DE19649586A1 - Fußbetätigtes Zeigegerät zur Steuerung des Cursors auf grafischen Bildschirmoberflächen von Computern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein fußbetätigtes Zeigegerät zur Steuerung des Cursors auf grafischen Bildschirmoberflächen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das als Zeige und Eingabegerät im Datenverarbeitungsbereich vor allem für Computer, eingesetzt werden kann. Das Gerät kann mit dem rechten Fuß zweidimensionale Koordinaten eines Cursors auf einem Bildschirm und mit dem linken Fuß zwei Schaltfunktionen zur Auslösung von Interaktionen auf grafischen Bildschirmoberflächen erzeugen.

Der Einsatz von Zeigegeräten zum Positionieren eines Cursors auf grafischen Bildschirmoberflächen von Computern ist bereits bekannt. Die gebräulichste Form ist eine sogenannte "Maus", die mit der Hand betätigt wird. Die Maus besteht aus einem mit der Hand ergonomisch zu haltenden Gehäuse und einer in dem Gehäuse untergebrachten Kugel, die durch Bewegung der Maus mit der Hand auf einer flachen Fläche rollt und dadurch im Verhältnis zu dieser Bewegung das Hin- und Herschieben eines Cursors auf dem Bildschirm erzeugt. Eine weiteres handbetätigtes Gerät zum Positionieren des Cursors ist ein sogenannter "Trackball". Ein Trackball ist eine auf dem Rücken liegende Maus, der im Gegensatz zur Maus nicht über eine Fläche geführt wird, sondern mit dem die Cursorbewegung über eine Betätigung der Kugel mit der Hand erzeugt wird. Die Maus wie auch der Trackball sind des weiteren auf deren Oberseite mit zwei Tasten versehen, die beim Betätigen entsprechende Aktionen oder Befehle auslösen. Ein Nachteil der sogenannten Mäuse und Trackbälle besteht darin, daß sie mit der Hand betätigt werden muß und somit die gleichzeitige Benutzung beider Hände eines Computerbedieners auf die Tastatur des Computers beim Bewegen des Cursors verhindert, welches die Übertragungsgeschwindigkeit von Daten über die Computertastatur verschlechtert.

Dieses Problem wird durch eine sogenannte "Fußmaus" gelöst. Hierbei erfolgt das Positionieren des Cursors auf dem Bildschirm mit dem Fuß und nicht mit der Hand und ermöglicht somit wieder die Benutzung beider Hände zur Bedienung der Computertastatur. Ein solches fußbetätigtes Zeigegerät wird in dem deutschen Gebrauchsmuster DE 91 13 032 U1 beschrieben, das als Überschuh ausgebildet ist und in dem unteren Teil eine Kugel aufweist die wie bei üblichen Mäusen die Mausbewegungen auf den Cursor des Computerbildschirms überträgt ein ähnliches fußbetätigtes Zeigegerät ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 92 00 971 U1 bekannt und umfaßt zusätzlich zu einer Fußmaus mit Kugel auch eine Kunststoffunterplatte, die die Reibung beim Abrollen der Kugel verringert und an der Peripherie eine Wulst aufweist, die als Begrenzung für die Fußmaus dient und die Bildschirmfläche definiert. Ein weiteres fußbetätigtes Zeigegerät ist aus der deutschen Patentschrift DE 43 36 153 C1 bekannt, das eine auf einer Grundplatte gleitendes Fußteil umfaßt. Die Bewegung des Fußes wird durch ein zwischen Fußteil und Grundplatte angeordneten Bewegungssensor übertragen. Die Erzeugung von zweidimensionalen Koordinatenwerten mit Hilfe von zwei Drehbewegungen eines fußbetätigten Pedals beschreibt die Patenschrift AT 399407 B. Die Achsen der Drehbewegung können mit einem Fußpedal realisiert werden, das drehbar auf einer Grundplatte gelagert ist. Die Drehwinkeländerung werden über einen mechanisch-elektrischen Umsetzer in an ein Interface weitergegeben.

