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Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Systems mit einer durch eine erste Aktuatoreinheit in ihren mechanischen Freiheitsgraden aktuierten Eingabevorrichtung und mit einer von der Eingabevorrichtung entfernt gelegenen und durch eine zweite Aktuatoreinheit in ihren mechanischen Freiheitsgraden aktuierte ausführende Vorrichtung.
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Im Stand der Technik sind verschiedenste Verfahren zum Betreiben und Ansteuern eines Robotermanipulators bekannt. Hierzu betrifft beispielsweise die
DE 10 2015 210 218 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Roboters an einem Roboterarbeitsplatz, wobei der Roboter einen Roboterarm mit mehreren Gliedern, die Glieder verbindenden Gelenken und die Gelenke bewegenden Antrieben, sowie eine zum Bewegen des Roboterarms ausgebildet Steuerungsvorrichtung aufweist, die eingerichtete ist, während eines manuell geführten Bewegens des Roboterarms die Gelenke des Roboterarms durch Ansteuern der Antriebe in Abhängigkeit von auf ein oder mehrere der Glieder manuell aufgebrachten Kräften zu verstellen, aufweisend folgende Verfahrensschritte: Vorgeben einer zu überwachenden Zustandsart des Roboterarbeitsplatzes oder des Roboters, Überwachen eines der Zustandsart entsprechenden Zustandsparameters des Roboterarbeitsplatzes oder des Roboters, Vorgeben mindestens eines Grenzwertes für den überwachten Zustandsparameter des Roboterarbeitsplatzes oder des Roboters, manuell geführtes Bewegen des Roboterarms durch manuelles Aufbringen von Kräften auf ein oder mehrere der Glieder, um die Gelenke des Roboterarms zu verstellen, Erzeugen einer Vibration an dem Roboterarm, angesteuert durch die Steuerungsvorrichtung, während des manuell geführten Bewegens, wenn der überwachte Zustandsparameter den mindestens einen vorgegebenen Grenzwert erreicht.
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Ferner betrifft die
DE 10 2015 009 151 A1 ein Verfahren zum automatisierten Ermitteln eines Eingabebefehls für einen Roboter, der durch manuelles Ausüben einer externen Kraft auf den Roboter eingegeben wird, wobei der Eingabebefehl auf Basis desjenigen Anteils von durch die externe Kraft aufgeprägten Gelenkkräften ermittelt wird, der eine Bewegung des Roboters nur in einem für diesen Eingabebefehl spezifischen Unterraum des Gelenkkoordinatenraums des Roboters zu bewirken sucht.
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Die
DE 10 2014 204 452 A1 betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines Roboters, der einen Roboterarm mit mehreren Gliedern, mit einer Befestigungsvorrichtung und mit einem an der Befestigungsvorrichtung befestigtes Werkzeug, sowie eine Steuerungsvorrichtung zum Bewegen des Roboterarms umfasst, die ausgebildet ist, in einem Automatikbetrieb den Roboterarm derart anzusteuern, dass das Werkzeug automatisch einer Werkstückbahn an einem Werkstück folgt, welche zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Werkstückkante des Werkstücks verläuft, aufweisend folgende Verfahrensschritte: Manuelles Bewegen des Roboterarms derart, dass das Werkzeug an einen Startpunkt und/oder einen Endpunkt der Werkstückbahn gebracht wird, Speichern von Positions- und/oder Orientierungswerten welche das Werkzeug im Startpunkt und/oder im Endpunkt einnimmt, derart, dass die Steuerungsvorrichtung die gespeicherten Positionsund/oder Orientierungswerte im Automatikbetrieb abrufen und den Roboterarm derart automatisch ansteuern kann, dass das Werkzeug die zugeordnete Position und/oder Orientierung im Startpunkt und/oder im Endpunkt automatisch einnimmt, Manuelles Bewegen des Roboterarms in einer zur Werkstückkante zumindest im Wesentlichen parallelen Richtung, Speichern wenigstens eines Wertes, der die Richtung der zur Werkstückkante zumindest im Wesentlichen parallel ausgeführten manuellen Bewegung kennzeichnet, derart, dass die Steuerungsvorrichtung den wenigstens einen gespeicherten, die Richtung kennzeichnenden Werte im Automatikbetrieb abrufen und den Roboterarm derart automatisch ansteuern kann, dass das Werkzeug zwischen dem Startpunkt und Endpunkt in Abhängigkeit des Verlaufs der Werkstückkante in der dem wenigstens einen gespeicherten Wert entsprechenden Richtung automatisch der Werkstückbahn folgt.
