CN114051442A - 用于在机器人操纵器上预设输入值的方法 - Google Patents

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萨斯基亚·格尔泽
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Abstract

本发明涉及一种用于在机器人操纵器(1)上预设输入值的方法，所述方法具有下列步骤：选出(S1)特定的预先限定的待模拟输入设备；其中，所述待模拟输入设备中的每个都配属有所述机器人操纵器(1)的至少一个自由度和对应自由度上的局域边界以及所述机器人操纵器(1)在该自由度上的坐标到输入值上的传递函数；以如下方式操控(S2)所述机器人操纵器(1)，即，所述机器人操纵器(1)的至少一部分能在对应自由度上并在局域边界之内手动运动；在所述机器人操纵器(1)上的输入期间或结束之后通过传感器单元(7)来检测(S3)对应自由度上的对应坐标；以及通过使用所述传递函数将该对应坐标配属(S4)给所述输入值。

Description

用于在机器人操纵器上预设输入值的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在机器人操纵器上预设输入值的方法，以及一种机器人操纵器，其被设置和实施用于实施所述方法。
背景技术
本发明的任务是更直观地设计和简化针对机器人操纵器的使用者的输入值预设。
发明内容
本发明从独立权利要求的特征中获得。有利的改进方案和设计方案是从属权利要求的主题。
本发明的第一方面涉及一种用于在机器人操纵器上预设输入值的方法，其中，机器人操纵器具有多个通过关节彼此连接且通过操控能相对彼此运动的节肢，所述方法具有下列步骤：
-通过使用者的预设或通过所述机器人操纵器的控制单元从多个预先限定的待模拟输入设备中选出一特定输入设备；
其中，所述待模拟输入设备中的每个都配属有所述机器人操纵器的至少一个自由度和对应自由度上的局部边界以及所述机器人操纵器在该自由度上的坐标到输入值上的传递函数；
-以如下方式操控所述机器人操纵器，即，所述机器人操纵器的至少一部分能在配属于所选出的待模拟输入设备的对应自由度上并在配属于待模拟输入设备的局域边界之内通过使用者手动运动；
-在通过使用者的手动引导在所述机器人操纵器上施加输入期间或结束之后通过至少一个与所述机器人操纵器连接的传感器单元来检测对应自由度上的对应坐标；以及
-通过使用所述传递函数将该对应坐标配属给所述输入值。
输入值尤其是控制程序的参数，该参数稍后由机器人操纵器来实施。例如，该参数涉及速度、尤其是速度的预设，或涉及力、尤其是力的预设，涉及边界值，或涉及调节参数、例如机器人操纵器的调节器的放大或带宽。
输入设备是假想物理存在的设备，在这些设备上可以通过使用者预设至少一个输入值。关于预先限定的待模拟输入设备的数据优选被储存在机器人操纵器的存储器中。一般性地，在人机接口的很多领域内使用输入设备，在车辆、工作机、家用设备中，或还有在机器人操纵器中。因此，模拟的物理存在的输入设备具有尤其相对彼此可运动的物质结构，例如开关、翻转开关、转动开关、滑块调节器、杠杆或类似物质结构。在此，这些物理存在的设备中的每个都受到一定的自由度的限制，例如经典的转动开关仅可以绕一竖轴转动，其中，转动开关相对于壳体或转动开关支承件的当前角度相应于预设值。根据本发明，现在这样操控机器人操纵器并这样读出传感器单元的传感器数据，即，机器人操纵器的当前位置相应于如下这样的特定预设值，就像该特定预设值会在物理存在的转动开关上进行的那样。机器人操纵器的位置在此尤其是不仅涉及平移位置坐标或者说位置矢量，而且在某些情况下涉及特定角度，尤其是机器人操纵器的两个节肢相对彼此占据该特定角度。因此优选的是，布置在机器人操纵器的远端端部上的末端效应器相对于机器人操纵器的其上布置有末端效应器的那个节肢的转动角度被转换成假想转动开关的所属角度，由此对于使用者而言有利地获得了就像末端效应器实际上是真实存在的转动开关那样的印象。
