DE212013000218U1

DE212013000218U1 - System zur Fernpositionierung eines Endeffektors

Info

Publication number: DE212013000218U1
Application number: DE212013000218.1U
Authority: DE
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: US20140114464A1; KR20150074100A; WO2014064512A3; WO2014064512A2; CN104736305A; WO2014064512A8; BR112015008846A2; JP3200389U

Abstract

System (10) zur Fernpositionierung eines Endeffektors (12), das Folgendes umfasst:
a. eine Eingabevorrichtung (30);
b. mindestens einen Sensor in der Eingabevorrichtung (30), wobei der mindestens eine Sensor dafür konfiguriert ist, mindestens ein Signal zu generieren, das eine Kraft widerspiegelt, die auf die Eingabevorrichtung (30) einwirkt; und
c. einen Prozessor (62), der mit dem mindestens einen Sensor kommuniziert, so dass der Prozessor (62) das mindestens eine Signal empfängt, wobei der Prozessor (62) dafür konfiguriert ist, einen dritten Satz Logik auszuführen, der in einem Speicher (64) gespeichert ist und den Prozessor (62) veranlasst, das mindestens eine Signal mit einem zuvor festgelegten Grenzwert zu vergleichen und ein Steuersignal (56, 58, 60) an den Endeffektor (12) zu generieren, wenn das mindestens eine Signal den zuvor festgelegten Grenzwert überschreitet.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 61/717,361, eingereicht am 23. Oktober 2012, die für alle Zwecke durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung beinhaltet allgemein ein System zur Fernpositionierung eines Endeffektors nach den Ansprüchen 1 und 4
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Der Fachmann kennt computer-numerisch gesteuerte (CNC)-Maschinen als hochpräzise und hochgenaue Maschinen. Eine CNC-Maschine kann zum Beispiel einen Bohrer, eine Presse, eine Drehbank oder andere Maschinen während der Herstellung und/oder Endbearbeitung verschiedener Teile oder Komponenten mit relativ geringen Fertigungstoleranzen steuern. Jede CNC-Maschine erfordert in der Regel irgend eine Art von Ersteinrichtung, um einen Endeffektor vor dem Betrieb zu positionieren. Diese Erstpositionierung des Endeffektors wird herkömmlicherweise mittels eines kundenspezifischen Bedienpaneels ausgeführt, das eine Kombination aus Kipp- und/oder Drehschaltern aufweist, um die manuelle Positionierung des Endeffektors präzise zu steuern. Zum Beispiel kann ein Bediener eine erste Achse auswählen, um den Endeffektor zu bewegen, und kann einen Schalter drücken und/oder ein Potentiometer drehen, um den Endeffektor entlang der ausgewählten ersten Achse mit der ausgewählten Geschwindigkeit zu bewegen. Der Bediener kann dann den Prozess für zwei oder mehr Achsen wiederholen, bis der Bediener den Endeffektor zufriedenstellend in der gewünschten Position positioniert hat. Dieser iterative Prozess des Auswählens einer bestimmten Achse und des Bewegens des Endeffektors entlang der ausgewählten Achse mag am Ende zwar für eine Positionierung des Endeffektors effektiv sein, doch er kann auch zeit- und arbeitsaufwändig sein.
Die Entwicklung mikroelektromechanischer Systeme hat es ermöglicht, Beschleunigungsmesser und andere Sensoren in immer weiter verbreitete Produkte zu integrieren, wie zum Beispiel Smartphones, Tablet-Computer und Bedienkonsolen für virtuelle Spiele. Infolge dessen wären ein System und ein Verfahren, die mit einem oder mehreren dieser weit verbreiteten Produkte arbeiten, um einen Endeffektor zu positionieren, nützlich, um den Zeit- und Arbeitsaufwand zu verringern, der mit der Positionierung des Endeffektors einher geht.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Um die oben angesprochenen Probleme zu überwinden, und insbesondere den Zeit- und Arbeitsaufwand im Zusammenhang mit der Positionierung des Endeffektors zu verringern, wird ein System zur Fernpositionierung eines Endeffektors nach den Ansprüchen 1 und 4 beschrieben. Weitere Ausführungsformen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche. Aspekte und Vorteile der Erfindung werden unten in der folgenden Beschreibung dargelegt, oder werden aus der Beschreibung offensichtlich, oder können während der Praktizierung der Erfindung in Erfahrung gebracht werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zur Fernpositionierung eines Endeffektors. Das System enthält eine Eingabevorrichtung und mindestens einen Sensor in der Eingabevorrichtung, wobei der mindestens eine Sensor dafür konfiguriert ist, mindestens ein Signal zu generieren, das eine Kraft widerspiegelt, die auf die Eingabevorrichtung einwirkt. Ein Prozessor kommuniziert mit dem mindestens einen Sensor, so dass der Prozessor das mindestens eine Signal empfängt. Der Prozessor ist dafür konfiguriert, einen dritten Satz Logik auszuführen, der in einem Speicher gespeichert ist und den Prozessor veranlasst, das mindestens eine Signal mit einem zuvor festgelegten Grenzwert zu vergleichen und ein Steuersignal an den Endeffektor zu generieren, wenn das mindestens eine Signal den zuvor festgelegten Grenzwert überschreitet.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zur Fernpositionierung eines Endeffektors, das eine Eingabevorrichtung und mehrere Sensoren in der Eingabevorrichtung enthält, wobei jeder Sensor in den mehreren Sensoren auf eine Achse ausgerichtet ist und dafür konfiguriert ist, ein Signal zu generieren, das eine Kraft widerspiegelt, die entlang der Achse auf die Eingabevorrichtung einwirkt. Ein Prozessor kommuniziert mit den mehreren Sensoren, so dass der Prozessor die Signale von den mehreren Sensoren empfängt. Der Prozessor ist dafür konfiguriert, einen dritten Satz Logik auszuführen, der in einem Speicher gespeichert ist und den Prozessor veranlasst, die Signale von den mehreren Sensoren mit einem zuvor festgelegten Grenzwert zu vergleichen und ein Steuersignal an den Endeffektor zu generieren, wenn die Signale von den mehreren Sensoren den zuvor festgelegten Grenzwert überschreiten.
In einem Verfahren zur Fernpositionierung eines Endeffektors kann Folgendes vorgesehen sein: Bewegen einer Eingabevorrichtung, Abfühlen einer Kraft, die auf die Eingabevorrichtung einwirkt, und Vergleichen der Kraft, die auf die Eingabevorrichtung einwirkt, mit einem zuvor festgelegten Grenzwert. Das Verfahren erzeugt ein Steuersignal an den Endeffektor, wenn die Kraft, die auf die Eingabevorrichtung einwirkt, den zuvor festgelegten Grenzwert überschreitet.
