EP3662345A2 - Steuervorrichtung für industrielle maschinen - Google Patents

Steuervorrichtung für industrielle maschinen

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EP3662345A2
EP3662345A2 EP18765351.4A EP18765351A EP3662345A2 EP 3662345 A2 EP3662345 A2 EP 3662345A2 EP 18765351 A EP18765351 A EP 18765351A EP 3662345 A2 EP3662345 A2 EP 3662345A2
Authority
EP
European Patent Office
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control device
rotation
torque
actuating member
generating means
Prior art date
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Granted
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EP18765351.4A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP3662345B1 (de
Inventor
Benjamin HACKL
Wolfgang MAHR
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Keba Industrial Automation GmbH
Original Assignee
Keba AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Keba AG filed Critical Keba AG
Publication of EP3662345A2 publication Critical patent/EP3662345A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3662345B1 publication Critical patent/EP3662345B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/03—Means for enhancing the operator's awareness of arrival of the controlling member at a command or datum position; Providing feel, e.g. means for creating a counterforce
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/04—Stops for limiting movement of members, e.g. adjustable stop
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G1/00—Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
    • G05G1/08—Controlling members for hand actuation by rotary movement, e.g. hand wheels

Definitions

  • the invention relates to a control device for industrial machines with controlled motion drives for machine components, in particular for controlled machine axes, and a method for operating an electronic control device for industrial machines with controlled motion drives, as specified in claims 1 and 14.
  • electro-mechanical toggle switches are in use, which can either have two or three predefined switching stages. In this case, a zero or rest position is provided, which can also be referred to as inactive position.
  • a rotary actuation of the actuating element of the toggle switch by a specific angle of rotation in a first direction of rotation, for example to the right, up to a mechanical stop, a first active or switching state is triggered or detected.
  • the provision of the actuator from this mechanical stop in the physically predefined zero or rest position is accomplished by a return spring.
  • a rotary actuation in the opposite or in a second rotational direction, in particular to the left is also possible and manual initiation of a second active or switching state can be achieved.
  • the actuator is pressed by the operating force of the operator as long as against the first or second stop, as long as an activation of the respective switching state or the driven thereof driven drive is desired. When you release the actuator this is automatically reset by the permanently acting biasing or spring force in the zero or rest position.
  • an electronic operating system which is provided as part of a driver information system in motor vehicles.
  • this operating system should be used as a display and control device in connection with the control of machines, for example in industrial manufacturing.
  • This operating system comprises an electronic control unit, which has a computing unit, a Display unit which is suitable for the visualization of graphical representations, and an operating unit with which manual intervention can be made with regard to the functionalities of the respective system.
  • a display mark is moved over the display area of the display unit in the manner of a cursor, thereby selecting an available function. After appropriate selection of the desired function by cursor-like displacement of the indicator mark another control element is actuated in order to be able to change parameters.
  • an object of the present invention is to improve the operation or programmability of machines with controlled movable components or actively adjustable machine axes.
  • control device for industrial machines with controlled motion drives for machine components
  • control device comprises at least one man-machine interface, in particular control-technical input and output means.
  • at least one operating element for manually influencing or specifying adjustment movements of at least one of the machine components, for example in the manner of controlled adjustable machine axes, executed.
  • At least one of these controls is designed as a turntable control with a rotatably mounted about an axis of rotation actuator, which actuator is rotatable by applying an actuating torque of an operator.
  • the corresponding control device is distinguished by the fact that the actuating member or its axis of rotation is in mechanical interaction with or mechanically coupled to a controlled variable rotation resistance generating device, an electronic evaluation and control device for variably setting rotational resistances of the Drehwi the stand-generating means s is formed.
  • the evaluation and control device is configured to provide at least one toggle switch operating mode, in which the rotational resistance generating means of the evaluation and control device is controlled such that the rotational resistance Generi réellesstoff after returning a predefined angle of rotation of the actuator a brake or lock - builds moment or generated, which inhibits further rotatability of the actuator, inhibits or inhibits reinforced.
  • a switching state of the turntable operating element is activated or is considered active as long as acting against the braking or locking torque operating torque of the operator is the blocking torque or the blocking torque, or exceeds a comparatively lower deactivation threshold.
  • the switching state of the turntable control element is considered to be inactive or deactivated when the actuation torque exerted by the operator falls below the deactivation threshold or is zero.
  • the specified measures enable improved manual operation or control of motion drives or of machine components moved thereby.
  • this creates an operating system for an operator, which enables a quickly understandable or an intuitive manual operation of movable mesh components, in particular of so-called machine axes.
  • the corresponding operator actions can be carried out relatively comfortably and at the same time avoiding errors.
