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Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät für Daten, im Folgenden nur als Gerät oder Eingabegerät bezeichnet.
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Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt unter weiterem das Problem zugrunde, dass sich Bewegungen in der Virtuellen Realität mit herkömmlichen Erfassungsverfahren zumeist auf die Körperbewegungen es Benutzers mit realer Auslenkung der Körperbereiche in der realen Realität stützen und somit zu unlogischen Konstellationen des Abbildes des Benutzers in der Virtuellen Realität führen können, z. B. eine Bewegung des Körperbereiches des Abbildes des Benutzers sollte in der Virtuellen Realität an einem virtuellen soliden Objekt enden, doch in der realen Realität bewegt sich der Körperbereich weiter, er durchdringt somit die virtuelle Begrenzung da es keine äquivalentem reale Begrenzung in der realen Welt gibt. Zudem wird zumeist Raum in der realen Realität zur Auslenkung der real beteiligten Körperbereiche benötigt.
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Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale, also die Nutzung der Erfassung der charakteristischen Parameter der unmittelbar für eine bevorstehende Bewegung des Körperbereichs in der tatsächlichen Realität gelöst. Es brauchen keine oder nahezu keine Bewegungen ausgeführt zu werden, sondern es kann eine reine Steuerung der Bewegungen des Körperbereiches des Abbildes des Benutzers in der Virtuellen Realität unter Verwendung des betreffenden realen Körperbereiches erfolgen, somit brauchen reale Bewegungen nicht in entsprechendem Umfang ausgeführt zu werden und folglich können unlogischen Konstellationen in Verbindung mit der realen Welt reduziert werden. Es kann weniger realer Raum zur Steuerung in der realen Realität benötigt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.
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Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 ermöglicht es charakteristischen Parameter des Entstehens einer Bewegung des Körperbereiches zu erfassen die ebenfalls zur Steuerung der Bewegungen in der Virtuellen Realität verwendet werden können und ggf. notwendig sind um ein verbessertes Erlebnis zu generieren, umzusetzen. Diese durchgeführten minimalen Bewegungen (ähnlich den „micro-actions“, siehe auch HUANG DEFENG, CN; HUANG DEFENG, CN; MAN-MACHINE INTERACTION CONTROLLING METHOD AND APPLICATIONS THEREOF; Patent
US020130331964A1 ; 09.08.2013) werden erfasst und lassen sich vorteilhafter Weise u. a. mit mechanischen Sensoren erfassen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 3 ermöglicht es, geringe bis vollständige Bewegungen die zur Steuerung der Bewegungen in der Virtuellen Realität verwendet werden können und ggf. notwendig sind um einen vorteilhaften Tragekomfort zu ermöglichen oder ein verbessertes Erlebnis zu generieren, umzusetzen, indem eine Erfassung der charakteristische Parameter einer aktuell im Gange befindlichen Bewegung des Körperbereiches vorgenommen wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 4 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 4 ermöglicht es zusätzliche Parameter, charakteristisch für die Lebensfunktionen des Benutzers der den Körperbereich bereitstellt, zu erfassen.
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Dies ermöglicht eine Überwachung der Gesundheit, des Wohlbefindens oder weitere Faktoren deren Daten nachfolgend zum Schutz oder Förderung der Gesundheit, zur Erhöhung des Wohlbefindens oder weiteren Zielen verwendet werden können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 5 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 5 ermöglicht es zusätzlich der Bewegung des Körperbereiches ein, in seiner Größe veränderlicher oder feststehender, Widerstand, welcher den Kraftaufwand zur Durchführung der Bewegung erhöht, entgegenzusetzen.
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Dies lässt die Verwendung für die Simulation einer Bewegung in dickflüssiger Materie für Anwendungen in der Virtuellen Realität zu, als auch die Anwendung als Trainingsgerät zu Förderung der Gesundheit bzw. Stärkung des Körpers durch ganzheitliches Muskeltraining oder weitere Anwendungen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 6 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 6 ermöglicht es die Freiheit des Körperbereiches in der Ausübung seiner Bewegungsmöglichkeiten, in der Größe veränderlich oder feststehend, einzuschränken.
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Dies ermöglicht eine komplette Einschränkung des Bewegungsraumes um lediglich noch die Informationen von Minimalbewegungen zur Ermittlung der Bewegungsintention innerhalb des gepolsterten Bereiches zu erfassen, sowie eine skalierbare Beschränkung des Bewegungsraumes für den Körperbereich um undurchdringliche Hindernisse in der Virtuellen Realität zu simulieren, die Verhinderung des Überschreitens eines medizinisch sinnvollen Bewegungsbereiches bei sportlicher oder therapeutischer Nutzung oder weitere Anwendungen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 7 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 7 ermöglicht es dem bewegten Körperbereich nach dessen Auslenkung wieder in seine Ursprungsposition zurückgeführt zu werden.
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Dies ermöglicht eine adäquate Nutzung als Steuerungsgerät auch bei Auslenkung des Körperbereiches, da die Körperbereiche die an der Steuerung beteiligt sind wieder in die klar definierte Ursprungsposition zurückversetzt werden und somit Klarheit über deren Verbleib besteht, somit gegen möglich Verwirrung des Benutzers wirken. Somit kann unter anderem eine Erhöhung der Akzeptanz des Gerätes erreicht werden da die Bewegungsfreiheit geringer eingeschränkt wird aber die Funktionalität hinsichtlich der Ermittlung der Bewegungsintention bestehen bleibt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 8 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 8 ermöglicht durch im Gerät verbaute Module zur Ausübung von Reizen auf den Körperbereich eine in Dauer, Position und Intensität einstellbare Ausübung von Reizen auf Teile des Körperbereiches erfolgen kann.
