DE3913648C1

DE3913648C1 - Data entry unti for position controller - allows manual entry of control vector as regards amt. and direction with evaluator forming control signal for object speed

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Publication number: DE3913648C1
Application number: DE19893913648
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Psych. 2000 Hamburg De Blinkmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-26
Filing date: 1989-04-26
Publication date: 1990-01-11
Anticipated expiration: 2009-04-27

Abstract

A cursor control unit for use with computer systems has a cylindrical, cup-shaped disc (6) with a cross-shaped leaf spring (5) inset into the side walls and fixed at the centre by a screw (3). The screw passes through a bush (4) and is threaded into a hole in the base plate (2) which can be part of the keyboard. Each arm of the cross-shaped spring has a strain gauge element (8). Finger pressure (1), applied at an offset position, causes differences in strain gauge outputs that can be used for cursor control. USE/ADVANTAGE - High resolution control of monitor cursor or direct control of physical object, e.g. robot arm or plotter pen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dateneingabevorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.The invention relates to a data input device in the Preamble of claim 1 mentioned type.

Derartige Dateneingabevorrichtungen, die beispielsweise in Form der sogenannten Maus bekannt sind, dienen der Posi tionssteuerung von Objekten aller Art. Beispielsweise kön nen damit physikalische Objekte, wie Robotarme oder Plot terstifte, unmittelbar gesteuert werden. Häufiger dienen solche Dateneingabevorrichtungen aber der Steuerung vir tueller Objekte auf dem Display eines Datensichtgerätes, also beispielsweise der Steuerung eines Cursors in einem Menü.Such data input devices, for example in Form of the so-called mouse are known, serve the Posi tion control of objects of all kinds. For example, physical objects such as robotic arms or plot pins can be controlled directly. Serve more often such data entry devices but the control vir current objects on the display of a data display device, for example the control of a cursor in one Menu.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 35 23 270, Anspruch 9, beschrieben. Bei dieser be kannten Vorrichtung wird mit einer Eingabeeinrichtung ein Steuervektor nach Betrag und Richtung ermittelt. Dabei dient die ermittelte Richtung unmittelbar als Angabe für die Steuerrichtung des Objektes auf dem Bildschirm, und der Betrag des Steuervektors bestimmt die Geschwindigkeit, mit der das Objekt in der ermittelten Richtung bewegt wird.A device of the type mentioned is in the DE-OS 35 23 270, claim 9 described. With this be Known device is an input device Tax vector determined by amount and direction. Here the determined direction immediately serves as an indication for the control direction of the object on the screen, and the The amount of the control vector determines the speed at which which moves the object in the determined direction.

Vorteilhaft bei dieser bekannten Konstruktion ist der hohe erzielbare Dynamikbereich, der größer ist, als wenn aus dem Betrag des Steuervektors nur die Position des Objektes und nicht dessen Geschwindigkeit bestimmt würde. Es ist hierbei zu berücksichtigen, daß der Operator mit seinem das Einga begerät bedienenden Finger die aufzubringende Kraft bzw. Bewegung nur in beschränktem Maße fein unterteilen kann. Diese beschränkte Anzahl von Eingabewerten soll aber einer seits eine Feinsteuerung der Position mit niedriger Ge schwindigkeit und andererseits das rasche Erreichen weit entfernter Orte mit großer Geschwindigkeit ermöglichen. Es ist also ein sehr großer Dynamikumfang erforderlich, der vom bedienenden Finger nicht aufgelöst werden kann. Daher ist eine Geschwindigkeitssteuerung besser als eine Positionssteuerung. Weiterhin sieht die bekannte Konstruk tion zur Dynamikerhöhung vor, mit einer Auswerteinheit den Betrag über eine progressiv ansteigende Kennlinie umzu rechnen, woraus sich ein weiterer Dynamikgewinn ergibt.The advantage of this known construction is the high one achievable dynamic range, which is larger than if from the Amount of the control vector only the position of the object and its speed would not be determined. It is here to take into account that the operator with his input fingers operating the device the force to be applied or Can only subdivide movement to a limited extent. This limited number of input values is said to be one on the one hand, fine control of the position with low Ge speed and, on the other hand, reaching quickly enable remote locations at high speed. It a very large dynamic range is required, the cannot be resolved by the operating finger. Therefore speed control is better than one Position control. Furthermore, the known construct tion to increase the dynamics with an evaluation unit Amount over a progressively increasing characteristic calculate what results in a further gain in dynamics.

Dieser Stand der Technik erreicht das gesetzte Ziel aber nur unvollkommen. Bei der fest vorgegebenen Kennlinie be stimmter Steilheit, die beispielsweise linear oder vorteil haft progressiv ansteigend ausgebildet sein kann, sind eine minimale Geschwindigkeit und eine maximale Geschwindigkeit nicht überschreitbar. Wird die Kennlinie zu steil gewählt, so lassen sich geringe Geschwindigkeiten nur schlecht steu ern. Wird sie zu flach gewählt, so lassen sich hohe Ge schwindigkeiten nicht erreichen. Auch wenn die Kennlinie stark gekrümmt verläuft, ergeben sich an den Endpunkten der Kennlinie Probleme mit exakter Steuerbarkeit infolge der geringen Auflösungsgenauigkeit des bedienenden Fingers. Bei einem für die Praxis erforderlich großen Dynamikumfang läßt sich bei einfacher unkonzentrierter Bedienbarkeit keine ausreichende Steuergenauigkeit erreichen. However, this state of the art achieves the goal set only imperfect. With the fixed characteristic curve be certain steepness, for example linear or advantageous progressively increasing, are one minimum speed and maximum speed cannot be exceeded. If the characteristic is chosen too steep, low speeds are difficult to control If it is chosen too flat, high Ge not reach speed. Even if the characteristic runs strongly curved, result at the end points of the Problems with exact controllability due to the low resolution accuracy of the operating finger. At a large dynamic range required for practice none with simple unconcentrated usability achieve sufficient tax accuracy.

