Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Eingabesystems mit einem in einer Bewegungsebene verschiebbaren Bedienelement zur Durchführung von Eingaben in ein Eingabeempfangsgerät.

Derartige Eingabesysteme sind z. B. als (Computer-) Mäuse bekannt. Der Nutzer bewegt dabei mit der Hand die Maus auf dem Tisch, schaut mit den Augen dem Cursor zu und leitet so den Cursor an die Zielstelle auf dem Bildschirm. Meist erfolgen dabei eine Zick-Zack-Bewegung und zuerst grobe Bewegungen, dann feinere Bewegungen mit erhöhter Konzentration (genauem Hinschauen), um das Ziel zu treffen.

Somit ist für die Eingaben mit solchen Geräten eine Hand-Auge- Koordination nötig, welche die Aufmerksamkeit des Benutzers stark beansprucht. Das ist jedoch besonders dann von großem Nachteil, wenn der Benutzer nicht abgelenkt werden darf und sich stark auf die Eingabe an sich konzentrieren muss, beispielsweise bei bestimmten Computerprogrammen bzw. Computerspielen, beim Autofahren oder bei der Bedienung von Drohnen oder anderen Geräten.

Aus der DE 19626 249 Al ist daher eine Eingabeeinheit für ein Bediensystem für Fahrzeug-Bildschirmsysteme bekannt geworden, welche eine Führung für das Bedienelement entlang der x-y-Achse bietet. Mit dem Bedienelement wird ein Cursor auf einem Display bewegt. Dabei wirkt eine elektromotorische Halte- bzw. Stelleinrichtung auf das Bedienelement ein, sodass dessen Bewegbarkeit in x- oder y-Richtung freigeschaltet oder blockiert wird. Dadurch wird das Bedienelement innerhalb eines Programms nach Initiierung des Übergangs zu einer Unterfunktion oder nach Beendigung der Hauptfunktion entlang einer vom Rechner ausgewählten und freigeschalteten Verschieberichtung in die nächste im Programm vorgesehene Schaltposition geführt. Durch einen Soll-Ist-Vergleich der Positionen des Cursors und des Bedienelements kann das Bedienelement über die elektromotorische Verstelleinrichtung auch automatisch positioniert werden.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Möglichkeit zur Durchführung von Eingaben zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll eine gezielte und zugleich komfortable bzw. ergonomische Eingabe möglich sein, ohne dass der Benutzer ungünstig abgelenkt wird. Wünschenswert ist zudem, dass der Benutzer bei der Durchführung der Eingabe auch unterstützt werden kann. Einerseits soll die Bewegung möglichst sicher geführt werden, aber andererseits soll der Benutzer auch möglichst wenig oder gar nicht in der Wahl seiner Bedienung eingeschränkt werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben eines Eingabesystems mit einem in einer Bewegungsebene (insbesondere manuell) verschiebbaren Bedienelement zur Durchführung von (insbesondere manuellen) Eingaben in ein Eingabeempfangsgerät. Insbesondere wird das Bedienelement zur Durchführung einer Eingabe wenigstens teilweise manuell in der Bewegungsebene verschoben. Das Eingabesystem umfasst ein Führungssystem zur zweiachsigen Führung des Bedienelements in der Bewegungsebene entlang einer x-Achse und einer y-Achse. Eine Bewegbarkeit (Bewegung) des Bedienelements in der Bewegungsebene wird wenigstens während einer Eingabe (bzw. während einer zur Eingabe durchgeführten Bewegung) mit dem Führungssystem gezielt beeinflusst. Dazu wird das Bedienelement mittels einer steuerbaren Bremseinrichtung gebremst. Insbesondere kann das Bedienelement zusätzlich oder alternativ mittels einer Antriebseinrichtung wenigstens unterstützend verschoben werden. Dabei wird insbesondere die manuelle Bewegung des Bedienelements unterstützt. Das Bedienelement kann auch (wenigstens zeitweise) allein durch die Antriebseinrichtung angetrieben verschoben werden. Insbesondere werden die mit dem Bedienelement ausgeführten Bewegungen registriert und ausgewertet. Insbesondere wird daraus eine Vorhersage für das Zielgebiet der Bewegungen berechnet. Insbesondere wird die Bewegbarkeit des Bedienelements mittels des Führungssystems (wenigstens auch) unter Berücksichtigung der Vorhersage für das Zielgebiet beeinflusst. Vorzugsweise werden dadurch die mit dem Bedienelement ausgeführten Bewegungen zu dem Zielgebiet geführt, ohne dass die Bewegungen auf das Zielgebiet eingeschränkt sind. Insbesondere sind vom Zielgebiet abweichende Bewegungen möglich und werden vorzugsweise auch unterstützt.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet die gezielte Beeinflussung der Bewegung des Bedienelements durch das Führungssystem. Dadurch wird der Benutzer bei seiner Eingabe unterstützt und seine Bewegungen geführt, sodass sowohl einfache als auch komplexe Eingaben komfortabel und ergonomisch möglich sind. Zudem wird der Benutzer durch die Unterstützung erheblich weniger abgelenkt und kann sich so auf die eigentliche Bedienung konzentrieren. Beispielsweise ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, mit geschlossenen Augen mit dem Bedienelement eine Eingabe vorzunehmen, weil der Verfahrweg durch das Bremsen (passiv) oder den Antrieb (aktiv) vorgegeben werden kann. Durch das Führungssystem kann die Hand so geleitet werden, dass unnötige Bewegungen reduziert (Vermeidung eines „Mausarms") und die Augen und die Konzentration geschont werden. Ein besonderer Vorteil ist auch, dass die Führung der manuellen Bewegung sehr sicher und dennoch nicht „starr" ist. Die Führung erfolgt dynamisch und intelligent und kann auf individuelle Bedingungen zügig reagieren.

Vorzugsweise erfolgt die Auswertung der Bewegungen fortlaufend. Insbesondere wird die Vorhersage fortlaufend mit den aktuellen Daten der Auswertung korrigiert und/oder neu berechnet. Vorzugsweise erfolgt dadurch eine dynamische Vorhersage für das Zielgebiet. So kann auch ein spontan geänderter Benutzerwunsch schnell erkannt und berücksichtigt werden. Eine solche Situation ist beispielsweise, wenn der Benutzer plötzlich nicht mehr die Lautstärkeregelung auf dem Display erreichen will, sondern den Button zum Wechseln des Musiktitels drücken möchte.

In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die Auswertung der Bewegungen und/oder die Vorhersage des Zielgebiets mittels wenigstens eines Algorithmus des maschinellen Lernens erfolgen. Ein solcher Algorithmus kann auch als künstliche Intelligenz bezeichnet werden. Insbesondere kann sich der Algorithmus durch Auswertung der eigenen Berechnungen bzw. Vorhersagen und/oder des Benutzerverhaltens fortlaufend selbst optimieren. So können die Vorhersagen ständig verbessert werden.

Vorzugsweise wird zur Vorhersage des Zielgebiets ausgewertet, wie konsequent (zielstrebig) die Bewegungen des Bedienelements in eine bestimmte Richtung laufen. Wenn das Bedienelement z. B. über eine bestimmte Strecke quer oder direkt entgegengesetzt zur Vorhersage bewegt wird, dann wird die Vorhersage als unwahrscheinlich verworfen und anhand aktuellerer Daten neu berechnet. Ein Maß für die Konsequenz (Zielstrebigkeit) ist z. B. die Zeit (Dauer), die Strecke, die Kraft und/oder die Winkelabweichung der Bewegung.

