WO2014146929A1 - 3d-eingabegerät mit einem zusätzlichen drehregler - Google Patents

3d-eingabegerät mit einem zusätzlichen drehregler Download PDF

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WO2014146929A1
WO2014146929A1 PCT/EP2014/054663 EP2014054663W WO2014146929A1 WO 2014146929 A1 WO2014146929 A1 WO 2014146929A1 EP 2014054663 W EP2014054663 W EP 2014054663W WO 2014146929 A1 WO2014146929 A1 WO 2014146929A1
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control
rotary
input device
actuation
input
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PCT/EP2014/054663
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Bernd Gombert
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Spacecontrol Gmbh
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Priority to US14/778,315 priority patent/US10133359B2/en
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    • G06F3/03549—Trackballs
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    • G06F3/0362—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 1D translations or rotations of an operating part of the device, e.g. scroll wheels, sliders, knobs, rollers or belts

Definitions

  • the invention relates to a 3D input device for controlling the position of an object in space according to the preamble of patent claim 1.
  • Manually operable input devices which will be referred to below, are used to control software applications such.
  • CAD programs or for controlling mobile devices or machines, such.
  • robots, tools, transport or other devices are used to control software applications such.
  • Input devices are z. As mice, joysticks, keyboards, trackballs or 3D input devices for controlling virtual or real objects in space.
  • a 3D input device which comprises a 3D control element and an additional rotary control.
  • the 3D control allows the user to enter translational and rotational control presets in or around three spatial axes (i.e., in six degrees of freedom). By pressing the rotary control further functions can be performed. Thus, by turning the knob z.
  • the sensitivity of the 3D control can be changed, the brightness of a screen can be set, or a zoom range can be defined on the screen in which displayed elements are enlarged or reduced depending on the direction of rotation.
  • US 5 561 445 A describes a 3D input device, on which translational and rotational control specifications can be specified in a total of six degrees of freedom.
  • the 3D input device includes three separate
  • Input elements namely a trackball, a dial and a ball, where each control in one or more degrees of freedom
  • an object can be specified. Overall, an object can be moved in six degrees of freedom.
  • 3D input device for example from WO 02 065 269 A1.
  • Known 3D input devices usually perform a speed control. Ie. a certain deflection of the 3D input element is converted to a certain speed with which the object is moved in space. A certain position of the 3D input element corresponds to a certain speed of the object. If the user wishes to stop the object, he must return the 3D input element to the neutral position. With such a system, however, an object can only be controlled relatively inaccurately. For the fine control of an object, such. As a robot, the method of speed control is unsuitable because it is too imprecise for pinpoint positioning and requires a very high level of skill. One reason for this is that the robot continues to move while the user still returns the 3D input element to the neutral position. In order to be able to control the robot precisely, the user would have to learn the behavior of the robot in all operating states and adjust it manually.
  • a 3D input device for controlling the position of an object in the space, which comprises a manually operable SD input element on which translational and / or rotational
  • Control specifications in or around at least three (Cartesian) spatial coordinates can be specified, and further comprising an additional knob, which is dependent on the rotation angle in a rotary actuator
  • a control unit which controls the object as a function of the rotary control
  • Rotational motion moves translationally in space. That is, the controlled object performs a linear, in particular rectilinear operation of the rotary knob Moving from a starting point to a destination point.
  • the input device according to the invention thus offers the possibility of controlling or positioning the object both by means of the 3D input element and by means of the rotary control. If the dial is lower in sensitivity than the 3D input device, the object can be more precisely controlled by the knob than by the 3D input element. Depending on the sensitivity, the object moves at a certain control specification at different speeds or different distances, with a higher sensitivity meaning that the object moves comparatively faster or further.
  • an "object” means any machine or device that can be moved by means of one or more actuators, such as electric motors
  • the "object” according to the invention can also be a virtual object that, for example, is displayed on a screen and can be controlled by the user by means of a software application.
  • the 3D input device can be configured in such a way that either one of a position control and a speed control is executed when the 3D input element or the rotary control is actuated.
  • a position control is carried out, by means of which the object is moved in space in accordance with the rotary movement of the rotary control.
  • the user can usually drive a desired target point much faster and more accurately than with a speed control, without having to practice for a long time.
  • Porture control is understood to mean a control or control which converts a control input made by the user on the rotary control into a corresponding change in the position of the controlled object, the amount of rotation determining the distance traveled by the controlled object from a start position to an end position the tax target of the user with a predetermined scaling factor is converted into a corresponding movement of the controlled object.
  • the 3D input device is configured such that a control specification executed by the user on the 3D input element is converted into a corresponding speed of the controlled object.
  • a control specification executed by the user on the 3D input element is converted into a corresponding speed of the controlled object.
  • a rotary operation of the rotary control is preferably carried out a position control.
  • executed tax code z. B. also cause a position control.
  • the sensitivity of the 3D input element is preferably higher than that of the dial.
  • the object is moved further during a rotary movement of the rotary control in dependence on the previous movement path of the object. If the previous trajectory runs along a straight line, for example, the object is preferably moved further along the straight line. In contrast, in the case of a curve, the object is preferably moved along a curve with approximately the same radius of curvature. According to a special
  • Embodiment could at one point of the previous trajectory, in particular the end point, z.
  • an asymptote can also be calculated and the object moved along the asymptote.
  • the 3D input device comprises one or more further input elements, such.
  • buttons to specify a particular direction of movement, which should follow the object in a rotation of the knob.
  • the further input elements z.
  • a movement in the x-direction, y-direction or z-direction, or a rotation about one of said axes are given. If one of these additional input elements is actuated and the rotary knob is turned manually, the object moves in the desired direction. With the help of additional input elements and the knob, it is therefore possible to move the object in any desired spatial direction and / or the object around the respective
  • the direction of movement could also be configured by software.
  • the movement performed by the controlled object is preferably dependent on the direction of rotation of the rotary control. According to a preferred
  • the 3D input device is designed such that the object is moved in a first direction of rotation upon actuation of the rotary knob in a first direction of rotation, and in the opposite direction in an actuation of the rotary knob in the other direction of rotation.
  • the type of control i.e., position or velocity control
  • / or the sensitivity of the particular input device may depend on the position where the controlled object is located.
  • position control is performed with a first sensitivity when the controlled object is within a predetermined range
  • position control with a second sensitivity is performed when the object is out of the range
  • the sensitivity within the range is preferably lower than outside the range.
