Haptische Interfaces II

Haptische Interfaces II

Haptisches Feedback lässt sich auf viele mögliche Arten erzeugen. Elektromotoren, Linearaktuatoren, aber auch exotischere Möglichkeiten wie zum Beispiel rheologische Flüssigkeiten wurden in diesem Projekt untersucht.

Aber nicht nur Haptik, sondern auch neue Eingabemöglichkeiten mit hohen Freiheitsgraden wurden exploriert. Schließlich wurde der Versuch unternommen, mit Hilfe von Beschleunigungsmessern ein relatives 5dof Eingabegrät zu entwerfen, welches ohne externe Messpunkte funktioniert, die InertiaMouse.

Gleichzeitig bot dieses Projekt Unterstützung für die Fakultät Gestaltung, die mit dem Projekt "Bücher" neue Formen des Lesens zu explorieren suchte.

Experimente

Um haptisches Feedback zu erzeugen, muss man keine großen Kräfte aufbringen. Leichte Verformungen können mit den Fingerkuppen gut erfühlt werden. Interessant sind fühlbare Veränderungen von Materialeigenschaften wie Viskosität, die durch elektrische Felder hervorgerufen werden, und dadurch keine mechanische Einwirkung erfordern.

Wir untersuchten elektrorheologische Flüssigkeiten; Dispersionen, deren Viskosität in einem elekrischen Feld verringert wird. Dieser Effekt tritt sehr schnell (~1ms) ein, so daß haptische Eindrücke gut vermittelt werden können. Leider sind die benötigten Spannnungen sehr hoch (~1000V), so daß der Einsatz in einem tragbaren Gerät verhindert wird.

 

Mit Accelerometern misst man Beschleunigungen. Die Bauteile sind sehr klein, und können durch geeignete Anordnung in mehrere Richtungen messen. Durch Integration der Beschleunigungswerte kann man den zurückgelegten Weg im Raum errechnen.

Im Rahmen des Projekts verwendeteten wir ADXL202 Beschleunigungssensoren. Der Messbereich liegt zwischen -2 und 2 g.

 

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Inertia Mouse

Basierend auf Accelerometern wurde der Versuch unternommen, ein Eingabegerät mit 2 Rotations- und 3 Translationsfreiheitsgraden zu entwickeln. Die Rotation wird durch die Auslenkung des Geräts aus der Horizontalen bestimmt, die durch Veränderungen der Komponenten der Erdbeschleunigung gemessen wird. Die Translation wird durch Ausfiltern der Erdbeschleunigung und zweifaches Integrieren über die Zeit errechnet. Dies ist sehr anfällig für Störungen, somit können nur kurze Wege gemessen werden.

Auf dem Bild ist der Aufbau der InertiaMouse zu erkennen. Oben befindet sich der Bluetooth-Chip, auf der mittleren Ebene befindet sich der ATMega32 Microcontroller. Auf der unteren Ebene sind die beiden Beschleunigungssensoren und deren Ansteuerung angebracht.

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Anwendungen

Um die InertiaMouse testen zu können wurden verschiedene Beispielanwendungen implementiert.

Kugel-Labyrinth

Bei dieser Anwendung wurde durch Kippen des Eingabegeräts ein Kugellabyrinth gesteuert. Dabei wurde sowohl eine reale als auch eine virtuelle Instanz des Kugellabyrinths implementiert.

Die reale Version wurde mittels Servomotoren gesteuert. Der Verstellwinkel der Motoren wird direkt durch die PWM der beiden Accelerometer codiert.

 

 

3ddesktop

Durch Kippen der InertiaMouse kann bei dieser Anwendung durch die virtuellen Arbeitsflächen des KDE Desktops geschaltet werden. Zum Umschalten wurde das Programm 3ddesktop verwendet.

 

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Unterstützung des Projekt Bücher

Aus dem Vorlesungsverzeichnis: "`Der Inhalt eines Mediums ist stets
ein anderes Medium (H. M. Mc L.).  
Tablet-PCs und E-Books sind ">tangible books"< und inzwischen weithin verfügbar. Das Lesen eines Buches oder auch eines umfangreichen Dokuments auf einem solchen Rechner hat bezüglich des Interfaces bisher wenig Ähnlichkeit mit dem Lesen eines realen Buches. Bei einem realen Buch kann jederzeit eine beliebige Seite aufschlagen, vorwärts und rückwärts blättern. Diese Operationen werden für ein virtuelles Buch meist nur durch einen ">scrollbar"< realisiert. Dieser erlaubt weder einen direkten Zugriff noch komfortables Blättern. In diesem Projekt sollen neue Eingabegeräte entstehen. Ziel ist die Entwicklung von sinnlichen Benutzungsebenen für digitale Bücher und deren gestalterische Umsetzung.

Mit den Mediensystemern geht es um die Programmierung von Mikrocontrollern zur Ansteuerung der Eingabegeräte. Dieses Projekt findet gemeinsam mit Studenten der Fakultät Medien statt."'
Im Verlaufe des Semesters haben wir 3 Projekte aktiv unterstützt. Dabei entwickelte sich eine enge Zusammenarbeit mit den Studenten der Fakultät Gestaltung. Insbesondere ging es darum funktionierende Prototypen in der zur Verfügung stehenden Zeit zu entwickeln. 

 

Analog Scrolling

Im Rahmen des Projektes ``Bücher?'' der Fakultät Gestaltung wurde eine Schrittmotorsteuerung für den Entwurf von Michael Grunwald entwickelt. Dabei handelte es sich um ein ``Gerät zur Anzeige langer Texte ohne Seitenstruktur''. Ein Bedieninteface erlaubt das scrollen in verschiedenen Geschwindigkeiten und einen Zeilen- und Dreizeilen-, sowie Seitenweisen Vorschub.

 

XBook

Eine weitere Arbeit aus dem Produktdesign-Projekt ``Bücher'' ist das Konzept X-BOOK von Cheng Liang. Das Ziel hierbei ist es, ein universell einsetzbares Buch zu entwerfen, welches alle Buchformen, wie z.B. Lesebuch, Zeitung, Bildband, Notizbuch, Skizzenbuch unterstützt und diese Anwendungsmöglichkeiten durch moderne Medien wie Fernsehen oder Computer erweitert.


Bei dem Entwurf handelt es sich um einen tragbaren, mobilen Computer, welcher mit zwei Touch Screen Monitoren und einer drei Achsen-Gelenkkonstruktion ausgestattet ist. Dadurch kann man in mehreren Positionen und Anwendungsbereichen arbeiten.  Das Konzept sieht vor sämtliche Hardware in der Säule zu integrieren. Zudem soll es ein externes Modul geben, welches als Ladestation fungiert und den Anschluss weiterer Peripherie, z.B. optische Laufwerke, ermöglicht.

 

ReadMe

ReadMe ist ein Navigationskonzept zum Lesen an Geräten mit kleinem Monitor. Der Entwurf stammt von Jessica Matussek.
Im Rahmen der Zusammenarbeit wurde über neue Funktionen für das vom "`analogen"' Buch bekannte Lesezeichen gesucht. Durch die Nutzung einer bereits vorhanden Metapher, und deren Überladung mit neuen Interaktionsmöglichkeiten erübrigt sich die Installation neuer, unbekannter Steuerelemente, die den Nutzer zunächst vielleicht abschrecken könnten, das Buch zu nutzen.
Der Mehrwert eines elektronischen Buches besteht eben darin, bei gleicher Größe mehr als nur ein Buch zugänglich zu machen. Durch die Anordnung der beiden Bildschirme lässt sich z.B. auch in zwei Büchern gleichzeitig lesen.

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