DE19819218A1 - Bedienelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement mit einer Einrich­ tung, die dem räumlichen Verlauf einer Achse des Bedienele­ mentes entsprechende elektrische Signale erzeugt.

Derartige Bedienelemente werden gewöhnlich als Joystick be­ zeichnet und dienen einerseits dazu, beispielsweise in Ver­ bindung mit einem Computer, eine Marke auf einer Anzeigevor­ richtung zu verstellen. Andererseits werden Joysticks auch dazu verwendet, Geräte, beispielsweise Greifarme, zu steuern.

Bedienelemente der eingangs genannten Art weisen gewöhnlich einen während der Benutzung des Bedienelementes ortsfesten Grundkörper auf. Die dem räumlichen Verlauf einer Achse des Bedienelements entsprechende, von der Einrichtung erzeugten Signale entsprechen dem räumlichen Verlauf der Achse des Be­ dienelementes relativ zu dem Grundkörper. Typischerweise ent­ hält die Einrichtung mehrere Potentiometer, die bei Verstel­ lung des Bedienelementes relativ zu dem Grundkörper betätigt werden und somit dem räumlichen Verlauf der Achse des Be­ dienelementes relativ zu dem Grundkörper entsprechende elek­ trische Signale erzeugen. Ein einigermaßen exaktes Arbeiten ist im Falle des bekannten Bedienelements deshalb nur dann möglich, wenn der Grundkörper ortsfest fixiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bedienelement der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine exakte Betätigung des Bedienelementes auch ohne die ortsfeste Fixie­ rung eines Grundkörpers möglich ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Be­ dienelement mit einer in dem Bedienelement aufgenommenen Ein­ richtung, die dem räumlichen Verlauf einer Achse des Be­ dienelementes relativ zur Richtung der Schwerkraft entspre­ chende elektrische Signale erzeugt.

Das erfindungsgemäße Bedienelement ist also nicht auf einen ortsfest fixierten Grundkörper angewiesen, da der räumliche Verlauf der Achse des Bedienelementes nicht relativ zu einem Grundkörper, sondern relativ zur Richtung der Schwerkraft er­ mittelt wird.

Damit sind die Voraussetzungen dafür gegeben, das Bedienele­ ment gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als handgehaltenes Bedienelement auszuführen, das innerhalb gewisser Grenzen, die dem räumlichen Verlauf der Achse des Bedienelementes entsprechenden Signale müssen dem zu bedienenden Gerät zugeführt werden, mobil nutzbar ist.

Gemäß einer Variante der Erfindung weist das Bedienelement eine Fixiertaste auf, bei deren Betätigung der momentane räumliche Verlauf der Achse des Bedienelementes als Referenz­ wert bei der Erzeugung der dem räumlichen Verlauf der Achse des Bedienelementes entsprechenden Signale berücksichtigt wird. Mittels der Fixiertaste ist also sozusagen eine Neu­ tralstellung des Bedienelementes vorgebbar, in der der räum­ liche Verlauf der Achse des Bedienelementes von der Richtung der Schwerkraft abweichen kann. Damit erfüllt die Fixiertaste eine Funktion, die den zur Einstellung der Neutralposition vorgesehenen Trimmpotentiometern im Falle eines herkömmlichen Joysticks vergleichbar ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Be­ dienelement eine Auslösetaste aufweist, durch deren Betäti­ gung ein Auslösesignal erzeugbar ist, das bei dem Gerät, mit dem das Bedienelement zusammenwirkt, eine Aktion, z. B. die Anwahl eines Menüpunktes auf einen Bildschirm oder die Ein­ leitung eines Greifvorgangs im Falle eines Greifarmes, aus­ löst.

Gemäß einer wegen ihrer Einfachheit besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Bedienelement als Einrichtung, die dem räumlichen Verlauf der Achse des Be­ dienelementes entsprechende Signale erzeugt, ein handelsübli­ ches Gyroskop auf. Solche Gyroskope, die sehr präzise arbei­ ten, werden beispielsweise von der Fa. Murata unter der Marke Gyrostar® vertrieben.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Einrichtung, die dem räumlichen Verlauf der Achse des Bedienelementes entspre­ chende Signale erzeugt, derart auszubilden, daß diese eine gegenüber dem Bedienelement gelenkig gelagerte Masse und Kraftaufnehmer enthält, auf die die Masse unter der Wirkung der Schwerkraft Kräfte ausübt, wobei die Kraftaufnehmer die dem räumlichen Verlauf der Achse des Bedienelementes entspre­ chenden Signale abgeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Bedienelement,

Fig. 2 in blockschaltbildartiger Darstellung das Bedienele­ ment gemäß Fig. 1 im Zusammenwirken mit einem Perso­ nal Computer, und

