DE102021107637B4

DE102021107637B4 - Acquisition device for acquiring input data which is based on at least one body movement of a user, method for acquiring the input data and a motor vehicle

Info

Publication number: DE102021107637B4
Application number: DE102021107637.4A
Authority: DE
Inventors: Esther Tesfagiorgis
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2024-02-29
Anticipated expiration: 2041-03-27
Also published as: WO2022199966A1; DE102021107637A1

Abstract

Erfassungsvorrichtung (1) zum Erfassen von Eingabedaten (11), welche auf zumindest einer Körperbewegung eines Benutzers (2) basieren, umfassend zumindest ein Erzeugungselement (3) für das Erzeugen eines Magnetfeldes (4) sowie zumindest einen Magnetfeldsensor (5), zumindest einen Lagebestimmungssensor (6) und eine Auswerteeinheit (7), wobei das zumindest eine Erzeugungselement (3) dazu eingerichtet ist, mittels des Magnetfeldes (4) eine Magnetisierungsrichtung für den zumindest einen Magnetfeldsensor (5) vorzugeben, wobei der zumindest eine Lagebestimmungssensor (6) bezüglich des zumindest einen Erzeugungselements (3) zueinander bewegungsstarr angeordnet und dazu eingerichtet ist, entweder mittels eines Beschleunigungssensors oder mittels des Beschleunigungssensors und eines Drehratensensors jeweils eine Lage (10) der Erfassungsvorrichtung (1) im Raum zu erfassen, wobei der zumindest eine Magnetfeldsensor (5) dazu eingerichtet ist, jeweils zumindest einen Winkel (α1, α2, α3, 9) zwischen dem zumindest einen Magnetfeldsensor (5) und dem Magnetfeld (4) und/oder dem zumindest einen Erzeugungselement (3) zu bestimmen, und wobei die Auswerteeinheit (7) dazu eingerichtet ist, die Lage (10) und den zumindest einen Winkel (α1, α2, α3, 9) zu erfassen und daraus die Eingabedaten (11) zu bilden und diese für eine Recheneinheit bereitzustellen,dadurch gekennzeichnet, dassdie Erfassungsvorrichtung (1) zumindest einen Inertialsensor (12) umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, eine lineare Beschleunigung und/oder eine Rotationsgeschwindigkeit zu bestimmen, und welcher jeweils bezüglich eines aus dem zumindest einen Magnetfeldsensor (5) bewegungsstarr angeordnet und dazu eingerichtet ist, zumindest eine Relativlage (13) und/oder zumindest eine Relativbewegung (14) des zumindest einen Inertialsensors (12) bezüglich des zumindest einen Lagebestimmungssensors (6) und/oder des zumindest einen Erzeugungselements (3) zu erfassen und der Auswerteeinheit (7) bereitzustellen, welche dazu eingerichtet ist, die zumindest eine Relativlage (13) und/oder die zumindest eine Relativbewegung (14) zusätzlich zum Bilden der Eingabedaten (11) für die Recheneinheit zu nutzen,sowie dadurch, dassdie Erfassungsvorrichtung (1) zumindest einen ersten Abstandssensor (15, 16, 17) zur Bestimmung zumindest eines Abstands (19) zu einem Gegenstand umfasst.Detection device (1) for detecting input data (11), which is based on at least one body movement of a user (2), comprising at least one generating element (3) for generating a magnetic field (4) and at least one magnetic field sensor (5), at least one position determination sensor (6) and an evaluation unit (7), wherein the at least one generating element (3) is set up to specify a magnetization direction for the at least one magnetic field sensor (5) by means of the magnetic field (4), wherein the at least one position determination sensor (6) with respect to the at least one generating element (3) is arranged to be rigid in relation to one another and is set up to detect a position (10) of the detection device (1) in space either by means of an acceleration sensor or by means of the acceleration sensor and a rotation rate sensor, the at least one magnetic field sensor (5) for this purpose is set up to determine at least one angle (α1, α2, α3, 9) between the at least one magnetic field sensor (5) and the magnetic field (4) and/or the at least one generating element (3), and wherein the evaluation unit (7) is set up to detect the position (10) and the at least one angle (α1, α2, α3, 9) and to form the input data (11) therefrom and to make this available to a computing unit, characterized in that the detection device (1) at least an inertial sensor (12), which is set up to determine a linear acceleration and / or a rotational speed, and which is arranged to be rigid with respect to one of the at least one magnetic field sensor (5) and is set up to determine at least one relative position (13) and / or to detect at least one relative movement (14) of the at least one inertial sensor (12) with respect to the at least one position determination sensor (6) and/or the at least one generating element (3) and to provide it to the evaluation unit (7), which is set up to at least to use a relative position (13) and/or the at least one relative movement (14) in addition to forming the input data (11) for the computing unit, and in that the detection device (1) has at least one first distance sensor (15, 16, 17) for determination at least a distance (19) from an object.

Description

Die Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Eingabedaten, welche auf zumindest einer Körperbewegung eines Benutzers basieren, sowie ein Verfahren zum Erfassen der Eingabedaten sowie ein Kraftfahrzeug, welches zumindest eine Erfassungsvorrichtung umfasst.The invention relates to a capture device for capturing input data which is based on at least one body movement of a user, as well as a method for capturing the input data and a motor vehicle which comprises at least one capture device.

Körperbewegungen können als Eingabesignale oder Eingabedaten für virtuelle Anwendungen, wie beispielsweise ein virtuelles Musikinstrument, verwendet werden. So kann ein Benutzer mit seinen Körperbewegungen z.B. virtuell Musik erzeugen, beispielsweise durch Spielen eines Luftkeyboards, einer Luftgitarre oder eines virtuellen Klaviers. So können beispielsweise während einer Autofahrt von dem Benutzer die jeweiligen Instrumentenhandgriffe im Fahrzeug mit den Körperbewegungen vorgenommen werden, sodass die Zeit im Auto genutzt werden kann, um beispielsweise Klavier zu üben oder andere Musikinstrumente. In den Metropolen von China herrscht beispielsweise reger Berufsverkehr, wo viel Zeit im Auto verbracht wird. Diese Zeit zum Üben von Klavier oder anderen Instrumenten zu nutzen wäre von Vorteil, da ja viel Zeit und Disziplin nötig ist, um Klavierspielen zu lernen. Alternativ wären auch andere interaktive Videospielanwendungen möglich, welche mit Körperbewegungen bedient werden können.Body movements can be used as input signals or input data for virtual applications, such as a virtual musical instrument. For example, a user can create music virtually with their body movements, for example by playing an air keyboard, an air guitar or a virtual piano. For example, while driving, the user can perform the respective instrument handles in the vehicle using their body movements, so that the time in the car can be used, for example, to practice the piano or other musical instruments. In the major cities of China, for example, there is busy rush hour traffic where a lot of time is spent in the car. Using this time to practice the piano or other instruments would be beneficial, as it takes a lot of time and discipline to learn to play the piano. Alternatively, other interactive video game applications that can be operated with body movements would also be possible.

Entsprechende Handschuhe, die eine Interaktion mit einer virtuellen Welt ermöglichen, sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. So ist beispielsweise aus der DE 10 2009 051 772 A1 ein Handschuh bekannt, der mit verschiedenen Sensoren bestückt ist, sodass dieser Bewegungen der Hand, der Finger und der Fingersegmente erkennen kann. Nachteilig bei dem Handschuh ist, dass nur die Fingerpositionen nach einer Bewegung erfasst werden und eine mit der Bewegung verbundene Aufschlagskraft des Fingers bei der Datenerfassung nicht berücksichtigt wird.Corresponding gloves that enable interaction with a virtual world are already known from the prior art. For example, from the DE 10 2009 051 772 A1 a glove is known that is equipped with various sensors so that it can detect movements of the hand, fingers and finger segments. The disadvantage of the glove is that only the finger positions are recorded after a movement and the impact force of the finger associated with the movement is not taken into account when recording the data.

Aus der DE 695 21 819 T2 ist ebenfalls ein Handschuh bekannt, mittels welchem eine Gestenerkennung ausgeführt werden kann. Die Messung der Gestendaten erfolgt über den Messstreifen und Beschleunigungssensoren, in welchen die Differenz zwischen zwei Sensorwerten betrachtet wird. Nachteilig bei dem bekannten Handschuh ist, dass nicht bekannt ist, wie die einzelnen Finger der Hand zueinander stehen und dass eine Fingerspreizung die Messwerte verfälschen kann.From the DE 695 21 819 T2 A glove is also known by means of which gesture recognition can be carried out. The gesture data is measured via the measuring strips and acceleration sensors, in which the difference between two sensor values is considered. The disadvantage of the known glove is that it is not known how the individual fingers of the hand relate to one another and that spreading the fingers can falsify the measured values.

Aus der DE 103 14 973 A1 ist ein weiterer Datenhandschuh bekannt, welcher in eine Sender-Empfänger-Messanordnung integriert ist, welche ihre Eingabedaten aus Handbewegungen eines Benutzers bezieht, der den Datenhandschuh trägt. Dabei weist der Datenhandschuh Beschleunigungssensoren, Drucksensoren und Dehnmessstreifen auf, die kabellos mit der Sende-Empfangs-Vorrichtung verbunden sind und mit einer stationären Empfängeranordnung kommunizieren. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, dass stets eine stationäre Empfängereinrichtung benötigt wird.From the DE 103 14 973 A1 Another data glove is known, which is integrated into a transmitter-receiver measuring arrangement, which obtains its input data from hand movements of a user who is wearing the data glove. The data glove has acceleration sensors, pressure sensors and strain gauges that are wirelessly connected to the transceiver device and communicate with a stationary receiver arrangement. The disadvantage of the known method is that a stationary receiver device is always required.

Aus der US 2017 / 0 090 568 A1 ist ein Datenhandschuh bekannt, welcher eine Kombination aus einem am einer bekannten Position am Handschuh angebrachten Permanent- oder Elektromagneten und ein oder mehreren an den Fingern angebrachten Magnetfeldsensoren benutzt, um die relative Lage der Sensoren zu dem genannten Magneten und untereinander zu bestimmen. Auch der umgekehrte Fall mit einem Sensor und mehreren am Handschuh angebrachten Magneten ist beschrieben.From US 2017/0 090 568 A1 a data glove is known which uses a combination of a permanent or electromagnet attached to a known position on the glove and one or more magnetic field sensors attached to the fingers to determine the relative position of the sensors to the said magnets and each other. The reverse case with a sensor and several magnets attached to the glove is also described.

