DE102009034504A1 - Data input device for detecting movement of joints of limb, particularly hand of user, is provided with fixation device that comprises liquid material in cured state - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Dateneingabevorrichtung zum Erfassen von Bewegungen und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung.The The invention relates to a data input device for detecting Movements and a method for producing such a device.
Derartige Dateneingabevorrichtungen können beispielsweise sensorbasierte Datenhandschuhe zur Gelenkwinkelmessung sein. Hierbei wird die Hand eines Benutzers verwendet, um Dateneingaben vorzunehmen, durch die beispielsweise bestimmte Befehle oder Handlungen in einer Software ausgelöst werden können. Es werden die Gelenkwinkel der Hand des Benutzers gemessen. Dies erfolgt durch eine entsprechende Anzahl von Sensoren. Verfügt ein Datenhandschuh über eine ausreichende Anzahl von Sensoren, um alle Gelenkwinkel messen zu können, so geht dies oft mit einem starren und zu dicken Material einher. Bei Verwendung eines flexiblen Materials wird zwar die Bewegungsfreiheit nicht eingeschränkt, jedoch ist aufgrund einer nicht ausreichende Anzahl von Sensoren eine Messung aller Gelenkwinkel nicht möglich. Ferner werden Datenhandschuhe meist nur in einer Größe angeboten, so dass sie aus diesem Grund nicht die ideale Passform für jeden Benutzer aufweisen können.such Data input devices can For example, sensor-based data gloves for joint angle measurement be. Here, a user's hand is used to enter data through, for example, certain commands or actions triggered in a software can be. The joint angles of the user's hand are measured. This is done by a corresponding number of sensors. Has a data glove over one sufficient number of sensors to measure all articulation angles too can, This is often associated with a rigid and too thick material. When using a flexible material, although the freedom of movement not limited, however, due to an insufficient number of sensors a measurement of all joint angles not possible. Furthermore, data gloves usually only offered in one size, so for that reason they are not the ideal fit for everyone Users may have.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dateneingabevorrichtung zum Erfassen von Bewegungen bereitzustellen, die eine verbesserte Handhabung aufweist.task The invention is a data input device for detecting of movements that provide improved handling having.
Die erfindungsgemäße Dateneingabevorrichtung dient dem Erfassen von Bewegungen mindestens eines Gelenks einer Extremität, beispielsweise einer Hand, eines Benutzers. Bei dem Benutzer handelt es sich vorzugsweise um einen Menschen, der z. B. bestimmte Eingaben in einer Software oder einem Rechner tätigen möchte. Die Dateneingabevorrichtung umfasst mindestens einen Sensor zum Erfassen einer Drehbewegung des mindestens einen Gelenks. Ferner ist eine Fixiervorrichtung zum Fixieren des mindestens einen Sensors an dem mindestens einen Gelenk des Benutzers vorgesehen. Das Fixieren erfolgt hierbei derart, dass der Sensor während der gesamten Benutzung der Dateneingabevorrichtung an dem Gelenk des Benutzers fixiert ist. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine einmalige Benutzung der Dateneingabevorrichtung, so dass beispielsweise die Fixiervorrichtung als ein wegwerfbarer Einmalhandschuh ausgebildet ist. Nach dem Gebrauch werden der oder die Sensoren von dem Handschuhmaterial entfernt, so dass diese wiederverwendet werden können. Durch die einmalige Verwendung des Handschuhmaterials ist bei jeder Benutzung eine optimale Passform gewährleistet.The Data input device according to the invention is used to detect movements of at least one joint of a Extremity, for example, a hand, a user. When the user acts it is preferably a human, the z. For example, certain inputs in a software or a computer wants to do. The data input device includes at least one sensor for detecting a rotational movement of the at least one joint. Further, a fixing device for fixing the at least one sensor to the at least one Provided the user's joint. The fixing takes place here in such a way that the sensor during the entire use of the data input device at the joint the user is fixed. These are preferably a one-time use of the data input device, so that for example, the fixing device as a disposable disposable glove is trained. After use, the sensor (s) of removed from the glove material so that it can be reused can. The one-time use of the glove material is with every use ensures an optimal fit.
