Beschreibung description
Bedienvorrichtung mit einer Handhabe mit mindestens zwei VerstellfreiheitsgradenOperating device with a handle with at least two degrees of freedom of adjustment
Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung mit einer Handhabe mit mindestens zwei Verstellfreiheitsgraden, bei der die Stellung der Handhabe unter Einwirkung einer Betatigungskraft veränderbar ist Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise sogenannte Joysticks bekannt, bei denen eine Handhabe in Form beispielsweise eines Steuerknüppels um eine X- Achse und um eine Y-Achse schwenkbar ist Weiterhin sind Bedienvorrichtungen bekannt, bei denen eine Handhabe innerhalb einer Ebene verschiebbar angeordnet ist Schließlich sind Joysticks bekannt, die über mindestens eine Art der haptischen Ruckmeldung in Form von auf die Handhabe wirkenden veränderbaren Kraften verfugen Um zu verhindern, daß diese Joysticks ungewollt Eigenbewegungen ausfuhren, wenn sie nicht von einer Hand einer Bedienperson festgehalten werden, sind zusätzliche Sensorelemente vorhanden, die das Vorhandensein bzw Fehlen der Hand einer Bedienperson feststellen und den Steuerknüppel beim Fehlen der Hand in eine Grundposition bringenThe invention relates to an operating device with a handle with at least two degrees of freedom of adjustment, in which the position of the handle can be changed under the action of an actuating force. For example, so-called joysticks are known from the prior art, in which a handle in the form of, for example, a joystick about an X axis and can be pivoted about a Y-axis Furthermore, operating devices are known in which a handle is arranged to be displaceable within a plane. Finally, joysticks are known which have at least one type of haptic feedback in the form of changeable forces acting on the handle. that these joysticks unintentionally perform their own movements when they are not being held by an operator's hand, there are additional sensor elements which detect the presence or absence of an operator's hand and the joystick in the absence of a hand in a green position
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Bedienvorrichtung anzugeben, bei der auf zusätzliche Sensoren zum Feststellen des Vorhandenseins einer Hand an der Handhabe bzw Umgreifen einer Handhabe mittels einer Hand verzichtet werden kannThe object of the invention is therefore to provide an operating device in which additional sensors for determining the presence of a hand on the handle or gripping a handle by means of one hand can be dispensed with
Diese Aufgabe wird dadurch gelost, daß die Handhabe in Abhängigkeit der Ist-Position mittels wenigstens eines Reglers und mindestens eines Antriebselementes auf eine Sollposition bewegbar ist, wobei die auf die
Handhabe wirkende Kraft und/oder das auf die Handhabe wirkende Drehmoment in Abhängigkeit der Ist-Position modulierbar istThis object is achieved in that the handle can be moved to a desired position as a function of the actual position by means of at least one controller and at least one drive element, the position being The force acting on the handle and / or the torque acting on the handle can be modulated as a function of the actual position
Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Handhabe nach dem Entfernen der Hand der Bedienperson mehrere verschiedene Positionen einnehmen kann in Abhängigkeit der letzten Position, auf der sie sich vor dem Loslassen durch die Bedienperson befunden hatThe invention has the advantage that the handle can take several different positions after removing the operator's hand, depending on the last position in which it was before the operator let go
Eine Möglichkeit, das die auf die Handhabe wirkende Kraft und/oder Drehmoment zu modulieren ist die, daß die auf die Handhabe wirkende Kraft und/oder das auf die Handhabe wirkende Drehmoment mittels einer Krafttabelle und/oder Drehmomenttabelle in Abhängigkeit der Ist-Position begrenzbar ist Hierdurch lassen sich in einfacher Weise unterschiedliche haptische Rückmeldungen an die Bedienperson durch die Handhabe realisierenOne possibility of modulating the force and / or torque acting on the handle is that the force acting on the handle and / or the torque acting on the handle can be limited by means of a force table and / or torque table depending on the actual position As a result, different haptic feedback to the operator can be implemented in a simple manner by the handle
Dadurch, daß für jeden Verstellfreiheitsgrad eine separate Regelung vorhanden ist, laßt sich die Regelung einfach realisierenThe fact that a separate regulation is available for each degree of freedom of adjustment makes it easy to implement the regulation
