s 24. Juli 2006

FESTO AG & Co, 73734 Esslingen

Haptisches Eingabegerät für Computer und Spielkonsolen, insbesondere zur Steuerung von Computer- und/oder Videospielen

Die Erfindung betrifft ein haptisches Eingabegerät für Computer und Spielkonsolen, insbesondere zur Steuerung von Computer- und/oder Videospielen, mit Mitteln zur Erzeugung von Bewegungen des Eingabegeräts in Abhängigkeit des jeweiligen 5 virtuellen Vorgangs im Computer oder der Spielkonsole.

Bekannte, als Gamepads ausgebildete Eingabegeräte sind im Handel beispielsweise unter den Bezeichnungen Sony Playstation und Nintendo 64 erhältlich. Diese Eingabegeräte besitzen an- oder eingebaute Vibrationsgeräte, die in Abhängigkeit des lo Spielgeschehens, also des virtuellen Vorgangs im Computer oder der Spielkonsole, eine Rückmeldung in Form einer Vibration des Eingabegeräts erzeugen, beispielsweise wenn ein Fahrzeug von der Strecke abkommt oder bei Actionspielen ein Treffer erzielt oder erhalten wird. Durch die ausschließliche i5 Möglichkeit der Erzeugung einer Vibration ist die Variation der Bewegungsrückmeldung des Spielgeschehens sehr beschränkt.

Aus der DE 20200955 Ol ist ebenfalls ein haptisches Rückkopp- lungs- beziehungsweise Eingabegerät in Form eines Gamepads bekannt, das einen Aktor zur Bewegung einer Trägheitsmasse 20 enthält. Auch dieses Gerät ist daher in der Variation der Rückmeldungen wenig variabel .

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Eingabegerät der eingangs genannten Gattung hinsichtlich der Variation der haptischen Rückmeldung des virtuellen Vorgangs im Computer oder der Spielkonsole zu verbessern und zu erwei- tern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst .

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Eingabegeräts besteht insbesondere darin, dass die Rückmeldung der virtuellen Umgebung des Videospiels noch realistischer und vielseitiger erfolgen kann. Es können nicht nur Vibrationen unterschiedlicher Frequenzen erzeugt werden, sondern der wenigstens eine Griffbereich des Eingabegeräts kann sich in Abhängigkeit der 3- dimensionalen Membran im Durchmesser und in der Länge verän- dern, wobei gleichzeitig unterschiedliche Pulsraten möglich sind. Es können dadurch Kontaktkräfte und Widerstände realistischer reproduziert und simuliert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im An- spruch 1 angegebenen Eingabegeräts möglich.

Die 3-dimensionale Membran kann bevorzugt als Kontraktionsschlauch ausgebildet sein, insbesondere als sich zwischen be- abstandeten Kopfstücken erstreckender oder wenigstens ein Kopfstück aufweisender Kontraktionsschlauch. Derartige Kon- traktionsschläuche werden beispielsweise von der Anmelderin unter der Bezeichnung "Fluidischer Muskel" angeboten und vertrieben und sind beispielsweise aus dem Prospekt „Fluidic Mu- scle" der Anmelderin, der EP 0161750 Bl, der DE 29906626 U, der DE 29908008 U oder der DE 20112633 bekannt.

In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung ist der elektro-fluidische Wandler als elektrischer, mechanische Linearbewegungen ausführender Motor ausgebildet, der mit einer fluidische Druckänderungen in Abhängigkeit dieser Linearbewe- gungen erzeugenden Anordnung in Wirkverbindung steht, die vorzugsweise als einen Druckraum abschließende Membran ausgebildet ist. Der Druckraum ist dabei zweckmäßigerweise über eine Verbindungsleitung oder -öffnung mit der 3-dimensionalen Membran beziehungsweise dem Kontraktionsschlauch verbunden.

Der elektrische Motor kann beispielsweise als Linearmotor ausgebildet sein. Dadurch können in einfachster Weise unterschiedliche Bewegungsamplituden der 3-dimensionalen Membran sowie unterschiedliche Ausdehnungen erzielt werden. Alternativ hierzu kann auch ein Rotationsmotor vorgesehen sein, der auf einen mechanischen Wandler zur Umsetzung der Rotationsbewegung in eine Linearbewegung einwirkt . Bei dieser Ausführung können auch noch Mittel zur Steuerung der Amplitude der mechanischen Linearbewegung des elektrischen Motors in Abhängigkeit des jeweiligen virtuellen Vorgangs vorgesehen sein, um ebenfalls die Bewegungen der 3-dimensionalen Membran variabler gestalten zu können.