Ein Nachteil der oben erwähnten fußbetätigten Zeigegeräte besteht darin, daß die vorhandenen Geräten den Füßen und Beinen keine unbeschwerte, ermüdungsfreie Bedienung ermöglichen. Die oben beschriebenen fußbetätigten Zeigegeräte haben sich überwiegend an den vorhandenen Geräten für die Hand orientiert und versuchen die Funktionalität auf die Bedienung mit den Füßen zu übertragen. Keine der vorliegenden Lösungen berücksichtigt den Bewegungsraum und die ergonomischen Belange der Füße und Beine, wie z. B. die Ruhe und Ablagemöglichkeit der Füße.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein fußbetätigtes Zeigegerät für Computer zu schaffen, das eine präzise, für die Füße beanspruchungsgerechte und gleichzeitig unbeschwerte, ermüdungsfreie Steuerung eines Cursors auf einem Computerbildschirm gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein fußbetätigtes Zeigegerät zur Steuerung des Cursors auf grafischen Bildschirmoberflächen von Computern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die vorliegende Erfindung wird in vorteilhafter Weise ein fußbetätigtes Zeigegerät zur Steuerung des Cursors geschaffen, das den Füßen ein unbeschwertes, ermüdungsfreies Bedienen des Cursors auf Bildschirmen mit dem einem und Betätigen von Schaltern mit dem anderen Fuß ermöglicht. Die unbeschwerte, ermüdungsfreie Steuerung des Cursors auf dem Computerbildschirm mit den Füßen wird dadurch gewährleistet, daß ein Fußstellteil die erforderlichen X- und Y-Koordinaten der grafischen Bildschirmoberfläche mit zwei Drehbewegungen erzeugt, dessen Drehachsen orthogonal aufeinander stehen und durch das Sprunggelenk eines durchschnittlich gewachsenen Bedieners gehen. Die Anordnung der Drehachsen in dieser Art sorgt für eine unbeschwerte Bedienung, da nur der Fuß und nicht das ganze Bein bewegt wird. Im Gegensatz zu AT 399407 B.

Vorteilhafterweise wird die Y-Koordinate des Cursors mit einer Wippbewegung eines Fußstellteils und die X-Koordinate mit einer Schwenkbewegung erzeugt. Die Wippbewegung eines zweiten Fußstellteile betätigt zwei Schaltfunktionen, die verschiedenen Interaktionen oder Befehle auf der grafischen Bildschirmoberfläche eines Computers auslösen. Die Übertragung und Umsetzung der Drehbewegungen des Fußstellteils zur Erzeugung von zweidimensionalen Koordinatenwerten kann über einer auf einem Trackball abrollenden Kugelabschnittsfläche erfolgen, dessen Mittelpunkt in dem gleichen Punkt liegt wie der Drehpunkt des Fußstellteils. Im Gegensatz zu DE 92 00 971 U1 und DE 91 13 032 U1.

Von Vorteil ist es, die Bewegung eines solchen Fußstellteils über das Gleiten einer halbkugelförmigen Fläche in einer Schale zu erzeugen. Im Gegensatz zu DE 43 36 153 C1. Die Reibung wird dabei mit entsprechenden Gleitpunkten aus Teflon gering gehalten. Der dritte Rotationsfreiheitsgrad des Fußstellteils kann vorteilhafterweise über ein Stift unterbunden werden, der in einem Langloch der Schale geführt wird. Die für eine präzise Fußbetätigung erforderliche, vorteilhafte Zentrierung und Rückstellung erfolgt mit Federn.

Von Vorteil für ein ermüdungsfreies Bedienen der vorliegenden Erfindung ist es, wenn die Fußstellteile zur Erzeugung von zweidimensionalen Eingabedaten in ein Fußablagegehäuse flächenbündig eingelassen sind. Die Füße können dann neben das Fußstellteil zur Entspannung abgesetzt werden. Das Ertasten und Führen des Fußstellteils mit den Füßen wird mittels eines Anschlags erleichtert.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Fußablagegehäuse in der Höhe und in der Neigung verstellbar ausgeführt ist. Ein Bediener kann die Fußablage dann so einstellen kann, daß Füße, Unter- und Oberschenkel einen rechten Winkel bilden, wodurch die Füße und Oberschenkel entlastet und Zwangshaltungen vermieden werden.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 die Ansicht des fußbetätigten Zeigegerätes von oben gemäß Fig. 1 mit den Bewegungsräumen der Fußstellteile;

Fig. 3 die Ansicht des fußbetätigten Zeigegerätes von der Seite gemäß Fig. 1 mit den Bereich der Höhen- und Neigungsverstellung;

Fig. 4 einen Querschnitt des rechten Fußstellteils entlang der Linie B-B gemäß Fig. 2;

Fig. 5 einen Querschnitt des linken Fußstellteils entlang der Linie A-A gemäß Fig. 2;

Fig. 6 einen Querschnitt des Fußablagegehäuses entlang der Linie C-C gemäß Fig. 2;

Fig. 7 die Ansicht der Übertragungsmechanik von oben;

Fig. 8 die Ansicht der Übertragungsmechanik von der Seite.

