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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Gliederpuppe, insbesondere in Form eines menschlichen Körpers nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Gliederpuppen werden
zur Präsentation
von Bekleidung und Accessoires in Schaufenstern und Auslagen beispielsweise
in Warenhäusern
eingesetzt.
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Die wachsende Produktvielfalt bei
gleichzeitiger Verkürzung
des Produktlebenszyklus der Produkte der Modebrache einerseits und
der stetig wachsende Kostendruck andererseits stellt eine große Herausforderung
für Hersteller
und Verkäufer
gleichermaßen
dar. Mit einer verbesserten Präsentation der
Produkte im Verkauf können
potentielle Käufer effektiver
angesprochen und zu einem Kauf der Ware motiviert werden. Der Entwicklung
neuer Präsentationsmittel
in der Modebranche kommt daher eine sehr große Bedeutung zu.
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Bekannt sind zunächst einfache Schaufensterpuppen,
insbesondere in Form eines menschlichen Körpers, deren Körperhaltung
unveränderbar vorgegeben
ist. Nachteilig ist, dass derartige Schaufensterpuppen während der
Präsentation
starr in der vorgegebenen Körperhaltung
verharren. Somit muss für
jede gewünschte
Körperhaltung
jeweils eine Schaufensterpuppe vorgehalten werden.
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Weiterhin sind Gliederpuppen, insbesondere in
Form eines menschlichen Körpers,
bekannt, deren Körperhaltung
zumindest während
des Auf- und Umbaus einer Schaufensterauslage von Hand veränderbar
ist. Nachteilig bei der Verwendung derartiger Gliederpuppen ist,
dass auch diese während
der Präsentation
starr in der zuvor eingestellten Körperhaltung verharren.
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Bekannt sind nun Gliederpuppen, insbesondere
in Form eines menschlichen Körpers,
deren Körperhaltung
durch angetriebene bewegliche Glieder während der Präsentation
laufend veränderbar sind.
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Dabei weisen insbesondere die Antriebe
der beweglichen Glieder Nachteile auf. Servomotore und Schrittmotore
besitzen jeweils ein hohes Eigengewicht und sind nur mit einer aufwendigen
Steuerungselektronik verwendbar. Auch Pneumatikzylinder müssen aufwendig
angesteuert werden. Zudem stellt die Bereitstellung pneumatischer
Energie weitere technische Anforderungen. Der Einsatz von Linearmotoren
erfordert seinerseits aufwendige Steuerelektronik und zeichnet sich
durch hohe Kosten nachteilig aus. Gliederpuppen mit derartigen Antriebselementen
sind teuer und neigen auf Grund deren hohen Eigengewichtes zu starken
Eigenschwingungen.
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Mit der
US 6,459,227 B2 ist nun
eine Gliederpuppe vorgestellt, deren Glieder von sogenannten Servos
angetrieben werden. Das Servo ist eine sehr kompakte Antriebseinheit
und umfasst einen Motor, ein Getriebe und eine entsprechende Steuerelektronik.
Der Antrieb des Servos realisiert an seiner Abtriebswelle einen
Drehwinkel von ±90°. Die Gliederpuppe
besitzt mehrere Glieder, die untereinander jeweils über mindestens
ein Drehgelenk oder mindestens ein Scharniergelenk verbunden sind,
wobei jedes dieser Gelenke mit einem Servo antreibbar ausgeführt ist.
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Zwei Gliedelemente eines Gliedes
einer Gliederpuppe sind koaxial zueinander ausgerichtet und gelenkig
mittels eines Gelenkverbinders verbunden. Sowohl das erste Gliedelement
als auch das zweite Gliedelement verfügt jeweils über einen fest mit dem jeweiligen
Gliedelement verbundenen Servo. Die Abtriebszapfen der Servos sind
jeweils drehfest mit dem Gelenkverbinder verbunden. Dabei realisiert
der eine Servo eine koaxiale Drehbewegung und der andere Servo eine
Schwenkbewegung des einen Gliedelementes zu dem anderen Gliedelement des
Gliedes der Gliederpuppe.