Durch eine axiale Bewegung der Handhabe laßt sich insbesondere eine Auswahlfunktion für eine mittels der Handhabe angewählten Funktion einfach und für die Bedienperson logisch ausgestaltenBy means of an axial movement of the handle, in particular a selection function for a function selected by means of the handle can be designed in a simple manner and logically for the operator
Die Auswahlfunktion kann auch durch andere Eingabevorrichtungen, wie beispielsweise Taster, die vorzugsweise in der Nahe der Handhabe angeordnet sind, ausgelost werdenThe selection function can also be triggered by other input devices, such as, for example, buttons, which are preferably arranged in the vicinity of the handle
Durch eine Anzeige, auf der die mittels der Handhabe anzuwählenden Funktionsgruppen, Funktionen und/oder Funktionswerte darstellbar sind,
erhalt die Bedienperson auch eine visuelle Ruckmeldung über die mittels der Handhabe gerade ausgeführte EinstellungBy means of a display on which the function groups, functions and / or function values to be selected by means of the handle can be represented, the operator also receives visual feedback about the setting just made using the handle
Durch besonders ausgeprägte haptische Ruckmeldungen über bestimmte Funktionsgruppen, Funktionen und/oder Funktionswerte kann die Bedienperson davor gewarnt werden, die angewählte Funktion auch auszuwählen, z B bei einer Funktion zum Loschen von Daten wie z B bei Adress- bucheintragenThrough particularly pronounced haptic feedback messages about certain function groups, functions and / or function values, the operator can be warned against also selecting the selected function, for example in the case of a function for deleting data, for example in the case of address book entries
Bei der Darstellung beispielsweise einer Land- oder Seekarte auf der Anzeige kann der Drehmomentverlauf einer Handhabe derart ausgestaltet sein, daß dann, wenn eine Anzeigemarke, die mittels der Handhabe über die Anzeige gesteuert wird, in die Nahe eines besonderen Punktes gelangt, die Handhabe auf eine dem geographischen Punkt entsprechende Position geregelt wird und so bei der Bedienperson der Eindruck entsteht, als werde die Anzeigemarke auf den geographischen Punkt und die Handhabe auf eine dem geographischen Punkt entsprechende Position gezogenWhen, for example, a map or sea map is shown on the display, the torque curve of a handle can be designed in such a way that when a display mark, which is controlled by means of the handle via the display, comes close to a special point, the handle points to a the position corresponding to the geographical point is regulated and the operator thus has the impression that the display marker is being pulled onto the geographical point and the handle is being moved to a position corresponding to the geographical point
Durch eine akustische Ruckmeldung kann die Bedienbarkeit weiter verbessert werden So können beispielsweise Einzeltone, Tonfolgen oder gesprochene Worte Verwendung findenThe operability can be further improved by an acoustic feedback. For example, single tones, tone sequences or spoken words can be used
Wenn die Bedienvorrichtung nicht in der Lage ist, die Eingaben der Bedienperson zu verarbeiten, kann dies der Bedienperson durch eine spezielle Haptik der Handhabe mitgeteilt und dadurch Fehlbedienungen vermieden werdenIf the operating device is not able to process the operator's inputs, this can be communicated to the operator by means of a special haptic of the handle and incorrect operations can thereby be avoided
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren für ein Ausfuhrungs- beispiel naher erläutert
Es zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to the figures for an exemplary embodiment Show it
Figur 1 ein Beispiel einer erfindungsgemaßen Bedienvorrichtung,FIG. 1 shows an example of an operating device according to the invention,
Figur 2 den beispielhaften idealen Drehmomentverlauf in einerFigure 2 shows the exemplary ideal torque curve in a
Ebene für ein rastendes Verhalten einer Handhabe der erfindungsgemaßen Bedienvorrichtung,Level for a latching behavior of a handle of the operating device according to the invention,
Figur 3 ein mögliches Blockschaltbild des Regelkreises für eineFigure 3 shows a possible block diagram of the control loop for a
Bewegungsrichtung eines erfindungsgemaßen Ausfuh- rungsbeispiels aus Figur 1 ,Direction of movement of an exemplary embodiment according to the invention from FIG. 1,
