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Die
Erfindung betrifft ein Handhabungsgerät in einem Fahrzeug
und ein Verfahren zum Betrieb des Handhabungsgeräts.
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Unter
einem Serviceroboter wird ein Roboter verstanden, der Dienstleistungen
jedweder Art erbringen kann. Derartige Serviceroboter werden beispielsweise
im Haushalt eingesetzt als automatisierte Staubsauger, Rasenmäher
oder Fensterputzer.
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Robotergreifarme
sind bekannt, wobei der Greifarm in mehreren Achsen dreh- und schwenkbar ist
und über eine Greifvorrichtung verfügt umfassend insbesondere
zwei oder mehrere fingerähnliche Glieder, die wiederum
nach dem Vorbild der menschlichen Hand in einzelne bewegliche Segmente
unterteilt sein können.
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Aus
JP 2005088095 ist bekannt,
einen Robotergreifarm in einem Fahrzeug anzuordnen. Hierbei ist
es von Nachteil, dass der Robotergreifarm lediglich die gesprochenen
Befehle des Fahrers ausführt und keinerlei Informationsaustausch
zwischen Fahrzeug und Roboter stattfindet.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile
zu überwinden und insbesondere eine effiziente Möglichkeit
zur Unterstützung des Führers eines Fahrzeugs
bzw. eines Beifahrers oder eines sonstigen Passagiers in dem Fahrzeug
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird ein Handhabungsgerät in
einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, angegeben,
- – wobei das Handhabungsgerät
derart eingerichtet ist, dass eine vorgegebene Aktion basierend auf
in dem Fahrzeug ermittelten und/oder verfügbaren Daten
ausführbar ist.
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Somit
wird ermöglicht, dass das Handhabungsgerät abhängig
von Fahrzeugdaten, insbesondere abhängig von einer Auswahl
aus einer Vielzahl von in einem Fahrzeug beispielsweise anhand von Sensoren
ermittelten oder sonstig verfügbaren Daten, vorgegebene
Aktionen insbesondere zur Unterstützung des Fahrers oder
der Passagiere ausführt.
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Eine
Weiterbildung ist es, dass das Handhabungsgerät ein anderes
Element lösbar greift oder klemmt.
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Eine
andere Weiterbildung ist es, dass das Handhabungsgerät
ein anderes Element zeitlich begrenzt lösbar greift oder
klemmt.
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Insbesondere
ist es eine Weiterbildung, dass das Handhabungsgerät sich
mit einem anderen Element zeitlich begrenzt zumindest teilweise
in Eingriff bringt.
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Auch
ist es eine Weiterbildung, dass das Handhabungsgerät in
mindestens einer Achse beweglich ausgeführt ist.
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Ferner
ist es eine Weiterbildung, dass das Handhabungsgerät in
mehreren Achsen beweglich ausgeführt ist.
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Insbesondere
kann das Handhabungsgerät in zwei Achsen beweglich ausgeführt
sein. Eine derartige Beweglichkeit kann beispielsweise über
Aktoren, Stellglieder oder Motoren erreicht werden.
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Im
Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst das Handhabungsgerät
einen beweglichen Greifarm.
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Insbesondere
kann das Handhabungsgerät einen Roboterarm aufweisen, der
mehrere Freiheitsgrade aufweist. Anhand des Roboterarms können flexible
Bewegungsabläufe realisiert werden. Beispielsweise kann
der Roboterarm verschiedene Positionen in bzw. an dem Fahrzeug erreichen
und dort die vorgegebene Aktion durchführen.
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Eine
nächste Weiterbildung besteht darin, dass das Handhabungsgerät
eine Haltevorrichtung umfasst, wobei die vorgegebene Aktion einer
der Bewegung des Fahrzeugs entsprechenden Gegenbewegung entspricht.
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Beispielsweise
kann es sich bei der Haltevorrichtung um einen Becherhalter oder
einen Flaschenhalter handeln, der aktiv angesteuert wird, so dass die
Bewegung des Fahrzeug (Längs- und Querbeschleunigungen)
weitgehend ausgeglichen werden. Somit ist es möglich, dass
der Becherhalter eine Tasse mit Flüssigkeit umschließt
und auch während der Fahrt durch Kurven sowie beim Beschleunigen
bzw. Bremsen die Flüssigkeit nicht aus dem Becher tritt.
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Vorzugsweise
kann ein als derartige Haltevorrichtung ausgeführtes Handhabungsgerät über zwei
Achsen angesteuert werden.
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Weiterhin
kann das Handhabungsgerät eine Klemmkonstruktion zur Aufnahme
des anderen Elements aufweisen.
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Eine
Ausgestaltung ist es, dass das Handhabungsgerät mindestens
einen Aktor, insbesondere mindestens einen Motor und/oder mindesten
ein Stellglied aufweist.