  • the unambiguous operator actions or the concomitant deliberate delivery of motion control commands can minimize the risk of damage to a controlled machine and increase personal safety. can be stopped.
  • variable rotational resistances can be generated.
  • the program or software-technical controllability starting from the evaluation and control device thereby opens up a high degree of flexibility or a high range of variants with respect to a haptic feedback that can be generated for an operator in the course of operation of the turntable operating element.
  • the Drehmomentverlauft or the course of the operating force of the operator is compared to the actuator evaluated and used to reproduce a toggle switch functionality in an advantageous manner.
  • the operator is haptically signaled by the controlled initiated increase in the braking torque that the activation threshold has been reached and, consequently, the desired switching or movement function is triggered.
  • the actuator it is therefore not necessary to look at the actuator and to observe or take into account the respective twist angle.
  • the further course of the actuation force or of the corresponding actuation torque is evaluated, and in the case of falling below a predefined torque threshold value, this is recognized or used as a clear switch-off or deactivation criterion.
  • a practicable measure for determining the operating force respectively applied by the operator or for determining the actuation member in each case introduced, temporally or rotational angle dependent varying actuating torque is given in claim 4.
  • Another advantage are the measures according to claim 5, as a predefined initial or rest position for the actuator, so a fixed zero position of the actuator is unnecessary. In particular, this makes it possible for each rotational angle position of the actuating member to function as an initial or zero position for the indicated toggle switch function.
  • An embodiment according to claim 6 is also practicable. This makes it possible to dispense with any return means for the actuating member, for example prestressed springs or motor drives. Nevertheless, the implementation of a toggle switch functionality is made possible in a reliable manner.
  • the operator can be given a clear haptic feedback on the achievement and the presence of the activation switching state.
  • the slow drift in terms of the rotatability of the actuator during the activation switching state of the actuator also favors the measurement or determination of the respective applied actuating torque or the determination of the required, counteracting braking torque.
  • a practicable, time or rotation angle-dependent course of the braking torque relative to the actuator, which course of the rotational resistance generating means and of the evaluation and control device is clearly defined and easy to implement, is specified in claim 10.
  • this can give the operator a particularly clear, haptic feedback with regard to the achievement or presence of the activation switching state.
  • this can be simulated a latching behavior, which clearly and unequivocally signals to the operator that the predefined angle of rotation of the actuator has been covered and thus an activation switching state has just occurred or is present.
  • the hardware engineering or mechanical structure can be further simplified, whereby the manufacturing or implementation costs can be kept low. In addition, this minimizes the risk of incorrect operation and the resulting destruction of the turntable operating element. In particular, by avoiding predefined mechanical end stops, it is not necessary to provide particularly massive rotary bearings or other mechanical components.
  • Fig. 1 is formed of a plurality of machines, in particular industrial robots, formed technical system and a thereby used, electronic control system, which Steering system comprises a plurality of control devices and a man-machine interface in the manner of a portable handheld terminal;
  • 2 shows a production machine, in particular an injection molding machine, which comprises an electronic control device and a human-machine interface connected to it in the manner of a stationary control panel;
  • FIG. 3 shows the operating panel of the production machine according to FIG. 2;
  • FIG. 1 is formed of a plurality of machines, in particular industrial robots, formed technical system and a thereby used, electronic control system, which Steering system comprises a plurality of control devices and a man-machine interface in the manner of a portable handheld terminal;
  • 2 shows a production machine, in particular an injection molding machine, which comprises an electronic control device and a human-machine interface connected to it in the manner of a stationary control panel;
  • FIG. 3 shows the operating panel of the production machine according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows a control device for industrial machines with a turntable operating element, which serves to operate or influence movement drives; 5 shows a first characteristic curve with regard to the actuating torque and angle of rotation of an actuating member of a turntable operating element with an inhibiting and a blocking behavior with respect to the actuating member; 6 shows a second characteristic curve with regard to the actuating torque and angle of rotation of an actuating member of a turntable control element with an inhibition and a blocking behavior relative to the actuating member; 7 shows a third characteristic curve with regard to actuating torque and angle of rotation of an actuating member of a turntable operating element with an inhibiting behavior, a blocking behavior and a combined inhibition and blocking behavior with respect to the actuating member; Fig. 8 is a schematic representation of an actuator of a turntable control element, which is provided for simulating a toggle switch function and has a virtual reset function.
  • Such an industrial plant or its control system 1 comprises at least one electronic control device 2, 2 'or can also be provided with a plurality of distributed electronic control devices 2, 2'.
  • a corresponding system comprises at least one machine 3 or a plurality of optionally interacting machines 3 or machine components.
