DE19907620A1

DE19907620A1 - Heavy-duty interface for reproducing images created by a video projector fitted in parallel to a display's running cycle has an input device like a mouse and a projector.

Info

Publication number: DE19907620A1
Application number: DE19907620A
Authority: DE
Inventors: Armin Steinke
Original assignee: ZENTRUM fur KUNST und MEDIENT
Current assignee: ZENTRUM fur KUNST und MEDIENT
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2000-08-17

Abstract

An input device for a computer allows a tool such as a mouse to move over a defined area similar to a digitizing tray. The position of the mouse is transmitted to a data processing device like a computer to produce a direct correlation between the mouse's position and the mouse arrow on the screen. A user stands on a plinth (1). A display (2) reproduces images created by a video projector fitted in parallel to the display's running cycle.

Description

Es gibt sogenannte "Touchscreens" (Berührungs-Bildschirme), bei denen der Bild schirm gleichzeitig auch eine Eingabeeinrichtung einer Datenverarbeitungseinrich tung ist. Hierbei kann der Benutzer durch Berührung bestimmter Flächen auf dem Bildschirm bestimmte Befehle auslösen und somit mit der Datenverarbeitungsein richtung kommunizieren. Ferner gibt es auch bewegbare Dateneingabeeinrichtungen wie beispielsweise "Computermäuse", Joysticks etc. Bei diesen Dateneingabeein richtungen wird ein Cursor (auch Pfeil oder andere Zieleinrichtung) über den Bild schirm geführt und immer dann, wenn der Cursor auf einem bestimmten Objektfeld innerhalb des Bildschirms liegt, kann durch einen Tastendruck ein bestimmter Befehl ausgelöst werden, welcher davon abhängt, welcher Befehl der gerade "angeklick ten" Bildschirmposition zugeordnet ist. Bei den bisherigen Dateneingabeeinrich tungen hat der Benutzer alle Freiheiten bei der Befehlseingabe und kann den Cursor auf jeder von ihm gewünschten Stelle positionieren.There are so-called "touchscreens" (touch screens) where the picture screen also an input device of a data processing device tung is. Here, the user can touch certain areas on the Trigger certain commands on the screen and are thus involved in data processing communicate direction. There are also movable data entry devices such as "computer mice", joysticks etc. when entering this data A cursor (also an arrow or other target device) will be pointing over the image screen and whenever the cursor is on a specific object field lies within the screen, a certain command can be activated by pressing a key triggered, which depends on which command the "just clicked" ten "screen position is assigned. With the previous data input device The user has complete freedom in entering commands and can use the cursor position on any position you want.

Die Erfindung betrifft ein Kraftinterface. Hierbei handelt es sich um eine Eingabeein richtung für einen Computer, bei welcher ähnlich wie bei einem Digitalisiertablett, ein Handstück (Maus) über eine abgegrenzte Fläche bewegt werden kann. Die Posi tion des Handstücks (Kraftinterface) wird in einem Absolutmodus an die Datenver arbeitungseinrichtung (Computer) übertragen, so daß ein direkter Zusammenhang zwischen der Handstückposition und der aktuellen Bildschirmposition (Mauspfeil) besteht. Das Kraftinterface ist federnd - beispielsweise magnetisch - an eine Kreuz schlittenmechanik gekoppelt, welche über Sensoren die Handstückposition detek tiert und bei Bewegung des Handstücks diesem motorisch angetrieben folgt. Die fe dernde Kopplung zwischen dem Handstück und dem Kreuzschlitten ist so ausge führt, daß bei Übereinstimmung der Positionen keine Kraft (Federkraft) auf das Handstück wirkt, aber mit zunehmender Abweichung der Position zwischen Hand stück und Kreuzschlitten auch eine zunehmende Kraft auf das Handstück ausgeübt wird. Die sensorgesteuerte Verfolgung des Kreuzschlittens wird nun von computer generierten, orts- und zeitabhängigen Befehlen überlagert, welche bewirken, daß die Position von Handstück und Kreuzschlitten entsprechend orts- und zeitabhängig voneinander abweichen, und so eine in einer handstückbewegungsflächenorientierte Richtungskraft auf das Handstück übertragen wird.The invention relates to a force interface. This is an input direction for a computer, which is similar to a digitizing tablet, a handpiece (mouse) can be moved over a limited area. The posi tion of the handpiece (force interface) is connected to the data ver Work facility (computer) transferred, so that a direct connection between the handpiece position and the current screen position (mouse arrow) consists. The force interface is resilient - for example magnetic - on a cross coupled slide mechanism, which detects the handpiece position via sensors animals and follows this motor-driven when the handpiece moves. The fe So coupling between the handpiece and the cross slide is so out causes that no force (spring force) on the Handpiece works, but with increasing deviation of the position between the hand piece and cross slide also exerted an increasing force on the handpiece becomes. The sensor-controlled tracking of the cross slide is now done by computer Generated, location and time-dependent commands superimposed, which cause that the position of the handpiece and cross slide according to location and time deviate from each other, and thus one oriented in a handpiece movement area Directional force is transferred to the handpiece.