Besonders bevorzugt wird die Bewegbarkeit des Bedienelements mittels des Führungssystems so beeinflusst, dass das Bedienelement in Richtung des vorhergesagten Zielgebiets mit einem geringeren Widerstand als in davon abweichende Richtungen bewegbar ist. Insbesondere wird der Widerstand umso höher eingestellt, desto größer die Abweichung von der Richtung des vorhergesagten Zielgebiets ist. Dazu kann die Bremseinrichtung insbesondere in Echtzeit den Widerstand für die Bewegbarkeit des Bedienelements anpassen. Der Widerstand wird insbesondere durch die Bremseinrichtung erzeugt. Vorzugsweise erfolgt wenigstens dann eine Korrektur des vorhergesagten Zielgebiets, wenn das Bedienelement oberhalb wenigstens eines Grenzwerts gegen den Widerstand Bremseinrichtung gedrückt wird. Der Grenzwert kann z. B. eine Zeit (Dauer), Strecke, Winkelabweichung und/oder eine Kraft beschreiben. Es kann auch berücksichtigt werden, wie konsequent (z. B. mit welcher Winkelabweichung) das Bedienelement entgegen der Richtung des vorhergesagten Zielgebiets gedrückt wird. Insbesondere erfolgt die Korrektur wenigstens dann, wenn das Bedienelement über längere Zeit gegen einen bestimmten erhöhten Widerstand gedrückt wird. Mit anderen Worten, wenn fortlaufend und/oder sehr stark gegen den Widerstand gedrückt wird, dann wird die Vorhersage als unwahrscheinlich verworfen und insbesondere anhand aktuellerer Daten neu berechnet.

Insbesondere wird zur Vorhersage des Zielgebiets wenigstens auch berücksichtigt, ob das Eingabeempfangsgerät wenigstens einen Bereich vorgibt, in welchem die Eingabe erfolgen soll. Insbesondere gibt dieser (virtuelle) Bereich dann den (physischen) Bereich vor, in den das Bedienelement im Rahmen der Eingabe bewegt werden soll. Beispielweise wird auf dem Display des Eingabeempfangsgeräts ein Hinweis angezeigt, der mit „OK" oder „Ablehnen" quittiert werden muss. Dadurch werden als Zielgebiete die Bereiche erkannt, in welche das Bedienelement bewegt werden muss, damit der Cursor auf „OK" oder „Ablehnen" steht. Durch weitere Überwachung der Bewegung kann dann sehr zügig und sicher berechnet werden, ob der Benutzer in Richtung „OK" oder „Ablehnen" zielt.

Besonders bevorzugt werden die tatsächlich angesteuerten Zielgebiete registriert und insbesondere mittels eines Algorithmus des maschinellen Lernens ausgewertet, sodass die Zuverlässigkeit für die Vorhersagen fortwährend optimiert werden kann. Insbesondere erfolgt das während einer oder mehrerer Sessions (Sitzungen). Insbesondere können dazu die Vorhersagen mit den tatsächlich angesteuerten Zielgebieten verglichen werden. Aus den tatsächlich angesteuerten Zielgebieten können auch Benutzervorlieben erkannt werden. Dann können für zukünftige Vorhersagen auch Benutzervorlieben berücksichtigt werden. So wird die Zuverlässigkeit weiter verbessert.

Beispielsweise umfasst eine grafische Benutzeroberfläche einer Tabellenkalkulation einen Bereich für die Tabelle und einen Bereich (Menüleiste) für Funktionen und Einstellungen. Wenn sich der Cursor in der Menüleiste befindet, wird der Widerstand für solche Bewegungen erhöht, welche zum Verlassen der Menüleiste führen würden. So wird ein unbeabsichtigtes Verlassen der Menüleiste verhindert. Möchte der Benutzer die Menüleiste dennoch verlassen und zum Bereich der Tabelle wechseln, kann er den höheren Widerstand einfach „Überdrücken". Dann sind Bewegungen im Bereich der Tabelle wieder mit einem geringeren Widerstand möglich. Wenn dann z. B. Zahlenwerte aus einer Zelle in die Zwischenablage (Clipboard) kopiert werden, wird automatisch eine haptische Rasterung aktiviert. Dadurch muss beim Wechsel von einer Spalte oder Zeile oder Zelle zur anderen stets ein kurzer Widerstand „überdrückt" werden. So kann die richtige Zelle, in die der Zahlenwert eingefügt werden soll, intuitiv gefunden werden. Je nach Verhalten des Benutzers bei Aktivität der Hilfen, lernt der Algorithmus dazu und optimiert die Hilfen für die Zukunft. Wenn z. B. aufgrund körperlicher Beeinträchtigung ein versehentliches Überdrücken der gewünschten Zelle häufiger vorkommt, kann der Widerstand angepasst werden. Wenn bestimmte Hilfen durch „Klicken" deaktiviert werden, werden diese nicht mehr oder selten aktiviert. Funktionen in der Menüleiste, welche nach einer bestimmten Bewegung oder Funktion häufig angesteuert werden, werden vom Algorithmus erkannt. Dieser hilft dann durch gezieltes Bremsen der Bewegung des Bedienelements den Cursor zu solchen Funktionen in der Menüleiste zu führen.

Es ist möglich und vorteilhaft, dass für eine Eingabe, bei welcher das Bedienelement zu einem Zielpunkt zu verschieben ist, die Bewegbarkeit des Bedienelements mittels des Führungssystem so beeinflusst wird, dass das Bedienelement nur auf einem Weg zum Zielpunkt verschoben werden kann, welcher nicht mehr als 15 % und vorzugsweise nicht mehr als 10 % und besonders bevorzugt nicht mehr als 5 % vom kürzesten (direkten) Weg abweicht. Möglich ist auch, dass das Bedienelement nur auf dem kürzesten Weg verschoben werden kann. Unter dem kürzesten Weg wird insbesondere ein direkter Weg zwischen einem Ausgangspunkt und dem Zielpunkt verstanden. Dadurch werden unnötige und belastende Bewegungen wirkungsvoll vermieden.

Möglich und bevorzugt ist auch, dass für eine Eingabe, bei welcher das Bedienelement über wenigstens einen Zwischenpunkt zum Zielpunkt zu verschieben ist, die Bewegbarkeit des Bedienelements mittels des Führungssystem so beeinflusst wird, dass das Bedienelement nur über den Zwischenpunkt zum Zielpunkt verschoben werden kann. Beispielsweise ist der Zielpunkt ein Feld zur Bestätigung einer Auswahl in einem Programm. Der Zwischenpunkt ist dann zum Beispiel ein Feld, welches vor der Bestätigung noch angeklickt werden muss, beispielsweise ein Hinweisfeld oder Sicherheitsabfrage. Es können auch zwei oder mehr Zwischenpunkte vorgesehen sein.

Es ist bevorzugt, dass für eine Eingabe, bei welcher das Bedienelement zu einem Zielpunkt zu verschieben ist, die Bewegbarkeit des Bedienelements mittels des Führungssystems gezielt gebremst und/oder mit haptischen Signalen beeinflusst wird, wenn sich das Bedienelement dem Zielpunkt annähert und/oder den Zielpunkt erreicht und/oder davon entfernt. Eine solche Ausführung kann auch als Fangmodus bezeichnet werden. Durch das gezielte Beeinflussen der Bewegung in der Nähe oder am Zielpunkt wird das Bedienelement „gefangen". So kann beispielsweise ein Cursor sicher und komfortabel zu einer gewünschten Position auf einem Display bewegt werden, auch wenn der Benutzer auf einer Baumaschine mit Erschütterungen sitzt.

Insbesondere kann der Fangmodus durch ein Weiterbewegen des Bedienelements mit einem erhöhten Kraftaufwand überwunden werden. Möglich ist auch, dass die Bewegbarkeit im Fangmodus blockiert wird, sodass auch mit erhöhtem Kraftaufwand kein Weiterbewegen des Bedienelements möglich ist. Das ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn eine gefährliche oder kritische Eingabe unterbunden werden muss, beispielsweise bei der Bedienung einer Maschine außerhalb des sicheren Betriebszustandes.

