WO2013167241A2 - Haptische benutzerschnittstelle - Google Patents

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WO2013167241A2
WO2013167241A2 PCT/EP2013/001248 EP2013001248W WO2013167241A2 WO 2013167241 A2 WO2013167241 A2 WO 2013167241A2 EP 2013001248 W EP2013001248 W EP 2013001248W WO 2013167241 A2 WO2013167241 A2 WO 2013167241A2
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Richard Houben
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I-Cane Social Technology Bv
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Definitions

  • the invention relates to a haptic user interface for a hand with the features of the preamble of claim 1.
  • the haptic perception which encompasses perception by all senses of the skin and sensitivity to depth, forms an important possibility for both conveying and receiving information. This is especially true for situations in an environment where there may be a variety of sources of noise or a multitude of other people. Because, in principle, information can also be communicated acoustically, but this is at the expense of the perceptibility of the already existing acoustic information. By using the haptic is thus avoided that the sense of hearing is overloaded with information.
  • the herein haptic user interface can be used for a variety of applications.
  • Known haptic user interfaces consist of one or more probe elements, which can change their haptic state. This can be done for example by a Braille display in the probe elements, more often it happens by a mobility of the probe elements.
  • These sensing elements on a device may be touched by one or more fingers of a user. The user can now generate a signal by changing the haptic state of the probe element or of the probe elements themselves, for example by moving them into a specific position.
  • the device can give a signal to the user by the feeler or the feeler elements change their haptic state and are moved, for example by a motor in a certain direction, whereby a force is exerted on the respective fingers of the user.
  • a mechanism is generally known as force feedback from the field of input devices of computer game hardware, such as joypads.
  • the probe element or the probe elements can not only change their haptic state with one degree of freedom, but this variability of the probe elements has several degrees of freedom. It is also very important for the haptic user interfaces here-in contrast to the computer game hardware-that a finger is already sufficient for interaction with the user interface, since the mobility aids for which it is to be used can advantageously also be operated by only one hand which means the use of the haptic interface with a finger. In contrast, computer game hardware is held regularly with both hands.
  • EP 1 813 244 A2 discloses a portable display device, in which a feeler element is pivotally mounted in a first bearing about a vertical axis and the first bearing is pivotally mounted in a second bearing about a transverse axis.
  • a disadvantage of such an arrangement is that the pivotable mounting of another bearing leads to a disproportionate increase in the structural complexity and thus to disproportionate costs and an increased risk of failure.
  • this functionality can also be divided into two or more individual feeler elements, which each have a mobility in one degree of freedom, as long as they are arranged so that they can always be detected both simultaneously with a finger.
  • the detectability of the sensing elements with a finger also means that the sensing elements can be pressed by this finger and thus moved.
  • the feature of the detectability of both tactile elements by a finger here only one kind of Definition of the positioning of the two sensing elements provides each other.
  • the user interface may be arranged to be "readable" by other extremities of the user.
  • At least one of the two feeler elements is designed as a flat feeler element. This means that the probe element is not a tip, but rather is perceived as a surface by a touch operation. Disk-shaped feeler elements have proven to be useful here, as will be explained below.
  • the respective mobility of the probe element can be implemented completely independently of the respective other probe element.
  • a orthogonal storage in the mathematical sense can be achieved, in which therefore a mechanical and functional decoupling of the two mobilities.
  • a haptic user interface also offers the possibility of prioritizing a haptic change in state of, for example, the first probe element higher than a haptic change of state of the second probe element. It would be conceivable to block the movement of the first probe element while simultaneously enabling the movement of the second probe element or vice versa. In any case, according to the invention, this is more favorable and simpler to implement than the restriction of the movement in one degree of freedom of a single probe element, which is basically movable with two degrees of freedom.
  • the subject matter of claim 3 describes a particularly suitable combination of degrees of freedom of mobility.
  • the operability of two scanning elements by means of a finger presupposes that they always comply with a certain maximum distance from each other regardless of their current position.
  • a rotational mobility of a probe element is better suited than a pure translational mobility to avoid too large a spatial separation of the two sensing elements by such reciprocal movement.
  • a probe element is formed by a disc and this can be moved about an axis of rotation which is parallel to a disc surface and in or on the disc.
  • the radius of rotation of the disc can be reduced, which makes it easier to store the disc so tightly that no water or other contaminants can penetrate through gaps on the disc edges.
  • the prestressing of the disc provided in the particularly preferred embodiment of claim 8 makes it possible for the first device for electromechanical conversion to exert a force on the disc at most in one direction.
  • a particularly compact, dense and with a single finger, especially a thumb, very easy to use haptic user interface provides the preferred embodiment according to claim 10, which comprises two substantially concentric arranged, disc-shaped sensing elements, each rotating about a rotation axis. In this way, the distance between the two probe elements regardless of their respective position remains consistently small.
  • a cable transmission or a hydraulic transmission allows to arrange the sensors or actuators in quasi any distance from the probe elements, which u.a. opens the possibility to achieve by their positioning a desired weight distribution in a hand device with the haptic user interface according to the invention.
  • inventive haptic user interface as part of a portable mobility aid for visually impaired persons, which corresponds to the subject matter of claims 16 to 18.
  • inventive haptic user interface as part of a portable mobility aid for visually impaired persons, which corresponds to the subject matter of claims 16 to 18.
  • Fig. 2 is a portable mobility aid with the proposed haptic
  • the haptic user interface shown in the drawing is adapted to be operated with only one hand. Since it is particularly suitable for a device that is held in one hand, the haptic user interface can even be operated with only a single finger of that hand. In this way, an operation with one hand is possible while this hand holds the device and thus without the need to turn off the device.
  • the haptic user interface comprises a first device 1 for electromechanical conversion.
  • a device which either converts an electrical signal into a haptic state change, such as a mechanical motion or other change, or conversely, converts such a haptic state change into an electrical signal or can effect conversion in both directions.
  • the conversion mechanism in one direction may work quite differently than the conversion mechanism in the other direction.
  • the conversion of the electrical signal into a mechanical movement can take place by means of a stepping motor controlled by the electrical signal, while at the same time this movement is detected by a position sensor and a different electrical signal is emitted therefrom.
  • one and the same mechanism may be responsible for this conversion in both directions, for example based on the piezoelectric effect.
  • a first feeler element 2 which is set up so that it can change its haptic state.
  • the haptic state is the sum of the properties of the Tastelement 2 meant, which can be perceived haptically - so with the skin senses and the depth sensitivity. In particular, this includes both the position of the probe element 2 and its surface in the broader sense.
  • Actively connected here and below means that the device in question for electromechanical conversion, either triggered by a received electrical signal, can causally bring about a change in the haptic state of the corresponding probe element or conversely an otherwise caused change in the haptic state of this probe element of the device for electromechanical conversion be recorded and from it a corresponding electrical signal can be generated.
  • the existing active compound can also mean that both possibilities described are realized equally and therefore not mutually exclusive.
  • a second device 3 for electromechanical conversion is provided, which is operatively connected to a second probe element 4, which is also set up to change its haptic state.
  • the type of change in the haptic state of the second probe element 4 need not coincide with that of the first probe element 2.
  • the first probe element 2 and the second probe element 4 are arranged so that the haptic state of the first probe element 2 and the haptic state of the second probe element 4 can be detected simultaneously with a finger.
  • This finger may in particular be a thumb.
  • the first probe element 2 and the second probe element 4 are also adapted to respond to a mechanical action by a finger - such as by an electrical signal from the respective device for electromechanical conversion is generated - means the simultaneous detectability with a finger and the Possibility to act simultaneously and thus in any case without detachment of the finger on both feeler elements 2, 4 with the finger.
  • An alternative quantification of the simultaneous detectability of the haptic state of the two sensing elements 2, 4 may be that regardless of the respective haptic state of the two sensing elements 2, 4, this a distance 5 from each other by one centimeter - measured as the shortest distance 5 between the two probe elements 2, 4 - not exceed, more preferably not exceed a distance of five millimeters.
  • a particularly good simultaneous detectability results when the probe elements 2, 4 do not exceed a distance of two millimeters.
  • the first feeler element 2 can now assume its haptic state independently of the haptic state of the second feeler element 4. This includes both the taking of a haptic state, which is caused by the first device 1 for electromechanical conversion, and thus due to an electrical signal, as well as one which is based on a mechanical action by the finger.
  • This independence represents a mechanical decoupling of the two feeler elements 2, 4, by which the respective ability to change the haptic state for the first probe element 2 and the second probe element 4 orthogonal and thus independently of the other probe element 2, 4 can be implemented, whereby many constructive simplifications are made possible.