Weiterhin bekannt ist aus dem JP 60-79 423 A in Patents abstracts of Japan, P-386, September 7, 1985, Vol. 9/No. 221 eine Dateneingabevorrichtung zur Eingabe eines Steuer vektors nach Betrag und Richtung. Dieser Schrift sind aber keine Angaben über die Auswerteinheit zu entnehmen.It is also known from JP 60-79 423 A in patents abstracts of Japan, P-386, September 7, 1985, vol. 9 / no. 221, a data input device for inputting a tax vector by amount and direction. But this font is no information can be found about the evaluation unit.

Aus der EP 01 21 866 A2 ist eine Dateneingabevorrichtung bekannt, die einen Steuervektor nur nach Richtung, nicht aber nach Betrag einzugeben vermag. Eingaben über die Auswerteinheit finden sich hier ebenfalls nicht.EP 01 21 866 A2 describes a data input device known that a control vector only by direction, not but can enter according to amount. Entries via the There is also no evaluation unit here.

Aus der US-Z.: IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 29, No. 7, Dezember 1986, Seite 3110 ist eine Computertastatur mit eingebauter Eingabeeinheit für einen Steuervektor bekannt. Angaben zur Auswerteinheit fehlen hier ebenfalls.From the U.S. Z .: IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 29, No. 7, December 1986, page 3110 is a computer keyboard with built-in input unit for a control vector known. Information on the evaluation unit is also missing here.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Dateneingabevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei der gegebenen beschränkten Auflösung des Eingabewertes (Betätigung durch Bedienungsfinger) eine weitere Erhöhung der Dynamik zuläßt.The object of the present invention is therefore to a data input device of the type mentioned create, given the limited resolution of the Input value (actuation by operating finger) allows further increase in dynamics.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved with the features of Identification part of claim 1 solved.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion wertet die Auswert einheit nicht nur den Betrag selbst aus, um damit die Po sitioniergeschwindigkeit zu steuern, sondern auch die Ände rungsgeschwindigkeit des Betrages. Wird diese erhöht, so wird automatisch eine steilere Kennlinie gewählt, und es ergibt sich eine höhere Geschwindigkeitsübersetzung, mit der dann weitergearbeitet werden kann. Läßt der Bediener los, so ergeben sich negative Änderungsgeschwindigkeiten bzw. verringert sich der Betrag des Steuervektors, und es wird wieder zu niedrigerer Steigung umgeschaltet. Ersicht lich wird hiermit der erreichbare Dynamikumfang wesentlich erhöht. Bei sehr steiler Kennlinie lassen sich sehr hohe Geschwindigkeiten gut steuern und können weit entfernte Orte blitzschnell erreicht werden. Bei flacher Kennlinie lassen sich niedrige Geschwindigkeiten gut steuern und kann das Objekt kriechend verschoben werden. Es hat sich ge zeigt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung hervorragend zu den natürlichen Eingabereaktionen des Fingers paßt. Erkennt der Operator plötzlich, daß er zu einem weit entfernten Ziel will, so drückt er automatisch den Finger kräftig nieder, also mit hoher Änderungsgeschwindigkeit des Betra ges, so daß sofort auf höhere Steilheit umgeschaltet wird. Diese nun gewählte Steilheit wird solange beibehalten, und es kann nun durch vorsichtige Regulierung des Eingabewertes bei dieser Steilheit die Geschwindigkeit variiert werden, bis eine noch höhere Änderungsgeschwindigkeit auftritt, wobei die Steilheit wiederum erhöht wird. Die jeweils höchste gewählte Steilheit bleibt, was die Bedienung ruhig und übersichtlich gestaltet, so lange beibehalten, bis ein Herunterschalten der Steilheit erforderlich ist. Sieht der Operator, daß er sich dem Ziel nähert oder dieses bereits überschießt, so läßt er unwillkürlich los und erreicht ein Umschalten auf niedrige Steilheit. Versuche haben gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Konstruktion sehr leicht und ohne besondere Konzentration weit entfernte Punkte blitzschnell und hochzielgenau angefahren werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher für alle Arten von mechanischen Steuerungen (z.B. Robotsteuerung), Menüsteuerungen, Cursorsteuerungen sowie Steuerungen gra fischer Programme hervorragend geeignet.In the construction according to the invention, the evaluation evaluates unit not only the amount itself to make up the butt to control the positioning speed, but also the changes rate of the amount. If this is increased, so a steeper characteristic curve is automatically selected, and it there is a higher speed ratio, with which can then be continued. Leaves the operator go, so there are negative rates of change or the amount of the tax vector decreases, and it is switched back to a lower incline. Sight This makes the achievable dynamic range essential elevated. If the characteristic curve is very steep, very high ones can be achieved Control speeds well and can be far away Places can be reached at lightning speed. With a flat characteristic can control low speeds well and can the object is moved crawling. It has happened shows that the device according to the invention excellent fits the natural input reactions of the finger. Recognizes the operator suddenly that he was too distant If he wants to aim, he automatically presses the finger firmly down, i.e. with a high rate of change of the Betra ges, so that there is an immediate switch to higher steepness. This steepness, which has now been selected, is maintained for as long as and it can now be done by carefully regulating the input value with this steepness the speed can be varied, until an even higher rate of change occurs, the slope is increased again. The each The highest selected slope remains, which makes the operation calm and clearly arranged, maintained until one Downshifting the slope is required. Sees the Operator that he is approaching the target or this already overshot, he involuntarily lets go and arrives Switch to low slope. Experiments have shown that with the construction according to the invention very easily and points far away without special concentration can be approached at lightning speed and with high precision. The device according to the invention is therefore for all types of mechanical controls (e.g. robot control), Menu controls, cursor controls and controls gra fischer programs ideally suited.

