Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltvorrichtung zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten elektrischen Zustands einer damit verbindbaren elektrischen Vorrichtung. Die vorgeschlagene Schaltvorrichtung findet insbesondere Verwendung als manipulationsgesicherter Schalter oder Totmanneinrichtung (Totmannschalter).The invention relates to an electrical switching device for generating a first and a second electrical state of an electrical device connectable therewith. The proposed switching device finds particular use as a tamper-proof switch or Totmanneinrichtung (deadman switch).
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte elektrische Schaltvorrichtung, insbesondere zum Einsatz als manipulationsgesicherter elektrischer Schalter oder Totmanneinrichtung (elektrischer Totmannschalter) anzugeben, die insbesondere ein Schalten von einem ersten elektrischen Zustand eines mit der Schaltvorrichtung verbindbaren, manuell bedienbaren elektrischen Geräts/Vorrichtung in einen zweiten elektrischen Zustand zuverlässig nur dann erlaubt, wenn die Schaltvorrichtung von der Hand/Finger eines Bedieners bedient wird. Weiterhin soll die Schaltvorrichtung dann, wenn die Schaltvorrichtung keine Bedienung durch die Hand/Finger erkennt, die elektrische Vorrichtung vom zweiten Zustand in den ersten Zustand schalten.The object of the invention is to provide an improved electrical switching device, in particular for use as tamper-proof electrical switch or Totmanneinrichtung (electric deadman switch), in particular switching from a first electrical state of connectable to the switching device, manually operable electrical device / device in a second electrical state reliably only allowed when the switching device is operated by the hand / finger of an operator. Furthermore, when the switching device detects no operation by the hand / finger, the switching device should switch the electrical device from the second state to the first state.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous developments and refinements are the subject of the dependent claims. Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description, as well as the explanation of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten elektrischen Zustands einer damit verbindbaren elektrisch steuerbaren Vorrichtung, umfassend eine Anzahl N von Kraft- und/oder Momentensensoren zur Erfassung von zeitabhängigen externen Kraft-/Momenteneinträgen Fext,n(t) in die Sensoren, mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1; eine Auswerteeinheit, die auf Basis der in vorgegebenen ersten Zeitintervallen Δt1n erfassten Kraft-/Momenteneinträge Fext,n(t) zugehörige Frequenzspektren FSΔt1,n ermittelt; eine Analyseeinheit, die frequenzabhängige Amplituden An(f) in vorgegebenen Frequenzbereichen FBn = [f0,n, ..., f1,n] der jeweiligen Frequenzspektren FSΔt1n mit einer für diesen Frequenzbereich FBn vorgegebenen ersten Bedingung B1n(An(f)) vergleicht und erste Vergleichsergebnisse VE1n erzeugt, mit f, f0,n, f1,n =: Frequenzen und t =: Zeit; und eine Schalteinheit, die derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass abhängig von den ersten Vergleichsergebnissen VE1n ein erstes Steuersignal oder ein zweites Steuersignal erzeugt wird, wobei das erste Steuersignal bewirkt, dass die verbindbare Vorrichtung in den ersten Zustand und das zweite Steuersignal bewirkt, dass die elektrische Vorrichtung in den zweiten Zustand schaltbar ist bzw. geschaltet wird.A first aspect of the invention relates to a switching device for generating a first and a second electrical state of an electrically controllable device connectable therewith, comprising a number N of force and / or moment sensors for detecting time-dependent external force / torque inputs F ext, n (t) into the sensors, with n = 1, 2, ..., N and N ≥ 1; an evaluation unit based on the predetermined first time intervals Δt1 n recorded force / moment entries F ext, n (t) associated frequency spectrums FS Δt1, n determined; an analysis unit, the frequency-dependent amplitudes A n (f) in predetermined frequency ranges FB n = [f 0, n , ..., f 1, n ] of the respective frequency spectra FS Δt1n with one for this frequency range FB n predetermined first condition B1 n (A n (f)) compares and first comparison results VE1 n generated with f , f 0, n , f 1, n =: frequencies and t =: time; and a switching unit configured and arranged such that depending on the first comparison results VE1 n generating a first control signal or a second control signal, wherein the first control signal causes the connectable device to be in the first state and the second control signal causes the electrical device to be switched to the second state.
Der Begriff „Vorrichtung“, mit der die vorgeschlagene Schaltvorrichtung verbindbar bzw. verbunden ist, wird vorliegend breit gefasst verstanden. Er umfasst insbesondere manuell bedienbare, elektrisch gesteuerte Vorrichtungen, insbesondere manuell handhabbare Vorrichtungen wie Werkzeugmaschinen, elektrisch gesteuerte Bohrmaschinen, Kreissägen, Schleifmaschinen, Fräsmaschinen, Schraubvorrichtungen, Sägen, elektrische Zahnbürsten, etc. Die Vorrichtungen sind insbesondere nicht auf die vorstehend genannten Vorrichtungen beschränkt. Vielmehr kann die vorgeschlagene Schaltvorrichtung grundsätzlich mit jeder elektrisch gesteuerten Vorrichtung, die eine manuelle Bedienbarkeit vorsieht, insbesondere die eine manuelle Bedienbarkeit durch zumindest eine Hand eines Menschen vorsieht, verbunden werden oder sein.The term "device", with which the proposed switching device is connectable or connected, is understood in the present broadly. In particular, it comprises manually operable, electrically controlled devices, in particular manually manageable devices such as machine tools, electrically controlled drills, circular saws, grinding machines, milling machines, screwing devices, saws, electric toothbrushes, etc. The devices are in particular not limited to the devices mentioned above. Rather, the proposed switching device can in principle be connected to or be any electrically controlled device which provides manual operation, in particular manual operation by at least one human hand.
Der erste elektrische Zustand einer solchen Vorrichtung repräsentiert beispielsweise den Zustand: „die Vorrichtung ist nicht aktiv“. Der zweite elektrische Zustand der Vorrichtung repräsentiert beispielsweise den Zustand „die Vorrichtung ist aktiv“. Im einfachsten Fall ermöglicht die vorgeschlagene Schaltvorrichtung somit ein Ein- und Ausschalten bzw. ein Aktivieren und Deaktivieren der damit verbindbaren/verbundenen Vorrichtung. Natürlich können der erste elektrische Zustand und der zweite elektrische Zustand einer solchen Vorrichtung grundsätzlich jeweils beliebige unterschiedliche von der Vorrichtung einnehmbare Zustände sein. So kann der erste Zustand einem ersten Betriebsmodus der Vorrichtung zugeordnet sein und der zweite Zustand einem zweiten Betriebsmodus der Vorrichtung zugeordnet sein, so dass die vorgeschlagene Schaltvorrichtung zwischen den beiden Betriebsmodi umschaltet.The first electrical state of such a device, for example, represents the state: "the device is not active". The second electrical state of the device represents, for example, the state "the device is active". In the simplest case, the proposed switching device thus enables switching on and off or activating and deactivating the device which can be connected / connected thereto. Of course, the first electrical state and the second electrical state of such a device may in principle be any different states that can be adopted by the device. Thus, the first state may be associated with a first mode of operation of the device and the second state may be associated with a second mode of operation of the device such that the proposed switching device switches between the two modes of operation.
