-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kontrollieren einer Greifvorrichtung mithilfe eines handschuhartigen Ein-/Ausgabegeräts, die Greifvorrichtung aufweisend kontrollierbare Antriebe zum Bewegen der Greifvorrichtung und Greifsensoren zum Erfassen von Kraftinformationen, das Ein-/Ausgabegerät aufweisend erste Sensoren zum Erfassen von Bewegungsinformationen und zweite Sensoren zum Erfassen von Kraftinformationen. Außerdem betrifft die Erfindung ein handschuhartiges Ein-/Ausgabegerät mit ersten Sensoren zum Erfassen von Bewegungsinformationen und zweiten Sensoren zum Erfassen von Kraftinformationen zum Kontrollieren einer Greifvorrichtung mit kontrollierbaren Antrieben zum Bewegen der Greifvorrichtung und Greifsensoren zum Erfassen von Kraftinformationen.
-
Aus dem Dokument
DE 42 40 531 C1 ist eine Vorrichtung bekannt zur präzisen Eingabe von Positions- und Druckverteilungen an der menschlichen Hand in ein Datenverarbeitungsgerät, bestehend aus einem mit Sensoren versehenen Handschuh, der Greifdaten der Hand erfasst und über Messwertumformer an Computer übermittelt, aufweisend folgende Kombinationsmerkmale: Sensoren mit Schaltungen, die dem jeweiligen Messwert entsprechende Frequenzen erzeugen; eine Auswahlvorrichtung, welche Sensorfrequenzsignale zur Übertragung an einen Messwertumformer auswählt; eine Übertragungsvorrichtung zur Übertragung der ausgewählten Frequenzsignale an den Messwertumformer; einen Messwertumformer, der Frequenzen digitalisieren kann; eine Schnittstelle, welche den Messwertumformer sowie die Auswahl- und Übertragungsvorrichtung steuert; einen oder mehrere Computer, welche direkt oder indirekt die Schnittstelle bedienen und/oder von ihr Daten erhalten; zusätzlich eine Vorrichtung zur Feststellung der Position/Orientierung des Handschuhs im n-dimensionalen Raum, bezogen auf einen definierten Referenzpunkt. Dem Dokument
DE 42 40 531 C1 zufolge wird vorgeschlagen, dass die Sensoren Druck- und Positionssensoren sind, wobei sich die Drucksensoren auf der Handinnenfläche und die Positionssensoren auf der Handaußenseite des Handschuhs befinden, und dass die Drucksensoren kapazitiver Natur und die Positionssensoren induktiver Natur sind.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Ein-/Ausgabegerät strukturell und/oder funktionell zu verbessern.
-
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Ein-/Ausgabegerät mit den Merkmalen des Anspruchs 4. Vorteilhafte Ausführungen und/oder Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die Greifvorrichtung kann gesteuert und/oder geregelt kontrollierbar sein. Die Greifvorrichtung kann dazu dienen, Greif- und Manipulationsaufgaben durchzuführen. Die Greifvorrichtung kann Glieder und Gelenke aufweisen. Die Glieder können starr sein. Die Gelenke können zum beweglichen Verbinden der Glieder dienen. Die Greifvorrichtung kann eine Greiferbasis und Greiffinger aufweisen. Die Greiffinger können Greiffingerspitzen und/oder Greiffingerinnenseiten aufweisen. Die Antriebe können mechanische, elektrische und/oder pneumatische Aktuatoren aufweisen. Die Antriebe können Getriebe aufweisen. Die Getriebe können Zugmittel, Umlenkungen und/oder Elastizitäten aufweisen. Die Antriebe können dazu dienen, die Glieder zu bewegen. Die Greifvorrichtung kann an einem Roboter anordenbar sein. Die Greifvorrichtung kann handartig ausgeführt sein. Die Greifvorrichtung kann als Roboterhand ausgeführt sein. Die Greifvorrichtung kann eine virtuelle oder reale Greifvorrichtung sein.
-
Die Greifvorrichtung kann eine Kontrolleinrichtung aufweisen. Die Kontrolleinrichtung kann eine elektrische oder elektronische Kontrolleinrichtung sein. Die Kontrolleinrichtung kann einen Computer, einen Datenspeicher, Signaleingänge und/oder Signalausgänge aufweisen. Die Signaleingänge können mit den Greifsensoren signalleitend verbunden sein. Die Signaleingänge können mit dem Ein-/Ausgabegerät signalleitend verbindbar sein. Die Signalausgänge können mit den Antrieben signalleitend verbunden sein. Das Verfahren kann mithilfe der Kontrolleinrichtung durchführbar sein.
