CN106457564B - 操纵装置和控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于为机器或设备(4)的控制装置(3)产生控制命令的操纵装置(2)，其特征在于，所述操纵装置具有评估装置(13)，所述评估装置与触摸屏(5)的触摸传感器(8)连接并且所述评估装置包括实时数据处理装置(14)和输出接口(16)，其中，所述评估装置(13)的实时数据处理装置(14)构建用于，根据触摸传感器(8)的传感器数据为控制装置(3)生成控制命令并且在输出接口(16)上提供，其中，所述评估装置(13)的实时数据处理装置(14)相对于可视化装置(10)的数据处理装置(11)是独立的。本发明还涉及一种控制系统以及一种用于控制机器或设备的方法。

Description

操纵装置和控制系统
技术领域
本发明涉及一种操纵装置、一种控制系统、一种用于控制机器或设备的方法以及一种用于为操纵装置和/或控制系统的可视化装置创建图形用户界面的方法。
背景技术
本发明基于如下问题，在HMI设备(如操纵面板或手动操纵设备)的触摸屏上的输入迄今为止无法令人满意地，即只能实时受限地被检测并且作为控制指令实时地传输给机器控制器。因此能够在用于触发移动运动或其他动作的触摸屏的虚拟操纵元件或控制面板上进行操纵行为时导致机器的延迟响应，由此可能造成明显变差的可操纵性以及偶尔造成至少关于机器部件、工具或工件的损坏的某种潜在风险。出于该原因，目前为了直接实施机器轴的移动运动，除了触摸屏之外，设置另外的离散操纵元件(如机械按钮)，检测其操作状态并且将该操作状态直接地、即不经由HMI设备的计算单元传送至机器控制器。
所述HMI设备(操纵面板或手动操纵设备)具有处理器连同存储器，所述处理器连同存储器执行不仅用于为用户显示信息而且用于检测用户的输入的软件，并且经由适当的数据接口与机器的控制器通信，交换数据和信息，以及向机器控制器发送指令。借助于该软件还能够形象地并且偶尔生动地示出复杂的进程图、机械图形、进程数据等。该软件的主要组成部分通常是集成地支持图形用户界面的操作系统(如Windows或Linux)，以便然后执行用于操纵面板或手动操纵设备的设备特有的基础软件(如驱动程序、功能库)以及机器特有的应用软件。原则上，用于操纵和可视化的机器特有的软件组件也只能在机器控制器上得以执行，并且在HMI设备和机器控制器之间的通信能够以普遍保持的格式进行，例如以机器控制器中的HTTP服务器和HMI设备上的浏览器的形式。
设备特有的基础软件由HMI设备的制造者开发和提供。机器特有的应用软件通常由机器或设备的制造者开发和提供，在该机器或设备中集成有HMI设备，其中机器生产商为了创建该机器特有的软件、尤其是屏幕掩码而启用HMI设备制造者的软件工具和库。
在这种HMI设备上使用标准操作系统便于通过启用大量可使用的并且广为传播的软件工具、标准化的应用程序编程接口等创建机器特有的软件和图形用户界面，以及一般也便于集成到工业控制环境中。由于其广泛的传播、公开的源代码以及出于成本原因，原则上争取使用授权可用的、开放的操作系统平台。
然而，其中存在如下问题，即这些操作系统是不能或者不能充分实时的，因此无法实现有保障的并且足够短的对于操纵行为的响应时间。这尤其涉及那些进行触摸输入的检测和评估的部分。而且例如在应用软件中的故障或不利的设计还会导致，操作系统或者基础软件的确定的部分短暂或持久地不再有序或者延迟地实施并且进而妨碍操纵功能的可靠性。
这些困难导致，经由触摸屏上的虚拟操纵元件虽然能够做出或改变时间要求不严格的机器设定(参数设置)，但是为了直接触发移动运动或者其他动作(例如在构建或编程运动过程时)除了触摸屏之外还设有附加的传统的操纵元件、例如机械按钮或薄膜按键，由此能够检测到操作信息以及直接并且非延迟地传送给机器的控制装置。这通常经由这种操纵元件直接耦合到机器控制器上来实现。
发明内容
本发明基于如下目的，即消除现有技术中的缺点并且提供一种操纵装置或者说一种控制系统，其中一方面保留了采用广为传播的用于创建和配置图形用户界面的(开放的)操作系统和工具的优点(例如其性能强大的图形输出库)，但尽管如此仍能实现实时可靠地评估触摸操纵过程连同传输给机器或设备的控制装置。应省去除触摸屏之外的附加的操纵元件的使用。
上述任务借助于开始时所述类型的操纵装置通过评估装置来实现，所述评估装置与触摸屏的触摸传感器连接并且包括实时数据处理装置和输出接口，其中，所述评估装置的实时数据处理装置构建用于，根据触摸传感器的传感器数据为控制装置生成控制命令并且在输出接口上提供，其中，所述评估装置的实时数据处理装置相对于可视化装置的数据处理装置是独立的。
在输出接口上为控制装置生成和提供控制命令在时间上不受可视化装置的数据处理装置影响。在评估装置的数据处理装置中进行数据处理的在时间上的过程或速度与可视化装置的数据处理装置不相关。因此在评估装置的数据处理装置中进行数据处理与在可视化装置的数据处理装置上运行的处理进程不相关。
在评估单元的数据处理装置中生成控制命令，将控制命令提供或传送给控制装置因此能够在绕开可视化装置的数据处理装置或用于可视化装置的接口的情况下进行。
根据本发明，用于控制装置的实时要求严格的控制命令的产生通过可视化装置与操纵元件的可视化分开进行。该可视化装置能够设置在操纵装置(例如以手动操纵设备的形式)内部或外部。评估装置的实时数据处理装置是独立的并且与在可视化装置的数据处理装置上运行的进程不相关。
相对于可视化装置或者可视化装置的数据处理装置，评估装置或者评估装置的数据处理装置可以说在触摸传感器和控制装置之间构成旁路路径(Bypass)。该旁路路径允许实时地处理传感器数据和提供控制命令，并且因而在绕开可视化装置或其数据处理装置的情况下实现机器或设备的实时控制。换句话说，评估装置和可视化装置(至少其数据处理装置)在触摸传感器和控制装置之间是并联连接的。
评估装置和可视化装置的数据处理装置可以是分开的(即独立的)处理器或者还可以是处理器单元的在功能上分离的(即独立的)关键部分。
在一个可能的实施方式中，可以为控制装置、可视化单元和评估单元设置共同的实时的总线，并且穿过可视化单元通至评估单元。还可以设想，可视化装置和评估装置在结构上组合并且具有通向控制装置的共同的实时的数据总线(或者混合的：实时的以及非实时的)。这样的变型不改变任何基本原理，即来自评估装置的数据处理装置的数据(在时间上)不受可视化装置的数据处理装置的影响而经由共同的总线到达控制装置。
优选无论如何都将评估装置的独立的(不与可视化装置分开的)输出接口和单独的实时数据连接传送给控制装置。
除了可视化功能，即(始终)为显示器提供初始数据/图像数据之外，可视化装置还能够用来产生和提供非实时的控制命令或者机器参数或设备参数。因此，根据本发明的控制系统可以包括除实时(旁路)路径之外的非实时路径，所述实时路径通过评估装置及其数据处理装置构成，并且所述非实时路径通过可视化装置构成。这两条路径都通到控制装置中。
因此，本发明为发送给控制装置的控制命令的至少一部分提供实时的操纵装置和实时的控制系统。实时尤其可以理解为，分别在预设的时间段内、尤其在保证短的时间段内或者在预设的时间周期内，能够从触摸传感器的(如果必要的话通过触摸控制器编辑的)传感器数据中提供相应的控制命令在评估装置的输出接口上，并且因而还能够将这些控制命令实时地传送给控制装置。
本发明意义上的操纵元件是触摸屏的操纵元件。因此涉及一种触敏操纵元件，所述触敏操纵元件在触摸屏的显示器上被可视化并且通过触摸来操作。所述操纵元件还能被称为控制面板，所述控制面板在触摸屏上占据一个空间预设的区域。
实时评估装置优选具有处理器、存储机构、用于读入传感器数据的输入端接口以及用于输出与触摸屏上的操纵行为对应的控制命令的输出接口。
优选地，评估装置参与到触摸传感器或其下游的触摸控制器和可视化装置之间的通信连接中，触摸传感器或其下游的触摸控制器根据传感器信号检测触摸操纵行为并且提供关于操纵行为的原始数据，例如关于检测到的触摸点的坐标对，并且所述可视化装置负责可视化和非实时操纵。
评估装置读取触摸传感器的传感器信号(所述传感器信号必要时已被触摸控制器转换为传感器原始数据并且优选也被发送给可视化装置)。同时，可视化装置能够为评估装置提供关于在显示器上示出的操纵元件或控制面板的位置和类型以及也许关于其释放状态的信息(配置数据)。