与之相应地模拟了输入设备，其方式是，在机器人操纵器上可以通过使用者发生类似的运动，就像该使用者与假想输入设备的物理对应物(physikalischen Pendant)相互影响那样。另一示例是滑块调节器，该滑块调节器通过机器人操纵器被模拟，其方式是，机器人操纵器或者说机器人操纵器上所选出的点、尤其是机器人操纵器的末端效应器仅可以在一预先限定的路径段上在空间中的一直线上由使用者手动引导。
相应地进行机器人操纵器的操控，其中，机器人操纵器具有通过关节彼此连接的节肢。尤其在关节上布置致动器，优选借助于传动装置，该传动装置被实施用于，使得节肢相对彼此运动。因此也可以将致动器用于，锁住特定的自由度并释放另外的自由度，其中，本发明意义上的术语“自由度”可以被理解为任意方向或曲线，在这些方向或曲线上可以使得机器人操纵器上的预设点进行运动。因此，例如可以将三维曲线称作自由度，该三维曲线例如也可以仅通过释放一唯一关节来实现。致动器在最后的情况下用于，除了刚好两个绕一关节布置的节肢之外，所有节肢相对于由使用者通过手动引导被诱导运动被锁住。
与机器人操纵器连接的传感器单元优选地包括机器人操纵器关节中的所有关节角度传感器的整体，使得由此可以优选在笛卡尔空间中确定末端效应器相对于与地面固定的参考系的位置。替选于此地，与机器人操纵器连接的传感器单元优选是相机系统或运动检测系统，其单个传感器元件被布置为围绕机器人操纵器，以便从外部检测机器人操纵器的位置或一定角度。由此可行的是，机器人操纵器在所选出的自由度上的坐标被检测到。
借助于预设的传递函数可以将该检测到的坐标换算为一配属的输入值，其中，优选经由线性比例将机器人操纵器的该自由度上的该坐标换算成该输入值。有利地，比例可以被限定，这些比例对于当前使用而言是最适配的。非线性的比例也是可行的，因此于是当确切的说输入值的参量等级比实际准确的数字值更受到关注时，例如对数比例在使用中是有利的。
在此，局域边界相应于假想物理存在的输入设备的力学边界，其中，例如滑块调节器具有左端部和右端部，且转动调节器例如在逆时针转动时具有下边界且在顺时针转动时具有上边界。在机器人操纵器上通过相应地操控机器人操纵器的执行器来人工地产生局域边界。与之相应地，逆着由使用者施加到机器人操纵器上的力产生反力矩，使得机器人操纵器不再可以由于手动引导进一步运动越过所述边界。
如果在通过使用者的手动引导在机器人操纵器上施加的输入结束之后发生通过与机器人操纵器连接的至少一个传感器单元来检测对应自由度上的对应坐标，那么仅检测所述坐标的在使用者手动引导终止时存在的那个值。就此而言，不检测和相应地记录在使用者的引导走向上的完整坐标时间序列，而是仅检测和记录该终止值。有利地自动确定什么时候存在该终止值，尤其是以如下方式检测，即，在机器人操纵器上不再存在基于手动引导的速度。
对应的待模拟输入设备与机器人操纵器的对应自由度和对应自由度上的局域边界以及传递函数的配属被优选预先限定；替选于此地，也可以朝使用者的预设来进行该配属。
本发明的一有利效果是，对于使用者提供了多个可能物理输入设备的行为。由此，可以模拟对于目前状况或当前任务最适合的那个输入设备，以能够对使用者而言直观地实现输入值的预设。尤其地，当针对任何人使用已知的输入设备、如滑块调节器和转动调节器时，那么机器人操纵器可以没有耗费地模拟这种希望的输入设备的行为，且对使用者而言可以实现输入值的直观预设。此外有利地，机器人操纵器不需要物理存在地实施这种对应的输入设备，且因此可以被较简单且较成本低廉地构型。
