WO2022171864A1 - Führungssystem zur zweiachsigen führung einer bewegung und eingabesystem - Google Patents

Führungssystem zur zweiachsigen führung einer bewegung und eingabesystem Download PDF

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WO2022171864A1
WO2022171864A1 PCT/EP2022/053513 EP2022053513W WO2022171864A1 WO 2022171864 A1 WO2022171864 A1 WO 2022171864A1 EP 2022053513 W EP2022053513 W EP 2022053513W WO 2022171864 A1 WO2022171864 A1 WO 2022171864A1
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WO
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arm
axis
coupling
guidance system
arms
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PCT/EP2022/053513
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Battlogg
Benjamin BÜRKLE
Original Assignee
Inventus Engineering Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00—Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/002—Elastic or yielding linear bearings or bearing supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/56—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/60—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/62—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism with perpendicular axes, e.g. cross-slides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00—Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/008—Systems with a plurality of bearings, e.g. four carriages supporting a slide on two parallel rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2210/00—Fluids
    • F16C2210/02—Fluids defined by their properties
    • F16C2210/06—Fluids defined by their properties magnetic fluids

Definitions

  • the present invention relates to a guidance system for two-axis guidance of a movement.
  • the guidance system comprises at least one guidance device with at least one first arm mounted on a support structure so as to be displaceable along an x-axis.
  • the invention also relates to an input system with a guidance system.
  • the crossing point is preferably displaceable.
  • the crossing point is dependent on the movement of the arms relocatable.
  • the crossing point moves together and preferably at the same location as the coupling element.
  • the crossing point can only be moved jointly and preferably only at the same location as the coupling element.
  • the coupling element always remains stationary relative to the crossing point when the crossing point is relocated as intended.
  • the coupling element can extend at least partially through the crossing point and/or at least partially around the crossing point.
  • the coupling element comprises at least one carriage or is designed as such.
  • the carriage is preferably mounted on one of the arms in a rolling and/or sliding and/or magnetic manner in the longitudinal direction of this arm (or transversely to the direction of movement of this arm).
  • the carriage is transverse to Longitudinally this arm (or in a direction of movement of this arm) fixed to this arm. It is possible for the carriage to be mounted and/or fixed on both arms in the manner described above.
  • the carriage can include rollers, active or passive magnetic bearings (bearing without material contact due to magnetic forces) and/or sliding blocks. It is possible that the coupling rod is attached to the carriage.
  • the coupling rod can be provided alone or in combination with the carriage.
  • the carriage includes at least one passage.
  • one of the two arms and, for example, the arm on which the carriage is not mounted extends through the passage.
  • the carriage is fixed to the arm that extends through the passage in the direction of movement of this arm and can be displaced in particular in the longitudinal direction of this arm (or transversely to the direction of movement of this arm).
  • the carriage is carried along when the arm that extends through the passage moves.
  • the carriage can move together with that arm on which the carriage is mounted, without taking along the arm which extends through the passage.
  • the second arm extends through the passage.
  • the carriage is fixed to the second arm in the direction of movement of the second arm and in particular in its longitudinal direction or transversely to the direction of movement of the second arm movable.
  • the carriage is carried along when the second arm moves.
  • the carriage can move together with the first arm without the second arm being carried along.
  • the coupling element comprises at least one coupling unit with at least two and preferably at least three and particularly preferably at least four coupling carriers.
  • the coupling carriers are preferably connected to one another by means of at least one coupling part.
  • At least one upper and at least one lower coupling part are preferably provided.
  • the upper coupling part can accommodate and/or provide an operating element.
  • the coupling carriers span the crossing point. In particular lies the crossing point in a center defined by the four coupling beams.
  • the coupling carriers are preferably each in contact with at least one bearing unit on the first arm and/or each with at least one bearing unit on the second arm.
  • the arms are guided by the coupling unit along their axes of movement.
  • the coupling unit rolls and/or slides on or on the arms by means of the bearing units.
  • the bearing units each comprise at least one roller and/or a wheel and/or a roller bearing and/or plain bearing and/or magnetic bearing.
  • a bearing unit can also be provided by a roller bearing.
  • the bearing units of a coupling carrier are in particular arranged axially (ie in relation to the longitudinal axis of the coupling carrier) one behind the other and are preferably arranged at a distance from one another.
  • the coupling carriers extend through the respectively associated bearing unit.
  • control element can be moved (only) in the plane of movement of the arms and, in particular, is guided in this plane.
  • the arms are guided by the coupling unit in a rolling and/or sliding and/or magnetic and/or other manner with minimal friction on their outer sides running transversely to the plane of movement (in other words on the vertical outer sides or on the outer sides running in the direction of the z-axis).
  • the braking devices can preferably be controlled in particular by means of at least one control device as a function of a sensor-detected position of the arms.
  • damping can be adjusted depending on the position of the arms.
  • different damping can be set for the arms.
  • the braking devices can be adjusted in real time by means of the control device. For example, a haptic signal or haptic feedback can take place if the arms are moved as part of manual operation or an input is made with the control element.
  • the haptic signals can be supplemented and/or replaced with acoustic and/or optical signals.
  • the guidance system includes acoustic and/or visual signal transmitters. It is also possible for the acoustic signals to be converted into an audible frequency range by blocking and releasing mobility by means of the braking device.
  • An actuator can also be provided with which vibrations can be actively generated. This is an advantage when gaming, for example, when vibrations or extremely uneven surfaces are to be simulated and the haptic signal of the braking device is to be supplemented.
  • the first arm and/or the second arm are preferably each mounted on the support structure by means of at least one linear guide.
  • the linear guide comprises at least one plain bearing.
  • the linear guide can also include at least one roller bearing.
  • the linear guide comprises at least two rails that can be displaced relative to one another, and preferably slide rails.
  • the rails are positively connected transversely to the direction of movement, for example in the manner of a dovetail guide. In all configurations, the slide rails can also be curved.
  • the first arm and/or the second arm are preferably mounted on at least one end area in each case, in particular by means of the linear guide.
  • the first arm and/or the second arm are each mounted on two opposite end regions (in the longitudinal direction).
  • at least two linear guides (arranged at the ends) are provided for each of the arms.
  • the guidance system comprises at least one operating element that can be moved for operation.
  • the operating element is attached to the coupling element and preferably to the carriage and/or coupling rod and/or to the coupling unit.
  • the operating element can be provided at least partially by the coupling element and in particular by the carriage and/or the coupling unit.
  • the operating element is connected to the coupling element in such a way that the operation of the operating element is guided in two axes by means of the guide device.
  • the mobility of the operating element is specified in particular by the mobility of the coupling element.
  • the operating element and the coupling element can only be moved together.
  • the operating element is moved manually and the arms follow the movements of the coupling element or are carried along by the coupling element.
  • the operating element may include a computer mouse body.
  • the computer mouse body is firmly connected to the coupling element. Electrical contacting of the operating element takes place in particular via sliding contacts,
  • a movement of the computer mouse body is guided in two axes by means of the guide device.
  • targeted inputs can also be made in a heavily swaying vehicle.
  • the mouse body can also be targeted and, for example, dependent on the braking device dampened in position to provide haptic feedback for input. The input can then be checked without looking or the control element can be "guided", i.e. only certain movements are permitted.
  • a side effect is that the movements of the control element or the computer mouse body to achieve an input process can be reduced overall through intelligent control, which can have health benefits (less tendonitis; mouse arm; less tiring for the eyes).
  • the linear motor for executing positioning movements.
  • the drive device is operatively connected to the first arm and the second arm, so that the positioning movements are guided in two axes by means of the guide device.
  • the coupling element follows the positioning movements.
  • the arms can be moved into predetermined positions by means of the drive device.
  • an active movement of the arms is provided in particular, so that the coupling element follows the movement of the arms.
  • the x-axis and the y-axis are in particular transverse and preferably perpendicular to one another (but not limited to this) and in particular lie in a common plane.
  • the first arm is preferably mounted so that it can only be displaced along the x-axis.
  • the first arm is in particular immovable outside of the x-axis and is preferably fixed to the support structure at least along the y-axis.
  • the second arm is preferably mounted so that it can only be displaced along the y-axis.
  • the second arm is in particular immovable outside of the y-axis and is preferably fixed to the support structure at least along the x-axis.
  • the arms are each displaceable along their own axis independently of the other arm.
  • one of the arms can be stationary while the other arm is moved along its axis.
  • the first arm is displaceable along the x-axis independently of the second arm.
  • the second arm is displaceable along the y-axis independently of the first arm.
  • the coupling element is carried along by the arm in this direction.
  • the other arm is also entrained as a result of the entrainment of the coupling element.
  • the coupling element can also be referred to as a driver element.
  • the coupling device is suitable and designed to entrain the arms when the coupling element is moved (for example manually) along the respective direction of movement of the arm.
  • the coupling element is connected to the first arm in such a way that it can be displaced in the direction of movement of the second arm and is fixed in the direction of movement of the first arm.
  • the coupling element is carried along by the first arm, in particular in the direction of movement of the first arm.
  • the coupling element is connected to the second arm in such a way that it can be displaced in the direction of movement of the first arm and is fixed in the direction of movement of the second arm.
  • the coupling element is taken along by the second arm, in particular in the direction of movement of the second arm.
  • the direction of movement can be preset passively and/or actively.
  • FIG. 3 shows a detailed representation of the guide system according to FIG. 2 in a view from below;
  • FIG. 7 shows a detailed illustration of the coupling device of the guidance system according to FIG. 6 in a perspective view obliquely from below;
  • the cursor 103 is to be moved here to the upper target point 36 (A), for example in order to click on something there.
  • A the upper target point 36
  • the user looks at the screen and pushes the mouse with his hand, first in rough movements and then with finer movements while looking closely at the target point 36. The movement requires the user's concentration and distracts him from his actual task.
  • the cursor 103 can be "guided" to the target point 36. This is considerably easier for inexperienced users or users who have to concentrate on other things and more comfortable.
  • the input receiving device and/or the control device 8 can use artificial intelligence to determine the user's desired destination and then define the path 36 or the movement path in order to guide the user there.

Abstract

Führungssystem (1) zur zweiachsigen Führung einer Bewegung mit einer Führungseinrichtung (2) mit einem entlang einer x-Achse (11) verschiebbar an einer Tragstruktur (32) gelagerten ersten Arm (12) einem entlang einer y-Achse (21) verschiebbar an der Tragstruktur (32) gelagerten zweiten Arm (22). Die Arme (12, 22) sind mit jeweils wenigstens einer magnetorheologischen Bremseinrichtung wirkverbunden. Die beiden Arme (12, 22) überkreuzen sich in einem Kreuzungspunkt (42). Dem Kreuzungspunkt (42) ist eine Koppeleinrichtung (3) mit einem Koppelelement (13) zugeordnet. Das Koppelelement (13) ist in Richtung der y-Achse (21) an dem ersten Arm (12) verschiebbar gelagert und an dem zweiten Arm (22) festgelegt ist. Das Koppelelement (13) ist in Richtung der x-Achse (11) an dem zweiten Arm (22) verschiebbar gelagert und an dem ersten Arm (12) festgelegt.