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Nachteilig bei den als Scharniergelenken ausgelegten
Gelenken ist, dass alle auftretenden statischen und dynamischen
Kräfte
direkt sowohl in den Gelenkausleger als auch in die Abtriebswelle
des Servos eingehen. Nachteilig bei den als Drehgelenken ausge legten
Gelenken ist, dass der Drehimpuls der Abtriebswelle der Servos direkt
auf das jeweilige Gliedelement eines Gliedes übertragen wird. Dies betrifft
alle radialen Drehgelenke der Gliederpuppe. Als besonders nachteilig
ergeben sich ein hoher Verschleiß der Gelenke. Die Folge sind
instabile Glieder der Gliederpuppe und ein unharmonischer Bewegungsablauf.
Durch die direkte Verbindung von Servo und Glied gibt es keine Möglichkeit
zur variablen Gestaltung des Bewegungs- und Kräfteverlaufs während der
Bewegung der Glieder.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zu Grunde, eine gattungsmäßige Gliederpuppe,
insbesondere in Form eines menschlichen Körpers zu entwickeln, so dass
die beweglichen Glieder der Gliederpuppe bei größerer Belastbarkeit eine höhere Standzeit
aufweisen und einen geschmeidigen Bewegungsablauf realisieren.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Zweckdienliche Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteranspruchen
2 bis 6.
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Die erfindungsgemäße Gliederpuppe, insbesondere
in Form eines menschlichen Körpers
beseitigt die genannten Nachteile des Standes der Technik. Vorteilhaft
bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Gliederpuppe ist es, dass
das Servo mit einem ersten Gliedelement drehfest und mit dem zweiten
Gliedelement über
eine Steckachse drehbar verbunden ist, wobei die Drehkraftübertragung über ein Riemengetriebe
erfolgt und die axiale Ausrichtung der Abtriebswelle des Servos
parallel zur Drehmomentachse liegt, da so ein Großteil der
auftretenden dynamischen Kräfte
und der Gewichtskräfte
durch die Steckachsen aufgenommen wird. Das hat auch den Vorteil,
dass sich die Stabilität
der Gliederpuppe erhöht
und die Belastung und der Verschleiß der Abtriebswelle der Servos
deutlich gesenkt wird.
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Vorteilhaft ist auch die Verwendung
der Steckachsen, da dadurch stabile und spielarme Lagerungen der
Gliedelemente und damit aller drehbaren Teile erreicht werden, womit sich
fließende
Bewegungsabläufe
realisieren lassen, die einer lebensechten Animation sehr nah kommen.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn das
Riemengetriebe aus einer ersten Riemenscheibe, einer zweiten Riemenscheibe
und aus einem, über
die Riemenscheiben umlaufenden Riemen besteht, wobei die erste Riemenscheibe
koaxial und drehfest mit der Abtriebswelle eines Servos des ersten
Gliedelementes sowie die zweite Riemenscheibe koaxial und drehfest
mit der Steckachse verbunden ist, da die Kraftübertragung durch Veränderung
des Verhältnisses
der Riemenscheibendurchmesser variiert werden kann, wodurch sich
der Gestaltungsspielraum der Animation vergrößern lässt.
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Weiterhin ist von Vorteil, dass die
Steckachse drehfest mit dem ersten Gliedelement und drehbar mit
dem zweiten Gliedelement verbunden ist, da so ein Anteil der dynamischen
Kräfte
und der Gewichtskräfte
durch die Steckachse aufgenommen und damit das Servo entlastet wird.
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Auch ist es von Vorteil, dass die
axiale Ausrichtung der Abtriebswelle des Servos beim Drehgelenk
parallel und beim Scharniergelenk im rechten Winkel zur Längsachse
des Gliedelementes ist, da nur so eine optimale Kraftübertragung
realisiert werden kann und ansonsten notwendige, zusätzliche Getriebe
eingespart und die Kosten gering gehalten werden können.
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Auch ist es von Vorteil, dass beim
Scharniergelenk die Kraftübertragung
auch über
ein Hebelsystem erfolgen kann, womit große Kräfte übertragen und dadurch Lasten
z.B. an dem Armglied der Gliederpuppe angehängt werden können. Dadurch
erhöht
sich die Gestaltungsvielfalt einer Animation mit dieser Gliederpuppe,
in dem z.B. ein Koffer an dem Armglied befestigt wird, der dann
den Bewegungsablauf der Gliederpuppe mitläuft.