Vorteilhaft sind dabei die Merkmale des Anspruches 2 vorge sehen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß bei Loslas sen der Eingabeeinrichtung auf die Kennlinie kleinster Steilheit umgeschaltet wird.The features of claim 2 are advantageous see. This ensures that at Loslas the input device on the characteristic curve smallest Slope is switched.

Weiterhin vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Auf diese Weise wird erreicht, daß während der Bedienung nur durch leichte Verringerung der Betätigung auf eine Kurve geringerer Steilheit umgeschaltet wird. Vor teilhaft ist hierbei die Rückschaltung nicht auf den klein sten Steilheitswert, sondern auf einen bestimmten mittleren Steilheitswert, mit dem dann in einem mittleren Suchge schwindigkeitsbereich weitergefahren werden kann. Dies hat sich in Versuchen als beste Lösung herausgestellt.The features of claim 3 are also advantageous intended. In this way it is achieved that during the Operation only by slightly reducing the actuation to a curve with less steepness is switched. Before the downshift is not partial to the small most steepness value, but to a certain average Slope value, with which then in a medium search speed range can be continued. this has turned out to be the best solution in tests.

Weiterhin vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Die Begrenzung der Steilheit sowohl nach oben als nach unten, also das Vorsehen einer Kennlinie maximaler Steilheit und einer Kennlinie minimaler Steilheit ist völ lig ausreichend und vereinfacht die Auswerteinheit. Dadurch wird auch die Bedienung erleichtert, da zu extreme Ge schwindigkeiten und zu langsame Kriechbereiche vermieden werden. The features of claim 4 are also advantageous intended. Limiting the slope both upwards than downwards, i.e. the provision of a characteristic curve is maximum Steepness and a characteristic curve of minimal steepness is full lig sufficient and simplifies the evaluation unit. Thereby the operation is also made easier because the ge Avoid speed and slow creep areas will.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Eingabeeinrichtung ist durch die Merkmale des Anspruches 5 gekennzeichnet. Diese Eingabeeinrichtung entspricht derjenigen, die im eingangs beschriebenen Stand der Technik angegeben ist, und kann in der dort beschriebenen Weise vorgesehen sein. Wie dort ebenfalls angegeben, können vorteilhaft gemäß Anspruch 6 die Sensoren als Drucksensoren ausgebildet sein. Eine sol che scheibenförmige Eingabeeinheit zeichnet sich durch Übersichtlichkeit und ergonomisch logische Bedienbarkeit aus, da sie insbesondere bei runder Ausbildung an ihrem um laufenden Rand einen logisch zuordenbaren Richtungshorizont liefert. Bei Ausbildung der Sensoren als Drucksensoren wird der Tatsache Rechnung getragen, daß mit dem Bedienungsfin ger Druck besser reguliert werden kann als Hubtiefe.An advantageous embodiment of the input device is characterized by the features of claim 5. These Input device corresponds to that in the beginning described prior art, and can in be provided in the manner described there. Like there also specified, can advantageously according to claim 6 the sensors can be designed as pressure sensors. A sol Che disc-shaped input unit is characterized by Clarity and ergonomic, logical usability because they are particularly well-rounded in their training running edge a logically assignable direction horizon delivers. When the sensors are designed as pressure sensors accounted for the fact that with the operating fin pressure can be better regulated than stroke depth.

Weiterhin vorteilhaft sind dabei die Merkmale des Anspru ches 7 vorgesehen. Diese Konstruktion zeichnet sich durch große bauliche Einfachheit aus, wobei die Oberflächendeh nungssensoren in einfacher Weise als Dehnungsmeßstreifen auf den Blattfedern vorgesehen sein können. Vorteilhaft sind dabei gemäß Anspruch 8 vier gekreuzt angeordnete Deh nungsmeßstreifen in Brückenschaltung angeschlossen, wodurch sich der Temperaturgang kompensieren läßt.The features of the claim are also advantageous ches 7 provided. This construction is characterized by great structural simplicity, with the surface expanding voltage sensors in a simple manner as strain gauges can be provided on the leaf springs. Advantageous are four crossed Deh according to claim 8 voltage measuring strips connected in bridge circuit, whereby the temperature response can be compensated.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawings, the invention is for example and shown schematically. Show it:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Eingabeeinrichtung im Schnitt nach Linie 1-1 in Fig. 2, Fig. 1 is an input device according to the invention taken along line 1-1 in Fig. 2,

Fig. 2 die Eingabeeinrichtung der Fig. 1 im Schnitt nach Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 2, the input device of FIG. 1 taken along line 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Auswert einrichtung und Fig. 3 and the circuit diagram of an evaluation device according to the invention

Fig. 4 eine Schar von Kennlinien unterschiedlicher Stei gung, die in der Auswerteinrichtung der Fig. 3 verwendet wird. Fig. 4 shows a family of characteristic curves of different slope, which is used in the evaluation device of FIG. 3.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Eingabeeinrichtung, die dazu dient, durch Betätigung mit dem dargestellten Finger 1 auf einem Datensichtgerät eines nicht dargestellten Com puters ein Objekt, beispielsweise einen Cursor, in eine be stimmte Position zu bringen. Fig. 1 shows an input device according to the invention, which serves to bring an object, for example a cursor, into a certain position by actuation with the finger 1 shown on a data display device of a computer (not shown).

