CN114072256A - 用于在机器人操纵器上进行输入的系统 - Google Patents

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CN114072256A
CN114072256A CN202080045780.5A CN202080045780A CN114072256A CN 114072256 A CN114072256 A CN 114072256A CN 202080045780 A CN202080045780 A CN 202080045780A CN 114072256 A CN114072256 A CN 114072256A
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安德烈亚斯·斯潘宁格
萨斯基亚·格尔泽
斯文·帕鲁泽尔
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Abstract

本发明涉及一种用于在机器人操纵器(1)上进行输入的系统(100)，具有：机器人操纵器(1)，其具有多个通过关节彼此连接的节肢并具有致动器(3)；与机器人操纵器(1)连接的计算单元(5)；与计算单元(5)连接的传感器单元(7)，其中，传感器单元(7)被实施用于检测由使用者通过手动引导机器人操纵器(1)所施加在机器人操纵器(1)上的输入参量，其中，输入参量是运动学参量或力和/或力矩，且其中，传感器单元(7)被实施用于将输入参量传输到计算单元(5)上，计算单元(5)被实施用于借助于预设的初始参量图像来转换输入参量，且初始参量图像限定了输入参量到图形用户界面的坐标上或到虚拟调节机构的调节值上的数学图像。

Description

用于在机器人操纵器上进行输入的系统
技术领域
本发明涉及一种用于在机器人操纵器上进行输入的系统，以及一种用于在机器人操纵器上进行输入的方法。
背景技术
本发明的任务是，改善通过使用者在机器人操纵器上进行的输入。
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进行输入的系统，该系统具有：
-机器人操纵器，其具有多个通过关节彼此连接的节肢并具有致动器；
-与所述机器人操纵器连接的计算单元；
-与所述计算单元连接的传感器单元，
其中，所述传感器单元被实施用于检测由使用者通过手动引导所述机器人操纵器所施加在所述机器人操纵器上的输入参量，其中，所述输入参量是运动学参量或力和/或力矩，且其中，所述传感器单元被实施用于将所述输入参量传输到所述计算单元上，其中，所述计算单元被实施用于借助于预设的初始参量图像来转换所述输入参量，且所述初始参量图像限定了所述输入参量到图形用户界面的坐标上或到虚拟调节机构的调节值上的数学图像。
图形用户界面的坐标尤其在显示屏的情况下相应于显示屏上的一坐标，在图形用户界面在用于虚拟现实的眼镜上示出的情况下相应于用于虚拟现实的眼镜上的一坐标。
作为根据本发明第一方面以及还有后续方面的机器人操纵器的“节肢”也可以理解为一种末端效应器，其中，末端效应器典型地被布置在机器人操纵器的远端节肢上。
输入参量就此而言优选是：运动学参量，也就是说机器人操纵器上的预先限定点的至少一个节肢的位置和/或定向；或其对时间的导数，也就是说速度或加速度；或优选替选于此地是通过使用者施加到机器人操纵器上的力；或通过使用者施加到机器人操纵器上的力矩，其中，在力矩或力的最后情况下，优选将计算单元实施用于，对机器人操纵器的致动器进行操控，使得机器人操纵器表现为刚性本体，也就是说尽可能地由致动器可行的是，这些致动器逆着机器人操纵器的通过使用者所引起的运动而生成反力矩。与之相应地，传感器单元至少包括下列传感器，这些传感器适用于获知机器人操纵器上的一节肢或一点的或多个节肢的位置和/或定向，且必要时也包括力传感器和/或力矩传感器。
如果图形用户界面在显示屏上示出，那么尤其是初始参量图像是输入参量到显示器的二维平面上的投影，尤其是在考虑显示屏的几何边界的情况下，其中，机器人操纵器(且尤其是其致动器)有利地在与显示屏边界之一的达到所相关的输入参量的情况下由计算单元进行操控，使得致动器提供了逆着机器人操纵器的继续运动的人工阻力。
虚拟调节机构优选模仿真实物理调节机构，例如转动调节器或滑块调节器。虚拟调节机构尤其具有下边界和上边界，且在这两个边界之间限定一调节值，该调节值尤其是可以用作针对机器人操纵器的参数。
