DE102016224693B4 - Apparatus and method for coupling a portable handheld with a manipulator - Google Patents
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Abstract
System zum Koppeln eines tragbaren Handbediengeräts (10) mit einem Manipulator (1), zum Fernsteuern eines Manipulators (1), wobei das tragbare Handbediengerät (10) eine optische Strahlenquelle (11) zur Erzeugung eines gebündelten Lichtstrahls (12) aufweist und wobei der gebündelte Lichtstrahl (12) zum Koppeln des tragbaren Handbediengeräts (10) mit einem Manipulator (1) eingerichtet ist, und
einem Sensor (20), der mit einem Manipulator (1) verbunden ist, wobei der Sensor (20) eine optische Sensoreinheit zum Detektieren des gebündelten Lichtstrahls (12) aufweist, wobei
die optischen Sensoreinheit (21) weiterhin eine Eingangslinse (22) mit einen Strahleingangswinkel von mindestens 90 Grad aufweist.
A system for coupling a portable handheld terminal (10) to a manipulator (1) for remotely controlling a manipulator (1), the portable handheld terminal (10) having an optical radiation source (11) for generating a collimated light beam (12) and wherein the collimated one Light beam (12) for coupling the portable handheld terminal (10) is arranged with a manipulator (1), and
a sensor (20) which is connected to a manipulator (1), wherein the sensor (20) comprises an optical sensor unit for detecting the collimated light beam (12), wherein
the optical sensor unit (21) further comprises an input lens (22) having a beam entrance angle of at least 90 degrees.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Koppeln eines tragbaren Handbediengeräts mit einem Manipulator.The present invention relates to devices and methods for coupling a portable handheld device to a manipulator.
Stand der TechnikState of the art
Ein Manipulator, insbesondere ein Manipulator für industrielle Anwendungen, ist ein frei programmierbares, programmgesteuertes Handhabungsgerät. Das Handhabungsgerät und seine Steuerung bilden zusammen eine Einheit, die im Folgenden als Manipulator bezeichnet wird. Manipulatoren werden bei sehr vielen Herstellungsprozessen, z.B. im Fahrzeug- und Maschinenbau, verwendet. Dabei sind oft mehrere stationäre oder mobile Manipulatoren in einem bestimmten Arbeitsbereich, einer sogenannten Zelle, angeordnet. Die Programmsteuerung der Manipulatoren erfolgt über in die Manipulatorsteuerung eingespielte Programme. Daneben kann zum Trainieren eines oder mehrerer Manipulatoren auch eine Fernsteuerung verwendet werden.A manipulator, in particular a manipulator for industrial applications, is a freely programmable, program-controlled handling device. The handling device and its control together form a unit, which is referred to below as a manipulator. Manipulators are used in many manufacturing processes, e.g. used in vehicle and mechanical engineering. In this case, several stationary or mobile manipulators are often arranged in a certain work area, a so-called cell. The program control of the manipulators is done via recorded in the manipulator control programs. In addition, a remote control can be used to train one or more manipulators.
Für eine manuelle Steuerung eines Manipulators durch einen Benutzer kann jedem Manipulator ein eigenes tragbares Handbediengerät, wie z.B. ein SmartPad, zugeordnet sein, oder es gibt ein tragbares Handbediengerät für eine Mehrzahl von Manipulatoren. Im letzteren Fall muss der Manipulator, der von dem tragbaren Handbediengerät angesprochen werden soll, vor Beginn der Steuerung eindeutig diesem tragbaren Handbediengerät zugeordnet werden, d.h. mit diesem gekoppelt werden.For manual manipulation of a manipulator by a user, each manipulator may have its own portable hand-held operating device, such as a handheld. a SmartPad, or there is a portable handheld for a plurality of manipulators. In the latter case, the manipulator to be addressed by the portable hand-held unit must be uniquely associated with this portable hand-held unit prior to the start of the control, i. be coupled with this.
Für diese Kopplung können verschiedene Verfahren verwendet werden. Einige Kopplungsverfahren umfassen das Auswählen eines Manipulators aus einer Liste von Manipulatoren an einer Netzwerksteuerungsschnittstelle oder an dem Handbediengerät. Andere Verfahren sind kontaktlose Verfahren mittels RFID- oder QR-Scan an einer bestimmten Stelle in der Zelle oder am Manipulator.Various methods can be used for this coupling. Some coupling methods include selecting a manipulator from a list of manipulators at a network control interface or at the handheld terminal. Other methods are contactless methods by means of RFID or QR scan at a specific location in the cell or on the manipulator.
Bei all diesen Kopplungsverfahren muss allerdings auch nach einem Ablegen und längerem Nichtbenutzen des tragbaren Handbediengeräts sichergestellt sein, dass nicht irrtümlich ein falscher Manipulator angesprochen und bewegt wird. Vor allem bei möglichen Mehrfachzuordnungen und/oder funkbasierten Handbediengeräten ist diese Sicherstellung noch nicht zufriedenstellen gelöst.In all these coupling methods, however, it must be ensured even after a dropping and prolonged non-use of the portable handheld terminal that a wrong manipulator is not mistakenly addressed and moved. Especially in the case of possible multiple assignments and / or radio-based handheld terminals, this assurance is not yet satisfactorily resolved.
Die Druckschrift
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen und Verfahren bereitzustellen, mit denen eine intuitive, schnelle und verwechslungssichere Kopplung eines tragbaren Handbediengeräts mit einem Manipulator hergestellt werden kann.It is the object of the present invention to provide apparatuses and methods with which an intuitive, fast and unmistakable coupling of a portable handheld terminal with a manipulator can be made.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System zum Koppeln eines tragbaren Handbediengeräts gemäß Anspruch
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein System zum Koppeln eines tragbaren Handbediengeräts, zum Fernsteuern eines Manipulators, wobei das tragbare Handbediengerät eine optische Strahlenquelle zur Erzeugung eines gebündelten Lichtstrahls aufweist und wobei der gebündelte Lichtstrahl zum Koppeln des tragbaren Handbediengeräts mit einem Manipulator eingerichtet ist.In particular, the object is achieved by a system for coupling a portable handheld terminal, for remotely controlling a manipulator, wherein the portable handheld terminal has an optical radiation source for generating a collimated light beam and wherein the collimated light beam is adapted for coupling the portable handheld terminal with a manipulator.