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Hierbei
kann jedwede Art von Aktor (auch: Aktuator oder Effektor) vorgesehen
sein. Beispielsweise können auch Schrittmotoren oder Piezoaktoren
zur Verstellung des Handhabungsgeräts eingesetzt werden.
Insbesondere können verschiedene Aktoren in einem Handhabungsgerät
verwendet werden.
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Eine
alternative Ausführungsform besteht darin, dass das Handhabungsgerät
funktional mit einer Steuereinheit verbunden ist.
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Somit
kann die Steuereinheit insbesondere den mindestens einen Aktor des
Handhabungsgeräts ansteuern. Die Steuereinheit kann als
Teil des Handhabungsgeräts oder separat von diesem, z.
B. in dem Fahrzeug, ausgeführt sein. Insbesondere kann
die Steuerfunktionalität für das Handhabungsgerät
von einer bereits in dem Fahrzeug vorhandenen Steuereinheit übernommen
werden.
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Die
Steuereinheit kann ein Mikrokontroller und/oder eine Prozessoreinheit
sein bzw. jedwede derartige Komponente umfassen.
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Eine
nächste Ausgestaltung ist es, dass die in dem Fahrzeug
ermittelten und/oder verfügbaren Daten von Sensoren des
Fahrzeugs stammen.
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Auch
ist es eine Ausgestaltung, dass die in dem Fahrzeug ermittelten
und/oder verfügbaren Daten mittels eines Bussystems des
Fahrzeugs übertragbar sind.
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Beispielsweise
können die Daten drahtlos übertragen werden.
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Insbesondere
kann ein in dem Fahrzeug vorhandenes Bussystem zur Übertragung
der Daten genutzt werden, um das Handhabungsgerät mit notwendigen
Eingangsgrößen zu versorgen. Beispielsweise können
diese Daten von der vorstehend genannten Steuereinheit zum Betrieb
des Handhabungsgeräts genutzt werden.
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Vorteilhaft
ermöglicht ein derartiges Bussystem eine einheitliche und
schnelle Verteilung zumindest eines Teils der benötigten
Daten innerhalb des Fahrzeugs.
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Eine
Weiterbildung besteht darin, dass das Handhabungsgerät
an oder zumindest teilweise in einer Mittelkonsole, an einer Dachinnenseite
oder mit einem Sitz lösbar oder fest verbunden ist.
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Insbesondere
kann das Handhabungsgerät in dem Fahrzeug lösbar
fest verbunden sein.
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Auch
ist es eine Weiterbildung, dass von dem Handhabungsgerät
Endeffektoren selektierbar sind insbesondere anhand eines Magazins
umfassend mehrere Endeffektoren.
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Bei
den Endeffektoren kann es sich um spezielle Aufsätze für
das Handhabungsgerät zur Durchführung der vorgegebenen
Aktion handeln. Beispielsweise können als Endeffektoren
Reinigungsgerät bzw. Reinigungsaufsätze oder Reinigungskartuschen,
eine universelle Roboterhand oder ein entsprechender Greifarm, ein
Hammer zum Einschlagen einer Scheibe nach einem Unfall oder eine
Gurtschere zum Durchtrennen des Sicherheitsgurtes nach einem Unfall
vorgesehen sein.
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Die
vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein
Verfahren zum Betrieb eines Handhabungsgeräts in einem
Fahrzeug, wobei das Handhabungsgerät ein anderes Element
insbesondere zeitlich begrenzt lösbar greift oder klemmt
oder sich zeitlich begrenzt mit dem anderen Element zumindest teilweise
in Eingriff bringt,
- – bei dem das
Handhabungsgerät mittels einer Steuereinheit basierend
auf in dem Fahrzeug ermittelten und/oder verfügbaren Daten
angesteuert wird.
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Eine
Weiterbildung ist es, dass der Steuereinheit die in dem Fahrzeug
ermittelten und/oder verfügbaren Daten über ein
Bussystem zugeführt werden.
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Weiterhin
wird zur Lösung der obigen Aufgabe ein Verfahren zum Betrieb
des Handhabungsgeräts wie hierin beschrieben angegeben.
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Die
vorstehende Aufgabe wird auch gelöst durch ein Fahrzeug
mit einem Handhabungsgerät wie hierin beschrieben.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
symbolischen Schnitt durch einen Fahrzeuginnenraums umfassend eine
Mittelkonsole, einen Beifahrersitz und ein Handhabungsgerät, das
in der Mittelkonsole angeordnet ist.
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2 das
Handhabungsgerät gemäß 1 in
Verbindung mit einer Steuereinheit, die über ein Bussystem
in dem Fahrzeug ermittelte und/oder verfügbare Daten erhält
und entsprechend das Handhabungsgerät ansteuert.
