DE3817987A1 - Handsteuergeraet mit integrierter mehrdimensionaler eingabeeinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Handsteuergerät mit integrierter mehr­ dimensionaler Eingabeeinheit. Es kann insbesondere bei der Steuerung von Objekten und Maschinen, die die Eingabe von Informationen zum gleichzeiti­ gen Steuern mehrerer Freiheitsgrade erfordern, eingesetzt werden. Denkbare Einsatzgebiete sind Handhabungsgeräte, Krananlagen, Bau-Maschinen, etc.

Bisherige Handsteuergeräte sind mit Tasten, Schaltern und/oder Steu­ erknüppeln ausgerüstet, um jeweils eine Funktion auszulösen. Ein Verfahren in mehreren Dimensionen ist somit nur durch die sequentielle Anwendung von Elementartransformationen bezüglich der Koordinatenachsen möglich. Dies wird üblicherweise dadurch erreicht, daß Tasten oder Schalter mehr­ fach gedrückt werden. Ein zeitsparendes kombiniertes Verfahren in mehreren Achsrichtungen ist mit bisherigen Handsteuergeräten nicht sinnvoll möglich.

Sind Objekte in mehr als drei Freiheitsgraden zu steuern, z. B. der Greifer eines Roboters in 6 Freiheitsgraden (3 translatorische, 3 rotatorische Frei­ heitsgrade), erfordert dies ein großes Abstraktionsvermögen und räumliche Vorstellungskraft um durch die Bedienung der Tasten, Schalter und/oder eines Steuerknüppels einen Raumpunkt mit einer bestimmten Orientierung anzufahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrdimensionale Einga­ bemöglichkeit für Handsteuergeräte zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mehrdimen­ sionales Eingabegerät in das Handsteuergerät integriert wird. Mehrdimen­ sionale Eingabegeräte sind verfügbar, wie z. B. aus DE 32 13 319, DE 36 27 382, DE 34 06 059, DE 35 16 234 und DE 36 11 336 bekannt, und arbei­ ten z. B. mit Dehnungsmeßstreifen und einer Auswerteeinheit, die wirkende Kräfte und Momente, verursacht durch die Hand des Bedieners, in Kompo­ nenten in die Achsrichtungen eines kartesischen Bezugskoordinatensystems zerlegen.

Die gewonnenen Werte, hier als Eingangsinformationen q _i bezeichnet, können in Registern einer Auswerteelektronik gespeichert werden. Die gewonnenen Werte können in ihrer Rohform bisherige Eingaben ersetzen. Ist ein Wert q _i ungleich Null kann dies im Sinn einer binären Entscheidung ausgewertet und die korrespondierende Funktion ausgelöst werden.

Es ist aber auch möglich bisher noch nicht bekannte Bedienfunktionen zu ermöglichen. Dies geschieht durch die Verarbeitung der gewonnenen Ein­ gangsinformationen. Eine denkbare Verarbeitungsart ist z. B. die kontinuier­ liche Integration der Werte q _i. Die so gewonnenen Größen werden hier als r _i bezeichnet. Somit gilt der Zusammenhang

r _i = ∫ q _i dt (1.1)

Geht man von dem allgemeinen Fall aus, der sechs-dimensionalen Steuerung eines Objektes, existieren sechs Komponenten r₁ bis r₆. Für jeden Wert wird die Differenz gebildet, für f und den korrespondierenden Wert r₁ gilt z. B.

Δ r₁ = r _{1, i+1} - r _{1, i} (1.2)

Δ r₁ = ∫ f (t _i+1) dt - ∫ f (t _i) dt (1.3)

Δ r₁ = ∫ f (t _i+1) - f (t _i) dt (1.4)

Δ r₁ = ∫ Δ f dt (1.5)

Um eine natürliche Handhabung zu gewährleisten - Kräfte sollten Translatio­ nen, Momente Rotationen bewirken, kann die folgende Zuordnung gewählt werden

Δ r₁ = ∫ Δ f dt → δ

Δ r₂ = ∫ Δ f _y dt → δ y

Δ r₃ = ∫ Δ f _z dt → δ z

Δ r₄ = ∫ Δ n dt → δα

Δ r₅ = ∫ Δ n _y dt → δβ

Δ r₆ = ∫ Δ n _z dt → δγ

Die Faktoren δ, δ y und δ z entsprechen inkrementellen Translationen, die Faktoren δα, δβ und δγ inkrementellen Rotationen.

Mit dieser Verarbeitung der Eingangsinformationen ist z. B. eine geschwin­ digkeitsproportionale Steuerung möglich. Je größer z. B. die Krafteinwirkung ist, desto schneller bewegt sich das zu steuernde Objekt.

Die gerätetechnische Ausführung erfolgt durch Integration einer mehrdimen­ sionalen Eingabeeinheit in eine, der Hand des Bedieners ergonomisch ange­ paßte, Hülle, z. B. eine kugelförmige oder eine birnenförmige Hülle. Diese Hülle ist an dem Handsteuergerät angebracht und ergänzt oder ersetzt die bisherigen Eingabevorrichtungen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine verbesserte Mensch-Maschine Schnittstelle geschaffen wird. Hiermit können im Vergleich mit bestehenden Handsteuergeräten gleiche Aufgaben in sehr viel kürzerer Zeit gelöst werden. Dieses Handsteuergerät ermöglicht insbesondere im Bereich der Handhabungstechnik, hier z. B. beim Einlernen von Robotern, den Einsatz von Bedienern mit durchschnittlichem räumlichem Vorstellungs- und Abstraktionsvermögen. Die Lösung komplexer Aufgaben, die bisher aus Zeit- und Kostengründen nicht möglich war, ist durch Einsatz dieser Erfindung nun ebenso möglich.

Claims (3)

1. Handsteuergerät zur Steuerung von Objekten und Maschinen, die die Ein­ gabe von Informationen zum gleichzeitigen Steuern mehrerer Freiheitsgrade, bzw. Achsen erlauben, bzw. fordern. dadurch gekennzeichnet, daß eine mehrdimensionale Eingabeeinheit inte­ griert ist, die die gleichzeitige Steuerung mehrerer Freiheitsgrade, bzw. Ach­ sen ermöglicht.

2. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mehrdimensionale Eingabeeinheiten in ein Handsteuergerät integriert sind.

3. Handsteuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnenen mehrdimensionalen Steuerungs­ informationen einem mathematischen Verarbeitungsprozeß unterworfen wer­ den.