Die vorgeschlagene Schaltvorrichtung umfasst die Anzahl N Kraft- und/oder Momentensensoren zur Erfassung von zeitabhängigen externen Kraft-/Momenteneinträgen Fext,n(t). Vorteilhaft eignen sich hierfür insbesondere Kraft- und/oder Momentensensoren, welche dazu ausgelegt und ausgeführt sind, von zumindest einer Hand oder einem Finger einer Hand eines Bedieners in die Schaltvorrichtung übertragene Kräfte/Drucke und/oder Momente zu erfassen. Vorteilhaft sind die Kraft- und/oder Momentensensoren als kapazitive und/oder resistive Kraft- bzw. Momentensensoren ausgeführt. Vorteilhaft sind die Kraft- und/oder Momentensensoren aus elastisch verformbaren Materialien ausgeführt. Vorteilhaft sind die Kraft- und/oder Momentensensoren zur flächigen Erfassung von externen Kraft-/Momenteneinträgen Fext,n(t) ausgeführt, wobei vorteilhaft die jeweilige Position Pn der Kraft-/Momenteneinträge Fext,n(t) auf dem jeweiligen flächigen Kraft-/Momentensensor erfasst wird, sodass der erfasste Kraft-/Momenteneintrag zudem positionsabhängig ist: Fext,n = Fext,n(Pn, t).The proposed switching device comprises the number N force and / or torque sensors for detecting time-dependent external force / torque entries F ext, n (t) , Advantageously, force and / or moment sensors, which are designed and designed to detect forces / pressures and / or moments transmitted by at least one hand or a finger of an operator's hand into the switching device, are advantageously suitable for this purpose. Advantageously, the force and / or moment sensors are designed as capacitive and / or resistive force or moment sensors. Advantageously, the force and / or moment sensors are made of elastically deformable materials. Advantageously, the force and / or torque sensors for surface detection of external force / torque entries F ext, n (t) executed, wherein advantageously the respective position P n the force / moment entries F ext, n (t) on the respective area force / moment sensor is detected so that the detected force / torque entry is also position-dependent: F ext, n = F ext, n (P n , t).
Im einfachsten Fall umfasst die vorgeschlagene Schaltvorrichtung genau einen Kraft- und/oder Momentensensor. Vorteilhaft umfasst die vorgeschlagene Schaltvorrichtung N > 1 Kraft- und/oder Momentensensoren. Vorteilhaft sind diese N > 1 Kraft- und/oder Momentensensoren an den zur manuellen Handhabung der Vorrichtung dienenden Griffflächen verteilt und beanstandet angeordnet.In the simplest case, the proposed switching device comprises exactly one force and / or torque sensor. Advantageously, the proposed switching device comprises N> 1 force and / or moment sensors. Advantageously, these N> 1 force and / or torque sensors are distributed and objected to the gripping surfaces serving for the manual handling of the device.
Die vorgeschlagene Schaltvorrichtung umfasst weiterhin die Auswerteeinheit, die auf Basis der in vorgegebenen ersten Zeitintervallen Δt1n erfassten Kraft-/Momenteneinträge Fext,n(t) zugehörige Frequenzspektren FSΔt1,n ermittelt. Der Index n bezeichnet den jeweiligen n-ten Kraft-/Momentensensor. Die vorgegebenen ersten Zeitintervalle Δt1n können für jeden der N Kraft-/Momentensensoren vorteilhaft individuell vorgegeben werden. Die vorgegebenen ersten Zeitintervalle Δt1n können vorteilhaft zeitabhängig vorgegeben werden Δt1n = Δt1n(t). Insbesondere können sich die ersten Zeitintervalle Δt1n von einem Zeitschritt ti zu einem nachfolgenden Zeitschritt ti+1 ändern, wobei der jeweilige Zeitschritt beispielsweise durch einen Prozessor der Auswerteeinheit vorgegeben ist.The proposed switching device further comprises the evaluation unit, which is based on the predetermined first time intervals Δt1 n recorded force / moment entries F ext, n (t) associated frequency spectrums FS Δt1, n determined. The index n designates the respective nth force / moment sensor. The predetermined first time intervals Δt1 n can be advantageously specified individually for each of the N force / moment sensors. The predetermined first time intervals Δt1 n can advantageously be specified as a function of time Δt1 n = Δt1 n (t). In particular, the first time intervals may be Δt1 n from a time step t i to a subsequent time step t i + 1 change, wherein the respective time step is predetermined for example by a processor of the evaluation.
Die Ermittlung der Frequenzspektren FSΔt1,n erfolgt in der Auswerteeinheit vorteilhaft mittels einer Fourier-Analyse, insbesondere mittels einer diskreten Fouriertransformation (DFT) oder einer Fouriertransformation für zeitdiskrete Signale (DTFT) oder einer schnellen Fouriertransformation (FFT). Die Frequenzspektren FSΔt1,n geben somit die im Zeitbereich erfassten Kraft-/Momenteneinträge Fext,n(t) im Frequenzbereich wieder.The determination of the frequency spectra FS Δt1, n takes place in the evaluation unit advantageously by means of a Fourier analysis, in particular by means of a discrete Fourier transform (DFT) or a Fourier transform for time-discrete signals (DTFT) or a fast Fourier transform (FFT). The frequency spectrums FS Δt1, n thus enter the force / moment entries recorded in the time domain F ext, n (t) in the frequency domain again.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung gilt für die Zeitintervalle: Δt1n = Δt1und für die Frequenzbereiche FBn = FB = [f0, ..., f1] für alle n, d.h. für alle N Kraft-/Momentensensoren sind die Zeitintervalle Δt1n gleich Δt1, und für alle N Kraft-/Momentensensoren sind die Frequenzbereiche FBn gleich FB. Vorteilhaft sind Δt1 und FB zeitinvariant.In a particularly advantageous development is valid for the time intervals: .DELTA.t1 n = Δt1und for the frequency ranges FB n = FB = [f 0, ..., f 1] for all n, ie for all N force / torque sensors are the time intervals Δt1 n equal .DELTA.t1 , and for all N force / moment sensors are the frequency ranges FB n equal FB , Advantageous are Δt1 and FB time-invariant.