根据关于操纵元件的传感器数据和配置数据，评估装置自主地并且实时地确定触摸屏上各个操纵元件的操作状态，生成相应的控制命令(或操作信息)，并且将这些控制命令经由输出接口在可视化装置不参与的情况下传送给控制装置，即传送给机器或设备控制器。评估装置的软件保持实时并且相对简单、纤薄和可靠。
与此同时，可视化装置能够经由多种不同的触摸事件，例如从触摸控制器中或者经由评估装置，获取相同的传感器数据，并且为实时要求不严格的操纵过程，例如参数设置，评估这些相同的传感器数据。
重要的是，评估装置与可视化装置或在可视化装置设置在操纵装置外部的情况下与用于可视化装置的接口在功能上是分离的，并且配备有独立的处理器单元和独立的操作软件，以及具有自身的输出接口用于将控制命令传送给机器或设备的控制装置。
在一个有利的改进方案中，可视化装置虽然能够经由配置接口配置评估装置并且进而改变其工作方式，例如虚拟操纵元件或控制面板的类型、数量和位置，但是只能在一个狭小而限定的范围中并且在不损害评估装置的实时响应能力的情况下。
评估装置与可视化装置不相关并且独立地评估触摸操纵行为，此外不需要承担附加的耗费计算时间的任务，由此在一个限定的狭小的时间周期中、即实时地对操纵过程进行评估是可能的。通过在避开可视化装置的情况下将控制命令直接传输给控制装置(优选通过经由实时的通信总线直接联接)实现了直接且无延迟地实施机器功能或设备功能、尤其是移动运动。
由于评估装置的软件与可视化装置的可视化软件不相关地开发和实施，通常由HMI设备的制造者创建并仔细检查，而且以后不会再改变(在机器生产商或最终用户将可视化软件相对频繁和多样化地适配于特定机器的范畴内至少不改变)，因此能够确保实时操纵功能的高的可靠性和高的安全性。
优选评估装置经由优选双向数据连接与可视化装置连接。
优选可视化装置构建用于，为评估装置提供有关在显示器上可视化的至少一个操纵元件的配置数据，其中，所述配置数据优选包括关于所述至少一个操纵元件的位置、大小、定向、类型、相关联的机器或设备功能、相关联的机器或设备参数、释放状态和/或当前的操作状态或者设定值的信息，并且评估装置构建用于，根据配置数据为控制装置生成控制命令。
可视化装置优选至少间接地与触摸传感器以及与控制装置连接，并且构建用于根据触摸屏的由操纵人员所操作的操纵元件为控制装置生成控制命令和/或机器或设备参数。
优选地，在触摸传感器和评估装置之间的传感器数据连接包括支路，所述支路通向可视化单元或者通向用于可视化装置的接口。
一个优选的解决方案以在触摸控制器和评估装置之间的点对点连接为特征，其中，传感器数据(触摸数据)从评估装置传输到可视化装置。在这种情况下，评估装置接入在触摸控制器和可视化装置之间。
在另一个实施方式中，操纵装置是可移动的、优选便携的操纵设备，所述操纵设备能够经由数据连接、尤其经由柔性线路或无线链路与机器或设备的控制装置连接。
优选地，操纵装置包括用于为操纵人员产生触觉信号的至少一个执行器，并且评估装置与该执行器连接而且构建用于，根据触摸传感器的传感器信号操作所述至少一个执行器。该触觉反馈能够随着操纵元件的类型、操纵元件的操纵行为、位置、操作状态或者释放状态而改变。通过这种方式，操纵人员获得了明确的反馈：是否操纵行为本身被注册过，或者已经提前获得反馈：是否触摸了特定的虚拟操纵元件(以便在没有视觉控制的情况下找出特定的操纵元件)。
一个优选的实施方式的特征在于，评估装置的输出接口包括至少一个实时控制输出端或者至少一个数字或模拟控制输出端，控制命令经由所述输出接口传送至控制装置，其中，输出接口优选包括至少两个控制输出端，其中每个控制输出端与不同的机器或设备相关的功能相关联。这实现了向控制装置的可靠的实时的传输。代替将评估装置经由实时通信接口联接到控制器上，也可以设想在评估装置上直接的数字或模拟控制输出端(即例如每个机器或设备功能配有一条单独的信号线路)。由此实现了HMI设备到一个或多个控制装置或者偶尔也直接到执行器及其控制元件的在技术上尤其简单、快速和抗干扰的信号联接。
优选触摸传感器是多点触摸传感器并且评估装置构建用于，评估来自多点触摸传感器的传感器数据，其中，优选能够同时评估至少两个操纵元件的操作。这拓宽了操纵装置的功能性并且提高了其可靠性。多点触摸传感器在与仅一个操纵元件相关联时也很重要，因为例如通过借助于双指手势激活操纵元件能够避免无意的误触发。
一个优选的实施方式的特征在于，评估装置构建用于，验证在触摸传感器上的运动模式或触摸模式，所述运动模式或触摸模式在通过操作操纵元件进行的原本的操纵过程之前、期间和/或之后被实施并且对于实施控制过程是绝对必要的，以及在该运动模式或触摸模式得到肯定的验证之后才将与操纵过程相应的控制命令提供在输出接口上，其中优选所述运动模式或触摸模式是使操纵元件在一定的时间段内激活的开始手势或者是对另外的操纵元件的同时操作。
为了激活或操作操纵元件，能够在触摸传感器上设置特定的手势，即相对于原本的操作过程特别附加的开始、伴随或结束的运动模式或触摸模式，这些手势的实施由评估装置验证并且这样减小了在意外或无意触摸操纵元件的过程中发生无意操作的风险。也可以设置暂时阻止全部操纵元件的触发或操作的功能和手势，例如以便能够在此期间清洁整个的触摸界面，同时不触发无意的操纵过程。
一个优选的实施方式的特征在于，在触摸传感器和评估装置之间连接有触摸控制器，所述触摸控制器构建用于，检测触摸屏上的触摸或触摸屏的操纵元件的操作以及将其提供为传感器原始数据。传感器原始数据能够包含例如用于描述一个或多个触摸点的位置的坐标对。在这一点上提及的是，传感器原始数据是从传感器信号中获取的已经被处理过的数据。
对于触摸控制器，整个的触摸传感器通常是单一平面，即位置解析传感器。触摸控制器并不“知道”，操纵元件(虚拟操纵元件)是否位于其上以及位于其上哪里。这种关联或验证只在评估装置中或可视化装置中进行。
一个可能的实施方式的特征在于，评估装置构成为或者联接到触摸控制器的数据流上，使得数据流以同样的方式不仅输送给评估装置(13)而且输送给可视化装置(10)。在该实施方式中，可视化装置还与触摸传感器连接并且因此与评估装置不相关地联接到传感器数据流上。通过这种方式，评估装置能够评估关于操作实时虚拟操纵元件的传感器数据，而同时可视化装置能够评估关于非实时相关的输入、例如用于在不同的屏幕掩码之间变换的滑动手势的传感器数据。
有时可以取决于，三个单元中的哪一个是主系统(Master)，即引起数据的传输。可能的是，评估装置被动一起读取，然而也可能是仅可视化装置被动一起读取或者也可能是两者(当触摸控制器是主系统并且简单地发送累积的数据时)被动一起读取。
优选触摸控制器在结构上和功能上集成在评估装置中。由此能够关于数据连接更简单地确定操纵装置的尺寸，因此也节约了成本。
一个优选的实施方式的特征在于，触摸控制器和评估装置除了传感器数据连接之外经由通信连接、优选呈中断信号线路的形式的通信连接彼此连接，其中，传感器原始数据经由传感器数据连接传送给评估装置，评估装置的触摸控制器能够经由中断信号线路非同步且无延迟地用信号表示存在对于评估重要的操纵过程。这减少了评估装置对触摸事件的响应时间而且能够便于遵循实时条件(即在一段限定的短时间内有保证的响应)。
一个优选的实施方式的特征在于，评估装置具有至少三个接口，其中，传感器原始数据经由第一接口被接收，并经由第二接口传输给可视化装置或者用于可视化装置的接口，其中，优选评估装置在所述第二接口上至少部分地模仿触摸控制器的行为。所述“被模仿的触摸控制器”的行为能够略微偏离实际的触摸控制器，所述实际的触摸控制器贴靠在评估装置的输入端接口上。这虽然原则上实现了通过评估装置预过滤传感器数据，使得必要时只有那些对于可视化装置重要的传感器数据传输给可视化装置，但是当各个坐标对就其本身来说还不能绝对明确地与实时或者非实时相关的操作过程相关联时，也不会发生这样的预过滤。这种关联的可能性会从坐标对的连续序列中得出，所述坐标对例如以特定的起始点或者终点描述运动或手势。然而不仅评估装置而且可视化装置必须分别对其自身进行确定和评估，因此两个单元中的每一个单元都分别需要来自触摸控制器的完整数据流。
被模仿的触摸控制器相对于实际的触摸控制器的行为偏离的原因在于，市场上存在大量不同的触摸控制器具有轻微不同的接口和协议。在不同的产品变型(如显示器大小)中使用各种不同的控制器时，必须仅使评估装置与其相匹配，而针对可视化装置总有特定的标准触摸控制器被模仿并且在那里完全不需要进行匹配。
