DE102016108372A1

DE102016108372A1 - Eingabegerät für Daten

Info

Publication number: DE102016108372A1
Application number: DE102016108372.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2017-11-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät für Daten. Erfindungsgemäß ist ein an einer Anzahl von Fixierpunkten fest mit einem Körperteil eines Benutzers verbindbaren Rahmen vorgesehen, der mit einer Anzahl von Sensoren versehen ist, mit denen für eine unmittelbar bevorstehende Bewegung des Körperteils charakteristische Parameter erfassbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät für Daten, mit dem beispielsweise Steuerdaten für ein nachgeschaltetes technisches System oder auch Dateninhalte für ein nachgeschaltetes Computer- oder sonstiges Datenverarbeitungssystem erzeugt und für die Ausgabe an eine Datenschnittstelle bereitsgestellt werden können.
In existierenden Computersystemen oder Datenverarbeitungsanlagen kommen als Eingabegeräte für Daten beispielsweise Tastaturen, Computermäuse oder beispielsweise für Spieleanwendungen oder dergleichen Joysticks zum Einsatz. Des weiteren werden auch Systeme zur dreidimensionalen Erfassung von Handbewegungen wie Gesten oder dergleichen verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Eingabegerät für Daten anzugeben, mit der die Daten auf besonders effiziente und zuverlässige Weise und für den Benutzer besonders angenehm und intuitiv eingegeben werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Eingabesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Zur Erfassung von Signalen, anhand derer die Datenerfassung erfolgen soll, sind vorzugsweise Sensoren vorgesehen, die nahe und bevorzugt im Kontakt mit Körperteilen des Benutzers platziert werden können und zur Aufnahme von im Zusammenhang mit durchgeführten oder geplanten Bewegungen des jeweiligen Körperteils auftretenden Zustandsveränderungen, beispielsweise Muskelbewegungen oder dadurch bedingte Haut- oder Druckveränderungen oder auch damit einhergehende elektrische und/oder magnetische Signale, geeignet und ausgelegt sind.
Die Sensorik kann dabei bevorzugt nach folgenden Gruppen ausgeprägt sein:

(a) Sensorik zur Erfassung von mechanischen Veränderungen im oder am Eingabegerät (im Folgenden auch bezeichnet als „Limb Shell Device“), z.B. anliegende Druckunterschiede oder Spannungen im Material des Limb Shell Devices, etc. durch die Bewegung des Trägers.
(b) Limb Shell Device mit Sensorik zur Erfassung von Veränderungen im oder am Körperbereich (z.B. elektromagnetische Felder von Nervenimpulsen, elektrische Ströme auf der Haut des Körperbereichs, etc.) des Trägers.

Die Erfindung geht dabei von folgender Grundüberlegung aus:
Das menschliche Gehirn orientiert sich in der Regel an dem, was es über die Sensorik des Körpers erfährt, primär die Augen. Erkennt, bzw. sieht, das Gehirn das zum Körper gehörende Körperteil, beispielsweise den zu dem Körper zugehörigen Arm, so kann es diesen per Willen normal bewegen. Das erfindungsgemäße Eingabegerät soll dazu ausgelegt sein, durch geeignet gewählte und platzierte Sensoren Parameter zu erfassen, zu messen und/oder für eine Weiterverarbeitung bereitzustellen, die bereits auf eine Absicht oder auf einen Ansatz des Benutzers schließen lassen, eine bestimmte Körperbewegung auszuführen. So ist es in der Lage, bereits vor oder während der Durchführung der Körperbewegung oder damit zusammenhängender Sekundärbewegung auf die reale Bewegung des realen Gliedmaßes (z.B. den Arm) zu schließen und entsprechende Signale als Eingabesignale für eine nachgeschaltete Datenverarbetiungsanlage, beispielsweise eine „virtual reality“-Anlage, bereitzustellen. Für die Datenverarbeitung kann dabei sogar auf die reale Körperbewegung oder deren vollständige Ausführung verzichtet werden. Dies gilt umso mehr, sofern das Gehirn ein virtuelles Gliedmaß oder etwas Ähnliches oder Zugordnetes sieht, das seinen Vorstellungen gemäß agieren kann, beispielsweise eine entsprechend Zurodnung in der virtuellen Realität.
Somit wird der real im Limb Shell Device so gut wie ruhiggestellte Körperbereich, im Beispiel der Arm, zum frei beweglichen Körperbereich in der, für das Gehirn nun realen, Virtuellen Realität. Hier muss der virtuelle Arm dann optisch wie funktional nicht mehr mit dem realen Körperbereich übereinstimmen, Hauptsache die gewünschte (sich vom Gehirn vorgestellte) Aktion in der Virtuellen Realität, lässt sich mit den realen Bewegungsintentionen vereinbaren.
