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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft tragbare, haptische Rückmeldungsvorrichtungen für Manipulatorsysteme, sowie Manipulatorsysteme umfassend zumindest eine tragbare, haptische Rückmeldungsvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, Manipulator-Information an einen Benutzer rückzumelden und Eingabebefehle für eine Steuerungseinrichtung eines Manipulators bereitzustellen.
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Hintergrund der Erfindung
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Manipulatorsysteme werden typischerweise in der industriellen Fertigung eingesetzt, wobei ein Manipulatorsystem zumindest einen Manipulator und eine Steuerungseinheit umfasst, welche dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Manipulator zu steuern.
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Typischerweise kommen als Manipulatoren Industrieroboter zum Einsatz, welche über eine Vielzahl von frei programmierbaren Bewegungsachsen verfügen. Derartige Industrieroboter sind dazu eingerichtet Endeffektoren, wie Werkzeuge oder Greifer zu führen. Neben konventionellen Manipulatorsystemen werden in der industriellen Fertigung für verschiedene Arbeitsprozesse Manipulatoren verwendet, die eine Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) ermöglichen. Hierbei wird ausgenutzt, dass Menschen und Roboter/Manipulatoren eng zusammenarbeiten, um die Produktivität zu erhöhen. Dabei kann sich der Mensch schnell auf unterschiedliche Aufgabenstellungen und vor allem unvorhersehbare Ereignisse einstellen, während die Vorteile des Roboters in der schnellen und präzisen Ausführung von einfachen, sich häufig wiederholenden Tätigkeiten liegen. Durch die MRK werden vorteilhaft beide Stärken kombiniert. Als Beispiele für solche MRK-Systeme sind u. a. manuell geführte Manipulatoren und Assistenzroboter zu nennen. Erstere umfassen Manipulatoren, die einen, beispielsweise direkt oder über Telemanipulation, handgesteuerten Manipulatorarm aufweisen, mit dem beispielsweise Lasten versetzt werden können. Assistenzroboter sind Manipulatoren, mit denen ein Bediener ohne trennende Schutzeinrichtungen zusammenarbeiten kann.
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Überschneiden sich die Arbeitsräume von Mensch und Manipulator, so müssen besondere Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden. Eine Möglichkeit ist die Bereitstellung spezifischer Rückmeldungsvorrichtungen, die den Menschen/den Benutzer des Manipulators über mögliche Gefahren oder über geplante Bewegungen des Manipulators informieren. Ebenso kann es beim Arbeiten mit dem Manipulator, oder beim Programmieren und/oder „Teachen” des Manipulators vorteilhaft sein, eine entsprechende Rückmeldung zu erhalten.
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In der Mensch-Roboter-Kollaboration und insbesondere bei handgeführten Robotern ist bekannt, den Manipulator derart anzusteuern, dass dem Menschen beim Handführen des Manipulators virtuelle Führungshilfen haptisch rückgemeldet werden. Beispielsweise lässt sich der Manipulator nicht über definierte Sicherheitsbereiche hinaus bewegen oder der Manipulator ist auf einer vorherbestimmten Bewegungsbahn „weich” geschaltet und wird umso „härter” geschaltet, je weiter er sich von der Bewegungsbahn weg bewegt. Dies wird erreicht, indem der Manipulator in der Nachgiebigkeitsregelgung geregelt wird. Da die haptische Rückmeldung direkt durch den Manipulator erzeugt wird, ist deren Anwendung auf Fälle beschränkt, in denen der Manipulator unmittelbar handgeführt ist.
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Weiterhin sind Programmierhandgeräte bekannt, wie beispielsweise aus
DE 10 2013 109 753 A1 , welche eine haptische Rückmeldung beispielsweise mittels eines Vibrationsalarms ermöglichen. Jedoch sind diese bekannten Programmierhandgeräte nicht in der Lage, eine richtungsspezifische, haptische Rückmeldung bereitzustellen und Eingabebefehle für eine Steuerungseinrichtung eines Manipulators bereitzustellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zumindest teilweise auszuräumen.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine tragbare, haptische Rückmeldungsvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Manipulatorsystem nach Anspruch 11.