另一个原因是，实际触摸控制器的特定的设定或参数只能由评估装置来预设并且不能例如由可视化装置重新调整(这可能会损害评估装置的可靠性)。在可视化装置方面进行的这种参数设置因此必须被评估装置拦截。
优选评估装置包括与实时数据处理装置连接的至少一个存储器。对于实时评估额外需要的(配置)数据能够直接从存储器中调出。实时处理由此得到保证，因为评估装置不被指示进行其他单元的这些数据的及时传送。
一个优选的实施方式的特征在于，在存储器中包含和/或能够保存有关于能在显示器上示出的至少一个操纵元件的配置数据，其中，所述配置数据优选包含关于所述至少一个操纵元件的位置、大小、定向、类型、相关联的机器或设备功能、相关联的机器或设备参数、释放状态和/或当前的操作状态或者设定值的信息。由此能够快速地、特别是明确地生成相应的控制命令。
一个优选的实施方式的特征在于，在存储器中包含和/或能够保存有校准信息，借助于所述校准信息修正由触摸控制器提供的坐标信息，优选关于偏移、缩放和/或校正。由此避免了错误操纵。匹配传感器参数的样本相关的偏差原则上来说是可能的(例如触摸的每个样本能够由于制造时的工艺波动而表现略微不同)，使得该实施方式的作用原理与这样的样本离散不相关地在每个操纵面板上是可能的。
存储机构能够因此(还附加地)包含：关于至少一个操纵元件相对于触摸屏的外部尺寸或坐标的位置或方位的配置数据；描述至少一个操纵元件的释放状态(即操作是否能够真的导致机器或设备功能的激活，或者有关的操纵元件是否被阻止)的配置数据；实现将特定的机器或设备功能或者机器或设备参数与至少一个操纵元件关联的配置数据；描述至少一个操纵元件的当前状态或者设定值的状态信息。
优选地，能由评估装置检测到的操纵元件包括以按键、开关、两级或多级的滑动开关、旋转开关或者其他的转换开关等形式的数字操作元件。
优选地，能由评估装置检测到的操纵元件包括模拟或者拟模拟或精细分辨率的操作元件(以一维或二维滑动控制器、操纵杆或者旋转调节器(手轮)、电位器、触摸板的形式)，分别能够或者不能自动返回初始位置。
所述任务还通过一种控制系统来实现，所述控制系统用于借助于操纵装置来控制机器或设备、尤其是操纵器、加工设备或者生产设备。所述控制系统包括：
-用于控制机器或设备的控制装置；
-与控制装置连接的操纵装置，尤其是根据本发明所述的操纵装置，所述操纵装置用于通过操纵人员操纵机器或设备，其中，所述操纵装置具有触摸屏，所述触摸屏由用于使操纵元件可视化的显示器和与所述显示器重叠的触摸传感器构成；
-与显示器连接的可视化装置，所述可视化装置用于为触摸屏的显示器提供图像数据，其中，所述可视化装置包括数据处理装置；
其特征在于，所述控制系统具有评估装置，所述评估装置与触摸屏的触摸传感器连接，并且所述评估装置包括实时数据处理装置和与控制装置连接的输出接口，其中，所述评估装置的实时数据处理装置构建用于，根据所述触摸传感器的传感器数据为控制装置生成控制命令并且将其经由输出接口传送给所述控制装置，其中，所述评估装置的实时数据处理装置相对于可视化装置的数据处理装置是独立的。
在输出接口上为控制装置生成和提供控制命令在时间上不受可视化装置的数据处理装置影响。在评估装置的数据处理装置中进行数据处理因此与在可视化装置的数据处理装置上运行的处理进程不相关。
在评估单元的数据处理装置中生成控制命令，将控制命令提供或传送给控制装置因此能够在避开可视化装置的数据处理装置的情况下进行。
优选地，所述评估装置的输出接口经由实时数据总线与控制装置连接(例如串行实时通信协议(SERCOS)、工业以太网(Profinet)、以太网控制自动化技术(EtherCAT)、Varan、PowerLink、以太网/IP(EtherNet/IP)或者其他的实时以太网(Real TimeEthernet)连接)。
优选地，所述操纵装置是与控制装置分开的结构单元、尤其是可移动的、优选便携的操纵设备，并且优选所述评估装置集成到该结构单元中。
在一个另外的实施方式中，可视化装置设置在操纵装置的外部，其中，优选可视化装置集成在控制装置中。
所述任务还通过用于借助于操纵装置和/或借助于前文描述的实施方案中的任一种所述的控制系统控制机器或设备的方法来实现，其中，可视化装置为触摸屏的显示器提供图像数据，使得操纵元件在显示器上可视化，并且评估装置的实时数据处理装置根据触摸屏的触摸传感器的传感器数据生成控制命令并且将其传送给控制装置。控制命令的生成和传送在时间上不受可视化装置的数据处理影响。在评估装置的数据处理装置中进行数据处理的时间过程或速度与可视化装置的数据处理装置不相关。
一个优选的实施方式的特征在于，将有关在显示器上示出的或者能够示出的至少一个控制面板的配置数据(优选以参数组的形式)下载到评估装置中，其中，所述配置数据优选包含关于所述至少一个操纵元件的位置、大小、定向、类型、相关联的机器或设备功能、相关联的机器或设备参数、释放状态和/或当前的操作状态或者设定值的信息，并且所述评估装置根据所述配置数据为控制装置生成控制命令。
优选地，配置数据由可视化装置和/或由控制装置生成并且传送给评估装置。
一个优选的实施方式的特征在于，评估装置优选经由定期的通信或者信令接收来自可视化装置的信息，从所述信息中能够获取关于正确或错误实施在可视化装置的数据处理装置上运行的可视化软件的结论。评估装置由此能够承担监视器功能，由此能够避免生成错误的、即操纵人员完全不经意的控制命令。
一个优选的实施方式的特征在于，由可视化装置和/或控制装置传送给评估装置的有关操纵元件的配置数据在评估装置内部设有或设置在时间上受限的有效性，并且在所述有效性的时间到期之后将相应的操纵元件去激活，使得机器或者设备的操纵经由该操纵元件得以禁止。由此，虚拟操纵元件和/或其激活状态(即：释放输出控制指令)的由可视化装置传送给评估装置的参数设置能够在评估装置内部设置有在时间上受限的有效性。在其时间到期之后，将所述激活状态设置为“未激活”，并且进而禁止经由所述相应的操纵元件的命令输出。在此还涉及监视器功能的特定的实施。
一个优选的实施方式的特征在于，可视化装置经由在评估装置和可视化装置之间的数据连接读取由评估装置监控的操纵元件的操作状态，并且对关于实时要求不严格的功能、例如对操纵人员的视觉、听觉或者触觉反馈进行评估。由此不使评估装置承担没有实时要求的任务。实时可靠性进而得以提高或能够更简单地实现。
一个优选的实施方式的特征在于，在评估装置中，在操纵元件的操作状态改变之后，启动预设有过程进行时间的计时器，并且当可视化装置在过程进行时间结束之前没有以操作信息作出答复时，将错误信号发送给控制装置，或者将操纵元件置于去激活状态中，所述操作信息涉及对在触摸屏上示出的信息、尤其是有关操纵元件的操作状态的信息进行更新。在此能够特别为每个操纵元件启动一个特有的计时器或者可选地能够为所有操纵元件设置一个共同的计时器。该实施方式的优点在于，评估装置虽然未延迟地对操作过程做出响应，但是当可视化装置没有在适当的时间对这样的操作过程做出响应时，也能识别。由此，当在实际的和视觉显示出的操作或开关状态之间的差异持续过久并且出于该原因可能导致操纵人员的误解时，能够中止移动运动。
一个优选的实施方式的特征在于，评估装置与一个或多个执行器通过信号技术耦合为，使得在操作操纵元件时或者已经在仅触摸触摸屏时，对操纵人员生成触觉反馈。
优选地，操纵元件的位置和类型储存在评估装置中并且优选对应于触摸屏上存在的触觉标记。操纵元件的位置和类型能够固定地预设在评估装置中。在可视化软件方面的参数设置能够在这种情况下局限于操纵元件(虚拟操纵元件)的激活或去激活以及必要时局限于通过特定的操纵元件根据与刚好示出的屏幕掩码相关联的机器功能的预设。
一个优选的实施方式的特征在于，单稳态的操纵元件、优选作为能够自动返回未操作的初始位置中的虚拟按键或者虚拟操纵杆的去激活通过可视化装置与操纵元件的实际操作状态不相关地引起将未操作状态无延迟地用信号发送给评估装置或引起从评估装置到控制装置的与未操作状态相应的控制命令。由此能够避免误控制。
优选地，在评估装置和可视化装置之间设有附加的数据连接(优选以中断线路的形式)，借助于所述数据连接，评估装置将操纵人员的操纵过程用信号发送给可视化装置。可视化装置能够将该信息转换为能在显示器上示出的反馈、尤其是有关操纵元件的显示变化。
