DE202008017833U1

DE202008017833U1 - Griffelement mit haptischer Rückmeldung

Info

Publication number: DE202008017833U1
Application number: DE202008017833U
Authority: DE
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2018-05-22
Also published as: EP2179800A3; EP2179800A2; US8502433B2; EP2179800B1; ATE533567T1; EP2123537A1; US20090288272A1

Abstract

Griffelement, das eine Einrichtung zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung umfasst, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die eine Vielzahl von haptischen Rückmeldegeneratormodulen (2) umfasst, die entlang des Griffelements verteilt sind, und eine Einrichtung (130) zur Steuerung der Aktivierung der Module (2) gemäß einer vorgegebenen Abfolge auf solch eine Art, dass ein vorgegebenes haptisches Signal auf dem Griffelement erzeugt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Griffelement, das eine Einrichtung zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung umfasst. Ein Griffelement dieser Art wird z. B. in dem Dokument Nr. US 7,112,107 beschrieben.
In der vorliegenden Beschreibung und den darauffolgenden Ansprüchen ist mit dem Ausdruck „haptische Rückmeldung” jede art von Rückmeldesignal gemeint, das vom Benutzer über eine Berührungsempfindung erfasst werden kann, und das typischerweise aus einer Vibration besteht, die durch Berührung erfasst werden kann, aber auch aus jedem anderen Phänomen bestehen kann, das durch Berührung erfasst werden kann, wie z. B. eine Veränderung der Temperatur oder weiterhin eine Veränderung der Gestalt oder des Volumens des Griffelements.
Griffelemente mit haptischer Rückmeldung wurden z. B. für Anwendungen für Elemente zur manuellen Kontrolle von Geräten verschiedenster Natur vorgeschlagen, um dem Benutzer eine sofortig wahrnehmbare Information betreffend des Auftretens einer gegebenen Bedingung eines Vorgangs zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Griffelement der oben genannten Art bereitzustellen, das konstruktiv einfach und verlässlich im Betrieb ist, und das eine fortschrittlichere Übertragung von zu beschaffender Information ermöglicht, verglichen mit der einfachen Information über das Ergebnis einer gegebenen Betriebsbedingung.
Mit Blick auf die Erreichung dieses Zwecks ist der Gegenstand der Erfindung ein Griffelement mit haptischer Rückmeldung von der Art, auf die oben Bezug genommen wurde, wobei dessen Hauptcharakteristik in der Tatsache liegt, dass das Mittel zur Erzeugung der haptischen Rückmeldung eine Vielzahl von haptischen Rückmeldegeneratormodulen, die entlang des Griffelements verteilt sind, und Mittel zur Steuerung der Aktivierung der Module umfasst entsprechend einer vorgegebenen Sequenz auf eine solche Weise, dass ein haptisches Standardsignal auf dem Griffelement erzeugt wird.
Vorzugsweise ist das haptische Signal von der Art, dass es sich entlang des Griffelements fortbewegt, um eine Richtungsempfindung zu übertragen. Dank dieser Charakteristik ist es mit dem Griffelement gemäß der Erfindung möglich, an den Benutzer nicht nur Information betreffend des Auftretens einer gegebenen Betriebsbedingung zu übertragen, sondern auch Information betreffend der Notwendigkeit, das Griffelement in eine gegebene Richtung zu verschieben, um eine geeignete Arbeitsweise des Geräts, das damit verbunden ist, zu ermöglichen. Zu diesem Zweck wandert das erzeugte haptische Signal in eine Richtung, die der entspricht, in die das Griffelement verschoben werden muss, um so dem Benutzer ein Signal zur Verfügung zu stellen, das sofort und intuitiv als eine Instruktion für eine Verschiebung in die erforderliche Richtung aufgenommen wird.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Charakteristiken der Erfindung werden in den beiliegenden abhängigen Ansprüchen spezifiziert, deren Inhalt einen integralen Bestandteil der Lehre betreffend der vorliegenden Erfindung bilden.