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Dies ermöglicht eine Rückwirkung aus der Virtuellen Realität. Kontakte von Körperbereichen des Abbildes (Avatars) des Benutzers mit virtuellen Objekten in der Virtuellen Realität werden übertragen in die reale Wirklichkeit. Sollte das Abbild des Benutzers des Geräts mit einem virtuellen Gegenstand in Kontakt geraten so könnten die Körperbereiche die in der Virtuellen Realität betroffen sind auch in ihrer Entsprechung in der realen Wirklichkeit durch Ausübung von Druck oder durch andere Reizübertragung auf die Haut durch die Kontaktmodule gereizt werden. Dem realen Benutzer entstünde der Eindruck er würde tatsächlich von etwas in der Virtuellen Realität berührt.
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Bei der Verwendung als Trainingsgerät kann dies die Funktion einer Warnung erfüllen wenn z. B. ein Modul am Kniegelenk vibriert um zu signalisieren dass die Beugung aktuell zu stark ist.
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Übergreifend und Allgemein
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Die Erfindung betrifft ein Gerät, nutzbar als Eingabegerät für Daten und/oder nutzbar als Trainingsgerät zur körperlichen Ertüchtigung mit unterstützender Erfassung von Daten und/oder nutzbar als Erlebnisgerät für die Virtuelle Realität. Die Verwendungszwecke des gleichen Gerätes können im Ganzen oder in Teilen kombiniert werden oder auch unabhängig voneinander in Reinform existieren. Die Kombination stellt somit eine vorteilhafte Skalierung der Bewegungsmanipulation sowie eine vorteilhafte Skalierung der Datenerfassung im selben Gerät dar.
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In der Reinform als Eingabegerät für Daten werden beispielsweise für ein nachgeschaltetes technisches System oder auch Dateninhalte für ein nachgeschaltetes Computer- oder sonstiges Datenverarbeitungssystem erzeugt und für die Ausgabe an eine Datenschnittstelle bereitgestellt werden können.
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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.
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In der Reinform als Trainingsgerät zur körperlichen Ertüchtigung und Verbesserung der Körperfunktionalität wie z. B. Stärkung der Muskulatur und Ausdauer, setzte das Gerät in allen drei Dimensionen der Bewegung des Körperbereiches des Trägers einen skalierbaren Widerstand entgegen, der dem Träger einen erhöhten Kraftaufwand abverlangt um die Bewegung auszuführen. Ebenfalls vorteilhaft ist eine skalierbare Beschränkung des Bewegungsraumes für den Körperbereich, welche das Gerät aufweist, um z. B. das Überschreiten einer medizinisch sinnvollen Bewegungsgrenze zu verhindern. Die vorteilhafte unterstützende Erfassung von Daten der Körperfunktionen und Bewegungsdaten des Trägers ergänzt den Einsatz zum Training um die Möglichkeit die Daten nachgelagert digital zu speichern und zu verarbeiten.
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In existierenden Trainingsgeräten werden derzeit zumeist gezielt Muskelgruppen angesprochen und die möglichen Bewegungen sind in der Regel im vornherein festgelegt. Die Erfindung erweitert die Nutzbarkeit als ganzheitliches Trainingsgerät ohne festgelegte Bewegungsrichtungen, wohl aber mit der Möglichkeit Einfluss auf den Bewegungsraum zu nehmen in dem das Ausmaß der Bewegung eingeschränkt werden kann.
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In Kombination der Funktionalitäten von Eingabegerät als auch Trainingsgerät kann das Gerät als Erlebnisgerät für die Virtuelle Realität (VR-Erlebnisgerät) oder als Ergänzung zur Erfahrung der Virtuellen Realität verwendet werden, das dem Träger das physische Erlebnis von Widerstand und Begrenzung bieten kann, um z. B. virtuelle Körperbewegungen im Wasser oder in begrenzten Räumen zu simulieren. Oder in Form von Kontakten mit der Virtuellen Realität die der Benutzer tatsächlich auf der Haut spüren kann.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einerseits 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 sowie um als Trainingsgerät eine ganzheitliche und komfortable Möglichkeit zur körperlichen Ertüchtigung zu bieten oder in skalierbarer Kombination aus Eingabe- und Trainingsgerät als VR-Erlebnisgerät das Erlebnis des Erlebens der Virtuellen Realität zu erhöhen als auch der Merkmale der Virtuellen Realität auf die Sinne und den Körper des Trägers zu übertragen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gerät mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 8 gelöst.
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Erfassung einer kurz bevorstehenden Bewegung, bzw. Erfassung in deren Entstehen
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Die Erfindung geht dabei von folgender Grundüberlegung aus:
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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 ein zum eigenen Körper gehörendes Körperteil in einer Simulation, 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 Körperbereiches bzw. Gliedmaßes (z. B. den Arm) zu schließen und entsprechende Signale als Eingabesignale für eine nachgeschaltete Datenverarbeitungsanlage, beispielsweise eine „virtual reality“-Anlage, bereit zu stellen. 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 Zugeordnetes sieht, das seinen Vorstellungen gemäß agieren kann, beispielsweise eine entsprechend Zuordnung in der virtuellen Realität.
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Somit wird ein real im Gerät so gut wie ruhiggestellter 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.
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Dem Träger des Geräts 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.
