DE102016001545A1

DE102016001545A1 - Bedienelement mit sensorik zur erkennung der bedienabsicht

Info

Publication number: DE102016001545A1
Application number: DE102016001545.4A
Authority: DE
Inventors: Julian Profanter; Jan Rotard
Original assignee: Vemcon GmbH
Current assignee: VEMCON GMBH, DE
Priority date: 2016-02-11
Filing date: 2016-02-11
Publication date: 2017-08-17

Abstract

Bei der Bedienung von Arbeitsmaschinen liegt oft eine Mehrfachbelegung von Tastern oder anderen Bedienelementen (z. B. abhängig von Arbeitsvorgängen oder Anbaugeräten) vor. Dem Bediener ist die aktuelle Belegung oft nicht ersichtlich, dies führt zu Fehlbedienungen oder Effizienzeinbußen bei der Bedienung. Lösung des Problems bzw. der technischen Aufgabe Um die Arbeitssicherheit und den Nutzerkomfort zu steigern wird ein intelligentes Bedienelement (2a, 2b, 2c), welches in einem Joystick (1), Handablage oder Konsole in mobilen Arbeitsmaschinen integriert wird, eingesetzt. Dieses erkennt die Tast- oder Schaltabsicht des Bedieners bevor diese jedoch ausgelöst wird (7). Das Bedienelement erkennt z. B. die Anwesenheit eines Fingers (in der Nähe des Bedienelementes oder wenn er das Bedienelement berührt) und teilt dem Bediener über eine nachgeschaltete Rückmeldeeinheit (3, 4, 5, 6) beispielsweise bei einer Mehrfachbelegung des Bedienelementes die aktuelle Belegung mit. Dadurch werden Fehlbedienungen minimiert und die Effizienz der Bedienung weiter gesteigert. Es ist zudem möglich einen redundanten Taster für erhöhte Sicherheitsbedingungen zu schaffen, der, je nach Ausführung, sogar mit unterschiedlichen Messverfahren (bzw. Schaltverfahren) arbeitet. Auch sicherheitsrelevante Funktionen, welche gefahrbringende Bewegungen der Maschine/des Werkzeugs einleiten, können so durch einfache Bedienelemente sicher und redundant geschaltet werden. Anwendungsgebiet Das Bedienelement wird in Joystick, Handablage oder Konsole von mobilen Arbeitsmaschinen eingesetzt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Bedienelement mit Tastabsichtserkennung für einen Joystick, Handablage oder Konsole für den Einsatz in mobilen Arbeitsmaschinen. Zur Steuerung von Anbaugeräten und Funktionen von mobilen Arbeitsmaschinen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Nachstehend ist ein Bedienelement (Taster, Schalter, Roller/Wippe, Daumenjoystick o. ä., hier nur Taster genannt) beschrieben, das eine Bedienabsicht des Bedieners erkennt ohne betätigt zu werden. Diese Bedienelemente sind in Joysticks oder Konsolen eingebaut. DE 10 2005 025 021 A1 beschreibt beispielswiese ein Schalterelement, WO 2007140956 A1 beschreibt ein Bedienelement für ein Kraftfahrzeug. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Bedienung erhöhte Aufmerksamkeit des Nutzers erfordert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Bedienelement für den Einsatz in Joysticks und Konsolen von Arbeitsmaschinen mit verbessertem Nutzerkomfort bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Beispielhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung wird ein Bedienelement vorgesehen, das eine Tast- oder Schaltabsicht erkennt bevor dieses jedoch ausgelöst wird.
Bei der Bedienung von Arbeitsmaschinen liegt oft eine Mehrfachbelegung von Tastern oder anderen Bedienelementen (z. B. abhängig von Arbeitsvorgängen oder Anbaugeräten) vor. Dem Bedienenden ist die aktuelle Belegung oft nicht schnell ersichtlich, dies führt zu Fehlbedienungen oder Effizienzeinbußen bei der Bedienung.
Es wird ein Bedienelement vorgeschlagen, welcher die Bedienabsicht des Bedieners durch eine Anwesenheitserkennung des Fingers erkennt. Dadurch kann dem Bediener beispielsweise bei einer Mehrfachbelegung des Tasters oder anderen Bedienelementes die aktuelle Belegung mitgeteilt werden indem er den Finger in die Nähe des Bedienelementes bewegt oder das Bedienelement berührt. Dadurch können Fehlbedienungen minimiert werden und die Effizienz der Bedienung weiter gesteigert werden. Durch diese Ausführung ist es zudem möglich einen redundanten Taster für erhöhte Sicherheitsbedingungen zu schaffen, der, je nach Ausführung, sogar mit unterschiedlichen Messverfahren (bzw. Schaltverfahren) arbeitet. Auch sicherheitsrelevante Funktionen, welche gefahrbringende Bewegungen der Maschine/des Werkzeugs einleiten, die auch außerhalb der Maschine stattfinden, können so durch einfache Bedienelemente sicher und redundant geschaltet werden.
Das Bedienelement besitzt durch die Kombination mit einer nachgeschalteten Anzeige-/Rückmeldeeinheit einen Trainings- und Lerneffekt, da der Bediener ohne den Schaltvorgang auszulösen darauf hingewiesen wird ob seine Absicht mit der Belegung übereinstimmt. Dies kann er immer wieder, ohne Risiko für Mensch und Gerät durchführen, da eine gefahrbringende Bewegung nicht ausgeführt wird.
Das Bedienelement besitzt zusätzlich zum Schaltkontakt/Sensor eine Vorrichtung, durch welche eine „Anwesenheitserkennung des Fingers” realisiert werden kann (ob der Taster z. B. durch einen Finger belegt ist). Dieses Prinzip kann auch auf Folientastaturen angewendet werden.
Im Groben kann man zwischen drei unterschiedlichen Messprinzipien unterscheiden:

– Messprinzip 1 (M1): stellt ein kontaktloses Messprinzip zwischen Auslöser (z. B. Finger) und dem Bedienelement dar (z. B. kapazitive Messung im Tasterkopf), d. h. eine Messung kann auch ohne direkten Kontakt erfolgen;
– Messprinzip 2 (M2): misst erst bei Berührung, jedoch ohne jegliche Kraft- oder Wegaufbringung (z. B. Temperaturmessung im Tasterkopf); und
– Messprinzip 3 (M3): misst erst nach Aufbringung einer minimalen Kraft, welche jedoch deutlich kleiner ist als die Auslösekraft des Tasters (z. B. Folientastatur auf Tasterkopf).

Die technische Umsetzung der drei Messprinzipien wird beispielweise wie folgt realisiert:
Messprinzip 1 (M1):

• kapazitive Messung (Möglichkeiten):
• In der Kappe des Bedienelementes wird eine Messelektrode vorgesehen. Diese Elektrode kann durch eine Feder oder ein Kabel angebunden werden.
• Am Gehäuse der Konsole oder des Joysticks wird eine Messelektrode vorgesehen.
• Auf der Platine welche mit dem Taster verbunden ist befindet sich eine Messelektrode
• Speziell bei Folientastaturen können die Schnappscheiben (oder zusätzliche Schnappscheiben) als Messelektrode angebunden werden, oder die Schnappscheiben mit einer Messelektrode ausgerüstet werden.
• Der Träger der Folientastatur kann mit einer Messelektrode vorgesehen werden.
• Unterhalb der Folientastatur können Messelektroden angebracht werden.
• Optische Messung (Möglichkeiten):
• mit Kamera in Kabine (M1);
• durch infrarot Messung; oder
• durch transparente Kappe im Gehäuse.

Messprinzip 2 (M2):

• kapazitive Messung: (wie in M1)
• resistive Messung (Möglichkeiten):
• auf der Kappenoberfläche (Berühroberfläche) wird gemessen;
• temperaturabhängige Messung (Möglichkeiten):
• durch den Finger wird Temperaturerhöhung gemessen.

Messprinzip 3 (M3):

• kapazitive Messung
• resistive Messung (Möglichkeiten):
• DMS Sensor im Schalter oder auf Kappe;
• Piezoresistive Messung.
• mechanische Messung (Möglichkeiten):
• (Taster auf Taster, Folientastatur auf Taster) (M3);
• halleffekt-Messung (Möglichkeiten):
• besitzt der Taster bereits über ein Hall Element, so kann er über dieses auch ausgelesen werden -> durch zweite Feder, minimaler weg (M3);
• separates Hall-Element.
• induktive Messung (Möglichkeiten)
• piezoelektrische Messung (Möglichkeiten)
• optische Messung (Möglichkeiten)