Eine mögliche Anwendung des Griffelements gemäß der Erfindung betrifft manuell gesteuerte Werkstattwerkzeuge, wie z. B. eine elektrische Schweißpistole von der Art, in der das Gewicht des Werkzeugs durch eine Hebevorrichtung oder eine ähnliche Einrichtung gestützt wird, und der Benutzer muss einfach die Schweißpistole in der Arbeitsposition verschieben, um z. B. elektrische Punktschweißungen auf dem Körper eines motorisierten Fahrzeugs während seiner Online-Produktion durchzuführen. In Anwendungen dieser Art muss die Schweißpistole innerhalb eines vorgegebenen Bereichs in der Nähe des zu schweißenden Stücks aufgestellt werden, und das Griffelement gemäß der Erfindung kann verwendet werden, sowohl um dem Benutzer anzuzeigen, wann das Werkzeug sich außerhalb der richtigen Position befindet und auch, um ein intuitives Signal bereitzustellen, z. B. betreffend der Notwendigkeit, das Werkzeug anzuheben oder abzusenken, um es korrekt zu positionieren.
Eine andere mögliche Anwendung der Erfindung kann man sich für ein Lenkrad eines motorisierten Fahrzeugs vorstellen. In diesem Fall können die haptischen Rückmeldegeneratormodule durch piezoelektrische Schichten gebildet werden, die auf dem Lenkradkranz entlang seiner Umfangsausdehnung angeordnet werden. Die Generatormodule können so gesteuert werden, dass sie ein haptisches Signal erzeugen, das sich entlang des Lenkradkranzes ausbreitet, z. B. um ein Korrekturmanöver für die Lenkposition vorzuschlagen und um darüber hinaus ein Alarmsignal an den Benutzer weiterzuleiten, entsprechend des Auftretens einer gegebenen Gefahrensituation.
Die Charakteristiken und Vorteile der Erfindung werden klarer in der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen herausgestellt, die nur als nicht einschränkende Beispiele bereitgestellt werden, und in denen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht des Griffelementes einer elektrischen Punktschweißpistole ist, die in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
2 eine perspektivische Ansicht der Struktur, die das Griffelement bildet, in einem vergrößerten Maßstab ist;
3 eine perspektivische Ansicht in einem vergrößerten Maßstab und in einem teilweise ausgebauten Zustand eines der Module ist, das einen Teil der Struktur der 1 und 2 bildet;
4, 5 eine Querschnittsansicht und eine Aufsicht ohne obere Bedeckung des Moduls sind;
6 eine perspektivische Explosionsansicht des Moduls ist;
7 und 7a eine perspektivische Ansicht eines Lenkrads eines motorisierten Fahrzeugs, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gemacht wurde, und eines Details des Lenkrads sind;
8 eine weitere perspektivische Ansicht des Lenkrads gemäß der Erfindung ist; und
9 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 als ein Ganzes ein Griffelement einer elektrischen Punktschweißpistole, wobei der Hauptteil davon durch eine Vielzahl von haptischen Rückmeldegeneratormodulen 2 gebildet wird, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gemacht wurden, die in einer Umhüllung aus einem weichen und flexiblen Material eingeschlossen sind.
Mit Bezug auf die 3–6 umfasst jedes der Module einen im Wesentlichen zylindrischen Körper 3, mit ovalem Querschnitt, der z. B. aus einem Plastikmaterial gemacht ist, mit zwei gegenüberliegenden ebenen Seiten 3a, die von einer rechteckigen Öffnung 4 durchquert werden, die einen Metallträger 5, der eine rahmenähnliche Form aufweist, aufnimmt, in den ein piezoelektrischer Stab 6 eingesetzt ist, der zu der Hauptachse des ovalen Querschnittes des Körpers 3 ausgerichtet ist. Der piezoelektrische Stab 6 ist in einem Körper gehäust, der wie ein ovales Ringband geformt ist, wobei die Hauptachse mit der longitudinalen Richtung des Stapels zusammenfällt. Der Körper 7 wird aus einem Element, z. B. aus Metall, bildet, das zwei Enden 7a aufweist, die durch zwei gebogene Abschnitte 7b, 7c verbunden sind, die in außenseitiger Richtung gewölbt sind. Der Abschnitt 7c ist in seinem zentralen Bereich an dem Träger 5 gesichert. Der Abschnitt 7b weist an seinem Zentrum ein Ausschalelement 8 auf, das so ausgelegt ist, dass es mit der inneren Oberfläche von einem der größeren Seiten des Rahmens 5 zusammenwirkt.
