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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur lösbaren Kopplung
eines Endeffektors mit einer Maschine an einer Mensch-Maschine-Schnittstelle.
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Haptische
Mensch-Maschine-Schnittstellen finden beispielsweise Verwendung
bei Telerobotiksystemen und interaktiven Simulationen in virtuellen Realitäten.
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Telerobotiksysteme
werden eingesetzt, um an Orten zu manipulieren, die für den Menschen
nicht zugänglich
oder gesundheitsgefährdend
sind. Auch für
nicht automatisierte Mikromontagen eignet sich ein solches System,
da die Montagebewegungen des Operators in skalierter Form von Robotern
ausgeführt
werden können.
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In
virtuellen Realitäten
lassen sich Einbausimulationen und Wartbarkeitsuntersuchungen, beispielsweise
in der Flugzeug- oder Automobilbranche, durchführen, noch bevor ein Hardware-Prototyp
zur Verfügung
steht. Dies ermöglicht
eine Verkürzung der
Entwicklungszeit und die Einsparung von Kosten, die aufgrund von
Spätfolgen
aus Entwicklungsfehlern entstehen können.
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Haptische
Mensch-Maschine-Schnittstellen haben den Vorteil, dass eine Kraft-Drehmoment-Rückkopplung
vorgesehen ist, so dass der Operator bei der Bedienung eines Systems
kinästhetische
Eindrücke
erhält,
wodurch der Operator neben den menschlichen Wahrnehmungssinnen wie
Sehen und Hören
auch seine haptische Wahrnehmung einsetzen kann.
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Als
Eingabegeräte
für Telerobotiksysteme oder
interaktive Simulationen in virtuellen Realitäten sind beispielsweise Roboter
als Aktuatoren bekannt, die zur Bildung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle Endeffektoren
(z. B. Joystickgriff), die mit der Hand gegriffen werden müssen, aufweisen.
Diese Endeffektoren können über Schnellwechseladapter
an dem Roboter befestigt werden.
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Der
Operator kann, indem er den Endeffektor mit der Hand greift und
die entsprechende Bewegung mit der Hand ausführt, den Roboter bewegen und
somit Bewegungen in die Maschine eingeben.
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Gleichzeitig
können
die Roboter dem Operator eine Kraft-Drehmoment-Rückkopplung
zur Verfügung
stellen, indem der Roboter eine entsprechende Kraft bzw. ein entsprechendes
Drehmoment auf den Endeffektor ausübt.
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Dabei
besteht der Nachteil, dass der Operator durch eine unerwartete Kraft-Drehmoment-Rückkopplung
des Roboters verletzt werden kann, wenn beispielsweise das Gerät defekt
ist oder ein unerwarteter Rückkopplungsbefehl
der Maschine an den Roboter übergeben
wird.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle eines
haptischen Eingabegerätes
zur Verfügung
zu stellen, bei der die Gefahr der Verletzung eines Operators durch
eine unerwartete Bewegung des haptischen Eingabegerätes vermieden
wird.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass eine Vorrichtung zur Kopplung eines Endeffektors mit einem
Aktuator einer Maschine an einer Mensch-Maschine-Schnittstelle bereitgestellt wird, die
eine Kupplung mit einem ersten Kupplungsteil, das an dem Endeffektor
angeordnet ist und einem zweiten Kupplungsteil, das an dem Aktuator
angeordnet ist, aufweist. Dabei kann das erste und das zweite Kupplungsteil
im gekoppelten Zustand eine Kraft in mindestens eine Richtung und/oder
ein Drehmoment in mindestens eine Richtung übertra gen, wobei die Kraft
und/oder das Drehmoment zumindest teilweise durch Formschluss übertragbar
ist. Das erste Kupplungsteil weist mindestens zwei erste Flächen und das
zweite Kupplungsteil mindestens zwei zweite Flächen auf. Dabei sind die zweiten
Flächen
des zweiten Kupplungsteils an die ersten Flächen des ersten Kupplungsteils
angepasst. Im gekoppelten Zustand liegen die ersten Flächen des
ersten Kupplungsteils an den zweiten Flächen des zweiten Kupplungsteils
an, wobei das erste und/oder das zweite Kupplungsteils Befestigungsmittel
zum Erzeugen einer Haftkraft zwischen den ersten und den zweiten Flächen aufweist,
derart, dass die ersten und zweiten Flächen beim Überschreiten eines Schwellenwertes der
zu übertragenen
Kraft und/oder des zu übertragenden
Drehmoments zum Lösen
der Kupplung voneinander lösbar
sind.