  • the inventive 3D input device may also be configured such that upon actuation of the rotary control, position control is performed when the controlled object is within a predetermined spatial area, and velocity control is performed when the object is outside of other spatial
  • the above-mentioned range is preferably defined such that the object to be controlled at a full rotation of the rotary knob from the edge of a spatial area can be moved to the center of the area.
  • the area is preferably a spatial area, the z. B. has the shape of a sphere.
  • finer or coarser translations can also be selected, as described above.
  • the size and / or location of the spatial area, the type of control and / or the sensitivity within or outside the spatial area may preferably be set by the user as desired,
  • the invention also relates to a method for controlling an object in space by means of a 3D input device comprising a manually operable 3D input element, to which control inputs in or around three (Cartesian)
  • Spatial coordinates can be entered, and a rotary control, which generates a rotational angle-dependent output signal in a rotational operation, the method comprising the steps of: in response to an actuation of the 3D input element: moving the controlled object in dependence on the on the 3D input element in response to an operation of the knob: moving the controlled object in response to the rotation performed on the knob.
  • the output signals of the 3D input element and the rotary control are processed by a controller, which then has one or more
  • Actuators of the controlled object or a software application accordingly controls.
  • FIG. 2 shows a robot system with a robot controlled by means of a 3D input device according to FIG. 1;
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a 3D input device 1 for controlling a robot 8, as illustrated by way of example in FIG. 2.
  • the 3D input device could also be used to control any other machines or software applications such.
  • B. a CAD software can be used.
  • the input device 1 is able to convert translational and / or rotational control specifications in or around all three Cartesian spatial axes into corresponding electrical control signals.
  • the illustrated in Fig. 1 3D input device 1 comprises a base body 2 with a 3D input element 3, which is formed here in the form of a cap which is movably connected to the base body 2.
  • the 3D input element 3 can be moved in the x-, y- and z-direction and pivoted or rotated about the said axes and forms part of a 3D sensor whose actual sensor element is arranged in the interior of the main body 2.
  • the SD sensor may be z. B. to act in the German patent DE 10 2006 058 805 described 3D measuring system.
  • a rotary control 4 in the form of a wheel is also provided, on which further control specifications can be entered.
  • the rotary knob 4 is here, as well as the 3D input element 3, rotatable about the z-axis.
  • the 3D input device 1 is configured such that a controlled object, such. B. the robot 8 shown in FIG. 2, both by means of the 3D input element 3 and by means of the rotary control 4 in space can be moved.
  • the 3D input device 1 is designed such that the object is position-controlled when the rotary knob 4 is actuated. That is, the position of the controlled object is from the am
  • Knob 4 predetermined rotation angle dependent.
  • An actuation of the 3D input element 3 and the rotary control 4 can in principle either in a speed control or in a
  • Position control of the controlled object 8 and 14 are implemented. According to a preferred embodiment of the invention, upon actuation of the 3D input element 3, preferably a speed control is performed, and upon actuation of the rotary control 4 a position control is performed.
  • the control input entered on the 3D input element 3 or rotary knob 4 is converted into a corresponding speed or position by means of a specific transmission ratio or scaling factor.
  • the sensitivity of the knob 4 is preferably lower than that of the SD input element 3.
  • the user can thus by means of the 3D input element 3 a Coarse control and make a fine control of the object by means of the rotary control 4.
  • control i.e., position or velocity control
  • sensitivity may depend on the current position of the controlled object, as will be explained later.
  • the sensor of the 3D input element 3 and / or the knob 4 may, for. Example, an optical, magnetic, piezoelectric or any other known sensor element. According to one embodiment of the
  • Invention produces the knob 4 in a rotational movement z.
  • B a series of pulses from which then different quantities of motion, such as a Rotation angle, can be determined.
  • the output signals of the sensors of the 3D input element 3 and / or the rotary control 4 are from a
  • Evaluation electronics 21 further processed and converted into corresponding control signals for controlling the actuator or actuators of the controlled object 8.
  • the transmitter 21 is referred to in the context of this document as “control” or “control unit” 21 and is usually made of hardware and software components.
  • the control unit 21 may, for. B. in the main body 2 or outside of the main body 2, such as. B. in an external device, be arranged.
  • Fig. 2 shows a robot system with a robot 8, which can be used for example for minimally invasive surgery.
  • the robot 8 comprises two arm elements 1 1 a, 1 1 b, which are connected to each other via a hinge 12a.
  • the lower arm member 1 1 a is connected via a joint 12 c with a base 9.
  • the individual joints 12a, 12c are each driven by an electric motor (not shown) and can, depending on the design, a swivel and / or
  • the robot 8 has a free end, which is also referred to as a robot head and on which a further joint 12 b is provided. Finally, an instrument 13 is attached to the robot head. In a surgical robotic application, this may, for. As an endoscope, a laparoscopic instrument, a cutting, gripping, holding, connecting, sewing or other surgical instrument for minimally invasive surgery. The actual end effector of the instrument 13, such as. As a scalpel, a pair of scissors, a needle, a scraper, a file, a
  • Gripper, etc. is designated by the reference numeral 14. Likewise, tools for non-surgical applications are possible.
  • the robot system shown in FIG. 2 is controlled by means of the 3D input device 1.
  • the output signals of the 3D input device 1 are thereby transmitted to an integrated in the base 9 control unit 21, which is the of the
  • Input device 1 converted control signals into corresponding control signals for the individual actuators of the robot 8, so that the robot 8 and the instrument 13 moves in the manner specified by the user.
  • the reference point for the control of the point A at the free end of the instrument 13. Alternatively, but also another reference point could be specified.
  • the movement of the robot arm 8 or of the instrument 13 can be described in detail in relation to a stationary (eg Cartesian) coordinate system 17.
  • the coordinate system 17 typically references the distal end of the tool 13, the so-called end effector 14, which represents the outermost reference point A of the robot arm 8.
  • the location of the point A can be uniquely defined in the coordinate system 17 by a three-dimensional vector.
  • a vertical pressing on the 3D input element 3 can, for. B. cause the end effector 14 to move down the z-axis.
  • a tilting of the 3D input element 3 can, for. B. cause the end effector 14 about an axis such. B. the y-axis, pivots.
  • control specifications as well as the movements of the robot 8 can overlap, so that with the end effector 14 any movement curves can be traversed in space.
  • the end effector 14 can be controlled so that its outermost point A is moved to point B.
  • Movement from point A to point B can, for. B. represented by a three-dimensional vector 15.
  • the individual joints 12a-12c are designed such that they can each perform a rolling as well as a pivoting movement.
