DE102021110751A1

DE102021110751A1 - Verfahren und Computerprogramm zur Herstellung eines individualisierten Handgriffs

Info

Publication number: DE102021110751A1
Application number: DE102021110751.2A
Authority: DE
Inventors: Paul Eichinger; Christian Renninger; Andreas Schulz
Original assignee: Personomic Paul Eichinger Christian Renninger Andreas Schulz GbR Vertretungsberechtigte Ges Paul Eic
Current assignee: Personomic Paul Eichinger Christian Renninger Andreas Schulz GbR Vertretungsberechtigte Ges Paul Eic
Priority date: 2021-04-27
Filing date: 2021-04-27
Publication date: 2022-10-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines für eine Hand (10) individualisierten Handgriffs (12), wobei die Hand (10) eine dem Handrücken zugeordnete Oberseite (14) und eine der Handinnenfläche zugeordnete Unterseite (40) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:- Erfassen wenigstens eines Abbildes der Unterseite (40) und/oder der Oberseite (14) der Hand (10) und eines Referenzobjekts (18), wobei die Finger (16) der Hand (10) gestreckt und/oder gespreizt sind (S10);- Erzeugen von das Abbild repräsentierenden Handdaten (S20);- Erstellen eines dreidimensionalen Handmodells (28) der Hand (10) in Abhängigkeit der Handdaten (S30); und- Simulieren einer Greifsituation durch Bewegen des Handmodells (28) (S40) .

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Computerprogramm zur Herstellung eines individualisierten Handgriffs. Zudem betrifft die Erfindung ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium und ein entsprechendes Datenträgersignal. Die individualisierten Handgriffe können insbesondere an einem Fahrradlenker, einem Motorradlenker, einem Kinderwagenbügel, einem Sportgerät wie einem Kite oder Drachen, einem Spielgerät, einer Tür, einem Transportmittel wie einem Auto, einem Flugzeug, einem Zug, einer Bahn oder einer Produktionsstation Verwendung finden. Zudem sind Einsatzgebiete in der IT, z.B. als Spielecontroller und Computermaus, in der Medizin, z.B. Rollatoren, Handorthesen und Gehstöcke, im Sport, z.B. Wanderstock, Fitnessgriffaufsatz, an Haushaltsgeräten, z.B. Messer und Küchengeräte, an Handschusswaffen und Werkzeugen, z.B. Elektrowerkzeugen, Handwerkzeugen und Gartengeräte denkbar.
Bei der Bedienung von Vorrichtungen, insbesondere Fortbewegungsmitteln, Sport- und Spielgeräten und Produktionsanlagen, kommen Bedieneinrichtungen zum Einsatz, welche im weitesten Sinne als eine greifbare Griffstange ausgebildet sind. Eine Griffstange wird im weitesten Sinne als ein Element mit einem Griffbereich verstanden, welcher mit der Hand zusammenwirkt, wobei das Element durch die Hand ge-/ umgriffen werden kann, die Hand auf dem Element abgelegt werden kann, oder das Element auf der Hand oder in der Hand liegen kann. Die Bedieneinrichtungen sind zur Erleichterung der Produktion von hohen Stückzahlen auf eine durchschnittliche Handform und -größe ausgelegt, wobei die wenigsten Bediener eine durchschnittliche Handform und -größe aufweisen. Die anhaltende Bedienung einer Bedieneinrichtung durch eine Hand, welche nicht den durchschnittlichen Parametern entspricht, führt zu einer Überbeanspruchung der Hand, da sich die Hand der Bedieneinrichtung in unnatürlicher Weise anpassen muss. Diese Überbeanspruchung kann zu Schmerzen, einer Verletzung des Kapsel-Band-Apparats und der Muskulatur und zu chronischen Krankheiten führen.
Aus der US10,564,628 B2 ist ein Verfahren zur Individualisierung von Wearables bekannt, wobei zunächst aus einem mit einer Kamera aufgenommenen Bild ein digitales Modell erzeugt wird, wobei dann in Abhängigkeit des digitalen Modells ein 3D Modell des individualisierten Wearable erzeugt wird, welches im Anschluss in einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Herstellung individualisierter Handgriffe weiterzuentwickeln, insbesondere zu vereinfachen und zu beschleunigen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dabei wird ein Handgriff auf eine Hand eines Bedieners individualisiert und/oder angepasst. Eine Hand weist eine dem Handrücken zugeordnete Oberseite und eine der Handinnenfläche zugeordnete Unterseite auf. Das Verfahren umfasst insbesondere folgende Schritte:

- Erfassen wenigstens eines Abbildes der Unterseite und/oder der Oberseite der Hand und eines Referenzobjekts, wobei die Finger der Hand gestreckt und/oder gespreizt sind;
- Erzeugen von das Abbild repräsentierenden Handdaten;
- Erstellen eines dreidimensionalen Handmodells der Hand in Abhängigkeit der Handdaten; und
- Simulieren einer Greifsituation durch Bewegen des Handmodells.

