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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Darstellung von visuellen Inhalten an einer sichtbaren Außenfläche eines Roboters.
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Um verbesserte gestalterische Möglichkeiten beim Entwerfen von Robotern zu haben und während ihres Betriebs sich wandelnde optische Erscheinungsbilder dieser Roboter zu ermöglichen, können diese an Teilen ihrer sichtbaren Außenfläche mit Anzeigevorrichtungen versehen sein, auf denen wechselnde Inhalte dargestellt werden können, beispielsweise um humanoiden Robotern möglichst detailgetreue menschliche Züge zu verleihen. Hierbei ist der Begriff der „sichtbaren Außenfläche“ derart zu verstehen, dass die entsprechende Außenfläche noch hinter einem transparenten Objekt, wie beispielsweise einer Glasscheibe, liegen kann.
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In Beispielen hierfür, mit welchen insbesondere für eine angenehme und intuitive Interaktion zwischen den genannten Robotern und menschlichen Probanden gesorgt werden soll, ist es wichtig, die Roboter mit einem Kopf mit als beweglich erscheinenden Augen und Mündern auszubilden.
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Traditionell werden hierzu teilweise mechanische Lösungen eingesetzt, bei denen zum Beispiel die Augen als motorbetriebene, in zwei Achsen bewegliche Kugeln realisiert werden, die durch entsprechende Aktuatoren angesteuert werden, jedoch selbstverständlich dem tatsächlichen Erscheinungsbild ihres menschlichen Pendants nur dann nahe kommen können, wenn ein erheblicher Aufwand betrieben wird, der andererseits wieder zu einer erhöhten Anfälligkeit für Fehler führt.
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Neuerdings wird daher häufig dazu übergegangen, das Gesicht direkt über eine Anzeigevorrichtung darzustellen, was günstiger und performanter sowie robuster ist als mechanische Lösungen und eine wesentlich erhöhte Flexibilität der Darstellung und der Ausgestaltung erlaubt.
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Es hat sich allerdings gezeigt, dass der große Nachteil von derartigen Lösungen mit einer Anzeigevorrichtung, d.h. einem Display, darin besteht, dass ein sogenannter Mona-Lisa-Effekt auftritt, der der Darstellungsweise von derartigen Anzeigevorrichtungen auf einer zweidimensionalen Oberfläche geschuldet ist. Es zeigt sich nämlich, dass wenn ein menschliches Gesicht als Portrait auf einem flachen Hintergrund dargestellt wird, sowohl bei einem Gemälde, wie der namensgebenden Mona Lisa von Leonardo da Vinci, als auch bei einem Display, es so erscheint, als ob die nach vorne gerichteten Augen des Porträts oder des Roboters immer den Betrachter anschauen und fixieren, egal aus welchem Winkel er das Display bzw. das Gemälde betrachtet. Dies kann einerseits dazu führen, dass der menschliche Betrachter sich von den auf dem Display dargestellten Augen beobachtet fühlt und sich somit bei ihm ein Unwohlsein einstellen wird, es kann andererseits dem Betrachter aber auch erschweren, festzustellen, ob er tatsächlich von dem Roboter angeschaut wird, was jedoch für gewisse Mensch-Roboter-Interaktionen sehr wünschenswert oder gar notwendig ist.