  • the robot 8 thus has a total of 6 degrees of freedom, so that the instrument 13 can be moved freely in space within the range of the robot arm.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of various movement paths 18, 19, 22 to 24, along which the instrument 13 or its end effector 14 is moved to a destination point B.
  • the end effector 14 At the beginning of the action is the end effector 14 outside of the illustrated area 16.
  • the end effector 14 In a first case (see arrows 18 and 24), the end effector 14 is first moved by means of the 3D input element 3 along a movement path 18 up to a point C.
  • the 3D input device 1 can perform either a speed control or a position control. In point C, the 3D input element is again in the neutral position.
  • the controller 21 can determine information about the previous trajectory 18 and then the previous
  • Movement direction of the end effector 14 along the movement path 18 are determined. For example, the end effector 14 would move in the direction of arrow 18 when the direction of rotation of the rotary control 4 is positive, but in the opposite direction of the arrow 18 if the direction of rotation is negative.
  • the end effector 14 is first moved by an appropriate actuation of the 3D input element 3 from an external location (not shown) along a straight trajectory 19 to a point D. As can be seen in FIG. 3, the movement of the object runs along the
  • Movement direction to be changed the user has several additional input elements 6, such as buttons, available, where different directions of movement can be specified, in which the object to be controlled 8 and the end effector 14 is moved when the knob 4 is rotated.
  • buttons buttons
  • Actuation of another key 6 may e.g. the x or y direction or a rotational movement about one of said axes are selected. in the
  • the user first selects the z-direction, so that the end effector 14 moves on actuation of the rotary control 4 along a movement path 22 in the z-direction and then the y-direction, so that the
  • End effector 14 along the trajectory 23 to the destination point B moves.
  • the end effector 14 In order to cause the end effector 14 to move in the negative y direction, it can move the rotary control 4 in the counterclockwise direction, for example.
  • the functionality of the individual keys 6 is preferably freely programmable. Thus, for example, a separate key 6 can be provided for each degree of freedom, or even a single key 6 for several degrees of freedom.
  • control - i the type of control - i.
  • a spatial region 16 which represents a kind of boundary for different operating modes of the SD input device 1.
  • Speed control with a first sensitivity and within the range 16, a speed control is performed with a second sensitivity, the second sensitivity is preferably less than the first sensitivity.
  • a certain deflection of the control knob 3 will therefore be within the range 16 to a lower speed of the controlled
  • the 3D input device 1 could also be configured such that upon actuation of the 3D input element 3 outside of the region 16 a velocity control is performed and within the region 16 a position control is performed.
  • the region 16 is preferably selected such that, on the one hand, the target point B corresponds to the midpoint of the region 16 and, on the other hand, that the controlled object 8, 14 is rotated from the edge of the rotary knob 4 during one complete rotation
  • Area 16 can be moved to the center B of the area 16.
  • the area 16 is advantageously freely parameterizable.
  • the region 16 may be defined as a sphere with a parameterizable radius so that skilled users may choose a larger radius and inexperienced users a smaller radius.
  • the parameters can be stored in the controller 21.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein 3D-Eingabegerät (1) zum Steuern der Position eines Objekts (8, 14) im Raum, umfassend ein manuell bedienbares 3D-Eingabeelement (3), an dem Steuervorgaben in drei Raumkoordinaten eingegeben werden können und einen Drehregler (4), der bei einer Drehbetätigung ein vom Drehwinkel abhängiges Ausgangssignal erzeugt. Gemäß der Erfindung umfasst das 3D- Eingabegerät (1) eine Steuereinheit (21), die das Objekt (8, 14) in Abhängigkeit von der am Drehregler (4) ausgeführten Drehbewegung im Raum bewegt.

Description

3D-Einqabeqerät mit einem zusätzlichen Drehregler
Die Erfindung betrifft ein 3D-Eingabegerät zum Steuern der Position eines Objekts im Raum gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Manuell bedienbare Eingabegeräte, auf die im Folgenden Bezug genommen wird, dienen zum Steuern von Software-Applikationen, wie z. B. CAD-Programmen, oder zum Steuern von mobilen Geräten oder Maschinen, wie z. B. Robotern, Werkzeugen, Transportmittel oder von anderen Vorrichtungen. Typische
Eingabevorrichtungen sind z. B. Mäuse, Joysticks, Tastaturen, Trackballs oder 3D-Eingabegeräte zum Steuern von virtuellen oder realen Objekten im Raum.
Aus der DE 10 2008 019 144 ist beispielsweise ein 3D-Eingabegerät bekannt, das ein 3D-Steuerelement sowie einen zusätzlichen Drehregler umfasst. Über das 3D- Steuerelement kann der Benutzer translatorische und rotatorische Steuervorgaben in bzw. um drei Raumachsen eingeben (d. h. in sechs Freiheitsgraden). Durch eine Betätigung des Drehreglers können weitere Funktionen ausgeführt werden. So kann durch Drehen des Drehreglers z. B. die Empfindlichkeit der 3D-Steuerung verändert, die Helligkeit eines Bildschirms eingestellt, oder ein Zoombereich am Bildschirm definiert werden, in dem dargestellte Elemente je nach Drehrichtung vergrößert oder verkleinert werden.
Die US 5 561 445 A beschreibt ein 3D-Eingabegerät, an dem translatorische und rotatorische Steuervorgaben in insgesamt sechs Freiheitsgraden vorgegeben werden können. Das 3D-Eingabegerät umfasst hierzu drei separate
Eingabeelemente, nämlich einen Trackball, einen Drehregler und eine Kugel, an denen jeweils Steuervorgaben in einem oder mehreren Freiheitsgraden
vorgegeben werden können. Insgesamt kann ein Objekt in sechs Freiheitsgraden bewegt werden.