Erfindungsgemäß weist die Fixiervorrichtung ein flüssiges Material in ausgehärtetem Zustand auf, durch das nach seiner Aushärtung die Fixierung des mindestens einen Sensors an dem mindestens einen Gelenk erfolgt. Durch die Fixiervorrichtung ist vorzugsweise ein Handschuh ausgebildet, der die Hand des Benutzers im Wesentlichen vollständig umgibt.According to the invention the fixing a liquid Material in cured Condition on, by which after its hardening the fixation of the at least a sensor takes place at the at least one joint. By the Fixing device is preferably formed a glove, the essentially completely surrounds the user's hand.
Durch die Verwendung einer Fixiervorrichtung aus einem flüssigen Material in ausgehärtetem Zustand, ist es möglich eine ausreichende Anzahl von Sensoren vorzusehen, so dass alle Gelenkwinkel einer Hand eines Benutzers gemessen werden können, ohne ein starres oder zu dickes Material verwenden zu müssen. Ferner wird es möglich, die Größe einer Dateneingabevorrichtung, insbesondere eines Datenhandschuhs an die individuelle Form der Extremität, insbesondere der Hand, jedes Benutzers anzupassen. Ferner können anatomische Besonderheiten in der Form der Hand eines Benutzers berücksichtigt werden. Dennoch wird durch diese flexible Anpassung kein besonderer Entwicklungsaufwand nötig, da die Fixiervorrichtung aus einem flüssigen Material in ausgehärtetem Zustand auf sehr einfache Weise hergestellt werden kann.By the use of a fixing device made of a liquid material in the cured state, Is it possible provide a sufficient number of sensors, so that all joint angles a user's hand can be measured without a rigid or to use too thick material. Furthermore, it becomes possible to Size one Data input device, in particular a data glove to the individual form of the extremity, especially the hand to adapt to each user. Furthermore, anatomical Considered special features in the form of a user's hand become. Nevertheless, this flexible adaptation is not a special one Development effort needed, because the fixing of a liquid material in the cured state can be made in a very simple way.
Beispielsweise kann das flüssige Material Latex und/oder Kautschuk aufweisen. Insbesondere kann es sich um eine aufsprühbare Latex- und/oder Kautschukschicht handeln. Alternativ kann das flüssige Material ein Latexbad sein, in das die Extremität des Benutzers mit dem mindestens einen Gelenk und dem mindestens einen Sensor eintauchbar ist. Die dünne Latexschicht trocknet beispielsweise bei Zimmertemperatur in kurzer Zeit, so dass die Dateneingabevorrichtung, d. h. der Handschuh dann verwendet werden kann.For example can the liquid Material latex and / or rubber exhibit. In particular, it can a sprayable one Latex and / or rubber layer act. Alternatively, the liquid material be a latex bath into which the extremity of the user with the at least a joint and the at least one sensor is submersed. The thin latex layer dries for example at room temperature in a short time, so that the data input device, i. H. the glove then used can be.
Vorzugsweise ist ein vorläufiges Fixiermittel zur vorläufigen Fixierung des mindestens einen Sensors an dem mindestens einen Gelenk, bevor das endgültige Fixieren mit der Fixiervorrichtung durch das ausgehärtete flüssige Material erfolgt, vorgesehen. Hierbei kann es sich um eine Haftcreme handeln, durch die die Sensoren an die entsprechenden Gelenke angebracht und vorläufig fixiert werden, bevor sie durch das ausgehärtete flüssige Material endgültig, d. h. für die gesamte Dauer der Anwendung der Dateneingabevorrichtung fixiert werden.Preferably is a preliminary one Fixative for provisional Fixation of the at least one sensor to the at least one joint, before the final Fixing with the fixing device by the cured liquid material done, provided. This may be an adhesive cream, through which the sensors are attached to the appropriate joints and for the time being before being finally, by the hardened liquid material, d. H. For fixed the entire duration of the application of the data input device become.
Vorzugsweise sind mehrere Sensoren an mehreren Gelenken der Hand eines Benutzers angebracht.Preferably There are several sensors at several joints of a user's hand appropriate.
