EP1430283A2 - Combined position and torque sensor - Google Patents

Combined position and torque sensor

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Publication number
EP1430283A2
EP1430283A2 EP02774626A EP02774626A EP1430283A2 EP 1430283 A2 EP1430283 A2 EP 1430283A2 EP 02774626 A EP02774626 A EP 02774626A EP 02774626 A EP02774626 A EP 02774626A EP 1430283 A2 EP1430283 A2 EP 1430283A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
input device
force
sensor
torque sensor
dimensional position
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02774626A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Bernd Gombert
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3DConnexion GmbH
Original Assignee
3DConnexion GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by 3DConnexion GmbH filed Critical 3DConnexion GmbH
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Publication of EP1430283A2 publication Critical patent/EP1430283A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03547—Touch pads, in which fingers can move on a surface
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F3/03543—Mice or pucks
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    • G06F3/03549—Trackballs

Definitions

  • the present invention relates to an input device in which a position sensor is combined with a force / torque sensor.
  • the general background of the present invention is the control of real or virtual objects, such as computers, electronic or electrical devices, the control signals being triggered by position sensors or force / torque sensors.
  • a position sensor is a device that detects the position and / or the relative movement of the device with respect to a reference point.
  • a force / torque sensor is a device that detects and evaluates the forces and torques acting on a control panel of the force / torque sensor.
  • Input devices with position sensors which generate control signals for virtual or real objects depending on the position of the input device and more precisely depending on the relative movement of the input device with respect to a base or a support are known from the prior art. They allow intuitive and interactive control, for example of a cursor on a screen surface. Examples of such position input devices are the computer mouse, the touchpad and the trackball. The computer mouse is the most widely used input device. The basic features of this include the housing with a flat base and a structure that allows operation with one hand, one or more buttons on the top, a device for detecting the movement on the bottom and a cable or an air interface Data transfer to a computer. With such position input devices, the detection of the movement with respect to the base or with respect to a carrier, for example
  • the so-called touchpad is a flat rectangular tablet that uses touch-sensitive sensors to track the position of a device on the tablet surface.
  • the so-called trackball consists of a ball that is supported on two rollers. The rollers are arranged at right angles to each other and convert a movement the ball in vertical and horizontal movements on the screen usually it has one or more buttons to trigger other actions
  • the input devices mentioned are well suited for position control.
  • the path is not a measure of an applied force.Therefore, forces applied to the device cannot be recorded. Even less initiated torques can be recorded, since a rotation of the input device usually does not lead to any control signal.
  • force / torque sensors are known from the prior art, which provide output signals with respect to a force / torque vector acting on them and thus output signals with respect to different degrees of freedom.They allow intuitive control of real and virtual objects in up to 6 degrees of freedom (e.g. three translational ones and three rotary degrees of freedom) Switches, rotary knobs etc. are provided, which are permanently assigned to the force / torque sensor.
  • DE 199 52 560 AI discloses a method for adjusting and / or adjusting a seat of a motor vehicle using a multifunctional, manually operated input device with a force / moment sensor. Such a force / torque sensor is shown in FIG. 6 of DE 199 52 560 AI. To this extent, reference is made to this figure and the associated description for DE 199 52 560 AI with regard to the technical details of such a sensor.
  • DE 199 52 560 AI points out the input device has a user interface on which a number of areas are provided for inputting at least one pressure pulse. The input device has a device for evaluating and recognizing a pressure pulse detected by means of the force-Z torque sensor and converted into a force and moment vector pair.
  • the selected device can then be controlled linearly by means of an analog signal from the force-Z torque sensor.
  • the selection of a function and the subsequent control are thus separated into two separate processes
  • an object-specific control operation and a technical function can be activated by switching to an activation state is triggered or ended again by switching to a deactivation state
  • the known force / torque sensors have an operating part which is movably mounted in three axes with respect to a base part, for example by means of springs or the like.
  • the range of motion in each axis is usually limited to a few millimeters.
  • the object of the present invention is to propose an input device for controlling real or virtual objects which avoids the disadvantages mentioned above
  • position and force Z torque sensor is integrated in one device. This makes it possible, for example, to move to a specific position with the position sensor and then to output force and / or torque-dependent control signals there
  • the input device for controlling virtual and / or real objects has a two-dimensional position sensor and a force / torque sensor which detects the forces and torques acting on an operating part of the force / moment sensor two-dimensional position sensor and Z or the force Z torque sensor
  • the two-dimensional position sensor built into the input device detects the position of the input device with respect to the base by means of a device for detecting the direction of movement (usually a sphere)
  • the position can be detected optically
  • a curved configuration of the housing of the input device is particularly advantageous.
  • the device has two support surfaces with which it rests on a support during operation.
  • the two-dimensional position sensor is integrated in one of these support surfaces.
  • the control unit of the force / moment sensor is attached to the underside of the arc-shaped housing of the input device.
  • the force / moment sensor can therefore only be manipulated with the fingertips of the user's hand, thereby avoiding excessive stress on the force / moment sensor
  • the palm of the user can rest comfortably on the housing.
  • the input device can have the shape of a conventional computer mouse or be round or oval.