Die Wirkung auf den Benutzer ist, daß das Handstück auf der Fläche zu bestimmten Bereichen oder bestimmte Richtungen hingezogen wird, oder zu bestimmten Bereichen/Richtungen (Befehlsfeldern) nur erschwert hinzubewegen ist.The effect on the user is that the handpiece can be determined on the surface Areas or certain directions, or to certain ones Areas / directions (command fields) is difficult to move.

Die Fläche, über welche das Handstück bewegt wird, kann zum Beispiel eine Projek tionsfläche sein, auf welcher der aktuelle Computer-Bildschirminhalt dargestellt wird. Hierdurch wird der Zusammenhang zwischen Bildschirmort und wirkender Kraft noch verstärkt.The area over which the handpiece is moved can, for example, be a project tion area on which the current computer screen content is displayed becomes. This makes the relationship between the screen location and effective Strength increased.

Wird nun diese Projektionsfläche als Hintergrundprojektion ausgelegt, sollte der Kreuzschlitten so ausgeführt, daß die Projektion möglichst wenig abgeschattet wird. Dies geschieht beispielsweise über dünne Stahlseile oder Metallbänder der Kreuz schlittenmechanik, die über eine entsprechende Mechanik geführt werden und bei spielsweise auch Energie und Signale zum Kreuzschlitten übertragen können.If this projection surface is now designed as a background projection, the Cross slide made so that the projection is shadowed as little as possible. This is done, for example, using thin steel cables or metal strips from the cross slide mechanics, which are guided by a corresponding mechanism and at for example, can also transmit energy and signals to the cross slide.

Der Benutzer bewegt also in diesem Fall ein Handstück (Kraftinterface) direkt auf einer Projektionsfläche, zieht beim Bewegen des Handstücks in der Projektion ein Fadenkreuz (den Schatten der Stahlseile) mit und erfährt durch das Handstück eine orts- und zeitabhängige Kraft. In this case, the user moves a handpiece (force interface) directly on a projection surface, retracts when the handpiece is moved in the projection Crosshair (the shadow of the steel cables) and experiences one through the handpiece location and time-dependent force.

Entsprechende Sicherheitsvorrichtungen sind vorgesehen, so daß die übertragbare Maximalkraft begrenzbar ist und die Kraftübertragung erst bei sicherem Festhalten des Handstücks erfolgt. Beim Loslassen des Handstücks wird die Kraftwirkung un mittelbar abgeschaltet, um ein unkontrolliertes Wegschnellen des Handstücks zu verhindern. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand von Zeichnungen dar gestellt. Hierin stellen dar:Appropriate security devices are provided so that the transferable Maximum force can be limited and the power transmission only when securely held of the handpiece. When you let go of the handpiece, the force effect becomes un Indirectly switched off in order to prevent the handpiece from springing away in an uncontrolled manner prevent. An embodiment of the invention is illustrated by drawings posed. Here represent:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftinter face-Station; Figure 1 shows a cross section through a Kraftinter face station according to the invention.

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Kraftinterface- Benutzerstation; Fig. 2 is a plan view of an inventive Kraftinterface- user station;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung mit weiteren Detailangaben über die erfindungsgemäße Kraftinterface-Benutzerstation; Figure 3 is an enlarged view with further details about the invention power interface user station.