Aus US 2019/0 101 981 A1 bekannt ist ein Datenhandschuh, an dem ein oder mehrere Beschleunigungssensoren angebracht sind, um ein virtuelles Abbild der Hand, einschließlich der relativen Lage der einzelnen Fingerglieder zueinander und der Lage der gesamten Hand im Raum zu rekonstruieren. Nachteilig an dieser Konstruktion ist erstens, dass die Ausrichtung der Hand in der Horizontalen auf diese Weise nicht bestimmbar ist, und zweitens, dass durch das mathematische Integrieren der Messdaten der Beschleunigungssensoren eine Drift in den rekonstruierten Positionen der Fingerglieder unvermeidbar ist. Zur Lösung des letztgenannten Problems gibt US 2019/0 101 981 A1 die Möglichkeit an, das rekonstruierte Handmodell auf Plausibilität (z.B. gegenseitige Durchdringung der rekonstruierten Finger) zu prüfen. Ferner impliziert US 2019 / 0 101 981 A1, dass das erstgenannte Problem durch die Verwendung eines Magnetfeldsensors gelöst werden kann, mit dem die Lage des Handschuhs relativ zum Erdmagnetfeld bestimmt werden kann.Out of US 2019/0 101 981 A1 A data glove is known to which one or more acceleration sensors are attached in order to reconstruct a virtual image of the hand, including the relative position of the individual phalanges to one another and the position of the entire hand in space. The disadvantage of this construction is, firstly, that the horizontal orientation of the hand cannot be determined in this way, and secondly, due to the mathematical integration of the measurement data from the acceleration sensors, a drift in the reconstructed positions of the phalanges of the fingers is unavoidable. To solve the latter problem there is US 2019/0 101 981 A1 the possibility of checking the reconstructed hand model for plausibility (e.g. mutual penetration of the reconstructed fingers). Furthermore, US 2019 / 0 101 981 A1 implies that the first-mentioned problem can be solved by using a magnetic field sensor with which the position of the glove can be determined relative to the earth's magnetic field.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Erfassungsvorrichtung zur Eingabe von auf Körperbewegungen eines Benutzers basierten Eingabedaten bereitzustellen, bei welcher auch eine Bewegungsintensität der Körperbewegung erfasst wird und die auch mobil genutzt werden kann.The invention is therefore based on the object of providing a recording device for inputting input data based on a user's body movements, in which a movement intensity of the body movement is also recorded and which can also be used on a mobile basis.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.The task is solved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous developments of the invention are described in the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Eingabedaten, welche auf zumindest einer Körperbewegung eines Benutzers basieren, bereitgestellt. Die Erfassungsvorrichtung umfasst zumindest ein Erzeugungselement für das Erzeugen eines Magnetfeldes, zumindest einen Magnetfeldsensor, zumindest einen Lagebestimmungssensor und eine Auswerteeinheit. Das zumindest eine Erzeugungselement ist dazu eingerichtet, mittels des Magnetfeldes eine Magnetisierungsrichtung für den zumindest einen Magnetfeldsensor vorzugeben, wobei der zumindest eine Lagebestimmungssensor mit dem zumindest einen Erzeugungselement zueinander unbeweglich oder bewegungsstarr angeordnet und dazu eingerichtet ist, entweder mittels eines Beschleunigungssensors oder mittels des Beschleunigungssensors und eines Drehratensensors jeweils eine Lage der Erfassungsvorrichtung im Raum zu erfassen.The invention provides a capture device for capturing input data that is based on at least one body movement of a user. The detection device comprises at least one generation element for generating a magnetic field, at least one magnetic field sensor, at least one position determination sensor and an evaluation unit. The at least one generating element is set up to specify a magnetization direction for the at least one magnetic field sensor by means of the magnetic field, wherein the at least one position determination sensor with the at least one generating element is arranged to be immovable or rigid in relation to one another and is set up to do so either by means of an acceleration sensor or by means of the acceleration sensor and one Rotation rate sensor to detect a position of the detection device in space.

Die Erfassungsvorrichtung kann beispielhaft an einer menschlichen Hand angebracht sein. In den folgenden Beispielen wird der Einsatz der Erfassungsvorrichtung an einer menschlichen Hand diskutiert.The detection device can, for example, be attached to a human hand. The following examples discuss the use of the detection device on a human hand.

Der zumindest eine Magnetfeldsensor ist dazu eingerichtet, jeweils zumindest einen Winkel zwischen dem zumindest einen Magnetfeldsensor und dem Magnetfeld und/oder dem zumindest einen Erzeugungselement zu bestimmen. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, die Lage und den zumindest einen Winkel zu erfassen und daraus die Eingabedaten zu bilden und diese für eine Recheneinheit bereitzustellen. Mit anderen Worten, das Erzeugungselement kann dazu eingerichtet sein, ein statisches oder ein dynamisches Magnetfeld zu erzeugen. Es kann als ein Permanentmagnet oder als eine magnetfeld-erzeugende Spulenanordnung ausgelegt sein. Der jeweilige Magnetfeldsensor kann beweglich zum Erzeugungselement angeordnet sein, z.B. an einem Finger einer Hand, und kann dazu eingerichtet sein, einen Winkel zwischen einem elektrischen Messstrom des Magnetfeldsensors und den lokalen Feldlinien des Magnetfelds zu erfassen. Beispielsweise kann der Magnetfeldsensor ein magnetoresistiver Sensor sein, welcher mittels eines anisotropischen magnetoresistiven Effekts einen Winkel zwischen dem elektrischen Messstrom und dem Magnetfeld messen kann.The at least one magnetic field sensor is set up to determine at least one angle between the at least one magnetic field sensor and the magnetic field and/or the at least one generating element. The evaluation unit is set up to detect the position and the at least one angle and to form the input data from this and to make it available to a computing unit. In other words, the generating element can be set up to generate a static or a dynamic magnetic field. It can be designed as a permanent magnet or as a magnetic field-generating coil arrangement. The respective magnetic field sensor can be arranged to be movable relative to the generating element, for example on a finger of a hand, and can be set up to detect an angle between an electrical measuring current of the magnetic field sensor and the local field lines of the magnetic field. For example, the magnetic field sensor can be a magnetoresistive sensor, which can measure an angle between the electrical measuring current and the magnetic field by means of an anisotropic magnetoresistive effect.

Der Lagebestimmungssensor kann mittels mathematischer Integration der Signale zur Beschleunigung und/oder Rotationsgeschwindigkeit ausgehend von einem Fixpunkt in einem räumlichen Koordinatensystem eine Lage und/oder eine Orientierung im Raum für die gesamte Erfassungsvorrichtung bestimmen, insbesondere eine Drehung der Erfassungsvorrichtung im Raum wie beispielsweise eine Handdrehung, wenn die Erfassungsvorrichtung auf einem Handschuh angebracht ist. Das Erzeugungselement und der Lagebestimmungssensor sind dabei derart bewegungsstarr oder unbeweglich zueinander angeordnet, sodass sie einen gemeinsamen Bezugspunkt aufweisen. Beispielsweise können das Erzeugungselement und/oder der Lagebestimmungssensor auf einem Handrücken einer menschlichen Hand angebracht sein und jeweils einen Bezugspunkt für eine Fingerbewegung, welche durch den an dem Finger angebrachten Magnetfeldsensor gemessen wird, darstellen. Dabei kann der Bezugspunkt mit einem entsprechenden Offset zwischen dem Lagebestimmungssensor und dem Erzeugungselement umgerechnet oder übertragen, weil sie bewegungsstarr zueinander angeordnet sind.The position determination sensor can determine a position and/or an orientation in space for the entire detection device, in particular a rotation of the detection device in space, such as a turn of the hand, by means of mathematical integration of the signals for acceleration and/or rotation speed, starting from a fixed point in a spatial coordinate system the detection device is attached to a glove. The generating element and the position determination sensor are arranged to be rigid or immovable relative to one another in such a way that they have a common reference point. For example, the generating element and/or the position determination sensor can be attached to the back of a human hand and each represent a reference point for a finger movement, which is measured by the magnetic field sensor attached to the finger. The reference point can be converted or transmitted with a corresponding offset between the position determination sensor and the generating element because they are arranged to be rigid in relation to one another.

Der Lagebestimmungssensor kann also die Lage der Erfassungsvorrichtung im Raum bestimmten und das zum Lagebestimmungssensor unbeweglich angeordnete Erzeugungselement erzeugt dort ein Magnetfeld, in welchem wiederum der zumindest eine Magnetfeldsensor bewegt werden und die Lage bezüglich des Erzeugungselements erfassen kann. Die Auswerteeinheit kann daraus die Lage einer Hand und den Winkel zwischen der Hand und dem jeweiligen Finger erfassen und daraus die Eingabedaten bilden, wenn der Lagebestimmungssensor und das Erzeugungselement z.B. auf dem Handrücken angeordnet sind und der jeweilige Mangetfeldsensor an einem Fingersegment angeordnet ist. Die Eingabedaten können dabei eine Lage und Orientierung der Erfassungsvorrichtung im Raum sowie eine Position, insbesondere eine Relativlagejeweils eines Fingers oder Fingersegments der Hand, erfassen und derart ausgestaltet sein, dass sie von einer Recheneinheit für eine Anwendung, wie beispielsweise das Spielen eines virtuellen Klaviers in der Luft, genutzt werden können.The position determination sensor can therefore determine the position of the detection device in space and the generating element, which is arranged immovably in relation to the position determination sensor, generates a magnetic field there, in which the at least one magnetic field sensor can in turn be moved and detect the position with respect to the generation element. The evaluation unit can detect the position of a hand and the angle between the hand and the respective finger and form the input data from this if the position determination sensor and the generating element are arranged, for example, on the back of the hand and the respective magnetic field sensor is arranged on a finger segment. The input data can record a position and orientation of the detection device in space as well as a position, in particular a relative position, of a finger or finger segment of the hand, and can be designed in such a way that it is processed by a computing unit for an application, such as playing a virtual piano in the Air can be used.

Durch Toleranzen bei dieser kombinierten Messung kann es allerdings zu Ungenauigkeiten bei der Bestimmung einer Fingerposition kommen. Die Erfassungsvorrichtung ist deshalb dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest einen Inertialsensor umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, eine lineare Beschleunigung und/oder eine Rotationsgeschwindigkeit zu bestimmen. Der zumindest eine Inertialsensor ist jeweils mit einem Magnetfeldsensor zueinander unbeweglich oder bewegungsstarr angeordnet und dazu eingerichtet, zumindest eine Relativlage und/oder die zumindest eine Relativbewegung des zumindest einen Inertialsensors bezüglich des zumindest einen Lagebestimmungssensors und/oder des zumindest einen Erzeugungselements zu erfassen und der Auswerteeinheit bereitzustellen. Damit wird also z.B. für jedes Fingersegment eine doppelte Messung, einmal mit einem Magnetfeldsensor und einmal mit einem Inertialsensor durchgeführt.However, tolerances in this combined measurement can lead to inaccuracies when determining a finger position. The detection device is therefore characterized in that it comprises at least one inertial sensor, which is set up to determine a linear acceleration and/or a rotational speed. The at least one inertial sensor is each arranged to be immovable or rigid in relation to one another with a magnetic field sensor and is set up to detect at least one relative position and/or the at least one relative movement of the at least one inertial sensor with respect to the at least one position determination sensor and/or the at least one generating element and to provide it to the evaluation unit . This means, for example, that a double measurement is carried out for each finger segment, once with a magnetic field sensor and once with an inertial sensor.

Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, die zumindest die Relativlage und die zumindest eine Relativbewegung zusätzlich zum Bilden der Eingabedaten für die Recheneinheit zu nutzen. Mit anderen Worten, jeder Magnetfeldsensor kann zusammen mit dem Inertialsensor angeordnet sein, wobei deren jeweilige Messrichtung zueinander ergänzend sein können, d.h. sie können ihre Schwächen gegenseitig kompensieren. Beispielsweise kann der Magnetfeldsensor eine Bewegung einer ersten Raumrichtung eines Körperglieds messen und der Inertialsensor eine Bewegung des Körperglieds in einer zweiten Raumrichtung, welche von der ersten Raumrichtung verschieden ist. Wenn die Erfassungsvorrichtung ein Handschuh ist und der Magnetfeldsensor zusammen mit dem Inertialsensor jeweils an einem Fingersegment angebracht ist, kann der jeweilige Magnetfeldsensor beispielsweise ein Abknicken des Fingers und der Inertialsensor eine Seitwärtsbewegung, daher ein Spreizen der Finger, messen.The evaluation unit is set up to determine at least the relative position and the at least one relative movement in addition to forming the input to use data for the computing unit. In other words, each magnetic field sensor can be arranged together with the inertial sensor, whereby their respective measuring directions can be complementary to one another, that is, they can compensate for each other's weaknesses. For example, the magnetic field sensor can measure a movement in a first spatial direction of a body limb and the inertial sensor can measure a movement of the body limb in a second spatial direction, which is different from the first spatial direction. If the detection device is a glove and the magnetic field sensor together with the inertial sensor is attached to a finger segment, the respective magnetic field sensor can, for example, measure a bending of the finger and the inertial sensor can measure a sideways movement, therefore a spreading of the fingers.

