DE60319847T2 - Joystick mit variabler nachgiebigkeit mit kompensationsalgorithmen - Google Patents

Joystick mit variabler nachgiebigkeit mit kompensationsalgorithmen Download PDF

Info

Publication number
DE60319847T2
DE60319847T2 DE60319847T DE60319847T DE60319847T2 DE 60319847 T2 DE60319847 T2 DE 60319847T2 DE 60319847 T DE60319847 T DE 60319847T DE 60319847 T DE60319847 T DE 60319847T DE 60319847 T2 DE60319847 T2 DE 60319847T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
joystick
shaft
wheelchair
user
movement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE60319847T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60319847D1 (de
Inventor
Rory A. VA Pittsb Pittsburgh COOPER
Donald M. VA Pittsb Pittsburgh SPAETH
Songfeng VA Pittsburgh Healthcare Sy Pittsburgh GUO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rehabilitation R&D Service of VA
Original Assignee
Rehabilitation R&D Service of VA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rehabilitation R&D Service of VA filed Critical Rehabilitation R&D Service of VA
Application granted granted Critical
Publication of DE60319847D1 publication Critical patent/DE60319847D1/de
Publication of DE60319847T2 publication Critical patent/DE60319847T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/038—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0338—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of limited linear or angular displacement of an operating part of the device from a neutral position, e.g. isotonic or isometric joysticks
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G2203/00—General characteristics of devices
    • A61G2203/10—General characteristics of devices characterised by specific control means, e.g. for adjustment or steering
    • A61G2203/14—Joysticks
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F2300/00—Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game
    • A63F2300/10—Features of games using an electronically generated display having two or more dimensions, e.g. on a television screen, showing representations related to the game characterized by input arrangements for converting player-generated signals into game device control signals
    • A63F2300/1018—Calibration; Key and button assignment
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G2009/04703—Mounting of controlling member
    • G05G2009/04722—Mounting of controlling member elastic, e.g. flexible shaft
    • G05G2009/04725—Mounting of controlling member elastic, e.g. flexible shaft with coil spring
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G2009/04703—Mounting of controlling member
    • G05G2009/04722—Mounting of controlling member elastic, e.g. flexible shaft
    • G05G2009/04729—Mounting of controlling member elastic, e.g. flexible shaft melastomeric
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G2009/0474—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks characterised by means converting mechanical movement into electric signals
    • G05G2009/04762—Force transducer, e.g. strain gauge
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20012—Multiple controlled elements
    • Y10T74/20201—Control moves in two planes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Control Devices (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)