Insbesondere wird die Bewegbarkeit erschwert und/oder blockiert, wenn sich das Bedienelement dem Zielpunkt annähert oder den Zielpunkt erreicht. Vorzugsweise kann das Bedienelement auch mit wenigstens einem haptischen Signal gebremst werden, wenn es sich dem Zielpunkt annähert oder den Zielpunkt erreicht. Vorzugsweise ist ein gleitendes Anfahren des Zielpunktes und/oder des Zwischenpunktes vorgesehen. Beispielsweise kann bei Erreichen des Zielpunktes stärker gedämpft werden, sodass der Benutzer das Erreichen des Zielpunktes tatsächlich spüren kann. Das ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn im Rahmen der Eingabe Menüpunkte eines Officeprogramms oder sonstige Auswahlbereiche auf einem Display erreicht werden sollen.

Vorzugsweise wird für eine Eingabe, bei welcher das Bedienelement entlang einer definierten Bewegungsbahn zu verschieben ist, die Bewegbarkeit des Bedienelements mittels des Führungssystems gezielt gebremst und/oder mit haptischen Signalen beeinflusst und/oder aktiv unterstützt (z. B. aktiv auf die Bewegungsbahn zurückgeschoben), wenn das Bedienelement um ein bestimmtes Maß von der Bewegungsbahn abweicht.

Beispielsweise geht eine virtuelle Person durch ein virtuelles Szenario und beispielsweise ein Gebäude. Die Bewegungsbahn entspricht dann den im Szenario vorgesehenen

Bewegungsmöglichkeiten, beispielsweise beschränkt durch die Wände des Gebäudes. Eine solche Bewegungsbahn kann auch durch eine sichere bzw. geforderte Flugbahn einer Drohne oder Bewegungsbahn einer Maschine oder eines Fahrzeugs vorgegeben sein. Auch bei einer Software mit Auswahlmöglichkeiten oder beim Zeichnen mit einem Zeichenprogramm können solche Bewegungsbahnen vorgesehen sein. Die Bewegungsbahn ist insbesondere durch eine Vielzahl von Bewegungsrichtungen und/oder Punkten (X-Y-Positionen) in der Bewegungsebene definiert.

Bevorzugt ist auch, dass für eine Eingabe, bei welcher das Bedienelement entlang einer definierten Bewegungsbahn zu verschieben ist, die Bewegbarkeit des Bedienelements mittels des Führungssystems gezielt freigegeben und/oder mit haptischen Signalen beeinflusst und/oder aktiv unterstützt wird, wenn sich das Bedienelement der Bewegungsbahn annähert und insbesondere nach einer Abweichung wieder annähert. Dadurch kann der Benutzer sicher und einfach wieder zur gewünschten Bewegungsbahn zurückfinden.

Vorzugsweise wird das Bremsen und/oder das haptische Signal und/oder die aktive Unterstützung umso stärker, je größer die Abweichung von der Bewegungsbahn wird. Vorzugsweise wird das Bremsen und/oder das haptische Signal und/oder die aktive Unterstützung umso schwächer, je größer die Annäherung an die Bewegungsbahn wird. Die aktive Unterstützung kann auch umso stärker „nachschieben", je größer die Annäherung an die Bewegungsbahn wird.

Die Stärke des haptischen Signals kann beispielsweise der Frequenz eines Vibrierens bzw. Ratterns entsprechen. Die Stärke des haptischen Signals kann beispielsweise auch durch die notwendige Kraft zum Weiterbewegen des Bedienelements definiert sein.

In allen Ausgestaltungen ist es möglich und bevorzugt, dass für eine Eingabe, bei welcher das Bedienelement zu einem Zielpunkt und/oder entlang einer definierten Bewegungsbahn zu verschieben ist, das Bedienelement mittels des Führungssystems wenigstens zeitweise aktiv mitbewegt oder sogar ausschließlich aktiv bewegt wird. Das kann beispielsweise von Vorteil sein, um die Rückkehr zu einem Auswahlpunkt einer Software oder auf eine sichere Flugbahn einer Drohne oder auf eine sichere Betriebsposition einer Maschine zu erleichtern bzw. automatisch auszuführen.

Insbesondere können das aktive Mitbewegen und das Bremsen parallel vorgesehen sein. Beispielsweise wird bei einer Abweichung gebremst und bei einer Annäherung aktiv mitbewegt. Beispielsweise kann der Wechsel zwischen Mitbewegen und Bremsen in Echtzeit erfolgen. In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt und vorteilhaft, dass eine Bewegungsbahn und/oder ein Zielpunkt für eine Eingabe automatisch ermittelt werden. Besonders bevorzugt werden die Bewegungsbahn und/oder der Zielpunkt situationsabhängig ermittelt. Insbesondere werden die Bewegungsbahn und/oder der Zielpunkt mittels künstlicher Intelligenz ermittelt. Insbesondere wird dazu ein Verfahren des maschinellen Lernens angewendet.

Durch Erkennung des Zielpunktes bzw. der Bewegungsbahn können dann ungünstige oder gefährliche Eingaben blockiert oder erschwert werden und günstige Eingaben unterstützt oder sogar automatisch ausgeführt werden.

In allen Ausgestaltungen ist es möglich und vorteilhaft, dass eine Bewegbarkeit des Bedienelements mit dem Führungssystem auch in Abhängigkeit davon beeinflusst wird, was für eine Eingabe in dem Eingabeempfangsgerät vorgenommen wird. Beispielsweise kann die Bewegbarkeit in Abhängigkeit davon beeinflusst werden, wie feinfühlig bzw. exakt eine Eingabe erfolgen muss. So ist beispielsweise für das Zeichnen von feinen Strukturen eine größere Unterstützung vorgesehen als für das Auswählen großer Elemente bzw. Menüflächen. Insbesondere sendet das Eingabeempfangsgerät dazu Steuerbefehle an das Führungssystem. Insbesondere ist eine Bewegbarkeit des Bedienelements mit dem Führungssystem auch in Abhängigkeit eines Steuerbefehls des Eingabeempfangsgerät beeinflussbar.

Insbesondere kann die Bewegbarkeit des Bedienelements in Abhängigkeit eines virtuellen Szenarios beeinflusst werden. Insbesondere wird die Bewegbarkeit umso stärker gebremst, desto höher eine im Szenario fiktiv aufzuwendende Kraft und/oder desto schwieriger eine im Szenario fiktiv vorzunehmende Handlung ist. Vorzugsweise wird wenigstens ein haptisches Signal in Abhängigkeit des Szenarios erzeugt. Beispielsweise wird ein am Bedienelement spürbares Rattern erzeugt, wenn im Szenario ein Fahrzeug über einen unebenen Untergrund fahren muss. Insbesondere wird das Szenario mittels einer Software simuliert.

Die Dämpfung der Bewegung des Bedienelements (in Form einer Computermaus) kann in Office-Anwendungen die Größe von Dateien und Ordnern anzeigen, wenn diese vom Benutzer im Speicherort verschoben werden, der Benutzer fühlt das virtuelle Gewicht.

Große Dateien oder Ordner, die viel Speicherplatz benötigen, fühlen sich für den Benutzer „schwer" an. Die Dämpfung wird erhöht und die Bewegung der Maus dadurch erschwert. Kleinere Ordner und Dateien lassen sich leichter verschieben, die Dämpfung wird kleiner eingestellt.

Vorzugsweise kann die Bewegbarkeit des Bedienelements in Abhängigkeit einer realen Situation beeinflusst werden. Vorzugsweise wird die Bewegbarkeit gebremst und insbesondere blockiert, wenn sonst in der realen Situation ein kritischer Betriebszustand erzeugt würde. Beispielsweise wird die Bewegbarkeit des Bedienelements in Abhängigkeit eines Betriebszustandes einer Drohne oder eines Fahrzeugs beeinflusst. Dann wird die Bewegbarkeit gebremst oder sogar blockiert, wenn mit der Drohne oder dem Fahrzeug eine kritische Flugbewegung bzw. Fahrbewegung ausgeführt werden soll.

Insbesondere kann eine Bewegbarkeit des Bedienelements mit dem Führungssystem in Abhängigkeit einer Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit des Bedienelements beeinflusst werden. Dadurch können insbesondere zu schnelle oder ruckartige Bewegungen des Bedienelements gedämpft werden.