本发明的一有利效果是，机器人操纵器的使用者可以直观地通过机器人操纵器的由于相应施加力或力矩到机器人操纵器上的相应运动而进行机器人操纵器上的输入。就此而言，使用者在机器人操纵器上的输入可以包括数字值，或还有尤其是机器人操纵器上的关于图形用户界面的命令，使得使用者的输入可以有利地要么经由鼠标指针(通过输入参量控制地)，要么通过仅切换图形用户界面上的标记过的菜单项或对象而用于菜单控制。有利地，使用者可以因此将机器人操纵器通用地用作输入设备，因为通过预设的初始参量图像而建立了与图形用户界面或与虚拟调节机构的相应关系。尤其地，分别通过使用者在机器人操纵器上的手动引导所引起的力或力矩或还有位置改变的检测可以被限定为触觉姿势，利用该触觉姿势尤其可以控制图形用户界面的菜单和功能区域。
此外有利地，根据本发明第一方面的系统也可以被用于具有第一机器人操纵器和第二机器人操纵器的系统，其中，尤其是第一机器人操纵器根据本发明的第一方面被用于进行输入，且尤其是第二机器人操纵器在一替选方案中被实施用于实施本发明的第一方面。
根据一有利实施方式，计算单元被实施用于与转换后的输入参量或坐标或调节值相关地实施机器人操纵器的预设操作。
在此，机器人操纵器的预设操作尤其是激活图形界面上的一对象(优选与机器人操纵器的紧跟的动作相关联)，例如对功能或机器人程序进行参数化，以及还有可能地开始实施这种程序或这种功能，此外可行的是关断机器人操纵器、存储机器人操纵器的当前位置值或当前定向值。
根据另一有利实施方式，所述系统具有显示单元，其中，所述显示单元被实施用于显示下列中的至少一个：
-输入参量；
-针对输入参量的尺度；
-转换后的输入参量；
-针对转换后的输入参量的尺度。
显示单元优选是下列中的一个：显示屏、投影仪、用于显示虚拟现实的眼镜、LED单元。有利地，由此对于使用者而言瞬时给出了反馈，即，执行了哪种形式的输入和/或使用者在哪种高度
Figure BDA0003426355370000031
上瞬时执行了输入。尤其地，显示单元被实施用于利用作为鼠标指针坐标的当前坐标来显示鼠标指针和/或用于显示虚拟调节机构的当前调节值。
根据另一有利实施方式，传感器单元被实施用于检测机器人操纵器的当前位置和/或定向并用于将当前位置和/或定向传输到计算单元上，其中，计算单元被实施用于操控致动器，使得机器人操纵器在朝向预设几何结构手动引导时逆着机器人操纵器的由于手动引导所引起的运动而产生阻力，且其中，当超过阻力方面的预设边界值或低于与所述机器人操纵器的预先限定点至所述几何结构的间距方面的预设边界值时，所述计算单元被实施用于激活一预设功能。有利地，通过该实施方式节省了机器人操纵器上的输入元件，使得通过使用者的纯姿势控制例如可以产生鼠标点击的功能，或也可以激活图形用户界面上的其他功能。
根据另一有利实施方式，所述预设功能是激活所述图形用户界面上的一对象，至少当所述坐标与所述对象的预设坐标区域相一致时。根据该实施方式，在尤其是机器人操纵器的末端效应器的当前位置上激活类似于鼠标点击的功能，其中，当前输入参量和/或输入参量的过去走向确定了图形用户界面的当前坐标，使得类似于鼠标指针被引导到图形用户界面的对象上和在接下来点击或双击鼠标时可以激活对应地处在鼠标指针下方的对象。
根据另一有利实施方式，所述预设几何结构是一平面，且所述平面在其姿势和位置方面相对于一与地面固定的坐标系统是不变的。
根据另一有利实施方式，所述计算单元被实施用于操控所述致动器，使得在手动引导所述机器人操纵器时，所述机器人操纵器从检测到的当前输入参量和/或转换后的输入参量之一输出触觉和/或触感反馈。
根据另一有利实施方式，所述触觉和/或触感反馈分别包括下列中的至少一个：
-与位置相关的网格，尤其是与末端效应器的位置相关；
-工作区域的由阻力造成的限界，在该工作区域中，机器人操纵器可以被手动引导，也就是说，通过反力产生的人工壁；
-在所述机器人操纵器的输入参量和/或当前位置和/或当前定向和/或转换后的输入参量与所述图形用户界面上的一对象相一致时的反馈，其中，所述图形用户界面的所述坐标被配属给所述机器人操纵器的输入参量和/或当前位置和/或当前定向和/或转换后的输入参量；
-当所述坐标与所述图形用户界面的该对象的一预设坐标区域相一致时的信号。
根据系统另一有利实施方式，显示单元是显示屏。
根据另一有利实施方式，计算单元被实施用于重力补偿地操控机器人操纵器。在重力补偿地操控机器人操纵器时，致动器被操控，使得作用到机器人操纵器上的重力被平衡，以使机器人操纵器在不存在外部力作用的情况下并从静态的静止位置出发无加速度地继续处在该静止位置中并保留在该静止位置中。对使用者而言，这点有利地使得手动引导机器人操纵器变得容易。
本发明的另一方面涉及一种用于在机器人操纵器上进行输入的方法，所述机器人操纵器具有多个通过关节彼此连接的节肢并具有致动器，其中，所述机器人操纵器与计算单元连接，所述方法具有下列步骤：
