DE102015111506A1 - Arbeitskleidungseinheit, Armband, Verbindungsstück, Handschuh, Sensormodul sowie Verfahren zur Erfassung, Dokumentation, Analyse, Kontrolle und/oder Teachen von Prozessen - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Arbeitskleidungseinheit zur Erfassung, Dokumentation, Analyse, Kontrolle und/oder Teachen von Prozessen, ein Armband, ein Verbindungsstück, einen Handschuh und ein Sensormodul. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung, Dokumentation, Analyse, Kontrolle und/oder Teachen von Prozessen.
- In modernen Arbeitsumgebungen, wie beispielsweise Produktionsanlagen, werden die eingesetzten Fachkräfte zunehmend durch Steuerungssysteme unterstützt. Die Steuerungssysteme helfen dabei, Montagefehler dadurch zu minimieren, dass sie auf Fehler hinweisen und das Auslassen von Montageschritten erkennen. Zum Beispiel muss das Bauteil, das verbaut wird, zunächst immer dem Steuersystem bekannt gemacht werden, bevor es montiert wird. Dies geschieht üblicherweise mithilfe von Sensormodulen, beispielsweise durch Barcodereader, RFID-Reader oder Ähnlichem. Dadurch kann das Steuerungssystem sicherstellen, dass das korrekte Bauteil montiert wurde.
- Diese Reader oder Leseeinheiten der Steuerungssysteme sind üblicherweise als Handgeräte ausgeführt, sodass die Fachkraft das Lesegerät zur Erfassung des Bauteils in die Hand nehmen muss. Dadurch entsteht ein neuer Arbeitsschritt (Leseeinheit in die Hand nehmen, Bauteil scannen, Leseeinheit beiseitelegen), der zwar die Prozessqualität verbessert aber wiederum Zeit in Anspruch nimmt.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, ein System und ein Verfahren zur Unterstützung der Fachkraft bereitzustellen, das den Zeitaufwand der Datenerfassung verringert.
- Die Aufgabe wird gelöst durch eine Arbeitskleidungseinheit zur Erfassung, Dokumentation, Analyse, Kontrolle und/oder Teachen von Prozessen, mit einem tragbaren Steuerungssystem, wenigstens einem mit dem Steuerungssystem, insbesondere lösbar verbundenen Funktionsmodul, das wenigstens ein Sensormodul und/oder ein Peripheriegerät aufweist, und wenigstens einem Handschuh und/oder einem Armband, der bzw. das an der Hand oder dem Arm tragbar ist und das Steuerungssystem und/oder das Funktionsmodul am Körper des Benutzers fixiert. Das Steuerungssystem ist beispielsweise im Armband integriert.
- Tragbar ist im Sinne der Erfindung als „anziehbar“ zu verstehen, also wie ein Kleidungs- oder Schmuckstück am Körper tragbar ohne es greifen zu müssen. Die Arbeitskleidungseinheit stellt somit ein sogenanntes „wearable“ dar. Dadurch, dass die Arbeitskleidungseinheit am Körper tragbar ist, hat der Benutzer des Systems, also die Fachkraft, beide Hände frei, um Tätigkeiten auszuführen. Weiterhin muss sie nicht umständlich ein Gerät, wie eine Leseeinheit, in die Hand nehmen, um die Arbeitskleidungseinheit verwenden zu können, beispielsweise um Bauteile einzuscannen. Dadurch wird der Zeitaufwand für die Verwendung eines Systems zur Unterstützung reduziert.
- Hierbei wird unter einem Prozess die Abfolge von nacheinander durchgeführten manuellen Tätigkeiten verstanden, wie sie beispielsweise bei der Montage von Produkten auftreten. Das Steuerungssystem steuert das Funktionsmodul und/oder erhält Informationen vom Funktionsmodul und ermittelt hieraus die Tätigkeit des Benutzers der Arbeitskleidungseinheit. Außerdem kann der Handschuh ein Wegwerfartikel sein, sodass die Arbeitskleidungseinheit auch für Tätigkeiten geeignet ist, die einen hohen Verschleiß des Handschuhs haben oder bei denen ein häufiger Wechsel des Handschuhs notwendig ist.
- Das Peripheriegerät kann dabei ein Auslöser, Kontaktsensor, Biegesensor und/oder eine Antenne umfassen, aber auch weitere von Computern bekannte Peripheriegeräte aufweisen.
- Vorzugsweise umfasst das Funktionsmodul ein Sensormodul, das einen Barcodescanner, einen RFID-Reader, einen RFID-Writer, einen NFC-Reader, ein Lackschichtdickenmessgerät, eine Bewegungssensorik und/oder eine Umweltsensorik aufweist. Mithilfe der Leseeinheiten, wie dem Barcodescanner, dem RFID-Reader und dem NFC-Reader, ist es möglich, die zu verbauenden Bauteile oder Gegenstände zu identifizieren. Hingegen ermöglichen die Bewegungssensorik und die Umweltsensorik eine umfangreiche Dokumentation des Arbeitsablaufes und ermöglichen es, die ausgeführte Tätigkeit des Benutzers zu bestimmen.
- Dabei kann die Bewegungssensorik beispielsweise ein Accelerometer, ein Gyrometer, ein Magnetometer und/oder einen 9D-Sensor aufweisen. Die Umweltsensorik umfasst beispielsweise einen Temperatursensor, einen Feuchtigkeitssensor, einen Lichtsensor, ein Mikrofon zur Aufnahme der Lärmbelastung, einen Strahlungsdetektor, einen Entfernungsmesser, eine Lampe, einen Luftdrucksensor und/oder einen Luftqualitätsmesser zur Messung von Schadstoffen, Gasen (CO2) oder Partikel-/Staubbelastung.
- Beispielsweise weist das Armband eine Bewegungssensorik, eine Umweltsensorik und/oder eine Vitalitätssensorik auf, wodurch eine präzise Bestimmung der Tätigkeiten des Benutzers, der Arbeitsumgebung und/oder seines Gesundheitszustandes möglich wird. Dabei umfasst die Vitalitätssensorik beispielsweise einen Pulsmesser, Sensoren zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts des Blutes, einen EMG-Sensor, einen Körpertemperatursensor und/oder Sensoren zur Bestimmung der elektrodermalen Aktivität.
- In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Armband eine Fassung für einen Stecker auf, wobei die Fassung in Bezug auf den am Handgelenk angelegten Zustand des Armbandes dorsal am Handgelenk aufliegt und insbesondere um 180° drehsymmetrisch ist. Die Fassung liegt also in etwa an der Stelle am Handgelenk auf, die das Ziffernblatt einer Uhr normalerweise einnehmen würde. Dabei kann die Fassung konisch zum Handgelenk hin zulaufen. Auf diese Weise ist es möglich, das Funktionsmodul einfach und zuverlässig mit dem Armband zu verbinden.
- Beispielsweise weist das Armband eine Ausgabeeinrichtung auf, die in Bezug auf den am Handgelenk angelegten Zustand des Armbandes größtenteils radialseitig dorsal am Handgelenk angeordnet ist. Dadurch, dass die Ausgabeeinrichtung im Gegensatz zum Ziffernblatt einer Uhr zur Arminnenseite verschoben ist, ist die Ausgabeeinrichtung auch dann ablesbar, wenn mit den Händen Tätigkeiten ausgeführt werden, z.B. die Montage von Bauteilen. wodurch zu jeder Zeit und ohne große Bewegung der Hand ein Blick auf die Ausgabeeinrichtung möglich ist. Die Ausgabeeinrichtung ist beispielsweise ein Display, LEDs, eine LED-Matrix eine Tonausgabe und/oder ein Vibrationsmotor.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind das Armband und das Funktionsmodul mittels eines Verbindungsstücks miteinander elektrisch verbindbar, wobei das Verbindungsstück einerseits mit dem Funktionsmodul fest verbunden und andererseits mit einem Stecker mit dem Armband lösbar verbunden ist oder das Verbindungsstück einerseits mit dem Armband fest verbunden und andererseits mit einem Stecker mit dem Funktionsmodul lösbar verbunden ist. Dabei bedeutet fest verbunden im Sinne der Erfindung bleibend oder mit größerem Aufwand als der Stecker lösbar verbunden. Zudem weist der Stecker Kontaktstifte und das Armband oder das Funktionsmodul Buchsen für die Kontaktstifte auf oder umgekehrt. Auf diese Weise ist es möglich, das Funktionsmodul unabhängig vom Armband und somit vom Steuerungssystem auszubilden, wodurch die Flexibilität der Arbeitskleidungseinheit vergrößert wird. Insbesondere bei einem mit dem Handschuh verbundenen Funktionsmodul ist dies von Vorteil.