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Zur Lösung dieses Problems ist bereits vorgeschlagen worden, eine dreidimensionale Oberfläche, bei der insbesondere die Augäpfel dreidimensional realisiert sind, zu diesem Zweck einzusetzen, so dass eine Blickrichtung des hiermit ausgerüsteten Roboters eindeutig identifiziert werden kann. Es sind in diesem Zusammenhang bereits Lösungen vorgeschlagen worden, ein menschliches Gesicht durch eine Rückprojektion auf eine dreidimensional verformte Gesichtsmaske zu simulieren, wie beispielsweise in der
US 9,810,975 B2 vorgeschlagen. Zwar kann durch die dort getroffenen Maßnahmen der Mona-Lisa-Effekt verringert werden, es zeigt sich jedoch andererseits, dass das derart dargestellte Bild insbesondere in tageshellen Räumen einen schlechten Kontrast aufweist und somit für einen Betrachter eine gewisse Unschärfe auftritt, die die durch die Verhinderung des Mona-Lisa-Effekts gewonnene angenehme Darstellung des Gesichts wenigstens teilweise wieder zunichtemacht. Weiterhin zeigt sich, dass der Aufbau derartiger Anordnungen mit Rückprojektion in der Herstellung sehr aufwändig und daher kostenintensiv ist und ferner einen hohen Platzbedarf aufweist.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Anordnung zur Darstellung von visuellen Inhalten an einer sichtbaren Außenfläche eines Roboters bereitzustellen, mit der die oben genannten Nachteile des Stands der Technik ausgeräumt werden können, und mit der insbesondere in einer konstruktiv einfachen und preisgünstigen Weise der Mona-Lisa-Effekt bei der Darstellung von humanoiden Gesichtern oder wenigstens Augen an der Oberfläche des Roboters unterdrückt werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Anordnung zur Darstellung von visuellen Inhalten an einer sichtbaren Außenfläche eines Roboters vorgeschlagen, umfassend wenigstens eine Anzeigevorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, an ihrer Oberseite visuelle Inhalte darzustellen, und wenigstens eine aus einer Vielzahl von einzelnen optischen Fasern bestehende faseroptische Platte, welche an ihrer Unterseite der Oberseite der wenigstens einen Anzeigevorrichtung zugewandt ist und mit ihrer Oberseite der sichtbaren Außenfläche des Roboters zugewandt ist oder diese bildet. Insbesondere kann die Unterseite der wenigstens einen faseroptischen Platte mit Hilfe eines geeigneten Haftmittels direkt auf die Oberseite der wenigstens einen Anzeigevorrichtung geklebt sein und somit direkt mit ihr in Kontakt stehen.
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Beispiele für derartige faseroptische Platten werden unter anderem von der Firma INCOM hergestellt und vertrieben und können aus Polymeren oder auch aus Glas bestehen, wobei die Polymerversionen in der Regel einfacher zu bearbeiten sind. Hierbei sind die faseroptischen Platten aus einer Vielzahl von optischen Lichtleitern mit typischen Durchmessern im Bereich von einigen Mikrometern bis einigen Hundert Mikrometern hergestellt, die zu Blöcken aus parallelen Leitern kombiniert werden. In speziellen Anwendungen können die Fasern auch konisch zulaufen, um eine Skalierung des von ihnen zu übertragenden Bilds zu ermöglichen. Jeder eine Faser bildende Lichtleiter besteht hierbei aus zwei Materialien mit unterschiedlichen optischen Brechungsindexen, die Kern und Mantel des Lichtleiters bilden, um somit eine Totalreflexion von durch den Lichtleiter zu transportierendem Licht hervorzurufen. In der vorliegenden Anwendung werden die verwendeten faseroptischen Platten derart verbaut, dass ein Ende der parallel oder konisch zulaufenden Fasern jeweils in Richtung der Anzeigevorrichtung weist und somit ein Einkoppeln des an der Anzeigevorrichtung angezeigten Bildes in die Fasern ermöglicht wird, während ein Betrachter auf das andere Ende der Fasern blickt, zu dem das Bild transportiert wird.
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Indem somit ein Betrachter des Roboters nicht mehr unmittelbar auf die Anzeigevorrichtung blickt, welche im oben ausgeführten Beispiel unter Anderem ein Gesicht und insbesondere Augen des Roboters darstellen könnte, sondern vielmehr auf die der Anzeigevorrichtung abgewandte Seite der faseroptischen Platte, kann beim Benutzer ein dreidimensionaler Eindruck verglichen mit der Betrachtung der zweidimensionalen Oberfläche der Anzeigevorrichtung erzielt werden, ohne dass auf eine dreidimensional verformte Gesichtsmaske mit einer entsprechenden Rückprojektion zurückgegriffen werden muss. Somit erlaubt die erfindungsgemäße Anordnung ein Verhindern des Mona-Lisa-Effekts mit einem erheblich verringerten konstruktiven Aufwand und bei optimaler Ausnutzung des von der optischen Vorrichtung ausgesendeten Lichts, so dass eine kostengünstige, platzsparende und hoch-performante Lösung des oben beschriebenen Problems bereitgestellt wird.
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Wenngleich selbstverständlich bereits die Anzeigevorrichtung eine gewisse Krümmung aufweisen kann, so kann jedoch in einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausführungsform die Anzeigevorrichtung und insbesondere ihre Oberseite im Wesentlichen eben sein.