一个优选的实施方式的特征在于，为了传输实时控制命令而设有实时总线连接、例如实时以太网总线连接，经由所述总线连接将操纵元件的操作状态循环地以预设的时间周期传输至控制装置。这也保证了从评估装置到控制装置、即到机器或设备控制器的实时传输。
所述任务还通过用于借助于开发环境为上述实施方案中任一个所述的操纵装置和/或控制系统的可视化装置创建图形用户界面的方法来实现，其中，借助于所述开发环境从预设数量的可用操纵元件中选出至少一个操纵元件，并且为所述至少一个操纵元件关于其位置、大小、定向、大小、类型、相关联的机器或设备功能、相关联的机器或设备参数和/或其释放状态进行参数设置，并且根据参数与所述至少一个控制面板的关联，为评估装置产生配置数据、尤其呈参数数据组的形式的配置数据。
所述开发环境优选本身具有图形用户界面，各种不同的操纵元件能够借助于所述图形用户界面通过简单和直观的方式选出、安置和给定参数，并且能够提前对所述图形用户界面在操纵设备上的之后的界面外观进行视觉检查。
本发明还涉及一种用于运行实时评估装置的方法，其特征在于，将有关能由所述评估装置评估的至少一个操纵元件的配置数据从可视化装置或者从控制装置下载到评估装置中，其中，所述配置数据优选包含关于所述至少一个操纵元件的位置、大小、定向、类型、相关联的机器或设备功能、相关联的机器或设备参数、释放状态和/或当前的操作状态或者设定值的信息。所述配置数据能够在初始化阶段期间传输至操纵装置或者也在运行期间为了使所述配置数据匹配不同的运行状态而传输。
附图说明
为了更好地理解本发明，根据后面的附图对本发明做详细说明。
分别以极度简化的示意图：
图1示出机器或设备的控制系统；
图2示出根据现有技术的操纵装置；
图3示出根据现有技术的控制系统；
图4示出根据本发明的操纵装置；
图5示出根据本发明的控制系统；
图6示出根据本发明的控制系统的一种变型；
图7示出根据本发明的控制系统的另一种变型；
图8示出评估装置的细节；
图9示出评估装置的存储内容的示意图。
具体实施方式
首先需要说明的是，在不同描述的实施方式中为相同的部件设置相同的附图标记或相同的构件名称，其中，包含在整个说明书中的公开内容能够按意义转用到具有相同附图标记或相同构件名称的相同部件上。在说明书中选择的方位说明，例如上、下、侧等，都与直接描述以及示出的附图有关，并且在方位变化时这些位置说明按意义转用到新的方位上。
实施例示出操纵装置或控制系统的可能的实施变型方案，其中在这一点上需要注意，本发明不局限于特定示出的实施变型方案，而更确切地说各个实施变型方案彼此间的多种组合也是可能的，并且这种变型方案可能性基于技术行为的教导通过具体的发明在本领域技术人员的能力范围中。
另外，所示出和所描述的不同实施例本身的单独特征或者特征组合能够表示独立的、有创造性的或者按本发明所述的解决方案。
基于所述独立的、有创造性的解决方案的任务能够从说明书中获取。
首先，在附图中示出的具体的实施方案能够构成根据本发明所述的独立的解决方案的主题。与此有关的、根据本发明所述的任务和解决方案能够从这些附图的详细描述中得出。
最后，为了规范起见要指出，为了更好地理解发明的结构，部分未按比例地和/或放大地和/或缩小地示出本发明及其组成部分。
图1示出作为本发明典型应用领域的注塑机连同控制器和以集成到机器中的操纵面板形式的HMI设备。在图1中，操纵面板不仅集成到机器中而且为了说明又拉出来进行表示。机器的控制器为了更好地示出信号流同样在原本的机器结构之外示出，但在实践中通常在开关柜中直接安装在机器上或机器中。机器控制器根据预设的生产程序、根据代表机器和实施的生产进程的相应的实际状态的传感器信号以及根据由操纵人员经由同样与机器控制器连接的操纵面板输入的指令和参数来控制通向机器不同执行器的能量流。为此，机器控制器典型地具有至少一个CPU、用于储存程序的存储机构以及用于数据的不同的接口，所述接口用于联接到机器、其执行器和传感器上，以及用于联接到输入和输出设备上，如固定和/或可移动的操纵面板，或者用于联接到用于远程访问机器的数据、程序和功能的网络上。
所述操纵面板能够构造为固定的，即能够固定地集成到机器的结构中，或者还能构造为可移动的手动操纵设备，所述手动操纵设备经由柔性的电缆连接或者经由无线的无线连接通过信号技术与机器控制器作用连接。在图1中仅示出了固定的操纵面板。
操纵面板具有以屏幕形式、优选以高分辨率彩色显示器形式的输出机构，经由所述屏幕或所述高分辨率彩色显示器能够对操纵人员输出关于机器、其运行状态以及关于被实施的生产进程的信息。
此外，操纵面板具有一系列输入机构或操纵元件，操纵人员能够经由所述输入机构或操纵元件改变机器的参数、选取用于输出的关于机器或者进程的信息、切换运行模式、启动和停止自动处理进程以及还能直接而且无延迟地手动触发机器功能、例如移动运动。
图2示出以根据现有技术的操纵面板形式的操纵设备30的前视图的放大的且示例性视图。所述操纵设备具有第一操纵区域31，所述第一操纵区域由触敏屏幕(触屏显示器)、即结构叠加的高分辨率彩色显示器和透明的触敏的传感器构成。在该第一操纵区域31中，进行对操纵人员的信息输出以及操纵人员的输入，例如为了适配示出的信息以及为了适配机器的运行方式和进程参数。
在该第一操纵区域31中，能够根据情况插入和取消以及使用多个虚拟操纵元件和输入栏。在该第一操纵区域31中的输入和输出由与触屏显示器通过信号技术连接的可视化装置处理或编辑。尤其是由所述可视化装置读取机器或设备控制器的信息，整理信息以输出给操纵人员，并且相反地例如将更新的参数值传输至机器控制器。
正如技术人员所熟知的，所述可视化装置(或可视化计算机)典型地具有处理器、存储机构和接口。在所述可视化装置上装入例如相应支持图形用户界面的操作系统，例如Windows或者Linux，在该操作系统的情况下机器特有的可视化软件得以实施。
对于经由所述第一操纵区域31的输入存在如下共同之处，即所述输入不适用于触发或实施直接耦合到操纵过程上的机器功能，例如机器轴的移动，所述移动只应在按键按压的持续时间期间进行。其原因是，所使用的常规操作系统是非实时或者仅受限实时的，并且在检测和传输操纵元件(虚拟操纵元件)上的操纵过程时可能又导致延迟(例如通过到存储介质或者网络连接上的写/读过程、垃圾回收、组件的再初始化过程等)。此外，可视化软件的至少部分经常被那些不够了解或熟悉用于创建实时软件组件的特殊措施和规则的人写出。
因此，在根据现有技术的操纵设备30中设置另外的第二操纵区域32，所述第二操纵区域具有机械按钮、开关、旋转调节器、多轴操纵杆等装置。对于按钮采用例如传统的薄膜按键。所述操纵元件的信号输出不是经由可视化装置的软件检测和传输，而是与可视化装置不相关地直接引向机器控制器。由此，在这些操纵元件上的操纵行为可靠地并且基本上无延迟地由机器控制器检测和转换。机器或者进程状态的变化由机器控制器再次引向可视化装置并且经由操纵设备或HMI输出给操纵人员。
在所述第二操纵区域32中也能安装另外的简易的输出装置，例如LED或者信号灯，所述输出装置发送操纵元件的开关状态和/或释放状态或者机器部件的运行状态的信号。这能够直接由机器控制器或者还能由可视化装置控制。
所述第一和第二操纵区域31、32在结构上是分离的并且并不重叠。
在图3中极度简化地再次示出根据现有技术的操纵设备30或控制终端的已在图2中描述过的结构以及重要组件的信号链接。
图3示出所述操纵设备30的两个输入和输出组件：构成第一操纵区域31的触摸屏5和构成第二操纵区域32的机械输入元件，所述触摸屏由高分辨率的、能图像显示的显示器6和设置在其上方的透明的触摸传感器8构成。
所述第二操纵区域32的用于直接的机器操纵的机械输入元件的信号直接传递到机器或设备4的控制装置3(即机器或设备控制器)。
所述触摸传感器8(Touch-Sensors)的信号由特定的触摸控制器21检测并且转换为数据序列(触摸原始数据)，所述触摸原始数据基本上表示一个或者多个由触摸传感器8记录的触摸点的位置(坐标)。根据采用的触摸技术，这些触摸原始数据还能一起包括另外的信息，例如关于接触面的操作压力或者大小的信息。作为触摸传感器能够采用例如电容式或者电阻式传感器以及基于压电效应或者相似原理的传感器。根据使用的触摸技术，这些传感器能够适用于检测仅一个或者优选多个同时的触摸点。所述触摸控制器21通常构造为ASIC，并且通过信号技术经常经由RS232、RS485、I2C或者USB接口联接到可视化装置10上。所述触摸传感器8能够具有多个离散地构成的传感器区域或传感器地带，所述传感器区域或传感器地带分别对应于一个确定的操纵或输入元件或者具有带有足够精细的空间分辨率的均匀的大的传感器面。