- Vorzugsweise weisen das Armband oder das Funktionsmodul einerseits und der Stecker andererseits mehrere Kontakte auf, die in einem Kontaktmuster angeordnet sind, wobei die elektrische Verbindung zwischen Armband oder Funktionsmodul einerseits und Stecker andererseits mittels der Kontakte hergestellt wird und wobei das Kontaktmuster um 180° drehsymmetrisch ist. Die Drehsymmetrie ermöglicht es dabei, dass das Armband sowohl an der linken als auch an der rechten Hand getragen werden kann, ohne hierfür Änderungen an der Hardware vornehmen zu müssen.
- Zum Beispiel sind die Kontakte in einer wenigstens 3×3-Matrix angeordnet und sind ein Hochfrequenzkontakt für ein Hochfrequenzsignal sowie wenigstens vier geerdete Kontakte vorgesehen, wobei die Kontakte geerdete Kontakte sind, die direkt zu dem Hochfrequenzsignal benachbart sind, wodurch auf einfache Weise eine Möglichkeit zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen geschaffen wird.
- Beispielsweise weisen der Stecker einerseits und/oder das Armband oder das Funktionsmodul andererseits Magnete auf, die das Verbindungsstück am Armband oder am Funktionsmodul fixieren, wodurch eine sehr einfache und komfortable Art eines Schließmechanismus gewährleistet ist. Zur Unterstützung kann auch magnetisches Material am Gegenstück des Steckers, also am Armband oder am Stecker, vorgesehen sein.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verbindungsstück einen an den Stecker angrenzenden Brückenabschnitt aus einem elastischen Material auf, der wellenförmig ausgebildet ist, wodurch auf einfache Art und Weise ein flexibler Brückenabschnitt realisiert werden kann. Das Kabel, das zwischen dem Stecker einerseits und dem Funktionsmodul bzw. Armband andererseits die elektrische Verbindung herstellt, kann in den Brückenabschnitt integriert sein oder entlang des Brückenabschnitts verlaufen. Dabei ist es unerheblich, ob das Kabel die Wellenform des Brückenabschnitts nachfährt.
- Vorzugsweise ist der Brückenabschnitt derart ausgebildet, dass der Stecker entgegen seiner Steckrichtung vorgespannt ist, wodurch verhindert wird, dass sich beim Abknicken der Hand eine Schlaufe bildet, mit der sich der Benutzer an hervorstehenden Gegenständen verheddern kann. Dies verbessert die Arbeitssicherheit.
- In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist das Peripheriegerät in den Handschuh integriert und/oder der Handschuh weist eine Aufnahme für das Sensormodul und/oder Steuerungssystem auf. Dabei kann der Handschuh auch als Teilhandschuh oder Überzieher ausgebildet sein. Auf diese Weise ist es möglich, dem Benutzer Funktionen eines normalen Handlesegerätes zur Verfügung zu stellen, ohne dass der Benutzer dafür eine Leseeinheit in die Hand nehmen müsste.
- Vorzugsweise weist das Peripheriegerät eine Kontaktstelle auf, über die eine elektrische Verbindung mit dem Steuerungssystem möglich ist, wodurch eine zentrale Verbindungsstelle geschaffen wird. Die Kontaktstelle kann dabei auch als kabellose Übertragungseinheit, wie ein WLAN oder Bluetooth-Modul, ausgeführt sein.
- Beispielsweise stellt das Peripheriegerät das Funktionsmodul dar, wobei an der Kontaktstelle das Verbindungsstück befestigt oder die Fassung vorgesehen ist, sodass die vorteilhafte Verbindung mittels des Verbindungsstücks ermöglicht wird.
- In einer Ausführungsvariante weist das Peripheriegerät einen elektrischen Auslöser auf, der insbesondere außen am Zeigefinger des Handschuhs angeordnet ist, besonders bevorzugt im Bereich des ersten Fingerglieds. Der Auslöser ist zum Beispiel ein Druckknopf oder Schieberegler. Auf diese Weise wird ein einfach zu erreichender Auslöser als Eingabegerät für die Arbeitskleidungseinheit realisiert.
- Beispielsweise weist das Peripheriegerät wenigstens einen Kontaktsensor auf, der insbesondere an einer Fingerspitze des Handschuhs angeordnet ist und zum Beispiel ein Drucksensor oder ein kapazitiver Berührungssensor ist. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Arbeitskleidungseinheit erfasst, ob der Benutzer einen Gegenstand aufnimmt. Zudem können durch Berührung zweier Finger bestimmte Funktionen der Arbeitskleidungseinheit ausgelöst bzw. als Drücken eines Schalters interpretiert werden.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Peripheriegerät eine Antenne auf, die insbesondere an der Handfläche angeordnet ist. Dabei kann die Antenne eine RFID-Antenne sein. Durch die Anordnung der Antenne an der Handfläche ist eine sehr zuverlässige und eindeutige Detektion von Gegenständen möglich, die ein Benutzer ergreift.
- Beispielsweise weist das Peripheriegerät einen Biegesensor auf, der an einem Finger des Handschuhs angeordnet ist. Dabei kann der Biegesensor seitlich am Finger angeordnet sein, insbesondere entlang der neutralen Faser, wobei sich die neutrale Faser hier in Bezug auf eine Verbiegung des Fingers bezieht. Durch den Biegesensor ist es möglich, bestimmte Aktionen des Benutzers, wie das Auslösen eines elektrischen Schraubendrehers, zu detektieren.
- Beispielsweise ist der Biegesensor handrückenseitig auf einem Finger des Handschuhs angeordnet und erstreckt sich über ein Gelenk des Fingers, wobei der Biegesensor nur an seinem dem Handgelenk zugewandten Ende fest mit dem Handschuh verbunden ist, wodurch der Tragekomfort des Handschuhs verbessert wird, da keine Druckpunkte am Gelenk aufgrund eines steifen, unbeweglichen Biegesensors auftreten.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Handschuh Leiterbahnen auf, die die Kontaktstelle mit den übrigen Peripheriegeräten elektrisch verbinden, sodass die Signale aller Bauteile an der Kontaktstelle abgegriffen werden können.
- Beispielsweise sind die Leiterbahnen, die Kontaktstelle, die Antenne, der Kontaktsensor und/oder weitere Bauteile aus leitfähigem Garn, Draht oder Litzen gebildet, die in den Handschuh eingenäht, eingewebt oder umwebt sind, wodurch die Leiterbahnen auf sichere und geschützte Art und Weise in den Handschuh integriert werden können.
- Die Leiterbahnen, die Kontaktstelle, die Antenne, Kontakte des Auslösers, der Kontaktsensor, der Biegesensor und/oder weitere Bauteile können gedruckt sein, insbesondere auf eine Folie, die in den Handschuh integriert ist. Der Druck kann dabei mittels leitfähiger Tinte mit Silberpartikeln erfolgen oder im Falle des Biegesensor auch mittels resistiver Tinte. In diesem Falle ist der Handschuh auf der Handinnenseite und/oder am Handrücken zweilagig ausgeführt, wobei die Folie zwischen den beiden Lagen angeordnet ist. Eine Verbindung der Lagen erfolgt dann durch Kleben oder Nähen. Auf diese Weise lässt sich das Peripheriegerät sehr kostengünstig realisieren und in den Handschuh integrieren.
- In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist die Aufnahme eine Tasche, in die das Sensormodul und/oder Steuerungssystem einsteckbar und aus der das Sensormodul und/oder Steuerungssystem wieder herausziehbar ist, wodurch der Handschuh mit verschiedenen Sensormodulen und/oder dem Steuerungssystem verwendet werden kann. Dabei kann die Aufnahme oder die Tasche, am Handrücken des Handschuhs oder auf einem Finger des Handschuhs angeordnet sein, sodass sie den Benutzer bei seiner Arbeit möglichst wenig behindert. Das Einstecken und Entnehmen erfolgt vorzugsweise werkzeugfrei und zerstörungsfrei.
- Vorzugsweise ist die Tasche teilweise geöffnet, sodass ein Verbindungsabschnitt des Sensormoduls in die Tasche einsteckbar ist.