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Hierbei kann an verschiedene Ausführungsformen von Anzeigevorrichtungen gedacht werden, insbesondere ein selbstleuchtendes Display oder ein reflektives Display, beispielsweise ein E-Ink-Display.
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Um den Realismus des mit der erfindungsgemäßen Anordnung ausgerüsteten Roboters weiter zu erhöhen und weiter verbesserte Ergebnisse hinsichtlich der Darstellung bzw. Nachbildung von anatomischen Begebenheiten bei humanoiden Robotern oder Tieren nachgebildeten Robotern erreichen zu können, kann die Oberseite der faseroptischen Platte wenigstens abschnittsweise konturiert sein. Ein Beispiel hierfür könnte die Nachbildung eines menschlichen, menschenähnlichen, tierischen oder tierähnlichen Gesichts mit den entsprechenden Merkmalen und insbesondere den Augäpfeln sein, die durch die Konturierung der Oberseite der faseroptischen Platte nachgebildet werden. Wenngleich das Beispiel der Darstellung eines menschlichen Gesichts an der erfindungsgemäßen Anordnung bereits mehrfach angesprochen worden ist, so versteht sich dennoch, dass die erfindungsgemäße Anordnung andere Inhalte darstellen und an anderen Positionen des Roboters zum Einsatz kommen kann. Als „menschenähnlich“ bzw. „tierähnlich“ sind in diesem Zusammenhang im Wesentlichen alle Arten von Charakteren mit Augen zu verstehen, die beispielsweise Trickfilm- oder Animationsfiguren nachgebildet sein können. Die Konturierung selbst kann durch unterschiedliche spanende Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Fräsen.
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Prinzipiell kann die Unterseite der faseroptischen Platte unmittelbar oder über eine transparente Haftschicht mit der Oberseite der wenigstens einen Anzeigevorrichtung in Kontakt stehen, es könnten jedoch gegebenenfalls auch noch weitere Zwischenschichten vorgesehen sein. Es ist hierbei lediglich darauf zu achten, dass die Lichtausbeute der Anordnung den gestellten Anforderungen entspricht, insbesondere indem beim Vorsehen von einer oder mehreren Schichten zwischen der Oberseite der Anzeigevorrichtung und der Unterseite der faseroptischen Platte darauf geachtet wird, dass die entsprechenden verwendeten Materialien eine hohe Transparenz hinsichtlich Licht aus dem gesamten sichtbaren Spektrum aufweisen. Ferner besteht in einer derartigen Ausführungsform die Gefahr, dass Licht aus leuchtenden Pixeln der Anzeigevorrichtung in benachbarte Fasern der faseroptischen Platte gestreut wird, womit das Bild an der Oberseite der Platte unscharf werden kann.
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In derselben Weise kann die Oberseite der faseroptischen Platte mit einer transparenten Beschichtung versehen sein, die einerseits die strukturelle Integrität der faseroptischen Platte, beispielsweise hinsichtlich einem Ablösen der einzelnen Fasern voneinander, verbessert, und auch einen allgemeinen Oberflächenschutz der Platte gegen Abrasion und Ähnliches bereitstellen kann. Des Weiteren kann eine Beschichtung der Oberseite der faseroptischen Platte auch unter ästhetischen Gesichtspunkten vorgesehen werden, beispielsweise um die entsprechende Oberfläche mit einem Glanzeffekt zu versehen.
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Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Roboter, insbesondere einen Ball-balancierenden Roboter, welcher eine erfindungsgemäße Anordnung, gegebenenfalls mit den oben beschriebenen Weiterbildungen, umfasst.
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Zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung auch noch ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Anordnung, umfassend wenigstens die Schritte:
- • Bereitstellen der Anzeigevorrichtung; und
- • Anbringen der faseroptischen Platte an der Anzeigevorrichtung in einer derartigen Weise, dass ihre Unterseite der Oberseite der wenigstens einen Anzeigevorrichtung zugewandt wird.
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Wie bereits angesprochen, kann die faseroptische Platte hierbei mit einer Konturierung ihrer Oberseite versehen sein, diese kann sowohl vor dem Anbringen der Platte auf der Anzeigevorrichtung als auch in einem Zustand vorgenommen werden, in welchem die Anbringung bereits stattgefunden hat.
