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Title:
GLOVE-TYPE INPUT/OUTPUT DEVICE AND METHOD FOR OUTPUTTING A PIECE OF INFORMATION WHICH CAN BE DETECTED BY THERMORECEPTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/063522
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a glove-type input/output device, said input/output device having at least one thermoelement for information relating to a force, which information can be detected by thermoreception, and a method for outputting a piece of information relating to a force, which information can be detected by thermoreception, said information being output by means of such an input/output device.

Inventors:
MAIER, Maximilian (Pellhammerstraße 5, Fürstenfeldbruck, 82256, DE)
CHALON, Maxime (Kapuzinerstraße 5, Fürstenfeldbruck, 82256, DE)
Application Number:
EP2018/075909
Publication Date:
April 04, 2019
Filing Date:
September 25, 2018
Export Citation:
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Assignee:
DEUTSCHES ZENTRUM FÜR LUFT- UND RAUMFAHRT E.V. (Linder Höhe, Köln, 51147, DE)
International Classes:
G06F3/01; H01L35/34
Domestic Patent References:
WO2016097841A22016-06-23
WO2000033167A12000-06-08
Foreign References:
US20160238040A12016-08-18
DE102004001167A12005-08-04
Attorney, Agent or Firm:
EGE LEE & PARTNER PATENTANWÄLTE (Walter-Gropius-Str. 15, München, 80807, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Handschuhartiges Ein-/Ausgabegerät, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein- /Ausgabegerät wenigstens ein Thermoelement zur thermorezeptiv erfassbaren Information über eine Kraft aufweist.

2. Ein-/Ausgabegerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das

wenigstens eine Thermoelement ein elektrothermischer Wandler ist.

3. Ein-/Ausgabegerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Thermoelement ein Peltier-Element (100, 102, 104, 106, 108, 1 10, 1 12, 1 14, 1 16) ist.

4. Ein-/Ausgabegerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Thermoelement an einer Fingerkuppe anordenbar ist.

5. Ein-/Ausgabegerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Thermoelement an einer Handinnenfläche anordenbar ist.

6. Ein-/Ausgabegerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das EinVAusgabegerät einen Tragabschnitt aufweist und das wenigstens eine Thermoelement unmittelbar an dem

Tragabschnitt angeordnet ist.

7. Ein-/Ausgabegerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein7Ausgabegerät einen Tragabschnitt aufweist, das wenigstens eine Thermoelement in einem Gehäuse angeordnet ist und das Gehäuse an dem Tragabschnitt angeordnet ist.

8. Eir Ausgabegerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein-/Ausgabegerät eine elektrische

Kontrolleinrichtung für das wenigstens eine Thermoelement aufweist.

9. Verfahren zur Ausgabe einer thermorezeptiv erfassbaren Information über eine Kraft, dadurch gekennzeichnet, dass die Information mithilfe eines Ein- /Ausgabegeräts nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche ausgegeben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Thermoelement basierend auf wenigstens einem eine Kraft

repräsentierenden elektrischen Eingangssignal kontrolliert wird.

1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft eine Kontaktkraft an einem Roboter ist.

12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch

gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Thermoelement mithilfe

wenigstens eines einen Sollwert repräsentierenden elektrischen

Ausgangsignals kontrolliert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert ein Solltemperaturwert ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der

Solltemperaturwert diskret geändert wird, wobei zwei aufeinanderfolgende Solltemperaturwerte eine vorgegebene Mindestdifferenz aufweisen.

15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch

gekennzeichnet, dass ein anfänglicher Solltemperaturwert geringer als eine Umgebungstemperatur ist.

Description:
HANDSCHUHARTIGES EIN-/AUSGABEGERÄT UND VERFAHREN ZUR AUSGABE EINER THERMOREZEPTIV

ERFASSBAREN INFORMATION

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein handschuhartiges Ein-/Ausgabegerät. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ausgabe einer thermorezeptiv erfassbaren

Information über eine Kraft.