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Durch
das Vorsehen einer Kupplung zwischen dem Endeffektor, an den die
Hand des Operators angreifen kann oder der an der Hand des Operators
befestigt wird und dem Aktuator, die beim Überschreiten eines Schwellenwertes
der zu übertragenden
Kraft und/oder des zu übertragenden
Drehmoments lösbar
ist, kann verhindert werden, dass bei einer unerwarteten oder fehlerhaften
Bewegung des Aktuators eine derart große Kraft oder ein derart großes Drehmoment
auf den Endeffektor übertragen wird,
dass der Operator verletzt wird.
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Durch
das Vorsehen von zwei ersten Flächen
des ersten Kupplungsteils, die im gekoppelten Zustand an den zwei
zweiten Flächen
des zweiten Kupplungsteils anliegen, ist eine zumindest teilweise formschlüssige Übertragung
einer Kraft und/oder eines Drehmoments in zumindest eine Richtung
möglich.
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Durch
das Vorsehen von Befestigungsmitteln zum Erzeugen einer Haftkraft
zwischen den ersten und zweiten Flächen werden Kräfte und
Drehmomente bis zu einem bestimmten Schwellenwert in alle Richtungen übertragen.
Beim Überschreiten
des Schwellenwertes der zu übertragenden
Kraft und/oder des zu übertragenden
Drehmoments ist die Haftkraft nicht mehr ausreichend, um die beiden
ersten und zweiten Flächen
in Anlage zu halten, so dass diese voneinander lösbar sind und somit ein Lösen der
Kupplung erzeugt werden kann. Die Gefahr der Verletzung des Operators
wird somit verringert.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die ersten Flächen des ersten Kupplungsteils
und die zweiten Flächen
des zweiten Kupplungsteils ebene Flächen sind, die in einem Winkel
zueinander verlaufen. Durch das Vorsehen von ebenen Flächen, die
in einem Winkel zueinander verlaufen, kann ein Drehmoment in zumindest
eine Richtung in vorteilhafter Weise zumindest teilweise formschlüssig übertragen werden.
Durch eine geschickte Anordnung der Flächen in Bezug auf eine Richtung
des zu übertragenden
Drehmoments kann beispielsweise eine teils formschlüssige, teils
kraft- und reibschlüssige Übertragung
des Drehmoments erfolgen, wobei der Kraftschluss durch die von dem
Befestigungsmittel erzeugte Haftkraft erzeugt wird. Beim Überschreiten des
Schwellenwertes des zu übertragenden
Drehmoments ist dann die Haftkraft nicht mehr ausreichend, so dass
sich die ersten und die zweiten Flächen voneinander lösen und
somit auch der Formschluss gelöst
wird.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Befestigungsmittel Magnete sind, die eine
magnetische Haftkraft zwischen den ersten und zweiten Flächen erzeugen.
Magnete haben den Vorteil, dass eine definierte Haftkraft mit Hilfe
der Magnete erzeugbar ist.
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Dabei
kann vorgesehen sein, dass die Magnete Dauermagnete sind.
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In
einem alternativen Ausführungsbeispiel kann
vorgesehen sein, dass die Magnete Elektromagneten sind, wobei vorzugsweise
die durch die Elektromagnete erzeugte magnetische Haftkraft steuerbar
ist. Da die Haftkraft den Schwellenwert der zu übertragenden Kraft und/oder
des zu übertragenden Drehmoments
bestimmt, bei dem die Kupplung gelöst wird, kann somit über die
Elektromagnete ein unterschiedlicher Schwellenwert eingestellt werden. Dadurch
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
in vorteilhafter Weise an den Einsatzzweck anpassbar.
