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