- Beispielsweise weist die Tasche zwei Schienen auf, die die Tasche in ihrer Querrichtung begrenzen, sodass das Sensormodul auf einfache Weise in die Tasche einführbar ist.
- Die Schienen können an einem Ende der Tasche durch einen Abschluss miteinander verbunden sein, wobei der Abschluss die Tasche in ihrer Längsrichtung begrenzt, wodurch ein unbeabsichtigtes Herausrutschen des Sensormoduls aus der Tasche verhindert wird. Dabei ist das Ende der Tasche, das den Abschluss aufweist, zum Beispiel das dem Handgelenk zugewandte Ende der Tasche.
- Vorzugsweise weist die Tasche eine Grundplatte auf, die am Handschuh befestigt ist und von der sich der Abschluss und/oder die Schienen erstrecken, insbesondere in einem spitzen Winkel aufeinander zu. Die Grundplatte kann dabei durch Aufvulkanisieren, Kleben oder Einnähen am Handschuh befestigt sein. Auf diese Weise ist eine feste und stabile Ausbildung der Tasche möglich.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung ist an der Tasche, insbesondere der Grundplatte, wenigstens ein Peripheriekontakt vorgesehen, der die Kontaktstelle bildet, sodass für die Kontaktstelle keine weiteren Komponenten am Handschuh aufgebracht werden müssen.
- Vorzugsweise ist an der Tasche, insbesondere dem Abschluss, ein Sensorkontakt vorgesehen, der mit dem Peripheriekontakt elektrisch verbunden ist, wobei der Sensorkontakt mit einem Durchlaufkontakt am Sensormodul verbindbar ist, wodurch eine lösbare elektrische Verbindung zwischen dem Peripheriegerät und dem Sensormodul möglich wird.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Sensormodul und/oder Steuerungssystem mittels der Aufnahme am Handschuh befestigbar. Dabei kann das Sensormodul oder Steuerungssystem einen Verbindungsabschnitt umfassen, der in die Tasche einführbar ist. Auf diese Weise ist eine einfach zu bedienende und zuverlässige Art der Befestigung des Sensormoduls oder des Steuerungssystems auf dem Handschuh realisiert. Dabei kann der Verbindungsabschnitt im Querschnitt trapezförmig oder schwalbenschwanzförmig ausgebildet sein.
- In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist das Sensormodul das Funktionsmodul, wodurch eine einfache, weil aus wenig Komponenten bestehende Arbeitskleidungseinheit realisiert wird.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung stellen das Sensormodul und das Peripheriegerät das Funktionsmodul dar, wobei das Sensormodul einen Durchlaufkontakt aufweist, der mittels des Verbindungsstücks mit dem Steuerungssystem elektrisch verbindbar ist. Der Durchlaufkontakt kontaktiert den Sensorkontakt der Tasche, wenn das Sensormodul in die Tasche eingeführt ist. Dabei wird eine Verbindung der Kontaktstelle und somit des Peripheriegeräts mit dem Steuerungssystem ermöglicht.
- Das Sensormodul kann eine Anzeigeeinrichtung aufweisen, beispielsweise ein Display, LEDs oder eine LED-Matrix, wodurch der Benutzer Informationen des Sensormoduls entgegennehmen kann.
- Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Armband für eine Arbeitskleidungseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei nur solche Merkmale der genannten Ansprüche zu berücksichtigen sind, welche das Armband beschreiben.
- Zudem wird die Aufgabe gelöst durch ein Verbindungsstück für eine Arbeitskleidungseinheit gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei nur solche Merkmale der genannten Ansprüche zu berücksichtigen sind, die das Verbindungsstück beschreiben.
- Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Handschuh für eine Arbeitskleidungseinheit gemäß einem der Ansprüche 11 bis 28, insbesondere mit einer fest aufgebrachten Tasche zum lösbaren Einschieben des Sensormoduls und/oder des Steuerungssystems, wobei nur solche Merkmale der genannten Ansprüche zu berücksichtigen sind, die den Handschuh beschreiben.
- Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Sensormodul für eine Arbeitskleidungseinheit gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10 oder 29 bis 32 gelöst, wobei nur solche Merkmale der genannten Ansprüche zu berücksichtigen sind, die das Sensormodul beschreiben.
- Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Erfassung, Dokumentation, Analyse, Kontrolle und/oder Teachen von Prozessen, die eine manuelle Tätigkeit umfassen, mit den folgenden Schritten gelöst:
- a) Erfassen der Informationen des Sensormoduls und/oder des Peripheriegeräts der Arbeitskleidungseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 36, und
- b) Bestimmen der Tätigkeit des Benutzers der Arbeitskleidungseinheit anhand der erfassten Informationen.
- Die Tätigkeit des Benutzers ist beispielsweise eine Bewegung, ein Bewegungsablauf, die Aufnahme eines Werkzeugs oder das Betätigen eines Werkzeugs. Dabei können mithilfe der Bewegungssensorik der Arbeitskleidungseinheit Bewegungen und Bewegungsabläufe des Benutzers bestimmt werden. Das Aufnehmen eines Werkzeugs kann durch die Detektion eines RFID-Tags, NFC-Tags oder Auslesen eines Barcodes bestimmt werden, die am oder im Werkzeug vorgesehen sind. Der Zeitpunkt des Greifens oder des Betätigens eines Werkzeugs kann durch die Biegesensoren bestimmt werden. Auch die Bewegungssensorik kann das Betätigen eines Werkzeugs erkennen.
- Dadurch, dass die Tätigkeiten des Benutzers durch die Arbeitskleidungseinheit bestimmt werden, sind beispielsweise eine Fehlerkorrektur und somit eine Unterstützung des Benutzers möglich, ohne dass dafür weitere zeitaufwendige Arbeitsschritte vonnöten sind.
- Vorzugsweise wird die Bewegungssensorik der Arbeitskleidungseinheit, insbesondere wenn sie der Positionsbestimmung dient, dadurch kalibriert, dass zumindest ein in der Arbeitsumgebung definierter, vorzugsweise ortsfester Ankerpunkt passiert und dadurch die räumliche Lage der Arbeitskleidungseinheit bestimmt wird. Dabei kann der Ankerpunkt ein RFID-Tag, NFC-Tag, die Aufnahme eines Werkzeugs aus einer Halterung, das Auslösen einer Maschine oder das Scannen eines Barcodes sein. Auf diese Weise ist eine präzise räumliche Bestimmung der Arbeitskleidungseinheit und somit des Benutzers im Raum mithilfe der Bewegungssensorik präzise möglich. Die Bewegungssensorik ermöglicht zwar, relative Bewegungen über einen kurzen Zeitraum nachzuvollziehen, jedoch weist sie einen Drift auf, sodass sich die absolute Position im Raum nach einiger Zeit nicht mehr präzise bestimmen lässt. Durch das Passieren der Ankerpunkte wird die absolute Position der Arbeitskleidungseinheit wieder bekannt und dadurch der Drift der Bewegungssensorik ausgeglichen.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Position und/oder die Bewegung des Benutzers oder seiner Hand durch Triangulation in Bezug auf mehrere Ankerpunkte bestimmt werden. Hierbei kommen vorzugsweise RFID- oder NFC-Techniken zum Einsatz. Durch die Bestimmung der Position des Benutzers im Raum lässt sich die Art der Tätigkeit und der Prozess genauer bestimmen.
- Beispielsweise kann die bestimmte Tätigkeit des Benutzers zur Steuerung einer Maschine verwendet werden, wodurch eine einfachere und schnellere Bedienung von Maschinen möglich wird.
- In einer Ausführungsvariante der Erfindung wird die Tätigkeit des Benutzers auf Plausibilität überprüft und anhand des Ergebnisses der Prüfung ein Signal an den Benutzer ausgegeben, wodurch der Benutzer auf unmittelbare Weise auf Fehler aufmerksam gemacht wird. Dies wiederum verbessert die Geschwindigkeit und Arbeitsqualität des Prozesses.
- Vorzugsweise wird die Tätigkeit mit Informationen über die durch die Plausibilitätsprüfung gewonnene Fehlerquote, die Arbeitszeit, die Informationen der Vitalitätssensorik und/oder der Informationen der Umweltsensorik in einem Speicher hinterlegt. Diese Informationen können später analysiert werden, um dadurch den durchgeführten Prozess zu optimieren. Auf diese Weise dient das Verfahren auch zur Steigerung der Produktivität.
