Formelzeichen Grundlagen des haptischen Entwurfs Motivation und Anwendungen haptischer Systeme p. 7 Bedeutung der Haptik aus philosophischer und

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1 Formelzeichen p. xx Grundlagen des haptischen Entwurfs Motivation und Anwendungen haptischer Systeme p. 7 Bedeutung der Haptik aus philosophischer und sozialer Sicht p. 7 Haptik als Grenze des physischen Seins p. 7 Was prägte den Tastsinn p. 11 Besonderheiten im Entwurfprozess p. 13 Die Bedeutung der Haptik im beruflichen Alltag p. 15 Der Tastsinn im medizinischen Alltag p. 16 Der Tastsinn im Cockpit p. 18 Der Tastsinn am Schreibtisch p. 19 Der Tastsinn in der Musik p. 19 Begriffsklärungen p. 23 Wissenschaftliche Disziplinen in der haptischen Forschung p. 23 Begriffe und Bezeichnungen beim Umgang mit haptischen Systemen p. 25 Grundbegriffe der Haptik p. 25 Definition haptischer Systeme p. 26 Eigenschaften haptischer Systeme p. 30 Charakterisierung haptischer Objekteigenschaften p. 32 Technische Beispiele p. 33 Biologische Grundlagen haptischer Wahrnehmung p. 39 Biologie des Tastsinns p. 39 Haptische Wahrnehmung p. 44 Psychophysikalische Konzepte p. 44 Frequenzabhängigkeit p. 50 Kennwerte haptischer Interaktion p. 55 Schlussfolgerungen aus der Biologie der Haptik p. 60 Steifigkeiten p. 60 Ein Kiloherz - Bedeutung für den technischen Entwurf p. 62 Nutzermodellbildung p. 65 Zuordnung der Frequenzbereiche auf das Nutzermodell p. 65 Modell des Nutzers als mechanische Last p. 69 Griffarten p. 71 Messverfahren und Messmittel p. 72 Modelle p. 73 Modellparameter p. 76 Modellbildung haptischer Wahrnehmung p. 84 Anwendungsbeispiele p. 88 Kinästhetisches System p. 88 Taktiles System p. 90 Beispielanalysen im Zeit-und Frequenzbereich p. 91

2 Zusammenfassende Anmerkungen zur Anwendung der Methodik p. 95 Strukturen haptischer Systeme p. 97 Systembetrachtungen p. 97 Impedanz-gesteuert p. 98 Impedanz-geregelt p. 99 Admittanz-gesteuert p. 101 Admittanz-geregelt p. 102 Qualitative Gegenüberstellung der möglichen Systemstrukturen p. 104 Abstraktion der weiteren Systembestandteile p. 106 Grundlegende Systemzerlegung p. 106 AnalysederSystemanteile p. 108 Entwurf haptischer Systeme Identifikation von Anforderungen p. 119 Die richtigen Fragen für Spezifikationen p. 119 Interaktion als Klassifizierungsmerkmal p. 121 Cluster ""Kinästhetik"" p. 122 Cluster ""Surface-tactile"" p. 123 Cluster ""Vibro-Taktil"" p. 124 Cluster ""Vibro-Directional"" p. 125 Cluster ""Omni-Dimensional"" p. 126 Cluster ""always"" p. 126 Experimente mit dem Kunden p. 127 Das Pflichtenheft eines haptischen Systems p. 128 Abfolge der zu treffenden Technologie-Entscheidungen p. 132 Methoden zur Regelung haptischer Systeme p. 135 Einführung p. 135 Methoden der Systembeschreibung p. 136 Klassische Methoden für lineare Eingrößensysteme p. 136 Beschreibung linearer Systeme im Zustandsraum p. 141 Methoden für nichtlineare Systeme p. 144 Stabilität gekoppelter Systeme p. 146 Stabilitätsanalyse linearer Systemanteile p. 146 Stabilitätsanalyse nichtlinearer Systemanteile p. 150 Passivität gekoppelter Systeme p. 155 Regelung haptischer gekoppelter Systeme p. 158 Ansätze zur Strukturierung p. 158 Anforderungsdefinition p. 160 Reglerentwurf p. 162 Fazit p. 168 Kinematikentwurf p. 171 Grundlagen p. 171