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Die
DE 10 2014 202 145 A1 betrifft ein Verfahren zum Programmieren eines Industrieroboters durch manuell geführtes Bewegen eines Manipulatorarms des Industrieroboters in wenigstens eine Pose, in der wenigstens eine in ein Roboterprogramm aufzunehmende Steuerungsgröße durch eine Steuervorrichtung des Industrieroboters erfasst und als Parameter eines zugeordneten Programmbefehls in dem Roboterprogramm gespeichert wird, aufweisend die Schritte: Auswählen einer Programmbefehlsart, zu der zugeordnete Parameter gespeichert werden sollen, fortlaufendes Erfassen und Zwischenspeichern der wenigstens einen aufzunehmenden Steuerungsgröße in vorbestimmten Zeitschritten während eines manuell geführten Handhabens des Manipulatorarms, fortlaufendes Erfassen wenigstens einer stellungs- und/oder bewegungsbezogenen Größe der jeweils momentanen Pose des Manipulatorarms, in vorbestimmten Zeitschritten während des manuell geführten Handhabens des Manipulatorarms, Vergleichen der in vorbestimmten Zeitschritten erfassten stellungs- und/oder bewegungsbezogenen Größen mit vorbestimmten, ein Abbruchkriterium darstellenden stellungs- und/oder bewegungsbezogenen Größen, Speichern einer der Steuerungsgrößen als Parameter des ausgewählten Programmbefehls in dem Roboterprogramm, wenn einer der fortlaufend erfassten stellungs- und/oder bewegungsbezogenen Größen das Abbruchkriterium erfüllt.
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Die
DE 10 2013 218 823 A1 betrifft ein Verfahren zum manuell geführten Verstellen der Pose eines Manipulatorarms eines Industrieroboters, aufweisend die Schritte: Erfassen einer von einem Bediener des Industrieroboters auf den Manipulatorarm aufgebrachten Führungskraft, Bestimmen derjenigen Freiheit eines Referenz-Koordinatensystems in deren Richtung die Führungskraft ihre größte Kraftrichtungskomponente aufweist, als eine ausgewählte Freiheit, kraftgeregeltes Ansteuern der Antriebe des Industrieroboters derart, dass ein Verstellen eines vorbestimmten, mit dem Manipulatorarm verbundenen Bezugspunktes durch Bewegen des Manipulatorarms während eines manuell geführten Verstellens der Pose des Manipulatorarms nur in der ausgewählten Freiheit erfolgt.