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Erfassung einer Bewegung in deren Ausführung
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Die Erfindung geht dabei von folgender Grundüberlegung aus:
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Die Ausführung von Bewegungen ist ein Grundbestandteil nahezu aller Wesen auf unserem Planeten. Bewegungen sind uns also vertraut und wir bewegen uns im Rahmen unserer normalen körperlichen Grenzen mit den von uns erlernten Bewegungen. Nicht nur in Wissenschaft, Sport oder der Medizin kann es von Vorteil sein, die Bewegung eines Menschen genau in allen Dimensionen zu vermessen um z. B. deren Ablauf oder Umfang zu untersuchen und nachfolgende Verbesserungen zu empfehlen oder korrigierend einzugreifen.
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Die Bewegungsdaten ermöglichen eine Ergänzung der Nutzung mittels Erfassung einer kurz bevorstehenden Bewegung, da es für den Komfort des Trägers des Gerätes anfangs oder längerfristig von Vorteil sein kann die Bewegungen zu einem gewissen Teil oder auch ganz auszuführen z. B. um sich an das Gerät mit geringerer Bewegungsfreiheit durch deren langsame Reduzierung zu gewöhnen.
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Beschränkung des Bewegungsbereiches
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Die Erfindung geht dabei von folgender Grundüberlegung aus:
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Der Bewegungsumfang des menschlichen Körpers kann durch Einflüsse auf den Körper, z. B. Schädigung, oder Erfordernisse anhand äußerer Rahmenbedingungen, z. B. nur geringer Bewegungsspielraum, natürlich begrenzt sein. Es kann sinnvoll sein den entsprechenden Bewegungsumfang im Vornhinein zu begrenzen um einen Nachteil bei Überschreitung der Grenze zu vermeiden, z. B. Vermeidung eine Verletzung durch Überdehnen mehr zu belasten als medizinisch sinnvoll ist.
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Auf der anderen Seite möchte man aber eine möglichst schnelle Heilung der Verletzung, was wiederum angemessene Bewegung fördern würde. Also eine Bewegung die lediglich einigen Beschränkungen unterliegen würde.
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Ebenfalls vorteilhaft ließe sich im Rahmen von virtual reality Programmen die Illusion einer natürlichen Begrenzung des natürlichen Raumes durch virtuelle Hindernisse erzeugen, womit die Realitätsnähe gestützt würde. Die betreffenden Bereiche würden durch das Gerät beschränkt und der Eindruck entsteht des virtuelle Objekt hat Substanz.
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Die Begrenzung des Bewegungsbereiches ist erforderlich für die Erfassung einer kurz bevorstehenden Bewegung da sich dar Körperbereich hierbei nicht bzw. nur kaum bewegen darf um den gewünschten Effekt zu erzeugen. Eine Skalierbarkeit ist hier vorteilhaft sowohl für die Eingewöhnung in das Gerät als auch zur Findung der angenehmsten Position bzw. Körperhaltung im Gerät.
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Ganzheitliches Trainingsgerät zur körperlichen Ertüchtigung
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Die Erfindung geht dabei von folgender Grundüberlegung aus:
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Ein abgestimmtes und gesundheitsförderndes Training des Körpers durch Bewegung ist nahezu immer zu empfehlen. Gerade Schwimmen ist ein Sport, dem nachgesagt wird aufgrund seiner gleichmäßigen Belastung, verursacht durch die Notwendigkeit des Verdrängens der Substanz des Wassers, auf die Muskulatur sehr gesund zu sein.
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Ein gleichmäßiger Widerstand gegen die Bewegungsrichtung der Körperbereiche, hier besonders der Gliedmaßen, ist auch ohne Wasser denkbar. Z. B. ein bewegliches Außenskelett, das die Beugung der Gliedmaße bzw. Bewegung von Körperbereichen nur durch Aufwendung einer erhöhten Kraft zulässt und zudem dieser Widerstand gegen die Körperbereiches in seiner Größe einstellbar gehalten ist, so dass der Widerstand den Trainingserfordernissen angepasst werden kann. Zudem können Teilebereiche mit mehr und andere Bereiche weniger Widerstand versehen werden um ggf. einzelne Zonen stärker aufzubauen als andere und so z. B. Überlastungserscheinungen zu reduzieren.
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In einer vorteilhaften Ausprägung für die Virtuelle Realität könnte gerade dieser Widerstand den Eindruck von tatsächlichem Wasser erzeugen in welchem sich der Träger des Geräts befindet, obgleich das Wasser nur in der virtuellen Welt durch den Computer erzeugt wird.
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Rückführung des Körperbereichs nach dessen Bewegung in seine Ursprungsposition
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Die Erfindung geht dabei von folgender Grundüberlegung aus:
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Im Falle der Nutzung des Geräts als Eingabegerät für Daten in der Virtuellen Realität ist davon auszugehen, dass Körperbereiche hier Gliedmaßen sich innerhalb des Gerätes zur Abgabe von Steuersignalen bewegen werden. Der Tragekomfort kann es erfordern, dass die Auslenkung eines Gliedmaßes sich im Zentimeterbereich oder darüber befindet. Um zu vermeiden, dass sich das reale Gliedmaß somit von seinem virtuellen Pendant in der Ausrichtung unterscheidet muss eine Rückführung erfolgen.
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Dies ist äquivalent zu sehen zu einer Tastenrückführung bei einer Computertastatur in den Ausgangszustand oder dem automatischen Zentrieren eines Joysticks für Computerspiele bei Loslassen des Selben.
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In der Ausprägung als Trainingsgerät kann dies als vorteilhafter Trainingsmodus konfiguriert sein, der eine Reduzierung der Belastung für die Muskelgruppen die gewöhnlich für die Rückführung nötig sind darstellt.