Die dargestellte Dateneingabeeinrichtung weist, wie die Fig. 1 und 2 in entsprechender Schnittdarstellung zeigen, eine Grundplatte 2 auf, an der mittels einer Schraube 3 und einer Distanzscheibe 4 eine Kreuzfeder in ihrem Zentrum be festigt ist, die im dargestellten Ausführungsfalle vier in einer Ebene parallel zur Grundplatte 2 erstreckte Blattfe dern 5 ausbildet, welche im Zentrum miteinander und mit der Schraube 3 verbunden sind und freie äußere Enden aufweisen. An diesen ist eine die Kreuzfeder überfassende, parallel zur Grundplatte 2 angeordnete kreisförmige Scheibe 6 mit ihrem nach unten weisenden Randflansch 7 befestigt. Im vereinfachten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist er sichtlich, daß dort die freien Enden der Blattfedern 5 in Nuten des Randflansches 7 einfassen.The data input device shown has, as shown in FIGS. 1 and 2 in a corresponding sectional view, a base plate 2 , on which by means of a screw 3 and a spacer 4 a cross spring is fastened in its center, which in the illustrated embodiment four in one plane parallel to the base plate 2 Blattfe extended 5 forms, which are connected in the center with each other and with the screw 3 and have free outer ends. Attached to this is a circular disc 6, which encloses the cross spring and is arranged parallel to the base plate 2 , with its downward-facing edge flange 7 . In the simplified embodiment of FIG. 1, it is evident that there the free ends of the leaf springs 5 surround in grooves of the edge flange 7 .

Die Grundplatte 2 kann in ein übliches Computerkeybord integriert sein, in dem beispielsweise, wie die Fig. 2 zeigt, die Eingabeeinheit in der vorderen rechten Ecke angeordnet ist.The base plate 2 can be integrated into a conventional computer keyboard in which, for example, as shown in FIG. 2, the input unit is arranged in the front right corner.

Der dargestellte Finger 1 kann irgendwo auf der Scheibe aufsetzen und abwärtsdrücken. Sofern er dabei außerhalb der Scheibenmitte bleibt, ergibt sich eine Verkippung der Scheibe, bei der die vier Blattfedern, die in der Mitte festgehalten sind, unterschiedlich federnd nachgeben. Liegt der Finger 1 in der in Fig. 1 dargestellten Position (3-Uhr-Stellung) und drückt den Rand der Scheibe abwärts, so würden gemäß Fig. 2 die nach oben und unten weisenden Blattfedern in Ruhestellung bleiben. Die nach rechts weisende Blattfeder würde abwärtsgedrückt, und die nach links weisende Blattfeder würde aufwärtsgezogen.The finger 1 shown can touch anywhere on the disc and press down. If it remains outside the center of the disc, the disc tilts, with the four leaf springs, which are held in the center, yielding differently. If the finger 1 is in the position shown in FIG. 1 (3 o'clock position) and presses the edge of the disk downward, the leaf springs pointing up and down would remain in the rest position according to FIG. 2. The right hand leaf spring would be pushed down and the left hand leaf spring would be pulled up.

Auf den Blattfedern sind Dehnungsmeßstreifen 8 angeordnet, beispielsweise in üblicher Technik aufgeklebt, deren An schlußleitungen 9 an die in Fig. 3 dargestellte Auswert einheit angeschlossen sind. Damit kann die Auswerteinheit elektrische Signale aufnehmen, die die Kippauslenkung der Scheibe 6 wiedergeben.On the leaf springs strain gauges 8 are arranged, for example glued in conventional technology, the connecting lines to 9 are connected to the evaluation unit shown in Fig. 3. The evaluation unit can thus record electrical signals which represent the tilting deflection of the disk 6 .

Die in Fig. 2 dargestellte Kreuzfeder mit vier senkrecht zueinander stehenden Blattfedern 5 zeichnet sich dadurch aus, daß sie eine natürliche rechtwinklige Zerlegung der Kippbewegung in ein rechtwinkliges Koordinatenkreuz ergibt. Die Blattfedern 5 sind sehr steif ausgebildet und ermitteln somit auf kurzem Weg den vom Finger 1 ausgeübten Druck.The cross spring shown in Fig. 2 with four mutually perpendicular leaf springs 5 is characterized in that it results in a natural right-angled decomposition of the tilting movement into a right-angled coordinate system. The leaf springs 5 are very stiff and thus determine the pressure exerted by the finger 1 in a short distance.

Die Signale der Dehnungsmeßstreifen 8 können ersichtlich auf sehr einfache Weise nach Richtung und Betrag ausgewer tet werden, also danach, in welcher Winkelstellung der Fin ger 1 auf dem Scheibenrand aufsitzt und mit welchem Druck er abwärtsdrückt. Damit ist es also möglich, durch ent sprechende Auswertung ein Signal für die Richtung der Posi tionssteuerung und für die Geschwindigkeit, in der gefahren werden soll, zu errechnen, also Richtung und Betrag eines Steuervektors.The signals of the strain gauges 8 can be seen in a very simple manner according to direction and amount, that is, depending on the angular position of the fin ger 1 is seated on the edge of the disk and the pressure with which it presses downward. It is therefore possible to calculate a signal for the direction of the position control and for the speed at which the vehicle is to be driven, i.e. the direction and amount of a control vector, by appropriate evaluation.

Fig. 3 zeigt eine Auswerteinheit, mit der diese Berechnung erfolgt. Die Dehnungsmeßstreifen 8 sind unterhalb der Scheibe 6 orthogonal stehend dargestellt. Wie eine einfache Analyse der dargestellten Schaltung zeigt, sind die Deh nungsmeßstreifen 8 in einer Brückenschaltung angeordnet, deren oberer Brückenpunkt an eine Versorgungsspannung V und deren unterer Brückenpunkt an Erde angeschlossen ist. Die Mittelabgriffe der Brückenschaltung sind über Leitungen 10, 11 an Eingänge von Differenzverstärkern 12, 13 angeschlos sen, die mit ihren jeweils anderen Eingängen an einer von der Versorgungsspannung V abgegriffenen Konstantspannung liegen. Die Ausgangsleitungen 14, 15 der beiden Differenzverstärker sind an einen Multiplexer M ange schlossen. Fig. 3 shows an evaluation unit, this calculation is done with the. The strain gauges 8 are shown standing orthogonally below the disc 6 . As a simple analysis of the circuit shown shows, the strain gauges 8 are arranged in a bridge circuit, the upper bridge point is connected to a supply voltage V and the lower bridge point to earth. The center taps of the bridge circuit are connected via lines 10 , 11 to inputs of differential amplifiers 12 , 13 , which, with their respective other inputs, are at a constant voltage tapped from the supply voltage V. The output lines 14 , 15 of the two differential amplifiers are connected to a multiplexer M.