Description

  • VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung erhebt Prioritätsanspruch auf die Anmeldung mit der Seriennummer 60/406.682, eingereicht am 29. August, 2002.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • a. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft im Allgemeinen elektrisch betriebene Rollstühle, und im Besonderen betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur individuell angepassten Steuerung eines elektrisch betriebenen Rollstuhls.
  • b. Beschreibung des Standes der Technik
  • Positionserfassungsvorrichtungen sind integrale Bestandteile von Computersystemen, wobei die allgegenwärtige „Maus” eines der besten Beispiele ist. Joysticks werden ebenfalls weit verbreitet verwendet und finden Anwendung in Computerspielen, medizinischen Vorrichtungen, Rollstühlen, Robotern, Flugzeugen, technisch weiterentwickelten Fahrzeugen und anderen Vorrichtungen. Andere Beispiele von Positionserfassungsvorrichtungen umfassen Trackballs und Geräte virtueller Realität, wie beispielsweise Helme, Brillen, Handschuhe und Fußpedalen. Die frühesten Joysticks waren im Grunde genommen eine Anordnung von Kontaktschaltern auf vier Quadranten. Durch das Wegbewegen des Joystickschaftes von seiner mittigen Position wurde einer der vier Schalter umgelegt, je nach der Richtung der Bewegung. Federn, die mit dem Joystick verbunden waren, brachten die Vorrichtung zu einer mittigen Position zurück, wenn der Joystick losgelassen wurde. Dieser Widerstand gegenüber der Bewegung, genannt Nachgiebigkeit, die durch die Federn bereitgestellt wird, konnte durch andere Vorrichtungen bereitgestellt oder erhöht werden, wie beispielsweise dadurch, dass der Joystick durch eine viskose Flüssigkeit bewegt wird.
  • Eine Verbesserung an dem Kontaktschalter-Joystick wurde durch die Entwicklung des Positionserfassungs-Joystick erzielt. Bei dieser Anordnung wurde der Joystick mit zwei Potentiometern gekoppelt, die in rechten Winkeln montiert waren. Die Bewegung des Joysticks erzeugte Spannungen von den Potentiometern, die die Position des Joysticks anzeigten. Spätere Ausführungen von Positionserfassungs-Joysticks verwendeten optische Codiereinrichtungen, um die Position des Joysticks zu bestimmen, wodurch die Potentiometer ersetzt wurden. Weitere Verbesserungen von Positionserfassungs-Joysticks umfassten das Hinzufügen des taktilen und Kraft-Feedback. Taktiles Feedback ist eine einfache Schwingung, die erzeugt wird, wenn die bereitgestellten Positionsinformationen in einen gewünschten Bereich fallen. Kraft-Feedback-Vorrichtungen wenden eigentlich Kräfte auf den Joystickschaft an, so schieben sie ihn beispielsweise gegen die von dem Bediener ausgelöste Bewegung. Kraft-Feedback kann verwendet werden, um einem Roboterbediener anzuzeigen, dass der Kontakt mit einem Objekt eingegangen wurde. Der Kraft erfassende, oder isometrische Joystick verwendete Belastungsmesser, um die Kräfte zu messen, die auf den Joystick angewendet wurden, wobei keine Bewegung des Joysticks erforderlich war. Ein Beispiel eines solchen Joysticks ist der isometrische Miniatur-Joystick, der auf Laptopcomputer-Tastaturen verwendet wird.
  • In Anbetracht der voranstehend beschriebenen Entwicklungen umfassen die zum gegenwärtigen Zeitpunkt verfügbaren elektrisch betriebenen Rollstühle mehrere Komponenten, um die Steuerung der Bewegung davon zu erleichtern, einschließlich proportionaler Positionserfassungs-Joysticks, Steuereinrichtungen für elektrisch betriebene Rollstühle, isometrischer Joysticks, Joysticks mit Korrekturalgorithmen und integrierten Steuerungsfunktionen und Rollstuhl-Fahrsimulatoren.
  • Proportionale Positionserfassungs-Joysticks für elektrisch betriebene Rollstühle sind auf dem Gebiet der Technik bekannt und ermöglichen es im Allgemeinen Individuen mit eingeschränkter Mobilität, solche Rollstühle zu fahren. Positionserfassungs-Joysticks erzeugen Geschwindigkeits- und Richtungssignale, die zu der Ausrichtung und Richtungsänderungswinkel des Rollstuhls proportional sind. Es hat sich herausgestellt, dass solche Joysticks für so viele wie 40% von potentiellen Rollstuhlfahrern ungeeignet sind, zum Teil deshalb, weil sie auf Basis einer Philosophie von „eine Größe passt allen” konstruiert werden. So wird beispielsweise in der gegen wärtigen medizinischen Praxis der Benutzer dazu veranlasst, verschiedene auf dem Markt erhältliche Steuerungen für Positionserfassungs-Joysticks auszuprobieren, und anschließend einen Griff und eine Montageposition auszuwählen, die mit der verbleibenden Handfunktion des Benutzers am ehesten kompatibel sind. Oftmals ist keine der handelsüblichen Steuerungen für Positionserfassungs-Joysticks geeignet, und der Benutzer wird oftmals auf Kopf-Anordnungen mit einzelnem Schalter anstelle eines proportionalen Steuerungssystems zurückgestuft. Obgleich die Technologie mit einzelnem Schalter mit eingeschränkter und unpräziser Bewegung der Extremitäten betrieben werden kann, ist das Ergebnis im Allgemeinen ein langsames und umständliches Rollstuhl-Steuerungssystem.
  • In Bezug auf elektrisch betriebene Rollstühle umfassen solche Steuereinrichtungen im Allgemeinen eine leistungsregulierende Schaltung zwischen dem Positionserfassungs-Joystick und den Rollstuhl-Antriebsmotoren. Steuereinrichtungen übersetzen die Geschwindigkeits- und Richtungssignale von der Benutzersteuerung (das heißt, einem Joystick) in geeignete aktuelle Pegel, die auf die Antriebsmotoren eines Rollstuhls angewendet werden. Im Verlauf der Jahre war die Verbesserung und die Perfektionierung solcher Steuereinrichtungen ein Fokus der Rollstuhlindustrie. Die früheren Steuereinrichtungen umfassten einfache Antriebsalgorithmen, von denen ein Beispiel eine Steuereinrichtung umfasst, die durch einen Fahrer betrieben wird, der einen Positionserfassungs-Joystick nach rechts oder nach links drückt, zu wessen Zeitpunkt die Steuereinrichtung eine Entscheidung dahingehend getroffen hat, das Rad lediglich im Inneren des Wendekreises zu verlangsamen, oder, bei Auftreten eines scharfen Abbiegens bei geringer Geschwindigkeit das Innenrad in die entgegengesetzte Richtung zu betreiben, um einen höheren Wendekreis zu erzeugen. In dem moderneren Steuereinrichtungen stellen die Hersteller, um auf sichere Weise einen elektrisch betriebenen Rollstuhl an unterschiedliche Fahrfähigkeiten von bestimmten Benutzern anzupassen, mehrere Einstellungen ihrer Steuereinrichtungen bereit, die ein Händler oder ein Kliniker mit einer tragbaren Programmiereinrichtung einstellen kann. Eine exemplarische Einstellung kann die Einstellung der maximalen Geschwindigkeit sein, die der Rollstuhl während geradeaus-gerichteten Manövern oder Wendemanövern erzielt. Moderne Steuereinrichtungen umfassen darüber hinaus auch weiterentwickelte Algorithmen, um einen Rollstuhl in einem gefährlichen Bereich zu stabilisieren, wie beispielsweise während des Hinauffahrens oder Hinabfahrens auf steilen Gefällen, oder wenn ein sich kreuzender Hang überquert wird. Selbst in Anbetracht der voranstehend beschriebenen Verbesserungen der Steuereinrichtungen sind im Allgemeinen die handelsüblichen Steuereinrichtungen und Positionserfassungs-Joysticks nicht in der Lage, eine unbeabsichtigte Handbewegung des Bedieners zu erfassen oder in irgendeiner Weise zu korrigieren. Ein weiterer großer Nachteil der zum gegenwärtigen Zeitpunkt erhältlichen Steuereinrichtungen besteht darin, dass sie nur dem elektrisch betriebenen Rollstuhl dienen und nicht die Steuerung einer beliebigen anderen assoziierten Vorrichtung, wie beispielsweise von Personalcomputern oder umwelttechnischen Steuerungssystemen unterstützen.
  • In Bezug auf isometrische Joysticks werden solche Joysticks, wie dies voranstehend erwähnt wurde, im Allgemeinen mit Personalcomputern verwendet. Ein gut bekanntes Beispiel eines isometrischen Joysticks umfasst die „Radiergummikopf”-(eraser head)Maus auf vielen Laptopcomputern. Während solche Joysticks in der Industrie bekannt sind, hatten diese Joysticks auf dem Gebiet der elektrisch betriebenen Rollstühle eine begrenzte Anwendung aufgrund der damit verbundenen Einschränkungen in der Fähigkeit der Benutzer, den Joystick auf angemessene Weise zu bedienen.
  • In Bezug auf die gedämpfte Joysticksteuerung wurde, obgleich solch eine Methodik in der Industrie bekannt ist, eine gedämpfte Steuerung für Joysticks im Algemeinen bei der Reduzierung eines Händezitterns verwendet. Darüber hinaus wurde die Methodik der gedämpften Joysticksteuerung vorrangig für die Positionserfassung verwendet und nicht für die Steuerung von elektrisch betriebenen Rollstühlen.
  • Während schließlich in Bezug auf Rollstuhl-Fahrsimulatoren die Fahrsimulatoren tatsächlich Anwendung auf dem Gebiet der Automobilfahrzeuge gefunden haben, wie beispielsweise im Fall der Automobilfahrzeug-Fahrsimulatoren, sind solche Simulatoren jedoch nicht auf das Gebiet des Rollstuhl-Fahrens anwendbar. Des Weiteren wurden keine bekannten Fahrsimulatoren verwendet, um die elektrisch betriebenen Rollstühle oder die verbundenen Joysticks abzustimmen.
  • Dementsprechend bleibt ein Bedarf an einer individuell angepassten und vielseitigen Steuerungstechnologie für elektrisch betriebene Rollstühle bestehen. Es besteht des Weiteren ein Bedarf an einem Joystick mit einer variablen Nachgiebigkeit für die Steuerung von für elektrisch betriebenen Rollstühlen und zum Erleichtern der individuellen Anpassung der voranstehend beschriebenen Technologien für Nutzer mit unterschiedlichen Behinderungen.
  • Das Dokument US 6201196 beschreibt eine Joystickanordnung, die Eingaben von einem Nutzer mit einer sehr geringen Verschiebung des Eingabegriffes so empfangen kann, dass der Joystick in einer ermüdungsfreien Art und Weise mit einem minimalen Kraftaufwand verwendet werden kann.
  • Das Dokument WO 05/37252 beschreibt ein Gelkissen, das auf einen vorhandenen Steuerungsstick auf einer Tastatur aufgebracht werden kann, die im Allgemeinen auf dem Laptopcomputer vorzufinden ist. Das Gelkissen wird bereitgestellt, um ein Zerstören von Gewebe des Fingers eines Benutzers infolge von wiederholten Bewegungen über einen sehr langen Verwendungszeitraum zu verhindern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung löst die Probleme und überwindet die Nachteile und Unzulänglichkeiten der Rollstuhlsteuerung und der Simulationssysteme des Standes der Technik durch Bereitstellen einer Vorrichtung und eines Verfahrens für die persönlich angepasste Steuerung von elektrisch betriebenen Rollstühlen.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Joystick mit variabler Nachgiebigkeit mit einer individuellen mechanischen und einer Software-Anpassung und mit einer integrierten Steuerungsfähigkeit bereitzustellen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren des systematischen Bestimmens der besten mechanischen Einstellungen und der Ausgleichsalgorithmen bereitzustellen, die in den Joystick eingebettet werden sollen, um einem Individuum mit wesentlichen Bewegungseinschränkungen der oberen Extremitäten eine individuelle Anpassung und ein Maximum an Funktion zu bieten.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, durch die Verwendung eines Simulators zum Optimieren von Software- und Hardwareeigenschaften des Joysticks einen kundenspezifischen Joystick bereitzustellen, der sehr stark an die Bedürfnisse des Benutzers angepasst ist.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Joystickeinrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst:
    einen starren Schaft, der eine Spitze, einen Sockel und eine Mittellängsachse beinhaltet; und
    eine flexible Erweiterung, die operativ mit dem Schaft verbunden ist, um die Nachgiebigkeit des Schaftes für eine Querbewegung relativ zu der Mittellängsachse zu ändern;
    wobei die Erweiterung einen kegelstumpfförmigen Querschnitt mit einem einen größeren Durchmesser aufweisenden Abschnitt, der benachbart zu dem Sockel angeordnet ist, und einem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitt, der benachbart zu der Spitze des Schaftes angeordnet ist, beinhaltet;
    wobei der Schaft obere und untere Schaftsegmente beinhaltet, wobei die Segmente ein elastisches Glied beinhalten, das zwischen benachbarten Enden hiervon angeordnet ist, und die Segmente verstellbar sind, um zur Änderung der Nachgiebigkeit des Schaftes voneinander beabstandet zu werden, und wobei die Erweiterung hohl ist und die oberen und unteren Schaftsegmente umgibt.
  • Die Erweiterung kann eine viskose Substanz beinhalten, die darin zum Dämpfen der Bewegung des Schaftes angeordnet ist. Der Joystick kann eine integrierte Steuerfähigkeit zum Bedienen mehrerer hilfstechnischer Vorrichtungen beinhalten und er kann operativ an einem elektrisch betriebenen Rollstuhl montiert sein, um einen Benutzer in die Lage zu versetzen, mehrere hilfstechnische Vorrichtungen zu bedienen.
  • Der Joystick kann des Weiteren Ausgleichsalgorithmen umfassen, die eine den Joystickschaft in Ruhe darstellende elliptische Totzone beinhalten, wobei die Totzone einen Minimalkräftebereich, der überschritten werden muss, um Bewegung des elektrisch betriebenen Rollstuhls zu bewirken, darstellt, und die Totzone des Weiteren einen Maximalkräftebereich, der nicht überschritten werden darf, um eine Bewegung des Rollstuhls zu verhindern, darstellt. Die Ausgleichsalgorithmen können eine Bestimmung einer optimalen Vorspannachsenverstärkung für eine Bewegung des Joystickschaftes in Richtungen nach links, nach rechts, nach vorne und nach hinten beinhalten. Die Ausgleichsalgorithmen können darüber hinaus auch wenigstens eine Software-Schablone für wenigstens eine Steuerung der Vorspannachsenverstärkung des Joystickschaftes, eine Verkleinerung der Kippweite des Joystickschaftes oder eine Verringerung der Freiheitsgrade eines Ausgabesignals des Joystickschaftes beinhalten. Die Software-Schablone kann auf der Mathematik der Super Quadratics beruhen und kann eine quadratische, kreisförmige, kreuzförmige, elliptische oder karoförmige Schablone sein. Die Ausgleichsalgorithmen können des Weiteren ein Filtern zur Verringerung der Effekte ungewollter Bewegungen des Joystickschaftes beinhalten.
  • In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum systematischen Bestimmen der besten mechanischen Einstellungen und Ausgleichsalgorithmen, die in einen Joystick eingebettet werden, um einem Nutzer eine individuelle Anpassung und ein Maximum an Funktion zu bieten, bereitgestellt, wobei der Joystick einen starren Schaft umfasst, der eine Spitze, einen Sockel und eine Mittellängsachse beinhaltet, und wobei eine flexible Erweiterung operativ mit dem Schaft verbunden ist, um die Nachgiebigkeit des Schaftes für eine Querbewegung relativ zu der Mittellängsachse zu ändern, wobei die Erweiterung einen kegelstumpfförmigen Querschnitt mit einem einen größerem Durchmesser aufweisenden Abschnitt, der benachbart zu dem Sockel des Schaftes angeordnet ist, und einem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitt, der benachbart zu der Spitze des Schaftes angeordnet ist, beinhaltet, wobei der Schaft obere und untere Schaftsegmente beinhaltet, die Segmente ein elastisches Glied beinhalten, das zwischen benachbarten Enden hiervon angeordnet ist, und die Segmente verstellbar sind, um zur Änderung der Nachgiebigkeit des Schaftes voneinander beabstandet zu werden, und wobei die Erweiterung hohl ist und die oberen und unteren Schaftsegmente umgibt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    ein Bereitstellen eines Zugangs zum Bedienen des Joysticks für den Nutzer;
    ein operatives Verbinden des Joysticks mit einem Fahrsimulator;
    ein Anzeigen eines Symbols an dem Fahrsimulator;
    ein Steuern der Bewegung des Symbols durch den Joystick;
    ein Bewerten der Leistung des Nutzers auf Grundlage der Fähigkeit des Nutzers, die Bewegung des Symbols zu steuern; und
    ein Modifizieren von Hardware-Einstellungen für den Joystick auf Grundlage der Bewertung durch Austauschen verschiedener flexibler Erweiterungen zur Änderung der Nachgiebigkeit des Joystickschaftes, der eine Mittellängsachse beinhaltet, wobei die Erweiterungen operativ derart mit dem Schaft verbunden sind, dass sie den Schaft umgeben, um die Nachgiebigkeit des Schaftes für eine Querbewegung relativ zu der Mittellängsachse zu ändern, und ein Modifizieren von Software-Algorithmen für den Joystick auf Grundlage der Bewertung.