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In
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das erste Kupplungsteil pyramidenstumpfförmig ausgebildet, wobei die
ersten Flächen die
Seitenflächen
des Pyramidenstumpfes bilden und wobei das zweite Kupplungsteil
eine Vertiefung aufweist, die an die Pyramidenstumpfform des ersten Kupplungsteils
angepasst ist. Dabei können
die zweiten Flächen
des zweiten Kupplungsteils Seitenwandungen der Vertiefung bilden
und im gekoppelten Zustand liegt jede zweite Fläche jeweils an einer ersten Fläche des
ersten Kupplungsteils an. Die Ausbildung des ersten Kupplungsteils
als Pyramidenstumpf hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Dabei kann der Pyramidenstumpf eine dreieckige oder auch eine mehreckige
Grundform besitzen, wobei die Anzahl der ersten Flächen entsprechend
angepasst ist.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel,
bei dem der Pyramidenstumpf eine dreieckige Grundform besitzt, so
dass das erste Kupplungsteil drei erste Flächen aufweist, ist besonders
vorteilhaft, da in diesem Ausführungsbeispiel
die ersten Flächen
in einem 120° Winkel
zueinander verlaufen und somit ein Lösen der Kupplung beim Überschreiten
von Schwellenwerten vorteilhaft möglich ist, ohne dass es zu
einem Verkanten der Flächen
kommt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass an dem zweiten Kupplungsteil eine Schaltvorrichtung
vorgesehen ist, die mit einem Notausschaltkreis der Maschine verbindbar
ist, wobei die Schaltvorrichtung beim Lösen der Kupplung schaltet.
Die Schaltvorrichtung kann beispielsweise ein Tastschalter sein.
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Durch
das Vorsehen der Schaltvorrichtung, die mit einem Notausschaltkreis
der Maschine verbindbar ist, kann gewährleistet werden, dass beim Lösen der
Kupplung auch gleichzeitig ein Not-Aus der Maschine, mit der der
Aktuator und der Endeffektor verbunden ist, ausgelöst wird.
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Vorzugsweise
weist die Kupplung eine Datenleitung zur Übermittlung von Daten an den
Aktuator und/oder die Maschine auf. Auf diese Weise können Signale
oder Störungsbefehle
von dem Endeffektor an den Aktuator oder die Maschine übermittelt werden.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass jeweils durch das erste
und das zweite Kupplungsteil ein Teil der Datenleitung verläuft und
an zwei sich gegenüberliegenden
ersten und zweiten Flächen
Berührungskontakte
vorgesehen sind, so dass eine Datenübermittlung durch die Datenleitung
nur im gekoppelten Zustand der Kupplung möglich ist.
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Ein
weiterer Nachteil des Standes der Technik besteht darin, dass durch
das Greifen des vorbekannten Endeffektors die Hand in ihrer Funktion
eingeschränkt
ist und nur bedingt weitere Aufgaben durchführen kann.
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Es
ist daher die weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle
eines haptischen Eingabegerätes
zur Verfügung
zu stellen, die es ermöglicht,
dass die Finger nicht zum Halten des Endeffektors benötigt werden sondern
frei sind.
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Die
Erfindung betrifft daher ferner ein haptisches Eingabegerät mit einem
Endeffektor, mit einem Aktuator und mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Kopplung des Endeffektors mit einem Aktuator einer Maschine.
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Bei
dem erfindungsgemäßen haptischen Eingabegerät kann der
Endeffektor eine Manschette aufweisen, die mit dem ersten Kupplungsteil
der Kupplung verbunden ist, wobei in die Manschette die Hand eines
Operators einführbar
ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das erste Kupplungsteil derart
an der Manschette angeordnet ist, dass sich das erste Kupplungsteil
im Benutzungszustand an der Außenfläche der
Hand des Operators befindet.
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Durch
das Vorsehen des ersten Kupplungsteils an der Außenfläche der Hand des Operators
besteht für
den Operator die Möglichkeit,
die Finger der Hand zu bewegen und eine Greifbewegung der Hand auszuführen. Ein
derartiger Endeffektor hat gegenüber
einem aus dem Stand der Technik bekannten, mit der Hand zu greifenden
Endeffektor den Vorteil, dass die Hand nicht durch das Umgreifen
eines Griffs blockiert ist. Auf diese Weise wird es dem Operator
ermöglicht,
die Finger der Hand zu bewegen, so dass die Hand weitere Aufgaben erfüllen kann.
Beispielsweise können über eine
separate Steuerungsvorrichtung, beispielsweise eine Fernbedienung
oder ähnliches,
weitere Steuerungsbefehle an den Aktuator und/oder die Maschine übermittelt
werden.