Der Durchschnittsfachmann kann die Merkmale und Aspekte solcher Ausführungsformen sowie anderer anhand des Studiums der Spezifikation besser würdigen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständige und ihre Praktizierung ermöglichende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich der besten Art ihrer Realisierung, an den Fachmann wird im restlichen Teil der Spezifikation unter Bezug auf die beiliegenden Figuren ausführlicher dargelegt. In diesen Figuren ist Folgendes zu sehen:
1 ist ein beispielhaftes Blockschaubild eines Systems zur Fernpositionierung eines Endeffektors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine beispielhafte Eingabevorrichtung, die auf erste, zweite und dritte Achsen ausgerichtet ist;
3 ist ein beispielhaftes Kurvendiagramm von Rohsignalen, die eine Kraft widerspiegeln, die auf einen Sensor entlang dreier Achsen einwirkt;
4 ist ein beispielhaftes Kurvendiagramm der in 3 gezeigten Rohsignale, die zu einem einzigen Signal kombiniert sind;
5 ist ein beispielhaftes Kurvendiagramm des in 4 gezeigten kombinierten Signals mit einer Überlagerung desselben Signals in gefilterter und geglätteter Form;
6 ist ein beispielhaftes Display einer Mensch-Maschine-Schnittstelle;
7 ist ein beispielhaftes Kurvendiagramm des in 5 gezeigten kombinierten, gefilterten und geglätteten Signals, das mit detektiertem „Auslenkungen” annotiert ist; und
8 ist ein Blockschaubild eines Algorithmus für ein Verfahren zur Fernpositionierung eines Endeffektors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wir gehen nun im Detail auf vorliegende Ausführungsformen der Erfindung ein, von denen ein oder mehrere Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Die detaillierte Beschreibung verwendet Zahlen und Buchstaben zum Bezeichnen der Merkmale in den Zeichnungen. Gleiche oder ähnliche Bezeichnungen in den Zeichnungen und in der Beschreibung wurden zum Bezeichnen gleicher oder ähnlicher Teile der Erfindung verwendet. Im Sinne des vorliegenden Textes können die Begriffe „erster”, „zweiter” und „dritter” austauschbar verwendet werden, um eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden, und sollen weder Position noch Wichtigkeit der einzelnen Komponenten bezeichnen. Darüber hinaus beziehen sich die Begriffe „stromaufwärts” und „stromabwärts” auf die relative Position von Komponenten in einem Fluidströmungsweg. Zum Beispiel liegt Komponente A stromaufwärts von Komponente B, wenn ein Fluid von Komponente A zu Komponente B strömt. Umgekehrt liegt Komponente B stromabwärts von Komponente A, wenn Komponente B einen Fluidstrom von Komponente A empfängt.
Jedes Beispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und nicht ihrer Einschränkung. Dem Fachmann ist klar, dass Modifizierungen und Variationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von ihrem Schutzumfang oder Wesen abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, dafür verwendet werden, in einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Somit ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung alle Modifizierungen und Variationen erfasst, die in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten ein System zur Fernpositionierung eines Endeffektors. Das System enthält allgemein ein Smartphone, einen Tablet-Computer, eine Bedienkonsole für virtuelle Spiele oder eine sonstige tragbare Eingabevorrichtung, die einen oder mehrere Sensoren aufweist, die auf orthogonale Achsen ausgerichtet sind. Jeder Sensor kann ein Signal generieren, das eine Kraft widerspiegelt, die auf die Eingabevorrichtung einwirkt, und ein Prozessor in Kommunikation mit den Sensoren kann die Signale empfangen. Der Prozessor kann dafür konfiguriert sein, Logik auszuführen, die in einem Speicher gespeichert ist, um die Signale mit einem zuvor festgelegten Grenzwert zu vergleichen und ein Steuersignal an den Endeffektor zu generieren, wenn die Signale den festgelegten Grenzwert überschreiten. In bestimmten Ausführungsformen kann das System zusätzliche Logik enthalten, das die Signale filtert, die Signale glättet und/oder den Prozessor für verschiedene Endeffektoren modifiziert. Alternativ oder zusätzlich kann das System des Weiteren eine Sperrvorrichtung enthalten, die eine Fernpositionierung des Endeffektors nur dann gestattet, wenn die Sperrvorrichtung entsperrt ist. Obgleich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Kontext einer CNC-Maschine beschrieben werden, leuchtet dem Durchschnittsfachmann ein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf jeden beliebigen Endeffektor angewendet werden können, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine CNC-Maschine beschränkt, sofern nicht in den Ansprüchen ausdrücklich etwas anderes ausgesagt wird.
1 zeigt ein beispielhaftes Blockschaubild eines Systems 10 zur Fernpositionierung eines Endeffektors 12 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Endeffektor 12 kann ein beliebiges ferngesteuertes Werkzeug enthalten, das zum Schneiden, Schleifen, Fräsen, Oberflächenbearbeiten oder zum sonstigen Herstellen einer Komponente verwendet wird. Zum Beispiel kann der Endeffektor 12 ein Messer, ein Bohrer, ein Oberfräsenkopf, ein Laser, ein Schleifrad oder eine beliebige sonstige Fertigungsvorrichtung sein, die dem Durchschnittsfachmann bekannt ist und die in einer oder mehreren Richtungen fernpositioniert werden kann. Der Endeffektor 12 kann mit einem oder mehreren Drehpunkten oder Gelenken wirkverbunden sein, um eine Fernpositionierung des Endeffektors 12 entlang einer Linie, in einer Ebene oder in einem Volumen zu erlauben. In der in 1 gezeigten konkreten Ausführungsform beispielsweise sind die ersten, zweiten und dritten Gelenke 14, 16, 18 orthogonal zueinander angeordnet und verbinden den Endeffektor 12 mit einem Standfuß 20. Servomotoren oder andere Aktuatoren (nicht gezeigt), die mit den Gelenken 14, 16, 18 verbunden sind, ermöglichen eine Bewegung des Endeffektors 12 in drei Dimensionen.
Wie in 1 gezeigt, enthält das System 10 allgemein eine Eingabevorrichtung 30 und eine Computervorrichtung 32, die mit dem Endeffektor 12 wirkverbunden ist. Die Eingabevorrichtung 30 kann zum Beispiel ein Smartphone, ein Tablet-Computer, eine Bedienvorrichtung für virtuelle Spiele oder eine sonstige handelsübliche tragbare Vorrichtung sein, die den einen oder die mehreren Sensoren aufweist, die eine Bewegung der Eingabevorrichtung 30 entlang einer oder mehrerer Achsen detektieren und/oder quantifizieren können. Obgleich verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im vorliegenden Text der Vollständigkeit halber so beschrieben werden, dass sie mehrere separate Sensoren haben, die auf orthogonale Achsen ausgerichtet sind, kann die Eingabevorrichtung 30 in bestimmten Ausführungsformen einen einzelnen Sensor haben, der auf eine oder auf mehrere Achsen ausgerichtet ist, und die vorliegende Erfindung erfordert keinen separaten Sensor für jede Achse, sofern nicht in den Ansprüchen ausdrücklich etwas anderes ausgesagt wird. Darüber hinaus sind zwar die Eingabevorrichtung 30 und die Computervorrichtung 32 durch separate Blöcke in 1 veranschaulicht, doch dem Durchschnittsfachmann ist ohne Weiteres klar, dass eines ins andere integriert sein kann. Zum Beispiel kann die Eingabevorrichtung 30 ein Smartphone sein, und die Computervorrichtung 32 kann eine Anwendung sein, die auf das Smartphone geladen wird und darauf arbeitet.