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Komponenten
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Das Gerät enthält grundsätzlich einen Rahmen, Sensoren und eine Datenschnittstelle.
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Rahmen
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Ein Rahmen mit einer Anzahl von Kontaktpunkten zur Herstellung lokalen körperlichen Kontakts mit dem jeweiligen Körperbereich. Diese Kontaktpunkte sind in der Ausprägung des Geräts als reines Eingabegerät für Daten in ihrer räumlichen Position zueinander weitgehend fest gehaltenen. In der Ausprägung als Trainingsgerät oder VR-Erlebnisgerät orientiert sich die räumliche Position an der Bewegung des Körperbereichs und ist nur weitgehend festgehalten zu den Kontaktpunkten die geeignet sind die Verbindung zum Körper herzustellen.
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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 in der Ausprägung als Eingabegerät für Daten entweder die Bewegungsmöglichkeit des Trägers völlig ein oder lässt nur noch minimale Restbewegungen von wenigen Millimetern oder Zentimetern zu. In der Ausprägung als Trainingsgerät oder VR-Erlebnisgerät kann die Beschränkung der Bewegungsmöglichkeiten reduziert sein, bis hin zur Aufhebung der Beschränkung.
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Ein automatischer Rücklauf des Rahmens in die Ausgangs- bzw. Ursprungsposition kann die Funktionalität vorteilhaft ergänzen.
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Falls Polsterung eingesetzt wird gilt diese als Teil des Rahmens angesehen. Polsterung dies dazu, um einen angemessenen Tragekomfort zu leisten und/oder einen Raum für die Bewegung des Körperbereichs zu gewähren der für die Sensorik notwendig sein kann, um die Bewegung oder Körperdaten messen zu können. Zudem erlaubt eine federnde Polsterung die automatische Rückführung des ausgelenkten Körperbereichs in die Ausgangsposition des Körperbereichs.
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Polsterung kann in Form einer flexiblen Innenausstattung umgesetzt sein, bestehend aus z. B. Schaumstoff, Textil, Luftpolster oder ähnlichem, an der Innenseite hin zum Körperbereich aufweisen und mit dem Rahmen fest verbunden sein (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.
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Auf der Polsterung können sich innen zum Körperbereich hin auch weitere Komponenten, hier als Kontaktkomponenten bezeichnet, befinden, 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 Geräts und können ebenfalls fest verbaut oder zur Wartung oder Reinigung entfernbar gehalten sein.
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Die Komponenten des Rahmens die als Kontaktpunkte bzw. Kontaktkomponenten dienen müssen in soweit fest positionierbar sein, dass ein sicherer und in seiner Position, zur gewünschten punktuellen oder flächigen Stelle am Körperbereich, nahezu nicht variierender Kontakt zustande kommt. Dies kann über geeignete gängige Materialien (Materialien wie Kunststoff, Metall, Holz etc.) mit geeigneten gängigen Mitteln (z. B. mittels Bändern, Riemen, Laschen, Schnallen, Reiß- oder Klettverschlüssen etc.) gewährleistet werden.
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Dieser Kontakt kann auch nur mittelbar erfolgen wenn Kleidung den betreffenden Körperbereich bedeckt.
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Der Rahmen oder Teile von ihm können selbst Teil der Sensorik sein z. B. Messung von Druckunterschieden, der Auslenkung, Stauchung, Drehung, etc. Ebenfalls können Teile des Rahmens aus Zwischenstücke für z. B. eine Federung zum angenehmeren Tragen des Geräts dienen oder zum Ermöglichen des Anlegens/Anziehen bzw. Ablegens/Ausziehen eingefügt und Teile können zu diesem Zweck oder zum Zweck des Verstauen klappbar oder abnehmbar sein.
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Sensorik
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Die Bewegungen und je nach Bauform auch weitere Eigenschaften des Körperbereichs werden mit den, dem Gerät zugehörigen, Sensoren erfasst und diese Messergebnisse werden über eine dem Gerät zugehörige Datenschnittstelle zur zeitnahen Verarbeitung mit externen Komponenten bereitstellt.
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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.
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Die Sensorik kann dabei bevorzugt nach folgenden Gruppen ausgeprägt sein:
- - Sensorik zur Erfassung von mechanischen Veränderungen im oder am Gerät, z. B. anliegende Druckunterschiede oder Spannungen an der Sensorik oder am Material des Geräts, etc. durch die Bewegung des Trägers.
- - Sensorik zur Erfassung von Veränderungen im, am oder auf dem Körperbereich (z. B. elektromagnetische Felder von Nervenimpulsen, elektrische Ströme auf der Haut des Körperbereichs, Hautfeuchtigkeit, etc.) des Trägers.
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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 Geräts (Rahmen). Die Messtechnik des Geräts erfasst diese Bewegungsintention des Trägers, misst also die noch mögliche Restbewegung Gerät oder die inneren Körpervorgänge (z. B. Nervenimpulse zu der Muskulatur) Gerät die zur Bewegung und dem betreffenden Anstoßen führen würden.
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Je nach Sensorik kommen entweder die an dem Gerät anliegende Druck-und Zugkräfte und die Positionen an denen sie auftreten, sowie deren Impuls (zur Erfassung der Bewegungsgeschwindigkeit) in Betracht, oder die elektromagnetische Felder der Nerven des Körpers des Trägers und deren Intensität, Wellenform und Position.
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Die Sensorik ist ein wesentlicher Teil des Geräts und ist bevorzugt zur Messung der Aktionen des Körperbereichs des Trägers innerhalb des Rahmens ausgelegt.