  • both feeler elements 2, 4 are planar, in this case disk-shaped, feeler elements which, as explained above, are perceived as surfaces by a touch operation. It is also conceivable, however, that the one probe element is a flat probe element, and the other probe element is a tip, for example a stylus of a Braille line.
  • a Braille display is also suitable for the provision of a flat tactile element, namely, when the Braille styli are perceived together as a surface while being touched.
  • a surface formed in this way can be positioned and swiveled at will by controlling the individual feeler pins accordingly.
  • the change in the haptic state of the first probe element 2 means a movement of the first probe element 2 along a first movement path 6. Accordingly, the first probe element 2 can perform a movement along the first movement path 6 regardless of the haptic state of the second probe element 4 and so that in particular is independent of a position of the second sub-element 4. Further Accordingly, the first probe element 2 and the second probe element 4 are each arranged so that a position of the first probe element 2 and the haptic state - here again in particular the position - of the second probe element 4 are detected simultaneously with the finger.
  • the first movement path 6 represents a movement about a first rotation axis 7.
  • the movement of the first feeler element 2 is thus a rotational movement about this axis 7.
  • rotation axis is here purely meant below the defined by the rotational movement, geometric axis. Consequently, no physical axis necessarily exists for this.
  • the change in the haptic state of the second feeler element 4 means a movement of the second feeler element 4 along a second movement path 8.
  • the second movement path 8 represents a movement about a second rotation axis 9, which can be seen here in FIG. 2.
  • the first rotation axis 7 form a right angle to the second rotation axis 9.
  • the rotation axes 7, 9 can furthermore preferably be such that the first rotation axis 7 and the second rotation axis 9 intersect in the first feeler element 2 or in the second feeler element 4.
  • the first probe element 2 comprises a first, here and preferably substantially circular, disc 2a and in particular consists of this first disc 2a.
  • the first rotation axis 7 can run parallel to a surface of the first disk 2a.
  • the disc 2a performs a tilting movement along its first travel path 6.
  • the tilting movement and thus the first movement path 6 is limited so that no such large gaps on the edge of the first disc 2a arise which could allow dust or water to penetrate.
  • FIG. 2 shows that the first axis of rotation 7 extends transversely to a longitudinal axis 1a.
  • the disc 2a - relative to this longitudinal axis la - performs a tilting movement in the forward and backward direction.
  • the first axis of rotation 7 can also run along the longitudinal axis la, whereby it would still form a right angle to the axis of rotation 9. From the point of view of the serving hand, however, there would be a tilting movement in the lateral direction or, in other words, in left-right direction.
  • first axis of rotation 7 extends in the first slice 2a or on a surface of the first slice 2a.
  • a course of the rotation axis 7 in the first slice 2a it is meant that the geometric rotation axis 7 intersects the first slice 2a.
  • a course along the surface of the first disk 2a it is meant that the geometric axis of rotation 7 contacts the disk 2a on that surface.
  • the haptic user interface comprises a spring means which is adapted to bias the first feeler element 2 along the first movement path 6.
  • the second probe element 4 comprises a second disc 4a with a substantially circular recess 10.
  • the second disk 4a is configured here and preferably in the form of a ring, and furthermore preferably concentrically aligned with the first disk 2a.
  • the second axis of rotation 9 is perpendicular to the second disc 4a and further, that the second axis of rotation 9 extends through the center of the recess 10.
  • Such a quantity of the second rotation axis 9 means a rotation of the second disk 4a around its own Axis whereby a finger resting on the second disc 4a always remains in contact with it irrespective of the position of the second disc 4a.
  • a particular embodiment provides that the first probe element 2 - here the first disc 2a - is arranged in the circular recess 10.
  • a rotation of the second disc 4a about its own axis - the second axis of rotation 9 - on the one hand and a rotational tilting movement of the first disc 2a on the other hand first, a constant engagement of the finger with both discs 2a, 4a can be ensured.
  • the clear demarcation of the tilting from the rotational movement but also allows a precise differentiation of the two types of movement. In other words, it is easier for the user to specifically effect one of the two types of movement or to perceive without running the risk of having inadvertently triggered or otherwise mistakenly perceived the respective other type of movement.
  • an embodiment is advantageous in which at least one surface of the first probe element 2 and at least one surface of the second probe element 4 in at least one haptic state of the first probe element 2, preferably in at least one position of the first probe element 2 along the first movement path 6, and in form at least one haptic state of the second probe element 4, in particular in at least one position of the second probe element 4 along the second movement path 8, a plane.
  • a defined starting position which can also be detected haptically for the user, can be defined by this plane position.
  • the second probe element 4 can assume a haptic state independently of a haptic state of the first probe element 2.
  • the first device 1 for electromechanical a first gear 1 1, which is preferably a spur gear, for interaction with the first probe element 2 summarizes.
  • the second device 3 for electromechanical conversion comprises a second gear 12, also preferably a spur gear, for cooperation with the second feeler element 4.
  • a worm gear as the first gear 1 1 as a second gear 12 is conceivable.
  • the first transmission 1 1 and the second transmission 12 may each be a self-locking or a non-self-locking transmission.
  • the use of a self-locking gear has the advantage that a detection does not have to take place directly on the affected feeler element 2, 4, in order to determine approximately a position of the feeler element 2, 4.
  • a non-self-locking gear possible chutes between the two shafts an otherwise possible damage to the transmission 1 1, 12 avoided.
  • the first transmission 1 1 comprises a cable transmission or a hydraulic transmission.
  • This second-mentioned property makes it possible to arrange the respective drive of the transmission also at a greater distance from the feeler elements 2, 4.
  • the freedom in the placement of these components within the device with the hap tables user interface according to the invention can be achieved as a particularly suitable weight distribution or taken into account in the construction of other geometric constraints.
  • the longitudinal orientation of any existing motors can be selected independently of a direction of movement of the feeler elements 2, 4.
  • One or both of these hydraulic transmissions may be microhydraulic transmissions.
  • first gear 11 and / or the second gear 12 is a friction gear or a lever gear.
  • a friction gear is advantageous in the event that a feeler on the one hand experiences force in a first direction from an actuator via the transmission and at the same time the user exerts a force in an opposite direction with his finger. Since the friction gear is basically not self-locking, it can come in such a case, the emergence of large forces to slip in the friction gear. In contrast, in a spur gear, there is a risk that one of the involved gears will be damaged.
  • each individual transmission can be chosen in its kind, regardless of the type of other transmission, so that readily about the first gear 1 1 can be a cable transmission while the second gear 12 is a spur gear.
  • a further preferred embodiment is characterized in that the first device 1 for electromechanical conversion and / or the second device 3 for electromechanical conversion, a first 13 and a second actuator 14 for converting an electrical signal into a haptic state, preferably in a movement of the first probe element 2 and in a movement of the second probe element 4, respectively.
  • a rotary actuator which generates a rotational movement or a linear actuator, which in turn generates a linear translational movement can be involved.
  • a particularly suitable actuator of this latter type is for example a magnetic drive.
  • the first device for electromechanical conversion and / or the second device for electromechanical conversion to have a first 15 or a second sensor 16 for the conversion of a haptic state, preferably a position, of the first feeler element 2 and of the second feeler element 4, respectively in an electrical signal.
  • Each of these two sensors can either directly detect the haptic state of the first 2 and second probe element 4 and form the electrical signal from this. If a respective actuator 13, 14 - as described above - is present and via a respective self-locking gear 1 1, 12 is operatively connected to the probe element 2, 4, then the respective sensor 15, 16 and the haptic state of the probe element 2, 4 and in particular determine a position of the probe element 2, 4 by detecting the state of the actuator 13, 14. This offers the possibility of not having to arrange the sensor 15, 16 in the immediate vicinity of the corresponding probe element 2, 4.
  • the herein haptic user interface is not limited to only two sensing elements, but may also include further sensing elements, such as a third probe element.
  • each further feeler element can have a mobility in a respective other direction, so that at least one additional degree of freedom of input and output of the haptic user interface arises for each further feeler element.
  • some of the existing sensing elements are movable in more than one direction, but other sensing elements only along a single direction. It In all directions defined by the mobility of the probe elements can be linearly independent of each other.
  • a third probe element can preferably be arranged as a further ring with a recess around the second probe element.
  • This probe element could be arranged for a tilting movement similar to the first probe element 2, wherein preferably the corresponding axis of rotation is perpendicular to the first axis of rotation 7, which corresponds to a tilted by 90 ° to the tilting movement of the first probe element 2 tilting movement.
  • a haptic user interface is comprised in a portable mobility aid 17, which may in particular be a portable mobility aid 17 for visually impaired persons.
  • a portable mobility aid 17 which may in particular be a portable mobility aid 17 for visually impaired persons.