Die vorgeschlagene Schaltvorrichtung umfasst weiterhin die Analyseeinheit, die derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass die frequenzabhängigen Amplituden An(f) in den jeweils zugeordneten vorgegebenen Frequenzbereichen FBn = [f0,n, ..., f1,n] der jeweiligen Frequenzspektren FSΔt1n mit einer für den jeweiligen Frequenzbereich FBn vorgegebenen ersten Bedingung B1n(An(f)) verglichen und erste Vergleichsergebnisse VE1n erzeugt werden. Vorteilhaft sind die Vergleichsergebnisse VE1n binär. Vorteilhaft werden alle Vergleichsergebnisse VE1n auf ein einziges globales Vergleichsergebnis VE1 abgebildet, das vorteilhaft ebenfalls binär ist. Natürlich sind auch jedwede andere erste Bedingungen B1n(An(f)) oder andere als binäre Vergleichsergebnisse VE1n vom Erfindungsgedanken umfasst. Die Festlegung der ersten Bedingungen B1n(An(f)), die Art und Umsetzung des Vergleichs der frequenzabhängigen Amplituden An(f) und die Art und Umsetzung der Ermittlung der Vergleichsergebnisse VE1n und deren Weiterverarbeitung richten sich insbesondere nach Ziel und Aufgabenstellung der von der vorgeschlagenen elektrischen Schaltvorrichtung zu erfüllenden Aufgabe.The proposed switching device further comprises the analysis unit, which is designed and arranged such that the frequency-dependent amplitudes A n (f) in the respective assigned predetermined frequency ranges FB n = [f 0, n , ..., f 1, n ] of the respective frequency spectra FS Δt1n with one for the respective frequency range FB n predetermined first condition B1 n (A n (f)) compared and first comparison results VE1 n be generated. The comparison results are advantageous VE1 n binary. All comparison results will be advantageous VE1 n mapped to a single global comparison result VE1, which is advantageously also binary. Of course, any other first conditions B1 n (A n (f)), or other as binary comparison results are VE1 n from the spirit of the invention. The determination of the first conditions B1 n (A n (f)), the nature and implementation of the comparison of the frequency-dependent amplitudes A n (f) and the nature and implementation of the determination of the comparison results VE1 n and their further processing are directed in particular to the objective and task of the task to be performed by the proposed electrical switching device.
Die vorgeschlagene Schaltvorrichtung ist insbesondere als Mensch-Maschine Schnittstelle ausgeführt.The proposed switching device is designed in particular as a human-machine interface.
In einem einfachen Beispiel werden als Bedingungen B1n(An(f)) frequenzabhängige Grenzwerte Gn(f) für die Amplituden An(f) der jeweiligen Frequenzspektren FSΔt1n vorgegeben. Dabei wird in der Analyseeinheit bspw. jeweils geprüft, ob die Amplituden An(f) im jeweiligen Frequenzbereich FBn für alle Frequenzen f über den vorgegebenen Grenzwerten Gn(f) liegen. Ist dies der Fall, so wird als Vergleichsergebnis bspw. VE1n = 1 gesetzt. Insgesamt liegen dann N Vergleichsergebnisse VE1n vor. Aus diesen N Vergleichsergebnissen VE1n wird ein binäres globales Vergleichsergebnis VE1 ermittelt, beispielsweise VE1 = 1 oder VE1 = 0. Dabei gilt bspw. VE1 = 1, wenn für mehr als die Hälfte der N Vergleichsergebnisse gilt: VE1n = 1. Natürlich sind jedwede andere Bedingungen B1n(An(f)) oder Verfahren zur Ermittlung eines Vergleichsergebnisses VE1n / eines globalen Vergleichsergebnisses VE1 vom Erfindungsgedanken umfasst. Die Ermittlung eines globalen Vergleichsergebnisses VE1 erübrigt sich natürlich, wenn gilt: N = 1.In a simple example, conditions B1 n (A n (f)) become frequency-dependent limit values G n (f) for the amplitudes A n (f) the respective frequency spectra FS Δt1n specified. In each case, in the analysis unit, for example, it is checked whether the amplitudes A n (f) in the respective frequency range FB n for all frequencies f above the specified limits G n (f) lie. If this is the case, then, for example, as a comparison result. VE1 n = 1. Altogether there are then N comparison results VE1 n in front. From these N comparison results VE1 n becomes a binary global comparison result VE1 VE1 = 1 or VE1 = 0, for example. VE1 = 1, if more than half of the N comparison results are true: VE1 n = 1. Of course, any other conditions B1 n (A n (f)) or Method for determining a comparison result VE1 n / of a global comparison result VE1 from the spirit of the invention. The determination of a global comparison result VE1 Needless to say, if: N = 1.
Die Schalteinheit ist dazu eingerichtet, dass abhängig von den ersten Vergleichsergebnissen VE1n ein erstes Steuersignal oder ein zweites Steuersignal erzeugt wird, wobei das erste Steuersignal bewirkt, dass die verbindbare elektrische Vorrichtung in den ersten Zustand und das zweite Steuersignal bewirkt, dass die elektrische Vorrichtung in den zweiten Zustand schaltbar ist bzw. geschaltet wird. Die Schalteinheit fungiert somit als „intelligenter“ Schalter, der abhängig von den Vergleichsergebnissen VE1n das erste oder das zweite Steuersignal erzeugt. Im einfachsten Fall ist die Schalteinheit als angesteuerter Unterbrechungskontakt ausgeführt. The switching unit is adapted to, depending on the first comparison results VE1 n generating a first control signal or a second control signal, the first control signal causing the connectable electrical device to be in the first state and the second control signal to cause the electrical device to be switched to the second state. The switching unit thus acts as an "intelligent" switch, which depends on the comparison results VE1 n generates the first or the second control signal. In the simplest case, the switching unit is designed as a controlled interrupt contact.
Vorteilhaft wird das erste Steuersignal und das zweites Steuersignal von der Schalteinheit zudem abhängig von den in den jeweiligen Zeitintervallen Δt1n ermittelten externen Kraft-/Momenteneinträgen Fext,n(t), insbesondere abhängig von den Beträgen |Fext,n(t)| der Kraft-/Momenteneinträge Fext,n(t) erzeugt. Vorteilhaft vergleicht die Analyseeinheit die Beträge |Fext,n(t)| für zweite Zeitintervalle Δt2n mit zweiten Bedingungen B2n und erzeugt zweite Vergleichsergebnisse VE2n , mit Δt1n ≤ Δt2n. Die zweiten Zeitintervalle Δt2n können mehrere erste Zeitintervalle Δt1n umfassen. Somit können Kraft- und/oder Momentensignaturen mit vorgegebenen Nominalsignaturen auf Basis entsprechend vorgegebener Bedingungen B2n verglichen werden. Vorteilhaft gilt: Δt1n = Δt1= konstant und Δt2n = Δt2 = konstant. Vorteilhaft gilt: Δt1n = Δt1= Δt2n = Δt2 = konstant.Advantageously, the first control signal and the second control signal from the switching unit also depends on the in the respective time intervals Δt1 n determined external force / torque entries F ext, n (t) , in particular depending on the amounts | F ext, n (t) | the force / moment entries F ext, n (t) generated. Advantageously, the analysis unit compares the amounts | F ext, n (t) | for second time intervals Δt2 n With second conditions B2 n and generates second comparison results VE2 n , with Δt1 n ≤ Δt2 n . The second time intervals Δt2 n can have multiple first time intervals Δt1 n include. Thus, force and / or torque signatures with predetermined nominal signatures based on correspondingly predetermined conditions B2 n be compared. Advantageously: Δt1 n = Δt1 = constant and Δt2 n = Δt2 = constant. Advantageously: Δt1 n = Δt1 = Δt2 n = Δt2 = constant.