- Selbstverständlich sind der Einsatz der Arbeitskleidungseinheit und das Verfahren nicht auf die Montage von Produkten beschränkt, sondern kann auf sämtliche Bereiche übertragen werden, in denen manuelle Tätigkeiten durchgeführt werden können. Beispielsweise ist ein Einsatz der Arbeitskleidungseinheit sowie des Verfahrens in der Logistik denkbar.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Arbeitskleidungseinheit im getragenen Zustand von oben, -
2 die Arbeitskleidungseinheit gemäß1 in einer Seitenansicht, -
3a und3b ein als Armband ausgeführtes Steuerungssystem der Arbeitskleidungseinheit gemäß1 in zwei verschiedenen perspektivischen Darstellungen im ungetragenen Zustand, -
4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Arbeitskleidungseinheit, -
5 einen Handschuh gemäß einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Arbeitskleidungseinheit im getragenen Zustand, -
6a und6b zwei verschiedene Ausführungsformen des Handschuhs der erfindungsgemäßen Arbeitskleidungseinheit, -
7 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Arbeitskleidungseinheit, -
8 eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Arbeitskleidungseinheit, -
9a Armband, Verbindungsstück und Sensormodul der Arbeitskleidungseinheit nach8 , -
9b das Kontaktmuster der Arbeitskleidungseinheit gemäß den8 und9a , -
10a bzw.10b den Handschuh der Arbeitskleidungseinheit gemäß8 in dorsaler bzw. palmarer Ansicht, -
11a die auf dem Handschuh gemäß10a befestigte Aufnahme, -
11b die Verbindung zwischen Sensormodul und Aufnahme gemäß11a , -
12 ein beispielhaftes schematisches Schaltdiagramm einer erfindungsgemäßen Arbeitskleidungseinheit, -
13a bzw.13b eine beispielhafte Auswahl der möglichen Sensoren der Umweltsensorik bzw. Vitalitätssensorik, -
14a eine beispielhafte Auswahl an verschiedenen möglichen Sensoren des Sensormoduls, -
14b eine beispielhafte Auswahl verschiedener Eingabe- und Input-Geräte der Arbeitskleidungseinheit, -
14c mögliche Bestandteile eines 9D-Sensors, -
15 eine beispielhafte Auswahl der im/am Handschuh vorgesehenen Bauteile, -
16 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Erzwingen von Prozessfolgen bzw. der Ausgabe von Feedback an den Benutzer, und -
17 eine schematische Übersicht des Verfahrens zum Teachen bzw. Einspielen von Prozessfolgen. - In
1 ist eine Arbeitskleidungseinheit10 in einem getragenen, das heißt an Hand und Arm eines Benutzers befestigten Zustand dargestellt. - Die Arbeitskleidungseinheit
10 weist ein Steuerungssystem12 sowie ein Funktionsmodul14 auf, das in der gezeigten Ausführungsform mehrere Peripheriegeräte16 umfasst. - In der gezeigten Ausführungsform weist die Arbeitskleidungseinheit
10 , ein Armband18 , in das das Steuerungssystem12 integriert ist, und einen Handschuh20 auf, in den die Peripheriegeräte16 integriert sind. - Das Steuerungssystem
12 weist einen Mikrocomputer auf, der eine Energieversorgung, einen Timer und einen Speicher umfasst. Außerdem kann das Steuerungssystem12 über ein Funksignal mit einem externen Computer und/oder dem Funktionsmodul14 verbunden werden, beispielsweise über WLAN oder Bluetooth. - Der Handschuh
20 kann als Einmal-Handschuh oder Wegwerfprodukt ausgeführt sein. - Sowohl das Armband
18 als auch der Handschuh20 dienen dazu, das Steuerungssystem12 und das Funktionsmodul14 in Form der Peripheriegeräte16 am Körper des Benutzers zu fixieren. - Die Arbeitskleidungseinheit
10 ist somit wie ein gewöhnliches Armband und ein gewöhnlicher Handschuh am Arm bzw. an der Hand tragbar. - In der in
1 und2 gezeigten ersten Ausführungsform weist das Funktionsmodul14 als Peripheriegeräte16 einen RFID-Reader22 sowie Kontaktsensoren24 auf. - Der RFID-Reader
22 ist am Handrücken, das heißt dorsal, am Handschuh20 befestigt. - Die Kontaktsensoren
24 sind jeweils an einer Fingerspitze des Handschuhs20 angeordnet und können auch auf der Oberseite eines oder mehrerer Finger befestigt sein. - Die Kontaktsensoren
24 sind beispielsweise Drucksensoren, kapazitive Berührungssensoren oder induktive oder magnetische Elemente. - Die Peripheriegeräte
16 weisen zudem eine Kontaktstelle26 auf dem Handschuh20 auf, mit der die übrigen Peripheriegeräte16 , in diesem Falle also der RFID-Reader22 oder RFID-Writer, und die Kontaktsensoren24 mittels Leiterbahnen28 verbunden sind. - Die Kontaktstelle
26 kann auch als kabellose Übertragungseinheit, wie eine WLAN- oder Bluetootheinheit, ausgeführt sein. - Mit dem Handschuh
20 ist im Bereich der Kontaktstelle26 ein Verbindungsstück30 fest verbunden. Das andere, das heißt nicht mit dem Handschuh20 verbundene Ende des Verbindungsstücks30 weist einen Stecker32 auf, mit dem das Verbindungsstück in das Armband18 eingesteckt werden kann. - In den
3a und3b ist das Armband18 im Detail ohne den Arm des Benutzers dargestellt. - Das Armband
18 weist an seiner Oberseite, das heißt derjenigen Seite, die im am Arm getragenen Zustand dorsal am Handgelenk aufliegt, eine Fassung34 auf, in die der Stecker32 eingesteckt werden kann. Anders ausgedrückt befindet sich der Stecker32 an der Stelle des Armbands18 , an der bei einer Uhr das Ziffernblatt angeordnet ist. - Durch den Stecker
32 wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Funktionsmodul14 , hier also den Peripheriegeräten16 und dem Steuerungssystem12 , mittels des Verbindungsstücks30 und der Kontaktstelle26 hergestellt. - Der Stecker
32 ist dabei vom Armband18 lösbar, das heißt ohne großen Kraftaufwand werkzeuglos und zerstörungsfrei vom Armband18 zu trennen. - Vom Handschuh
20 lässt sich das Verbindungsstück30 nicht oder nur unter einem größeren Kraft- oder Konzentrationsaufwand trennen als der Stecker32 vom Armband18 . - Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass der Stecker
32 am Handschuh20 ausgebildet ist und das Verbindungsstück30 fest mit dem Armband18 ausgeführt ist. - Das Armband
18 weist zudem eine Ausgabeeinrichtung36 auf, die in Bezug auf den am Arm getragenen Zustand radialseitig dorsal am Handgelenk angeordnet ist. In anderen Worten liegt die Ausgabeeinrichtung36 vom Stecker32 aus in Richtung des Daumens am Handgelenk und ist gegenüber dem Stecker32 abgewinkelt. - Die Ausgabeeinrichtung
36 kann ein Display, LEDs, ein LED-Array, ein Lautsprecher zur Tonausgabe und/oder ein Vibrationsmotor sein. In der gezeigten Ausführungsform ist die Ausgabeeinrichtung36 ein Display. - Auf der der Fassung
34 abgewandten Seite der Ausgabeeinrichtung36 sind am Armband zwei Bedienknöpfe38 vorgesehen, die sich direkt an die Ausgabeeinrichtung36 anschließen und die vorzugsweise unterhalb des Displays und damit am Übergang der Unterseite des Handgelenks und der innenliegenden Seitenfläche des Handgelenks liegen. Diese Position erleichtert eine schnelle Betätigung der Bedienknöpfe38 . - Als weitere Eingabegeräte sind ein Mikrofon bzw. das Mikrofon der Umweltsensorik und eine Kamera denkbar.
- Über eine Kamera oder andere Sensoren lassen sich Gesten erfassen, sodass die Arbeitskleidungseinheit auf Gestensteuerung reagieren kann.