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Es
kann vorgesehen sein, dass an der Manschette ein Rahmen angeordnet
ist, mit dem das erste Kupplungsteil starr verbunden ist. Über die
Manschette mit Rahmen sind die von der Hand des Operators auf den
Endeffektor ausgeübten
Kräfte
und Drehmomente in vorteilhafter Weise auf die Kupplung und somit
auf den Aktuator übertragbar.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist die Manschette Teil eines Handschuhs. Dabei kann vorzugsweise
vorgesehen sein, dass der Handschuh ein Datenhandschuh ist, der
im Benutzungszustand die Bewegung der Hand und/oder der Finger des
Operators registriert und als Steuersignale an den Aktuator und/oder
die Maschine weiterleitet.
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Durch
das Vorsehen eines Datenhandschuhs, der im Benutzungszustand die
Bewegung der Hand und/oder der Finger des Operators registriert
und als Steuersignale weiterleitet, können neben den herkömmlichen
Eingaben im Form von Kraft und/oder Drehmoment durch einfache Bewegungen der
Hand und/oder Finger weitere Befehle oder Steuersignale auf eine
besonders einfache Art und Weise erzeugt werden. Dadurch wird eine
besonders einfache und vorteilhafte Steuerung möglich.
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Es
kann vorgesehen sein, dass der Rahmen eine Öffnung aufweist, durch die
der Daumen des Operators durchsteckbar ist.
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Durch
das Vorsehen einer Öffnung,
durch die der Daumen durchsteckbar ist, wird der Daumen in seiner
Bewegungsmöglichkeit
nicht oder nur gering eingeschränkt.
Dadurch wird zusätzlich
ermöglicht, dass
bei beispielsweise der Verwendung eines Datenhandschuhs auch die
Bewegungen des Daumens des Operators zur Erzeugung von zusätzlichen
Steuersignalen genutzt werden können.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass der Rahmen den Daumen des Operators derart
umgibt, dass eine formschlüssige Übertragung
der von der Hand ausgeführten
Bewegung auf den Endeffektor in vorteilhafter Weise ermöglicht wird.
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Die
erfindungsgemäße Kupplung
ermöglicht ferner,
dass die Lage der Hand des Operators im Endeffektor bekannt oder
zumindest durch Berechnung ermittelbar ist, und somit eine bei vorbekannten Endeffektoren
häufig
notwendige Positionsbestimmung der Hand, z. B. durch optisches Tracking,
wegfallen kann.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Erfindung
näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch
einen erfindungsgemäßen Endeffektor
mit einem erfindungsgemäßen ersten
Kupplungsteil,
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2 schematisch
ein erfindungsgemäßes zweites
Kupplungsteil und
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3 schematisch
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Kopplung eines Endeffektors mit einem Aktuator einer Maschine
an einer Mensch-Maschine-Schnittstelle im Einsatz.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßer Endeffektor 3,
der zur Verbindung mit einem Aktuator zur Bildung eines haptischen
Eingabegerätes
geeignet ist, dargestellt. Der Endeffektor dient als Mensch-Maschine-Schnittstelle,
so dass ein Operator an ein Eingabegerät einer Maschine gekoppelt
werden kann. Über
das haptische Eingabegerät
kann eine Kraft-Drehmoment-Rückkopplung
der Maschine an den Operator erzeugt werden.
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Der
erfindungsgemäße Endeffektor 3 weist eine
Manschette 15 auf, in die die Hand des Operators einführbar ist.
Die Manschette weist einen Rahmen 17 auf, mit dem ein erstes
Kupplungsteil 5 einer Kupplung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Kopplung des Endeffektors 3 mit einem Aktuator starr verbunden
ist.
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Das
erste Kupplungsteil 5 ist pyramidenstumpfförmig ausgebildet
und weist drei erste Flächen 6 auf,
die die Seitenflächen
des Pyramidenstumpfes bilden. Das in 1 dargestellte
Ausführungsbeispiel,
bei dem der Pyramidenstumpf eine dreieckige Grundform besitzt, hat
sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da in diesem Ausführungsbeispiel
die ersten Flächen
in einem 120° Winkel
zueinander verlaufen und somit ein Lösen der Kupplung beim Überschreiten
von Schwellenwerten vorteilhaft möglich ist, ohne dass es zu
einem Verkanten der Flächen
kommt.