Das Ausführungsbeispiel eines fußbetätigten Zeigegerätes zur Steuerung des Cursors auf grafischen Bildschirmoberflächen in Fig. 1 besteht im wesentlichen aus dem rechten Fußstellteil (2) und dem linken Fußstellteil (3), die in einem Fußablagegehäuse (1) flächenbündig eingelassen sind. Das Anschlagblech (4) erleichtert den Füßen das Ertasten und Führen der Fußstellteile. Die Fußstellteile und die Fußablagefläche sind mit einem rutschfestem Belag versehen.

Die Fußablagefläche (1) in Fig. 2 wurde gemäß den Bewegungsräumen des linken (3) und rechten Fußstellteils (2) ausgeschnitten. In die Aussparung sind schalenförmige Führungen (8) eingefügt, in denen sich die Fußstellteile bewegen. In jede Fußstellteilführung (8) sind vier Gleitpunkte aus Teflon (9) aufgeklebt, die für eine reibungsarme Führung der Fußstellteile sorgen. Die Fußstellteile lassen sich in dem aus der Fig. 2 zu entnehmenden Bewegungsräumen schwenken.

In Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Fußablagefläche (1) über die Sterngriffe (5) in der Neigung und mit den Füßen (6) verstellt wird. Der Verstellbereich der Höhe kann durch Füße mit längerem Gewinde beliebig variiert werden. Die Fläche sollte der jeweilige Bediener so einstellen, daß Füße, Unter- und Oberschenkel einen rechten Winkel bilden und die Oberschenkel auf der Sitzunterlage des Bedieners entlastet sind.

Der Fig. 4 ist zu entnehmen, daß die Schwenk- und Wippbewegung des rechten Fußstellteils (2) über die kugelabschnittsförmige Abrollfläche (11) auf die Übertragungsmechanik (10) übertragen wird. Der Wippwinkel ist linearproportional zu der Y-Koordinate, der Schwenkwinkel entspricht der X-Koordinate des Cursors. Der Mittelpunkt der Abrollfläche (11) liegt genau wie der Drehpunkt des Fußstellteils (2) in der Sprunggelenkachse eines durchschnittlich gewachsenen Bedieners. Die Lage der Übertragungsmechanik (10) läßt sich mit drei Gewindestiften (13) und den Zylinderschrauben (12) korrigieren. Das ganze Fußstellteil ist über eine kugelabschnittsförmige Fläche (7) in deren Gegenstück einer schalenförmigen Führung (8), gelagert, um eine saubere Bewegung um den raumfesten Drehpunkt (0) im Sprunggelenk eines durchschnittlich gewachsenen Bedieners zu ermöglichen. Die Reibung zwischen den beiden Körpern wird durch Gleitpunkte aus Teflon (9) gering gehalten. Der Dreh- und Zentrierstift (14) sorgt über ein entsprechendes Langloch in der Schale (8) für die Führung des Fußstellteils und unterbindet den dritten Freiheitsgrad der Rotation des Fußstellteils. Über den am Drehstift angebrachten Hebel (18) wird das Fußstellteil über vier Zugfedern (17) zentriert und zurückgestellt. Mir den Federn wird außerdem ein entsprechender Schaltdruck der Fußstellteile erzeugt, der für die ergonomische Bedienung notwendig ist.

Das linke Fußstellteil (3) in Fig. 5 ist genauso gelagert und geführt wie das rechte Fußstellteil in Fig. 4. Mit dem linken Fußstellteil (3) läßt sich genau wie mit dem rechten eine Wipp- und Schwenkbewegung vollführen. Hieraus ergeben sich vier beziehungsweise acht Schaltfunktionen (vorne, vorne links, links, hinten links, hinten, usw.), wie sie bei modernen, existierenden Mäusen bereits möglich sind. Die hier gezeigte Ausführung realisiert jedoch nur zwei Schaltfunktionen. Die Schalter (15) und (16) werden über den Kontakt mit dem Drehstift (14) im Anschlag der Wippbewegung betätigt. Die Fußstellteile (2) und (3) lassen sich in dem aus der Fig. 4 und Fig. 5 zu entnehmenden Bewegungsräumen schwenken.