Dem Träger des Limb Shell Devices in der Realität wird freie Bewegung, seiner virtuellen Präsenz, in der Virtuellen Realität ermöglicht, indem die Bewegungsintention des Trägers durch dessen minimale Körperbewegung, Anspannung oder Nervenimpulse interpretiert wird. Er bewegt sich damit virtuell umfänglich ohne sich real tatsächlich selbst wesentlich zu bewegen.
Das erfindungsgemäße Eingabegerät umfasst dazu vorzugsweise im Wesentlichen folgende Basiskomponenten:
Ein Rahmen (Basisgestell) mit einer Anzahl von in ihrer räumlichen Position zueinander weitgehend fest gehaltenen Kontaktpunkten zur Herstellung lokalen körperlichen Kontakts mit dem jeweiligen Körpertiel. Der Rahmen ist bevorzugt derart ausgelegt, dass er die Regionen des zu erfassenden Körperbereichs, entweder ganz oder teilweise, aber mindestens an den wesentlichen Stellen, die zur Ausführung der Bewegung nötig sind umgibt, dort also anliegt. Bevorzugt schränkt der Rahmen entweder die Bewegungsmöglichkeit des Trägers völlig ein oder lässt nur noch minimale Restbewegungen von wenigen Millimetern oder Zentimetern zu. Die noch möglichen Restbewegungen und je nach Bauform auch weitere Eigenschaften des Körperbereichs werden mit den, dem Limb Shell Device zugehörigen, Sensoren (Sensorik) erfasst und diese Messergebnisse werden über eine dem Limb Shell Device zugehörige Datenschnittstelle zur zeitnahen Verarbeitung bereitstellt.
Das Eingabegerät (Limb Shell Device) umfasst grundsätzlich Basisgestell, Sensorik und Datenschnittstelle.
Das Basisgestell ist der Teil des Limb Shell Device der den Körperbereich des Trägers in seiner Bewegungsausführung bis auf ein nötiges Minimum reduziert. Die Restbewegung ist einerseits, je nach Bauform, noch zum Erfassen durch die Sensorik nötig und andererseits zum Ermöglichen eines angemessenen Tragekomforts z.B. durch Polsterung, erforderlich. Das Basisgestell des Limb Shell Device basiert auf einem starren Rahmen. Alternativ aus einem oder mehreren, von unbeweglichen (oder sehr gering beweglichen) Zwischenstücke verbundenen, starren Rahmenstücken. Die Zwischenstücke sind Teil des Limb Shell Device.
Der Rahmen (bzw. die Rahmenstücke) ist bevorzugt aus einem festen Material, z.B. Kunststoff, Metall, Holz etc. gefertigt, das sich selbst nur ausgesprochen gering verformen lässt.
Der Rahmen (bzw. die Rahmenstücke) kann (können) eine flexible Innenausstattung, eine Polsterung (aus z.B. Schaumstoff, Textil, Luftpolster oder ähnlichem), an der Innenseite hin zum Körperbereich aufweisen, die ein Teil des Rahmens (bzw. der Rahmenstücke) ist und damit fest verbunden ist (z.B. aufgeklebt, geschraubt, mit Klettband angebracht, mit Druckknöpfen befestigt oder ähnlichem). Sie kann je nach Bauform fest verbaut oder entfernbar sein, z.B. zu Zwecken der Reinigung, zur Wartung oder anderem.
Auf die Polsterung können sich innen zum Körperbereich hin auch weitere Komponenten, hier als Kontaktkomponenten bezeichnet, anschließen, die den eigentlichen Kontakt zum Körperbereich des Trägers herstellen (z.B. Gurte zur Fixierung des Körperbereiches, Schellen die den Körperbereich umfassen, etc.). Diese, auf der Polsterung gefederten, oder durch einen anderen, zwischen ihnen und dem Rahmen befindlichen, Mechanismus beweglich gehaltenen, Kontaktkomponenten sind auch Teil des Limb Shell Device und können ebenfalls fest verbaut oder zur Wartung oder Reinigung entfernbar gehalten sein.
Die Zwischenstücke können beispielsweise als Teil der Sensorik (z.B. Messung von Druckunterschieden, der Auslenkung, Stauchung, Drehung, etc.), als Federung zum angenehmeren Tragen des Limb Shell Devices oder zum Ermöglichen des Anlegens/Anziehen bzw. Ablegens/Ausziehen eingefügt sein. Im Fall des Anlegens/Ablegens lassen sich die Rahmenstücke des Basisgestells bevorzugt an den Zwischenstücke trennen oder an Gelenkstücken Klappen oder Drehen.