  • This portable mobility aid 17 may correspond in shape to a rod-like handle which may be adapted for additional attachment of a long pole. In this combination it corresponds in appearance and basic principle about a long pole with additional electronic functionality, such as means for distance measurement, a wireless communication connection or other similar features correspond.
  • the haptic user interface allows the user to control this additional functionality and obtain information from it.
  • the portable mobility aid 17 is by no means limited to the assistance of visually impaired persons. Thus, a similar application results in a fire service in a building in the interior of which a strong smoke prevails. So here in particular the view of firefighters in use may be temporarily disturbed by the smoke. The same applies to divers, sailors or pilots who also experience inadequate visibility.
  • the portable mobility aid 17 can also be connected as an input and output device to a personal computer, such as in the context of preparing a visually impaired person for an expired route or for use in a computer game.
  • the portable mobility aid will be briefly described by way of example. It is conceivable, for example, to couple two such portable mobility aids 17, which communicate via a wireless connection, with one another in a master-slave arrangement.
  • a non-visually impaired user of the master device can transmit via the haptic user interface of his device orientation information to the slave device, which in turn transmits it via his haptic user interface to his, possibly visually impaired user. In this way, the one person can direct another person and thus support him in his orientation.
  • a single proposed mobility support 17 if it has approximately a module of a global navigation satellite system (GNSS) and, on this basis, communicates to the user a specific route guidance.
  • GNSS global navigation satellite system
  • the global navigation satellite system may be the Global Positioning System (GPS).
  • the two independently detectable haptic states of the first probe element 2 on the one hand and the second probe element 4 on the other hand once an orientation information in the sense of a route guidance (by the first probe element 2) and once a collision information on any existing obstacles (by the second probe element 4) be communicated to the user.
  • This collision information can be generated by corresponding distance sensors of the portable mobility aid.
  • Distance sensors based on ultrasound, radar and laser as well as capacitive sensors and also visual sensors such as video cameras are conceivable here.
  • a preferred embodiment of the portable mobility aid 17 is characterized in that the first axis of rotation 7 is aligned perpendicular to a longitudinal axis 1a of the portable mobility aid 17 and / or the second 9 axis of rotation perpendicular to the longitudinal axis la of the portable mobility aid 17 is aligned.
  • This choice of orientation of the axes of rotation 7, 9 is particularly suitable for the operation of the haptic user interface by a thumb of the hand holding the portable mobility aid.
  • the portable mobility aid 17 has a stop 18 on its upper side, which is arranged in the direction of the longitudinal axis la next to the haptic user interface.
  • This stop 18 is concave in shape on the haptic user interface facing side and suitable for receiving the thumb or other finger, with which the haptic user interface is operated.
  • the stop 18 is arranged on a carriage, which allows a displacement of the stopper 18 along the longitudinal axis la. In this way, the exact distance of the stopper 18 for haptic user cut parts depending on the size of the operating hand or the length and thickness of the serving fingers are dynamically adjusted.
  • the portable mobility aid 17 is designed as a single-handed grip. Special advantages result from the fact that it can be grasped by a human hand. It is also advantageous that in such a portable mobility aid 17, the haptic user interface is adapted to cooperate with a thumb of the portable mobility aid 17 embracing hand.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine haptische Benutzerschnittstelle für eine Hand umfassend eine erste Vorrichtung (1) zur elektromechanischen Wandlung wirkverbunden mit einem ersten Tastelement (2), welches erste Tastelement (2) eingerichtet ist zu einer Änderung seines haptischen Zustands. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die haptische Benutzerschnittstelle eine zweite Vorrichtung (3) zur elektromechanischen Wandlung wirkverbunden mit einem zweiten Tastelement (4) umfasst, welches zweite Tastelement (4) eingerichtet ist zu einer Änderung seines haptischen Zustands, wobei das erste Tastelement (2) und das zweite Tastelement (4) so angeordnet sind, dass der haptische Zustand des ersten Tastelements (2) und der haptische Zustand des zweiten Tastelements (4) mit einem Finger gleichzeitig erfassbar sind und das erste Tastelement (2) seinen haptischen Zustand unabhängig von dem haptischen Zustand des zweiten Tastelements (4) einnehmen kann. Die Erfindung betrifft ebenso eine tragbare Mobilitätshilfe (17) mit einer solchen haptischen Benutzerschnittstelle.

Description

Haptische Benutzerschnittstelle
Die Erfindung betrifft eine haptische Benutzerschnittstelle für eine Hand mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Insbesondere für blinde Personen oder Personen mit anderen Beeinträchtigungen des Sehvermögens bildet die haptische Wahrnehmung, welche die Wahrnehmung durch alle Hautsinne und die Tiefensensibilität umfasst, eine wichtige Möglichkeit, Informationen sowohl zu vermitteln als auch zu empfangen. Das gilt insbesondere für Situationen in einer Umgebung, in der vielfältige Geräuschquellen vorhanden sein können oder sich eine Vielzahl anderer Menschen befinden. Denn grundsätzlich kann zwar auch auf akustischem Wege Information vermittelt werden, jedoch geht dies auf Kosten der Wahrnehmbarkeit der bereits vorhandenen akustischen Informationen. Durch die Verwendung der Haptik wird also vermieden, dass der Hörsinn mit Informationen überlastet wird.
Die hier gegenständliche haptische Benutzerschnittstelle lässt sich für eine Vielzahl von Anwendungsfällen verwenden. Bekannte haptische Benutzerschnittstellen bestehen aus einem oder mehreren Tastelementen, welche ihren haptischen Zustand verändern können. Dies kann etwa durch eine Braillezeile in den Tastelementen geschehen, häufiger geschieht es durch eine Beweglichkeit der Tastelemente. Diese Tastelemente an einem Gerät können von einem oder mehreren Fingern eines Benutzers berührt werden. Der Benutzer kann nun ein Signal dadurch erzeugen, dass er den haptischen Zustand des Tastelements oder der Tast- elemente selber verändert, etwa indem er sie in eine bestimmte Lage bewegt. Alternativ oder zusätzlich kann das Gerät ein Signal an den Benutzer geben, indem das Tastelement oder die Tastelemente ihren haptischen Zustand verändern und beispielsweise durch einen Motor in eine bestimmte Richtung bewegt werden, wodurch eine Kraft auf die betreffenden Finger des Benutzers ausgeübt wird. Ein solcher Mechanismus ist grundsätzlich als Force Feedback aus dem Bereich von Eingabegeräten von Computerspielhardware, beispielsweise Joypads, bekannt.
Besonders sinnvoll ist es, wenn das Tastelement oder die Tastelemente nicht nur mit einem Freiheitsgrad ihren haptischen Zustand verändern können, sondern diese Veränderlichkeit der Tastelemente mehrere Freiheitsgrade aufweist. Für die hier gegenständlichen haptischen Benutzerschnittstellen ist es darüber hinaus sehr wichtig - im Gegensatz zu der Computerspielhardware - dass bereits ein Finger für die Interaktion mit der Benutzerschnittstelle ausreicht, da die Mobilitätshilfen, bei denen sie eingesetzt werden soll, vorteilhafterweise auch von nur einer Hand bedienen lassen sollen, was im Ergebnis die Benutzung der haptischen Schnittstelle mit einem Finger bedeutet. Im Gegensatz dazu wird Computerspielhardware regelmäßig mit beiden Händen gehalten.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass eine solche Beweglichkeit der haptischen Benutzerschnittstelle mit zwei Freiheitsgraden dadurch erreicht wird, dass gewissermaßen zwei Mechanismen für die Bewegung in je einem Freiheitsgrad hintereinander angeordnet werden. So offenbart die EP 1 813 244 A2 ein tragbares Anzeigegerät, bei dem ein Tastelement in einem ersten Lager um eine Hochachse schwenkbar gelagert ist und das erste Lager in einem zweiten Lager um eine Querachse schwenkbar gelagert ist.
Nachteilig an einer solchen Anordnung ist, dass die schwenkbare Lagerung eines weiteren Lagers zu einem überproportionalen Anstieg der konstruktiven Komplexität und damit zu überproportionalen Kosten und einem erhöhten Ausfallrisiko führt.
Das obige Problem wird bei einer haptischen Benutzerschnittstelle gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Wesentlich ist die Erkenntnis, dass nicht zwangsläufig dasselbe Tastelement diese haptische Veränderlichkeit, z.B. eine Beweglichkeit, in zwei oder mehr Freiheitsgraden aufweisen muss. Vielmehr kann diese Funktionalität auch auf zwei oder mehr einzelne Tastelemente aufgeteilt werden, welche jeweils für sich eine Beweglichkeit in einem Freiheitsgrad aufweisen, solange diese so angeordnet sind, dass sie stets beide gleichzeitig mit einem Finger erfasst werden können. Die Erfassbarkeit der Tastelemente mit einem Finger bedeutet auch, dass die Tastelemente durch diesen Finger gedrückt und damit bewegt werden können.