Auf den Ausgangsleitungen 14 und 15 liegen also Signale, die den Steuervektor darstellen, und zwar zerlegt in die beiden Projektionen auf zwei zueinander senkrechte Koordi natenachsen.On the output lines 14 and 15 there are therefore signals which represent the control vector, namely broken down into the two projections on two mutually perpendicular coordinate axes.

Diese beiden Komponenten des Steuervektors werden über den Multiplexer M, der von einem Prozessor P über die Leitung 16 getaktet ist, abwechselnd einem Analogdigitalwandler ADC zugeführt, von dem das gewandelte Digitalsignal über Lei tungen 17 dem Prozessor P zugeführt wird.These two components of the control vector are alternately fed via the multiplexer M , which is clocked by a processor P via the line 16 , to an analog-digital converter ADC, from which the converted digital signal is fed to the processor P via lines 17 .

Der Prozessor P errechnet aus den Eingangssignalen den Betrag des Steuervektors und dessen Richtung. Dabei ent spricht die Richtung der Winkelstellung auf dem Rand der Scheibe 6, auf der der Finger 1 aufsitzt. Der Betrag entspricht dem Druck, mit dem niedergedrückt wird.The processor P calculates the magnitude of the control vector and its direction from the input signals. Ent speaks the direction of the angular position on the edge of the disc 6 on which the finger 1 is seated. The amount corresponds to the pressure with which the pressure is depressed.

Der auf diese Weise nach Betrag und Richtung zerlegte Steuervektor kann zur Steuerung eines beliebigen Objektes auf dem Datensichtgerät verwendet werden. Entsprechende Steuersignale werden über eine Steuerleitung 18 der CPU eines nicht dargestellten Computers zugeführt.The control vector broken down in this way according to amount and direction can be used to control any object on the data display device. Corresponding control signals are fed via a control line 18 to the CPU of a computer, not shown.

Wie aus dem Stand der Technik bekannt, ist der Prozessor P derart ausgebildet, daß er den aus dem Steuervektor errech neten Winkel unmittelbar als den Winkel verwendet, unter dem das zu verschiebende Objekt auf dem Datensichtgerät verschoben werden soll. Den Betrag des Steuervektors ver wendet der Rechner zur Bestimmung der Geschwindigkeit, mit der das Objekt in der gewählten Richtung verschoben werden soll. As is known from the prior art, the processor P is designed such that it uses the angle calculated from the control vector directly as the angle at which the object to be moved is to be moved on the data display device. The computer uses the amount of the control vector to determine the speed at which the object is to be moved in the selected direction.

Zur Umrechnung des Betrages in die Steuergeschwindigkeit wird eine Kennlinie wählbarer Steilheit verwendet. In Fig. 4 ist eine Schar solcher Kennlinien dargestellt, die im Ausführungsbeispiel nichtlinear ansteigend, z.B. qua dratisch, ausgebildet sind. In den Kennlinien ist die Objektgeschwindigkeit gegenüber dem Fingerdruck darge stellt. Fig. 4 zeigt fünf mit den römischen Zahlen I bis V gekennzeichnete Kennlinien unterschiedlicher Steilheit.A characteristic curve of selectable slope is used to convert the amount into the control speed. FIG. 4 shows a family of such characteristic curves which, in the exemplary embodiment, are designed to rise nonlinearly, for example in a square manner. The object speed is shown in the characteristic curves compared to the finger pressure. Fig. 4 shows five characteristic curves marked with the Roman numerals I to V of different steepness.

Verwendet der Rechner die Kennlinie 1, so kann in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich sehr genau die Geschwin digkeit reguliert werden. Bei der Kennlinie V ergeben sich außerordentlich hohe Geschwindigkeitsbereiche.If the computer uses characteristic curve 1 , the speed can be regulated very precisely in a low speed range. The characteristic curve V results in extremely high speed ranges.

Der Prozessor P wertet den Betrag des Steuervektors nicht nur hinsichlich der Betragshöhe aus, sondern auch hinsicht lich der Geschwindigkeit, mit der der Betrag sich ändert. Mit der so gewonnenen, von der Änderungsgeschwindigkeit des Betrages, also der Änderungsgeschwindigkeit des vom Finger 1 aufgebrachten Druckes abhängigen Größe, steuert der Prozessor P die Auswahl der jeweils zu verwendenden Kenn linie. Der Prozessor P hat beispielsweise eine Kurvenschar der in Fig. 4 dargestellten Art zur Verfügung und kann zwischen den Kennlinien umschalten.The processor P evaluates the amount of the control vector not only in terms of the amount, but also in terms of the speed at which the amount changes. With the thus obtained, depending on the rate of change of the amount, ie the rate of change of the pressure applied by the finger 1 , the processor P controls the selection of the characteristic line to be used in each case. The processor P has, for example, a family of curves of the type shown in FIG. 4 and can switch between the characteristic curves.