  • the force / moment sensor is integrated on the top and the position sensor on the bottom , optomechanical or mechanical way
  • the force / torque sensor can alternatively be integrated on the side
  • a force-Z torque sensor can be docked on the top or side.
  • the position sensor and force-Z torque sensor form a physical unit in this state, the assembled device can be operated with one hand
  • the two-dimensional position sensor is integrated in the top of the control panel of the force torque sensor
  • the two-dimensional position sensor can be implemented either with a touchpad or with a spherical element. If a touchpad is used, moving and moving the finger on the pad records and evaluates the two-dimensional position information. In the case of the spherical element (trackball), its rotation is detected Regarding the control panel of the force-Z torque sensor recorded and used as two-dimensional position information
  • control unit of the force-Z torque sensor can move freely on the two-dimensional position sensor.
  • the two-dimensional position sensor is implemented by a touchpad. The movement of the control unit of the force-Z torque sensor on the touchpad is recorded and used as two-dimensional position information
  • FIG. 1 shows an input device according to the invention, in which a position sensor is integrated in the support surface and the force
  • FIG. 2 shows an input device in the form of a conventional computer mouse
  • FIG. 3 shows a further input device which has the form of a conventional computer mouse
  • FIG. 4 shows an input device in which the position sensor is integrated in the upper side of the operating part of the force / torque sensor
  • the housing of the input device 4 is essentially arc-shaped.As a result, the input device 4 has two support surfaces 7, 8 with which it rests on a base 6. On the underside of one of these support surfaces, in the case shown, the support surface 7 , a two-dimensional position sensor 1 is integrated. It detects relative movements and thus the position of the input device 4 with respect to the base 6. This detection can take place optically, optomechanically or mechanically
  • the force-torque sensor 2 is attached to the underside 9 of the arcuate input device 4. It has an operating part 5 which is movably mounted in several axes with respect to the housing of the input device 4. This special, protected attachment of the operating part 5 is only possible with the fingertips can be manipulated by the hand of the user, whereby mechanical overloading can advantageously be avoided.
  • Force-Z torque sensors pose a risk that they can be moved as far as the stop by placing the palm of the hand on the hand and are therefore no longer operable
  • the force-torque sensor 2 detects the effects of forces and torques on the control unit 5 by means of the relative movement of the control unit 4 in three axes relative to the housing of the input device 4. While using the input device 4, the palm of the user can comfortably be on the top 3 of the housing of the input device 4 rest
  • control signals of the position sensor 1 and the force / torque sensor 2 can be passed on to a computer, electronic or electrical device by means of a cable 11 or an air interface (IR, electromagnetic such as according to the Bluetooth standard, etc.)
  • the input device 4 has the shape of a conventional computer mouse.
  • the force / torque sensor 2 is attached to the top of the housing of a conventional computer mouse Control printing, pulling or rotating While using the input device 4, the palm of the user can rest comfortably on the housing 3
  • FIG. 3 shows a modification of the exemplary embodiment from FIG. 2 in such a way that the Kradt torque sensor 2 is arranged on the front side of the housing of a computer mouse 3, which in turn has the advantage that it is manipulated with the fingertips during normal handling of the computer mouse
  • the two-dimensional position sensor 1 is integrated in the control element 5 of the force-Z torque sensor 2.
  • the two-dimensional position sensor 1 can either be implemented by means of a touchpad or, as shown, by a trackball 10.
  • the position control signals are thus generated in the operating part 5 of the force-Z torque sensor and forwarded to the base part 12 of the force-Z torque sensor
  • the two-dimensional position sensor 2 can be connected to the force-moment sensor 2 and more precisely to the base part 12 of the force-moment sensor 2 to form a physical unit by means of a releasable connection, which is schematically designated by 13

Abstract

The invention concerns an input apparatus (4) for controlling computers or electronic or electrical appliances including a two-dimensional position sensor (1) and a force/torque sensor (2) detecting, on a server element (5) of the force/torque sensor (2), the effective rotating forces and torque. By manual manipulation of the input apparatus (4), control signals can be triggered by the two-dimensional position sensor (1) and/or the force/torque sensor.

Description

Kombinierter Positions-/Kraftmomentensensor Combined position / torque sensor
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Eingabegerät, in dem ein Positionssensor mit einem Kraft-/Momentensensor kombiniert ist.The present invention relates to an input device in which a position sensor is combined with a force / torque sensor.
Der generelle Hintergrund der vorliegenden Erfindung ist das Ansteuern von realen oder virtuellen Objekten, wie bspw. von Computern, elektronischen oder elektrischen Geräten, wobei die Ansteuersignale durch Positionssensoren oder Kraft-/Momentsensoren ausgelöst werden. Ein Positionssensor ist ein Gerät, das die Lage und/oder die Relativbewegung des Geräts bezüglich eines Bezugspunktes erfasst. Ein Kraft- /Momentensensor ist ein Gerät, das die auf ein Bedienteil des Kraft-tMomentensensors einwirkende Kräfte und Drehmomente erfasst und auswertet.The general background of the present invention is the control of real or virtual objects, such as computers, electronic or electrical devices, the control signals being triggered by position sensors or force / torque sensors. A position sensor is a device that detects the position and / or the relative movement of the device with respect to a reference point. A force / torque sensor is a device that detects and evaluates the forces and torques acting on a control panel of the force / torque sensor.