根据一有利实施方式，机器人操纵器的操控以如下方式进行，即，所述机器人操纵器的所有其余部分相对于使用者的手动引导被锁住。
根据该实施方式，刚好释放机器人操纵器的一唯一的自由度，且抑制机器人操纵器的运动的所有其余可能性。如果自由度尤其是空间中的直线段，其中，该直线段可以与机器人操纵器的当前关节角度无关地被限定，那么机器人操纵器、尤其是该机器人操纵器上所选出的点仅可以在空间中的该直线段上运动，其中，不允许机器人操纵器由于使用者手动引导的另外的运动。有利地，因此对于使用者提供了机器人操纵器的明确且可直观检测到的运动可能性。
根据另一有利实施方式，机器人操纵器的操控以如下方式进行，即，所述机器人操纵器的其余部分的至少一个子集相对于使用者的手动引导被释放。
根据该实施方式，尤其是当相对于所述其他运动可能性在机器人操纵器自由度上的手动引导的情况下不出现耦接或干扰时，例如当在末端效应器上进行了输入值的预设时，可以允许机器人操纵器的其他运动可能性，而机器人操纵器的其余关节优选仅被以重力补偿的方式操控。有利地，通过该实施方式获得对于使用者的较高舒适性，因为使用者也还可以使用机器人操纵器上的其他未受锁住的运动可能性。
根据另一有利实施方式，所述机器人操纵器的操控以如下方式进行，即，所述机器人操纵器的至少一部分在对应的自由度上施加触觉反馈，其中，该触觉反馈是在手动引导所述机器人操纵器时克服使用者的力在手动引导的路径段上发生改变的阻力。
所述触觉反馈优选是随着机器人操纵器自由度上的坐标的值升高而升高的阻力或还有周期性出现的阻力，使得有利地产生机器人操纵器的触觉网格(haptischesRaster)，由此使得使用者获得预设输入值高度的触觉反馈，尤其是当仅周期性多倍的值受到关注时。
根据另一有利实施方式，在机器人操纵器的对应自由度上的当前坐标与所述传递函数的使用结果的整数值(ganzen Zahl)相一致的地方，所述阻力具有局部最小值。
有利地，尤其是当机器人操纵器的触觉反馈施加这类力，使得在松开机器人操纵器时，机器人操纵器上的预先确定的点通过机器人操纵器的产生触觉反馈的反力被优选受阻尼地返回运动到这种局部最小值时，借助于该实施方式来阻止输入带小数位的数字。
根据另一有利实施方式，本方法此外具有下列步骤：
-在通过使用者的手动引导在所述机器人操纵器上施加输入期间通过至少一个与所述机器人操纵器连接的传感器单元来连续检测对应自由度上的对应坐标；以及
-与该对应坐标的所述连续检测同步地，在光学输出单元上输出所述输入值。
所述光学输出单元优选是与机器人操纵器连接的显示器，在该显示器上显示假想的物理输入设备，其中，尤其以如下方式进行显示，即，假想的物理输入设备在其当前显示的文本上在就像当前输入值实际存在于物理输入设备上那样的状态中进行显示。有利地，对使用者而言因此给出了容易理解的反馈：首先，待模拟的输入设备实际上是什么样子，从而使使用者可以直观地推断出运动中的一定特性，且对使用者而言有利地给出了下列反馈，当前输入值刚好会处在并因此会预设在哪个参量等级中或在哪种近似中或还有在哪个准确值上。
根据另一有利实施方式，待模拟输入设备是下列中的一种：滑块调节器、转动调节器、操纵杆、按钮。
根据另一有利实施方式，通过实施和检测由使用者在机器人操纵器上实施的触觉姿势来进行待模拟输入设备的选出，且尤其还通过将检测到的姿势配属给来自多个存储的姿势之一来进行。
根据另一有利实施方式，通过检测使用者在触敏的显示器上所输入的输入来选出待模拟输入设备，其中，所述触敏的显示器被布置在机器人操纵器上或布置在机器人操纵器上的夹持器上。