Es darf an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass das Merkmal der Erfassbarkeit beider Tastelemente durch einen Finger hier lediglich eine Art der Definition der Positionierung der beiden Tastelemente zueinander bereitstellt. Grundsätzlich kann die Benutzerschnittstelle eingerichtet sein, durch andere Extremitäten des Benutzers "lesbar" zu sein.
Vorschlagsgemäß ist mindestens eines der beiden Tastelemente als flächiges Tastelement ausgestaltet. Dies bedeutet, dass es sich bei dem Tastelement nicht um eine Spitze handelt, sondern vielmehr durch einen Tastvorgang als Fläche wahrgenommen wird. Hier haben sich scheibenförmige Tastelemente bewährt, wie noch erläutert wird.
Durch die Aufteilung auf zwei Tastelemente kann die jeweilige Beweglichkeit des Tastelements vollkommen unabhängig von der des jeweils anderen Tastelements implementiert werden. Anstelle einer Situation also, bei der beispielsweise eine hintereinandergeschaltete und damit voneinander abhängige Lagerung vorliegt, kann erfindungsgemäß eine im mathematischen Sinne orthogonale Lagerung erreicht werden, bei der also eine mechanische und funktionelle Entkopplung der beiden Beweglichkeiten besteht. Durch diese Aufteilung auf getrennte mechanische Systeme kann jedes einzelne System für sich in seiner Komplexität reduziert werden mit den sich daraus ergebenden Gewinnen in Wirtschaftlichkeit und Robustheit gegenüber der Einwirkung von äußeren Kräften.
Daneben bietet eine haptische Benutzerschnittstelle gemäß der Erfindung auch die Möglichkeit, eine haptische Zustandsänderung etwa des ersten Tastelements höher zu priorisieren als eine haptische Zustandsänderung des zweiten Tastelements. Denkbar wäre eine Blockade der Bewegung des ersten Tastelements bei gleichzeitiger Freigabe der Bewegung des zweiten Tastelements oder umgekehrt. Dies ist jedenfalls erfindungsgemäß günstiger und einfacher in der Umsetzung als die Einschränkung der Bewegung in einem Freiheitsgrad eines einzelnen Tastelements, welches grundsätzlich mit zwei Freiheitsgraden beweglich ist.
Der Gegenstand des Anspruchs 3 beschreibt eine besonders geeignete Kombination von Freiheitsgraden der Beweglichkeit. Die Bedienbarkeit von zwei Tastelementen mittels eines Fingers setzt voraus, dass diese unabhängig von ihrer aktuellen Lage stets einen gewissen Höchstabstand zueinander einhalten. Eine rotatorische Beweglichkeit eines Tastelements ist besser geeignet als eine rein translatorische Beweglichkeit, um eine zu große räumliche Trennung der beiden Tastelemente durch eine derartige wechselseitige Bewegung zu vermeiden.
Weiterhin besonders vorteilhaft ist eine Ausführung gemäß dem Anspruch 6, bei der ein Tastelement durch eine Scheibe gebildet wird und dieses um eine Rotationsachse bewegt werden kann, welche parallel zu einer Scheibenoberfläche und in oder an der Scheibe verläuft. Damit kann der Rotationsradius der Scheibe vermindert werden, was es erleichtert, die Scheibe so dicht zu lagern, dass kein Wasser oder sonstige Verunreinigungen durch Spalten an den Scheibenrändern eindringen können.
Die in der besonders bevorzugten Ausführungsform des Anspruchs 8 vorgesehene Vorspannung der Scheibe ermöglicht es, dass die erste Vorrichtung zur elektromechanischen Wandlung höchstens in eine Richtung eine Kraft auf die Scheibe ausüben muss.
Eine besonders kompakte, dichte und mit einem einzelnen Finger, insbesondere einem Daumen, sehr gut bedienbare haptische Benutzerschnittstelle bietet die bevorzugte Ausführung gemäß dem Anspruch 10, welche zwei zueinander im Wesentlichen konzentrisch angeordnete, scheibenförmige Tastelemente umfasst, die sich jeweils um eine Rotationsachse drehen. Auf diese Weise bleibt der Abstand zwischen beiden Tastelementen unabhängig von ihrer jeweiligen Position gleichbleibend klein.
Schließlich erlaubt es die Verwendung eines Seilgetriebes oder eines hydraulischen Getriebes gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform des Anspruchs 14, die Sensoren bzw. Aktuatoren in quasi beliebiger Entfernung von den Tastelementen anzuordnen, was u.a. die Möglichkeit eröffnet, durch deren Positionierung eine gewünschte Gewichtsverteilung in einer Handvorrichtung mit der erfindungsgemäßen haptischen Benutzerschnittstelle zu erreichen.
Besonders vorteilhaft einzusetzen ist die erfindungsgemäße haptische Benutzerschnittstelle als Bestandteil einer tragbaren Mobilitätshilfe für sehbehinderte Personen, was dem Gegenstand der Ansprüche 16 bis 18 entspricht. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 a) eine schematisch Darstellung einer vorschlagsgemäßen hapti- schen Benutzerschnittstelle mit zwei Tastelementen, b) das erste Tastelement und c) das zweite Tastelement,
Fig. 2 eine tragbare Mobilitätshilfe mit der vorschlagsgemäßen haptischen
Benutzerschnittstelle aus der Fig. 1.
Die in der Zeichnung dargestellte haptische Benutzerschnittstelle ist dazu eingerichtet, mit nur einer Hand bedient zu werden. Da sie insbesondere für ein Gerät geeignet ist, das in einer Hand gehalten wird, kann die haptische Benutzerschnittstelle sogar mit nur einem einzelnen Finger dieser Hand bedient werden. Auf diese Weise ist also eine Bedienung mit einer Hand möglich während diese Hand das das Gerät hält und damit auch ohne die Notwendigkeit, das Gerät abzustellen.
Erfindungsgemäß umfasst die haptische Benutzerschnittstelle eine erste Vorrichtung 1 zur elektromechanischen Wandlung. Damit ist eine Vorrichtung gemeint, welche entweder ein elektrisches Signal in eine haptische Zustandsveränderung, etwa eine mechanische Bewegung oder eine sonstige Veränderung, umwandelt oder umgekehrt eine solche haptische Zustandsänderung in ein elektrisches Signal umwandelt oder aber eine Umwandlung in beide Richtungen zu bewirken vermag. Dabei kann der Umwandlungsmechanismus in die eine Richtung ganz anders funktionieren als der Umwandlungsmechanismus in die andere Richtung. Beispielsweise kann die Umwandlung des elektrischen Signals in eine mechanische Bewegung durch einen mit dem elektrischen Signal angesteuerten Schrittmotor erfolgen während gleichzeitig diese Bewegung durch einen Lagesensor er- fasst wird und daraus ein anderes elektrisches Signal abgegeben wird. Es kann aber auch ein und derselbe Mechanismus für diese Wandlung in beide Richtungen verantwortlich, etwa basierend auf dem Piezoeffekt.
Erfmdungsgemäß wirkverbunden mit der ersten Vorrichtung 1 ist ein erstes Tastelement 2, welches so eingerichtet ist, dass es seinen haptischen Zustand ändern kann. Mit dem haptischen Zustand ist die Summe der Eigenschaften des Tastelements 2 gemeint, welche haptisch - also mit den Hautsinnen und der Tiefensensibilität - wahrgenommen werden können. Insbesondere zählt hierzu sowohl die Lage des Tastelements 2 als auch seine Oberflächenbeschaffenheit im weiteren Sinne.
Wirkverbunden bedeutet hier und nachfolgend, dass die betreffende Vorrichtung zur elektromechanischen Wandlung entweder, ausgelöst durch ein empfangenes elektrisches Signal, ursächlich eine Änderung des haptischen Zustands des entsprechenden Tastelements herbeiführen kann oder umgekehrt eine anderweitig verursachte Änderung des haptischen Zustands dieses Tastelements von der Vorrichtung zur elektromechanischen Wandlung aufgenommen werden und von ihr daraus ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt werden kann. Die bestehende Wirkverbindung kann auch bedeuten, dass beide beschriebenen Möglichkeiten gleichermaßen und also nicht einander ausschließend verwirklicht sind.