In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass das Bedienelement ortsabhängig gezielt gebremst wird. Insbesondere kann dadurch eine Rasterung haptisch nachgebildet werden. Insbesondere kann das Bedienelement an einer Rastposition einer solchen Rasterung ohne zusätzlichen Kraftaufwand nicht weiter bewegt werden.

Insbesondere kann eine Bewegbarkeit des Bedienelements mit dem Führungssystem so beeinflusst werden, dass das Bedienelement entlang einer Bewegungsbahn mit einer Mehrzahl von Rastpositionen und/oder ortsabhängigen Blockierungen verschoben werden kann. Insbesondere kann dadurch eine Kulissenmechanik und z. B. eine H- Schaltung simuliert werden. Insbesondere können beliebige Bewegungsbahnen mit möglichen Abzweigungen und Sackgassen mit oder ohne Rasterung haptisch (also am Bedienelement spürbar) nachgebildet werden. Das kann auch von Vorteil sein, wenn bestimmte Bewegungsabläufe trainiert oder erlernt werden sollen, beispielsweise zum Erlernen von Eingaben für eine Software oder bei einer Rehabilitation.

Vorzugsweise ist das Bedienelement druckempfindlich ausgebildet. Insbesondere erfolgt die Eingabe auch in Abhängigkeit des Drucks auf das Bedienelement. So kann beispielsweise beim Gaming eine virtuelle Person umso höher springen, desto stärker auf das Bedienelement gedrückt wird. Möglich ist auch, dass in Abhängigkeit des Drucks eine schnellere Anpassung eines Parameters und beispielsweise einer Lautstärke erfolgt. Möglich ist auch, dass das Bedienelement als ein Schalter (Druckschalter, Wippschalter...) ausgebildet ist und dass durch Drücken auf das Bedienelement eine Eingabe erfolgen kann. Es ist möglich, dass durch einen Druck auf das Bedienelement eine zuvor vorgenommene Beeinflussung der Bewegbarkeit und beispielsweise eine Blockierung aufgehoben werden kann.

Vorzugsweise ist das Bedienelement als ein Fingerabdrucksensor ausgebildet. Insbesondere wird die Bewegbarkeit des Bedienelements in Abhängigkeit eines erfassten Fingerabdrucks beeinflusst. Beispielsweise können so Eingaben für nicht autorisierte Benutzer gesperrt werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Bewegbarkeit des Bedienelements zur Unterstützung bei Eingaben und/oder zur Unterstützung beim Erlernen von Eingabefähigkeiten beeinflusst. Dazu werden Bewegungen auf bestimmten Bewegungsbahnen gezielt unterstützt und/oder verhindert. Dadurch können Neueinsteiger oder ältere Menschen beim Erlernen von Computerfähigkeiten angeleitet werden und können zudem spürbare Rückmeldungen erhalten.

Vorzugsweise ist die Bewegbarkeit des Bedienelements zwischen frei bewegbar und blockiert mit einer Frequenz von wenigstens 10 Hz und vorzugsweise wenigstens 15 Hz oder höher um schaltbar. Dadurch können besonders gut wahrnehmbare haptische Signale erzeugt werden. Durch die Anpassung der Frequenz können die Signale dann beispielsweise stärker oder schwächer ausgestaltet werden.

Insbesondere kann die Bewegbarkeit des Bedienelements von frei bewegbar bis vollständig für die betriebsgemäß am Bedienelement auftretende manuell erzeugbare Kraft blockiert eingestellt werden. Insbesondere kann nach einer Eingabe die Bewegbarkeit des Bedienelements solange verzögert oder blockiert werden, bis wenigstens eine weitere Benutzereingabe erfolgt ist (z. B. durch Drücken auf das Bedienelement). Insbesondere wird die Bewegbarkeit des Bedienelements in Echtzeit angepasst.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter „Freigeben" insbesondere verstanden, dass nur ein betriebsgemäßes Grundmoment der Bremseinrichtung vorliegt, ohne dass eine zusätzlich aufgeschaltete (magnetorheologische) Verzögerung, beispielsweise durch Bestromung einer Spuleneinrichtung der Bremseinrichtung, vorliegt.

Vorzugsweise wird das Führungssystem mit einem lernfähigen Algorithmus angesteuert. Insbesondere erfolgt die Beeinflussung der Bewegbarkeit des Eingabeelements mit einem lernfähigen Algorithmus. Insbesondere basiert der lernfähige Algorithmus auf einem Verfahren des maschinellen Lernens bzw. einer künstlichen Intelligenz. Beispielsweise können das Bremsmoment oder die haptischen Signale an die Kräfte bzw. Gewohnheiten des Benutzers automatisch angepasst werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem haptischen Signal insbesondere einer gezielte Abfolge von sich (schnell) ändernden Bremsmomenten und/oder Antriebsmomenten (auch Rippel/Tics/Raster genannt). Insbesondere spürt der Benutzer das haptische Signal als ein Vibrieren. Möglich ist auch, dass als haptisches Signal ein erhöhter Kraftaufwand zum Weiterbewegen des Bedienelements vorgesehen ist. Dann ist beispielsweise ein (kräftiges) Weiterdrücken des Bedienelements nötig, um die Eingabe fortzusetzen oder eine Rastposition zu überwinden.

In allen Ausgestaltungen ist es möglich, dass die haptischen Signale mit akustischen und/oder optischen Signalen ergänzt und/oder ersetzt werden. Insbesondere umfasst das Führungssystem akustische und/oder optische Signalgeber. Möglich ist auch, dass die akustischen Signale durch ein Blockieren und Freigeben der Bewegbarkeit mittels der Bremseinrichtung in einem hörbaren Frequenzbereich umgesetzt werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Beeinflussen der Bewegbarkeit des Bedienelements ein passives und/oder wenigstens teilweise aktives Vorgeben einer Bewegungsrichtung und/oder Bewegungsbahn verstanden. Vorzugsweise wird die Bewegbarkeit des Bedienelements nur durch die Bremseinrichtung (also rein passiv; nur durch Bremsen) vorgegeben. Möglich ist aber auch, dass das Bedienelement derart beeinflusst wird, dass es (vollständig (also ohne manuelle Bewegung) oder teilweise (also ergänzend zur manuellen Bewegung)) aktiv mittels der Antriebseinrichtung in eine bestimmte Bewegungsrichtung und/oder entlang einer bestimmten Bewegungsbahn verschoben wird. Beispielsweise kann eine aktive Rückstellung in eine Ruhestellung (Nullstellung) erfolgen. In allen Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass sowohl positive als auch negative (haptische) Rückmeldungen für die ausgeführte Bewegung des Bedienelements erfolgen. Es ist möglich, dass die Antriebseinrichtung (nur) für solche Rückmeldungen vorgesehen ist.

Insbesondere umfasst das Führungssystem für jeweils einen Arm wenigstens eine Bremseinrichtung und/oder Antriebseinrichtung. Bevorzugt ist die Bremseinrichtung magnetorheologisch ausgebildet. Die Bremseinrichtung umfasst insbesondere wenigstens ein magnetfeldempfindliches magnetorheologisches Medium (insbesondere flüssiges oder gasförmiges Trägermedium mit festen Partikeln) und wenigstens eine (Magnet-)

Felderzeugungseinrichtung (insbesondere elektrische Spuleneinrichtung) zu Erzeugung und Steuerung einer Feldstärke zugeordnet. Durch die Felderzeugungseinrichtung und das Medium wird dabei insbesondere die Bewegbarkeit von zwei relativ zueinander bewegbaren Dämpferkomponenten bzw. Bremskomponenten der Bremseinrichtungen gezielt mit einem Verzögerungsmoment beaufschlagt. Insbesondere erfolgt die Einstellung eines Verzögerungsmoments durch Ansteuerung der

Felderzeugungseinrichtung mit einem bestimmten Strom und/oder einer bestimmten Spannung oder einem geeigneten Signal.