  • Für das voranstehend beschriebene Verfahren kann das Modifizieren der Hardware-Einstellungen das Austauschen verschiedener flexibler Erweiterungen umfassen, um die Nachgiebigkeit eines Joystickschaftes zu ändern, wobei die Erweiterungen operativ mit dem Schaft verbunden werden, um den Schaft zu umgeben, und die Erweiterungen des Weiteren einen kegelstumpfförmigen Querschnitt aufweisen. Das Modifizieren der Software-Algorithmen kann das Berechnen einer einen Joystickschaft in Ruhe darstellenden elliptischen Totzone beinhalten, wobei die Totzone einen Minimalkräftebereich, der überschritten werden muss, um eine Bewegung des elektrisch betriebenen Rollstuhls zu bewirken, darstellt und die Totzone des Weiteren einen Maximalkräftebereich, der nicht überschritten werden darf, um eine Bewegung des Rollstuhls zu verhindern, darstellt. Das Modifizieren der Software-Algorithmen kann ein Bestimmen einer optimalen Vorspannachsenverstärkung für eine Bewegung eines Joystickschaftes in Richtungen nach links, nach rechts, nach vorne und nach hinten beinhalten. Das Modifizieren der Software-Algorithmen kann ein Bereitstellen wenigstens einer Software-Schablone für wenigstens eine Steuerung der Vorspannung eines Joystickschaftes, eine Verkleinerung der Kippweite des Joystickschaftes und eine Verringerung der Freiheitsgrade eines Ausgabesignals des Joystickschaftes beinhalten. Die Software-Schablone kann auf der Mathematik der Super Quadratics beruhen, und sie kann eine quadratische, kreisförmige, kreuzförmige, elliptische oder karoförmige Schablone sein. Das Modifizieren wenigstens einer der Hardware-Einstellungen oder wenigstens eines der Software-Algorithmen kann ein Ermitteln einer Mehrzahl von Eingaben des Joystickschaftes entsprechend der Fahrleistung eines elektrisch betriebenen Rollstuhls mit dem daran angebrachten Joystick beinhalten.
  • Zusätzliche Leistungsmerkmale, Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung können in der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen dargelegt oder anhand davon offensichtlich werden. Darüber hinaus sollte beachtet werden, dass sowohl die voranstehende Zusammenfassung der Erfindung als auch die folgende ausführliche Beschreibung im exemplarischen Sinne zu verstehen sind und darauf abzielen, eine weiterführende Erläuterung der Erfindung zu liefern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die begleitenden Zeichnungen, die enthalten sind, um ein weiterführendes Verständnis der Erfindung bereitzustellen, und die in dieser Spezifizierung enthalten sind, sowie einen Bestandteil davon bilden, illustrieren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der ausführlichen Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. In den Zeichnungen ist:
  • 1 eine Illustration eines Joysticks mit variabler Nachgiebigkeit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine Illustration des Joysticks mit variabler Nachgiebigkeit, der in 1 dargestellt ist, bei dem das äußere Gehäuse entfernt ist, um die inneren Bestandteile darzustellen;
  • Die 3A bis 3D sind vergrößerte Darstellungen der Nachgiebigkeits- und Dämpfungskomponenten für den Joystick mit variabler Nachgiebigkeit, der in 1 dargestellt ist;
  • 4 ist ein Graph, der Musterdaten für die Totzonen-Berechnung darstellt, wobei eine Ellipse überlagert ist;
  • 5 ist ein Graph, der Schätzungen der Leistungsspektraldichte anhand von Daten, die ermittelt werden, während die Hand eines Nutzers auf dem Schaft des Joysticks mit variabler Nachgiebigkeit, der in 1 dargestellt ist, aufliegt, wobei die Niedrigpassfilter-Frequenz für beide Achsen gezeigt wird, darstellt;
  • 6 illustriert die Vorspannungsachsen (x', y') für einen bestimmten Fall, in dem die Vorspannungsachsen nicht orthogonal waren;
  • 7 illustriert Muster-Software-Schablonen, wobei die quadratische Schablone die Standardschablone für den Joystick mit variabler Nachgiebigkeit, der in 1 dargestellt ist, ist;
  • 8 illustriert virtuelle Fahraufgaben, die durch einen Nutzer durchgeführt werden, wobei ein gewünschter Weg in durchgezogenen Linien dargestellt ist und die virtuellen Wände durch gestrichelte Linien dargestellt sind;
  • 9 illustriert einen Nutzer, der einen elektrisch betriebenen Rollstuhl über eine virtuelle Umgebung für den Rollstuhl-Fahrsimulator in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung fährt;
  • 10 illustriert einen Aufbau zum Ermitteln von Modellierungsdaten;
  • 11 illustriert ein Beispiel einer Fahraufgabe und den entsprechenden motorischen Graphen (unbehinderte Handsteuerung);
  • 12 illustriert einen motorischen Graphen desselben Manövers, das in 11 dargestellt ist, das durch ein Individuum mit Zerebralparalyse durchgeführt wird;
  • 13 illustriert ein Ausgabesignal, das durch den variablen Verstärkungsalgorithmus erzeugt wird; und
  • 14 illustriert ein weiteres Beispiel von virtuellen Fahraufgaben, die durch einen Nutzer ausgeführt werden.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Referenznummern entsprechende Teile durch die gesamten Darstellungen hinweg bezeichnen, illustrieren die 1 bis 14 Komponenten und Leistungsmerkmale eines Joysticks mit variabler Nachgiebigkeit 100 und verbundene Systeme in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
  • Genauer gesagt, stellt die vorliegende Erfindung, wie dies in den 1 bis 14 dargestellt ist, einen Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 mit individueller mechanischer und Software-Anpassung und mit einer integrierten Steuerfähigkeit, sowie ein Verfahren zum systematischen Bestimmen der besten mechanischen Einstellungen und Ausgleichsalgorithmen zum Einbetten in den Joystick 100, um einem Individuum mit wesentlichen motorischen Einschränkungen der oberen Extremitäten eine individuelle Anpassung und ein Maximum an Funktion zu bieten, bereit. Im Allgemeinen kann der Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 zum Fahren von Elektrisch Betriebenen Rollstühlen verwendet werden, wie dies im Folgenden ausführlich beschrieben wird.
  • Die voranstehend beschriebenen Leistungsmerkmale des Joysticks mit variabler Nachgiebigkeit 100 und das Verfahren des systematischen Bestimmens der besten mechanischen Einstellungen und der Ausgleichsalgorithmen zum Einbetten in den Joystick 100 werden zuerst ausführlich beschrieben.
  • In Bezug auf die individuelle mechanische Anpassung kann, wie dies im Folgenden auf ausführlichere Weise beschrieben wird, der Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 im Allgemeinen ein isometrischer (Kraft erfassender) Joystick sein und eine interne Mikrosteuereinrichtung und einen Speicher umfassen. Der Joystick 100 kann in dem vollständigen isometrischen Modus betrieben werden (keine Schaftbewegung), oder es kann alternativ dazu eine flexible Erweiterung (das heißt, eine kegelförmige Elastomerummantelung) auf den Joystick aufgebracht werden, um unterschiedliche Stufen von Nachgiebigkeit (Bewegung mit Federrückholung) zu erzeugen. Wenn die flexible Erweiterung hohl ist und mit einer viskosen Substanz wie beispielsweise einem steifen Modellierton gefüllt ist, kann auch ein Dämpfungseffekt integriert werden.
  • In Bezug auf die individuelle Software-Anpassung kann, wie dies im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, der Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 im Allgemeinen eine erneut programmierbare interne Steuereinrichtung zum Abfangen und Modifizieren von Signalen der Signalgeber, die durch den Joystickschaft erzeugt werden, beinhalten. Diese Transformationen werden im Folgenden als „Ausgleichsalgorithmen” bezeichnet.
  • In Bezug auf die integrierte Steuerfähigkeit kann, wie dies im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, der Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 im Allgemeinen die Fähigkeit aufweisen, einen Personalcomputer zu bedienen, indem er als eine kabellose Joystick-Maus fungiert. So treiben beispielsweise die aktuellsten Rollstuhl-Joysticks lediglich den Rollstuhl an, und es müssen separate Schnittstellen erworben und montiert werden, wenn ein Individuum wünscht, andere Vorrichtungen, wie beispielsweise einen Personalcomputer zu bedienen. Darüber hinaus sind Individuen mit eingeschränkter Benutzung der Hand möglicherweise lediglich dazu in der Lage, eine einzelne Schnittstelle zu erreichen und zu bedienen, wodurch sie dazu gezwungen sind, Hilfe zu erhalten, wenn zwischen den Vorrichtungen gewechselt wird. Dementsprechend kann durch das Versehen des Joysticks 100 mit der Fähigkeit, einen Personalcomputer zu bedienen, der Joystick 100 zusätzlich zu dem Antreiben des Rollstuhls und des Computerzugangs auch zum Zugreifen auf Vorrichtungen, wie beispielsweise Ausgabekommunikationshilfen, umwelttechnische Steuerungssysteme, und so weiter, verwendet werden.
  • Schließlich kann in Bezug auf das Verfahren des systematischen Bestimmens der besten mechanischen Einstellungen und Ausgleichsalgorithmen zum Einbetten in den Joystick 100, um einem Individuum mit wesentlicher motorischer Einschränkung der oberen Extremitäten eine individuelle Anpassung und ein Maximum an Funktion zu bieten, wie dies im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, der Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 im Allgemeinen einen Rollstuhl-Fahrsimulator beinhalten, um die besten Joystick-Einstellungen zu bestimmen. So besteht beispielsweise die aktuelle medizinische Praxis zum Einstellen eines Joysticks für einen elektrisch betriebenen Rollstuhl darin, den Joystick auf der Seite des Rollstuhls innerhalb der Reichweite des Nutzers zu montieren und den Nutzer anschließend zu veranlassen, das Fahren auf dem Fußboden in der Klinik zu üben. Auf Basis von lediglich einer visuellen Be obachtung nimmt der Kliniker Änderungen an den Einstellungen der Steuereinrichtung des Rollstuhls vor, um die Handhabbarkeit des Rollstuhls zu verbessern. Während der Nutzer mit dem Joystick 100 übt, kann der Nutzer ein auf dem Bildschirm befindliches Rollstuhl-Symbol „fahren” oder durch eine Reihe von Manövern in engen Bereichen gelangen. Das Simulatorprogramm, das auf dem Desktop-PC läuft, kann den Weg der schemenartigen Darstellung und den Punktestand der Manövrierfähigkeit des Nutzers überwachen. Während der Bewertungsphase können sowohl die Hardware-Einstellungen als auch die Software-Algorithmen des Joysticks 100 modifiziert werden, um die Fahrfähigkeit des Individuums zu verbessern. Hardware-Einstellungen zur Nachgiebigkeit und zur Dämpfung können durch Austauschen verschiedener Erweiterungsschäfte an dem Joystick 100 erzielt werden. Die Ausgleichsalgorithmen können aufgerufen werden, indem Optionen ausgewählt werden, die auf Menüs in dem Fahrsimulatorprogramm enthalten sind. Auf diese Weise kann ein Therapeut auf schnelle Weise eine Reihe verschiedener mechanischer Einstellungen und Algorithmus-Einstellungen ausprobieren. Der Simulator kann sofort eine neue als schemenartige Darstellung gezeigte Fahraufgabe hervorbringen und auf objektive Weise den Nutzen einer bestimmten mechanischen Einstellung oder eines Algorithmus zählen. Durch diesen iterativen Prozess kann der Therapeut den Joystick 100 auf das motorische Muster des Nutzers „feinabstimmen„. Wenn die nützlichsten individuellen Anpassungen bestimmt worden sind, kann der abschließende Erweiterungsschaft mit dem Joystick verbleiben, und die abschließenden Ausgleichsalgorithmen können Cross-Compiling unterzogen werden und in den Speicher der internen Mikrosteuereinrichtung des Joysticks heruntergeladen werden, wodurch einem Nutzer ein personalisierter Joystick bereitgestellt wird.
  • Im Folgenden werden der Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 und das Verfahren zum systematischen Bestimmen der besten mechanischen Einstellungen und Ausgleichsalgorithmen zum Einbetten in den Joystick 100 ausführlich in Bezug auf die 1 bis 14 beschrieben.
  • Genauer gesagt kann, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist, der Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 so ausgelegt sein, dass er einem herkömmlichen Joystick ähnlich ist und er handelsübliche Monotage- und Positionierungs-Hardware für einen elektrisch betriebenen Rollstuhl verwendet. Der Joystick 100 kann in voll ständigem isometrischen Modus oder einem Modus mit variabler Nachgiebigkeit verwendet werden, und kann ein Gehäuse 102 umfassen, das einen Schaft 104 aufweist, der eine Joystickspitze 106 beinhaltet, die auf einem oberen Ende davon zum Bedienen durch die Fingerspitze eines Nutzers angeordnet ist. Der Schaft 104 kann eine Joystickspitze 106 mit einer Betätigungsgliedplatte, die an einem unteren Ende des Schaftes befestigt ist, koppeln. Die Betätigungsgliedplatte kann horizontale Arme beinhalten, die sich radial von dem Schaft 104 erstrecken, wobei die Anzahl von Armen im Allgemeinen der Anzahl von einzelnen Kraftsensoren (nicht dargestellt) entspricht, wobei jeder Arm einen entsprechenden Sensor überlagert.
  • Der Joystick 100 kann eine Spannungsausgabe erzeugen, die proportional zu der Kraft ist, die durch einen Nutzer auf den Schaft 104 ausgeübt wird, und er kann eine Leiterplatte 154 beinhalten, die ausgelegt ist, um in das Gehäuse 102 hinzupassen, um eine Regulierung der Spannung bereitzustellen, um die Gleichstromerregung zu überbrücken, um die Ausgabesignal-Verstärkung und das Niedrigpass-Filtern des Überbrückungssignals des Belastungsmessers zu überbrücken. Der Joystick 100 kann operativ mit einem elektrisch betriebenen Rollstuhl 110 verbunden sein. Wie dies bei herkömmlichen elektrisch betriebenen Rollstühlen der Fall ist, kann der Rollstuhl 100 auf einem 24 V-Gleichstromsystem arbeiten und elektromechanische Feststellbremsen (nicht dargestellt) verwenden, die normalerweise geschlossen sind (das heißt, vollständig aktiv sind), die freigegeben werden, wenn den Motoren Strom zugeführt wird. In der Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, kann der Joystick 100 seinen Strom von den Batterien erhalten (nicht dargestellt) und bei 12 V Gleichstrom oder der Hälfte der Busspannung laufen. Das Ausgabesignal kann ein Pegel-Umschalten beinhalten, um kompatibel mit handelsüblichen analogen elektrisch betriebenen Rollstuhl-Steuereinrichtungen zu sein. Alternativ dazu kann für digitale elektrisch betriebene Rollstuhl-Steuereinrichtungen der Joystick 100 einen Serien- oder einen Parallel-Anschluss beinhalten. Der Joystick 100 kann eine interne Mikrosteuereinrichtung mit einem Speicher enthalten, der Ausgleichsalgorithmen verwendet, um Signale, die durch die Joystickkräfte an jedem Belastungsmesser erzeugt werden, zu modifizieren.
  • Während des Betriebs erzeugt eine vorwärts gerichtete Kraft an dem Schaft 104 eine Vorwärtsbewegung des Rollstuhls 110 mit einer Geschwindigkeit, die proportional zu der Größenordnung der Kraft ist. Auf gleiche Weise erzeugt eine rückwärts gerichtete Kraft an dem Schaft 104 eine Rückwärtsbewegung des Rollstuhls mit einer Geschwindigkeit, die proportional zu der Größenordnung der Kraft ist. Die linke und die rechte Kraft an dem Schaft 104 werden verwendet, um den Rollstuhl 110 in die Richtung der aufgebrachten Kraft zu drehen, wobei die Rate der Drehung proportional zu der Größenordnung der Kraft ist. Ein digitales Niedrigpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 6 Hz kann beispielsweise als die Standardeinstellung zum Reduzieren der Effekte von Schwingung und Zittern verwendet werden. Der Joystick 100 kann für elektrisch betriebene Rollstühle verwendet werden, die unterschiedliche Radgeschwindigkeit verwenden, um eine Richtungssteuerung bereitzustellen. In solchen Rollstühlen können die vorderen Schwenkrollen 112 schwenken, wenn sich der Rollstuhl 110 in Reaktion auf Änderungen der Geschwindigkeit der Hinterräder 114 dreht.