Dabei wird die Auswahl der zu verwendenden Kennlinie so getroffen, daß bei Auftreten einer positiven Änderungs geschwindigkeit des Betrages in der Steilheit aufwärts geschaltet wird, also beispielsweise von der anfänglichen Kennlinie I auf die Kennlinie II oder III. Wird nun der Betrag (Fingerdruck) variiert, so wird auf der nun einge stellten Kennlinie gefahren. Diese ausgewählte Kennlinie bleibt so lange beibehalten, bis bei raschem Niederdrücken des Fingers 1 eine höhere positive Änderungsgeschwindigkeit auftritt als die bisher höchste Geschwindigkeit. Dann wird weiter aufwärtsgeschaltet, bis die höchste Kennlinie V erreicht ist. Die maximale bisher erreichte Kennlinie bleibt so lange beibehalten, bis eine Abwärtsschaltung der Steilheit erforderlich ist.The selection of the characteristic curve to be used is made such that when a positive change in the amount of the amount in the slope is switched upwards, for example from the initial characteristic curve I to the characteristic curve II or III. If the amount (finger pressure) is now varied, the characteristic curve now set is used. This selected characteristic curve is maintained until a rapid positive change rate occurs when the finger 1 is depressed rapidly than the previously highest rate. Then upshifting continues until the highest characteristic curve V is reached. The maximum characteristic curve achieved so far remains until a downward slope is required.

Merkt der Operator, daß er sein Ziel erreicht hat, so will er nun im Zielgebiet mit möglichst niedriger Geschwindig keit fein positionieren. Dazu muß die Kennliniensteilheit wieder abwärtsgeschaltet, also auf eine Kennlinie kleinerer Nummer zurückgeschaltet werden.If the operator notices that he has reached his goal, he wills he is now in the target area at the lowest possible speed Position finely. To do this, the slope of the characteristic curve must be used switched down again, i.e. to a characteristic curve smaller Number can be switched back.

Der Prozessor P ist dazu so ausgebildet, daß er bei Errei chen einer bestimmten negativen Änderungsgeschwindigkeit des Betrages zunächst auf eine mittlere Kennlinie um schaltet, also beispielsweise auf die Kennlinie Nummer III. Ist auch dies noch zu schnell und wird der Finger weiter losgelassen, so wird ein bestimmter Betrag (Druck D ₁) unterschritten. Dieser niedrige Druckpunkt D ₁ wird im Rechner als Schaltpunkt vorgegeben, um dann auf die unter ste Kennlinie I zurückzuschalten. Nun kann mit sehr nie drigen Geschwindigkeiten, also pixelweise kriechend, wei tergesucht werden.The processor P is designed so that it switches to Errei Chen a certain negative rate of change of the amount initially to a medium characteristic, for example, on the characteristic number III. If this too is still too fast and the finger is released further, the value falls below a certain amount (pressure D ₁ ). This low pressure point D ₁ is specified in the computer as a switching point in order to then switch back to the lower characteristic curve I. Now you can continue searching at very low speeds, i.e. creeping pixel by pixel.

Diese Ausbildung des Prozessors P mit druckänderungsge schwindigkeitsabhängiger Aufwärtsschaltung der Kennlinie und sowohl von der Änderungsgeschwindigkeit als auch vom Erreichen eines niedrigen Druckpunktes D ₁ abhängiger Ab wärtsschaltung hat sich als außerordentlich bedienungs komfortabel herausgestellt.This design of the processor P with pressure change speed-dependent upshifting of the characteristic curve and both of the rate of change and of reaching a low pressure point D ₁ dependent downshift has proven to be extremely easy to use.

Fährt der Operator beispielsweise auf dem Bildschirm mit einem Objekt, z.B. einem Cursor, in einem größeren Display herum und erkennt plötzlich, daß er einen weit entfernten Bereich aufsuchen will, so wird er unwillkürlich stark zudrücken. Daraus ergibt sich eine hohe positive Druck änderungsgeschwindigkeit, und der Rechner schaltet sofort in der Kennliniensteilheit hoch, beispielsweise sofort auf die steilste Kennlinie V. Auf der nun eingestellten Kennlinie kann durch Variation des Fingerdruckes hin- und hergefahren, also die Geschwindigkeit variiert werden. For example, the operator travels on the screen an object, e.g. a cursor, in a larger display around and suddenly realizes that he is a distant one Wants to go to the area, so he becomes involuntarily strong squeeze. This results in a high positive pressure change speed, and the calculator switches immediately high in the curve steepness, for example immediately on the steepest characteristic curve V. On the now set Characteristic curve can be varied by varying finger pressure drove here, so the speed can be varied.

Diese Kennlinie bleibt beibehalten, so daß ein dauerndes nervöses Rauf- und Runterschalten der Steilheit, was den Operator irritieren würde, vermieden wird. Sieht der Operator, daß er dabei ist, sein Zielgebiet zu erreichen oder daß er dieses bereits überschießt, so wird er unwillkürlich den Druck rasch vermindern. Es ergibt sich eine negative Änderungsgeschwindigkeit, die vom Prozessor P erkannt und zum Umschalten zunächst auf eine mittlere Kennlinie III benutzt wird. Ist dem Operator auch diese Kennlinie noch zu steil, sind ihm also die Fahr geschwindigkeiten noch zu hoch, so verringert er den Druck weiter, und es wird der niedrige Druck D ₁ unterschritten, so daß auf die unterste Kennlinie I, also auf Kriech geschwindigkeit, zurückgeschaltet wird.This characteristic curve is retained so that a constant nervous up and down switching of the slope, which would irritate the operator, is avoided. If the operator sees that he is about to reach his target area or that he is already overshooting it, he will involuntarily reduce the pressure quickly. The result is a negative rate of change, which is recognized by processor P and is initially used to switch to a medium characteristic curve III. If this characteristic is too steep for the operator too, ie if the driving speeds are still too high, the pressure is reduced further and the pressure falls below the low pressure D ₁ , so that the lowest characteristic I, that is to say creep speed, is switched back.

Wie die Fig. 4 zeigt, beginnt die Steuerung bei einem Druck D ₀. Dieser Druckpunkt liegt sehr niedrig und schaltet die Positioniergeschwindigkeit auf Null. Im Druckbereich zwischen Null und D ₀ ruht das zu steuernde Objekt also. Damit wird erreicht, daß man den Finger auf die Scheibe in gewünschter Position legen kann, ohne daß bei leichtester Berührung das zu steuernde Objekt sofort losfährt.As shown in FIG. 4, control begins at a pressure D ₀ . This pressure point is very low and switches the positioning speed to zero. The object to be controlled rests in the pressure range between zero and D ₀ . This ensures that you can put your finger on the disc in the desired position without immediately touching the object to be controlled with the slightest touch.