Vorzugsweise sind die Bremseinrichtungen und/oder Antriebseinrichtungen insbesondere mittels wenigstens einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit einer sensorisch erfassten Position der Arme ansteuerbar. Insbesondere ist eine Dämpfung in Abhängigkeit der Position der Arme einstellbar. Insbesondere ist für die Arme jeweils eine unterschiedliche Dämpfung einstellbar. Insbesondere sind die Bremseinrichtungen mittels der Steuereinrichtung in Echtzeit einstellbar. Beispielsweise kann so ein haptisches Signal bzw. eine haptische Rückmeldung erfolgen, wenn die Arme im Rahmen einer manuellen Bedienung bewegt werden bzw. eine Eingabe mit dem Bedienelement vorgenommen wird.

Insbesondere wird entlang der zweiachsigen Führung angetrieben und/oder gebremst. Insbesondere werden eine oder beide Achsen gebremst und/oder bewegt. Insbesondere kann die Bewegung in eine oder beide Richtungen (vorwärts und rückwärts) entlang jeweils einer Achse gebremst und/oder angetrieben werden. Insbesondere können bestimmte Punkte in der Bewegungsebene (X-Y-Position) gesperrt und/oder gezielt angefahren werden.

Die Erfindung kann auch vorteilhaft für Kreuztische bei Werkzeugmaschinen und zum Beispiel Fräsen eingesetzt werden. Vorteilhaft kann die Erfindung auch zum Bewegen von Probentischen, z. B. bei Mikroskopen, eingesetzt werden. Auch für andere Anwendungen, welche eine präzise zweiachsige Bewegung erfordern, kann die Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden.

Die Anmelderin behält sich vor, ein Führungssystem zu beanspruchen, welches dazu geeignet und ausgebildet ist, das

Verfahren auszuführen.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine rein schematische Darstellung eines Führungssystems in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;

Fig. 2 eine andere rein schematische Darstellung des

Führungssystems nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;

Fig. 3 eine Detaildarstellung des Führungssystems nach Fig. 2 in einer Ansicht von unten;

Fig. 4 eine Detaildarstellung des Führungssystems nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten;

Fig. 5 eine weitere Detaildarstellung des Führungssystems nach

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben; und

Fig. 6 eine rein schematische Darstellung des Führungssystems mit einer Koppeleinrichtung mit einer Koppeleinheit in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;

Fig. 7 eine Detaildarstellung der Koppeleinrichtung des

Führungssystems nach Fig. 6 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten;

Fig. 8 die Koppeleinrichtung nach Fig. 7 in einer Seitenansicht;

Fig. 9 die Koppeleinrichtung nach Fig. 7 in einer Vorderansicht; Fig. 10 eine Detaildarstellung des FührungsSystems nach Fig. 6 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;

Fig. 11 eine rein schematische Darstellung eines Lenkrads mit einem Führungssystem;

Fig. 12 eine rein schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit einem Führungssystem; und

Fig. 13 eine Skizze zur Durchführung von Eingaben mit dem FührungsSystem.

Die Figur 1 zeigt ein Führungssystem 1 zur Führung einer Bewegung entlang einer x-Achse 11 und einer y-Achse 21. Das Führungssystem 1 umfasst eine Führungseinrichtung 2 mit einem ersten Arm 12 und einem zweiten Arm 22 sowie mit einer Tragstruktur 32.

Mit Bezug zu der Figur 1 und den Detaildarstellungen der Figuren 3 bis 5 wird das Führungssystem 1 nachfolgend beispielhaft beschrieben.

Der erste Arm 12 ist entlang der x-Achse 11 an der Tragstruktur 32 verschiebbar gelagert. Der zweite Arm 22 ist entlang der y- Achse verschiebbar an der Tragstruktur 32 gelagert. Somit können die x-Achse 11 auch als Bewegungsachse des ersten Arms 12 und die y-Achse 21 als Bewegungsachse des zweiten Arms 22 bezeichnet werden.

Die Arme 12, 22 sind hier mit jeweils zwei Linearführungen 5 an der Tragstruktur 32 gelagert. Eine Detaildarstellung der Linearführungen 5 ist in der Figur 5 gezeigt. Die Linearführungen 5 sind jeweils an gegenüberliegenden Endbereichen 120, 220 der Arme 12, 22 angeordnet. Insgesamt sind die Linearführungen 5 hier H-förmig angeordnet.

Die Linearführungen 5 umfassen hier jeweils zwei Gleitschienen 15, 25. Davon ist eine Gleitschiene 25 an der Tragstruktur 32 und eine Gleitschiene 15 an dem Arm 12, 22 befestigt. Die eine Gleitschiene 25 umgreift hier die andere Gleitschiene 15 formschlüssig, sodass sich eine Schwalbenschwanzverbindung ergibt. Dadurch verbleiben die Drehdämpfer 14 zusammen mit ihren Zahnrädern 54 ortsfest an der Tragstruktur 32, während sich die Zahnstangen 44 zusammen mit den Armen 12, 22 bewegen. Die Gleitschienen 15, 25 können aus die Reibung reduzierendem Material gefertigt oder damit beschichtet sein.

Die Arme 12, 22 überkreuzen sich in einem Kreuzungspunkt 42 und sind dort mittels einer Koppeleinrichtung 3 gezielt bewegbar miteinander verbunden. Die Koppeleinrichtung 3 umfasst ein Koppelelement 13, welches hier durch einen Schlitten 23 und einen Koppelstab 63 bereitgestellt wird. Eine Detaildarstellung des Schlittens 23 und des Koppelstabs 63 ist in der Figur 4 gezeigt. In alternativen Ausgestaltungen können auch nur der Schlitten 23 oder nur der Koppelstab 63 zur Kopplung der Arme 12, 22 vorgesehen sein.

Der Schlitten 23 ist hier mittels vier Rollen 53 auf dem ersten Arm 12 gelagert. Dabei laufen jeweils zwei in einer Spur angeordnete Rollen 53 in einer Führungsnut 43 des ersten Arms 12. Der Schlitten 23 weist hier eine Durchführung 33 auf, durch welche sich der zweite Arm 22 erstreckt.

Der Koppelstab 63 erstreckt sich hier durch eine als Langloch ausgebildete Führungsnut 43, welche im zweiten Arm 22 angeordnet ist. Der Koppelstab 63 erstreckt sich von dort weiter in eine ebenfalls als Langloch ausgebildete Führungsnut 43 des ersten Arms 12. Der Koppelstab 63 erstreckt sich hier auch durch den Schlitten 23.

Die Koppeleinrichtung 3 und ihre Anordnung an dem zweiten Arm 22 ist in der Detaildarstellung der Figur 3 besonders gut zu erkennen. Dort ist der zweite Arm 22 mit seinen Linearführungen 5 und der Bremseinrichtung 4 von unten gezeigt. So ist besonders gut zu erkennen, wie sich der zweite Arm 22 durch die Durchführung 33 erstreckt. Gut zu erkennen ist auch der Koppelstab 63, welcher sich durch die als Langloch ausgebildete Führungsnut 43 im zweiten Arm 22 erstreckt.

Wird der Schlitten 23 entlang der x-Achse 11 bewegt, zieht er so den oberen bzw. zweiten Arm 22 in x-Richtung mit. In der Mitte des Schlittens 23 ist das Langloch bzw. eine Bohrung, durch die der Koppelstab 63 durchtreten kann. Der Koppelstab 63 ragt bis in den unteren bzw. ersten Arm 12. So wird auch der erste Arm 12 mitbewegt, wenn der Schlitten 23 entlang der y-Richtung bewegt bzw. gezogen wird.

Die hier gezeigte Koppeleinrichtung 3 hat den besonderen Vorteil, dass die Arme 12, 22 sich nur in eine (ihre) Richtung bewegen (entweder x-Richtung oder y-Richtung). So können die nachfolgend beschriebenen Bremseinrichtungen 4 an einem Platz festmontiert werden und müssen nicht beweglich sein. Nur das Koppelelement 13 und ggf. das darauf befindliche Bedienelement 6 können sich in x- und y-Richtung bewegen.

