WO2017211950A1 - Haptic feedback devices for a manipulator system - Google Patents

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WO2017211950A1
WO2017211950A1 PCT/EP2017/063956 EP2017063956W WO2017211950A1 WO 2017211950 A1 WO2017211950 A1 WO 2017211950A1 EP 2017063956 W EP2017063956 W EP 2017063956W WO 2017211950 A1 WO2017211950 A1 WO 2017211950A1
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feedback
manipulator
feedback device
elements
user
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PCT/EP2017/063956
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German (de)
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Inventor
Gerhard Hietmann
Martin Riedel
Original Assignee
Kuka Roboter Gmbh
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Publication date
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    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1679Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1689Teleoperation
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    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/40Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40202Human robot coexistence
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    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/40Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40619Haptic, combination of tactile and proprioceptive sensing

Definitions

  • the invention relates to portable, haptic feedback devices for
  • Manipulator systems, and manipulator systems comprising at least one portable haptic feedback device, which is adapted to feed back manipulator information to a user and input commands for a
  • Manipulator systems are typically used in industrial manufacturing, wherein a manipulator system at least one manipulator and a
  • Control unit which is adapted to the at least one
  • manipulators are used as manipulators, which have a large number of freely programmable movement axes. Such industrial robots are designed to carry end effectors, such as tools or grippers.
  • manipulators are used in industrial production for various work processes that enable a human-robot collaboration (MRC). This exploits that
  • the MRK advantageously combines both strengths.
  • MRK systems are i.a. to call manually guided manipulators and assistant robots.
  • the former include manipulators, the one hand, for example, directly or via telemanipulation
  • loads can be offset.
  • Assist robots are manipulators that allow an operator without separating
  • the manipulator virtual guide aids haptically be reported.
  • the manipulator can not be moved beyond defined safety areas or the manipulator is switched to a predetermined trajectory "soft" and is the "harder", the further he moves from the
  • Movement path moves away. This is achieved by using the manipulator in the
  • Compliance rule is regulated. Since the haptic feedback is generated directly by the manipulator, their application is limited to cases in which the manipulator is immediately hand-guided.
  • programming devices are known, such as DE 10 2013 109 753 Ai, which haptic feedback, for example by means of a
  • the object is achieved by a portable, haptic feedback device according to claim 1 and a manipulator system according to claim 11.
  • Feedback device in particular in the form of a bracelet, for a
  • a manipulator system comprising: a plurality of haptic feedback elements that are substantially annularly arrangeable to a portable one
  • Form feedback device which is adapted to a body part of a User at least partially enclose, with each of the haptic
  • Feedback elements is adapted to be controlled separately to provide a user with a directional haptic feedback corresponding to a manipulator information.
  • the feedback device further comprises at least one input element, which at the
  • Feedback device is arranged and adapted to provide input commands for a controller of a manipulator.
  • Haptic feedback devices are particularly suitable for use in manipulator systems because manipulator systems are often used in loud and confusing environments. Therefore, there is a danger that a user will miss / overhear warnings issued by corresponding feedback devices if these feedbacks are made acoustically or visually.
  • the Confirmation device carries.
  • the feedback device may at least partially enclose a body part of the user, wherein the body part may be, for example, an arm or a wrist, so that the portable haptic
  • Feedback device can be worn as a bracelet.
  • Feedback device does not have to form a completely closed band, but may be open on one side, so that a C-shaped
  • the response device may enclose other body parts, such as an upper arm, a part of a leg, a part of the thorax and / or the head, etc.
  • the haptic feedback elements are preferably adapted to
  • a first manipulator information which describes, for example, a current and / or planned direction of movement of a manipulator, can be displayed by the separate actuation of the feedback elements.
  • the at least one input element may be, for example, a wireless emergency stop switch, or corresponding switches and / or buttons, which are configured, for example, to start or stop a manipulator.
  • corresponding keys may be provided which, for example, set teach-in points in the path programming of a manipulator or provide other functions, such as the on / off of an end effector, the
  • Input element to be a consent switch, for example, allows the confirmation of a menu selection, especially in the programming of the manipulator.
  • classic input elements such as buttons and switches can also
  • Selection wheels, joysticks and the like may be provided, for example, to control the manipulator directly.
  • the feedback device may further comprise an optical display which is adapted to display manipulator information and / or further information.
  • the visual display may visually display the haptic feedback information to provide a redundant display, thereby increasing the security of the system.
  • further information can be provided on the display.
  • the optical display can be used to provide information which is used to program a trajectory or a
  • Flow logic of a manipulator system can be used.
  • the feedback device may comprise at least one touch-sensitive input element, which is preferably formed integrally with the optical display and / or one of the feedback elements.
  • the feedback device for example, comprise a touch-sensitive display, which is set up for corresponding inputs of a user. If the touch-sensitive input element is formed integrally with one of the feedback elements, it may, for example, be similar to a mouse button of a
  • the at least one touch-sensitive input element can be arranged between two adjacent feedback elements, wherein preferably a plurality of touch-sensitive input elements circumferentially distributed, each disposed between adjacent feedback elements, when the
  • Feedback device is arranged annularly.
  • the feedback device can be used as a virtual input wheel.
  • a virtual input wheel can be used to specify an orientation of an axis of the manipulator and / or to change a parameter for controlling the manipulator. For example, an allowable manipulator speed can be set. Other parameters can also be changed.
  • the feedback device may comprise at least one sensor configured to determine the orientation and / or position of the feedback device in space, wherein the
  • Feedback device is preferably adapted to implement changes in orientation and / or position as input commands.
  • a sensor which is adapted to the orientation and / or the position of
  • the upward-oriented feedback element can always be actuated in order to make the corresponding movement to the user
  • Feedback device is not converted, but it provides an immediate haptic, directional feedback.
  • Possible sensors are acceleration sensors, or other sensors that provide a determination of
  • Orientation and / or position of the feedback device allow. Furthermore, such sensors can be used to generate input commands to a controller. For example, if a user wears a wearable haptic feedback device in the form of a bracelet, then rotating the forearm about its longitudinal axis may be considered a rotational movement of a virtual
  • Input wheels are interpreted and a corresponding input command to a
  • Control device of the manipulator system are sent.