Aus der Druckschrift DE 10 2004 001 167 A1 ist ein Verfahren bekannt zum

Manipulieren, insbesondere Positionieren, von mindestens einem virtuellen Objekt mit den Verfahrensschritten: Greifen eines ersten virtuellen Objektes mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, wobei das virtuelle Objekt die physikalischen

Eigenschaften eines entsprechenden realen Objektes aufweist. Bewegen des

ersten virtuellen Objekts mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle, Positionieren des ersten virtuellen Objekts mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle gegen ein zweites virtuelles Objekt unter Berücksichtigung einwirkender Kräfte, Festhalten der Bewegungsbahn der virtuellen Objekte auf einem Datenträger unter der

Einwirkung der Kräfte und Festhalten der aktuellen Position des ersten virtuellen Objektes auf dem zweiten virtuellen Objekt, wobei das erste virtuelle Objekt:

gegen eine geneigte und/oder konkave Flache des zweiten virtuellen Objektes positioniert wird, wobei das erste mit dem zweiten virtuellen Objekt in Lagrange- Kontakt steht, in dieser Position fixiert wird und/oder und wobei das erste virtuelle Objekt und seine Umgebung Ober einen vorgegebenen Zeitraum in Hinsicht auf die Auswirkungen der Kräfte inspiziert werden. Der Druckschrift DE 10 2004 001 167 A1 zufolge wird vorgeschlagen, dass ein

Datenhandschuh als haptische Mensch-Maschine-Schnittstelle über

Bewegungssensoren und/oder taktile Sensoren und/oder eine Kraftruckkopplung verfügt. Aus der Druckschrift WO 00/33167 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Anzeige einer physikalischen Größe, wobei die Größe anhand einer Transformationsbeziehung in einen Anzeigewert umgesetzt wird und der Anzeigewert als Temperaturwert einer ertastbaren Oberfläche angezeigt wird. Der Druckschrift WO 00/33167 A1 zufolge wird vorgeschlagen, dass die ertastbare Oberfläche die Bedienoberfläche einer Computermaus oder das Innere eines SD- Handschuhs ist und dass die ertastbare Oberfläche mittels Peltier-Elementen auf die anzuzeigende Temperatur gebracht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Ein- /Ausgabegerät baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem liegt der

Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem handschuhartigen Ein-/Ausgabegerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem

Verfahren mit Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhaft Ausführungen und

Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Ein-/Ausgabegerät kann zur Eingabe von Informationen an einen Computer und/oder an eine elektrische Kontrolleinrichtung dienen. Die Kontrolleinrichtung kann zum Kontrollieren eines Roboters, insbesondere eines Industrieroboters, dienen. Das Ein-/Ausgabegerät kann zur Eingabe von Informationen an einen Anwender dienen.

Ein handschuhartiges Ein-/Ausgabegerät kann ein Ein-/Ausgabegerät sein, das eine Hand ganz oder teilweise bedeckt. Das Ein-/Ausgabegerät kann an einer Hand anordenbar sein. Das Ein-/Ausgabegerät kann manschettenartig ausgeführt sein. Das Ein-/Ausgabegerät kann als Datenhandschuh ausgeführt sein. Mithilfe des Thermoelements kann eine Temperaturdifferenz erzeugbar sein.

Mithilfe des Thermoelements kann Wärmeenergie aufnehmbar sein. Mithilfe des Thermoelements kann eine Kühlleistung erzeugbar sein. Mithilfe des

Thermoelements kann Wärmeenergie abgebbar sein. Mithilfe des Thermoelements kann eine Heizleistung erzeugbar sein. Mithilfe des Thermoelements kann eine Information signalisierbar sein. Die Information kann mithilfe des Temperatursinns erfassbar sein. Die Information kann sich auf eine Kraft beziehen. Die Kraft kann eine Kontaktkraft sein. Die Kraft kann eine Kontaktkraft an einem Roboter sein. Die Kraft kann eine Kontaktkraft an einem Manipulator eines Industrieroboters sein.

Das wenigstens eine Thermoelement kann ein elektrothermischer Wandler sein. Das wenigstens eine Thermoelement kann ein Peltier-Element sein.

Das wenigstens eine Thermoelement kann an einer Fingerkuppe anordenbar sein. Das wenigstens eine Thermoelement kann an einer Handinnenfläche anordenbar sein. Das wenigstens eine Thermoelement kann an einer Handaußenfläche anordenbar sein.