Eine weitere bevorzugte Maßnahme zur Steuerung der Bewegungsamplitude der 3-dimensionalen Membran besteht darin, eine in Abhängigkeit des jeweiligen virtuellen Vorgangs steuer- bare fluidische Drossel zwischen dem elektro- fluidischen Wandler und der 3-dimensionalen Membran anzuordnen. Durch Verringerung des Drosselquerschnitts können die Bewegungsamplituden der 3-dimensionalen Membran verringert und im umgekehrten Fall vergrößert werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der wenigstens eine Griffbereich des Eingabegeräts mit einer in Abhän-

gigkeit des jeweiligen virtuellen Vorgangs steuerbaren Heizeinrichtung versehen. Hierdurch können auch unterschiedliche Temperaturen des jeweiligen virtuellen Vorgangs beziehungsweise Spiels als Feedback übermittelt werden.

Eine noch größere Variabilität des Eingabegeräts wird dadurch erreicht, dass ein Drucksensor zur Erfassung des Drucks des Fluids in der 3-dimensionalen Membran und/oder ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur im oder am wenigstens einen Griffbereich vorgesehen ist, wobei die erfassten Sen- sorsignale Steuersignale für den jeweiligen virtuellen Vorgang im Computer oder der Spielkonsole und/oder für den elek- tro-fluidischen Wandler bilden. Hierdurch wird erreicht, dass durch aktives Drücken der Hand das Eingabegerät zusätzliche Eingabefunktionen unmittelbar ermöglicht. Entsprechende Steu- ersignale können durch unterschiedliche Temperaturen erzeugt werden, die durch die Hand des Bedieners generiert werden. Der unterschiedliche Händedruck auf die Membran kann somit Reaktionen simulieren und somit das jeweilige Spiel zusätzlich beeinflussen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die 3-dimensionale Formgebungen aufweisenden Membranen in zwei Griffbereichen des insbesondere als Gamepad ausgebildeten Eingabegeräts unabhängig voneinander steuerbar, was eine weitere Variabilität hinsichtlich der Wahrnehmung und Steue- rung von virtuellen Vorgängen an verschiedenen Seiten eines Bildschirms ermöglicht, auf dem die virtuellen Vorgänge des jeweiligen Spiels ablaufen.

In vorteilhafter Weise kann auch eine Textur an der Oberfläche der 3-dimensionalen Membran und/oder des Griffbereichs in Abhängigkeit des jeweiligen Steuer- oder Spielprogramms des Computers oder der Spielkonsole wählbar oder austauschbar an-

bringbar sein. Diese Textur kann beispielsweise in Abhängigkeit des jeweiligen Spiels oder Spielgenres gewählt werden, um ein noch realistischeres Feedback zu erzielen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darstellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein als Gamepad ausgebildetes Eingabegerät zur

Steuerung von Spielen beziehungsweise virtuellen Vorgängen in einem Computer, der mit einem BiId- schirm als Anzeigegerät versehen ist, und

Figur 2 eine detailliertere Darstellung der in den beiden

Griffbereichen des Eingabegeräts gemäß Figur 1 enthaltenen Anordnungen zur Erzeugung von Bewegungen dieser Griffbereiche.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein mit einem Display 10 versehener Computer 11 mittels eines als Gamepad ausgebildeten haptischen Eingabegeräts 12 gesteuert. Derartige Eingabegeräte 12 sind speziell zur Steuerung von Computer- beziehungsweise Videospielen aus- gebildet und besitzen hierzu mehrere, beispielsweise als Tasten ausgebildete Eingabeelemente 13. Die jeweiligen Videospiele sind beispielsweise auf CD, DVD, Kassetten und/oder auf der Festplatte des Computers Il gespeichert, wobei das Display 10 zur optischen Wiedergabe des Spiels dient und nicht näher dargestellte Lautsprecher üblicherweise zur akustischen Wiedergabe vorgesehen sind.

Das als Gamepad ausgebildete Eingabegerät 12 besitzt zwei Griffbereiche 14, 15, die beim Spiel von den beiden Händen der jeweiligen Bedienperson umgriffen werden. Die Bedienung

und Steuerung derartiger Spiele mit Hilfe eines solchen Eingabegeräts ist im eingangs angegebenen Stand der Technik näher und ausführlich beschrieben.