  • Wie dies voranstehend beschrieben worden ist, kann der Joystick 100 im Allgemeinen eine variable Nachgiebigkeit und Dämpfung beinhalten, die modifiziert werden können, um die Steuerung durch den Bediener zu verbessern. Variable Nachgiebigkeit, die sich auf die Bewegungsleichtigkeit und das Federungsvermögen des Schaftes 104 bezieht, bezieht sich im Allgemeinen auf das Spektrum der Kraft versus Bewegung. So erzeugen beispielsweise Standard-Positionserfassungs-Joysticks Ausgabesignale, die proportional zu der Schaftausrichtung und den Richtungsänderungswinkel sind. Diese Joysticks weisen einen größeren Freiheitsgrad auf, da keine signifikante Federspannung (anders als bei einer Rückstellfeder) bereitgestellt wird. Beispiele von gemeinsamen Steuerungen, die Positionen erfassen, sind Computer-Trackballs, gleitende Lautstärkesteuerungen an Stereoanlagen und Türknaufen, von denen alle im Wesentlichen durch Bewegung angetrieben sind. Ein separater Satz an Steuerungstechnologien ist vorhanden, der mit wenig oder gar keiner Verschiebung auf die Kraft reagiert. Wie dies voranstehend beschrieben worden ist, werden diese Vorrichtungen zusammengefasst als isometrische Steuerung bezeichnet, von denen eine die verbreitete „Eraserhead”-Maus ist, die bei vielen Laptopcomputern in der Mitte der Tastatur vorhanden ist. Ein weiteres Beispiel ist die Membrantastatur, die an Mikrowellenöfen verwendet wird, um das Reinigen zu vereinfachen, bei der herkömmliche Druckknöpfe durch versiegelte Kraft erfassende Schalter ersetzt werden. Es ist nicht offensichtlich, dass die Position erfassenden und die Kraft erfassenden Steuerungen lediglich die Endpunkte eines Kontinuums an Steuerungsdesigns darstellen. Dementsprechend wird der Begriff variable Nachgiebigkeit verwendet, wenn sich auf dieses Spektrum an Kraft versus Be wegung bezogen wird. So sind beispielsweise Steuerungen mit mittlerer Nachgiebigkeit in Haushalten nicht verbreitet, jedoch in Motorfahrzeugen oftmals vorzufinden. Beispiele von Steuerungen mit mittlerer Nachgiebigkeit umfassen die Brems- und die Gaspedale in Automobilfahrzeugen oder den Steuerknüppel in einem Flugzeug. Nachgiebigkeit im mittleren Bereich ist in diesen Steuerungen ausgelegt, um propriozeptives Feedback (Berührungserfassung durch Druck) bereitzustellen. Dies ist insbesondere in Situationen wichtig, in denen der Bediener visuell die Umgebung absuchen muss und die Position der Steuerung nicht beobachten kann.
  • Der Modus der variablen Nachgiebigkeit für den Joystick 100 ermöglicht die Bewegung des Schaftes 104, wobei der mechanische Widerstand und die Federrückstellung den Schaft 104 zu einer zentralen Position zurückbringen, wenn die Bedienkraft entfernt wird. Wie dies in den 3A bis 3D dargestellt ist, kann Nachgiebigkeit erzielt werden, indem eine flexible Erweiterung 136 an dem Joystickschaft 104 angebracht wird. Durch Nachgiebigkeit wird eine Taktiles Feedback bereitgestellt, das dem Bediener eine Anzeige der Joystickposition anzeigt, wodurch die Verwendung der Sicht für das Manövrieren des Rollstuhls 110 befreit wird. Während die herkömmlichen Bewegung erfassenden und isometrischen Joysticks tatsächlich die Endpunkte eines Spektrums sind, enthalten solche Joysticks ein Kontinuum an Bewegungs-/Kraft-Verhältnissen, die von geringer Nachgiebigkeit (hohe Kraft mit sehr wenig Bewegung) zu hoher Nachgiebigkeit (geringe Kraft mit wesentlicher Bewegung) reichen. Dementsprechend kann der Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 einen Schaft 104 beinhalten, der jeweils obere und untere Schaftsegemente 130, 131 aufweist, die durch eine geschlossene Schraubenfeder verbunden sind. Das obere Schaftsegment 130 kann gebohrt und mit einem Gewinde versehen sein, um mit der Drahtdicke der Feder übereinzustimmen. Dementsprechend kann durch Drehen des Griffes 134 entgegen dem Uhrzeigersinn, auf progressive Weise immer mehr der Feder 132 freigelegt werden, um die Nachgiebigkeit zu erhöhen. So sind beispielsweise, wie dies in 3A dargestellt ist, in der vollständig isometrischen Einstellung die Enden der zwei Schaftsegmente 130, 131 in Kontakt und durch den Rückhalteflansch vollständig beansprucht, wodurch die Feder keinen Effekt hat. Um eine Nachgiebigkeit des mittleren Bereiches auszuwählen, wie dies in 3B dargestellt ist, kann das Schaftsegment 130 um mehrere Umdrehungen gedreht werden, wodurch die Feder 132 in die Lage versetzt wird, sich unter der Belastung zusammenzuziehen, um die Menge an Bewegung, die mit einer gegebenen Kraft verbunden ist, zu erhöhen. Schließlich kann für die Einstellung der hohen Nachgiebigkeit, wie dies in 3C dargestellt ist, eine zusätzliche Federlänge durch ein weiteres Drehen des Griffes 134 freigelegt werden, um das obere Schaftsegment 130 in die Lage zu versetzen, sich in Bezug auf das untere Schaftsegment 131 zusammenzuziehen. Hierbei sollte beachtet werden, dass der Schaft 104 länger wird, wenn die Nachgiebigkeit erhöht wird. Dieser Anstieg in der Länge kann durch Abspanen eines langen, mit Gewinde versehenen Loches (nicht dargestellt) im Inneren des Griffes 134 und durch ein Gegendrehen des Griffes zum Auskorrigieren des Längenanstieges kompensiert werden.
  • Das Dämpfen bezieht sich auf die Einführung von Reibung, die mit der Geschwindigkeit des Schaftes 104 variiert. Das Dämpfen stellt eine zusätzliche mechanische Modifizierung bereit, die die proportionale Steuerung speziell für Individuen mit athetotischer Zerebralparalyse verbessern. So ist eine athetotische Bewegungsstörung beispielsweise durch unaufhörliche, unkontrollierte sich windende Bewegungen gekennzeichnet, die oftmals durch ungewollte, explosive Ausbrüche von extremer Muskelausübung begleitet werden. Wenn dementsprechend ein Individuum mit athetotischen Ansätzen versucht, einen herkömmlichen Joystick zu bewegen, wird es auf unkontrollierte Weise den Joystick hart gegen den Anschlagring stoßen. Ein Dämpfer ist, wie dies in 3D dargestellt ist, eine Reibungsvorrichtung, in der sich der Reibungskoeffizient mit der Geschwindigkeit des Joysticks erhöht. Wenn ein Zittern oder eine athetotische Bewegung durch eine höhere Frequenz als eine absichtliche Bewegung gekennzeichnet ist, wird ein Dämpfer dazu tendieren, die ungewollte Bewegung zu dämpfen, während die absichtliche Bewegung erhalten wird, wodurch eine Vorrichtung zum Erhöhen des Signal-/Rauschverhältnisses bereitgestellt wird. Das Dämpfen kann durch Pneumatik, viskose Flüssigkeiten, elektroheologische Flüssigkeiten oder durch elektrische Partikelbremsen erzielt werden.
  • In der Ausführungsform, die in 3D dargestellt ist, kann eine flexible Erweiterung 136 (das heißt, eine Elastomer-Ummantelung), die um den Schaft 104 angeordnet ist, bereitgestellt werden, um als ein Dämpfer zu agieren. Die flexible Erweiterung 136 kann sowohl Nachgiebigkeit als auch Dämpfung für die Bewegung des Schaftes 104 bereitstellen. So kann beispielsweise in dem Bereich der Nachgiebigkeit des mittleren Bereiches für 3B der Querschnitt der flexiblen Verlängerung 136 relativ dick sein und die schwerere Dämpfung bereitstellen, die für die höhere Feder spannung erforderlich ist. Der Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 kann des Weiteren einen Elastomer-Rückhalteflansch 138, ein Spanloch 140 und einen zugespitzten Arretiersockel 142 beinhalten. Ein Gehäuse 144 kann verwendet werden, um die verschiedenen Komponenten des Joysticks 100 zu umgeben. Der Joystick 100 kann des Weiteren die folgenden Komponenten beinhalten, einschließlich eines Schnittstellenblockes 146 zu einem Montagerohr 148, einer Verankerungsplatte 150 für den Joystickschaft 104, eines Kabels 152, das verbunden werden kann, um die Rollstuhlsteuereinrichtung (nicht dargestellt) mit Strom zu versorgen, eine Leiterplatte 154 für Belastungsmesser, eine Benutzerstatus-LCD-Anzeigetafel 158, ein An-/Aus-Schalter für den Joystick (eindrücken, ausdrücken) 162, eine Leiterplatte mit Steuereinrichtungsschnittstelle und Benutzersteuerungen 166, eine Leiterplatte zur Verarbeitung eines analogen Signals 168, eine Leiterplatte zur Verarbeitung des digitalen Signals 170 und eine Leiterplatte mit Computermaus-Schnittstelle 172. Alternativ dazu kann ein zusätzliches Dämpfen durch Füllen der flexiblen Erweiterung 136 mit einer viskosen Substanz (wie beispielsweise steifem Modellierungston) zum Bereitstellen einer mechanischen Dämpfung der Bewegung bereitgestellt werden.
  • Während des Betriebs wird, wenn der Griff 134 entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung höherer Nachgiebigkeiten (Bewegungserfassungsbereich) gedreht wird, wie dies in 3C dargestellt ist, die Federspannung reduziert. In dieser Phase wird der dünnere Bereich der flexiblen Erweiterung 136 in Eingriff gebracht, und es wird weniger Dämpfung auf den Schaft 104 ausgeübt.
  • Wie dies in 3C dargestellt ist, kann eine Waage ähnlich einer Mikrometer-Hülse über der flexiblen Erweiterung 136 befestigt werden. In den oberen Schaft 130 können ringförmige Linierungen und eine einzelne Längslinie (nicht dargestellt) eingraviert sein, um das Lesen und Nachbilden von Nachgiebigkeitseinstellungen zu ermöglichen. Durch Kombinieren dieser physikalisch regulierbaren Nachgiebigkeit mit den unterschiedlichen Verstärkungs- und Filtereinstellungen, die im Folgenden diskutiert werden, kann eine Reihe verschiedener Eigenschaften erstellt werden.
  • Im Folgenden wird das Verfahren zum systematischen Bestimmen der optimalen Einstellungen für den Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 mittels eines RollstuhlFahrsimulators ausführlich in Bezug auf die 4 bis 14 beschrieben. Der Rollstuhl- Fahrsimulator, der in 9 dargestellt ist, kann dazu verwendet werden, um die bedienungsbezogenen Eigenschaften eines Nutzers zu bewerten und um die Software- und mechanischen Parameter des Joysticks 100 einzustellen, um die optimale Fahrkonfiguration zu bestimmen. Wie dies im Folgenden auf ausführlichere Weise diskutiert wird, kann der Simulator eine durch einen Computer erzeugte Wiedergabe einer Rollstuhl-Fahrstrecke, die auf einem Monitor eines Großbildschirmcomputers angezeigt wird, sowie einen stationären Rollstuhl verwenden, der vor dem Monitor platziert wird. Der Rollstuhl kann mit einem Joystick ausgestattet sein, jedoch kann anstelle der den Rollstuhl steuernden Joystickbewegung der Joystick die Bewegung eines Rollstuhl-Symbols auf dem Monitor steuern. Der Benutzer kann das Rollstuhl-Symbol durch eine Reihe von Manövern in engen Bereichen führen. Das Programm kann die Fähigkeit besitzen, verschiedene Ausgleichsalgorithmen und Fahraufgaben zu laden. Der Therapeut, der die Simulation durchführt, kann Nachgiebigkeit und Dämpfung in den Test integrieren, indem er unterschiedliche Erweiterungsschäfte an dem Joystick 100 anbringt. Der Simulator kann für jede Fahraufgabe eine Punktzahl berechnen, wodurch der Therapeut in die Lage versetzt wird, die optimale mechanische und Software-Konfiguration für den Nutzer zu bestimmen. Die Ausgleichsalgorithmen können eine Berechnung einer Totzone (Joystick in ruhendem Zustand) umfassen. Dieser Abschnitt beinhaltet Niedrigpassfiltern, um die Effekte einer dem Zittern ähnlichen Bewegung zu reduzieren. Die Ausgleichsalgorithmen können des Weiteren eine Bestimmung der optimalen Vorspannungsachsen (das heißt, links-rechts, vorwärts-rückwärts), der Verstärkung für jede Achse, das Bestimmen der Rollstuhlgeschwindigkeit in jede Richtung und Software-Schablonen (das heißt, mathematisch erzeugte, um die Vorspannung zu steuern, komplexe Formen, die durch Ändern eines einzelnen Parameters erzeugt werden) umfassen.
  • Die Software-Ausgleichalgorithmen können auf einzelne Signale angewendet werden, die von den Signalgebern des Joysticks ausgesendet werden. Dies kann entweder ein alternatives oder ein zusätzliches Verfahren zu den voranstehend beschriebenen Verfahren zum mechanischen Einstellen der variablen Nachgiebigkeit oder der Dämpfung, die voranstehend diskutiert worden sind, sein.
  • Die drei Phasen (das heißt, Phase Eins, Phase Zwei und Phase Drei) für die Optimierung des Joysticks mit variabler Nachgiebigkeit 100 werden im Folgenden beschrieben.
  • Im Allgemeinen wird für die Phase Eins, da das Anpassen des Joysticks 100 in einer virtuellen Umgebung vorgenommen wird, vorzugsweise eine empirische Kinematik-Datenbank (EKD, empirical kinematics database) des aktuellen Rollstuhls des Nutzers oder des „zu verschreibenden” Rollstuhls des Nutzers erhalten und auf das virtuelle Fahrsystem geladen. Eine empirische Kinematik-Datenbank (EKD) charakterisiert das Bewegungsverhalten eines elektrisch betriebenen Rollstuhls, wenn verschiedene Joysticksignale angewendet werden. Diese Daten werden benötigt, so dass das virtuelle Rollstuhlbild auf dem Simulator dazu veranlasst werden kann, auf die gleiche Weise beschleunigt, verlangsamt und gedreht zu werden, wie dies für das tatsächliche Fahrzug der Fall ist. Für die Phase Zwei kann ein virtueller Fahrsimulator verwendet werden, um über einen iterativen Prozess den Benutzer dahingehend zu trainieren, auf effektive Weise den elektrisch betriebenen Rollstuhl zu steuern. Der Nutzer kann beobachtet werden, wie er den virtuellen Rollstuhl fährt, während er virtuelle Aufgaben ausführt, und die physikalischen (Nachgiebigkeit und Dämpfung) und die Algorithmen-(Softwarekompensation)Parameter des Joysticks können angepasst werden, um die Fahrfähigkeit des Nutzers zu maximieren. Für die Phase Drei können die abschließenden Steuerungsparameter, die während der Simulation ausgewählt wurden, in den Joystick 100 eingebettet werden, der auf dem tatsächlichen elektrisch betriebenen Rollstuhl montiert wird. Der Nutzer kann dabei beobachtet werden, wie er den physikalischen Rollstuhl in einem Labor für Rollstuhlaktivitäten fährt, um zu bestätigen, dass die Parameter, die ausgewählt wurden, auf das Fahren in der realen Welt übertragen werden können.
  • Genauer gesagt, kann für die Phase Eins eine Steuerungs-Anpassungsbewertung unter Verwendung einer virtuellen (computersimulierten) Umgebung durchgeführt werden. Die Vorteile für ein virtuelles Anpassen umfassen Möglichkeiten für die Praxis ohne Verletzungsgefahr, ein schnelles Anpassen der Steuerungsparameter und die Fähigkeit für einen Computer, genaue Leistungsdaten aufzuzeichnen. Die Genauigkeit des Fahrens des Nutzers kann graphisch durch Er zeugen von „motorischen Graphen” anhand der durch den Computer gespeicherten Zeitreihendaten angezeigt werden.
  • Für die motorischen Graphen können die Joystick-Eingabekräfte und die Bewegungen des Joysticks kontinuierlich als Zeitreihendaten aufgezeichnet werden, während der Benutzer fährt. Wie dies in 11 dargestellt ist, werden für das graphische Verfahren zum Anzeigen dieser Daten die Vorwärtsachse und die Rückwärtsachse zum graphischen Darstellen über die Mittelinie des Graphs verwendet. Der Bereich unterhalb der Mittellinie kann zum graphischen Darstellen der Abbiegungen nach links und nach rechts verwendet werden. Die Höhe irgendeines graphisch dargestellten Segments kann die Größenordnung der Kraft/Bewegung darstellen, die in diesem Moment angewendet wird. Da die Vorwärts- und die Rückwärtsdaten, ebenso wie die Links- und die Rechts-Daten sich gegenseitig ausschließen, kommt es zu keiner Überlappung in den Graphen. Die Graphen zeigen, wie dies in 11 dargestellt ist, eine Menge über die Interaktion eines Individuums mit dem Joystick.
  • Genauer gesagt, illustriert 1 einen exemplarischen Fahrtest, der aus einer tatsächlichen Studie entnommen wurde. Während des bestimmten Fahrtests, der in 11 dargestellt ist, wurde ein elektrisch betriebener Rollstuhl 110 von der Anfangsposition zu einem Ziel 305 Zentimeter nach rechts gefahren. Der Nutzer beginnt mit dem Aufbringen einer starken nach vorn und nach rechts gerichteten Kraft auf den Joystick 100, um den Rollstuhl um 130 Grad nach rechts zu drehen. Ungefähr nach der Hälfe der zurückgelegten Strecke des Manövers wurde eine etwas nach links gerichtete Kraft ausgeübt, um den Weg des Rollstuhls in geraden Verlauf zu bringen, und während des letzten Drittels wurde die nach vorn gerichtete Kraft zurückgenommen, um den Rollstuhl anzuhalten. Dieser bestimmte Nutzer hatte eine Lendenwirbelsäulenverletzung und wenig Einschränkung der Handbewegung.
  • 12 illustriert die Steuerungsparameter, die durch ein Individuum mit athetotischer Zerebralparalyse erzeugt wurden, während es dieselbe Fahrstrecke zurücklegte, die in 11 dargestellt ist. Das unbearbeitete Signal, das für 12 aufgezeichnet wurde, illustriert die vielen Übergänge, die sichtbar werden, wenn der Nutzer fährt. In früheren Studien wurde lediglich die Bewegung des gesamten Rollstuhls aufgezeichnet, und diese Übergangssignale würden durch die Trägheit des Rollstuhls und des Fahrers überdeckt werden.
  • Schließlich zeigt 13 die Zeitreihe derselben Fahrstrecke nach der Verarbeitung mit einem grundlegenden Algorithmus variabler Verstärkung, wobei bei den schwächeren Signalen eine Verstärkung angewendet wird und die Übergänge mit scharfen Spitzen im Wesentlichen gedämpft worden sind, was zu einem beachtlich geschmeidigeren Fahren führt. Hierbei sollte beachtet werden, dass dieses Dämpfen kein fixierter Grenzwert ist, sondern ein Wert, der die Konturen der ursprünglichen Eingabe des Nutzers verfolgt. Dieses verbesserte Signal wird zu der Steuereinrichtung des elektrisch betriebenen Rollstuhls gesendet. Es sollte des Weiteren beachtet werden, dass eine beliebige der hierin illustrierten Fahraufgaben Motor-Graphen haben können, die erzeugt werden, wenn die Aufgaben ausgeführt werden. Um zu beurteilten, ob ein Nutzer in der Lage ist, nach einer Anpassung einer seiner Ausgleichalgorithmen auf genauere Weise zu fahren, kann der motorische Graph des Nutzers mit einem Graph verglichen werden, der durch den Fahrer eines elektrisch betriebenen Rollstuhls ohne Bewegungseinschränkungen, der dasselbe Manöver durchführt, erzeugt wurde.