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Wie ebenfalls bereits angedeutet, kann beim Herstellen der Anordnung ferner eine Beschichtung der Oberseite der faseroptischen Platte sowohl vor als auch nach ihrem Anbringen an der Anzeigevorrichtung vorgenommen werden und/oder es können eine oder mehrere transparente Schichten zwischen der Anzeigevorrichtung und der faseroptischen Platte eingefügt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform deutlich, wenn diese zusammen mit den beiliegenden Figuren betrachtet wird. Diese zeigen im Einzelnen:
- 1 eine schematische Ansicht eines humanoiden Roboters; und
- 2a und 2b zwei Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Darstellung von visuellen Inhalten an der Oberfläche des Roboters aus 1.
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In 1 ist zunächst ein humanoider Roboter in Form eines sogenannten „Ball-Bots“ schematisch dargestellt und ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Dieser Roboter 10 ist zu einer omnidirektionalen Bewegung in der Lage, indem er mit einer mit dem Untergrund in Kontakt stehenden Kugel 12 bereitgestellt ist, die einerseits die Bewegung des Roboters 10 selbst ermöglicht und ihn andererseits nach den Prinzipien eines inversen Pendels in einer vertikalen Ausrichtung stabilisiert.
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Des Weiteren umfasst der Roboter 10 einen Rumpfabschnitt 14 mit einem Paar daran angelenkter Arme 16, wobei der Rumpfabschnitt 14 verschiedene zum Betrieb des Roboters 10 notwendige Komponenten aufnehmen kann, wie beispielsweise eine Steuereinheit und einen Akkumulator, während mit den Händen 16 unterschiedliche Tätigkeiten vollzogen werden können. Zuletzt umfasst der Roboter 10 einen einem Menschen nachgebildeten Kopf 18, der insbesondere zwei Augäpfel 20 aufweist.
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Wie in der 2a nachzuvollziehen ist, ist die Oberfläche des Kopfes 18 den Konturen eines menschlichen Gesichts nachgebildet, so dass insbesondere Nase und Lippen aus dem Gesicht hervorragen. Um nun eine möglichst realistische Darstellung einer menschlichen Mimik, wie beispielsweise hinsichtlich einer Blickrichtung der Augen 20, des Roboters 10 zu erlauben, ist in der in 2a dargestellten Ausführungsform das angesprochene Gesicht des Roboters 10 durch eine erfindungsgemäße Anordnung 22 gebildet, in der auf einem im Wesentlichen ebenen Display 24 die entsprechende Darstellung eines Gesichts stattfinden kann, während auf die das entsprechende Bild darstellende Oberseite der Anzeigevorrichtung 24 eine konturierte faseroptische Platte 26 aufgebracht ist, die an ihrer ebenen Unterseite mit der Anzeigevorrichtung 24 in Kontakt ist, während ihre konturierte Oberseite 26a die bereits angesprochenen Merkmale eines menschlichen Gesichts aufweist und somit die sichtbare Außenfläche des Roboters 10 selbst bildet. Auf diese Weise kann durch eine geeignete Ansteuerung der Anzeigevorrichtung 24 und Darstellung von Merkmalen eines menschlichen Gesichts ein hoher Grad an Realismus dieser Darstellung erzielt werden, ohne dass der vom Betrachter als störend empfundene Mona-Lisa-Effekt auftritt.
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In einer alternativen Ausführungsform, die in 2b dargestellt ist, ist lediglich ein Augapfel des Roboters 10 mit einer entsprechenden Anordnung 22' ausgebildet, die erneut eine Anzeigevorrichtung 24' und eine konturierte faseroptische Platte 26' umfasst. Indem in dieser zweiten Ausführungsform sowohl die Anzeigevorrichtung 24' als auch die faseroptische Platte 26' kleinere Baumaße aufweisen, ist die in 2b dargestellte Ausführungsform sowohl kostengünstiger als auch einfacher anzusteuern, da sie dementsprechend auch weniger Pixel aufweist, die von einer zugeordneten Steuereinrichtung anzusteuern sind. Dennoch kann auch bereits durch die erfindungsgemäße Anordnung 22', die lediglich die Augäpfel eines Roboters 10 ausbildet, eine realistische Darstellung dieses anatomischen Merkmals erreicht werden, ohne dass hierbei der Mona-Lisa-Effekt auftritt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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