Vergo

Experimentelle Auseinandersetzung mit der Gestaltung von haptischem Feedback an einer kugelförmigen Benutzerschnittstelle. Diese kann sowohl aktionär als auch reaktionär agieren.

Projektinhalt

 

Kugel

 

Gegenstand des Semesterprojekts war die experimentelle Auseinandersetzung mit der Gestaltung von haptischem Feedback. Welche Informationen lassen sich über diesen Wahrnehmungskanal vermitteln?

Ergebnis unserer Untersuchungen ist die Gestaltung einer kugelförmigen Benutzerschnittstelle, die in ihrer Eigenschaft als eigenstädniges System sowohl aktionär als auch reaktionär agieren kann. Sphere Shifting richtet den Fokus des Probanten auf seine haptische Wahrnehmung. Aus dem Zusammenspiel von Gewichtsverlagerung und Tonausgabe ergibt sich eine komplexe aber dennoch intuitiv verständliche Feedbacksituation.

Potenielle Anwendungsgebiete für unser Interface finden sich zum Beispiel im Messe- und Ausstellungskontext.

 

 

grundlegende Fragestellungen

 

- Wie wirkt sich die Gewichtsverlagerung in einer Kugel auf das Verhalten des Nutzers aus?
- Kann mit einer Gewichtsverlagerung eine Richtung assoziiert werden?
- Kann diese Assoziation durch Geräusche verstärkt werden?
- Wenn ja, wie müssen die Geräusche gestaltet sein?
- Wie sieht ein Feedback / eine Beeinflussung der Kugel auf unser Verhalten aus?
- Wie können wir selbst die Kugel beeinflussen?
- Inwiefern sind Geräusch und Gewicht voneinander abhängig? Kann das eine die Eingabe des Nutzers unterstützen während das andere eine Eingabe durch den Nutzer fordert (Feedback und Eingabeaufforderung in einem Medium)?

 


Bauansätze für eine Gewichtsverlagerung in der Kugel

 

umgesetzte Bauweise: Zweiachs-Pendel aus vier Servomotoren. Die Motoren sind in der Kugel arretiert. Jeweils 2 Servos bewegen das Gewicht entlang zweier Achsen. Das Gewicht ist an dem Ende des Pendels befestigt und schwingt so entlang des Kugelbodens. Das andere Ende muss sich genau im Mittelpunkt zwischen den Motoren befinden.

Die Motoren sind präzise, stark und zielorientiert steuerbar, haben aber einen Drehwinkel von nur 120 Grad. Mit diesem Aufbau ist es also nicht möglich die Kugel zu drehen, die Ansteuerung beschränkt sich auf ein Neigen der Kugel.

Bau

 

 

alternative Bauweisen:

Auto aus Steppermotoren mit Omnirollen aus 3 Steppermotoren, die ein Gewicht bewegen, das den Schwerpunkt des Aufbaus bildet. Um ein Abrutschen zu vermeiden und eine Bewegung in alle Richtungen zu gewährleisten, hat das Auto 3 Omnirollen. Diese stützen es gleichzeitig in der Kugel ab. Steppermotoren steuern genaue Schritte an und haben eine Achse, die um 360 Grad drehbar ist. Omnirollen kommen aus dem Roboterbau und können sowohl vor- und rückwärts als auch seitlich gedreht werden. Die Steppermotoren sind jedoch zu schwach, um das Gewicht zu bewegen.

Taumelscheibe aus dem Flugzeugbau. Drehung um eine Achse und Veränderung des Anstellwinkels bewegen ein Gewicht. Die Technologie ist jedoch zu teuer für einen Prototypen.

Ferngesteuertes Auto hacken. Nachteil: Ein kleines Auto, das in die Kugel passt, ist zu schwach, um das Gewicht zu bewegen.

 

 

Umsetzung im Modellbau

Elektronische Bestandteile
Stromversorgung
für Motoren und Board mit einem 9V Akku aus Batterien, um kein Kabel aus der Kugel zu leiten. Ideal wäre ein Induktionsakku, sodass die Kugel nicht geöffnet werden muss um den Akku zu wechseln.

Datentransfer
durch eingespeicherten Code auf einem Arduinoboard. Idealerweise ein Bluetooth-Board, um eine Korrektur ohne Anschluss an ein USB-Kabel vorzunehmen.

Servomotoren
in einem Zweiachs-Pendel steuern fünf unterschiedliche Positionen an. Das Gewicht besteht aus Blei.

Neigungssensor und Beschleunigungssenor
lesen die Neigung des Gewichts aus und steuern akustische Signale sowie den Ausschlag der Motoren.

Lautsprecher bzw.
Piezoelemente

senden Klicksignale zur akustischen Unterstützung der Gewichtsverlagerung. Insgesamt sechs Lautsprecher sind in der Kugel angeordnet, jeweils einer am Ende einer Achse. Die Werte des Neigungs- und des Beschleunigungssensors steuern die Intervalldauer des Signals. Befindet sich die Kugel aus dem Gleichgewicht, sind die Intervalle kürzer. Wenn das Gewicht wieder als Schwerpunkt nach unten liegt, werden die Intervalle länger und der Ton dadurch ruhiger.

Die technischen Elemente werden in einer Plastikkugel aus dem Bastelbedarf mit einem Durchmesser von 18 cm eingeschlossen. Ein Überzug aus Lunasoft versteckt die technischen Elemente und beschränkt die Wahrnehmung so auf ein ausschließließlich haptisches und akustisches Feedback. Der Überzug ist so konzipiert, dass er bei Bedarf geöffnet werden kann.

 

 

Schaltpläne

 

Schaltplan Boxen

 

 

- Verkabelung von sechs Boxen mit Lage- und Beschleunigungssensoren

- linker Sensor: Beschleunigungssensor Gyro Breakout Board - LPR530AL Dual 300°/s

- rechter Sensor: Lagesensor Triple Axis Accelerometer Breakout - MMA7260Q

- Langes schwarzes Kabel: Boxenanschluss an den Audioausgang

- weiße Kabel: Anschluss Boxen

 

 

 

Schaltplan gesamt

 

 

Übersicht über den finalen Schaltplan mit 4 Motoren, Lage- und Beschleunigungssensoren, einem Piezoelement und Stromversorgung.

Schaltpläne erstellt mit Fritzing.