  • a specific control mode can be switched on or off by the correspondingly detected rotation of the feedback device, or in another
  • an axis of the manipulator are moved in accordance with the movement performed by the user. Likewise, if the position of the manipulator
  • Feedback device can be determined by means of the sensors, a forward and / or backward movement of a user as pressing a switch
  • Feedback device in a direction A of the feedback device to be arranged at least two rows. Due to the separate control of the individual feedback elements so direction-specific haptic feedback can be provided to a user.
  • the feedback device may be at least eight
  • Comprise feedback elements which are arranged in at least four rows, wherein the rows comprise at least two feedback elements, which rows are preferably distributed uniformly circumferentially when the portable
  • Feedback means at least partially surrounds a body part of a user, such as in the form of a bracelet. If the four rows are uniformly distributed circumferentially and, for example, attached to a forearm of a user, so are directional haptic
  • Feedback in six spatial degrees of freedom possible For example, if it is confirmed in which direction an axis of a manipulator moves, it can be indicated by driving the corresponding row of feedback elements, in which direction the axis moves.
  • a series of feedback elements is disposed on an upper surface of the lower arm, a second series of feedback elements on the underside of the lower arm, and the other two rows of feedback elements are disposed laterally on the lower arm.
  • an axis of a manipulator moves obliquely to the one
  • corresponding rows of feedback elements so adjacent rows can be controlled simultaneously, preferably with different intensity, so that an oblique movement of the axis of the manipulator can be fed back to the user. For example, if the axis moves substantially in a direction of the forearm, firstly a first element of a row and shortly thereafter a second element of the series can be driven to signal the user the direction of movement of the axis. If an opposite direction of movement is to be confirmed, first the second feedback element and then the first feedback element are activated.
  • the feedback elements may be addressed in a particular temporal sequence to provide directional haptic feedback in at least six spatial degrees of freedom.
  • a time sequence may provide for driving the uniformly circumferentially distributed rows.
  • Intensity can be controlled.
  • the amplitude of the vibration or the frequency of the vibration may be changed to, for example, the proximity of the feedback device to a
  • the feedback device may be configured to provide feedback to a user about at least one of the following:
  • temporal sequences can be used for this purpose
  • Feedback elements to control separately and / or the intensity of the control can be adjusted to provide a corresponding feedback.
  • the corresponding feedback of the feedback device depending on the intended feedback can be freely programmable to provide a universally applicable feedback device. This is the
  • Feedback device preferably configured to communicate with a control device of a manipulator system, in particular wireless, to
  • the current state of the manipulator may, for example, relate to information as to whether the manipulator is switched on or off or in a standby state. If current or planned directions of movement of a manipulator and / or an axis of a manipulator are confirmed, the user can recognize a possible collision and move away from the corresponding danger zone. Likewise, others can
  • a manipulator system which includes a plurality of possibly mobile manipulators, which are, for example, in front of and behind the user, so that the user can not keep all manipulators in view. Threatens a danger, such as a collision, or moves a manipulator the user, so he can be informed by an appropriate feedback early on the movement and facing an imminent collision, or the potential
  • the manipulator system may include sensors that sense the location, i. monitor the position and orientation of the portable haptic feedback device in the manipulator system.
  • sensors may be, for example, optical sensors, such as stereo cameras, which allow items to be "tracked.”
  • feedback may be output informing of actual distances between the manipulator and a feedback device
  • Manipulator system comprising at least one feedback device, as described above, at least one manipulator and at least one
  • a controller configured to control the manipulator and send manipulator information to the feedback device to provide directional haptic feedback to a user, the controller preferably further configured to receive input commands from the feedback device.
  • the corresponding input commands can be generated both by the input elements of the feedback device or by a corresponding change in the position of the feedback device, as described above.
  • Fig. 1 is a portable haptic feedback device
  • Fig. 2 is a schematic view of another portable haptic
  • Fig. 3 is a schematic view of a manipulator system.
  • FIG. 1 shows a portable haptic feedback device 100 in the form of a manipulator system wristband comprising a plurality of haptic feedback elements 111, 121, 131, 132, 141, 142.
  • the haptic feedback device 100 in the form of a manipulator system wristband comprising a plurality of haptic feedback elements 111, 121, 131, 132, 141, 142.
  • Feedback elements are substantially annularly arrangeable to a portable Form a feedback device 100 which is adapted to at least partially enclose a body part of a user (not shown).
  • the haptic feedback elements are arranged in four rows 110, 120, 130, 140, which are coupled to one another via intermediate elements 160.
  • the intermediate elements may be touch-sensitive input elements 160.
  • touch-sensitive input elements may be formed integrally with the haptic feedback elements.
  • the touch-sensitive input elements can be used, for example, as a virtual input wheel.
  • the feedback device 100 may comprise input elements 150, 151, 152, 153, 154, wherein the input elements 150, 151 may be, for example, confirmation buttons.
  • the input elements 153, 154 may be, for example, a rocker switch or the like to make a selection of an input command, which is displayed on an optical display device 170, for example.
  • the haptic feedback elements 111, 121, 131, 132, 141, 142 may be arranged such that one haptic feedback element on the underside and the top of the forearm respectively lie comes.
  • Other haptic feedback elements may be arranged laterally on the forearm.
  • Other arrangements and orientations of the haptic feedback elements are also possible.
  • Input elements 150, 151, 152, 153, 154, the optical display device 170 and the sensors 180 relative to the haptic feedback elements 111, 121, 131, 132, 141, 142 differ from the representation shown in Fig. 1.
  • the optical display device 170 may be, for example, a touch-sensitive display.
  • the input element 155 may be, for example, touch-sensitive and used as a kind of mouse button.
  • the input element 152 may be, for example, an emergency stop switch which stops a manipulator by operation.
  • the feedback device 100 may be a wireless
  • Communication interface 190 may receive and / or send commands, for example. Via the communication interface 190, the
  • Manipulator system 1 communicate (see Fig. 3). Moreover, the
  • each of the rows no, 120, 130, 140 comprises two haptics
  • FIG. 2 shows another haptic feedback device 100 'comprising twelve feedback elements 111, 112, 113, 121, 131, 132, 133, 141, 142, 143.
  • the feedback elements may be configured to generate a vibration to provide haptic feedback to a user.
  • the feedback elements are arranged in four rows 110, 120, 130, 140, each row comprising three feedback elements.