Weiter ist erfindungsgemäß eine zweite Vorrichtung 3 zur elektromechanischen Wandlung vorgesehen, welche mit einem zweiten Tastelement 4 wirkverbunden ist, welches ebenfalls zu einer Änderung seines haptischen Zustands eingerichtet ist. Dabei braucht die Art der Änderung des haptischen Zustands des zweiten Tastelements 4 nicht mit derjenigen des ersten Tastelements 2 übereinzustimmen.
Das erste Tastelement 2 und das zweite Tastelement 4 sind dabei so angeordnet, dass der haptische Zustand des ersten Tastelements 2 und der haptische Zustand des zweiten Tastelements 4 mit einem Finger gleichzeitig erfassbar sind. Bei diesem Finger kann es sich insbesondere um einen Daumen handeln. Soweit das erste Tastelement 2 und das zweite Tastelement 4 auch dazu eingerichtet sind, auf eine mechanische Einwirkung durch einen Finger zu reagieren - etwa indem ein elektrisches Signal aus der jeweiligen Vorrichtung zur elektromechanischen Wandlung erzeugt wird - so bedeutet die gleichzeitige Erfassbarkeit mit einem Finger auch die Möglichkeit, gleichzeitig und also jedenfalls ohne ein Ablösen des Fingers auf beide Tastelemente 2, 4 mit dem Finger einzuwirken. Eine alternative Quantifizierung der gleichzeitigen Erfassbarkeit des haptischen Zustands der beiden Tastelemente 2, 4 kann darin bestehen, dass unabhängig von dem jeweiligen haptischen Zustand der beiden Tastelemente 2, 4 diese einen Abstand 5 voneinander von einem Zentimeter - gemessen als kürzester Abstand 5 zwischen den beiden Tastelementen 2, 4 - nicht überschreiten, insbesondere bevorzugt einen Abstand voneinander von fünf Millimetern nicht überschreiten. Eine besonders gute gleichzeitige Erfassbarkeit ergibt sich, wenn die Tastelemente 2, 4 einen Abstand voneinander von zwei Millimetern nicht überschreiten.
Erfindungsgemäß kann nun das erste Tastelement 2 seinen haptischen Zustand unabhängig von dem haptischen Zustand des zweiten Tastelements 4 einnehmen. Dies umfasst sowohl das Einnehmen eines haptischen Zustands, welches durch die erste Vorrichtung 1 zur elektromechanischen Wandlung bewirkt wird und damit auf ein elektrisches Signal zurückgeht, als auch eines, welches auf einer mechanischen Einwirkung durch den Finger beruht. Diese Unabhängigkeit stellt eine mechanische Entkopplung der beiden Tastelemente 2, 4 dar, durch welche die jeweilige Veränderungsfähigkeit des haptischen Zustands für das erste Tastelement 2 und das zweite Tastelement 4 orthogonal und damit unabhängig von dem jeweils anderen Tastelement 2, 4 implementiert werden kann, wodurch vielerlei konstruktive Vereinfachungen ermöglicht werden.
Hier und vorzugsweise handelt es sich bei beiden Tastelementen 2, 4 um flächige, hier scheibenförmige, Tastelemente, die wie oben erläutert durch einen Tastvorgang als Flächen wahrgenommen werden. Denkbar ist aber auch, dass es sich bei dem einen Tastelement um ein flächiges Tastelement, und bei dem anderen Tastelement um eine Spitze, beispielsweise um einen Taststift einer Braille- Zeile, handelt.
Bemerkenswert ist die Tatsache, dass sich ein Braille-Display auch für die Bereitstellung eines flächigen Tastelements eignet, nämlich, wenn die Braille- Taststifte gemeinsam beim Tasten als Fläche wahrgenommen werden. Eine so gebildete Fläche läßt sich beliebig positionieren und verschwenken, indem die einzelnen Taststifte entsprechend angesteuert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform bedeutet die Änderung des haptischen Zustands des ersten Tastelements 2 eine Bewegung des ersten Tastelements 2 entlang eines ersten Bewegungswegs 6. Dementsprechend kann das erste Tastelement 2 eine Bewegung entlang des ersten Bewegungswegs 6 unabhängig von dem haptischen Zustand des zweiten Tastelements 4 ausführen und damit insbesondere unabhängig von einer Position des zweiten Teilelements 4. Ferner ist entsprechend das erste Tastelement 2 und das zweite Tastelement 4 jeweils so angeordnet, dass eine Position des ersten Tastelements 2 und der haptische Zustand - hier wiederum insbesondere die Position - des zweiten Tastelements 4 mit dem Finger gleichzeitig erfassbar sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsfomi stellt der erste Bewegungsweg 6 eine Bewegung um eine erste Rotationsachse 7 dar. Die Bewegung des ersten Tastelements 2 ist damit eine Rotationsbewegung um diese Achse 7. Durch eine Rotationsbewegung des ersten Tastelements 2 kann regelmäßig einfacher erreicht werden, dass der kleine oder nahezu fehlende Abstand 5 zu dem zweiten Tastelement 4 beibehalten werden kann. Mit dem Begriff Rotationsachse ist hier nachfolgend rein die durch die Drehbewegung definierte, geometrische Achse gemeint. Folglich muss hierfür keine körperlicherweise Achse notwendigerweise vorhanden sein.
Ebenfalls bevorzugt ist es, dass die Änderung des haptischen Zustands des zweiten Tastelements 4 eine Bewegung des zweiten Tastelements 4 entlang eines zweiten Bewegungsweges 8 bedeutet.
Bevorzugt ist auch vorgesehen, dass der zweite Bewegungsweg 8 eine Bewegung um eine - hier in der Fig. 2 erkennbare - zweite Rotationsachse 9 darstellt. Dabei kann die erste Rotationsachse 7 einen rechten Winkel zu der zweiten Rotationsachse 9 bilden. Die Rotationsachsen 7, 9 können ferner bevorzugt so liegen, dass die erste Rotationsachse 7 und die zweite Rotationsachse 9 sich in dem ersten Tastelement 2 oder in dem zweiten Tastelement 4 schneiden.
Besonders geeignet für eine Rotationsbewegung ist die bevorzugte Ausführungsform, bei der das erste Tastelement 2 eine erste, hier und vorzugsweise im Wesentlichen kreisförmige, Scheibe 2a umfasst und insbesondere aus dieser ersten Scheibe 2a besteht. Dabei kann die erste Rotationsachse 7 parallel zu einer Oberfläche der ersten Scheibe 2a verlaufen. Das bedeutet im Ergebnis, dass die Scheibe 2a eine Kippbewegung entlang ihres ersten Bewegungswegs 6 ausführt. Vorteilhafterweise ist die Kippbewegung und damit der erste Bewegungsweg 6 so begrenzt, dass keine so großen Lücken am Rande der ersten Scheibe 2a entstehen welche Staub oder Wasser eindringen lassen könnten. In der Fig. 2 ist dargestellt, dass die erste Rotationsachse 7 quer zu einer Längsachse la ausge- richtet ist, so dass die Scheibe 2a - bezogen auf diese Längsachse la - eine Kippbewegung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ausführt. Ebenso gut kann die erste Rotationsachse 7 auch entlang der Längsachse la verlaufen, wodurch sie immer noch einen rechten Winkel zur Rotationsachse 9 bilden würde. Aus Sicht der bedienenden Hand läge jedoch eine Kippbewegung in seitlicher Richtung oder, anders ausgedrückt, in Links-Rechtsrichtung vor.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die erste Rotationsachse 7 in der ersten Scheibe 2a oder an einer Oberfläche der ersten Scheibe 2a verläuft. Mit einem Verlauf der Rotationsachse 7 in der ersten Scheibe 2a ist gemeint, dass die geometrische Rotationsachse 7 die erste Scheibe 2a schneidet. Mit einem Verlauf entlang der Oberfläche der ersten Scheibe 2a ist gemeint, dass die geometrische Rotationsachse 7 die Scheibe 2a an dieser Oberfläche berührt. Diese Ausführungsform gewährleistet, dass der mit der Scheibe 2a in Kontakt stehende Finger keine größere Bewegung auszuführen braucht, um über dem gesamten Bewegungsweg 6 der Scheibe mit dieser in Kontakt zu bleiben.
