DE102017122377A1

DE102017122377A1 - Handschuhartiges Ein-/Ausgabegerät und Verfahren zur Ausgabe einer thermorezeptiv erfassbaren Information über eine Kraft

Info

Publication number: DE102017122377A1
Application number: DE102017122377.0A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Maier; Maxime Chalon
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2019-03-28
Also published as: WO2019063522A1

Abstract

Handschuhartiges Ein-/Ausgabegerät, wobei das Ein-/Ausgabegerät wenigstens ein Thermoelement zur thermorezeptiv erfassbaren Information über eine Kraft aufweist, und Verfahren zur Ausgabe einer thermorezeptiv erfassbaren Information über eine Kraft, wobei die Information mithilfe eines derartigen Ein-/Ausgabegeräts ausgegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein handschuhartiges Ein-/Ausgabegerät. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ausgabe einer thermorezeptiv erfassbaren Information über eine Kraft.
Aus der Druckschrift DE 10 2004 001 167 A1 ist ein Verfahren bekannt zum Manipulieren, insbesondere Positionieren, von mindestens einem virtuellen Objekt mit den Verfahrensschritten: Greifen eines ersten virtuellen Objektes mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, wobei das virtuelle Objekt die physikalischen Eigenschaften eines entsprechenden realen Objektes aufweist, Bewegen des ersten virtuellen Objekts mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle, Positionieren des ersten virtuellen Objekts mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle gegen ein zweites virtuelles Objekt unter Berücksichtigung einwirkender Kräfte, Festhalten der Bewegungsbahn der virtuellen Objekte auf einem Datenträger unter der Einwirkung der Kräfte und Festhalten der aktuellen Position des ersten virtuellen Objektes auf dem zweiten virtuellen Objekt, wobei das erste virtuelle Objekt: gegen eine geneigte und/oder konkave Flache des zweiten virtuellen Objektes positioniert wird, wobei das erste mit dem zweiten virtuellen Objekt in Lagrange-Kontakt steht, in dieser Position fixiert wird und/oder und wobei das erste virtuelle Objekt und seine Umgebung Ober einen vorgegebenen Zeitraum in Hinsicht auf die Auswirkungen der Kräfte inspiziert werden.
Der Druckschrift DE 10 2004 001 167 A1 zufolge wird vorgeschlagen, dass ein Datenhandschuh als haptische Mensch-Maschine-Schnittstelle über Bewegungssensoren und/oder taktile Sensoren und/oder eine Kraftruckkopplung verfügt.
Aus der Druckschrift WO 00/33167 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Anzeige einer physikalischen Größe, wobei die Größe anhand einer Transformationsbeziehung in einen Anzeigewert umgesetzt wird und der Anzeigewert als Temperaturwert einer ertastbaren Oberfläche angezeigt wird.
Der Druckschrift WO 00/33167 A1 zufolge wird vorgeschlagen, dass die ertastbare Oberfläche die Bedienoberfläche einer Computermaus oder das Innere eines 3D-Handschuhs ist und dass die ertastbare Oberfläche mittels Peltier-Elementen auf die anzuzeigende Temperatur gebracht werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Ein-/Ausgabegerät baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem handschuhartigen Ein-/Ausgabegerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren mit Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhaft Ausführungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Ein-/Ausgabegerät kann zur Eingabe von Informationen an einen Computer und/oder an eine elektrische Kontrolleinrichtung dienen. Die Kontrolleinrichtung kann zum Kontrollieren eines Roboters, insbesondere eines Industrieroboters, dienen. Das Ein-/Ausgabegerät kann zur Eingabe von Informationen an einen Anwender dienen.
Ein handschuhartiges Ein-/Ausgabegerät kann ein Ein-/Ausgabegerät sein, das eine Hand ganz oder teilweise bedeckt. Das Ein-/Ausgabegerät kann an einer Hand anordenbar sein. Das Ein-/Ausgabegerät kann manschettenartig ausgeführt sein. Das Ein-/Ausgabegerät kann als Datenhandschuh ausgeführt sein.