Ein weiteres 3D-Eingabegerät ist beispielsweise aus der WO 02 065 269 A1 bekannt. Bekannte 3D-Eingabegeräte führen üblicherweise eine Geschwindigkeitssteuerung aus. D. h. eine bestimmte Auslenkung des 3D-Eingabeelements wird umgesetzt in eine bestimmte Geschwindigkeit, mit welcher das Objekt im Raum bewegt wird. Eine bestimmte Position des 3D-Eingabeelements entspricht dabei einer bestimmten Geschwindigkeit des Objekts. Wenn der Benutzer das Objekt anhalten möchte, muss er das 3D-Eingabeelement in die Neutralposition zurück versetzen. Mit einem solchen System kann ein Objekt allerdings nur relativ ungenau gesteuert werden. Für die Feinsteuerung eines Objekts, wie z. B. eines Roboters, ist die Methode der Geschwindigkeitssteuerung ungeeignet, da sie zur zielgenauen Positionierung zu ungenau ist und ein sehr hohes Können erfordert. Ein Grund hierfür liegt unter anderem darin, dass der Roboter weiter verfährt, während der Benutzer das 3D-Eingabeelement noch in die Neutralposition zurückstellt. Um den Roboter präzise steuern zu können, müsste der Benutzer das Verhalten des Roboters in allen Betriebszuständen erlernen und manuell ausregeln.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein 3D-Eingabegerät zum Steuern der Position eines Objekts im Raum zu schaffen, das manuell bedienbar ist und eine einfache und genaue Steuerung des Objekts im Raum ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Gemäß der Erfindung wird ein 3D-Eingabegerät zum Steuern der Position eines Objekts im Raum vorgeschlagen, das ein manuell bedienbares SD- Eingabeelement umfasst, an dem translatorische und/oder rotatorische
Steuervorgaben in bzw. um wenigstens drei (kartesische) Raumkoordinaten vorgegeben werden können, und das ferner einen zusätzlichen Drehregler umfasst, der bei einer Drehbetätigung ein vom Drehwinkel abhängiges
Ausgangssignal erzeugt. Gemäß der Erfindung ist eine Steuereinheit vorgesehen, die das Objekt in Abhängigkeit von der am Drehregler ausgeführten
Drehbewegung translatorisch im Raum bewegt. D.h., das gesteuerte Objekt führt bei einer Betätigung des Drehreglers eine lineare, insbesondere geradlinige Bewegung von einem Startpunkt bis zu einem Zielpunkt aus. Das erfindungsgemäße Eingabegerät bietet somit die Möglichkeit, das Objekt sowohl mittels des 3D-Eingabeelements als auch mittels des Drehreglers zu steuern bzw. zu positionieren. Wenn der Drehregler eine geringere Empfindlichkeit aufweist als das 3D-Eingabegerät kann das Objekt mittels des Drehreglers präziser gesteuert werden als mittels des 3D-Eingabeelements. Je nach Empfindlichkeit bewegt sich das Objekt bei einer bestimmten Steuervorgabe unterschiedlich schnell bzw. unterschiedlich weit, wobei eine höhere Empfindlichkeit bedeutet, dass sich das Objekt vergleichsweise schneller bzw. weiter bewegt.
Unter einem„Objekt" wird im Rahmen dieses Dokuments jede Maschine bzw. jede Vorrichtung verstanden, die mittels eines oder mehrerer Aktuatoren, wie z. B. Elektromotoren, bewegbar ist. Darüber hinaus kann es sich bei dem
erfindungsgemäßen„Objekt" auch um ein virtuelles Objekt handeln, dass z. B. auf einem Bildschirm angezeigt wird und vom Benutzer mittels einer Software- Applikation gesteuert werden kann.
Das erfindungsgemäße 3D-Eingabegerät kann prinzipiell derart konfiguriert sein, dass bei einer Betätigung des 3D-Eingabeelements oder des Drehreglers jeweils entweder eine Positionssteuerung oder eine Geschwindigkeitssteuerung ausgeführt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei einer Betätigung des Drehreglers eine Positionssteuerung ausgeführt, durch die das Objekt entsprechend der Drehbewegung des Drehreglers im Raum bewegt wird. Mit Hilfe einer Positionssteuerung kann der Benutzer einen gewünschten Zielpunkt in der Regel wesentlich schneller und genauer ansteuern als bei einer Geschwindigkeitssteuerung, ohne dafür lange geübt haben zu müssen.
Unter einer„Positionssteuerung" wird eine Steuerung oder Regelung verstanden, die eine vom Benutzer am Drehregler ausgeführte Steuervorgabe in eine entsprechende Positionsänderung des gesteuerten Objekts umsetzt. Das Ausmaß der Drehbewegung bestimmt dabei die vom gesteuerten Objekt zurückgelegte Strecke von einer Startposition bis zu einer Endposition, wobei die Steuervorgabe des Benutzers mit einem vorgegebenen Skalierungsfaktor in eine entsprechende Bewegung des gesteuerten Objekts umgesetzt wird.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist das 3D-Eingabegerät derart konfiguriert, dass eine vom Benutzer am 3D-Eingabeelement ausgeführte Steuervorgabe in eine entsprechende Geschwindigkeit des gesteuerten Objekts umgesetzt wird. Bei einer Drehbetätigung des Drehreglers erfolgt vorzugsweise eine Positionssteuerung. Alternativ könnte eine am 3D-Eingabeelement
ausgeführte Steuervorgabe z. B. auch eine Positionssteuerung bewirken. In diesem Fall ist die Empfindlichkeit des 3D-Eingabeelements vorzugsweise höher als die des Drehreglers.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der beide Eingabemittel (das SD- Eingabeelement und der Drehregler) eine Geschwindigkeitssteuerung ausführen, gilt entsprechendes.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, das Objekt bei einer Drehbewegung des Drehreglers in Abhängigkeit von der bisherigen Bewegungsbahn des Objekts weiter zu bewegen. Verläuft die bisherige Bewegungsbahn beispielsweise entlang einer Geraden, wird das Objekt vorzugsweise entlang der Geraden weiter bewegt. Im Falle einer Kurve wird das Objekt dagegen vorzugsweise entlang einer Kurve mit etwa demselben Kurvenradius weiter bewegt. Gemäß einer speziellen
Ausführungsform könnte an einem Punkt der bisherigen Bewegungsbahn, insbesondere dem Endpunkt, z. B. auch eine Asymptote berechnet und das Objekt entlang der Asymptote weiter bewegt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das 3D- Eingabegerät ein oder mehrere weitere Eingabeelemente, wie z. B. Taster, zur Vorgabe einer bestimmten Bewegungsrichtung, der das Objekt bei einer Drehung des Drehreglers folgen soll. Mittels der weiteren Eingabeelemente kann z. B. eine Bewegung in x-Richtung, y-Richtung oder z-Richtung, oder eine Drehung um eine der genannten Achsen vorgegeben werden. Wird eines dieser zusätzlichen Eingabeelemente betätigt und der Drehregler manuell gedreht, bewegt sich das Objekt in die gewünschte Richtung. Mit Hilfe der zusätzlichen Eingabeelemente und des Drehreglers ist es daher möglich, das Objekt in jede gewünschte räumliche Richtung zu bewegen und/oder das Objekt um die jeweiligen
Raumachsen zu drehen. Wahlweise könnte die Bewegungsrichtung auch softwaremäßig um konfiguriert werden.
