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Die Erfindung betrifft Benutzerschnittstellenvorrichtung für einen Endeffektor eines Roboters. Außerdem betrifft die Erfindung einen Endeffektor für einen Roboter. Außerdem betrifft die Erfindung einen Roboter. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kontrollieren einer Benutzerschnittstellenvorrichtung, eines Endeffektors und/oder eines Roboters.
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Das Dokument
US 2013/0345872 A1 betrifft einen Roboter, der zur direkten Interaktion mit einem Benutzer fähig ist. Um ein einfaches und schnelles Trainieren für neue Aufgaben durch einen Trainer ohne spezielle technische Kenntnisse zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass der Roboter einen Roboterkörper, eine Benutzerschnittstelle, mindestens eine Kamera, mindestens eine mechanische Eingabevorrichtung und einen Prozessor umfasst, wobei der Roboterkörper einen Rumpf und daran angebracht einen Kopf und mindestens ein Anhängsel umfasst, die Benutzerschnittstelle in den Roboterkörper integriert ist und eine visuelle Anzeige zum Übermitteln von Informationen an den Benutzer umfasst, die mindestens eine Kamera zum Erfassen von Bildern einer Umgebung des Roboters dient, die mindestens eine mechanische Eingabevorrichtung auf Berührung und/oder mechanische Betätigung anspricht und der Prozessor zum Verarbeiten von Eingaben, die durch die Benutzerschnittstelle erfasst werden, und, darauf basierend, zum Steuern des mindestens einen Anhängsels oder der visuellen Anzeige dient.
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Aus dem Dokument
DE 10 2018 106 812 A1 ist ein Greifsystem bekannt mit einem Endeffektor, mit Sensoren zur Erfassung des Greifumfeldes, mit einer Analyse- und Steuereinheit, mit einem im Endeffektor vorgesehenen Kommunikationssystem, wobei das Greifsystem derart eingerichtet ist, dass die Analyse- und Steuereinheit in Abhängigkeit von dem mit den Sensoren erfassten Greifumfeld durch das Kommunikationssystem Informationen zur Werkerassistenz bereitstellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Benutzerschnittstellenvorrichtung strukturell und/oder funktionell zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Endeffektor strukturell und/oder funktionell zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Roboter strukturell und/oder funktionell zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren strukturell und/oder funktionell zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einer Benutzerschnittstellenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Endeffektor mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Endeffektor mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Vorteilhafte Ausführungen und/oder Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Benutzerschnittstellenvorrichtung kann zur Informationsausgabe ausgelegt sein. Die Benutzerschnittstellenvorrichtung kann zur Ausgabe von Informationen betreffend den Endeffektor ausgelegt sein. Die Benutzerschnittstellenvorrichtung kann zur Ausgabe von Informationen betreffend den Roboter ausgelegt sein. Die Benutzerschnittstellenvorrichtung kann zur Informationsausgabe an einen Benutzer ausgelegt sein. Eine Information kann eine Statusinformation sein. Eine Information kann sich darauf beziehen, ob ein Werkstück gegriffen oder nicht gegriffen ist. Eine Information kann sich auf einen Sicherheitszustand beziehen. Eine Information kann sich auf einen Fehler beziehen. Eine Information kann sich auf eine erforderliche Interaktion beziehen. Die Benutzerschnittstellenvorrichtung kann zur Informationseingabe ausgelegt sein. Die Benutzerschnittstellenvorrichtung kann zur Eingabe von Informationen und/oder Befehlen an den Endeffektor ausgelegt sein. Die Benutzerschnittstellenvorrichtung kann zur Eingabe von Informationen und/oder Befehlen an den Roboter ausgelegt sein. Die Benutzerschnittstellenvorrichtung kann zur Eingabe von Informationen und/oder Befehlen durch den Benutzer ausgelegt sein.
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„Interaktion“ bezeichnet vorliegend insbesondere einen bidirektionalen Informationsfluss und/oder einen wechselseitigen Informationsaustausch. Die Benutzerschnittstellenvorrichtung ist zur Interaktion zwischen einem Benutzer und dem Endeffektor ausgelegt. Die Benutzerschnittstellenvorrichtung ist zur Interaktion zwischen einem Benutzer und dem Roboter ausgelegt. Die Benutzerschnittstellenvorrichtung ist zur Interaktion zwischen einem Benutzer einerseits und sowohl dem Endeffektor als auch dem Roboter andererseits ausgelegt.