Da gemäß der Erfindung auf die bei Positionssensoren und Kraft- Momentensensoren grundsätzlich bekannte Technologie zurückgegriffen wird, soll im Folgenden kurz der Stand der Technik bzgl. Positions- und Kraft-/Momentensensoren erläutert werden.Since the technology known in principle for position sensors and force / moment sensors is used according to the invention, the state of the art with regard to position and force / moment sensors is briefly explained below.
Eingabegeräte mit Positionssensoren, die Ansteuersignale für virtuelle oder reale Objekte abhängig von der Position des Eingabegeräts und genauer gesagt abhängig von der Relativbewegung des Eingabegeräts gegenüber einer Unterlage oder einem Träger erzeugen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie erlauben eine intuitive und interaktive Kontrolle bspw. eines Cursors auf einer Bildschirmoberfläche. Beispiele für derartige Positionseingabegeräte sind die Computermaus, das Touchpad und der Trackball. Die Computermaus ist das am weitesten verbreitete Eingabegerät. Zu den grundlegenden Merkmalen von dieser gehören das Gehäuse mit einer planen Grundfläche und einem Aufbau, der die Bedienung mit einer Hand gestattet, ein oder mehrere Knöpfe auf der Oberseite, eine Einrichtung zum Erfassen der Bewegung an der Unterseite sowie ein Kabel bzw. eine Luftschnittstelle zur Datenübertragung zu einem Computer. Bei solchen Positionseingabegeraten kann das Erfassen der Bewegung bezüglich der Unterlage bzw bezuglich eines Tragers bspwInput devices with position sensors which generate control signals for virtual or real objects depending on the position of the input device and more precisely depending on the relative movement of the input device with respect to a base or a support are known from the prior art. They allow intuitive and interactive control, for example of a cursor on a screen surface. Examples of such position input devices are the computer mouse, the touchpad and the trackball. The computer mouse is the most widely used input device. The basic features of this include the housing with a flat base and a structure that allows operation with one hand, one or more buttons on the top, a device for detecting the movement on the bottom and a cable or an air interface Data transfer to a computer. With such position input devices, the detection of the movement with respect to the base or with respect to a carrier, for example
- mechanisch (hier wird bspw die Bewegung einer Kugel an der Unterseite in Richtungs- signale übersetzt),- mechanical (here, for example, the movement of a ball on the underside is translated into direction signals),
- optisch (hier wird die Bewegungserkennung mit Hilfe eines LED - Paares und einer speziellen Mausunterlage mit reflektierendem Gittermuster realisiert) und- optically (here the motion detection is realized with the help of an LED pair and a special mouse pad with reflective grid pattern) and
- optomechanisch (es werden optische, zwei LED - Paare mit entsprechenden Sensoren, und mechanische Mittel, drehbare Lochscheibe, kombiniert ) erfolgen- Optomechanical (optical, two LED pairs with corresponding sensors, and mechanical means, rotatable perforated disc, combined)
Das sogenannte Touchpad ist ein flaches rechteckiges Tablett, welches beruhrungsempfindhche Sensoren verwendet, um die Lage eines Gerätes auf der Tablettoberflache zu verfolgen Der sogenannte Trackball besteht aus einer Kugel, die auf zwei Rollen gelagert ist Die Rollen sind im rechten Winkel zueinander angeordnet und Wandeln eine Bewegung der Kugel in vertikale und horizontale Bewegungen auf dem Bildschirm um In der Regel verfugt er über eine oder mehrere Tasten zum Auslosen anderer AktionenThe so-called touchpad is a flat rectangular tablet that uses touch-sensitive sensors to track the position of a device on the tablet surface. The so-called trackball consists of a ball that is supported on two rollers. The rollers are arranged at right angles to each other and convert a movement the ball in vertical and horizontal movements on the screen usually it has one or more buttons to trigger other actions
Allgemein sind die genannten Eingabegerate gut zur Positionssteuerung geeignet. Da indessen allgemein eine linear ansteigende Ruckstellkraft fehlt, stellt der Weg kein Maß für eine eingeleitete Kraft dar Somit können auf das Gerat eingeleitete Kräfte nicht erfasst werden Noch weniger können eingeleitete Drehmomente erfasst werden, da eine Drehung des Eingabegeräts üblicherweise zu keinerlei Ansteuersignal führt. Darüber hinaus fehlt naturlich auch ein Ruckstell-Drehmoment, das das Eingabegerat wieder in eine Nullage zurückkehren lasstIn general, the input devices mentioned are well suited for position control. However, since there is generally no linearly increasing restoring force, the path is not a measure of an applied force.Therefore, forces applied to the device cannot be recorded. Even less initiated torques can be recorded, since a rotation of the input device usually does not lead to any control signal. In addition, of course, there is also no restoring torque, which allows the input device to return to a zero position
Andererseits sind Kraft-/Momentensensoren aus dem Stand der Technik bekannt, die Ausgangssignale bzgl eines auf sie einwirkenden Kraft-/Momentenvektors und somit Ausgangssignale bzgl verschiedener Freiheitsgrade bereitstellen Sie erlauben eine intuitive Kontrolle von realen und virtuellen Objekten in bis zu 6 Freiheitsgraden (bspw drei translatorische und drei rotatorische Freiheitsgrade) Weitere Freiheitsgrade können durch Schalter, Drehradehen etc bereitgestellt werden, die dem Kraft-/Momentensensor fest zugeordnet sind.On the other hand, force / torque sensors are known from the prior art, which provide output signals with respect to a force / torque vector acting on them and thus output signals with respect to different degrees of freedom.They allow intuitive control of real and virtual objects in up to 6 degrees of freedom (e.g. three translational ones and three rotary degrees of freedom) Switches, rotary knobs etc. are provided, which are permanently assigned to the force / torque sensor.