Das Abbild kann vorzugsweise durch eine Kamera, insbesondere Handykamera, erfasst werden. Der Bediener kann vorzugsweise das Abbild selbst aufnehmen. Demnach kann das Abbild einfach und kostengünstig ohne besondere Vorbereitung erfasst werden. Beim Erfassen der Hand sind die Finger insbesondere gestreckt und/oder gespreizt. Die Bezeichnung Finger umfasst ferner den Daumen der Hand. Beim Strecken der Finger können die Finger auf eine ebene Oberfläche aufgelegt werden. Beim Spreizen der Finger berühren sich die Finger und der Daumen nicht gegenseitig. Die Maße des Referenzobjekts sind vorzugsweise bekannt. Anhand des Referenzobjekts können die absoluten Maße der Hand bestimmt werden. Das Referenzobjekt und/oder die Hand sind vorzugsweise vollständig abzubilden.
Beim Erzeugen von das Abbild repräsentierenden Handdaten wird das Abbild vorzugsweise digitalisiert, sodass es von einem Computer verarbeitet werden kann.
In Abhängigkeit der Handdaten wird ein 3D Handmodell der Hand erstellt, wobei das Handmodell insbesondere die Finger, die Knochen, die Gelenke, die Haut, die Muskeln und/oder die Sehnen der Hand repräsentiert. Das Handmodell ist derart ausgebildet, dass die Bestandteile entsprechend annähernd der Realität miteinander zusammenwirken, wobei beim Bewegen wenigstens eines Fingers die Knochen, die Gelenke, die Haut, die Muskeln und/oder die Sehnen ebenfalls realitätsnah bewegt werden.
Beim Simulieren der Greifsituation wird das Handmodell in die tatsächliche Handhaltung der Hand beim Greifen des Handgriffs bewegt, wobei beim Bewegen die Hand insbesondere die Finger, die Handinnenfläche und/oder der Unterarm die Bewegungen Flexion (Beugen), Extension (Strecken), Abduktion (Spreizen) und/oder Adduktion (Zusammenführen) durchführen. Demnach wird der Handgriff in Abhängigkeit der angestrebten Anwendung individualisiert, sodass eine optimale Anpassung des Handgriffs auf die Hand ermöglicht wird.
Vorzugsweise werden die Schritte in der folgenden Reihenfolge durchgeführt:

a) Erfassen des Abbildes der Hand und eines Referenzobjektes.
b) Erzeugen der Handdaten.
c) Erstellen des Handmodells.
d) Simulieren der Greifsituation.

Vorzugsweise ist das Referenzobjekt als genormter Papierbogen, insbesondere mit einem DIN A4-Format, ausgebildet. Ein Papierbogen ist üblicherweise in Haushalten vorzufinden und lässt sich einfach sowie komfortabel zusammen mit der Hand erfassen. Vorzugsweise deckt die Hand wenigstens bereichsweise das Referenzobjekt beim Erfassen des Abbildes der Hand und des Referenzobjektes ab. Folglich können die Hand und das Referenzobjekt platzsparend erfasst werden. Zudem ist nur ein kleinerer Ausschnitt zu erfassen, sodass die Details der Hand besser abgebildet werden können. Es kann ferner ein Abbild der Hand und des Referenzobjekts erfasst werden, wobei das Referenzobjekt neben der Hand angeordnet ist. Das Referenzobjekt kann vorzugsweise als Geldmünze ausgebildet sein.
Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren zudem die folgenden weiteren Schritte umfasst:

- Bestimmen wenigstens eines Gelenkorts, wenigstens eines Knochenorts und/oder wenigstens eines Handmaßes der Hand in Abhängigkeit der Handdaten; und
- Ergänzen der Handdaten durch wenigstens einen bestimmten Gelenkort, wenigstens einen bestimmten Knochenort und/oder wenigstens ein bestimmtes Handmaß der Hand;