Mithilfe des Thermoelements kann eine Temperaturdifferenz erzeugbar sein. Mithilfe des Thermoelements kann Wärmeenergie aufnehmbar sein. Mithilfe des Thermoelements kann eine Kühlleistung erzeugbar sein. Mithilfe des Thermoelements kann Wärmeenergie abgebbar sein. Mithilfe des Thermoelements kann eine Heizleistung erzeugbar sein. Mithilfe des Thermoelements kann eine Information signalisierbar sein. Die Information kann mithilfe des Temperatursinns erfassbar sein. Die Information kann sich auf eine Kraft beziehen. Die Kraft kann eine Kontaktkraft sein. Die Kraft kann eine Kontaktkraft an einem Roboter sein. Die Kraft kann eine Kontaktkraft an einem Manipulator eines Industrieroboters sein.
Das wenigstens eine Thermoelement kann ein elektrothermischer Wandler sein. Das wenigstens eine Thermoelement kann ein Peltier-Element sein.
Das wenigstens eine Thermoelement kann an einer Fingerkuppe anordenbar sein. Das wenigstens eine Thermoelement kann an einer Handinnenfläche anordenbar sein. Das wenigstens eine Thermoelement kann an einer Handaußenfläche anordenbar sein.
Das Ein-/Ausgabegerät kann einen Tragabschnitt aufweisen. Der Tragabschnitt kann handschuhartig ausgeführt sein. Der Tragabschnitt kann eine Hand ganz oder teilweise bedecken. Der Tragabschnitt kann an einer Hand anordenbar sein. Der Tragabschnitt kann manschettenartig ausgeführt sein. Der Tragabschnitt kann wenigstens einen Aufnahmeabschnitt für das wenigstens eine Thermoelement aufweisen. Der wenigstens eine Aufnahmeabschnitt kann einer Fingerkuppe zugeordnet sein. Der wenigstens eine Aufnahmeabschnitt kann einer Handinnenfläche zugeordnet sein. Der wenigstens eine Aufnahmeabschnitt kann einer Handaußenfläche zugeordnet sein.
Das wenigstens eine Thermoelement kann unmittelbar an dem Tragabschnitt angeordnet sein. Das wenigstens eine Thermoelement kann in einem Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse kann an dem Tragabschnitt angeordnet sein.
Das Ein-/Ausgabegerät kann eine elektrische Kontrolleinrichtung für das wenigstens eine Thermoelement aufweisen. Das wenigstens eine Thermoelement und die Kontrolleinrichtung können miteinander signalleitend verbunden sein. Der Kontrolleinrichtung kann wenigsten ein eine Kraft repräsentierendes Signal zur Verfügung stehen.
Die Information können ein einen Anwender ausgegeben. Die Information können thermorezeptiv erfassbar ausgegeben werden.
Das wenigstens eine Thermoelement kann basierend auf wenigstens einem eine Kraft repräsentierenden elektrischen Eingangssignal kontrolliert werden. Die Kraft kann eine Kontaktkraft sein. Die Kraft kann eine Kontaktkraft an einem Roboter sein. Die Kraft kann eine Kontaktkraft an einem Manipulator eines Industrieroboters sein.
Das wenigstens eine Thermoelement kann mithilfe wenigstens eines einen Sollwert repräsentierenden elektrischen Ausgangsignals kontrolliert werden. Der Sollwert kann ein Solltemperaturwert sein. Der Solltemperaturwert kann diskret geändert werden. Bei einer diskreten Änderung des Solltemperaturwerts können zwei aufeinanderfolgende Solltemperaturwerte eine vorgegebene Mindestdifferenz aufweisen. Die Mindestdifferenz kann derart vorgegeben sein, dass eine Wahrnehmbarkeit durch einen Anwender gewährleistet ist. Ein anfänglicher Solltemperaturwert kann geringer als eine Umgebungstemperatur sein.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Kraft-Rückmeldung für Datenhandschuhe unter Zuhilfenahme von Temperaturänderungen.
Eine Kraftrückkopplung kann unter Zuhilfenahme von kleinen Peltier-Elementen ermöglicht werden. Um eine Kraft-Rückmeldung zu ermöglichen, können auf Fingerkuppen oder auch in einer Handfläche des Handschuhs kleine Peltier-Elemente angebracht werden. Diese können beispielsweise direkt mit dem Handschuh vernäht oder mithilfe von kleinen Gehäusen an den Finger oder die Handfläche angebracht werden. Mit diesen Peltier-Elementen kann Hitze sowie Kälte an den Anwender des Handschuhs als Kraft-Rückmeldung weitergegeben werden.