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Mit dem weiteren Vorteil, dass das
Scharniergelenk eben und viergelenkig ausgeführt ist und sich zwischen einem
Hebel und einer Verbindungsstange eine weitere Steckachse befindet
und dass der Hebel und/oder die Verbindungsstange in seiner Länge verstellbar
ist und dadurch die Kraftübertragung
sowie der Radius des Bewegungsweges ebenfalls variiert werden kann,
ergeben sich noch vielfältigere
Anwendungsmöglichkeiten
der Gliederpuppe.
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Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden.
Dazu zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Gliederpuppe, deren Glieder mittels
Scharnier- und Drehgelenken beweglich ausgeführt sind,
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2 eine
schematische Darstellung eines Scharniergelenks in einer ersten
Ausführungsform
in einer Seitenansicht,
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3 eine
schematische Darstellung des Scharniergelenks der 2 in einer Draufsicht,
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4 eine
schematische Darstellung eines Scharniergelenks in einer zweiten
Ausführungsform in
einer Seitenansicht,
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5 eine
schematische Darstellung eines Drehgelenks in einer Vorderansicht,
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6 eine
schematische Darstellung des Drehgelenks aus 5 in einer Seitenansicht,
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7 ein
Schaubild zur Darstellung des Informationsflusses zur Ansteuerung
der Antriebseinheiten der Gelenke der Glieder der Gliederpuppe.
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Die erfindungsgemäße Gliederpuppe, insbesondere
in Form eines menschlichen Körpers
besteht gemäß 1 aus einem Gerüst 1 und
einem Kopf 2. Das Gerüst 1 ist
in vereinfachender Weise dem menschlichen Knochengerüst nachgebildet
und weist ein vertikal angeordnetes Rückgrat 3 auf an dem
ein Schulterausleger 4 und ein Hüftausleger 5 jeweils
horizontal angebracht sind. Der Schulterausleger 4 ist
dabei etwa in Höhe
der Schulter und der Hüftausleger 5 etwa
in Höhe
der Hüfte
der Gliederpuppe angeordnet. An den äußeren Enden des Schulterauslegers 4 sind
jeweils ein rechtes Armglied 6 und ein linkes Armglied 6' befestigt.
An den äußeren Enden
des Hüftauslegers 5 sind
jeweils ein rechtes Beinglied 7 und ein linkes Beinglied 7' angebracht.
Dabei sind sowohl der Schulterausleger 4, der Hüftausleger 5,
die Armglieder 6, 6' als
auch die Bein glieder 7, 7' in weitere Gliedelemente unterteilt. Die
Gliedelemente der Armglieder 6, 6' sind mittels Drehgelenken 8 und
Scharniergelenken 9 zueinander bewegbar ausgeführt. Die
Gliedelemente der Beinglieder 7, 7' sind ihrerseits mittels Drehgelenken 8 zueinander
bewegbar ausgeführt.
Sowohl oberhalb als auch unterhalb des Schulterauslegers 4 besitzt das
Rückgrat 3 seinerseits
mehrere Drehgelenke 8 und Scharniergelenke 9.
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Das Gerüst 1 der Gliederpuppe
ist mit einer nicht dargestellten, einen menschlichen Körper nachbildenden
Hülle umgeben.
Die Größe des Gerüstes 1 und
das Erscheinungsbild des Kopfes 2 und der Hülle sind
entsprechend individueller Erfordernisse auslegbar.
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In 2 und 3 ist ein Scharniergelenk 9 in
einer ersten Ausführungsform
dargestellt. Dabei sind weitere Scharniergelenke 9 in gleicher
Weise aufgebaut, so dass auf deren Darstellung und Erläuterung verzichtet
wird. In dem Bereich des Scharniergelenkes 9 ist beispielsweise
das Armglied 6 in ein erstes Gliedelement 10 und
ein zweites Gliedelement 10' geteilt,
die zueinander schwenkbar ausgeführt
sind. Die Enden der Gliedelemente 10, 10' sind dazu mittels
einer Steckachse 11 und um diese drehbar miteinander verbunden.
Auf dem ersten Gliedelement 10 ist ein Servo 12 befestigt.