本发明的另一方面涉及一种机器人操纵器，其中，机器人操纵器具有多个通过关节彼此连接且通过操控能相对彼此运动的节肢，所述机器人操纵器具有：
-输入元件，所述输入元件被实施用于从多个预先限定的待模拟输入设备中选出一特定输入设备，其中，所述待模拟输入设备中的每个都配属有所述机器人操纵器的至少一个自由度和对应自由度上的局域边界以及所述机器人操纵器在该自由度上的坐标到输入值上的传递函数；
-控制单元，所述控制单元以如下方式被实施用于操控所述机器人操纵器，即，所述机器人操纵器的至少一部分能在给所选出的待模拟输入设备所配属的对应自由度上并在给待模拟输入设备所配属的局域边界之内通过使用者手动运动；
-与所述机器人操纵器连接的传感器单元，所述传感器单元被实施用于在通过使用者的手动引导在所述机器人操纵器上施加输入期间或结束之后检测对应自由度上的对应坐标；以及
其中，所述控制单元被实施用于通过使用所述传递函数将对应坐标配属给所述输入值。
根据一有利实施方式，用于操控机器人操纵器的控制单元以如下方式实施，即，所述机器人操纵器的所有其余部分相对于使用者的手动引导被锁住。
根据另一有利实施方式，用于操控机器人操纵器的控制单元以如下方式实施，即，所述机器人操纵器的其余部分的至少一个子集相对于使用者的手动引导被释放。
根据另一有利实施方式，用于操控机器人操纵器的控制单元以如下方式实施，即，所述机器人操纵器的至少一部分在对应的自由度上施加触觉反馈，其中，所述触觉反馈是在手动引导所述机器人操纵器时克服使用者的力在所述手动引导的路径段上发生改变的阻力。
根据另一有利实施方式，在所述机器人操纵器的对应自由度上的当前坐标与所述传递函数的使用结果的整数值相一致的地方，所述阻力具有局部最小值。
根据另一有利实施方式，在通过使用者手动引导在机器人操纵器上施加输入期间，与机器人操纵器连接的传感器单元被实施用于连续检测对应自由度上的对应坐标，且与机器人操纵器、尤其是机器人操纵器的控制单元连接的光学输出单元被实施用于与对应坐标的连续检测同步地输出所述输入值。
所提出的机器人操纵器的优点和优选改进方案通过结合所提出的方法所介绍的实施方案的类似的和有意义的转用来得出。
其它的优点、特征和细节由以下的说明中得出，在其中(必要时参考附图)详细地描述至少一个实施例。相同的、类似的和/或功能相同的部分设有相同的附图标记。
附图说明
图1示出了根据本发明一实施例的机器人操纵器；
图2示出了根据本发明另一实施例的用于光学输出所述输入值的替选方案；以及
图3示出了根据本发明另一实施例的用于在机器人操纵器上预设输入值的方法。
附图中的图示是示意性且非按比例尺的。
具体实施方式
图1示出了机器人操纵器1，其中，所述机器人操纵器1具有多个通过关节彼此连接且通过操控能相对彼此运动的节肢。机器人操纵器1通过与机器人操纵器1连接的计算机而具有预设元件3，该预设元件用于从多个预先限定的待模拟输入设备中手动选出一特定输入设备。给所述待模拟输入设备中的每个都配属：所述机器人操纵器1的至少一个自由度，也就是说根据区域所限定的运动可能性；和对应自由度上的局域边界；和所述机器人操纵器1在该自由度上的坐标到输入值上的传递函数。机器人操纵器1还具有控制单元5，所述控制单元以如下方式被实施用于操控所述机器人操纵器1，即，所述机器人操纵器1的至少一部分能在给所选出的待模拟输入设备所配属的对应自由度上并在给待模拟输入设备所配属的局域边界之内通过使用者手动运动。作为所述机器人操纵器的多个关节角度传感器的整体来实施的传感器单元7用于在通过使用者的手动引导在所述机器人操纵器1上施加输入结束之后检测对应自由度上的对应坐标。在此情况下，控制单元5通过使用所述传递函数将该对应坐标配属给所述输入值。因为也与使用者在输出单元9上的输入同步地展示的输入设备是可旋转运动的转动开关，所以在机器人操纵器1上也释放一旋转自由度。该旋转自由度处在末端效应器和机器人操纵器1的远端节肢之间，末端效应器被布置在该远端节肢上。