Unter dem Begriff „Signatur“ wird vorliegend eine Eigenschaft oder ein Charakteristikum der erfassten Kraft-/Momenteneinträge verstanden, beispielsweise ein Mittelwert, ein Zeitverlauf, eine ermittelte Kenngröße etc.In the present case, the term "signature" is understood to mean a property or a characteristic of the recorded force / torque entries, for example an average value, a time profile, a determined parameter, etc.
Vorteilhaft sind die Vergleichsergebnisse VE2n binär. Vorteilhaft werden alle Vergleichsergebnisse VE2n auf ein einziges globales Vergleichsergebnis VE2 abgebildet, das vorteilhaft ebenfalls binär ist. Im Fall von N = 1 erübrigt sich die Ermittlung eines globalen Vergleichsergebnisses VE2.The comparison results are advantageous VE2 n binary. All comparison results will be advantageous VE2 n to a single global comparison result VE2 imaged, which is advantageous also binary. In the case of N = 1, the determination of a global comparison result is unnecessary VE2 ,
Das erste Steuersignal kann beispielsweise das Anliegen einer ersten elektrischen Spannung U1 und/oder eines ersten elektrischen Stroms 11 und/oder einer ersten Kapazität C1 und/oder eines ersten elektrischen Widerstands R1 sein. Das zweite Steuersignal kann das Anliegen einer zweiten Spannung U2 und/oder eines zweiten elektrischen Stroms 12 und/oder einer zweiten Kapazität C2 und/oder eines zweiten Widerstands R2 sein. Das erste und das zweite Steuersignal kann auch als ein entsprechend zugeordnetes elektrisches Signal und/oder ein entsprechend zugeordneter Signalcode und/oder ein Lichtsignal und/oder ein akustisches Signal sein. Das erste oder das zweite Steuersignal können als Signal jeweils dann (einmalig) erzeugt werden, wenn ein Umschaltvorgang von einem zum anderen Steuersignal erfolgt. Alternativ können das erste oder das zweite Steuersignal fortwährend erzeugt werden, sofern die zugeordneten Vergleichsergebnisse VE1n für das jeweilige Steuersignal vorliegen.The first control signal can, for example, the concern of a first electrical voltage U1 and / or a first electrical current 11 and / or a first capacity C1 and / or a first electrical resistance R1 his. The second control signal may be the application of a second voltage U2 and / or a second electrical current 12 and / or a second capacity C2 and / or a second resistor R2 his. The first and the second control signal may also be as a correspondingly assigned electrical signal and / or a correspondingly assigned signal code and / or a light signal and / or an acoustic signal. The first or the second control signal can be generated as a signal in each case (once) when a switching process takes place from one to the other control signal. Alternatively, the first or the second control signal can be generated continuously, provided the associated comparison results VE1 n for the respective control signal.
Durch eine entsprechende Wahl der Frequenzbereiche FBn und eine entsprechende Wahl der ersten Bedingungen B1n(An(f)) können insbesondere gezielt mittels einer Hand eines Bedieners erzeugte externe Kraft-/Momenteneinträge Fext,n(t) in die N Kraft-/Momentensensoren ermittelt werden.By an appropriate choice of the frequency ranges FB n and a corresponding choice of the first conditions B1 n (A n (f)) can in particular specifically generated by a hand of an operator external force / torque entries F ext, n (t) are determined in the N force / moment sensors.
Dabei ist insbesondere relevant, dass mittels einer Hand bzw. mittels eines Fingers eingebrachte Kraft- und/oder Momente zeitliche Schwankungen aufweisen, die insbesondere in einem Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 20 Hz oder 1 Hz bis 15 Hz oder 1 Hz bis 10 Hz oder 5 Hz ± 5 Hz liegen. Werden also Kraft- und/oder Momenteneinträge mit Schwankungen insbesondere in dem Frequenzbereich von 5 Hz ± 4 Hz erfasst, so kann mit hoher Sicherheit davon ausgegangen werden, dass diese „Eingaben“ von einer Hand eines Bedieners erzeugt wurden. Vorteilhaft sind die vorgegebenen Frequenzbereiche FBn jeweils aus dem Bereich von 0 Hz bis 100 Hz oder von 0 Hz bis 75 Hz oder von 0 Hz bis 50 Hz gewählt oder sind als die Frequenzbereiche [0 Hz, ..., 20 Hz] oder [0 Hz, ..., 15 Hz] oder [0 Hz, ..., 10 Hz] definiert.It is particularly relevant that by means of a hand or by means of a finger introduced force and / or moments have temporal variations, in particular in a frequency range of 0.1 Hz to 20 Hz or 1 Hz to 15 Hz or 1 Hz to 10 Hz or 5 Hz ± 5 Hz. Thus, if force and / or torque inputs are detected with fluctuations, in particular in the frequency range of 5 Hz ± 4 Hz, then it can be assumed with high certainty that these "inputs" were generated by a single operator. The predetermined frequency ranges are advantageous FB n in each case selected from the range from 0 Hz to 100 Hz or from 0 Hz to 75 Hz or from 0 Hz to 50 Hz or are defined as the frequency ranges [0 Hz, ..., 20 Hz] or [0 Hz,. 15 Hz] or [0 Hz, ..., 10 Hz].
Vorteilhaft werden zusätzlich die Beträge |Fext,n(t)| der eingebrachten Kräfte und/oder Momente ausgewertet und bewertet (durch Bedingungen B2n ) und bei der Erzeugung des ersten oder zweiten elektrischen Signals berücksichtigt. Dabei kann bspw. geprüft werden, ob die Beträge |Fext,n(t)| in einem vorgegebenen Nominalbereich liegen und/oder ob eine erfasste Signatur (insbesondere eines zeitlichen Verlaufs) der Kraft-/Momenteneinträge in einem vorgegebenen Nominalbereich liegt.In addition, the amounts | F ext, n (t) | the introduced forces and / or moments evaluated and evaluated (by conditions B2 n ) and in the generation of the first or second electrical signal. In this case, it can be checked, for example, whether the amounts | F ext, n (t) | lie in a predetermined nominal range and / or whether a detected signature (in particular a time course) of the force / moment entries lies in a predetermined nominal range.