Die Sensorik ist ein wesentlicher Teil des Limb Shell Device und ist bervorzugt zur Messung der Aktionen des Körperbereichs des Trägers innerhalb des Basisgestells ausgelegt.
Je nach Ausführung des Limb Shell Devices können unterschiedliche messtechnische Verfahren zum Einsatz kommen, die aber alle das gleiche Ziel verfolgen, und zwar die körperlichen Auswirkungen der Bewegungsintention des Trägers im oder am Limb Shell Device zu registrieren, zu messen, und die betreffenden Messwerte zur Weiterverarbeitung bereitzustellen, z.B. durch Zuleiten zur Datenschnittstelle.
Die Messtechnik kann am Limb Shell Device an unterschiedlichen Stellen angebracht sein.

1. Sensoren innerhalb des Limb Shell Device: Die Messtechnik ist je nach Ausführung – in, an oder auf der Innenseite der Kontaktkomponenten, – in dem beweglichen Bereich zwischen Kontaktkomponenten und Basisgestell, – in, an oder auf der Polsterung oder – direkt auf der Innenseite des Basisgestells angebracht.
2. Sensoren im Material des Limb Shell Device: Die Messtechnik ist je nach Ausführung – in das Material des Basisgestells eingefügt (z.B. eingegossen), – in freigelassenen Bereichen des Basisgestells eingefügt oder – selbst ein Rahmenstück des Basisgestells bzw. das Basisgestell selbst.
3. Sensoren außerhalb des Limb Shell Device: Die Messtechnik ist je nach Ausführung – auf der Oberfläche des Basisgestells angebracht, – mechanisch an das Basisgestell gekoppelt oder – an das Basisgestell durch beliebige weitere verbindende Komponenten gekoppelt. Hierbei muss keine materielle Verbindung zu den Sensoren bestehen, es können auch Veränderungen des Basisgestells auf optischem, akustischem, elektronisch oder elektromagnetischem etc. Wege gemessen werden, die der Idee des Limb Shell Devices gemäß die Vorgänge des Körperbereichs des Trägers und dessen Bewegungsintention und damit die Auswirkung auf das Basisgestell messen.

Körperbereiche, oder der ganze Körper, des Trägers werden bevorzugt vom weitgehend starren Limb Shell Device völlig oder an wesentlichen die Körperbewegung beschränkenden, Stellen umgeben und diese hierdurch völlig oder nahezu ruhiggestellt. Die Ausführung der für die zu erfassenden Körperbereiche normalen Bewegungen wird hierdurch so stark eingeschränkt, so dass diese Bewegungen entweder nicht mehr bzw. nur noch im Millimeterbereich oder maximal im Bereich von wenigen Zentimetern möglich sind, je nach Bauform. Die Bewegungen sind so bevorzugt nur noch innerhalb des Messbereichs der zugehörigen Messtechnik des Limb Shell Devices möglich.
Die zu erfassenden Körperbereiche stoßen, sobald sich der Träger im, für den Körperbereich, natürlichen Maße, bewegen will, bei der Bewegungsausführung von Innen gegen die Grenzen der sie umgebende Struktur des Limb Shell Devices (Basisgestell). Die Messtechnik des Limb Shell Devices erfasst diese Bewegungsintention des Trägers, misst also die noch mögliche Restbewegung (a) oder die inneren Körpervorgänge (z.B. Nervenimpulse zu der Muskulatur) (b) die zur Bewegung führen würden.
Je nach Sensorik kommen entweder die an der Limb Shell anliegende Druck- und Zugkräfte und die Positionen an denen sie auftreten, sowie deren Impuls (zur Erfassung der Bewegungsgeschwindigkeit) in Betracht (a), oder die elektromagnetische Felder der Nerven des Körpers des Trägers und deren Intensität, Wellenform und Position (b).
Es können je nach Verwendungszweck der Limb Shell auch weniger oder mehr Komponenten der Bewegungen und auch andere Körpereigenschaften des erfassten Körperbereiches durch die Messtechnik erfasst werden, z.B. Spannungen an der Hautoberfläche, die Feuchtigkeit an der Hautoberfläche, die Temperatur des Körperbereiches und weitere.
Über eine zum Limb Shell Device gehörende Datenschnittstelle werden diese gemessenen Informationen zu der Bewegungsintention bzw. den Restbewegung oder Nervenimpulsen des Trägers und allen zusätzlichen Eigenschaften, die von der Messtechnik aus dem Limb Shell Device kommen, an eine Auswertungssoftware gesendet.