Anhand der Handdaten wird wenigstens ein Gelenkort, wenigstens ein Knochenort und/oder wenigstens ein Handmaß der Hand bestimmt. Für das Bestimmen dieser Orte dienen Handmerkmale wie Fältchen, Gelenkauswölbungen, Erhebungen und/oder Schattierungen. Folglich kann die individuelle Ausbildung der Hand insbesondere hinsichtlich Größe und Anordnung der Hand erfasst werden. Die bestimmten Parameter werden in den Handdaten ergänzt, wobei die ursprünglichen das Abbild repräsentierenden Daten ebenfalls in den Handdaten enthalten sein können oder nach dem Bestimmen der Parameter der Hand gelöscht werden können. Durch Bestimmen wenigstens eines Gelenkortes, Knochenortes und/oder Handmaßes der Hand kann die Hand in dem dreidimensionalen Handmodell exakt abgebildet werden.
Vorzugsweise wird der Gelenkort des Fingergrundgelenks, des Fingermittelgelenks, des Fingerendgelenks, des Daumensattel-, -grund-, -endgelenks und/oder des Ellen-Speichen-Gelenks bestimmt. Vorzugsweise wird der Knochenort der Mittelhandknochen, der Handwurzelknochen, des Mondbeins, des Kahnbeins, des Kopfbeins, des Hakenbeins, der Handknochen, der Elle und/oder der Speiche bestimmt. Vorzugsweise wird das Handmaß der Handbreite, der Handlänge, der Fingerbreite, der Fingerlänge, der Daumenlänge, der Daumenbreite, der Unterarmbreite, der Unterarmlänge und/oder des Winkels zwischen den Finger und/oder den Knochen bestimmt. Durch die Bestimmung kann eine exakte Nachbildung der Hand im Handmodell ermöglicht werden.
Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren, insbesondere das Simulieren der Greifsituation, zudem die folgenden weiteren Schritte umfasst:

- Bereitstellen eines dreidimensionalen deformierbaren Verformungsmodells;
- Deformation des Verformungsmodells durch das Handmodell in der simulierten Greifsituation; und
- Herstellen des individualisierten Handgriffs in Abhängigkeit des durch das Handmodell deformierten Verformungsmodells.

Beim Simulieren der Greifsituation wird das Handmodell in die für die Anwendung des Handgriffs übliche Greifhaltung bewegt, wobei die Finger, die Hand und der Unterarm eine der folgenden Bewegungen vollziehen: Flexion (Beugen), Extension (Strecken), Abduktion (Spreizen) und/oder Adduktion (Zusammenführen). Die Greifhaltung entspricht vorzugsweise im Wesentlichen dem Umgreifen eines zylindrischen Objekts, dem Fassen eines gewölbten Objekts oder dem Auflegen auf ein gewölbtes Objekt. Die Finger des Handmodells sind vorzugsweise gebeugt. Das Verformungsmodell repräsentiert vorzugsweise einen zusammenhängenden, deformierbaren Körper. Das Handmodell kann bewegt werden. Das Handmodell ist vorzugsweise zusammenhängend und/oder deformierbar ausgebildet. In dem Fall wird beim Simulieren der Greifsituation das Handmodell verformt, insbesondere die Finger gestaucht. Eine weitere Deformation des Handmodells erfolgt, wenn durch die Änderungen der Winkel der Finger, wobei z.B. eine Bewegung des Knochens mit einer Bewegung der angrenzenden Haut und/oder der angrenzenden Muskeln einhergeht. Die Bewegung der Knochen wird vorzugsweise durch eine Koordinatentransformation realisiert. Beim Simulieren der Greifsituation stehen das Handmodell und das Verformungsmodell in Wechselwirkung. Durch das Bewegen des Handmodells in die Greifhaltung wird vorzugsweise das Verformungsmodell deformiert. Es wird vorzugsweise eine Griffkraft von dem Handmodell auf das Verformungsmodell aufgebracht, wobei die Griffkraft gleichmäßig auf die Hand verteilt ist. Das Verformungsmodell füllt vorzugsweise den Freiraum aus, welcher im Wesentlichen durch das bewegte Handmodell, insbesondere die Finger und die Handinnenfläche begrenzt wird. Beim Deformieren des Verformungsmodells durch das Handmodell wird teilweise das Verformungsmodell verdrängt. Das deformierte Verformungsmodell repräsentiert den individualisierten Handgriff, wobei dieser das Handmodell und die Hand gleichmäßig und optimal stützt. In Abhängigkeit des deformierten Verformungsmodells wird der individualisierte Handgriff hergestellt. Der individualisierte Handgriff ist vorzugsweise zusätzlich auf die jeweilige Anwendung angepasst.
Vorzugsweise erfolgt die Simulation der Greifsituation in Abhängigkeit einer Handhaltungsreferenz. Die Handhaltungsreferenz gibt vorzugsweise vor, inwiefern das Handmodell für die Simulation der Greifsituation bewegt wird. Die Handhaltungsreferenz umfasst in Abhängigkeit der Griffanwendung die optimale Handhaltung, insbesondere die Position der Knochen und Gelenke, die Winkel zwischen den Knochen und den Gelenken sowie der jeweilige Umgreifwinkel der Finger. Die Handhaltungsreferenz variiert folglich nach der Anwendung des Handgriffs, wobei die Handhaltung sich z.B. bei einem Sportgerät von der bei einem Motorrad unterscheidet. Die Handhaltungsreferenz hängt vorzugsweise von der Kraftaufwendung beim Halten des Handgriffs und/oder von der sonstigen körperlichen Verfassung des Bedieners, wie z.B. Geschlecht, Körpergewicht, Körpergröße, Handgröße, Muskelmasse, maximale Greifkraft, ab. Demnach ist sichergestellt, dass der individualisierte Handgriff die Hand des Bedieners in einer optimalen, spannungsarmen und/oder gesunden Handhaltung stützt, sodass der Bediener auch ein dauerhaftes und kraftvolles Greifen des Handgriffs als angenehm und ergonomisch empfindet.
Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren zudem die folgenden weiteren Schritte umfasst:

- Bestimmen einer voraussichtlichen mit dem herzustellenden Handgriff in Kontakt stehenden Kontaktfläche der Hand; und
- Ergänzen der Handdaten durch die Kontaktfläche der Hand. Die Kontaktfläche stellt die voraussichtliche mit dem herzustellenden Handgriff in Kontakt stehende Fläche dar. In dem die Handdaten durch die Kontaktfläche der Hand ergänzt wird, kann Rechenleistung und Material eingespart werden, da Bereiche des verformten und verdrängten Verformungsmodells, welche nicht mit der Kontaktfläche der Hand in Kontakt stehen und/oder nicht zur Stützung der Hand geeignet sind, vorzugsweise entfernt, nicht berechnet und/oder beim Herstellen des Handgriffs vorzugsweise nicht berücksichtigt werden. Vorzugsweise werden nur Bereiche des Verformungsmodells bei der Herstellung des Handgriffs berücksichtigt, welche zur Stützung der Hand geeignet sind.

Vorteilhafterweise wird die Kontaktfläche in Abhängigkeit einer Kontaktflächenreferenz bestimmt. Die Kontaktflächenreferenz hängt vorzugsweise von der Griffanwendung und der optimalen Handhaltung ab, insbesondere von der Position der Knochen und Gelenke, von dem Winkel zwischen den Knochen und den Gelenken sowie von dem jeweiligen Umgreifwinkel der Finger. Die Kontaktflächenreferenz variiert nach der Anwendung des Handgriffs. Die Kontaktflächenreferenz hängt vorzugsweise von der Kraftaufwendung beim Halten des Handgriffs und/oder von der sonstigen körperlichen Verfassung des Bedieners, wie z.B. Geschlecht, Körpergewicht, Körpergröße, Handgröße, Muskelmasse, maximale Greifkraft, ab. Demnach ist sichergestellt, dass der Handgriff individualisiert und hinsichtlich des Herstellungsprozesses, des Materialaufwands und/oder des Gewichts optimiert ist.
Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren, insbesondere das Herstellen des Handgriffs, zudem die folgenden weiteren Schritte umfasst:

- Erstellen eines mit dem deformierten Verformungsmodell korrespondierenden Gussformmodells;
- Herstellen der Gussform aus dem Gussformmodell, insbesondere in einem additiven Herstellungsverfahren; und
- Herstellen des Handgriffs durch Gießen in der Gussform.