Description

FührungsSystem zur zweiachsigen Führung einer Bewegung und
Eingabesystem
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein FührungsSystem zur zweiachsigen Führung einer Bewegung. Das Führungssystem umfasst wenigstens eine Führungseinrichtung mit wenigstens einem entlang einer x-Achse verschiebbar an einer Tragstruktur gelagerten ersten Arm. Die Erfindung betrifft zudem ein Eingabesystem mit einem Führungssystem.
Derartige Führungssysteme werden häufig auch als X-Y-Führungen bezeichnet. Üblicherweise weisen die bekannten
Führungseinrichtungen zusätzlich zu dem Arm für die x-Achse noch ein Bauteil auf, welches entlang der y-Achse verschiebbar ist. Dieses Bauteil ist in der Regel verschiebbar an dem Arm gelagert, welcher entlang der x-Achse verschiebbar ist.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Führungssysteme zu verbessern. Insbesondere soll für beide Achsen eine besonders gleichmäßige und zugleich präzise Führung möglich sein. Insbesondere sollen Kräfte bzw. Widerstande für die Bewegung entlang der x-Achse ähnlich oder sogar nahezu identisch zu denen für die y-Achse ausfallen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Führungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ein Eingabesystem ist Gegenstand des Anspruchs 22. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Das erfindungsgemäße Führungssystem dient zur zweiachsigen Führung einer Bewegung und umfasst wenigstens eine Führungseinrichtung. Die Führungseinrichtung umfasst wenigstens einen ersten Arm und wenigstens eine Tragstruktur. Der erste Arm ist entlang einer x-Achse verschiebbar an der Tragstruktur gelagert. Dabei umfasst die Führungseinrichtung wenigstens einen zweiten Arm. Der zweite Arm ist entlang einer y-Achse verschiebbar an der Tragstruktur gelagert. Insbesondere sind der erste Arm und der zweite Arm mit jeweils wenigstens einer vorzugsweise magnetorheologischen Bremseinrichtung wirkverbunden (insbesondere sodass deren Bewegungen dämpfbar sind). Die beiden Arme, nämlich der erste Arm und der zweite Arm, überkreuzen sich in einem Kreuzungspunkt. Dem Kreuzungspunkt ist wenigstens eine Koppeleinrichtung zugeordnet. Die Koppeleinrichtung umfasst wenigstens ein Koppelelement. Das Koppelelement ist in Richtung der y-Achse (bzw. in Längsrichtung des ersten Arms) an dem ersten Arm verschiebbar gelagert und an dem zweiten Arm festgelegt. Das Koppelelement ist in Richtung der x-Achse (bzw. in Längsrichtung des zweiten Arms) an dem zweiten Arm verschiebbar gelagert und an den ersten Arm festgelegt.
Das erfindungsgemäße Führungssystem bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bieten die mit der Koppeleinrichtung verbundenen Arme. Dadurch kann auch der zweite Arm an der Tragstruktur verschiebbar gelagert werden. Eine Anbindung an den ersten Arm ist bei der Erfindung nicht nötig. Dadurch wird eine besonders gleichmäßige Führung sowohl entlang der x-Achse als auch entlang der y-Achse gewährleistet. Die Erfindung bietet erhebliche Vorteile gegenüber Führungen, bei denen die Bauteile, welche zur Führung entlang der y-Achse dienen, an dem ersten Arm montiert sind. Denn bei derartigen Führungen müssen entlang der x-Achse andere Kräfte aufgebracht bzw. überwunden werden, als entlang der y-Achse. Bei der Erfindung hingegen kann für beide Achsen eine im Wesentlichen identische Führung bereitgestellt werden. Beispielsweise müssen für die Bewegungen entlang beider Achsen nahezu die gleiche Masse bewegt bzw. nahezu gleiche Trägheiten überwunden werden. Bei der Erfindung kann beispielsweise bei einer manuellen Bewegung der Arme der gleiche Widerstand entlang beider Achsen wahrgenommen werden bzw. derselbe Kraftaufwand gefühlt werden. Das gleichmäßige Verhalten beider Achsen bietet auch dann besondere Vorteile, wenn zeitweise ein gezielt ungleichmäßiger Widerstand erzeugt werden soll, beispielsweise mit einer ansteuerbaren Bremseinrichtung. So kann beispielsweise die oft sehr aufwendige Korrektur entfallen, um die unterschiedlichen Bedienkräfte für die beiden Achsen auszugleichen.
Es ist bevorzugt, dass sich das Koppelelement bei einer Bewegung entlang der x-Achse gegenüber dem zweiten Arm und insbesondere auch gegenüber der Tragstruktur verschiebt und dabei insbesondere ortsfest an dem ersten Arm (bzw. relativ zum ersten Arm) verbleibt.
Bevorzugt ist auch, dass sich das Koppelelement bei einer Bewegung entlang der y-Achse gegenüber dem ersten Arm und insbesondere gegenüber der Tragstruktur verschiebt und vorzugsweise ortsfest an dem zweiten Arm (bzw. relativ zum zweiten Arm) verbleibt.
Es ist ebenfalls bevorzugt, dass bei einer Bewegung, welche sowohl entlang der x-Achse als auch (insbesondere zeitgleich) entlang der y-Achse erfolgt, das Koppelelement dieser Bewegung folgt. Bei einer solchen Bewegung verschiebt sich der erste Arm insbesondere nur entlang der x-Achse und der zweite Arm insbesondere nur entlang der y-Achse. Eine solche Bewegung ist insbesondere durch eine x-Achsenkomponente und eine y- Achsenkomponente definiert.
Insbesondere ist das Koppelelement in Richtung der y-Achse formschlüssig an dem zweiten Arm festgelegt. Insbesondere ist das Koppelelement in Richtung der x-Achse formschlüssig an dem ersten Arm festgelegt. Dazu kann das Koppelelement z. B. an wenigstens einer Wandung einer Außenseite und/oder an wenigstens einer Wandung einer im Arm ausgebildeten Ausnehmung (insbesondere einer Führungsnut) formschlüssig festgelegt sein.
Der Kreuzungspunkt ist vorzugsweise verlagerbar. Insbesondere ist der Kreuzungspunkt in Abhängigkeit der Bewegung der Arme verlagerbar. Insbesondere bewegt sich der Kreuzungspunkt gemeinsam und vorzugsweise ortsidentisch mit dem Koppelelement. Insbesondere ist der Kreuzungspunkt nur gemeinsam und vorzugsweise nur ortsidentisch mit dem Koppelelement bewegbar. Insbesondere verbleibt das Koppelelement bei einer bestimmungsgemäßen Verlagerung des Kreuzungspunkts stets ortsfest zum Kreuzungspunkt. Das Koppelelement kann sich wenigstens teilweise durch den Kreuzungspunkt und/oder wenigstens teilweise um den Kreuzungspunkt herum erstrecken.
Es ist bevorzugt und vorteilhaft, dass das Koppelelement wenigstens einen der beiden Arme, insbesondere den zweiten Arm, seitlich wenigstens abschnittsweise umschließt. Insbesondere umschließt das Koppelelement den Arm an wenigstens einer Längsseite und insbesondere an zwei gegenüberliegenden Längsseiten.
Bevorzugt und vorteilhaft ist auch, dass sich das Koppelelement wenigstens teilweise durch einen der beiden Arme, insbesondere beide Arme, hindurch erstreckt. Insbesondere erstreckt sich das Koppelelement dabei in und/oder durch wenigstens eine Führungsnut.
Das Koppelelement kann wenigstens einen Koppelstab umfassen oder durch einen solchen bereitgestellt werden. Der Koppelstab erstreckt sich insbesondere wenigstens teilweise durch den ersten und/oder zweiten Arm. Insbesondere erstreckt sich der Koppelstab in wenigstens eine Führungsnut des ersten Arms und/oder des zweiten Arms. Der Koppelstab erstreckt sich in Bezug auf seine Längsachse insbesondere quer zu einer Ebene, in welcher die beiden Arme bewegbar sind.
In einer besonders vorteilhaften und bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Koppelelement wenigstens einen Schlitten oder ist als ein solcher ausgebildet. Vorzugsweise ist der Schlitten auf einem der Arme in Längsrichtung dieses Arms (bzw. quer zur Bewegungsrichtung dieses Arms) rollend und/oder gleitend und/oder magnetisch gelagert. Insbesondere ist der Schlitten quer zur Längsrichtung dieses Arms (bzw. in eine Bewegungsrichtung dieses Arms) an diesem Arm festgelegt. Es ist möglich, dass der Schlitten in der zuvor beschriebenen Weise an beiden Armen gelagert und/oder festgelegt ist. Der Schlitten kann Rollen, aktive oder passive Magnetlager (Lagerung ohne Materialkontakt durch magnetische Kräfte) und/oder Gleitsteine umfassen. Es ist möglich, dass der Koppelstab an dem Schlitten befestigt ist. Der Koppelstab kann alleine oder in Kombination mit dem Schlitten vorgesehen sein.
Beispielsweise ist der Schlitten in Längsrichtung des ersten Arms rollend und/oder gleitend auf dem ersten Arm gelagert. Insbesondere ist der Schlitten in eine Bewegungsrichtung des ersten Arms bzw. entlang der x-Achse an dem ersten Arm festgelegt. Insbesondere ist einer der Arme, beispielsweise der zweite Arm, in die Bewegungsrichtung dieses Arms, beispielsweise entlang der y-Achse, an dem Schlitten festgelegt und insbesondere nur zusammen mit dem Schlitten bewegbar.
In einer bevorzugten und vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Schlitten wenigstens eine Durchführung. Durch die Durchführung erstreckt sich insbesondere einer der beiden Arme und beispielsweise der Arm, auf welchem der Schlitten nicht gelagert ist. Insbesondere ist der Schlitten an demjenigen Arm, welcher sich durch die Durchführung erstreckt, in Bewegungsrichtung dieses Arms festgelegt und insbesondere in Längsrichtung dieses Arms (bzw. quer zur Bewegungsrichtung dieses Arms) verschiebbar. Insbesondere wird der Schlitten mitgenommen, wenn sich derjenige Arm bewegt, welcher sich durch die Durchführung erstreckt. Insbesondere kann sich der Schlitten zusammen mit demjenigen Arm, auf welchem der Schlitten gelagert ist, bewegen, ohne dass der Arm mitgenommen wird, welcher sich durch die Durchführung erstreckt.
Beispielsweise erstreckt sich der zweite Arm durch die Durchführung. Beispielsweise ist der Schlitten an dem zweiten Arm in Bewegungsrichtung des zweiten Arms festgelegt und insbesondere in dessen Längsrichtung bzw. quer zur Bewegungsrichtung des zweiten Arms verschiebbar. Insbesondere wird der Schlitten mitgenommen, wenn sich der zweite Arm bewegt. Insbesondere kann sich der Schlitten zusammen mit dem ersten Arm bewegen, ohne dass der zweite Arm mitgenommen wird.