Die Druckpunkte D ₁ und D ₀ können beispielsweise zu sammenfallen.The pressure points D ₁ and D ₀ can coincide, for example.

Die dargestellte Vorrichtung kann im Rahmen der Erfindung auf vielfältige Weise variiert werden.The device shown can be used within the scope of the invention can be varied in many ways.

So kann die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einga beeinrichtung weitgehend variiert werden. Anstelle vier orthogonaler Blattfedern 5 können beispielsweise nur drei unter gleichem Winkel angeordnete Federn vorgesehen sein, von denen beispielsweise nur zwei mit Dehnungsmeßstreifen belegt sind. Die Kippauslenkung der Scheibe 6 kann auch auf andere als die dargestellte Weise ermittelt werden, beispielsweise durch Ermittlung des Randabstandes gegenüber der Grundplatte 3 auf geeignete Weise, beispielsweise mittels kapazitiver oder induktiver Abstandsaufnehmer. Anstelle in dargestellter Weise die Kippstellung der Scheibe 6 über Drucksensoren zu ermitteln, kann die Kippstellung auch gegenkraftfrei, also ohne Federn, über Ermittlung des Hubes, mit dem abwärtsgedrückt wird, festgestellt werden.Thus, the input device shown in FIGS . 1 and 2 can largely be varied. Instead of four orthogonal leaf springs 5 , for example, only three springs arranged at the same angle can be provided, of which, for example, only two are covered with strain gauges. The tilting deflection of the disk 6 can also be determined in a manner other than that shown, for example by determining the edge distance from the base plate 3 in a suitable manner, for example by means of capacitive or inductive distance sensors. Instead of determining the tilted position of the disk 6 by means of pressure sensors, the tilted position can also be determined without counterforce, that is to say without springs, by determining the stroke with which the downward pressure is applied.

Die dargestellte Scheibe 6 ist kreisrund dargestellt. Damit wird ein der natürlichen Winkelauffassung des Operators entsprechender Winkelhorizont durch den Rand der Scheibe vorgegeben, an dem der Finger leicht sich in seiner Winkelorientierung zurechtfinden kann. In besonders bevorzugter, nicht dargestellter Ausführung ist der Rand der Scheibe leicht nach oben erhöht, so daß der Finger auch bei Blindbedienung den Rand fühlen kann. Die Scheibe kann in geänderter Ausführungsform aber auch eckig ausgebildet sein, beispielsweise aus Designgründen. Die Scheibe kann Beschriftungen tragen, z.B. Winkelmarkierungen.The disk 6 shown is shown circular. An angle horizon corresponding to the natural angle view of the operator is thus predetermined by the edge of the pane, on which the finger can easily find its way in its angular orientation. In a particularly preferred embodiment, not shown, the edge of the disk is raised slightly upwards, so that the finger can feel the edge even when operated blind. In a modified embodiment, however, the pane can also be angular, for example for design reasons. The disc can have labels, eg angle markings.

Die Eingabeeinheit kann aber auch völlig anders ausgebildet sein. Sie kann beispielsweise in Nebeneinanderanordnung einen Drehknopf, mit dem die Winkelstellung gewählt wird, also der Winkelwert des Steuervektors, und einen nieder drückbaren Knopf, mit dem der Druck, also der Betrag des Vektors ermittelt wird, aufweisen. Auch andere Eingabe einheiten sind verwendbar, die einen Steuervektor nach Betrag und Richtung bestimmen können.The input unit can also be designed completely differently be. For example, they can be arranged side by side a rotary knob with which the angular position is selected, so the angle value of the control vector, and one low pushable button with which the pressure, i.e. the amount of Vector is determined. Other input too Units can be used that have a control vector Can determine the amount and direction.

In Fig. 4 sind gekrümmte Kennlinien dargestellt, die beispielsweise quadratisch oder auf andere Weise elektronisch einfach nachbildbar ausgebildet sein können.In FIG. 4 curved characteristics are shown, which can be formed easily be simulated electronically, for example, square or in another way.

Es sind aber auch lineare, also gerade Kennlinien verwendbar.But they are also linear, i.e. straight characteristics usable.

Die Umschaltung zwischen den Kennlinien in Abhängigkeit von der Betragsänderungsgeschwindigkeit kann ebenfalls auf andere als die oben erwähnte Weise erfolgen. So kann beispielsweise beim Abwärtsschalten der Steilheit mehr stufig abwärtsgeschaltet werden, also beispielsweise von der höchsten Steilheit in drei Stufen abwärts. Anstelle der beschriebenen Umschaltung zwischen diskreten Kennlinien kann auch eine kontinuierliche Veränderung der Kenn liniensteilheit vorgesehen sein. Bevorzugt, weil rechne risch einfach zu bewältigen und vom Bedienungskomfort her ausreichend, ist die Verwendung diskreter Kennlinien, wie in Fig. 4 dargestellt. In Versuchen hat sich eine Anzahl von 30 quadratischen Kennlinien als hervorragend geeignet herausgestellt. Bei digitaler Datenverarbeitung wie im Prozessor P der dargestellten Ausführungsform ergeben sich zwangsläufig diskrete Kennlinien. Zur Vereinfachung der Berechnungen kann es günstiger sein, eine niedrigere Anzahl solcher Kennlinien zu verwenden. Die Anzahl sollte aber nicht zu klein sein, damit der Operator nicht durch ruckartige Umschaltung der Steilheit irritiert wird.The changeover between the characteristic curves as a function of the rate of change in amount can also be carried out in a different way than the one mentioned above. For example, when switching down the steepness, it is possible to shift down more stages, for example from the highest steepness in three stages. Instead of the switchover between discrete characteristic curves described, a continuous change in the slope of the characteristic curve can also be provided. Preferred, because it is computationally easy to manage and sufficient in terms of operating comfort, is the use of discrete characteristic curves, as shown in FIG. 4. In tests, a number of 30 square characteristic curves have proven to be extremely suitable. In digital data processing, as in processor P of the illustrated embodiment, discrete characteristic curves are inevitable. To simplify the calculations, it may be cheaper to use a lower number of such characteristic curves. The number should not be too small, however, so that the operator is not irritated by the sudden change in slope.

