DE19649586C2 - Fußbetätigtes Zeigegerät zur Steuerung eines Cursors auf einem Bildschirm - Google Patents

Description

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

Der Einsatz von Zeigegeräten zum Positionieren eines Cursors auf grafischen Bildschirmoberflächen von Computern ist bereits bekannt. Die bekannteste 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 ihrer Oberseite mit zwei Tasten versehen, die beim Betätigen entsprechende Aktionen oder Befehle auslösen. Ein Nachteil der sogenannten Maus 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 wird das Positionieren des Cursors auf dem Bildschirm mit dem Fuß und nicht mit der Hand gesteuert und ermöglicht somit wieder die Benutzung beider Hände zur Bedienung der Computertastatur. Ein solches fußbetätigtes Zeigegerät ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 91 13 032 U1 bekannt, das als Überschuh ausgebildet ist und in dem unteren Teil eine Kugel aufweist, welche wie bei üblichen Mäusen die Mausbewegungen auf den Cursor des Computerbildschirms überträgt. 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 wird über einen mechanisch-elektrischen Umsetzer an ein Interface weitergegeben.

Aus DE 296 14 450 U1 ist ein fußbetätigtes Zeigegerät mit orthogonal aufeinanderstehenden Wipp- und Schwenkachsen bekannt. Die Schwenkachsen verlaufen hierbei durch den Mittelpunkt der Fußstellteile. In JP 08-63281 A verläuft die Drehachse eines fußbetätigten Zeigegerätes durch das Sprunggelenk. Die nachveröffentlichte Patenschrift DE 196 22 557 C1 beschreibt ein fußbetätigtes Zeigegerät zur Cursorsteuerung, bei dem zweidimensionale Eingabedaten durch eine Wipp- und Schwenkbewegung erzeugt werden, wobei die Achsen dieser Wipp- und Schwenkbewegung durch das Sprunggelenk eines durchschnittlich gewachsenen Bedieners gehen.

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 die ergonomischen Belange der Füße und Beine, wie z. B. die Ruhe- und Ablagemöglichkeit.

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 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 eines Cursors geschaffen, das den Füßen ein unbeschwertes, ermüdungsfreies Bedienen des Cursors auf Bildschirmen mit dem einem und das 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 erstes Fußstellteil die erforderlichen X- und Y-Koordinaten einer grafischen Benutzeroberfläche mit zwei Drehbewegungen erzeugt. Die Achsen der Drehbewegungen stehen orthogonal aufeinander und verlaufen durch das Sprunggelenk eines durchschnittlich gewachsenen Bedieners. Die Anordnung der Drehachsen in dieser Art sorgt für eine unbeschwerte Bedienung, da nur der Fuß und nicht das ganze Bein bewegt wird.

Vorteilhafterweise wird die Y-Koordinate des Cursors mit einer Wippbewegung eines Fußstellteils und die X-Koordinate mit einer Schwenkbewegung erzeugt. Ein in einem gemeinsamen Gehäuse separat angeordnetes zweites Fußstellteil betätigt mit zwei Drehbewegungen verschiedene Schaltfunktionen. Die Übertragung und Umsetzung der Drehbewegungen des ersten Fußstellteils kann über einer auf einer Rollkugel- Erfassungsanordnung (z. B. auf einem Trackball) abrollenden Kugelabschnitt erfolgen, dessen Mittelpunkt in dem gleichen Punkt liegt wie der Drehpunkt des Fußstellteils.

Von Vorteil ist es, die Führung und Lagerung eines solchen Fußstellteils über das Gleiten einer halbkugelförmigen Fläche in einer Führungsschale vorzusehen. Die Reibung wird dabei mit entsprechenden Gleitpunkten aus Teflon gering gehalten. Der dritte Rotationsfreiheitsgrad des Fußstellteils kann vorteilhafterweise über einen Stift unterbunden werden, der in einem Langloch der Führungsschale 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 das gemeinsame Gehäuse flächenbündig eingelassen sind. Die Füße können dann zur Entspannung neben das Fußstellteil abgesetzt werden. Das Ertasten und Führen des Fußstellteils mit den Füßen wird mittels eines Anschlags erleichtert.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse in der Höhe und in der Neigung verstellbar ausgeführt ist. Ein Bediener kann die Fußablagefläche 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 Rollkugel-Erfassungsanordnung von oben;

Fig. 8 die Ansicht der Rollkugel-Erfassungsanordnung von der Seite.