In Fig. 6 ist die genaue Anordnung der Zugfedern (17) und die Realisierung der Verstellung der Neigung der Fußablage mit den Sterngriffen (5) und der Verstellung der Höhe mit den Füßen (6) zu erkennen. Die Fußstellteile werden über mit dem Hebel (18) und vier Zugfedern (17) in Schwenk- und Wipprichtung zentriert.

Die wesentlichen mechanischen und elektrischen Komponenten der Übertragungsmechanik sind in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigt. Der Aufbau entspricht dem eines Trackballs. Der Ball (101) überträgt seine Bewegung auf zwei Impulsscheiben-Achsen (103) mit Impulsscheiben (104), je eine für die Erzeugung einer Koordinate des Cursors. Die geschlitzten Impulsscheiben (104) bewegen sich durch optomechanische Sensoren (105), die die Bewegung der Scheiben in elektrische Impulse umwandeln. Über die Steckleiste für den seriellen Ausgang (106) werden die elektrischen Signale an die serielle Schnittstelle des Computers geleitet.

Claims (8)

1. Fußbetätigtes Zeigegerät zur Steuerung des Cursors auf grafischen Bildschirmoberflächen von Computern, bestehend aus einem Fußablagegehäuse (1) und einem Fußstellteil (2) zur Erzeugung von zweidimensionalen Eingabedaten und einem Fußstellteil (3) zur Betätigung von Schaltfunktionen, dadurch gekennzeichnet, daß die orthogonal aufeinander stehenden Drehachsen von Wipp- und Schwenkbewegung der Fußstellteile (2) und (3) durch das Sprunggelenk eines durchschnittlich gewachsenen Bedieners gehen.

2. Fußbetätigtes Zeigegerät zur Steuerung des Cursors auf grafischen Bildschirmoberflächen von Computern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippbewegung eines der beiden Fußstellteile (2) und (3) eine Veränderung der Y-Koordinate des Cursors auf dem Bildschirm bewirkt, während die Schwenkbewegung eine Veränderung der X-Koordinate des Cursors bewirkt.

3. Fußbetätigtes Zeigegerät zur Steuerung des Cursors auf grafischen Bildschirmoberflächen von Computern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippbewegung eines der beiden Fußstellteile (2) und (3) zwei Schaltfunktionen zur Auslösung von verschiedenen Interaktionen oder Befehlen auf der grafischen Bildschirmoberfläche eines Computers betätigt.

4. Fußbetätigtes Zeigegerät zur Steuerung des Cursors auf grafischen Bildschirmoberflächen von Computern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung und Umsetzung der Drehbewegungen der Fußstellteile (2) und (3) über einen auf einer trackballähnlichen Übertragungsmechanik (10) abrollenden Kugelabschnitt (11) erfolgt, dessen Mittelpunkt in dem gleichen Punkt liegt wie der Drehpunkt der Fußstellteile (2) und (3).

5. Fußbetätigtes Zeigegerät zur Steuerung des Cursors auf grafischen Bildschirmoberflächen von Computern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung und Lagerung der Fußstellteile (2) und (3) über eine halbkugelförmige Gleitfläche (7) in einem Gegenstück, einer Führungsschale (8), realisiert wird.

6. Fußbetätigtes Zeigegerät zur Steuerung des Cursors auf grafischen Bildschirmoberflächen von Computern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Freiheitsgrad der Rotation der Fußstellteile (2) und (3) über ein Stift (14) unterbunden wird, der in einem Langloch der Führungsschale (8) geführt wird.

7. Fußbetätigtes Zeigegerät zur Steuerung des Cursors auf grafischen Bildschirmoberflächen von Computern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußstellteile (2) und (3) mit Federn (17) zentriert und zurückgestellt werden.

8. Fußbetätigtes Zeigegerät zur Steuerung des Cursors auf grafischen Bildschirmoberflächen von Computern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußstellteile (2) und (3) flächenbündig in das Fußablagegehäuse (1) eingelassen sind.