Aus den im Limb Shell Device gemessenen Positionen der auftretenden Kräfte am Limb Shell Device kann auf die daran beteiligten Körperzonen des erfassten Körperbereichs rückgeschlossen werden und hieraus können die real beteiligten Muskeln und Gelenke durch die Auswertungssoftware ermittelt werden. Die Intensität und der Zeitraum des Anschwellens der Kraft (Wellenfront, Steigung der Zunahme der Kraft) gibt Aufschluss darüber wie schnell sich der Körperbereich bewegen will und mit welcher Beschleunigung diese Bewegung vonstatten gehen soll, also vom Träger gewünscht wird.
Somit kann die Intention der vom Träger real auszuführenden Bewegung aus diesen Messungen abgeleitet werden um für eine Abbildung der durch den Träger gewünschten Bewegung in einer virtuellen Simulation einer Software genutzt zu werden. Die Bewegungen in der Simulation sind im Gegensatz zu denen, durch die im Limb Shell Device physikalisch eingeschränkten Bewegungsausführungen des Körperbereichs, nur durch die Regeln in der Virtuellen Realität begrenzt bzw. vorgegeben, so dass sich der Träger z.B. in einem Virtuellen Realitäts Computerspiel frei bewegen kann, also alle normalen Arm- und Handbewegungen ausführen kann (bei Tragen von Arm- und Hand- umfassenden Limb Shell Devices), oder auch Laufen und Rennen (bei Tragen von die Beine und Füße umfassenden Limb Shell Devices) ohne sich real wesentlich bewegen zu müssen bzw. überhaupt bewegen zu können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläuter.
Die zu erfassenden Körperteile werden von der Limb Shell in einer bevorzugten Ausführungsform („Vollhülse“) in Form einer Vollhülse, in der Form ähnlich eines Gipsverbands umschlossen (Beispiel , , ), so dass der Körperbereich vollständig innen an den Innenwänden des Limb Shell Devices oder dessen innerer Polsterung anliegt (Beispiel ). Diese Hülse kann bei Bedarf aufgeklappt und geschlossen werden um den zu erfassenden Körperbereich aufzunehmen oder zu entlassen. Nach dem Schließen kann sich der Körperbereich innerhalb, nicht oder nur noch unwesentlich darin bewegen, ähnlich wie bei einem herkömmlichen Gipsverband. Je nach Ausstattung mit einer innen liegenden Polsterung ist mehr oder weniger Freiraum zum Bewegen übrig.
Die Ausgestaltung des Limb Shell Device als Vollhülse kann, z.B. zur Belüftung, im Umfang reduziert werden, so dass Öffnungen an, für die Auswertung der Bewegungen des Körperbereichs, unwesentlichen Stellen eingefügt sind oder ganze nicht benötigte Bereiche frei bleiben. Die bei dieser alternativen vorteilhaften Ausgestaltung („Teilhülse“) entstehenden Freiräume können beliebig geformt und von beliebiger Größe sein, sofern gewährleistet bleibt, dass der zu erfassende Körperbereich angemessen darin befestigt ist, also nicht herausrutscht und gleichzeitig die Bewegung so eingeschränkt bleibt, dass die Sensorik die zu messenden Bewegungsversuche des Trägers korrekt erfassen kann, und daraus wiederum korrekt der Rückschluss auf die Bewegungsintention des Trägers gelingt (Beispiel ).
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung („Minimalgerüst“) kann das Limb Shell Device auf eine Bauform als Minimalgerüst reduziert werden, wenn nur noch eine geringe bis zur minimalen Anzahl von Regionen des zu erfassenden Körperbereichs fixiert werden, so dass die Bewegung weiterhin wie in der Teilhülse eingeschränkt wird. Auch ist es dabei vorgesehen, dass die Sensorik den Körperbereich ausreichend erfassen kann um die Bewegungsintention des Trägers auf zu nehmen, also z.B. den Druck und Impuls der Bewegungsversuche messen kann (Beispiel , , ).
Ausführungsform des Limb Shell Device als externes/integriertes Device:
Jede Bauform des Limb Shell Devices kann auch extern befestigt und somit entweder ortsgebunden feststehend oder in ein mobiles Gerät integriert sein, so dass sie nicht vom Träger "übergezogen" bzw. "angezogen" wird sondern er sich in das Limb Shell Device selbst hineinbegibt, also sich hineinstellt, hineinlegt oder hineinsetzt. Der Träger nimmt seine Position ein und betätigt eine Auslöseautomatik, die das umfassen der relevanten Körperbereiche voll- oder teilautomatisch vornimmt. Auf diese Weise kann das Limb Shell Device auch automatisiert an den Träger angepasst und angelegt werden. Es werden die Messpunkte am Körper des Trägers durch eine erkennende Optik und darunterliegende Logik identifiziert und passgenau die Hülsenkomponenten mit den Sensoren der Limb Shell angelegt.