  • the feedback elements can each have intermediate elements 160 which are, for example, touch-sensitive
  • Input elements may be coupled to an annular
  • Form feedback device By suitable separate activation of the feedback elements, preferably in a time sequence, can
  • an axis of a manipulator moves in the direction A
  • the feedback elements 112, 132, 142 and thereon the feedback elements 111, 131, 141 can be controlled so that the vibration from the feedback elements 113, 133, 143 to the feedback elements 111, 131, 141 continues.
  • a corresponding opposite movement of the axis of the manipulator can be confirmed.
  • the feedback element 121 is driven, so, for example, a rotation of an axis of a manipulator can be confirmed.
  • Alternative temporal sequences are also possible to different directional
  • the frequency and / or the amplitude of the vibration can also be changed in order, for example, to haptically confirm a force acting on the manipulator, a speed or an imminent collision.
  • FIG. 3 shows a manipulator system which comprises at least one manipulator 10 which is controlled by a control device 20.
  • the manipulator is MRK-enabled and works with a user 50 who has a haptic
  • Feedback device 100 in the form of a bracelet around an arm 55 carries.
  • the haptic feedback device may be via a wireless
  • Communication interface 190 communicate with a wireless communication interface 25 of the controller 20 to exchange data such as feedback commands or input commands.

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Abstract

The invention relates to a wearable haptic feedback device (100) for a manipulator system (1), comprising a plurality of haptic feedback elements (111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143), which can be arranged substantially annularly in order to form a wearable feedback device (100). Said feedback device is designed to at least partially extend around a body part (55) of a user (50). Furthermore, each of the haptic feedback elements is designed to be controlled separately in order to provide a user (50) with a direction-specific haptic feedback that corresponds to manipulator information.

Description

HAPTISCHE RÜCKMELDUNGSVORRICHTUNGEN FÜR EIN  HAPTIC RETROFITTING DEVICES FOR ONE
MANIPULATORSYSTEM  MANIPULATOR SYSTEM
Gebiet der Erfindung  Field of the invention
Die Erfindung betrifft tragbare, haptische Rückmeldungsvorrichtungen für The invention relates to portable, haptic feedback devices for
Manipulatorsysteme, sowie Manipulatorsysteme umfassend zumindest eine tragbare, haptische Rückmeldungsvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, Manipulator- Information an einen Benutzer rückzumelden und Eingabebefehle für eine  Manipulator systems, and manipulator systems comprising at least one portable haptic feedback device, which is adapted to feed back manipulator information to a user and input commands for a
Steuerungseinrichtung eines Manipulators bereitzustellen. Hintergrund der Erfindung To provide control device of a manipulator. Background of the invention
Manipulatorsysteme werden typischerweise in der industriellen Fertigung eingesetzt, wobei ein Manipulatorsystem zumindest einen Manipulator und eine Manipulator systems are typically used in industrial manufacturing, wherein a manipulator system at least one manipulator and a
Steuerungseinheit umfasst, welche dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Control unit, which is adapted to the at least one
Manipulator zu steuern. 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, dassTo control manipulator. Typically, industrial robots are used as manipulators, which have a large number of freely programmable movement axes. Such industrial robots are designed to carry end effectors, such as tools or grippers. In addition to conventional manipulator systems, manipulators are used in industrial production for various work processes that enable a human-robot collaboration (MRC). This exploits that
Menschen und Roboter/Manipulatoren eng zusammenarbeiten, um die Produktivität zu erhöhen. Dabei kann sich der Mensch schnell auf unterschiedliche People and robots / manipulators work closely together to increase productivity. At the same time, people can quickly switch to different ones
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 Set tasks and, above all, unpredictable events, while the advantages of the robot in the quick and precise execution of simple, often repetitive activities. The MRK advantageously combines both strengths. As examples of such MRK systems are i.a. to call manually guided manipulators and assistant robots. The former include manipulators, the one hand, for example, directly or via telemanipulation
Manipulatorarm aufweisen, mit dem beispielsweise Lasten versetzt werden können. Assistenzroboter sind Manipulatoren, mit denen ein Bediener ohne trennende Have manipulator, with the example, loads can be offset. Assist robots are manipulators that allow an operator without separating
Schutzeinrichtungen zusammenarbeiten kann. Überschneiden sich die Arbeitsräume von Mensch und Manipulator, so müssen besondere Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden. Eine Möglichkeit ist die Protective devices can work together. If the work spaces of humans and manipulators overlap, special safety precautions must be taken. One possibility is the
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. Providing specific feedback devices that inform the manipulator's / user's operator about possible hazards or planned movements of the manipulator. Likewise, when working with the manipulator, or during programming and / or "teaching" of the manipulator, it may be advantageous to receive a corresponding feedback.
In der Mensch-Roboter- Kollaboration und insbesondere bei handgeführten Robotern ist bekannt, den Manipulator derart anzusteuern, dass dem Menschen beim In the human-robot collaboration, and in particular in hand-guided robots, it is known to control the manipulator in such a way that humans are able to
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 Guide the manipulator virtual guide aids haptically be reported. For example, the manipulator can not be moved beyond defined safety areas or the manipulator is switched to a predetermined trajectory "soft" and is the "harder", the further he moves from the
Bewegungsbahn weg bewegt. Dies wird erreicht, indem der Manipulator in der Movement path moves away. This is achieved by using the manipulator in the
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. Compliance rule is regulated. Since the haptic feedback is generated directly by the manipulator, their application is limited to cases in which the manipulator is immediately hand-guided.