DE 199 52 560 AI offenbart ein Verfahren zum Ein- und/oder Verstellen eines Sitzes eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung eines multifunktionalen, von Hand betätigten Eingabegerat mit Kraft-/Momentensensor. In Fig 6 der DE 199 52 560 AI ist ein solcher Kraft-/Momentensensor dargestellt Insoweit wird daher bzgl der technischen Einzelheiten eines solchen Sensors auf diese Figur und die zugehörige Beschreibung für die DE 199 52 560 AI verwiesen Bei der DE 199 52 560 AI weist das Eingabegerat eine Bedienoberflache auf, auf der eine Anzahl von Bereichen zum Eingeben mindestens eines Druckimpulses vorgesehen sind Das Eingabegerat weist eine Einrichtung zur Auswertung und Erkennung eines mittels des Kraft-ZMomentensensors erfassten und in ein Kraft und Momenten- Vektorpaar umgesetzten Druckimpulses auf. Nach derartiger Auswahl bspw eines anzusteuernden Sitzes bzw. Sitzteiles eines Kraftfahrzeugs kann dann das ausgewählte Gerat mittels eines analogen Signals des Kraft-ZMomentensensors linear angesteuert werden Die Auswahl einer Funktion sowie die darauffolgende Ansteuerung sind also gemäß diesem Stand der Technik in zwei zeitlich voneinander getrennte Ablaufe getrenntDE 199 52 560 AI discloses a method for adjusting and / or adjusting a seat of a motor vehicle using a multifunctional, manually operated input device with a force / moment sensor. Such a force / torque sensor is shown in FIG. 6 of DE 199 52 560 AI. To this extent, reference is made to this figure and the associated description for DE 199 52 560 AI with regard to the technical details of such a sensor. DE 199 52 560 AI points out the input device has a user interface on which a number of areas are provided for inputting at least one pressure pulse. The input device has a device for evaluating and recognizing a pressure pulse detected by means of the force-Z torque sensor and converted into a force and moment vector pair. After such a selection, for example of a seat or seat part of a motor vehicle to be controlled, the selected device can then be controlled linearly by means of an analog signal from the force-Z torque sensor. According to this prior art, the selection of a function and the subsequent control are thus separated into two separate processes
Aus der DE 199 37 307 AI ist es bekannt, einen derartigen Kraft-ZMomentensensor zum Steuern von Bedienelementen eines realen oder virtuellen Misch- bzw. Steuerpults zu verwenden, beispielsweise um neuartige Färb-, Licht- undZoder Tonkompositionen zu kreieren und zu gestalten Hierbei kann in vorteilhafter Weise die intuitive raumliche Steuerung in drei translatorischen sowie drei rotatoπschen Freiheitsgraden auf ein stufenloses raumliches Mischen oder Steuern einer großen Anzahl von optischen und/oder akustischen Parametern übertragen werden Zur Steuerung wird auf die Bedienoberflache des Eingabegeräts ein Druck ausgeübt und dadurch ein Impuls erzeugt, der mit Hilfe des Kraft-/Momentensensors erfasst und in ein aus einem Kraft- und einem Momentenvektor bestehendes Vektorpaar umgesetzt wird Werden dabei bestimmte charakteristische Impulsvorgaben erfüllt, kann beispielsweise eine objektspezifische Steueroperation undZoder eine technische Funktion durch Schalten in einen Aktivierungszustand ausgelost bzw durch Schalten in einen Deaktivierungszustand wieder beendet werden Zur Erfassung von Kräften und Momenten weisen die bekannten Kraft- ZMomentensensoren ein Bedienteil auf, das bezuglich eines Basisteils bspw mittels Federn oder dgl in drei Achsen beweglich gelagert ist Der Bewegungsspielraum in jeder Achse ist dabei üblicherweise auf wenige Millimeter beschrankt In der Praxis hat sich gezeigt, dass Kraft-ZMomentensensoren daher schlecht für eine Positionssteuerung geeignet sindFrom DE 199 37 307 AI it is known to use such a force-Z torque sensor for controlling operating elements of a real or virtual mixing or control desk, for example to create and design novel coloring, light and Z or tone compositions The intuitive spatial control in three translatory and three rotational degrees of freedom are advantageously transferred to a continuous spatial mixing or control of a large number of optical and / or acoustic parameters. For control purposes, a pressure is exerted on the user interface of the input device, thereby generating an impulse that detected with the help of the force / moment sensor and converted into a vector pair consisting of a force and a moment vector. If certain characteristic impulse requirements are met, an object-specific control operation and a technical function can be activated by switching to an activation state is triggered or ended again by switching to a deactivation state For the detection of forces and moments, the known force / torque sensors have an operating part which is movably mounted in three axes with respect to a base part, for example by means of springs or the like. The range of motion in each axis is usually limited to a few millimeters. Practice has shown that that force / torque sensors are therefore poorly suited for position control
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik bzgl Positions- und Kraft- ZMomentensensoren ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Eingabegerat zur Ansteuerung von realen oder virtuellen Objekten vorzuschlagen, das die oben genannten Nachteile vermeidetStarting from the above-mentioned prior art with regard to position and force / torque sensors, the object of the present invention is to propose an input device for controlling real or virtual objects which avoids the disadvantages mentioned above