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Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch eine tragbare haptische Rückmeldungsvorrichtung, insbesondere in Form eines Armbands, für ein Manipulatorsystem umfassend: eine Vielzahl von haptischen Rückmeldungselementen, welche im Wesentlichen ringförmig anordbar sind, um eine tragbare Rückmeldungsvorrichtung zu bilden, welche dazu eingerichtet ist, ein Körperteil eines Benutzers zumindest teilweise zu umschließen, wobei jedes der haptischen Rückmeldungselemente dazu eingerichtet ist, separat angesteuert zu werden, um einem Benutzer eine richtungsspezifische haptische Rückmeldung bereitzustellen, welche einer Manipulator-Information entspricht. Die Rückmeldungsvorrichtung umfasst weiterhin zumindest ein Eingabeelement, welches an der Rückmeldevorrichtung angeordnet ist und dazu eingerichtet ist Eingabebefehle für eine Steuerungseinrichtung eines Manipulators bereitzustellen.
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Haptische Rückmeldungsvorrichtungen sind für den Einsatz in Manipulatorsystemen insbesondere deshalb geeignet, da Manipulatorsysteme oftmals in lauten und unübersichtlichen Umgebungen eingesetzt werden. Daher besteht die Gefahr, dass ein Benutzer Warnungen, die durch entsprechende Rückmeldungsvorrichtungen ausgegeben werden, übersieht/überhört, falls diese Rückmeldungen in akustischer oder optischer Weise erfolgen.
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Eine haptische Rückmeldung hat den Vorteil, dass sie unmittelbar an einen spezifischen Benutzer ausgegeben werden kann, welcher die tragbare haptische Rückmeldungsvorrichtung trägt. Dazu kann die Rückmeldungsvorrichtung zumindest teilweise ein Körperteil des Benutzers umschließen, wobei das Körperteil beispielsweise ein Arm oder ein Handgelenk sein kann, sodass die tragbare haptische Rückmeldungsvorrichtung als Armband getragen werden kann. Die Rückmeldungsvorrichtung muss dabei kein vollständig geschlossenes Band bilden, sondern kann an einer Seite offen sein, sodass sich eine C-förmige Rückmeldungsvorrichtung ergibt. Ebenso kann die Rückmeldungsvorrichtung andere Körperteile umschließen, wie beispielsweise einen Oberarm, einen Teil eines Beines, einen Teil des Thorax und/oder des Kopfes, usw.
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Die haptischen Rückmeldungselemente sind vorzugsweise dazu eingerichtet, Vibrationssignale an den Benutzer zu übertragen. Ebenso können andere haptische Rückmeldungen erzeugt werden, beispielsweise mittels gyroskopischer Kräfte, durch das Aufbringen von Druck und/oder dergleichen. Insbesondere sind die Rückmeldungselemente dabei so zueinander anordbar und vorzugsweise koppelbar, um eine entsprechend ringförmige Rückmeldungsvorrichtung zu bilden. Beispielsweise kann eine erste Manipulator-Information, welche beispielsweise eine aktuelle und/oder geplante Bewegungsrichtung eines Manipulators beschreibt, durch die separate Ansteuerung der Rückmeldungselemente angezeigt werden.
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Das zumindest eine Eingabeelement kann beispielsweise ein drahtloser Notausschalter sein, oder entsprechende Schalter und/oder Taster, welche beispielsweise dazu eingerichtet sind, einen Manipulator zu starten oder zu stoppen. Ebenso können entsprechende Tasten vorgesehen sein, die beispielsweise Teach-In Punkte bei der Bahnprogrammierung eines Manipulators festlegen oder andere Funktionen bereitstellen, wie beispielsweise das An/Ausschalten eines Endeffektors, das Öffnen/Schließen eines Greifers und/oder dergleichen. Insbesondere kann ein Eingabeelement ein Zustimmungsschalter sein, der beispielsweise das Bestätigen einer Menüauswahl, insbesondere bei der Programmierung des Manipulators, ermöglicht. Neben klassischen Eingabeelementen wie Tasten und Schaltern können auch Auswahlräder, Joysticks und dergleichen bereitgestellt sein, um beispielsweise den Manipulator direkt zu steuern.
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Insbesondere kann die Rückmeldungsvorrichtung weiterhin eine optische Anzeige umfassen, welche dazu eingerichtet ist, Manipulator-Informationen und/oder weitere Informationen anzuzeigen. Insbesondere kann die optische Anzeige die haptisch rückgemeldeten Informationen visuell anzeigen, um eine redundante Anzeige bereitzustellen, wodurch die Sicherheit des Systems erhöht wird. Alternativ oder zusätzlich können auf der Anzeige weitere Informationen bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die optische Anzeige dazu genutzt werden, Informationen bereitzustellen, welche zum Programmieren einer Bewegungsbahn oder einer Ablauflogik eines Manipulatorsystems genutzt werden können.