Darüber hinaus werden vorteilhaft bei positionsauflösenden flächig ausgebildeten Kraft- und/oder Momentensensoren oder bei mehreren verteilt angeordneten Kraft- und/oder Momentensensoren Positionsinformationen zu den erfassten Kraft-/Momenteneinträgen ausgewertet und bewertet (bspw. durch entsprechend vorgegebene Bedingungen B3n ) und bei der Erzeugung des ersten oder zweiten elektrischen Signals berücksichtigt. Beispielsweise kann dadurch eine Nominalfläche vorgegeben werden, in der ein flächiger Krafteintrag vorhanden sein muss, damit ein erstes oder zweites elektrisches Signal erzeugt wird.In addition, position information about the detected force / torque entries are advantageously evaluated and evaluated (eg, by correspondingly predetermined conditions) in the case of position-resolving area-formed force and / or moment sensors or in the case of several distributed force and / or moment sensors B3 n ) and in the generation of the first or second electrical signal. For example, this can be used to specify a nominal area in which a planar force entry must be present so that a first or second electrical signal is generated.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung zeichnet sich die Schaltvorrichtung dadurch aus, dass im Fall, dass zur Zeit t0 erste Vergleichsergebnisse VE1n erzeugt werden, die die ersten Bedingungen B1n erfüllen, so dass von der Schalteinheit ein erstes Steuersignal erzeugt wird, und anschließend zur Zeit t1 erste Vergleichsergebnisse VE1*n erzeugt werden, die die ersten Bedingungen B1n nicht erfüllen, mit t0 < t1, die Schalteinheit derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass das zweite Steuersignal bei einem von t1 bis zu einer Zeit t2 = t1 + Δ gleichbleibenden ersten Vergleichsergebnis VE1* erst zur Zeit t2 , das heißt verzögert erzeugt wird, wobei Δ eine vorgegebene Zeitspanne ist. Somit erfolgt ein entsprechend verzögertes Umschalten vom ersten Steuersignal auf das zweite Steuersignal obwohl die ersten Vergleichsergebnisse VE1*n ansonsten das Erzeugen des zweiten Steuersignals zur Zeit t1 bedingen würden. Vorteilhaft wird von einer nachfolgend noch erläuterten Ausgabeeinheit in dem Zeitraum zwischen t1 und t2 ein akustisches und/oder optisches und/oder haptisch wahrnehmbares Warnsignal ausgegeben.According to an advantageous development, the switching device is characterized in that in the case that at the time t 0 first comparison results VE1 n be generated, the first conditions B1 n so that a first control signal is generated by the switching unit, and then at the time t 1 first comparison results VE1 * n be generated, the first conditions B1 n with t 0 <t 1 , the switching unit is designed and arranged such that the second control signal at one of t 1 up to a time t 2 = t 1 + Δ constant first comparison result VE1 * only at the time t 2 that is, delayed generated, where Δ is a predetermined period of time. Thus, a correspondingly delayed switching from the first control signal to the second control signal takes place although the first comparison results VE1 * n otherwise generating the second control signal at the time t 1 would require. It is advantageous from an output unit to be explained below in the period between t 1 and t 2 an audible and / or visual and / or haptic perceptible warning signal issued.
Vorteilhaft ist die Schalteinheit weiterhin derart ausgeführt und eingerichtet, dass im Fall, dass im Zeitraum [t3 , t4 [ erste Vergleichsergebnisse VE1*n erzeugt werden, die die ersten Bedingungen B1n nicht erfüllen, so dass von der Schalteinheit ein zweites Steuersignal erzeugt wird, und zur Zeit t4 erste Vergleichsergebnisse VE1n erzeugt werden, die die ersten Bedingungen B1n erfüllen, die Schalteinheit derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass das erste Steuersignal zur Zeit t4 unverzüglich erzeugt wird.Advantageously, the switching unit is further designed and arranged such that in the event that during the period t 3 . t 4 [first comparison results VE1 * n be generated, the first conditions B1 n do not meet, so that a second control signal is generated by the switching unit, and currently t 4 first comparison results VE1 n be generated, the first conditions B1 n meet, the switching unit is designed and arranged such that the first control signal at the time t 4 is generated immediately.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgeschlagenen Schaltvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine mit der Schalteinheit verbundene Ausgabeeinheit zur Ausgabe von akustischen und/oder haptischen und/oder optischen Signalen vorhanden ist, wobei die Ausgabeeinheit ein Signal ausgibt, das von dem von der Schalteinheit aktuell erzeugten Steuersignal abhängt. So kann beispielsweise dann, wenn ein erstes Steuersignal erzeugt wird, eine grüne LED aktiviert werden und wenn ein zweites Steuersignal erzeugt wird, eine rote LED aktiviert werden.An advantageous development of the proposed switching device is characterized in that an output unit connected to the switching unit is provided for outputting acoustic and / or haptic and / or optical signals, wherein the output unit outputs a signal which is generated by the control signal currently generated by the switching unit depends. For example, when a first control signal is generated, a green LED may be activated and when a second control signal is generated, a red LED may be activated.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrisch steuerbare Vorrichtung, insbesondere eine manuell durch einen Bediener bedienbare Vorrichtung, insbesondere ein Handwerkzeug, wie bspw. Bohrmaschine, Schrauber, Laubbläser, Kreis- oder Kettensäge etc., ein händisch bedienbares Küchengerät, eine Handfeuerwaffe, ein Roboterwerkzeug, das von einem Robotermanipulator greifbar ist, etc. aufweisend eine elektrische Schaltvorrichtung wie vorstehend beschrieben.Another aspect of the invention relates to an electrically controllable device, in particular a manually operable by an operator device, in particular a hand tool, such as. Drill, screwdriver, leaf blower, circular or chainsaw, etc., a manually operated kitchen appliance, a handgun, a robot tool which is graspable by a robot manipulator, etc., comprising an electric switching device as described above.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltvorrichtung zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten elektrischen Zustands einer damit verbindbaren Vorrichtung. Das Verfahren weist folgende Schritte auf. In einem Schritt erfolgt ein Erfassen von zeitabhängigen externen Kraft-/Momenteneinträgen Fext,n(t) mit einer Anzahl N von Kraft- und/oder Momentensensoren, mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1. In einem weiteren Schritt erfolgt auf Basis der in vorgegebenen ersten Zeitintervallen Δt1n erfassten Kraft-/Momenteneinträge Fext,n(t) ein Ermitteln zugehöriger Frequenzspektren FSΔt1,n . In einem weiteren Schritt erfolgt ein Vergleichen der frequenzabhängigen Amplituden An(f) in vorgegebenen Frequenzbereichen FBn = [f0,n, ..., f1,n] der jeweiligen Frequenzspektren FSΔt1n mit einer für diese Frequenzbereiche FBn vorgegebenen ersten Bedingungen B1n(A(f)) und dabei Erzeugen erster Vergleichsergebnisse VE1n durch eine Analyseeinheit, mit f, f0,n, f1,n =: Frequenzen. In einem weiteren Schritt erfolgt abhängig von den ersten Vergleichsergebnissen VE1n ein Erzeugen eines ersten Steuersignals oder eines zweiten Steuersignals durch eine Schalteinheit, wobei das erste Steuersignal bewirkt, dass die verbindbare elektrische Vorrichtung in den ersten Zustand und das zweite Steuersignal bewirkt, dass die elektrische Vorrichtung in den zweiten Zustand schaltbar ist.Another aspect of the invention relates to a method of operating a switching device for generating a first and a second electrical state of a device connectable therewith. The method comprises the following steps. In one step, time-dependent external force / torque entries are recorded F ext, n (t) with a number N of force and / or moment sensors, with n = 1, 2,..., N and N ≥ 1. In a further step, based on the predetermined first time intervals Δt1 n recorded force / moment entries F ext, n (t) determining associated frequency spectrums FS Δt1, n , In a further step, the frequency-dependent amplitudes are compared A n (f) in predetermined frequency ranges FB n = [f 0, n , ..., f 1, n ] of the respective frequency spectra FS Δt1n with one for these frequency ranges FB n predetermined first conditions B1 n (A (f)) and thereby generating first comparison results VE1 n by an analysis unit, with f, f 0, n , f 1, n =: frequencies. In a further step takes place depending on the first comparison results VE1 n generating a first control signal or a second control signal by a switching unit, wherein the first control signal causes the connectable electrical device in the first state and the second control signal causes the electrical device is switchable to the second state.