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Das
erste Kupplungsteil 5 wirkt zum Bilden der Kupplung mit
dem in 2 dargestellten Kupplungsteil 7 zusammen.
Das zweite Kupplungsteil 7 ist beispielsweise an einem
Aktuator angeordnet. In dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel weist
das zweite Kupplungsteil 7 eine Vertiefung 11 auf,
die an die Pyramidenstumpfform des in 1 dargestellten
ersten Kupplungsteils 5 angepasst ist. Die Vertiefung 11 besitzt
drei Seitenwandungen, die zweite Flächen 8 bilden. Im
gekoppelten Zustand der Kupplung liegen die ersten Flächen 6 des
ersten Kupplungsteils an den zweiten Flächen 8 des zweiten Kupplungsteils 7 an.
Es besteht ein Formschluss, so dass in bestimmte Richtungen eine
geringe Kraft bzw. ein geringes Drehmoment übertragen werden kann.
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In
den zweiten Flächen 8 sind
Befestigungsmittel 9 in Form von Magneten vorgesehen, die
im gekoppelten Zustand eine Haftkraft auf die ersten Flächen des
ersten Kupplungsteils 5 ausüben, so dass neben dem Formschluss
ferner eine Kraftschlussverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten
Kupplungsteil erzeugt wird. Selbstverständlich muss bzw. müssen das
erste Kupplungsteil bzw. die ersten Flächen 6 des ersten
Kupplungsteils 5 ferromagnetische oder magnetische Eigenschaften
aufweisen. Auch ist es möglich,
dass jeweils die gesamten zweiten Flächen als Magnet ausgestaltet
sind oder Befestigungsmittel zusätzlich
oder alternativ an den ersten Flächen
des ersten Kupplungsteils angeordnet ist.
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Die
von dem Befestigungsmittel 9 zwischen dem ersten und dem
zweiten Kupplungsteil 5, 7 erzeugte Haftkraft
bewirkt, dass eine höhere
Kraft bzw. ein höheres
Drehmoment vom Endeffektor auf den Aktuator und umgekehrt übertragen
werden kann als durch den Formschluss der Kupplung möglich ist. Überschreitet
jedoch die von dem Aktuator auf den Endeffektor oder umgekehrt übertragene
Kraft bzw. das übertragene
Drehmoment einen bestimmten Schwellenwert, reicht die von dem Befestigungsmittel 9 erzeugte
Haftkraft zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil 5, 7 nicht
aus um diese Kraft zu übertragen,
so dass sich die ersten Flächen 6 von
den zweiten Flächen 8 lösen und
sich somit die Kupplung löst,
indem sich beispielsweise das erste Kupplungsteil aus dem zweiten
Kupplungsteil herausdreht. Selbstverständlich ist ein Lösen der
Kupplung bei einer Kraft, die von dem Aktuator auf den Endeffektor
ausgeübt
wird und eine Richtung besitzt, die aus der Zeichnungsebene der 2 herausragt nicht
möglich,
da in diesem Fall das zweite Kupplungsteil 7 senkrecht
auf das erste Kupplungsteil 5 drückt, wobei keine Scherkräfte auftauchen,
die ein Lösen
der Kupplung hervorrufen können.
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Die
Befestigungsmittel 9 können
beispielsweise als Elektromagnet ausgebildet sein, so dass die von
den Befestigungsmitteln erzeugte magnetische Haftkraft steuerbar
ist.
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Die
Vertiefung 11 des zweiten Kupplungsteils 7 weist
eine Bodenfläche
auf, die an die Deckfläche 14 des
Pyramidenstumpfes des ersten Kupplungsteils 5 angepasst
ist. In der Bodenfläche 12 ist
eine Schalteinrichtung 13 angeordnet, die mit einem Notausschaltkreis
der Maschine, an die das haptische Eingabegerät und somit der Endeffektor
verbunden ist, angeschlossen ist.
