufweist, die ortsaufgelöst die Handkraft des Nutzers erfasst und abhängig von der erfassten Kraft die über die Vorrichtung 1 verteilten Griffsegmente 6 radial erweitert. Desweiteren kann die Vorrichtung 1 unterschiedliche Grifflängen l₁, l₂ ausbilden. Die radiale Erweiterung der Griffsegmente 6 erfolgt mittels einer Aktoreinrichtung, welche einen Motor 3 enthält, der von einer Steuereinrichtung 4 gesteuert wird. Die Antriebswelle 5 wie Rotorwelle betätigt dabei Kurvenscheiben 7, die mit den Griffsegmenten 6 über die Stege 8 in Wirkverbindung stehen. Die 3 und 5 zeigen dabei die Vorrichtung im nicht betätigten wie nicht erweiterten Zustand. Die 2, 4 und 6 zeigen die Vorrichtung 1 im betätigten wie erweiterten Zustand. Es wird deutlich, dass abhängig von der Ausbildung der Kurvenscheiben 7 ein unterschiedlicher Hub der Griffsegmente 6 erzielt werden kann.The 2 to 6 show the device 1 like handle each in different representations. To adapt to the palm of an example hand handicapped hand of the user, a sensor device is provided which a plurality of distributed over the gripping surface of the device force sensors 2 , For example, having film sensors, the spatially resolved detects the manual force of the user and depending on the detected force that on the device 1 distributed grip segments 6 radially expanded. Furthermore, the device 1 form different handle lengths l ₁ , l ₂ . The radial extension of the handle segments 6 takes place by means of an actuator device, which is a motor 3 contains, by a control device 4 is controlled. The drive shaft 5 like rotor shaft actuates cam discs 7 that with the handle segments 6 over the footbridges 8th in operative connection. The 3 and 5 show the device in the unactuated as not expanded state. The 2 . 4 and 6 show the device 1 in the pressed and extended state. It becomes clear that depending on the design of the cams 7 a different stroke of the handle segments 6 can be achieved.

Die 7 bis 13 zeigen jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 11 zur Handbetätigung eines Geräts in Form eines Drehstellteils in mehreren Darstellungen. Auf der Oberfläche der Vorrichtung 11 ist der Kraftsensor 2, beispielsweise ein Foliensensor angeordnet. Die Vorrichtung 11 enthält über den Umfang abwechselnd angeordnete statische Stellgriffflächen 13 und dynamische Stellelemente 12, welche gegenüber den statischen Stellgriffflächen 13 radial verlagerbar sind. Das nicht näher dargestellte Gerät wird mittels des Spindelantriebsmotors 14 drehangetrieben. Gegenüber dem Spindelantriebsmotor 14 ist die Vorrichtung 11 mittels des Deckels 15 verschlossen. Die 13 zeigt die Funktion der Vorrichtung 1. Bei einer Verdrehung der Vorrichtung 1 erkennt diese anhand der aufgebrachten Kräfte mittels der Kraftsensoren 2 einen diskomfortablen Einsatz des Nutzers und verlagert die dynamischen Stellteilsegmente 12, um die Oberfläche der Vorrichtung 1 zu vergrößern. Dies erfolgt mittels der Antriebsspindel 18 des Spindelantriebsmotors 14 über die Verbindungsstifte 16 und die Schubkurbeln 17. The 7 to 13 each show a further embodiment of a device 11 for manual operation of a device in the form of a rotary actuator in several representations. On the surface of the device 11 is the force sensor 2 , For example, a film sensor arranged. The device 11 contains static control surfaces alternately arranged over the circumference 13 and dynamic actuators 12 , which are opposite the static control surfaces 13 are radially displaceable. The device not shown in detail by means of the spindle drive motor 14 rotatably driven. Opposite the spindle drive motor 14 is the device 11 by means of the lid 15 locked. The 13 shows the function of the device 1 , At a rotation of the device 1 recognizes these on the basis of the applied forces by means of the force sensors 2 a discomfortable use of the user and shifts the dynamic actuator segments 12 to the surface of the device 1 to enlarge. This is done by means of the drive spindle 18 of the spindle drive motor 14 over the connecting pins 16 and the cranks 17 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtung contraption
22: Kraftsensor force sensor
33: Motor engine
44: Steuereinrichtung control device
55: Antriebswelle drive shaft
66: Griffsegment grip segment
77: Kurvenscheibe cam
88th: Steg web
99: Servoeinrichtung servo
1010: Scherenschenkel scissor legs
1111: Vorrichtung contraption
1212: dynamisches Stellelement dynamic actuator
1313: statische Stellgrifffläche static control surface
1414: Spindelantriebsmotor Spindle drive motor
1515: Deckel cover
1616: Verbindungsstift connecting pin
1717: Schubkurbel crank
1818: Antriebsspindel drive spindle
100100: Gerät device
l₁ ₁: Grifflänge handle length
l₂ l ₂: Grifflänge handle length

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2011004963 A1 [0003]

Claims

Contraption ( 1 . 11 ) for manual operation of a device ( 100 ) by means of a user interface, which user interface at least an expended force of a user in a function of the device ( 100 ), characterized in that a control circuit is provided in the user interface between a sensor device detecting at least one biometric variable of the user and an actuator device which changes the shape of the user interface as a function of the at least one detected biometric variable.

Contraption ( 1 . 11 ) according to claim 1, characterized in that the sensor device detects a surface pressure pattern of the user on the user interface and the actuator device adapts the shape in the form of a surface of the user interface for reducing peaks of a surface pressure of the surface pressure pattern.

Contraption ( 1 . 11 ) according to claim 2, characterized in that the adaptation of the surface of the user interface is provided by means of a topographical change of the surface.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that a manual force of the user supporting servo device ( 9 ) is provided, which falls below a predetermined threshold of the surface pressure operation of the device ( 100 ) supported.

Contraption ( 1 . 11 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the device ( 1 . 11 ) has a communication device for user guidance.

Method for manual operation of a device ( 100 ) by means of a user interface, wherein a sensor device detects and evaluates at least one biometric variable of a user of the user interface, characterized in that, depending on a result of the evaluation, the shape of the user interface is geometrically changed by an actuator device.

A method according to claim 6, characterized in that detected by the sensor device, a surface pressure pattern and evaluated with respect to its relative pressing forces over the surface and the surface of the user interface is topographically changed so that the pressing forces are compensated over the surface.

A method according to claim 6 or 7, characterized in that falls below a predetermined hand force the operation of the device ( 100 ) by means of a servo device ( 9 ) is supported.

Method according to one of claims 6 to 8, characterized in that the user interface has a basic setting and is returned to an adjustment to a user at the end of use back to the default setting.

Device ( 100 ) with a device ( 1 ) according to one of claims 1 to 5.