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Weiterhin kann die Rückmeldungsvorrichtung zumindest ein berührungssensitives Eingabeelement umfassen, welches vorzugsweise integral mit der optischen Anzeige und/oder einem der Rückmeldungselemente ausgebildet ist. Insbesondere kann die Rückmeldungsvorrichtung, beispielsweise ein berührungssensitives Display umfassen, welches für entsprechende Eingaben eines Benutzers eingerichtet ist. Ist das berührungssensitive Eingabeelement integral mit einem der Rückmeldungselemente ausgebildet, so kann es beispielsweise ähnlich einer Maus-Schaltfläche eines Laptopcomputers genutzt werden. Insbesondere ermöglicht diese Konfiguration, das berührungssensitive Eingabeelement optimal anzuordnen, um einem Benutzer eine leichte Zugänglichkeit zu ermöglichen und eine gute Sicht auf die optional bereitgestellte optische Anzeige zu erlauben.
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Insbesondere kann das zumindest eine berührungssensitive Eingabeelement zwischen zwei benachbarten Rückmeldungselementen angeordnet sein, wobei vorzugsweise mehrere berührungssensitive Eingabeelemente umfänglich verteilt, jeweils zwischen benachbarten Rückmeldungselementen angeordnet sind, wenn die Rückmeldevorrichtung ringförmig angeordnet ist.
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Sind mehrere berührungssensitive Eingabeelemente an der Rückmeldevorrichtung angeordnet und sind diese vorzugsweise umfänglich verteilt angeordnet, so kann die Rückmeldevorrichtung als virtuelles Eingaberad genutzt werden. Ein derartiges virtuelles Eingaberad kann dazu genutzt werden eine Orientierung einer Achse des Manipulators vorzugeben und/oder einen Parameter zur Steuerung des Manipulators zu verändern. Beispielsweise kann eine zulässige Manipulatorgeschwindigkeit eingestellt werden. Andere Parameter können ebenso verändert werden.
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Zur Vorgabe einer Orientierung und/oder zur Einstellung eines Parameters wird erfasst, in welcher zeitlichen Abfolge und vorzugsweise in welcher Richtung die berührungssensitiven Eingabeelemente berührt werden. Aus diesen erfassten Daten kann ein Drehsinn des virtuellen Eingaberades bestimmt werden. Werden die berührungssensitiven Eingabeelemente beispielsweise nacheinander im Uhrzeigersinn berührt, oder ist die Berührungsrichtung im Uhrzeigersinn gerichtet, so kann ein Eingabebefehl für eine Steuerungseinrichtung eines Manipulators bereitgestellt werden, der einen entsprechenden Parameter erhöht (bzw. verringert). Ebenso kann eine Achse des Manipulators entsprechend dem erfassten Drehsinn orientiert werden. Insbesondere kann die Rückmeldungsvorrichtung zumindest einen Sensor umfassen, welcher dazu eingerichtet ist, die Orientierung und/oder die Position der Rückmeldungsvorrichtung im Raum zu bestimmen, wobei die Rückmeldungsvorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet ist, Änderungen der Orientierung und/oder Position als Eingabebefehle umzusetzen. Ein Sensor, welcher dazu eingerichtet ist, die Orientierung und/oder die Position der Rückmeldungsvorrichtung im Raum zu bestimmen, ermöglicht eine richtungsspezifische haptische Rückmeldung, unabhängig von der Lage der haptischen Rückmeldungsvorrichtung. Wird beispielsweise eine Achse eines Manipulators nach oben bewegt, so kann immer das nach oben orientierte Rückmeldungselement angesteuert werden, um die entsprechende Bewegung an den Benutzer zurückzumelden. Folglich muss der Benutzer die Rückmeldung der Rückmeldungsvorrichtung nicht konvertieren, sondern es wird eine unmittelbare haptische, richtungsspezifische Rückmeldung bereitgestellt. Mögliche Sensoren sind Beschleunigungssensoren, oder andere Sensoren, die eine Bestimmung der Orientierung und/oder Position der Rückmeldungsvorrichtung ermöglichen.