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Die Benutzerschnittstellenvorrichtung kann ein erstes Elektronikmodul aufweisen. Das erste Elektronikmodul kann mit einem zweiten Elektronikmodul eines Endeffektors signalleitend verbindbar sein. Das erste Elektronikmodul kann mit einem dritten Elektronikmodul eines Roboters signalleitend verbindbar sein. Das erste Elektronikmodul kann elektrisch kontaktgebunden signalleitend und/oder elektrisch kontaktlos signalleitend, beispielsweise per Funk, verbindbar sein. Das erste Elektronikmodul kann zum Kontrollieren der Benutzerschnittstellenvorrichtung ausgelegt sein. Das erste Elektronikmodul kann zum Signalaustausch mit dem zweiten Elektronikmodul und/oder mit dem dritten Elektronikmodul ausgelegt sein.
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Das erste Elektronikmodul kann einen Microcontroller aufweisen. Das erste Elektronikmodul kann einen Prozessor aufweisen. Das erste Elektronikmodul kann zum Ausführen von Peripheriefunktionen ausgelegt sein. Das erste Elektronikmodul kann einen Arbeitsspeicher und/oder einen Programmspeicher aufweisen. Das erste Elektronikmodul kann als Ein-Chip-System ausgelegt sein.
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Die Benutzerschnittstellenvorrichtung kann ein Gehäuse, wenigstens einen Befestigungsabschnitt, wenigstens einen Schnittstellenabschnitt, ein Eingabemodul und/oder ein Ausgabemodul aufweisen.
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Das Gehäuse kann von dem Endeffektor strukturell gesondert sein. Das Gehäuse kann strukturell an den Endeffektor angepasst sein. Das Gehäuse kann eine klammerartige Form aufweisen. Das Gehäuse kann zum teilweisen Umgreifen eines beispielsweise runden Querschnitts ausgelegt sein. Das Gehäuse kann mit dem Endeffektor zerstörungsfrei lösbar verbindbar sein. Das Gehäuse kann ein struktureller Bestandteil des Endeffektors sein. Das Gehäuse kann mit dem Endeffektor zerstörungsfrei unlösbar verbunden sein. Das Gehäuse kann zumindest abschnittsweise aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Silikonkautschuk oder Silikonelastomer, hergestellt sein. Das Gehäuse kann zumindest abschnittsweise transparent oder transluzent sein. Das Gehäuse kann zumindest abschnittsweise beleuchtbar sein. Das Gehäuse kann mithilfe von Eingabeelementen des Eingabemoduls beleuchtbar sein. Das Gehäuse kann zumindest abschnittsweise lichtleitend sein.
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Der wenigstens eine Befestigungsabschnitt kann zur kraft- und/oder formschlüssigen Befestigung ausgelegt sein. Der wenigstens eine Befestigungsabschnitt kann zur zerstörungsfrei lösbaren Befestigung ausgelegt sein. Der wenigstens eine Befestigungsabschnitt kann zum Aufnehmen einer Schraubverbindung ausgelegt sein. Der wenigstens eine Befestigungsabschnitt kann eine Ausnehmung aufweisen. Die Ausnehmung kann einen runden Querschnitt aufweisen. Die Ausnehmung kann als Langloch ausgeführt sein.
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Der wenigstens eine Schnittstellenabschnitt kann zur mechanischen und/oder elektrischen Kontaktierung ausgelegt sein. Der wenigstens eine Schnittstellenabschnitt kann wenigstens einen elektrischen Kontakt aufweisen. Der wenigstens eine Schnittstellenabschnitt dazu ausgelegt sein, mit einem korrespondierenden Schnittstellenabschnitt eines Endeffektors zusammen zu wirken. Der wenigstens eine Schnittstellenabschnitt dazu ausgelegt sein, mit einem korrespondierenden Schnittstellenabschnitt eines Endeffektors mechanisch und/oder elektrisch zusammen zu wirken. Der wenigstens eine Schnittstellenabschnitt kann dazu ausgelegt sein, beim Zusammenwirken mit einem korrespondierenden Schnittstellenabschnitt eines Endeffektors eine vorgegebene Ausrichtung und/oder Kontaktierung zu gewährleisten. Der wenigstens eine Schnittstellenabschnitt kann dazu ausgelegt sein, beim Zusammenwirken mit einem korrespondierenden Schnittstellenabschnitt eines Endeffektors eine Fixierung zu gewährleisten. Der wenigstens eine Schnittstellenabschnitt kann als Steckverbinder ausgeführt sein.