Vorteilhaft entspricht der erste Zustand der elektrischen Vorrichtung einem Zustand, bei dem die elektrische Vorrichtung aktiviert ist, und der zweite Zustand der elektrischen Vorrichtung einem Zustand, bei dem die elektrische Vorrichtung deaktiviert ist.Advantageously, the first state of the electrical device corresponds to a state in which the electrical device is activated, and the second state of the electrical device corresponds to a state in which the electrical device is deactivated.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass im Fall, dass zur Zeit t0 erste Vergleichsergebnisse VE1n erzeugt werden, die die ersten Bedingungen B1n erfüllen, so dass von der Schalteinheit ein erstes Steuersignal erzeugt wird, und anschließend zur Zeit t1 erste Vergleichsergebnisse VE1*n erzeugt werden, die die ersten Bedingungen B1n nicht erfüllen, mit t0 < t1, das zweite Steuersignal bei einem von t1 bis zu einer Zeit t2 = t1 + Δ gleichbleibendem ersten Vergleichsergebnis VE1* durch die Schalteinheit erst zur Zeit t2 , das heißt verzögert erzeugt wird, wobei Δ eine vorgegebene Zeitspanne ist.An advantageous development of the proposed method is characterized in that in the case that at the time t 0 first comparison results VE1 n be generated, the first conditions B1 n so that a first control signal is generated by the switching unit, and then at the time t 1 first comparison results VE1 * n be generated, the first conditions B1 n do not satisfy, with t 0 <t 1 , the second control signal at one of t 1 until a time t 2 = t 1 + Δ constant first comparison result VE1 * through the switching unit only at the time t 2 that is, delayed generated, where Δ is a predetermined period of time.
Vorteilhaft sieht das vorgeschlagene Verfahren vor, dass im Fall, dass im Zeitraum [t3 , t4 [ erste Vergleichsergebnisse VE1*n erzeugt werden, die die ersten Bedingungen B1n nicht erfüllen, so dass von der Schalteinheit ein zweites Steuersignal erzeugt wird, und zur Zeit t4 erste Vergleichsergebnisse VE1n erzeugt werden, die die ersten Bedingungen B1n erfüllen, die Schalteinheit das erste Steuersignal zur Zeit t4 unverzüglich erzeugt.Advantageously, the proposed method provides that in the event that t 3 . t 4 [first comparison results VE1 * n be generated, the first conditions B1 n do not meet, so that a second control signal is generated by the switching unit, and currently t 4 first comparison results VE1 n be generated, the first conditions B1 n meet, the switching unit, the first control signal at the time t 4 produced immediately.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass eine mit der Schalteinheit verbundene Ausgabeeinheit zur Ausgabe von akustischen und/oder haptischen und/oder optischen Signalen vorhanden ist, wobei die Ausgabeeinheit Signale ausgibt, die von dem von der Schalteinheit aktuell erzeugten Steuersignal abhängen.An advantageous development of the proposed method is characterized in that an output unit connected to the switching unit is provided for outputting acoustic and / or haptic and / or optical signals, wherein the output unit outputs signals which depend on the control signal currently generated by the switching unit ,
Vorteilhaft sind die vorgegebenen Frequenzbereiche FBn jeweils aus dem Bereich von 0 Hz bis 100 Hz oder von 0 Hz bis 75 Hz oder von 0 Hz bis 50 Hz gewählt oder die Frequenzbereiche FBn sind als [0 Hz, ..., 20 Hz] oder [0 Hz, ..., 15 Hz] oder [0 Hz, ..., 10 Hz] definiert.The predetermined frequency ranges are advantageous FB n in each case selected from the range of 0 Hz to 100 Hz or from 0 Hz to 75 Hz or from 0 Hz to 50 Hz or the frequency ranges FB n are defined as [0 Hz, ..., 20 Hz] or [0 Hz, ..., 15 Hz] or [0 Hz, ..., 10 Hz].
Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Analyseeinheit Amplituden An(f) der in zweiten Zeitintervallen Δt2n erfassten Kraft-/Momenteneinträge Fext,n(t) mit zweiten Bedingungen B2n vergleicht und zweite Vergleichsergebnisse VE2n erzeugt, mit |Δt1| ≤ |Δt2|, und die Schalteinheit abhängig von den zweiten Vergleichsergebnissen VE2n das erste Steuersignal oder das zweite Steuersignal erzeugt.An advantageous development of the proposed method is characterized in that the analysis unit amplitudes A n (f) at second time intervals Δt2 n recorded force / moment entries F ext, n (t) with second conditions B2 n compares and second comparison results VE2 n generated, with | Δt1 | ≤ | Δt2 |, and the switching unit depending on the second comparison results VE2 n generates the first control signal or the second control signal.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnungen - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details will become apparent from the following description, in which - where appropriate, with reference to the Drawings - at least one embodiment is described in detail. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.