In der in 1 gezeigten konkreten Ausführungsform zum Beispiel kann die Eingabevorrichtung 30 ein Smartphone sein, das einen Beschleunigungsmesser-Sensor 34 und einen Ausrichtungssensor 36 enthält. Der Beschleunigungsmesser-Sensor 34 wiederum kann einen ersten Beschleunigungsmesser 38 und einen zweiten Beschleunigungsmesser 40 enthalten, und der Ausrichtungssensor 36 kann einen Kompass oder einen dritten Beschleunigungsmesser 42 enthalten. Jeder Sensor 34, 36 und/oder jeder Beschleunigungsmesser 38, 40, 42 kann auf eine andere orthogonale Achse ausgerichtet sein. Zum Beispiel kann, wie am deutlichsten in 2 gezeigt, jeder Sensor 34, 36 und/oder jeder Beschleunigungsmesser 38, 40, 42 (in 2 zusammen als eine Kugel im Inneren der Eingabevorrichtung 30 dargestellt) auf erste, zweite und dritte Achsen 44, 46 bzw. 48 ausgerichtet sein. Auf diese Weise kann jeder Sensor 34, 36 und/oder jeder Beschleunigungsmesser 38, 40, 42 die Richtung und den Betrag detektieren, die bzw. den sich die Eingabevorrichtung 30 entlang jeder jeweiligen Achse 44, 46, 48 bewegt.
Wir kehren zu der in 1 gezeigten konkreten Ausführungsform zurück. Der erste Beschleunigungsmesser 38 kann auf die erste Achse 44 ausgerichtet sein und kann dafür konfiguriert sein, ein erstes Signal 50 zu generieren, das eine erste Kraft widerspiegelt, die auf den ersten Beschleunigungsmesser 38 entlang der ersten Achse 44 einwirkt. Gleichermaßen kann der zweite Beschleunigungsmesser 40 auf die zweite Achse 46 ausgerichtet sein, die orthogonal zu der ersten Achse 44 verläuft, und kann dafür konfiguriert sein, ein zweites Signal 52 zu generieren, das eine zweite Kraft widerspiegelt, die auf den zweiten Beschleunigungsmesser 40 entlang der zweiten Achse 46 einwirkt. Und zum Schluss kann der dritte Beschleunigungsmesser 42 auf die dritte Achse 48 ausgerichtet sein, die orthogonal zu den ersten und zweiten Achsen 44, 46 verläuft, und kann dafür konfiguriert sein, ein drittes Signal 54 zu generieren, das eine dritte Kraft widerspiegelt, die auf den dritten Beschleunigungsmesser 42 entlang der dritten Achse 48 einwirkt. Auf diese Weise können der erste, zweite und dritte Beschleunigungsmesser 38, 40, 42 eine Bewegung der Eingabevorrichtung 30 in drei Ebenen erfühlen und können separate Signale 50, 52, 54 generieren, die die Richtung und Größenordnung widerspiegeln, in der sich die Eingabevorrichtung 30 entlang jeder Achse 44, 46, 48 bewegt hat. Die in diesen Signalen 50, 52, 54 enthaltenen Informationen können dann durch die Computervorrichtung 32 verarbeitet werden, um die Informationen in ein dreidimensionales Koordinatensystem hinein abzubilden, um den Endeffektor 12 neu zu positionieren. Genauer gesagt, kann für jeden Sensor 34, 36 oder jeden Beschleunigungsmesser 38, 40, 42 das Vorzeichen oder die Richtung der Kraft der Bewegungsrichtung entlang jeder Achse 44, 46 bzw. 48 in einer einzelnen Ebene entsprechen, und die Größenordnung der Kraft kann der Entfernung der Bewegung entlang jeder Achse 44, 46 bzw. 48 in einer einzelnen Ebene entsprechen. Zusammen können die drei Signale 50, 52, 54 somit eine gewünschte Bewegung des Endeffektors 12 in einem dreidimensionalen Raum anzeigen.
Die Computervorrichtung 32 kommuniziert mit der Eingabevorrichtung 30, um die ersten, zweiten und dritten Signale 50, 52, 54 zu empfangen und zu verarbeiten und in erste, zweite und dritte Steuersignale 56, 58, 60, die an den Endeffektor 12 gesendet werden, abzubilden. Im Allgemeinen kann die Computervorrichtung 32 eine beliebige geeignete Prozessor-basierte Computervorrichtung sein. Geeignete Computergeräte können zum Beispiel Personalcomputer, Mobiltelefone (einschließlich Smartphones), Personal Digital Assistants, Tablet-Computer, Laptop-Computer, Desktop-Computer, Arbeitsplatzrechner, Spielekonsolen, Server, sonstige Computer und/oder sonstige geeignete Computergeräte sein. Wie in 1 gezeigt, kann die Computervorrichtung 32 einen oder mehrere Prozessoren 62 und zugehörigen Speicher 64 enthalten. Der oder die Prozessoren 62 können allgemein ein oder mehrere beliebige, dem Fachmann bekannte geeignete Verarbeitungsvorrichtungen sein. Gleichermaßen kann der Speicher 64 allgemein ein oder mehrere beliebige, geeignete computerlesbare Medien sein, einschließlich beispielsweise RAM, ROM, Festplatten, Flash-Laufwerke oder sonstige Speichervorrichtungen. Es versteht sich allgemein, dass der Speicher 64 dafür konfiguriert sein kann, Informationen zu speichern, auf die der oder die Prozessoren 62 zugreifen können, einschließlich Anweisungen oder Logik, die durch den oder die Prozessoren 62 ausgeführt werden können. Die Anweisungen oder Logik können jeder beliebige Satz Anweisungen sein, die, wenn sie durch den oder die Prozessoren 62 ausgeführt werden, den oder die Prozessoren 62 veranlassen, die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Zum Beispiel können die Anweisungen oder Logik Softwareanweisungen sein, die in einer computerlesbaren Form dargestellt sind. Wenn Software verwendet wird, so können beliebige geeignete Programmierungen, Skripts oder sonstige Arten von Sprache oder Kombinationen von Sprachen dafür verwendet werden, die im vorliegenden Text enthaltenen Lehren zu implementieren. Alternativ können die Anweisungen durch festverdrahtete Logik oder andere Schaltungen implementiert werden, einschließlich beispielsweise anwendungsspezifische Schaltkreise.
Die Computervorrichtung 32 kann auch eine Netzwerkschnittstelle für den Zugriff auf Informationen über ein Netzwerk enthalten. Die Netzwerkschnittstelle kann zum Beispiel eine USB-, Wi-Fi-, Bluetooth-, Ethernet- oder eine serielle Schnittstelle enthalten. Das Netzwerk kann eine Kombination aus Netzwerken enthalten, wie zum Beispiel ein Mobilfunknetz, ein WiFi-Netzwerk, ein LAN, ein WAN, das Internet und/oder ein anderes geeignetes Netzwerk, und kann eine beliebige Anzahl leitungsgebundener oder drahtloser Kommunikationslinks enthalten. Informationen können über die Netzwerkschnittstelle unter Verwendung sicherer Datenpakete ausgetauscht werden, die automatisch validiert werden, um ihre Integrität zwischen den Geräten sicherzustellen.