Das Ein-/Ausgabegerät kann einen Tragabschnitt aufweisen. Der Tragabschnitt kann handschuhartig ausgeführt sein. Der Tragabschnitt kann eine Hand ganz oder teilweise bedecken. Der Tragabschnitt kann an einer Hand anordenbar sein. Der Tragabschnitt kann manschettenartig ausgeführt sein. Der Tragabschnitt kann wenigstens einen Aufnahmeabschnitt für das wenigstens eine Thermoelement aufweisen. Der wenigstens eine Aufnahmeabschnitt kann einer Fingerkuppe zugeordnet sein. Der wenigstens eine Aufnahmeabschnitt kann einer

Handinnenfläche zugeordnet sein. Der wenigstens eine Aufnahmeabschnitt kann einer Handaußenfläche zugeordnet sein.

Das wenigstens eine Thermoelement kann unmittelbar an dem Tragabschnitt angeordnet sein. Das wenigstens eine Thermoelement kann in einem Gehäuse angeordnet sein. Das Gehäuse kann an dem Tragabschnitt angeordnet sein.

Das Ein-/Ausgabegerät kann eine elektrische Kontrolleinrichtung für das wenigstens eine Thermoelement aufweisen. Das wenigstens eine Thermoelement und die Kontrolleinrichtung können miteinander signalleitend verbunden sein. Der Kontrolleinrichtung kann wenigsten ein eine Kraft repräsentierendes Signal zur Verfügung stehen. Die Information können ein einen Anwender ausgegeben. Die Information können thermorezeptiv erfassbar ausgegeben werden.

Das wenigstens eine Thermoelement kann basierend auf wenigstens einem eine Kraft repräsentierenden elektrischen Eingangssignal kontrolliert werden. Die Kraft kann eine Kontaktkraft sein. Die Kraft kann eine Kontaktkraft an einem Roboter sein. Die Kraft kann eine Kontaktkraft an einem Manipulator eines

Industrieroboters sein.

Das wenigstens eine Thermoelement kann mithilfe wenigstens eines einen Sollwert repräsentierenden elektrischen Ausgangsignals kontrolliert werden. Der Sollwert kann ein Solltemperaturwert sein. Der Solltemperaturwert kann diskret geändert werden. Bei einer diskreten Änderung des Solltemperaturwerts können zwei aufeinanderfolgende Solltemperaturwerte eine vorgegebene Mindestdifferenz aufweisen. Die Mindestdifferenz kann derart vorgegeben sein, dass eine

Wahrnehmbarkeit durch einen Anwender gewährleistet ist. Ein anfänglicher Solltemperaturwert kann geringer als eine Umgebungstemperatur sein.

Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Kraft-Rückmeldung für Datenhandschuhe unter Zuhilfenahme von Temperaturänderungen.

Eine Kraftrückkopplung kann unter Zuhilfenahme von kleinen Peltier-Elementen ermöglicht werden. Um eine Kraft-Rückmeldung zu ermöglichen, können auf Fingerkuppen oder auch in einer Handfläche des Handschuhs kleine Peltier- Elemente angebracht werden. Diese können beispielsweise direkt mit dem

Handschuh vernäht oder mithilfe von kleinen Gehäusen an den Finger oder die Handfläche angebracht werden. Mit diesen Peltier-Elementen kann Hitze sowie Kälte an den Anwender des Handschuhs als Kraft-Rückmeldung weitergegeben werden.

Die Peltier-Elemente können mithilfe von Peltier-Controllern angesteuert werden. Hierbei kann ein Wert vorgegeben werden, insbesondere eine Temperatur, welcher mittels Gleichungen in eine benötigte Spannung für das Peltier-Element umgerechnet werden kann. Eine ermittelte Kraft, welche bei Kontakt mit einem Roboter und einem Objekt auftritt, und so gemessen werden kann, kann an den Peltier-Controller als Setz-Wert weitergegeben und somit durch einen Anwender spürbar werden. Von vorherein sollen eine kühlere Temperatur als eine

Umgebungstemperatur gewählt werden. Temperatursprünge sollen hierbei so groß gewählt werden, dass Anwender einen Unterschied klar feststellen kann und es hierbei zu keinen Missverständnissen kommt.

Mit der Erfindung eine Kraftrückmeldung ermöglicht. Eine Baugröße wird reduziert. Eine strukturelle Flexibilität wird erhöht. Eine Einschränkung einer motorischen Freiheit wird reduziert. Ein Anwendungskomfort wird erhöht. Eine funktionelle Adaption wird erleichtert. Eine Integrationsfähigkeit wird erhöht. Eine Komplexität wird reduziert.