所述触摸原始数据经由适当的信号连接、例如经由USB接口传输到可视化装置10上或经由该接口能够被所述可视化装置以规律的时间间隔访问。所述可视化装置根据所述触摸原始数据为不同的、分别刚好示出的操纵元件7a确定操作过程。在此能够进行触点的简单的坐标评估或者还能评估和合理化更复杂的次序(如手势)及变更。这样能够例如在一个确定的操纵元件7a上根据做出的手势运动触发不同的功能(如激活/去激活或者增量/减量)，或者能够区分无意和有意的操作(如隐没通过手掌的触摸)，或者还能按照任何的电磁干扰场滤除或忽视零星的操作信号。各个所描述的措施既能在可视化装置10中又能在触摸控制器21中实现。
所述可视化装置10经由另外的接口或信号连接(如VGA、DVI或者HDMI接口)将屏幕输出所需的图像数据传送给显示器6。作为显示器6考虑各种不同的可用的技术。优选所述显示器6是具有足够寿命和热及机械负荷能力的用于可靠地应用到工业环境中的高分辨率的、能显示图像的彩色显示器。
经由第三接口或数据连接、例如以太网总线连接，可视化装置与控制装置3交换参数、运行状态和进程数据、故障信息等，并且整理这些信息以显示在显示器6上。在此将数据按照运行或者故障状态以及根据操纵人员的选择通过适当和明显的方式在不同的屏幕掩码(窗口)中编组。
对本发明进一步描述如下，其中上述实施方案能够适用于显示器6、触摸控制器21和可视化装置10、尤其是其结构，也能够在根据本发明所述的主题方面适用，只要其在下面不是不同设计的。
图4示出根据本发明一个实施方式的操纵装置2的前视图。其特征在于尽可能平坦的正面，所述正面由占据整个前面的宽的部分的、高分辨率的(彩色)显示器6连同在结构上重叠的触摸传感器8构成。
在上面的第一输入/输出区域中，示出了输入/输出元件、传统的触摸操纵元件7a，其设置用于显示和改变机器参数和进程状态。在中间部分或所述第二输入/输出区域中，示出了受控机器或者设备的概览图。该概览图不仅能够用于显示确定的机器状态(即图像能够根据机器状态进行更改并且能够表明机器状态)，还能用于简单地、直观地选择用于在第一输入/输出区域中显示和修改详细数据的机器组件。在所述操纵装置2的下部的第三输入/输出区域中，示范地示出了几个用于触发控制命令(机器指令)的操纵元件7b，以通过机器或设备直接实施。此处所述操纵元件涉及以双稳态的闭合和转换开关、单稳态的按键形式的虚拟操纵元件，以及涉及滑动控制器和旋转调节器，借助于所述滑动控制器和旋转调节器能够可以说模拟地预设例如位置或者速度。
图5至7示出了实现根据本发明的实时评估装置13和将其通过信号技术联接到机器或设备4的控制系统1中的各种不同的可能性。所述机器或设备4可以例如是操纵器、用于加工工件的加工设备和/或用于制造组件的生产设备。
用于控制机器或者设备4的所述控制系统1包括用于控制机器或者设备4的控制装置3和与所述控制装置3连接的用于由操纵人员操纵机器或者设备4的操纵装置2。所述操纵装置2具有触摸屏5，所述触摸屏由用于可视化操纵元件7a、7b的显示器6和与所述显示器6重叠的触摸传感器8构成。在图5的实施方式中，所述操纵装置2包括与所述显示器6经由数据连接29连接的可视化装置10，所述可视化装置具有用于为触摸屏5的显示器6提供图像数据的数据处理装置11。
所述控制系统1包括评估装置13，所述评估装置的输入端接口26(此处经由提前接入的触摸控制器21)与触摸屏5的触摸传感器8经由传感器数据连接18连接。所述评估装置13包括实时数据处理装置14(CPU)和与所述控制装置3连接的输出接口16。所述评估装置13包含软件，所述实时数据处理装置14借助于所述软件能够与所述触摸传感器8的传感器数据相关地为所述控制装置3生成控制命令并且经由所述输出接口16提供或传送给所述控制装置3。所述评估装置13的实时数据处理装置14相对于可视化装置10的数据处理装置11是独立的。也就是说，所述数据处理装置11、14是分开的数据处理装置。由于所述评估装置13与所述可视化装置10并联连接，所以在绕开所述可视化装置10的情况下将控制命令传送给控制装置3，即经由独立的信号路径或独立的数据通道传送至控制装置3。
在这一点上，再次突出了操纵元件7a和7b之间的区别。所述操纵元件7b与机器功能相关联，所述机器功能经由所述评估装置13实时地进行控制。所述操纵元件7a与机器功能或者机器参数相关联，所述机器功能或者机器参数不要求实时控制并且经由可视化装置被控制或传送。
在图5中，由触摸控制器21生成的触摸原始数据的数据流分开地并且同样地传输给可视化装置10以及评估装置13。可视化装置评估关于非实时相关的操纵过程的触摸输入、例如由用户期望的变换为另一个屏幕掩码或者机器或进程参数的显示和更改或者其他功能如整个参数组的存储或下载或者操纵或服务指南的输出。还有另外的功能性也属于这方面，所述功能性可能已知与计算机支持的控制和数据处理系统上的图形用户界面有关。
所述评估装置13及其数据处理装置14在触摸屏5的触摸传感器8和机器或设备4的控制装置3之间形成通向可视化装置10及其数据处理装置11的旁路路径用于经由触摸传感器8的操纵过程。所述评估装置13持续分析关于这种操纵模式的传感器数据的同一个数据流，所述操纵模式与在其存储器15(图8)中给定参数的操纵元件7b的操作相匹配。所述评估装置13能够匹配关于操纵元件7b的操作状态的状态信息，即转换为控制命令，并且能够将这些转换过的状态信息以限定的时间段或预设的时间周期、即实时地经由输出接口16和实时数据连接22提供给控制装置3。从所述评估装置13将控制命令传送给所述控制装置3优选循环地以及分别完整地进行，使得在控制装置3中随时都存在全部操纵元件的操作状态的当前图像。
在实时评估装置13和可视化装置10之间的优选双向数据连接17(尤其作为参数接口)能实现由评估装置13监控的操纵元件7b通过可视化装置10的参数设置。这在极简单的情况下可以是简单的释放信息，借助于所述释放信息仅确定，是否以及所述操纵元件7b中的哪些被激活用于操纵行为。在这种简单的情况下，所述操纵元件7b的类型、位置和定向能够固定地保存在所述评估装置13的至少一个存储器15中(图8和9)。
各个操纵元件7b、即虚拟操纵元件的类型、其在屏幕上的位置、其取向(定向)以及其初始操作状态同样能给定参数，尤其是由可视化装置10经由数据连接17进行预设。评估装置13的这种参数设置能够在操纵装置2的初始化阶段期间一次性地然而也能在运行期间多次地进行，以使例如操纵元件7b的类型和数量匹配不同的运行和操纵情况。
在所述评估装置13和所述可视化装置10之间能够设有附加的数据连接27、优选以中断线路的形式的数据连接，所述评估装置13借助于所述数据连接将操纵人员的操纵过程用信号发送给所述可视化装置10。
所述触摸控制器21和所述评估装置13能够除传感器数据连接18之外经由传感器原始数据传送给评估装置13，经由通信连接23、优选以中断信号线路的形式的通信连接互相连接。所述触摸控制器21能够经由该通信连接非同步地并且无延迟地预先将对于评估重要的操纵过程的存在用信号发送给所述评估装置13。
所述操纵装置2可以是结构上独立的操纵设备24，尤其是以HMI(人机界面，human-machine-interface)面板、手动操纵设备、手动编程设备、TPU(teach pendant unit)等的形式。可选地，还可以设想，所述操纵装置2与所述控制装置3共同构成一个结构单元。
在图4至7中画出的操纵元件7a和7b是虚拟的，即经由所述显示器6显示出的并且能在视觉上变化的输入元件。根据本发明，不再需要使用结构上独立的并且附加的机械操纵元件用于输出实时相关的机器指令和移动命令。通过取消附加的机械输入元件，得到了生产技术上明显的简化，例如在密封以防脏物和液体的渗入方面。机械活动部件的省去减少了磨损相关的故障。由于所述操纵元件7a、7b的外观、数量、位置和功能通过在评估装置13和在可视化装置10中执行的软件及其参数设置来确定，因此剩余的硬件组件的数量和变型多样性减少。对机器特定的要求的匹配也在更小件数的系列中得到简化。因此对于具有不同功能范围的多个不同机器能够使用同一个操纵装置，并且操纵元件的显示和选择能够通过软件来匹配相应的机器或设备4。