Wie in 1 gezeigt, kommuniziert der Prozessor 62 mit den ersten, zweiten und/oder dritten Beschleunigungsmessern 38, 40, 42, so dass der Prozessor 62 die ersten, zweiten und/oder dritten Signale 50, 52, 54 empfängt. Der Prozessor 62 kann dafür konfiguriert sein, einen ersten Satz Logik 66 auszuführen, der in dem Speicher 64 gespeichert ist, um die ersten, zweiten und/oder dritten Signale 50, 52, 54 zu kombinieren, zu filtern und/oder zu glätten. Die 3–5 zeigen beispielhafte Kurvendiagramme der Signale 50, 52, 54 während verschiedener Stufen der Verarbeitung durch den Prozessor 62. Genauer gesagt, zeigt 3 ein beispielhaftes Kurvendiagramm der ersten, zweiten und dritten Signale 50, 52, 54, die durch den jeweiligen ersten, zweiten und dritten Beschleunigungsmesser 38, 40, 42 erzeugt werden. Der erste Satz Logik 66 kann es dem Prozessor 62 ermöglichen, die Rohsignale 50, 52, 54 einer Vektorsummierung zu unterziehen, um ein kombiniertes Signal 72 zu erzeugen, wie in 4 gezeigt. Das kombinierte Signal 72 stellt somit die Gesamtkraft dar, die auf die Eingabevorrichtung 30 in drei Dimensionen einwirkt.
Wie in den 3 und 4 gezeigt, können die Rohdaten von dem Beschleunigungsmesser und den Ausrichtungssensoren 34, 36 ein erhebliches Rauschen enthalten, das durch elektromagnetische Interferenzen oder einfach durch die hohe Empfindlichkeit der zugehörigen ersten, zweiten und dritten Beschleunigungsmesser 38, 40, 42 verursacht wird. Darüber hinaus können verschiedene Eingabevorrichtungen 30 variierende Grade von Rausch- oder Jitter-Signalen auf die Rohsignale überlagern. Wenn die in 3 gezeigten Rohsignale 50, 52, 54 oder das in 4 gezeigte kombinierte Signal nicht modifiziert werden würden, so würden schnelle Transienten auf den Endeffektor 12 wirken, was zu unnötigen Vibrationen führen würde, die es schwierig machen würden, den Endeffektor 12 präzise und genau zu positionieren. Darüber hinaus würden die unnötigen Vibrationen den normalen Verschleiß erhöhen, der mit den sich bewegenden Teilen einher geht, und die Grenznutzungsdauer des Systems 10 verkürzen.
Der erste Satz Logik 66 kann es dem Prozessor 62 ermöglichen, die in 3 gezeigten Rohsignale 50, 52, 54 oder das in 4 gezeigte kombinierte Signal 72 zu filtern und zu glätten, um die schnellen Transienten und verrauschten Komponenten innerhalb des Signals zu entfernen, um ein glatteres Profil bereitzustellen. Der erste Satz Logik 66 kann zum Beispiel eine Übertragungsfunktion enthalten, um die in dem kombinierten Signal 72 enthaltenen Rohdaten zu filtern, um die schnellen Transienten zu entfernen. Die folgende Übertragungsfunktion ist ein solches Modell, das in den ersten Satz Logik 66 aufgenommen werden kann, um die in dem kombinierten Signal 72 enthaltenen Rohdaten zu filtern:
wobei o die Filterordnung definiert; ω gleich 2πf ist, wobei f die Grenzfrequenz ist; und ε die maximale Durchlassband-Filterverstärkung ist.
Der erste Satz Logik 66 kann des Weiteren einen polynomen Splining-Algorithmus enthalten, um das kombinierte und gefilterte Signal zu glätten und ein störungsfreies Signal zu erzeugen. Zum Beispiel kann das folgende allgemeine Grad-n-Polynom angewendet werden, um jedes gefilterte Signal zu glätten: P₍ _n ₎(x) = a_nxⁿ + a_n-1x^n-1 + ... + a₁x + a₀
5 zeigt ein beispielhaftes Kurvendiagramm des kombinierten Signals 72, wie in 4 gezeigt, mit einer Überlagerung 74 desselben Signals, das durch den Prozessor 62, der den ersten Satz Logik 66 ausführt, gefiltert und geglättet wurde. Die in 5 gezeigte resultierende Überlagerung 74 zeigt somit das kombinierte Signal 72, nachdem es durch die Übertragungsfunktion gefiltert wurde, um das Hochfrequenzrauschen und die schnellen Transienten zu entfernen, und durch das polynome Spline hoher Ordnung geglättet wurde, um ein akzeptables Profil zu erzeugen, das exakt interpretiert werden kann, um die Steuersignale 56, 58, 60 zu erzeugen, um den Endeffektor 12 zu bewegen.
6 zeigt ein beispielhaftes Display 76 für eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, auch als eine graphische Benutzerschnittstelle bekannt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Display 76 kann in die Eingabevorrichtung 30 und/oder die Computervorrichtung 32 integriert werden, so dass ein Nutzer rasch darauf zugreifen kann. Wie in 6 gezeigt, kann die Benutzerschnittstelle ein oder mehrere Sicherheitsmerkmale enthalten, um vor versehentlichen Bewegungen des Endeffektors 12 zu schützen, die durch ungewollte Bewegungen der Eingabevorrichtung 30 verursacht werden. Zum Beispiel kann die Benutzerschnittstelle eine Sperrvorrichtung 78 in Form eines harten oder weichen Knopfes enthalten, der gedrückt oder umgeschaltet werden muss, um eine Bewegung des Endeffektors 12 in einer oder mehreren Richtungen zu ermöglichen. In bestimmten Ausführungsformen kann zum Beispiel die Sperrvorrichtung 78 einen oder mehrere Relaiskontakte 80 steuern, die verhindern, dass die ersten, zweiten und/oder dritten Signale 50, 52, 54 die Computervorrichtung 32 erreichen, wie in 1 gezeigt. Alternativ oder zusätzlich können die Relaiskontakte 80 verhindern, dass die ersten, zweiten und/oder dritten Steuersignale 56, 58, 60 den Endeffektor 12 erreichen, wie außerdem in 1 gezeigt. Auf diese Weise kann die Eingabevorrichtung 30 den Endeffektor 12 nur dann veranlassen, sich in einer bestimmten Richtung zu bewegen, wenn zuerst die Sperrvorrichtung 78 entsperrt wurde.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch jede beliebige Kombination aus festverdrahteter und/oder programmierbarer Logik enthalten, um es zu ermöglichen, das System 10 mit verschiedenen Endeffektoren 12 zu verbinden. Betrachten wir die 1 und 6 zusammen. Beispielsweise kann das Computersystem 32 des Weiteren einen zweiten Satz Logik 82 enthalten, der in dem Speicher 64 gespeichert ist und der durch den Prozessor 62 ausgeführt werden kann, um den ersten Satz Logik 66 für verschiedene Endeffektoren 12 zu modifizieren. In Verbindung damit kann das Display 76 ein separates Jog-Profil 84 für jeden verschiedenen Endeffektor 12 enthalten, und die Auswahl eines bestimmten Jog-Profils 84, das auf dem Display 76 gezeigt ist, kann den Prozessor 62 veranlassen, den zweiten Satz Logik 82 auszuführen, um den ersten Satz Logik 66 zu modifizieren. Auf diese Weise kann dieselbe Eingabevorrichtung 30 für mehrere verschiedene Endeffektoren 12 verwendet werden, die verschiedene Bewegungsrichtungen, Bewegungsbereiche, Bewegungsempfindlichkeiten, Beschleunigungslimits oder -erfordernisse und/oder andere spezielle Merkmale haben, die für jeden Endeffektor 12 speziell oder einmalig sind.