图2示出了相对于图1中所示的转动开关的多个替选方案，即，以(A)示出了滑块调节器，其中，滑块调节器仅可以占据有限数量的离散值，使得在机器人操纵器1上给出了触觉反馈，在其中预设了人工电位栅格，其中，在机器人操纵器1放开时，机器人操纵器1自身运动到最近的最小值之一。相对地，以(B)示出了连续的滑块调节器，该滑块调节器可以在机器人操纵器的位置传感器在其关节上的数字准确性和量化信号的范畴内占据任意的数字值作为输入值。相对地，以(C)示出了替选的转动调节器，该转动调节器类似于以(A)所示的滑块调节器可以仅占据有限量的离散值。
图3示出了用于在机器人操纵器1上预设输入值的方法，其中，机器人操纵器1具有多个通过关节彼此连接且通过操控能相对彼此运动的节肢，所述方法具有下列步骤：
-通过使用者的预设或通过所述机器人操纵器1的控制单元从多个预先限定的待模拟输入设备中选出S1一特定输入设备；
其中，所述待模拟输入设备中的每个配属有所述机器人操纵器1的至少一个自由度和对应自由度上的局域边界以及所述机器人操纵器1在该自由度上的坐标到输入值上的传递函数；
-以如下方式操控S2所述机器人操纵器1，即，所述机器人操纵器1的至少一部分能在配属于所选出的待模拟输入设备的对应自由度上并在配属于待模拟输入设备的局域边界之内通过使用者手动运动；
-在通过使用者的手动引导在所述机器人操纵器1上施加输入期间或结束之后通过至少一个与所述机器人操纵器1连接的传感器单元来检测S3对应自由度上的对应坐标；以及
-连续检测S3A对应自由度上的对应坐标；
-通过使用所述传递函数将该对应坐标配属S4给所述输入值；以及
-与该对应坐标的所述连续检测同步地，在光学输出单元上输出S4A所述输入值。
虽然本发明在细节上通过优选的实施例被较详细地图解和阐释，但是本发明不被这些公开的示例所限制并且本领域技术人员可以从中推导出另外的变型方案，而不离开本发明的保护范围。因此清楚的是，存在多个变型方案可能性。同样清楚的是，示例性所提到的实施方式实际仅表示示例，这些示例不以任何方式被概括为例如保护范围、应用可能性或本发明配置的限制。确切的说，之前的说明和附图描述使本领域技术人员能够具体地转换示例性实施方式，其中，本领域技术人员在了解所公开的发明构思的情况下可以进行例如在示例性实施方式中提到的各个元件的功能或布置方面的各种改变，而不会脱离权利要求及其合法等同物、例如说明书中的广泛说明所限定的保护范围。
附图标记列表
1 机器人操纵器
3 预设元件
5 控制单元
7 传感器单元
9 输出单元
S1 选出
S2 操控
S3 检测
S3A 输出
S4 配属
S4A 检测

Claims (10)

1.用于在机器人操纵器(1)上预设输入值的方法，其中，所述机器人操纵器(1)具有多个通过关节彼此连接且通过操控能相对彼此运动的节肢，所述方法具有下列步骤：
-通过使用者的预设或通过所述机器人操纵器(1)的控制单元(5)从多个预先限定的待模拟输入设备中选出(S1)一特定输入设备；
其中，所述待模拟输入设备中的每个都配属有所述机器人操纵器(1)的至少一个自由度和对应自由度上的局域边界以及所述机器人操纵器(1)在该自由度上的坐标到输入值上的传递函数；
-以如下方式操控(S2)所述机器人操纵器(1)，即，所述机器人操纵器(1)的至少一部分能在配属于所选出的待模拟输入设备的对应自由度上并在配属于待模拟输入设备的局域边界之内通过使用者手动运动；