  • Damit die virtuelle Anpassung für die Phase Eins Bedeutung hat, ist es unbedingt erforderlich, dass ein genaues Kinematik-Modell des tatsächlichen Mobilitätsfahrzeugs erhalten wird. Der Lenkprozess, die Beschleunigung und die Verlangsamung des virtuellen Fahrzeuges müssen eng mit dem verschriebenen Fahrzeug der realen Welt übereinstimmen.
  • Um eine empirische Kinematik-Datenbank für ein individuelles Mobilitätsfahrzeug zu erstellen, muss sich der auf dem Bildschirm angezeigte Rollstuhl mit dem tatsächlichen Test-Rollstuhl des Nutzers beschleunigen, drehen und langsamer werden. Wie dies in 10 dargestellt ist, kann der Rollstuhl des Nutzers durch ein vorrübergehendes Montieren von reibungsbetriebenen Schaft-Codierern 174 an den Antriebsrädern, eine Joysticksignal-Erzeugungseinrichtung 176 und einen Laptopcomputer 178 gekennzeichnet sein. Eine Puppe 180, die ungefähr dem Gewicht des Nutzers entspricht, kann in dem Sitz des Rollstuhls festgegurtet werden. Die Joysticksignal-Erzeugungseinrichtung 176 kann anschließend aktiviert werden, um einen vorab aufgezeichneten Satz an Joysticksignalen, die die darstellenden Richtungen und Größen ordnungen abdecken, auszuführen. Der Computer 178 an der Rückseite des Rollstuhls kann die Joysticksignale und die Codierer-Daten, die die Bewegungsantworten des Rollstuhls darstellen, aufzeichnen. Anhand dieser Sitzung kann eine empirische Kinemeatik-Datenbank berechnet werden.
  • Das auf dem Bildschirm angezeigte Rollstuhlbild für das virtuelle Fahren kann mit Variablen definiert werden, um es zu ermöglichen, dass die Antriebsrad-Durchmesser, die Antriebsrad-Spanne, die Durchmesser der Schwenkrolle, die Versatzwerte des Radsockels und der Schwenkrollen-Gabel zugewiesen werden können. Um eine Aktion des Joysticks, die während des virtuellen Fahrens eingegeben wird, zu interpretieren, kann das Joysticksignal mit den am nächsten liegenden Datensätzen in der empirischen Kinematik-Datenbank und den gelesenen Datenfeldern des Schaft-Codierers abgeglichen werden. Die virtuelle Bewegung kann anhand dieser zwei Datensätze interpoliert werden.
  • Unter Fortsetzung mit der Phase Eins können die kinematischen Modelle von beliebten Rollstühlen und Rollstuhl-Scootern als einen Teil der virtuellen Software bereitgestellt werden, wobei die einzige Anpassung die für das Korrigieren des Gewicht des Nutzers und möglicherweise für eine unterschiedliche Bodenoberfläche sein würde, das heißt, der Nutzer kann in einem Haus mit zu den Wänden hin durchgängigem Teppich leben.
  • Auf diese Weise kann für die Phase Eins eine Reihe von grundlegenden Joystickeingaben ohne Feedback in Bezug auf die Fahrleistung in einem elektrisch betriebenen Rollstuhl 110 optimiert werden. Um dies zu erreichen, kann ein Nutzer dazu aufgefordert werden, seine oder ihre Hand bequem auf den Schaft des Joysticks 100 aufzulegen. Anschließend können Kraft-Daten in x-Richtung und in y-Richtung für ein vorgegebenes Intervall (das heißt, 30 Sekunden) ermittelt werden, während sich die Hand des Nutzers im ruhenden Zustand auf dem Joystick befindet (das heißt, es wird kein Versuch zu fahren unternommen). Anschließend kann der Nutzer dazu aufgefordert werden, den Schaft 104 in die y-Richtung (das heißt, geradeaus) mit einem leichten Drücken und Halten, einem mäßigen Drücken und Halten und einem maximalen Drücken und Halten für einen Minimumzeitraum (das heißt, jeweils 10 Sekunden) zu drücken, und während dieser Zeit können die Kräfte in x-Richtung und in y-Richtung aufgezeichnet werden. Anschließend kann der Nutzer diese Aufgaben wiederholen, indem er den Schaft in die Minus-y-Richtung (das heißt, gerade zurück) zieht. Der Nutzer kann auch dazu aufgefordert werden, den Schaft 104 für ein vorgegebenes Intervall (das heißt, zwei Minuten) mit einer Kraft, die bequem ist, in Richtung nach vorn zu drücken. Anschließend kann der Nutzer dazu aufgefordert werden, eine Kraft in Plus- und in Minus-x-Richtung (das heißt, nach links und nach rechts) auszuüben. Der Nutzer kann dazu aufgefordert werden, für ein vorgegebenes Intervall (das heißt, 10 Sekunden) in jede Richtung leicht zu drücken und zu halten, mäßig zu drücken und zu halten und maximal zu drücken und zu halten. Der Nutzer kann auch eine Kraft bei einem bequemen Level in sowohl die linke als auch die rechte Richtung, je für ein vorgegebenes Intervall (das heißt, zwei Minuten) ausüben. Diese Kraft-Daten können verwendet werden, um die Vorspannungsachsen, die maximale Kraftfrequenz in x-Richtung und in y-Richtung zu bestimmen, und um die Geschwindigkeitsempfindlichkeit einzustellen. Auf Basis der aufgezeichneten Kraftmessungen kann die Optimierungs-Software die Softwarevariablen des Joysticks kalibrieren.
  • Wie dies kurz voranstehend beschrieben worden ist, besteht die Optimierung des Joysticks mit variabler Nachgiebigkeit 100 auf diese Weise aus fünf Schritten, die eine Reihe von grundlegenden Joystickeingaben ohne Feedback in Bezug auf die Fahrleistung in dem elektrisch betriebenen Rollstuhl einbeziehen. Die Schritte sind Kalibrierung der Totzone, Bestimmung der Filterfrequenz, Anpassung der Vorspannungsachse, Bestimmung der Software-Schablone und Kompensation von Ermüdung und werden im Folgenden auf ausführliche Weise beschrieben.
  • Genauer gesagt, können für den Schritt 1 die Daten der Kraft im Ruhezustand verwendet werden, um die „Totzone” (das heißt, den minimalen Bereich von x- und y-Kräften, der überschritten werden muss, um Bewegung des Rollstuhls zu erzeugen) einzustellen. Die Totzone kann durch die folgenden Gleichungen berechnet werden: DZ = arga,bmin(af2x + bf2y ) = r2 Gleichung 1 f2y (kΔT) = θTu + e(kΔT) Gleichung 2 wobei
    Figure 00250001
  • Unter Verwendung der Kriterien des kleinsten Quadrats: θ = R–1 × P Gleichung 4wobei: R = [uuT] P = [uTf2y (KΔT)] Gleichung 5
  • Die Definitionen für die Variablen für die Gleichungen 1 bis 5 sind in der Tabelle 1 aufgelistet.
  • In Bezug auf 4 können die voranstehend aufgeführten Gleichungen in einem Algorithmus verwendet werden, um die Parameter zum Definieren einer elliptischen Totzone anhand der Daten für jeden Nutzer zu berechnen. Diese Parameter, die die Ellipse definieren, können um beispielsweise 20% erhöht werden, um sicherzustellen, dass keine unbeabsichtigte Eingabe in die Steuereinrichtung des Rollstuhls erfolgt, und um sicherzustellen, dass die Bremsen des elektrisch betriebenen Rollstuhls voll eingerückt sind, wenn die Kräfte auf den Schaft 104 innerhalb der Totzone liegen. Wenn die Kräfte auf den Schaft 104 beim Starten der Steuereinrichtungen außerhalb der Totzone liegen, kann sich der Rollstuhl 110 nicht bewegen, und dem Nutzer kann ein Fehlersignal bereitgestellt werden. Der Nutzer muss die Steuereinrichtung erneut starten, während die Kräfte in der Totzone liegen (das heißt, niedrigere Kräfte oder das Entfernen der Hand von dem Schaft 104), damit die Steuereinrichtung starten kann. Dies wäre eine Sicherheitsfunktion, die ausgelegt ist, um zu verhindern, dass der Rollstuhl plötzlich losfährt, wenn das Starten durchgeführt wird.
  • Für den Schritt Zwei können die Daten von den Kräften im Ruhezustand, den Längskräften, und Links-Rechts-Kräften verwendet werden, um die Niedrigpassfilter-Frequenz beispielsweise infolge einer zitternden oder einer athetotischen Bewegung in x-Richtung und in y-Richtung zu bestimmen. Eigenständige Filter für die x-Kraft und die y-Kraft können digitale Butterworth-Filter der zweiten Ordnung verwenden, die die folgende Filterfrequenz aufweisen. Fy(Hz) = min[Fstop y(Hz), Fvorwärts y(Hz), Frückwärts y(Hz), Flinks y(Hz), Frechts y(Hz)] Fx(HZ) = min[Fstop x(Hz), Fvorwärts x(Hz), Frückwärts x(Hz), Flinks x(Hz), Frechts x(Hz)]
  • Die Definitionen der Variablen für die voranstehend identifizierte Filterfrequenz sind in Tabelle 2 aufgelistet.
  • Die optimalen Grenzfrequenzen für die x-Kraft- und die y-Kraftfilter können als das Minimum der 95% an Leistungsfrequenz für jeden der Testfälle ausgewählt werden. In Bezug auf 5 wird ein Muster-Datensatz, der die Kraft in y-Richtung in der Frequenzdomäne zusammen mit der Grenzfrequenz bei 95% anzeigt, angezeigt. Personen mit Einschränkungen der oberen Extremitäten haben oftmals eine bessere Steuerung in eine Richtung, die eine andere ist als die Ausrichtung der Joystickachse. Eine begrenzte Fähigkeit zum Aufnehmen der einzelnen Vorspannung kann unter Verwendung einer spezialisierten Montage-Hardware und eines iterativen Prozesses zum Bestimmen des am besten geeigneten Winkels, in dem der Joystick 100 positioniert wird, bereitgestellt werden. Der Joystick 100 kann automatisch die Vorspannungsachsen berechnen und die Kraftausgaben in der Software berechnen.
  • Ein zusätzlicher Vorteil des Joysticks 100 besteht darin, dass die x-Achse und die y-Achse nicht orthogonal sein müssen, wie dies bei den zum gegenwärtigen Zeitpunkt erhältlichen Joysticks der Fall ist, und dementsprechend können einzelne Vorspannungsachsen für die Vorwärts- und Drehungsachsen des Rollstuhls 110 berechnet werden. Dementsprechend können für den Schritt Drei die Vorspannungsachsen unter Verwendung der folgenden Gleichungen berechnet und im Nachhinein angepasst werden.
  • Geradeaus-Test (vorwärts und zurück):
    Figure 00270001
  • Drehungs-Test (links und rechts):
    Figure 00270002
  • Test zum Messen, ob die Achsen orthogonal sind:
    Figure 00270003
  • Die Definitionen für die Variablen für die Gleichungen 6 bis 8 sind in der Tabelle 3 aufgelistet.
  • In Bezug auf 6 ist in dem voranstehend erwähnten Verfahren zum Berechnen der Vorspannungsachsen die Konstante C das Skalarprodukt der Einheitsvektoren entlang der Richtung der Vorwärts-Rückwärts-Vorspannungsachse und der Links-Rechts-Vorspannungsachse. Wenn die Analyse der Vorspannungsachsen durchführbare Lösungen liefert, kann die Software die Vorwärts- und die Drehungsachsen für den Rollstuhl so transformieren, dass sie mit den Vorspannungsachsen ausgerichtet sind. Die Vorspannungsachsen können anhand der Kraft-Daten berechnet werden, die erhalten werden, wenn die Testpersonen dazu aufgefordert werden, Kraft in Richtung nach vorn, zurück, nach links und nach rechts auf einem niedrigen, mäßigen und einem hohen Level auszuüben.
  • In Bezug auf aktuelle isometrische Joysticks haben Testpersonen berichtet, dass sie mit einem isometrischen Joystick für mehrere Minuten infolge der Tatsache, dass das Individuum viel stärker drückt, als dies erforderlich ist, um eine maximale Geschwindigkeit oder Drehungsrate zu erhalten, Ermüdungserscheinungen erlebt haben.
  • Dieses Problem tritt am häufigsten bei Personen auf, die vollständig dazu in der Lage sind, einen Positionserfassungs-Joystick zu bedienen. Dementsprechend können jeweils Verstärkungen unter Verwendung des Mittelwertes der Kraftwerte in der x-Richtung und der y-Richtung während der mittleren Minute (30 Sekunden bis 90 Sekunden) der voranstehend erwähnten 2-minütigen Sitzung des Aufbringens von Kraft bei einem bequemen Level eingestellt werden. Verstärkungen können unter Verwendung der folgenden Gleichungen berechnet werden:
  • Initiieren der x- und der y-Verstärkung:
    Figure 00280001
  • Die Definitionen für die Variablen der Gleichungen 9 und 10 sind in Tabelle 3 aufgelistet.
  • Um die x- und die y-Verstärkungen zu initiieren, kann eine lineare Verstärkung von den Joystick-Kräften entlang der Vorspannungsachsen zu den Eingabesignalen der Steuereinrichtung verwendet werden. Alternativ dazu kann eine nicht lineare Verstärkungsfunktion verwendet werden. Die Verstärkungen können unter Verwendung der voranstehenden Gleichungen 9 und 10 initiiert werden. Die Software, die zum Abstimmen des Joysticks 100 verwendet wird, kann das Anpassen der Grenzen für die Vorwärts- und die Rückwärtsgeschwindigkeit und das Drehen mit Rate nach rechts und links unter Verwendung eines gleitenden Balkens mit einem Bereich von 10%, bis 150% des Anfangswertes ermöglichen.
  • Für den Schritt Vier sind die Software-Schablonen typischerweise gestanzte oder abgespante Metallstücke, die über ein Joystickgehäuse 102 platziert werden, um die Bewegung des Schaftes 104 zu begrenzen. Im Grunde genommen, stößt der Schaft 104 gegen die Wand der Schablone und wird davon abgehalten, sich weiter zu bewegen. Schablonen können verwendet werden, um die Vorspannung zu steuern, die Hublänge des Schaftes 104 zu verringern oder die Freiheitsgrade der Bewegung davon zu reduzieren. Software-Schablonen können in den Joystick 100 integriert werden und können auf der Mathematik der Super Quadratics beruhen.
  • Super Quadratics verwendet mathematische Gleichungen, um komplexe Formen zu beschreiben. Die der Super Quadratics zugrunde liegende Mathematik hat ihren Ursprung in der Computergrafik und der Datenkompression. Der Vorteil der Super Quadratics besteht darin, dass ein gleitender Balken (das heißt, das Anpassen eines einzelnen Parameters) dafür verwendet werden kann, um die Form der Software-Schablone von einem Quadrat, einem Kreis, einem Kreuz, einer Ellipse oder einem Karo anzupassen. Demzufolge können komplexe Schablonen für jeden Nutzer des Joysticks 100 auf eine einfache und verständliche Weise erzeugt werden. Für die exemplarischen Schablonen, die in 7 dargestellt ist, kann, da sich die Position des gleitenden Balken ändert, die Form des Musters auf einem Computerbildschirm angezeigt werden. Es kann einem Kliniker ermöglicht werden, die Achsen der Schablone über einen gleitenden Balken zu drehen, um die Leistung des Nutzers zu verbessern. Nachdem die gewünschte Schablone ausgewählt worden ist, kann es in den Speicher des Joysticks 100 geladen werden. In der exemplarischen Ausführungsform, die in 7 dargestellt ist, können jeweils quadratische, kreuzförmige, kreisförmige und ovale Schablonen 118, 120, 122 und 124 verwendet werden.
  • Dementsprechend kann für den Schritt Vier, wie dies in 9 dargestellt ist, ein Computermonitor 116 vor den Nutzer bewegt werden und für eine optimale Sicht positioniert werden. Der Nutzer kann angewiesen werden, ein sich pseudo-zufällig bewegendes quadratisches Objekt von 10 mm zu verfolgen. Der Computer kann die durch die Hand des Nutzers ausgeübten Kräfte/Bewegungen aufzeichnen und sie in Graphen motorischer Leistung umwandeln. Durch Vergleichen dieser Graphen können Algorithmusänderungen durch den Therapeuten ausgewählt werden, in den geeigneten Mikrocode transformiert werden und in dem eingebetteten EEPROM-Speicher des Prozessors Flash-gespeichert werden. Der Kalibrierungszyklus kann bis zu viermal während eines Zeitraums von 90 Minuten wiederholt werden.
  • Zusätzlich dazu kann für den Schritt Vier der Nutzer virtuelles Fahren mit zwei unterschiedlichen Joysticks durchführen, wobei jeder Joystick bei einem separaten Test präsentiert wird. Die Joysticks können von einem standardmäßigen Bewegungserfassungs-Joystick, einem Krafterfassungs-Joystick mit einem Standard-Algorithmus, der als Variable Gain Algorithm (Algorithmus variabler Verstärkung) bekannt ist, einem Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 mit dem persönlich angepassten Bewegungserfassungs-Algorithmus und dem Bewegungserfassungs-Joystick mit dem persönlich angepassten Bewegungserfassungs-Algorithmus ausgewählt werden. Es kann eine der vier Joystick-Algorithmus-Kombinationen auf Zufallsbasis ausgewählt und montiert werden. Das virtuelle Fahrprogramm auf dem Computer kann gestartet werden, wobei ein Untersuchender unter Verwendung eines abgeglichenen Zufallsschemas dem Nutzer ausgewählte auf dem Bildschirm angezeigte Fahraufgaben präsentiert. Der Computer kann die Kante der Silhouette des virtuellen elektrisch betriebenen Rollstuhls verfolgen und piepen, wenn der Nutzer versucht, die Grenze zu überschreiten. Die exemplarischen Aufgaben können von denen ausgewählt werden, die in 14 dargestellt sind. Die korrekte Vorgehensweise für das Ausführen einer jeden Aufgabe kann erläutert werden, und es kann dem Nutzer ermöglicht werden, jedes Manöver dreimal mit dem Joystick bei einer entspannten Geschwindigkeit zu fahren, um sich damit vertraut zu machen. Der Nutzer kann angewiesen werden, jedes Manöver so schnell wie in der Praxis auszuführen, ohne dass zugelassen wird, dass der auf dem Bildschirm angezeigte Rollstuhl die graue Grenze überschreitet, wobei der Untersuchende dem Nutzer rät, dass die Fahrgenauigkeit wichtiger ist als die Ausführungsgeschwindigkeit. Der beabsichtigte Weg für den auf dem Bildschirm angezeigten Rollstuhl kann mit einer gepunkteten Linie markiert sein. Unter Verwendung von automatisierter Datenermittlungs-Software kann der Computer die Position des virtuellen Rollstuhls und die Kräfte und Bewegungen, die durch den Nutzer auf den Joystick ausgeübt werden, aufzeichnen. Zusätzlich dazu können die Zeit, um jedes Manöver abzuschließen, in Millisekunden und die Anzahl von Grenzüberschreitungen aufgezeichnet werden. Der Nutzer kann achtundvierzig Tests durchführen, so beispielsweise für die Datenermittlung in einer Sitzung, die ungefähr siebzig Minuten dauert (das heißt, ein Joystick, mal sechs Fahrmanöver, mal acht Präsentationen eines jeden Manövers).