Weiterhin sind Programmierhandgeräte bekannt, wie beispielsweise aus DE 10 2013 109 753 Ai, welche eine haptische Rückmeldung beispielsweise mittels eines Furthermore, programming devices are known, such as DE 10 2013 109 753 Ai, which haptic feedback, for example by means of a
Vibrationsalarms ermöglichen. Jedoch sind diese bekannten Programmierhandgeräte nicht in der Lage, eine richtungsspezifische, haptische Rückmeldung bereitzustellen und Eingabebefehle für eine Steuerungseinrichtung eines Manipulators bereitzustellen. Enable vibration alarms. However, these known handheld programmable handheld devices are unable to provide directional haptic feedback and provide input commands to a controller of a manipulator.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zumindest teilweise auszuräumen. Ausführliche Beschreibung der Erfindung Object of the present invention is to at least partially overcome the disadvantages mentioned. Detailed description of the invention
Die Aufgabe wird gelöst durch eine tragbare, haptische Rückmeldungsvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Manipulatorsystem nach Anspruch 11. The object is achieved by a portable, haptic feedback device according to claim 1 and a manipulator system according to claim 11.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch eine tragbare haptische In particular, the problem is solved by a portable haptic
Rückmeldungsvorrichtung, insbesondere in Form eines Armbands, für ein Feedback device, in particular in the form of a bracelet, for a
Manipulatorsystem umfassend: eine Vielzahl von haptischen Rückmeldungselementen, welche im Wesentlichen ringförmig anordbar sind, um eine tragbare A manipulator system comprising: a plurality of haptic feedback elements that are substantially annularly arrangeable to a portable one
Rückmeldungsvorrichtung zu bilden, welche dazu eingerichtet ist, ein Körperteil eines Benutzers zumindest teilweise zu umschließen, wobei jedes der haptischen Form feedback device, which is adapted to a body part of a User at least partially enclose, with each of the haptic
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 Feedback elements is adapted to be controlled separately to provide a user with a directional haptic feedback corresponding to a manipulator information. The feedback device further comprises at least one input element, which at the
Rückmeldevorrichtung angeordnet ist und dazu eingerichtet ist Eingabebefehle für eine Steuerungseinrichtung eines Manipulators bereitzustellen.  Feedback device is arranged and adapted to provide input commands for a controller of a manipulator.
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. Haptic feedback devices are particularly suitable for use in manipulator systems because manipulator systems are often used in loud and confusing environments. Therefore, there is a danger that a user will miss / overhear warnings issued by corresponding feedback devices if these feedbacks are made acoustically or visually.
Eine haptische Rückmeldung hat den Vorteil, dass sie unmittelbar an einen A haptic feedback has the advantage that it directly to a
spezifischen Benutzer ausgegeben werden kann, welcher die tragbare haptischespecific user can be issued which the portable haptic
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 Confirmation device carries. For this purpose, the feedback device may at least partially enclose a body part of the user, wherein the body part may be, for example, an arm or a wrist, so that the portable haptic
Rückmeldungsvorrichtung als Armband getragen werden kann. Die Feedback device can be worn as a bracelet. The
Rückmeldungsvorrichtung muss dabei kein vollständig geschlossenes Band bilden, sondern kann an einer Seite offen sein, sodass sich eine C-förmige Feedback device does not have to form a completely closed band, but may be open on one side, so that a C-shaped
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. Die haptischen Rückmeldungselemente sind vorzugsweise dazu eingerichtet, Feedback device results. Likewise, the response device may enclose other body parts, such as an upper arm, a part of a leg, a part of the thorax and / or the head, etc. The haptic feedback elements are preferably adapted to
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  Transmit vibration signals to the user. Likewise, other haptic feedback can be generated, for example by means of gyroscopic forces, by the application of pressure and / or the like. In particular, the
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. 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 Feedback elements so arranged to each other and preferably coupled to form a corresponding annular feedback device. By way of example, a first manipulator information, which describes, for example, a current and / or planned direction of movement of a manipulator, can be displayed by the separate actuation of the feedback elements. The at least one input element may be, for example, a wireless emergency stop switch, or corresponding switches and / or buttons, which are configured, for example, to start or stop a manipulator. Likewise, corresponding keys may be provided which, for example, set teach-in points in the path programming of a manipulator or provide other functions, such as the on / off of an end effector, the
Öffnen/ Schließen eines Greifers und/oder dergleichen. Insbesondere kann ein Opening / closing a gripper and / or the like. In particular, a
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 Input element to be a consent switch, for example, allows the confirmation of a menu selection, especially in the programming of the manipulator. In addition to classic input elements such as buttons and switches can also
Auswahlräder, Joysticks und dergleichen bereitgestellt sein, um beispielsweise den Manipulator direkt zu steuern.  Selection wheels, joysticks and the like may be provided, for example, to control the manipulator directly.
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. In particular, the feedback device may further comprise an optical display which is adapted to display manipulator information and / or further information. In particular, the visual display may visually display the haptic feedback information to provide a redundant display, thereby increasing the security of the system. Alternatively or additionally, further information can be provided on the display.
Beispielsweise kann die optische Anzeige dazu genutzt werden, Informationen bereitzustellen, welche zum Programmieren einer Bewegungsbahn oder einer For example, the optical display can be used to provide information which is used to program a trajectory or a
Ablauflogik eines Manipulatorsystems genutzt werden können. Flow logic of a manipulator system can be used.
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 Furthermore, the feedback device may comprise at least one touch-sensitive input element, which is preferably formed integrally with the optical display and / or one of the feedback elements. In particular, the feedback device, for example, comprise a touch-sensitive display, which is set up for corresponding inputs of a user. If the touch-sensitive input element is formed integrally with one of the feedback elements, it may, for example, be similar to a mouse button of a
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 Laptop computers are used. In particular, this configuration makes it possible to optimally arrange the touch-sensitive input element to allow a user easy accessibility and a good view of the optional
bereitgestellte optische Anzeige zu erlauben. to provide the visual display provided.
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 In particular, the at least one touch-sensitive input element can be arranged between two adjacent feedback elements, wherein preferably a plurality of touch-sensitive input elements circumferentially distributed, each disposed between adjacent feedback elements, when the
Rückmeldevorrichtung ringförmig angeordnet ist. Feedback device is arranged annularly.
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. If a plurality of touch-sensitive input elements are arranged on the feedback device and these are preferably distributed circumferentially, the feedback device can be used as a virtual input wheel. Such a virtual input wheel can be used to specify an orientation of an axis of the manipulator and / or to change a parameter for controlling the manipulator. For example, an allowable manipulator speed can be set. Other parameters can also be changed.