Ebenfalls besonders bevorzugt ist, dass die haptische Benutzerschnittstelle ein Federmittel umfasst, welches dazu eingerichtet ist, das erste Tastelement 2 entlang des ersten Bewegungswegs 6 vorzuspannen. Wenn nun das erste Tastelement 2 von der ersten Vorrichtung 1 zur elektromechanischen Wandlung in eine Position gebracht werden soll, dann muss diese nur noch in eine Richtung - nämlich der Vorspannung entgegengesetzt - eine Kraft ausüben. Eine mögliche konstruktive Umsetzung dieses Konzepts besteht darin, mittels eines Exzenters auf das erste Tastelement 2 einzuwirken. Dies bietet den weiteren Vorteil, dass der Exzenter nicht in einen Anschlag laufen kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das zweite Tastelement 4 eine zweite Scheibe 4a mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Ausnehmung 10 umfasst. Die zweite Scheibe 4a ist hier und vorzugsweise ringförmig ausgestaltet und weiter vorzugsweise konzentrisch zu der ersten Scheibe 2a ausgerichtet. Dabei ist insbesondere bevorzugt, dass die zweite Rotationsachse 9 senkrecht zu der zweiten Scheibe 4a verläuft und weiter, dass die zweite Rotationsachse 9 durch die Mitte der Ausnehmung 10 verläuft. Ein solcher Neriauf der zweiten Rotationsachse 9 bedeutet eine Rotation der zweiten Scheibe 4a um ihre eigene Achse, wodurch ein auf der zweiten Scheibe 4a ruhender Finger unabhängig von der Position der zweiten Scheibe 4a stets mit ihr in Kontakt bleibt.
Eine besondere Weiterbildung sieht vor, dass das erste Tastelement 2 - hier die erste Scheibe 2a - in der kreisförmigen Ausnehmung 10 angeordnet ist. Bei einer solchen Anordnung und einer Rotation der zweiten Scheibe 4a um ihre eigene Achse - der zweiten Rotationsachse 9 - einerseits und einer rotatorischen Kippbewegung der ersten Scheibe 2a andererseits kann erstens ein beständiger Eingriff des Fingers mit beiden Scheiben 2a, 4a gewährleistet werden. Die deutliche Abgrenzung der Kipp- von der Drehbewegung ermöglicht aber auch eine genaue Differenzierung der beiden Bewegungsarten. Mit anderen Worten wird es dem Benutzer erleichtert, genauer speziell eine der beiden Bewegungsarten zu bewirken oder wahrzunehmen ohne Gefahr zu laufen, versehentlich die jeweils andere Bewegungsart versehentlich angestoßen oder fälschlich wahrgenommen zu haben.
Diese markante Abgrenzung der Kipp- von der Drehbewegung ist auch in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gegeben, welche vollständig der soeben beschriebenen Ausführungsform entspricht mit dem einzigen Unterschied, dass die erste, innen angeordnete Scheibe 2a eine Drehbewegung und die zweite, außen angeordnete Scheibe 4a eine Kippbewegung ausführt. Diese Kippbewegung wiederum kann entweder seitlich erfolgen oder in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung.
Vorteilhaft ist weiter eine Ausführungsform, bei der mindestens eine Oberfläche des ersten Tastelements 2 und mindestens eine Oberfläche des zweiten Tastelements 4 in mindestens einem haptischen Zustand des ersten Tastelements 2, vorzugsweise in mindestens einer Position des ersten Tastelements 2 entlang des ersten Bewegungsweges 6, und in mindestens einem haptischen Zustand des zweiten Tastelements 4, insbesondere in mindestens einer Position des zweiten Tastelements 4 entlang des zweiten Bewegungsweges 8, eine Ebene bilden. Auf diesem Wege kann zumindest für ein Tastelement, welches auf seinem jeweiligen Bewegungsweg an anderen Positionen diese Ebene nicht mehr bildet, durch diese Ebenenposition eine definierte, auch für den Benutzer haptisch erfassbare Ausgangslage definiert werden. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass auch das zweite Tastelement 4 einen haptischen Zustand unabhängig von einem haptischen Zustand des ersten Tastelements 2 einnehmen kann. Damit besteht die bereits erfindungsgemäß geforderte Unabhängigkeit des haptischen Zustands des ersten Tastelements 2 von dem haptischen Zustand des zweiten Tastelements 4 in wechselseitiger Art und Weise. Insbesondere wenn der haptische Zustand des zweiten Tastelements 4 durch eine Position des zweiten Tastelements 4 entlang des zweiten Bewegungsweges 8 gebildet wird, bedeutet dies, dass das zweite Tastelement 4 eine Bewegung entlang des zweiten Bewegungswegs 8 unabhängig von einer Position des ersten Tastelements 2 ausführen kann.
Um eine Bewegung des ersten oder zweiten Tastelements 2, 4 zu bewirken oder eine solche Bewegung des jeweiligen Tastelements 2, 4 auf die Vorrichtung zu übertragen, was zusammengefasst als ein Zusammenwirken bezeichnet werden kann, ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Vorrichtung 1 zur elektromechani- schen Wandlung ein erstes Getriebe 1 1 , bei dem es sich vorzugsweise eine Stirnradgetriebe handelt, zum Zusammenwirken mit dem ersten Tastelement 2 um- fasst. Alternativ oder zusätzlich umfasst dabei die zweite Vorrichtung 3 zur elektromechanischen Wandlung ein zweites Getriebe 12, ebenfalls bevorzugt ein Stirnradgetriebe, zum Zusammenwirken mit dem zweiten Tastelement 4. Diese beiden Getriebe 1 1, 12 können - wie auch in der Fig. 2 dargestellt - so angeordnet werden, dass sie durch den Betrieb des jeweils anderen Getriebes 1 1, 12 nicht beeinflusst werden und dementsprechend vollkommen unabhängig ausgelegt und betrieben werden können.
Alternativ zum Stirnradgetriebe ist auch ein Schneckengetriebe als erstes Getriebe 1 1 als zweites Getriebe 12 denkbar.
Bei dem ersten Getriebe 1 1 und dem zweiten Getriebe 12 kann es sich jeweils um ein selbsthemmendes oder ein nicht selbsthemmendes Getriebe handeln. Die Verwendung eines selbsthemmenden Getriebes bietet den Vorteil, dass nicht direkt am betroffenen Tastelement 2, 4 eine Erfassung erfolgen muss, um etwa eine Position des Tastelements 2, 4 zu bestimmen. Auf der anderen Seite kann das bei einem nicht selbsthemmenden Getriebe mögliche Rutschen zwischen den beiden Wellen eine sonst mögliche Beschädigung des Getriebes 1 1, 12 vermeiden. Hierauf aufbauend kann vorgesehen sein, dass das erste Getriebe 1 1 ein Seilgetriebe oder ein hydraulisches Getriebe umfasst. Diese beiden Getriebearten bieten den Vorteil, dass sie erstens sehr leise sind sowie, eine angenehme Haptik ermöglichen und dass sie zweitens Kräfte effektiv auch über eine große Entfernung ohne Einschränkungen bei der Ausrichtung übertragen können. Diese zweitgenannte Eigenschaft ermöglicht es, den jeweiligen Antrieb des Getriebes auch in einer größeren Entfernung von den Tastelementen 2, 4 anzuordnen. Durch die Freiheit bei der Platzierung dieser Komponenten innerhalb des Geräts mit der erfindungsgemäßen hap tischen Benutzerschnittstelle kann etwa eine besonders geeignete Gewichtsverteilung erreicht oder bei der Konstruktion auf sonstige geometrische Randbedingungen Rücksicht genommen werden. So kann etwa bei diesen Getriebearten auch die Längsausrichtung von etwaig vorhandenen Motoren unabhängig von einer Bewegungsrichtung der Tastelemente 2, 4 gewählt werden.
Bei einem oder beiden dieser hydraulischen Getriebe kann es sich um mikrohydraulische Getriebe handeln.
Ebenfalls ist bevorzugt, dass es sich bei dem ersten Getriebe 11 und/oder dem zweiten Getriebe 12 um ein Reibradgetriebe oder um ein Hebelgetriebe handelt. Die Verwendung eines Reibradgetriebes ist vorteilhaft für den Fall, dass ein Tastelement einerseits von einem Aktuator über das Getriebe Kraft in eine erste Richtung erfährt und gleichzeitig der Benutzer mit seinem Finger eine Kraft in eine entgegengesetzte Richtung ausübt. Da das Reibradgetriebe grundsätzlich nicht selbsthemmend ist, kann es in so einem Fall beim Aufkommen von großen Kräften zu einem Rutschen im Reibradgetriebe kommen. Im Gegensatz dazu besteht bei einem Stirnradgetriebe das Risiko, dass eines der beteiligten Zahnräder beschädigt wird.
Bei Vorhandensein von mehreren Getrieben kann jedes einzelne Getriebe in seiner Art unabhängig von der Art der anderen Getriebe gewählt werden, so dass ohne weiteres etwa das erste Getriebe 1 1 ein Seilgetriebe sein kann während das zweite Getriebe 12 ein Stirnradgetriebe ist. Eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung 1 zur elektromechanischen Wandlung und/oder die zweite Vorrichtung 3 zur elektromechanischen Wandlung einen ersten 13 bzw. einen zweiten Aktuator 14 zur Umwandlung eines elektrischen Signals in einen haptischen Zustand, vorzugsweise in eine Bewegung des ersten Tastelements 2 bzw. in eine Bewegung des zweiten Tastelements 4, umfasst.