Figur 4 ein Beispiel eines Winkelverlaufs und Drehmomentverlaufs des Blockschaltbilds aus Figur 3,FIG. 4 shows an example of an angular profile and torque profile of the block diagram from FIG. 3,
Figur 5 ein Ausfuhrungsbeispiel des Inhalts einer Anzeige einesFigure 5 shows an exemplary embodiment of the content of an advertisement
Ausfuhrungsbeispiels eines erfindungsgemaßen Bediensystems,Exemplary embodiment of an operating system according to the invention,
Figur 6 und 7 weitere Beispiele einer Anzeige,FIGS. 6 and 7 further examples of a display,
Figur 8 ein Beispiel einer auf einer Anzeige dargestellten LandkarteFigure 8 shows an example of a map shown on a display
Eine in Figur 1 schematisch dargestellte Handhabe 1 eines Joysticks 2 laßt sich um eine X-Achse und eine Y-Achse drehen Durch eine Bewegung der Handhabe 1 in deren axialer Richtung (in der dargestellten senkrechten Stellung entspricht dies der dargestellten Z-Achse) ist beispielsweise eine nicht dargestellte Ausloseeinheit, wie beispielsweise eine Taste, betatigbar Zwei Antriebselemente 3, 4 können jeweils ein Drehmo-
ment MDX MDY um die X-Achse bzw Y-Achse an der Handhabe 1 erzeugen Eine Recheneinheit 5 kann durch eine entsprechende Ansteuerung der Antriebselemente 3, 4 verschiedene Drehmomentverlaufe der Handhabe 1 realisieren, so daß eine Bedienperson verschiedene haptische Ruckmeldungen erfühlen kann Der in Figur 2 beispielhaft dargestellte Drehmomentverlauf, beispielsweise einer Drehung der Handhabe 1 um die X-Achse, stellt gleich große Rasten dar Sofern sich die Handhabe 1 beispielsweise im Winkeibereich zwischen a und c befindet, wird sie ohne äußere Krafteinwirkung durch das Antriebselement 3 in die Position b bewegt In den Winkelbereichen c - e bzw e - g wird die Handhabe 1 ohne äußere Krafteinwirkung entsprechend auf die Position d bzw f bewegt Wenn eine Bedienperson die Handhabe von Position b ausgehend in positiver Richtung bewegt, erzeugt das Antriebselement 3 zunächst ein Drehmoment MDX, das der Bewegung entgegengesetzt ist, so daß die Bedienperson eine immer großer werdende Kraft aufwenden muß, um die Bewegung fortzusetzen Wird die Handhabe 1 über den Punkt c bewegt, erzeugt das Antriebselement 3 ein Drehmoment, welches in die Bewegungsrichtung wirkt, so daß die Handhabe 1 auf den Punkt d gezogen wird es entsteht bei der Bedienperson ein Gefühl einer Raste beim Punkt d Durch unterschiedlich geformte Drehmomentverlaufe können auch verschieden wahrnehmbare Raststufen (beispielsweise sanft, weich, hart) nachgebildet werdenA handle 1 of a joystick 2, shown schematically in FIG. 1, can be rotated about an X axis and a Y axis. For example, moving the handle 1 in its axial direction (in the vertical position shown this corresponds to the Z axis) a trigger unit, not shown, such as a button, can be actuated. Two drive elements 3, 4 can each have a torque. Generate M DX M DY around the X-axis or Y-axis on the handle 1. An arithmetic unit 5 can implement different torque profiles of the handle 1 by appropriately controlling the drive elements 3, 4, so that an operator can feel different haptic feedback messages FIG. 2 shows an example of a torque curve, for example a rotation of the handle 1 about the X-axis, represents notches of the same size. If the handle 1 is in the angular range between a and c, for example, it is moved into position b by the drive element 3 without external force moved In the angular ranges c - e or e - g the handle 1 is moved to position d or f accordingly without external force. If an operator moves the handle from position b in the positive direction, the drive element 3 first generates a torque M DX , which is opposite to the movement, so that the operator becomes an ever larger nde force must to continue the movement If the handle 1 is moved over the point c, the drive element 3 generates a torque which acts in the direction of movement, so that the handle 1 is pulled to the point d, the operator has a feeling a detent at point d Due to the different shape of the torque curve, different noticeable detent steps (e.g. soft, soft, hard) can be simulated
Figur 3 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Regelkreises am Beispiel des Antriebselementes 3 Der Regelkreis umfaßt den Joystick 2 mit der Handhabe 1 , eine Winkelerfassungseinrichtung 6, eine Sollposi- tionsvorgabeeinnchtung 7, einen Addierer 8, einen Regler 9, eine Drehmomenttabelle 10 und das Antriebselement 3 Die Winkelerfassungseinrichtung 6 erfaßt die Stellung der Handhabe 1 Die Sollpositions- vorgabeeinnchtung 7 ermittelt entsprechend der Position der Handhabe 1