Alternativ kann er sich selbst das externe oder integrierte Limb Shell Device an die zu erfassenden Körperbereiche anlegen oder muss sich von Dritten dabei helfen lassen.
Beispiel: Bauform mit Drucksensoren im Innern und geringer Bewegungsfreiheit
Im Innern dieser Bauform sind an den Innenwänden oder in der Polsterung, entweder weiträumig oder nur an signifikanten Bereichen oder Punkten, an welchen primär Kraftentwicklung durch den zu erfassenden Körperbereich zu erwarten ist, druckmessende Sensoren angebracht, die die Höhe des ausgeübten Druckes sowie den Impuls an der Innenseite messen und zur Datenschnittstelle des Limb Shell Devices weitergeben können.
Der Träger der Vollhülse betätigt also nun die Muskeln seines zu erfassenden Körperbereichs und veranlasst hierdurch einen Druck der hierdurch bewegten Teile des Körperbereich gegen die Innenwand bzw. daran anliegende Polsterung und damit auf die Sensoren. Die Position des ausgeübten Druckes lässt einen Rückschluss auf die bewegten Teile des Körperbereichs ziehen und damit eine gleich-artige Steuerung eines virtuellen Äquivalents des Körperbereichs in der Virtuellen Realität zu.
Die Anspannung der Muskeln lässt diese anschwellen und selbst auch auf die Sensoren drücken. Dieser Druck der gespannten Muskeln kann ebenfalls zur Auswertung gemessen werden. Die Position des Druckes kann den Muskeln zugeordnet werden und damit in die Virtuelle Realität übertragen werden, so dass auch das virtuelle Abbild die Muskeln spielen lassen kann. Das Limb Shell Device mit Drucksensoren kann in jeder genannten Bauform (Vollhülse, Teilhülse, Minimalgerüst) umgesetzt werden.
Beispiel: Limb Shell Device ohne Bewegungsfreiheit
Die Bauform ohne Bewegungsfreiheit (bzw. minimale Bewegungsfreiheit) basiert messtechnisch entweder auf den Spannungskräften die im Material durch den Bewegungsversuch erzeugt werden(a) oder auf den gemessenen Nervenimpulsen im Körperberbereich (z.B. deren elektromagnetisches Feld oder deren Strom) die an der Körperoberfläche gemessen werden (b).
Die Messungen von Spannungskräften im Material werden entweder durch Messungen am oder im Material selbst (z.B. Änderung im Stromwiderstand), an der Oberfläche des Materials (z.B. Längenänderung, optische Erfassung etc.) oder in den Verbindungsstücken die, die Teilbereiche des Limb Shell Devices, zusammenhalten und Sensoren enthalten, gemessen.
Die Zug- oder Stauchungskräfte, oder Messergebnisse der Nervenimpulsen werden dann wieder zur Datengrundlage der Interpretation hinsichtlich der Bewegungsintention des Trägers genutzt und können in die Virtuelle Welt überführt werden.
Das Limb Shell Device ohne Bewegungsfreiheit kann in jeder genannten Bauform (Vollhülse, Teilhülse, Minimalgerüst) umgesetzt werden.
Rückwirkung aus der Virtuellen Realität:
Um die Erfahrung der Virtuellen Realität intensiver zu gestalten, einfach der Realität stärker entsprechen zu lassen oder zu sonstigen Zwecken können dem Limb Shell Device technische Zusatzmodule integriert sein die eine Rückmeldung aus der Virtuellen Realität zulassen. So sind Module die einen spürbaren Druck auf der Haut des Körperbereichs des Trägers des Limb Shell Device erzeugen integrierbar, sowie Module die eine Temperatur auf die Hautoberfläche übertragen oder eine andere körperliche wahrnehmbaren Reizung vornehmen, bis hin zum Verursachen von Schmerz (was in der Regel kein Anwendungsgebiet sein sollte).
Bewegungsintention im Kontext des Limb Shell Device
Die durch den Träger des Limb Shell Devices, an dem vom Limb Shell Device umfassten Körperbereich, initiierte Bewegung (mit dem Wunsch diese komplett durchzuführen), die aber aufgrund der Bewegungseinschränkungen durch das Limb Shell Device nicht vollständig ausgeführt werden kann und somit nur als Druck, Spannung, Nervenimpuls etc. am Limb Shell Device gemessen wird.
Ablauf der Benutzung eines Limb Shell Devices:
Der Benutzer der Limb Shell Devices öffnet das Limb Shell Device durch einen Öffnungsmechanismus, der hierfür vorgesehen ist und je nach Bauform unterschiedliche Ausprägung haben kann, so z.B. in Form von Schnallen die die aufgeklappbare Bein-Vollhülse zusammenhalten, in Form von aufschiebbaren Segmenten die das Hand-Limb Shell Device etwas öffnen um mit der Hand hinein zu gleiten oder durch Aktivieren der Öffnungsautomatik damit sich das Ganz-Körper Limb Shell Device in Form eines extern angebrachten Teilgerüstes öffnet und der Benutzer sich hineinsetzen kann.