Der Einsatz von tragbaren Handbediengeräten zur Fernsteuerung von Manipulatoren ermöglicht ein flexibles arbeiten mit dem Manipulator unabhängig von der Position eines Benutzers. Durch Verändern seiner Position kann sich der Benutzer immer die beste Sicht auf den Manipulator oder auf vom Manipulator zu bearbeitende Werkstücke verschaffen.The use of hand-held portable manipulators for remote manipulation of manipulators allows for flexible working with the manipulator regardless of the position of a user. By changing its position, the user can always get the best view of the manipulator or workpieces to be machined by the manipulator.
Eine optische Strahlenquelle zur Erzeugung eines gebündelten Lichtstrahls hat den Vorteil, dass ein Benutzer unmittelbar sieht mit welchem Sensor und demzufolge mit welchem Manipulator er gerade sein tragbares Handbediengerät koppelt. Der gebündelte Lichtstrahlt wirkt dabei wie ein Zeigestab. Der Benutzer kann einfach und intuitiv auf den von ihm gewünschten Sensor leuchten und dadurch eine Kopplung zwischen dem tragbaren Handbediengerät und dem entsprechenden Manipulator einleiten und durchführen. Der Benutzer erspart sich so ein oft umständliches und zeitaufwendiges Auswählen eines Manipulators aus Menüs und/oder Listen. Anders als bei unsichtbaren Funk- oder Infrarotkopplungsverfahren erkennt ein Benutzer hier unmittelbar mit welchem Manipulator er eine Kopplung eingeht. Das verhindert ungewollte Fehlkopplungen, die zu Unfällen und Schaden an Menschen und Maschinen führen können.An optical radiation source for generating a collimated light beam has the advantage that a user sees directly with which sensor and consequently with which manipulator he is currently coupling his portable handheld terminal. The bundled light beam acts like a pointer. The user can simply and intuitively light up the desired sensor and thereby initiate and carry out a coupling between the portable handheld terminal and the corresponding manipulator. The user thus spares himself an often cumbersome and time-consuming selection of a manipulator from menus and / or lists. Unlike invisible radio or infrared coupling method, a user recognizes here directly with which manipulator he receives a coupling. This prevents unwanted false couplings, which can lead to accidents and damage to people and machines.
Weiterhin weißt der gebündelte Lichtstrahl bestimmte Eigenschaften auf, wie z.B. eine bestimmte Wellenlänge oder eine bestimmte Pulsabfolge, wodurch der Lichtstrahl, der zum Koppeln des tragbaren Handbediengeräts mit einem Manipulator eingerichtet ist, unverwechselbar ist mit einem anderen Lichtstrahl, wodurch auch Fehlkopplungen vermieden werden.Furthermore, the collimated light beam has certain properties, such as e.g. a particular wavelength or pulse train, whereby the light beam, which is adapted to couple the portable hand-held device with a manipulator, is unmistakable with another light beam, whereby false coupling can be avoided.
Bevorzugt ist die optische Strahlenquelle eine Laserlichtquelle. Laserlicht ist ein monochromatischer gebündelter Lichtstrahl. Der Laserlichtstrahl kann auf einen bestimmten Punkt im Raum gerichtet werden und ist somit für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geeignet. Die kompakte Größe von Laserlichtquellen, wie z.B. von Laser-Pointern, ermöglicht eine Anordnung der Laserlichtquelle auf kleinem Raum, wie z.B. in einem tragbaren Handbediengerät.Preferably, the optical radiation source is a laser light source. Laser light is a monochromatic bundled light beam. The laser light beam can be directed to a particular point in space and is thus suitable for an embodiment of the present invention. The compact size of laser light sources, e.g. of laser pointers, allows an arrangement of the laser light source in a small space, e.g. in a portable handheld terminal.
Bevorzugt kann die Laserlichtquelle einen gepulsten Lichtstrahl erzeugen, mit dem zum Zwecke der Kopplung Daten von dem tragbaren Handbediengerät an den Manipulator übertragen werden können. Ein gepulster Lichtstrahl kann z.B. durch zeitliche Änderungen der Intensität eines kontinuierlichen Lichtstrahls erzeugt werden oder aber auch durch Ein und Ausschalten des kontinuierlichen Lichtstrahls. Der gepulste Lichtstrahl kann digitalisiert Daten übertragen. Mit Hilfe dieser übertragenen Daten kann sich z.B. ein tragbares Bediengerät zusätzlich identifizieren. Daneben können auch andere, für die Manipulatorsteuerung relevante Daten, optisch übertragen werden. Durch die optische Datenübertragung findet dann, anders als z.B. bei Funkdatenübertragungsverfahren, die Datenübertragung nur zwischen dem tragbaren Handbediengerät und dem Manipulator statt. Der Benutzer erkennt dadurch sofort und intuitiv mit welchem Manipulator er gerade Daten austauscht und eine ungewollte Kopplung an einen „falschen“ Manipulator wird vermieden.Preferably, the laser light source can generate a pulsed light beam with which, for the purpose of coupling, data can be transmitted from the portable handheld to the manipulator. A pulsed light beam can be generated, for example, by temporal changes in the intensity of a continuous light beam or else by switching the continuous light beam on and off. The pulsed light beam can digitize data transmitted. With the help of this transmitted data, for example, a portable HMI device can additionally identify. In addition, other data relevant to the manipulator control can also be transmitted optically. Due to the optical data transmission, unlike, for example, in the case of wireless data transmission methods, the data transmission takes place only between the portable handheld terminal and the manipulator. The user recognizes immediately and intuitively with which manipulator he is currently exchanging data and unwanted coupling to a "wrong" manipulator is avoided.