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Die
DE 10 2010 029 745 A1 betrifft schließlich ein Werkstück-Handhabungssystem, aufweisend mindestens zwei zur Handhabung von Werkstücken kooperierende Manipulatoren, die mittels wenigstens einer frei programmierbaren Steuervorrichtung in drei oder mehr Achsen automatisch steuerbar und/oder programmierbar sind, wobei mindestens ein erster Manipulator in wenigstens einem seiner Freiheitsgrade zum manuell geführten Bewegen eingerichtet ist, und die Steuervorrichtung eingerichtet ist, mindestens einen zweiten Manipulator in Abhängigkeit des manuell geführten Manipulators automatisch zu steuern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fernsteuerung einer ausführenden Vorrichtung, insbesondere eines Robotermanipulators, zu verbessern.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein System, aufweisend eine durch eine erste Aktuatoreinheit in ihren mechanischen Freiheitsgraden aktuierte Eingabevorrichtung und eine von der Eingabevorrichtung entfernt gelegene und durch eine zweite Aktuatoreinheit in ihren mechanischen Freiheitsgraden aktuierte ausführende Vorrichtung, wobei die Eingabevorrichtung eine Steuereinheit aufweist und die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, gemäß eines von einem Anwender aus einer Vielzahl von verschiedenartigen möglichen Eingabeverhalten ausgewählten Eingabeverhaltens der Eingabevorrichtung die erste Aktuatoreinheit während einer Eingabe des Anwenders an der Eingabevorrichtung anzusteuern und die Eingabe des Anwenders auf ein Kommando für die ausführende Vorrichtung abzubilden und das Kommando an die ausführende Vorrichtung zu übermitteln, wobei die Eingabe des Anwenders ein Aufbringen einer kontaktlosen Eingangsgröße und/oder ein Bewegen und/oder ein Aufbringen einer Kraft auf die Eingabevorrichtung umfasst und ein jeweiliges mögliches Eingabeverhalten durch zumindest einen aus den folgenden Parametern der Eingabevorrichtung bestimmt ist: Impedanz, Zahl und/oder Orientierung der mechanischen Freiheitsgrade, Steifigkeit, Dämpfung, Trägheit, Bewegung in einem Kraft- oder Potentialfeld, zulässige Bewegungskorridore, Reaktion auf die kontaktlose Eingangsgröße; wobei die ausführende Vorrichtung dazu ausgeführt ist, durch Ansteuerung der zweiten Aktuatoreinheit das Kommando auszuführen, und/oder aus dem Kommando Befehle zu erzeugen und die Befehle auszuführen;
sodass die Eingabevorrichtung für eine Vielzahl von verschiedenen möglichen ausführenden Vorrichtungen durch jeweils zumindest ein für die jeweilige ausführende Vorrichtung des Systems passendes Eingabeverhalten verwendbar ist und als eine zu den physischen und situativen Gegebenheiten der ausführenden Vorrichtung des Systems passende Eingabevorrichtung dient.
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Die Eingabevorrichtung und die ausführende Vorrichtung sind zueinander entfernt gelegen. Entfernt gelegen bedeutet dabei, dass die Eingabevorrichtung und die ausführende Vorrichtung separate Geräte darstellen, wobei es nicht darauf ankommt, in welcher Entfernung beide zueinander stehen. So können die Eingabevorrichtung und die ausführende Vorrichtung 1 m voneinander entfernt stehen oder lediglich über Internet verbunden mehrere 1000 km voneinander entfernt sein. Insbesondere sind die Eingabevorrichtung und die ausführende Vorrichtung durch eine Datenverbindung miteinander verbunden, um die Teleoperation der ausführenden Vorrichtung basierend auf Eingaben der Eingabevorrichtung zu gewährleisten.
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Eine kontaktlose Eingangsgröße ist beispielsweise ein Abstandssensor, mit dem die Eingabevorrichtung auch ohne Kontakt bedient werden kann, d. h. eine Eingabe durch einen Anwender vorgenommen werden kann. Auch kann darunter eine optische Erfassung insbesondere einer Geste des Anwenders verstanden werden. Weiterhin bevorzugt kann ein Distanzsensor zur Erfassung einer Annäherungsgeschwindigkeit des Anwenders selbst oder eines Körperteils des Anwenders verwendet werden.