-
Die Greifsensoren können an der Greifvorrichtung zumindest annähernd an den gleichen Positionen angeordnet sein, wie die zweiten Sensoren an dem Ein-/Ausgabegerät. Gleich positionierte Sensoren der Greifvorrichtung einerseits und des Ein-/Ausgabegeräts andererseits können einander zugeordnet sein. Die Greifsensoren können an den Gliedern und/oder Gelenken angeordnet sein. Die Greifsensoren können an der Greiferbasis und/oder an den Greiffingern, insbesondere an den Greiffingerspitzen und/oder Greiffingerinnenseiten, angeordnet sein. Die Greifsensoren können als Kraftsensoren ausgeführt sein. Mithilfe der Greifsensoren können elastische Verformungen erfassbar sein. Mithilfe der Greifsensoren können Zug- und/oder Druckkräfte erfassbar sein. Als Greifsensoren können Dehnungsmessstreifen und/oder kapazitive Sensoren dienen.
-
Die Antriebe können basierend auf Bewegungsinformationen der ersten Sensoren und auf Kraftinformationen der zweiten Sensoren sowie basierend auf Kraftinformationen der Greifsensoren kontrolliert werden.
-
Die zweiten Sensoren und die Greifsensoren können kalibriert werden. Die zweiten Sensoren und die Greifsensoren können gegenseitig kalibriert werden. Die zweiten Sensoren und die Greifsensoren können jeweils bezüglich einer physikalischen Referenzgröße kalibriert werden. Die zweiten Sensoren und die Greifsensoren können jeweils mithilfe von Eichgewichten kalibriert werden. Die zweiten Sensoren und die Greifsensoren können in einer Charge oder in einem Los hergestellt worden sein. Zum Kalibrieren können die zweiten Sensoren und die Greifsensoren mit Eichgewichten belastet werden und es kann eine dieser Belastung zugeordnete Kraft festgelegt werden. Kapazitätsänderungen der zweiten Sensoren und der Greifsensoren beim Kalibrieren können gemessen und/oder dokumentiert werden. Diese zusätzlichen Sensordaten können in einen Algorithmus zum Kontrollieren der Greifvorrichtung implementiert werden.
-
Kraftinformationen der zweiten Sensoren und Kraftinformationen der Greifsensoren miteinander verglichen werden. Die Antriebe können derart kontrolliert werden, dass Greifkräfte an der Greifvorrichtung und Greifkräfte an dem Ein-/Ausgabegerät einander zumindest annähernd entsprechen. Die Antriebe können derart kontrolliert werden, dass Greifkräfte an der Greifvorrichtung Greifkräfte an dem Ein-/Ausgabegerät nicht übersteigen. Die Antriebe können derart kontrolliert werden, dass Greifkräfte an der Greifvorrichtung auf vorbestimmte Werte begrenzt werden, wenn Greifkräfte an dem Ein-/Ausgabegerät vorbestimmte Werte übersteigen.
-
Das Ein-/Ausgabegerät kann zur Eingabe von Informationen die Kontrolleinrichtung dienen. Ein handschuhartiges Ein-/Ausgabegerät kann ein Ein-/Ausgabegerät sein, das eine Hand ganz oder teilweise bedeckt. Das Ein-/Ausgabegerät kann an einer Hand einer Bedienperson anordenbar sein. Das Ein-/Ausgabegerät kann manschettenartig ausgeführt sein. Das Ein-/Ausgabegerät kann als Datenhandschuh ausgeführt sein. Das Ein-/Ausgabegerät kann einen Handflächenabschnitt und/oder Fingerabschnitte aufweisen. Die Fingerabschnitte können Fingerspitzen und/oder Fingerinnenseiten aufweisen.
-
Die ersten Sensoren und die zweiten Sensoren können strukturell und/oder funktionell voneinander gesondert ausgeführt sein. Die ersten Sensoren und die zweiten Sensoren können strukturell und/oder funktionell integriert ausgeführt sein. Die zweiten Sensoren können an dem Ein-/Ausgabegerät zumindest annähernd an den gleichen Positionen angeordnet sein, wie die Greifsensoren an der Greifvorrichtung. Gleich positionierte Sensoren des Ein-/Ausgabegeräts einerseits und der Greifvorrichtung andererseits können einander zugeordnet sein. Die zweiten Sensoren können an dem Handflächenabschnitt, den Fingerspitzen und/oder den Fingerinnenseiten des Ein-/Ausgabegeräts angeordnet sein.
-
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem ein Datenhandschuh mit Kraft Sensoren zur erweiterten Manipulation von Objekten.