Fig. 3 in zu der Fig. 2 analoger Darstellung eine Variante der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Bedienelement 1 weist gemäß Fig. 1 ein annähernd zylindrisches Gehäuse 2 auf, in dem eine Einrich­ tung aufgenommen ist, die dem räumlichen Verlauf einer Achse des Bedienelements 1 entsprechende Signale erzeugt. Im ein­ zelnen weist die Einrichtung strichliert angedeutet eine Lei­ terplatte 3 auf, die zum einen ein Gyroskop 4 und zum anderen Elektronik 5 trägt. Die Elektronik gewinnt aus den Ausgangs­ signalen des Gyroskops 4 elektrische Signale, die dem räumli­ chen Verlauf einer Achse des Bedienelementes 1, nämlich im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels der Längsachse A, relativ zur Richtung der durch einen mit G bezeichneten Pfeil veranschaulichten Schwerkraft entsprechen. Diese elek­ trischen Signale werden über eine Leitung 6 aus dem Be­ dienelement 1 herausgeführt.

Mit der Elektronik 5 sind außerdem eine Fixiertaste 7 und eine Auslösetaste 8 verbunden, deren Funktion im folgenden noch erläutert werden wird.

Die Abmessungen des Gehäuses 2 und die Positionen der Fixier­ taste 7 und der Auslösetaste 8 sind derart gewählt, daß es eine Bedienperson bequem in ihrer Hand halten kann und dabei mit dem Zeigefinger die Fixiertaste 7 und mit ihrem Daumen die Auslösetaste 8 betätigen kann.

Im Falle der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist das dort blockschaltbildartig dargestellte Bedienelement 1 über die Leitung 6 mit einem zu bedienenden Gerät, nämlich einem Per­ sonal Computer 9, verbunden, und dient dazu, auf dessen Bild­ schirm 10 eine beispielsweise pfeilförmige Marke 11 zu be­ wegen und einen von mehreren durch weiße Rechtecke veran­ schaulichten Menüpunkten eines auf dem Bildschirm 10 darge­ stellten Bedienmenüs zunächst mittels der Marke 11 anzuwäh­ len und dann zu aktivieren.

Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß die mit dem Gyroskop 4 zusammenwirkende Elektronik eine Signalaufbereitungsschaltung 12, einen Speicher 13 und eine Auswerte- und Schnittstellen­ schaltung 14 aufweist. Die Signalaufbereitungsschaltung 12 dient dazu, die Ausgangssignale des Gyroskops in digitale Signale umzuwandeln, die der räumlichen Lage der Längsachse A relativ zu der Schwerkraft G entsprechen. Diese sind einer­ seits dem Speicher 13 und andererseits der Signalaufberei­ tungsschaltung 12 zugeführt. Der Signalaufbereitung 12 sind außerdem die in dem Speicher 13 jeweils gespeicherten Signale zugeführt.

Der Speicher 13 dient dazu, bei Betätigung der mit dem Spei­ cher 13 und Auswerte- und Schnittstellenschaltung 14 verbun­ denen Fixiertaste 7 die dem momentanen räumlichen Verlauf der Längsachse A des Bedienelementes 1 entsprechenden digitalen Ausgangssignale der Signalaufbereitungsschaltung 12 zu spei­ chern und diese der Auswerte- und Schnittstellenschaltung 14 als Referenzwerte zur Verfügung zu stellen.

An die Auswerte- und Schnittstellenschaltung 14 ist die Aus­ lösetaste 8 angeschlossen, die, wie bereit erwähnt, in ihrer Funktion der Auslösetaste eines Joysticks entspricht.

Die Auswerte- und Schnittstellenschaltung 14 ist über die Leitung 6 mit einer Schnittstelle, vorzugsweise einer seriel­ len Schnittstelle, des Personal Computers 9 verbunden.

Die Benutzung des Bedienelementes 1 geht folgendermaßen vor sich:
Zunächst ergreift eine Bedienperson das Bedienelement und bringt seine Hand in eine Position, die sie als angenehme Ausgangs- oder Neutralposition für die Benutzung des Be­ dienelementes 1 empfindet. Die Bedienperson betätigt nun die Fixiertaste 7, woraufhin einerseits die dem dann vorliegenden räumlichen Verlauf der Längsachse A des Bedienelementes 1 relativ zu der Schwerkraft G entsprechenden digitalen Aus­ gangssignale der Signalaufbereitungsschaltung 12 in dem Spei­ cher 13 gespeichert werden und andererseits von der Auswerte- und Schnittstellenschaltung 14 über die Leitung 6 ein Signal an den Personal Computer 9 geschickt wird, das dazu führt, daß die Marke 11 auf dem Bildschirm 10 auf eine definierte Ausgangsposition, beispielsweise in der Mitte des Bildschirms 10, gebracht wird.

Ausgehend von dieser Position der Marke 11 kann die Bedien­ person die Marke 11 nun durch Bewegen des Bedienelementes 1 auf dem Bildschirm 10 bewegen und beispielsweise einen der Menüpunkte anwählen, indem sie die Marke 11 auf diesen posi­ tioniert. Die Ausführung des so angewählten Menüpunktes er­ folgt, wenn die Bedienperson die Auslösetaste 8 betätigt.