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Der jeweilige Freiheitsgrad kann ein relativer Freiheitsgrad der Eingabevorrichtung bzw. der ausführenden Vorrichtung sein, insbesondere Gelenkwinkel oder Verschiebungen von linearen gegeneinander verschiebbaren Elementen, insbesondere im Falle von Robotern bzw. Robotermanipulatoren; oder aber der jeweilige Freiheitsgrad ist im Sinne eines Bewegungsgrades der gesamten Eingabevorrichtung bzw. der gesamten ausführenden Vorrichtung jeweils als Ganzes zu verstehen, sodass beispielsweise im Falle der ausführenden Vorrichtung als fliegender Roboter die Freiheitsgrade des Roboters durch die Momenten- und Translationsdynamik bestimmt werden, oder im Falle eines fahrenden Roboters durch die Freiheitsgrade der Räder bzw. der Lenkung.
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Das Kommando kann einerseits ein kommandiertes Signal für die zweite Aktuatoreinheit, d. h. die Aktuatoren der ausführenden Vorrichtung, unmittelbar dienen, oder aber alternativ bevorzugt wird das Kommando als höherwertiges Kommando im Sinne einer Aufgabe verstanden, aus der die ausführende Vorrichtung erst die Befehle im Sinne der Sollgrößen für die zweite Aktuatoreinheit generiert. Unabhängig davon, ob das Kommando selbst auf Signalebene für die Aktuatoren oder erst die Befehle als solche verwendet werden, wird bevorzugt in der ausführenden Vorrichtung ein dynamisches Regelgesetz angewendet, um die Sollgrößen zu verfolgen und umzusetzen.
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Das Auswählen des Eingabeverhaltens durch den Anwender erfolgt bevorzugt durch Vorgeben einer Auswahl aus einer Liste von vordefinierten möglichen Eingabewerten durch den Anwender. Alternativ bevorzugt wird das Eingabeverhalten durch den Anwender selbst definiert und dadurch ausgewählt. Weiterhin und besonders bevorzugt wird vom Anwender das Eingabeverhalten selbst durch entsprechende Eingaben an der Eingabevorrichtung definiert.
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Das Eingabeverhalten bestimmt, in anderen Worten, welche Art von Mensch-Maschine-Schnittstelle zwischen der Eingabevorrichtung und dem Anwender während der Eingabe vorliegt. Aufgrund der ersten Aktuatoreinheit und den mechanischen Freiheitsgraden an der Eingabevorrichtung ist diese in der Lage, verschiedenartige Eingabeverhalten zu emulieren, und damit auch verschiedene bereits real existierende Eingabegeräte, wie eine Space-Maus, einen Joystick, einen Steuerknüppel, eine Fernbedienung mit Hebeln, o. ä., oder auch selbst definierte Eingabegeräte zu emulieren. D. h., dass durch die entsprechende Ansteuerung der ersten Aktuatoreinheit der Eingabevorrichtung die mechanische Flexibilität durch entsprechende Ansteuerung soweit ausgenutzt wird, dass auf der Eingabevorrichtung eine Vielzahl von Eingabegeräten simuliert werden kann. Insbesondere können Freiheitsgrade der Eingabevorrichtung gesperrt werden oder in bestimmten Bewegungskorridoren nur freigegeben werden, sodass selbst eine Eingabevorrichtung in Form eines Roboterarms einen Joystick emulieren kann, oder ein Lenkrad. Der Anwender fühlt bei der Eingabe an der Eingabevorrichtung das Verhalten eines solchen beispielhaften Joysticks oder Lenkrades, obwohl physisch die Eingabevorrichtung beispielsweise nach wie vor nur ein aktuierter Roboterarm ist.