Die vom gesteuerten Objekt ausgeführte Bewegung ist vorzugsweise abhängig von der Drehrichtung des Drehreglers. Gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform ist das 3D-Eingabegerät derart ausgelegt, dass das Objekt bei einer Betätigung des Drehreglers in einer ersten Drehrichtung in eine erste Bewegungsrichtung, und bei einer Betätigung des Drehreglers in die andere Drehrichtung in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Art der Steuerung (d.h. Positions- oder Geschwindigkeitssteuerung) und/oder die Empfindlichkeit der jeweiligen Eingabeeinrichtung (3D-Eingabeelement oder Drehregler) von der Position abhängig sein, an der sich das gesteuerte Objekt befindet. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei einer Betätigung des Drehreglers eine Positionssteuerung mit einer ersten Empfindlichkeit durchgeführt wird, wenn sich das gesteuerte Objekt innerhalb eines vorgegebenen Bereichs befindet, und eine Positionssteuerung mit einer zweiten Empfindlichkeit durchgeführt wird, wenn sich das Objekt außerhalb des Bereichs befindet. Die Empfindlichkeit innerhalb des Bereichs ist vorzugsweise geringer als außerhalb des Bereichs. Entsprechendes gilt optional auch für eine Betätigung des 3D-Eingabeelements. Alternativ kann das erfindungsgemäße 3D-Eingabegerät auch derart ausgelegt sein, dass bei einer Betätigung des Drehreglers eine Positionssteuerung durchgeführt wird, wenn sich das gesteuerte Objekt innerhalb eines vorgegebenen räumlichen Bereichs befindet, und eine Geschwindigkeitssteuerung durchgeführt wird, wenn sich das Objekt außerhalb des bzw. eines anderen räumlichen
Bereichs befindet. Entsprechendes gilt optional auch für eine Betätigung des SD- Eingabeelements.
Der vorstehend genannte Bereich ist vorzugsweise derart definiert, dass das zu steuernde Objekt bei einer vollen Umdrehung des Drehreglers vom Rand eines räumlichen Bereichs bis zum Mittelpunkt des Bereichs bewegt werden kann. Der Bereich ist vorzugsweise ein räumlicher Bereich, der z. B. die Form einer Sphäre aufweist. Alternativ können aber auch feinere oder gröbere Übersetzungen gewählt werden, wie vorstehend beschrieben wurde.
Die Größe und/oder der Ort des räumlichen Bereichs, die Art der Steuerung und/oder die Empfindlichkeit innerhalb bzw. außerhalb des räumlichen Bereichs kann vorzugsweise vom Benutzer nach Wunsch eingestellt werden,
beispielsweise mittels eines entsprechenden Software-Menüs. Ungeübte Nutzer können somit z. B. einen größeren Bereich und/oder eine geringere
Empfindlichkeit wählen als versierte Nutzer.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Steuern eines Objekts im Raum mittels eines 3D-Eingabegeräts, das ein manuell bedienbares 3D- Eingabeelement, an dem Steuervorgaben in bzw. um drei (kartesische)
Raumkoordinaten eingegeben werden können, und einen Drehregler umfasst, der bei einer Drehbetätigung ein vom Drehwinkel abhängiges Ausgangssignal erzeugt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: in Reaktion auf eine Betätigung des 3D-Eingabeelements: Bewegen des gesteuerten Objekts in Abhängigkeit von der am 3D-Eingabeelement ausgeführten Steuervorgabe, und, in Reaktion auf eine Betätigung des Drehreglers: Bewegen des gesteuerten Objekts in Abhängigkeit von der am Drehregler ausgeführten Drehbewegung.
Zu diesem Zweck werden die Ausgangssignale des 3D-Eingabeelements und des Drehreglers von einer Steuerung verarbeitet, die dann einen oder mehrere
Aktuatoren des gesteuerten Objekts, oder eine Software-Applikation entsprechend ansteuert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten 3D-Eingabegeräts mit einem zusätzlichen Drehregler;
Fig. 2 ein Robotersystem mit einem Roboter, der mittels eines 3D- Eingabegeräts nach Fig. 1 gesteuert wird; und
Fig. 3 verschiedene, vom Endeffektor eines Instruments zurückgelegte
Bewegungsbahnen. Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines 3D-Eingabegeräts 1 zur Steuerung eines Roboters 8, wie er beispielhaft in Fig. 2 dargestellt ist. Das 3D-Eingabegerät könnte aber auch zur Steuerung beliebiger anderer Maschinen oder Software- Applikationen, wie z. B. einer CAD-Software genutzt werden. Das Eingabegerät 1 ist in der Lage, translatorische und / oder rotatorische Steuervorgaben in bzw. um alle drei kartesischen Raumachsen in entsprechende elektrische Steuersignale zu wandeln. Das in Fig. 1 dargestellte 3D-Eingabegerät 1 umfasst einen Grundkörper 2 mit einem 3D-Eingabeelement 3, das hier in Form einer Kappe ausgebildet ist, die beweglich mit dem Grundkörper 2 verbunden ist. Das 3D-Eingabeelement 3 kann in x-, y- und z-Richtung bewegt sowie um die genannten Achsen geschwenkt bzw. gedreht werden und bildet einen Teil eines 3D-Sensors, dessen eigentliches Sensorelement im Inneren des Grundkörpers 2 angeordnet ist. Bei dem SD- Sensor kann es sich z. B. um das im deutschen Patent DE 10 2006 058 805 beschriebene 3D-Messsystem handeln.
Im Bereich des 3D-Eingabeelements 3 ist ferner ein Drehregler 4 in Form eines Rades vorgesehen, an dem weitere Steuervorgaben eingegeben werden können. Der Drehregler 4 ist hier, ebenso wie das 3D-Eingabeelement 3, um die z-Achse drehbar. Am Grundkörper 2 können darüber hinaus weitere Bedienelemente, wie z. B. Tasten 6 und/oder ein Display 7 angeordnet sein. Das 3D-Eingabegerät 1 ist derart konfiguriert, dass ein gesteuertes Objekt, wie z. B. der in Fig. 2 dargestellte Roboter 8, sowohl mittels des 3D-Eingabeelements 3 als auch mittels des Drehreglers 4 im Raum bewegt werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das 3D-Eingabegerät 1 derart ausgebildet, dass das Objekt positionsgesteuert wird, wenn der Drehregler 4 betätigt wird. D. h., die Position des gesteuerten Objekts ist von dem am
Drehregler 4 vorgegebenen Drehwinkel abhängig.