Die Zeichnungen zeigen keine Einrichtungen zu elektrischen Versorgung des piezoelektrischen Stabs 6 und der elektronischen Einrichtungen zur Steuerung der Versorgung, die bereitgestellt sind, um den Stab mit einem gepulsten elektrischen Signal zu versorgen mit vorgegebener Frequenz, um so zyklisch eine abwechselnde Verschiebung des Stabs 6 zwischen einem verkürzten Zustand in Ruhe (in 5 gezeigt) und einem ausgedehnten Zustand zu erzeugen. Wenn der Stab 6 von seinem verkürzten Zustand, der in 5 veranschaulicht ist, zu seinem aktivierten längeren Zustand wechselt, versetzt er die zwei gebogenen Zweige 7b, 7c unter Spannung, wodurch ein Zurückziehen des Ausschalungselementes 8 hinsichtlich der Seite des Rahmens 5, die zu ihm zeigt, verursacht wird. Wenn der Stab 6 in seinen kürzeren Zustand zurückkehrt, kehrt der Zweig 7b elastisch in den gezeigten Zustand zurück, so dass das Ausschalungselement 8 einen Druck auf den Rahmen 5 und folglich auf den Körper 3 aus plastischem Material überträgt. Eine kontinuierliche Folge von elektrischen Pulsen, die dem Stab 6 zugeführt werden, bewirkt folglich eine Folge von Anschlägen auf das Element 8 gegen den Rahmen 5, die das haptische Signal bestehend aus einer Vibrationsbewegung des Körpers 3 bestimmen.
Die Anordnung eines piezoelektrischen Stabes 6 mit einem dazu zugeordneten Element zum Verstärken der Verschiebung derselben Art wie das Element 7, das in 5 dargestellt ist, ist an sich, z. B. von Dokument Nr. FR-A-2 740 276 , bekannt.
Um die Vibrationen des Körpers 3 jedes Moduls 2 hinsichtlich der benachbarten Module zu isolieren, sind beide Seiten des Körpers 3 mit einer Platte 9 bedeckt, die z. B. aus Gummi mit Dämpfungscharakteristiken gemacht ist. Aus demselben Grund weist der Körper 3 Durchgangslöcher 10 auf, um zwei Stützstäbe 11 aufzunehmen. Jedoch sind die Stäbe 11 in den Löchern 10 unter Zwischenschaltung von Gummilagern 12 eingelegt.
Mit 130 wird in 1 eine elektronische Steuereinheit zur Steuerung der elektrischen Versorgung zu den haptischen Rückmeldegeneratormodulen 2, die entlang des Griffelements verteilt sind, als Ganzes bezeichnet. Gemäß der Erfindung ist die elektronische Steuereinheit 130 zum Aktivieren der Generatormodule 2 gemäß einer vorgegebenen Abfolge so vorbereitet, um auf dem Griffelement 1 ein haptisches Signal zu erreichen, das an dem Griffelement entlang läuft, z. B. um eine intuitive Information an den Benutzer zu übertragen, betreffend die Notwendigkeit, z. B., das Griffelement anzuheben oder abzusenken, um das Werkzeug, das dem zugeordnet ist, in eine korrekte Position zu bringen. Wie oben bereits Bezug genommen wurde, kann ein Griffelement dieser Art verwendet werden, z. B. in Verbindung mit einer elektrischen Punktschweißpistole, von der Art, in der das Gewicht der Pistole durch eine Hebeeinrichtung oder Ähnliches gestützt wird, und der Benutzer hat nur die Aufgabe, das Griffelement zu greifen und die Pistole in die notwendige Position zur Ausführung des elektrischen Punktschweißens zu verschieben, z. B. auf einem Körper eines motorisierten Fahrzeugs in einer Produktionslinie. Natürlich kann die elektronische Steuereinheit programmiert werden, um dann gleichzeitig alle Module des Griffelementes zu aktivieren, wenn es nötig sein sollte, dem Benutzer das Auftreten einer inkorrekten Betriebsbedingung oder einer Gefahrensituation zu signalisieren.