Bevorzugt ist der gebündelte Lichtstrahl zeitlich in seiner Intensität moduliert, und/oder weist eine von mehreren möglichen unterschiedlichen Wellenlängen auf, und/oder ist in der Pulsfrequenz moduliert, und/oder ist in den Pulsdauern moduliert. Die Verwendung von unterschiedlichen Wellenlängen der gebündelten Lichtstrahlen an verschiedenen tragbaren Handbediengeräten ermöglicht eine gleichzeitige Benutzung von mehreren tragbaren Handbediengeräten in der gleichen räumlichen Umgebung, d.h. zum Beispiel in einer Zelle. Neben den Unterschieden in der Wellenlänge können die gebündelten Lichtstrahlen der verschiedenen tragbaren Handbediengeräte auch anhand ihrer Pulsfrequenz und/oder Pulsdauer unterschieden werden. Somit ist eine eindeutige und verwechslungssichere Zuordnung der tragbaren Handbediengeräte möglich.Preferably, the collimated light beam is time-modulated in intensity, and / or has one of several possible different wavelengths, and / or is modulated in pulse rate, and / or is modulated in pulse durations. The use of different wavelengths of the collimated light beams on different portable hand-held devices allows simultaneous use of multiple hand-held portable devices in the same spatial environment, i. for example in a cell. In addition to the differences in the wavelength, the bundled light beams of the various portable handheld terminals can also be distinguished on the basis of their pulse frequency and / or pulse duration. Thus, a clear and unmistakable assignment of portable handhelds is possible.
Bevorzugt weist das tragbare Handbediengerät eine pistolenartige Form auf, und die optische Strahlenquelle ist an der vom Benutzer abgewandten Vorderseite des tragbaren Handbediengeräts angeordnet und der gebündelte Lichtstrahl wird in eine Richtung weg vom Benutzer abgegeben. Die pistolenartige Form und Benutzung des tragbaren Handbediengeräts erleichtert den intuitiven Umgang mit dem Gerät und erleichtert auch das Zielen mit dem gebündelten Lichtstrahl auf einen Sensor. Ein Benutzer muss daher nicht notwendigerweise in direkter Umgebung, d.h. in weniger als im Abstand, zu einem Manipulator stehen, sondern kann aus sicherer Entfernung, empfohlen sind bis zu 10m, das tragbare Handbediengerät mit einem Manipulator koppeln. Durch die größere Entfernung ist der Benutzer auch sicher vor den Bewegungen des Manipulators und kann z.B. außerhalb einer Zelle stehen.Preferably, the portable hand-held device has a gun-like shape, and the optical radiation source is located on the front of the hand-held portable device remote from the user, and the collimated light beam is emitted in a direction away from the user. The pistol-like shape and use of the portable handheld facilitates intuitive handling of the device and also makes it easier to aim with the focused light beam at a sensor. A user therefore does not necessarily have to be in the immediate vicinity, i. in less than a distance, stand to a manipulator, but can be from a safe distance, recommended are up to 10m, couple the portable handheld with a manipulator. Due to the greater distance the user is also safe from the movements of the manipulator and can e.g. stand outside a cell.
Bevorzugt wird die optische Strahlenquelle über eine Taste aktiviert, die an einem Griff des tragbaren Handbediengeräts angeordnet ist. Die Anordnung und Funktion der Taste ähnelt dem Abzug einer Pistole und kann daher leicht und intuitiv von einem Benutzer bedient werden. Die Taste kann auch zusätzlich die Funktion haben eine Kopplungsbereitschaft, die von dem Manipulator an das tragbare Handbediengerät übermittelt wurde, zu bestätigen.Preferably, the optical radiation source is activated via a button which is arranged on a handle of the portable handheld terminal. The arrangement and function of the key resembles the trigger of a pistol and can therefore be easily and intuitively operated by a user. The key may also have the additional function of confirming a readiness for coupling which has been transmitted from the manipulator to the portable hand-held operating device.
Bevorzugt weist das tragbare Handbediengerät ein Jogwheel auf, und wobei das Jogwheel zur Änderung der Auswahl eines Manipulators dient, der mit dem tragbaren Handbediengerät gekoppelt werden kann. Das Jogwheel erleichtert und beschleunigt die Änderung der Auswahl eines Manipulators, durch einfaches Drehen eines Rads des Jogwheeels an dem tragbaren Handbediengerät. Ein Aktivieren des entsprechenden Sensors des auszuwählenden Manipulators, zum Beispiel mit Hilfe eines gebündelten Lichtstrahls von einer Lichtquelle an einem tragbaren Handbediengerät, kann entfallen. Die Kommunikation zwischen dem tragbaren Handbediengerät und der Manipulatorsteuerung, zur Auswahl eines Manipulators, ist bevorzugt funkbasiert.Preferably, the portable hand-held device has a jogwheel, and wherein the jogwheel is for changing the selection of a manipulator that can be coupled to the portable hand-held device. The jogwheel facilitates and accelerates the change in the selection of a manipulator by simply turning a wheel of the jog lever on the portable handheld. Activation of the corresponding sensor of the manipulator to be selected, for example by means of a bundled light beam from a light source on a portable handheld terminal, can be dispensed with. The communication between the portable handheld terminal and the manipulator control, for selecting a manipulator, is preferably radio-based.