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Es ist daher eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass mit einer erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung durch entsprechendes Aufprägen eines Eingabeverhaltens eine Vielzahl von möglichen ausführenden Vorrichtungen angesteuert werden können, wobei das jeweilige Eingabeverhalten an die physischen und situativen Gegebenheiten der jeweiligen ausführenden Vorrichtung angepasst werden kann. Dies bietet erhebliche Vorteile bei der Operation einer ausführenden Vorrichtung, insbesondere eines Roboters, via Telepräsenz, bei der der Anwender ohne sich in unmittelbarer Nähe oder Kontakt zur ausführenden Vorrichtung zu befinden, die ausführende Vorrichtung mittels der Eingabevorrichtung befehlliegen kann, ohne dass dabei entsprechende physische Einschränkungen an der Eingabevorrichtung enthalten sein müssen, solange die Eingabevorrichtung ein Minimum an Freiheitsgrade und Aktuierbarkeit erlaubt, um die Gegebenheiten der ausführenden Vorrichtung widerzuspiegeln.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die ausführende Vorrichtung eines aus den folgenden: Robotermanipulator; Medizin-Roboter, insbesondere chirurgischer Roboter; mobiler Roboter, insbesondere fahrender oder schwimmender oder fliegender Roboter oder Himmelskörper-Rover. Ein Himmelskörper-Rover ist insbesondere ein Fahrzeug, das zur Erkundung von Planeten, Monden, oder Asteroiden eingesetzt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Eingabevorrichtung ein von Hand führbarer mehrachsiger Roboterarm. Ein solcher mehrachsiger Roboterarm weist insbesondere ein Vielzahl von durch Gelenken miteinander verbundenen Gliedern auf. Bevorzugt weisen alle der Gelenke einen jeweiligen Aktuator auf, sodass der Roboter um mehrere Achsen verkippbar ist und eine Vielzahl von Eingabegeräten emulieren kann. Generell gesprochen kann der Roboterarm vorteilhaft durch seine Bauweise eine sehr große Vielzahl von existierenden Eingabegeräten oder gedachten Eingabegeräten nachahmen. Insbesondere dann, wenn alle als Roboterarm ein redundanter Roboterarm verwendet wird, erhöht sich die Zahl der einstellbaren Eingabeverhalten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bildet jedes der möglichen Eingabeverhalten ein Eingabeverhalten eines zugehörigen und durch die Eingabevorrichtung physisch emulierbaren Eingabegeräts auf Bewegungs- und/oder Krafteingaben des Anwenders hin nach. Das physisch simulierbare Eingabegerät kann ein bereits existierendes Eingabegerät wie Joystick oder Maus sein, kann aber auch ein frei beliebig definierbares Eingabegerät sein. Entscheidend ist, dass das Verhalten gedachten Eingabegerät an der Eingabevorrichtung physisch emulierbar ist, d. h. dass durch eine entsprechende Ansteuerung der ersten Aktuatoreinheit an der Eingabevorrichtung das Eingabeverhalten das Eingabegerät auch auf der Eingabevorrichtung simuliert werden kann. Weiterhin bevorzugt bildet jedes der möglichen Eingabeverhalten ein Eingabeverhalten eines zugehörigen und durch die Eingabevorrichtung physisch emulierbaren Eingabegeräts auf kontaktlose Eingangsgrößen des Anwenders hin nach.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die ausführende Vorrichtung dazu ausgeführt, an die Eingabevorrichtung ein Signal über einen ermittelten Zustand der ausführenden Vorrichtung und/oder über eine auf die ausführende Vorrichtung wirkende externe Einflussgröße zu übermitteln, wobei die Eingabevorrichtung dazu ausgeführt ist, ein Feedbacksignal basierend auf dem Signal und/oder basierend auf einem Zustand der Eingabevorrichtung und/oder basierend auf einer auf die Eingabevorrichtung wirkenden externen Einflussgröße an den Anwender zu übermitteln.