Mittels des Inertialsensors kann ebenfalls von der Auswerteeinheit eine Geschwindigkeit der Körperbewegung gemessen werden und dabei auch auf eine Kraft der Körperbewegung geschätzt werden. Beispielsweise kann durch die Verwendung des Inertialsensors zusammen mit dem Magnetfeldsensor zur Erfassung der Körperbewegung, wie beispielsweise der Bewegung eines Fingers, von der Auswerteeinheit berücksichtigt werden, wie beherzt ein Benutzer beispielsweise mit dem Finger auf eine virtuelle Klaviertaste in der Luft schlägt.Using the inertial sensor, a speed of the body movement can also be measured by the evaluation unit and a force of the body movement can also be estimated. For example, by using the inertial sensor together with the magnetic field sensor to detect body movement, such as the movement of a finger, the evaluation unit can take into account how courageously a user hits a virtual piano key in the air, for example.

Die jeweiligen Sensoren der Erfassungsvorrichtung können einerseits mittels einer Datenleitung oder einer drahtlosen Verbindung untereinander und/oder mit der Auswerteeinheit verbunden sein. Ergänzend oder alternativ kann die besagte Erfassungsvorrichtung auch an anderen Körperstellen eines Benutzers angebracht werden, wie beispielsweise an einem Arm, Bein oder einem Fuß. Der Benutzer kann dabei ein Mensch oder ein Tier sein.The respective sensors of the detection device can be connected to one another and/or to the evaluation unit by means of a data line or a wireless connection. Additionally or alternatively, said detection device can also be attached to other parts of a user's body, such as an arm, leg or foot. The user can be a human or an animal.

Die besagte Erfassungsvorrichtung bietet den Vorteil, dass neben einer redundanten und erweiterten Datenerfassung der jeweiligen Körperbewegung zusätzlich eine hinter der Körperbewegung steckende Kraft des Benutzers simuliert werden kann. Darin ergibt sich jedoch der Vorteil, dass die Anordnung der Erfassungsvorrichtung einen geringen Bauraumbedarf hat und einfach beispielsweise in einem Handschuh untergebracht werden kann, sodass dieser von dem Benutzer einfach an- und ausgezogen werden kann.The detection device in question offers the advantage that, in addition to redundant and expanded data collection of the respective body movement, the user's force behind the body movement can also be simulated. However, this has the advantage that the arrangement of the detection device requires little space and can easily be accommodated in a glove, for example, so that it can be easily put on and taken off by the user.

Ebenfalls kann eine Interaktion von mehreren Erfassungsvorrichtungen berücksichtigt werden. So sieht die Erfindung vor, dass die Erfassungsvorrichtung zumindest einen ersten Abstandssensor zur Bestimmung zumindest eines Abstandes zu einem Gegenstand umfasst. Beispielsweise kann der jeweilige Abstandssensor ein Ultraschallsensor und/oder ein Radarsensor sein. Mit anderen Worten, wenn die Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Körperbewegungen einer Hand ausgelegt ist, kann der Benutzer eine erste Erfassungsvorrichtung an der linken Hand und eine zweite Erfassungsvorrichtung beispielsweise an der rechten Hand tragen.An interaction between several detection devices can also be taken into account. The invention thus provides that the detection device comprises at least a first distance sensor for determining at least one distance to an object. For example, the respective distance sensor can be an ultrasonic sensor and/or a radar sensor. In other words, if the detection device is designed to detect body movements of a hand, the user can wear a first detection device on the left hand and a second detection device on the right hand, for example.

Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments that result in additional advantages.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Erfassungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, mittels eines als Kleidungsstück oder als am Körper zu tragendes Accessoire ausgestalteten Trägermediums von einem Körperteil, insbesondere von einer menschlichen Hand, getragen zu werden. Mit anderen Worten, das Trägermedium kann die besagte Erfassungsvorrichtung umfassen und beispielsweise als ein Handschuh ausgestaltet sein. Ebenfalls kann das Trägermedium ein Kleidungsstück sein, welches von einem Benutzer an Körperstellen, an welchen vorzugsweise zumindest ein Gelenk vorhanden ist, getragen werden kann. Ergänzend oder alternativ kann anstelle des Trägermediums vorgesehen sein, dass die Erfassungsvorrichtung unmittelbar auf das jeweilige Körperteil, beispielsweise durch Ankleben oder aufschnallen der Sensoren, angebracht wird.One embodiment provides that the detection device is set up to be carried by a part of the body, in particular by a human hand, by means of a carrier medium designed as a piece of clothing or as an accessory to be worn on the body. In other words, the carrier medium can include said detection device and can be designed, for example, as a glove. The carrier medium can also be a piece of clothing that can be worn by a user on parts of the body where there is preferably at least one joint. Additionally or alternatively, instead of the carrier medium, it can be provided that the detection device is attached directly to the respective body part, for example by gluing or strapping on the sensors.

Ergänzend oder alternativ kann das Trägermedium ebenfalls elastisch ausgelegt werden, sodass dies für unterschiedliche Größen eines Körperteils, wie beispielsweise einer menschlichen Hand, angepasst werden kann. Hierzu können die jeweiligen Sensoren der Erfassungsvorrichtung beispielsweise dazu eingerichtet sein, über eine drahtlose Verbindung miteinander Daten auszutauschen.Additionally or alternatively, the carrier medium can also be designed to be elastic so that it can be adapted to different sizes of a body part, such as a human hand. For this purpose, the respective sensors of the detection device can, for example, be set up to exchange data with one another via a wireless connection.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Erfassungsvorrichtung als Kleidungsstück oder direkt am Körper getragen werden kann und dabei ein schnelles An- und Ausziehen der Erfassungsvorrichtung durch den Benutzer erfolgen kann. Weiterhin gibt es dem Benutzer das Gefühl eines natürlichen Tragens der Erfassungsvorrichtung als ein Kleidungsstück, sodass die Bewegungen darin nicht als einschränkend wahrgenommen werden. Weiterhin gestaltet die Auslegung des Trägermediums als ein Handschuh eine einfache Handhabung während der Benutzung.This results in the advantage that the detection device can be worn as a piece of clothing or directly on the body and the detection device can be quickly put on and taken off by the user. Furthermore, it gives the user the feeling of naturally wearing the sensing device as a piece of clothing, so that movements therein are not perceived as restrictive. Furthermore, the design of the carrier medium as a glove makes it easy to handle during use.

Ebenfalls kann der zumindest eine Magnetfeldsensor dazu eingerichtet sein, eine Rotationsgeschwindigkeit zusätzlich zu einer Bewegungsrichtung zu erfassen. So sieht eine Ausführungsform vor, dass der zumindest eine Magnetfeldsensor ein Layout aufweist, in welchem ein elektrischer Strom den zumindest einen Magnetfeldsensor in zumindest zwei Raumrichtungen durchfließt, sodass eine Richtung der Rotationsgeschwindigkeit von dem Magnetfeldsensor bestimmt wird, wobei das Layout insbesondere eine HelixStruktur oder Barberpole-Struktur ist. Mit anderen Worten, der elektrische Strom kann ein elektrischer Messstrom sein, wobei das Layout des Magnetfeldsensors dazu ausgebildet sein kann, eine Bewegung des Magnetfeldsensors im Magnetfeld in zumindest zwei Raumrichtungen zu erfassen. Beispielsweise kann auch das Verwenden einer Barberpole-Struktur bei dem Magnetfeldsensor dazu beitragen, dass die Richtung der Rotationsgeschwindigkeit in einem Winkelbereich von +/- 45 Grad bestimmt werden kann. Somit kann von der Auswerteeinheit eine Richtung der Relativbewegung des Magnetfeldsensors, wie beispielsweise eines Fingers, an welchem der Magnetfeldsensor angebracht sein kann, erfasst werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch die zusätzliche Erfassung der Richtung der Relativbewegung des Fingers eine bessere Signalgüte für das Bilden der Eingabedaten erreicht werden kann, sodass von der Auswerteeinheit eine entsprechende Körperbewegung, wie beispielsweise die Fingerbewegung, früher erkannt werden kann.The at least one magnetic field sensor can also be set up to detect a rotation speed in addition to a direction of movement. One embodiment provides that the at least one magnetic field sensor has a layout in which an electrical current flows through the at least one magnetic field sensor in at least two spatial directions, so that a direction of the rotation speed is determined by the magnetic field sensor, the layout in particular special is a helix structure or barberpole structure. In other words, the electrical current can be an electrical measuring current, wherein the layout of the magnetic field sensor can be designed to detect a movement of the magnetic field sensor in the magnetic field in at least two spatial directions. For example, using a barberpole structure in the magnetic field sensor can also help determine the direction of rotation speed in an angular range of +/- 45 degrees. The evaluation unit can thus detect a direction of the relative movement of the magnetic field sensor, such as a finger to which the magnetic field sensor can be attached. This results in the advantage that by additionally detecting the direction of the relative movement of the finger, a better signal quality for forming the input data can be achieved, so that a corresponding body movement, such as the finger movement, can be recognized earlier by the evaluation unit.

Wenn der Magnetfeldsensor und der Inertialsensor jeweils zusammen angeordnet werden, kann zusätzlich oder alternativ zu der beschriebenen Messung eine Plausibilitätskontrolle der jeweiligen gemessenen Messwerte erfolgen. So sieht eine Ausführungsform vor, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, für die Bereitstellung der Eingabedaten eine Plausibilitätskontrolle des zumindest einen Winkels des zumindest einen Magnetfeldsensors und der zumindest einen Relativlage und/oder der zumindest einen Relativbewegung des zumindest einen Inertialsensors durchzuführen. Mit anderen Worten, durch die bewegungsstarre Anordnung des zumindest einen Magnetfeldsensors und des zumindest einen Inertialsensors, wenn diese jeweils beispielsweise zusammen angeordnet sind, können diese jeweils die gleiche Messrichtung aufweisen. Dafür kann einerseits die gleiche Bewegungsrichtung von dem Magnetfeldsensor und andererseits von dem Inertialsensor gemessen werden. Aus den jeweiligen Signalen kann hierdurch eine Plausibilitätskontrolle durch die Auswerteeinheit der jeweiligen Körperbewegung erfolgen.If the magnetic field sensor and the inertial sensor are each arranged together, a plausibility check of the respective measured values can be carried out in addition to or as an alternative to the measurement described. One embodiment provides that the evaluation unit is set up to carry out a plausibility check of the at least one angle of the at least one magnetic field sensor and the at least one relative position and/or the at least one relative movement of the at least one inertial sensor in order to provide the input data. In other words, due to the rigid arrangement of the at least one magnetic field sensor and the at least one inertial sensor, if they are each arranged together, for example, they can each have the same measuring direction. For this purpose, the same direction of movement can be measured by the magnetic field sensor on the one hand and by the inertial sensor on the other hand. From the respective signals, a plausibility check can be carried out by the evaluation unit of the respective body movement.