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelost Die abhangigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiterThis object is achieved according to the invention by the features of the independent claims. The dependent claims further develop the central idea of the invention in a particularly advantageous manner
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelost, dass der Positions- und Kraft- ZMomentensensoren in einem Gerat integriert wird Dies ermöglicht es bsp , eine bestimmte Position mit dem Positionssensor anzufahren und dann dort Kraft- und/oder Momentenabhangige Ansteuersignale auszugebenThis object is achieved according to the invention in that the position and force Z torque sensor is integrated in one device. This makes it possible, for example, to move to a specific position with the position sensor and then to output force and / or torque-dependent control signals there
Gemäß der Erfindung weist das Eingabegerat zur Ansteuerung von virtuellen und/oder realen Objekten einen zweidimensionalen Positionssensor und einem Kraft- ZMomentensensor auf, der die auf ein Bedienteil des Kraft-/Momentensensors einwirkende Kräfte und Drehmomente erfasst Durch manuelle Einwirkung auf das Eingabegerat werden Ansteuersignale durch den zweidimensionalen Positionssensor undZoder den Kraft- ZMomentensensor ausgelostAccording to the invention, the input device for controlling virtual and / or real objects has a two-dimensional position sensor and a force / torque sensor which detects the forces and torques acting on an operating part of the force / moment sensor two-dimensional position sensor and Z or the force Z torque sensor
Der in das Eingabegerat eingebaute zweidimensionale Positionssensor erfasst die Lage des Eingabegeräts bezuglich der Unterlage durch eine Einrichtung zum Erfassen der Bewegungsrichtung ( in der Regel eine Kugel)The two-dimensional position sensor built into the input device detects the position of the input device with respect to the base by means of a device for detecting the direction of movement (usually a sphere)
Alternativ kann die Erfassung der Lage erfolgen optisch Besonders vorteilhaft ist dabei eine bogenförmigen Ausgestaltung des Gehäuses des Eingabegerätes Bei dieser Ausfuhrungsform besitzt das Gerat zwei Auflageflachen, mit denen es im Betrieb auf einer Unterlage aufliegt In einer dieser Auflageflachen ist der zweidimensionale Positionssensor integriert.Alternatively, the position can be detected optically A curved configuration of the housing of the input device is particularly advantageous. In this embodiment, the device has two support surfaces with which it rests on a support during operation. The two-dimensional position sensor is integrated in one of these support surfaces.
Das Bedienteil des Kraft-Momentensensors ist der Unterseite des bogenförmigen Gehäuses des Eingabegerätes angebracht Der Kraft-/Momentensensor ist dadurch nur mit den Fingerspitzen der Hand des Benutzers manipulierbar, wodurch eine übermäßige Belastung des Kraft-ZMomentensensors vermieden wirdThe control unit of the force / moment sensor is attached to the underside of the arc-shaped housing of the input device. The force / moment sensor can therefore only be manipulated with the fingertips of the user's hand, thereby avoiding excessive stress on the force / moment sensor
Wahrend der Benutzung des Eingabegerätes kann die Handflache des Benutzers bequem auf dem Gehäuse ruhen Alternativ kann das Eingabegerat die Form einer herkömmlichen Computermaus haben bzw rund oder oval sein Der Kraft-/Momentensensor ist an der Oberseite integriert und der Positionssensor an der Unterseite Er kann auf optischem, optomechanischem oder mechanischem Weg realisiert werdenWhile using the input device, the palm of the user can rest comfortably on the housing. Alternatively, the input device can have the shape of a conventional computer mouse or be round or oval. The force / moment sensor is integrated on the top and the position sensor on the bottom , optomechanical or mechanical way
Hat das Eingabegerat die oben genannte Computermaus-Form so kann der Kraft- ZMomentensensor alternativ seitlich integriert seinIf the input device has the above-mentioned computer mouse shape, the force / torque sensor can alternatively be integrated on the side
Hat das Eingabegerat obengenannte Computermaus-Form und der Positionssensor befindet sich an der Unterseite, so kann oben oder seitlich ein Kraft-ZMomentensensor angedockt werden Das Positionssensor und Kraft-ZMomentensensor in diesem Zustand eine körperliche Einheit bilden, kann das zusammengebaute Gerat mit einer Hand bedient werdenIf the input device has the above-mentioned computer mouse shape and the position sensor is located on the underside, a force-Z torque sensor can be docked on the top or side. The position sensor and force-Z torque sensor form a physical unit in this state, the assembled device can be operated with one hand