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Der
hier vorgestellte Ansatz schlägt ein Handhabungsgerät
für bzw. in einem Fahrzeug vor. Insbesondere kann das Handhabungsgerät
in das Fahrzeug integriert sein und weist eine in Bezug auf die
Einbauposition geeignete Kinematik auf.
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Das
Handhabungsgerät weist vorzugsweise mindestens einen Aktor
oder Motor zur Bewegung seiner Komponenten auf. Insbesondere kann
das Handhabungsgerät als ein Greifarm mit einer Vielzahl
von Freiheitsgraden ausgeführt sein.
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Das
Handhabungsgerät ist vorzugsweise fest in dem Fahrzeug
installiert. Alternativ kann es lösbar mit dem Fahrzeug
verbunden sein.
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Das
Handhabungsgerät kann beispielsweise Serviceaufgaben und/oder Überwachungsaufgaben in
dem Fahrzeug wahrnehmen.
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Beispiele
für derartige Aufgaben des Handhabungsgeräts in
dem Fahrzeug sind:
- – Reinigen des
Innenraums;
- – Servieren von Getränken;
- – Durchschneiden des Sicherheitsgurts nach einem Unfall;
- – Einschlagen einer Scheibe nach einem Unfall.
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Das
Handhabungsgerät kann in einer Mittelkonsole, in einem
Centerstack, in bzw. an einem Dachhimmel oder in bzw. an einem Sitz
lösbar fest zumindest teilweise integriert sein.
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Weiterhin
kann das Handhabungsgerät eine programmierbare Bahnsteuerung
aufweisen, so dass beispielsweise zusätzliche Bewegungen
angelernt und somit ein Funktionsumfang des Handhabungsgeräts
erweitert werden kann.
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Eine
Möglichkeit zur Erweiterung des Funktionsumfangs besteht
darin, einen Tool Center Point eines Roboters mit der Hand des Benutzers
zu führen und somit die sich ergebende Bewegung bzw. Bahn
abzuspeichern. Dies ist eine intuitive und einfache Art der Programmierung
eines Handhabungsgeräts, insbesondere eines Roboterarms
bzw. eines Greifarms.
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Auch
ist es möglich, dass das Handhabungsgerät verschiedene
Endeffektoren aufweist, z. B.
- – spezielle
Reinigungsgeräte bzw. Reinigungskartuschen;
- – Roboterarme bzw. Roboterhände zum Servieren
von Getränken oder als Unterstützung beim Gangwechsel
oder beim Abnehmen, Halten, Platzieren von Gegenständen,
z. B. einer Aktentasche eines Fahrers oder Passagiers;
- – einen Nothammer zum Einschlagen einer Scheibe bei
einem Unfall;
- – eine Sicherheitsgurtschere zum Durchtrennen des Gurts
nach einem Unfall;
- – Sensoren zur Fahrerüberwachung.
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Auch
kann das Handhabungsgerät mit einem Magazin (oder einen
Werkzeugwechsler) ausgestattet sein, um verschiedene Endeffektoren selbsttätig
auswechseln zu können.
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Vorzugsweise
kommuniziert das Handhabungsgerät mit einem fahrzeuginternen
Steuerungs- oder Bussystem und kann ggf. von diesem Bewegungsbefehle
erhalten.
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Durch
die Kopplung mit dem Bussystem des Fahrzeugs ist es möglich,
im Fahrzeug vorhandene oder ermittelbare Daten zu nutzen, um das
Handhabungsgerät entsprechend anzusteuern. Hierzu wird vorzugsweise
eine Steuereinheit bzw. Regeleinheit eingesetzt, die in oder mit
dem Handhabungsgerät kombiniert oder in dem Fahrzeug angeordnet
sein kann.
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Insofern
können Daten beispielsweise von Airbag-Sensoren, Gier-Sensoren
oder ABS-Sensoren ausgewertet werden.
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1 zeigt
einen symbolischen Schnitt durch einen Fahrzeuginnenraums umfassend
eine Mittelkonsole 102, einen Beifahrersitz 101 und
ein Handhabungsgerät 103, das in der Mittelkonsole
fest angeordnet ist. Vorteilhaft kann das Handhabungsgerät 103 lösbar
mit der Mittelkonsole 102 verbunden sein.
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Alternativ
kann das Handhabungsgerät 103 auch zumindest teilweise
in einem Sitz des Fahrzeugs oder in einem Dachhimmel des Fahrzeugs
angeordnet sein.
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2 zeigt
das Handhabungsgerät 103 aus 1 in
Verbindung mit einer Steuereinheit 210, die über
ein Bussystem 250 in dem Fahrzeug ermittelte und/oder verfügbare
Daten erhält. Bei diesen Daten handelt es sich vorzugsweise
um Sensordaten oder um Zustände des Fahrzeugs bzw. von
Komponenten des Fahrzeugs. Derartige Daten können über
das Bussystem von Sensoren 220 und 230 oder von
einer zustandsbehaftete Komponente 240 erfragt werden.