In allen Ausgestaltungen ist es vorteilhaft, dass der erste und/oder der zweite Arm jeweils wenigstens eine Führungsnut umfassen. Vorzugsweise ist in der Führungsnut das Koppelelement geführt. Zusätzlich oder alternativ kann das Koppelelement außerhalb der Führungsnut geführt sein. Insbesondere erstreckt sich das Koppelelement wenigstens teilweise in wenigstens eine Führungsnut. Insbesondere erstreckt sich das Koppelelement durch die Führungsnut des ersten und/oder des zweiten Arms hindurch. Insbesondere verläuft die Führungsnut in Längsrichtung des Arms, an welchem die Führungsnut angeordnet ist.
Die Führungsnut kann wenigstens ein Langloch umfassen oder als ein solches ausgebildet sein. Bevorzugt ist für den Koppelstab jeweils wenigstens eine Führungsnut in dem ersten und/oder zweiten Arm vorgesehen. Das Langloch kann als Durchgangsöffnung und/oder Vertiefung ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind für den Schlitten wenigstens eine Führungsnut und insbesondere wenigstens zwei Führungsnuten vorgesehen. Insbesondere ist der Schlitten mehrspurig ausgebildet. Dann ist für die Spuren des Schlittens insbesondere jeweils wenigstens eine Führungsnut vorgesehen. Insbesondere sind für den Koppelstab und den Schlitten jeweils spezifische Führungsnuten vorgesehen.
In einer bevorzugten und vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Koppelelement wenigstens eine Koppeleinheit mit wenigstens zwei und vorzugsweise wenigstens drei und besonders bevorzugt wenigstens vier Koppelträgern. Insbesondere sind die Koppelträger vorzugsweise mittels wenigstens eines Koppelteils miteinander verbunden. Bevorzugt sind wenigstens ein oberes und wenigstens ein unteres Koppelteil vorgesehen. Das obere Koppelteil kann ein Bedienelement aufnehmen und/oder bereitstellen. Insbesondere umspannen die Koppelträger den Kreuzungspunkt. Insbesondere liegt der Kreuzungspunkt in einem Zentrum, welches durch die vier Koppelträger definiert wird.
Insbesondere verlaufen die Koppelträger in Bezug auf ihre Längsachsen quer (vorzugsweise rechtwinkelig) zur x-Achse und quer (vorzugsweise rechtwinkelig) zur y-Achse. Insbesondere verlaufen die Koppelträger in Bezug auf ihre Längsachsen vertikal bzw. in Richtung einer z-Achse. Unter einer z-Achse wird eine Achse rechtwinkelig zur x-Achse und y-Achse verstanden. Insbesondere verlaufen die Koppelträger parallel zum Koppelstab. In Bezug auf ihre Längsachsen erstrecken sich die Koppelträger vorzugsweise über beide Arme und insbesondere über beide Arme hinaus.
Die Koppelträger liegen vorzugsweise jeweils mit wenigstens einer Lagereinheit an dem ersten Arm und/oder jeweils mit wenigstens einer Lagereinheit an dem zweiten Arm an. Vorzugsweise derart, dass die Arme von der Koppeleinheit entlang ihrer Bewegungsachsen geführt werden. Insbesondere rollt und/oder gleitet die Koppeleinheit mittels der Lagereinheiten auf bzw. an den Armen.
Insbesondere umfassen die Lagereinheiten jeweils wenigstens eine Rolle und/oder ein Rad und/oder ein Wälzlager und/oder Gleitlager und/oder Magnetlager. Eine Lagereinheit kann auch durch ein Wälzlager bereitgestellt werden. Die Lagereinheiten eines Koppelträgers sind insbesondere axial (also in Bezug auf die Längsachse des Koppelträgers) hintereinander angeordnet und vorzugsweise beabstandet angeordnet. Insbesondere erstrecken sich die Koppelträger durch die jeweils zugehörige Lagereinheit.
Insbesondere verläuft zwischen zwei benachbarten Koppelträgern jeweils ein Arm. Insbesondere ist zwischen zwei benachbarten Koppelträgern jeweils ein Arm eingespannt. Insbesondere verläuft zwischen zwei gegenüber liegenden Koppelträgern jeweils ein Arm. Insbesondere liegt der Kreuzungspunkt zwischen zwei gegenüber liegend angeordneten Koppelträgern. Insbesondere sind zwischen zwei gegenüber liegend angeordneten Koppelträgern die zwei Arme eingespannt. Die Koppelträger verlaufen insbesondere quer zu einer Ebene, in welcher die beiden Arme bewegbar sind. In allen Ausgestaltungen ist bevorzugt, dass die Arme in einer Ebene bewegbar sind, welche durch die x-Achse und die y-Achse aufgespannt wird (sog. Bewegungsebene der Arme bzw. des Bedienelements). Das Bedienelement ist insbesondere (nur) in der Bewegungsebene der Arme bewegbar und insbesondere in dieser geführt. Die Arme werden durch die Koppeleinheit an ihren quer zur Bewegungsebene verlaufenden Außenseiten (mit anderen Worten an den vertikalen bzw. an den in Richtung der z-Achse verlaufenden Außenseiten) rollend und/oder gleitend und/oder magnetisch und/oder anderweitig reibungsminimiert geführt.
Durch die zuvor beschrieben Koppeleinheit wird eine besonders präzise und belastbare Führung der Arme am Kreuzungspunkt in x- und y-Richtung und bevorzugt auch in z-Richtung ermöglicht. In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Koppeleinrichtung den Koppelstab und den Schlitten und die Koppeleinheit. Der Schlitten kann dabei teilweise in die Koppeleinheit integriert sein.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass der erste Arm und/oder der zweite Arm mit jeweils wenigstens einer Bremseinrichtung direkt oder indirekt wirkverbunden sind. Die Wirkverbindung kann auch über eine biegsame Welle sein. Insbesondere sind die Bewegungen der Arme mittels der Bremseinrichtung dämpfbar. Durch die erfindungsgemäß gekoppelten Arme kann die Führungseinrichtung besonders vorteilhaft mit Bremseinrichtungen ausgestattet werden. Insbesondere ist der erste Arm mit wenigstens einer ersten Bremseinrichtung zur Dämpfung der Bewegung entlang der x-Achse ausgestattet. Insbesondere ist der zweite Arm mit wenigstens einer zweiten Bremseinrichtung zur Dämpfung der Bewegung entlang der y-Achse ausgestattet.
Besonders bevorzugt sind die Bremseinrichtungen ortsfest an der Tragstruktur angeordnet. Insbesondere sind die Bremseinrichtungen wenigstens in Bezug auf die Bewegungen der Arme ortsfest an der Tragstruktur angeordnet. Insbesondere verbleibt die Bremseinrichtung des ersten Arms ortsfest an der Tragstruktur, wenn der erste Arm entlang der x-Achse verschoben wird. Insbesondere verbleibt die Bremseinrichtung des zweiten Arms ortsfest an der Tragstruktur, wenn der zweite Arm entlang der y- Achse verschoben wird. Insbesondere sind die Arme unabhängig von den Bremseinrichtungen bewegbar. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass keiner der beiden Bremsen bzw. Dämpfer zusammen mit den Armen bewegt werden muss. So muss für beide Bewegungsachsen nahezu die gleiche Masse bewegt und auch die nahezu gleiche Trägheit überwunden werden. Auch für die elektrische Anbindung der Bremseinrichtungen ist eine solche Ausgestaltung von erheblichem Vorteil.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfassen die Bremseinrichtungen jeweils wenigstens einen Drehdämpfer. Die Drehdämpfer weisen insbesondere eine Drehachse auf, welche im Wesentlichen parallel zur Bewegungsebene der Arme ausgerichtet ist. Insbesondere sind die Drehdämpfer jeweils mittels wenigstens einer Getriebeeinrichtung an jeweils einen der Arme angebunden. Insbesondere ist die Getriebeeinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, eine lineare Bewegung der Arme in eine rotatorische Bewegung der Drehdämpfer umzusetzen.
Insbesondere ist die Getriebeeinrichtung als ein Reibrad oder Zahnriementrieb oder Zahnstangengetriebe ausgebildet oder umfasst wenigstens ein solches. Insbesondere folgen die Zahnstangen der Bewegung des Arms, an welchem sie befestigt sind. Insbesondere sind die Drehdämpfer mit jeweils wenigstens einem Zahnrad ausgestattet, welches in der Zahnstange kämmt.
Besonders bevorzugt sind die Bremseinrichtungen magnetorheologisch ausgebildet. Die Bremseinrichtung umfasst insbesondere wenigstens ein magnetfeldempfindliches magnetorheologisches Medium (insbesondere flüssiges oder gasförmiges Trägermedium mit festen Partikeln) und wenigstens eine (Magnet-) Felderzeugungseinrichtung (insbesondere elektrische Spuleneinrichtung) zu Erzeugung und Steuerung einer Feldstärke zugeordnet. Durch die Felderzeugungseinrichtung und das Medium wird dabei insbesondere die Bewegbarkeit von zwei relativ zueinander bewegbaren Dämpferko ponenten bzw. Bremskomponenten der Bremseinrichtungen gezielt mit einem Verzögerungsmoment beaufschlagt. Insbesondere erfolgt die Einstellung eines Verzögerungsmoments durch Ansteuerung der Felderzeugungseinrichtung mit einem bestimmten Strom und/oder einer bestimmten Spannung oder einem geeigneten Signal.
Vorzugsweise sind die Bremseinrichtungen insbesondere mittels wenigstens einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit einer sensorisch erfassten Position der Arme ansteuerbar. Insbesondere ist eine Dämpfung in Abhängigkeit der Position der Arme einstellbar. Insbesondere ist für die Arme jeweils eine unterschiedliche Dämpfung einstellbar. Insbesondere sind die Bremseinrichtungen mittels der Steuereinrichtung in Echtzeit einstellbar. Beispielsweise kann so ein haptisches Signal bzw. eine haptische Rückmeldung erfolgen, wenn die Arme im Rahmen einer manuellen Bedienung bewegt werden bzw. eine Eingabe mit dem Bedienelement vorgenommen wird.
Das haptische Signal ist z. B. eine gezielte Abfolge von sich (schnell) ändernden Bremsmomenten und/oder Antriebsmomenten (auch Rippel/Tics/Raster genannt) verstanden. Insbesondere spürt der Benutzer das haptische Signal als ein Vibrieren. Möglich ist auch, dass als haptisches Signal ein erhöhter Kraftaufwand zum Weiterbewegen des Bedienelements vorgesehen ist. Dann ist beispielsweise ein (kräftiges) Weiterdrücken des Bedienelements nötig, um die Eingabe fortzusetzen oder eine Rastposition zu überwinden.