Der Benutzer bringt seinen Körperberbereich oder den gesamten Körper in das Limb Shell Device hinein und schließt den Öffnungsmechanismus, so dass der gesamten Körper so darin fixiert ist, dass nur noch die, je nach Bauform, erforderlichen Restbewegung möglich sind. Sollte nur ein Teilbereich des Körpers erfasst werden, so muss das Limb Shell Device ggf. noch am Restkörper festgeschnallt werden um nicht zu verrutschen.
Sollte die Sensorik des Limb Shell Devices noch nicht aktiviert sein, so muss diese jetzt eingeschaltet werden.
Jetzt kann das Limb Shell Device verwendet werden.
Möchte der Träger das Limb Shell Device wieder ablegen, so nutzt er den Öffnungsmechanismus in der vorgesehenen Weise um auszusteigen bzw. es abzulegen, in der umgekehrten Weise.
In einer alternativen, ebenfalls als vortielhaft angesehenen Bauform ist das Eingabegerät flexibel und selbst anpassend und versteifend ausgeführt.
Das Basisgestell des Limb Shell Device ist dabei als flexible Hülle ausgelegt, die entweder einfach über den Körperberbereich gezogen wird (z.B. bei der Hand wie ein Handschuh), oder diesen durch Umlegen (Anlegen) umhüllt und danach separat geschlossen wird (z.B. mit Schnallen, Klettband, einem Reißverschluss etc.). Die Struktur des Basisgestells kann dabei vielfältig gestaltet sein. Zum Beispiel kann es hierzu aus einem Gitternetz vieler kleiner Rahmenstücke bestehen, die durch bewegliche oder flexible Verbindungskomponenten zusammengehalten werden oder selbst flexibel sind, ähnlich in der Erscheinung wie ein mittelalterliches Kettenhemd bzw. ein Schuppenpanzer, oder es ist wie gewebt aus fadenähnlicher Struktur oder es ist flächig aus einem Material mit gummieähnlichen Dehnungseigenschaften.
Das Limb Shell Device umgibt nach Anlegen somit entweder den ganzen Körperberbereich (ähnl. Bauform Vollhülse) oder Teile davon (Teilhülse oder Minimalgestell).
Dieses flexible Basisgestell kann sich dann entweder ähnlich eines Kleidungsstückes beim Anlegen sofort an den Körperbereich anschmiegen oder es wird zunächst noch herabhängen bzw. durchhängen.
Wurde das Limb Shell Device angelegt (über- oder angezogen), so kann es durch einen Auslöser (z.B. Schalter) dazu angeregt werden (z.B. eingeschaltet werden) sich zusammenzuziehen (z.B. Schrumpfen, Verengung bzw. Reduzierung des Innemaßes, Reduzierung im ganzen Ausmaß, im Umfang, im Querschnitt, Reduzierung der Abstände zwischen den Rahmenstücken o.ä.) um sich an, noch nicht am Körperberbereich anliegenden, Stellen nah anzuschmiegen. Zumindest sofern dies nicht schon beim Anlegen geschehen war. Anschließend, sofort oder ausgelöst durch ein weiteres Auslösesignal(z.B. Schaltvorgang) wird es sich versteifen (z.B. die Verbindungskomponenten zwischen den Rahmenstücken verlieren die Beweglichkeit oder Flexibilität, die flexible stoff- oder gummieähnliche Erscheinung erstarrt, verhärtet sich). Aus der flexiblen Hülle wird eine starre, bewegungshemmende bzw. bewegungseinschränkende Hülse die jetzt dem Körperberbereich im Inneren formangepasst ist. Die Bewegungen bzw. die Bewegungsintention, des Trägers des Limb Shell Devices werden wieder so durch integrierte oder von außen darauf ausgerichtete Sensorik gemessen, wie in den vorherigen Abschnitten beschrieben. Ebenso kann die Innenausstattung des Limb Shell Devices mit Polsterung und weiteren Komponenten wie bereits beschrieben ausgestattet sein.
In einer weiteren alternativen, ebenfalls vorteilhaften Bauform kann das Eingabegerät auch nur innen selbstanpassend ausgeführt sein.