Eine Betätigung des 3D-Eingabeelements 3 als auch des Drehreglers 4 kann prinzipiell entweder in eine Geschwindigkeitssteuerung oder in eine
Positionssteuerung des gesteuerten Objekts 8 bzw. 14 umgesetzt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei einer Betätigung des 3D-Eingabeelements 3 vorzugsweise eine Geschwindigkeitssteuerung, und bei einer Betätigung des Drehreglers 4 eine Positionssteuerung durchgeführt. Die am 3D-Eingabeelement 3 bzw. Drehregler 4 eingegebene Steuervorgabe wird dabei mittels eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses bzw. Skalierungsfaktors in eine entsprechende Geschwindigkeit bzw. Position umgesetzt.
Für den Fall, dass beide Eingabeelemente 3, 4 eine Positionssteuerung, oder beide Eingabeelemente 3, 4 eine Geschwindigkeitssteuerung durchführen, ist die Empfindlichkeit des Drehreglers 4 vorzugsweise geringer als diejenige des SD- Eingabeelements 3. Der Benutzer kann somit mittels des 3D-Eingabeelements 3 eine Grobsteuerung und mittels des Drehreglers 4 eine Feinsteuerung des Objekts vornehmen.
Die Art der Steuerung (d. h. Positions- oder Geschwindigkeitssteuerung) und/oder die Empfindlichkeit können von der aktuellen Position des gesteuerten Objekts abhängen, wie später noch erläutert werden wird. Die Sensorik des 3D-Eingabeelements 3 und/oder des Drehreglers 4 kann z. B. ein optisches, magnetisches, piezoelektrisches oder ein beliebiges anderes bekanntes Sensorelement umfassen. Gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung erzeugt der Drehregler 4 bei einer Drehbewegung z. B. eine Reihe von Impulsen, aus denen dann verschiedene Bewegungsgrößen, wie z.B. ein Drehwinkel, ermittelt werden können. Die Ausgangssignale der Sensorik des 3D- Eingabeelements 3 und/oder des Drehreglers 4 werden von einer
Auswerteelektronik 21 weiter verarbeitet und in entsprechende Steuersignale zur Steuerung des bzw. der Aktuatoren des gesteuerten Objekts 8 umgewandelt. Die Auswerteelektronik 21 wird im Rahmen dieses Dokuments auch als„Steuerung" oder„Steuereinheit" 21 bezeichnet und besteht in der Regel aus Hardware- und Software-Komponenten. Die Steuereinheit 21 kann z. B. im Grundkörper 2 oder außerhalb des Grundkörpers 2, wie z. B. in einem externen Gerät, angeordnet sein.
Fig. 2 zeigt ein Robotersystem mit einem Roboter 8, der beispielsweise für die minimal invasive Chirurgie eingesetzt werden kann. Der Roboter 8 umfasst zwei Armelemente 1 1 a, 1 1 b, die über ein Gelenk 12a miteinander verbunden sind. Das untere Armelement 1 1 a ist über ein Gelenk 12c mit einer Basis 9 verbunden. Die einzelnen Gelenke 12a, 12c werden jeweils elektromotorisch (nicht gezeigt) angetrieben und können je nach Ausführung eine Schwenk- und/oder
Rollbewegung der Armelemente 1 1 a, 1 1 b bewirken.
Der Roboter 8 hat ein freies Ende, das auch als Roboterkopf bezeichnet wird und an dem ein weiteres Gelenk 12b vorgesehen ist. An dem Roboterkopf ist schließlich ein Instrument 13 befestigt. Bei einer chirurgischen Roboteranwendung kann dies z. B. ein Endoskop, ein laparoskopisches Instrument, ein Schneid-, Greif-, Halte-, Verbinde-, Näh- oder ein anderes chirurgisches Instrument für die minimal invasive Chirurgie sein. Der eigentliche Endeffektor des Instruments 13, wie z. B. ein Skalpell, eine Schere, eine Nadel, ein Schaber, eine Feile, ein
Greifer, etc. ist mit den Bezugszeichen 14 bezeichnet. Ebenso sind Werkzeuge für nicht-chirurgische Anwendungen möglich.
Das in Fig. 2 dargestellte Robotersystem wird mittels des 3D-Eingabegeräts 1 gesteuert. Die Ausgangssignale des 3D-Eingabegeräts 1 werden dabei an eine in der Basis 9 integrierte Steuereinheit 21 übertragen, die die von der
Eingabevorrichtung 1 empfangenen Steuersignale in entsprechende Stellsignale für die einzelnen Aktuatoren des Roboters 8 umsetzt, so dass sich der Roboter 8 bzw. das Instrument 13 in der vom Benutzer vorgegebenen Weise bewegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Bezugspunkt für die Steuerung der Punkt A am freien Ende des Instruments 13. Wahlweise könnte aber auch ein anderer Bezugspunkt vorgegeben werden. Die Bewegung des Roboterarms 8 bzw. des Instruments 13 kann in Bezug zu einem ortsfesten (z.B. kartesischen) Koordinatensystem 17 genau beschrieben werden. Typischerweise referenziert dabei das Koordinatensystem 17 auf das distale Ende des Werkzeugs 13, den sogenannten Endeffektor 14, welcher den äußersten referenzierbaren Punkt A des Roboterarms 8 darstellt. Die Lage des Punkts A kann im Koordinatensystem 17 durch einen dreidimensionalen Vektor eindeutig definiert werden.
Ein senkrechtes Drücken auf das 3D-Eingabeelement 3 kann z. B. bewirken, dass der Endeffektor 14 entlang der z- Achse nach unten bewegt wird. Ein Kippen des 3D- Eingabeelement 3 kann z. B. bewirken, dass der Endeffektor 14 um eine Achse, wie z. B. die y-Achse, schwenkt.