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Die
Schaltvorrichtung ist in dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ein Tastschalter, der durch den von der Deckfläche 14 des ersten
Kupplungsteils 5 ausgeübten
Druck im gekoppelten Zustand der Kupplung geschlossen ist. Beim
Lösen der Kupplung
fällt der
Druck der Deckfläche 14 auf
den Tastschalter weg, so dass dieser zum Öffnen des Schaltkreises schaltet.
Auf diese Weise kann ein Not-Aus der Maschine beim Lösen der
Kupplung erzeugt werden.
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Ferner
besteht die Möglichkeit,
dass die Schalteinrichtung zum Auslösen eines Not-Aus durch Berührungskontakte
in den ersten und zweiten Flächen
des ersten und zweiten Kupplungsteils gebildet ist, wobei im geschlossenen
Zustand der Kupplung die Berührungskontakte
zum Bilden eines geschlossenen Schalters aneinander anliegen. Beim
Lösen der
Kupplung wird der Kontakt durch die Lösung der Berührungskontakte
unterbrochen, so dass ein Schaltvorgang und somit ein Not-Aus ausgelöst werden
kann. Auch ist es möglich,
den Schalter berührungslos,
beispielsweise induktiv oder mit einem Reedkontakt, zu bilden.
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Wie
aus 1 hervorgeht, kann die Manschette 15 Befestigungslaschen 20 aufweisen, über die
die Manschette an der Hand des Operators fixiert werden kann.
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Zur
Verwendung wird die Hand des Operators in die Manschette 15 eingeführt, wobei
durch eine Öffnung 18 im
Rahmen der Daumen des Operators gesteckt werden kann. Mit Hilfe
der Befestigungslaschen wird dann die Manschette an der Hand des
Operators fixiert. Der Rahmen 17 ist dabei so an der Hand
des Operators angeordnet, dass sich das erste Kupplungsteil an der
Außenseite
der Hand des Operators befindet.
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Bei
herkömmlichen
Endeffektoren, beispielsweise Joystick-Griffen, war es bisher nicht
möglich, die
Hand des Operators an dem Endeffektor zu fixieren, da alle Kräfte und
Drehmomente von dem Aktuator auf den Endeffektor übertragen
wurden. Somit musste der Operator die Möglichkeit besitzen, den Endeffektor
loszulassen, um Verletzungen zu vermeiden. Durch das Vorsehen einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Kopplung des Endeffektors mit dem Aktuator, bei dem eine lösbare Kupplung
vorgesehen ist, kann nunmehr der Endeffektor an der Hand des Operators
fixiert werden, ohne dass eine überhöhte Verletzungsgefahr
für den
Operator besteht. Bei dem Vorliegen von überhöhten Kräften oder Drehmomenten, die
von dem Aktuator an den Endeffektor übertragen werden sollen, löst sich
die Kupplung, so dass eine Verletzung des Operators vermieden wird.
Die Übertragung
von zu hohen Kräften
oder Drehmomenten auf die Hand des Operators kann zu einer Verdrehung der
Hand oder anderen Gelenken des Operators und somit zu schwerwiegenden
Verletzungen führen.
Dies wird jedoch durch die vorliegende Erfindung vermieden.
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Der
erfindungsgemäße Endeffektor
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
haben ferner den Vorteil, dass die Bewegungsfreiheit der Hand des Operators
nur gering eingeschränkt
ist, so dass die Finger bewegbar sind und die Hand ferner eine Greifbewegung
ausführen
kann. Dies wird in erster Linie dadurch ermöglicht, dass die Verbindung
des Endeffektors mit dem Aktuator über die erfindungsgemäße Vorrichtung
an der Außenseite
der Hand des Operators angeordnet ist.
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In 3 ist
ein erfindungsgemäßes haptisches
Eingabegerät,
das eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 sowie
einen Endeffektor 3 und einen Aktuator 4 aufweist,
schematisch dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dient
zur Kopplung des Endeffektors 3 mit dem Aktuator 4 an
einer Mensch-Maschine-Schnittstelle.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist eine
Kupplung auf, die aus einem ersten Kupplungsteil 5 und
einem zweiten Kupplungsteil 7 besteht, wobei das erste
Kupplungsteil 5 an dem Endeffektor 3 und das zweite
Kupplungsteil 7 an dem Aktuator 4 angeordnet ist.