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Je nach Ausführung des Geräts können unterschiedliche geeignete messtechnische Verfahren zum Einsatz kommen, die aber alle das gleiche Ziel verfolgen, und zwar die körperlichen Auswirkungen der Bewegungsintention und/oder Auswirkungen der tatsächlich ausgeführten Bewegung des Trägers im oder am Gerät zu registrieren, zu messen, und die betreffenden Messwerte zur Weiterverarbeitung bereitzustellen, z. B. durch Zuleiten zur Datenschnittstelle. Hinzu kann die Erfassung von weiteren physiologischen Körperfunktionen des Körperbereiches kommen.
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Die Messtechnik kann am Gerät an unterschiedlichen Stellen angebracht sein.
- I. Sensoren innerhalb des Geräts:
- Die Messtechnik ist je nach Ausführung
- - in, an oder auf der Innenseite der Kontaktkomponenten,
- - in dem beweglichen Bereich zwischen Kontaktkomponenten und Rahmen,
- - in, an oder auf der Polsterung oder
- - direkt auf der Innenseite des Rahmens angebracht.
- II. Sensoren im Material des Geräts:
- Die Messtechnik ist je nach Ausführung
- - in das Material des Rahmens eingefügt (z. B. eingegossen),
- - in freigelassenen Bereichen des Rahmens eingefügt oder
- - selbst ein Rahmenstück des Rahmens bzw. der Rahmen selbst.
- III. Sensoren außerhalb des Geräts:
- Die Messtechnik ist je nach Ausführung
- - auf der Oberfläche des Rahmens angebracht,
- - mechanisch an den Rahmen gekoppelt oder
- - an den Rahmen durch beliebige weitere verbindende Komponenten gekoppelt. Hierbei muss keine materielle Verbindung zu den Sensoren bestehen, es können auch Veränderungen des Rahmens auf optischem, akustischem, elektronisch, elektromagnetischem oder anderem Wege gemessen werden.
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Es können je nach Verwendungszweck des Gerätes 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.
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Datenschnittstelle
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Über die zum Gerät gehörende Datenschnittstelle können die über die Sensorik aufgenommenen Informationen an eine Auswertungssoftware gesendet werden. Die Datenschnittstelle ist mit den Sensoren über eine Datenverbindungen, wie z. B. elektrische Leitungen, verknüpft und stellt die Daten an die nachgeordneten technischen Geräte zu Verfügung.
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Die Ausprägung der Datenschnittstelle kann auf gängigen technischen Möglichkeiten basieren, z. B. Serielle oder Parallele Schnittstellen wie z. B. USB oder auch kabellose Verfahren wie z. B. Bluetooth.
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Nutzung im Computerspiel
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In 3D Spielen in welchen eine dreidimensionale Simulation einer Spielwelt umgesetzt wird, kann das Gerät als vorteilhaftes Steuergerät eingesetzt werden.
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Aus den im Gerät gemessenen Positionen der auftretenden Kräfte am Gerät 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 weleher Beschleunigung diese Bewegung vonstatten gehen soll, also vom Träger gewünscht wird.
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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 Gerät 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 Realität Computerspiel frei bewegen kann, also alle normalen Arm- und Handbewegungen ausführen kann (bei Tragen von Arm- und Hand- umfassenden Geräts), oder auch Laufen und Rennen (bei Tragen von die Beine und Füße umfassenden Geräts) ohne sich real wesentlich bewegen zu müssen bzw. überhaupt bewegen zu können.
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Ebenfalls vorteilhaft kann die Möglichkeit des Gerätes sein eine Beweglichkeit der Körperbereiche zu anzubieten, die aber auf die Gegebenheiten innerhalb der Virtuellen Realität angepasst eingeschränkt oder in ihrer Ausführung erschwert sind.
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Gleichermaßen vorteilhaft kann es sein die Beweglichkeit im Vorfeld der Ausnutzung der Endfunktionalität ohne Bewegungsfreiheit zuzulassen um eine schrittweise Anpassung an die Endfunktionalität zuzulassen, oder eine Einstellung der Endposition des Gerätes zu ermöglichen, die dann dem Träger besonders angenehm ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläuter.
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Die zu erfassenden Körperteile werden von dem Gerät 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 Geräts 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.
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Die Ausgestaltung des Geräts 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 ).
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In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung („Minimalgerüst“) kann das Gerät 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 , , ).
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Ausführungsform des Geräts als externes/integriertes Device:
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Jede Bauform des Geräts 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 Gerät 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 Gerät auch automatisiert an den Träger angepasst und angelegt werden. Es werden die Messpunkte am Körper des Trägers durch eine erkennende Sensortechnik und darunterliegende Logik identifiziert und passgenau die Rahmenkomponenten mit den Sensoren des Gerätes angelegt.
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Alternativ kann sich der Träger selbst das externe oder integrierte Gerät an die zu erfassenden Körperbereiche anlegen oder muss sich von Dritten dabei helfen lassen.
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Beispiel: Bauform Vollhülse 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 Geräts weitergeben können.
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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.
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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 den nachgelagerten datenverarbeitenden Systemen zugeleitet werden.
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Das Gerät mit Drucksensoren kann in jeder genannten Bauform (Vollhülse, Teilhülse, Minimalgerüst) umgesetzt werden.
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Beispiel: Gerät ohne Bewegungsfreiheit
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Die Bauform ohne Bewegungsfreiheit (bzw. minimale Bewegungsfreiheit) basiert messtechnisch entweder auf den Spannungskräften die im Material durch den Bewegungsversuch erzeugt werden Gerät oder auf den gemessenen Nervenimpulsen im Körperbereich (z. B. deren elektromagnetisches Feld oder deren Strom) die an der Körperoberfläche gemessen werden Gerät.