  • Anschließend resultieren für Schritt Fünf einige Krankheiten und Störungen in substanziellen Änderungen der motorischen Leistung und Steuerung im Verlauf des Tages. Dementsprechend besteht ein weiterer Vorteil eines durch eine Mikrosteuerein richtung gesteuerten Joysticks darin, dass zusätzlich zum Verwenden von korrigierenden Algorithmen zum Kompensieren von Bewegungsstörungen eine Änderung der Empfindlichkeit programmiert werden kann, die im Verlauf der Zeit auftritt. Um die Änderungen zu bestimmen, die durch Ermüdungserscheinungen zustande kommen, können Benutzer dazu aufgefordert werden, das Protokoll zum virtuellen Fahren um 10.00 Uhr, 12.00 Uhr und 14.00 Uhr für drei Sitzungen in einem virtuellen Labor zu wiederholen.
  • Tabelle 5
  • Verstärkungs-Koordinierungs-Steuerungs-Algorithmus
    Figure 00310001
  • Variablen Beschreibung
    F Die zeitvariierende Kraft, die durch den Joystick erfasst wird
    FTotzone Die größte Kraft innerhalb der Totzone
    F > FTotzone Joystick wird aktiv verwendet (Gleichung K1 verwenden)
    F < FTotzone Joystick ist inaktiv (Gleichung K2 verwenden)
    α Ermüdungsrate, die für den einzelnen Nutzer abgestimmt wird, die Anstiegsrate, wenn der Joystick aktiv ist
    β Die Erholungsrate, die für den einzelnen Nutzer abgestimmt wird
    Kmax Die maximale Verstärkung, die für den Nutzer eingestellt wird
    Kmin Grundlinien-Verstärkung; keine Ermüdungskompensation
    T Erholungszeit, während der der Joystick inaktiv ist
  • Wenn Nutzer die virtuellen Aufgaben für die voranstehend beschriebene Phase Zwei ausführen, würde man von denen, die anfällig für Ermüdungserscheinungen sind, erwarten, dass sie in den späteren Wiederholungen der Aufgaben progressiv „flachere” motorische Graphen erzeugen. Die Mikrosteuereinrichtung des Joysticks kann dafür verwendet werden, um kumulative Kraft-Zeit-Aktivität (ein kumulatives Integral) aufzu zeichnen, wenn ein Nutzer aufeinanderfolgende Tests durchführt. Es können sämtliche Kräfte als absolute Werte aufgezeichnet werden. Für jeden Nutzer können die Parameter Alpha und Beta für den Ermüdungs-Koordinierungs-Algorithmus, der in Tabelle 5 dargestellt ist, festgelegt werden.
  • Dies würde die Verstärkungs-Intervention darstellen, die auf die andere Algorithmus-Kompensation des Nutzers überlagert werden kann. Da sich die Menge der ununterbrochenen Joystick-Verwendungen akkumuliert, kann die Verstärkung so lange erhöht werden, bis ein Punkt von sich reduzierenden Rückgaben auftritt (Kmax). Wenn die Verstärkung zu hoch erhöht wird, können Zittern oder andere ungewollte Bewegungen bis zu dem Punkt verstärkt werden, zu dem sie ein beschränkender Faktor werden. Ein Ermüdungs-Erholungs-Algorithmus kann ebenfalls auf Basis der Annahme integriert werden, dass, wenn der Nutzer das Fahren stoppt und eine Erholungspause erhält, die Verstärkung zurückgesetzt werden kann. Nach einem spezifizierten Zeitraum, das heißt, acht Stunden an Inaktivität, kann die Ermüdungs-Verstärkungs-Kompensation zurückgesetzt werden und nur die persönlich angepassten Algorithmen verwendet werden. Durch Aufzeichnen des akkumulierten Kraft-Zeit-Integrals und Integrieren eines Erholungs-Algorithmus können Individuen in der Lage sein, in der Gemeinschaft in der Zukunft mit einer optimalen Verstärkungseinstellung durch den Tag hindurch zu fahren.
  • Schließlich kann für die Phase Drei ein Nutzer seinen/ihren individuellen elektrisch betriebenen Rollstuhl auf einem Indoor- oder Outdoor-Fahrparcours fahren, der als The Wheelchair Driving Activities Laborstory (WDAL) bekannt ist. Das WDAL wurde in mehreren früheren Studien verwendet, die hierin durchgeführt wurden, um auf effektive Weise neuartige unterstützende Technologien, insbesondere Rollstühle und Rollstuhlsteuerungen, vor der Bewertung in der „realen Welt” zu bewerten. Das WDAL umfasst Fähigkeiten zum Fahren drinnen in Umgebungen, die beispielsweise einen Fliesenboden, einen Teppichboden, eine Türschwelle, einen Korridor, ein Modellbad und eine Modellküche umfassen. Die WDAL-Fahraufgaben für draußen umfassen eine ADA-Rampe (Rampe nach US-amerikanischen Behindertengesetz), eine Bushaltestelle, eine Haltebucht für einen Linienbus, einen Fußgängerweg und Bohlenbelagmaterial. Jeder Nutzer kann die Möglichkeit erhalten, jede dieser Fahraufgaben zu üben, jedoch erhält er nicht die Möglichkeit, die Teststrecke zu üben. Nach einem Maximum von einer halben Stunde Übung in dem WDAL können sich die Nutzer dem Testprotokoll unter ziehen. Ein Kliniker für die Studie kann die Option erhalten, die Algorithmen während der jeweiligen Übungssitzungen unter Verwendung derselben Vorgehensweise wie in Phase Zwei abzustimmen. Bei Abschluss einer Übungssitzung kann ein Therapeut für die Studie oder ein Rehabilitationstechniker jeden Nutzer dahingehend bewerten, ob dieser beim Durchführen einer jeden Fahraufgabe sicher oder nicht sicher ist. Wenn ein Nutzer sämtliche der Fahraufgaben sicher durchführt, dann würden sie zu der Testphase übergehen. Nutzer, die als unsicher bewertet werden, können ein Maximum an zwei einstündigen Fördertrainingssitzungen vor dem Test erhalten, anderenfalls brechen sie möglicherweise ab.
  • Die Hardware zum Implementieren des voranstehend beschriebenen Verfahrens des systematischen Bestimmens der optimalen Einstellungen für den Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 wird im Folgenden auf ausführliche Weise beschrieben. Genauer gesagt kann der Aufbau für die Algorithmusoptimierung für den Joystick 100 einen Computermonitor 116 zum Anzeigen von virtuellen Fahraufgaben auf einem Rollstuhl-Drehmomentmesser beinhalten. Die Fahraufgaben können auf dem Monitor 116 präsentiert werden, und die Nutzer können eine Echtzeit-Rückmeldung zu ihrem Fahren durch Ansehen der schemenartigen Darstellung auf dem Monitorbildschirm erhalten. Die Bewegung der schemenartigen Darstellung kann proportional zu der tatsächlichen Drehung der Rollstuhlräder an dem Drehmomentmesser sein.
  • In Bezug auf 8 kann die schemenartige Darstellung blinken und ihre Farbe ändern, wenn sie Kontakt mit einer Wand kommt, und eine laufende Gesamtanzahl von Stößen gegen die Wand kann auf dem Bildschirm des Monitors 116 angezeigt werden. Die Fahraufgaben können für eine Gesamtanzahl von acht Fahrtests (das heißt, 4 Aufgaben mal 2 Orientierungen) durchgeführt werden, während vorwärts gefahren wird und anschließend wiederholt werden, während rückwärts gefahren wird. Die Fahraufgaben können in der folgenden Reihenfolge präsentiert werden: (1) gerader Korridor, (2) Abbiegen nach links, (3) Abbiegen nach rechts und (4) Heranfahren. Auf Basis von früheren Studien werden diese Aufgaben bevorzugt, da sie demonstriert worden sind, um Unterschiede in der Fahrleistung eines Rollstuhls zu eruieren. Die Reihenfolge der Fahraufgaben kann ausgewählt werden, um es dem Benutzer zu ermöglichen, mit einfachen Aufgaben zu lernen und zu komplexeren Aufgaben überzugehen.
  • Der Joystick 100 kann mit der Software in der Standardeinstellung starten (alle Geschwindigkeits- und Richtungseinstellungen sind auf ihrem Minimum, und die virtuelle Schablone ist als ein Kreuz, das an der x-Achse und der y-Achse ausgerichtet ist, eingestellt). Während die Nutzer die Fahraufgaben mit dem Joystick 100 ausführen, kann ein Untersuchender der Studie die Parameter des Joysticks 100 (das heißt, Geschwindigkeitsbegrenzungen, Drehungsgrenzen und die Form und die Ausrichtung der Software-Schablone) abstimmen, um die Leistung eines jeden Nutzers zu optimieren. Ein lizenzierter Therapeut, der für Technische Hilfsmittel (Assistive Technology) spezialisiert ist, oder ein Rehabilitationstechniker können jeden Nutzer observieren, während dieser in der virtuellen Umgebung fährt. Bei Beendigung einer jeden Aufgabe kann ein Therapeut der Studie jeden Nutzer dahingehend bewerten, ob dieser beim Durchführen der Aufgabe sicher oder unsicher ist. Wenn Nutzer in der Lage sind, alle der virtuellen Fahraufgaben sicher auszuführen, können sie in den Leistungsanalyseprozess übergehen. Wenn ein Nutzer nicht in der Lage ist, innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums (das heißt, 30 Minuten) alle der virtuellen Fahraufgaben mit der Bewertung „sicher” durchzuführen, kann der Optimierungsprozess ausgesetzt werden. Um die Sicherheit des Joysticks 100 zu bestimmen, kann der Joystick auf seine Nachgiebigkeit hin, nach ISO 7176-14, einer Regulierung zum Spezifizieren der Bedienung für die Verwendung an elektrisch betriebenen Rollstühlen, getestet werden. In ISO 7176-14 können sowohl die normale Bedienung als auch vorhersehbare falsche Anwendung getestet werden. Der Standard beinhaltet Prüftests (das heißt, Betrieb bei niedriger Spannung, Überspannungsschutz, Verbinderqualität) und Fahrleistungstests (das heißt Bremsen, Beschleunigen).
  • Um das virtuelle Fahren mit dem Fahren in einer gesteuerten Umgebung zu vergleichen, kann ein computerisiertes Verfolgungssystem verwendet werden, um die Verwendung von Vorrichtungen zur Steuerung des elektrisch betriebenen Rollstuhls 110 zu bewerten. In einer klinischen Studie, die hierin durchgeführt wurde, wurde der Joystick 100, der Ausgleichsalgorithmen umfasst, mit einem herkömmlichen Positionserfassungs-Joystick verglichen. Die manuelle Leistung eines jeden Joysticks wurde für fünf unerfahrene Nutzer eines elektrisch betriebenen Rollstuhls gemessen, die Tetraplegie haben. Die Nutzer mit Tetraplegie im Alter von 32 bis 50 hatten Wirbelsäulenverletzungen oder Fehlfunktionen des Grades C4 bis C6. Jeder nutzte einen elektrisch betriebenen Rollstuhl 110 als sein/ihr vorrangiges Mittel zur Mobilität und ver wendete einen Positionserfassungs-Joystick. Jeder Joystick hatte ein ähnliches Gehäuse und einen ähnlichen Griff, und jeder Joystick war in einer Position montiert, die von dem Nutzer bevorzugt wurde. Ein Computer (nicht dargestellt) zeichnete die Geschwindigkeit eines jeden Rades auf, berechnete die virtuelle Position und Ausrichtung und zeigte diese Informationen in Echtzeit auf dem Bildschirm an. Alle Nutzer verwendeten herkömmliche Griffe, mit Ausnahme eines Nutzers mit Tetraplegie, der einen T-förmigen Griff verwendete, da er nicht in der Lage war, den Knaufgriff zu verwenden. Die Nutzer verwendeten einen elektrisch betriebenen Rollstuhl, während dieser stationär auf einen Rollstuhl-Drehmomentmesser zum Simulieren von Trägheitseffekten positioniert war. Durch Bedienen des elektrisch betriebenen Rollstuhls mit jedem Joystick folgten die Nutzer den dreidimensionalen Fahraufgaben, die auf einem Computerbildschirm angezeigt wurden. Eine sich bewegende schemenartige Darstellung zeigt die virtuellen Bewegungen des elektrisch betriebenen Rollstuhls an. Der Quadratmittel-Fehler (root mean square error, rmse) wurde berechnet, als die Nutzer eine Reihe von Aufgaben ausführten, während sie einem vordefinierten gewünschten Weg verfolgten. Ein gepaarter t-Test (p < 0,05) zeigt keine signifikanten Unterschiede in dem Quadratmittel-Fehler (root mean square error, rmse) zwischen den beiden Joysticks. Jeder Nutzer demonstrierte eine akzeptable, vergleichbare Verfolgungsleistung unter Verwendung eines jeden Joysticks. Zehn uneingeschränkte Nutzer und zehn Nutzer mit Tetraplegie, die Positionserfassungs-Joysticks verwendeten, die den elektrisch betriebenen Rollstuhl für ihre Mobilität steuerten, nahmen in einer klinischen Studie teil, um die Verwendung eines herkömmlichen Positionserfassungs-Joysticks und eines Joysticks mit variabler Nachgiebigkeit 100 zu vergleichen. Unter Verwendung eines jeden Joysticks wurden die Verfolgungsfehler gemessen, während die Nutzer computerisiertes Verfolgen und tatsächliches Fahren durchführten. Die Ergebnisse zeigten an, dass der Joystick 100 und der herkömmliche Positionserfassungs-Joystick eine statistisch vergleichbare Steuerung für den elektrisch betriebenen Rollstuhl für beide Gruppen während des virtuellen Fahrens und der Fahraktivitätsaufgaben im Labor liefern.
  • Vor der Entwicklung der Ausgleichalgorithmen wurde der Joystick 100 mit Ausgleichsalgorithmen auf vorhandene Rollstuhlstandards hin getestet und mit einem handelsüblichen Positionserfassungs-Joystick verglichen. Als der Mittelwert von allen Nutzern ermittelt wurde (sowohl Steuerungen als auch eingeschränkte Nutzer) waren der Quadratmittel-Fehler (root mean square error, rmse) und die Zeit zum Beenden der Fahrstrecke auf einem ebenen Asphaltparkplatz für die zwei Joysticks nicht signifikant unterschiedlich (das heißt, p < 0,05). Die Ergebnisse innerhalb eines Nutzers zeigten jedoch eine Signifikanz. Bei allen Nutzern war jedoch der Joystick 100 gegenüber dem herkömmlichen Positionserfassungs-Joystick für zwei Aufgaben der bessere: für das Fahren geradeaus und das Fahren in einem Kreis.
  • In einer weiteren Studie, die hierin durchgeführt wurde, wurde das Fittsche Gesetz für die Zielerfassung auf ein kontinuierlich aktualisiertes Ziel ausgeweitet. Das ausgeweitete Fittsche Gesetz wurde verwendet, um das Fahren des den elektrisch betriebenen Rollstuhls mit einem herkömmlichen Positionserfassungs-Joystick und einem Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 zu prüfen. Die Testergebnisse zeigten signifikante Unterschiede (p < 0,05) unter den zwei Typen von Joysticks für ausgewählte Maßnahmen von Informationsverarbeitungs-Kapazität, Bewegungszeit, Quadratmittel-Fehler und durchschnittlicher Geschwindigkeit während die Drehungsmanöver durchgeführt wurden. Die gemittelten Werte zeigten an, dass der Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100 eine bessere Abstimmung und eine bessere Leistung in engen Bereichen (das heißt, drinnen) aufweist.
  • Zusammenfassend betrachtet, kann der Joystick mit variabler Nachgiebigkeit 100, der voranstehend beschrieben worden ist, mechanisch konfiguriert werden und beinhaltet eine variable Nachgiebigkeit bis vollständige Isometrie, um für die beste Verwendung durch einen Benutzer angepasst zu werden, und/oder er beinhaltet Dämpfung zum Reduzieren der Effekte ungewollter Bewegung. Der Joystick 100 kann Ausgleichsalgorithmen beinhalten, einschließlich einer Totzone zum Bestimmen eines elliptischen Bereichs, in dem der Joystick 100 die Eingabe ignoriert und eines Filterns zum Reduzieren der Effekte von Zittern und anderen störenden Bewegungen. Darüber hinaus müssen die Bewegungsachsen nicht orthogonal sein, wodurch es ermöglicht wird, dass die besten Richtungen für Richtungen nach vorn, zurück, nach links und nach rechts gefunden werden. Der Joystick 100 kann darüber hinaus Software-Schablonen verschiedener Formen, die mit einem einzelnen Parameter erzeugt werden, enthalten. Der Joystick 100 kann mit dem voranstehend beschriebenen Rollstuhlsimulator verwendet werden, um das Anpassen der mechanischen und der Software-Parameter auf individuelle Nutzer zu erleichtern.
  • Es wird einer Person mit der gewöhnlichen Erfahrung auf dem Gebiet der Technik in Anbetracht dieser Offenbarung offensichtlich sein, dass der hierin offenbarte Rollstuhlsimulator auch eine Anwendung auf andere Fahrzeuge, wie beispielsweise Autos, Scooter, ferngesteuerte Fahrzeuge und Roboter finden kann. Der Joystick 100 kann darüber hinaus für die Rollstuhlsteuerung verwendet werden, wie dies voranstehend beschrieben worden ist, oder für die Steuerung von anderen Anwendungen, beispielsweise für Computerzeige-Anwendungen (Maus).
  • Obgleich bestimmte Ausführungsformen der Erfindung auf ausführliche Weise in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden sind, gilt es zu beachten, dass die Erfindung nicht auf diese bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist, und dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen daran durch eine Person mit der gewöhnlichen Erfahrung auf dem Gebiet der Technik vorgenommen werden können, ohne dabei von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie dieser in den angehängten Ansprüchen definiert ist.