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Weiterhin können derartige Sensoren dazu genutzt werden, Eingabebefehle an eine Steuerungseinrichtung zu erzeugen. Trägt ein Benutzer beispielsweise eine tragbare haptische Rückmeldungsvorrichtung in Form eines Armbandes, so kann ein Rotieren des Unterarms um dessen Längsachse als eine Drehbewegung eines virtuellen Eingaberades interpretiert werden und ein entsprechender Eingabebefehl an eine Steuereinrichtung des Manipulatorsystem gesendet werden. Beispielsweise kann durch die entsprechend detektierte Rotation der Rückmeldungsvorrichtung ein spezifischer Regelungsmodus an bzw. ausgeschaltet werden, oder in einem weiteren Anwendungsfall eine Achse des Manipulators entsprechend der durch den Benutzer ausgeführten Bewegung bewegt werden. Ebenso kann, wenn die Position der Rückmeldungsvorrichtung mittels der Sensoren bestimmt werden kann, eine Vorwärts- und/oder Rückwärtsbewegung eines Benutzers als Drücken eines Schalters interpretiert werden, und entsprechende Befehle ausgeführt werden.
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Weiterhin können die haptischen Rückmeldungselemente der Rückmeldungsvorrichtung in einer Richtung A der Rückmeldungsvorrichtung zumindest zwei-reihig angeordnet sein. Durch die separate Ansteuerung der einzelnen Rückmeldungselemente können einem Benutzer so richtungsspezifische haptische Rückmeldungen bereitgestellt werden.
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Insbesondere kann die Rückmeldungsvorrichtung zumindest acht Rückmeldungselemente umfassen, die in zumindest vier Reihen angeordnet sind, wobei die Reihen zumindest je zwei Rückmeldungselemente umfassen, welche Reihen vorzugsweise gleichmäßig umfänglich verteilt sind, wenn die tragbare Rückmeldungseinrichtung ein Körperteil eines Benutzers zumindest teilweise umschließt, wie etwa in Form eines Armbands.
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Sind die vier Reihen gleichmäßig umfänglich verteilt und beispielsweise an einem Unterarm eines Benutzers angebracht, so sind richtungsspezifische haptische Rückmeldungen in sechs räumlichen Freiheitsgraden möglich. Wird beispielsweise rückgemeldet, in welche Richtung sich eine Achse eines Manipulators bewegt, so kann durch Ansteuern der entsprechenden Reihe von Rückmeldungselementen angezeigt werden, in welche Richtung sich die Achse bewegt.
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Beispielsweise ist eine Reihe von Rückmeldungselementen auf einer Oberseite des Unterarms, eine zweite Reihe von Rückmeldungselementen auf der Unterseite des Unterarms und die weiteren zwei Reihen von Rückmeldungselementen seitlich am Unterarm angeordnet. Bewegt sich eine Achse eines Manipulators beispielsweise im Wesentlichen auf die Reihe von Rückmeldungselementen zu, welche an der Oberseite des Unterarms angebracht sind, so kann diese Reihe angesteuert werden, um eine entsprechende haptische Rückmeldung bereitzustellen. Ist die Bewegungsrichtung der Achse in entgegengesetzter Richtung, so kann die Reihe von Rückmeldungselementen angesteuert werden, welche auf der Unterseite des Unterarms angeordnet ist.
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Bewegt sich eine Achse eines Manipulators beispielsweise schräg zu den entsprechenden Reihen von Rückmeldungselementen, so können benachbarten Reihen gleichzeitig angesteuert werden, vorzugsweise mit unterschiedlicher Intensität, sodass eine schräge Bewegung der Achse des Manipulators an den Benutzer rückgemeldet werden kann. Bewegt sich die Achse im Wesentlichen in einer Richtung des Unterarms, so kann beispielsweise zunächst ein erstes Element einer Reihe und kurz darauf ein zweites Element der Reihe angesteuert werden, um dem Benutzer die Richtung der Bewegung der Achse rückzumelden. Soll eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung rückgemeldet werden, so wird zunächst das zweite Rückmeldungselement und anschließend das erste Rückmeldungselement angesteuert.
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Insbesondere können die Rückmeldungselemente in einer bestimmten zeitlichen Sequenz angesteuert zu werden, um richtungsspezifische haptische Rückmeldung in zumindest sechs räumlichen Freiheitsgraden bereitzustellen.