所使用的触摸传感器8优选是高分辨率的、电容式的多点触摸传感器。这种传感器技术实现了对穿过前面、尤其是玻璃面的同时多个触摸的探测。这样的前面形成了在工业环境中用于操纵设备24的在机械上例如化学上尤其结实的、防刮的以及耐用的正面。
由于缺乏压印的按键字符，这些按键字符也不会随着时间的流逝被磨损和褪色。清楚的标识能通过位于其下方的显示器6的显示来实现。同样地，直接关联的机器或开关状态的显示例如通过在显示器6上相应的彩色标识来实现。
在前面能够进一步安置特定的能摸到的标记25，所述标记使用户实现了，能够在没有直接视觉控制的情况下摸到各个操纵元件7a、7b或者找到一个十分确定的操纵元件7a、7b。这尤其对于这样的操纵元件7b是有利的，所述操纵元件设置用于触发直接的动作、尤其是根据本发明的移动运动，因为操纵人员的目光经常聚焦到相应有关的机器组件上，以控制确定的位置并且对其进行视觉监控。
除了用于输出信息给操纵人员的显示器6和用于输入或检测操纵行为的全面的触摸传感器8之外，图5至7还示出了重叠的前面9，例如以透明的(玻璃)板的形式。所述前面9具有触觉的标记25。这些标记25便于操纵人员在操纵过程期间在操纵设备24上找到目标，其中例如手动控制地移动、尤其是定位机器轴，并且同时目光聚焦到相应的机器组件上而不是操纵设备24上。操纵元件7b的位置能够很好地被摸到，使得操纵人员能够在不看触摸屏5的情况下找到确定的操纵元件7b。在完全平坦的操纵面上，操纵元件7b首先是仅视觉可见的，使得该潜在的缺点优选通过施加在前面9上的触觉可感知的标记25得到补偿。
图6示出了一个变型方案，其中，将触摸控制器21的数据首先唯一地引导至评估装置13并且在那里如前所述进行评估。将由评估装置13检测到的在操纵元件7b上的操纵行为编码为相应的控制命令并且直接发送给控制装置3。
经由评估装置13的另外的接口以及通向可视化装置10的数据连接17，将数据、基本上相应于触摸原始数据从评估装置13传输给可视化计算器10，使得该可视化计算器能够经由图形用户界面评估和转化关于实时要求不严格的操纵过程的触摸输入。例如在不同的屏幕掩码之间的转换或者用于在显示器6(屏幕)或类似装置上输出的确定组的状态值或参数的选取都属于这种功能。评估装置13能够为此模仿触摸控制器的接口行为并且基本上不变地转发由原本的触摸控制器21提供的数据流。该方法的优点是，能够在可视化装置中使用标准驱动程序用于评估触摸数据。然而还能在可视化装置10和评估装置13之间设置专有的通信格式，所述通信格式能实现更广泛的功能性，例如与评估装置13的参数设置以及各种不同的安全功能相结合。
根据图6的配置的一个重要优点是，所述评估装置13单独访问所述触摸控制器21，并且因此能够鉴于可靠的而且与实时要求一致的方式对触摸数据实施访问。基于在可视化装置方面的任何效应，在数据流中不会出现干扰。实时条件的遵循是没有危险的。
图7示出了另外的有利的转化，其中，所述可视化装置10不设置在操纵设备24中而是设置在其外部。在这种情况下，所述操纵装置2或所述操纵设备24包括用于所述可视化装置10的接口12。所述接口12可以是插接连接件的部分或者是基于无线的接口的组件。可视化装置在此能够集成到控制装置中或者与该控制装置在结构上组合。所述操纵设备24到控制装置3上的联接经由数据连接19实现，所述数据连接19能够通过线缆连接或者基于无线而构成。这种联接包括：在评估装置13和控制装置3之间的数据连接22，优选以实时总线、例如实时以太网的形式的数据连接，用于传输实时控制命令；另外的数据连接17、例如以USB接口或者I2C接口的形式的数据连接，用于将传感器数据从评估装置13传输至可视化装置10以及用于将配置数据从可视化装置10传输至评估装置13；以及另外的数据连接29，用于将显示器输出数据从可视化装置10传输至显示器6。所述显示器输出数据能够例如根据VGA、DVI或者HDMI标准构成。这种配置的优点是，所述操纵设备24自身与对于可视化所需的运算性能完全不相关，所述运算性能能够根据应用复杂性、操作系统和编程平台而强烈变化。由此能够进一步降低变型多样性以及进而降低制造和仓储成本。
省去固定加注和设置的(现有技术的)机械按钮并且通过能配置的而且实时的虚拟操纵元件或操纵元件7来代替，与根据图7所示的布置系统相结合地得到操纵设备24，所述操纵设备在实践中能够用于各种各样的应用案例和个性化设计需求。由此得到成本极低的解决方案。
此外，图7示出了一种变型，其中将触摸传感器8的信号转换为相应数据流的所述触摸控制器21(由图5和6)已经在结构上集成到评估装置13中，或者说，所述评估装置13已经附带承担了触摸控制器21的功能。由此，为评估装置13提供用于评估的附加的和直接的传感器信息，所述传感器信息能实现更可靠以及更快速的响应。尤其是在能多点触摸地评估时，直接的集成能够实现更快速的检测和对输入的响应。
作为另外的变型，图7示出了通过评估装置13来控制操纵装置2的至少一个执行器20。所述执行器20与前面9机械地耦联并且能够将机械振动或脉冲耦合到该前面中。这些机械振动或脉冲能够在触摸时被操纵人员感知到。通过这种方式，还能够给予操纵人员关于对操纵行为的响应的触觉反馈。所述触觉反馈的不同参数能够是可变的，例如脉冲的强度或频率，并且也能够根据应用是参数可设置的(例如在设计图形用户界面的过程中)。
在根据图5至7所示的全部三个变型中，能够经由在评估装置13和可视化装置10之间的数据连接17将操纵元件7b的操纵状态的变化也直接输送给可视化装置10并且使其在那里匹配显示器输出。
根据图3示出的现有技术的实施方案中，可视化装置10反之在访问控制装置3之后才经由机械的输入元件收到关于输入或变化的操纵状态的更新信息，因为该输入元件只与控制装置3通过信号技术耦合。
在本发明的另一个实施方式中，经由用于将实时控制命令传输给控制装置3的数据连接22，还能相反地将数据从控制装置3传送给输出单元13。采用这样的数据能够影响例如操纵元件的行为或者存储的操作状态。
本发明不受限于一种确定的触摸技术的应用。作为触摸传感器，可以考虑尤其各种常用的类型和技术，尤其是基于电容的、电阻的或者压电的技术。
图8极度简化地以及示例性地示出了评估装置13的结构。所述评估装置包括以处理器单元(CPU)形式的实时数据处理装置14和至少一个存储器15，所述存储器包括工作存储器(RAM)，在所述工作存储器中存储有用于通过数据处理装置14进行实施的软件以及实施所需的数据。此外，还能够设有非易失性存储器15(ROM)，在所述非易失性存储器中存储有程序编码以及数据，所述数据应在停止电源电压后在下次重新接通时仍然存在。在此，所述非易失性存储器还可以是只读存储器(ROM)，所述非易失性存储器同样还可以是非易失性可写存储器(NVRAM-Non Volatile RAM)。在所述非易失性存储器15中能够只包含有简易的引导装载程序，所述引导装载程序实现了：在接通电源电压后，通过可视化装置10经由数据连接17加载评估装置13连同数据的原本的程序编码。
此外，所述实时评估装置13还具有用于联接到触摸控制器21上或直接联接到触摸传感器8上的第一(USB)接口26和用于联接到可视化装置10上的第二(USB)接口28。这些接口能够同样按照其他的接口标准例如I2C或者还能按照专有的标准构成。
为了将控制命令实时传输给控制装置3，设有另外的(实时以太网)接口、即输出接口16。评估装置的各个组件和接口在内部优选经由共同的总线连接进行通讯。
所述评估装置13的软件通常是保持简单和不需要很多费用的。其尤其不具有复杂的操作系统并且优选不以图形用户界面为基础。通过所述软件的清楚制定的目标、清楚界定的功能范围和对复杂操作系统功能性的放弃，能实现高的功能可靠性、短的程序实施时间和可预言的而且可保证的时间上的行为(＝实时行为)。
所述评估装置13不仅能够在结构上独立地构成，而且还能与其他控制组件、尤其是与可视化装置10或者控制装置3组合地实施。重要的只是，所述评估装置13具有独立的数据处理装置14，所述数据处理装置与可视化装置10的数据处理装置11有区别，或者说与其在功能上是分离的。但是实际上这两个数据处理装置11和14是一个共同的CPU的两个独立实施的关键部分。
优选地，所述可视化装置10构建用于，为评估装置13提供有关至少一个在显示器6上可视化的操纵元件7b的配置数据。可选地或者附加地，这种配置数据能够存储/被存储在评估装置13的存储器15中。所述配置数据优选包含关于所述至少一个操纵元件的位置、大小、定向、类型、允许的或者关联的用于操作的操纵手势及其能设置参数的特性、可能的主动的触觉反馈的参数、相关联的机器或设备功能、相关联的机器或设备参数、释放状态和/或当前的操作状态或者设定值的信息。所述评估装置13及其软件构建用于，根据所述配置数据为控制装置3生成控制命令。