Diese Bauform des Limb Shell Device ist ähnlich der „Bauform, Flexibel-Selbst anpassen und versteifend“, aber diese selbstanpassende Funktion bezieht sich nur auf die Innenausstattung. Die äußere Hülle ist nur Haltegrerüst für die innere sich an den Körperberbereich des Benutzers anpassende Polsterung und kann die Körperabmessungen des gewünschten Bereiches weit übertreffen (z.B. ähnlich einem zu großen Gipsverbandes). Der Benutzer bewegt den Körperbereich in das geöffnete Limb Shell Device (z.B. Arm einführen, mit gesamtem Körper betreten etc.) und schließt das Limb Shell Device manuell oder gibt ein Auslösesignal wodurch sich das Limb Shell Device schließt. Sofort, oder ausgelöst durch ein weiteres Auslösesignal, verengt sich der Innenraum durch die im Innenarum angebrachte, sich nun ausdehnende, Polsterung bis diese am Körperbereich des Trägers, oder an den gewünschten Teilbereichen, anliegt und sich anschmiegt. Entweder wird durch diesen Vorgang der betreffende Körperberbereich bereits in seiner Bewegungsfreiheit so stark eingeschränkt dass die Bedungungen eines funktionierenden Limb Shell Devices gegeben sind, oder die sich an den Körperberbereich anschmiegenden, also umgebenden Strukturen (z.B. Polsterung) müssen sich erst noch versteifen, ggf. separat auzulösen. Die Bewegungen bzw. die Bewegungsintention, des Trägers des Limb Shell Devices werden wieder durch integrierte, z.B. an der Hautoberfläche anliegende, Sensorik gemessen, wie in den vorherigen Abschnitten beschrieben. Ebenso kann die Innenausstattung des Limb Shell Devices mit noch einer weiteren sich nicht ausdehnenden Schicht Polsterung, anliegend an der Körperoberfläche, und weiteren Komponenten wie bereits beschrieben ausgestattet sein.
In den Figuren ist gezeigt:
Fig. 1:
Das Eingabegerät 1 mit einem Basisgestell 2 aus einer Anzahl von Rahmenstücken 4, angelegt an einen Finger 6 des Trägers. Die Rahmenstücke 4 sind über Zwischenstücke 8 miteinander verbunden. Die Zwischenstücke 8 sind jeweils im Bereich eines Fingergelenks 10 positioniert und mit dem jeweiligen Sensor 12 bestückt. Diese Ausführungsform ist somit als Basisgestell 2 aus Rahmenstücken 4 ausgeführt.
Fig. 2:
Ein Eingabegerät 1´ mit einem als Vollhülse ausgeführten, an der Schulter 14 des Trägers angebrachten Schulterstück 16, kombiniert mit einem als Minimalhülse für den Arm 18 des Trägers ausgeführten Armteil 20 und mit einem wiederum als Vollhülse für die Hand 22 des Trägers ausgeführten Handteil 24. Das Armteil 20 ist wiederum aus einer Anzahl von Rahmenstücken 4 zusammengesetzt. Das Schulterstück 16 ist mittels einer Anzahl von Tragegurten 26 fixiert.
Fig. 3:
Ausschnittsweise ein Rahmenstück 4 mit Polsterung 28. Die Polsterung 28 ist im Freiraum zwischen dem eigentlichen Rahmenstück 4 und der Haut 30 des Trägers angebracht. In die Polsterung 28 sind die oder einige der Sensoren 12 integriert.
Fig. 4:
Ein Eingabegerät 1´´, ausgeführt als Teilhülse mit Zwischenstücken zur Erfassung eines Beins 31 des Trägers. Das Eingabegerät 1´´ umfasst im Ausführungsbeispiel zwei Rahmenstücke 4, die das Bein 31 des Trägers jeweils umschließen, und zwar jeweils eines auf einer Seite des Knies 32. Zur Fixierung sind die Rahmenstücke 4 über eine Anzahl von Streben 34 miteinander verbunden, die in diesem Beispiel die Zwischenstücke 8 bilden.
Fig. 5:
Ein Eingabegerät 1´´´, ausgeführt als Vollhülse zur Erfassung eines Beins 31 des Trägers.
Fig. 6:
Ein Eingabegerät 1´´´´ im Schnitt, ausgeführt als Vollhülse zur Erfassung eines Arms 18 des Trägers. Die Sensoren 12 sind an den vorgesehenen Stellen in die Vollhülse integriert.
Fig. 7:
Das Eingabegerät 1´´´´ gem. 6 in seitlicher Ansicht.
Fig. 8:
Ein als Vollhülse ausgeführtes Eingabegerät 1 im Schnitt. Dieses ist um ein Gelenk 40 des Trägers herum angeordnet. Zwischen der Außenschale 42 und der Haut 30 ist ebenfalls eine Polsterung 28 vorgesehen. Durch die Winkel 44 ist angedeutet, wie eine näherungsweise Knickbewegung im Gelenk 40 in eine lokale Druckbelastung an der Stelle 46 umgesetzt wird. Diese Druckbelastung kann sensorisch erfasst werden.