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 To specify an orientation and / or to set a parameter, it is detected in which time sequence and preferably in which direction the touch-sensitive input elements are touched. From this acquired data, a direction of rotation of the virtual input wheel can be determined. For example, if the touch-sensitive input elements are touched sequentially in a clockwise direction, or if the touch direction is directed clockwise, an input command may be provided to a controller of a manipulator that increases (or decreases) a corresponding parameter. Likewise, an axis of the manipulator may be oriented in accordance with the detected sense of rotation. In particular, the feedback device may comprise at least one sensor configured to determine the orientation and / or position of the feedback device in space, wherein the
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 Feedback device is preferably adapted to implement changes in orientation and / or position as input commands. A sensor which is adapted to the orientation and / or the position of
Rückmeldungsvorrichtung im Raum zu bestimmen, ermöglicht eine  To determine feedback device in the room, allows a
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 directional haptic feedback regardless of the location of the haptic feedback device. If, for example, an axis of a manipulator is moved upwards, then the upward-oriented feedback element can always be actuated in order to make the corresponding movement to the user
zurückzumelden. Folglich muss der Benutzer die Rückmeldung der report back. Consequently, the user needs the feedback from the
Rückmeldungsvorrichtung nicht konvertieren, sondern es wird eine unmittelbare haptische, richtungsspezifische Rückmeldung bereitgestellt. Mögliche Sensoren sind Beschleunigungssensoren, oder andere Sensoren, die eine Bestimmung der Feedback device is not converted, but it provides an immediate haptic, directional feedback. Possible sensors are acceleration sensors, or other sensors that provide a determination of
Orientierung und/oder Position der Rückmeldungsvorrichtung ermöglichen. 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 Orientation and / or position of the feedback device allow. Furthermore, such sensors can be used to generate input commands to a controller. For example, if a user wears a wearable haptic feedback device in the form of a bracelet, then rotating the forearm about its longitudinal axis may be considered a rotational movement of a virtual
Eingaberades interpretiert werden und ein entsprechender Eingabebefehl an eineInput wheels are interpreted and a corresponding input command to a
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 Control device of the manipulator system are sent. For example, a specific control mode can be switched on or off by the correspondingly detected rotation of the feedback device, or in another
Anwendungsfall eine Achse des Manipulators entsprechend der durch den Benutzer ausgeführten Bewegung bewegt werden. Ebenso kann, wenn die Position der Use case, an axis of the manipulator are moved in accordance with the movement performed by the user. Likewise, if the position of the
Rückmeldungsvorrichtung mittels der Sensoren bestimmt werden kann, eine Vorwärts- und/oder Rückwärtsbewegung eines Benutzers als Drücken eines Schalters  Feedback device can be determined by means of the sensors, a forward and / or backward movement of a user as pressing a switch
interpretiert werden, und entsprechende Befehle ausgeführt werden. be interpreted, and appropriate commands are executed.
Weiterhin können die haptischen Rückmeldungselemente der Furthermore, the haptic feedback elements of
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. Feedback device in a direction A of the feedback device to be arranged at least two rows. Due to the separate control of the individual feedback elements so direction-specific haptic feedback can be provided to a user.
Insbesondere kann die Rückmeldungsvorrichtung zumindest acht In particular, the feedback device may be at least eight
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 Comprise feedback elements which are arranged in at least four rows, wherein the rows comprise at least two feedback elements, which rows are preferably distributed uniformly circumferentially when the portable
Rückmeldungseinrichtung ein Körperteil eines Benutzers zumindest teilweise umschließt, wie etwa in Form eines Armbands. Sind die vier Reihen gleichmäßig umfänglich verteilt und beispielsweise an einem Unterarm eines Benutzers angebracht, so sind richtungsspezifische haptische Feedback means at least partially surrounds a body part of a user, such as in the form of a bracelet. If the four rows are uniformly distributed circumferentially and, for example, attached to a forearm of a user, so are directional haptic
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. Feedback in six spatial degrees of freedom possible. For example, if it is confirmed in which direction an axis of a manipulator moves, it can be indicated by driving the corresponding row of feedback elements, in which direction the axis moves.
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. For example, a series of feedback elements is disposed on an upper surface of the lower arm, a second series of feedback elements on the underside of the lower arm, and the other two rows of feedback elements are disposed laterally on the lower arm. Moves an axis of a manipulator, for example, in Substantially to the series of feedback elements which are attached to the top of the forearm, so this series can be controlled to provide a corresponding haptic feedback. If the direction of movement of the axis is in the opposite direction, then the row of feedback elements which is arranged on the underside of the lower arm can be actuated.
Bewegt sich eine Achse eines Manipulators beispielsweise schräg zu den For example, an axis of a manipulator moves obliquely to the one
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. corresponding rows of feedback elements, so adjacent rows can be controlled simultaneously, preferably with different intensity, so that an oblique movement of the axis of the manipulator can be fed back to the user. For example, if the axis moves substantially in a direction of the forearm, firstly a first element of a row and shortly thereafter a second element of the series can be driven to signal the user the direction of movement of the axis. If an opposite direction of movement is to be confirmed, first the second feedback element and then the first feedback element are activated.
Insbesondere können die Rückmeldungselemente in einer bestimmten zeitlichen Sequenz angesteuert zu werden, um richtungsspezifische haptische Rückmeldung in zumindest sechs räumlichen Freiheitsgraden bereitzustellen. In particular, the feedback elements may be addressed in a particular temporal sequence to provide directional haptic feedback in at least six spatial degrees of freedom.
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. In addition to the direction-dependent feedback described above, rotational movements of an axis and / or a manipulator can also be confirmed by corresponding time sequences. For example, a time sequence may provide for driving the uniformly circumferentially distributed rows.
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. This can be reported back by a corresponding timing of a first, second, third and fourth row a direction of rotation. If the rows are controlled in a different order, then an opposite direction of rotation can be confirmed.
Insbesondere können die Rückmeldungselemente mit einer unterschiedlichen In particular, the feedback elements with a different
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 Intensity can be controlled. For example, in the case of a vibration feedback, the amplitude of the vibration or the frequency of the vibration may be changed to, for example, the proximity of the feedback device to a
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  To signal back manipulator and so for example to warn of an imminent collision. Alternatively, by adjusting the amplitude and / or the frequency, for example, a speed of an axis of the manipulator or the
Manipulators selbst rückgemeldet werden. Insbesondere kann die Rückmeldungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, einem Benutzer Rückmeldung über zumindest eines der folgenden zu geben: Manipulator itself be reported. In particular, the feedback device may be configured to provide feedback to a user about at least one of the following:
einen aktuellen Zustand des Manipulators;  a current state of the manipulator;
eine aktuelle und/oder geplante Bewegungsrichtung eines Manipulators und/ oder einer Achse eines Manipulators;  a current and / or planned direction of movement of a manipulator and / or an axis of a manipulator;
eine drohende Kollision eines Manipulators und/oder einer Achse eines Manipulators;  an impending collision of a manipulator and / or an axis of a manipulator;
eine Stärke und/oder Richtung, der auf einen Manipulator/ eine Achse wirkende Kraft und/oder Moment;  a force and / or direction, the force acting on a manipulator / axle and / or torque;
- ein Erreichen einer Arbeitsraumgrenze, eines Sicherheitsbereich, einer  - reaching a working space border, a security area, a
geplanten Bewegungsbahn und/oder einer vorherbestimmten Pose des Manipulators,  planned trajectory and / or a predetermined pose of the manipulator,
eine Gefahrenrichtung und/oder  a danger direction and / or
einen aktuellen Regelungsmodus des Manipulators. Dazu können einerseits zeitliche Sequenzen genutzt werden, um entsprechende a current control mode of the manipulator. On the one hand temporal sequences can be used for this purpose
Rückmeldungselemente separat anzusteuern und/oder die Intensität der Ansteuerung kann angepasst werden, um eine entsprechende Rückmeldung bereitzustellen. Feedback elements to control separately and / or the intensity of the control can be adjusted to provide a corresponding feedback.