在图9中示意性示出了根据本发明的实时评估装置13的存储器15(RAM)的抽取部分。在所述存储器15(程序存储器)的一部分中保存有为了通过数据处理装置14(CPU)进行实施而设置的程序编码。另一部分含有一般的数据，所述数据对于实施所述程序编码来说是必要的，或者更确切地说是在其实施期间产生。
在所述存储器15的第三部分中保存有关于各个能由评估装置13检测到的操纵元件7的参数和数据(配置数据或“参数化的操纵元件”)。
对于每个操纵元件都储存有至少一个以标识符形式的识别标志，所述识别标志实现了在相应的操纵元件上做出的操纵行为与特定的机器或设备功能或者与参数相关联。此外能够储存有这样的数据，所述数据确定各个操纵元件的类型和基本特性。在另外的参数中能够预设关于显示器或关于触摸传感器的位置、大小和取向，只要这些特性实施为可变的。经由释放状态能够暂时禁用并且再次开启虚拟操纵元件的功能(释放状态)。原则上，经由该机理还能限定多个叠加在触摸屏上的操纵元件，然后根据机器/设备的运行或操纵状态从其中分别激活一个确定的操纵元件，而其他的操纵元件被禁用。与此对应地，能够调整在显示器上的视觉显示。
最后，关于操纵元件的数据还能够将其当前的或最终有效的操纵状态、例如开/关状态在状态值中显示。
如开始时已经详细描述过的，本发明除了操纵装置和控制系统外还涉及一种用于控制机器或者设备的方法，这些都已在上文中进行了进一步的详细描述。本发明同样涉及一种用于借助于开发环境为操纵装置2和/或控制系统1的可视化装置10创建图形用户界面的方法。
附图标记列表
1 控制系统
2 操纵装置
3 控制装置
4 机器或设备
5 触摸屏
6 显示器
7a 操纵元件
7b 与实时功能结合的操纵元件
8 触摸传感器
9 前面
10 可视化装置
11 数据处理装置
12 用于可视化装置10的接口
13 评估装置
14 实时数据处理装置
15 存储器
16 输出接口
17 数据连接
18 传感器数据连接
19 数据连接
20 执行器
21 触摸控制器
22 实时的数据连接
23 通信连接
24 结构单元
25 触觉标记
26 输入端接口
27 数据连接
28 接口
29 数据连接
30 根据现有技术的操纵设备
31 第一操纵区域
32 第二操纵区域

Claims (48)

1.操纵装置(2)，用于为设备(4)的控制装置(3)产生控制命令，其中，所述操纵装置(2)包括：
-触摸屏(5)，所述触摸屏包括用于使操纵元件(7b)可视化的显示器(6)和与所述显示器重叠的触摸传感器(8)；
-与所述显示器(6)连接的可视化装置(10)，所述可视化装置包括数据处理装置(11)；或者与所述显示器(6)连接的用于这样的可视化装置(10)的接口(12)，该可视化装置用于为触摸屏(5)的显示器(6)提供图像数据；
其特征在于，所述操纵装置具有评估装置(13)，所述评估装置与触摸屏(5)的触摸传感器(8)连接，并且所述评估装置包括实时数据处理装置(14)和输出接口(16)，其中，所述评估装置(13)的实时数据处理装置(14)构建用于根据触摸传感器(8)的传感器数据生成用于控制装置(3)的控制命令并且将其在输出接口(16)上提供，其中，所述评估装置(13)的实时数据处理装置(14)相对于可视化装置(10)的数据处理装置(11)是独立的，并且评估装置(13)或者评估装置(13)的实时数据处理装置(14)相对于可视化装置(10)或者可视化装置(10)的数据处理装置(11)在触摸传感器(8)和控制装置(3)之间构成旁路路径。
2.根据权利要求1所述的操纵装置，其特征在于，所述设备包括机器。
3.根据权利要求1所述的操纵装置，其特征在于，所述评估装置(13)与所述可视化装置(10)经由双向的数据连接(17)连接。
4.根据权利要求1至3之一所述的操纵装置，其特征在于，所述可视化装置(10)构建用于为所述评估装置(13)提供有关至少一个在显示器(6)上可视化的操纵元件(7b)的配置数据，其中，所述配置数据包含关于所述至少一个操纵元件(7b)的位置、大小、定向、类型、相关联的设备功能、相关联的设备参数、释放状态和/或当前的操作状态或者设定值的信息，并且所述评估装置(13)构建用于根据所述配置数据生成用于控制装置(3)的控制命令。
5.根据权利要求1至3之一所述的操纵装置，其特征在于，所述可视化装置(10)至少间接地与触摸传感器(8)和与控制装置(3)连接并且所述可视化装置(10)构建用于根据触摸屏(5)的由操纵人员操作的操纵元件(7a)生成用于控制装置(3)的控制命令，和/或所述可视化装置(10)构建用于根据触摸屏(5)的由操纵人员操作的操纵元件(7a)生成设备参数。
6.根据权利要求1至3之一所述的操纵装置，其特征在于，在所述触摸传感器(8)和所述评估装置(13)之间的传感器数据连接(18)包括支路，所述支路通向可视化装置(10)或者通向用于可视化装置(10)的接口(12)。
7.根据权利要求1至3之一所述的操纵装置，其特征在于，所述操纵装置(2)是移动的操纵设备，所述操纵设备能经由数据连接(19)与设备(4)的控制装置(3)连接。
8.根据权利要求中7所述的操纵装置，其特征在于，所述操纵装置(2)是便携的操纵设备。
9.根据权利要求中7所述的操纵装置，其特征在于，所述数据连接(19)是柔性线路或无线链路。
10.根据权利要求1至3之一所述的操纵装置，其特征在于，所述操纵装置(2)包括用于为操纵人员产生触觉信号的至少一个执行器(20)，并且所述评估装置(13)与执行器(20)连接并且构建用于根据触摸传感器(8)的传感器数据操作所述至少一个执行器(20)。
11.根据权利要求1至3之一所述的操纵装置，其特征在于，所述评估装置(13)的输出接口(16)包括至少一个实时的控制输出端或者至少一个数字的或模拟的控制输出端，控制命令经由所述输出接口传送至控制装置(3)。
12.根据权利要求11所述的操纵装置，其特征在于，所述输出接口(16)包括至少两个控制输出端，其中每个控制输出端关联有不同的设备相关的功能。
13.根据权利要求1至3之一所述的操纵装置，其特征在于，所述触摸传感器(8)是多点触摸传感器，并且所述评估装置(13)构建用于评估来自多点触摸传感器的传感器数据，其中，能够同时评估至少两个操纵元件(7b)的操作。
14.根据权利要求1至3之一所述的操纵装置，其特征在于，所述评估装置(13)构建用于，验证在触摸传感器(8)上的运动模式或触摸模式，所述运动模式或触摸模式在通过操作操纵元件(7b)进行的原本的操纵过程之前、期间和/或之后被实施并且对于控制过程的实施是绝对必要的，并且所述评估装置构建用于，在该运动模式或触摸模式得到肯定的验证之后才将与操纵过程相对应的控制命令在输出接口(16)上提供，其中，所述运动模式或触摸模式是使所述操纵元件(7b)在一定的时间段内激活的开始手势或者是对另外的操纵元件(7b)的同时操作。
15.根据权利要求1至3之一所述的操纵装置，其特征在于，在所述触摸传感器(8)和所述评估装置(13)之间连接有触摸控制器(21)，所述触摸控制器构建用于，检测触摸屏(5)的操纵元件(7a，7b)的操作并且将其提供为传感器原始数据。
16.根据权利要求15所述的操纵装置，其特征在于，所述评估装置(13)构成为或联接到触摸控制器(21)的数据流上，使得所述数据流以相同的方式不仅输送至评估装置(13)而且输送至可视化装置(10)。
17.根据权利要求15所述的操纵装置，其特征在于，所述触摸控制器(21)在结构上和在功能上集成在评估装置(13)中。
18.根据权利要求15所述的操纵装置，其特征在于，所述触摸控制器(21)和所述评估装置(13)除了用于将传感器原始数据传送给评估装置(13)的传感器数据连接(18)之外经由通信连接(23)彼此连接，所述评估装置(13)的触摸控制器(21)能够经由所述通信连接非同步且无延迟地用信号表示存在对于评估重要的操纵过程。
19.根据权利要求18所述的操纵装置，其特征在于，所述通信连接(23)以中断信号线路的形式构成。
20.根据权利要求15所述的操纵装置，其特征在于，所述评估装置(13)具有至少三个接口，其中，传感器原始数据经由第一接口被接收并且经由第二接口传输给可视化装置(10)或者传输给用于可视化装置(10)的接口(12)。