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Weiterhin
kann in dem Fahrzeug eine Steuereinheit 260 vorgesehen
sein. Somit kann das Handhabungsgerät 103 neben
Daten von den Sensoren oder von Zuständen des Fahrzeugs
auch ausgewertete bzw. umgesetzte oder übersetzte Daten aus
der Steuerung 260 einsetzen, um die vorgegebene Aktion
durchzuführen.
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Beispielsweise
kann in dem Fahrzeug mittels Spracheingabe über ein Mikrophon
(z. B. ausgestaltet als Sensor 220) ein Sprachkommando
aufgezeichnet und mittels der Steuereinheit 260 erkannt werden.
Ein solches Sprachkommando kann die Steuereinheit 260 in
eine vorgegebene Aktion, z. B. ”Tasse holen” umsetzen
und ein entsprechendes Kommando über den Bus an die dem
Handhabungsgerät 103 zugeordnete Steuereinheit 210 übermitteln,
die das Handhabungsgerät 103 veranlasst, nach
einer Tasse zu greifen.
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Hierzu
ließe sich effizient eine womöglich bereits in
dem Fahrzeug vorhandene Spracherkennungssoftware zumindest teilweise
nutzen.
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Beispielsweise
können von der Steuereinheit 210 Beschleunigungsdaten,
Gierraten, Zustand der Airbags, etc. abgefragt werden und ggf. wird
das Handhabungsgerät entsprechend angesteuert.
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Beispielsweise
kann das Handhabungsgerät als eine Haltevorrichtung, z.
B. als ein Becherhalter ausgeführt sein, wobei abhängig
von Längs- und Querbeschleunigung des Fahrzeugs eine Bewegung des
Becherhalters derart gesteuert wird, dass ein in dem Becherhalter
vorgesehener und mit einer Flüssigkeit gefüllter
Becher die Flüssigkeit auch in der Kurve, beim Bremsen
sowie beim Beschleunigen behält.
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Ein
solcher Becherhalter bzw. jedwede derartige Haltevorrichtung kann
beispielsweise zwei Achsen aufweisen, die geeignet über
Aktoren, z. B. Schrittmotoren, angesteuert werden. Eine derartige Haltevorrichtung
kann auch in den Armaturen des Fahrzeugs angeordnet bzw. mit diesen
(lösbar) verbunden sein.
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Das
Handhabungsgerät 103 gemäß 1 und 2 ist
beispielhaft als eine Art Robotergreifarm mit mehreren Freiheitsgraden
ausgeführt. Entsprechend sind auch vereinfachte oder komplexere Strukturen
für ein Handhabungsgerät mit mehr oder weniger
Freiheitsgraden bzw. Aktoren einsetzbar. Das Handhabungsgerät 103 weist
ein Gelenk 201 auf, das schwenkbar und rotierbar ausgeführt
ist und entsprechend auf ein Verbindungsstück 202 wirkt, das
mit einem Gelenk 203 verbunden ist. Das Gelenk 203 kann
lediglich schwenkbar ausgeführt sein, es kann aber auch
zusätzlich dazu drehbar sein. Das Gelenk 203 ist
weiter über ein Verbindungsstück 204 mit
einem Gelenk 205 verbunden, das vorzugsweise dreh- und
schwenkbar ausgeführt ist. Am dem Gelenk 205 ist
eine Greifeinheit 206 angebracht, die beispielsweise zwei
oder drei Greifeinheiten (Finger) aufweist. Anstatt der Greifeinheit 206 kann
mit dem Gelenk 205 jedweder andere Endeffektor verbunden sein.
Insbesondere kann für das Handhabungsgerät 103 ein
Werkzeugwechsler vorgesehen sein, anhand dessen das Handhabungsgerät 103 selbsttätig
zwischen verschiedenen Endeffektoren, wobei ein Endeffektor vorzugsweise
eine Greifeinheit ist, wechseln kann.
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Weiterhin
kann das Handhabungsgerät eine optische Erkennungseinheit,
insbesondere eine Kamera mit entsprechender Bilderkennung zur Erkennung
von Objekten aufweisen.
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- 101
- Beifahrersitz
- 102
- Mittelkonsole
- 103
- Handhabungsgerät
- 201
- Gelenk
(schwenkbar, rotierbar)
- 202
- Verbindungsstück
- 203
- Gelenk
- 204
- Verbindungsstück
- 205
- Gelenk
(schwenkbar, rotierbar)
- 206
- Greifeinheit
- 210
- Steuereinheit
- 220
- Sensor
- 230
- Sensor
- 240
- zustandsbehaftete
Komponente des Fahrzeugs
- 250
- Bussystem
- 260
- Steuereinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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