Das Verformungsmodell dient als Grundlage zur Erstellung des Gussformmodells, wobei das Gussformmodell einen Hohlraum aufweist, welcher dem herzustellenden Handgriff entspricht. Aus dem Gussformmodell werden vorzugsweise Anweisungen für ein additives Herstellungsverfahren abgeleitet, sodass eine Gussform hergestellt wird. Die Gussform ist ebenfalls mit wenigstens einen Hohlraum ausgebildet, wobei der Hohlraum dem herzustellenden Handgriff entspricht. Zur Herstellung des Handgriffs wird ein jeweils geeignetes Material, insbesondere Kunststoff, ein schäumender Stoff, Schaumstoff, Silikon und/oder Polyurethan, in die Gussform gegossen. Das Herstellungsverfahren erschöpft die Vorteile des Rapid Manufacturing, wobei die Vorteile hinsichtlich der Fertigungsflexibilität zur Fertigung von Hohlräumen in der additiven Fertigung und hinsichtlich der hohen Prozesssicherheit und hohen Bauteilqualität in der Gießtechnik zusammengeführt werden.
Eine alternative Entwicklung der Erfindung sieht vor, dass der Handgriff in einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt wird. Aus dem Verformungsmodell wird dann unmittelbar ein Handgriffmodell erstellt, wobei aus dem Handgriffmodell vorzugsweise Anweisungen für das additive Herstellungsverfahren abgeleitet werden. Demnach kann der Verfahrensschritt der Herstellung des Gussmodells eingespart werden. Der Handgriff ist vorzugsweise in Abhängigkeit der Kontaktfläche, insbesondere einer Handkontaktfläche und/oder einer Fingerkontaktfläche, der und/oder des Handmodells herzustellen.
Vorzugsweise wird nach dem Erfassen des wenigstens einen Abbilds der Hand und des Referenzobjekts eine Entzerrung zur Optimierung der Perspektive und/oder der Wölbung durchgeführt. Vorzugsweise wird eine Verzerrungskompensation, insbesondere der Handdaten, durch eine Koordinatentransformation, insbesondere durch eine perspektivische und/oder projektive Transformation oder eine zweidimensionale Helmert-Transformation, durchgeführt. Folglich können beim Erfassen des Abbilds entstehende Verzerrungen kompensiert werden, sodass die Handdaten, die Gelenk-, Knochenorte und/oder die Handmaße eine hohe Genauigkeit aufweisen. Nach der Bildentzerrung können die absoluten Maße der Hand, insbesondere die Knochenorte, die Gelenkorte und die Handmaße, mittels des Referenzobjektes bestimmt werden.
Die Aufgabe wird zudem durch ein Computerprogramm gelöst, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des vorgenannten Verfahrens durchzuführen.
Die Aufgabe wird zudem durch ein computerlesbares Speichermedium gelöst, auf dem das vorgenannte Computerprogramm gespeichert ist.
Vorzugsweise umfasst das Computerprogramm und/oder das computerlesbare Speichermedium die Kontaktflächenreferenz und/oder die Handhaltungsreferenz.
Die Aufgabe wird zudem durch ein Datenträgersignal gelöst, das das vorgenannte Computerprogramm überträgt.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:

1a einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf zur Herstellung eines individualisierten Handgriffs;
1b einen Verfahrensablauf zur Erstellung der Handdaten gemäß 1a;
1c einen Verfahrensablauf zur Simulation der Greifsituation gemäß 1a;
1d einen Verfahrensablauf zur Herstellung des Handgriffs gemäß 1a;
2 eine schematische Darstellung eines Erfassens eines Abbilds einer Hand und eines Referenzobjekts;
3a eine schematische Darstellung der Handdaten als Überlagerung des Abbilds mit den Knochen- und Gelenkorten sowie den Handmaßen;
3b eine schematische Darstellung der Handdaten umfassend den Knochen- und Gelenkorten sowie den Handmaßen;
4a eine schematische Darstellung eines Handmodells;
4b eine schematische Darstellung des Handmodells gemäß 4a mit sichtbaren Knochen und Gelenken;
5 eine schematische Darstellung einer Simulation der Greifsituation;
6 eine schematische Schnittdarstellung einer Stützkonstruktion eines Gussformmodells;
7a eine schematische Darstellung eines Verformungsmodells vor der Simulation der Greifsituation; und
7b eine schematische Darstellung des Verformungsmodell nach der Simulation der Greifsituation.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren soll für eine in der 2 gezeigte Hand 10 ein in der 5 gezeigter individualisierter Handgriff 12 hergestellt werden.
Die Hand 10 weist gemäß 2 eine Oberseite 14 und fünf Finger 16 auf, wobei die Finger 16 ebenfalls den Daumen umfassen. Die Hand 10 ist an einem Unterarm 17 angeordnet. Es wird zunächst gemäß 2 ein Abbild der Oberseite 14 der Hand 10 erfasst, wobei die Finger 16 der Hand 10 gestreckt und gespreizt sind. Das Abbild wird zusammen mit einem DIN A4-Papierbogen 18 erfasst. Die Hand 10 wird dazu auf das Referenzobjekt 18 mit bekannten Maßen aufgelegt. Mit einer Handykamera 20 wird die Oberseite 14 der Hand 10 und das Referenzobjekt 18 vollständig erfasst. Das Computerprogramm identifiziert die Hand 10 und/oder das Referenzobjekt 18. Aus dem Abbild werden das Abbild repräsentierende Handdaten erzeugt.
In 3a, 3b ist dargestellt, wie die das Abbild der Hand 10 repräsentierenden Handdaten durch weitere Informationen ergänzt werden. Es werden die Knochenorte 22 und die Gelenkorte 24 sowie die Handmaße 26 der Finger 16 und der Hand 10 bestimmt und in die Handdaten aufgenommen. In 3a ist das Abbild mit den Knochenorten 22 und den Gelenkorten 24 sowie den Handmaßen 26 überlagert dargestellt. In 3b sind die Knochenorte 22, die Gelenkorte 24 und die Handmaße 26, insbesondere die Länge der Knochen und die Winkel zwischen den Knochen, dargestellt. Beim Knochenort 22 handelt es sich um den Mittelpunkt und/oder den Schwerpunkt des jeweilig erfassten Knochens. Beim Gelenkort 24 handelt es sich um den Mittelpunkt und/oder den Schwerpunkt des jeweilig erfassten Gelenks. Beim Handmaß 26 handelt es sich insbesondere um die Breite eines Fingers 16 im Bereich des Fingergrundgelenks, des Fingermittelgelenks oder des Fingerendgelenks und um die Breite der Hand 10 sowie um die Winkel zwischen den jeweilig erfassten Knochen.
In 4a, 4b ist ein aus den Handdaten erstelltes Handmodell 28 gezeigt. Das Handmodell 28 umfasst gemäß 4a ein Netz aus Konstruktionspunkten, welche die Haut der Hand 10 repräsentieren. In 4b sind die Knochen und Gelenke der Hand 10 entsprechend der Knochenorte 22, der Gelenkorte 24 und der Handmaße 26 dargestellt. Das Handmodell 28 repräsentiert die in 2 abgebildete Hand 10.
In 5 ist eine simulierte Greifsituation mit dem Handmodell 28 dargestellt, welche z.B. bei einem Fahrradlenker vorkommt. Zunächst wird ein deformierbares, im Wesentlichen zylindrisch ausgebildetes Verformungsmodell 30 erstellt und bereitgestellt. Es kann auch ein gewölbtes Verformungsmodell 30 bereitgestellt werden. Das Verformungsmodell 30 ist durch das Handmodell 28 umgriffen und deformiert. Aus dem deformierten Verformungsmodell 30 wird das in 6 dargestellte Gussformmodell 32 erstellt. Das Gussformmodell 32 umfasst einen Hohlraum 34 und eine Stützkonstruktion, wobei im Wesentlichen nur die Stützkonstruktion dargestellt ist. Eine Gussform 36 mit der Stützkonstruktion wird aus dem Gussformmodell 32 in einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt. Der zu individualisierende Handgriff 12 wird dann in der Gussform 36 gegossen.