Das Servo 12 ist mittels nicht dargestellter elektrischer
Leitungen mit Daten und Energie versorgbar. Auf einer Abtriebswelle 13 des
Servos 12 ist eine erste Riemenscheibe 14 drehfest
befestigt. Die Steckachse 11 ist drehfest mit dem zweiten
Gliedelement 10' und
mit der zweite Riemenscheibe 14' verbunden. Auf beiden Riemenscheiben 14, 14' ist umlaufend
ein Riemen 15 angeordnet. Die Winkelgeschwindigkeit der
Abtriebswelle 13 des Servos 12 ist dabei auf die
Winkelgeschwindigkeit des Armgliedelementes 10' um die Steckachse 11 abgestimmt
und wird durch das Verhältnis
der Durchmesser der Riemenscheiben 14, 14' zueinander
maßgeblich
beeinflusst. Anstelle einer Übertragung
mittels der Riemenscheiben 14, 14' und des Riemens 15 ist auch
eine Übertragung
mittels Zahnrädern,
Zahnriemen oder Ketten vorstellbar.
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In 4 ist
das Scharniergelenk 9 in einer zweiten Ausführungsform
wiederum beispielhaft an dem Armglied 6 dargestellt. Das
Armglied 6 ist dazu wieder in zwei Gliedelemente 10, 10' geteilt. Diese sind
gleichfalls schwenkbar zueinander ausgeführt und dazu mittels der Steckachse 11 verbunden.
Auf dem ersten Gliedelement 10 ist mittels eines Halteelementes 16 das
Servo 12 befestigt. Das Servo 12 ist wiederum
mittels nicht dargestellter elektrischer Leitungen mit Daten und
Energie versorgbar. Auf der Abtriebswelle 13 des Servos 12 ist
ein Hebel 17 mit einem Ende zur Übertragung des Drehmomentes des
Servos 12 drehfest angebracht. Das andere Ende des Hebels 17 ist
mittels einer Steckachse 18 an einem Ende einer Verbindungsstange 19 drehbar befestigt,
wobei das andere Ende der Verbindungsstange 19 wiederum
mittels einer Steckachse 20 drehbar mit einem Halteelement 21 verbunden
ist, das auf dem zweiten Gliedelement 10' befestigt ist. Sowohl die Länge des
Hebels 17, als auch die der Verbindungsstange 19,
ist in Grenzen veränderbar ausgeführt. Mittels
dem Hebel 17 und der Verbindungsstange 19 lässt sich
die Drehbewegung der Abtriebswelle 13 des Servos 12 auf
dem ersten Gliedelement 10 in eine Schwenkbewegung des
zweiten Armgliedelementes 10' um
den Drehpunkt der Steckachse 11 übertragen. Die Achsenabstände zwischen der
Abtriebswelle 13 des Servos 12 und der Steckachse 18,
zwischen den Steckachsen 18 und 20, zwischen der
Steckachse 20 und 11 sowie zwischen der Steckachse 11 und
der Abtriebswelle 13 des Servos 12 bilden ein
Viergelenkgetriebe. Dabei ist die Winkelgeschwindigkeit der Abtriebswelle 13 des
Servos 12 auf die Winkelgeschwindigkeit des zweiten Gliedelementes 10' um die Steckachse 11 abgestimmt
und wird durch die Verhältnisse
dieser Abstände
zueinander maßgeblich
bestimmt.
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In den 5 und 6 ist exemplarisch eines der
Drehgelenke 8 beispielsweise an dem Armglied 6 dargestellt.
Dabei sind weitere Drehgelenke 8 in gleicher Weise aufgebaut,
so dass auf deren Darstellung und Erläuterung verzichtet wird.
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In dem Bereich des Drehgelenkes 8 ist
das Armglied 6 wiederum in das erste Gliedelement 10 und
das zweite Gliedelement 10' geteilt
und drehbar zueinander ausgeführt.
Die Enden der Gliedelemente 10, 10' sind dazu koaxial zueinander ausgerichtet. Dabei weist
das Ende des zweiten Gliedelementes 10' gegenüber dem ersten Gliedelement 10 einen kleineren
Durchmesser auf, der damit die Steckachse 22 bildet. Diese
Steckachse 22 dient als Träger einer äußeren Wälzlagerung 23 und
ragt mitsamt der Wälzlagerung 23 in
das entsprechend röhrenförmig gestaltete
Ende des ersten Gliedelementes 10 hinein. Anstelle der
Wälzlagerung 23 könnte auch
eine Gleitlagerung vorgesehen sein. Auf dem ersten Armgliedelement 10 ist
mittels eines Halteelementes 16' das Servo 12 befestigt.