Die 7 und 8 veranschaulichen die Anwendung der Erfindung auf ein Lenkrad eines motorisierten Fahrzeugs. In diesem Fall wird das Lenkrad 13, das einen Kranz 14 einschließt, mit einer Vielzahl von haptischen Rückmeldegeneratormodulen ausgestattet, die z. B. entlang von Bereichen des Lenkradkranzes verteilt sind, und die nacheinander aktivierbar sind, um dem Benutzer intuitive Information zu übermitteln, betreffend der Notwendigkeit, das Lenkrad in eine gegebene Richtung zu drehen oder die auch gleichzeitig (8) aktivierbar sind, um intuitive Information betreffend das Auftreten einer inkorrekten Betriebsbedingung oder einer Gefahrensituation anzuzeigen.
Gemäß der Erfindung kann das haptische Rückmeldeerzeugungsmittel auch durch eine Aktuatoreinrichtung gebildet werden, die sich von piezoelektrischen Aktuator unterscheidet, z. B. durch Formgedächtnisaktuatoreinrichtungen, die aus Drähten aus Formgedächtnislegierungen gemacht sind, die in dem Körper des Griffelementes eingebettet sind. In diesem Fall können dieselben Drähte verwendet werden, sowohl zum Übertragen eines Vibrationssignals, als auch zum Übertragen eines Signals, bestehend aus einer Änderung einer Form und/oder eines Volumens, als auch zum Übertragen von Wärmeempfindung. All die vorher genannten Effekte können erreicht werden durch Steuerung einer elektrischen Stromversorgung durch die Formgedächtnisdrähte auf eine vorgegebene Weise.
9 der beiliegenden Zeichnungen ist eine schematische Veranschaulichung eines Bei spiels einer Lösung dieser Art, umfassend eine röhrenförmige Matrix 20, die aus einem synthetischen Material gemacht ist, in der eine Anzahl von Formgedächtnisdrähten 21 eingebettet sind. Wie gesagt wurde, können die Drähte bereitgestellt werden, so dass sie gemäß einer ersten Ausführungsart versorgt werden, in der sie einfach eine Änderung der Form und/oder des Volumens des Körpers 20 bestimmen, oder anders gemäß einer zweiten Ausführungsart, in der sie eine Temperaturänderung des Körpers 20 bestimmen, oder gemäß einer dritten Ausführungsart, in der sie auf gepulste Weise versorgt werden, um einen Vibrationseffekt zu erzeugen.
Natürlich können ohne Nachteil für das Prinzip der Erfindung die Details der Konstruktion und der Ausführungsformen weitgehend hinsichtlich dessen, was hier nur in Form von Beispielen beschrieben und gezeigt wurde, abgewandelt werden, ohne dabei vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 7112107 [0001]
- FR 2740276 A [0022]

Claims

Griffelement, das eine Einrichtung zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung umfasst, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die eine Vielzahl von haptischen Rückmeldegeneratormodulen (2) umfasst, die entlang des Griffelements verteilt sind, und eine Einrichtung (130) zur Steuerung der Aktivierung der Module (2) gemäß einer vorgegebenen Abfolge auf solch eine Art, dass ein vorgegebenes haptisches Signal auf dem Griffelement erzeugt wird.
Griffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene haptische Signal von der Art ist, das sich entlang des Griffelements auf solch eine Weise ausbreitet, dass es eine Empfindungsrichtung überträgt.
Griffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Module ein piezoelektrisches Element (6) umfasst, das so ausgelegt ist, dass es ein haptisches Signal vom Vibrationstyp erzeugt.
Griffelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Modul (2) einen Körper (3) mit im wesentlichen zylindrischer Form mit zwei gegenüberliegenden Seiten (3a) aufweist, auf dem ein piezoelektrisches Element (6) sitzt, das mindestens an einem Punkt an dem Körper (3) befestigt ist, so dass sich mechanische Vibrationen des piezoelektrischen Elementes auf das Modul (3) selbst übertragen.
Griffelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (3) mit einem Sitz (4) ausgestattet ist, in das das vorhergenannte piezoelektrische Element eingefügt ist.
Griffelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element auf der Seite, die nicht mit dem Körper (3) verbunden ist, mit einem Gegengewicht ausgestattet ist, um die Vibrationsempfindung auf den Körper (3) zu verstärken, und um mögliche Resonanzfrequenzen zu kontrollieren.
Griffelement nach Anspruch 4, in dem das piezoelektrische Element mit einem Ausschalungselement (8) ausgestattet ist, das mit dem Körper (3) so zusammenwirkt, dass eine gepulste elektrische Versorgung des piezoelektrischen Elementes (6) ab wechselnde Stöße des Ausschalungselements (8) gegen den Körper (3) des Moduls (2) bewirkt, so dass ein Vibrationseffekt auf den Körper (3) vermittelt wird.
Griffelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element an beiden Enden in den Körper (3) eingespannt ist und direkt darauf eine wahrnehmbare Vibration induziert, die dessen Deformation bewirkt.
Griffelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem piezoelektrischen Element ein mechanisches Element (7) verbunden ist, um die Amplitude der Vibration, die auf den Körper (3) übertragen wird, zu verstärken.
Griffelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (3) mit Elementen (9, 12) zur Vibrationsdämpfung ausgestattet ist, die Vibrationen, die darauf erzeugt werden, hinsichtlich benachbarter Module und hinsichtlich der korrespondierenden Trägerstruktur isoliert.
Griffelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente zwei Platten, die aus einem Material zum Dämpfen der Vibration gemacht sind, die die gegenüberliegenden Seiten (3a) des Körpers (3) bedecken, und zwei Röhren (12), die aus einem Dämpfungsmaterial gemacht sind, die in zwei Durchgangslöchern (10) angeordnet sind, die in dem Körper (3) ausgebildet sind und die von zwei Stützstäben (11) des Satzes von Modulen (2) gekreuzt werden, umfassen.
Griffelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (2) übereinandergesetzt sind, wobei deren Seiten (3a) auf parallelen Ebenen liegen.
Griffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Module ein Aktuatorelement (21) umfasst, das so ausgelegt ist, dass es ein haptisches Signal, bestehend aus einer Änderung der Form und/oder des Volumens erzeugt.
Griffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Module ein Aktuatorelement (21) umfasst, das so ausgelegt ist, ein haptisches Signal, bestehend aus einer Übertragung von Wärme zu erzeugen.
Griffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Module ein Element umfasst, das von einer Formgedächtnismetalllegierung (21) gebildet wird, und wobei elektronische Einrichtungen vorgesehen sind zur Steuerung einer Versorgung der Formgedächtniselemente (21) mit elektrischen Strom, um sie zu veranlas sen, eine Übergangstemperatur zu überschreiten, bei der sie einer Formänderung unterlaufen.
Griffelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Einrichtungen zur elektrischen Versorgung der Formgedächtnisdrähte (21) programmiert sind, gemäß einer ersten Ausführungsart zu arbeiten, in der die Formgedächtniselemente (21) eine Variation der Form und/oder des Volumens des vorher genannten Griffelementes zu bestimmen, oder anders gemäß einer zweiten Ausführungsart, in der die Formgedächtniselemente (21) eine merkliche Veränderung der Temperatur des vorher genannten Griffelements verursachen, oder anders gemäß einer dritten Ausführungsart, in der die Formgedächtniselemente (21) eine Vibrationsbewegung auf die Matrix (20) ausüben.
Griffelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtniselemente Formgedächtnisdrähte sind, die in einer Matrix aus synthetischem Material in Form eines röhrenförmigen Körpers eingebettet sind, die einen Griffträger bedecken.
Griffelement nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zu einer elektrischen Punktschweißpistole gehört.
Griffelement nach irgendeinem der Ansprüche 1–3 und 13–17, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest teilweise einen Teil eines Lenkradkranzes bildet.