Es zeigen:
- 1 eine schematisierte Darstellung einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Schaltvorrichtung,
- 2 einen schematisierten Ablaufplan einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens,
- 3 einen beispielhaften von einem Kraftsensor erfassten Kraftverlauf Fext,n(t) bei manueller Betätigung der Schaltvorrichtung durch die Hand eines Bedieners,
- 4 einen beispielhaften von einem Kraftsensor erfassten Kraftverlauf Fext,n(t) bei Krafteinwirkung von Gegenständen einer Umgebung auf die Schaltvorrichtung,
- 5 ein für erfasste Krafteinträge Fext,n(t) ermitteltes zugehöriges Frequenzspektrum FSΔt1,n
Show it: - 1 a schematic representation of an embodiment of the proposed switching device,
- 2 a schematic flowchart of an embodiment of the proposed method,
- 3 an exemplary force profile detected by a force sensor F ext, n (t) with manual operation of the switching device by the hand of an operator,
- 4 an exemplary force profile detected by a force sensor F ext, n (t) upon application of force from an environment to the switching device,
- 5 one for recorded force entries F ext, n (t) determined associated frequency spectrum FS Δt1, n
1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Schaltvorrichtung 100 zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten elektrischen Zustands einer damit verbindbaren elektrisch steuerbaren Vorrichtung 105. Die Schaltvorrichtung 100 umfasst eine Anzahl N von Kraftsensoren 101 zur Erfassung von zeitabhängigen externen Krafteinträgen Fext,n(t), mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1, eine Auswerteeinheit 102, die auf Basis der in vorgegebenen ersten Zeitintervallen Δt1n erfassten Krafteinträge Fext,n(t) zugehörige Frequenzspektren FSΔt1,n ermittelt, eine Analyseeinheit 103, die frequenzabhängige Amplituden An(f) in vorgegebenen Frequenzbereichen FBn = [f0,n, ..., f1,n] der jeweiligen Frequenzspektren FSΔt1n mit einer für diesen Frequenzbereich FBn vorgegebenen ersten Bedingung B1n(A(f)) vergleicht und erste Vergleichsergebnisse VE1n erzeugt, mit f, f0,n, f1,n =: Frequenzen, und eine Schalteinheit 104, die derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass abhängig von den ersten Vergleichsergebnissen VE1n ein erstes Steuersignal oder ein zweites Steuersignal erzeugt wird, wobei das erste Steuersignal bewirkt, dass die verbindbare elektrische Vorrichtung 105 in den ersten Zustand und das zweite Steuersignal bewirkt, dass die elektrische Vorrichtung 105 in den zweiten Zustand schaltbar ist. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the proposed switching device 100 for generating a first and a second electrical state of an electrically controllable device connectable therewith 105 , The switching device 100 includes a number N of force sensors 101 for recording time-dependent external force entries F ext, n (t) , where n = 1, 2, ..., N and N ≥ 1, an evaluation unit 102 based on in predetermined first time intervals Δt1 n recorded entries F ext, n (t) associated frequency spectrums FS Δt1, n determines an analysis unit 103 , the frequency-dependent amplitudes A n (f) in predetermined frequency ranges FB n = [f 0, n , ..., f 1, n ] of the respective frequency spectra FS Δt1n with one for this frequency range FB n predetermined first condition B1 n (A (f)) compares and first comparison results VE1 n generated, with f, f 0, n , f 1, n =: frequencies, and a switching unit 104 , which is designed and arranged such that, depending on the first comparison results VE1 n a first control signal or a second control signal is generated, wherein the first control signal causes the connectable electrical device 105 in the first state and the second control signal causes the electrical device 105 in the second state is switchable.
Die Vorrichtung 105 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine manuell bedienbare Bohrmaschine. Die Schaltvorrichtung 100 ist dabei an der Bohrmaschine fix angeordnet. Das erste Steuersignal bewirkt, dass die Bohrmaschine im standby Betrieb ist, d.h. nicht aktiv ist. Das zweite Steuersignal bewirkt vorliegend, dass die Bohrmaschine aktiviert ist, d.h. mit der Bohrmaschine können in diesem Zustand Löcher gebohrt werden, da sich der Bohrer dreht.The device 105 is a manually operated drill in this embodiment. The switching device 100 is fixed to the drill fixed. The first control signal causes the drill to be in standby mode, ie not active. The second control signal causes in the present case that the drill is activated, ie with the drill can be drilled holes in this state, as the drill rotates.
Das erste und zweite Steuersignal wird vorliegend auch in Abhängigkeit der erfassten Messwerte der Krafteinträge Fext,n(t) und vorgegebener Bedingungen für diese Krafteinträge Fext,n(t) erzeugt. Hierzu werden durch die Analyseeinheit 103 Beträge |Fext,n(t)| der in zweiten Zeitintervallen Δt2n (vorliegend gilt Δt2n = Δt1n) erfassten Krafteinträge Fext,n(t) mit einer vorgegebenen zweiten Bedingung B2n(|Fext,n(t)|) verglichen, wobei zweite Vergleichsergebnisse VE2n erzeugt werden, mit |Δt1| = |Δt2|. Die Schalteinheit 104 ist dazu ausgeführt, abhängig von den zweiten Vergleichsergebnissen VE2n das erste Steuersignal oder das zweite Steuersignal zu erzeugen.In the present case, the first and second control signals are also dependent on the detected measured values of the force inputs F ext, n (t) and given conditions for these force entries F ext, n (t) generated. For this purpose, the analysis unit 103 Amounts | F ext, n (t) | at second time intervals Δt2 n (In this case Δt2 n = Δt1 n ) recorded force entries F ext, n (t) with a predetermined second condition B2 n (| F ext, n (t) |), wherein second comparison results VE2 n be generated with | Δt1 | = | Δt2 |. The switching unit 104 is executed, depending on the second comparison results VE2 n to generate the first control signal or the second control signal.
Die vorliegende Schaltvorrichtung 100 erzeugt fortlaufend zeitlich äquidistante Messwerte der Krafteinträge Fext,n(t) mit einer Datenrate von vorteilhaft 10 bis 100 Hz, insbesondere mit einer Datenrate im Bereich von 25 Hz bis 75 Hz. Diese Messwerte werden vorteilhaft in einem internen Pufferspeicher der Schaltvorrichtung 100 gespeichert. Der Pufferspeicher umfasst eine bestimmte Speicherkapazität, die bei Erschöpfung kontinuierlich überschrieben wird.The present switching device 100 generates continuously equidistant measured values of the force entries F ext, n (t) with a data rate of advantageously 10 to 100 Hz, in particular with a data rate in the range of 25 Hz to 75 Hz. These measured values are advantageously stored in an internal buffer memory of the switching device 100 saved. The buffer memory has a certain storage capacity, which is continuously overwritten when exhausted.
Sind in dem Pufferspeicher eine bestimmte Anzahl von Messwerten verfügbar, beispielsweise 64 Messwerte, so werden diese mit einer DFT (Diskrete FourierTransformation) vom Zeitbereich in den Frequenzbereich transformiert. Die DFT ist vorteilhaft als FFT Typ Radix-8-Butterfly implementiert.If a certain number of measured values are available in the buffer memory, for example 64 measured values, these are transformed from the time domain into the frequency domain using a DFT (Discrete Fourier Transform). The DFT is advantageously implemented as FFT type Radix-8-Butterfly.