Das Servo 12 ist wieder mittels nicht dargestellter elektrischer
Leitungen mit Daten und Energie versorgbar. Auf der Abtriebswelle 13 des
Servos 12 ist eine erste Riemenscheibe 14 zur Übertragung
des Drehmomentes des Servos 12 drehfest befestigt. Das
zweite Gliedelement 10' verfügt seinerseits über eine
zentrisch angeordnete zweite Riemenscheibe 14', die ihrerseits
drehfest mit dem zweiten Gliedelement 10' verbunden ist. Die Riemenscheihen 14, 14' sind dabei
so zueinander ausgerichtet, dass der Umlauf eines Riemens 15 zur Übertragung
der Drehbewegung der Abtriebswelle 13 des Servos 12 des
ersten Gliedelementes 10 auf das zweite Gliedelement 10' gewährleistet
ist. Die Winkelgeschwindigkeit der Abtriebswelle 13 des
Servos 12 ist auf die Winkelgeschwindigkeit des Armgliedelementes 10' abgestimmt
und wird durch das Verhältnis
der Durchmesser der Riemenscheiben 14, 14' zueinander
maßgeblich
beeinflusst. Anstelle einer Übertragung
mittels der Riemenscheiben 14, 14' und des Riemens 15 ist
auch hier eine Übertragung
mittels Zahnrädern,
Zahnriemen oder Ketten vorstellbar.
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Das in 7 dargestellte
Schema zeigt, dass ein, mittels einer auf einem Personalcomputer installierten
Software, vorprogrammierter Bewegungsablauf mittels eines Datenübertragungselementes
auf eine Datenverarbeitungseinheit, die auf der Gliederpuppe installiert
ist, übertragbar
ist. Die Datenverarbeitungseinheit der Gliederpuppe besitzt einen
Programmspeicher zur Speicherung der vorprogrammierten Bewegungsabläufe, einen
Mikroprozessor als Controller zur Steuerung jedes der Servos 1...n der
zugeordneten Drehgelenke 10 oder Scharniergelenke 11 der
Glieder der Gliederpuppe. Die Steuerung der Servos 12 ist
entsprechend des vorprogrammierten Bewegungsablaufs auf die Realisierung
einer weichen fließenden
Bewegung der Glieder der Gliederpuppe als eine lebensechte Animation ausgelegt.
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Die Handhabung der Gliederpuppe,
insbesondere in Form eines menschlichen Körpers soll nun anhand einer
Funktionsbeschreibung erläutert werden.
Dazu ist von einer nicht dargestellten Person ein Bewegungsablauf
auf einem Personalcomputer vorprogrammiert worden und danach beispielsweise per
Datenkabel oder per Datenfernübertragung
von dem Personalcomputer auf die Datenverarbeitungseinheit der Gliederpuppe überspielt
worden. Die nicht dargestellte Person startet nun den in dem Programmspeicher
der Datenverarbeitungseinheit der Gliederpuppe zwischengespeicherten
vorprogrammierten Bewegungsablauf. Dabei erfolgt die Versorgung
jedes der Servos 12 mit den entsprechenden Steuerbefehlen
mittels des Mikroprozessorcontrollers. Die von den einzelnen Servos 12 umgesetzten Steuerbefehle
werden jeweils entweder mittels der entsprechenden Drehgelenke 8 oder
der entsprechenden Scharniergelenke 9 auf die Gliedelemente der
Armglieder 6, 6',
der Beinglieder 7, 7' und des Rückgrats 3 der Gliederpuppe übertragen.
Die simultane Ansteuerung erzeugt dabei in ihrer Umsetzung einen
fließenden
Bewegungsablauf der Gliederpuppe.
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- 1
- Gerüst
- 2
- Kopf
- 3
- Rückgrat
- 4
- Schulterausleger
- 5
- Hüftausleger
- 6,
6'
- Armglied
- 7,
7'
- Beinglied
- 8
- Drehgelenk
- 9
- Scharniergelenk
- 10,
10'
- Gliedelement
- 11
- Steckachse
- 12
- Servo
- 13
- Abtriebswelle
des Servos
- 14,
14'
- Riemenscheibe
- 15
- Riemen
- 16,
16'
- Halteelement
- 17
- Hebel
- 18
- Steckachse
- 19
- Verbindungsstange
- 20
- Steckachse
- 21
- Halteelement
- 22
- Steckachse
- 23
- Wälzlagerung