DE102021002266A1

DE102021002266A1 - elektronisches Eingabegerät für die Ansteuerung von Endgeräten

Info

Publication number: DE102021002266A1
Application number: DE102021002266.1A
Authority: DE
Inventors: Torsten Olbrecht; Axel Schulz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-04-29
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2022-11-03

Abstract

Elektronisches handbedientes Eingabegerät (23), vorzugsweise als Abbild einer Hand ausgeprägt, das Eingangssignale vorzugsweise für akustische, optische und mechanisch angetriebene Endgeräte (13) mittels Fingersensoren (19a ff.) generiert und mindestens zwei räumlich verteilte Eingangskanäle von mindestens einem Endgerät (13) auf einen Ort des Eingabegeräts (23) konzentriert, eine haptische Rückkopplung gewährleistet und ergonomisch gestaltet ist

Description

Für die Erzeugung von Eingangswerten, hier am Beispiel eines Musik-Synthesizers und im folgenden Endgerät genannt, werden vielfältige Eingabeverfahren und -geräte benutzt. Über zum Beispiel Tastaturen können monophon oder polyphon Töne mit entsprechender Perkussion erzeugt, mittels Drehregler können Filter- oder Hüllkurvencharakteristiken eingestellt und mittels Drehregler, Drehräder oder Fußpedale können wertkontinuierliche Steuerspannungen für zum Beispiel spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCO), spannungsgesteuerte Filter (VCF), spannungsgesteuerte Verstärker (VCA) oder spannungsgesteuerte Taktgeber (VCR) erzeugt werden. Diese Komponenten (VCO, VCA, VCF...) werden im folgenden Funktionseinheit; deren Einstellmöglichkeit Einstellkanal genannt.
Allen oben beschriebenen Eingabearten ist gemein, dass die Bedienelemente örtlich und in ihrer Funktion fest ihrer entsprechenden Funktionseinheit zugeordnet sind.
Will der Bediener gleichzeitige Veränderungen an zwei Eingabekanälen, beispielsweise der Frequenz und Lautstärke bei einem Synthesizer, vornehmen, so muss er mit beiden Händen zwei Regler an der jeweiligen Funktionseinheit, die sich an verschiedenen Orten befinden, verändern. Eine dritte oder vierte gleichzeitige Veränderung mittels Fußpedale wäre noch denkbar. Darüber hinausgehende gleichzeitige Veränderungen an örtlich voneinander getrennten Funktionseinheiten sind jedoch dann nicht mehr möglich. Das schränkt die vielfältigen Eingabemöglichkeiten, zum Beispiel die eines Synthesizers, stark ein und ist von Nachteil.
Ein weiterer Nachteil dieser Technik ist, dass es keine haptische Rückkopplung zur Höhe des eingestellten Wertes gibt. So ist es beispielsweise wünschenswert, bei Veränderung der Lautstärke mittels Regler an einem Funktionseinheit VCA eine Art Gegendruck bei zunehmender Lautstärke zu verspüren.
Ein weiterer Nachteil der oben beschriebenen Art der Bedienung ist, dass sie nicht ergonomisch ist.
Aufgabe der zugrunde liegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu beheben, indem ergonomisch gestaltet und mit haptischer Rückkopplung versehen, eine hohe Anzahl von räumlich getrennten Einstellkanälen verschiedener Funktionseinheit eines Endgeräts an einem Bedienort des Eingabegeräts vereint wird.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, indem jedem Finger einer Hand ein Einstellkanal einer Funktionseinheit zugeordnet wird. Durch Beugen eines Fingers und einem damit verbundenen Niederdrücken eines elastischen Biegeelements wird diesem Einstellkanal ein wertkontinuierliches Ausgangssignal vom Eingabegerät zugeführt. Durch die Federkonstante des elastischen Biegeelements ist eine haptische Rückkopplung gegeben. Das Eingabegerät selbst ist im Wesentlichen eine Ausgestaltung einer künstlichen Hand, auf die der Bediener seine Hand auflegt und ist ergonomisch so gestaltet, dass ein entspanntes und ermüdungsfreies Bedienen gewährleistet wird.
Es ist dabei unerheblich, welche Funktion der einzelne Finger hat, da jedem Einstellkanal durch die Konfiguration am Endgerät eine beliebige Funktion zugeordnet wird. So können zum Beispiel der Daumen die Lautstärke, der Zeigefinger eine Hüllkurve, der Mittelfinger die Tonhöhe, der Zeigefinger den Klang und der kleine Finger einen Taktgeber ansteuern.
Durch Verwenden von zwei Eingabegeräten können pro Person mit beiden Händen insgesamt somit 10 Eingabekanäle gesteuert werden.
Neben der oben genannten Anwendung im Bereich der elektronischen Musikerzeugung mittels zum Beispiel Synthesizern, ist auch ein vorteilhafter Einsatz bei optischen Endgeräten zum Beispiel für Lightshows möglich. Anstelle von Tönen und Klängen werden hierbei unterschiedliche visuelle Effekte bedient und gesteuert. Es ist durchaus auch einen Kombination akustischer und optischer Endgeräte sinnvoll.
Eine weiter vorteilhafte Anwendung findet sich im therapeutischen Bereich. Durch sogenanntes Biofeedback auf akustische und/oder optische Weise kann unter anderem die Fingerfeinmotorik trainiert werden.
Es ist auch durchaus denkbar, mit dem Eingabegerät Endgeräte zu bedienen, die mechanische Aktionen ausführen.
Eine weitere vorteilhafte mögliche Eigenschaft ist es, die augenblickliche Konstellation der einzelnen Beugungen und den damit verbundenen elektrischen Ausgangssignalen per Druck des Handballens auf das Eingabegerät abzuspeichern und damit einzufrieren. Die Hand ist dann frei. Durch anschließendes Auflegen der Hand und wiederholtem Druck mit dem Handballen auf das Eingabegerät kann die normale Bedienung wieder aufgenommen werden.
Das Eingabegerät kann grundsätzlich als Tischgerät ausgeprägt sein. Es ist aber auch sinnvoll, das Eingabegerät zu mobilisieren, indem es, ähnlich einem Exoskelett, am Unterarm des Bedieners mittels zum Beispiel Manschetten befestigt wird. Das oben beschriebene Einfrieren und wieder Auftauen der augenblicklichen Konstellation der Beugungen und den damit verbundenen Ausgangssignalen kann hierbei durch eine Beugung der ganzen Hand um das Handgelenk erfolgen. Vorteilhafterweise wird bei dieser Ausführung das Kabel zum Endgerät durch eine Funkdatenübertragungseinheit ersetzt.
In den folgenden Ausführungsformen wird lediglich die Funktion eines einzelnen Eingabegeräts beschrieben. Es können aber durchaus mehrere Personen mit jeweils zwei Eingabegeräten Endgeräte bedienen.
Ergonomische Ausgestaltungen werden in der Beschreibung ausgelassen.
Die unten genannten Ausgangsignale als Spannung Ucv sind nur eine beispielshafte Ausprägung. Es können genauso gut Ausgangsströme oder digitale Ausgangssignale genutzt werden.