und des vorgegebenen Drehmomentverlaufes (beispielsweise des Drehmomentverlaufs aus Figur 2) die Sollposition der Handhabe 1. Die vorgegebenen Drehmomentverläufe können je nach der gerade ausgeführten Bedienaufgabe variieren, um die Bedienperson über die derzeitige Funktion zu informieren. Im Addierer 8 wird die Regeldifferenz zwischen der Ist-Position und der Sollposition gebildet und an den Regler 9 gegeben, der eine entsprechende Stellgröße ermittelt. Diese Stellgröße wird mit der Drehmomenttabelle 10, in der beispielsweise der in Figur 2 dargestellte Drehmomentverlauf abgespeichert ist, verglichen. Sofern die Stellgröße größer als der Wert der Drehmomenttabelle 10 ist, wird sie auf den Wert D der Drehmomenttabelle begrenzt, ansonsten wird mit der unveränderten Stellgröße R das Antriebselement 3 angesteuert und an der Handhabe 1 ein entsprechendes Drehmoment MDX , MDY erzeugt.FIG. 3 shows an embodiment of the control circuit according to the invention using the example of the drive element 3. The control circuit comprises the joystick 2 with the handle 1, an angle detection device 6, a target position specification device 7, an adder 8, a controller 9, a torque table 10 and the drive element 3 Angle detection device 6 detects the position of the handle 1. The target position specification device 7 determines according to the position of the handle 1 and the predefined torque curve (for example the torque curve from FIG. 2) the desired position of the handle 1. The predefined torque curves can vary depending on the operating task being carried out in order to inform the operator about the current function. The control difference between the actual position and the target position is formed in the adder 8 and passed to the controller 9, which determines a corresponding manipulated variable. This manipulated variable is compared with the torque table 10, in which, for example, the torque curve shown in FIG. 2 is stored. If the manipulated variable is greater than the value of the torque table 10, it is limited to the value D of the torque table, otherwise the unchanged manipulated variable R controls the drive element 3 and generates a corresponding torque M DX , M DY on the handle 1.
Den zeitlichen Verlauf der Regeldifferenz und der modulierten Stellgröße S zeigt Figur 4 am Beispiel einer Regelung auf eine Sollposition. Zunächst befindet sich die Handhabe 1 zum Zeitpunkt t0 auf einer Sollposition φSoH. Dann wird die Handhabe 1 zum Zeitpunkt t, von einer Bedienperson um den Winkel Δφ ausgelenkt und es entsteht eine Regeldifferenz Δ zum Zeitpunkt t2. Danach wird die Handhabe 1 von der Bedienperson losgelassen (t3).The time course of the control difference and the modulated manipulated variable S is shown in FIG. 4 using the example of control to a target position. First, the handle 1 is at a target position φ SoH at the time t 0 . Then the handle 1 is deflected by the operator by the angle Δφ at the time t and a control difference Δ arises at the time t 2 . The operator 1 then releases the handle (t 3 ).
Der Regler reagiert auf die Regeldifferenz Δ mit der Stellgröße R. Die Drehmomentkurve D, die in der Tabelle 10 abgelegt ist, moduliert bzw. begrenzt den Wert der Stellgröße R auf ihren Wert, sofern dieser betragsmäßig kleiner ist als der Wert der Stellgröße R. So wird das Antriebselement 3 in den Bereichen zwischen den Zeitpunkten t, bis 13 und t4 bis 15 mit dem Wert der Drehmomentkurve D angesteuert. Während der übrigen Zeit steuert die Stellgröße R unverändert das Antriebselement 3 an.
Die Regelung für das Antriebselement 4 ist identisch aufgebaut. Es können mittels der Antriebseiemente 3 und 4 auch zusammengesetzte Drehmomentverläufe erzeugt werden. Die Regler 9, Drehmomenttabellen 10 und die Sollpositionsvorgabeeinrichtung 7 können durch die Recheneinheit 5 realisiert sein.The controller reacts to the control difference Δ with the manipulated variable R. The torque curve D, which is stored in Table 10, modulates or limits the value of the manipulated variable R to its value, provided that the amount is smaller than the value of the manipulated variable R. So the drive element 3 is controlled in the areas between the times t 1 to 1 3 and t 4 to 1 5 with the value of the torque curve D. During the remaining time, the manipulated variable R controls the drive element 3 unchanged. The control for the drive element 4 is constructed identically. Compound torque profiles can also be generated by means of the drive elements 3 and 4. The controller 9, torque tables 10 and the target position setting device 7 can be implemented by the computing unit 5.