- Weiterhin kann das Armband
18 eine Bewegungssensorik (nicht gezeigt) aufweisen, die beispielsweise ein Accelerometer, ein Gyrometer, ein Magnetometer, eine Signalerfassungseinheit verschiedener Frequenzen bzw. ein diese Komponenten umfassenden 9D-Sensor aufweist. - Auch ist im Armband
18 , wie in3b zu sehen, an der dem Arm zugewandten Seite des Armbands18 eine Vitalitätssensorik40 vorgesehen. Beispielsweise im Bereich des Steckers32 . - Die Vitalitätssensorik
40 umfasst beispielsweise einen Pulsmesser, Sensoren zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts des Blutes, EMG-Sensoren, Körpertemperatursensoren und/oder Sensoren zur Bestimmung der elektrodermalen Aktivität. - In
4 ist eine zweite Ausführungsform der Arbeitskleidungseinheit10 dargestellt. Diese und alle weiteren Ausführungsformen entsprechen im Wesentlichen der ersten Ausführungsform gemäß den1 ,2 ,3a und3b , sodass im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Gleiche sowie funktionsgleiche Teile werden mit denselben Bezugszeichen versehen. - In der zweiten Ausführungsform gemäß
4 ist das Armband18 ohne Display ausgeführt. - Der Handschuh 2 dagegen umfasst neben dem RFID-Reader
22 oder RFID-Writer und den Kontaktsensoren24 weitere Peripheriegeräte16 in Form von Biegesensoren42 . In der gezeigten Ausführungsform sind die Biegesensoren an den Fingern des Handschuhs20 handrückenseitig angeordnet und erstrecken sich über zumindest ein Gelenk des Fingers des Benutzers. - Die Biegesensoren
42 sind dabei beispielsweise in einer Führung (nicht gezeigt) am Handschuh20 angeordnet und nur an ihrem dem Handgelenk des Benutzers zugewandten Ende44 fest mit dem Handschuh20 verbunden. Auf diese Weise kann sich der Biegesensor42 innerhalb der Führung relativ zum Handschuh20 bewegen, wenn der Benutzer die einzelnen Finger krümmt. - Denkbar ist jedoch auch, dass die Biegesensoren
42 seitlich am Finger angeordnet sind, beispielsweise entlang der neutralen Faser, die sich in Bezug auf die Beugung des entsprechenden Fingers definiert. - In
5 ist eine dritte Ausführungsform der Arbeitskleidungseinheit10 vorgesehen. Dargestellt ist jedoch nur der Handschuh20 , der derart ausgeführt ist, dass sich die Peripheriegeräte16 vom Handschuh20 ablösen lassen. Die Peripheriegeräte16 können anschließend auf einen neuen Handschuh20 wieder aufgebracht werden. In dieser Ausführungsform ist der Handschuh20 somit ein kostengünstiger Einmal- oder Wegwerfartikel, der temporär mit den weiter zu verwendenden Peripheriegeräten16 ausgestattet wird. - In den
6a und6b sind weitere Ausführungsformen des Handschuhs20 dargestellt, wobei der Handschuh wie in6b auch lediglich als Teilhandschuh oder Überzieher ausgeführt sein kann. Dies ist besonders hilfreich, wenn der Benutzer feinmotorische Aufgaben ausführen möchte, die Fingerspitzengefühl erfordern. - In
7 ist eine vierte Ausführungsform der Arbeitskleidungseinheit10 dargestellt. - In dieser vierten Ausführungsform weist die Arbeitskleidungseinheit
10 ein Sensormodul46 auf, das gleichzeitig das Funktionsmodul14 darstellt. Das Sensormodul46 ist wieder mit einem Verbindungsstück30 mit dem Armband18 verbunden, wobei in der gezeigten Ausführungsform die Verbindung zwischen Armband18 und Sensormodul46 nicht lösbar ist. Dies kann jedoch ohne Probleme auch lösbar ausgestaltet sein, z. B. wie dies zuvor und nachfolgend gezeigt ist. - Weiterhin weist das Armband
18 in dieser vierten Ausführungsform keine Ausgabeeinrichtung auf. - Das Sensormodul
46 ist in dieser vierten Ausführungsform ein Barcodescanner, der am Zeigefinger des Handschuhs20 angeordnet ist. Eine Befestigung am Handrücken ist jedoch ebenso denkbar. - Denkbar ist jedoch auch, dass das Sensormodul
46 einen RFID-Reader, RFID-Writer, einen NFC-Reader, eine Bewegungssensorik, eine Umweltsensorik und/oder ein Lackschichtdickenmessgerät aufweist. - Die Umweltsensorik dient der Erfassung der Arbeitsumgebung und umfasst dabei beispielsweise einen Temperatursensor, einen Feuchtigkeitssensor, einen Lichtsensor, ein Mikrofon, einen Strahlungsdetektor, ein Lackschichtdickenmessgerät, einen Entfernungsmesser, eine Lampe, einen Luftdrucksensor und/oder einen Luftqualitätsmesser zur Messung von Schadstoffen, Gasen (CO2) oder Partikeln bzw. der Staubbelastung. Dabei kann das Mikrofon auch zur Eingabe von Sprachbefehlen verwendet werden.
- Der Barcodescanner umfasst zudem einen elektrischen Auslöser
48 , der außen am Zeigefinger im Bereich des ersten Fingerglieds50 angeordnet ist. Selbstverständlich kann der elektrische Auslöser48 auch als ein vom Biegesensor42 separates Peripheriegerät16 ausgeführt sein, zum Beispiel als Druckknopf oder Schieberegler. - In
8 ist eine fünfte Ausführungsform der Arbeitskleidungseinheit10 dargestellt. In dieser Ausführungsform umfasst die Arbeitskleidungseinheit10 ein Steuerungssystem12 , ein Sensormodul46 sowie weitere Peripheriegeräte16 . Dabei stellen das Sensormodul46 und die Peripheriegeräte16 zusammen das Funktionsmodul14 dar. - In dieser fünften Ausführungsform ist das Verbindungsstück
30 fest mit dem Sensormodul46 verbunden. An den Stecker32 angrenzend weist das Verbindungsstück30 zwischen Stecker32 und dem Sensormodul46 einen Brückenabschnitt52 auf. - Der Brückenabschnitt
52 besteht aus einem elastischen Material, z. B. spritzgegossen, und ist wellenförmig ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform ist das Kabel, welches den elektrischen Kontakt zwischen Stecker32 und Sensormodul46 , also dem Funktionsmodul14 , bildet, in den Brückenabschnitt52 integriert, z. B. eingegossen. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass das Kabel außerhalb des Brückenabschnitts52 entlang desselben verläuft, unabhängig davon, ob das Kabel der Wellenform des Brückenabschnitts52 nachläuft oder nicht. - Der Stecker
32 wird mit dem Armband18 mittels Kontakten elektrisch verbunden, die in einem Kontaktmuster54 angeordnet sind. Ein beispielhaftes Kontaktmuster ist in9b gezeigt. - Die Kontakte sind dabei in der Fassung
34 des Armbandes18 angeordnet, die in dieser Ausführungsform konisch zum Handgelenk hin zuläuft. Das heißt, dass die Kontakte vertieft zum Handgelenk hin angeordnet sind. - Die Fassung
34 ist als Vertiefung im Armband18 ausgebildet, die sich parallel zur Längsachse des Armes des Benutzers erstreckt und die zu beiden Seiten des Armbands18 hin geöffnet ist. - Die Fassung
34 ist dabei um 180° drehsymmetrisch ausgebildet, sodass der Stecker32 und somit das Verbindungsstück30 auf beiden Seiten des Armbands18 angeordnet und mit dem Armband18 verbunden werden kann. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Armband18 sowohl am linken als auch am rechten Handgelenk tragbar ist, wobei das Funktionsmodul14 in beiden Fällen auf der handseitigen Seite des Armbandes18 angeordnet werden kann. - Als Fassung kann natürlich auch ein armbandseitiger Fortsatz dienen, wobei der Stecker
32 eine komplementäre Ausnehmung besitzt, um auf den Fortsatz aufgesetzt zu werden. - Die Kontakte sind durch Kontaktstifte (nicht gezeigt) am Stecker