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Neben den vorhergehend beschriebenen richtungsabhängigen Rückmeldungen können durch entsprechende zeitliche Sequenzen auch Rotationsbewegungen einer Achse und/oder eines Manipulators rückgemeldet werden. Beispielsweise kann eine zeitliche Sequenz das Ansteuern der gleichmäßig umfänglich verteilten Reihen vorsehen. Dadurch kann durch eine entsprechende zeitliche Ansteuerung einer ersten, zweiten, dritten und vierten Reihe eine Drehrichtung rückgemeldet werden. Werden die Reihen in einer entsprechend anderen Reihenfolge angesteuert, so kann eine entgegengesetzte Drehrichtung rückgemeldet werden.
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Insbesondere können die Rückmeldungselemente mit einer unterschiedlichen Intensität angesteuert werden. Beispielsweise im Falle einer Vibrationsrückmeldung kann die die Amplitude der Vibration oder die Frequenz der Vibration verändert werden, um beispielsweise die Nähe der Rückmeldungsvorrichtung zu einem Manipulator rückzumelden und so beispielsweise vor einer drohenden Kollision zu warnen. Alternativ kann durch die Anpassung der Amplitude und/oder der Frequenz beispielsweise eine Geschwindigkeit einer Achse des Manipulators oder des Manipulators selbst rückgemeldet werden.
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Insbesondere kann die Rückmeldungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, einem Benutzer Rückmeldung über zumindest eines der folgenden zu geben:
- – einen aktuellen Zustand des Manipulators;
- – eine aktuelle und/oder geplante Bewegungsrichtung eines Manipulators und/oder einer Achse eines Manipulators;
- – eine drohende Kollision eines Manipulators und/oder einer Achse eines Manipulators;
- – eine Stärke und/oder Richtung, der auf einen Manipulator/eine Achse wirkende Kraft und/oder Moment;
- – ein Erreichen einer Arbeitsraumgrenze, eines Sicherheitsbereich, einer geplanten Bewegungsbahn und/oder einer vorherbestimmten Pose des Manipulators,
- – eine Gefahrenrichtung und/oder
- – einen aktuellen Regelungsmodus des Manipulators.
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Dazu können einerseits zeitliche Sequenzen genutzt werden, um entsprechende Rückmeldungselemente separat anzusteuern und/oder die Intensität der Ansteuerung kann angepasst werden, um eine entsprechende Rückmeldung bereitzustellen.
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Insbesondere kann die entsprechende Rückmeldung der Rückmeldungsvorrichtung je nach beabsichtigter Rückmeldung frei programmierbar sein, um eine universell einsetzbare Rückmeldungsvorrichtung bereitzustellen. Dazu ist die Rückmeldungsvorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet mit einer Steuereinrichtung eines Manipulatorsystems, insbesondere drahtlos, zu kommunizieren, um entsprechende Rückmeldebefehle zu empfangen.
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Der aktuelle Zustand des Manipulators, welcher rückgemeldet werden kann, kann beispielsweise Information betreffen, ob der Manipulator eingeschaltet oder ausgeschaltet oder in einem Standby-Zustand ist. Werden aktuelle oder geplante Bewegungsrichtungen eines Manipulators und/oder einer Achse eines Manipulators rückgemeldet, so kann der Benutzer eine mögliche Kollision erkennen und sich aus dem entsprechenden Gefahrenbereich entfernen. Ebenso können andere Gefahrenrichtungen rückgemeldet werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, falls sich der Benutzer in einem Manipulatorsystem aufhält, welches mehrere ggf. mobile Manipulatoren umfasst, welche sich beispielsweise vor und hinter dem Benutzer befinden, sodass der Benutzer nicht alle Manipulatoren im Blick halten kann. Droht eine Gefahr, wie beispielsweise eine Kollision, oder bewegt sich ein Manipulator auf den Benutzer zu, so kann er durch eine entsprechende Rückmeldung frühzeitig über die Bewegung informiert und vor einer drohenden Kollision, bzw. der potentiellen Gefahr, gewarnt werden.
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Insbesondere kann das Manipulatorsystem Sensoren umfassen, welche die Lage, d. h. die Position und Orientierung, der tragbaren haptischen Rückmeldungsvorrichtung im Manipulatorsystem überwachen. Derartige Sensoren können beispielsweise optische Sensoren sein, wie beispielsweise Stereokameras, die das „Tracken” von Gegenständen ermöglichen. Somit kann eine Rückmeldung ausgegeben werden, die über tatsächliche Abstände zwischen dem Manipulator und einer Rückmeldungsvorrichtung informiert.