Fig. 4 ein Darstellungsbeispiel für die Kraftwirkung auf das Kraft interface bei einer bestimmten Bildschirmsituation; Fig. 4 is a representation example of the force effect on the power interface at a particular screen position;

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Kraftinterfaces. Fig. 5 is a block diagram of a power interface according to the invention.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Kraftinterface-Benutzerstation mit einem Sockel 1, auf welchem der Benutzer steht und einer Anzeige 2 zur Wiedergabe von Bildern, die von einer Videoprojektionseinrichtung erzeugt werden. Die Videoprojektionsein richtung ist hierbei in etwa parallel zum Verlauf der Anzeige 2 angeordnet und der von der Videoprojektionseinrichtung ausgegebene Projektionsstrahl wird mittels eines Umlenkspiegels für die Projektion so gedreht, so daß auf der Anzeige, die von der Videoprojektionseinrichtung erzeugten Bilder wiedergegeben werden. Ferner ist ein zusätzliches Display vorgesehen, welches beispielsweise als Internet-Browser dienen kann. Ferner ist über die Projektionsfläche eine Kreuzschlitten-Seilmechanik gelegt, welche in Fig. 1 im ausgebauten Zustand gezeigt ist. Fig. 1 shows in cross section a force interface user station with a base 1 , on which the user stands and a display 2 for displaying images generated by a video projection device. The Videoprojektionsein direction is arranged approximately parallel to the course of the display 2 and the projection beam output by the video projection device is rotated by means of a deflecting mirror for projection so that on the display, the images generated by the video projection device are reproduced. Furthermore, an additional display is provided, which can serve as an Internet browser, for example. Furthermore, a cross slide cable mechanism is placed over the projection surface, which is shown in the removed state in FIG. 1.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Kraftinterface-Benutzer station. Fig. 2 shows a plan view of the force interface user station shown in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt in einer Vergrößerung Details der Kreuzschlittenmechnik, bei der zu sehen ist, daß an einem Kreuzschlitten ein Seilsystem angekoppelt ist, so daß der Kreuzschlitten in alle Richtungen zweidimensional bewegbar ist. Jedes Seil ist über entsprechende Umlenkrollen mit dem gegenüberliegenden Seil verbunden. Ferner kann durch eine Antriebsmechanik über die Umlenkrollen eine Kraft auf den Kreuz schlitten aufgebracht werden, wobei die jeweilige Kraft von der Position des Kreuzschlittens auf der Projektionsfläche abhängt. Fig. 3 shows in an enlargement details of the cross slide technique, in which it can be seen that a cable system is coupled to a cross slide, so that the cross slide can be moved two-dimensionally in all directions. Each rope is connected to the opposite rope by appropriate pulleys. Furthermore, a force can be applied to the cross slide by means of a drive mechanism via the deflection rollers, the respective force depending on the position of the cross slide on the projection surface.

Ein Beispiel hierfür zeigt Fig. 4. In dieser Situation wird der Kreuzschlitten zu dem Kraftfeld "MIN" hingezogen, so daß der Benutzer, wenn er verhindern möchte, daß der Kreuzschlitten selbsttätig dorthin fährt, eine entsprechende Gegenkraft aufbringen muß. Es liegt auf der Hand, daß der Benutzer bei Bewegung des Kreuzschlittens über die Projektionsfläche je nach Positionsort immer eine unterschiedliche Kraft/Kraftrichtung erfährt. Beispielsweise ist mit dem Erreichen eines bestimmten Ortes auf der Projektionsfläche auch ein bestimmter Befehl verbunden, so wird der Benutzer mal der vorgegebenen Kraft nachgeben (wenn der entsprechende Befehl für ihn positiv erscheint), oder eine entsprechende Gegenkraft aufbringen, um den Kreuzschlitten von dem Bereich einer bestimmten Kraftfläche fernzuhalten, damit ein unerwünschter Befehl verhindert wird.An example of this is shown in FIG. 4. In this situation, the cross slide is pulled towards the force field "MIN", so that the user, if he wishes to prevent the cross slide from traveling there automatically, has to apply a corresponding counterforce. It is obvious that the user always experiences a different force / direction of force when the cross slide moves over the projection surface, depending on the position. For example, a certain command is associated with reaching a certain location on the projection surface, so the user will give in to the predetermined force (if the corresponding command appears positive to him), or apply a corresponding counterforce to move the cross slide from the area of one keep certain force area away, so that an unwanted command is prevented.