-通过与所述计算单元连接的传感器单元来检测由使用者通过手动引导所述机器人操纵器所施加在所述机器人操纵器上的输入参量，其中，所述输入参量是运动学参量或力和/或力矩；
-通过传感器单元将所述输入参量传输到所述计算单元上；以及
-通过所述计算单元借助于预设的初始参量图像来转换所述输入参量，其中，所述初始参量图像限定了所述输入参量到图形用户界面的坐标上或到由所述计算单元虚拟的调节机构的调节值上的数学图像。
根据一有利实施方式，本方法还具有下列步骤：
-利用当前的鼠标指针坐标来显示鼠标指针和/或通过显示单元来显示虚拟调节机构的当前调节值。
根据一有利实施方式，本方法还具有下列步骤：
-与转换后的输入参量或坐标或调节值相关地实施机器人操纵器的预设操作。
所提出的方法的优点和优选改进方案通过结合所提出的系统所述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/或功能相同的部件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用于在机器人操纵器上进行输入的系统；和
图2示出了根据本发明另一实施例的用于在机器人操纵器上进行输入的方法。
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示出了用于在机器人操纵器1上进行输入的系统100，所述系统具有：
-机器人操纵器1，其具有多个通过关节彼此连接的节肢并具有致动器3；
-布置在所述机器人操纵器1的底座上的计算单元5；
-与所述计算单元5连接的传感器单元7。
所述传感器单元7用于检测由使用者通过手动引导所述机器人操纵器1所施加在所述机器人操纵器1上的输入参量，其中，所述输入参量是机器人操纵器1上通过使用者所施加的力，且其中，所述传感器单元7被实施用于将所述输入参量传输到所述计算单元5上。在此情况下，所述计算单元5用于借助于预设的初始参量图像来转换所述输入参量，且所述初始参量图像是所述输入参量到图形用户界面的坐标上或到虚拟调节机构的调节值上的数学图像。所述系统100还具有显示单元9，其中，所述显示单元9被实施用于显示下列中的至少一个：
-输入参量；
-针对输入参量的尺度；
-转换后的输入参量；
-针对转换后的输入参量的尺度。
尤其地，显示单元被实施用于利用当前鼠标指针坐标来显示鼠标指针。所述传感器单元7因此用于检测所述机器人操纵器1的当前位置和/或定向，且用于将所述当前位置和/或定向传输到所述计算单元5上，其中，所述计算单元5被实施用于操控所述致动器3，使得所述机器人操纵器1在朝向预设的空间固定地限定的平面被手动引导时逆着所述机器人操纵器1的通过手动引导所引起的运动而产生阻力。此外，当超过阻力方面的预设边界值或低于与所述机器人操纵器1的预先限定点至几何结构的间距方面的预设边界值时，所述计算单元5用于激活一预设功能。所述预设功能是激活所述图形用户界面上的一对象，至少当所述坐标与所述对象的预设坐标范围相一致时。所述计算单元5此外被实施用于操控所述致动器3，使得在手动引导所述机器人操纵器1时，所述机器人操纵器1从检测到的当前输入参量和/或转换后的输入参量之一输出触觉和/或触感反馈，其中，所述触觉和/或触感反馈分别包括下列中的至少一种：
-与位置相关的网格；
-工作区域的由阻力造成的限界，所述机器人操纵器1能在所述工作区域中被手动引导；
-在所述机器人操纵器1的输入参量和/或当前位置和/或当前定向与所述图形用户界面上的一对象相一致时的反馈，其中，所述图形用户界面的所述坐标被配属给所述机器人操纵器1的一输入参量和/或一当前位置和/或当前定向；
-当所述坐标与所述图形用户界面的该对象的一预设坐标区域相一致时的信号。在此情况下，显示单元9是显示屏。
图2示出了用于在机器人操纵器1上进行输入的方法，所述机器人操纵器具有多个通过关节彼此连接的节肢并具有致动器3，其中，所述机器人操纵器1与计算单元5连接，所述方法具有下列步骤：
-通过与所述计算单元5连接的传感器单元7来检测S1由使用者通过手动引导所述机器人操纵器1所施加在所述机器人操纵器1上的输入参量，其中，所述输入参量是运动学参量或力和/或力矩；
-通过传感器单元7将所述输入参量传输S2到所述计算单元5上；以及
-通过所述计算单元5借助于预设的初始参量图像来转换S3所述输入参量，其中，所述初始参量图像限定了所述输入参量到图形用户界面的坐标上或到由所述计算单元5虚拟的调节机构的调节值上的数学图像；以及
-利用当前的鼠标指针坐标来显示S4鼠标指针和/或为了通过显示单元来显示虚拟调节机构的当前调节值的显示。
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界。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 致动器