Die Bewegungen der Arme 12, 22 sind hier mittels jeweils einer Bremseinrichtung 4 gedämpft. Die Bremseinrichtungen 4 sind hier als Drehdämpfer 14 ausgebildet und ortsfest an der Tragstruktur 32 befestigt. Mittels einer hier als Zahnstangengetriebe 34 ausgebildeten Getriebeeinrichtung 24 werden die linearen Bewegungen der Arme 12, 22 in Rotationsbewegungen der Drehdämpfer 14 umgesetzt.

Dabei sind die Drehdämpfer 14 hier mit jeweils einem Zahnrad 54 ausgestattet, welches in einer Zahnstange 44 kämmt. Die Zahnstangen 44 sind hier an jeweils einem Endbereich 120, 220 der Arme 12, 22 angeordnet. Die Zahnstangen 44 verlaufen parallel zur Bewegungsachse 11, 21 der Arme 12, 22 und parallel zu den Linearführungen 5. Die Drehdämpfer 14 verbleiben zusammen mit ihren Zahnrädern 54 ortsfest an der Tragstruktur 32, während sich die Zahnstangen 44 zusammen mit den Armen 12, 22 bewegen. Damit die Zahnstangen 44 nicht gegeneinanderstoßen, ist die untere Zahnstange 44 unterhalb des zugehörigen Drehdämpfers 14 angeordnet. Die obere Zahnstange 44 ist oberhalb des zugehörigen Drehdämpfers 14 angeordnet.

Das hier gezeigte Führungssystem 1 kann besonders vorteilhaft in einem Eingabesystem 60 zum Einsatz kommen. Das Eingabesystem 60 umfasst ein Bedienelement 6, welches mit dem Koppelelement 13 verbunden ist. Zur besseren Sichtbarkeit der Koppeleinrichtung 3 ist das Bedienelement 6 in der Figur 1 nicht dargestellt. Das Eingabesystem 60 wird mit einem Eingabeempfangsgerät 100 verbunden, um dort Eingaben vorzunehmen bzw. dieses zu bedienen.

In der Figur 2 ist das zuvor beschriebene Führungssystem 1 bzw. das Eingabesystem 60 in einer anderen Darstellung gezeigt, bei der auch das Bedienelement 6 eingezeichnet ist. In der Figur 3 ist das Bedienelement 6 in einer Ansicht von unten gezeigt. Das Bedienelement 6 ist hier beispielsweise zur Bedienung mit einem Finger ausgebildet. So kann das Bedienelement 6 mit dem Finger bewegt werden, um beispielsweise einen Cursor auf einem Display oder eine Maschine und beispielsweise einen Kran oder Roboter oder ein anderes Eingabeempfangsgerät 100 zu steuern. Das Bedienelement 6 kann auch als Bedientisch bzw. Bedienfläche bezeichnet werden.

Das Bedienelement 6 kann hier einen Fingerabdrucksensor enthalten. Wenn der Benutzer die Oberfläche mit seinen Fingern/seinem Finger berührt, wird der Fingerabdruck gescannt und nur autorisierte Personen können das jeweilige Gerät bedienen.

Alternativ kann das Bedienelement 6 auch mit einem in der Figur 2 rein schematisch skizzierten Computermauskörper 16 ausgestattet sein. Um eine Eingabe vorzunehmen, wird der Computermauskörper 16 dann beispielsweise mit einer Hand umgriffen und so bewegt, wie man es von einer Computermaus gewöhnt ist. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Computermaus wird die Bewegung des

Computermauskörpers 16 jedoch entlang der x- und y-Achse geführt und zugleich gedämpft. Dadurch sind auch unter sehr unruhigen Bedingungen und z. B. in einem Off-Highway-Fahrzeug zuverlässige Eingaben möglich.

Die hier gezeigten Bremseinrichtungen 4 sind magnetorheologisch ausgeführt und gezielt ansteuerbar, sodass gezielt stark unterschiedliche Dämpfermomente bzw. Bremsmomente eingestellt werden können. Beispielsweise kann die Bewegung der Arme 12, 22 mittels der Bremseinrichtungen 4 blockiert werden, sodass keine manuelle Bewegung bei bestimmungsgemäßer Krafteinwirkung möglich ist. Die Bremseinrichtungen 4 können auch so eingestellt werden, dass kein bzw. nahezu kein Bremsmoment mehr anliegt und ein Freilauf möglich ist.

Zudem kann das Bremsmoment hier in Echtzeit eingestellt werden, sodass beispielsweise ein sehr hochfrequentes Raster oder ein Vibrieren während der Bewegung der Arme 12, 22 möglich ist. So können korrekte oder falsche Eingaben durch ein Vibrieren quittiert werden. Insgesamt ermöglichen die Bremseinrichtungen 4 gezielte haptische Rückkopplungen während der Bedienung bzw. während einer Eingabe. So können beispielsweise ein bestimmter Bewegungsbereich oder eine Achse 11, 21 gesperrt bzw. gezielt freigegeben werden. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass ungünstige oder gar gefährliche Eingaben vorgenommen werden. Um Menüpunkte zuverlässig und ohne Hinschauen auswählen zu können, kann eine Rasterung für die Bewegung generiert werden.

Um die Bremseinrichtungen 4 gezielt ansteuern zu können, wird die Position der Arme 12, 22 beispielsweise mittels Drehsensoren 64 erfasst. Die Drehsensoren 64 sind hier in den Drehdämpfern 14 integriert und erfassen deren Drehwinkelstellung. So kann das Bremsmoment in Abhängigkeit des Drehwinkels angepasst werden. Möglich ist auch eine Erfassung der Position der Arme 12, 22 mittels eines optischen Sensormittels 74. Das ermöglicht eine besonders hohe Auflösung für die Abtastung. Das Sensormittel 74 kann, wie in der Figur 2 gezeigt, z. B. unterhalb des Bedienteils 6 angeordnet sein. Beispielsweise wird dazu eine Oberfläche, über welche das Bedienelement 6 bewegt wird, mittels einer an dem Bedienelement 6 befestigten Lichtquelle (LED, Laser...) beleuchtet. Die Reflexionen werden dann mit einem optischen Sensor erfasst und zur Bestimmung der relativen Position ausgewertet. Es können auch sowohl Drehsensoren 64 als auch optische Sensormittel 74 vorgesehen sein.

Zur Auswertung der Sensorsignale und zur Ansteuerung der Bremseinrichtungen 4 in Abhängigkeit der Sensorsignale ist hier eine Steuereinrichtung 8 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 8 ist beispielsweise an der Tragstruktur 32 befestigt, wie es in der Figur 2 gezeigt ist. Die Steuereinrichtung 8 kann mit dem Eingabeempfangsgerät 100 gekoppelt werden.

Das hier gezeigte Führungssystem 1 ermöglicht geführte zweidimensionale Bewegungen, die bei der Bedienung von Touchpads für Computer oder andere geeignete Geräte besonders hilfreich sind. Die Erfindung kann auch als Mauspad mit integrierter Computermaus, als 2-D-Joystick für z. B. Off-Highway-Fahrzeuge oder Nutzfahrzeuge (z. B. Kran, Gabelstapler etc.) oder für z. B. medizinische Geräte eingesetzt werden. Es ist auch vorteilhaft, den gesamten Aufbau (erheblich) größer zu gestalten, zum Beispiel als bewegbare Bodenplatte, auf der ein Stuhl steht, der bewegt werden kann (anstelle eines Bürostuhls mit Rädern). Auch denkbar ist dieser Aufbau als menschliche Hinterteilauflage in einem Sitz eines Simulators (z.B. Gaming-Simulator) oder unter dem ganzen Sitz, um dadurch Fahrzeugbewegungen nachzuahmen (z.B. Bremsen, Beschleunigen, Querkräfte).

Das Führungssystem 1 kann auch mit einer hier nicht näher dargestellten Antriebseinrichtung 7 ausgestattet sein. Dadurch können die Arme 12, 22 motorisch bewegt werden, sodass gezielte Positionierbewegungen ausgeführt werden können. Beispielsweise sind dann anstelle der hier gezeigten Bremseinrichtungen 4 elektrische Antriebsmotoren vorgesehen.