Die Steuervorgaben wie auch die Bewegungen des Roboters 8 können sich überlagern, so dass mit dem Endeffektor 14 beliebige Bewegungskurven im Raum durchfahren werden können. Beispielsweise kann der Endeffektor 14 angesteuert werden, dass dessen äußerster Punkt A nach Punkt B bewegt wird. Die
Bewegung von Punkt A nach Punkt B kann z. B. durch einen dreidimensionalen Vektor 15 dargestellt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Gelenke 12a-12c derart ausgebildet, dass sie jeweils eine Roll- als auch eine Schwenkbewegung ausführen können. Der Roboter 8 hat somit insgesamt 6 Freiheitsgrade, so dass das Instrument 13 innerhalb der Reichweite des Roboterarms frei im Raum bewegt werden kann.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung verschiedener Bewegungsbahnen 18, 19, 22 bis 24, entlang derer das Instrument 13 bzw. dessen Endeffektor 14 bis zu einem Zielpunkt B bewegt wird. Zu Beginn der Aktion befindet sich der Endeffektor 14 außerhalb des dargestellten Bereichs 16. In einem ersten Fall (siehe Pfeile 18 und 24) wird der Endeffektor 14 zunächst mittels des 3D-Eingabeelements 3 entlang einer Bewegungsbahn 18 bis zu einem Punkt C bewegt. Das 3D- Eingabegerät 1 kann dabei entweder eine Geschwindigkeitssteuerung oder eine Positionssteuerung ausführen. In Punkt C befindet sich das 3D-Eingabeelement wieder in der neutralen Position. Die Steuerung 21 kann dabei Informationen über die bisherige Bewegungsbahn 18 ermitteln und dann die bisherige
Bewegungsbahn 18 des Objekts, welche durch das 3D-Eingabeelement 3 ausgelöst wurde, speichern. Um das Objekt 8 bzw. den Endeffektor 14 nun zum Zielpunkt B weiter zu bewegen, wird der Drehregler 4 betätigt. Dadurch wird der Endeffektor 14 entlang der bisherigen Bewegungsrichtung 18 bis zum Zielpunkt B weiter bewegt. Die zugehörige Bewegungsbahn ist hier durch einen gepunkteten Pfeil 24 dargestellt. Die vom Endeffektor 14 zurück gelegte Wegstrecke ist dabei abhängig von dem am Drehregler 4 vorgegebenen Drehwinkel, wobei sie vorzugsweise proportional zum Drehwinkel ist.
Vorteilhafterweise kann durch die Drehrichtung des Drehreglers 4 die
Bewegungsrichtung des Endeffektors 14 entlang der Bewegungsbahn 18 bestimmt werden. Beispielsweise würde sich der Endeffektor 14 bei positivem Drehsinn des Drehreglers 4 in Pfeilrichtung 18 bewegen, bei negativem Drehsinn jedoch entgegen Pfeilrichtung 18.
In einem anderen Fall wird der Endeffektor 14 durch entsprechende Betätigung des 3D-Eingabeelements 3 zunächst von einem externen Ort (nicht gezeigt) entlang einer geraden Bewegungsbahn 19 bis zu einem Punkt D bewegt. Wie in Figur 3 zu erkennen ist, verläuft die Bewegung des Objekts entlang der
Bewegungsbahn 19 am Zielpunkt B vorbei. Es wäre daher nicht möglich, den Zielpunkt B durch einfache Extrapolation der bisherigen Bewegungsbahn 19 zu erreichen. Um den Zielpunkt B zu erreichen, muss in diesem Fall die
Bewegungsrichtung geändert werden. Hierzu stehen dem Benutzer mehrere zusätzliche Eingabeelemente 6, wie z.B. Tasten, zur Verfügung, an denen verschiedene Bewegungsrichtungen vorgegeben werden können, in die das zu steuernde Objekt 8 bzw. der Endeffektor 14 bewegt wird, wenn der Drehregler 4 gedreht wird. Durch Betätigung einer ersten Taste 6 kann der Nutzer z.B.
festlegen, dass sich der Endeffektor 14 in z-Richtung bewegen soll. Durch
Betätigung einer anderen Taste 6 kann z.B. die x- oder y-Richtung oder eine Drehbewegung um eine der genannten Achsen ausgewählt werden. Im
dargestellten Beispiel wählt der Nutzer zunächst die z-Richtung, so dass sich der Endeffektor 14 bei Betätigung des Drehreglers 4 entlang einer Bewegungsbahn 22 in z-Richtung bewegt und anschließend die y-Richtung, so dass sich der
Endeffektor 14 entlang der Bewegungsbahn 23 bis zum Zielpunkt B bewegt.
Um zu erreichen, dass sich der Endeffektor 14 in negativer y-Richtung bewegt, kann er den Drehregler 4 beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn bewegen. Die Funktionalität der einzelnen Tasten 6 ist vorzugsweise frei programmierbar. So kann beispielsweise für jeden Freiheitsgrad eine separate Taste 6, oder für mehrere Freiheitsgrade auch nur eine einzige Taste 6 vorgesehen sein.
Wie vorstehend erwähnt wurde, kann die Art der Steuerung - d.h.
Positionssteuerung oder Geschwindigkeitssteuerung - und/oder die
Empfindlichkeit der Steuerung vom aktuellen Ort des gesteuerten Objekts 8, 14 abhängig sein. Gemäß der Erfindung kann z.B. ein räumlicher Bereich 16 definiert werden, der eine Art Grenze für verschiedene Betriebsarten des SD- Eingabegeräts 1 darstellt. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass bei einer Betätigung des 3D-Eingabeelements 3 außerhalb des Bereichs 16 eine
Geschwindigkeitssteuerung mit einer ersten Empfindlichkeit, und innerhalb des Bereichs 16 eine Geschwindigkeitssteuerung mit einer zweiten Empfindlichkeit ausgeführt wird, wobei die zweite Empfindlichkeit vorzugsweise geringer ist als die erste Empfindlichkeit. Eine bestimmte Auslenkung des Steuerknopfes 3 wird daher innerhalb des Bereichs 16 zu einer geringeren Geschwindigkeit des gesteuerten Objekts 8, 14 führen als außerhalb des Bereichs 16. Das 3D-Eingabegerät 1 könnte aber auch so konfiguriert sein, dass bei einer Betätigung des 3D- Eingabeelements 3 außerhalb des Bereichs 16 eine Geschwindigkeitssteuerung, und innerhalb des Bereichs 16 eine Positionssteuerung ausgeführt wird.
Wahlweise könnte auch jeweils eine Positionssteuerung mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten ausgeführt werden. Die gleichen Grundsätze gelten auch in Bezug auf eine Betätigung des Drehreglers 4.
Der Bereich 16 ist vorzugsweise so gewählt, dass einerseits der Zielpunkt B dem Mittelpunkt des Bereichs 16 entspricht und andererseits, dass das gesteuerte Objekt 8, 14 bei einer vollen Umdrehung des Drehreglers 4 vom Rand des
Bereichs 16 bis zum Mittelpunkt B des Bereichs 16 bewegt werden kann.