In allen Ausgestaltungen ist es möglich, dass die haptischen Signale mit akustischen und/oder optischen Signalen ergänzt und/oder ersetzt werden. Insbesondere umfasst das Führungssystem akustische und/oder optische Signalgeber. Möglich ist auch, dass die akustischen Signale durch ein Blockieren und Freigeben der Bewegbarkeit mittels der Bremseinrichtung in einem hörbaren Frequenzbereich umgesetzt werden. Es kann auch ein Aktor vorgesehen sein, mit dem Vibrationen aktiv erzeugt werden können. Das ist beispielsweise beim Gaming von Vorteil, wenn Erschütterungen oder stark unebene Untergründe nachgestellt werden sollen und das haptische Signal der Bremseinrichtung ergänzt werden soll.
Insbesondere ist die Position der Arme mittels wenigstens eines optischen Sensormittels erfassbar. Insbesondere umfasst das Führungssystem wenigstens ein optisches Sensormittel. Möglich und vorteilhaft ist auch, dass die Position der Arme durch Bilderkennung (Mustererkennung und Bildverarbeitung), LED oder Laserlichtquelle samt dazugehörigem Sensor und/oder mittels jeweils wenigstens eines Drehsensors erfassbar ist. Der Drehsensor ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, eine Drehwinkelstellung des Drehdämpfers zu erfassen. Insbesondere ist für die Drehdämpfer jeweils wenigstens ein Drehsensor vorgesehen. Insbesondere umfasst das Führungssystem wenigstens ein optisches Sensormittel und/oder wenigstens einen Drehdämpfer.
Der erste Arm und/oder der zweite Arm sind vorzugsweise jeweils mittels wenigstens einer Linearführung an der Tragstruktur gelagert. Die Linearführung umfasst insbesondere wenigstens ein Gleitlager. Die Linearführung kann auch wenigstens ein Wälzlager umfassen. Die Linearführung umfasst insbesondere wenigstens zwei relativ zueinander verschiebbare Schienen und vorzugsweise Gleitschienen. Insbesondere sind die Schienen quer zur Bewegungsrichtung formschlüssig verbunden, beispielsweise in der Art einer Schwalbenschwanzführung. In allen Ausgestaltungen können die Gleitschienen auch gekrümmt sein.
Vorzugsweise sind der erste Arm und/oder der zweite Arm an jeweils wenigstens einem Endbereich insbesondere mittels der Linearführung gelagert. Besonders bevorzugt sind der erste Arm und/oder der zweite Arm an jeweils zwei (in Längsrichtung) gegenüberliegenden Endbereichen gelagert. Insbesondere sind für die Arme jeweils wenigstens zwei (endständig angeordnete) Linearführungen vorgesehen. In einer besonders bevorzugten und vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Führungssystem wenigstens ein zur Bedienung bewegbares Bedienelement. Insbesondere ist das Bedienelement an dem Koppelelement und vorzugsweise an dem Schlitten und/oder Koppelstab und/oder an der Koppeleinheit befestigt. Das Bedienelement kann wenigstens teilweise von dem Koppelelement und insbesondere von dem Schlitten und/oder der Koppeleinheit bereitgestellt werden. Das Bedienelement ist insbesondere mit wenigstens einem Finger (Daumen, Zeigefinger...; unter einem Finger wird insbesondere auch ein Daumen verstanden) oder einer Hand oder einem anderen Körperteil bedienbar. Insbesondere ist das Bedienelement flächig und beispielsweise als eine Platte ausgebildet. Für das Bedienelement kann ein Material gewählt werden, dass ein Fingerabdruckscanner oder eine berührungsempfindliche Oberfläche integriert werden können.
Insbesondere ist das Bedienelement derart an das Koppelelement angebunden, dass die Bedienung des Bedienelements mittels der Führungseinrichtung zweiachsig geführt ist. Die Bewegbarkeit des Bedienelements ist insbesondere durch die Bewegbarkeit des Koppelelements vorgegeben. Insbesondere sind das Bedienelement und das Koppelelement nur gemeinsam bewegbar. Insbesondere wird das Bedienelement manuell bewegt und die Arme folgen den Bewegungen des Koppelelements bzw. werden von dem Koppelelement mitgenommen.
Insbesondere ist das Bedienelement bewegbar, um Eingaben manuell durchzuführen. Das Bedienelement kann daher auch als Eingabeelement bezeichnet werden. Beispielsweise stellt ein solches Führungssystem einen zweidimensionalen Joystick dar. In einer solchen Ausführung bietet die Erfindung besonders viele Vorteile und ermöglicht durch die sehr gleichmäßige Führung besonders feinfühlige Eingaben. Insbesondere ist das Bedienelement mit einem Endgerät und z. B. mit einem Computer oder einem Steuergerät einer Maschine verbindbar.
Das Bedienelement ist vorzugsweise zur Bedienung mit einem Finger ausgebildet. Insbesondere ist das Bedienelement mittels nur eines Fingers bewegbar. Das Bedienelement kann wenigstens einen Gesichtserkennungssensor und/oder einen Fingerabdruckscanner umfassen. Der Fingerabdruckscanner kann auch als Fingerabdrucksensor bezeichnet werden und dient zum Abtasten eines Fingers zwecks Erzeugen eines digitalen Abbilds des Fingerabdrucks. Wenn der Benutzer die Oberfläche mit seinen Fingern/seinem Finger berührt, wird der Fingerabdruck gescannt und nur autorisierte Personen können das jeweilige Gerät bedienen oder je nach Benutzerfreigabe werden nur bestimmte Bewegungen zugelassen. Das Bedienelement kann auch als Touchpad ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist das Bedienelement druckempfindlich ausgebildet. Insbesondere kann eine Eingabe auch in Abhängigkeit des Drucks auf das Bedienelement erfolgen. So kann beispielsweise beim Gaming eine virtuelle Person umso höher springen, desto stärker auf das Bedienelement gedrückt wird. Möglich ist auch, dass in Abhängigkeit des Drucks eine schnellere Anpassung eines Parameters und beispielsweise einer Lautstärke erfolgt. Möglich ist auch, dass das Bedienelement als ein Schalter (Druckschalter, Wippschalter...) ausgebildet ist und dass durch Drücken auf das Bedienelement eine Eingabe erfolgen kann. Es ist möglich, dass durch einen Druck auf das Bedienelement eine zuvor vorgenommenen Beeinflussung der Bewegbarkeit und beispielsweise eine Blockierung aufgehoben werden kann.
Möglich ist auch, dass das Bedienelement einen Computermauskörper umfasst. Insbesondere ist der Computermauskörper fest mit dem Koppelelement verbunden. Eine elektrische Kontaktierung des Bedienelements erfolgt insbesondere über Schleifkontakte,
Schleifkabel, flexible Kabel und/oder drahtlos (Wlan, Bluetooth, induktiv, optisch...).
Insbesondere ist eine Bewegung des Computermauskörpers mittels der Führungseinrichtung zweiachsig geführt. So können z. B. auch in einem stark schwankenden Fahrzeug gezielte Eingaben vorgenommen werden. Zudem kann der Mauskörper dabei noch mittels der Bremseinrichtung gezielt und beispielsweise in Abhängigkeit der Position gedämpft werden, sodass haptische Rückmeldungen für die Eingabe geliefert werden. Dann kann die Eingabe ohne Hinschauen kontrolliert werden oder das Bedienelement „geführt" werden, d. h. nur bestimmte Bewegungen werden zugelassen. Dabei kann auch eine Achse komplett gesperrt werden, sodass das Bedienelement z.B. nur vor- und zurück, nicht aber seitlich bewegt werden kann. Wird mit diesem Bedienelement die virtuelle Bewegung einer Person/Gegenstand in z.B. einem Labyrinth einer Gamingsoftware beeinflusst, kann die Bewegung entsprechend angepasst und der Nutzer durch gezieltes Bremsen/Dämpfen der Bremseinrichtungen „geführt" werden. Gleiches gilt bei einem CAD Zeichenprogramm, der Nutzer kann so im „Fangmodus" (gezieltes Bremsen an einer Position) Linien oder Gegenstände schneller, präziser und einfacher „fangen". Dies gilt auch für das Ausfüllen von Formularen oder das Finden von Bestätigungsfeldern in diesen (Haken setzen). Das Bedienelement kann den Nutzer von Eingabefeld zu Eingabefeld führen, ein Übersehen einer Eingabe ist so nicht mehr möglich, was die Fehler reduziert.
Ein Nebeneffekt ist, dass durch eine intelligente Ansteuerung die Bewegungen des Bedienelements bzw. des Computermauskörpers zum Erzielen eines Eingabevorganges insgesamt reduziert werden können, was gesundheitliche Vorteile haben kann (weniger Sehnenscheidenentzündung; Mausarm; weniger anstrengend für die Augen).
In der Ausführung einer Computermaus als Bedienelement kann die Maus zusätzlich mit einem adaptiven Mausrad ausgerüstet sein. Bei diesem kann der Drehwiderstand gezielt mittels einer ansteuerbaren Bremseinrichtung gedämpft werden. Die Bremseinrichtung für das Mausrad ist insbesondere so ausgebildet, wie es für die Bremseinrichtung der x-Achse bzw. y-Achse beschrieben ist. Die Steuerung kann dann (zusätzlich zu der Bewegung des Bedienelements) gleichzeitig auch die Bewegung des Mausrads beeinflussen und so in Kombination mit der Beeinflussung der Bewegung des Mauskörpers die Bedienfreundlichkeit des gesamten Systems erhöhen. Bei einer solchen Ausführung der Erfindung erfolgt insbesondere eine manuelle Bewegung des Koppelelements, welche dann von dem Koppelelement auf die Arme übertragen wird. Die Arme werden insbesondere durch das Koppelelement mitgenommen. Dabei kann die Bewegung der Arme gedämpft werden, sodass auch die Bedienbewegung gedämpft ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Führungssystem wenigstens eine Antriebseinrichtung (z.B. Elektromotor, pneumatischer Antrieb, Ultraschallmotor, Piezoaktor,
Linearmotor...) zum Ausführen von Positionierbewegungen. Dabei ist die Antriebseinrichtung mit dem ersten Arm und dem zweiten Arm wirkverbunden, sodass die Positionierbewegungen mittels der Führungseinrichtung zweiachsig geführt sind. Insbesondere folgt das Koppelelement den Positionierbewegungen. Insbesondere sind die Arme mittels der Antriebseinrichtung in vorgegebene Positionen verschiebbar. In einer solchen Ausführung der Erfindung ist insbesondere eine aktive Bewegung der Arme vorgesehen, sodass das Koppelelement der Bewegung der Arme folgt.
Vorzugsweise ist die Antriebseinrichtung zusätzlich zu der Bremseinrichtung vorgesehen. Das hat den Vorteil, dass das Bedienelement sowohl aktiv bewegbar ist als auch Strom sparend mit einer (magnetorheologischen) Bremseinrichtung gebremst werden kann. Es ist auch möglich, dass die Bremseinrichtung durch die Antriebseinrichtung (insbesondere deren Motoren) ersetzt wird.