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Das Eingabemodul kann wenigstens ein Eingabeelement aufweisen. Das Eingabemodul kann wenigstens vier Eingabeelemente aufweisen. Das wenigstens eine Eingabeelement kann zur manuellen Signaleingabe ausgelegt sein. Das wenigstens eine Eingabeelement kann wenigstens einen kapazitiven Sensor, wenigstens einen resistiven Sensor und/oder wenigstens einen Kraftsensor aufweisen. Das wenigstens eine Eingabeelement kann als Schalter, Taster oder Touchpad ausgeführt sein. Das wenigstens eine Eingabeelement kann einen mehrdimensionalen, insbesondere dreidimensionalen, Kraftsensor aufweisen. Wenigstens zwei Eingabeelemente können einen mehrdimensionalen, insbesondere dreidimensionalen, Kraftsensor aufweisen. Der mehrdimensionale, insbesondere dreidimensionale, Kraftsensor kann magnetische Dreiachssensoren aufweisen. Der mehrdimensionale, insbesondere dreidimensionale, Kraftsensor kann einen in einem Silikonkörper integrierten Magneten aufweisen. Der mehrdimensionale, insbesondere dreidimensionale, Kraftsensor kann dazu ausgelegt sein, nicht nur translatorische Bewegungen, sondern auch eine Rotation um eine Hochachse des Sensors zu erfassen.
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Das Ausgabemodul kann wenigstens ein Ausgabeelement aufweisen. Das wenigstens eine Ausgabeelement kann zur optisch, akustisch und/oder haptisch wahrnehmbaren Signalausgabe ausgelegt sein. Das wenigstens eine Ausgabeelement kann wenigstens eine Leuchtdiode (LED) aufweisen. Die wenigstens eine LED kann an einem Ende der Benutzerschnittstellenvorrichtung angeordnet sein. Das wenigstens eine Ausgabeelement kann mehrere ringförmig angeordnete Leuchtdioden (LEDs) aufweisen. Das wenigstens eine Ausgabeelement kann wenigstens ein Display aufweisen. Das wenigstens eine Display kann als LCD (LCD: liquid crystal display) oder als OLED-Display (OLED: organic light emitting diode) ausgeführt sein. Das wenigstens eine Display kann innerhalb ringförmig angeordneter LEDs angeordnet sein.
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Die Benutzerschnittstellenvorrichtung kann wenigstens ein kombiniertes Ein-/Ausgabemodul aufweisen. Das Ein-/Ausgabemodul kann als Touchscreen ausgeführt sein.
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Der Endeffektor kann mit einem Roboter zerstörungsfrei lösbar verbindbar sein. Der Endeffektor kann mit einem Roboter strukturell fest verbunden sein. Der Endeffektor als Greifer oder als Hand ausgeführt sein. Dem Endeffektor kann ein Tool Center Point (TCP) zugeordnet sein. Der Endeffektor ein zweites Elektronikmodul aufweisen. Das zweite Elektronikmodul kann zum Kontrollieren des Endeffektors ausgelegt sein. Das zweite Elektronikmodul kann zum Signalaustausch mit dem ersten Elektronikmodul und/oder mit dem dritten Elektronikmodul ausgelegt sein. Das erste Elektronikmodul der Benutzerschnittstellenvorrichtung und das zweite Elektronikmodul des Endeffektors können miteinander signalleitend verbunden sein. Das erste Elektronikmodul der Benutzerschnittstellenvorrichtung und/oder das zweite Elektronikmodul des Endeffektors können einem dritten Elektronikmodul eines Roboters miteinander signalleitend verbindbar sein. Das zweite Elektronikmodul kann einen Prozessor, einen Arbeitsspeicher, einen Programmspeicher, wenigstens einen Signaleingang und/oder wenigstens einen Signalausgang aufweisen.