Es ist besonders bevorzugt, dass jeweils mindestens ein Sensor an jedem Gelenk mindestens eines Fingers eines Benutzers fixiert ist oder fixierbar ist. Insbesondere befinden sich Sensoren an jedem Finger eines Benutzers, so dass eine sehr komplexe Dateneingabe ermöglicht wird.It It is particularly preferred that in each case at least one sensor on each Joint of at least one finger of a user is fixed or can be fixed. In particular, there are sensors on each finger a user, allowing for very complex data entry.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens jeweils ein Sensor an denjenigen Gelenken eines Fingers eines Benutzers fixiert, die eine Bewegung eines Fingersegments um eine Querachse der Hand des Benutzers erlauben. Diese Sensoren dienen zur Erfassung der genannten Bewegung um die Querachse. Als Querachse wird diejenige Achse verstanden, die in einem rechten Winkel zur Erstreckungsrichtung der Finger eines Benutzers verläuft und gleichzeitig sich in einer Ebene zur Handfläche erstreckt. Entsprechend verläuft die Hochachse senkrecht zu der Ebene, die durch die Handinnenfläche aufgespannt wird und senkrecht zu der Richtung, in der sich die Finger erstrecken. Die Längsachse verläuft im Wesentlichen parallel zu den Fingern eines Benutzers. Als Fingersegmente werden die proximalen, die intermedialen und die distalen Phalangen einer Hand verstanden.In a preferred embodiment, at least one sensor is attached to each of the gels ken fixed a finger of a user, which allow movement of a finger segment about a transverse axis of the user's hand. These sensors are used to detect the said movement about the transverse axis. A transverse axis is understood to mean that axis which runs at a right angle to the extension direction of the fingers of a user and at the same time extends in a plane to the palm of the hand. Accordingly, the vertical axis is perpendicular to the plane defined by the palm of the hand and perpendicular to the direction in which the fingers extend. The longitudinal axis is substantially parallel to the fingers of a user. Finger segments are the proximal, intermediate and distal phalanges of a hand.
Vorzugsweise ist am Fingerwurzelgelenk, d. h. dem Gelenk zwischen den Mittelhandknochen und dem proximalen Phalangen, zusätzlich zu dem genannten ersten Sensor zur Erfassung von Bewegungen um die Querachse, ein zweiter Sensor zum Erfassen von Bewegungen um eine Hochachse der Hand des Benutzers fixiert oder fixierbar.Preferably is at the finger root joint, d. H. the joint between the metacarpal bones and the proximal phalanges, in addition to the first mentioned Sensor for detecting movements around the transverse axis, a second one Sensor for detecting movements about a vertical axis of the hand of the User fixed or fixable.
Es ist bevorzugt, dass das ausgehärtete flüssige Material eine Dicke aufweist, die eine Flexibilität des Materials gewährleistet.It it is preferred that the cured liquid Material has a thickness that provides flexibility of the material guaranteed.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Dateneingabevorrichtung zum Erfassen von Bewegungen mindestens eines Gelenks einer Extremität, insbesondere einer Hand, eines Benutzers. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sämtliche Merkmale aufweisen, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wurden.The The invention further relates to a method of manufacturing a data input device for detecting movements of at least one joint of a limb, in particular a hand, a user. The inventive method can all Have features that already in connection with the device according to the invention have been described.
Zunächst erfolgt ein vorläufiges Fixieren mindestens eines Sensors an mindestens einem Gelenk der Extremität des Benutzers. Das vorläufige Fixieren kann beispielsweise durch eine Haftcreme erfolgen. Unter einem vorläufigen Fixieren wird ein Fixieren verstanden, das nicht derart dauerhaft ist, dass die Sensoren für die gesamte Dauer einer Anwendung sicher an den Gelenken fixierbar sind. Somit ist neben dem vorläufigen Fixieren ein endgültiges Fixieren der Sensoren notwendig. Dies erfolgt durch Aufbringen eines flüssigen Materials auf den Teil der Extremität, der das Gelenk mit dem Sensor aufweist. Vorzugsweise wird das flüssige Material auf die gesamte Hand eines Benutzers aufgebracht, so dass eine Vielzahl von Sensoren an mehreren Gelenken fixiert werden. Schließlich erfolgt ein Aushärten des flüssigen Materials, so dass eine Fixierung des mindestens einen Sensors an dem mindestens einen Gelenk durch das ausgehärtete flüssige Material erfolgt.First of all a preliminary one Fix at least one sensor on at least one joint of extremity the user. The preliminary Fixing can be done for example by an adhesive cream. Under a preliminary one Fixing is understood to be a fixation that is not so permanent is that the sensors for the entire duration of an application securely fixed to the joints are. Thus, in addition to the provisional Fix a final Fixing the sensors necessary. This is done by applying a liquid Materials on the part of the extremity, which is the joint with the sensor having. Preferably, the liquid material is applied to the entire Hand applied to a user, so that a variety of sensors be fixed to several joints. Finally, a curing of the liquid material, so that a fixation of the at least one sensor to the at least a joint through the hardened liquid Material takes place.