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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 Geräts, zusammenhalten und Sensoren enthalten, gemessen.
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Die Zug- oder Stauchungskräfte, oder Messergebnisse der Nervenimpulse werden dann wieder zur Datengrundlage der Interpretation hinsichtlich der Bewegungsintention des Trägers genutzt und können in die Virtuelle Welt überführt werden.
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Das Gerät ohne Bewegungsfreiheit kann in jeder genannten Bauform (Vollhülse, Teilhülse, Minimalgerüst) umgesetzt werden.
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Rückwirkung aus der Virtuellen Realität:
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Um die Erfahrung der Virtuellen Realität intensiver zu gestalten, einfach der Realität stärker entsprechen zu lassen oder zu sonstigen Zwecken können dem Gerät 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 Geräts 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).
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Bewegungsintention im Kontext des Geräts
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Die durch den Träger des Geräts, an dem vom Gerät umfassten Körperbereich, initiierte Bewegung (mit dem Wunsch diese komplett durchzuführen), die aber aufgrund der Bewegungseinschränkungen durch das Gerät nicht vollständig ausgeführt werden kann und somit nur als Druck, Spannung, Nervenimpuls etc. am Gerät gemessen wird.
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Beispielhafter Ablauf der Benutzung des Geräts:
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Der Benutzer der Geräts schlüpft in das Gerät oder öffnet das Gerät durch einen Öffnungsmechanismus, der hierfür vorgesehen ist und je nach Bauform unterschiedliche Ausprägung haben kann, so z. B. in Form von Schnallen die die aufklappbare Bein-Vollhülse zusammenhalten, in Form von aufschiebbaren Segmenten die das Hand- Gerät etwas öffnen um mit der Hand hinein zu gleiten oder durch Aktivieren der Öffnungsautomatik damit sich das Ganz-Körper Gerät in Form eines extern angebrachten Rahmens öffnet und der Benutzer sich hineinsetzen kann.
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Der Benutzer bringt seinen Körperberbereich oder den gesamten Körper in das Gerät hinein und schließt den Öffnungsmechanismus bzw. aktiviert die automatische Schließung, so dass der gesamten Körper so darin fixiert ist, dass nur noch die, je nach Bauform, erforderliche Bewegungsmöglichkeit gewährt ist. Sollte nur ein Teilbereich des Körpers erfasst werden, so muss das Gerät ggf. noch am Rest des Körpers festgeschnallt werden um nicht zu verrutschen.
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Sollte die Sensorik des Geräts noch nicht aktiviert sein, so muss diese jetzt eingeschaltet werden.
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Jetzt kann das Gerät seiner Bestimmung gemäß verwendet werden.
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Möchte der Träger das Gerät wieder ablegen, so schlüpft er heraus oder nutzt den Öffnungsmechanismus in der vorgesehenen Weise um auszusteigen bzw. es abzulegen, in der umgekehrten Weise.
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In einer alternativen, ebenfalls als vorteilhaft angesehenen Bauform ist das Eingabegerät flexibel und selbst anpassend und versteifend ausgeführt.
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Der Rahmen des Geräts 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 Rahmens 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 gummiähnlichen Dehnungseigenschaften.
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Das Gerät umgibt nach Anlegen somit entweder den ganzen Körperberbereich (ähnl. Bauform Vollhülse) oder Teile davon (Teilhülse oder Minimalgestell).
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Dieser flexible Rahmen kann sich dann entweder ähnlich eines Kleidungsstückes beim Anlegen sofort an den Körperbereich anschmiegen oder es wird zunächst noch herabhängen bzw. durchhängen.
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Wurde das Gerät 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 gummiähnliche 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 Geräts werden wieder so durch integrierte oder von außen darauf ausgerichtete Sensorik gemessen, wie in den vorherigen Abschnitten beschrieben. In der Ausprägung als Trainingsgerät verbleiben einzelne Bereiche flexibel oder teil-flexibel um die Ausführung von Bewegungen zu ermöglichen. Eine Reduzierung des Bewegungsumfanges kann hierbei durch eine nachgeschaltete Logik erfolgen die bei einer entsprechenden Überschreitung des erlaubten Bewegungsrahmens einige Verbindungskomponenten zum versteifen anregt und die Fortsetzung der Bewegung stoppt.
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Ebenso kann die Innenausstattung des Geräts mit Polsterung und weiteren Komponenten wie bereits beschrieben ausgestattet sein.
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In einer weiteren alternativen, ebenfalls vorteilhaften Bauform kann das Eingabegerät auch nur innen selbstanpassend ausgeführt sein.
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Diese Bauform des Geräts ist ähnlich der „Bauform, Flexibel - Selbst anpassen und versteifend“, aber diese selbstanpassende Funktion bezieht sich nur auf die Innenausstattung. Die äußere Hülle ist nur Haltegerüst 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 Gerät (z. B. Arm einführen, mit gesamtem Körper betreten etc.) und schließt das Gerät manuell oder gibt ein Auslösesignal wodurch sich das Gerät schließt. Sofort, oder ausgelöst durch ein weiteres Auslösesignal, verengt sich der Innenraum durch die im Innenraum 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 Bedingungen zum Betrieb des Geräts gegeben sind, oder die sich an den Körperberbereich anschmiegenden, also umgebenden Strukturen (z. B. Polsterung) müssen sich erst noch versteifen, ggf. separat auszulösen. Die Bewegungen bzw. die Bewegungsintention, des Trägers des Geräts werden wieder durch integrierte, z. B. an der Hautoberfläche anliegende, Sensorik gemessen, wie in den vorherigen Abschnitten beschrieben. Ebenso kann die Innenausstattung des Geräts mit noch einer weiteren sich nicht ausdehnenden Schicht Polsterung, anliegend an der Körperoberfläche, und weiteren Komponenten wie bereits beschrieben ausgestattet sein.