Alternativ können aber auch feinere oder gröbere Übersetzungsfaktoren gewählt werden. Hierfür ist der Bereich 16 vorteilhafterweise frei parametrierbar.
Beispielsweise kann der Bereich 16 als eine Sphäre mit einem parametrierbaren Radius definiert werden, so dass geübte Nutzer einen größeren Radius und ungeübte Nutzer einen kleineren Radius wählen können. Die Parameter können in der Steuerung 21 abgelegt werden. In der Steuerungs- und Regelungstechnik wird typischerweise begrifflich getrennt zwischen einer Steuerung (= offener Regelkreis) und einer Regelung
(= geschlossener Regelkreis). In diesem Dokument wird, abweichend davon, für beide Begriffe sowie deren grammatikalische Abwandlungen, sofern nicht explizit anders angegeben, nur von Steuern bzw. Steuerung gesprochen. D.h., die
Begriffe Steuerung und Regelung werden synonym verwendet. Dem Fachmann ist klar, dass er die jeweiligen Steuervorrichtungen als Steuerung oder Regelung ausführen kann.

Claims

Patentansprüche
1 . 3D-Eingabegerät (1 ) zum Steuern der Position eines Objekts (8, 14) im
Raum, umfassend ein manuell bedienbares 3D-Eingabeelement (3), an dem translatorische und / oder rotatorische Steuervorgaben in sechs
Freiheitsgraden, nämlich in bzw. um drei Raumkoordinaten, vorgegeben werden können, und einen zusätzlichen Drehregler (4), der bei einer
Drehbetätigung ein vom Drehwinkel abhängiges Ausgangssignal erzeugt, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (21 ), die das vom Drehregler (4) erzeugte Ausgangssignal verarbeitet und das Objekt (8, 14) in Abhängigkeit von der am Drehregler (4) ausgeführten Drehbewegung translatorisch im Raum bewegt.
2. 3D-Eingabegerät (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21 ) in Abhängigkeit von der am Drehregler (4) ausgeführten Drehbewegung eine Positionssteuerung des Objekts (8, 14) ausführt, wobei der vom Objekt (8, 14) zurückgelegte Weg abhängig ist von dem am
Drehregler (4) vorgegebenen Drehwinkel.
3. 3D-Eingabegerät (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21 ) Informationen über die bisherige Bewegungsbahn (18) ermittelt und das Objekt (8) bei einer Drehbetätigung des Drehreglers (4) in Abhängigkeit von der bisherigen Bewegungsbahn (18) weiterbewegt.
4. 3D-Eingabegerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere weitere manuell bedienbare
Eingabeelemente (6) zur Vorgabe einer bestimmten Bewegungsrichtung vorgesehen sind, und dass die Steuereinheit (21 ) das Objekt (8) in
Abhängigkeit von der Betätigung eines oder mehrerer der Eingabeelemente (6) und von der am Drehregler (4) ausgeführten Drehbewegung in einer bestimmten Richtung bewegt.
5. 3D-Eingabegerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21 ) in Abhängigkeit von der am 3D- Eingabeelement (3) ausgeführten Steuervorgabe eine
Geschwindigkeitssteuerung des Objekts (8) ausführt.
6. 3D-Eingabegerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21 ) derart ausgelegt ist, dass das gesteuerte Objekt (8) bei einer Betätigung des Drehreglers (4) in einer ersten Drehrichtung in eine erste Bewegungsrichtung, und bei einer Betätigung des Drehreglers (4) in einer zweiten Drehrichtung in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung bewegt wird.
7. 3D-Eingabegerät (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Art und/oder die Empfindlichkeit der Steuerung, die bei einer Betätigung des 3D-Eingabeelements (3) und/oder des Drehreglers (4) ausgeführt wird, vom Ort des gesteuerten Objekts (8) abhängig ist.
8. 3D-Eingabegerät (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21 ) innerhalb eines vorgegebenen örtlichen Bereichs (16) eine erste Steuerungsart, wie z. B. eine Positionssteuerung, und außerhalb des vorgegebenen Bereichs (16) eine unterschiedliche zweite Steuerungsart, wie z. B. eine Geschwindigkeitssteuerung, durchführt.
9. 3D-Eingabegerät (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfindlichkeit des 3D-Eingabeelements (3) und/oder des Drehreglers (4), wenn sich das gesteuerte Objekt (8) innerhalb eines vorgegebenen örtlichen Bereichs (16) befindet, geringer ist, als wenn sich das gesteuerte Objekt (8) außerhalb des Bereichs (16) befindet.
10. 3D-Eingabegerät (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (16) derart definiert ist, dass das Objekt (8) bei einem
bestimmten Drehwinkel des Drehreglers (4) vom Rand des Bereichs (16) bis zum Mittelpunkt (B) des Bereichs (16) bewegt werden kann.
1 1 . 3D-Eingabegerät (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt des Bereichs 16 einem Zielpunkt (B) entspricht.
12. Verfahren zum Steuern eines Objekts (8) im Raum mittels eines SD- Eingabegeräts (1 ), das ein manuell bedienbares 3D-Eingabeelement (3), an dem translatorische und rotatorische Steuervorgaben in sechs
Freiheitsgraden, nämlich in bzw. um drei Raumkoordinaten, vorgegeben werden können, und einen Drehregler (4) umfasst, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- in Reaktion auf eine Betätigung des 3D-Eingabeelements (3): Bewegen des Objekts (8, 14) im Raum entsprechend der Steuervorgabe, und
- in Reaktion auf eine Betätigung des Drehreglers (4): Ausführen einer translatorischen Bewegung des Objekts (8, 14) in Abhängigkeit von der am Drehregler ausgeführten Drehbewegung.
13. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (8, 14) bei einer Drehbetätigung des Drehreglers (4) in Abhängigkeit von der bisherigen Bewegungsbahn (18), welche durch das 3D-Eingabeelement (3) ausgeführt wurde, weiterbewegt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch
gekennzeichnet, dass das Objekt (8, 14) bei einer Betätigung des Drehreglers (4) positionsgesteuert und bei einer Betätigung des 3D- Eingabeelement (3) geschwindigkeitsgesteuert bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (8, 14) bei einer Betätigung des Drehreglers (4) mit einer geringeren Empfindlichkeit bewegt wird als Betätigung des 3D-Eingabeelements (3).
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