Durch die Führungseinrichtung 2 sind die Positionierbewegungen zweiachsig geführt. Die Arme 12, 22 können besonders präzise positioniert werden, da für beide Achsen 11, 21 nahezu gleiche Antriebskräfte notwendig sind.

Mit Bezug zu den Figuren 6 bis 12 wird nachfolgend eine besonders vorteilhafte Ausführung der Koppeleinrichtung 3 des zuvor beschriebenen Führungssystems 1 vorgestellt. Die Koppeleinrichtung 3 ist hier mit einem Koppelelement 13 ausgestattet, welches ergänzend zu dem Schlitten 23 und dem Koppelstab 63 noch eine Koppeleinheit 9 aufweist.

Die Koppeleinheit 9 umfasst hier vier Koppelträger 19, welche an einem oberen Koppelteil 39 und an einem unteren Koppelteil 29 befestigt und dadurch miteinander verbunden sind. Die Koppelträger 19 verlaufen in Bezug auf ihre Längsachsen quer zur x-Achse 11 und quer zur y-Achse 21 und umspannen den Kreuzungspunkt 42. Die Arme 12, 22 verlaufen hier zwischen den Koppelträgern 19 und den Koppelteilen 29, 39.

Die Koppelträger 19 sind hier jeweils mit zwei Lagereinheiten 49 ausgestattet, sodass auf dem ersten Arm 12 und dem zweiten Arm 22 jeweils eine Lagereinheit 49 des Koppelträgers 19 abrollen oder gegebenenfalls gleiten kann. Dadurch werden die Arme 12, 22 hier (ergänzend zu der Führungseinrichtung 2) von der Koppeleinheit 9 an ihren quer zur Bewegungsebene verlaufenden Außenseiten rollend geführt.

Die Lagereinheiten 49 können, wie hier beispielhaft gezeigt, durch jeweils ein Wälzlager bereitgestellt werden. Die Lagereinheiten 49 können auch durch (gelagerte) Rollen bzw. Räder oder durch Gleitlager bereitgestellt werden.

Das obere Koppelteil 39 wird hier durch das Bedienelement 6 bereitgestellt. An dem oberen Koppelteil 39 ist hier auch der Schlitten 23 aufgenommen. Zudem kann der hier nicht gezeigte Koppelstab 63 am oberen Koppelteil 39 befestigt sein oder sich durch dieses erstrecken.

Die Figur 11 zeigt das Eingabesystem 60, welches hier an einem Lenkrad 101 angeordnet ist. So können mit dem Bedienelement 6 Eingaben zur Bedienung eines Kraftfahrzeugs vorgenommen werden. Dabei wird die Bewegung des Bedienelements 6 mit dem Führungssystem 1 geführt und kann zugleich gezielt beeinflusst werden. So können mit dem Daumen oder einem anderen Finger beispielsweise Optionen in einem ein Menü des Bordcomputers bedient werden. Beispielsweise ist für jeden Menüpunkt jeweils eine Rastposition vorgesehen.

Das Bedienelement 6 kann auch mit unterschiedlichen Eingabefunktion belegt werden, beispielsweise in Abhängigkeit eines Fahrmodus oder eines Betriebszustands oder einer zuvor erfolgten Auswahl. Es kann beispielsweise ausgewählt werden, ob mit dem Bedienelement 6 anstelle des Bordcomputers die Außenspiegel, die Sitze, die Klimatisierung, das Getriebe bzw. der Antrieb, die Scheibenwischer oder das Schiebedach oder dergleichen eingestellt wird. Je nach Funktionsumfang wird die Bewegbarkeit des Bedienelement 6 angepasst und beispielsweise mit Blockierungen oder Rastpositionen und haptischen Signalen belegt.

In dem hier gezeigten Beispiel ist das Bedienelement 6 zudem mit einem Fingerabdrucksensor ausgestattet, sodass die Bedienung nur für autorisierte Benutzer freigegeben wird. Das Bedienelement 6 ist hier flächig bzw. als Platte ausgeführt und besteht aus einem Material, in welchen der Fingerabdruckscanner besonders unaufwendig und gut integriert werden kann. In der Figur 12 ist eine Verwendung des FührungsSystems 1 bei einer Werkzeugmaschine 101 und beispielsweise einer Fräse gezeigt. Das Führungssystem 1 dient hier als Kreuztisch bzw. Kreuzsupport zum zweiachsigen Bewegen eines zu bearbeitenden Werkstücks, sodass beispielsweise Konturen gefräst werden können. Dabei wird hier die Befestigungsfläche für das Werkstück durch die Koppeleinrichtung 3 bereitgestellt.

Ein Einsatz des Führungssystems 1 ist auch bei Mikroskopen mit automatisch verfahrbaren Probenhaltern bzw. Probentischen möglich. Das Mikroskop ist ortsfest und die Proben werden durch den Probentisch in die gewünschte Position zweiachsig bewegt. Dabei wird der Probentisch durch die Koppeleinrichtung 3 bereitgestellt oder daran befestigt.

Die Figur 13 zeigt eine beispielhafte Anwendung des Eingabesystems 60 bei der Bedienung eines Computers. Dabei ist eine Oberfläche skizziert, wie sie der Benutzer beispielsweise auf seinem Bildschirm sieht, wenn er ein Programm ausführt.

Die hier gezeigte Skizze kann auch eine Bewegungsfläche einer Figur in einem Spiel oder ein Gegenstand bzw. Werkzeug beim CAD- Zeichnen oder auch das Bedienmenü eines Fahrzeugs sein, welches über das Bedienelement 6 beispielsweise im Lenkrad angesteuert wird.

Der Benutzer bewegt hier einen Cursor 103 bzw. Mauszeiger mit dem Eingabesystem 60 dadurch, dass er das Bedienelement 6 entsprechend bewegt. Beispielsweise ist das Bedienelement 6 als ein Computermauskörper ausgebildet. Während der Benutzer seine Eingaben mit dem Bedienelement 6 vornimmt, wird die Bewegbarkeit des Bedienelements 6 mit dem Führungssystem 1 gezielt beeinflusst. Dazu werden die mit dem Bedienelement 6 ausgeführten Bewegungen registriert und ausgewertet. Daraus kann eine Vorhersage für das Zielgebiet der Bewegungen berechnet werden.

Die Bewegbarkeit des Bedienelements 6 kann dann mittels des FührungsSystems 1 unter Berücksichtigung der Vorhersage für das Zielgebiet beeinflusst werden.

Der Cursor 103 soll hier zu dem oberen Zielpunkt 36 (A) bewegt werden, beispielsweise um dort etwas anzuklicken. Bei einer herkömmlichen Maus schaut der Benutzer auf den Bildschirm und schiebt die Maus mit der Hand in zuerst groben Bewegungen und anschließend mit feineren Bewegungen unter genauem Hinschauen auf den Zielpunkt 36. Die Bewegung erfordert die Konzentration des Benutzers und lenkt diesen von seiner eigentlichen Aufgabe ab. Durch die Erfindung kann der Cursor 103 „geführt" zum Zielpunkt 36 bewegt werden. Das ist für ungeübte Nutzer oder Nutzer, welche sich auf andere Dinge konzentrieren müssen, erheblich einfacher und komfortabler.

Beispielsweise wird von der Führungseinrichtung 1 die Bewegung des Bedienelements 6 so beeinflusst, dass das Bedienelement 6 und somit auch der Cursor 103 entlang des kürzesten Weges 26 zum Zielpunkt 36 geleitet wird. Dazu wird hier beispielsweise die Bremswirkung der Bremseinrichtung 1 für die y-Achse 21 erhöht, sodass der Benutzer in diese Richtung einen Widerstand spürt.