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Der Roboter kann ein autonomer Roboter, ein mobiler Roboter, ein humanoider Roboter, ein Laufroboter, ein Portalroboter, ein Erl<undungsroboter, ein Industrieroboter, ein Medizinroboter, ein Personal Robot, ein Serviceroboter oder ein Transportroboter sein. Der Roboter ein drittes Elektronikmodul aufweisen. Das dritte Elektronikmodul kann zum Kontrollieren des Roboters ausgelegt sein. Das dritte Elektronikmodul kann zum Signalaustausch mit dem ersten Elektronikmodul der Benutzerstellenvorrichtung und/oder mit dem zweiten Elektronikmodul des Endeffektors ausgelegt sein. Das erste Elektronikmodul der Benutzerschnittstellenvorrichtung und/oder das zweite Elektronikmodul des Endeffektors einerseits und das drittes Elektronikmodul des Roboters andererseits miteinander signalleitend verbunden sein. Das dritte Elektronikmodul kann einen Prozessor, einen Arbeitsspeicher, einen Programmspeicher, wenigstens einen Signaleingang und/oder wenigstens einen Signalausgang aufweisen.
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Das Verfahren kann zum regelungstechnischen und/oder steuerungstechnischen Kontrollieren des Roboters ausgelegt sein. Es können zwei von einem Benutzer manuell eingegebene Signale des Eingabemoduls zu einer Auswertung miteinander kombiniert werden. Eine Benutzereingabe kann nur dann ausführbar sein, wenn zwei von einem Benutzer manuell eingegebene Signale des Eingabemoduls vorliegen. Basierend auf der Auswertung kann eine Handlungsfähigkeit des Benutzers überprüft werden. Mithilfe des Eingabemoduls können in einem ersten Betriebsmodus nur translatorische Bewegungen, in einem zweiten Betriebsmodus nur rotatorische Bewegungen und in einem dritten Betriebsmodus translatorische und rotatorische Bewegungen kontrollierbar sein.
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Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem ein universelles Mensch-Roboter-Interface für Greifer/Roboterhände. Das Interface kann anschraubbar oder auch vollintegriert sein. Das Interface kann mehre RGB-LEDs zur Darstellung des Roboter- und Greiferzustands aufweisen, sowie mehre Eingabeköpfe, die kapazitiv, resistiv als auch mit Drucksachaltern ausgeführt sein können. Zusätzlich können zwei dieser Köpfe als dreidimensionale Kraftsensoren aufgebaut sein. Damit können der Roboter und auch der Greifer in allen Dimensionen bewegt werden. Dazu können die beiden Sensoren zusammen ausgewertet werden, falls auf beiden Sensoren eine vorgegebene Kraft in Z-Richtung festgestellt wird. Dies erlaubt es, eine Totmannschaltung zu integrieren, um einen sicheren Umgang mit dem Roboter zu gewährleisten. Mittels der anderen Schalter kann der Bediener wählen, ob er den Roboter nur in translatorischen oder auch rotatorischen oder in allen Freiheitsgraden des Tool Center Points steuert. Das Userinterface kann entweder direkt an eine Handelektronik angeschlossen werden mittels eines passenden Kommunikationsprotokolls und von dort Daten an eine Robotersteuerung weitergeben oder über freie Anschlüsse einer Roboterwerkzeugschnittstelle. Weiterhin kann das Userinterface per Funk an die Robotersteuerung angebunden sein. Die Erfindung kann sich insbesondere durch folgende Merkmale auszeichnen: anschraubbares oder auch vollintegriertes Interface; RGB-LEDs zur Zustandsdarstellung des Roboters; mindestens vier Eingabeschalter; zwei Eingabeschalter können als dreidimensional Kraftsensoren ausgelegt sein; Kraftsensoren bestehen aus magnetischen Dreiachssensoren und einem Silikonkörper mit integriertem Magneten; spezielles Magnetdesign der Kraftsensoren, um nicht nur die translatorischen Bewegungen zu erhalten, sondern auch eine Rotation, um die Hochachse des Sensors; Silikonkörper beleuchtbar mit RBG-LED als Zustandsindil<ator; Auswertelektronik für Schalter und Sensoren plus LED-Steuerung; Elektrisches Interface zu Greifer; LCD oder OLED Display innerhalb des LED Rings.