Es ist möglich, dass an dem Koppelelement ein Bauteil befestigt ist, welches positioniert werden soll. Ein solches Führungssystem kann beispielsweise als als X-Y-Tisch bzw. X-Y-Support oder auch als ein Plotter oder dergleichen eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Eingabesystem umfasst wenigstens ein Bedienelement. Das Eingabesystem umfasst wenigstens ein Führungssystem, wie es zuvor beschrieben wurde. Dabei ist das Bedienelement durch das Führungssystem zweiachsig geführt. Besonders bevorzugt ist das Bedienelement durch das Führungssystem auch gedämpft. Insbesondere ist das Bedienelement wie zuvor beschrieben ausgebildet. Vorzugsweise ist das Eingabesystem manuell (z. B. mit einem Finger) bedienbar. Insbesondere erfolgt eine Eingabe durch manuelles Bewegen des Bedienelements. Insbesondere ist die Bewegung während einer Eingabe durch Ansteuerung der Bremseinrichtung gezielt dämpfbar. Auch das erfindungsgemäße Eingabesystem löst die zuvor gestellte Aufgabe besonders vorteilhaft. Ein solches Eingabesystem kann z. B. an einem Lenkrad oder an einer anderen Position in einem Fahrzeug befestigt sein.
Die x-Achse und die y-Achse verlaufen insbesondere quer und vorzugsweise rechtwinklig zueinander (ohne darauf beschränkt zu sein) und liegen insbesondere in einer gemeinsamen Ebene. Der erste Arm ist vorzugsweise nur entlang der x-Achse verschiebbar gelagert. Der erste Arm ist insbesondere außerhalb der x-Achse unbewegbar und vorzugsweise wenigstens entlang der y-Achse an der Tragstruktur festgelegt. Der zweite Arm ist vorzugsweise nur entlang der y-Achse verschiebbar gelagert. Der zweite Arm ist insbesondere außerhalb der y-Achse unbewegbar und vorzugsweise wenigstens entlang der x-Achse an der Tragstruktur festgelegt.
Insbesondere sind die Arme entlang ihrer jeweils eigenen Achse unabhängig von dem jeweils anderen Arm verschiebbar. Insbesondere kann einer der Arme Stillstehen, während der andere Arm entlang seiner Achse bewegt wird. Insbesondere ist der erste Arm entlang der x-Achse unabhängig vom zweiten Arm verschiebbar. Insbesondere ist der zweite Arm entlang der y-Achse unabhängig von dem ersten Arm verschiebbar.
Die Bewegungsrichtung des ersten Arms ist insbesondere entlang der x-Achse und insbesondere quer zur Längsrichtung des ersten Arms und vorzugsweise quer zur Bewegungsrichtung des zweiten Arms. Die Bewegungsrichtung des zweiten Arms ist insbesondere entlang der y-Achse und insbesondere quer zur Längsrichtung des zweiten Arms und vorzugsweise quer zur Bewegungsrichtung des ersten Arms.
Die Arme sind insbesondere quer und vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet. Insbesondere verläuft der zweite Arm quer und vorzugsweise rechtwinklig zum ersten Arm. Insbesondere verläuft der erste Arm unterhalb des zweiten Arms. Der erste Arm kann auch oberhalb des zweiten Arms verlaufen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „festgelegt" insbesondere „fixiert" oder „ortsfest befestigt" verstanden. Wenn ein Arm entlang einer Achse festgelegt ist, ist der Arm in Bezug auf diese Achse insbesondere unbewegbar fixiert bzw. ortsfest an der Tragstruktur befestigt. Wenn das Koppelelement an einem Arm in eine Richtung festgelegt ist, ist es insbesondere in diese Richtung nicht alleine bzw. nicht ohne den Arm bewegbar, sodass das Koppelelement der Bewegung dieses Arms zwangsläufig folgen muss.
Insbesondere wird das Koppelelement in diese Richtung von dem Arm mitgenommen. Insbesondere wird durch die Mitnahme des Koppelelements auch der andere Arm mitgenommen. Insbesondere kann das Koppelelement auch als Mitnehmerelement bezeichnet werden. Insbesondere ist die Koppeleinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Arme mitzunehmen, wenn das Koppelelement (beispielsweise manuell) entlang der jeweiligen Bewegungsrichtung des Arms bewegt wird.
Das Koppelelement ist insbesondere an dem ersten Arm so angebunden, dass es in Bewegungsrichtung des zweiten Arms verschiebbar ist und in Bewegungsrichtung des ersten Arms festgelegt ist. Dadurch wird das Koppelelement insbesondere in Bewegungsrichtung des ersten Arms vom ersten Arm mitgenommen. Das Koppelelement ist insbesondere an den zweiten Arm so angebunden, dass es in Bewegungsrichtung des ersten Arms verschiebbar ist und in Bewegungsrichtung des zweiten Arms festgelegt ist. Dadurch wird das Koppelelement insbesondere in Bewegungsrichtung des zweiten Arms vom zweiten Arm mitgenommen.
In allen Ausgestaltungen ist auch eine umgekehrte Anordnung der Arme möglich. Insbesondere ist dann der erste Arm in Richtung der y-Achse und der zweite Arm in Richtung der x-Achse verschiebbar der Tragstruktur gelagert. Dann sind auch entsprechend umgekehrte Anordnungen in den zuvor beschriebenen Ausführungen der Erfindung vorgesehen.
In allen Ausgestaltungen kann die Führungseinrichtung durch eine um z. B. 90° versetzte weitere Führungseinrichtung zur Führung einer Bewegung entlang einer z-Achse mit wenigstens einem verfahrbaren Arm ergänzt werden. Dadurch werden auch in z- Richtung geführte und insbesondere auch gebremste und/oder angetriebene Bewegungen des Bedienelements möglich.
Insbesondere wird entlang der zweiachsigen Führung mittels der Antriebseinrichtung angetrieben und/oder mittels der Bremseinrichtung gebremst. Insbesondere werden eine oder beide Achsen gebremst und/oder bewegt. Insbesondere kann die Bewegung in eine oder beide Richtungen (vorwärts und rückwärts) entlang jeweils einer Achse gebremst und/oder angetrieben werden. Insbesondere können bestimmte Punkte in der Bewegungsebene (X-Y-Position) gesperrt und/oder gezielt angefahren werden. In allen Ausgestaltungen ist insbesondere vorgesehen, dass die Bewegungsrichtung passiv und/oder aktiv vorgegeben werden kann.
Die Erfindung kann auch vorteilhaft für Kreuztische bei Werkzeugmaschinen und zum Beispiel Fräsen eingesetzt werden. Vorteilhaft kann die Erfindung auch zum Bewegen von Probentischen, z. B. bei Mikroskopen, eingesetzt werden. Auch für andere Anwendungen, welche eine präzise zweiachsige Bewegung erfordern, kann die Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden.
Die Anmelderin behält sich vor, ein Verfahren zum Betreiben des Führungssystems und insbesondere des Eingabesystems zu beanspruchen. Insbesondere werden mit dem in der Bewegungsebene verschiebbaren Bedienelement Eingaben in ein Eingabeempfangsgerät durchgeführt.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine rein schematische Darstellung eines Führungssystems in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;
Fig. 2 eine andere rein schematische Darstellung des Führungssystems nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;
Fig. 3 eine Detaildarstellung des Führungssystems nach Fig. 2 in einer Ansicht von unten;
Fig. 4 eine Detaildarstellung des Führungssystems nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten;
Fig. 5 eine weitere Detaildarstellung des Führungssystems nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben; und
Fig. 6 eine rein schematische Darstellung des Führungssystems mit einer Koppeleinrichtung mit einer Koppeleinheit in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;
Fig. 7 eine Detaildarstellung der Koppeleinrichtung des Führungssystems nach Fig. 6 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten;
Fig. 8 die Koppeleinrichtung nach Fig. 7 in einer Seitenansicht; Fig. 9 die Koppeleinrichtung nach Fig. 7 in einer Vorderansicht;
Fig. 10 eine Detaildarstellung des Führungssystems nach Fig. 6 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;
Fig. 11 eine rein schematische Darstellung eines Lenkrads mit einem Führungssystem; Fig. 12 eine rein schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit einem Führungssystem; und
Fig. 13 eine Skizze zur Durchführung von Eingaben mit dem FührungsSystem.
Die Figur 1 zeigt ein Führungssystem 1 zur Führung einer Bewegung entlang einer x-Achse 11 und einer y-Achse 21. Das Führungssystem 1 umfasst eine Führungseinrichtung 2 mit einem ersten Arm 12 und einem zweiten Arm 22 sowie mit einer Tragstruktur 32.
Mit Bezug zu der Figur 1 und den Detaildarstellungen der Figuren 3 bis 5 wird das Führungssystem 1 nachfolgend beispielhaft beschrieben.
Der erste Arm 12 ist entlang der x-Achse 11 an der Tragstruktur 32 verschiebbar gelagert. Der zweite Arm 22 ist entlang der y- Achse verschiebbar an der Tragstruktur 32 gelagert. Somit können die x-Achse 11 auch als Bewegungsachse des ersten Arms 12 und die y-Achse 21 als Bewegungsachse des zweiten Arms 22 bezeichnet werden.
Die Arme 12, 22 sind hier mit jeweils zwei Linearführungen 5 an der Tragstruktur 32 gelagert. Eine Detaildarstellung der Linearführungen 5 ist in der Figur 5 gezeigt. Die Linearführungen 5 sind jeweils an gegenüberliegenden Endbereichen 120, 220 der Arme 12, 22 angeordnet. Insgesamt sind die Linearführungen 5 hier H-förmig angeordnet.
Die Linearführungen 5 umfassen hier jeweils zwei Gleitschienen 15, 25. Davon ist eine Gleitschiene 25 an der Tragstruktur 32 und eine Gleitschiene 15 an dem Arm 12, 22 befestigt. Die eine Gleitschiene 25 umgreift hier die andere Gleitschiene 15 formschlüssig, sodass sich eine Schwalbenschwanzverbindung ergibt. Dadurch verbleiben die Drehdämpfer 14 zusammen mit ihren Zahnrädern 54 ortsfest an der Tragstruktur 32, während sich die Zahnstangen 44 zusammen mit den Armen 12, 22 bewegen. Die Gleitschienen 15, 25 können aus die Reibung reduzierendem Material gefertigt oder damit beschichtet sein.
Die Arme 12, 22 überkreuzen sich in einem Kreuzungspunkt 42 und sind dort mittels einer Koppeleinrichtung 3 gezielt bewegbar miteinander verbunden. Die Koppeleinrichtung 3 umfasst ein Koppelelement 13, welches hier durch einen Schlitten 23 und einen Koppelstab 63 bereitgestellt wird. Eine Detaildarstellung des Schlittens 23 und des Koppelstabs 63 ist in der Figur 4 gezeigt. In alternativen Ausgestaltungen können auch nur der Schlitten 23 oder nur der Koppelstab 63 zur Kopplung der Arme 12, 22 vorgesehen sein.