In den 7a und 7b ist die Verformung des Verformungsmodells 30 ersichtlich, wobei der Simulation der Greifsituation das Verformungsmodell 30 gemäß 7a zugrunde gelegt wird. In 7b ist dann das durch das Handmodell 28 verformte Verformungsmodell 30 dargestellt, welches als Grundlage für die Herstellung des individualisierten Handgriffs 12 dient.
In 1a ist das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt, wobei die 1b, 1c, 1d eine weitere Detailierung der Verfahrensschritte darstellt.
Gemäß Schritt S10 wird ein Abbild der Hand 10 erfasst. Dann werden gemäß Schritt S20 das Abbild repräsentierende Handdaten erzeugt. In Abhängigkeit der Handdaten wird gemäß Schritt S30 ein dreidimensionales Handmodell 28 erstellt. Im Anschluss wird gemäß Schritt S40 eine Greifsituation durch Bewegen des Handmodells 28 simuliert. In Abhängigkeit der Simulation der Greifsituation wird dann gemäß Schritt S50 der individualisierte Handgriff 12 hergestellt.
In 1b ist dargestellt, wie und mit welchen Informationen die Handdaten gemäß Schritt S20 erzeugt werden. Die Informationen der Abbilder werden in den Handdaten geändert und um weitere Daten ergänzt. Zunächst wird in Schritt S21 eine Entzerrung der Perspektive und der Wölbung zur Kompensation einer möglichen beim Erfassen der Abbilder entstehenden Verzerrung durchgeführt, insbesondere mittels einer perspektivischen und/oder projektiven Transformation. Dann werden in Schritt S22 die Knochenorte 22, die Gelenkorte 24 sowie die Handmaße 26 der Finger 16 und der Hand 10 in Abhängigkeit der Handdaten bestimmt. Zudem werden die Maße des Unterarms 17 bestimmt. Die bestimmten Daten werden in Schritt S23 in den Handdaten ergänzt. Es ist möglich, dass die ursprünglichen Abbilder bzw. die die Abbilder repräsentierenden Daten nicht mehr benötigt werden, sodass diese Daten dann aus den Handdaten gelöscht werden können. Zudem wird in Schritt 24 die voraussichtliche den Handgriff 12 berührende Kontaktfläche 38 in Abhängigkeit einer Kontaktflächenreferenz bestimmt. Die Kontaktfläche 38 wird in Schritt S25 dann den Handdaten hinzugefügt. Folglich sind die Handdaten optimal für den weiteren Herstellungsprozess vorbereitet.
In 1c ist dargestellt, wie die Simulation der Greifsituation gemäß Schritt S40 durchgeführt wird. Zunächst wird in Schritt S41 ein deformierbares, im Wesentlichen zylindrisch ausgebildetes Verformungsmodell 30 erstellt und bereitgestellt. Das Verformungsmodell 30 hängt in der Größe und der Ausgestaltung im ursprünglichen Zustand von der Anwendung des herzustellenden Handgriffs 12 ab. Das Verformungsmodell 30 wird an eine der Oberseite 14 gegenüberliegenden Unterseite 40 des Handmodells 28 angelegt. Das Handmodell 28, insbesondere die Finger 16 des Handmodells 28, wird in Schritt S42 in Abhängigkeit der Handhaltungsreferenz derart bewegt, dass die Finger 16 das Verformungsmodell 30 umgreifen. Die Handhaltung, in die das Handmodell 28 bewegt wird, hängt von der Handhaltungsreferenz ab, die wiederrum von der Anwendung des herzustellenden Handgriffs 12 abhängt. Aufgrund der Deformierbarkeit des Verformungsmodells 30 wird in Schritt S43 das Verformungsmodell 30 durch das Handmodell 18 teilweise verdrängt und deformiert. Zur Bewertung der die Hand 10 stützende Bereiche findet insbesondere die in den Handdaten enthaltene Kontaktfläche 38 Anwendung. Es werden in Schritt S44 Bereiche des Verformungsmodells 30 entfernt, die nicht die Kontaktfläche 38 berühren und/oder die zum Stützen der Hand 10 nicht geeignet sind. Das deformierte und angepasste Verformungsmodell 30 dient als Grundlage zur Herstellung des individualisierten Handgriffs 12, wobei bei der Benutzung aufgrund der Deformation eine optimale Stützung der Hand 10 und aufgrund der Bereichsentfernung ein optimales Gewicht gewährleistet sind. Zudem ermöglicht die Simulation eine realitätsnahe Nachbildung der zu erwartenden Greifsituation, sodass der herzustellende Handgriff 12 optimal für eine gesunde und effektive Handhaltung angepasst werden kann.