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Mit der Erfindung wird eine Benutzung eines Endeffektors und/oder eines Roboters vereinfacht. Ein Bedienkomfort und/oder eine Sicherheit werden/wird erhöht. Ein Aufwand, wie Bedienaufwand, Zeitaufwand und/oder Kostenaufwand wird reduziert.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben, dabei zeigen schematisch und beispielhaft:
- 1 eine Benutzerschnittstellenvorrichtung zur Interaktion zwischen einem Benutzer einerseits und dem Endeffektor und dem Roboter andererseits und
- 2 einen Endeffektor mit einer Benutzerschnittstellenvorrichtung zur Interaktion zwischen einem Benutzer einerseits und dem Endeffektor und dem Roboter andererseits.
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1 zeigt eine Benutzerschnittstellenvorrichtung 100 zur Interaktion zwischen einem Benutzer einerseits und einem Endeffektor und einem Roboter andererseits. 2 zeigt die Benutzerschnittstellenvorrichtung 100 an einem als Greifer ausgeführten Endeffektor 102. Die Benutzerschnittstellenvorrichtung 100 ist zur optischen Ausgabe von Informationen betreffend den Endeffektor 102 und/oder den Roboter an einen Benutzer und zur manuellen Eingabe von Informationen bzw. Befehlen an den Endeffektor 102 und/oder an den Roboter durch den Benutzer ausgelegt.
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Die Benutzerschnittstellenvorrichtung 100 weist ein Gehäuse 104, Befestigungsabschnitte, wie 106, Schnittstellenabschnitte, wie 108, eine Elektronikmodul 110, ein Eingabemodul mit Eingabeelementen, wie 112, 114, und ein Ausgabemodul mit Ausgabeelementen, wie 116, 118, auf.
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Das Gehäuse 104 ist von dem Endeffektor 102 strukturell gesondert, strukturell an den Endeffektor 102 angepasst und weist eine klammerartige Form mit einem Mittelteil und zwei Enden zum teilweisen Umgreifen des Endeffektors 102 auf. Der Befestigungsabschnitt 106 ist als Langloch ausgeführt und zum Aufnehmen einer Schraubverbindung ausgelegt. Der Schnittstellenabschnitt 108 ist als Steckverbinder ausgeführt und dazu ausgelegt, mit einem korrespondierenden Schnittstellenabschnitt des Endeffektors 102 mechanisch und elektrisch zusammen zu wirken. Das Eingabeelemente 112, 114 sind als Schalter ausgeführt. Als Ausgabeelemente 116 dienen mehrere LEDs, die ringförmig vorderseitig an dem Mittelteil des Gehäuses 104 angeordnet sind. Als Ausgabeelemente 118 dienen LEDs, die an den Enden des Gehäuses 104 angeordnet sind. Das Elektronikmodul 110 ist als Microcontroller ausgeführt, rückseitig an dem Mittelteil des Gehäuses 104 angeordnet und mit einem Elektronikmodul des Endeffektors 102 und/oder einem Elektronikmodul des Roboters signalleitend verbindbar.
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Der Endeffektor 102 weist eine Effektorbasis 120, Greiffinger, wie 122, einen Anschlussflansch 124 zur lösbaren Verbindung mit einem Roboter und ein Elektronikmodul zum Kontrollieren des Endeffektors 102 auf. Die Effektorbasis 120 ist zur Aufnahme der Benutzerschnittstellenvorrichtung 100 ausgelegt und weist mit den Befestigungsabschnitten 106 korrespondierende Befestigungsabschnitte sowie mit den Schnittstellenabschnitte 108 korrespondierende Schnittstellenabschnitte auf. Bei Anordnung der Benutzerschnittstellenvorrichtung 100 an dem Endeffektor 102 sind das Elektronikmodul 110 der Benutzerschnittstellenvorrichtung 100 und das Elektronikmodul des miteinander signalleitend verbunden.
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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.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Benutzerschnittstellenvorrichtung
- 102
- Endeffektor
- 104
- Gehäuse
- 106
- Befestigungsabschnitt
- 108
- Schnittstellenabschnitt
- 110
- Elektronikmodul
- 112
- Eingabeelement
- 114
- Eingabeelement
- 116
- Ausgabeelement
- 118
- Ausgabeelement
- 120
- Effektorbasis
- 122
- Greiffinger
- 124
- Anschlussflansch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20130345872 A1 [0002]
- DE 102018106812 A1 [0003]