Insbesondere kann die entsprechende Rückmeldung der Rückmeldungsvorrichtung je nach beabsichtigter Rückmeldung frei programmierbar sein, um eine universell einsetzbare Rückmeldungsvorrichtung bereitzustellen. Dazu ist die In particular, the corresponding feedback of the feedback device depending on the intended feedback can be freely programmable to provide a universally applicable feedback device. This is the
Rückmeldungsvorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet mit einer Steuereinrichtung eines Manipulatorsystems, insbesondere drahtlos, zu kommunizieren, um  Feedback device preferably configured to communicate with a control device of a manipulator system, in particular wireless, to
entsprechende Rückmeldebefehle zu empfangen. receive corresponding acknowledgment commands.
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 The current state of the manipulator, which can be confirmed, may, for example, relate to information as to whether the manipulator is switched on or off or in a standby state. If current or planned directions of movement of a manipulator and / or an axis of a manipulator are confirmed, the user can recognize a possible collision and move away from the corresponding danger zone. Likewise, others can
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 Danger directions are reported back. This is particularly advantageous if the user resides in a manipulator system, which includes a plurality of possibly mobile manipulators, which are, for example, in front of and behind the user, so that the user can not keep all manipulators in view. Threatens a danger, such as a collision, or moves a manipulator the user, so he can be informed by an appropriate feedback early on the movement and facing an imminent collision, or the potential
Gefahr,gewarnt werden. Danger be warned.
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. Insbesondere werden die vorangehend beschriebenen Aufgaben auch gelöst durch ein Manipulatorsystem umfassend zumindest eine Rückmeldungsvorrichtung, wie vorangehend beschrieben, zumindest einen Manipulator und zumindest eine In particular, the manipulator system may include sensors that sense the location, i. monitor the position and orientation of the portable haptic feedback device in the manipulator system. Such sensors may be, for example, optical sensors, such as stereo cameras, which allow items to be "tracked." Thus, feedback may be output informing of actual distances between the manipulator and a feedback device Manipulator system comprising at least one feedback device, as described above, at least one manipulator and at least one
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. A controller configured to control the manipulator and send manipulator information to the feedback device to provide directional haptic feedback to a user, the controller preferably further configured to receive input commands from the feedback device.
Die entsprechenden Eingabebefehle können sowohl durch die Eingabeelemente der Rückmeldungsvorrichtung erzeugt werden oder durch eine entsprechende Änderung der Lage der Rückmeldungsvorrichtung, wie vorangehend beschrieben. The corresponding input commands can be generated both by the input elements of the feedback device or by a corresponding change in the position of the feedback device, as described above.
Ausführliche Beschreibung der Figuren Detailed description of the figures
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die angefügten Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt: The invention will be described in more detail below with reference to the appended figures. Showing:
Fig. 1 eine tragbare haptische Rückmeldungsvorrichtung; Fig. 2 eine schematische Ansicht einer weiteren tragbaren haptischen Fig. 1 is a portable haptic feedback device; Fig. 2 is a schematic view of another portable haptic
Rückmeldungsvorrichtung; und  Feedback device; and
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Manipulatorsystems. Fig. 3 is a schematic view of a manipulator system.
Insbesondere zeigt Fig. 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 In particular, FIG. 1 shows a portable haptic feedback device 100 in the form of a manipulator system wristband comprising a plurality of haptic feedback elements 111, 121, 131, 132, 141, 142. The haptic
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. Feedback elements are substantially annularly arrangeable to a portable Form a feedback device 100 which is adapted to at least partially enclose a body part of a user (not shown).
Die haptischen Rückmeldungselemente sind in vier Reihen 110, 120, 130, 140 angeordnet, welche über Zwischenelemente 160 miteinander gekoppelt sind. The haptic feedback elements are arranged in four rows 110, 120, 130, 140, which are coupled to one another via intermediate elements 160.
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. For example, the intermediate elements may be touch-sensitive input elements 160. Likewise, touch-sensitive input elements may be formed integrally with the haptic feedback elements. The touch-sensitive input elements can be used, for example, as a virtual input wheel.
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. Furthermore, the feedback device 100 may comprise input elements 150, 151, 152, 153, 154, wherein the input elements 150, 151 may be, for example, confirmation buttons. The input elements 153, 154 may be, for example, a rocker switch or the like to make a selection of an input command, which is displayed on an optical display device 170, for example.
Wird die in Fig. 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 When the portable haptic feedback device 100 shown in FIG. 1 is worn as a wristband, the haptic feedback elements 111, 121, 131, 132, 141, 142 may be arranged such that one haptic feedback element on the underside and the top of the forearm respectively lie comes. Other haptic feedback elements may be arranged laterally on the forearm. Other arrangements and orientations of the haptic feedback elements are also possible. In particular, the arrangement of the intermediate elements 160, the
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 Fig. 1 gezeigten Darstellung abweichen.  Input elements 150, 151, 152, 153, 154, the optical display device 170 and the sensors 180 relative to the haptic feedback elements 111, 121, 131, 132, 141, 142 differ from the representation shown in Fig. 1.