So muss der Benutzer nur dem Weg des geringsten Widerstands folgen, um den Cursor 103 entlang der x-Achse 11 bzw. auf dem kürzesten Weg 26 zum Zielpunkt 36 bewegt. Dabei wird die Bremswirkung bzw. Dämpfung nur leicht eingestellt, sodass der Benutzer die bevorzugte Richtung bzw. den kürzesten Weg 26 angezeigt bekommt bzw. am Bedienelement 6 spüren kann. Die Bremswirkung Dämpfung kann auch höher oder maximal eingestellt werden, sodass die Bewegung nur entlang der x-Achse 11 bzw. auf dem kürzesten Weg 26 möglich ist.

Wenn der untere Zielpunkt 36 (B) mit dem Cursor 103 angesteuert werden soll, ist eine Bewegung des Bedienelements 6 sowohl entlang der x-Achse 11 als auch entlang der y-Achse 21 nötig. Durch gezielte Ansteuerung der Bremseinrichtung 1 für beide Achsen 11, 21 kann auch dieser Weg 26 haptisch angedeutet werden oder fest vorgegeben sein.

Beispielsweise wird der Weg 26 durch gezieltes Abbremsen der Bewegungen auf den jeweiligen Achsen 11, 21 in entsprechend kleinen Stufen vorgegeben bzw. abgefahren. Dazu wird das Bremsmoment für die Achsen 11, 21 abwechselnd angepasst, sodass die Bewegungsrichtungen abwechselnd gesperrt werden. Je kleiner solche Stufen sind, desto weniger spürt der Benutzer, dass es sich nicht um eine gerade Linie handelt. Mit der hier vorgestellten Führungseinrichtung 1 ist es beispielsweise möglich, derart kleine Stufen zu verwirklichen, dass der Benutzer die geführte Bewegung als eine durchgehende gerade Linie oder gegebenenfalls als eine durchgehende Kurvenbahn wahrnimmt. So kann auch zum Ansteuern des unteren Zielpunktes 36 (B) der kürzeste Weg 26 angezeigt oder fest vorgegeben werden. Nach diesem Prinzip können auch komplexere Bewegungsbahnen und beispielsweise Kurven oder Kreise oder das Ansteuern von Zwischenpunkten umgesetzt werden.

Dem Benutzer kann durch gezieltes und insbesondere hochfrequentes Bremsen und Freigeben der Bewegbarkeit des Bedienelements 6 ein haptisches Signal vermittelt werden. Das kann beispielsweise dann erfolgen, wenn er vom kürzesten Weg 26 oder einer definierten Bewegungsbahn abweicht oder wenn sich der Cursor 102 über dem gewünschten Zielpunkt 36 befindet. Ein solches haptische Signal nimmt der Benutzer beispielsweise als ein Vibrieren an seinem Daumen oder Finger wahr. Zusätzlich oder alternativ können auch noch optische oder akustische Signale erfolgen. Das haptische Signal kann auch durch ein abruptes Bremsen oder Blockieren oder ein Antreiben der Bewegung vermittelt werden.

Die hier beschriebene Beeinflussung der Bewegbarkeit des Bedienelements 6 auch für andere Anwendungen und beispielsweise für das Fernsteuern einer Drohne oder das Bedienen von Maschinen und Fahrzeugen eingesetzt werden. Auch dabei können dem Benutzer bestimmte Bewegungsbahnen vorgegeben werden, auf denen er das Bedienelement 6 leichter oder ausschließlich bewegen kann. Zudem können haptische, akustische und oder optische Signale erfolgen, wenn der Benutzer das Bedienelement 6 so bewegt, dass es zu einer unerlaubten oder kritischen oder auch gewünschten bzw. positiven Reaktion des Eingabeempfangsgerät und beispielsweise der Drohne oder der Maschine oder des Fahrzeugs kommen würde.

Die zuvor beschriebenen Ausführungen können ebenso mit einer teilweise aktiven oder vollständig aktiven Unterstützung durch die Antriebseinrichtung 7 umgesetzt werden. Dabei kann die Antriebseinrichtung 7 ergänzend oder alternativ zur Bremseinrichtung 1 eingesetzt werden.

Die teilweise aktive oder vollständig aktive Unterstützung kann abhängig von dem Zustand des Benutzers erfolgen. Wenn die Steuerung erkennt, dass die Bewegungen des Benutzers aufgrund von Ermüdung langsamer werden, wird die aktive Unterstützung proportional zur Ermüdung dazu geschaltet. Die Steuerung kann beispielsweise auch erkennen, dass die Bewegungen des Benutzers unsicher oder diskontinuierlich sind. Dann kann die Unterstützung auch abhängig von einem solchen Zustand des Benutzers erfolgen.

Das Eingabeempfangsgerät und/oder die Steuereinrichtung 8 können durch künstliche Intelligenz das gewollte Ziel des Benutzers ermitteln und daraufhin den Weg 36 bzw. die Bewegungsbahn definieren, um den Benutzer dorthin zu führen.

Die Sperrung von einer Bewegungsrichtung ist zum Beispiel auch in Zeichen- und CAD-Programmen nützlich, wenn ein horizontaler oder vertikaler Strich gezeichnet werden soll. Ebenso kann durch abwechselndes Sperren beider Bewegungsrichtungen das Zeichnen von Kurven oder dergleichen unterstützt werden.

Insgesamt können mit der Erfindung durch eine entsprechende Kombination von Bremskurven bzw. Antriebskurven entlang der x- Achse 11 und der y-Achse 21 beliebige Bewegungsbahnen nachgebildet werden. Beim Erreichen bestimmter Punkte, zum Beispiel Icons, Schaltflächen, Linien bei Zeichenprogrammen etc. erfolgt dann zum Beispiel eine kurze haptische Rückmeldung. Das kann beispielsweise durch einen kurzen erhöhten Widerstand oder durch ein Vibrieren oder dergleichen erfolgen.

Mit der Erfindung kann durch gezieltes und insbesondere intelligentes Schalten der Bremseinrichtung 1 bzw. Antriebseinrichtung 7 jede Position innerhalb der Bewegungsebene mit einer gezielten Unterstützung mit einer gezielten haptischen Unterstützung vom Benutzer angefahren werden. Beispielsweise kann auch eine H-Schaltung eines Getriebes oder eine andere Schaltkulisse von einem Fahrzeug nachgebildet werden.

Vorteilhaft kann die Erfindung auch für die virtuelle Realität und erweiterte Realität eingesetzt werden. Dann werden beispielsweise nur solche Bewegungsbahnen freigegeben, welche auch in der virtuellen bzw. erweiterten Realität vorhanden sind, beispielsweise Wege durch Räume oder Bewegungsräume von Werkzeugen oder erlaubte Bewegungen bei medizinischen Eingriffen.

In allen Ausgestaltungen können auch in z-Richtung geführte und insbesondere auch gebremste und/oder angetriebene Bewegungen des Bedienelements vorgesehen sein. Dazu kann die Führungseinrichtung eine um z. B. 90° versetzte weitere Führungseinrichtung aufweisen.

Bezugszeichenliste :

1 FührungsSystem 32 Tragstruktur

2 Führungseinrichtung 33 Durchführung

3 Koppeleinrichtung 34 Zahnstangengetriebe

4 Bremseinrichtung 36 Weg

5 Linearführung 39 Koppelteil

6 Bedienelement 42 Kreuzungspunkt

7 Antriebseinrichtung 43 Führungsnut

8 Steuereinrichtung 44 Zahnstange 9 Koppeleinheit 49 Lagereinheit

11 x-Achse 53 Rolle

12 Arm 54 Zahnrad

13 Koppeleiement 60 EingabeSystem

14 Drehdämpfer 63 Koppelstab

15 Gleitschiene 64 Drehsensor

16 Computermauskörper 74 Sensormittel 19 Koppelträger 100 Eingabeempfangsgerät 21 y-Achse 101 Lenkrad 22 Arm 102 Werkzeugmaschine

23 Schlitten 103 Cursor

24 Getriebeeinrichtung 120 Endbereich

25 Gleitschiene 220 Endbereich

26 Zielpunkt 29 Koppelteil