Wenn beispielsweise der Magnetfeldsensor eine Barberpole-Struktur aufweist, kann dieser nur ein Abknicken des Fingers bis zu einem Winkel von 45 Grad messen. Ein Finger kann jedoch auch in einem Winkel größer als 45 Grad abgeknickt werden. Wenn nun der Magnetfeldsensor zusammen mit einem Inertialsensor auf dem Finger angeordnet ist, kann jeweils aus der gemessenen Relativlage des Fingers durch den Magnetfeldsensor und der von dem Inertialsensor gemessenen Relativlage und/oder Relativbewegung eine Plausibilitätskontrolle von der Auswerteeinheit der jeweiligen Messsignale durchgeführt werden. Beispielsweise kann, wenn der Finger über einen Winkel von größer als 45 Grad abgeknickt wird, die weitere Rotation des Fingers alleine von dem Inertialsensor weiter gemessen werden, sodass daraufhin von der Auswerteeinheit die Eingabedaten gebildet werden können, um die Fingerposition und Bewegung zu erfassen.For example, if the magnetic field sensor has a barberpole structure, it can only measure a bend of the finger up to an angle of 45 degrees. However, a finger can also be bent at an angle greater than 45 degrees. If the magnetic field sensor is now arranged on the finger together with an inertial sensor, a plausibility check can be carried out by the evaluation unit of the respective measurement signals based on the measured relative position of the finger by the magnetic field sensor and the relative position and/or relative movement measured by the inertial sensor. For example, if the finger is bent over an angle of greater than 45 degrees, the further rotation of the finger can be measured by the inertial sensor alone, so that the input data can then be formed by the evaluation unit in order to record the finger position and movement.

Ergänzend oder alternativ kann mittels eines zweiten Magnetfeldsensors, welcher zusammen mit dem besagten Magnetfeldsensor zueinander bewegungsstarr angeordnet ist und in einer Messausrichtung zum dem besagten Magnetfeldsensor um 45 oder 90 Grad gedreht ist, ein Abknicken des Fingers über einen Winkel von größer als 45 Grad gemessen werden. Somit kann auch mittels zumindest einen Magnetfeldsensors ein größerer Winkelbereich gemessen werden.Additionally or alternatively, a bending of the finger over an angle of greater than 45 degrees can be measured by means of a second magnetic field sensor, which is arranged to be rigid in relation to one another together with the said magnetic field sensor and is rotated by 45 or 90 degrees in a measuring orientation relative to the said magnetic field sensor. This means that a larger angular range can also be measured using at least one magnetic field sensor.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Signalgüte für das Bilden der Eingabedaten vergrößert werden kann und Störeinflüsse verringert werden können.This results in the advantage that signal quality for forming the input data can be increased and interference influences can be reduced.

Mittels einer bestimmten Anordnung des jeweiligen Magnetfeldsensors und des damit zusammen angeordneten Inertialsensors kann auch ein zusätzlicher Freiheitsgrad einer Körperbewegung erfasst werden. So sieht eine Ausführungsform vor, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, mittels des zumindest einen Winkels des zumindest einen Magnetfeldsensors in einer ersten Messausrichtung und der zumindest einen Relativlage und/oder der zumindest einen Relativbewegung des zumindest einen Inertialsensors in einer zweiten Messrichtung, welche von der ersten Messrichtung verschieden ist, eine im Bezug zur ersten Messausrichtung zusätzliche Bewegungsrichtung der Körperbewegung in den Eingabedaten zu erfassen. Mit anderen Worten, der jeweilige Magnetfeldsensor und der jeweilige Inertialsensor können zusammen angeordnet sein und dabei eine unterschiedliche Messausrichtung aufweisen, sodass beispielsweise der Magnetfeldsensor ein Spreizen eines Fingers an einer Hand und der zusammen mit dem Magnetfeldsensor angeordnete Inertialsensor ein Abknicken des Fingers messen kann. By means of a specific arrangement of the respective magnetic field sensor and the inertial sensor arranged together with it, an additional degree of freedom of a body movement can also be detected. Thus, one embodiment provides that the evaluation unit is set up to use the at least one angle of the at least one magnetic field sensor in a first measuring orientation and the at least one relative position and/or the at least one relative movement of the at least one inertial sensor in a second measuring direction, which is from the first measurement direction is different, an additional direction of movement of the body movement in relation to the first measurement orientation is recorded in the input data. In other words, the respective magnetic field sensor and the respective inertial sensor can be arranged together and have a different measurement orientation, so that, for example, the magnetic field sensor can measure a spreading of a finger on a hand and the inertial sensor arranged together with the magnetic field sensor can measure a bending of the finger.

Beispielsweise kann der Magnetfeldsensor ein Abknicken des Fingers messen und der Inertialsensor eine Seitwärtsbewegung des Fingers, wie sie bei einem Fingerspreizen vorkommen kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch unterschiedliche Messorientierungen der jeweiligen Sensoren Bauraum und Platz gespart werden kann und dabei dennoch alle notwendigen Körperbewegungen erfasst werden können. Beispielsweise kann dabei eine Handbewegung abgedeckt werden und dabei Bauraum gespart werden. Dadurch kann ein Handschuh als Erfassungsvorrichtung für die Körperbewegungen entsprechend leicht ausgelegt werden.For example, the magnetic field sensor can measure a bending of the finger and the inertial sensor can measure a sideways movement of the finger, as can occur when the finger is spread. This has the advantage that different measurement orientations of the respective sensors can save installation space and space while still allowing all necessary body movements to be recorded. For example, a hand movement can be covered and space can be saved. This means that a glove can be designed to be a correspondingly lightweight device for detecting body movements.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, bei der Berechnung der Eingabedaten eine Differenz zwischen der Lage des Lagebestimmungssensors und einer Position des zumindest einen Magnetfeldsensors und/oder des zumindest einen Inertialsensors zu bilden und damit ein Zittern eines Benutzers zu kompensieren und/oder die Eingabedaten unabhängig von einer Erschütterung zu erstellen. Mit anderen Worten, wenn die Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Körperbewegungen einer menschlichen Hand ausgelegt ist, kann die Hand des Benutzers ein Zittern aufweisen. Dabei kann einerseits das Zittern von dem Benutzer selber als natürliches Zittern kommen. Andererseits kann das Zittern des Benutzers von einer Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs während der Fahrt kommen, in welchem sich der Benutzer gerade aufhält. Dies kann insbesondere dann auftreten, wenn beispielsweise das Kraftfahrzeug über eine holprige Straße fährt. Zum Erfassen der Fingerbewegungen der Hand kann dabei die Auswerteeinrichtung ein Delta aus den Daten des Lagebestimmungssensors der Hand und des jeweiligen Magnetfeldsensors und/oder des Inertialsensors an dem jeweiligen Finger bilden, um eine Lage und Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit sowie eine Bewegungsbeschleunigung des jeweiligen Fingers als ein Delta der Daten des jeweiligen Magnetfeldsensors, des Inertialsensors und des Lagebestimmungssensors zur Kompensation des Tremors zu bilden. So zittert ja der Benutzer mit der gesamten Hand und in der Regel nicht mit der Hand bezüglich der Finger. Durch das Bilden der Differenz der Sensorsignale der an den jeweiligen Fingern angebrachten Sensoren und des Lagebestimmungssensors an der Hand selbst, wie beispielsweise am Handrücken, kann somit ein Zittern der Hand dadurch kompensiert werden, dass beim Bilden der Eingabedaten nur die Bewegung des jeweiligen Fingers bezüglich der Hand berücksichtigt wird. Wenn beispielsweise ein Benutzer ebenfalls mit den Fingern zittert, kann dies ebenfalls durch Anwenden eines Signalfilters kompensiert werden. Weiterhin kann dabei eine Erschütterung des Benutzers, infolge derer der Benutzer eine unbeabsichtigte Handbewegung macht, beim Bilden der Eingabedaten berücksichtigt werden.One embodiment provides that the evaluation unit is set up to form a difference between the position of the position determination sensor and a position of the at least one magnetic field sensor and/or the at least one inertial sensor when calculating the input data and thus to compensate for trembling of a user and/or or to create the input data regardless of a shock. In other words, if the detection device is designed to detect body movements of a human hand, the user's hand may exhibit trembling. On the one hand, the tremor can come from the user himself as a natural tremor. On the other hand, the user's trembling may result from an acceleration of a motor vehicle in which the user is currently traveling while driving. This can occur in particular when, for example, the motor vehicle is driving over a bumpy road. To detect the finger movements of the hand, the evaluation device can form a delta from the data from the position determination sensor of the hand and the respective magnetic field sensor and/or the inertial sensor on the respective finger in order to determine a position and direction of movement and speed of movement as well as a movement acceleration of the respective finger as a delta the data of the respective magnetic field sensor, the inertial sensor and the position determination sensor to compensate for the tremor. So the user trembles with the entire hand and usually not with the fingers. By forming the difference between the sensor signals of the sensors attached to the respective fingers and the position determination sensor on the hand itself, such as on the back of the hand, trembling of the hand can be compensated for by only taking into account the movement of the respective finger with respect to the when forming the input data hand is taken into account. For example, if a user also trembles his fingers, this can also be compensated for by applying a signal filter. Furthermore, a shock to the user, as a result of which the user makes an unintentional hand movement, can be taken into account when forming the input data.

Beispielsweise kann sich der Benutzer in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise in einem Auto oder in einem Flugzeug, befinden, in welchem der Benutzer während der Fahrt einer Erschütterung ausgesetzt ist. Durch die Erschütterung wird eine plötzliche Handbewegung ausgelöst. Um nun die Inertialbewegung der Sensoren auszuwerten und die Fingerdetektion durch die Fahrzeugbewegung nicht zu verfälschen, kann unter anderem das Deltasignal zwischen den Inertialsensoren, daher der an den Fingern angebrachten Sensoren und des Lagebestimmungssensors, von der Auswerteeinheit ausgewertet werden, sodass dadurch die Erschütterung bei dem Bilden der Eingabedaten kompensiert werden kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass beim Bilden der Eingabedaten nur die Körperbewegungen des Benutzers registriert werden und Umweltstörungen herausgefiltert werden können. Ergänzend oder alternativ kann auch eine Differenz der Daten des Lagebestimmungssensors und von Daten eines Beschleunigungssensors im Kraftfahrzeug, wobei der Beschleunigungssensor eine Erschütterung im Kraftfahrzeug misst, gebildet werden, um Erschütterungen des Kraftfahrzeugs zu kompensieren.For example, the user may be in a motor vehicle, for example a car or an airplane, in which the user is exposed to vibration while driving. The shock triggers a sudden hand movement. In order to evaluate the inertial movement of the sensors and not to falsify the finger detection due to the vehicle movement, the delta signal between the inertial sensors, therefore the sensors attached to the fingers and the position determination sensor, can be evaluated by the evaluation unit, so that the vibration during the formation is thereby eliminated the input data can be compensated. This has the advantage that when the input data is formed, only the user's body movements are registered and environmental disturbances can be filtered out. Additionally or alternatively, a difference between the data from the position determination sensor and data from an acceleration sensor in the motor vehicle, where the acceleration sensor measures a vibration in the motor vehicle, can also be formed in order to compensate for vibrations in the motor vehicle.