Der Schlitten 23 ist hier mittels vier Rollen 53 auf dem ersten Arm 12 gelagert. Dabei laufen jeweils zwei in einer Spur angeordnete Rollen 53 in einer Führungsnut 43 des ersten Arms 12. Der Schlitten 23 weist hier eine Durchführung 33 auf, durch welche sich der zweite Arm 22 erstreckt.
Der Koppelstab 63 erstreckt sich hier durch eine als Langloch ausgebildete Führungsnut 43, welche im zweiten Arm 22 angeordnet ist. Der Koppelstab 63 erstreckt sich von dort weiter in eine ebenfalls als Langloch ausgebildete Führungsnut 43 des ersten Arms 12. Der Koppelstab 63 erstreckt sich hier auch durch den Schlitten 23.
Die Koppeleinrichtung 3 und ihre Anordnung an dem zweiten Arm 22 ist in der Detaildarstellung der Figur 3 besonders gut zu erkennen. Dort ist der zweite Arm 22 mit seinen Linearführungen 5 und der Bremseinrichtung 4 von unten gezeigt. So ist besonders gut zu erkennen, wie sich der zweite Arm 22 durch die Durchführung 33 erstreckt. Gut zu erkennen ist auch der Koppelstab 63, welcher sich durch die als Langloch ausgebildete Führungsnut 43 im zweiten Arm 22 erstreckt. Wird der Schlitten 23 entlang der x-Achse 11 bewegt, zieht er so den oberen bzw. zweiten Arm 22 in x-Richtung mit. In der Mitte des Schlittens 23 ist das Langloch bzw. eine Bohrung, durch die der Koppelstab 63 durchtreten kann. Der Koppelstab 63 ragt bis in den unteren bzw. ersten Arm 12. So wird auch der erste Arm 12 mitbewegt, wenn der Schlitten 23 entlang der y-Richtung bewegt bzw. gezogen wird.
Die hier gezeigte Koppeleinrichtung 3 hat den besonderen Vorteil, dass die Arme 12, 22 sich nur in eine (ihre) Richtung bewegen (entweder x-Richtung oder y-Richtung). So können die nachfolgend beschriebenen Bremseinrichtungen 4 an einem Platz festmontiert werden und müssen nicht beweglich sein. Nur das Koppelelement 13 und ggf. das darauf befindliche Bedienelement 6 können sich in x- und y-Richtung bewegen.
Die Bewegungen der Arme 12, 22 sind hier mittels jeweils einer Bremseinrichtung 4 gedämpft. Die Bremseinrichtungen 4 sind hier als Drehdämpfer 14 ausgebildet und ortsfest an der Tragstruktur 32 befestigt. Mittels einer hier als Zahnstangengetriebe 34 ausgebildeten Getriebeeinrichtung 24 werden die linearen Bewegungen der Arme 12, 22 in Rotationsbewegungen der Drehdämpfer 14 umgesetzt.
Dabei sind die Drehdämpfer 14 hier mit jeweils einem Zahnrad 54 ausgestattet, welches in einer Zahnstange 44 kämmt. Die Zahnstangen 44 sind hier an jeweils einem Endbereich 120, 220 der Arme 12, 22 angeordnet. Die Zahnstangen 44 verlaufen parallel zur Bewegungsachse 11, 21 der Arme 12, 22 und parallel zu den Linearführungen 5. Die Drehdämpfer 14 verbleiben zusammen mit ihren Zahnrädern 54 ortsfest an der Tragstruktur 32, während sich die Zahnstangen 44 zusammen mit den Armen 12, 22 bewegen. Damit die Zahnstangen 44 nicht gegeneinanderstoßen, ist die untere Zahnstange 44 unterhalb des zugehörigen Drehdämpfers 14 angeordnet. Die obere Zahnstange 44 ist oberhalb des zugehörigen Drehdämpfers 14 angeordnet. Das hier gezeigte Führungssystem 1 kann besonders vorteilhaft in einem Eingabesystem 60 zum Einsatz kommen. Das Eingabesystem 60 umfasst ein Bedienelement 6, welches mit dem Koppelelement 13 verbunden ist. Zur besseren Sichtbarkeit der Koppeleinrichtung 3 ist das Bedienelement 6 in der Figur 1 nicht dargestellt. Das Eingabesystem 60 wird mit einem Eingabeempfangsgerät 100 verbunden, um dort Eingaben vorzunehmen bzw. dieses zu bedienen.
In der Figur 2 ist das zuvor beschriebene Führungssystem 1 bzw. das Eingabesystem 60 in einer anderen Darstellung gezeigt, bei der auch das Bedienelement 6 eingezeichnet ist. In der Figur 3 ist das Bedienelement 6 in einer Ansicht von unten gezeigt. Das Bedienelement 6 ist hier beispielsweise zur Bedienung mit einem Finger ausgebildet. So kann das Bedienelement 6 mit dem Finger bewegt werden, um beispielsweise einen Cursor auf einem Display oder eine Maschine und beispielsweise einen Kran oder Roboter oder ein anderes Eingabeempfangsgerät 100 zu steuern. Das Bedienelement 6 kann auch als Bedientisch bzw. Bedienfläche bezeichnet werden.
Das Bedienelement 6 kann hier einen Fingerabdrucksensor enthalten. Wenn der Benutzer die Oberfläche mit seinen Fingern/seinem Finger berührt, wird der Fingerabdruck gescannt und nur autorisierte Personen können das jeweilige Gerät bedienen.
Alternativ kann das Bedienelement 6 auch mit einem in der Figur 2 rein schematisch skizzierten Computermauskörper 16 ausgestattet sein. Um eine Eingabe vorzunehmen, wird der Computermauskörper 16 dann beispielsweise mit einer Hand umgriffen und so bewegt, wie man es von einer Computermaus gewöhnt ist. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Computermaus wird die Bewegung des
Computermauskörpers 16 jedoch entlang der x- und y-Achse geführt und zugleich gedämpft. Dadurch sind auch unter sehr unruhigen Bedingungen und z. B. in einem Off-Highway-Fahrzeug zuverlässige Eingaben möglich. Die hier gezeigten Bremseinrichtungen 4 sind agnetorheologisch ausgeführt und gezielt ansteuerbar, sodass gezielt stark unterschiedliche Dämpfermomente bzw. Bremsmomente eingestellt werden können. Beispielsweise kann die Bewegung der Arme 12, 22 mittels der Bremseinrichtungen 4 blockiert werden, sodass keine manuelle Bewegung bei bestimmungsgemäßer Krafteinwirkung möglich ist. Die Bremseinrichtungen 4 können auch so eingestellt werden, dass kein bzw. nahezu kein Bremsmoment mehr anliegt und ein Freilauf möglich ist.
Zudem kann das Bremsmoment hier in Echtzeit eingestellt werden, sodass beispielsweise ein sehr hochfrequentes Raster oder ein Vibrieren während der Bewegung der Arme 12, 22 möglich ist. So können korrekte oder falsche Eingaben durch ein Vibrieren quittiert werden. Insgesamt ermöglichen die Bremseinrichtungen 4 gezielte haptische Rückkopplungen während der Bedienung bzw. während einer Eingabe. So können beispielsweise ein bestimmter Bewegungsbereich oder eine Achse 11, 21 gesperrt bzw. gezielt freigegeben werden. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass ungünstige oder gar gefährliche Eingaben vorgenommen werden. Um Menüpunkte zuverlässig und ohne Hinschauen auswählen zu können, kann eine Rasterung für die Bewegung generiert werden.
Um die Bremseinrichtungen 4 gezielt ansteuern zu können, wird die Position der Arme 12, 22 beispielsweise mittels Drehsensoren 64 erfasst. Die Drehsensoren 64 sind hier in den Drehdämpfern 14 integriert und erfassen deren Drehwinkelstellung. So kann das Bremsmoment in Abhängigkeit des Drehwinkels angepasst werden.
Möglich ist auch eine Erfassung der Position der Arme 12, 22 mittels eines optischen Sensormittels 74. Das ermöglicht eine besonders hohe Auflösung für die Abtastung. Das Sensormittel 74 kann, wie in der Figur 2 gezeigt, z. B. unterhalb des Bedienteils 6 angeordnet sein. Beispielsweise wird dazu eine Oberfläche, über welche das Bedienelement 6 bewegt wird, mittels einer an dem Bedienelement 6 befestigten Lichtquelle (LED, Laser...) beleuchtet. Die Reflexionen werden dann mit einem optischen Sensor erfasst und zur Bestimmung der relativen Position ausgewertet. Es können auch sowohl Drehsensoren 64 als auch optische Sensormittel 74 vorgesehen sein.
Zur Auswertung der Sensorsignale und zur Ansteuerung der Bremseinrichtungen 4 in Abhängigkeit der Sensorsignale ist hier eine Steuereinrichtung 8 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 8 ist beispielsweise an der Tragstruktur 32 befestigt, wie es in der Figur 2 gezeigt ist. Die Steuereinrichtung 8 kann mit dem Eingabeempfangsgerät 100 gekoppelt werden.
Das hier gezeigte Führungssystem 1 ermöglicht geführte zweidimensionale Bewegungen, die bei der Bedienung von Touchpads für Computer oder andere geeignete Geräte besonders hilfreich sind. Die Erfindung kann auch als Mauspad mit integrierter Computermaus, als 2-D-Joystick für z. B. Off-Highway-Fahrzeuge oder Nutzfahrzeuge (z. B. Kran, Gabelstapler etc.) oder für z. B. medizinische Geräte eingesetzt werden. Es ist auch vorteilhaft, den gesamten Aufbau (erheblich) größer zu gestalten, zum Beispiel als bewegbare Bodenplatte, auf der ein Stuhl steht, der bewegt werden kann (anstelle eines Bürostuhls mit Rädern). Auch denkbar ist dieser Aufbau als menschliche Hinterteilauflage in einem Sitz eines Simulators (z.B. Gaming-Simulator) oder unter dem ganzen Sitz, um dadurch Fahrzeugbewegungen nachzuahmen (z.B. Bremsen, Beschleunigen, Querkräfte).
Das Führungssystem 1 kann auch mit einer hier nicht näher dargestellten Antriebseinrichtung 7 ausgestattet sein. Dadurch können die Arme 12, 22 motorisch bewegt werden, sodass gezielte Positionierbewegungen ausgeführt werden können. Beispielsweise sind dann anstelle der hier gezeigten Bremseinrichtungen 4 elektrische Antriebsmotoren vorgesehen.
Durch die Führungseinrichtung 2 sind die Positionierbewegungen zweiachsig geführt. Die Arme 12, 22 können besonders präzise positioniert werden, da für beide Achsen 11, 21 nahezu gleiche Antriebskräfte notwendig sind.