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In den Figuren ist gezeigt:
- 1:
Das Eingabegerät 1 mit einem Rahmen 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 Rahmen 2 aus Rahmenstücken 4 ausgeführt.
- 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.
- 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.
- 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.
- 5:
Ein Eingabegerät 1"', ausgeführt als Vollhülse zur Erfassung eines Beins 31 des Trägers.
- 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.
- 7:
Das Eingabegerät 1"" gem. 6 in seitlicher Ansicht.
- 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.
- 9:
Eine Kontaktkomponente 50, die das zu erfassende Körperteil 51 umschließt und dessen Bewegungen oder Bewegungsansätze in einen angeschlossenen Sensor 12 einkoppelt.
- 10:
Eine Ausführungsform des Eingabegeräts 1''''', bei der das - in der dargestellten Variante als am Bein 31 des Trägers angelegte Vollhülse ausgeführte - Rahmen 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.
- 11
Eine Ausführungsform, bei der das Eingabegerät 1 als extern fixiertes, ortsfestes Gerät ausgeführt ist. Dabei ist das den Körperbereich umgebende Rahmen 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 Gerät 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.
- 12
Eine Ausführungsform, bei der Der Rahmen 2 als Minimalgerüst ausgeführt ist. Der Rahmen 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. Der Rahmen 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.
- 14, 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 Rahmen 2 ist dabei innenseitig mit einer variablen (beispielsweise aufblasbaren) Polsterung28 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.
- 16, 17
Eine alternative Ausführungsform für ein selbst anpassend ausgeführtes Eingabegerät 1’’’’’’’ vor (16) und nach (17) dem Anlegen an das Körperteil, im dargestellten Beispiel dasBein31 des Trägers. In diesem Ausführungsbeispiel ist Der Rahmen 2 selbst durch ein vergleichsweise flexibles Material gebildet, das nach dem Anlegen geeignet zusammengezogen werden kann (17) und damit das Körperteil fixiert. Insbesondere kann Der Rahmen 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.
- 20, 21
Das Eingabegerät 1"""" in der Ausführungsform für ein in der Auslenkung der Rahmenstücke 4 des Rahmens 2 zueinander variables Gerät vor (20) und nach (21) der Bewegung des Armes 18. In die geeignet dehn- und stauchbaren Zwischenstücke 8 ermöglichen eine Beweglichkeit der damit verbundenen Rahmenstücke 4 zueinander und damit des Ellenbogengelenkes 62 des Armes 18 erlaubt. Die Ausgestaltung Zwischenstücke 8 ist dazu geeignet die Beweglichkeit in ihrer Auslenkung je nach Einsatzzweck frei oder beschränkt zu erlauben oder komplett zu verwehren, wie auch ohne oder mit einem die Bewegung erschwerenden skalierbaren Widerstand ausgeprägt sein. Das Vornehmen der dies betreffenden Einstellungen kann zur Zeit der Nutzung erfolgen.
- 22, 23
Das Eingabegerät 1'"""" als selbst anpassend mit Ermöglichung von Beweglichkeit ausgeführt vor (22) und nach (23) der Bewegung des Armes 18. In diesem Ausführungsbeispiel ist Der Rahmen 2 selbst durch ein vergleichsweise flexibles Material gebildet das aus einem Gitternetzwerk von Rahmenstücken 4 und Zwischenstücken 8 besteht wie dies im Ausführungsbeispiel gem. 18 gezeigt ist. Diese Rahmenstücke 4 können dann zur Fixierung und des Hemmens der Beweglichkeit des Körperbereiches geeignet zusammengezogen werden, vgl. 19.
Es können geeignete Bereiche im Maße des Hemmens der Beweglichkeit reduziert oder völlig von der Fixierung ausgenommen werden, so dass eine Beweglichkeit des Armes 18 an den für die Bewegung geeigneten Bereichen 64 ermöglicht wird, wohin gegen andere Bereiche 63 weiterhin fixiert auf dem Körper anliegen. Die Ausgestaltung kann die Beweglichkeit in ihrer Auslenkung je nach Einsatzzweck frei oder beschränkt erlauben oder komplett verwehren, wie auch ohne oder mit einem die Bewegung erschwerenden skalierbaren Widerstand ausgeprägt sein. Das Vornehmen, der dies betreffenden Einstellungen, kann zur Zeit der Nutzung erfolgen.
- 24, 25
Das Eingabegerät 1""""" als in ein externes Gerät integriert mit Ermöglichung von Beweglichkeit ausgeführt vor (24) und nach (25) der Bewegung des Armes 18. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Eingabegerät in ein externes Gerät 65 integriert, z. B. einen Sessel, ein Fahrzeug oder anderem bzw. an ein externes Gerät angeschlossen, z. B. Spielekonsole, medizinische Apparatur oder anderem. Der Rahmen 2 des Eingabegeräts (bzw. dessen Rahmenstücke 4) wird über die Zwischenstücke 8, die in ihrer Umsetzung geeignet sein sollten die charakteristischen Parameter der Bewegung des im Eingabegerät befindlichen Körperbereiches, hier die des Armes 18, an das externe Gerät 65 weiterzuleiten und eine geeignete Beweglichkeit des Ellenbogengelenkes 62 zu ermöglichen, mit dem externen Gerät 65 verbunden.