In Fig. 4 sind auch mehrere "Befehlsorte", gekennzeichnet mit den Buchstaben A, B, C, D und E, eingezeichnet. Diese "Befehlsorte" bedeuten jeweils einen Befehl, der einen bestimmten weiteren Programmablauf auslöst, wenn der Benutzer das Handstück z. B. auf die Befehlsfläche A bewegt und gegebenenfalls eine weitere Befehlstaste (Enter) auslöst. Macht dies der Benutzer an einem der anderen Befehlsorte, wird möglicherweise ein anderer Befehl ausgelöst, so daß das Programm abhängig von der Befehlseingabe des Benutzers einen bestimmten Ablauf nimmt. Es liegt auf der Hand, daß diejenigen Befehle, die für den Benutzer besonders vorteilhaft erscheinen (z. B. bei einem Spielprogramm), besonders schwer zu erreichen sind. Ein Befehl kann auch darin bestehen, ein bestimmtes Fenster anzuklicken, wobei dieses Fenster mit einem Kraftfeld oder bestimmten Kraftlinien sich überlappt.In Fig. 4, several "command locations", marked with the letters A, B, C, D and E, are also drawn. These "command locations" each mean a command that triggers a certain further program flow when the user z. B. moved to the command area A and possibly triggers another command key (Enter). If the user does this at one of the other command locations, another command may be triggered, so that the program takes a certain sequence depending on the command input by the user. It is obvious that those commands which appear to be particularly advantageous to the user (e.g. in a game program) are particularly difficult to achieve. A command can also consist of clicking on a certain window, which window overlaps with a force field or certain force lines.

In Fig. 4 sind auf der Projektionsfläche fünf Kraftzentren dargestellt (die möglicher weise aber gar nicht sichtbar sind). In der dargestellten Situation befindet sich der Kreuzschlitten an einer Position, die durch das Fadenkreuz gekennzeichnet ist. In dieser Position und Situation wird der Kreuzschlitten zu dem nächstliegenden Kraftfeld hingezogen, so daß der Benutzer, wenn er verhindern möchte, daß der Kreuzschlitten selbsttätig dort hinfährt, eine entsprechende Gegenkraft aufbringen muß. Es liegt auf der Hand, daß der Benutzer bei Bewegen des Kreuzschlittens über die Projektionsfläche je nach Positionsort immer eine unterschiedliche Kraft erfährt. Ist beispielsweise mit dem Erreichen eines bestimmten Orts auf der Projektions fläche auch ein bestimmter Befehl verbunden, so wird der Benutzer mal der vorgebenen Kraft nachgeben (wenn der entsprechende Befehl für ihn positiv erscheint) oder auch eine entsprechende Gegenkraft aufbringen, um den Kreuz schlitten von dem Erreichen einer bestimmten Kraftfläche fernzuhalten, damit ein unerwünschter Befehl verhindert wird. In FIG. 4, five power centers are shown on the screen (but possibly are not visible). In the situation shown, the cross slide is in a position that is identified by the crosshairs. In this position and situation, the cross slide is pulled towards the nearest force field, so that the user, if he wants to prevent the cross slide from automatically moving there, must exert a corresponding counterforce. It is obvious that the user always experiences a different force when moving the cross slide over the projection surface, depending on the position. For example, if a certain command is associated with reaching a certain location on the projection surface, the user will give in to the given force (if the corresponding command seems positive to him) or also apply a corresponding counterforce to slide the cross away from the Keep away from a certain force area so that an unwanted command is prevented.

Fig. 4 stellt nur eine Situation zu einem bestimmten Zeitpunkt dar. Die Situation selbst wird auch in zeitlicher Hinsicht stets Änderungen durch ein entsprechendes Programm unterworfen, so daß keine statische Situation gegeben ist, sondern die jeweilige Kraftsituation ständigen Änderungen unterworfen ist und der Benutzer somit herausgefordert wird, sich diesen Änderungen zu stellen. Eine zeitliche Änderung bedeutet, daß sich nicht nur der Ort der Kraftfelder "MIN", "MAX" ändert, sondern auch ihre jeweilige Stärke. Die örtliche Lage als auch die Stärke eines Kraftfeldes hängt von einem in der Datenverarbeitungseinrichtung zu verarbeitenden Programm ab, welches bestimmte Befehle mit der örtlichen Lage der Kraftfelder koppelt. Fig. 4 shows only one situation at a certain point in time. The situation itself is also always subject to changes in terms of time by a corresponding program, so that there is no static situation, but the respective force situation is subject to constant changes and the user is thus challenged will face these changes. A change in time means that not only the location of the force fields "MIN", "MAX" changes, but also their respective strengths. The local position as well as the strength of a force field depends on a program to be processed in the data processing device which couples certain commands with the local position of the force fields.