1 zeigt einen signalerzeugenden Kanal für einen Finger, im folgenden Fingersensor (19) genannt. Hierbei ist (1) der Auflageort des Fingergrundgelenks und (2) der Auflageort der Fingerkuppe. (1) und (2) werden über einen elastisch biegsames Element (3), vorzugsweise ein Edelstahlband, verbunden. Auf diesem Element (3) sind vorzugsweise sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite längenmessende Sensorelemente (4) aufgebracht, die vorzugsweise als Dehnungsmessstreifen (DMS) ausgeführt sind. Die elektrischen Signale beider DMS (4) werden über eine elektronische Signalverarbeitungseinrichtung (5) aufbereitet und werden als wertkontinuierliches Ausgangssignal Ucv (6) an eine weitere Signalverarbeitungsstufe weiter geleitet.
2. zeigt die Seitenansicht von 1. Es liegt entweder kein Finger auf oder er ist gerade gestreckt. Der Biegewinkel α ist 0. Im Diagramm (7) ist der Zusammenhang zwischen der Eingangsgröße α und der Ausgangsgröße Ucv dargestellt. Bei α=0 ist die Ausgangsspannung gemäß einer Ursprungsgerade vorzugsweise Ucv=0V (8a).
3 zeigt wiederum die Seitenansicht. Hier erzeugt die Beugung des Fingers eine Verbiegung des elastischen Elements (3) in Pfeilrichtung (9) um den Winkel α und eine Dehnung bzw. Stauchung des oberen bzw. unteren Dehnungsmessstreifens (4). Dies erzeugt eine Ausgangsspannung Ucv>0V (7,8b).
4 zeigt eine zweite Möglichkeit, den Beugungswinkel α vorteilhaft zu messen. Anstelle der Dehnungsmessstreifen (4) werden für jeden Einstellkanal optische Distanzsensoren (10) verwendet, der auf die Unterseite der Fingerkuppenauflage (2) misst. Dies hat den Vorteil einer verschleißfreieren Erfassung des Winkels α.
5 zeigt die Anordnung einer Eingabeeinheit, bestehend aus den Fingersensoren (19a,b,c,d,e) gemäß 1, am Beispiel der rechten Hand unter Berücksichtigung der typischen Anordnung der einzelnen Finger einer Hand sowie deren Länge. Jedem Finger wird eine Ausgangsspannung, bezeichnet mit Ucv1...Ucv5, zugeordnet.
In 6 werden die einzelnen Ausgangssignale Ucv1...Ucv5 in einer Aufbereitungseinheit (11) zusammengefasst und vorteilhaft in die Ausgangssignale Ucv1'...Ucv5' aufbereitet, um über die Ausgabeschnittstelle (12) eine störungsfreie Übertragung der Signale an das Endgerät (13) zu gewährleisten. Somit ist das Eingabegerät (23) in seiner minimalen Ausgestaltung vollständig ausgeführt.
In 7 ist eine beispielhafte kabelgebundene Anbindung des Eingabegeräts (23) nach 6 an ein Endgerät (hier Synthesizer, 13) über die Schnittstelle (12) gezeigt. Jedem Funktionseinheit (14) wird ein, von der Aufbereitungseinheit (11) erzeugte Ausgangssignale Ucv1'...Ucv5', zugeführt.
In 8 wird eine weitere kabelgebundene Anbindung des Eingabegeräts (23) an ein Endgerät (hier Synthesizer, 13) gezeigt. Die Signale der Schnittstelle (12) werden aber zunächst in eine Signalverarbeitungseinheit SVE (14) geleitet. In ihr werden die einzelnen Signale verändert. So ist es zum Beispiel möglich, dem im Diagramm (7) gezeigten linearen Zusammenhang zwischen dem Winkel α und dem Ausgangssignal Ucv beispielsweise einen logarithmisch, exponentiellen oder quantisierten Verlauf zu geben. Außerdem können Triggerschwellen und Offsets definiert werden, um zum Bespiel erst ab einem definierbaren Schwellenwinkel αs ein Signal Uvc'>0V auszugeben. Nach der oben genannten Verarbeitung werden die einzelnen Ausgangssignale Uvc' an das Endgerät (13) wie in 7 gezeigt, weiter geleitet. 8 zeigt darüber hinaus die typische Ausführung als Tischgerät.
In 9 wird die kabelgebundene Anbindung zwischen Eingabegerät (23) und Endgerät (13) durch Funkmodems (15) ersetzt. Hiermit ist eine mobile, vom Ort des Endgeräts (13) unabhängige Bedienung als Mobilgerät möglich.
10 zeigt eine vorteilhafte Anwendung eines mobilen Eingabegeräts (23). Hier wird das Eingabegerät (23) mittels zum Beispiel Manschetten (18,18') am Unterarm (17) des Bedieners, ähnlich wie bei einem Exoskelett, arretiert. Vorzugsweise in Verbindung mit den Funkmodems (16) ist dann eine völlige Bewegungsfreiheit, unabhängig vom Ort des Endegeräts, gegeben.
11 zeigt eine Ausprägung, die augenblickliche Konstellation der einzelnen Beugungen und den damit verbundenen elektrischen Ausgangssignalen per Druck des Handballens auf einen elektrischen Taster(21) auf die Handauflage (20) des Eingabegeräts (23) abzuspeichern und wieder aufzurufen.
12 zeigt eine Ausprägung, die augenblickliche Konstellation der einzelnen Beugungen und den damit verbundenen elektrischen Ausgangssignalen per Beugung der kompletten Hand um das Handgelenk (22) abzuspeichern und wieder aufzurufen.