Die Erfindung betrifft auch einen Sensor zum Erfassen eines gebündelten Lichtstrahls eines tragbaren Handbediengeräts, insbesondere eines Laserlichtstrahls eines tragbaren Handbediengeräts, aufweisend: eine optische Sensoreinheit, zum Detektieren des gebündelten Lichtstrahls; eine Schnittstelleneinheit zur Verbindung des Sensors mit einem Manipulator; wobei die Schnittstelleneinheit nach Empfang eines gebündelten Lichtstrahls von einem tragbaren Handbediengerät durch die optische Sensoreinheit, ein Signal zur Kopplung des tragbaren Handbediengeräts mit dem Manipulator an den Manipulator überträgt. Der Sensor ist eingerichtet einen gebündelten Lichtstrahl zu detektieren, d.h. Licht, wie zum Beispiel von einer Deckenbeleuchtung, welches breit gestreut auf den Sensor trifft, wird nicht als Kopplungsversuch vom Sensor aufgefasst. Der gebündelte Lichtstrahl weißt eine wesentlich höhere Intensität pro Fläche auf, als das eben erwähnte breit gestreute Licht, und kann dadurch unterschieden und detektiert werden. Die Schnittstelleneinheit kann eine Kabelverbindung zwischen dem Sensor und dem entsprechenden Manipulator sein, was eine bevorzugt sichtbare Verbindung darstellt. Durch diese Sichtbare Verbindung ist es für den Benutzer auch aus einiger Entfernung erkennbar, welcher Sensor mit welchem Manipulator verbunden ist.The invention also relates to a sensor for detecting a collimated light beam of a portable handheld terminal, in particular a laser light beam of a portable handheld terminal, comprising: an optical sensor unit for detecting the collimated light beam; an interface unit for connecting the sensor to a manipulator; wherein, upon receipt of a collimated beam of light from a portable handheld device by the optical sensor unit, the interface unit transmits a signal for coupling the portable handheld with the manipulator to the manipulator. The sensor is arranged to detect a collimated light beam, i. Light, such as a ceiling lighting, which strikes the sensor with a wide spread, is not interpreted as a coupling attempt by the sensor. The collimated light beam has a much higher intensity per area than the broadly scattered light just mentioned, and can thereby be distinguished and detected. The interface unit may be a cable connection between the sensor and the corresponding manipulator, which is a preferably visible connection. Through this visible connection, it is also visible to the user from a distance, which sensor is connected to which manipulator.
Der Sensor weißt weiterhin eine Eingangslinse der optischen Sensoreinheit auf, welche einen Strahleingangswinkel von mindestens 90 Grad aufweist. Bevorzugt weißt der Sensor eine Eingangslinse der optischen Sensoreinheit auf, welche einen Strahleingangswinkel von mindestens 120 Grad, weiter bevorzugt mindestens 160 Grad, weiter bevorzugt von im Wesentlichen 180 Grad Raumwinkel aufweist. Die Eingangslinse kann gebündelte Lichtstrahlen in einem breiten Raumwinkelbereich um den Sensor herum auffangen und auf die optische Sensoreinheit im Sensor bündeln und weiterleiten. Das vereinfacht das Ausrichten des gebündelten Lichtstrahls auf den Sensor und ermöglicht eine einfachere Bedienung. Ein Sensor kann mit Hilfe der Eingangslinse in einem großen Bereich Lichtstrahlen auffangen und detektieren.The sensor further has an input lens of the optical sensor unit, which has a beam entrance angle of at least 90 degrees. Preferably, the sensor has an input lens of the optical sensor unit which has a beam entrance angle of at least 120 degrees, more preferably at least 160 degrees, more preferably substantially 180 degrees solid angle. The input lens can capture collimated light beams in a wide solid angle range around the sensor and focus and transmit them to the optical sensor unit in the sensor. This simplifies the alignment of the focused light beam on the sensor and allows for easier operation. A sensor can capture and detect light rays in a wide range using the input lens.
Bevorzugt weißt der Sensor mindestens einen optischen Filter auf, der je nach Eigenschaft des eingefangenen gebündelten Lichtstrahls, insbesondere in Bezug auf Wellenlänge des gebündelten Lichtstrahls und/ oder Pulsfrequenz des gebündelten Lichtstrahls, unterschiedliche Transmissionswerte aufweist. Die unterschiedlichen Transmissionswerte von Licht eines Filters, je nach bestimmten Eigenschaften des Lichts, ermöglichen es, dass nur Licht mit bestimmten Eigenschaften von der optischen Sensoreinheit detektiert wird. So können zum Beispiel nur bestimmte tragbare Handbediengeräte zur Steuerung zugelassen werden.The sensor preferably has at least one optical filter which, depending on the characteristic of the captured bundled light beam, in particular with respect to the wavelength of the collimated light beam and / or pulse frequency of the collimated light beam, has different transmission values. The different transmission values of light of a filter, depending on the particular Properties of the light make it possible that only light with certain properties is detected by the optical sensor unit. For example, only certain handheld portable devices can be approved for control.
Bevorzugt weißt der Sensor zusätzliche feststehende oder rotierende Spiegel auf. Eine Zusätzliche Spiegeloptik kann den Raumwinkelbereich, in welchem gebündelte Lichtstrahlen detektiert werden, erweitern. Dadurch kann ein Sensor aus einem größeren Raumwinkelbereich angesprochen werden, was den Arbeitsbereich eines Benutzers vergrößert und die Bedienung erleichtert.Preferably, the sensor has additional fixed or rotating mirrors. An additional mirror optics can expand the solid angle range in which bundled light beams are detected. As a result, a sensor can be addressed from a larger solid angle range, which increases the working range of a user and facilitates operation.