Alternativ kann indessen vorgesehen sein, dass der zweidimensionale Positionssensor in der Oberseite des Bedienteiis des Kraftmomentsensors integriert istAlternatively, however, it can be provided that the two-dimensional position sensor is integrated in the top of the control panel of the force torque sensor
••
In diesem Fall kann der zweidimensionale Positionssensor entweder durch ein Touchpad oder durch ein Kugelelement realisiert werden Wird ein Touchpad verwendet so wird durch die Bewegen des Fingers auf dem Pad als zweidimensionale Positionstnformation erfasst und verwertet Im Falle des Kugelelementes (Trackball) wird seine Drehung bezuglich des Bedienteils des Kraft-ZMomentensensor als zweidimensionale Positionsinformation erfasst und verwertetIn this case, the two-dimensional position sensor can be implemented either with a touchpad or with a spherical element.If a touchpad is used, moving and moving the finger on the pad records and evaluates the two-dimensional position information. In the case of the spherical element (trackball), its rotation is detected Regarding the control panel of the force-Z torque sensor recorded and used as two-dimensional position information
Alternativ kann indessen vorgesehen sein dass das Bedienteils des Kraft-ZMomentensensor sich auf dem zweidimensionale Positionssensor frei bewegen kann In diesem Fall wird der zweidimensionale Positionssensor durch ein Touchpad realisiert Die Bewegung des Bedienteils des Kraft-ZMomentensensor auf dem Touchpad werden als zweidimensionale Positionsinformation erfasst und verwertetAlternatively, it can be provided that the control unit of the force-Z torque sensor can move freely on the two-dimensional position sensor. In this case, the two-dimensional position sensor is implemented by a touchpad. The movement of the control unit of the force-Z torque sensor on the touchpad is recorded and used as two-dimensional position information
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden nunmehr anhand von Ausfuhrungsbeispielen und bezugnehmend auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen erläutertFurther features, advantages and properties of the present invention will now be explained on the basis of exemplary embodiments and with reference to the figures of the accompanying drawings
Fig 1 zeigt dabei ein erfindungsgemaßes Eingabegerat, bei dem ein Positionssensor in der Auflageflache integriert ist und der Kraft-1 shows an input device according to the invention, in which a position sensor is integrated in the support surface and the force
ZMomentensensor an der Unterseite angebracht ist,Z torque sensor is attached to the underside,
Fig 2 zeigt ein Eingabegerat, das die Form einer herkömmlichen Computermaus hat,2 shows an input device in the form of a conventional computer mouse,
Fig 3 zeigt ein weiteres Eingabegerat, das die Form einer herkömmlichen Computermaus hat,3 shows a further input device which has the form of a conventional computer mouse,
Fig 4 zeigt ein Eingabegerat, bei dem der Positionssensor in der Oberseite des Bedienteils des Kraft-/Momentensensor integriert 4 shows an input device in which the position sensor is integrated in the upper side of the operating part of the force / torque sensor
Fig 5 zeigt eine Anordnung, bei der der Positionssensor mittels einer losbaren Verbindung mit dem Kraft-ZMomentensensor verbindbar ist Bei der in Fig 1 gezeigten Ausfuhrungsform ist das Gehäuse des Eingabegeräts 4 im wesentlichen bogenförmig ausgestaltet Infolge dessen besitzt das Eingabegerat 4 zwei Auflageflachen 7, 8, mit dem es auf einer Unterlage 6 aufliegt An der Unterseite einer dieser Auflageflachen, im gezeigten Fall der Auflageflache 7, ist ein zweidimensionaler Positionssensor 1 integriert Er erfasst relative Bewegungen und somit die Lage des Eingabegerätes 4 bzgl der Unterlage 6 Diese Erfassung kann optisch, optomechanisch oder mechanisch erfolgen5 shows an arrangement in which the position sensor can be connected to the force-Z torque sensor by means of a detachable connection In the embodiment shown in FIG. 1, the housing of the input device 4 is essentially arc-shaped.As a result, the input device 4 has two support surfaces 7, 8 with which it rests on a base 6. On the underside of one of these support surfaces, in the case shown, the support surface 7 , a two-dimensional position sensor 1 is integrated. It detects relative movements and thus the position of the input device 4 with respect to the base 6. This detection can take place optically, optomechanically or mechanically
Der Kraft-ZMomentensensor 2 ist an der Unterseite 9 des bogenförmigen Eingabegerätes 4 angebracht Er weist ein Bedienteil 5 auf, das bezüglich des Gehäuses des Eingabegeräts 4 in mehreren Achsen beweglich gelagert ist Durch diese spezielle, geschützte Anbringung des Bedienteils 5 ist es nur mit den Fingerspitzen der Hand des Benutzers manipulierbar, wodurch in vorteilhafter Weise eine mechanische Überlastung vermieden werden kann Die Praxis hat nämlich gezeigt, dass bei Kraft-ZMomentensensoren die Gefahr besteht, dass sie durch Auflegen der Handfläche selbst bis zum Anschlag bewegt werden und somit nicht mehr operationsfahig sindThe force-torque sensor 2 is attached to the underside 9 of the arcuate input device 4. It has an operating part 5 which is movably mounted in several axes with respect to the housing of the input device 4. This special, protected attachment of the operating part 5 is only possible with the fingertips can be manipulated by the hand of the user, whereby mechanical overloading can advantageously be avoided. Practice has shown that force-Z torque sensors pose a risk that they can be moved as far as the stop by placing the palm of the hand on the hand and are therefore no longer operable