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 The optical display device 170 may be, for example, a touch-sensitive display. The input element 155 may be, for example, touch-sensitive and used as a kind of mouse button. The input element 152 may be, for example, an emergency stop switch which stops a manipulator by operation. Furthermore, the feedback device 100 may be a wireless
Kommunikationsschnittstelle 190 umfassen, welche beispielsweise Befehle empfangen und/oder senden kann. Über die Kommunikationsschnittstelle 190 kann die Communication interface 190 may receive and / or send commands, for example. Via the communication interface 190, the
Rückmeldungsvorrichtung mit einer Steuerungseinrichtung 20 eines Feedback device with a control device 20 of a
Manipulatorsystems 1 kommunizieren (vgl. Fig. 3). Überdies kann die Manipulator system 1 communicate (see Fig. 3). Moreover, the
Rückmeldungsvorrichtung 100 über Sensoren 180 verfügen, welche die Orientierung und/oder die Position der Rückmeldungsvorrichtung im Raum bestimmen können. In Fig. l umfasst jede der Reihen no, 120, 130, 140 zwei haptische Feedback device 100 via sensors 180 which can determine the orientation and / or the position of the feedback device in the room. In Fig. 1, each of the rows no, 120, 130, 140 comprises two haptics
Rückmeldungselemente. Alternative Rückmeldungsvorrichtungen können eine beliebige Anzahl, insbesondere lediglich ein haptisches Rückmeldungselement, umfassen. Fig. 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 Feedback elements. Alternative feedback devices may comprise any number, in particular only a haptic feedback element. FIG. 2 shows another haptic feedback device 100 'comprising twelve feedback elements 111, 112, 113, 121, 131, 132, 133, 141, 142, 143. For example, the feedback elements may be configured to generate a vibration to provide haptic feedback to a user. The feedback elements are arranged in four rows 110, 120, 130, 140, each row comprising three feedback elements. The feedback elements can each have intermediate elements 160 which are, for example, touch-sensitive
Eingabeelemente sein können, gekoppelt sein, um eine ringförmige Input elements may be coupled to an annular
Rückmeldungsvorrichtung zu bilden. Durch geeignetes separates Ansteuern der Rückmeldungselemente, vorzugsweise in einer zeitlichen Sequenz, können Form feedback device. By suitable separate activation of the feedback elements, preferably in a time sequence, can
unterschiedliche richtungsspezifische Rückmeldungen an einen Benutzer bereitgestellt werden. different directional feedback is provided to a user.
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. If, for example, an axis of a manipulator moves in the direction A, then initially one or all of the feedback elements 113, 133, 143 can be activated. Subsequently, the feedback elements 112, 132, 142 and thereon the feedback elements 111, 131, 141 can be controlled so that the vibration from the feedback elements 113, 133, 143 to the feedback elements 111, 131, 141 continues. By reversing the direction of the control, a corresponding opposite movement of the axis of the manipulator can be confirmed.
Wird beispielsweise zunächst ein Rückmeldungselement 111 anschließend ein If, for example, a feedback element 111 subsequently enters
Rückmeldungselement 131 und danach das Rückmeldungselement 141 und Feedback element 131 and then the feedback element 141 and
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 Subsequently, the feedback element 121 is driven, so, for example, a rotation of an axis of a manipulator can be confirmed. Alternative temporal sequences are also possible to different directional
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. To display haptic manipulator information. In particular, the frequency and / or the amplitude of the vibration can also be changed in order, for example, to haptically confirm a force acting on the manipulator, a speed or an imminent collision.
Fig. 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 FIG. 3 shows a manipulator system which comprises at least one manipulator 10 which is controlled by a control device 20. The manipulator is MRK-enabled and works with a user 50 who has a haptic
Rückmeldungsvorrichtung 100 in Form eines Armbandes um einen Arm 55 trägt. Die haptische Rückmeldungsvorrichtung kann über eine drahtlose Feedback device 100 in the form of a bracelet around an arm 55 carries. The haptic feedback device may be via a wireless
Kommunikationsschnittstelle 190 mit einer drahtlosen Kommunikationsschnittstelle 25 der Steuerungseinrichtung 20 kommunizieren, um Daten wie Rückmeldebefehle oder Eingabebefehle auszutauschen. Communication interface 190 communicate with a wireless communication interface 25 of the controller 20 to exchange data such as feedback commands or input commands.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Manipulatorsystem 1 manipulator system
10 Manipulator  10 manipulator
20 Steuereinrichtung  20 control device
25 drahtlose Kommunikationsschnittstelle  25 wireless communication interface
50 Benutzer  50 users
55 Arm  55 arm
100, 100' haptische Rückmeldungsvorrichtung  100, 100 'haptic feedback device
110, 120, 130, 140 Reihen 110, 120, 130, 140 rows
111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143 Rückmeldungselemente 150, 151, 153, 154, 155 Eingabeelemente  111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143 feedback elements 150, 151, 153, 154, 155 input elements
160 berührungssensitives Eingabeelement (Zwischenelement)  160 touch-sensitive input element (intermediate element)
170 optische Anzeige  170 optical display
180 Sensor  180 sensor
190 drahtlose Kommunikationsschnittstelle  190 wireless communication interface

Claims

Ansprüche 1 bis 11 Claims 1 to 11
1. Tragbare haptische Rückmeldungsvorrichtung (100), insbesondere in Form eines Armbands, für ein Manipulatorsystem (1), umfassend: 1. Portable haptic feedback device (100), in particular in the form of a bracelet, for a manipulator system (1), comprising:
eine Vielzahl von haptischen Rückmeldungselementen (111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143), welche im Wesentlichen ringförmig anordbar sind, um eine tragbare Rückmeldungsvorrichtung (100) zu bilden, welche dazu eingerichtet ist, ein Körperteil (55) eines Benutzers (50) zumindest teilweise zu umschließen, wobei jedes der haptischen Rückmeldungselemente (111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143) dazu eingerichtet ist separat angesteuert zu werden, um einem Benutzer (50) eine richtungsspezifische haptische Rückmeldung bereitzustellen, welche einer Manipulator-Information entspricht; und a plurality of haptic feedback elements (111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143), which can be arranged essentially in a ring shape in order to form a portable feedback device (100), which can be used for this purpose is set up to at least partially enclose a body part (55) of a user (50), each of the haptic feedback elements (111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143) being set up for this purpose is to be controlled separately in order to provide a user (50) with direction-specific haptic feedback which corresponds to manipulator information; and
zumindest ein Eingabeelement (150), welches an der Rückmeldungsvorrichtung (100) angeordnet ist, und dazu eingerichtet ist, Eingabebefehle für eine at least one input element (150), which is arranged on the feedback device (100) and is designed to receive input commands for a
Steuerungseinrichtung (20) eines Manipulators (10) bereitzustellen. To provide control device (20) of a manipulator (10).
2. Rückmeldungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die 2. Feedback device (100) according to claim 1, wherein the
Rückmeldungsvorrichtung (100) weiterhin eine optische Anzeige (170) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, Manipulator-Informationen und/oder weitere Informationen anzuzeigen. Feedback device (100) further comprises an optical display (170), which is set up to display manipulator information and / or further information.
3. Rückmeldungsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rückmeldungsvorrichtung (100) weiterhin zumindest ein 3. Feedback device (100) according to one of the preceding claims, wherein the feedback device (100) further at least one
berührungssensitives Eingabeelement (160) umfasst, welches vorzugsweise integral mit der optischen Anzeige und/oder einem der Rückmeldungselemente ausgebildet ist. touch-sensitive input element (160), which is preferably formed integrally with the optical display and / or one of the feedback elements.
4. Rückmeldungsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zumindest ein berührungssensitives Eingabeelement (160) zwischen zwei benachbarten Rückmeldungselementen (111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143) angeordnet ist, wobei vorzugsweise mehrere berührungssensitive 4. Feedback device (100) according to one of the preceding claims, wherein the at least one touch-sensitive input element (160) between two adjacent feedback elements (111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143) is arranged, preferably several touch-sensitive
Eingabeelemente (160) umfänglich verteilt, jeweils zwischen benachbarten Input elements (160) distributed circumferentially, each between neighboring ones
Rückmeldungselementen (111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143) angeordnet sind, wenn die Rückmeldevorrichtung (100) ringförmig angeordnet ist. Feedback elements (111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143) are arranged when the feedback device (100) is arranged in a ring.
5. Rückmeldungsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rückmeldungsvorrichtung (100) weiterhin zumindest einen Sensor (180) umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, die Orientierung und/oder die Position der Rückmeldungsvorrichtung (100) im Raum zu bestimmen, und wobei die 5. Feedback device (100) according to one of the preceding claims, wherein the feedback device (100) further comprises at least one sensor (180). which is set up to determine the orientation and/or the position of the feedback device (100) in space, and wherein the
Rückmeldungsvorrichtung (100) vorzugsweise dazu eingerichtet ist, Änderungen der Orientierung und/oder der Position als Eingabebefehle umzusetzen. Feedback device (100) is preferably designed to implement changes in orientation and/or position as input commands.
6. Rückmeldungsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die haptischen Rückmeldungselemente dazu eingerichtet sind, Vibrationssignale an den Benutzer zu übertragen. 6. Feedback device (100) according to one of the preceding claims, wherein the haptic feedback elements are designed to transmit vibration signals to the user.
7. Rückmeldungsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die haptischen Rückmeldungselemente (111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143) in einer Richtung (A) der Rückmeldungsvorrichtung (100) zumindest zwei-reihig angeordnet sind. 7. Feedback device (100) according to one of the preceding claims, wherein the haptic feedback elements (111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143) in a direction (A) of the feedback device ( 100) are arranged at least in two rows.
8. Rückmeldungsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rückmeldungsvorrichtung (100) zumindest acht Rückmeldungselemente (111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142) umfasst, welche in zumindest vier Reihen (110, 120, 130, 140) angeordnet sind, welche Reihen (110, 120, 130, 140) zumindest je zwei Rückmeldungselemente umfassen, und welche Reihen (110, 120, 130, 140) 8. Feedback device (100) according to one of the preceding claims, wherein the feedback device (100) comprises at least eight feedback elements (111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142), which are arranged in at least four rows (110, 120, 130, 140), which rows (110, 120, 130, 140) each include at least two feedback elements, and which rows (110, 120, 130, 140)
vorzugsweise gleichmäßig umfänglich verteilt sind, wenn die tragbare are preferably distributed evenly around the circumference if the portable
Rückmeldungsvorrichtung (100) ein Körperteil (55) eines Benutzers (50) zumindest teilweise umschließt. Feedback device (100) at least partially encloses a body part (55) of a user (50).
9. Rückmeldungsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rückmeldungselemente (111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142) dazu eingerichtet sind in einer bestimmten zeitlichen Sequenz angesteuert zu werden, um richtungsspezifische haptische Rückmeldung in zumindest sechs räumlichen 9. Feedback device (100) according to one of the preceding claims, wherein the feedback elements (111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142) are set up to be controlled in a specific time sequence in order to provide direction-specific haptic feedback in at least six spatial
Freiheitsgraden bereitzustellen. To provide degrees of freedom.
10. Rückmeldungsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rückmeldungsvorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, einem Benutzer Rückmeldung über zumindest eines der folgenden zugeben: 10. Feedback device (100) according to one of the preceding claims, wherein the feedback device (100) is set up to give a user feedback about at least one of the following:
einen aktuellen Zustand des Manipulators; a current state of the manipulator;
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; a current and/or planned direction of movement of a manipulator and/or an axis of a manipulator; an impending collision of a manipulator and/or an axis of a manipulator;
eine Stärke und/oder Richtung der auf einen Manipulator/ eine Achse wirkenden Kräfte und/oder Momente; a strength and/or direction of the forces and/or moments acting on a manipulator/axis;
- ein Erreichen einer Arbeitsraumgrenze, eines Sicherheitsbereichs, einer geplanten Bewegungsbahn und/oder einer vorherbestimmten Pose des Manipulators, - reaching a workspace boundary, a safety area, a planned trajectory and/or a predetermined pose of the manipulator,
eine Gefahrenrichtung und/oder a direction of danger and/or
einen aktuellen Regelungsmodus des Manipulators. a current control mode of the manipulator.
11. Manipulatorsystem (1) umfassend: 11. Manipulator system (1) comprising:
zumindest eine Rückmeldungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10; at least one feedback device (100) according to one of claims 1 to 10;
zumindest einen Manipulator (10); at least one manipulator (10);
zumindest eine Steuereinrichtung (20), welche dazu eingerichtet ist den at least one control device (20) which is set up for this purpose
Manipulator (10) zu steuern und eine Manipulator-Information, an die Manipulator (10) to control and manipulator information to which
Rückmeldungsvorrichtung (100) zu senden, um einem Benutzer (50) eine richtungsspezifische haptische Rückmeldung bereitzustellen, wobei die Send feedback device (100) to provide a user (50) with direction-specific haptic feedback, wherein the
Steuereinrichtung (20) weiterhin dazu eingerichtet ist, Eingabebefehle von der Rückmeldungsvorrichtung (100) zu empfangen. Control device (20) is further set up to receive input commands from the feedback device (100).
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