Die beiden Griffbereiche 14, 15 enthalten jeweils eine als Kontraktionsschlauch 16, 17 ausgebildete fluidische, eine 3- dimensionale Formgebung aufweisende Membran. Zur elektrischen Steuerung der Bewegungen der Kontraktionsschläuche 16, 17 dienen damit verbundene elektro-fluidische Wandler 18, 19, die von elektrischen Steuersignalen in Abhängigkeit des je- weiligen virtuellen Vorgangs des jeweiligen Spiels angesteuert werden und diese Signale in fluidische Drücke zur Steuerung der Bewegungen der Kontraktionsschläuche 16, 17 umsetzen. Dabei können die beiden elektro-fluidischen Wandler 18, 19 und damit die beiden damit verbundenen Kontraktionsschläu- che 16, 17 unabhängig voneinander angesteuert werden, beispielsweise in Abhängigkeit des jeweiligen virtuellen Vorgangs auf der linken und rechten Seite des Displays 10.

Anstelle der Ausbildung als Gamepad können solche Eingabegeräte 12 in an sich bekannter Weise auch als Mäuse, Joysticks, Trackballs, Steuerräder (steering wheels) , Lichtgriffel und dergleichen ausgebildet sein. Dabei enthält das jeweilige Eingabegerät im Falle nur eines Griffbereichs nur einen Kontraktionsschlauch und nur einen elektro-fluidischen Wandler.

Das Eingabegerät 12 enthält gemäß Figur 2 eine elektronische Steuervorrichtung 20, die beispielsweise als Mikrocontroller ausgebildet ist und zur Ausführung von Steuerfunktionen im Eingabegerät 12 und zur übermittlung von Steuerbefehlen und Steuerdaten an den Computer 11 dient. Diese übermittlung kann über ein Steuerkabel 21 oder drahtlos erfolgen. Zur Bereit- Stellung der elektrischen Versorgungsenergie im Eingabegerät

12 dient eine nicht näher dargestellte Batterie oder ein elektrischer Akku.

Die elektronische Steuervorrichtung 20 steuert die Rotation von zwei elektrischen Motoren 22, 23, wobei die Rotationsbe- s wegungen beispielsweise mittels eines Exzenters oder Nockens in Linearbewegungen wechselnder Richtung von Stößeln 24, 25 umgesetzt werden. Diese Stößel 24, 25 wirken jeweils auf eine einen Druckraum 26, 27 abschließende Membran 28, 29. Die Bauteile und Baugruppen 22 bis 29 bilden die beiden elektro- lo fluidischen Wandler 18,19, wobei prinzipiell auch andere bekannte elektro-fluidische Wandler, wie Arbeiszylinder o. dgl, einsetzbar sind.

Die Druckräume 26, 27 sind über Verbindungsleitungen 30, 31 mit den Kontraktionsschläuchen 16, 17 verbunden, wobei die i5 Verbindungsleitungen 30, 31 an Kopfstücke 32, 33 der Kontraktionsschläuche 16, 17 angeschlossen sind. Es handelt sich dabei jeweils um abgeschlossene fluidische Systeme, wobei das Fluid ein Gas oder eine Flüssigkeit sein kann.

Derartige Kontraktionsschläuche 16, 17 können auch in an sich 20 bekannter Weise zwischen zwei Kopfstücken verlaufen, wie dies meistens bei den von der Anmelderin unter der Bezeichnung "Fluidische Muskeln" vertriebenen Kontraktionsschläuchen und beim eingangs angegebenen Stand der Technik der Fall ist . In den Wandungen solcher ein oder zwei Kopfstücke 32, 33 aufwei- 5 sender, aus einem elastischen Gummi- oder Kunststoffmaterial bestehenden Kontraktionsschläuche 16, 17 befindet sich üblicherweise eine biegeflexible Strangstruktur, die aus Metall- und/oder Kunststoffsträngen besteht. Hierdurch kann die Kraftverteilung und Formveränderung in Abhängigkeit des flui- 0 dischen Druckes eingestellt bzw. beeinflusst werden.

In Abhängigkeit der jeweiligen elektrischen Steuersignale werden Linearbewegungen abwechselnder Richtungen der Stößel 24, 25 und damit der Membranen 28, 29 erzeugt. Dadurch wird abwechselnd Fluid durch die Verbindungsleitungen 30, 31 in 5 die Kontraktionsschläuche 16, 17 hineingedrückt und anschließend wieder herausgeführt. Dadurch können nicht nur Vibrationen unterschiedlicher Frequenzen erzeugt werden, sondern die Kontraktionsschläuche 16, 17 und damit die Griffbereiche 14, 15 verändern sich entsprechend in ihrer Länge und in ihrem lo Durchmesser, da das Hineinpressen von Fluid in die Kontraktionsschläuche 16, 17 dort eine Zunahme des Durchmessers und gleichzeitig Abnahme der Länge bewirkt, während bei der nachfolgenden Druckentlastung der umgekehrte Effekt eintritt. Die Amplitude dieser Formveränderungen der Kontraktionsschläuche i5 16, 17 kann noch dadurch variiert werden, dass steuerbare

Drosseln beziehungsweise Drosselventile 34, 35 in den Verbindungsleitungen 30, 31 angeordnet sind. In Abhängigkeit der jeweiligen vom virtuellen Vorgang abhängigen Steuersignale kann daher die Amplitude der Bewegungen durch stärkere Dros-

2o seiung reduziert beziehungsweise im umgekehrten Fall vergrößert werden.