-
Datenhandschuhe können werden verwendet, um Roboter zu steuern oder um in der Virtuellen Realität Objekte mit einer Hand zu manipulieren. Diese Datenhandschuhe können mithilfe von Sensoren Bewegungen von Fingern aufnehmen und diese auf eine Recheneinheit übertragen. Diese Recheneinheit kann Signale der Sensoren zu Positionssignalen der Finger verarbeiten und so eine Manipulation von Objekten ermöglichen. Dies kann sowohl mit Roboterhänden oder aber auch mit Händen in der virtuellen Realität passieren. Hierbei kann ein Benutzer, welcher den Datenhandschuh trägt, das gleiche Objekt manipulieren, welches es bei einer Telemanipulation zu greifen gilt.
-
Zusätzliche Sensoren können vorgesehen werden, um Kräfte in den Fingerspitzen oder auch in der Handfläche messen zu können. Diese Sensoren können auf einem kapazitiven Prinzip basieren. Falls derartige Sensoren bereits zur Fingerpositionserkennung verwendet werden, können sie ohne zusätzlich zu implementierende Elektronik ausgelesen werden. Die Sensoren können in die Fingerspitzen, in die Fingerinnenseiten oder aber auch in die Handfläche integriert werden und auf Druck ihre Kapazität ändern.
-
Die Kapazität der Sensoren kann mithilfe integrierter Schaltungen gemessen und an eine Recheneinheit weitergeben werden. Dabei können Maßnahmen getroffen werden, um eine Kapazität von ca. 50pF nicht durch äußere Umstände, wie stromführende Leitungen, zu stören
-
Die Sensoren können zunächst einmalig kalibriert werden und für einen bestimmten Druck kann eine Kraft in N festgelegt werden. Diese Kalibration kann zum Beispiel mit Eichgewichten durchgeführt werden. Dazu können die Gewichte auf die Sensoren gelegt werden, welche aus der gleichen Charge kommen können, wie die in dem Handschuh verbauten. Nun kann eine Kapazitätsänderung der Sensoren gemessen und dokumentiert werden.
-
Der Benutzer hat anschließend die Möglichkeit diese zusätzlichen Sensor Daten in seinen Steuerungsalgorithmus zu implementieren. Dies ermöglicht es zum Beispiel einer Roboterhand solange ihre Finger zu schließen, bis die gleiche Kraft erreicht wird, welche durch den Benutzer auf das zu greifende Objekt ausgeübt wird.
-
Mit der Erfindung wird ein besonders sensitives Greifen ermöglicht. Fragile Objekte können mit definierten Kräften gegriffen werden, die von einem Bediener vorgegeben werden. Ein vollständiges Schließen der Greifvorrichtung kann gewährleistet werden. Ein Beaufschlagen von Objekten mit zu großen Kräften kann verhindert werden. Kräfte an der Greifvorrichtung können exakt mit von einem Benutzer vorgegebenen Kräften korreliert werden.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Figur näher beschrieben, dabei zeigt schematisch und beispielhaft:
- 1 einen Datenhandschuh mit Sensoren zum Erfassen von Kraftinformationen.
-
1 zeigt ein als Datenhandschuh ausgeführtes Ein-/Ausgabegerät 100 mit ersten Sensoren zum Erfassen von Bewegungsinformationen und zweiten kapazitive Sensoren 102, 104, 106, 108, 110 zum Erfassen von Kraftinformationen. Das Ein-/Ausgabegerät 100 dient zum Kontrollieren einer hier nicht dargestellten als Roboterhand ausgeführten Greifvorrichtung.
-
Die Greifvorrichtung dient dazu, Greif- und Manipulationsaufgaben durchzuführen und weist bewegliche Greiffinger mit Greifsensoren und Antriebe zum Bewegen der Greiffinger auf. Die Antriebe werden mithilfe einer elektronischen Kontrolleinrichtung basierend auf Bewegungsinformationen der ersten Sensoren und auf Kraftinformationen der zweiten Sensoren 102, 104, 106, 108, 110 sowie basierend auf Kraftinformationen der Greifsensoren derart kontrolliert, dass Greifkräfte an der Greifvorrichtung und Greifkräfte an dem Ein-/Ausgabegerät 100 einander entsprechen.
-
Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es auch Weiterbildungen und/oder Ausführungsbeispiele der Erfindung, die zusätzlich oder alternativ das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweisen.
-
Aus den vorliegend offenbarten Merkmalskombinationen können bedarfsweise auch isolierte Merkmale herausgegriffen und unter Auflösung eines zwischen den Merkmalen gegebenenfalls bestehenden strukturellen und/oder funktionellen Zusammenhangs in Kombination mit anderen Merkmalen zur Abgrenzung des Anspruchsgegenstands verwendet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Ein-/Ausgabegerät
- 102
- Sensor
- 104
- Sensor
- 106
- Sensor
- 108
- Sensor
- 110
- Sensor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