Eine auf die ausführende Vorrichtung wirkende externe Einflussgröße ist insbesondere eine Störgröße. Diese Störgröße kann gemessen oder auch geschätzt werden. Selbiges gilt für den Zustand der ausführenden Vorrichtung, der durch Schätzung oder durch Messung ermittelt werden kann. Ein Effekt dieser Ausführung ist, dass ein virtueller geschlossener Regelkreis mit dem Anwender innerhalb der geschlossenen Regelschleife gebildet wird, wobei die Rückführungssignale einerseits von der Eingangsvorrichtung und andererseits von der ausführenden Vorrichtung oder beiden zusammen ausgehen können. Ebenso ist die auf die Eingabevorrichtung wirkende externe Einflussgröße insbesondere eine Störgröße, die während der Eingabe des Anwenders an der Eingabevorrichtung wirkt. Für eine Schätzung eines Zustands bzw. der Einflussgröße wird insbesondere ein Störgrößenbeobachter verwendet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Feedbacksignal zumindest eines aus den folgenden:
- - Kraftrückmeldung gegen die Bewegung eines Anwenders auf die Eingabevorrichtung,
- - Bewegung zumindest von Teilen der Eingabevorrichtung in einem Kraftfeld,
- - Luftstrom,
- - visuelle Ausgabe,
- - akustische Ausgabe,
- - Neurostimulation,
- - Muskelstimulation,
- - Vibration zumindest eines Teils der Eingabevorrichtung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Eingabevorrichtung mindestens zwei, insbesondere aktuierte, mechanische Freiheitsgrade auf, und die ausführende Vorrichtung mindestens zwei, insbesondere aktuierte, mechanische Freiheitsgrade auf. Bevorzugt weist die Eingabevorrichtung mindestens drei, insbesondere aktuierte, mechanische Freiheitsgrade auf, und die ausführende Vorrichtung mindestens drei, insbesondere aktuierte, mechanische Freiheitsgrade auf. Dies steigert seitens der Eingabevorrichtung vorteilhaft die Anzahl an ausführenden Vorrichtungen, zu denen ein passendes Eingabeverhalten an der Eingabevorrichtung aufgeprägt werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Eingabevorrichtung dazu ausgeführt, das ausgewählte Eingabeverhalten durch Erfassen von mindestens einer, insbesondere aber wiederholter, Eingaben des Anwenders an der Eingabevorrichtung zu erlernen. Insbesondere durch entsprechende wiederholte Eingaben können an der Eingabevorrichtung Daten aufgenommen werden, die auf ein gewünschtes Eingabeverhalten einen Schluss zulassen. Hierfür dienen bevorzugt auch das Signal über den ermittelten Zustand der Eingabevorrichtung, sowie weiterhin bevorzugt (zum Kompensieren dieser) die auf die Eingabevorrichtung wirkende externe Einflussgröße. Das Ermitteln des gewünschten Eingabeverhalten erfolgt bevorzugt durch Mustererkennung, statistische Mittel und optional entsprechende statistische Filter, um das Signal zu Rausch Verhältnis möglichst hoch zu gestalten und möglichst viele Informationen über das gewünschte Eingabeverhalten zu filtern. Vorteilhaft können somit auch durch Eingaben selbst das gewünschte Eingabeverhalten vom Anwender definiert werden, ohne dass er diese aus einer Liste auswählen müsste.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, die Eingabe des Anwenders auf das Kommando für die ausführende Vorrichtung durch zumindest eines der folgenden Kriterien abzubilden:
- - lineare oder nichtlineare Skalierung der kontaktlosen Eingangsgrößen und/oder Bewegungen und/oder Kräfte der Eingabe,
- - Multiplikation der Eingabe mit einem phasenvorziehenden Glied,
- - Verwendung der Eingabe als Eingang eines dynamischen Systems, insbesondere einer Differentialgleichung, und Verwendung des Ausgangs des dynamischen Systems als Kommando,
- - Interpretation der Eingabe als Geschwindigkeitskommando, oder Positionskommando, oder Kraftwinderkommando, oder Gelenkmomentkommando, oder Wirkkraft oder Wirkmoment der ausführenden Vorrichtung auf eine Umgebung der ausführenden Vorrichtung.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems mit einer durch eine erste Aktuatoreinheit in ihren mechanischen Freiheitsgraden aktuierten Eingabevorrichtung und mit einer von der Eingabevorrichtung entfernt gelegenen und durch eine zweite Aktuatoreinheit in ihren mechanischen Freiheitsgraden aktuierte ausführende Vorrichtung, aufweisend die Schritte:
- - Auswählen eines Eingabeverhaltens aus einer Vielzahl von verschiedenartigen möglichen Eingabeverhalten an einer Steuereinheit der Eingabevorrichtung durch einen Anwender, wobei ein jeweiliges mögliches Eingabeverhalten durch zumindest einen aus den folgenden Parametern der Eingabevorrichtung bestimmt ist: Impedanz, Zahl und/oder Orientierung der mechanischen Freiheitsgrade, Steifigkeit, Dämpfung, Trägheit, Bewegung in einem Kraft- oder Potentialfeld, zulässige Bewegungskorridore, Reaktion auf eine kontaktlose Eingangsgröße;
- - Ansteuern der ersten Aktuatoreinheit während einer Eingabe des Anwenders an der Eingabevorrichtung gemäß dem ausgewählten Eingabeverhaltens der Eingabevorrichtung durch die Steuereinheit, wobei die Eingabe des Anwenders ein Aufbringen einer kontaktlosen Eingangsgröße und/oder ein Bewegen und/oder ein Aufbringen einer Kraft auf die Eingabevorrichtung umfasst,
- - Abbilden der Eingabe des Anwenders auf ein Kommando für die ausführende Vorrichtung und Übermitteln des Kommandos an die ausführende Vorrichtung,
- - Ausführen des Kommandos durch die ausführende Vorrichtung durch Ansteuerung der zweiten Aktuatoreinheit, und/oder Erzeugen von Befehlen aus dem Kommando und Ausführen der Befehle;
sodass die Eingabevorrichtung für eine Vielzahl von verschiedenen möglichen ausführenden Vorrichtungen durch jeweils zumindest ein für die jeweilige ausführende Vorrichtung des Systems passendes Eingabeverhalten verwendet wird und als eine zu den physischen und situativen Gegebenheiten der ausführenden Vorrichtung des Systems passende Eingabevorrichtung dient.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen System vorstehend gemachten Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 ein System gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 2 ein Verfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt ein System 1. Das System 1 weist eine Eingabevorrichtung 5 und eine ausführende Vorrichtung 9 auf. Sowohl die Eingabevorrichtung 5 wie auch die ausführende Vorrichtung 9 sind Roboter. Die Eingabevorrichtung 5 ist ein aktuierter Roboterarm 5, wobei eine erste Aktuatoreinheit 3 der Eingabevorrichtung 5 eine Vielzahl von Elektromotoren aufweist, die an den Gelenken des Roboterarms 5 angeordnet sind. Die ausführende Vorrichtung 9 ist ein Robotermanipulator und dient dem Einsatz in einer medizinischen Anwendung mit seinem Endeffektor. Dafür wird der ausführende Roboter 9 durch eine zweite Aktuatoreinheit 7 mit einer Vielzahl von Elektromotoren an seinen Gelenken angetrieben. Beide Roboter sind räumlich voneinander entfernt und über eine Datenleitung miteinander verbunden. Die Eingabevorrichtung weist einen redundanten Roboterarm auf. Die Eingabevorrichtung 5 weist eine Steuereinheit 11 auf, die gemäß eines von einem Anwender aus einer Vielzahl von möglichen Eingabeverhalten ausgewählten Eingabeverhaltens der Eingabevorrichtung 5 die erste Aktuatoreinheit 3 während einer Eingabe des Anwenders an der Eingabevorrichtung 5 ansteuert. Da es sich um eine medizinische Anwendung handelt, werden sämtliche Freiheitsgrade der Eingabevorrichtung 7 durch die Steuereinheit 11 gesperrt, mit Ausnahme derer, die am distalen Ende der Eingabevorrichtung 5 eine joystickartige Führung durch den Anwender erlauben. Das Sperren der Freiheitsgrade erfolgt durch eine entsprechende Ansteuerung der ersten Aktuatoreinheit 3. Somit werden an der Eingabevorrichtung 5 nur zwei Koordinaten erfasst, die auf linear auf eine Bewegung des Endeffektors der ausführenden Vorrichtung 9 in einer Ebene abgebildet werden. Dies entspricht dem Kommando für die ausführende Vorrichtung 9 und das Kommando wird von der Steuereinheit 11 an die ausführende Vorrichtung 11 übermittelt. Die Eingabe des Anwenders erfolgt durch Bewegen der nicht gesperrten Freiheitsgrade an der Eingabevorrichtung 5 in einer vertikalen Ebene, währende die linear herunterskalierte Bewegung des Endeffektors der ausführenden Vorrichtung 9 in einer horizontalen Ebene erfolgt. Diese Bewegung der ausführenden Vorrichtung 9 erfolgt durch Ansteuerung der zweiten Aktuatoreinheit 7.