Mit„kann" sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Figur näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen

verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne

Merkmale der Erfindung darstellen.

Fig. 1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Anordnung von Peltier-Elementen 100, 102, 104, 106, 108, 1 10, 1 12, 1 14, 1 16 an einer Hand 1 18. Die Peltier- Elemente 100, 102, 104, 106, 108, 1 10, 1 12, 1 14, 1 16 bilden Komponenten eines hier nicht näher dargestellten Datenhandschuhs. Der Datenhandschuh weist einen Tragabschnitt auf, an dem die Peltier-Elemente 100, 102, 104, 106, 108, 1 10, 1 12, 1 14, 1 16 derart angeordnet sind, dass sie an der Hand 1 18 eines Anwenders wie in Fig. 1 gezeigt positioniert sind, wenn der Anwender den Datenhandschuh trägt. Wenn der Anwender den Datenhandschuh trägt, ist das Peltier-Element 100 an einer Daumenkuppe, das Peltier-Element 102 an einer Zeigefingerkuppe, das Peltier-Element 104 an einer Mittelfingerkuppe, das Peltier-Element 106 an einer Ringfingerkuppe und das Peltier-Element 108 an einer Kleinfingerkuppe

angeordnet. Wenn der Anwender den Datenhandschuh trägt, sind die Peltier- Elemente 1 10, 1 12, 1 14, 1 16 an einer Handinnenfläche angeordnet, wobei das

Peltier-Element 1 10 unterhalb des Zeigefingers, das Peltier-Element 1 12 unterhalb des kleinen Fingers, das Peltier-Element 1 14 an einem Daumenballen und das Peltier-Element 1 16 an einem Handballen angeordnet ist. Der Tragabschnitt ist beispielsweise aus einem textilen Material hergestellt. Die Peltier-Elemente 100, 102, 104, 106, 108, 1 10, 1 12, 1 14, 1 16 sind beispielsweise in den Tragabschnitt eingenäht oder eingesteckt.

Der Datenhandschuh dient zur Dateneingabe und/oder zur Datenausgabe. Der Datenhandschuh dient beispielsweise zur Navigation und/oder Orientierung in einem virtuellen Raum und/oder zum Kontrollieren einer Maschine, insbesondere eines Roboters, durch Bewegungen der Hand und Finger. Dazu werden ausgehend von dem Datenhandschuh Informationen an einen Computer und/oder eine elektrische Kontrolleinrichtung übermittelt. Außerdem dient der Datenhandschuh dazu, einem Anwender eine Rückmeldung, beispielsweise über eine an einem Roboter wirkende Kontaktkraft, zu geben. Der Datenhandschuh weist eine elektrische Kontrolleinrichtung zum Kontrollieren der Peltier-Elemente 100, 102, 104, 106, 108, 1 10, 1 12, 1 14, 1 16 auf.

Der Kontrolleinrichtung stehen Informationen über eine rückzumeldende Größe, beispielsweise über eine an einem Roboter wirkende Kontaktkraft, zur Verfügung. Darauf basierend werden Solltemperaturwerte ermittelt und die

Solltemperaturwerte werden in elektrische Ströme umgesetzt, um die Peltier- Elemente 100, 102, 104, 106, 108, 1 10, 1 12, 1 14, 1 16 damit jeweils kontrolliert zu beaufschlagen. Entsprechend einem Stromdurchfluss erzeugen die Peltier- Elemente 100, 102, 104, 106, 108, 1 10, 1 12, 1 14, 1 16 jeweils eine von einem Anwender thermorezeptiv erfassbare Temperaturdifferenz. Zur

Informationsausgabe werden die Solltemperaturwerte jeweils diskret geändert. wobei ein anfänglicher Solltemperaturwert geringer ist als eine

Umgebungstemperatur und zwei aufeinanderfolgende Solltemperaturwerte jeweils eine vorgegebene Mindestdifferenz aufweisen, um eine Wahrnehmbarkeit durch den Anwender zu gewährleisten.

Bezugszeichen

100 Peltier-Element

102 Peltier-Element

104 Peltier-Element

106 Peltier-Element

108 Peltier-Element

1 10 Peltier-Element

112 Peltier-Element

1 14 Peltier-Element

1 16 Peltier-Element

118 Hand




 
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