21.根据权利要求20所述的操纵装置，其特征在于，所述评估装置(13)在第二接口上至少部分地模仿触摸控制器(21)的行为。
22.根据权利要求15所述的操纵装置，其特征在于，所述评估装置(13)包括与实时数据处理装置(14)连接的至少一个存储器(15)。
23.根据权利要求22所述的操纵装置，其特征在于，在所述存储器(15)中包含有有关能在显示器(6)上显示出的至少一个操纵元件(7b)的配置数据，其中，所述配置数据包含关于所述至少一个操纵元件(7b)的位置、大小、定向、类型、相关联的设备功能、相关联的设备参数、释放状态和/或当前的操作状态或设定值的信息。
24.根据权利要求22所述的操纵装置，其特征在于，在所述存储器(15)中包含有校准信息，借助于所述校准信息在偏移、缩放和/或校正方面修正由触摸控制器提供的坐标信息。
25.控制系统(1)，用于借助于操纵装置(2)控制设备(4)，所述控制系统包括：
-用于控制设备(4)的控制装置(3)；
-与控制装置(3)连接的操纵装置(2)，用于通过操纵人员操纵设备(4)，其中，所述操纵装置(2)具有触摸屏(5)，所述触摸屏包括用于使操纵元件(7b)可视化的显示器(6)和与显示器(6)重叠的触摸传感器(8)；
-与显示器(6)连接的可视化装置(10)，用于为所述触摸屏(5)的显示器(6)提供图像数据，其中，所述可视化装置(10)包括数据处理装置(11)；
其特征在于，所述控制系统具有评估装置(13)，所述评估装置与触摸屏(5)的触摸传感器(8)连接，并且所述评估装置包括实时数据处理装置(14)和与控制装置(3)连接的输出接口(16)，其中，所述评估装置(13)的实时数据处理装置(14)构建用于，根据触摸传感器(8)的传感器数据生成用于控制装置(3)的控制命令并且将其经由输出接口(16)传送给控制装置(3)，其中，所述评估装置(13)的实时数据处理装置(14)相对于可视化装置(10)的数据处理装置(11)是独立的，并且评估装置(13)或者评估装置(13)的实时数据处理装置(14)相对于可视化装置(10)或者可视化装置(10)的数据处理装置(11)在触摸传感器(8)和控制装置(3)之间构成旁路路径。
26.根据权利要求25所述的控制系统，其特征在于，所述设备包括机器。
27.根据权利要求25所述的控制系统，其特征在于，所述操纵装置(2)是根据权利要求1至23中任一项所述的操纵装置。
28.根据权利要求25至27之一所述的控制系统，其特征在于，所述评估装置(13)的输出接口(16)与控制装置(3)经由实时的数据总线(22)连接。
29.根据权利要求25至27之一所述的控制系统，其特征在于，所述操纵装置(2)是与控制装置(3)分开的结构单元(24)，并且所述评估装置(13)集成在该结构单元(24)中。
30.根据权利要求29所述的控制系统，其特征在于，所述操纵装置(2)是移动的操纵设备。
31.根据权利要求30所述的控制系统，其特征在于，所述操纵装置(2)是便携的操纵设备。
32.根据权利要求29所述的控制系统，其特征在于，所述可视化装置(10)设置在操纵装置(2)外部，其中，所述可视化装置(10)集成在控制装置(3)中。
33.用于借助于权利要求1至24中任一项所述的操纵装置(2)和/或借助于权利要求25至32中任一项所述的控制系统(1)控制设备(4)的方法，其中，所述可视化装置(10)为触摸屏(5)的显示器(6)提供图像数据，使得操纵元件(7b)在显示器(6)上可视化，并且所述评估装置(13)的实时数据处理装置(14)根据触摸屏(5)的触摸传感器(8)的传感器数据生成控制命令并且将其传送给控制装置(3)。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，将有关在显示器(6)上显示出的或者能显示出的至少一个操纵元件(7b)的配置数据下载到评估装置中，其中，所述配置数据包含关于所述至少一个操纵元件(7b)的位置、大小、定向、类型、相关联的设备功能、相关联的设备参数、释放状态和/或当前的操作状态或者设定值的信息，并且所述评估装置(13)根据所述配置数据生成用于控制装置(3)的控制命令。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述配置数据由可视化装置(10)和/或由控制装置(3)生成并且传送给评估装置(13)。
36.根据权利要求33至35中任一项所述的方法，其特征在于，所述评估装置(13)经由定期的通信或者信令接收来自可视化装置(10)的信息，从所述信息中能够获取关于在可视化装置(10)的数据处理装置(11)上运行的可视化软件的正确的或错误的执行的结论。
37.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，由所述可视化装置(10)和/或控制装置(3)传送给评估装置(13)的有关操纵元件(7b)的配置数据在评估装置(13)内部设有或设置在时间上受限的有效性，并且在所述有效性的时间到期之后将对应的操纵元件(7b)去激活，使得所述设备(4)经由该操纵元件(7b)的操纵被禁止。
38.根据权利要求33至35中任一项所述的方法，其特征在于，所述可视化装置(10)经由在评估装置(13)和可视化装置(10)之间的数据连接(17)读取由评估装置(13)监控的操纵元件(7b)的操作状态，并且对关于实时要求不严格的功能进行评估。
39.根据权利要求33至35中任一项所述的方法，其特征在于，在所述评估装置(13)中，在操纵元件(7b)的操作状态改变之后，启动已预设过程进行时间的计时器，并且当所述可视化装置(10)在所述过程进行时间结束之前没有以操作信息作出响应时，将错误信号发送给控制装置(3)或者将操纵元件(7b)置于去激活状态中，所述操作信息涉及对在触摸屏(5)上显示出的信息已进行的更新。
40.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，在触摸屏上显示出的信息是有关操纵元件(7b)的操作状态。
41.根据权利要求33至35中任一项所述的方法，其特征在于，所述评估装置(13)与一个或多个执行器(20)通过信号技术耦合为，使得在操作操纵元件(7b)时或者已在仅触摸所述触摸屏(5)时，对操纵人员生成触觉反馈。
42.根据权利要求33至35中任一项所述的方法，其特征在于，所述操纵元件(7b)的位置和类型存储在评估装置(13)中。
43.根据权利要求42所述的方法，其特征在于，所述操纵元件(7b)的位置和类型与在触摸屏(5)上存在的触觉标记相对应。
44.根据权利要求33至35中任一项所述的方法，其特征在于，单稳态的操纵元件(7b)的去激活通过可视化装置(10)与操纵元件(7b)的实际操作状态不相关地引起将未操作的状态无延迟地用信号发送给评估装置(13)，或者引起从评估装置(13)到控制装置(3)的与所述未操作的状态相对应的控制命令。
45.根据权利要求33至35中任一项所述的方法，其特征在于，在评估装置(13)和可视化装置(10)之间设置附加的数据连接(27)，借助于所述数据连接，所述评估装置(13)将操纵人员的操纵过程用信号发送给可视化装置(10)。
46.根据权利要求33至35中任一项所述的方法，其特征在于，为了传输实时控制命令而设置实时的数据连接(22)，经由所述数据连接将操纵元件(7b)的操作状态或与所述操纵元件(7b)的操作状态相关联的控制命令循环地以预设的时间周期传输至控制装置(3)。
47.用于借助于开发环境为根据权利要求1至24中任一项所述的操纵装置(2)和/或根据权利要求25至32中任一项所述的控制系统(1)的可视化装置(10)创建图形用户界面的方法，其中，使用所述开发环境从预设数量的可用的操纵元件(7b)中选出至少一个操纵元件(7b)，并且对所述至少一个操纵元件关于其位置、大小、定向类型、相关联的设备功能、其相关联的设备参数和/或其释放状态进行参数设置，并且根据参数与所述至少一个操纵元件(7b)的关联性为评估装置(13)产生配置数据。
48.根据权利要求47所述的方法，其特征在于，所述配置数据以参数数据组的形式构成。
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