Bezugszeichenliste

1: Hauptgelenkauflage eines Fingers
2: Auflage für eine Fingerkuppe
3: elastisch biegsames Element
4: Dehnungsmessstreifen
5: Signalaufbereitung
6: elektrisches Ausgangssignal Ucv
7: Abhängigkeit Ucv = f(α)
8a,b: beispielhafte Ausgangswerte von Ucv als Funktion von α
9: Beugungsrichtung
10: optischer Distanzsensor
11: Aufbereitungseinheit
12: Ausgabeschnittstelle
13: Endgerät
14: Funktionseinheit
15: Signalverarbeitungseinheit
16: Funkmodem
17: Unterarm
18,18': Manschette
19, 19a,b,c,d,e: Fingersensor(en) gemäß 1
20: Handauflage
21: elektrische Taste
22: Handgelenk
23: Eingabegerät

Claims

dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens zwei räumlich verteilte Eingangskanäle von mindestens einem Endgerät (13) auf definierbare Ausgangskanäle mindestens eines Eingabegeräts (23) örtlich konzentriert werden.
handbedientes Eingabegerät (23) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Beugung mindestens eines Fingers an einem Fingersensor (19) von mindestens einer Hand ein elektrisches Signal erzeugt wird.
handbedientes Eingabegerät (23) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Beugen des Fingers eine Verformung eines dem Finger zugeordneten elastischen Biegeelements (3) erfolgt.
handbedientes Eingabegerät (23) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß der Beugung durch mindestens einen Dehnungsmesstreifen DMS (4) erfolgt.
handbedientes Eingabegerät (23) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß der Beugung durch mindestens einen optischen Sensors (10) erfolgt.
handbedientes Eingabegerät (23) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es in seiner Form einer ergonomisch zu bedienenden Nachbildung einer Hand ausgebildet ist.
handbedientes Eingabegerät (23) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als Tischgerät gem. 7 oder 8 ausgeprägt ist.
handbedientes Eingabegerät (23) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als mobiles Gerät gem. 10 ausgeprägt ist.
handbedientes Eingabegerät (23) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mittels Funkverbindung (16) mit dem Endgerät (13) gemäß 9 kommuniziert.
handbedientes Eingabegerät (23) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die augenblickliche Konstellation der durch die Finger verursachten Beugungen und damit verbundenen Ausgangssignale mittels elektrischer Taste (21) und/oder Beugung der Hand gem. 12 speicherbar und wieder aufrufbar ist.