Die Ausgestaltung der Zwischenstücke 8 kann die Beweglichkeit in ihrer Auslenkung je nach Einsatzzweck frei oder beschränkt erlauben oder komplett verwehren, wie auch ohne oder mit einem die Bewegung erschwerenden skalierbaren Widerstand ausgeprägt sein. Das Vornehmen der dies betreffenden Einstellungen kann zur Zeit der Nutzung erfolgen.
- 26
Das Eingabegerät 1'""""" als formstabile Vollhülse ausgeführt mit geeigneter Erfassung der Bewegung des Armes 18 über externe Sensoren die keine materielle Verbindung (freibleibender Sensorbereich 66) mit dem Eingabegerät besitzen. In diesem Ausführungsbeispiel werden die charakteristischen Parameter zur Bewegung des Körperbereichs, hier der Arm 18, anhand der Einflüsse der Bewegung des Körperbereichs auf den Rahmen 2 des Eingabegeräts erfasst. Es können Spannungen oder Längenunterschiede oder weiteres durch die Sensorik 12, innerhalb des Sensorbereiches 66, erkannt werden und geeignet auf die, diese Veränderungen verursachenden Körperbewegungen geschlossen werden.
- 27
Abschnitte eines Eingabegerätes 1 im Schnitt zur Übersicht der Positionierung von Sensoren 12 relativ zum Körperbereich 51 des Benutzers und dem Rahmen bzw. den Rahmenstücken 4 und der Polsterung 28.
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In der Figur sind die einzelnen Abschnitte durch waagerechte gepunktete Linien voneinander abgesetzt.
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Die folgende Erläuterung beginnt bei dem Abschnitt oben links bei der linken Teilabbildung und endet am Abschnitt unten rechts des rechten Teilabbildes.
- - Sensoren 12 befinden sich zwischen Polsterung 28 und dem Körperbereich 51 des Benutzers.
- - Sensoren 12 sind auf die Polsterung 28 aufgesetzt bzw. darauf eingelassen.
- - Sensoren 12 sind auf dem Rahmenstück 4 angebracht und haben Kontakt zum Körperbereich 51 des Benutzers.
- - Sensoren 12 sind auf dem Rahmenstück 4 angebracht und liegen in bzw. unter der Polsterung 28.
- - Innerhalb von Freiräumen 61 innerhalb des Rahmenstückes 4 sind Sensoren 12 eingefügt.
- - Die Sensoren 12 befinden sich zwischen den Verbindungsstücken 8 die die Rahmenstücke 4 miteinander verbinden.
- - Die Sensoren 12 befinden sich direkt zwischen den Rahmenstücken 4.
- - Die Sensoren 12 befinden im Material des Rahmens, bzw. der Rahmenstücke.
- - Die Sensoren 12 befinden sich außen auf dem Material des Rahmens, bzw. der Rahmenstücke an der Außenseite, gegenüber des Körperbereiches 51.
- - Die Sensoren 12 befinden sich flächig innerhalb des Materials der Rahmenstücke 4.
- - Die Sensoren 12 befinden sich flächig außen auf dem Material der Rahmenstücke 4.
- - Die Sensoren 12 sind über Verbindungskomponenten 67 miteinander verknüpft und befinden sich zwischen Polsterung 28 und dem Körperbereich 51 des Benutzers.
- - Die Sensoren 12 sind über Verbindungskomponenten 67 miteinander verknüpft und auf die Polsterung 28 aufgesetzt bzw. darauf eingelassen.
- - Die Sensoren 12 sind über Verbindungskomponenten 67 miteinander verknüpft und auf dem Rahmenstück 4 angebracht und haben Kontakt zum Körperbereich 51 des Benutzers.
- - Die Sensoren 12 sind über Verbindungskomponenten 67 miteinander verknüpft und auf dem Rahmenstück 4 angebracht und liegen in bzw. unter der Polsterung 28.
- - Innerhalb von Freiräumen 61 innerhalb des Rahmenstückes 4 sind die Sensoren 12 sind über Verbindungskomponenten 67 miteinander verknüpft.
- - Die Sensoren 12 sind über Verbindungskomponenten 67 miteinander verknüpft und befinden sich direkt auf dem Rahmen. Die Verbindungskomponente 67 verbindet die Rahmenstücke miteinander.
- - Die Sensoren 12 befinden auf dem Material des Rahmens, bzw. der Rahmenstücke und sind über ein Verbindungsstück 8 mit einem externen feststehenden Gerät 54 verbunden.
- - Die Sensoren 12 befinden sich an einem externen feststehenden Gerät 54 und sind über ein Verbindungsstück 8 mit dem Material des Rahmens, bzw. der Rahmenstücke 4 verbunden.
- - Eingebettet in das Material der Rahmenstücke 4 sind die Sensoren 12 über Verbindungskomponenten 67 miteinander verknüpft.
- - Die Sensoren 12 befinden sich an einer externen Position und sind berührungslos in der Nähe des Rahmens positioniert. Die externen Sensoren verwenden die Änderung in der Struktur des Rahmens, z. B. Längenänderungen in ihrem Sensorbereich 66 zur Ermittlung der Bewegungen des Körperbereiches 51 innerhalb des Eingabegerätes.
- - Die Sensoren 12 befinden sich flächig innerhalb des Materials der Polsterung 28 der Rahmenstücke 4.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 020130331964 A1 [0005]