Die erfindungsgemäße Dateneingabevorrichtung kann, wie bereits anhand der Fig. 2 erwähnt, in ein übliches Computerkeybord integriert werden. Dazu ist die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Eingabeeinheit sehr gut geeignet, die bei einem ausreichenden Scheibendurchmesser von beispiels weise 5 cm in herkömmliche Keybordkonstruktionen leicht unterbringbar ist. Es ist jedoch auch ein getrennter Aufbau möglich, bei dem die Eingabeeinheit in einem kleinen Kasten sitzt, der gesondert von dem Keybord an einen Computer angeschlossen wird. Dabei kann die Auswerteinrichtung, die in Fig. 3 dargestellt ist, in unmittelbarer Nähe der Eingabeeinheit in deren Gehäuse integriert sein oder bei spielsweise auf einer Steckkarte auf dem Motherbord des Computers sitzen.As already mentioned with reference to FIG. 2, the data input device according to the invention can be integrated into a conventional computer keyboard. For this purpose, the input unit shown in FIGS . 1 and 2 is very suitable, which can easily be accommodated in conventional keyboard constructions with a sufficient disk diameter of, for example, 5 cm. However, a separate construction is also possible in which the input unit is located in a small box which is connected to a computer separately from the keyboard. The evaluation device, which is shown in FIG. 3, can be integrated in the immediate vicinity of the input unit in its housing or, for example, can be seated on a plug-in card on the motherboard of the computer.

Die erfindungsgemäße Dateneingabevorrichtung ist für alle Arten von Positionssteuerung in Programmen unterschied lichster Art geeignet, bei denen es darauf ankommt, unter visueller Kontrolle irgendwelche virtuellen Objekte auf dem Datensichtgerät des Computers zu verschieben. Hierfür seien einige Beispiele genannt: The data input device according to the invention is for everyone Different types of position control in programs most suitable type, where it matters under visual control any virtual objects on the Move the computer's display device. For that be named a few examples:

Bei flächigen Menüs müssen bestimmte Felder angefahren werden. Bei sogenannten Pull-Down-Menüs müssen waagerechte oder senkrechte Befehlsleisten abgefahren werden. Bei Textprogrammen muß der Cursor zu einem bestimmten Buch staben oder Wort des Textes gefahren werden. Bei Zeichen programmen müssen Markierungen an bestimmten Stellen gesetzt werden.Certain fields must be approached for flat menus will. With so-called pull-down menus, horizontal or vertical command bars. At Text programs must be the cursor to a specific book letters or word of the text. With characters programs must have markings at certain points be set.

Bei den vorgenannten Beispielen geht es zumeist darum, eine Markierung auf einem feststehenden Untergrund zu ver schieben. Es können aber beispielsweise auch ganze Teile des Displays markiert und verschoben werden, beispielsweise markierte Textstellen in einem Textprogramm oder Zeich nungsobjekte in einem Zeichenprogramm. Ferner kann es auch in umgekehrter Steuerung erforderlich sein, einen Bild bereich, der größer ist als der Schirmausschnitt, gegenüber dem Schirm zu verschieben.The examples above are mostly about one Ver marking on a fixed surface push. However, whole parts can also be used, for example of the display are marked and moved, for example selected text in a text program or drawing objects in a drawing program. It can also in reverse control, an image may be required area that is larger than the screen section to move the screen.

Die erfindungsgemäße Dateneingabevorrichtung kann aber auch zur Steuerung realer physikalischer Objekte verwendet werden, beispielsweise zur Steuerung von Robotarmen oder zur direkten Steuerung eines Plotters.The data input device according to the invention can also used to control real physical objects be used, for example, to control robotic arms or for direct control of a plotter.

Claims

1. Data input device for visual feedback control of the position of an object with a entranc impressive standardized for the manual input of a control vector of magnitude and direction and with an evaluation unit, the selectable from the amount by means of a rising slope efficiency forms an object speed be provoking control signal, characterized in that that the evaluation unit also the Änderungsgeschwin speed of the amount evaluates and whose elevation above the highest recorded to date positive Ge the steepness speed of the characteristic curve (I to V) increases and when a certain negative rate of change and / or a certain small amount (D ₁ ) lowered.

2. Device according to claim 1, characterized in that the slope is switched back to the smallest value (I) when the value falls below a certain small amount ( D ₁ ).

3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the slope at over pass a certain negative rate of change to a certain average value (III) is reduced.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the steepness between two Extreme values (I and V) can be selected.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the input device has a tiltable disc ( 6 ) mounted on all sides with respect to a base plate ( 2 ), the inclination of which is determined according to the amount and direction by suitable sensors ( 8 ).

6. The device according to claim 5, characterized in that the sensors are formed as short-stroke pressure sensors ( 8 ).

7. The device according to claim 6, characterized in that the disc ( 6 ) with its edge ( 7 ) at the outer ends of at least three radially and parallel to the disc ( 6 ) at the same angular distance arranged leaf springs ( 5 ) is fixed, the inner Ends below the center of the pane are fixed to the base plate ( 2 ), at least two of the leaf springs ( 5 ) being equipped with surface strain sensors ( 8 ).

8. The device according to claim 7, characterized in that four right-angled leaf springs ( 5 ) are provided, the strain sensors ( 8 ) are each opposite in a bridge circuit ( Fig. 3) are connected to the evaluation unit.