Claims (18)

  1. Joystickeinrichtung (100), umfassend: einen starren Schaft (104), der eine Spitze (106), einen Sockel und eine Mittellängsachse beinhaltet; und eine flexible Erweiterung (136), die operativ mit dem Schaft (104) verbunden ist, um die Nachgiebigkeit des Schaftes für eine Querbewegung relativ zu der Mittellängsachse zu ändern; wobei die Erweiterung einen kegelstumpfförmigen Querschnitt mit einem einen größeren Durchmesser aufweisenden Abschnitt, der benachbart zu dem Sockel des Schaftes angeordnet ist, und einem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitt, der benachbart zu der Spitze des Schaftes angeordnet ist, beinhaltet; wobei der Schaft obere und untere Schaftsegmente (130, 131) beinhaltet, wobei die Segmente ein elastisches Glied (132) beinhalten, das zwischen benachbarten Enden hiervon angeordnet ist, und die Segmente verstellbar sind, um zur Änderung der Nachgiebigkeit des Schaftes voneinander beabstandet zu werden, und wobei die Erweiterung hohl ist und die oberen und unteren Schaftsegmente umgibt.
  2. Joystick nach Anspruch 1, wobei die Erweiterung (136) eine viskose Substanz beinhaltet, die darin zum Dämpfen der Bewegung des Schaftes (104) angeordnet ist.
  3. Joystick nach Anspruch 1, wobei der Joystick eine integrierte Steuerfähigkeit zum Bedienen mehrerer hilfstechnischer Vorrichtungen beinhaltet.
  4. Joystick nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend Ausgleichsalgorithmen, die eine Bestimmung einer optimalen Vorspannungsachsenverstärkung für eine Bewegung des Joystickschaftes (104) in Richtungen nach links, nach rechts, nach vorne und nach hinten beinhalten.
  5. Joystick nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend Ausgleichsalgorithmen, die wenigstens eine Software-Schablone für wenigstens eine Steuerung der Vorspan nung des Joystickschaftes (104), eine Verkleinerung der Kippweite des Joystickschaftes oder eine Verringerung der Freiheitsgrade eines Ausgabesignals des Joystickschaftes beinhalten.
  6. Joystick nach Anspruch 5, wobei die Software-Schablone auf der Mathematik der Super Quadratics beruht.
  7. Joystick nach Anspruch 6, wobei die Software-Schablone eine quadratische, kreisförmige, kreuzförmige, elliptische oder karoförmige Schablone ist.
  8. Joystick nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend Ausgleichsalgorithmen, die ein Filtern zur Verringerung der Effekte ungewollter Bewegungen des Joystickschaftes (104) beinhalten.
  9. Joystick nach Anspruch 1, wobei die Erweiterung (136) im Allgemeinen die oberen und unteren Schaftsegmente (130, 131) umgibt, wenn die oberen und unteren Schaftsegmente benachbart zueinander angeordnet sind und wenn die oberen und unteren Schaftsegmente beabstandet voneinander sind.
  10. Elektrisch betriebener Rollstuhl, an dem operativ ein Joystick nach Anspruch 3 angebracht ist, um einen Nutzer in die Lage zu versetzen, mehrere hilfstechnische Vorrichtungen zu bedienen.
  11. Elektrisch betriebener Rollstuhl, an dem operativ ein Joystick nach Anspruch 1 angebracht ist, um einen bestimmten Rollstuhlnutzer in die Lage zu versetzen, den Rollstuhl unabhängig zu bedienen, wobei der Joystick des Weiteren Ausgleichsalgorithmen umfasst, die eine den Joystickschaft (104) in Ruhe darstellende elliptische Totzone beinhalten, wobei die Totzone einen Minimalkräftebereich, der von dem bestimmten Nutzer überschritten werden muss, um eine Bewegung des elektrisch betriebenen Rollstuhls zu bewirken, darstellt und die Totzone des Weiteren einen Maximalkräftebereich, der von dem bestimmten Nutzer nicht überschritten werden darf, um eine Bewegung des Rollstuhls zu verhindern, darstellt.
  12. Verfahren zum systematischen Bestimmen der besten mechanischen Einstellungen und Ausgleichsalgorithmen, die in einen Joystick eingebettet werden, um einem Nutzer eine individuelle Anpassung und ein Maximum an Funktion zu bieten, wobei der Joystick einen starren Schaft (104) umfasst, der eine Spitze, einen Sockel und eine Mittellängsachse beinhaltet, und wobei eine flexible Erweiterung (136) operativ mit dem Schaft verbunden ist, um die Nachgiebigkeit des Schaftes für eine Querbewegung relativ zu der Mittellängsachse zu ändern, wobei die Erweiterung (136) einen kegelstumpfförmigen Querschnitt mit einem einen größeren Durchmesser aufweisenden Abschnitt, der benachbart zu dem Sockel des Schaftes angeordnet ist, und einem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitt, der benachbart zu der Spitze des Schaftes angeordnet ist, beinhaltet, wobei der Schaft obere und untere Schaftsegmente (130, 131) beinhaltet, die Segmente ein elastisches Glied (132) beinhalten, das zwischen benachbarten Enden hiervon angeordnet ist, und die Segmente verstellbar sind, um zur Änderung der Nachgiebigkeit des Schaftes (104) voneinander beabstandet zu werden, und wobei die Erweiterung hohl ist und die oberen und unteren Schaftsegmente umgibt, wobei das Verfahren umfasst: ein Bereitstellen eines Zugangs zum Bedienen des Joysticks für den Nutzer; ein operatives Verbinden des Joysticks mit einem Fahrsimulator; ein Anzeigen eines Symbols an dem Fahrsimulator; ein Steuern der Bewegung des Symbols durch den Joystick; ein Bewerten der Leistung des Nutzers auf Grundlage der Fähigkeit des Nutzers, die Bewegung des Symbols zu steuern; und ein Modifizieren von Hardware-Einstellungen für den Joystick auf Grundlage der Bewertung durch Austauschen verschiedener flexibler Erweiterungen zur Änderung der Nachgiebigkeit des Joystickschaftes (104), der eine Mittellängsachse beinhaltet, wobei die Erweiterungen operativ derart mit dem Schaft verbunden sind, dass sie den Schaft umgeben, um die Nachgiebigkeit des Schaftes für eine Querbewegung relativ zu der Mittellängsachse zu ändern, und ein Modifizieren von Software-Algorithmen für den Joystick auf Grundlage der Bewertung.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Joystick operativ an einem elektrisch betriebenen Rollstuhl angebracht ist, um einen bestimmten Rollstuhlnutzer in die Lage zu versetzen, den Rollstuhl unabhängig zu bedienen, und wobei das Modifizieren der Software-Algorithmen ein Berechnen einer einen Joystickschaft (104) in Ruhe darstellenden elliptischen Totzone beinhaltet, wobei die Totzone einen Minimalkräftebereich, der von dem bestimmten Nutzer überschritten werden muss, um eine Bewegung des elektrisch betriebenen Rollstuhls zu bewirken, darstellt und die Totzone des Weiteren einen Maximalkräftebereich, der von dem bestimmten Nut zer nicht überschritten werden darf, um eine Bewegung des Rollstuhls zu verhindern, darstellt.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Modifizieren der Software-Algorithmen ein Bestimmen einer optimalen Vorspannungsachsenverstärkung für eine Bewegung eines Joystickschaftes (104) in Richtungen nach links, nach rechts, nach vorne und nach hinten beinhaltet.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Modifizieren der Software-Algorithmen ein Bereitstellen wenigstens einer Software-Schablone für wenigstens eine Steuerung der Vorspannung eines Joystickschaftes (104), eine Verkleinerung der Kippweite des Joystickschaftes (104) und eine Verringerung der Freiheitsgrade eines Ausgabesignals des Joystickschaftes (104) beinhaltet.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Software-Schablone auf der Mathematik der Super Quadratics beruht.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Software-Schablone eine quadratische, kreisförmige, kreuzförmige, elliptische oder karoförmige Schablone ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Modifizieren wenigstens einer der Hardware-Einstellungen oder wenigstens eines der Software-Algorithmen ein Ermitteln einer Mehrzahl von Eingaben des Joystickschaftes (104) entsprechend der Fahrleistung eines elektrisch betriebenen Rollstuhls mit dem daran angebrachten Joystick beinhaltet.
DE60319847T 2002-08-29 2003-08-29 Joystick mit variabler nachgiebigkeit mit kompensationsalgorithmen Expired - Fee Related DE60319847T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US40668202P 2002-08-29 2002-08-29
US406682P 2002-08-29
PCT/US2003/027163 WO2004021330A1 (en) 2002-08-29 2003-08-29 Variable compliance joystick with compensation algorithms