32 und Buchsen für die Kontaktstifte (nicht gezeigt) am Armband18 realisiert. Selbstverständlich ist auch eine Umkehrung von Kontaktstifte und Buchsen möglich. - Auch das Kontaktmuster
54 ist um 180° drehsymmetrisch und die Kontakte sind gemäß des Kontaktmusters54 derart in der Fassung34 angeordnet, dass auch hier der Stecker32 in von beiden Seiten eingesteckt werden kann. - Das Kontaktmuster
54 ist wenigstens eine 3×3-, hier eine 3×7-Matrix. Dabei kann der mittlere Kontakt als Hochfrequenzkontakt56 für ein Hochfrequenzsignal ausgebildet sein, wobei die Kontakte58 , die direkt benachbart zum Hochfrequenzkontakt56 liegen, geerdet sind und so eine Abschirmung des Hochfrequenzkontakts56 ermöglichen. - Zur einfacheren Verbindung weisen der Stecker
32 und/oder das Armband18 Magnete (nicht gezeigt) auf, die dazu dienen, das Verbindungsstück30 am Armband18 zu fixieren. Sind nur an einem der beiden Teile, das heißt Stecker32 oder Armband18 , Magnete vorgesehen, so weist das entsprechende Gegenstück magnetisches Metall auf, um die Fixierung mittels Magneten zu ermöglichen. - Weiterhin kann der Brückenabschnitt
52 vorgespannt sein, sodass der Stecker32 entgegen seiner Einsteckrichtung vorgespannt ist. Der Stecker32 steht somit in der uneingesteckten Position (nicht dargestellt) in Richtung des Pfeiles der9a gegenüber dem Sensormodul vor. - In den
10a und10b ist der Handschuh20 der fünften Ausführungsform der Arbeitskleidungseinheit10 in Ansicht auf die Handrückseite, das heißt in dorsaler Ansicht (10a ), und in palmarer Ansicht, das heißt in einer Ansicht auf die Handfläche (10b ), dargestellt. Der Handschuh20 weist eine Aufnahme60 für das Sensormodul46 auf. - Die Aufnahme
60 ist als Tasche ausgebildet, in die das Sensormodul46 (und ggf. das Steuerungssystem12 ) einsteckbar und aus der das Sensormodul46 (und ggf. das Steuerungssystem12 ) wieder herausziehbar ist (vgl.11b ). - Die Aufnahme
60 befindet sich auf dem Handrücken des Handschuhs20 . - Die Peripheriegeräte
16 sind in dieser Ausführungsform ein Biegesensor42 , ein elektrischer Auslöser48 und eine Antenne62 , die beispielsweise eine RFID-Antenne ist. Der Biegesensor42 ist, wie zu den vorherigen Ausführungsformen beschrieben, handrückenseitig auf einem Finger angeordnet, der elektrische Auslöser48 am ersten Fingerglied50 des Zeigefingers des Handschuhs20 . - Die Antenne
62 ist an der Handfläche64 des Handschuhs20 vorgesehen. Sie kann aus einer einfachen Leiterschleife aus einem leitfähigen Material bestehen. - Die Leiterbahnen
28 , die Kontaktstelle26 und die Antenne62 können aus leitfähigem Garn, Draht oder Litzen gebildet sein, die in den Handschuh20 eingenäht oder umwebt sind. Dies kann auch für andere Peripheriegeräte16 gelten, die in dieser Ausführungsform nicht vorhanden sind. - Auch ist es denkbar, dass die Leiterbahnen
28 , die Kontaktstelle26 , die Antenne62 , Kontakte des elektrischen Auslösers48 und/oder der Biegesensor42 auf eine Folie (nicht gezeigt) gedruckt sind. Dies kann auch für Peripheriegeräte16 gelten, die in dieser fünften Ausführungsform nicht vorgesehen sind. - Diese Peripheriegeräte
16 können mittels einer leitfähigen Tinte auf eine Folie gedruckt werden. Die Tinte kann beispielsweise mit Silberpartikeln versehen worden sein oder im Falle des Biegesensors eine resistive Tinte sein. - Werden die Peripheriegeräte
16 auf die Folie gedruckt, ist der Handschuh20 auf seiner Handinnenseite und/oder am Handrücken zweilagig ausgeführt, wobei dann die Folie zwischen den beiden Lagen vorgesehen ist. Die Verbindung der beiden Lagen miteinander erfolgt dann durch Verkleben oder Vernähen. Auf diese Weise können sehr kostengünstig die Peripheriegeräte16 in den Handschuh20 integriert werden. - In der
11a ist die Aufnahme60 , also die Tasche, allein dargestellt. Die Tasche ist am Handschuh20 durch Aufvulkanisieren, Kleben oder Einnähen befestigt. - Die Tasche weist eine Grundplatte
66 auf, von der sich zwei Schienen68 erstrecken. - Die Schienen
68 können dabei in Bezug zur Grundplatte66 angewinkelt sein und in einem spitzen Winkel aufeinander zulaufen. - Die beiden Schienen
68 begrenzen die Tasche in ihrer Querrichtung, in der gezeigten Ausführungsform nach10a also quer zur Längsachse des Arms des Benutzers. Die Schienen68 werden durch einen Abschluss70 miteinander verbunden. - Der Abschluss
70 begrenzt die Tasche in ihrer Längsrichtung, in der gezeigten Ausführungsform nach10a also parallel zur Längsachse des Arms des Benutzers. - Dabei ist der Abschluss
70 auf der dem Handgelenk zugewandten Seite der Tasche vorgesehen. - Auf diese Weise ergibt sich eine Tasche, in die das Sensormodul
46 aus einer Richtung einsteckbar ist, nämlich von der zu den Fingerspitzen gerichteten Seite der Tasche. Dies ist in11b gezeigt, wobei das Sensormodul46 ohne das damit verbundene Verbindungsstück30 dargestellt ist. - Hierzu weist das Sensormodul
46 einen Verbindungsabschnitt72 auf, der im Querschnitt trapezförmig oder schwalbenschwanzförmig ausgebildet sein kann. - Die Winkel der Trapez- bzw. Schwalbenschwanzform sind dabei derart gewählt, dass sie dem Winkel der Schienen
68 entsprechen. So lässt sich der Verbindungsabschnitt72 des Sensormoduls46 in die Tasche einstecken, wodurch das Sensormodul am Handschuh20 befestigbar ist, wie in11b dargestellt. - Neben der mechanischen Befestigung des Sensormoduls
46 dient die Aufnahme60 , hier also die Tasche, auch zur elektrischen Kontaktierung zwischen den Peripheriegeräten16 und dem Steuerungssystem12 . - Hierzu weist die Grundplatte
66 Peripheriekontakte74 auf, die mittels der Leiterbahnen28 mit den Peripheriegeräten16 verbunden sind. Die Grundplatte66 bildet somit die Kontaktstelle26 der Peripheriegeräte16 . - An der Tasche, beispielsweise am Abschluss
70 , sind zudem Sensorkontakte76 vorgesehen, die mit den Peripheriekontakten74 jeweils einzeln verbunden sind. - Diese Sensorkontakte
76 stehen, sofern das Sensormodul46 in der Tasche eingesteckt ist, mit Durchlaufkontakten78 des Sensormoduls46 in Verbindung. Diese Durchlaufkontakte78 sind wiederum mit dem Verbindungsstück30 elektrisch verbunden. Auf diese Weise erfolgt somit eine elektrische Verbindung zwischen dem Steuerungssystem12 und den Peripheriegeräten16 mittels der Peripheriekontakte74 , den Sensorkontakten76 , den Durchlaufkontakten78 und schließlich dem Verbindungsstück30 . - Auch das Sensormodul
46 kann eine Anzeigeeinrichtung aufweisen, beispielsweise ein Display, LEDs oder eine LED-Matrix. - Ferner ist es denkbar, dass das Steuerungssystem
12 ebenfalls auf dem Handschuh20 befestigbar ist. Zum Beispiel bilden in diesem Falle das Steuerungssystem12 und das Sensormodul46 eine bauliche Einheit, die wie zur fünften Ausführungsform beschrieben mit dem Handschuh20 verbunden werden kann. - Selbstverständlich sind beliebige Kombinationen der verschiedenen Sensoriken, Anordnungen und Verbindungsmöglichkeiten der verschiedenen Ausführungsformen denkbar. Die dargestellten Ausführungsformen stellen somit nur beispielhafte Kombinationen aus Sensoren, Verbindungsmöglichkeiten und Befestigungsmöglichkeiten dar.