Ebenfalls kann eine Interaktion von mehreren Erfassungsvorrichtungen berücksichtigt werden. Die jeweilige erste und zweite Erfassungsvorrichtung kann jeweils zumindest einen Abstandssensor umfassen. Der Abstandssensor kann dabei an einem Handrücken, an einer Handkante und an einer Handinnenfläche angebracht sein und somit an dem jeweiligen Anbringungsort einen Abstand der Hand zu einem Gegenstand messen. An interaction between several detection devices can also be taken into account. The respective first and second detection devices can each comprise at least one distance sensor. The distance sensor can be attached to the back of the hand, to the edge of the hand and to the palm of the hand and can thus measure a distance between the hand and an object at the respective attachment location.

Wenn der Benutzer beispielsweise die erste und zweite Erfassungsvorrichtung an der linken und rechten Hand trägt, kann ebenfalls der Abstand der jeweiligen Hände zueinander mittels des Abstandssensors, insbesondere der Ultraschallsensoren, detektiert werden, wenn beide die jeweiligen Abstandssensoren an beiden Händen jeweils den gleichen oder einen ähnlichen Abstand zu einem Gegenstand, also z.B. zur jeweils anderen Hand, messen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Positionierung der Hände zueinander von der Auswerteeinheit berücksichtigt werden kann.For example, if the user wears the first and second detection devices on the left and right hands, the distance between the respective hands can also be detected by means of the distance sensor, in particular the ultrasonic sensors, if both the respective distance sensors on both hands have the same or a similar one Measure the distance to an object, for example the other hand. This has the advantage that the positioning of the hands relative to one another can be taken into account by the evaluation unit.

Die Kontrolle der Positionierung erlaubt es ebenfalls, eine weitere Plausibilitätskontrolle durchzuführen. So sieht eine Ausführungsform vor, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, mittels des zumindest einen Abstandes des zumindest einen Abstandssensors die Plausibilitätskontrolle der Lage des zumindest einen Lagebestimmungssensors durchzuführen. Mit anderen Worten, wenn der Benutzer an beiden Händen jeweils eine Erfassungsvorrichtung trägt, kann ja die Lage im Raum der linken und der rechten Hand mittels des jeweiligen Lagebestimmungssensors gemessen werden. Wenn nun der Benutzer die linke und die rechte Hand nebeneinander hält, kann nun jeweils der Abstandssensor der linken und der rechten Hand einen Abstand der jeweiligen anderen Hand zueinander messen und wenn die Messsignale des Abstandssensors der linken Hand und des Abstandssensors der rechten Hand miteinander den gleichen Abstand messen, somit eine Plausibilitätskontrolle der jeweiligen vom Lagebestimmungssensor gemessenen Lage der jeweiligen Hand im Raum von der Auswerteeinheit durchgeführt werden. Die Auswerteeinheit kann dafür eine Differenz der vom Lagebestimmungssensor bestimmten Lage der jeweiligen Hand und der vom jeweiligen Abstandssensor gemessenen Lage der Hand, wobei die Lage der Hand von der Auswerteeinheit aus dem vom Abstandssensor gemessenen Abstand der Hand zu der jeweils anderen Hand von der Auswerteeinheit bestimmt wird, bilden. Die Wahrnehmung oder Detektion der Positionierung der Hände erfolgt daher zueinander. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass während der Benutzung der Erfassungsvorrichtung Messfehler der jeweiligen Sensoren reduziert werden können und damit eine Signalgüte erhöht wird. Checking the positioning also allows a further plausibility check to be carried out. One embodiment provides that the evaluation unit is set up to carry out the plausibility check of the position of the at least one position determination sensor by means of the at least one distance of the at least one distance sensor. In other words, if the user wears a detection device on both hands, the position in the space of the left and right hands can be measured using the respective position determination sensor. If the user now holds the left and right hand next to each other, the distance sensor of the left and right hand can now measure a distance of the other hand from one another and if the measurement signals of the distance sensor of the left hand and the distance sensor of the right hand are the same Measure the distance, so that a plausibility check of the respective position of the respective hand in space measured by the position determination sensor can be carried out by the evaluation unit. For this purpose, the evaluation unit can determine a difference between the position of the respective hand determined by the position determination sensor and the position of the hand measured by the respective distance sensor, the position of the hand being determined by the evaluation unit from the distance of the hand to the other hand measured by the distance sensor , form. The perception or detection of the positioning of the hands therefore takes place relative to one another. This results in the advantage that measurement errors of the respective sensors can be reduced during use of the detection device and thus signal quality is increased.

Als weitere Lösung zu der obigen Aufgabe sieht die Erfindung ein Kraftfahrzeug vor, welches zumindest eine der oben beschriebenen Erfassungsvorrichtungen umfasst.As a further solution to the above object, the invention provides a motor vehicle which comprises at least one of the detection devices described above.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet. Ergänzend oder alternativ kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ebenfalls ein Flugzeug oder eine Schiff sein, um nur weitere Beispiele zu nennen.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle. Additionally or alternatively, the motor vehicle according to the invention can also be an aircraft or a ship, just to name further examples.

Zur Lösung der obigen Aufgabe sieht die Erfindung ebenfalls ein Verfahren zum Erfassen von Eingabedaten vor, welche auf zumindest einer Körperbewegung basieren. Hierfür erzeugt zumindest ein Erzeugungselement ein Magnetfeld. Dabei erfasst zumindest ein zusammen mit dem zumindest einen Erzeugungselement zueinander unbeweglich oder bewegungsstarr angeordneter Lagebestimmungssensor eine Lage der Erfassungsvorrichtung im Raum und zumindest ein Magnetfeldsensor bestimmt jeweils zumindest einen Winkel zwischen dem zumindest einen Magnetfeldsensor und dem Magnetfeld des zumindest einen Erzeugungselements. Eine Auswerteeinheit erfasst die Lage und den zumindest einen Winkel, um daraus die Eingabedaten zu bilden. Die Auswerteeinheit stellt die Eingabedaten einer Recheneinheit bereit.To solve the above problem, the invention also provides a method for acquiring input data which is based on at least one body movement. For this purpose, at least one generating element generates a magnetic field. At least one position determination sensor arranged together with the at least one generating element in a mutually immovable or motion-rigid manner detects a position of the detection device in space and at least one magnetic field sensor determines at least one angle between the at least one magnetic field sensor and the magnetic field of the at least one generating element. An evaluation unit records the position and the at least one angle in order to form the input data. The evaluation unit provides the input data to a computing unit.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein mit dem zumindest einen Magnetfeldsensor jeweils zueinander unbeweglich oder bewegungsstarr angeordneter Inertialsensor eine lineare Beschleunigung und/oder eine Rotationsgeschwindigkeit bestimmt und daraus zumindest eine Relativlage und/oder zumindest eine Relativbewegung bezüglich des zumindest einen Lagebestimmungssensors und/oder des zumindest einen Erzeugungselements erfasst, um die zumindest eine Relativlage und/oder die zumindest eine Relativbewegung der Auswerteeinheit bereitzustellen. Die Auswerteeinheit nutzt die zumindest eine Relativlage und/oder die zumindest eine Relativbewegung zusätzlich zum Bilden der Eingabedaten für die Recheneinheit. Mit anderen Worten, der Inertialsensor kann bei der Anwendung des besagten Verfahrens an einer menschlichen Hand redundant zum Magnetfeldsensor eine Relativlage von zumindest einem Finger zur Hand erfassen, wobei der Inertialsensor zusätzlich eine Beschleunigung der Bewegung des jeweiligen Fingers erfassen kann. Durch die Anwendung des Verfahrens ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise Fingerbewegungen einer Hand jeweils unabhängig voneinander erfasst werden können und eine Signalqualität somit verbessert werden kann.The method is characterized in that at least one inertial sensor, which is arranged with the at least one magnetic field sensor in a mutually immovable or rigid manner, determines a linear acceleration and/or a rotational speed and from this at least one relative position and/or at least one relative movement with respect to the at least one position determination sensor and/or the at least one generation element is detected in order to provide the at least one relative position and/or the at least one relative movement of the evaluation unit. The evaluation unit uses the at least one relative position and/or the at least one relative movement in addition to forming the input data for the computing unit. In other words, when using the method in question on a human hand, the inertial sensor can detect a relative position of at least one finger to the hand redundantly to the magnetic field sensor, wherein the inertial sensor can additionally detect an acceleration of the movement of the respective finger. The use of the method results in the advantage that, for example, finger movements of one hand can be recorded independently of one another and signal quality can thus be improved.

Ergänzend oder alternativ kann das besagte Verfahren auch an anderen Körperstellen eines Benutzers angewandt werden, wie beispielsweise an einem Arm, Bein oder einem Fuß. Der Benutzer kann dabei ein Mensch oder ein Tier sein.Additionally or alternatively, the method in question can also be applied to other parts of a user's body, such as an arm, leg or foot. The user can be a human or an animal.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der Erfassungsvorrichtung und/oder des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the further developments of the detection device and/or the motor vehicle according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments. The invention therefore also includes implementations that each have a combination of the features of several of the described embodiments, provided that the embodiments have not been described as mutually exclusive.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts einer Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung für eine menschliche Hand;
2 die Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung für die menschliche Hand an einer linken und einer rechten Hand eines Benutzers mit einem zusätzlichen Abstandssensor;
3 eine schematische Darstellung des beschriebenen Verfahrens zum Erfassen der Eingabedaten.

Examples of embodiments of the invention are described below. This shows:

1 a schematic representation of a longitudinal section of an embodiment of the detection device for a human hand;
2 the embodiment of the human hand detection device on a left and a right hand of a user with an additional distance sensor;
3 a schematic representation of the described method for acquiring the input data.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and which also represent the invention continue training independently of each other. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference numerals designate functionally identical elements.