Ein Ausführungsbeispiel eines fußbetätigten Zeigegerätes in Fig. 1 besteht im wesentlichen aus dem rechten Fußstellteil (2) und dem linken Fußstellteil (3), die in einem gemeinsamen Gehäuse flächenbündig eingelassen sind. Das Anschlagblech (4) erleichtert den Füßen das Ertasten und Führen der Fußstellteile. Die Fußstellteile (2, 3) und die Fußablagefläche (1) sind mit einem rutschfesten Belag versehen.

Die Fußablagefläche (1) in Fig. 2 wurde gemäß den Bewegungsräumen des linken (3) und rechten Fußstellteils (2) ausgeschnitten. In die Aussparung sind Führungsschalen (8) eingefügt, in denen sich die Fußstellteile bewegen. In jede Führungsschale (8) sind vier Gleitpunkte aus Teflon (9) eingeklebt, die für eine reibungsarme Führung der Fußstellteile sorgen. Die Fußstellteile lassen sich in dem aus der Fig. 2 zu entnehmenden Bewegungsräumen schwenken, ferner entsprechend Fig. 4 und Fig. 5 wippen.

In Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Fußablagefläche (1) über die Sterngriffe (5) in der Neigung und mit den Gewindefüßen (6) in der Höhe 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.

Die Fig. 4 zeigt, daß die Schwenk- und Wippbewegung des rechten Fußstellteils (2) über die kugelabschnittsförmige Abrollfläche (11) auf die Rollkugel-Erfassungsmechanik (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 Rollkugel-Erfassungsmechanik (10) läßt sich mit drei Gewindestiften (13) und den Zylinderschrauben (12) korrigieren. Das ganze Fußstellteil ist über eine teilkugelförmige Gleitfläche (7) in einer Führungsschale (8) als Gegenstück 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 Führungsschale (8) für die Führung des Fußstellteils und unterbindet den dritten Freiheitsgrad der Rotation des Fußstellteils. Über den am Stift (14) angebrachten Hebel (18) wird das Fußstellteil über vier Zugfedern (17) zentriert und zurückgestellt. Mit 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, u.s.w.), 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 Stift (14) im Anschlag der Wippbewegung betätigt.

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

Die wesentlichen mechanischen und elektrischen Komponenten der Rollkugel- Erfassungsmechanik 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 (9)

1. Fußbetätigtes Zeigegerät zur Steuerung eines Cursors auf einem Bildschirm, bestehend aus einem ersten Fußstellteil (2) zur Erzeugung von zweidimensionalen Eingabedaten und einem separat angeordneten zweiten Fußstellteil (3) zur Betätigung von Schaltfunktionen jeweils durch eine Wipp- und/oder Schwenkbewegung eines der Fußstellteile (2, 3), wobei die Achsen der Wipp- und der Schwenkbewegung orthogonal zueinander sind, sowie einem gemeinsamen Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Fußablagefläche (1) aufweist und die Achsen von Wipp- und Schwenkbewegung der Fußstellteile (2, 3) jeweils durch ein Sprunggelenk eines durchschnittlich gewachsenen Bedieners verlaufen.

2. Fußbetätigtes Zeigegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippbewegung des ersten Fußstellteils (2) 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 nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippbewegung des zweiten Fußstellteils (3) zwei Schaltfunktionen zur Auslösung von Interaktionen oder Befehlen betätigt.

4. Fußbetätigtes Zeigegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übertragung und Umsetzung der Bewegungen des ersten Fußstellteils (2) über einen auf einer Rollkugel-Erfassungsanordnung (10) abrollenden Kugelabschnitt (11) erfolgt, dessen Mittelpunkt in dem gleichen Punkt liegt wie der Drehpunkt des ersten Fußstellteils (2).

5. Fußbetätigtes Zeigegerät nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung und Lagerung eines Fußstellteils über eine halbkugelförmige Gleitfläche (7) in einer Führungsschale (8) als Gegenstück erfolgt.

6. Fußbetätigtes Zeigegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Freiheitsgrad der Rotation eines Fußstellteils (2, 3) über einen Stift (14) unterbunden wird, der in einem Langloch der Führungsschale (8) geführt wird.

7. Fußbetätigtes Zeigegerät nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß Federn (17) zur Zentrierung und Rückstellung eines Fußstellteils (2, 3) vorgesehen sind.

8. Fußbetätigtes Zeigegerät einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußstellteile (2) und (3) flächenbündig in das Gehäuse eingelassen sind.

9. Fußbetätigtes Zeigegerät einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußstellteile (2) und (3) mit einem Anschlag (4) versehen sind, die den Füßen das Ertasten und Führen der Fußstellteile erleichtert.