Bevorzugt ist der Sensor drehend gelagert. Dadurch, dass ein Sensor drehend gelagert ist, kann er aus einem 360 Grad Raumwinkelbereich gebündelte Lichtstrahlen einfangen und detektieren. Dies vergrößert den Arbeitsbereich eines Benutzers. Eine Eingangslinse mit einem sehr engen Raumwinkelbereich, die auf einem sich drehenden Sensor angeordnet ist, ermöglicht zudem die Bestimmung der Position eines Benutzers. Die Richtung des Öffnungswinkels der Eingangslinse bei dem ein gebündelter Lichtstrahl detektiert wurde ergibt dann die Richtung des Benutzers zum Sensor bzw. zum Manipulator.Preferably, the sensor is rotatably mounted. Due to the fact that a sensor is mounted in a rotating manner, it can capture and detect bundled light beams from a 360-degree solid angle range. This enlarges the workspace of a user. An entrance lens with a very narrow solid angle range, which is arranged on a rotating sensor, also allows the determination of the position of a user. The direction of the opening angle of the entrance lens at which a collimated light beam was detected then gives the user's direction to the sensor or to the manipulator.
Bevorzugt erkennt der Sensor die Richtung, aus der der gebündelte Lichtstrahl einfällt. Das Erkennen der Richtung, aus der der gebündelte Lichtstrahl kam, kann wie gerade beschrieben mit Hilfe eines drehenden Sensors erfolgen. Wenn diese Richtung bekannt ist, kann die Position des Benutzers relativ zu dem Sensor bzw. zu dem entsprechenden Manipulator bestimmt werden.Preferably, the sensor detects the direction from which the collimated light beam is incident. The recognition of the direction from which the collimated light beam came, can be done as just described by means of a rotating sensor. If this direction is known, the position of the user relative to the sensor or to the corresponding manipulator can be determined.
Bevorzugt ist der Sensor eingerichtet, räumlich entfernt von dem ihm zugeordneten Manipulator angeordnet zu werden. Das Anordnen des Sensors etwas entfernt vom Manipulator ermöglicht es, den Sensor an möglicherweise variierenden, gut sichtbaren Stellen zu platzieren, so dass ein Benutzer einen großen Bereich hat in welchem er einen gebündelten Lichtstrahl auf den Sensor ausrichten kann. Dies vergrößert den Arbeitsbereich eines Benutzers und macht den Bereich flexibel anpassbar an die Anordnung der Manipulatoren, z.B. in einer Zelle.The sensor is preferably set up to be arranged spatially away from the manipulator assigned to it. Placing the sensor slightly away from the manipulator allows the sensor to be placed at possibly varying, highly visible locations so that a user has a large area in which to direct a collimated light beam at the sensor. This enlarges the working area of a user and makes the area flexibly adaptable to the arrangement of the manipulators, e.g. in a cell.
Bevorzugt weißt der Sensor weiterhin ein Anzeigemittel auf, zum Anzeigen einer Detektion eines gebündelten Lichtstrahls an der optischen Sensoreinheit, wobei der gebündelte Lichtstrahl zur Kopplung des tragbaren Handbediengeräts mit dem Manipulator eingerichtet ist. Die optische Rückmeldung über die Detektion eines gebündelten Lichtstrahls erleichtert es einem Benutzer zu erkennen, ob der Lichtstrahl korrekt ausgerichtet wurde und die Kopplung eingeleitet wird. Da der Blick des Benutzers zum Ausrichten des Lichtstrahls auf den Sensor gerichtet ist, ist es sehr vorteilhaft auch direkt an dem Sensor diese Rückmeldung zu geben. Sobald eine Detektion mit Hilfe des Anzeigemittels mitgeteilt und vom Benutzer erkannt wurde, kann die optische Lichtquelle an dem tragbaren Handbediengerät deaktiviert werden. Dadurch entfällt ein unnötiges längeres Beleuchten des Sensors. Dies schont die optische Sensoreinheit und die optische Lichtquelle.Preferably, the sensor further comprises a display means for displaying a detection of a collimated light beam at the optical sensor unit, wherein the collimated light beam is adapted for coupling the portable handheld terminal to the manipulator. The optical feedback on the detection of a collimated light beam makes it easier for a user to detect whether the light beam has been correctly aligned and the coupling is initiated. Since the user's gaze for directing the light beam is directed to the sensor, it is very advantageous also to give this feedback directly to the sensor. Once a detection has been notified by the display means and recognized by the user, the optical light source on the portable hand-held device can be deactivated. This eliminates unnecessary unnecessary lighting of the sensor. This protects the optical sensor unit and the optical light source.
Bevorzugt ist das Anzeigemittel ein den Sensor umlaufender Leuchtring, insbesondere ein LED Leuchtring. Ein LED Leuchtring ist besonders energiesparend und erzeugt dennoch ein sehr helles, deutlich sichtbares Licht. Preferably, the display means is a light ring surrounding the sensor, in particular an LED light ring. An LED light ring is particularly energy-saving and yet produces a very bright, clearly visible light.
Ein den Sensor umlaufender Leuchtring ist von allen Seiten gut sichtbar. Dadurch entfällt ein Ausrichten des Sensors. Das vereinfacht die Platzierung und Arbeit mit dem Sensor.A ring surrounding the sensor is clearly visible from all sides. This eliminates the need to align the sensor. This simplifies the placement and work with the sensor.
Die Erfindung betrifft auch ein Kopplungsanzeigemittel, zur Visualisierung des Kopplungszustands eines Systems aus einem tragbaren Handbediengerät und einem Manipulator mit einem Manipulator, wobei das Kopplungsanzeigemittel ein Leuchtmittel ist, und am Manipulator angeordnet ist, und der Manipulator einen Sensor mit einer optischen Sensoreinheit aufweist, die eine Eingangslinse mit einem Strahleingangswinkel von mindestens 90 Grad hat. Durch die Visualisierung erhält der Benutzer unmittelbar Auskunft über den Status des Manipulators, was die Arbeit vereinfacht. Ein Leuchtmittel ermöglicht dabei auch die Erkennung des Zustands bei wenig bzw. schwacher Beleuchtung der Umgebung. Dadurch, dass das Kopplungsanzeigemittel direkt an dem entsprechenden Manipulator angeordnet ist, erkennt der Benutzer einfach, schnell und intuitiv den Manipulator dessen Zustand dort visualisiert ist.The invention also relates to a coupling display means for visualizing the coupling state of a system comprising a portable handheld terminal and a manipulator with a manipulator, wherein the coupling display means is a light source, and is arranged on the manipulator, and the manipulator comprises a sensor with an optical sensor unit, the one Input lens has a beam angle of at least 90 degrees. The visualization gives the user immediate information about the status of the manipulator, which simplifies the work. A lighting means also allows the detection of the condition with little or weak illumination of the environment. The fact that the coupling display means is arranged directly on the corresponding manipulator, the user recognizes easily, quickly and intuitively the manipulator whose state is visualized there.