Bevorzugt weist das flüssige Material Latex und/oder Kautschuk auf. Das Aufbringen des flüssigen Materials kann ein Aufsprühen des flüssigen Materials, insbesondere von Latex und/oder Kautschuk umfassen. Alternativ kann das Aufbringen des flüssigen Materials ein Eintauchen des Teils der Extremität, der das mindestens eine Gelenk aufweist, in ein Latexbad umfassen. Das Aushärten des flüssigen Materials kann hierbei bei Zimmertemperatur erfolgen.Prefers indicates the liquid Material latex and / or rubber on. The application of the liquid material can be a spray on of the liquid Materials, in particular of latex and / or rubber. alternative may be the application of the liquid Materials a dipping of the part of the limb that holds the at least one Having joint in a latex bath. Curing the liquid material can be done at room temperature.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann somit auf sehr einfache Weise eine Dateneingabevorrichtung hergestellt werden, die aufgrund ihrer hohen Flexibilität eine verbesserte Handhabung aufweist und eine genauere Anpassung an anatomische Besonderheiten einer Extremität eines Benutzers ermöglicht.By the inventive method can thus a data input device is manufactured in a very simple way are due to their high flexibility improved handling and a more accurate adaptation to anatomical features a limb of a user.
Mögliche Einsatzgebiete für die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren sind z. B. eine Verwendung als Eingabegerät für virtuelle Realität, die Steuerung von Roboterhänden oder die Verwendung als Eingabegerät zur Steuerung von an Robotern eingesetzten Werkzeugen.Possible applications for the inventive device or the inventive method are z. For example, use as a virtual reality input device, the controller from robotic hands or use as an input device for controlling robots used tools.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figur erläutert.in the Below is a preferred embodiment of the invention based a figure explained.
Die Figur zeigt die Hand eines Benutzers, durch die die erfindungsgemäße Dateneingabevorrichtung bedient wird.The FIG. 1 shows the hand of a user through whom the data input device according to the invention is served.
Die relevanten Gelenke sind in der Figur nur anhand des Zeigefingers des Benutzers erläutert. Für eine vollständige Dateneingabe ist es bevorzugt, sämtliche Finger einschließlich des Daumens der Hand eines Benutzers zu verwenden.The relevant joints are in the figure only on the index finger explained by the user. For a complete data entry it is preferable to all Fingers including of the thumb of a user's hand.
Der Zeigefinger weist drei Gelenke G1, G2, G3 auf, durch die jeweils in Querrichtung die Querachsen q1, q2, q3 verlaufen. Die Gelenke G1 und G2 erlauben jeweils nur eine Bewegung um die jeweilige Querachse. Durch das Gelenk G3 verläuft ferner die Hochachse h3, um die eine Bewegung des Zeigefingers um die Hochachse möglich ist.Of the Index finger has three joints G1, G2, G3, through each in the transverse direction, the transverse axes q1, q2, q3 run. The joints G1 and G2 each allow only one movement around the respective transverse axis. Passing through the joint G3 Further, the vertical axis h3 to the one movement of the index finger around the vertical axis possible is.
An dem Gelenk G3 sind vorzugsweise zwei Sensoren vorgesehen. Der erste Sensor erfasst die Bewegungen des Zeigefingers an diesem Gelenk um die Querachse q3, während der zweite Sensor die Bewegungen des Zeigefingers um die Hochachse h3 erfasst.At the joint G3, two sensors are preferably provided. The first Sensor detects the movements of the index finger on this joint around the transverse axis q3, while the second sensor detects the movements of the index finger around the vertical axis h3 recorded.
An den Gelenken G1 und G2 ist vorzugsweise nur jeweils ein Sensor erfasst, durch den Bewegungen um die jeweilige Querachse q1, q2 erfasst werden.At the joints G1 and G2 preferably only one sensor is detected, be detected by the movements about the respective transverse axis q1, q2.
Die
erfindungsgemäße Dateneingabevorrichtung
ist vorzugsweise als ein Sensorhandschuh ausgebildet, der die gesamte
Hand
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