- Es ist ebenso denkbar, dass das Verbindungsstück
30 fest mit dem Armband18 verbunden ist und mittels des Steckers32 mit dem Funktionsmodul14 verbunden wird. Hierzu weist das Funktionsmodul14 eine entsprechende Fassung34 auf. - Die
12 bis15 zeigen die verschiedenartigen Sensoren und ihre Verwendung in einer Arbeitskleidungseinheit10 . - Während der Verwendung der Arbeitskleidungeinheit
10 steuert das Steuerungssystem12 das Funktionsmodul14 und erhält Signale vom Funktionsmodul14 und ermittelt hieraus die Tätigkeit des Benutzers der Arbeitskleidungseinheit10 . - Hierzu erfasst zunächst das Steuerungssystem
12 die Informationen des Sensormoduls46 und/oder der Peripheriegeräte16 . Mithilfe dieser Informationen kann nun das Steuerungssystem12 die Tätigkeit des Benutzers ermitteln. Diese Informationen über die Tätigkeit kann dann zur Erfassung, zur Dokumentation, zur Analyse, zur Kontrolle und/oder zum Teachen von Prozessen, die eine manuelle Tätigkeit umfassen, verwendet werden. - Denkbar ist eine Anwendung, bei der der Benutzer in einer Montagelinie ein Bauteil eines Produktes zu montieren hat.
- Mithilfe der Bewegungssensorik der Arbeitskleidungseinheit
10 können dabei die Bewegungen und Bewegungsabläufe des Benutzers bestimmt werden. Dies reicht aus, um beispielsweise das Anschrauben einer Schraube durch die Drehung der Hand des Benutzers eindeutig zu identifizieren. Auch ist das Einsetzen von Befestigungsclips, bei denen eine ruckartige Bewegung auftritt, durch die Bewegungssensorik eindeutig zu identifizieren. Auch kann die Betätigung eines Werkzeugs mithilfe der Biegesensoren erkannt werden, beispielsweise die Betätigung des Abzugs eines elektrischen Schraubendrehers. - Eine Verfolgung, sogenanntes Tracking, der Bewegung des Benutzers bzw. der Hand des Benutzers im Raum ist alleine anhand der Bewegungssensorik nicht möglich, da die Bewegungssensorik driftet.
- Jedoch kann die Bewegungssensorik dadurch regelmäßig kalibriert werden, dass Ankerpunkte passiert werden. An den Ankerpunkten ist die räumliche Position des Benutzers bzw. der Hand des Benutzers bekannt. Beispielsweise werden Ankerpunkte durch RFID-Tags, NFC-Tags gebildet, die in der Arbeitsumgebung des Benutzers ortsfest befestigt sind. Wenn nun der Benutzer mit der Arbeitskleidungseinheit
10 einen solchen RFID- oder NFC-Tag passiert, kann das Steuerungssystem12 daraus auf die genaue, absolute Position des Benutzers schließen und dadurch die Bewegungssensorik wieder kalibrieren. Mögliche Ankerpunkte sind beispielsweise auch die Aufnahme eines Werkzeugs aus einer Werkzeughalterung, das Auslösen einer Maschine mittels eines Knopfes oder das Scannen eines Barcodes. - Die Identifikation von Werkzeugen, die der Benutzer aufnimmt, kann dabei ebenfalls mittels RFID- oder NFC-Tags geschehen, die im oder am Werkzeug vorgesehen sind. Ein Werkzeug kann auch durch Scannen eines Barcodes identifiziert werden.
- Eine weitere Möglichkeit zur Positionsbestimmung des Benutzers bzw. der Hand des Benutzers bietet Triangulation, das heißt die Entfernungsbestimmung der Hand von verschiedenen Ankerpunkten. Aus den Abständen zu den Ankerpunkten kann dann auf die absolute Position der Hand im Raum geschlossen werden.
- Durch die Erfassung der Tätigkeiten des Prozesses ist es möglich, Prozesse zu dokumentieren und zu analysieren. Auch ist es möglich, die Arbeit des Benutzers direkt zu kontrollieren und ihm ein direktes Feedback über den Erfolg seiner Tätigkeiten zu geben („Erzwingen von Prozessen“).
- Ein solches Verfahren ist schematisch in
16 dargestellt. Hierzu wird zunächst der Beginn eines Prozessschrittes erfasst. Der Beginn wird beispielsweise vom Benutzer selbst, z.B. durch das Betätigen des elektrischen Auslösers48 signalisiert oder die Arbeitskleidungseinheit10 erfasst den Beginn automatisch, beispielsweise beim Passieren eines bestimmten Ankerpunktes. - Nach dem Prozessbeginn werden die ermittelten Informationen des Funktionsmoduls
14 ausgewertet und anhand der Informationen auf die durchgeführten Tätigkeiten des Benutzers geschlossen. - Anschließend erfolgt eine Plausibilitätsprüfung, in der überprüft wird, ob die vom Benutzer ausgeführten Tätigkeiten den im Prozess vorgegebenen Tätigkeiten entsprechen. Das heißt, ob der Benutzer den Prozess wie gewünscht ausgeführt hat. Ist dies nicht der Fall, so wird ein negatives Feedback mithilfe der Ausgabeeinrichtung
36 an den Benutzer übermittelt. - Andernfalls erhält der Benutzer ein positives Feedback.
- Mithilfe der Plausibilitätsprüfung ist es möglich, Fehlerquoten zu ermitteln, die anschließend mit Informationen über die Arbeitszeit, welche vom Steuerungssystem
12 erfasst wird, Informationen der Vitalitätssensorik40 und/oder mit Informationen der Umweltsensorik in einem Speicher hinterlegt werden. Dabei kann sich der Speicher entweder auf dem Steuerungssystem12 selbst oder in einem externen Computer befinden. Diese Daten können zur Dokumentation dienen. Eine Analyse dieser Daten kann herangezogen werden, um den ausgeführten Prozess zu optimieren und um die Arbeitsbedingungen dahin gehend zu verbessern, dass Fehlerquoten gesenkt werden. - Ebenfalls kann die Arbeitskleidungseinheit
10 zur Steuerung von Maschinen verwendet werden. Hierzu werden die Tätigkeiten, die vom Steuerungssystem12 erkannt wurden, in Befehle für die Maschine umgesetzt. - In
17 ist beispielhaft dargestellt, wie Musterprozesse in der Arbeitskleidungseinheit10 hinterlegt werden können („Teachen“). Zunächst wird ein Prozessschrittbeginn definiert, beispielsweise durch Auslösen des elektrischen Auslösers48 . Daraufhin werden die Sensordaten des Funktionsmoduls14 von dem Steuerungssystem12 erfasst und im Speicher abgelegt. Damit wird der Prozessschritt in der Arbeitskleidungseinheit10 hinterlegt. Anschließend kann ein weiterer Prozessschritt aufgenommen werden.