Die Peltier-Elemente können mithilfe von Peltier-Controllern angesteuert werden. Hierbei kann ein Wert vorgegeben werden, insbesondere eine Temperatur, welcher mittels Gleichungen in eine benötigte Spannung für das Peltier-Element umgerechnet werden kann. Eine ermittelte Kraft, welche bei Kontakt mit einem Roboter und einem Objekt auftritt, und so gemessen werden kann, kann an den Peltier-Controller als Setz-Wert weitergegeben und somit durch einen Anwender spürbar werden. Von vorherein sollen eine kühlere Temperatur als eine Umgebungstemperatur gewählt werden. Temperatursprünge sollen hierbei so groß gewählt werden, dass Anwender einen Unterschied klar feststellen kann und es hierbei zu keinen Missverständnissen kommt.
Mit der Erfindung eine Kraftrückmeldung ermöglicht. Eine Baugröße wird reduziert. Eine strukturelle Flexibilität wird erhöht. Eine Einschränkung einer motorischen Freiheit wird reduziert. Ein Anwendungskomfort wird erhöht. Eine funktionelle Adaption wird erleichtert. Eine Integrationsfähigkeit wird erhöht. Eine Komplexität wird reduziert.
Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Figur näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Anordnung von Peltier-Elementen 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116 an einer Hand 118. Die Peltier-Elemente 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116 bilden Komponenten eines hier nicht näher dargestellten Datenhandschuhs. Der Datenhandschuh weist einen Tragabschnitt auf, an dem die Peltier-Elemente 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116 derart angeordnet sind, dass sie an der Hand 118 eines Anwenders wie in 1 gezeigt positioniert sind, wenn der Anwender den Datenhandschuh trägt. Wenn der Anwender den Datenhandschuh trägt, ist das Peltier-Element 100 an einer Daumenkuppe, das Peltier-Element 102 an einer Zeigefingerkuppe, das Peltier-Element 104 an einer Mittelfingerkuppe, das Peltier-Element 106 an einer Ringfingerkuppe und das Peltier-Element 108 an einer Kleinfingerkuppe angeordnet. Wenn der Anwender den Datenhandschuh trägt, sind die Peltier-Elemente 110, 112, 114, 116 an einer Handinnenfläche angeordnet, wobei das Peltier-Element 110 unterhalb des Zeigefingers, das Peltier-Element 112 unterhalb des kleinen Fingers, das Peltier-Element 114 an einem Daumenballen und das Peltier-Element 116 an einem Handballen angeordnet ist. Der Tragabschnitt ist beispielsweise aus einem textilen Material hergestellt. Die Peltier-Elemente 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116 sind beispielsweise in den Tragabschnitt eingenäht oder eingesteckt.
Der Datenhandschuh dient zur Dateneingabe und/oder zur Datenausgabe. Der Datenhandschuh dient beispielsweise zur Navigation und/oder Orientierung in einem virtuellen Raum und/oder zum Kontrollieren einer Maschine, insbesondere eines Roboters, durch Bewegungen der Hand und Finger. Dazu werden ausgehend von dem Datenhandschuh Informationen an einen Computer und/oder eine elektrische Kontrolleinrichtung übermittelt. Außerdem dient der Datenhandschuh dazu, einem Anwender eine Rückmeldung, beispielsweise über eine an einem Roboter wirkende Kontaktkraft, zu geben. Der Datenhandschuh weist eine elektrische Kontrolleinrichtung zum Kontrollieren der Peltier-Elemente 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116 auf.
Der Kontrolleinrichtung stehen Informationen über eine rückzumeldende Größe, beispielsweise über eine an einem Roboter wirkende Kontaktkraft, zur Verfügung. Darauf basierend werden Solltemperaturwerte ermittelt und die Solltemperaturwerte werden in elektrische Ströme umgesetzt, um die Peltier-Elemente 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116 damit jeweils kontrolliert zu beaufschlagen. Entsprechend einem Stromdurchfluss erzeugen die Peltier-Elemente 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116 jeweils eine von einem Anwender thermorezeptiv erfassbare Temperaturdifferenz. Zur Informationsausgabe werden die Solltemperaturwerte jeweils diskret geändert, wobei ein anfänglicher Solltemperaturwert geringer ist als eine Umgebungstemperatur und zwei aufeinanderfolgende Solltemperaturwerte jeweils eine vorgegebene Mindestdifferenz aufweisen, um eine Wahrnehmbarkeit durch den Anwender zu gewährleisten.
Bezugszeichenliste