Bevorzugt ist das Leuchtmittel ein den Manipulator im Fußbereich oder im Handbereich umlaufender LED Leuchtring; und das Leuchtmittel kann in unterschiedlichen Farben leuchten; und/oder das Leuchtmittel kann in verschiedenen Intervallen und mit verschiedenen Intervalldauern aufleuchten; wobei ein langsames periodisches Aufleuchten oder ein Umlaufen des Lichtpulses entlang des Leuchtrings signalisieren kann, dass dieser Manipulator mit Hilfe des gebündelten Lichtstrahls eines tragbaren Handbediengeräts ausgewählt wird; und ein Blinken des Leuchtmittels signalisieren kann, dass ein Kopplungsprozess zwischen diesem Manipulator und einem tragbaren Handbediengerät gestartet wurde; und ein kontinuierliches Leuchten des Leuchtmittels signalisieren kann, dass dieser Manipulator mit einem tragbaren Handbediengerät gekoppelt ist; wobei die Farbe des Leuchtmittels mit der Farbe einer Anzeige an dem tragbaren Handbediengerät (
Wie bereits weiter oben ausgeführt, hat ein umlaufendes Leuchtmittel den Vorteil, dass es von allen Seiten gesehen werden kann. Ein Ausrichten des Leuchtmittels oder gar des Manipulators entfällt. Der Fuß- oder Armbereich eines Manipulators ist zudem ein markanter Bereich, der leicht erkennbar ist, wodurch ein Leuchtmittel dort auch leicht wahrgenommen wird, was den Benutzerkomfort und die Sicherheit erhöht. Die unterschiedlichen Farben ermöglichen eine weitere Kodierung der Zustände des Manipulators bzw. der Kopplung zu einem bestimmten tragbaren Handbediengerät. Das Anzeigen, dass ein Manipulator von einem tragbaren Handbediengerät ausgewählt wird, ermöglicht es dem Benutzer sofort zu erkennen, ob der richtige Manipulator ausgewählt wird. Falls eine Kopplung mit dem gerade anvisierten Manipulator nicht gewünscht ist, kann der Kopplungsvorgang sofort abgebrochen werden. Das spart Zeit und vermeidet Fehlkopplungen. Das Signalisieren, dass ein Kopplungsprozess gestartet wurde, gibt dem Benutzer eine Rückmeldung über die in der Steuerung ablaufenden Prozesse. Der Benutzer weiß durch das Signal, dass sein Koppelwunsch bearbeitet wird. Das erhöht den Bedienkomfort. Die Information über das Leuchtmittel, dass ein Manipulator gekoppelt ist, ermöglicht ein sicheres Arbeiten, indem der Benutzer weiß, dass der entsprechende Manipulator bereit ist gesteuert zu werden und der Benutzer auch genau weiß, welcher Manipulator gesteuert werden kann. Zusätzlich kann die Farbe am Leuchtmittel des Manipulators noch mit der Farbe einer Anzeige am tragbaren Handgerät übereinstimmen, was die Kennzeichnung der Interaktion bzw. Kopplung zwischen den Geräten erhöht. Ein versehentliches Vertauschen der gekoppelten Geräte bei einer Mehrzahl von Geräten kann dadurch ausgeschlossen werden. As already stated above, a circulating light source has the advantage that it can be seen from all sides. Aligning the bulb or even the manipulator is eliminated. The foot or arm area of a manipulator is also a distinctive area that is easily recognizable, which makes light bulbs easy to pick up on, increasing user comfort and safety. The different colors allow a further coding of the states of the manipulator or the coupling to a particular portable handheld terminal. The indication that a manipulator is being selected by a portable handheld allows the user to instantly see if the correct manipulator is being selected. If coupling with the manipulator currently being targeted is not desired, the coupling process can be aborted immediately. This saves time and avoids false couplings. The signaling that a pairing process has been started gives the user feedback about the processes running in the controller. The user knows by the signal that his connection request is being processed. This increases the ease of use. The information about the lighting means that a manipulator is coupled enables safe working, in that the user knows that the corresponding manipulator is ready to be controlled and the user also knows exactly which manipulator can be controlled. In addition, the color on the illuminant of the manipulator may still match the color of an indicator on the portable handset, which increases the labeling of the interaction between the devices. An accidental swap of the coupled devices in a plurality of devices can be excluded.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein System zum Koppeln eines tragbaren Handbediengeräts mit einem Manipulator, aufweisend ein System zum Koppeln eines tragbaren Handbediengeräts mit einem Manipulator gemäß einem der Ansprüche 1-7, einen Sensor gemäß einem der Ansprüche 8 - 16 sowie ein Kopplungsanzeigemittel gemäß einem der Ansprüche -17 - 18. Das System ermöglicht eine einfache, intuitive, eindeutige und sichere Kopplung eines tragbaren Handbediengeräts mit einem Manipulator. Die Kopplung kann insbesondere durch die diversen Anzeigemittel überwacht werden. Durch direktes Ansprechen eines Manipulators mit Hilfe eines gebündelten Lichtstrahls, der auf einen Sensor am Manipulator gerichtet wird, kann eine Kopplung schnell aufgebaut werden, und auch schnell zu einem anderen Gerät gewechselt werden. The invention further relates to a system for coupling a portable hand-held device with a manipulator, comprising a system for coupling a portable hand-held device with a manipulator according to one of claims 1-7, a sensor according to one of claims 8-16 and a coupling indicator according to one of the claims -18- 18. The system allows easy, intuitive, clear and secure coupling of a portable handheld with a manipulator. The coupling can be monitored in particular by the various display means. By directly addressing a manipulator with the aid of a collimated beam of light directed at a sensor on the manipulator, a coupling can be set up quickly and also quickly changed to another device.