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Insbesondere werden die vorangehend beschriebenen Aufgaben auch gelöst durch ein Manipulatorsystem umfassend zumindest eine Rückmeldungsvorrichtung, wie vorangehend beschrieben, zumindest einen Manipulator und zumindest eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Manipulator zu steuern und eine Manipulator-Information an die Rückmeldungsvorrichtung zu senden, um einem Benutzer eine richtungsspezifische haptische Rückmeldung bereitzustellen, wobei die Steuereinrichtung vorzugsweise weiterhin dazu eingerichtet ist, Eingabebefehle von der Rückmeldungsvorrichtung zu empfangen.
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Die entsprechenden Eingabebefehle können sowohl durch die Eingabeelemente der Rückmeldungsvorrichtung erzeugt werden oder durch eine entsprechende Änderung der Lage der Rückmeldungsvorrichtung, wie vorangehend beschrieben.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die angefügten Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt:
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1 eine tragbare haptische Rückmeldungsvorrichtung;
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2 eine schematische Ansicht einer weiteren tragbaren haptischen Rückmeldungsvorrichtung; und
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3 eine schematische Ansicht eines Manipulatorsystems.
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Insbesondere zeigt 1 eine tragbare haptische Rückmeldungsvorrichtung 100 in der Form eines Armbands für ein Manipulatorsystem, welche eine Vielzahl von haptischen Rückmeldungselementen 111, 121, 131, 132, 141, 142 umfasst. Die haptischen Rückmeldungselemente sind im Wesentlichen ringförmig anordbar, um eine tragbare Rückmeldungsvorrichtung 100 zu bilden, welche dazu eingerichtet ist, ein Körperteil eines Benutzers (nicht gezeigt) zumindest teilweise zu umschließen.
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Die haptischen Rückmeldungselemente sind in vier Reihen 110, 120, 130, 140 angeordnet, welche über Zwischenelemente 160 miteinander gekoppelt sind. Beispielsweise können die Zwischenelemente berührungssensitive Eingabeelemente 160 sein. Ebenso können berührungssensitiven Eingabeelemente integral mit den haptischen Rückmeldungselementen ausgebildet sein. Die berührungssensitiven Eingabeelemente können beispielsweise als virtuelles Eingaberad genutzt werden.
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Weiterhin kann die Rückmeldungsvorrichtung 100 Eingabeelemente 150, 151, 152, 153, 154 umfassen, wobei die Eingabeelemente 150, 151 beispielsweise Bestätigungstaster sein können. Die Eingabeelemente 153, 154 können beispielsweise ein Wipp-Schalter oder dergleichen sein, um eine Auswahl eines Eingabebefehls vornehmen zu können, welcher beispielsweise auf einer optischen Anzeigevorrichtung 170 angezeigt wird.
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Wird die in 1 gezeigte tragbare haptische Rückmeldungsvorrichtung 100 als Armband getragen, so können die haptischen Rückmeldungselementen 111, 121, 131, 132, 141, 142 derart angeordnet sein, dass je ein haptisches Rückmeldungselement auf der Unterseite bzw. der Oberseite des Unterarms zu liegen kommt. Weitere haptische Rückmeldungselemente können seitlich am Unterarm angeordnet sein. Weitere Anordnungen und Orientierungen der haptischen Rückmeldungselemente sind ebenso möglich. Insbesondere kann die Anordnung der Zwischenelemente 160, der Eingabeelemente 150, 151, 152, 153, 154, der optischen Anzeigevorrichtung 170 und der Sensoren 180 relativ zu den haptischen Rückmeldungselementen 111, 121, 131, 132, 141, 142 von der in 1 gezeigten Darstellung abweichen.
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Die optische Anzeigevorrichtung 170 kann beispielsweise eine berührungssensitive Anzeige sein. Das Eingabeelement 155 kann beispielsweise berührungssensitiv sein und als eine Art Maus-Schaltfläche genutzt werden. Das Eingabeelement 152 kann beispielsweise ein Notaus-Schalter sein, welcher durch Betätigung einen Manipulator stoppt. Weiterhin kann die Rückmeldungsvorrichtung 100 eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle 190 umfassen, welche beispielsweise Befehle empfangen und/oder senden kann. Über die Kommunikationsschnittstelle 190 kann die Rückmeldungsvorrichtung mit einer Steuerungseinrichtung 20 eines Manipulatorsystems 1 kommunizieren (vgl. 3). Überdies kann die Rückmeldungsvorrichtung 100 über Sensoren 180 verfügen, welche die Orientierung und/oder die Position der Rückmeldungsvorrichtung im Raum bestimmen können.