5 计算单元
7 传感器单元
9 显示单元
100 系统
S1 检测
S2 传输
S3 转换
S4 显示

Claims (10)

1.用于在机器人操纵器(1)上进行输入的系统(100)，所述系统具有：
-机器人操纵器(1)，其具有多个通过关节彼此连接的节肢并具有致动器(3)；
-与所述机器人操纵器(1)连接的计算单元(5)；
-与所述计算单元(5)连接的传感器单元(7)，
其中，所述传感器单元(7)被实施用于检测由使用者通过手动引导所述机器人操纵器(1)所施加在所述机器人操纵器(1)上的输入参量，其中，所述输入参量是运动学参量或力和/或力矩，且其中，所述传感器单元(7)被实施用于将所述输入参量传输到所述计算单元(5)上，
其中，所述计算单元(5)被实施用于借助于预设的初始参量图像来转换所述输入参量，且所述初始参量图像限定了所述输入参量到图形用户界面的坐标上或到虚拟调节机构的调节值上的数学图像。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，
其中，所述系统(100)具有显示单元(9)，其中，所述显示单元(9)被实施用于显示下列中的至少一个：
-输入参量；
-针对输入参量的尺度；
-转换后的输入参量；
-针对转换后的输入参量的尺度；
-图形用户界面和所述用户界面上的对象；
-鼠标指针。
3.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，
其中，所述传感器单元(7)被实施用于检测所述机器人操纵器(1)的当前位置和/或定向，且用于将所述当前位置和/或定向传输到所述计算单元(5)上，且其中，所述计算单元(5)被实施用于操控所述致动器(3)，使得所述机器人操纵器(1)在朝向预设的几何结构被手动引导时逆着所述机器人操纵器(1)的通过手动引导所引起的运动来产生阻力；且
其中，当超过阻力方面的预设边界值或低于与所述机器人操纵器(1)的预先限定点至所述几何结构的间距方面的预设边界值时，所述计算单元(5)被实施用于激活一预设功能。
4.根据权利要求3所述的系统(100)，
其中，所述预设功能是激活所述图形用户界面上的一对象，至少当所述坐标与所述对象的预设坐标区域相一致时。
5.根据权利要求3至4中任一项所述的系统(100)，
其中，所述预设几何结构是一平面，且所述平面在其姿势和位置方面相对于一与地面固定的坐标系统是不变的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，
其中，所述计算单元(5)被实施用于操控所述致动器(3)，使得在手动引导所述机器人操纵器(1)时，所述机器人操纵器(1)从检测到的当前输入参量和/或转换后的输入参量之一输出触觉和/或触感反馈。
7.根据权利要求6所述的系统(100)，
其中，所述触觉和/或触感反馈分别包括下列中的至少一个：
-与位置相关的网格；
-工作区域的由阻力造成的限界，所述机器人操纵器(1)能在所述工作区域中被手动引导；
-在所述机器人操纵器(1)的输入参量和/或当前位置和/或当前定向与所述图形用户界面上的一对象相一致时的反馈，其中，所述图形用户界面的所述坐标被配属给所述机器人操纵器(1)的一输入参量和/或一当前位置和/或当前定向；
-当所述坐标与所述图形用户界面的该对象的一预设坐标区域相一致时的信号。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的系统(100)，
其中，所述显示单元(9)是显示屏。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，
其中，所述计算单元(5)被实施用于补偿重力地操控所述机器人操纵器(1)。
10.用于在机器人操纵器(1)上进行输入的方法，所述机器人操纵器具有多个通过关节彼此连接的节肢并具有致动器(3)，其中，所述机器人操纵器(1)与计算单元(5)连接，所述方法具有下列步骤：
-通过与所述计算单元(5)连接的传感器单元(7)来检测(S1)由使用者通过手动引导所述机器人操纵器(1)所施加在所述机器人操纵器(1)上的输入参量，其中，所述输入参量是运动学参量或力和/或力矩；
-通过所述传感器单元(7)将所述输入参量传输(S2)到所述计算单元(5)上；以及
-通过所述计算单元(5)借助于预设的初始参量图像来转换(S3)所述输入参量，其中，所述初始参量图像限定了所述输入参量到图形用户界面的坐标上或到由所述计算单元(5)虚拟的调节机构的调节值上的数学图像。
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