Die Messwerte der Krafteinträge Fext,n(t) liegen somit im Zeitbereich und im Frequenzbereich vor. Um insbesondere das Ein-/Ausschalten (Aktivieren/Deaktivieren) der Vorrichtung 105 (Bohrmaschine) mittels der vorgeschlagenen Schaltvorrichtung 100 zu realisieren, sind in diesem Ausführungsbeispiel entsprechende Schwellwerte (erste Bedingung B1n(A(f)) und zweiten Bedingung B2n(|Fext,n(t)|)) definiert.The measured values of the force entries F ext, n (t) are thus present in the time domain and in the frequency domain. In particular, to turn on / off (enable / disable) the device 105 (Drill) by means of the proposed switching device 100 In this exemplary embodiment, corresponding threshold values (first condition B1 n (A (f)) and second condition B2 n (| F ext, n (t) |)) are defined.
2 zeigt einen schematisierten Ablaufplan einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens zum Betrieb einer Schaltvorrichtung zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten elektrischen Zustands einer damit verbindbaren Vorrichtung. Das Verfahren umfasst folgende Schritte. In einem Schritt 201 erfolgt ein Erfassen von zeitabhängigen externen Kraft-/Momenteneinträgen Fext,n(t) mit einer Anzahl N von Kraft- und/oder Momentensensoren, mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1. In einem Schritt 202 erfolgt auf Basis der in vorgegebenen ersten Zeitintervallen Δt1n erfassten Kraft-/Momenteneinträge Fext,n(t) ein Ermitteln zugehöriger Frequenzspektren FSΔt1,n . In einem Schritt 203a erfolgt ein Vergleichen der frequenzabhängigen Amplituden An(f) in vorgegebenen Frequenzbereichen FBn = [f0,n, ..., f1,n] der jeweiligen Frequenzspektren FSΔt1n mit einer für diese Frequenzbereiche FBn vorgegebenen ersten Bedingung B1n(A(f)). In einem Schritt 203b erfolgt ein Erzeugen erster Vergleichsergebnisse VE1n durch eine Analyseeinheit, mit f, f0,n, f1,n =: Frequenzen. In einem Schritt 204 erfolgt abhängig von den ersten Vergleichsergebnissen VE1n Erzeugen eines ersten Steuersignals oder eines zweiten Steuersignals durch eine Schalteinheit, wobei das erste Steuersignal bewirkt, dass die verbindbare elektrische Vorrichtung in den ersten Zustand und das zweite Steuersignal bewirkt, dass die elektrische Vorrichtung in den zweiten Zustand schaltbar ist. 2 FIG. 12 shows a schematic flow diagram of an embodiment of the proposed method for operating a switching device for generating a first and a second electrical state of a device connectable thereto. FIG. The method comprises the following steps. In one step 201 there is a detection of time-dependent external force / moment entries F ext, n (t) with a number N of force and / or moment sensors, with n = 1, 2, ..., N and N ≥ 1. In one step 202 takes place on the basis of the predetermined first time intervals Δt1 n recorded force / moment entries F ext, n (t) determining associated frequency spectrums FS Δt1, n , In one step 203a there is a comparison of the frequency-dependent amplitudes A n (f) in predetermined frequency ranges FB n = [f 0, n , ..., f 1, n ] of the respective frequency spectra FS Δt1n with a first condition B1 n (A (f)) given for these frequency ranges FB n . In one step 203b the first comparison results are generated VE1 n by an analysis unit, with f, f 0, n , f 1, n =: frequencies. In one step 204 depends on the first comparison results VE1 n Generating a first control signal or a second control signal by a switching unit, wherein the first control signal causes the connectable electrical device in the first state and the second control signal causes the electrical device to be switched to the second state.
3 zeigt einen beispielhaften, von einem Kraftsensor 101 erfassten Kraftverlauf Fext,n(t) bei einer manuellen Betätigung der Schaltvorrichtung durch die Hand eines Bedieners. Zu erkennen ist, dass die Krafteinträge zeitliche Variationen aufweisen, deren Frequenz typisch für beispielsweise eine manuelle Bedienung per Hand ist. 3 shows an example of a force sensor 101 recorded force curve F ext, n (t) in a manual operation of the switching device by the hand of an operator. It can be seen that the force inputs have temporal variations whose frequency is typical for manual manual operation, for example.
4 zeigt einen beispielhaften von einem Kraftsensor 101 erfassten Kraftverlauf Fext,n(t) bei Krafteinwirkung von Gegenständen einer Umgebung auf die Schaltvorrichtung 100. Ist die Bohrmaschine 105 beispielsweise in einem Kasten mit mehreren anderen Gegenständen verstaut, und erzeugen diese anderen Gegenstände Krafteinträge auf den Kraftsensor 101, so muss natürlich verhindert werden, dass dadurch die Bohrmaschine aktiviert wird. Dies ist möglich, da sich die dadurch bewirkten Krafteinträge zu Krafteinträgen bei einer nominellen Bedienung der Bohrmaschine durch eine menschliche Hand insbesondere im Frequenzbereich unterscheiden. Die 4 veranschaulicht die im Vergleich zu 3 unterschiedliche Charakteristik der Krafteinträge. 4 shows an example of a force sensor 101 recorded force curve F ext, n (t) upon application of force from an environment to the switching device 100 , Is the drill 105 stowed for example in a box with several other items, and generate these other items force inputs to the force sensor 101 , so of course it must be prevented that thereby the drill is activated. This is possible because the force entries caused thereby to force entries in a nominal operation of the drill differ by a human hand, especially in the frequency range. The 4 illustrates the compared to 3 different characteristics of the force entries.
5 zeigt beispielhaft ein für erfasste Krafteinträge Fext,n(t) ermitteltes zugehöriges Frequenzspektrum FSΔt1,n , wobei die Krafteinträge Fext,n(t) durch eine Hand eines Bedieners erzeugt wurden. Insbesondere zu erkennen ist, dass im Frequenzbereich zwischen 0 und 10 Hz ein Maximum auftritt, was als Hinweis für eine manuelle Bedienung der vorgeschlagenen Schalteinrichtung verwendet wird. 5 shows an example of recorded force entries F ext, n (t) determined associated frequency spectrum FS Δt1, n , where the force entries F ext, n (t) generated by a hand of an operator. In particular, it can be seen that a maximum occurs in the frequency range between 0 and 10 Hz, which is used as an indication of a manual operation of the proposed switching device.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been further illustrated and explained in detail by way of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a multitude of possible variations exists. It is also to be understood that exemplified embodiments are really only examples that are not to be construed in any way as limiting the scope, applicability, or configuration of the invention. Rather, the foregoing description and description of the figures enable one skilled in the art to practice the exemplary embodiments, and those of skill in the knowledge of the disclosed inventive concept may make various changes, for example, to the operation or arrangement of particular elements recited in an exemplary embodiment, without Protection area defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanations in the description.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
100100
-
Schaltvorrichtungswitching device
-
101101
-
Kraft- und/oder MomentensensorenForce and / or moment sensors
-
102102
-
Auswerteeinheitevaluation
-
103103
-
Analyseeinheitanalysis unit
-
104104
-
Schalteinheitswitching unit
-
105105
-
elektrisch steuerbare Vorrichtung
electrically controllable device
-
201 - 204201-204
-
Verfahrensschrittesteps
