CH717682A1 - Vorrichtung zur Konfiguration von Robotersystemen mittels elektromyographischen Signalen. - Google Patents

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CH717682A1
CH717682A1 CH00897/20A CH8972020A CH717682A1 CH 717682 A1 CH717682 A1 CH 717682A1 CH 00897/20 A CH00897/20 A CH 00897/20A CH 8972020 A CH8972020 A CH 8972020A CH 717682 A1 CH717682 A1 CH 717682A1
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Mayer Simon
Wohlgemuth Felix
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Univ St Gallen
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    • B25J13/00—Controls for manipulators
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    • A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Konfiguration von Robotersystemen, insbesondere von kollaborativen Robotern, die gemeinsam mit Menschen arbeiten und nicht von diesen getrennt sind. Die Konfiguration erfasst hierbei vor allem das Vermitteln von Pfaden bzw. Wegpunkten, die von einem Robotersystem nach der Konfiguration autonom abgefahren werden sollen. Sie nutzt einen elektromyographischen (EMG) Sensor (103), welcher die elektrische Muskelaktivität eines Operators (101) anhand von Aktionsströmen der Muskeln misst (102). Der Sensor (103) kann am Unterarm des Operators oder auch an anderen Körperteilen angebracht werden. Die elektromyographischen Signale kodieren beispielsweise den Vorgang, dass der Operator das Robotersystem oder Teile davon mit der Hand greift. Die elektromyographischen Signale werden drahtlos oder drahtgebunden übertragen (104) an einen Klassifizierungsalgorithmus (105), welcher auf die elektromyographischen Aktionsströme des Operators trainiert ist und diese Signale einer von zumindest zwei Kategorien zuordnet. Der Klassifizierungsalgorithmus (105) verwendet hierfür bekannte Klassifizierungsmethoden der Signale (104), beispielsweise nichtparametrische Methoden zur Schätzung von Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen (k-Nächste-Nachbarn-Algorithmen) und überträgt die geschätzte Kategorie (106) an das Kontrollprogramm des Roboters (107). In der Erfingung ist eine dieser Kategorien dem Trainingsmodus des Robotersystems zugeordnet. Bei Empfang der Kategorie (106) welche dem Trainingsmodus zugeordnet ist, versetzt (108) das Kontrollprogramm des Robotersystems (107) das Robotersystem (109) in den Trainingsmodus, wodurch der Manipulator (110) des Robotersystems (109) durch den Operator (101) direkt manipuliert werden kann und bezüglich des Arbeitsbereichs des Robotersystems (111) konfiguriert werden kann.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein System zur Konfiguration von Robotersystemen, insbesondere von kollaborativen Robotern, die gemeinsam mit Menschen arbeiten und nicht von diesen getrennt sind. Die Konfiguration erfasst hierbei vor allem das Vermitteln von Pfaden bzw. Wegpunkten, die von einem Robotersystem nach der Konfiguration autonom abgefahren werden sollen.
[0002] Solche Robotersysteme werden heute mittels dedizierter Schnittstellen (z.B. mittels berührungsempfindlicher Bildschirme oder einfacher Programmierwerkzeuge), oder auch mittels direkter Manipulation bzw. Demonstration (https://patents.google.com/patent/US9821457B1/), mittels visueller Erfassung der Bewegungen eines Operators (https://www.semanticscholar.org/paper/ROBOT-MANIPULATOR-USING-A-VISION-BASED-HUMAN%E2%80%93-1-Guang-long-Zhang/5702890300d37679e22fec87e7ad69f95a7a9c95) und neuerdings mittels direkter Manipulation von Hologrammen des Robotersystems (https://patents.google.com/patent/US20200030979A1/en) konfiguriert. In heute verfügbaren Konfigurationsschnittstellen, insbesondere bei der direkten Manipulation, muss hierbei durch einen expliziten Software- oder Hardwareschalter zwischen verschiedenen Modi des Robotersystems gewechselt werden, wobei das Robotersystem nur in einem dieser Modi von Hand bewegt werden kann. Oft bedeutet dies, dass der Operator in Konfigurationsaufgaben beide Hände einsetzen muss, oder dass sogar mehrere Operatoren notwendig sind, die gemeinsam ein Robotersystem konfigurieren.
[0003] Mit der Erfindung wird das Umschalten zwischen diesen Modi vereinfacht und auf intuitive Weise mit der interaktiven Manipulation des Robotersystems verknüpft. Das Robotersystem selbst oder seine Manipulatoren werden bei der Erfindung nicht verändert. Durch die Erfindung können Robotersysteme, insbesondere kollaborative Roboter, mit weniger Arbeitsaufwand konfiguriert werden.
[0004] Der Anmeldung liegt eine Zeichnung bei, welche die Funktionsweise der Erfindung darstellt und im folgenden erläutert wird.
[0005] Die Erfindung nutzt einen elektroymographischen (EMG) Sensor (103), welcher die elektrische Muskelaktivität eines Operators (101) anhand von Aktionsströmen der Muskeln misst (102). Der Sensor (103) kann am Unterarm des Operators oder auch an anderen Körperteilen angebracht werden. Diese Signale kodieren beispielsweise den Vorgang, dass der Operator das Robotersystem oder Teile davon mit der Hand greift. Die elektromyographischen Signale werden drahtlos oder drahtgebunden übertragen (104) an einen Klassifizierungsalgorithmus (105), welcher auf die elektromyographischen Aktionsströme des Operators trainiert ist und diese Signale einer von zumindest zwei Kategorien zuordnet. Der Klassifizierungsalgorithmus (105) verwendet hierfür bekannte Klassifizierungsmethoden der Signale (104), beispielsweise nichtparametrische Methoden zur Schätzung von Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen (k-Nächste-Nachbarn-Algorithmen) und überträgt die geschätzte Kategorie (106) an das Kontrollprogramm des Roboters (107). In der Erfindung ist eine dieser Kategorien (typischerweise das „feste Zugreifen“) dem Trainingsmodus des Robotersystems zugeordnet. Bei Empfang der Kategorie (106) welche dem Trainingsmodus zugeordnet ist, versetzt (108) das Kontrollprogramm des Robotersystems (107) das Robotersystem (109) in den Trainingsmodus, wodurch der Manipulator (110) des Robotersystems (109) durch den Operator (101) direkt manipuliert werden kann und bezüglich des Arbeitsbereichs des Robotersystems (111) konfiguriert werden kann.

Claims (3)

1. Vorrichtung mit einem Sensor (103), Klassifikationsalgorithmus (105), Kontrollprogramm (107), Robotersystem (109) und einem oder mehreren Manipulatoren (110), welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass das Robotersystem (109) und seine Manipulatoren (110) durch den Operator (101) und über den Sensor (103) durch Veränderung der elektrischen Muskelaktivität in einen Modus versetzt werden kann in welchem die Manipulatoren (110) vom Operator (101) direkt manipuliert werden können.
2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das Robotersystem (109) selbst oder seine Manipulatoren (110) nicht instrumentiert oder anderweitig verändert werden.
3. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Signale des Sensors (103) drahtlos an den Algorithmus (105) übertragen werden.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022103275B3 (de) 2022-02-11 2023-03-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zum Steuern eines Roboters

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