Die Veränderung der Amplitude der Bewegungen der Kontraktionsschläuche 16, 17 kann auch dadurch erreicht werden, dass elektrisch steuerbare Mittel zur Veränderung der Umsetzung 5 der Rotationsbewegung der Motoren 22, 23 in die Linearbewegungen der Stößel 24, 25 vorgesehen sind.

In einer alternativen Ausführung können die Motoren 22, 23 auch als elektrische Linearmotoren ausgebildet sein und direkt auf die Stößel 24, 25 einwirken. In diesem Falle ist die o Steuerung unterschiedlicher Amplituden ohnehin direkt möglich.

Durch die beschriebenen Maßnahmen können die unterschiedlichsten Bewegungen der Kontraktionsschläuche 16, 17 und damit der Griffbereiche 14, 15 in Abhängigkeit des jeweiligen Spielverlaufs beziehungsweise des jeweiligen virtuellen Vor- s gangs des Spiels realisiert werden, sodass die Bedienperson, also der Spieler, situationsgerechte Rückmeldungen in großer Variabilität erhalten kann, wobei sich nicht nur die jeweilige Frequenz, sondern auch die jeweilige Formgebung der Griff- bereiche entsprechend ändert.

lo Als optionale Ergänzung enthalten die beiden Griffbereiche 14, 15 noch Heizvorrichtungen 36, 37, deren Aufheizung durch die elektronische Steuervorrichtung 20 in Abhängigkeit der jeweiligen Spielsituation gesteuert werden kann. Dies ermöglicht noch situationsgerechtere Rückmeldungen des Spielver- i5 laufs an den Spieler.

Die beiden Griffbereiche 14, 15 enthalten als weitere optionale Maßnahme Temperatursensoren 38, 39 und Drucksensoren 40, 41, die beispielsweise im Druckraum 26, 27 oder an einer anderen Stelle der beiden geschlossenen fluidischen Systeme an-

20 geordnet sein können. Diese Temperatursensoren 38, 39 und

Drucksensoren 40, 41 führen der elektronischen Steuervorrichtung 20 entsprechende Sensorsignale zu, die von dort dem Computer 11 übermittelt werden können. Hierdurch kann die Bedienperson durch Drücken der Griffbereiche 14, 15 und damit 5 der Kontraktionsschläuche 16, 17 Druckänderungen bewirken, die als Steuersignale das jeweilige Spielprogramm beeinflussen können. Entsprechend können unterschiedliche Temperaturen erfasst werden, die durch die Hand des Bedieners generiert werden, wobei die entsprechenden elektrischen Signale eben- 0 falls auf das jeweilige Spielprogramm einwirken können. Mittels der Griffbereiche 14, 15 können daher unmittelbar Eingriffe in den jeweiligen Spielablauf erreicht werden. Dabei

ist es auch möglich, dass die elektronische Steuervorrichtung 20 in Abhängigkeit dieser Sensorsignale direkt auf die Motoren 22, 23 in veränderter Weise einwirkt. Als optionale Maßnahme kann bei einfacheren Ausführungen auch auf die Tempera- s tursensoren 38, 39 oder die Drucksensoren 40, 41 oder auf beide verzichtet werden.

Die Textur auf der Oberfläche der Griffbereiche 14, 15 und/oder die der unmittelbar darunter liegenden Kontraktionsschläuche 16, 17 kann als weitere Maßnahme auch in Abhängig- lo keit des jeweiligen Steuer- oder Spielprogramms wählbar oder veränderbar sein. Dies kann durch Austausch der Griffbereiche 14, 15 insgesamt oder durch Anbringen von entsprechenden überzügen erfolgen. Auf diese Weise kann die Textur an das jeweilige Spiel oder Spielgenre spezifisch angepasst werden.

i5 Ein erfindungsgemäß ausgestattetes Eingabegerät 12 kann auch für andere Spiele- oder Steueranwendungen eingesetzt werden und beispielsweise auch auf Spielkonsolen oder sonstige elektronische Spielgeräte oder Simulationsgeräte einwirken und diese steuern.