Der Kraft-ZMomentensensor 2 erfasst Kräfte- und Drehmomenteinwirkungen auf das Bedienteil 5 mittels der Relativbewegung des Bedienteils 4 in drei Achsen gegenüber dem Gehäuse des Eingabegeräts 4 Wahrend der Benutzung des Eingabegerätes 4 kann die Handflache des Benutzers bequem auf der Oberseite 3 des Gehäuses des Eingabegeräts 4 ruhenThe force-torque sensor 2 detects the effects of forces and torques on the control unit 5 by means of the relative movement of the control unit 4 in three axes relative to the housing of the input device 4. While using the input device 4, the palm of the user can comfortably be on the top 3 of the housing of the input device 4 rest
Die Ansteuersignale des Positionssensors 1 und des Kraft-ZMomentensensors 2 können mittels eines Kabels 1 1 oder einer Luftschnittstelle (IR, elektromagnetisch wie z B gemäß dem Bluetooth-Standard etc ) an einen Computer, elektronische oder elektrische Gerate weitergegeben werdenThe control signals of the position sensor 1 and the force / torque sensor 2 can be passed on to a computer, electronic or electrical device by means of a cable 11 or an air interface (IR, electromagnetic such as according to the Bluetooth standard, etc.)
Bei der Ausfuhrungsform gemäß Fig 2 besitzt das Eingabegerat 4 die Form einer herkömmlichen Computermaus Der Kraft-ZMomentensensor 2 ist dabei an der Oberseite des Gehäuses einer herkömmlichen Computermaus angebracht Der Kraft- ZMomentensensor 2 ist so angebracht sein, dass er sich bequem mit den Fingern durch Drucken, Ziehen oder Drehen steuern lasst Wahrend der Benutzung des Eingabegerätes 4 kann die Handflache des Benutzers bequem auf dem Gehäuse 3 ruhenIn the embodiment according to FIG. 2, the input device 4 has the shape of a conventional computer mouse. The force / torque sensor 2 is attached to the top of the housing of a conventional computer mouse Control printing, pulling or rotating While using the input device 4, the palm of the user can rest comfortably on the housing 3
Figur 3 zeigt eine Abänderung des Ausfuhrungsbeispiels von Figur 2 dahingehend, dass der Kradt-Momentensensor 2 auf der Stirnseite des Gehäuses einer Computermaus 3 angeordnet ist, was wiederum den Vorteil hat, dass er bei üblicher Handhabung der Computermaus mit den Fingerspitzen manipuliert wirdFIG. 3 shows a modification of the exemplary embodiment from FIG. 2 in such a way that the Kradt torque sensor 2 is arranged on the front side of the housing of a computer mouse 3, which in turn has the advantage that it is manipulated with the fingertips during normal handling of the computer mouse
Bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig 4 ist der zweidimensionale Positionssensor 1 in das Bedienelement 5 des Kraft-ZMomentensensor 2 integriert. Der zweidimensionale Positionssensor 1 kann entweder durch ein Touchpad oder wie dargestellt durch einen Trackball 10 realisiert werden In dem Bedienteil 5 des Kraft-ZMomentensensors werden somit die Positions- Ansteuersignale erzeugt und zu dem Basisteil 12 des Kraft- ZMomentensensors weitergeleitetIn the exemplary embodiment according to FIG. 4, the two-dimensional position sensor 1 is integrated in the control element 5 of the force-Z torque sensor 2. The two-dimensional position sensor 1 can either be implemented by means of a touchpad or, as shown, by a trackball 10. The position control signals are thus generated in the operating part 5 of the force-Z torque sensor and forwarded to the base part 12 of the force-Z torque sensor
Bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig 5 schließlich ist der zweidimensionale Positionssensor 2 mittels einer losbaren Verbindung, die schematisch mit 13 bezeichnet ist, mit dem Kraft-Momentensensor 2 und genauer gesagt mit dem Basisteil 12 des Kraft- Momentensensors 2 zu einer körperlichen Einheit verbindbar Finally, in the exemplary embodiment according to FIG. 5, the two-dimensional position sensor 2 can be connected to the force-moment sensor 2 and more precisely to the base part 12 of the force-moment sensor 2 to form a physical unit by means of a releasable connection, which is schematically designated by 13

Claims

Ansprüche:Expectations:
1 Eingabegerat zur Ansteuerung von Computern, elektronischen oder elektrischen Geraten, aufweisend: einen zweidimensionalen Positionssensor (1), und - einen Kraft-ZMomentensensor (2), der auf ein Bedienteil (5) des Kraft- ZMomentensensors (2) einwirkende Kräfte und Drehmomente erfasst, wobei durch manuelle Manipulation des Eingabegeräts (4) Ansteuersignale durch den zweidimensionalen Positionssensor (1) undZoder den Kraft-ZMomentensensor (2) ausgelost werden.1 input device for controlling computers, electronic or electrical devices, comprising: a two-dimensional position sensor (1), and - a force-Z torque sensor (2), which detects the forces and torques acting on an operating part (5) of the force-Z torque sensor (2) , whereby manual manipulation of the input device (4) triggers control signals by the two-dimensional position sensor (1) andZ or the force-Z torque sensor (2).