Mit Bezug zu den Figuren 6 bis 12 wird nachfolgend eine besonders vorteilhafte Ausführung der Koppeleinrichtung 3 des zuvor beschriebenen Führungssystems 1 vorgestellt. Die Koppeleinrichtung 3 ist hier mit einem Koppelelement 13 ausgestattet, welches ergänzend zu dem Schlitten 23 und dem Koppelstab 63 noch eine Koppeleinheit 9 aufweist.
Die Koppeleinheit 9 umfasst hier vier Koppelträger 19, welche an einem oberen Koppelteil 39 und an einem unteren Koppelteil 29 befestigt und dadurch miteinander verbunden sind. Die Koppelträger 19 verlaufen in Bezug auf ihre Längsachsen quer zur x-Achse 11 und quer zur y-Achse 21 und umspannen den Kreuzungspunkt 42. Die Arme 12, 22 verlaufen hier zwischen den Koppelträgern 19 und den Koppelteilen 29, 39.
Die Koppelträger 19 sind hier jeweils mit zwei Lagereinheiten 49 ausgestattet, sodass auf dem ersten Arm 12 und dem zweiten Arm 22 jeweils eine Lagereinheit 49 des Koppelträgers 19 abrollen oder gegebenenfalls gleiten kann. Dadurch werden die Arme 12, 22 hier (ergänzend zu der Führungseinrichtung 2) von der Koppeleinheit 9 an ihren quer zur Bewegungsebene verlaufenden Außenseiten rollend geführt.
Die Lagereinheiten 49 können, wie hier beispielhaft gezeigt, durch jeweils ein Wälzlager bereitgestellt werden. Die Lagereinheiten 49 können auch durch (gelagerte) Rollen bzw. Räder oder durch Gleitlager bereitgestellt werden.
Das obere Koppelteil 39 wird hier durch das Bedienelement 6 bereitgestellt. An dem oberen Koppelteil 39 ist hier auch der Schlitten 23 aufgenommen. Zudem kann der hier nicht gezeigte Koppelstab 63 am oberen Koppelteil 39 befestigt sein oder sich durch dieses erstrecken. Die Figur 11 zeigt das Eingabesystem 60, welches hier an einem Lenkrad 101 angeordnet ist. So können mit dem Bedienelement 6 Eingaben zur Bedienung eines Kraftfahrzeugs vorgenommen werden. Dabei wird die Bewegung des Bedienelements 6 mit dem Führungssystem 1 geführt und kann zugleich gezielt beeinflusst werden. So können mit dem Daumen oder einem anderen Finger beispielsweise Optionen in einem ein Menü des Bordcomputers bedient werden. Beispielsweise ist für jeden Menüpunkt jeweils eine Rastposition vorgesehen.
Das Bedienelement 6 kann auch mit unterschiedlichen Eingabefunktion belegt werden, beispielsweise in Abhängigkeit eines Fahrmodus oder eines Betriebszustands oder einer zuvor erfolgten Auswahl. Es kann beispielsweise ausgewählt werden, ob mit dem Bedienelement 6 anstelle des Bordcomputers die Außenspiegel, die Sitze, die Klimatisierung, das Getriebe bzw. der Antrieb, die Scheibenwischer oder das Schiebedach oder dergleichen eingestellt wird. Je nach Funktionsumfang wird die Bewegbarkeit des Bedienelement 6 angepasst und beispielsweise mit Blockierungen oder Rastpositionen und haptischen Signalen belegt.
In dem hier gezeigten Beispiel ist das Bedienelement 6 zudem mit einem Fingerabdrucksensor ausgestattet, sodass die Bedienung nur für autorisierte Benutzer freigegeben wird. Das Bedienelement 6 ist hier flächig bzw. als Platte ausgeführt und besteht aus einem Material, in welchen der Fingerabdruckscanner besonders unaufwendig und gut integriert werden kann.
In der Figur 12 ist eine Verwendung des Führungssystems 1 bei einer Werkzeugmaschine 101 und beispielsweise einer Fräse gezeigt. Das Führungssystem 1 dient hier als Kreuztisch bzw. Kreuzsupport zum zweiachsigen Bewegen eines zu bearbeitenden Werkstücks, sodass beispielsweise Konturen gefräst werden können. Dabei wird hier die Befestigungsfläche für das Werkstück durch die Koppeleinrichtung 3 bereitgestellt. Ein Einsatz des FührungsSystems 1 ist auch bei Mikroskopen mit automatisch verfahrbaren Probenhaltern bzw. Probentischen möglich. Das Mikroskop ist ortsfest und die Proben werden durch den Probentisch in die gewünschte Position zweiachsig bewegt. Dabei wird der Probentisch durch die Koppeleinrichtung 3 bereitgestellt oder daran befestigt.
Die Figur 13 zeigt eine beispielhafte Anwendung des Eingabesystems 60 bei der Bedienung eines Computers. Dabei ist eine Oberfläche skizziert, wie sie der Benutzer beispielsweise auf seinem Bildschirm sieht, wenn er ein Programm ausführt.
Die hier gezeigte Skizze kann auch eine Bewegungsfläche einer Figur in einem Spiel oder ein Gegenstand bzw. Werkzeug beim CAD- Zeichnen oder auch das Bedienmenü eines Fahrzeugs sein, welches über das Bedienelement 6 beispielsweise im Lenkrad angesteuert wird.
Der Benutzer bewegt hier einen Cursor 103 bzw. Mauszeiger mit dem Eingabesystem 60 dadurch, dass er das Bedienelement 6 entsprechend bewegt. Beispielsweise ist das Bedienelement 6 als ein Computermauskörper ausgebildet. Während der Benutzer seine Eingaben mit dem Bedienelement 6 vornimmt, wird die Bewegbarkeit des Bedienelements 6 mit dem Führungssystem 1 gezielt beeinflusst.
Der Cursor 103 soll hier zu dem oberen Zielpunkt 36 (A) bewegt werden, beispielsweise um dort etwas anzuklicken. Bei einer herkömmlichen Maus schaut der Benutzer auf den Bildschirm und schiebt die Maus mit der Hand in zuerst groben Bewegungen und anschließend mit feineren Bewegungen unter genauem Hinschauen auf den Zielpunkt 36. Die Bewegung erfordert die Konzentration des Benutzers und lenkt diesen von seiner eigentlichen Aufgabe ab. Durch die Erfindung kann der Cursor 103 „geführt" zum Zielpunkt 36 bewegt werden. Das ist für ungeübte Nutzer oder Nutzer, welche sich auf andere Dinge konzentrieren müssen, erheblich einfacher und komfortabler.
Beispielsweise wird von der Führungseinrichtung 1 die Bewegung des Bedienelements 6 so beeinflusst, dass das Bedienelement 6 und somit auch der Cursor 103 entlang des kürzesten Weges 26 zum Zielpunkt 36 geleitet wird. Dazu wird hier beispielsweise die Bremswirkung der Bremseinrichtung 1 für die y-Achse 21 erhöht, sodass der Benutzer in diese Richtung einen Widerstand spürt.
So muss der Benutzer nur dem Weg des geringsten Widerstands folgen, um den Cursor 103 entlang der x-Achse 11 bzw. auf dem kürzesten Weg 26 zum Zielpunkt 36 bewegt. Dabei wird die Bremswirkung bzw. Dämpfung nur leicht eingestellt, sodass der Benutzer die bevorzugte Richtung bzw. den kürzesten Weg 26 angezeigt bekommt bzw. am Bedienelement 6 spüren kann. Die Bremswirkung Dämpfung kann auch höher oder maximal eingestellt werden, sodass die Bewegung nur entlang der x-Achse 11 bzw. auf dem kürzesten Weg 26 möglich ist.
Wenn der untere Zielpunkt 36 (B) mit dem Cursor 103 angesteuert werden soll, ist eine Bewegung des Bedienelements 6 sowohl entlang der x-Achse 11 als auch entlang der y-Achse 21 nötig. Durch gezielte Ansteuerung der Bremseinrichtung 1 für beide Achsen 11, 21 kann auch dieser Weg 26 haptisch angedeutet werden oder fest vorgegeben sein.
Beispielsweise wird der Weg 26 durch gezieltes Abbremsen der Bewegungen auf den jeweiligen Achsen 11, 21 in entsprechend kleinen Stufen vorgegeben bzw. abgefahren. Dazu wird das Bremsmoment für die Achsen 11, 21 abwechselnd angepasst, sodass die Bewegungsrichtungen abwechselnd gesperrt werden. Je kleiner solche Stufen sind, desto weniger spürt der Benutzer, dass es sich nicht um eine gerade Linie handelt. Mit der hier vorgestellten Führungseinrichtung 1 ist es beispielsweise möglich, derart kleine Stufen zu verwirklichen, dass der Benutzer die geführte Bewegung als eine durchgehende gerade Linie oder gegebenenfalls als eine durchgehende Kurvenbahn wahrnimmt. So kann auch zum Ansteuern des unteren Zielpunktes 36 (B) der kürzeste Weg 26 angezeigt oder fest vorgegeben werden. Nach diesem Prinzip können auch komplexere Bewegungsbahnen und beispielsweise Kurven oder Kreise oder das Ansteuern von Zwischenpunkten umgesetzt werden.
Dem Benutzer kann durch gezieltes und insbesondere hochfrequentes Bremsen und Freigeben der Bewegbarkeit des Bedienelements 6 ein haptisches Signal vermittelt werden. Das kann beispielsweise dann erfolgen, wenn er vom kürzesten Weg 26 oder einer definierten Bewegungsbahn abweicht oder wenn sich der Cursor 102 über dem gewünschten Zielpunkt 36 befindet. Ein solches haptische Signal nimmt der Benutzer beispielsweise als ein Vibrieren an seinem Daumen oder Finger wahr. Zusätzlich oder alternativ können auch noch optische oder akustische Signale erfolgen. Das haptische Signal kann auch durch ein abruptes Bremsen oder Blockieren oder ein Antreiben der Bewegung vermittelt werden.
Die hier beschriebene Beeinflussung der Bewegbarkeit des Bedienelements 6 auch für andere Anwendungen und beispielsweise für das Fernsteuern einer Drohne oder das Bedienen von Maschinen und Fahrzeugen eingesetzt werden. Auch dabei können dem Benutzer bestimmte Bewegungsbahnen vorgegeben werden, auf denen er das Bedienelement 6 leichter oder ausschließlich bewegen kann. Zudem können haptische, akustische und oder optische Signale erfolgen, wenn der Benutzer das Bedienelement 6 so bewegt, dass es zu einer unerlaubten oder kritischen oder auch gewünschten bzw. positiven Reaktion des Eingabeempfangsgerät und beispielsweise der Drohne oder der Maschine oder des Fahrzeugs kommen würde.