Bevorzugt kann es sich bei beiden Aktuatoren 13, 14 jeweils und voneinander unabhängig um einen rotatorischen Aktuator, welche eine Drehbewegung erzeugt, oder um einen linearen Aktuator handeln, welcher dagegen eine lineare Translationsbewegung erzeugt. Ein speziell geeigneter Aktuator dieser letztgenannten Art ist beispielsweise ein Magnetantrieb.
Es ist auch bevorzugt, dass die erste Vorrichtung zur elektromechanischen Wandlung und/oder die zweite Vorrichtung zur elektromechanischen Wandlung einen ersten 15 bzw. einen zweiten 16 Sensor zur Umwandlung eines haptischen Zustands, vorzugsweise einer Position, des ersten Tastelements 2 bzw. des zweiten Tastelements 4 in ein elektrisches Signal umfasst. Jeder dieser beiden Sensoren kann hierbei entweder den haptischen Zustand des ersten 2 bzw. zweiten Tastelements 4 unmittelbar erfassen und aus diesem das elektrische Signal bilden. Falls auch ein jeweiliger Aktuator 13, 14 - wie oben beschrieben - vorhanden ist und über ein jeweiliges selbsthemmendes Getriebe 1 1, 12 mit dem Tastelement 2, 4 wirkverbunden ist, so kann der jeweilige Sensor 15, 16 auch den haptischen Zustand des Tastelements 2, 4 und insbesondere eine Position des Tastelements 2, 4 durch ein Erfassen des Zustands des Aktuators 13, 14 bestimmen. Dies bietet die Möglichkeit, auch den Sensor 15, 16 nicht in unmittelbarer Nähe des entsprechenden Tastelements 2, 4 anordnen zu müssen.
Die hier gegenständliche haptische Benutzerschnittstelle ist nicht auf nur zwei Tastelemente beschränkt, sondern kann auch weitere Tastelemente aufweisen, so etwa auch ein drittes Tastelement. Hierbei kann insbesondere jedes weitere Tastelement eine Beweglichkeit in eine jeweils andere Richtung aufweisen, so dass mindestens ein zusätzlicher Freiheitsgrad einer Ein- und Ausgabe der haptischen Benutzerschnittstelle für jedes weitere Tastelement entsteht. Denkbar ist auch, dass einige der vorhandenen Tastelemente in mehr als nur eine Richtung beweglich sind, andere Tastelemente aber nur entlang einer einzelnen Richtung. Es da- bei können alle durch die Beweglichkeit der Tastelemente definierten Richtungen zueinander linear unabhängig sein.
Als spezielles Beispiel kann bevorzugt ein drittes Tastelement als weiterer Ring mit Ausnehmung um das zweite Tastelement herum angeordnet werden. Dieses Tastelement könnte für eine Kippbewegung ähnlich dem ersten Tastelement 2 eingerichtet sein, wobei bevorzugt die entsprechende Rotationsachse senkrecht zur ersten Rotationsachse 7 verläuft, was einer um 90° zur Kippbewegung des ersten Tastelements 2 gedrehten Kippbewegung entspricht.
Vorzugsweise ist eine haptische Benutzerschnittstelle gemäß den obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen in einer tragbaren Mobilitätshilfe 17 um- fasst, wobei es sich insbesondere um eine tragbare Mobilitätshilfe 17 für sehbehinderte Personen handeln kann. Hier und vorzugsweise entspricht die Längsachse la bei bestimmungsgemäßem Gebrauch in erster Näherung der Bewegungsrichtung des Benutzers, die erste Rotationsachse 7 in erster Näherung einer Querachse und die zweite Rotationsachse 9 in erster Näherung einer Hochachse.
Diese tragbare Mobilitätshilfe 17 kann in ihrer Gestalt einem stabartigen Griff entsprechen, welcher zur zusätzlichen Befestigung eines Langstocks eingerichtet sein kann. In dieser Kombination entspricht sie in Aussehen und Grundprinzip etwa einem Langstock mit zusätzlicher elektronischer Funktionalität, wie etwa Mitteln zur Entfernungsmessung, einer drahtlosen Kommunikationsanbindung oder anderen ähnlichen Funktionsmerkmalen entsprechen. Durch die haptische Benutzerschnittstelle kann der Benutzer diese zusätzliche Funktionalität steuern und von ihr Informationen erhalten.
Dabei ist die Anwendbarkeit der tragbaren Mobilitätshilfe 17 keineswegs auf die Unterstützung sehbehinderter Personen beschränkt. So ergibt sich ein ähnlicher Anwendungsfall bei einem Feuerwehreinsatz in einem Gebäude, in dessen Innern eine starke Rauchentwicklung vorherrscht. Hier kann also insbesondere die Sicht von Feuerwehrleuten im Einsatz vorübergehend durch den Rauch gestört sein. Gleiches gilt für Taucher, Segler oder Piloten, die ebenfalls unzureichende Sichtverhältnisse erleben. Darüber hinaus kann die tragbare Mobilitätshilfe 17 auch als Ein- und Ausgabegerät an einen Personal Computer angeschlossen werden, so etwa im Rahmen der Vorbereitung einer sehbehinderten Person auf eine abzulaufende Wegstrecke oder zur Verwendung in einem Computerspiel.
Nachfolgend werden beispielhaft einige weitere Funktionalitäten der tragbaren Mobilitätshilfe kurz beschrieben. Denkbar ist beispielsweise, zwei solcher tragbaren Mobilitätshilfen 17, welche über eine drahtlose Verbindung kommunizieren, miteinander in einer Master- Slave Anordnung zu koppeln. Dabei kann etwa ein nicht sehbehinderter Benutzer des Master-Geräts über die haptische Benutzerschnittstelle seines Geräts Orientierungsinformationen an das Slave-Gerät übermitteln, welche diese wiederum über seine haptische Benutzerschnittstelle an seinen, womöglich sehbehinderten Benutzer weitergibt. Auf diese Weise kann die eine Person eine andere Person dirigieren und damit in seiner Orientierung unterstützen.
Eine solche Orientierungsfunktion kann aber auch durch ein eine einzelne vorschlagsgemäße tragbare Mobilitätshilfe 17 geboten werden, wenn diese etwa ein Modul eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) aufweist und auf dieser Grundlage an den Benutzer eine bestimmte Routenführung kommuniziert. Bei dem globalen Navigationssatellitensystem kann es sich insbesondere um das Global Positioning System (GPS) handeln.
Durch die beiden unabhängig voneinander erfassbaren haptischen Zustände des ersten Tastelements 2 einerseits und des zweiten Tastelements 4 andererseits kann separat einmal eine Orientierungsinformation im Sinne einer Zielführung (durch das erste Tastelement 2) und einmal eine Kollisionsinformation über etwaig vorhandene Hindernisse (durch das zweite Tastelement 4) an den Benutzer kommuniziert werden. Diese Kollisionsinformation kann durch entsprechende Abstandssensoren der tragbaren Mobilitätshilfe erzeugt werden kann. Denkbar sind hier Abstandssensoren auf Grundlage von Ultraschall, Radar und Laser sowie kapazitive Sensoren und auch visuelle Sensoren wie Videokameras.
Weiterhin zeichnet sich eine bevorzugte Aus führungs form der tragbaren Mobilitätshilfe 17 dadurch aus, dass die erste Rotationsachse 7 senkrecht zu einer Längsachse la der tragbaren Mobilitätshilfe 17 ausgerichtet ist und/oder die zweite 9 Rotationsachse senkrecht zu der Längsachse la der tragbaren Mobilitätshilfe 17 ausgerichtet ist. Diese Wahl der Ausrichtung der Rotationsachsen 7, 9 ist für die Bedienung der haptischen Benutzerschnittstelle durch einen Daumen derjenigen Hand, welche die tragbare Mobilitätshilfe hält, besonders geeignet.
Auch ist es besonders bevorzugt, dass die tragbare Mobilitätshilfe 17 einen Anschlag 18 auf ihrer Oberseite aufweist, welcher in Richtung der Längsachse la neben der haptischen Benutzerschnittstelle angeordnet ist. Dieser Anschlag 18 ist auf der der haptischen Benutzerschnittstelle zugewandten Seite konkav geformt und für die Aufnahme des Daumens oder eines anderen Fingers geeignet, mit dem die haptische Benutzerschnittstelle bedient wird. Durch den Anschlag 18 kann die Position der haptischen Benutzerschnittstelle auf der tragbaren Mobilitätshilfe 17 rasch und zuverlässig ertastet und der jeweilige Finger zur Bedienung richtig positioniert werden.