Um diese Funktionalität zu veranschaulichen, kann ein bestimmter Endeffektor 12 ein Bohrer sein, der zunächst in einer einzelnen Ebene positioniert werden kann. Die Auswahl des dem Bohrer zugehörigen Jog-Profils 84 kann somit den zweiten Satz Logik 82 veranlassen, den ersten Satz Logik 66 zu modifizieren, um jedes Signal auf Null zu setzen oder zu unterbinden, das den Bohrer veranlassen könnte, sich während der anfänglichen Positionierung außerhalb der einzelnen Ebene zu bewegen. Als eine weitere Illustration kann ein bestimmter Endeffektor 12 ein Laser sein, der sich in drei Dimensionen bewegen kann, aber verschiedene maximal zulässige Geschwindigkeiten in jeder Dimension hat. Die Auswahl des dem Laser zugehörigen Jog-Profils 84 kann eine separate Geschwindigkeitsskala 86 für jede Achse auf dem Display 76 anzeigen, wie in 6 gezeigt. Ein Schieberegler 88 kann es dem Nutzer erlauben, die maximal zulässige Geschwindigkeit für jede Achse nach Bedarf zu justieren. Für bestimmte Jog-Profile erlaubt die Justierung der maximal zulässigen Geschwindigkeit für jede Achse es dem Nutzer, die Steuerungsauflösung der Geschwindigkeit für jede Achse zu justieren, weil die über die gesamte Skala gehende Geschwindigkeit zwischen null und der maximalen Geschwindigkeit, die durch die Schieberegler 88 eingestellt wird, interpoliert werden kann. Die Benutzerschnittstelle kann die Justierung der maximal zulässigen Geschwindigkeit für jede Achse an den zweiten Satz Logik 82 übermitteln, und der zweite Satz Logik 82 kann wiederum den Prozessor 62 veranlassen, den ersten Satz Logik 66 entsprechend zu modifizieren. In einer weiteren Illustration der Funktionalität des zweiten Satzes Logik 82 kann jedes Jog-Profil 84 einen bestimmten Sensor 34, 36 und/oder Beschleunigungsmesser 38, 40, 42 auf eine bestimmte Bewegungsachse für den Endeffektor 12 abbilden. Unter Verwendung der in 6 gezeigten Benutzerschnittstelle kann der Nutzer die Abbildung zwischen den Sensoren 34, 36 und Achsen oder zwischen den Beschleunigungsmessern 38, 40, 42 und Achsen nach Bedarf ändern und an die speziellen Präferenzen des Nutzers anpassen, und der zweite Satz Logik 82 kann diese Änderung der Abbildung durch entsprechendes Modifizieren des ersten Satzes Logik 66 herbeiführen.
Sobald die Rohsignale 50, 52, 54 kombiniert, gefiltert und/oder geglättet wurden, wie mit Bezug auf die 3–5 beschrieben und veranschaulicht wurde, und der Nutzer das gewünschte Jog-Profil 84 ausgewählt hat, wie mit Bezug auf die 1 und 6 beschrieben und veranschaulicht wurde, kann der Prozessor 62 einen dritten Satz Logik 90 ausführen, der in dem Speicher 64 gespeichert ist und es dem Prozessor 62 erlaubt zu bestimmen, ob der Nutzer beabsichtigt, die Eingabevorrichtung 30 zu bewegen, und wenn ja, in welcher Richtung und um welche Entfernung. In einer Ausführungsform kann der dritte Satz Logik 90 es dem Prozessor 62 ermöglichen, Spitzen 92 und/oder Täler 94 in den gefilterten und geglätteten Signalen (zum Beispiel den Rohsignalen 50, 52, 54 oder dem kombinierten Signal 74) zu detektieren und die Spitzen 92 und Täler 94 des oder der Signale mit einem zuvor festgelegten Grenzwert 96 vergleichen und ein oder mehrere Steuersignale 56, 58, 60 an den Endeffektor 12 zu generieren, wenn der zuvor festgelegte Grenzwert 96 erreicht oder überschritten wird. Der zuvor festgelegte Grenzwert 96 kann ein Betrag an Kraft sein, der auf die Eingabevorrichtung 30 in jeder Richtung entlang einer oder mehrerer Achsen 44, 46, 48 einwirkt, d. h. eine minimale „Auslenkung” 98 der Eingabevorrichtung 30, die erreicht oder überschritten werden muss, um eines oder mehrere der Steuersignale 56, 58, 60 zu generieren. Wenn der zuvor festgelegte Grenzwert 96 durch eines oder mehrere der Signale erreicht oder überschritten wird, so kann der Prozessor 62 dann ein oder mehrere Steuersignale 56, 58, 60 generieren, um eine entsprechende Bewegung des Endeffektors 12 in einer oder mehreren Richtungen zu veranlassen. In bestimmten Ausführungsformen kann ein separater, zuvor festgelegter Grenzwert 96 für jede separate Achse existieren, während in anderen Ausführungsformen der zuvor festgelegte Grenzwert 96 eine kombinierte Kraft darstellen kann, die auf die Eingabevorrichtung 30 in zwei oder mehr kombinierten Achsen einwirkt. Gleichermaßen kann der Prozessor 62 in bestimmten Ausführungsformen ein separates Steuersignal für jede Achse generieren, in der der zuvor festgelegte Grenzwert 96 erreicht wird, wodurch der Endeffektor 12 veranlasst wird, sich gleichzeitig entlang mehrerer Achsen zu bewegen. In anderen Ausführungsformen kann der Prozessor 62 ein einzelnes Steuersignal generieren, das den Endeffektor 12 in einer einzelnen Richtung bewegt. Die Steuersignale 56, 58, 60 können den Endeffektor 12 für jede „Auslenkung” 98, die von der Eingabevorrichtung 12 detektiert wird, um eine diskrete und zuvor festgelegte Entfernung bewegen. Alternativ können die Steuersignale 56, 58, 60 den Endeffektor 12 für jede „Auslenkung” 98 der Eingabevorrichtung 12 um eine variable Entfernung bewegen, die proportional zur Größenordnung der Kraft ist.
7 zeigt ein beispielhaftes Kurvendiagramm des in 5 gezeigten kombinierten, gefilterten und geglätteten Signals, das mit den Spitzen 92, Tälern 94 und detektierten „Auslenkungen” 98 annotiert ist, die den zuvor festgelegten Grenzwert 96 überschreiten. Wie in 7 gezeigt, kann der dritte Satz Logik 90 einen programmierbaren Zeitgrenzwert 100 enthalten, der verhindert, dass der Prozessor 62 mehrere aufeinanderfolgende Spitzen 92 und/oder Täler 94, die innerhalb des programmierbaren Zeitgrenzwertes auftreten, in rascher Folge übereinander legt, um eine versehentliche Detektion von Spitzen 92 und/oder Tälern 94 zu reduzieren. Für jede detektierte Spitze 92 und/oder jedes detektierte Tal 94 vergleicht der Prozessor 62 die detektierte Spitze 92 und das detektierte Tal 94 mit dem zuvor festgelegten Grenzwert 96, um zu bestimmen, ob die Spitze 92 und/oder das Tal 94 eine ausreichende Auslenkung 98 durch den Nutzer darstellt, um ein oder mehrere Steuersignale 56, 58, 60 an den Endeffektor 12 zu generieren. Auf diese Weise kann der Prozessor 62 zuverlässig „Auslenkungen” 92, die der Nutzer beabsichtigt hat, um eine Bewegung in dem Endeffektors 12 herbeizuführen, detektieren und von kleineren Kräften unterscheiden, die die Eingabevorrichtung 30 wahrnimmt.