Wird eine neue Verbindung zu einem anderen Manipulator aufgebaut, so erlischt automatisch die bestehende Verbindung. Ein tragbares Handbediengerät ist dadurch immer eindeutig einem Manipulator zugeordnet. Das erhöht die Betriebssicherheit.If a new connection to another manipulator is established, the existing connection automatically goes out. A portable handheld terminal is thus always clearly associated with a manipulator. This increases the operational safety.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Koppeln eines tragbaren Handbediengeräts mit einem Manipulator, aufweisend die folgenden Schritte: Aktivieren einer optischen Strahlenquelle an dem tragbaren Handbediengerät, zum Erzeugen eines gebündelten Lichtstrahls; Ausrichten des gebündelten Lichtstrahls auf einen Sensor mit einer Eingangslinse einer optischen Sensoreinheit, wobei die Eingangslinse einen Strahleingang von mindestens 90 Grad aufweist, und der Sensor zum Erfassen des gebündelten Lichtstrahls eingerichtet ist, um eine Kopplung des tragbaren Handbediengeräts mit dem Manipulator, mit welchem der Sensor verbunden ist, einzurichten; Detektieren des gebündelten Lichtstrahls in dem Sensor und; Übermitteln einer Kopplungsbereitschaft des Manipulators mit dem tragbaren Handbediengerät vom Manipulator an das tragbare Handbediengerät. Durch das Aktivieren der optischen Strahlenquelle durch einen Benutzer, wird die Strahlenquelle nur dann in Betrieb genommen, wenn das tragbare Handbediengerät an einen Manipulator gekoppelt werden soll. Ein versehentliches Koppeln wird dadurch verhindert. Der gebündelte Lichtstrahl muss dann aktiv vom Benutzer in Richtung des Sensors ausgerichtet werden. Da der Sensor in der Regel in der Nähe des entsprechenden Manipulators angeordnet ist, muss der gebündelte Lichtstrahl auch in Richtung des entsprechenden Manipulators ausgerichtet werden, um ein Koppeln der Geräte zu initiieren. Dem Benutzer wird dadurch bewusst, welchen Manipulator er anspricht, und eine ungewollte Verwechslung von Manipulatoren wird dadurch verhindert. Das Übermitteln einer Kopplungsbereitschaft vom Manipulator an das tragbare Handbediengerät ermöglicht es dem Benutzer nochmals zu überprüfen, ob der Manipulator richtig ausgewählt wurde, bevor eine Kopplung erzeugt wird und dann eine Steuerung des Manipulators durchgeführt werden kann. Dieser Überprüfung durch den Benutzer erhöht auch nochmals die Betriebssicherheit.The invention further relates to a method for coupling a portable handheld terminal with a manipulator, comprising the following steps: activating an optical radiation source on the portable handheld terminal to generate a collimated light beam; Directing the collimated light beam to a sensor having an input lens of an optical sensor unit, the input lens having a beam input of at least 90 degrees, and the sensor for detecting the collimated light beam is adapted to couple the portable handheld with the manipulator to which the sensor is connected to set up; Detecting the collimated light beam in the sensor and; Transmitting a coupling readiness of the manipulator with the portable handheld terminal from the manipulator to the portable handheld terminal. By activating the optical radiation source by a user, the radiation source is only put into operation when the portable handheld terminal is to be coupled to a manipulator. Accidental coupling is thereby prevented. The collimated beam of light must then be actively aligned by the user in the direction of the sensor. Since the sensor is usually located near the corresponding manipulator, the collimated light beam must also be aligned in the direction of the corresponding manipulator in order to initiate a coupling of the devices. The user becomes aware of which manipulator he responds to and unwanted confusion of manipulators is thereby prevented. The transmission of a readiness for coupling from the manipulator to the portable hand-held device allows the user to check again whether the manipulator has been selected correctly before a coupling is generated and then a control of the manipulator can be performed. This review by the user also increases the reliability again.
Bevorzugt weißt das Verfahren weiterhin das Bestätigen der Kopplung des tragbaren Handbediengeräts mit dem Manipulator, durch Betätigen einer Taste an dem tragbaren Handbediengerät, auf. Die Bestätigung vollendet die Kopplung des tragbaren Handbediengeräts mit dem Manipulator. Mit der aktiven Bestätigung durch den Benutzer ist auch nochmal sichergestellt, dass der Benutzer absichtlich die beiden entsprechenden Geräte koppelt. Ein versehentliches Koppeln wird so verhindert.Preferably, the method further includes confirming the coupling of the portable hand-held device to the manipulator by operating a button on the portable hand-held device. The confirmation completes the coupling of the portable handheld with the manipulator. The active confirmation by the user also ensures that the user intentionally couples the two corresponding devices. Accidental coupling is thus prevented.