Die dem jeweiligen räumlichen Verlauf der Längsachse A des Bedienelementes 1 entsprechende Position der Marke 11 auf dem Bildschirm 10 errechnet die Auswerte- und Schnittstellen­ schaltung 14 unter Berücksichtigung der in dem Speicher 13 gespeicherten Referenzwerte und der aktuellen Ausgangssignale des Gyroskops 4 bzw. der Signalaufbereitungsschaltung 12.

Die Ausgangssignale der Auswerte- und Schnittstellenschaltung 14 entsprechen beispielsweise denen einer seriellen Maus, so daß keine spezielle bzw. eine nur geringfügig modifizierte Treibersoftware erforderlich ist.

Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß den Fig. 1 und 2 liegt eine drahtgebundene Signalübertragung zwischen dem Be­ dienelement 1 und dem Personal Computer 9 über die Leitung 6 vor. Statt dessen kann, wie die Fig. 3 zeigt, auch eine drahtlose Signalübertragung vorgesehen sein, wobei das Be­ dienelement 1 zusätzlich einen Sender 15 enthält, der mit einem an den Personal Computer 9 angeschlossenen Empfänger 16 zusammenwirkt. Die Signalübertragung zwischen Sender 15 und Empfänger 16 kann beispielsweise mittels infrarotem Licht oder Radiowellen erfolgen.

Im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele werden die analogen Ausgangssignale des Gyroskops 4 in der Signalaufbe­ reitungsschaltung 12 in digitale Signale gewandelt. Dies ist nicht unbedingt erforderlich. Es ist auch eine analoge Signalverarbeitung möglich. Das Bedienelement 1 liefert dann Ausgangssignale, die denen eines analogen Joysticks entspre­ chen, und kann am Game Port des Personal Computers 9 ange­ schlossen werden.

Im Falle der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele werden die dem räumlichen Verlauf einer Achse des Bedienele­ ments relativ zur Richtung der Schwerkraft entsprechende Signale unter Verwendung eine Gyroskops gewonnen. Statt des­ sen kann jede andere Einrichtung Verwendung finden, die es gestattet, solche Signale zu erzeugen.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen die Verwendung des erfindungsgemäßen Bedienelements in Ver­ bindung mit einem Personal Computer. Das erfindungsgemäße Be­ dienelement kann jedoch für beliebige andere Zwecke verwendet werden. So kann das erfindungsgemäße Bedienelement überall dort eingesetzt werden, wo auch herkömmliche Joysticks ver­ wendet werden. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Bedienelement für die Benutzung in Operationssälen oder ande­ ren Umgebungen, wo in ihrer Funktionalität Joysticks entspre­ chende Bedienelemente benötigt werden, jedoch von der Bedien­ person frei handhabbar sein müssen, z. B. herumgetragen werden müssen. Außerdem eignet sich das erfindungsgemäße Bedienele­ ment als Bedienelement für Behinderte, da es für den mobilen Einsatz geeignet ist und es der Behinderte daher mit sich führen kann. Des weiteren ist das erfindungsgemäße Bedienele­ ment als Fernsteuerung und Zeigeeinrichtung geeignet, bei­ spielsweise wenn auf einem Personal Computer gespeicherte Präsentationen mittels eines geeigneten Projektors vorgeführt werden.

Claims (6)

1. Bedienelement mit einer in dem Bedienelement (1) aufgenom­ menen Einrichtung, die dem räumlichen Verlauf einer Achse (A) des Bedienelements (1) relativ zur Richtung der Schwerkraft (G) entsprechende elektrische Signale erzeugt.

2. Bedienelement nach Anspruch 1, welches als handgehaltenes Bedienelement (1) ausgeführt ist.

3. Bedienelement nach Anspruch 1 oder 2, welches eine Fixier­ taste (7) aufweist, bei deren Betätigung der momentane räum­ liche Verlauf der Achse (A) des Bedienelements (1) als Refe­ renzwert bei der Erzeugung der dem räumlichen Verlauf der Achse (A) des Bedienelements (1) entsprechenden Signale be­ rücksichtigt wird.

4. Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Auslösetaste (8), durch deren Betätigung ein Auslösesignal erzeugbar ist.

5. Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Einrichtung, die dem räumlichen Verlauf der Achse (A) des Bedienelements (1) entsprechende Signale erzeugt, durch ein handelsübliches Gyroskop (4) gebildet ist.

6. Bedienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Einrichtung, die dem räumlichen Verlauf der Achse des Be­ dienelements entsprechende Signale erzeugt, eine gegenüber dem Bedienelement gelenkig gelagerte Masse und Kraftaufnehmer enthält, auf die die Masse unter der Wirkung der Schwerkraft Kräfte ausübt, wobei die Kraftaufnehmer die dem räumlichen Verlauf der Achse des Bedienelements entsprechende Signale abgeben.