1 zeigt einen Überblick über die Erfassungsvorrichtung 1, welche für eine Hand 20 eines Benutzers 2 ausgelegt ist. Die Erfassungsvorrichtung 1 bezeichnet dabei die einzelnen Sensoren 5, 6 und 12 und die Auswerteeinheit 7, kann aber auch ebenfalls ein Trägermedium umfassen, welches in dem dargestellten Beispiel ein Handschuh sein kann. Der Handschuh ist dabei in der Abbildung nicht dargestellt. Die Erfassungsvorrichtung 1 umfasst dabei ein Erzeugungselement 3 zum Erzeugen eines Magnetfeldes 4, welches eine Magnetisierungsrichtung 8 für die Magnetfeldsensoren 5 zur Winkelmessung vorgibt. Die Erfassungsvorrichtung 1 umfasst ebenfalls einen Lagebestimmungssensor 6, welcher ein Beschleunigungs- und/oder ein Drehratensensor sein kann. Der Lagebestimmungssensor 6 kann eine Beschleunigung und/oder eine Rotationsgeschwindigkeit erfassen und damit ausgehend von einem Bezugspunkt im Raum des Benutzers 2 eine Lage 10 und/oder eine Orientierung der Hand 20 im Raum erfassen und der Auswerteeinheit 7 bereitstellen. In dem dargestellten Beispiel weist die Erfassungsvorrichtung 1 an den jeweiligen Fingersegmenten 221, 222 und 223 jeweils einen Magnetfeldsensor 5, also insgesamt drei Magnetfeldsensoren 5, auf. Die Magnetfeldsensoren 5 sind dazu eingerichtet, jeweils einen Winkel α1, α2 und α3 der jeweiligen Fingersegmente 221, 222 und 223 in Bezug zur Magnetisierungsrichtung 8 zu messen. Die jeweiligen Winkel α1, α2 und α3 können somit ein Abknicken des Fingers 21 bezüglich der Hand 20 mittels des Winkels 9 messen. Dabei werden das erste Fingersegment 221 um den Winkel α1 bezüglich der Magnetisierungsrichtung 8 abgeknickt, das zweite Fingersegment 222 mit dem Winkel α2 und das dritte Fingersegment 223 mit dem Winkel α3 abgeknickt. Die Winkel α1, α2 und α3 werden als Winkeldaten 9 der Auswerteeinheit 7 bereitgestellt. Dabei erfolgt die Messung der Winkel α1, α2 und α3 nicht nur beim Abknicken, sondern auch bei einer Spreizung der Finger 21, also einer zum Abknicken lateralen Bewegungsrichtung des Fingers 21. Zusätzlich wird die Messung durch die Bewegung anderer Finger 21 an der Hand 20 nicht verfälscht. 1 shows an overview of the detection device 1, which is designed for a hand 20 of a user 2. The detection device 1 designates the individual sensors 5, 6 and 12 and the evaluation unit 7, but can also include a carrier medium, which in the example shown can be a glove. The glove is not shown in the illustration. The detection device 1 includes a generating element 3 for generating a magnetic field 4, which specifies a magnetization direction 8 for the magnetic field sensors 5 for angle measurement. The detection device 1 also includes a position determination sensor 6, which can be an acceleration and/or a rotation rate sensor. The position determination sensor 6 can detect an acceleration and/or a rotational speed and thus, starting from a reference point in the space of the user 2, detect a position 10 and/or an orientation of the hand 20 in space and provide it to the evaluation unit 7. In the example shown, the detection device 1 has a magnetic field sensor 5 on each of the finger segments 221, 222 and 223, i.e. a total of three magnetic field sensors 5. The magnetic field sensors 5 are set up to measure an angle α1, α2 and α3 of the respective finger segments 221, 222 and 223 in relation to the magnetization direction 8. The respective angles α1, α2 and α3 can thus measure a bending of the finger 21 with respect to the hand 20 using the angle 9. The first finger segment 221 is bent at the angle α1 with respect to the magnetization direction 8, the second finger segment 222 is bent at the angle α2 and the third finger segment 223 is bent at the angle α3. The angles α1, α2 and α3 are provided as angle data 9 to the evaluation unit 7. The measurement of the angles α1, α2 and α3 takes place not only when the fingers 21 are bent, but also when the fingers 21 are spread, i.e. the direction of movement of the finger 21 is lateral to the bend. In addition, the measurement is not carried out by the movement of other fingers 21 on the hand 20 adulterated.

Gemeinsam mit dem jeweiligen Magnetfeldsensor 5 ist ebenfalls ein Inertialsensor 12 an jedem Fingersegment 221, 222 und 223 angeordnet. Dabei sind der Magnetfeldsensor 5 und der jeweilige Inertialsensor 12 zueinander bewegungsstarr angeordnet. Der jeweilige Inertialsensor 12 ist dabei dazu eingerichtet, eine Beschleunigung und/oder eine Rotationsgeschwindigkeit der Bewegung der Fingersegmente 221, 222 und 223 zu messen. Dabei kann mittels der Beschleunigungsmessung durch den Inertialsensor 12 eine Positionsbestimmung des jeweiligen Fingersegments 221, 222 und 223 bezüglich der Lage 10, welche von dem Lagebestimmungssensor6 bestimmt wurde, von der Auswerteeinheit 7 erfasst werden, wie beispielsweise durch das Bilden einer Differenz zwischen der Lage 10 und der Relativlage 13 oder den Winkeldaten 9. Zusätzlich kann mittels der vom Inertialsensor 12 gemessenen Winkelgeschwindigkeit auf eine Beschleunigung und damit eine Kraft von der Auswerteeinheit 7 bestimmt und beim Bilden der Eingabedaten 11 berücksichtigt werden. Von der Auswerteeinheit 7 kann damit beispielsweise berücksichtigt werden, wie beherzt der Benutzer 2 mit dem Finger 21 in der Luft auf eine virtuelle Klaviertaste schlägt.Together with the respective magnetic field sensor 5, an inertial sensor 12 is also arranged on each finger segment 221, 222 and 223. The magnetic field sensor 5 and the respective inertial sensor 12 are arranged to be rigid in relation to each other. The respective inertial sensor 12 is set up to measure an acceleration and/or a rotational speed of the movement of the finger segments 221, 222 and 223. By means of the acceleration measurement by the inertial sensor 12, a position determination of the respective finger segment 221, 222 and 223 with respect to the position 10, which was determined by the position determination sensor 6, can be detected by the evaluation unit 7, for example by forming a difference between the position 10 and the relative position 13 or the angle data 9. In addition, an acceleration and thus a force can be determined by the evaluation unit 7 using the angular velocity measured by the inertial sensor 12 and taken into account when forming the input data 11. The evaluation unit 7 can thus take into account, for example, how courageously the user 2 hits a virtual piano key with his finger 21 in the air.

Wenn der jeweilige Magnetfeldsensor zusammen mit dem jeweiligen Inertialsensor 12 an jedem der Finger 21 der Hand 20 angebracht ist, kann ebenfalls eine Positionsbestimmung und Bewegungsintensität des jeweiligen Fingers unabhängig voneinander gemessen werden, da bei der Erfassungsvorrichtung keinerlei mechanische Verbindung der jeweiligen Sensoren zwischen den jeweiligen Fingern besteht, wodurch eine Messung beeinflusst werden könnte.If the respective magnetic field sensor together with the respective inertial sensor 12 is attached to each of the fingers 21 of the hand 20, a position determination and movement intensity of the respective finger can also be measured independently of one another, since in the detection device there is no mechanical connection of the respective sensors between the respective fingers , which could influence a measurement.

Die Eingabedaten 11 können dabei eine Lage und Orientierung der Hand 20 im Raum und eine aktuelle Position der jeweiligen Finger 21 der Hand, sowie der jeweiligen Fingersegmente 221, 222 und 223, zusammen mit einem zu Geschwindigkeits- und/oder Kraftvektor sein. Je Durch das Bilden der Differenz der Lage 10 mit der Relativlage 13 des jeweiligen Fingers kann somit eine Fingerbewegung unabhängig von einem Tremor oder einer Erschütterung der Hand 20 von der Auswerteeinheit 7 kompensiert werden, sodass die Störung durch den Tremor oder die Erschütterung beim Bilden der Eingabedaten 11 durch die Auswerteeinheit 7 kompensiert wird. Ergänzend oder alternativ kann für die Kompensierung auch ein entsprechender Signalfilter verwendet werden.The input data 11 can be a position and orientation of the hand 20 in space and a current position of the respective fingers 21 of the hand, as well as the respective finger segments 221, 222 and 223, together with a speed and/or force vector. By forming the difference between the position 10 and the relative position 13 of the respective finger, a finger movement can be compensated for by the evaluation unit 7 regardless of a tremor or a vibration of the hand 20, so that the interference caused by the tremor or the vibration when forming the input data 11 is compensated by the evaluation unit 7. Additionally or alternatively, a corresponding signal filter can also be used for compensation.

Die Relativlage 13 des jeweiligen Fingers 21 bezüglich der Hand 20 kann einerseits anhand des vom jeweiligen Magnetfeldsensor 5 gemessenen Winkels 9 bestimmt werden oder andererseits mit der vom jeweiligen Inertialsensor 12. Mit den Messdaten des Magnetfeldsensors 5 und des Inertialsensors 12 kann eine Plausibilitätskontrolle durch die Auswerteeinheit 7 durchgeführt werden. Hierdurch können Toleranzen / Messunschärfen und/oder Störungen bei der Messung verringert werden. Ergänzend oder alternativ kann ebenfalls vorgesehen sein, dass der Magnetfeldsensor 5 eine räumliche Messrichtung aufweist, welche von der Messrichtung des Inertialsensors 12 verschieden ist. So kann beispielsweise der Magnetfeldsensor 5 eine Messrichtung im Bereich des Abknickens des Fingers 21 haben, während der Inertialsensor 12 eine Messrichtung in Richtung eines Fingerspreizens, daher eine Lateralbewegung des Fingers 21 in Bezug zur Hand 20, haben kann. Hierdurch können zusätzliche Bewegungen des Fingers 21 von der Auswerteeinheit 7 erfasst werden.The relative position 13 of the respective finger 21 with respect to the hand 20 can be determined on the one hand based on the angle 9 measured by the respective magnetic field sensor 5 or on the other hand with that of the respective inertial sensor 12. With the measurement data from the magnetic field sensor 5 and the inertial sensor 12, a plausibility check can be carried out by the evaluation unit 7 be performed. This can reduce tolerances/measurement uncertainty and/or interference during measurement. Additionally or alternatively can also be provided be that the magnetic field sensor 5 has a spatial measuring direction that is different from the measuring direction of the inertial sensor 12. For example, the magnetic field sensor 5 can have a measuring direction in the area of the bending of the finger 21, while the inertial sensor 12 can have a measuring direction in the direction of a finger spreading, therefore a lateral movement of the finger 21 in relation to the hand 20. This allows additional movements of the finger 21 to be recorded by the evaluation unit 7.

Zusätzlich kann die Erfassungsvorrichtung 1 zumindest einen Ultraschallsensor 15 als Abstandssensor aufweisen. Der Ultraschallsensor 15 kann dabei beispielsweise an einem Handrücken, an der Seitenhand und an der Handinnenfläche an der Hand 20 angebracht sein. Die Ultraschallsensoren senden dabei ein Ultraschallsignal von der Hand 20 weg aus, um damit einen Abstand der Hand 20 bezüglich eines Gegenstandes zu messen. Ergänzend oder alternativ kann der Abstandssensor auch als ein Radarsensor ausgelegt sein. Der Abstand wird beim Bilden der Eingabedaten 11 ebenfalls berücksichtigt.In addition, the detection device 1 can have at least one ultrasonic sensor 15 as a distance sensor. The ultrasonic sensor 15 can be attached to the hand 20, for example, on the back of the hand, on the side hand and on the palm of the hand. The ultrasonic sensors send an ultrasonic signal away from the hand 20 in order to measure a distance between the hand 20 and an object. Additionally or alternatively, the distance sensor can also be designed as a radar sensor. The distance is also taken into account when forming the input data 11.