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60319847D1 DE60319847D1 (de) 2008-04-30
DE60319847T2 true DE60319847T2 (de) 2009-09-10

Family

ID=31978340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60319847T Expired - Fee Related DE60319847T2 (de) 2002-08-29 2003-08-29 Joystick mit variabler nachgiebigkeit mit kompensationsalgorithmen

Country Status (6)

Country Link
US (2) US20050195166A1 (de)
EP (1) EP1540642B1 (de)
AU (1) AU2003274939A1 (de)
CA (1) CA2497228A1 (de)
DE (1) DE60319847T2 (de)
WO (1) WO2004021330A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012012896A1 (de) * 2012-06-28 2014-01-02 Volkswagen Aktiengesellschaft Steuerung eines Kraftfahrzeugs von außen

Families Citing this family (80)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004014244A2 (en) 2002-08-13 2004-02-19 Microbotics Corporation Microsurgical robot system
US20050274563A1 (en) * 2004-05-28 2005-12-15 Bruce Ahnafield Joystick-operated driving system
US8095268B2 (en) 2004-10-29 2012-01-10 Bose Corporation Active suspending
US7983813B2 (en) 2004-10-29 2011-07-19 Bose Corporation Active suspending
US7139621B2 (en) 2004-12-16 2006-11-21 Caterpillar Inc Floating deadband control
US7362307B2 (en) * 2005-04-04 2008-04-22 Cycling & Health Tech Industry R & D Center Joystick connectable to the operating member of an exerciser or game machine
NZ565933A (en) * 2005-08-31 2011-05-27 Invacare Corp Adjustable mount for controller of power driven wheelchair
US20070050096A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-01 Invacare Corporation Programmable actuator controller for power positioning seat or leg support of a wheelchair
US7403844B2 (en) * 2005-08-31 2008-07-22 Invacare Corporation Method and apparatus for programming parameters of a power driven wheelchair for a plurality of drive settings
US8013837B1 (en) * 2005-10-11 2011-09-06 James Ernest Schroeder Process and apparatus for providing a one-dimensional computer input interface allowing movement in one or two directions to conduct pointer operations usually performed with a mouse and character input usually performed with a keyboard
US7931101B2 (en) * 2006-10-13 2011-04-26 Invacare Corporation Proportional joystick with integral switch
US7624836B2 (en) 2006-10-30 2009-12-01 Caterpillar Inc. Steering system having multiple strategies and variable deadzone
EP1972314B1 (de) * 2006-12-25 2009-06-03 Kwang Yang Motor Co., Ltd. Richtungs- und Geschwindigkeitskontrollvorrichtung für einen elektronischen Rollstuhl
JP4916900B2 (ja) * 2007-01-25 2012-04-18 富士通コンポーネント株式会社 方向提示システム、及びこれを適用した電動車椅子、杖、ゲーム用コントローラ
US20080223199A1 (en) * 2007-03-16 2008-09-18 Manfred Clynes Instant Rehearseless Conducting
JP4924350B2 (ja) * 2007-10-05 2012-04-25 トヨタ自動車株式会社 操舵装置、操舵装置を備えた搭乗型移動体、および移動体の操舵方法
US7962261B2 (en) 2007-11-12 2011-06-14 Bose Corporation Vehicle suspension
NL2001476C2 (nl) 2008-04-11 2009-10-13 Joyincare Group B V Mobiel onderstel voor het verplaatsen van minder valide personen.
US8133119B2 (en) * 2008-10-01 2012-03-13 Microsoft Corporation Adaptation for alternate gaming input devices
US20110050563A1 (en) * 2009-08-31 2011-03-03 Timothy Douglas Skutt Method and system for a motion compensated input device
FR2954835B1 (fr) * 2009-12-30 2012-04-13 Ratier Figeac Soc Dispositif de pilotage de vehicule a actionneur electromagnetique
US8712614B2 (en) * 2010-04-29 2014-04-29 Andrew Parker System, method, and computer readable medium for a force-based wheelchair joystick
US8814103B2 (en) * 2010-07-28 2014-08-26 Woodward Mpc, Inc. Position control system for cross coupled operation of fly-by-wire control columns
US8809824B1 (en) * 2010-12-13 2014-08-19 The Boeing Company Cryogenically cooled radiation shield device and associated method
DE102011050194A1 (de) * 2011-05-06 2012-11-08 Dewert Antriebs- Und Systemtechnik Gmbh Elektromotorischer Möbelantrieb mit einer Energieversorgungseinrichtung
JP5316599B2 (ja) * 2011-07-05 2013-10-16 トヨタ自動車株式会社 操舵装置及び操舵制御装置
US9710072B1 (en) * 2012-04-09 2017-07-18 Performance Designed Products Llc Interchangeable input mechanisms for control devices
US10004651B2 (en) 2012-09-18 2018-06-26 Stryker Corporation Patient support apparatus
US9259369B2 (en) * 2012-09-18 2016-02-16 Stryker Corporation Powered patient support apparatus
US9127510B2 (en) * 2012-10-12 2015-09-08 Vermeer Manufacturing Company Dual drive directional drilling system
JP6224734B2 (ja) * 2013-01-30 2017-11-01 ポール スミス デイビッド 可変感触及び保持フィードバック、自動化較正、及び学習可能な性能最適化を伴う操作者制御型電気出力信号装置
JP6142583B2 (ja) * 2013-03-08 2017-06-07 アイシン精機株式会社 車椅子
KR101488209B1 (ko) * 2013-05-09 2015-01-30 신준협 조이스틱을 이용한 위치제어장치
DE112014003585B4 (de) * 2013-09-09 2021-05-06 Robert Bosch Gmbh Verringerte Unempfindlichkeit für Fahrzeugsteuerung mit Einzel-Joystickantrieb
WO2015038007A1 (en) * 2013-09-13 2015-03-19 Dynamic Controls Method for producing a control profile to operate a mobility device
FR3012112B1 (fr) * 2013-10-22 2017-04-21 Ratier Figeac Soc Procede de surveillance de fonctionnement d'un dispositif de pilotage d'aeronef et dispositif de pilotage d'aeronef ainsi surveille
US20150289338A1 (en) 2014-04-08 2015-10-08 Revolution Display, Inc. Automatic chroma key background generator with incident key lighting
US9498395B2 (en) * 2014-04-16 2016-11-22 Stephen C. Golden, JR. Joint movement detection device and system for coordinating motor output with manual wheelchair propulsion
GB201409409D0 (en) 2014-05-28 2014-07-09 Bae Systems Plc Inceptor apparatus
US20170100197A1 (en) * 2014-06-05 2017-04-13 Medrobotics Corporation Articulating robotic probes, systesm and methods incorporating the same, and methods for performing surgical procedures
EP2960746B1 (de) * 2014-06-25 2017-12-27 Iveco Magirus Ag Steuersystem und Verfahren zur Steuerung der Bewegung einer Antennenvorrichtung
US10073488B2 (en) 2014-09-11 2018-09-11 Grayhill, Inc. Multifunction joystick apparatus and a method for using same
JP6593761B2 (ja) * 2014-11-19 2019-10-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 入出力操作装置
FR3031405B1 (fr) * 2015-01-03 2018-04-13 Bigben Interactive Sa Procede de controle d'un curseur de visee au moyen d'une manette de jeu et manette de jeu correspondante
US10568792B2 (en) 2015-10-28 2020-02-25 Stryker Corporation Systems and methods for facilitating movement of a patient transport apparatus
USD775200S1 (en) * 2015-11-24 2016-12-27 Microsoft Corporation Display screen with icon
US9809955B2 (en) * 2016-02-16 2017-11-07 Caterpillar Inc. Control device for an implement system
US10108273B2 (en) 2016-03-07 2018-10-23 Microsoft Technology Licensing, Llc Movement space mapping for control sticks in user input devices
US10463954B2 (en) 2016-03-07 2019-11-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Mechanical center calibration of control sticks in user input devices
US10603234B2 (en) * 2016-03-30 2020-03-31 Stryker Corporation Patient support apparatuses with drive systems
US9931567B2 (en) 2016-06-24 2018-04-03 Microsoft Technology Licensing, Llc Adjustable tension thumbstick
US9943757B2 (en) 2016-06-24 2018-04-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Adjustable tension thumbstick
US10077543B2 (en) 2016-07-01 2018-09-18 Caterpillar Inc. Quick disconnect joystick system and method
TWI581290B (zh) * 2016-07-01 2017-05-01 達方電子股份有限公司 可調整按壓手感之按鍵及其開關
WO2018055072A1 (en) * 2016-09-23 2018-03-29 Tks A/S Converting user input to movement control based on a predefined user profile
US20180118523A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 Caterpillar Inc. Folding assembly for an actuation lever
DE112016007443T5 (de) 2016-12-12 2019-08-14 Ford Motor Company Antivibrationsfahrerunterstützung
US10802608B2 (en) * 2016-12-14 2020-10-13 Razer (Asia-Pacific) Pte. Ltd. Height-adjustable input device comprising fastening member
US10561935B2 (en) 2017-01-17 2020-02-18 Microsoft Technology Licensing, Llc Thumbstick for user input device
US11096850B2 (en) 2017-06-27 2021-08-24 Stryker Corporation Patient support apparatus control systems
US11337872B2 (en) 2017-06-27 2022-05-24 Stryker Corporation Patient support systems and methods for assisting caregivers with patient care
US11382812B2 (en) 2017-06-27 2022-07-12 Stryker Corporation Patient support systems and methods for assisting caregivers with patient care
US11484451B1 (en) 2017-06-27 2022-11-01 Stryker Corporation Patient support apparatus user interfaces
US11810667B2 (en) 2017-06-27 2023-11-07 Stryker Corporation Patient support systems and methods for assisting caregivers with patient care
US10811136B2 (en) 2017-06-27 2020-10-20 Stryker Corporation Access systems for use with patient support apparatuses
US11202729B2 (en) 2017-06-27 2021-12-21 Stryker Corporation Patient support apparatus user interfaces
US10144504B1 (en) 2017-09-01 2018-12-04 Kitty Hawk Corporation Decoupled hand controls for aircraft with vertical takeoff and landing and forward flight capabilities
US10847330B2 (en) 2017-10-06 2020-11-24 Grayhill, Inc. No/low-wear bearing arrangement for a knob system
US10556174B2 (en) 2017-10-25 2020-02-11 Microsoft Technology Licensing, Llc Calibration bias for control mechanisms in user input devices
US10434405B2 (en) 2017-10-30 2019-10-08 Microsoft Technology Licensing, Llc Control stick sensitivity adjustment
EP3735629A4 (de) 2018-01-03 2021-10-06 Grayhill, Inc. Berührungscodierer, berührungstafel und eingabeverfahren-editor mit integrierter entwicklungsumgebung und verfahren dafür
US10521030B2 (en) 2018-01-10 2019-12-31 Microsoft Technology Licensing, Llc Transforming a control stick movement space
JP7090167B2 (ja) * 2018-01-15 2022-06-23 ブイアールメコ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー ジョイスティックチェア
US11389348B2 (en) 2018-03-29 2022-07-19 Stryker Corporation Patient transport apparatus having powered drive system utilizing dual mode user input control
US11957633B2 (en) 2018-04-30 2024-04-16 Stryker Corporation Patient transport apparatus having powered drive system utilizing coordinated user input devices
GB2574429B (en) * 2018-06-06 2022-07-20 Digit Music Ltd Input device
CN111001155A (zh) * 2019-11-22 2020-04-14 深圳市七熊科技有限公司 确定摇杆操作方向的方法及摇杆装置
JP2022113563A (ja) * 2021-01-25 2022-08-04 新東工業株式会社 ６軸力覚センサを用いた操作システム、操作方法及びプログラム
CN115300898A (zh) * 2021-05-05 2022-11-08 宝德科技股份有限公司 摇杆组件及游戏手把
CN117012140B (zh) * 2023-08-01 2024-04-02 苏州旭智新文化科技有限公司 一种展厅led屏幕场景体验式启动控制装置

Family Cites Families (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1391529A (en) * 1916-08-17 1921-09-20 Crochat Henry Electrical driving
US3100860A (en) * 1958-10-09 1963-08-13 Rosenthal Harry Motor drive control for wheelchair
US3100547A (en) * 1960-06-30 1963-08-13 Rosenthal Harry Electric driving apparatus for a wheel chair
US3784746A (en) * 1971-07-06 1974-01-08 R Hess Single actuator for effecting multiple controls
US3814199A (en) * 1972-08-21 1974-06-04 Cleveland Machine Controls Motor control apparatus adapted for use with a motorized vehicle
US4078627A (en) * 1975-05-13 1978-03-14 Biddle Engineering Co., Ltd. Wheelchair controls
NL8004928A (nl) * 1980-08-29 1982-04-01 Molen Maschf Bv V D Besturingsinrichting voor motoren.
US4387325A (en) * 1981-04-15 1983-06-07 Invacare Corporation Electric wheelchair with speed control circuit
US4634941A (en) * 1981-04-15 1987-01-06 Invacare Corporation Electric wheelchair with improved control circuit
US4689449A (en) * 1986-10-03 1987-08-25 Massachusetts Institute Of Technology Tremor suppressing hand controls
US4842607A (en) * 1987-06-05 1989-06-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Accurate hand movement assistance
US4840634A (en) * 1987-06-10 1989-06-20 Clayton Foundation For Research Calibration controller for controlling electrically operated machines
DE3724915A1 (de) * 1987-07-28 1989-02-09 Meyra Wilhelm Meyer Gmbh & Co Steuereinrichtung fuer elektrische rollstuehle oder dergl.
US5033000A (en) * 1988-06-09 1991-07-16 Natco Corporation Variable keyed power distribution and control system for motorized wheelchair
US4915184A (en) * 1988-06-10 1990-04-10 Quest Technologies Corp. Cushioning mechanism for stair-climbing wheelchair
US5107080A (en) * 1989-12-01 1992-04-21 Massachusetts Institute Of Technology Multiple degree of freedom damped hand controls
US5202773A (en) * 1989-12-22 1993-04-13 Fuji Xerox Co., Ltd. Multiple value image input device with chromatic gradation correction
US5231998A (en) * 1990-06-25 1993-08-03 Massachusetts Institute Of Technology Whole-arm orthosis for steadying limb motion
US5541622A (en) * 1990-07-24 1996-07-30 Incontrol Solutions, Inc. Miniature isometric joystick
US5278557A (en) * 1991-02-19 1994-01-11 Key Tronic Corporation Cursor movement control key and electronic computer keyboard for computers having a video display
US5341680A (en) * 1991-08-30 1994-08-30 Nc Dept. Of Human Resources, Division Of Vocational Rehabilitation Services Disabled driver assessment system
US5274311A (en) * 1991-11-13 1993-12-28 Quest Technologies, Inc. Control system network structure
US5228356A (en) * 1991-11-25 1993-07-20 Chuang Keh Shih K Variable effort joystick
US5555949A (en) * 1992-02-18 1996-09-17 Cerebral Palsy Research Foundation Of Kansas Electricaly operable wheelchair having a controller responsive to different types of inputs
US6285356B1 (en) * 1999-02-19 2001-09-04 Brad A. Armstrong Displacement joystick with compression-sensitive sensors
EP0725738B1 (de) * 1992-04-28 1999-08-18 Dynamic Controls Limited Regelvorrichtung für elektrisch angetriebene fahrzeuge
US5555495A (en) * 1993-10-25 1996-09-10 The Regents Of The University Of Michigan Method for adaptive control of human-machine systems employing disturbance response
ATE190923T1 (de) * 1994-07-06 2000-04-15 Nabco Ltd Kraftfahrzeug
GB2295662A (en) * 1994-11-28 1996-06-05 Wah Leung Chan Joystick eg for video games
US5675359A (en) * 1995-01-13 1997-10-07 Advanced Technology Systems, Inc. Joystick controller
US5648708A (en) * 1995-05-19 1997-07-15 Power Concepts, Inc. Force actuated machine controller
WO1996038810A1 (de) * 1995-06-02 1996-12-05 Gerhard Wergen Analoges stellelement
US5662693A (en) * 1995-06-05 1997-09-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Mobility assist for the paralyzed, amputeed and spastic person
GB2303707A (en) * 1995-07-25 1997-02-26 Penny & Giles Computer Product A joystick control adapter
US6621485B1 (en) * 1996-09-26 2003-09-16 Giv, Llc Gel cushion for keyboard cursor control stick
US6225977B1 (en) * 1997-03-25 2001-05-01 John Li Human balance driven joystick
US5961561A (en) * 1997-08-14 1999-10-05 Invacare Corporation Method and apparatus for remote maintenance, troubleshooting, and repair of a motorized wheelchair
US6222524B1 (en) * 1997-08-25 2001-04-24 International Business Machines Corporation Mouth operated input device for an electronically responsive device
US5912659A (en) * 1997-09-03 1999-06-15 International Business Machines Corporation Graphics display pointer with integrated selection
US6359613B1 (en) * 1998-10-07 2002-03-19 Cts Corporation Pointing stick having chip resistors
SE9803926L (sv) * 1998-11-18 1999-09-13 Scania Cv Ab Växlingsreglage
US6664666B2 (en) * 1998-12-23 2003-12-16 Engineering Matters, Inc. Motor assembly allowing output in multiple degrees of freedom
US6227066B1 (en) * 1999-07-26 2001-05-08 Mpc Products Corporation Joystick centering device supporting multiple compound torque profiles
US6202773B1 (en) * 1999-07-30 2001-03-20 Invacare Corporation Motorized wheelchairs
JP2003517808A (ja) * 1999-08-31 2003-05-27 デルタグライド、インコーポレイテッド 動力補助車両
US6580418B1 (en) * 2000-02-29 2003-06-17 Microsoft Corporation Three degree of freedom mechanism for input devices
IL138109A (en) * 2000-08-27 2009-11-18 Enco Tone Ltd Method and devices for digitally signing files, using a mobile device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012012896A1 (de) * 2012-06-28 2014-01-02 Volkswagen Aktiengesellschaft Steuerung eines Kraftfahrzeugs von außen

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004021330A1 (en) 2004-03-11
CA2497228A1 (en) 2004-03-11
EP1540642B1 (de) 2008-03-19
EP1540642A4 (de) 2006-06-21
US20090153370A1 (en) 2009-06-18
EP1540642A1 (de) 2005-06-15
DE60319847D1 (de) 2008-04-30
US8264458B2 (en) 2012-09-11
US20050195166A1 (en) 2005-09-08
AU2003274939A1 (en) 2004-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60319847T2 (de) Joystick mit variabler nachgiebigkeit mit kompensationsalgorithmen
DE69632028T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur bereitstellung einer rauscharmen mechanischen eingabe/ausgabe mit grosser bandbreite für computer systeme
DE69631487T2 (de) Einrichtung zur bereitstellung einer kostengünstigen kraftrückkopplung und mechanischer eingang/ausgang für rechnersysteme
EP2326275B1 (de) Medizinischer arbeitsplatz und bedienvorrichtung zum manuellen bewegen eines roboterarms
DE69635902T2 (de) Verfahren und einrichtung zur kraftrückkopplung für eine graphische benutzerschnittstelle
DE102011051054B4 (de) Trainingsgeräte, Anbausätze, Steuer-Schaltkreise und Verfahren zum Steuern eines Trainingsgeräts
DE69636703T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur steuerung von kraftrückkoppelungsschnittstellen unter verwendung eines hauptrechners
EP2160168B1 (de) Vorrichtung und verfahren für ein training und/oder eine analyse des bewegungsapparats eines benutzers
DE4400790A1 (de) Vorrichtung und/oder Verfahren zur Kommunikation mit DV-Anlagen bzw. Bedienungsvorrichtungen
WO2009039809A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum durchführen eines bio-feedback bei einem muskeltrainingsgerät
WO2019162032A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum betreiben eines zumindest teilweise automatisiert fahrbaren fahrzeugs
EP3687852A1 (de) Verfahren zum steuern einer sitzvorrichtung eines kraftfahrzeugs bei betrieb einer virtuellen-realität-anwendung sowie sitzvorrichtung
EP3908910B1 (de) Vorrichtung für das simulieren einer fortbewegung eines benutzers
WO2012136314A1 (de) Bewegungsfixierung
DE102014103907A1 (de) Personenfahrzeug und Steuerung eines Personenfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben
DE10347733B4 (de) Motorisch verstellbares Röntgengerät
WO2000055000A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung der fahrtüchtigkeit einer ein fahrzeug oder einen fahrsimulator steuernden person
DE102005024667A1 (de) Haptische Schnittstelle
DE102007038755A1 (de) Sport-, Therapie- oder Spielgerät
DE10312042B4 (de) Trainingsgerät mit fortlaufend rotatorisch bewegbaren, miteinander verbundenen Betätigungselementen
WO2019008514A1 (de) Schuh, insbesondere zur verwendung für ein virtual reality system zur simulation von geh- und lauftätigkeit ohne wesentliche ortsveränderung
DE202021004081U1 (de) Trainingsgerät zum Training eines Benutzers, insbesondere von dessen Extremitäten
DE19955048B4 (de) Verfahren und Gerätesystem zur medizinischen Trainingstherapie
DE10043566B4 (de) Trainingsgerät für Bewegungsbehinderte
WO2009095036A1 (de) Sport-, therapie- oder spielgerät

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee
8339 Ceased/non-payment of the annual fee