Claims (40)
- Arbeitskleidungseinheit (
10 ) zur Erfassung, Dokumentation, Analyse, Kontrolle und/oder Teachen von Prozessen, mit einem tragbaren Steuerungssystem (12 ), wenigstens einem mit dem Steuerungssystem (12 ), insbesondere lösbar verbundenen Funktionsmodul (14 ), das wenigstens ein Sensormodul (46 ) und/oder ein Peripheriegerät (16 ) aufweist, und wenigstens einem Handschuh (20 ) und/oder einem Armband (18 ), der bzw. das an der Hand oder dem Arm tragbar ist und das Steuerungssystem (12 ) und/oder das Funktionsmodul (14 ) am Körper des Benutzers fixiert. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsmodul (
14 ) ein Sensormodul (46 ) umfasst, das einen Barcodescanner, einen RFID-Reader, einen RFID-Writer, ein Lackschichtdickenmessgerät, einen NFC-Reader, eine Bewegungssensorik und/oder eine Umweltsensorik aufweist. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Armband (
18 ) einen Bewegungssensor, eine Umweltsensorik und/oder eine Vitalitätssensorik (40 ) aufweist. - Arbeitskleidungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Armband (
18 ) eine Fassung (34 ) für einen Stecker (32 ) aufweist, wobei die Fassung (34 ) in Bezug auf den am Handgelenk angelegten Zustand dorsal am Handgelenk des Benutzers aufliegt und insbesondere um 180° drehsymmetrisch ist. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Armband (
18 ) eine Ausgabeeinrichtung (36 ) aufweist, die in Bezug auf den am Handgelenk angelegten Zustand größtenteils radialseitig dorsal am Handgelenk des Benutzers angeordnet ist. - Arbeitskleidungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Armband (
18 ) und das Funktionsmodul (14 ) mittels eines Verbindungsstückes (30 ) miteinander elektrisch verbindbar sind, wobei das Verbindungsstück (30 ) einerseits mit dem Funktionsmodul (14 ) fest verbunden und andererseits mit einem Stecker (32 ) mit dem Armband (18 ) lösbar verbunden ist oder das Verbindungsstück (30 ) einerseits mit dem Armband (18 ) fest verbunden und andererseits mit einem Stecker (32 ) mit dem Funktionsmodul (14 ) lösbar verbunden ist. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Armband (
18 ) oder das Funktionsmodul (14 ) einerseits und der Stecker (32 ) andererseits mehrere Kontakte aufweisen, die in einem Kontaktmuster (54 ) angeordnet sind, wobei die elektrische Verbindung zwischen Armband (18 ) oder Funktionsmodul (14 ) einerseits und Stecker (32 ) andererseits mittels der Kontakte hergestellt wird und wobei das Kontaktmuster (54 ) um 180° drehsymmetrisch ist. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (
32 ) einerseits und/oder das Armband (18 ) oder das Funktionsmodul (14 ) andererseits Magnete aufweisen, die das Verbindungsstück (30 ) am Armband (18 ) oder am Funktionsmodul (14 ) fixieren. - Arbeitskleidungseinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (
30 ) einen an den Stecker (32 ) angrenzenden Brückenabschnitt (52 ) aus einem elastischen Material aufweist, der wellenförmig ausgebildet ist. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brückenabschnitt (
52 ) derart ausgebildet ist, dass der Stecker (32 ) entgegen seiner Steckrichtung vorgespannt ist. - Arbeitskleidungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Peripheriegerät (
16 ) in den Handschuh (20 ) integriert ist und/oder der Handschuh (20 ) eine Aufnahme (60 ) für das Sensormodul (46 ) und/oder das Steuerungssystem (12 ) aufweist. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Peripheriegerät (
16 ) eine Kontaktstelle (26 ) aufweist, über die eine elektrische Verbindung mit dem Steuerungssystem (12 ) möglich ist. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Peripheriegerät (
16 ) das Funktionsmodul (14 ) darstellt, wobei an der Kontaktstelle (26 ) das Verbindungsstück (30 ) befestigt oder eine am Armband (18 ) vorgesehene Fassung (34 ) für einen elektrischen Stecker vorgesehen ist. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Peripheriegerät (
16 ) einen elektrischen Auslöser (48 ) aufweist, der insbesondere außen am Zeigefinger des Handschuhs angeordnet ist, besonders bevorzugt im Bereich des ersten Fingerglieds (50 ). - Arbeitskleidungseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Peripheriegerät (
16 ) wenigstens einen Kontaktsensor (24 ) aufweist, der insbesondere an einer Fingerspitze des Handschuhs (20 ) angeordnet ist. - Arbeitskleidungseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Peripheriegerät (
16 ) eine Antenne (62 ) aufweist, die insbesondere an der Handfläche (64 ) angeordnet ist. - Arbeitskleidungseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Peripheriegerät (
16 ) einen Biegesensor (42 ) aufweist, der an einem Finger des Handschuhs (20 ) angeordnet ist. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegesensor (
42 ) handrückenseitig auf einem Finger des Handschuhs (20 ) angeordnet ist und sich über ein Gelenk eines Fingers erstreckt, wobei der Biegesensor (42 ) nur an seinem dem Handgelenk zugewandten Ende fest mit dem Handschuh (20 ) verbunden ist. - Arbeitskleidungseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Handschuh (
20 ) Leiterbahnen (28 ) aufweist, die die Kontaktstelle (26 ) mit den übrigen Peripheriegeräten (16 ) elektrisch verbindet. - Arbeitskleidungseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (
28 ), die Kontaktstelle (26 ), die Antenne (62 ), der Kontaktsensor (24 ) und/oder weitere Bauteile aus leitfähigem Garn, Draht oder Litzen gebildet sind, die in den Handschuh (20 ) eingenäht oder umwebt sind. - Arbeitskleidungseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (
28 ), die Kontaktstelle (26 ), die Antenne (62 ), Kontakte des elektrischen Auslösers (48 ), der Kontaktsensor (24 ), der Biegesensor (42 ) und/oder weitere Bauteile gedruckt sind, insbesondere auf eine Folie, die in den Handschuh (20 ) integriert ist. - Arbeitskleidungseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (
60 ) eine Tasche ist, in die das Sensormodul (46 ) und/oder das Steuerungssystem (12 ) einsteckbar und aus der das Sensormodul (46 ) und/oder das Steuerungssystem (12 ) wieder herausziehbar sind. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche teilweise geöffnet ist, sodass ein Verbindungsabschnitt (
72 ) des Sensormoduls (46 ) in die Tasche einsteckbar ist. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche zwei Schienen (
68 ) aufweist, die die Tasche in ihrer Querrichtung begrenzen. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schienen (
68 ) an einem Ende der Tasche durch einen Abschluss (70 ) miteinander verbunden sind, wobei der Abschluss (70 ) die Tasche in ihrer Längsrichtung begrenzt. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche eine Grundplatte (
66 ) aufweist, die am Handschuh (20 ) befestigt ist und von der sich der Abschluss (70 ) und/oder die Schienen (68 ) erstrecken, insbesondere in einem spitzen Winkel aufeinander zu. - Arbeitskleidungseinheit nach einem der Ansprüche 22 bis 26, sofern auf Anspruch 12 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Tasche, insbesondere der Grundplatte (
66 ), wenigstens ein Peripheriekontakt (74 ) vorgesehen ist, der die Kontaktstelle (26 ) bildet. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass an der Tasche, insbesondere dem Abschluss (
70 ), ein Sensorkontakt (76 ) vorgesehen ist, der mit dem Peripheriekontakt (74 ) elektrisch verbunden ist, wobei der Sensorkontakt (76 ) mit einem Durchlaufkontakt (78 ) am Sensormodul (46 ) verbindbar ist. - Arbeitskleidungseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (
46 ) und/oder Steuerungssystem (12 ) mittels der Aufnahme (60 ) am Handschuh (20 ) befestigbar ist. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (
46 ) das Funktionsmodul (14 ) darstellt. - Arbeitskleidungseinheit nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (
46 ) und das Peripheriegerät (16 ) das Funktionsmodul (14 ) darstellen, wobei das Sensormodul (46 ) einen Durchlaufkontakt (78 ) aufweist, der mittels des Verbindungsstücks (30 ) mit dem Steuerungssystem (12 ) elektrisch verbindbar ist, wobei der Durchlaufkontakt (78 ) den Sensorkontakt (76 ) der Tasche kontaktiert, wenn das Sensormodul (46 ) in die Tasche eingeführt ist. - Arbeitskleidungseinheit nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (
46 ) eine Ausgabeeinrichtung (36 ) aufweist, beispielsweise ein Display, LEDs oder eine LED-Matrix. - Armband für eine Arbeitskleidungseinheit (
10 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8. - Verbindungsstück für eine Arbeitskleidungseinheit (
10 ) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10. - Handschuh für eine Arbeitskleidungseinheit (
10 ) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 28, insbesondere mit einer fest aufgebrachten Tasche zum lösbaren Einschieben des Sensormoduls (46 ) und/oder des Steuerungssystems (12 ). - Sensormodul für eine Arbeitskleidungseinheit (
10 ) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10 oder einem der Ansprüche 29 bis 32. - Verfahren zur Erfassung, Dokumentation, Analyse, Kontrolle und/oder Teachen von Prozessen, die eine manuelle Tätigkeit umfassen, mit den folgenden Schritten: a) Erfassen der Informationen des Sensormoduls (
46 ) und/oder des Peripheriegeräts (16 ) der Arbeitskleidungseinheit (10 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 36, und b) Bestimmen der Tätigkeit des Benutzers der Arbeitskleidungseinheit (10 ) anhand der erfassten Informationen. - Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungssensorik der Arbeitskleidungseinheit (
10 ) dadurch kalibriert wird, dass zumindest ein in der Arbeitsumgebung definierter ortsfester Ankerpunkt passiert wird und dadurch die räumliche Lage der Arbeitskleidungseinheit (10 ) bestimmt wird. - Verfahren nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und/oder die Bewegung des Benutzers oder seiner Hand durch Triangulation in Bezug auf mehrere Ankerpunkte bestimmt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 37 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Tätigkeit des Benutzers zur Steuerung einer Maschine verwendet wird, und/oder auf Plausibilität überprüft wird und anhand des Ergebnisses der Prüfung ein Signal an den Benutzer ausgegeben wird, und/oder mit Informationen über die durch die Plausibilitätsprüfung gewonnene Fehlerquote, die Arbeitszeit, die Informationen der Vitalitätssensorik (
40 ) und/oder der Informationen der Umweltsensorik in einem Speicher des Steuerungssystems (12 ) hinterlegt werden.
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