Mit Bezug auf die 1–7 wird somit ein Verfahren zur Fernpositionierung des Endeffektors 12 bereitgestellt, und 8 zeigt ein Blockschaubild eines geeigneten Algorithmus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann enthalten, die Eingabevorrichtung 30 entlang einer oder mehrerer Achsen 44, 46, 48 zu bewegen, wie in 2 gezeigt und durch Block 110 in 8 dargestellt. Das Verfahren enthält des Weiteren das Detektieren oder Abfühlen der Kraft, die auf die Eingabevorrichtung 30 entlang der einen oder der mehreren Achsen 44, 46, 48 einwirkt, und das Generieren der Signale 50, 52, 54, die die Kraft widerspiegeln, die auf die Sensoren 34, 36 und/oder Beschleunigungsmesser 38, 40, 42 entlang der jeweiligen Achsen 44, 46, 48 einwirkt, wie durch Blöcke 112, 114 und 116 dargestellt. Bei Block 118 kann das Verfahren enthalten, eine Bewegung des Endeffektors 12 zu verhindern, sofern nicht die Sperrvorrichtung 78 entriegelt ist. Wie zuvor mit Bezug auf die 1 und 6 besprochen, kann dies zum Beispiel dadurch bewerkstelligt werden, dass man die Übermittlung der ersten, zweiten und/oder dritten Signale 50, 52, 54 an das Computersystem 32 unterbricht und/oder die Übermittlung der ersten, zweiten und/oder dritten Steuersignale 56, 58, 60 an den Endeffektor 12 unterbricht.
Block 110 stellt das Verarbeiten der Rohsignale 50, 52, 54 dar. Die Datenverarbeitung kann zum Beispiel das Kombinieren 122, Filtern 124 und/oder Glätten 126 der Rohsignale 50, 52, 54 enthalten, wie zuvor mit Bezug auf die 3–5 besprochen. Bei Block 128 bildet das Verfahren das eine oder die mehreren kombinierten, gefilterten und/oder geglätteten Signals 74 auf den durch den Nutzer ausgewählten speziellen Endeffektor 12 an. Bei Block 130 beispielsweise kann der Nutzer das gewünschte Jog-Profil 84 auswählen, und bei Block 132 kann der Prozessor 62 das oder die kombinierten, gefilterten und/oder geglätteten Signale 74 mit dem zuvor festgelegten Grenzwert 96 vergleichen und die ersten, zweiten und/oder dritten Steuersignale 56, 58, 60 an den Endeffektor 12 generieren.
Der Durchschnittsfachmann erkennt ohne Weiteres, dass mehrere mögliche Kombinationen zwischen der Anzahl von Sensoren 34, 36 und/oder Beschleunigungsmessern 38, 40, 42 in der Eingabevorrichtung 30, der Anzahl der resultierenden Signale 50, 52, 54 und der Anzahl und Variabilität der Steuersignale 56, 58, 60 innerhalb des Schutzumfangs verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich sind. Die folgende Beispiele dienen dem Veranschaulichen der Funktionsweise des in 1 gezeigten Systems 10 und/oder des in 8 gezeigten Verfahrens.
Beispiel 1: Die Eingabevorrichtung 30 hat einen einzelnen Beschleunigungsmesser 38, der auf eine einzelne Achse 44 ausgerichtet ist, und der Endeffektor 12 ist in der Lage, sich in mehr als einer Achse zu bewegen. Wie in 6 gezeigt, kann der Nutzer zuerst ein bestimmtes Jog-Profil 84 auswählen, das die Kraft, die auf die Eingabevorrichtung 30 entlang der einzelnen Achse 44 einwirkt, auf den Endeffektor 12 abbilden kann. Darüber hinaus kann der Nutzer die erste Achse für eine anfängliche Bewegung des Endeffektors 12 auswählen und die Auswahl nach Bedarf für anschließende Bewegungen des Endeffektors 12 entlang der anderen Achsen wiederholen. Zum Schluss kann der Nutzer einen diskreten oder variablen Betrag der Bewegung für den Endeffektor 12 für jede „Auslenkung” 98, die durch den Prozessor 62 detektiert wird, auswählen. In diesem konkreten Beispiel wählt der Nutzer eine diskrete Entfernung, um die sich der Endeffektors 12 für jede detektierte Auslenkung 98 bewegen soll.
Auf der Basis des ausgewählten Jog-Profils 84, nach Bedarf mit den soeben besprochenen Modifizierungen, kann der Nutzer die Eingabevorrichtung 30 „auslenken”, um eine Bewegung des Endeffektors 12 um eine diskrete Entfernung für jede detektierte „Auslenkung” 98 entlang der ersten Achse 44 zu befehlen. Der einzelne Beschleunigungsmesser 38 erfühlt die Kraft, die auf die Eingabevorrichtung 30 entlang der ersten Achse 44 einwirkt, und das erste Signal 50 generiert, das die Kraft widerspiegelt, die auf die Eingabevorrichtung 30 entlang der ersten Achse 44 einwirkt. Der Prozessor 62 filtert und glättet dann dieses erste Signal 50, wie in 5 gezeigt, und vergleicht das gefilterte und geglättete Signal 74 mit dem zuvor festgelegten Grenzwert 96, um zu bestimmen, ob die „Auslenkung” 98 groß genug war, um eine beabsichtigte Bewegung des Endeffektors 12 durch den Nutzer darzustellen, wie in 7 gezeigt. Wenn die Kraft entlang der ersten Achse 44 den zuvor festgelegten Grenzwert 96 überschreitet, so generiert der Prozessor 62 das erste Steuersignal 56 an den Endeffektor 12, um den Endeffektor 12 zu veranlassen, sich um die zuvor festgelegte Entfernung entlang der ersten Achse 44 in der Richtung der Kraft entlang der ersten Achse 44 zu bewegen. Der Nutzer kann dann dazu übergehen, die Eingabevorrichtung 30 nach Bedarf „auszulenken”, um eine zusätzliche Bewegung in dem Endeffektor 12 entlang der ersten Achse 44 herbeizuführen. Alternativ kann der Nutzer zu dem Jog-Profil 84 zurückkehren und eine zweite oder dritte Achse 46, 48 auswählen, um den Endeffektor 12 zu bewegen, und der Prozess wiederholt sich, bis sich der Endeffektor 12 in der gewünschten Position befindet.
Beispiel 2: Die Eingabevorrichtung 30 hat erste, zweite und dritte Beschleunigungsmesser 38, 40, 42, wie in 1 gezeigt, wobei jeder Beschleunigungsmesser auf eine andere orthogonale Achse 44, 46, 48 ausgerichtet ist, wie in 2 gezeigt. Der Endeffektor 12 kann sich auch hier entlang mehrer Achsen bewegen. Wie in 6 gezeigt, kann der Nutzer auch hier zuerst ein bestimmtes Jog-Profil 84 und die erste Achse 44 für eine anfängliche Bewegung auswählen, damit der Prozessor 62 die Kraft, die auf die Eingabevorrichtung 30 entlang der ersten Achse 44 einwirkt, auf den Endeffektor 12. Darüber hinaus kann der Nutzer einen diskreten oder variablen Betrag der Bewegung für den Endeffektor 12 für jede „Auslenkung” 98, die durch den Prozessor 62 detektiert wird, auswählen. In diesem konkreten Beispiel wählt der Nutzer eine variable Entfernung proportional zur Gesamtkraft, um die sich der Endeffektor 12 für jede detektierte Auslenkung 98 bewegen soll.