Die Details des ersten Kupplungsteils 5 und des zweiten
Kupplungsteils 7 sind in 3 nicht
dargestellt. Das erste und das zweite Kupplungsteil 5, 7 können beispielsweise
wie in dem in 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel ausgestaltet
sein.
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Der
Endeffektor 3 weist einen Handschuh 19 mit Manschette 15 auf,
mit der das erste Kupplungsteil 5 mit Hilfe eines Rahmens 17 starr
verbunden ist. Der Handschuh ist dabei so angeordnet, dass im Benutzungszustand,
bei dem die Hand eines Operators in dem Handschuh steckt, das erste
Kupplungsteil 5 an der Außenseite der Hand des Operators
angeordnet ist. Der Handschuh 19 kann als Datenhandschuh ausgebildet
sein, der im Benutzungszustand die Bewegungen der Hand und/oder
der Finger des Operators registriert.
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Aus
den registrierten Bewegungen können Steuersignale
erzeugt werden, die beispielsweise an den Aktuator 4 und/oder
die Maschine weitergeleitet werden können. Dazu besteht die Möglichkeit,
dass die Vorrichtung 1 eine in der 3 nicht
dargestellte Datenleitung aufweist, über die die Steuersignale von dem
Endeffektor 3 an den Aktuator 4 übermittelt
werden. Die Datenleitung kann beispielsweise in den ersten Flächen 6 des
ersten Kupplungsteils 5 und in den zweiten Flächen 8 des
zweiten Kupplungsteils 7 endende Berührungskontakte aufweisen, die
im geschlossenen Zustand der Kupplung der Vorrichtung 5 einander
zur Bildung einer Datenleitung kontaktieren.
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Wie
aus 3 hervorgeht, weist der Rahmen 17 eine Öffnung 18 auf,
durch die der Daumen des Handschuhs geführt ist, so dass im Benutzungszustand
der Daumen der Hand des Operators durch die Öffnung 18 durchgesteckt
ist. Der Rahmen 17 umgibt somit den Daumen des Operators,
wobei der Rahmen 17 eine ausreichende Bewegungsfreiheit des
Daumens zulässt.
Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass der Daumen Greifbewegungen oder ähnliches
ausführen
kann, um einen Gegenstand greifen oder ein Datensignal in einem
Datenhandschuh erzeugen zu können.
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Bei
dem erfindungsgemäßen haptischen Eingabegerät 10 besteht
die Möglichkeit,
dass neben den herkömmlichen
Bewegungseingaben in das Eingabegerät Steuersignale oder Befehle
an den Aktuator oder die Maschine eingegeben werden können, da
der Endeffektor 3 Finger bzw. Handbewegungen des Operators
zulässt,
die die Steuersignale bzw. -befehle erzeugen können.
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In
einem nicht dargestellten, besonderen Ausführungsbeispiel sind zwei erfindungsgemäße Endeffektoren
vorgesehen, die zusammen mit zwei Aktuatoren zwei haptische Eingabegeräte bilden.
Dabei sind die Endeffektoren so ausgestaltet, dass jeweils ein Endeffektor
an die rechte Hand und ein Endeffektor an die linke Hand des Operators
angepasst ist. Über
die beiden haptischen Eingabegeräte können somit
Bewegungen von zwei Händen
bzw. Armen des Operators an eine Maschine oder einen Computer übertragen
werden.
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Die
Kupplung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
muss nicht zwangsläufig
zwei Kupplungsteile mit drei Flächen
aufweisen, sondern es sind auch Kupplungen mit weniger oder mehr
aneinander liegenden Flächen
möglich.
Dabei muss lediglich gewährleistet
sein, dass ein Lösen
der Kupplung möglich
ist, ohne dass es zu einem Verkanten der aneinanderliegenden ersten
und zweiten Flächen
der ersten und zweiten Kupplungsteile kommen kann.
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Auch
muss das zweite Kupplungsteil 7 der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nicht direkt mit dem Aktuator 4 verbunden sein. Wie beispielsweise
aus 3 hervorgeht, kann auch eine weitere Kupplung zwischen
dem zweiten Kupplungsteil 7 und dem Aktuator 4 in
Form eines Schnellverschlusses 21 vorgesehen sein. Auf
diese Weise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als Nachrüstteil für herkömmliche
Mensch-Maschinen-Schnittstellen verwendbar.