Fig. 9:
Eine Kontaktkomponente 50, die das zu erfassende Körperteil 52 umschließt und dessen Bewegungen oder Bewegungsansätze in einen angeschlossenen Sensor 12 einkoppelt.
Fig. 10:
Eine Ausführungsform des Eingabegeräts 1´´´´´, bei der das – in der dargestellten Variante als am Bein 31 des Trägers angelegte Vollhülse ausgeführte – Basisgestell 2 innenseitig mit einer Anzahl von Druckgebern 50 ausgerüstet ist. Diese sind von extern ansteuerbar und erzeugen lokal im Bereich ihrer Position ein Druckgefühl beim Träger. In einer Spieleumgebung oder in der Virtual Reality kann dies in der dargestellten Position beispielsweise verwendet werden, wenn der Avatar kniet, dann beim Träger ebenfalls körperlich das Gefühl auszulösen zu knien.
Fig. 11
Eine Ausführungsform, bei der das Eingabegerät 1 als extern fixiertes, ortsfestes Gerät ausgeführt ist. Dabei ist das den Körperbereich umgebende Basisgestell 2 von einer Anzahl von Rahmenstücken 4 gebildet, die jeweils über bewegliche Schwenkarme 52 mit einer ortsfesten Basisstation 54 verbunden sind. Über die Schwenkarme 54 kann das Limb Shell device geöffnet und geschlossen werden, so dass das Einlegen und Fixieren des Körperteils ermöglicht wird. Ein automatischer Antrieb hierfür ist in die Basisstation 54 integriert. Die vorgesehene Sensorik kann dabei in die Rahmenstücke 4 und/oder in die Basisstation 54 integriert sein.
Fig. 12
Eine Ausführungsform, bei der das Basisgestell 2 als Minimlagerüst ausgeführt ist. Das Basisgestell 2 ist dabei zum Umschließen des Körperteils, beispielsweise eines Arms, ausgelegt und dazu mehrteilig ausgeführt, wobei die beiden Teile 56 über ein Scharnier 58 klappbar miteinander verbunden sind und im zusammengeklappten Zustand über ein Schloss 60 fixiert werden können. Das Basisgestell 2 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel gepolstert ausgeführt und innenseitig mit einer Polsterung 28 versehen. In die Polsterung 28 sind dabei auch die Sensoren 12 integriert. Dies ist in der ausschnittsweisen Vergrößerung gemäß 13 noch besser zu erkennen.
Fig. 14, Fig. 15
Eine Ausführungsform für ein selbst anpassend ausgeführtes Eingabegerät 1´´´´´´ vor (14) und nach (15) dem Anlegen an das Körperteil, im dargestellten Beispiel den Arm 18 des Trägers. Das zum Umschließen des Körperteils ausgelegte Basisgestell 2 ist dabei innenseitig mit einer variablen (beispielsweise aufblasbaren) Polsterung 28 versehen, die im „offenen“ Zustand (14) eine nur geringe Dicke aufweist und damit eine vergleichsweise große Innenöffnung freigibt, in die z. B. der Arm 18 eingesteckt werden kann. Im „aktiven“ Zustand (15) wird die Polsterung 28 z. B. aufgeblasen und nimmt damit eine vergleichsweise große Dicke ein, so dass sie innenseitig eng am eingesteckten Körperteil anliegt.
Fig. 16, Fig. 17
Eine alternative Ausführungsform für ein selbst anpassend ausgeführtes Eingabegerät 1´´´´´´´ vor (16) und nach (17) dem Anlegen an das Körperteil, im dargestellten Beispiel das Bein 31 des Trägers. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Basisgestell 2 selbst durch ein vergleichsweise flexibles Material gebildet, das nach dem Anlegen geeignet zusammengezogen werden kann (17) und damit das Körperteil fixiert. Insbesondere kann das Basisgestell 2 zu diesem Zweck aus einer gitternetz-artig gebildeten Struktur von miteinander verbundenen Rahmenstücken 4 gebildet sein, wie dies im Ausführungsbeispiel gem. 18 gezeigt ist. Diese Rahmenstücke 4 können dann zur Fixierung geeignet zusammengezogen werden, vgl. 19.

Claims

Eingabegerät für Daten mit einem an einer Anzahl von Fixierpunkten fest mit einem Körperteil eines Benutzers verbindbaren Rahmen, der mit einer Anzahl von Sensoren versehen ist, mit denen für eine unmittelbar bevorstehende Bewegung des Körperteils charakteristische Parameter erfassbar sind.