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2 zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines Systems 1 mit einer durch eine erste Aktuatoreinheit 3 in ihren mechanischen Freiheitsgraden aktuierten Eingabevorrichtung 5 und mit einer von der Eingabevorrichtung 5 entfernt gelegenen und durch eine zweite Aktuatoreinheit 7 in ihren mechanischen Freiheitsgraden aktuierte ausführende Vorrichtung 9, aufweisend die Schritte:
- - Auswählen S1 eines Eingabeverhaltens aus einer Vielzahl von möglichen Eingabeverhalten an einer Steuereinheit 11 der Eingabevorrichtung 5 durch einen Anwender, wobei ein jeweiliges mögliches Eingabeverhalten durch zumindest einen aus den folgenden Parametern der Eingabevorrichtung 5 bestimmt ist: Impedanz, Zahl und/oder Orientierung der mechanischen Freiheitsgrade, Steifigkeit, Dämpfung, Trägheit, Bewegung in einem Kraft- oder Potentialfeld, zulässige Bewegungskorridore, Reaktion auf eine kontaktlose Eingangsgröße;
- - Ansteuern S2 der ersten Aktuatoreinheit 3 während einer Eingabe des Anwenders an der Eingabevorrichtung 5 gemäß dem ausgewählten Eingabeverhaltens der Eingabevorrichtung 5 durch die Steuereinheit 11, wobei die Eingabe des Anwenders ein Aufbringen einer kontaktlosen Eingangsgröße und/oder ein Bewegen und/oder ein Aufbringen einer Kraft auf die Eingabevorrichtung 5 umfasst,
- - Abbilden S3 der Eingabe des Anwenders auf ein Kommando für die ausführende Vorrichtung 9 und Übermitteln des Kommandos an die ausführende Vorrichtung 9,
- - Ausführen S4 des Kommandos durch die ausführende Vorrichtung 9 durch Ansteuerung der zweiten Aktuatoreinheit 7, und/oder Erzeugen von Befehlen aus dem Kommando und Ausführen der Befehle;
sodass die Eingabevorrichtung 5 für eine Vielzahl von möglichen ausführenden Vorrichtungen 9 durch jeweils zumindest ein für die jeweilige ausführende Vorrichtung 9 des Systems 1 passendes Eingabeverhalten verwendet wird und als eine zur ausführenden Vorrichtung 9 des Systems 1 passende Eingabevorrichtung 5 dient.
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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 weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 3
- erste Aktuatoreinheit
- 5
- Eingabevorrichtung
- 7
- zweite Aktuatoreinheit
- 9
- ausführende Vorrichtung
- 11
- Steuereinheit
- S1
- Auswählen
- S2
- Ansteuern
- S3
- Abbilden
- S4
- Ausführen