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnung näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen: Die Figur zeigt einen schematischen Aufbau für den Einsatz in einer mobilen Arbeitsmaschine.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die 1 zeigt als eine Bedienvorrichtung z. B. einen Joystick 1, welcher mit intelligenten Bedienelementen 2, wie z. B. Daumenjoystick 2a, Taster 2b, oder Wippe 2c, ausgestattet ist. Will der Bediener die Belegung erfahren bzw. eine bestimmte Funktion auslösen, so fährt er mit dem Finger über dieses Bedienelement. Dieses Bedienelement erkennt eine Bedienabsicht und schickt diese an eine Logikeinheit 3. Diese Einheit gibt die Bedienabsicht an eine optische Anzeige 4, eine akustische Ausgabe 5 oder einer taktilen Ausgabeeinheit 6 weiter, welche den Bediener informiert wie das Bedienelement belegt ist, bzw. was passiert, wenn das Bedienelement betätigt wird.
Wird nun das Bedienelement tatsächlich ausgelöst, so wird durch die Logikeinheit die entsprechende Funktion angesteuert. Dabei kann die Redundanz des Bedienelementes und der Tastabsichtserkennung auch für sicherheitskritische Funktionen genutzt werden. Die Logik überprüft beide Signale und löst die dazugehörige Funktion aus. Zugleich kann eine zusätzliche Rückmeldung über die Funktionsauslösung in einer der Ausgabeeinheiten (4, 5, 6) erfolgen.
Die oberhalb beschriebenen Ausführungsbeispiele können in unterschiedlicher Art und Weise kombiniert werden. Insbesondere können auch Aspekte des Verfahrens für Ausführungsformen der Vorrichtungen sowie Verwendung der Vorrichtungen verwendet werden und umgekehrt.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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

DE 102005025021 A1 [0002]
WO 2007140956 A1 [0002]

Claims

Eine Bedienvorrichtung aufweisend: – einen Handrgiff; und – wenigstens ein Bedienelement mit Erkennung der Bedienabsicht, wobei das Bedienelement in dem Handgriff integriert ist.
Bedienelement nach Anspruch 1, wobei das Bedienelement integriert ist: i) in einem Joystick; und/oder ii) in einer Konsole einer Arbeitsmaschine.
Bedienelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erkennung der Bedienabsicht berührungslos vorgesehen ist.
Bedienelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erkennung der Bedienabsicht durch Berührung, jedoch ohne Kraft oder Wegaufbringung vorgesehen ist.
Bedienelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erkennung der Bedienabsicht durch Aufbringung einer Kraft vorgesehen ist, die kleiner ist als die Auslösekraft des Bedienelementes; wobei, vorzugsweise, die Kraft mindestens um die Hälfte kleiner ist als die Auslösekraft.
Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bedienelement ein Element zum Steuern von Anbaugeräten und Funktionen von mobilen Arbeitsmaschinen ist.
Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Benutzerschnittstelle vorgesehen ist, die den Bediener darauf hinweist welche Funktion dem Bedienelement zugeordnet ist; wobei, vorzugsweise die Benutzerschnittstelle den Bediener bei erkannter Bedienabsicht auf die dem Bedienelement zugeordnete Funktion hinweist.
Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch eine Logik verschiedene Funktionen zuordenbar sind.
Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erkennung der Bedienabsicht durch wenigstens eine aus der folgenden Gruppe erfolgt: – kapazitive Messung; – optische Messung; – resistive Messung; – temperaturabhängige Messung; – mechanische Messung; – Hall-Effekt-Messung – induktive Messung; und – piezoelektrische Messung.
Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine nachgeschaltete Anzeige-/Rückmeldeeinheit vorgesehen ist, die einen Trainings- und Lerneffekt für den Bediener zur Verfügung stellt.
Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuerungseinheit vorgesehen ist, durch welche sicherheitskritische und gefahrbringende Funktionen in Maschinen und Werkzeuge sicher und redundant ansteuerbar sind; wobei das Bedienelement vorzugsweise sicherheitskritische und gefahrbringende Funktionen in Maschinen und Werkzeuge sicher und redundant ansteuerbar sind; wobei die Funktionen vorzugsweise außerhalb der Maschine sicher ansteuerbar sind.
Bedienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Arbeitsfunktionen eines Werkzeugs ansteuerbar sind.