Fig. 5 zeigt den Prinzipaufbau des Kraftinterfaces im Blockschaltaufbau. Hierbei ist das Handstück mit der Kreuzschlittenmechanik auf einer Projektionsfläche angeordnet und kann über diese bewegt werden. Die Projektionsfläche wird von einem Rahmen eingenommen. Bei der Kreuzschlittenmechanik sind ein Y-Achs antrieb und ein X-Achsantrieb für die jeweiligen Kräfte in X- und Y-Richtung vorgesehen. Jeder Achsantrieb ist mit einem entsprechenden Motor gekoppelt. Ferner ist sowohl für die Y- als auch für die X-Richtung ein X- bzw. Y-Meßsystem auf der dem Achsantrieb gegenüberliegenden Seite der Projektionsfläche vor gesehen. Dieses Meßsystem ist ebenfalls wie die Antriebe mit der Kreuzschlitten mechanik gekoppelt und wiederum gekoppelt mit der Kreuzschlittenmechanik sind Kraftaufnehmer, mittels denen die Kräfte auf das Handstück in X- und Y-Richtung erfaßt werden. Die vom Meßsystem erfaßten Kraftdaten auf das Handstück bzw. die Kreuzschlittenmechanik werden in einem Positions-Kraftrechner verarbeitet. Dieser Rechner kann Teil der Datenverarbeitungseinrichtung sein. Dieser Positions- Kraftrechner steuert einerseits den Videoprojektor zur Anzeige der Bilder auf der Projektionsfläche, andererseits gibt der Positions-Kraftrechner die jeweils auf das Handstück wirkenden Kräfte für die Y- und X-Richtung vor, welche an einen Momentanwert-Addierer abgegeben werden. Dieser Rechner verarbeitet darüber hinaus die Daten der Kraftaufnehmer und nimmt eine Addition gemäß den Formeln Y + B für die Y-Kraftkomponente und eine Summation X + A für die X-Kraftkom ponente vor. Die Ausgangsdaten des Momentanwert-Addierers werden in einem Regler verarbeitet, dessen Ausgangswerte mittels eines Verstärkers an die jeweiligen Y- und X-Motoren abgegeben werden. Fig. 5 shows the basic structure of the force interface in the block switch structure. Here, the handpiece with the cross slide mechanism is arranged on a projection surface and can be moved over it. The projection surface is covered by a frame. In the cross slide mechanism, a Y-axis drive and an X-axis drive are provided for the respective forces in the X and Y directions. Each final drive is coupled to a corresponding motor. Furthermore, both for the Y and for the X direction, an X or Y measuring system is seen on the side of the projection surface opposite the axle drive. This measuring system, like the drives, is coupled to the cross slide mechanism and, in turn, coupled to the cross slide mechanism are force transducers by means of which the forces on the handpiece are detected in the X and Y directions. The force data recorded by the measuring system on the handpiece or the cross slide mechanism are processed in a position force computer. This computer can be part of the data processing device. This position force calculator controls the video projector on the one hand to display the images on the projection surface, and on the other hand the position force calculator specifies the forces acting on the handpiece for the Y and X directions, which are output to an instantaneous value adder. This computer also processes the data of the force transducers and makes an addition according to the formulas Y + B for the Y force component and a summation X + A for the X force component. The output data of the instantaneous value adder are processed in a controller, the output values of which are output to the respective Y and X motors by means of an amplifier.

Claims

1. Data input device designed as a force interface, which with a Force generating device is coupled and which depending on their position experiences a directed force.

2. Data input device designed as a force interface, which is dependent experiences a directed force from a program content.

3. Data input device according to one of the preceding claims, characterized in that the magnitude of the force deviates from a position depends on the position of the data entry device and a target position is set.

4. Data input device according to one of the preceding claims, characterized in that the data entry device is part of a handpiece which is movable over a limited area.

5. Data input device according to the preceding claim, characterized in that the data entry device with a data ver work device is coupled and that this data processing device several on the surface over which the data input device can be moved Time and / or location-dependent force fields determined.

6. Data input device according to one of the preceding claims, characterized in that the area over which the data entry device is movable, a display for the playback of images by the data ver work facility are generated.

7. Data input device according to one of the preceding claims, characterized in that the data input device with a cross slide Rope mechanics is coupled, by means of which the respective position / program-dependent Force is brought to the data entry device.

8. User interface with a data input device according to one of the previous claims, characterized in that the area over the data entry device is movable and the display area overlap at least partially.