Eingabegerat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweidimensionale Positionssensor (1) die Lage des Eingabegeräts (4) bezuglich einer Unterlage (6) erfasst.Input device according to claim 1, characterized in that the two-dimensional position sensor (1) detects the position of the input device (4) with respect to a base (6).
Eingabegerat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweidimensionale Positionssensor (1) die Lage optisch, optomechanisch oder mechanisch erfasstInput device according to claim 2, characterized in that the two-dimensional position sensor (1) detects the position optically, optomechanically or mechanically
Eingabegerat nach einem der vorhergehenden Anspuche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingabegerat (4) bogenförmig ausgebildet ist, so dass es mit zwei Auflageflachen (7, 8) auf eine Unterlage (6) aufgelegt werden kann, wobei sich der zweidimensionale Positionssensor (1) an einer der Auflageflachen (7) des Eingabegeräts (4) befindetInput device according to one of the preceding claims, characterized in that the input device (4) is arcuate, so that it can be placed on a support (6) with two support surfaces (7, 8), the two-dimensional position sensor (1) being attached one of the support surfaces (7) of the input device (4) is located
Eingabegerät nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kraft-ZMomentensensor (2) an der Unterseite (9) des bogenförmigen Eingabegeräts (4) befindetInput device according to claim 4, characterized in that the force-Z torque sensor (2) is located on the underside (9) of the arcuate input device (4)
6 Eingabegerat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft-ZMomentensensor (2) an dem Eingabegerat (4) derart angeordnet ist, dass er nicht direkt mit der Handflache eines Benutzers, sondern nur mit dem Bereich der Fingerspitzen der Hand des Benutzers manipulierbar ist6 input device according to one of the preceding claims, characterized in that the force-Z torque sensor (2) on the input device (4) is arranged such that it is not directly with the palm of a user, but only with the area of the fingertips of the user's hand is manipulable
7 Eingabegerat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft-ZMomentensensor (2) gegenüber einem direkten Kontakt mit der Handflache eines Benutzers abgedeckt ist7 Input device according to claim 6, characterized in that the force-Z torque sensor (2) is covered against direct contact with the palm of a user
8 Eingabegerat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft-ZMomentensensor (2) oben auf einen Computermaus-formigen zweidimensionalen Positionssensor (1) aufgesetzt ist8 Input device according to claim 1 or 2, characterized in that the force / torque sensor (2) is placed on top of a two-dimensional position sensor (1) shaped like a computer mouse
9. Eingabegerat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft-ZMomentensensor (2) seitlich an einen Computermaus-fbrmigen (4) zweidimensionalen Positionssensor (1) integriert ist9. Input device according to claim 1 or 2, characterized in that the force-Z torque sensor (2) is integrated laterally on a computer mouse-shaped (4) two-dimensional position sensor (1)
10 Eingabegerat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft-ZMomentensensor (2) seitlich an einen Computermaus-formigen (4) zweidimensionalen Positionssensor (1) integriert ist10 input device according to claim 1 or 2, characterized in that the force-Z torque sensor (2) is laterally integrated into a computer mouse-shaped (4) two-dimensional position sensor (1)
11 Eingabegerat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweidimensionale Positionssensor (1) in eine Oberseite (14) des Bedienteils (4) des Kraft-ZMomentensensors (2) integriert ist11 input device according to claim 1 or 2, characterized in that the two-dimensional position sensor (1) in an upper side (14) of the control panel (4) of the force-Z torque sensor (2) is integrated
Eingabegerat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweidimensionale Positionssensor (1) einen Trackball (10) aufweist, das durch den Benutzer bezuglich des Bedienteils (4) des Kraft-ZMomentensensors (2) gedreht werden kann, wobei diese Drehung als zweidimensionale Positionsinformation erfasst wirdInput device according to claim 1, characterized in that the two-dimensional position sensor (1) has a trackball (10) which can be rotated by the user with respect to the operating part (4) of the force-Z torque sensor (2), this rotation being recorded as two-dimensional position information becomes
Eingabegerat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweidimensionale Positionssensor (1) durch ein Touchpad realisiert ist.Input device according to claim 1, characterized in that the two-dimensional position sensor (1) is realized by a touchpad.
Eingabegerat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (1) mit dem Kraft-/Momentensensor (2) durch eine losbare Verbindung körperlich verbunden Input device according to claim 1, characterized in that the position sensor (1) with the force / moment sensor (2) physically connected by a releasable connection
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