Bevorzugt ist der Anschlag 18 auf einem Schlitten angeordnet, welcher eine Verschiebung des Anschlags 18 entlang der Längsachse la erlaubt. Auf diese Weise kann der genaue Abstand des Anschlags 18 zur haptischen Benutzer Schnitts teile in Abhängigkeit der Größe der bedienenden Hand oder der Länge und Dicke der bedienenden Finger dynamisch justiert werden.
Dementsprechend ist es besonders bevorzugt, dass die tragbare Mobilitätshilfe 17 als Einhand-Griff ausgestaltet ist. Besondere Vorteile ergeben sich daraus, dass sie von einer menschlichen Hand umgriffen werden kann. Ebenso ist vorteilhaft, dass bei einer solchen tragbaren Mobilitätshilfe 17 die haptische Benutzerschnittstelle dazu eingerichtet ist, mit einem Daumen der die tragbare Mobilitätshilfe 17 umgreifenden Hand zusammenzuwirken.

Claims

Patentansprüche
1. Haptische Benutzerschnittstelle für eine Hand umfassend
eine erste Vorrichtung (1) zur elektromechanischen Wandlung wirk verbunden mit einem ersten Tastelement (2), welches erste Tastelement (2) eingerichtet ist zu einer Änderung seines haptischen Zustands,
dadurch gekennzeichnet, dass sie
eine zweite Vorrichtung (3) zur elektromechanischen Wandlung wirkverbunden mit einem zweiten Tastelement (4) umfasst, welches zweite Tastelement (4) eingerichtet ist zu einer Änderung seines haptischen, Zustands,
wobei zumindest eines der beiden Tastelemente (2, 4) als flächiges Tastelement ausgestaltet ist bzw. sind,
wobei das erste Tastelement (2) und das zweite Tastelement (4) so angeordnet sind, dass der haptische Zustand des ersten Tastelements (2) und der haptische Zustand des zweiten Tastelements (4) mit einem Finger, insbesondere einem Daumen, gleichzeitig erfassbar sind und
wobei das erste Tastelement (2) seinen haptischen Zustand unabhängig von dem haptischen Zustand des zweiten Tastelements (4) einnehmen kann.
2. Haptische Benutzerschnittstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des haptischen Zustands des ersten Tastelements (2) eine Bewegung des ersten Tastelements (2) entlang eines ersten Bewegungsweges (6) bedeutet,
dass das erste Tastelement (2) eine Bewegung entlang des ersten Bewegungsweges (6) unabhängig von dem haptischen Zustand, insbesondere einer Position, des zweiten Tastelements (4) ausführen kann und
dass das erste Tastelement (2) und das zweite Tastelement (4) so angeordnet sind, dass eine Position des ersten Tastelements (2) und der haptische Zustand, insbesondere eine Position, des zweiten Tastelements (4) mit dem Finger gleichzeitig erfassbar sind.
3. Haptische Benutzerschnittstelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bewegungsweg (6) eine Bewegung um eine erste Rotationsachse (7) darstellt.
4. Haptische Benutzerschnittstelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des haptischen Zustands des zweiten Tastelements (4) eine Bewegung des zweiten Tastelements (4) entlang eines zweiten Bewegungsweges (8) bedeutet.
5. Haptische Benutzerschnittstelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bewegungsweg (8) eine Bewegung um eine zweite Rotationsachse (9) darstellt, vorzugsweise, dass die erste Rotationsachse (7) einen rechten Winkel zu der zweiten Rotationsachse (9) bildet, weiter vorzugsweise, dass die erste Rotationsachse (7) und die zweite Rotationsachse (9) sich in dem ersten Tastelement (2) oder in dem zweiten Tastelement (4) schneiden.
6. Haptische Benutzerschnittstelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Tastelement (2) eine erste, vorzugsweise im Wesentlichen kreisförmige, Scheibe (2a) umfasst, vorzugsweise, dass die erste Rotationsachse (7) parallel zu einer Oberfläche der ersten Scheibe (2a) verläuft.
7. Haptische Benutzerschnittstelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rotationsachse (7) in der ersten Scheibe (2a) oder an einer Oberfläche der ersten Scheibe (2a) verläuft.
8. Haptische Benutzerschnittstelle nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Federmittel umfasst, welches dazu eingerichtet ist, das erste Tastelement (2) entlang des ersten Bewegungswegs (6) vorzuspannen.
9. Haptische Benutzerschnittstelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Tastelement (4) eine zweite, bezogen auf die erste Scheibe (2a) vorzugsweise konzentrische, Scheibe (4a) mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Ausnehmung (10) umfasst, vorzugsweise, dass die zweite Rotationsachse (9) senkrecht zu der zweiten Scheibe (4a) verläuft, weiter vorzugsweise, dass die zweite Rotationsachse (9) durch die Mitte der Ausnehmung (10) verläuft.
10. Haptische Benutzerschnittstelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Tastelement (2) in der im Wesentlichen kreisförmigen Ausnehmung (10) angeordnet ist.
1 1. Haptische Benutzerschnittstelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Oberfläche des ersten Tastelements (2) und mindestens eine Oberfläche des zweiten Tastelement (4) in mindestens einem haptischen Zustand des ersten Tastelements (2), vorzugsweise in mindestens einer Position des ersten Tastelements (2) entlang des ersten Bewegungsweges (6), und in mindestens einem haptischen Zustand des zweiten Tastelements (4), insbesondere in mindestens einer Position des zweiten Tastelements (4) entlang des zweiten Bewegungsweges (8), eine Ebene bilden.
12. Haptische Benutzersehnittstelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Tastelement (4) einen haptischen Zustand unabhängig von einem haptischen Zustand des ersten Tastelements (2) einnehmen kann, vorzugsweise, dass das zweite Tastelement (4) eine Bewegung entlang des zweiten Bewegungsweges (8) unabhängig von einer Position des ersten Tastelements (2) ausführen kann.
13. Haptische Benutzerschnittstelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung (1) zur elektromechanischen Wandlung ein erstes Getriebe (11), vorzugsweise ein Stirnradgetriebe, zum Zusammenwirken mit dem ersten Tastelement (2) umfasst und/oder die zweite Vorrichtung (3) zur elektromechanischen Wandlung ein zweites Getriebe (12), vorzugsweise ein Stirnradgetriebe, zum Zusammenwirken mit dem zweiten Tastelement (4) umfasst.
14. Haptische Benutzerschnittstelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getriebe (1 1) und/oder das zweite Getriebe (12) ein Seilgetriebe oder ein hydraulisches, insbesondere ein mikrohydraulisches, Getriebe umfasst.
15. Haptische Benutzerschnittstelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung (1) zur elektromechanischen Wandlung und/oder die zweite Vorrichtung (3) zur elektromechanischen Wandlung einen ersten (13) bzw. einen zweiten Aktuator (14) zur Umwandlung eines elektrischen Signals in einen haptischen Zustand, vorzugsweise in eine Bewegung des ersten Tastelements (2) bzw. in eine Bewegung des zweiten Tastelements (4), umfasst.
16. Haptische Benutzerschnittstelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung (1) zur elektromechanischen Wandlung und/oder die zweite Vorrichtung (3) zur elektromechanischen Wandlung einen ersten (15) bzw. einen zweiten (16) Sensor zur Umwandlung eines haptischen Zustands, vorzugsweise einer Position, des ersten Tastelements (2) bzw. des zweiten Tastelements (4) in ein elektrisches Signal umfasst.
17. Tragbare Mobilitätshilfe (17), insbesondere für sehbehinderte Personen, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine haptische Benutzerschnittstelle nach einem der Ansprüche 5 bis 16 umfasst.
18. Tragbare Mobilitätshilfe (17) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rotationsachse (7) senkrecht zu einer Längsachse (la) der tragbaren Mobilitätshilfe (17) ausgerichtet ist und/oder die zweite (9) Rotationsachse senkrecht zu einer Längsachse (la) der tragbaren Mobilitätshilfe (17) ausgerichtet ist.
19. Tragbare Mobilitätshilfe (17) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Einhand-Griff ausgestaltet ist, vorzugsweise, dass sie von einer menschlichen Hand umgriffen werden kann, weiter vorzugsweise, dass die haptische Benutzerschnittstelle dazu eingerichtet ist, mit einem Daumen der die tragbare Mobilitätshilfe (17) umgreifenden Hand zusammenzuwirken.
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