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In 1 umfasst jede der Reihen 110, 120, 130, 140 zwei haptische Rückmeldungselemente. Alternative Rückmeldungsvorrichtungen können eine beliebige Anzahl, insbesondere lediglich ein haptisches Rückmeldungselement, umfassen.
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2 zeigt eine weitere haptische Rückmeldungsvorrichtung 100', welche zwölf Rückmeldungselemente 111, 112, 113, 121, 131, 132, 133, 141, 142, 143 umfasst. Die Rückmeldungselemente können beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine Vibration zu erzeugen, um einem Benutzer eine haptische Rückmeldung bereitzustellen. Die Rückmeldungselemente sind in vier Reihen 110, 120, 130, 140 angeordnet, wobei jede Reihe drei Rückmeldungselemente umfasst. Die Rückmeldungselemente können je über Zwischenelemente 160, welche beispielsweise berührungssensitive Eingabeelemente sein können, gekoppelt sein, um eine ringförmige Rückmeldungsvorrichtung zu bilden. Durch geeignetes separates Ansteuern der Rückmeldungselemente, vorzugsweise in einer zeitlichen Sequenz, können unterschiedliche richtungsspezifische Rückmeldungen an einen Benutzer bereitgestellt werden.
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Bewegt sich beispielsweise eine Achse eines Manipulators in Richtung A, so kann zunächst eines oder alle der Rückmeldungselemente 113, 133, 143 angesteuert werden. Anschließend können die Rückmeldungselemente 112, 132, 142 und darauf die Rückmeldungselemente 111, 131, 141 angesteuert werden, sodass sich die Vibration von den Rückmeldungselementen 113, 133, 143 zu den Rückmeldungselementen 111, 131, 141 fortsetzt. Durch eine Richtungsumkehr der Ansteuerung kann eine entsprechende gegenläufige Bewegung der Achse des Manipulators rückgemeldet werden.
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Wird beispielsweise zunächst ein Rückmeldungselement 111 anschließend ein Rückmeldungselement 131 und danach das Rückmeldungselement 141 und anschließend das Rückmeldungselement 121 angesteuert, so kann beispielsweise eine Rotation einer Achse eines Manipulators rückgemeldet werden. Alternative zeitliche Sequenzen sind ebenso möglich, um unterschiedliche richtungsspezifische Manipulator-Informationen haptisch anzuzeigen. Insbesondere kann auch die Frequenz und/oder die Amplitude der Vibration verändert werden, um beispielsweise eine auf den Manipulator wirkende Kraft, eine Geschwindigkeit oder eine drohende Kollision haptisch rückzumelden.
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3 zeigt ein Manipulatorsystem, welches zumindest einen Manipulator 10 umfasst, der von einer Steuereinrichtung 20 gesteuert wird. Der Manipulator ist MRK-fähig und arbeitet mit einem Benutzer 50 zusammen, welcher eine haptische Rückmeldungsvorrichtung 100 in Form eines Armbandes um einen Arm 55 trägt. Die haptische Rückmeldungsvorrichtung kann über eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle 190 mit einer drahtlosen Kommunikationsschnittstelle 25 der Steuerungseinrichtung 20 kommunizieren, um Daten wie Rückmeldebefehle oder Eingabebefehle auszutauschen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Manipulatorsystem
- 10
- Manipulator
- 20
- Steuereinrichtung
- 25
- drahtlose Kommunikationsschnittstelle
- 50
- Benutzer
- 55
- Arm
- 100, 100'
- haptische Rückmeldungsvorrichtung
- 110, 120, 130, 140
- Reihen
- 111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143
- Rückmeldungselemente
- 150, 151, 153, 154, 155
- Eingabeelemente
- 160
- berührungssensitives Eingabeelement (Zwischenelement)
- 170
- optische Anzeige
- 180
- Sensor
- 190
- drahtlose Kommunikationsschnittstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013109753 A1 [0006]