Die zuvor beschriebenen Ausführungen können ebenso mit einer teilweise aktiven oder vollständig aktiven Unterstützung durch die Antriebseinrichtung 7 umgesetzt werden. Dabei kann die Antriebseinrichtung 7 ergänzend oder alternativ zur Bremseinrichtung 1 eingesetzt werden. Die teilweise aktive oder vollständig aktive Unterstützung kann abhängig von dem Zustand des Benutzers erfolgen. Wenn die Steuerung erkennt, dass die Bewegungen des Benutzers aufgrund von Ermüdung langsamer werden, wird die aktive Unterstützung proportional zur Ermüdung dazu geschaltet. Die Steuerung kann beispielsweise auch erkennen, dass die Bewegungen des Benutzers unsicher oder diskontinuierlich sind. Dann kann die Unterstützung auch abhängig von einem solchen Zustand des Benutzers erfolgen.
Das Eingabeempfangsgerät und/oder die Steuereinrichtung 8 können durch künstliche Intelligenz das gewollte Ziel des Benutzers ermitteln und daraufhin den Weg 36 bzw. die Bewegungsbahn definieren, um den Benutzer dorthin zu führen.
Die Sperrung von einer Bewegungsrichtung ist zum Beispiel auch in Zeichen- und CAD-Programmen nützlich, wenn ein horizontaler oder vertikaler Strich gezeichnet werden soll. Ebenso kann durch abwechselndes Sperren beider Bewegungsrichtungen das Zeichnen von Kurven oder dergleichen unterstützt werden.
Insgesamt können mit der Erfindung durch eine entsprechende Kombination von Bremskurven bzw. Antriebskurven entlang der x- Achse 11 und der y-Achse 21 beliebige Bewegungsbahnen nachgebildet werden. Beim Erreichen bestimmter Punkte, zum Beispiel Icons, Schaltflächen, Linien bei Zeichenprogrammen etc. erfolgt dann zum Beispiel eine kurze haptische Rückmeldung. Das kann beispielsweise durch einen kurzen erhöhten Widerstand oder durch ein Vibrieren oder dergleichen erfolgen.
Mit der Erfindung kann durch gezieltes und insbesondere intelligentes Schalten der Bremseinrichtung 1 bzw. Antriebseinrichtung 7 jede Position innerhalb der Bewegungsebene mit einer gezielten Unterstützung mit einer gezielten haptischen Unterstützung vom Benutzer angefahren werden. Beispielsweise kann auch eine H-Schaltung eines Getriebes oder eine andere Schaltkulisse von einem Fahrzeug nachgebildet werden. Vorteilhaft kann die Erfindung auch für die virtuelle Realität und erweiterte Realität eingesetzt werden. Dann werden beispielsweise nur solche Bewegungsbahnen freigegeben, welche auch in der virtuellen bzw. erweiterten Realität vorhanden sind, beispielsweise Wege durch Räume oder Bewegungsräume von Werkzeugen oder erlaubte Bewegungen bei medizinischen Eingriffen.
In allen Ausgestaltungen können auch in z-Richtung geführte und insbesondere auch gebremste und/oder angetriebene Bewegungen des Bedienelements vorgesehen sein. Dazu kann die Führungseinrichtung eine um z. B. 90° versetzte weitere Führungseinrichtung aufweisen.
Bezugszeichenliste:
1 Führungssystem 32 Tragstruktur
2 Führungseinrichtung 33 Durchführung
3 Koppeleinrichtung 34 Zahnstangengetriebe
4 Bremseinrichtung 36 Weg
5 Linearführung 39 Koppelteil
6 Bedienelement 42 Kreuzungspunkt
7 Antriebseinrichtung 43 Führungsnut
8 Steuereinrichtung 44 Zahnstange
9 Koppeleinheit 49 Lagereinheit
11 x-Achse 53 Rolle
12 Arm 54 Zahnrad
13 Koppelelement 60 EingabeSystem
14 Drehdämpfer 63 Koppelstab
15 Gleitschiene 64 Drehsensor
16 Computermauskörper 74 Sensormittel
19 Koppelträger 100 Eingabeempfangsgerät
21 y-Achse 101 Lenkrad
22 Arm 102 Werkzeugmaschine
23 Schlitten 103 Cursor
24 Getriebeeinrichtung 120 Endbereich
25 Gleitschiene 220 Endbereich
26 Zielpunkt
29 Koppelteil

Claims

Ansprüche :
1. FührungsSystem (1) zur zweiachsigen Führung einer Bewegung mit wenigstens einer Führungseinrichtung (2) mit wenigstens einem entlang einer x-Achse (11) verschiebbar an einer Tragstruktur (32) gelagerten ersten Arm (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (2) wenigstens einen entlang einer y-Achse (21) verschiebbar an der Tragstruktur (32) gelagerten zweiten Arm (22) umfasst und dass der erste Arm (12) und der zweite Arm (22) mit jeweils wenigstens einer magnetorheologischen Bremseinrichtung (4) wirkverbunden sind, sodass die Bewegungen der Arme (12, 22) dämpfbar sind und dass sich die beiden Arme (12, 22) in einem Kreuzungspunkt (42) überkreuzen und dass dem Kreuzungspunkt (42) wenigstens eine Koppeleinrichtung (3) mit wenigstens einem Koppelelement (13) zugeordnet ist und dass das Koppelelement (13) in Richtung der y-Achse (21) an dem ersten Arm (12) verschiebbar gelagert und an dem zweiten Arm (22) festgelegt ist und dass das Koppelelement (13) in Richtung der x-Achse (11) an dem zweiten Arm (22) verschiebbar gelagert und an dem ersten Arm (12) festgelegt ist.
2. Führungssystem (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei sich das Koppelelement (13) bei einer Bewegung entlang der x-Achse (11) gegenüber dem zweiten Arm (22) verschiebt und ortsfest an dem ersten Arm (12) verbleibt.
3. Führungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das Koppelelement (13) bei einer Bewegung entlang der y-Achse (21) gegenüber dem ersten Arm (12) verschiebt und ortsfest an dem zweiten Arm (22) verbleibt.
4. Führungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einer Bewegung, welche sowohl entlang der x-Achse (11) als auch entlang der y-Achse (21) erfolgt, das Koppelelement (13) dieser Bewegung folgt und sich der erste Arm (12) nur entlang der x-Achse (11) und der zweite Arm (22) nur entlang der y-Achse (21) verschiebt.
5. Führungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koppelelement (13) in Richtung der y-Achse (21) formschlüssig an dem zweiten Arm (22) festgelegt ist und/oder wobei das Koppelelement (13) in Richtung der x- Achse (11) formschlüssig an dem ersten Arm (12) festgelegt ist.
6. Führungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kreuzungspunkt (42) verlagerbar ist und sich gemeinsam und vorzugsweise ortsidentisch mit dem Koppelelement (13) bewegt.
7. Führungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koppelelement (13) wenigstens einen der beiden Arme (12, 22) seitlich wenigstens abschnittsweise umschließt und/oder wobei sich das Koppelelement (13) durch wenigstens einen der beiden Arme (12, 22) hindurch erstreckt.
8. Führungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koppelelement (13) wenigstens einen Koppelstab (63) und/oder wenigstens einen Schlitten (23) umfasst und wobei der Schlitten (23) auf einem der Arme (12, 22) in Längsrichtung des Arms (12, 22) rollend und/oder gleitend gelagert ist.
9. Führungssystem (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schlitten (23) wenigstens eine Durchführung (33) umfasst, durch welche sich einer der beiden Arme (12, 22) hindurch erstreckt und wobei der Schlitten (23) in Bezug auf denjenigen Arm (12, 22), welcher sich durch die Durchführung (33) erstreckt, in Bewegungsrichtung dieses Arms (12, 22) festgelegt und in Längsrichtung dieses Arms (12, 22) verschiebbar ist.
10. Führungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und/oder der zweite Arm (12, 22) wenigstens eine Führungsnut (43) umfassen, in welcher das Koppelelement (13) geführt ist.
11. Führungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koppelelement (13) wenigstens eine Koppeleinheit (9) mit wenigstens vier miteinander verbundenen Koppelträgern (19) umfasst und wobei die Koppelträger (19) in Bezug auf ihre Längsachsen quer zur x-Achse (11) und quer zur y-Achse (21) und den Kreuzungspunkt (42) umspannen.
12. Führungssystem (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Koppelträger (19) jeweils mit wenigstens einer Lagereinheit (49) an dem ersten Arm (12) und jeweils mit wenigstens einer Lagereinheit (49) an dem zweiten Arm (22) anliegen, sodass die Arme (12, 22) von der Koppeleinheit (9) entlang ihrer Bewegungsachsen (11, 21) geführt werden.
13. Führungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtungen (4) ortsfest an der Tragstruktur (32) angeordnet sind.
14. Führungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtungen (4) jeweils wenigstens einen Drehdämpfer (14) umfassen und wobei die Drehdämpfer (14) jeweils mittels einer Getriebeeinrichtung (24), vorzugsweise Zahnstangengetriebe (34), an einen der Arme (12, 22) angebunden sind, sodass eine Linearbewegung der Arme (12,
22) in eine rotatorische Bewegung der Drehdämpfer (14) umsetzbar ist.
15. FührungsSystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtungen (4) in Abhängigkeit einer sensorisch erfassten Position der Arme (12, 22) ansteuerbar sind.
16. Führungssystem (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Position der Arme (12, 22) mittels wenigstens eines optischen Sensormittels (74) erfassbar ist und/oder wobei die Position der Arme (12, 22) mittels jeweils wenigstens eines Drehsensors (64) zur Erfassung einer Drehwinkelstellung der Drehdämpfer (14) erfassbar ist.
17. Führungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Arm (12) und der zweite Arm (22) eweils mittels wenigstens einer Linearführung (5) an der Tragstruktur (42) gelagert sind.
18. Führungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Arm (12) und der zweite Arm (22) an jeweils wenigstens einem Endbereich (120, 220) gelagert sind und vorzugsweise an jeweils zwei gegenüberliegenden Endbereichen (120, 220) gelagert sind.
19. Führungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens ein zur Bedienung bewegbares Bedienelement (6), wobei das Bedienelement (6) an das Koppelelement (13) gebunden ist, sodass die Bedienung des Bedienelements (6) mittels der Führungseinrichtung (2) zweiachsig geführt ist.
20. Führungssystem (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Bedienelement (6) zur Bedienung mit einem Finger ausgebildet ist oder wobei das Bedienelement (6) einen Computermauskörper (16) umfasst, sodass eine Bewegung des Computermauskörpers (16) mittels der Führungseinrichtung (2) zweiachsig geführt ist.
21. FührungsSystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens eine Antriebseinrichtung (7) zum Ausführen von Positionierbewegungen, wobei die Antriebseinrichtung (7) mit dem ersten Arm (12) und dem zweiten Arm (22) wirkverbunden ist, sodass die Positionierbewegungen mittels der Führungseinrichtung (2) zweiachsig geführt sind und sodass das Koppelelement (13) den Positionierbewegungen folgt.
22. Eingabesystem (60) mit wenigstens einem Bedienelement (6) und mit einen Führungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bedienelement (6) durch das Führungssystem (1) zweiachsig geführt und vorzugsweise auch gedämpft ist.
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