2 zeigt dabei nochmal ausführlicher das Beispiel, wie von der Auswerteeinheit 7 ein Abstand zweier Hände 20 und 20` des Benutzers 2 zueinander mittels eines Abstandssensors ausgewertet werden kann. Für den Abstandssensor sind insgesamt drei Ultraschallsensoren 15, 16 und 17 an den jeweiligen Händen 20 und 20` angebracht. Hierzu zeigt 2 auf der linken Seite jeweils eine linke Hand 20 und eine rechte Hand 20`, an welchen jeweils ein erster Ultraschallsensor 15 an der Handinnenfläche, ein zweiter Ultraschallsensor 16 am Handrücken sowie ein dritter Ultraschallsensor 17 an der Seitenhand angebracht sind. Der Benutzer hält die linke Hand 20 und die rechte Hand 20`, wie in 2 oben gezeigt, übereinander. Dabei befindet sich die linke Hand 20 unterhalb der rechten Hand 20`. Der zweite Ultraschallsensor 16 am Handrücken der linken Hand 20 unten misst einen Abstand 19 der linken Hand 20 zur rechten Hand 20`. Wiederum misst der erste Ultraschallsensor 15 auf der Handinnenfläche der rechten Hand 20` einen Abstand 19 zur linken Hand 20. Wenn zweite der Ultraschallsensor 16 am Handrücken der linken Hand 20 denselben Abstandswert wie der erste Ultraschallsensor 15 auf der Handinnenfläche der rechten Hand 20` misst, kann die Auswerteeinheit 7 dies als einen Abstand der jeweiligen Hände 20, 20` zueinander detektieren und entsprechend auswerten. 2 shows the example in more detail of how the evaluation unit 7 can evaluate the distance between two hands 20 and 20' of the user 2 from one another using a distance sensor. For the distance sensor, a total of three ultrasonic sensors 15, 16 and 17 are attached to the respective hands 20 and 20'. This shows 2 on the left side there is a left hand 20 and a right hand 20', to which a first ultrasonic sensor 15 is attached on the palm of the hand, a second ultrasonic sensor 16 on the back of the hand and a third ultrasonic sensor 17 on the side of the hand. The user holds the left hand 20 and the right hand 20`, as in 2 shown above, one on top of the other. The left hand 20 is below the right hand 20`. The second ultrasonic sensor 16 on the back of the left hand 20 below measures a distance 19 from the left hand 20 to the right hand 20'. Again, the first ultrasonic sensor 15 on the palm of the right hand 20' measures a distance 19 from the left hand 20. If the second ultrasonic sensor 16 on the back of the left hand 20 measures the same distance value as the first ultrasonic sensor 15 on the palm of the right hand 20', The evaluation unit 7 can detect this as a distance between the respective hands 20, 20' and evaluate it accordingly.

Die Auswertung kann dabei einerseits über eine Plausibilitätskontrolle der Lage 10 der jeweiligen Hand 20, 20` im Raum erfolgen, daher dass die jeweiligen Werte zur Lage 10 der Lagebestimmungssensoren 6 der jeweiligen Hände 20, 20` mit den von den jeweiligen Ultraschallsensoren 15 und 16 gemessenen Daten übereinstimmen. Für den Fall einer Abweichung kann von der Auswerteeinheit 7 entsprechend eine Neukalibrierung vornehmen. Ebenfalls kann mittels der Ultraschallsensoren 15, 16 und 17, ein Abstand zu einem beliebigen Gegenstand von der Auswerteeinheit 7 detektiert werden und beim Bilden der Eingabedaten 11 berücksichtigt werden. Beispielsweise kann dies vorteilhaft bei Videospielanwendungen sein, wo ein Benutzer nach einem bestimmten Tool, wie beispielsweise einen Tennisschläger, greift. Ergänzend oder alternativ können die Abstandssensoren als zumindest ein Radarsensor ausgebildet sein.On the one hand, the evaluation can be carried out via a plausibility check of the position 10 of the respective hand 20, 20' in space, so that the respective values for the position 10 of the position determination sensors 6 of the respective hands 20, 20' correspond to those measured by the respective ultrasonic sensors 15 and 16 Data match. In the event of a deviation, the evaluation unit 7 can carry out a recalibration accordingly. Likewise, by means of the ultrasonic sensors 15, 16 and 17, a distance to any object can be detected by the evaluation unit 7 and taken into account when forming the input data 11. For example, this can be advantageous in video game applications where a user reaches for a specific tool, such as a tennis racket. Additionally or alternatively, the distance sensors can be designed as at least one radar sensor.

3 zeigt eine schematische Darstellung des Verfahrens zum Erfassen der Eingabedaten. In einem ersten Schritt S1 wird von zumindest einem Erzeugungselement 3 ein Magnetfeld 4 mit einer Magnetisierungsrichtung 8 erzeugt. Das Magnetfeld 4 kann dabei ein statisches oder dynamisches Magnetfeld sein, wobei die Messungen von den Magnetfeldsensoren 5 dabei entsprechend gepulst sein können, wenn das Magnetfeld 4 ein dynamisches Magnetfeld ist. In einem zweiten Schritt S2 wird von einem Lagebestimmungssensor 6 eine Lage 10 der Hand 20 im Raum bestimmt. Der Lagebestimmungssensor 6 ist dabei als ein Steuerungssensor oder andererseits als ein Beschleunigungssensor und/oder ein Drehratensensor ausgelegt, sodass dieser anhand eines entsprechenden Integrierens der jeweiligen Beschleunigung und/oder der Rotationsgeschwindigkeit die Lage 10 oder ergänzend eine Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 20 bestimmen kann. Damit kann der Lagebestimmungssensor 6 eine Lage und/oder eine Orientierung und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit der Hand 20 im Raum bestimmen. 3 shows a schematic representation of the method for acquiring the input data. In a first step S1, a magnetic field 4 with a magnetization direction 8 is generated by at least one generating element 3. The magnetic field 4 can be a static or dynamic magnetic field, whereby the measurements from the magnetic field sensors 5 can be pulsed accordingly if the magnetic field 4 is a dynamic magnetic field. In a second step S2, a position determination sensor 6 determines a position 10 of the hand 20 in space. The position determination sensor 6 is designed as a control sensor or, on the other hand, as an acceleration sensor and/or a rotation rate sensor, so that it can determine the position 10 or, in addition, a movement speed of the hand 20 based on a corresponding integration of the respective acceleration and/or the rotation speed. The position determination sensor 6 can thus determine a position and/or an orientation and/or a speed of movement of the hand 20 in space.

In einem dritten Schritt S3 kann eine Winkelveränderung des jeweiligen Magnetfeldsensors 5, welche beispielsweise an den jeweiligen Fingersegmenten von zumindest einem Finger einer Hand 20 angebracht ist, messen. Dabei wird von dem Magnetfeldsensor 5 jeweils ein Winkel 9 der jeweiligen Fingersegmente der Hand bezüglich der Magnetisierungsrichtung 8 gemessen. Die Magnetisierungsrichtung 8 kann sich dabei anhand des Handrückens der Hand 20 orientieren. Mittels des Winkels 9 von dem Magnetfeldsensor 5 kann von der Auswerteeinheit 7 auf eine relative Lage des Fingers bezüglich der Hand 20, daher insbesondere des Handrückens, berechnet werden. Die Relativlage bezieht sich dabei auf die Lage 10, welche im Schritt S2 von dem Lagebestimmungssensor 6 gemessen wurde.In a third step S3, an angular change of the respective magnetic field sensor 5, which is attached, for example, to the respective finger segments of at least one finger of a hand 20, can be measured. The magnetic field sensor 5 measures an angle 9 of the respective finger segments of the hand with respect to the magnetization direction 8. The magnetization direction 8 can be oriented based on the back of the hand 20. Using the angle 9 from the magnetic field sensor 5, the evaluation unit 7 can calculate a relative position of the finger with respect to the hand 20, therefore in particular the back of the hand. The relative position refers to the position 10, which was measured by the position determination sensor 6 in step S2.

In einem vierten Schritt wird ergänzend zu den Messungen des Magnetfeldsensors 5 ebenfalls eine Messung der Relativposition und einer Relativbewegung des jeweiligen Fingers 21 von dem Inertialsensor 12 vorgenommen. Der Inertialsensor 12 ist dabei ebenfalls ein Beschleunigungssensor und/oder ein Drehratensensor und kann somit eine Relativlage anhand der linearen Beschleunigung sowie eine Relativgeschwindigkeit der jeweiligen Fingerbewegung mittels des Drehratensensors aus der Rotationsgeschwindigkeit des Fingers bezüglich der Hand messen. Die Relativlage 13 sowie die Relativbewegung 14 werden dabei von dem Inertialsensor 12 jeweils der Auswerteeinheit 7 zur Verfügung gestellt. Dabei sind der Inertialsensor 12 sowie der Magnetfeldsensor 5 jeweils bewegungsstarr zueinander angeordnet, insbesondere zusammen angeordnet, sodass diese einen identischen Messpunkt oder nahezu identischen Messpunkt aufweisen. Ergänzend oder alternativ können dabei der Magnetfeldsensor 5 und der Inertialsensor 12 jeweils eine verschiedene Messausrichtung aufweisen, sodass unterschiedliche Raumrichtungen der Fingerbewegung gemessen werden können.In a fourth step, in addition to the measurements of the magnetic field sensor 5, a measurement of the relative position and a relative movement of the respective finger 21 is also carried out by the iner tial sensor 12. The inertial sensor 12 is also an acceleration sensor and/or a rotation rate sensor and can therefore measure a relative position based on the linear acceleration as well as a relative speed of the respective finger movement using the rotation rate sensor from the rotation speed of the finger with respect to the hand. The relative position 13 and the relative movement 14 are made available to the evaluation unit 7 by the inertial sensor 12. The inertial sensor 12 and the magnetic field sensor 5 are each arranged to be rigid in relation to one another, in particular arranged together, so that they have an identical measuring point or almost identical measuring point. Additionally or alternatively, the magnetic field sensor 5 and the inertial sensor 12 can each have a different measurement orientation, so that different spatial directions of the finger movement can be measured.

Die Auswerteeinheit 7 bildet in einem fünften Schritt S5 die Eingabedaten 11 aus der Lage 10, von dem Lagebestimmungssensor 6, dem Winkel 9 von dem Magnetfeldsensor 5 sowie der Relativlage 13 und der Relativbewegung 14 von dem Inertialsensor 12. Dabei wird die Lage der jeweiligen Finger 21 bezüglich der Hand 20 als eine Differenz der Position der Finger zu der Lage 10 der Hand 20 gebildet. Allein durch das Bilden der Differenz kann somit eine versehentliche Erfassung einer Erschütterung beim Bilden der Eingabedaten 11 von der Auswerteeinheit 7 kompensiert werden.In a fifth step S5, the evaluation unit 7 forms the input data 11 from the position 10, from the position determination sensor 6, the angle 9 from the magnetic field sensor 5 as well as the relative position 13 and the relative movement 14 from the inertial sensor 12. The position of the respective fingers 21 with respect to the hand 20 as a difference in the position of the fingers to the position 10 of the hand 20. Simply by forming the difference, an inadvertent detection of a vibration when forming the input data 11 can be compensated for by the evaluation unit 7.

In einem sechsten Schritt S6 stellt die Auswerteeinheit 7 die Eingabedaten 11 einer Recheneinheit bereit. Die Eingabedaten 11 können somit eine Lage 10 und eine Orientierung der Hand 20 im Raum sowie eine Lage der jeweiligen einzelnen Finger 21 zusammen mit einer Relativlage 13 der jeweiligen Fingersegmente 221, 222 und 223 bezüglich der Hand 20 sowie einen zugehörigen Geschwindigkeits- und Kraftvektors der Fingersegmente 221, 222 und 223 umfassen.In a sixth step S6, the evaluation unit 7 provides the input data 11 to a computing unit. The input data 11 can thus contain a position 10 and an orientation of the hand 20 in space as well as a position of the respective individual fingers 21 together with a relative position 13 of the respective finger segments 221, 222 and 223 with respect to the hand 20 as well as an associated speed and force vector of the finger segments 221, 222 and 223 include.