Auf der Basis des ausgewählten Jog-Profils 84, nach Bedarf mit den soeben besprochenen Modifizierungen, kann der Nutzer die Eingabevorrichtung 30 „auslenken”, um eine Bewegung des Endeffektors 12 zu befehlen. Die drei Beschleunigungsmesser 38, 40, 42 erfühlen die Kraft, die auf die Eingabevorrichtung 30 entlang der jeweiligen Achsen 44, 46, 48 einwirkt, und generieren die Signale 50, 52, 54, die die Kraft widerspiegeln, die auf die Eingabevorrichtung 30 entlang jeder Achse 44, 46, 48 einwirkt. Der Prozessor 62 nimmt dann eine Vektorsummierung der Signale 50, 52, 54 vor, um das kombinierte Signal 72 zu generieren, wie in 4 gezeigt, filtert und glättet dieses kombinierte Signal 72, um das gefilterte und geglättete kombinierte Signal 74 zu generieren, wie in 5 gezeigt. Der Prozessor 62 kann dann das gefilterte und geglättete kombinierte Signal 74 mit dem zuvor festgelegten Grenzwert 96 vergleichen, um zu bestimmen, ob die „Auslenkung” 98 groß genug war, um eine beabsichtigte Bewegung des Endeffektors 12 durch den Nutzer darzustellen, wie in 7 gezeigt. Wenn die Gesamtkraft entlang der drei Achsen 44, 46, 48 den zuvor festgelegten Grenzwert 96 überschreitet, so generiert der Prozessor 62 das erste Steuersignal 56 an den Endeffektor 12, um den Endeffektor 12 zu veranlassen, sich in der Richtung der Kraft entlang der ersten Achse 44 und proportional zu der Gesamtkraft, die auf die Eingabevorrichtung 12 einwirkt, zu bewegen. Der Nutzer kann dann dazu übergehen, die Eingabevorrichtung 30 nach Bedarf „auszulenken”, um eine zusätzliche Bewegung in dem Endeffektor 12 entlang der ersten Achse 44 herbeizuführen. Alternativ kann der Nutzer zu dem Jog-Profil 84 zurückkehren und eine zweite oder dritte Achse 46, 48 auswählen, um den Endeffektor 12 zu bewegen, und der Prozess wiederholt sich, bis sich der Endeffektor 12 in der gewünschten Position befindet.
Beispiel 3: Die Eingabevorrichtung 30 hat wieder erste, zweite und dritte Beschleunigungsmesser 38, 40, 42, wie in 1 gezeigt, wobei jeder Beschleunigungsmesser auf eine andere orthogonale Achse 44, 46, 48 ausgerichtet ist, wie in 2 gezeigt. Der Endeffektor 12 ist auch hier in der Lage, sich entlang mehrerer Achsen zu bewegen, und ist in der Lage, sich gleichzeitige entlang jeder Achse zu bewegen. Wie in 6 gezeigt, kann der Nutzer auch hier zuerst ein bestimmtes Jog-Profil 84 auswählen und jede Achse 44, 46, 48 mit einer Bewegungsrichtung verknüpfen, so dass der Prozessor 62 die Kraft, die auf die Eingabevorrichtung 30 entlang jeder Achse 44, 46, 48 einwirkt, auf den Endeffektor 12 abbilden kann. Darüber hinaus kann der Nutzer einen diskreten oder variablen Betrag der Bewegung für den Endeffektor 12 für jede „Auslenkung” 98, die durch den Prozessor 62 detektiert wird, auswählen. in diesem konkreten Beispiel wählt der Nutzer eine variable Entfernung proportional zur Kraft entlang jeder Achse 44, 46, 48, um die sich der Endeffektor 12 für jede detektierte Auslenkung 98 bewegen soll.
Auf der Basis des ausgewählten Jog-Profils 84, nach Bedarf mit den soeben besprochenen Modifizierungen, kann der Nutzer die Eingabevorrichtung 30 „auslenken”, um eine Bewegung des Endeffektors 12 zu befehlen. Die drei Beschleunigungsmesser 38, 40, 42 erfühlen die Kraft, die auf die Eingabevorrichtung 30 entlang der jeweiligen Achsen 44, 46, 48 einwirkt, und generieren die Signale 50, 52, 54, die die Kraft widerspiegeln, die auf die Eingabevorrichtung 30 entlang jeder Achse 44, 46, 48 einwirkt. Der Prozessor 62 filtert und glättet dann jedes Signal 50, 52, 54, um ein separates gefiltertes und geglättetes Signal 74 für jede Achse zu generieren, wovon eine in 5 gezeigt ist. Der Prozessor 62 vergleicht dann separat das gefilterte und geglättete Signal 74 für jede Achse 44, 46, 48 mit dem zuvor festgelegten Grenzwert 96, der jeder Achse zugeordnet ist, um zu bestimmen, ob die „Auslenkung” 98 entlang einer oder mehrerer der Achsen 44, 46, 48 groß genug ist, um eine beabsichtigte Bewegung des Endeffektors 12 durch den Nutzer darzustellen, wie in 7 gezeigt. Der Prozessor 62 generiert ein separates Steuersignal 56, 58, 60 für jede Achse 44, 46, 48, in der das gefilterte und geglättete Signal 74 den zuvor festgelegten Grenzwert 96 überschreitet, und jedes Steuersignal 56, 58, 60 veranlasst den Endeffektor 12, sich in der Richtung der Kraft entlang jeder Achse 44, 46, 48 und proportional zu der Kraft, die auf die Eingabevorrichtung 12 entlang jeder jeweiligen Achse 44, 46, 48 einwirkt, zu bewegen. Der Nutzer kann dann dazu übergehen, die Eingabevorrichtung 30 nach Bedarf „auszulenken”, um eine zusätzliche Bewegung in dem Endeffektor 12 gleichzeitig in einer oder mehreren Richtungen herbeizuführen, bis der Endeffektor 12 sich in der gewünschten Position befindet.
Es wird davon ausgegangen, dass die verschiedenen Ausführungsformen, die im vorliegenden Text mit Bezug auf die 1–8 beschrieben wurden, einen oder mehrere Vorteile gegenüber der existierenden Technologie realisieren können. Zum Beispiel können das System 10 und das Verfahren, die im vorliegenden Text beschrieben und veranschaulicht sind, die präzise anfängliche Positionierung des Endeffektors 12 in einer oder mehreren Ebenen verbessern. Darüber hinaus kann die anfängliche Positionierung in jeder Ebene gleichzeitig und durch intuitive Bedienung einer allgemein verfügbaren, normalen Eingabevorrichtung 30 ausgeführt werden, ohne dass eine zeit- und arbeitsaufwändigere iterative Betätigung mehrere Knöpfe und/oder Drehschalter für jede Achse einer gerichteten Bewegung nötig ist. Zum Schluss kann das System 10 in bestimmten Ausführungsformen einfach und bequem zur Verwendung mit verschiedenen, durch den Nutzer ausgewählten Endeffektoren 12 justiert oder speziell angepasst werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zum Offenbaren der Erfindung, einschließlich des besten Modus, und auch zu dem Zweck, es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, einschließlich der Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und der Ausführung jeglicher hierin aufgenommener Verfahren. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann auch andere Beispiele enthalten, die dem Fachmann einfallen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht vom Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente enthalten, die sich nur unwesentlich vom Wortlaut der Ansprüche unterscheiden.