In 1d ist dargestellt, wie die Herstellung des individualisierten Handgriffs 12 gemäß Schritt S50 durchgeführt wird. In Abhängigkeit des deformierten und angepassten Verformungsmodells 30 wird in Schritt S51 das Gussformmodell 32 erstellt, welches einen mit dem Verformungsmodell 30 korrespondierenden Hohlraum 34 umfasst. Das Gussformmodell 32 wird in Anweisungen für eine Anlage für ein additives Herstellungsverfahren umgewandelt, wobei dann die Gussform 36 gemäß Schritt S52 in Abhängigkeit des Gussformmodells 32 hergestellt wird. Zur Herstellung des Handgriffs 12 wird in Schritt S53 Material in die Gussform 36 eingegossen. Im Anschluss wird in Schritt S54 der gegossene Handgriff 12 gefinisht, wobei insbesondere die Oberfläche bearbeitet und/oder eine Beschichtung aufgetragen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10564628 B2 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines für eine Hand (10) individualisierten Handgriffs (12), wobei die Hand (10) eine dem Handrücken zugeordnete Oberseite (14) und eine der Handinnenfläche zugeordnete Unterseite (40) aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Erfassen wenigstens eines Abbildes der Unterseite (40) und/oder der Oberseite (14) der Hand (10) und eines Referenzobjekts (18), wobei die Finger (16) der Hand (10) gestreckt und/oder gespreizt sind (S10); - Erzeugen von das Abbild repräsentierenden Handdaten (S20) ; - Erstellen eines dreidimensionalen Handmodells (28) der Hand (10) in Abhängigkeit der Handdaten (S30); und - Simulieren einer Greifsituation durch Bewegen des Handmodells (28) (S40).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Referenzobjekt (18) als genormter Papierbogen, insbesondere mit einem DIN A4-Format, ausgebildet ist und/oder wobei beim Erfassen des Abbilds die Hand (10) wenigstens bereichsweise das Referenzobjekt (18) abdeckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritt: - Bestimmen wenigstens eines Gelenkorts (24), wenigstens eines Knochenorts (22) und/oder wenigstens eines Handmaßes (26) der Hand (10) in Abhängigkeit der Handdaten (S22); und - Ergänzen der Handdaten durch wenigstens einen bestimmten Gelenkort (24), wenigstens einen bestimmten Knochenort (22) und/oder wenigstens ein bestimmtes Handmaß (26) der Hand (10) (S23).
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Gelenkort (24) des Fingergrundgelenks, des Fingermittelgelenks, des Fingerendgelenks und/oder des Ellen-Speichen-Gelenks bestimmt wird und/oder der Knochenort (22) der Mittelhandknochen, der Handwurzelknochen und/oder der Handknochen und/oder das Handmaß (26) der Handbreite, der Fingerbreite und/oder des Winkels zwischen den Knochen bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Simulieren der Greifsituation (S40) ferner ein dreidimensionales deformierbares Verformungsmodell (30) umfasst, gekennzeichnet durch die Schritte: - Deformation des Verformungsmodells (30) durch das Handmodell (28) in der simulierten Greifsituation (S43) ; und - Herstellen des individualisierten Handgriffs (12) in Abhängigkeit des durch das Handmodell (28) deformierten Verformungsmodells (30) (S50).
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Greifsituation in Abhängigkeit einer Handhaltungsreferenz simuliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt: - Bestimmen einer voraussichtlichen mit dem herzustellenden Handgriff (12) in Kontakt stehenden Kontaktfläche (38) der Hand (10) (S24); und - Ergänzen der Handdaten durch die Kontaktfläche (38) der Hand (10) (S25).
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Kontaktfläche (39) in Abhängigkeit einer Kontaktflächenreferenz bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Herstellen des Handgriffs (12) (S50) gekennzeichnet ist durch folgende Schritte: - Erstellen eines mit dem deformierten Verformungsmodell (30) korrespondierenden Gussformmodells (32) (S51); - Herstellen der Gussform (36) aus dem Gussformmodell (32), insbesondere in einem additiven Herstellungsverfahren (S52); und - Herstellen des Handgriffs (12) durch Gießen in der Gussform (36) (S53).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Handgriff (12) in einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Verzerrungskompensation der Handdaten durch eine Koordinatentransformation, insbesondere durch eine perspektivische und/oder projektive Transformation, durchgeführt wird (S21).
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen.
Computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach dem vorherigen Anspruch gespeichert ist.
Computerlesbares Speichermedium nach dem vorherigen Anspruch, auf dem ferner die Kontaktflächenreferenz und/oder die Handhaltungsreferenz gespeichert ist.
Datenträgersignal, das das Computerprogramm nach Anspruch 12 überträgt.