-在通过使用者的手动引导在所述机器人操纵器(1)上施加输入期间或结束之后通过至少一个与所述机器人操纵器(1)连接的传感器单元(7)来检测(S3)对应自由度上的对应坐标；以及
-通过使用所述传递函数将该对应坐标配属(S4)给所述输入值。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述机器人操纵器(1)的操控以如下方式进行，即，所述机器人操纵器(1)的所有其余部分相对于使用者的手动引导被锁住。
3.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述机器人操纵器(1)的操控以如下方式进行，即，所述机器人操纵器(1)的其余部分的至少一个子集被释放用于使用者的手动引导。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述机器人操纵器(1)的操控以如下方式进行，即，所述机器人操纵器(1)的所述至少一部分在对应的自由度上施加触觉反馈，其中，所述触觉反馈是在手动引导所述机器人操纵器(1)时克服使用者的力在所述手动引导的路径段上发生改变的阻力。
5.根据权利要求4所述的方法，
其中，在所述机器人操纵器(1)的对应自由度上的当前坐标与来自所述传递函数的使用结果的整数值相一致的地方，所述阻力具有局部最小值。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
此外具有下列步骤：
-在通过使用者的手动引导在所述机器人操纵器(1)上施加输入期间通过至少一个与所述机器人操纵器(1)连接的传感器单元来连续检测(S3A)对应自由度上的对应坐标；以及
-与该对应坐标的所述连续检测同步地，在光学输出单元(9)上输出(S4A)所述输入值。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述待模拟输入设备是下列中的一个：
-滑块调节器；
-转动调节器；
-操纵杆；
-按钮。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，
其中，通过实施和检测由使用者在所述机器人操纵器(1)上实施的触觉姿势来进行所述待模拟输入设备的选出。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，
其中，通过检测使用者在触敏的显示器上所输入的输入来选出所述待模拟输入设备，其中，所述触敏的显示器被布置在所述机器人操纵器(1)上或布置在所述机器人操纵器(1)上的夹持器上。
10.机器人操纵器(1)，其中，所述机器人操纵器(1)具有多个通过关节彼此连接且通过操控能相对彼此运动的节肢，所述机器人操纵器具有：
-输入元件(3)，所述输入元件被实施用于从多个预先限定的待模拟输入设备中选出一特定输入设备，其中，所述待模拟输入设备中的每个都配属有所述机器人操纵器(1)的至少一个自由度和对应自由度上的局部边界以及所述机器人操纵器(1)在该自由度上的坐标到输入值上的传递函数；
-控制单元(5)，所述控制单元以如下方式被实施用于操控所述机器人操纵器(1)，即，所述机器人操纵器(1)的至少一部分能在配属于所选出的待模拟输入设备的对应自由度上并在配属于待模拟输入设备的局部边界之内通过使用者手动运动；
-与所述机器人操纵器(1)连接的传感器单元(7)，所述传感器单元被实施用于在通过使用者的手动引导在所述机器人操纵器(1)上施加输入期间或结束之后检测对应自由度上的对应坐标；以及
其中，所述控制单元(5)被实施用于通过使用所述传递函数将对应坐标配属给所述输入值。
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