Bevorzugt weißt das Verfahren weiterhin das Anzeigen einer Detektion des gebündelten Lichtstrahls in dem Sensor durch ein Anzeigemittel an dem Sensor und/oder das Anzeigen eines Kopplungszustands des Manipulators mit Hilfe eines Kopplungsanzeigemittels am Manipulator auf. Die Schritte des Anzeigens der Detektion und/oder des Kopplungszustands erhöhen die Bedienfreundlichkeit der Geräte, da der Benutzer sofort erkennt, ob die Geräte den gewünschten Input/Aktivierung erhalten haben und sich im gewünschten Zustand befinden. Im Falle einer unerwünschten Anzeige, kann der Benutzer zeitnah entsprechend reagieren. So kann effektiv gearbeitet werden und Schaden an dem Manipulator oder einem Menschen verhindert werden.Preferably, the method further comprises indicating a detection of the collimated light beam in the sensor by a display means on the sensor and / or displaying a coupling state of the manipulator by means of a Coupling display means on the manipulator. The steps of displaying the detection and / or the coupling state increase the user-friendliness of the devices since the user immediately recognizes whether the devices have received the desired input / activation and are in the desired state. In the case of an unwanted display, the user can react promptly accordingly. This can work effectively and prevent damage to the manipulator or human.
Bevorzugt weißt das Verfahren weiterhin das Erkennen einer Strahlrichtung des gebündelten Lichtstrahls durch den Sensor und das Bestimmen aus dieser Strahlrichtung einer Position eines Benutzers in Bezug zum Manipulator auf. Durch das Bestimmen der Position des Benutzers relativ zum Manipulator kann der Manipulator zum Beispiel erkennen, ob sich der Benutzer im Gefahrenbereich des Manipulators befindet, und falls ja, entsprechend seine Bewegungen begrenzen. Das erhöht die Bediensicherheit.Preferably, the method further comprises detecting a beam direction of the collimated light beam by the sensor and determining from this beam direction a position of a user with respect to the manipulator. By determining the position of the user relative to the manipulator, the manipulator can for example detect whether the user is in the danger zone of the manipulator and, if so, limit his movements accordingly. This increases operating safety.
Bevorzugt weißt das Verfahren weiterhin das Bestimmen eines korrekt gedrehten Koordinatensystems an einer 6-dimensionalen Maus des tragbaren Handbediengeräts im Bezug zur Position des Benutzers zum Manipulator auf. Das Bestimmen und Übertragen eines korrekt gedrehten Koordinatensystems an das tragbare Handbediengerät verhindert Fehlsteuerungen durch den Benutzer aufgrund falscher Annahmen der Bewegungsrichtung des Manipulators. Das verhindert Unfälle und macht die Bedienung des Manipulators einfacher, intuitiver und schneller. Zudem entfallen umständliche Einstellungen.Preferably, the method further includes determining a correctly rotated coordinate system on a 6-dimensional mouse of the portable hand-held device relative to the position of the user relative to the manipulator. Determining and transmitting a correctly rotated coordinate system to the portable hand-held device prevents user misregistration due to incorrect assumptions about the direction of movement of the manipulator. This prevents accidents and makes manipulator operation easier, more intuitive and faster. In addition, cumbersome settings omitted.
Figurenlistelist of figures
-
1 schematische Darstellung der Kopplung eines tragbaren Handbediengeräts mit einem Manipulator;1 schematic representation of the coupling of a portable handheld device with a manipulator; -
2 schematische Darstellung einer Zelle mit einer Mehrzahl von stationären und mobilen Manipulatoren;2 schematic representation of a cell with a plurality of stationary and mobile manipulators; -
3 schematische Darstellung eines tragbaren Handbediengeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;3 schematic representation of a portable handheld device according to an embodiment of the invention; -
4 schematische Darstellung von zwei Manipulatoren jeweils aufweisend einen Sensor und ein Kopplungsanzeigemittel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;4 schematic representation of two manipulators each having a sensor and a coupling indicator means according to an embodiment of the invention; -
5 schematische Darstellung der Kopplung eines tragbaren Handbediengeräts mit einem Manipulator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;5 schematic representation of the coupling of a portable handheld device with a manipulator according to an embodiment of the invention; -
6 schematische Darstellung der Fernsteuerung eines Manipulators mit Hilfe einer 6-dimensionalen Maus des tragbaren Handbediengeräts im gekoppelten Zustand gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;6 schematic representation of the remote control of a manipulator using a 6-dimensional mouse of the portable handheld device in the coupled state according to an embodiment of the invention; -
7 schematische Darstellung des Kopplungsverfahrens eines tragbaren Handbediengeräts mit einem Manipulator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;7 schematic representation of the coupling method of a portable handheld device with a manipulator according to an embodiment of the invention; -
8 schematische Darstellung der Änderung der Auswahl eines Manipulators, der mit dem tragbaren Handbediengerät gekoppelt werden kann, mit Hilfe eines am tragbaren Handbediengerät angebrachten Jogwheels.8th schematic representation of the change in the selection of a manipulator that can be coupled to the portable control panel, using a mounted on the portable handheld jog wheel.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDetailed description of preferred embodiments
Die Bestätigung der Kopplung kann über dieselbe Taste erfolgen, die auch schon die Aktivierung der optischen Strahlenquelle an dem tragbaren Handbediengerät ermöglicht. Es kann aber auch eine weitere Taste an dem tragbaren Handbediengerät angeordnet sein, die diese Bestätigungsfunktion ausführt. Die Anordnung der mindestens einen Taste
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Jogwheel
Der aktuell ausgewählte Manipulator
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Manipulatormanipulator
- 22
- Benutzeruser
- 33
- Zellecell
- 44
- Steuerungcontrol
- 1010
- tragbares Handbediengerätportable handheld terminal
- 1111
- optische Strahlenquelleoptical radiation source
- 1212
- gebündelter Lichtstrahlbundled light beam
- 1313
- Tastebutton
- 1414
- Vorderseitefront
- 1515
- GriffHandle
- 1616
- 6-dimensionale Maus6-dimensional mouse
- 1717
- Jogwheeljogwheel
- 2020
- Sensorsensor
- 2121
- optische Sensoreinheitoptical sensor unit
- 2222
- Eingangslinseinput lens
- 2323
- SchnittstelleneinheitInterface unit
- 3030
- KopplungsanzeigemittelCoupling indication means
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R020 | Patent grant now final |