Eine mögliche Darstellung einer zusätzlich vorhandenen Anzeige 11 zeigt Figur 5. Es sind 5 verschiedene Funktionen F1 - F5 anwählbar, wobei mittels des Drehens der Handhabe 1 um die X- Achse die nächsthöhere oder nächsttiefere Funktion angewählt wird. Die Darstellung der gerade angewählten Funktion kann beispielsweise durch eine veränderte Farbdarstellung der angewählten Funktion erfolgen. Das Umschalten auf die nächste Funktion ist durch einen Drehmomentverlauf wie in Figur 2 durch fühlbare Rasten wahrnehmbar, wobei jeder Funktion F1 - F5 eine Raste zugeordnet ist. Die angewählten Funktionen sind beispielsweise entweder durch eine Drehung der Handhabe 1 um die X-Achse oder eine Bewegung der Handhabe in deren axialer Richtung auswählbar. Die Auswahl kann auch durch ein auf der Handhabe 1 oder deren Nähe angeordnetes, nicht dargestelltes Auswahlelement, beispielsweise einen Taster erfolgen. Bei einer Anwahlmöglichkeit von nur zwei Funktionen, wie in Figur 6 dargestellt sind entsprechend nur 2 Rastpunkte nachgebildet. Bei dem in Figur 7 dargestellten Menü besteht durch die Funktion F6 die Möglichkeit, dieses Menü zu verlassen. Sofern die Funktion F6 angewählt ist, läßt sich dies beispielsweise durch eine besondere Haptik der Handhabe 1 , beispielsweise der Nachbildung eines Rütteins, darstellen.FIG. 5 shows a possible representation of an additional display 11. Five different functions F1-F5 can be selected, the next higher or lower function being selected by rotating the handle 1 about the X axis. The currently selected function can be displayed, for example, by changing the color of the selected function. The switchover to the next function can be perceived by a torque curve as in FIG. 2 by noticeable notches, each notch F1-F5 being assigned a notch. The selected functions can be selected, for example, either by rotating the handle 1 about the X axis or by moving the handle in its axial direction. The selection can also be made by a selection element, not shown, arranged on the handle 1 or in its vicinity, for example a push button. If only two functions can be selected, as shown in FIG. 6, only two locking points are simulated accordingly. In the menu shown in FIG. 7, function F6 offers the possibility of leaving this menu. If the function F6 is selected, this can be represented, for example, by a special feel of the handle 1, for example the simulation of a rutting machine.
Sofern die Funktion F1 angewählt und ausgewählt wurde, wird auf der Anzeige 11 eine in Figur 8 gezeigte Landkarte dargestellt. Ein Cursor bzw. eine Anzeigemarke 12 ist mittels der Handhabe 1 über die Anzeige 11 steuerbar, beispielsweise bewegt sich die Anzeigemarke 12 bei Drehung
der Handhabe 1 um die X-Achse in vertikaler Richtung und bei Drehung der Handhabe 1 um die Y-Achse in horizontaler Richtung Wenn die Anzeigemarke 12 in die Nahe besonderer Punkte 13, beispielsweise eines Hotels, eines Flughafens oder eines Bahnhofs gelangt, wird ein Drehmoment erzeugt, dessen Richtung der Richtung der Anzeigemarke zu dem besonderen Punkt entspricht, so daß eine Bedienperson das Gefühl vermittelt bekommt, daß die Anzeigemarke 12 auf den besonderen Punkt 13 gezogen wird Der besondere Punkt 13 kann dann durch ein Bewegen der Handhabe 1 in deren axialer Richtung oder durch das Betatigen eines separaten Tasters ausgewählt werden So kann beispielsweise das Ziel für ein im Kraftfahrzeug befindliches Navigationssystem eingegeben werden Es ist naturlich auch möglich, jeden anderen Punkt auf der Landkarte durch ein entsprechendes Bewegen der Anzeigemarke 12 auf den entsprechenden Punkt anzuwählen und in der vorbeschriebenen Art und Weise auszuwählenIf function F1 has been selected and selected, a map shown in FIG. 8 is shown on display 11. A cursor or a display mark 12 can be controlled by means of the handle 1 via the display 11, for example the display mark 12 moves when it rotates the handle 1 around the X axis in the vertical direction and when the handle 1 rotates around the Y axis in the horizontal direction. When the indicator mark 12 comes close to particular points 13, for example of a hotel, an airport or a train station, a torque is generated generated, the direction of which corresponds to the direction of the indicator mark to the particular point, so that an operator is given the feeling that the indicator mark 12 is drawn to the special point 13. The special point 13 can then be moved by moving the handle 1 in its axial direction or selected by pressing a separate button. For example, the destination can be entered for a navigation system located in the motor vehicle. It is of course also possible to select any other point on the map by moving the display marker 12 accordingly to the corresponding point and in the one described above Way to choose
Statt einer Land- oder Seekarte kann auf der Anzeige jeder denkbare Gegenstand dargestellt werden und jeder Punkt der Anzeige ausgewählt werden So kann beispielsweise eine technische Zeichnung dargestellt werden
Instead of a land or sea map, every conceivable object can be shown on the display and every point on the display can be selected. For example, a technical drawing can be displayed