Der Musikhandschuh bedient sich magnetoresistiver Sensoren, um die Fingerauslenkung zu detektieren. Zu diesen Signalen werden entsprechende Töne hinterlegt, womit ein Musizieren möglich ist. Die Anwendung des Musikhandschuhs auf dem Rücksitz im Auto würde es ermöglichen, die Zeit im Berufsverkehr effektiver zu nutzen. Darüber hinaus könnten Eltern ihre Kinder korrigieren und deren Fortschritte beim Musizieren beobachten. Dabei beinhaltet der Musikhandschuh folgende Verbesserungen: Magnetoresistive Sensoren können dabei an den jeweiligen Segmenten der jeweiligen Finger am Handschuh angebracht sein, wobei die jeweiligen magnetoresistiven Sensoren jeweils einen Winkel des jeweiligen Fingersegments bezüglich des Magnetfelds messen und damit eine Fingerauslenkung detektieren. Diese Signale werden entsprechenden Tönen zugeordnet, womit ein Musizieren möglich ist.The music glove uses magnetoresistive sensors to detect finger deflection. Corresponding tones are stored for these signals, which makes it possible to make music. Using the music glove in the back seat of the car would make it possible to use time more effectively in rush hour traffic. In addition, parents could correct their children and monitor their progress in making music. The musical glove includes the following improvements: Magnetoresistive sensors can be attached to the respective segments of the respective fingers on the glove, with the respective magnetoresistive sensors each measuring an angle of the respective finger segment with respect to the magnetic field and thus detecting a finger deflection. These signals are assigned to corresponding tones, which makes it possible to make music.

Sieht das Magnetfeld beispielsweise eine konkrete Magnetisierungsrichtung vor, so kann der Winkel:

α1 = Winkel zwischen MR-Sensor 1 und Magnetfeld
α2 = Winkel zwischen MR-Sensor 2 und Magnetfeld
α3 = Winkel zwischen MR-Sensor 3 und Magnetfeld

aufweisen. Dabei bezeichnet MR-Sensor einen magnetoresistiven Magnetfeldsensor. Die Winkel α1 bis α3 stellen dabei einen Winkel des jeweiligen Fingerglieds des jeweiligen Fingers dar, welcher von dem Musikhandschuh mittels der magnetoresistiven Sensoren gemessen werden. Hinter den jeweiligen Winkeln und bestimmten Schwellenwerten kann ein Ton jeglicher Art hinterlegt werden, wie zum Beispiel der Ton eines Klaviers.For example, if the magnetic field provides a specific direction of magnetization, the angle can be:

α1 = angle between MR sensor 1 and magnetic field
α2 = angle between MR sensor 2 and magnetic field
α3 = angle between MR sensor 3 and magnetic field

exhibit. MR sensor refers to a magnetoresistive magnetic field sensor. The angles α1 to α3 represent an angle of the respective phalanx of the respective finger, which is measured by the music glove using the magnetoresistive sensors. Any type of sound can be stored behind the respective angles and certain threshold values, such as the sound of a piano.

Weiterhin werden Inertialsensoren zur Lagebestimmung der Hand im Raum verwendet. Durch die gemeinsame Anordnung von magnetoresistiven Sensoren und Inertialsensoren werden anhand der magnetoresistiven Sensoren der Winkel gemessen und mithilfe der Inertialsensoren die Beschleunigung und die Drehrate bestimmt. Damit wird eine dynamische Detektion der Finger ermöglicht. Natürlich kann die beschriebene Anordnung an vielen oder auch nur an einem Glied der Hand oder einem anderen Körperteil angebracht werden.Inertial sensors are also used to determine the position of the hand in space. By arranging magnetoresistive sensors and inertial sensors together, the angle is measured using the magnetoresistive sensors and the acceleration and rotation rate are determined using the inertial sensors. This enables dynamic detection of the fingers. Of course, the arrangement described can be attached to many or even just one limb of the hand or another part of the body.

Aus der Kombination der unterschiedlichen Winkel α1, α2 und α3 können auch weitere Informationen für andere Videospielanwendungen gewonnen werden. Beispielsweise können dabei Informationen zu zumindest einer Fingergeste gewonnen werden. Aus den Fingergesten und den detektierten Signalen können auch weitere Mehrwerte gewonnen werden, wie zum Beispiel die Registrierung und Aufzeichnung von Gebärdensprache.Further information for other video game applications can also be obtained from the combination of the different angles α1, α2 and α3. For example, information about at least one finger gesture can be obtained. Further added value can also be gained from the finger gestures and the detected signals, such as the registration and recording of sign language.

Weiterhin können Ultraschallsensoren an Handrücken, an der Handkante und an der Handinnenfläche angebracht werden. Wenn der Ultraschall 1 und Ultraschall 2 in einem bestimmten Abstand ein Objekt detektieren, wird dieser Abstand zueinander ausgewertet und verwendet.Ultrasonic sensors can also be attached to the back of the hand, the edge of the hand and the palm of the hand. If the ultrasound 1 and ultrasound 2 detect an object at a certain distance, this distance from each other is evaluated and used.

Die Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung zum Erzeugen von Eingabedaten aus einer Körperbewegung eines Benutzers, insbesondere einer Körperbewegung einer Hand, um eine Recheneinheit zu bedienen. Die Erfassungsvorrichtung umfasst zumindest einen Lagebestimmungssensor, welcher bewegungsstarr mit einem Erzeugungselement zur Erzeugung eines Magnetfeldes angeordnet ist. An einem Finger der Hand sind zumindest ein Magnetfeldsensor jeweils bewegungsstarr zusammen mit einem Inertialsensor angeordnet und dazu eingerichtet, einander ergänzend oder redundant eine Relativlage und eine Bewegung des Fingers oder einzelner Fingersegmente bezüglich der Hand zu bestimmen. Eine Auswerteeinheit bildet aus der Lage der Hand zusammen mit der Relativlage und einem gemessenen Beschleunigungsvektor der Finger Eingabedaten, welche einer Recheneinheit bereitgestellt werden, sodass der Benutzer mit den Händen beispielsweise ein virtuelles Klavier in der Luft spielen kann.The invention relates to a detection device for generating input data from a body movement of a user, in particular a body movement of a hand, in order to operate a computing unit. The detection device includes at least one position determination sensor, which is arranged in a rigid manner with a generating element for generating a magnetic field. On a finger of the hand, at least one magnetic field sensor is arranged in a motion-rigid manner together with an inertial sensor and is set up to determine, in a complementary or redundant manner, a relative position and a movement of the finger or individual finger segments with respect to the hand. An evaluation unit uses the position of the hand together with the relative position and a measured acceleration vector of the fingers to form input data, which is provided to a computing unit so that the user can, for example, play a virtual piano in the air with their hands.

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Eingabedaten, welche auf Körperbewegung basieren, sowie ein Verfahren zum Erfassen der Eingabedaten realisiert werden kann.Overall, the example shows how a capture device for capturing input data based on body movement and a method for capturing the input data can be implemented.

Claims

Detection device (1) for detecting input data (11), which is based on at least one body movement of a user (2), comprising at least one generating element (3) for generating a magnetic field (4) and at least one magnetic field sensor (5), at least one position determination sensor (6) and an evaluation unit (7), wherein the at least one generating element (3) is set up to specify a magnetization direction for the at least one magnetic field sensor (5) by means of the magnetic field (4), wherein the at least one position determination sensor (6) with respect to the at least one generating element (3) is arranged to be rigid in relation to one another and is set up to detect a position (10) of the detection device (1) in space either by means of an acceleration sensor or by means of the acceleration sensor and a rotation rate sensor, the at least one magnetic field sensor (5) for this purpose is set up to determine at least one angle (α1, α2, α3, 9) between the at least one magnetic field sensor (5) and the magnetic field (4) and/or the at least one generating element (3), and wherein the evaluation unit (7) is set up to detect the position (10) and the at least one angle (α1, α2, α3, 9) and to form the input data (11) therefrom and to make these available to a computing unit, characterized in that the detection device (1) comprises at least one inertial sensor (12), which is set up to determine a linear acceleration and/or a rotational speed, and which is arranged in a motion-rigid manner with respect to one of the at least one magnetic field sensor (5) and is set up to determine at least one relative position (13). and/or to detect at least one relative movement (14) of the at least one inertial sensor (12) with respect to the at least one position determination sensor (6) and/or the at least one generating element (3) and to provide it to the evaluation unit (7), which is set up to do so to use at least one relative position (13) and/or the at least one relative movement (14) in addition to forming the input data (11) for the computing unit, and in that the detection device (1) has at least one first distance sensor (15, 16, 17) for determining at least one distance (19) to an object.

Detection device (1). Claim 1 , wherein the detection device (1) has a carrier medium designed as a piece of clothing or as an accessory to be worn on the body for carrying the detection device (1) on a part of the body, in particular on a human hand (20, 20`).

Detection device (1) according to one of the preceding claims, wherein the at least one magnetic field sensor (5) has a layout in which an electrical current passes through the at least one magnetic field sensor (5) in at least two spatial directions and the magnetic field sensor (5) is thereby set up to do so. to determine a direction of rotation speed, the layout being in particular a barberpole structure.

Detection device (1) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (7) is set up to provide the input data with a plausibility check of the at least one angle (α1, α2, α3, 9) of the at least one magnetic field sensor (5) and the at least to carry out a relative position (13) and/or the at least one relative movement (14) of the at least one inertial sensor (12).

Detection device (1) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (7) is set up to be in a first measuring orientation by means of the at least one magnetic field sensor (5) and in a second measuring orientation by means of the at least one inertial sensor (12), which is different from the first Spatial direction is different, to be measured and thus to describe an additional direction of movement of the body movement in the input data (11) in relation to the first measurement orientation by means of the at least one inertial sensor (12).

Detection device (1) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (7) is set up to calculate the input data, a difference between the position (10) of the position determination sensor (6) and a position of the at least one magnetic field sensor (5) and / or the at least one inertial sensor (12) and thus to compensate for trembling of the user (2) and / or to create the input data independently of a vibration.

Detection device (1) according to one of the preceding claims, wherein the at least one distance sensor (15, 16, 17) is set up to determine the distance (19) to a second distance sensor (15, 16, 17).

Detection device (1) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (7) is set up to check the plausibility of the position (10) of the at least one position determination sensor by means of the at least one distance (19) of the at least one distance sensor (15, 16, 17). (6) to be carried out.

Motor vehicle, which comprises at least one detection device (1) according to one of the preceding claims.

Method for acquiring input data (11) which is based on at least one body movement, wherein at least one generating element (3) generates a magnetic field (4), at least one position determination sensor (6) arranged in a motion-resistant manner together with the at least one generating element (3) generates a position ( 10) the detection device (1) detects in space and at least one magnetic field sensor (5) determines at least one angle (α1, α2, α3, 9) between the at least one magnetic field sensor (5) and the magnetic field of the at least one generating element (3) and an evaluation unit (7) detects the position (10) and the at least one angle (α1, α2, α3, 9) and forms the input data (11) therefrom and provides this to a computing unit, characterized in that at least one with the at least one magnetic field sensor (5) each rigidly arranged inertial sensor (12) determines a linear acceleration and/or a rotational speed and from this a relative position (13) and/or at least one relative movement (14) with respect to the at least one position determination sensor (6) and/or the at least one generating element (3) is recorded and provided to the evaluation unit (7), which uses the at least one relative position (13) and/or the at least one relative movement (14) in addition to forming the input data (11) for the computing unit, with the detection device (1) at least one distance (19) to an object is determined by means of at least one first distance sensor (15, 16, 17).