3 Mechanismen und deren Einordnung p. 171 Kinematische Berechnungen p. 175 Übertragungsverhalten und die Jakobi Matrix p. 176 Optimierung des Übertragungsverhaltens p. 180 Serielle Mechanismen p. 181 Topologiesynthese p. 182 Berechnung der kinematischen Probleme p. 183 Beispiel eines seriellen Mechanismus p. 186 Parallele Mechanismen p. 189 Topologiesynthese p. 189 Berechnung der kinematischen Probleme p. 192 Beispiel eines parallelen Mechanismus p. 193 Gesamtablauf des kinematischen Entwurfs p. 195 Aktorentwurf p. 199 Allgemeines zum Aktorentwurf p. 200 Übersicht über nutzbare Aktorprinzipien p. 200 Aktor-AuswahlhilfeDynamik p. 204 Getriebe p. 205 Elektrodynamische Aktoren p. 208 Der Elektrodynamische Effekt und seine Einflussgrößen p. 208 Aktorentwurf p. 222 Aktorelektronik p. 228 Beispiele elektrodynamischer Aktoren in haptischen Geräten 234 Fazit zum Entwurf elektrodynamischer Aktoren p. 238 Elektromagnetische Aktoren p. 239 Magnetische Energie p. 239 Auslegungdes Eisenkreises p. 242 Beispiele elektromagnetischer Aktoren p. 246 Magnetische Aktoren in haptischen Geräten p. 249 Fazit zum Entwurf magnetischer Aktoren p. 252 Piezoelektrische Aktoren p. 254 Der piezoelektrische Effekt p. 254 Bauformen und Eigenschaften piezoelektrischer Aktoren p. 259 Entwurf piezoelektrischer Aktoren fürhaptische Systeme p. 270 Vorgehen beim Entwurf piezoelektrischer Aktoren p. 270 Piezoelektrische Aktoren in haptischen Systemen p. 276 Elektrostatische Aktoren p. 288 Größen des elektrischen Feldes p. 288 Bauformen kapazitiver Luftspaltaktoren p. 290 Dielektrische Polymeraktoren p. 297 Elektrorheologische Fluide p. 304

4 Sonderformen haptischer Aktoren p. 313 Haptisch-Kinästhetische Geräte p. 313 Haptisch-Taktile Geräte p. 317 Kraftsensorentwurf p. 325 Randbedingungen p. 325 Struktur des Displays p. 326 Kontaktsituation p. 326 Mechanische Eigenschaften des Messobjekts p. 328 Textur des Messobjekts p. 330 Ermittlung der Entwurfskriterien p. 332 Sensorprinzipien p. 332 Grundlagen der Elastomechanik p. 334 Resistive Dehnungsmessung p. 338 Piezoresistive Silizium-Sensoren p. 342 Weitere resistive Sensoren p. 347 Kapazitive Sensoren p. 348 Optische Sensoren p. 354 Piezoelektrische Sensoren p. 362 Exoten p. 364 Auswahl eines geeigneten Sensors p. 368 Einsatz von Positionssensoren p. 373 Grundprinzipien der Positionsmessung p. 373 Anforderungen im haptischen Zusammenhang p. 375 Optische Sensoren p. 376 Magnetische Sensoren p. 379 Weitere Wegsensoren p. 382 Elektronik für absolute Positionssensoren p. 384 Beschleunigung und Geschwindigkeitsmessung p. 385 Integration und Differentiation von Signalen p. 385 Induktionssysteme p. 387 Kraftsensoren als Beschleunigungssensoren p. 388 Fazit p. 388 Schnittstellenauswahl p. 389 Grenzfrequenzen im Übertragungsweg p. 390 Bandbreite in Telemanipulationssystemen p. 390 Bandbreite bei Simulator-Systemen p. 391 Datenraten und Latenzen p. 391 Konzepte zur Bandbreitenreduktion p. 393 Betrachtung der wirklich auftretenden Dynamiken p. 393 Lokale haptische Modelle im Regler p. 393 Ereignis-orientierte Haptik p. 394

5 Bewegungsextrapolation p. 395 Kompensation extremer Totzeiten p. 396 Kompression p. 396 Standardschnittstellen p. 397 Fazit p. 402 Softwareentwurf p. 403 Überblick über das Themenfeld ""Virtual Reality"" p. 404 Aufbau und Architektur von VR-Systemen p. 407 Hardware-Komponenten p. 407 Anbindung von Geräten und Geräteabstraktion p. 408 Software-Komponenten p. 410 Simulation p. 413 Darstellungs-Subsysteme, ""Renderer"" p. 416 Entkopplung des Haptik-Renderers von anderen Sinnesmodalitäten p. 419 Haptische Interaktionsmetaphern p. 421 Algorithmen p. 423 Virtuelle Wand p. 425 ""Penalty""-Ansätze p. 428 Constraint-basierte Ansätze p DoF-Interaktion: Voxmap-PointShell-Algorithmus p. 434 Kollisionserkennung p. 441 Fazit p. 449 Abschließende Betrachtung zum Entwurf haptischer Systeme p. 451 Anhang URLs p. 457 Mechanische Impedanzen und Admittanzen bei translatorischen und rotatorischen Systemen p. 461 Erläuterung zur Gyrator und Transformator p. 463 Literaturverzeichnis p. 467 Sachverzeichnis p. 481 Table of Contents provided by Blackwell's Book Services and R.R. Bowker. Used with permission.