Bezugszeichenliste

10: System
12: Effektor
14: erstes Gelenk
16: zweites Gelenk
18: drittes Gelenk
30: Eingabevorrichtung
32: Computervorrichtung
34: Beschleunigungsmesser-Sensor
36: Ausrichtungssensor
38: erster Beschleunigungsmesser
40: zweiter Beschleunigungsmesser
42: dritter Beschleunigungsmesser
44: erste Achse
46: zweite Achse
48: dritte Achse
50: erstes Signal
52: zweites Signal
54: drittes Signal
56: erstes Steuersignal
58: zweites Steuersignal
60: drittes Steuersignal
62: Prozessor
64: Speicher
66: Logik
72: Signal
74: Überlagerung
76: Display
78: Sperrvorrichtung
80: Relaiskontakt
82: Logik
84: Profil
86: Geschwindigkeitsskala
88: Schieberegler
90: Logik
92: Spitzen
94: Tal
96: Grenzwert
98: Auslenkung
100: Zeitgrenzwert
110: Block
112: Block
114: Block
116: Block
118: Block
122: Kombinieren
124: Filtern
126: Glätten
128: Block
130: Block
132: Block
A: Komponente
B: Komponente

Claims

System (10) zur Fernpositionierung eines Endeffektors (12), das Folgendes umfasst: a. eine Eingabevorrichtung (30); b. mindestens einen Sensor in der Eingabevorrichtung (30), wobei der mindestens eine Sensor dafür konfiguriert ist, mindestens ein Signal zu generieren, das eine Kraft widerspiegelt, die auf die Eingabevorrichtung (30) einwirkt; und c. einen Prozessor (62), der mit dem mindestens einen Sensor kommuniziert, so dass der Prozessor (62) das mindestens eine Signal empfängt, wobei der Prozessor (62) dafür konfiguriert ist, einen dritten Satz Logik auszuführen, der in einem Speicher (64) gespeichert ist und den Prozessor (62) veranlasst, das mindestens eine Signal mit einem zuvor festgelegten Grenzwert zu vergleichen und ein Steuersignal (56, 58, 60) an den Endeffektor (12) zu generieren, wenn das mindestens eine Signal den zuvor festgelegten Grenzwert überschreitet.
System (10) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Sensor in der Eingabevorrichtung (30) einen ersten Sensor umfasst, der auf die erste Achse (44) ausgerichtet ist, und einen zweiten Sensor umfasst, der auf eine zweite Achse (46) ausgerichtet ist, die orthogonal zu der ersten Achse (44) verläuft; wobei der erste Sensor dafür konfiguriert ist, ein erstes Signal zu generieren, das die Kraft widerspiegelt, die auf die Eingabevorrichtung (30) entlang der ersten Achse (44) einwirkt; wobei der zweite Sensor dafür konfiguriert ist, ein zweites Signal (52) zu generieren, das die Kraft widerspiegelt, die auf die Eingabevorrichtung (30) entlang der zweiten Achse (46) einwirkt; und das mindestens eine Signal proportional zu einer Vektorsumme der ersten und zweiten Signale (50, 52) ist.
System (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine Sensor in der Eingabevorrichtung (30) einen ersten Sensor umfasst, der auf die erste Achse (44) ausgerichtet ist, einen zweiten Sensor umfasst, der auf eine zweite Achse (46) ausgerichtet ist, die orthogonal zu der ersten Achse (44) verläuft, und einen dritten Sensor umfasst, der auf eine dritte Achse (48) ausgerichtet ist, die orthogonal zu den ersten und zweiten Achsen (44, 46) verläuft; wobei der erste Sensor dafür konfiguriert ist, ein erstes Signal (50) zu generieren, das die Kraft widerspiegelt, die auf die Eingabevorrichtung (30) entlang der ersten Achse (44) einwirkt; wobei der zweiten Sensor dafür konfiguriert ist, ein zweites Signal (52) zu generieren, das die Kraft widerspiegelt, die auf die Eingabevorrichtung (30) entlang der zweiten Achse (46) einwirkt; wobei der dritte Sensor dafür konfiguriert ist, ein drittes Signal (54) zu generieren, das die Kraft widerspiegelt, die auf die Eingabevorrichtung (30) entlang der dritten Achse (48) einwirkt; und wobei das mindestens eine Signal proportional zu einer Vektorsumme der ersten, zweiten und dritten Signale (50, 52, 54) ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Steuersignal (56, 58, 60) an den Endeffektor (12) proportional zu der Kraft ist, die auf die Eingabevorrichtung (30) einwirkt.
System (10) zur Fernpositionierung eines Endeffektors (12), das Folgendes umfasst: a. eine Eingabevorrichtung (30); b. mehrere Sensoren in der Eingabevorrichtung (30), wobei jeder Sensor in den mehreren Sensoren auf eine Achse ausgerichtet und dafür konfiguriert ist, ein Signal zu generieren, das eine Kraft widerspiegelt, die auf die Eingabevorrichtung (30) entlang der Achse einwirkt; und c. einen Prozessor (62), der mit den mehreren Sensoren kommuniziert, so dass der Prozessor (62) die Signale von den mehreren Sensoren empfängt, wobei der Prozessor (62) dafür konfiguriert ist, einen dritten Satz Logik auszuführen, der in einem Speicher (64) gespeichert ist und den Prozessor (62) veranlasst, die Signale von den mehreren Sensoren mit einem zuvor festgelegten Grenzwert zu vergleichen und ein Steuersignal (56, 58, 60) an den Endeffektor (12) zu generieren, wenn die Signale von den mehreren Sensoren den zuvor festgelegten Grenzwert überschreiten.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Prozessor (62) dafür konfiguriert ist, einen ersten Satz Logik auszuführen, der in dem Speicher (64) gespeichert ist und den Prozessor (62) veranlasst, das mindestens eine Signal zu filtern, das die Kraft widerspiegelt, die auf die Eingabevorrichtung einwirkt, um die Signale von den mehreren Sensoren zu filtern.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Prozessor (62) dafür konfiguriert ist, den ersten Satz Logik auszuführen, der in dem Speicher (64) gespeichert ist und den Prozessor (62) veranlasst, das mindestens eine Signal zu glätten, das die Kraft widerspiegelt, die auf die Eingabevorrichtung einwirkt, oder die Signale von den mehreren Sensoren zu glätten.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das des Weiteren eine Sperrvorrichtung (78) umfasst, die eine erste Position aufweist, die verhindert, dass der Endeffektor (12) auf die Kraft anspricht, die auf die Eingabevorrichtung (30) einwirkt.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Prozessor (62) dafür konfiguriert ist, einen zweiten Satz Logik auszuführen, der in dem Speicher (64) gespeichert ist, um den dritten Satz Logik für verschiedene Endeffektoren (11) zu modifizieren.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Steuersignal (56, 58, 60) an den Endeffektor (12) proportional zu der Kraft ist, die auf die Eingabevorrichtung (30) einwirkt.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die mehreren Sensoren in der Eingabevorrichtung (30) mindestens einen Beschleunigungsmesser (38, 40, 42) umfassen.