100: Peltier-Element
102: Peltier-Element
104: Peltier-Element
106: Peltier-Element
108: Peltier-Element
110: Peltier-Element
112: Peltier-Element
114: Peltier-Element
116: Peltier-Element
118: Hand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004001167 A1 [0002, 0003]
WO 0033167 A1 [0004, 0005]

Claims

Handschuhartiges Ein-/Ausgabegerät, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein-/Ausgabegerät wenigstens ein Thermoelement zur thermorezeptiv erfassbaren Information über eine Kraft aufweist.
Ein-/Ausgabegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Thermoelement ein elektrothermischer Wandler ist.
Ein-/Ausgabegerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Thermoelement ein Peltier-Element (100, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116) ist.
Ein-/Ausgabegerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Thermoelement an einer Fingerkuppe anordenbar ist.
Ein-/Ausgabegerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Thermoelement an einer Handinnenfläche anordenbar ist.
Ein-/Ausgabegerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein-/Ausgabegerät einen Tragabschnitt aufweist und das wenigstens eine Thermoelement unmittelbar an dem Tragabschnitt angeordnet ist.
Ein-/Ausgabegerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein-/Ausgabegerät einen Tragabschnitt aufweist, das wenigstens eine Thermoelement in einem Gehäuse angeordnet ist und das Gehäuse an dem Tragabschnitt angeordnet ist.
Ein-/Ausgabegerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein-/Ausgabegerät eine elektrische Kontrolleinrichtung für das wenigstens eine Thermoelement aufweist.
Verfahren zur Ausgabe einer thermorezeptiv erfassbaren Information über eine Kraft, dadurch gekennzeichnet, dass die Information mithilfe eines Ein-/Ausgabegeräts nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Thermoelement basierend auf wenigstens einem eine Kraft repräsentierenden elektrischen Eingangssignal kontrolliert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft eine Kontaktkraft an einem Roboter ist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Thermoelement mithilfe wenigstens eines einen Sollwert repräsentierenden elektrischen Ausgangsignals kontrolliert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert ein Solltemperaturwert ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Solltemperaturwert diskret geändert wird, wobei zwei aufeinanderfolgende Solltemperaturwerte eine vorgegebene Mindestdifferenz aufweisen.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein anfänglicher Solltemperaturwert geringer als eine Umgebungstemperatur ist.