  • the at least one electronic control device 2, 2 ' is preferably designed to be software-controlled and serves primarily to implement the respective control functions of the respective industrial machine 3 or to monitor, influence and / or program the operations of the machine 3.
  • such an industrial machine 3 is formed by at least one industrial robot 4.
  • Such an industrial robot 4 may be part of an assembly or manufacturing plant.
  • a data networking of the respective control devices 2, 2 ' can be provided that the industrial robot 4 can interact with control technology.
  • Such a data or control technology networking between a plurality of industrial robots 4 may also comprise a central control computer S.
  • a central, decentralized, hierarchical or otherwise constructed control architecture and networking the most diverse embodiments are conceivable which can be selected according to the respective requirements.
  • At least one man-machine interface 6 is assigned or can be assigned to at least one control device 2 'in at least one machine 3.
  • control-relevant interactions between an operator 7 and the respective machine 3 are made possible.
  • the control-engineering human-machine interface 6 is formed by a mobile or portable hand-held operating device 8.
  • the man-machine interface 6 is defined by a stationary control panel 9.
  • the respective man-machine interfaces 6 can thus also be referred to as operator interfaces.
  • a generic handheld terminal 8 or control panel 9 has at least one input device 10, such as a touch-sensitive screen 11, input buttons 12, switches, or other electrical or electromechanical input means.
  • an input device 10 such as a touch-sensitive screen 11, input buttons 12, switches, or other electrical or electromechanical input means.
  • visually and / or acoustically detectable output means can be provided.
  • a generic hand-held operating device 8 or operating panel 9 in particular the aforementioned touch-sensitive screen 11, as well as lighting elements or signaling lamps, can be provided for displaying system-relevant data or states.
  • the functional scope and the embodiment of the respective input device or of the respective output device depend strongly on the respective application, in particular on the technical complexity of the machine 3 or system to be controlled. It is essential that the operator 7 by means of the input device 10 and a suitable output device, in particular by means of the aforementioned touch-sensitive screen 11, the required control engineering processes control or monitor, influence and / or can program.
  • control device 2 implemented in the man-machine interface 6, in particular in the hand-held operating device 8 or in the control panel 9, and the control device 2 'associated with a machine 3 can be in data-technical or control-technical interaction via wired and / or wireless communication interfaces ,
  • activatable and deactivatable motion drives 13 are provided, which are line-connected to the respective control device 2 '.
  • Such motion drives 13 can also be adjusted or changed as required with regard to their drive speed and / or drive power or drive force.
  • the corresponding motion drives 13 are also to be understood actuators, with which an adjustment movement of a machine component can be generated or initiated.
  • Such a movement drive 13 and the respective machine component can also be referred to as a machine axis.
  • the rotational resistance generating means 23 can be controlled by the evaluation and control device 20 in such a way that the rotational resistance generating means 23 after retraction or shortly before retraction of a predefined angle of rotation + ⁇ xi or - ⁇ xi of the actuating member 18 a braking and / or blocking MBR, BL builds up or generated, as exemplified in Figs. 5-7.
  • This braking torque and / or blocking torque MBR, MBL which is dependent on the length of the twisting path or torsion angle + ⁇ or ⁇ , causes a certain inhibition, an increased or increasing inhibition, or a blockage in relation to the rotatability or further rotatability of the actuating member 18.
  • FIG Angle of rotation + ⁇ or - ⁇ is preferably predefined and may have a value within a range of values between 10 ° and 90 °. According to a practicable design, the predefined angle of rotation + ai to - ⁇ in a range between about 30 ° and about 60 °, for example at about 45 ° to allow the most comfortable or intuitive operation of the turntable control 17.
  • the predefined angle of rotation + ⁇ or - ⁇ can be stored, for example, in the evaluation and control device 20 and detected or controlled by the sensor-technical detection means 21, for example via a corresponding incremental encoder of the evaluation and control device 20.
  • an operating torque Mu is applied by the operator, which counteracts the generated by Drehwi resistance-geni réellesmi means 23 or controlled regenerable braking and / or locking torque MBR, MBL or respectively acting braking torque MBR overcomes.
  • Examples of a varying actuation torque Mu which changes with respect to a time period or with respect to a time-varying angle of rotation ⁇ , are shown schematically or greatly simplified in FIGS. 5 to 7.
  • the applied or applied by the operator actuating torque Mu its rotation angle-dependent curve is illustrated in FIGS. 5 to 7 in solid lines.
  • the braking torque MBR which is applied or to be applied by the rotation resistance generating means 23 and which opposes the actuation torque Mu, or the optionally generated blocking moment BL, is shown in dotted lines.
  • the operating torque Mu of the operator In order to effect a rotation of the actuating member 18 and thus a change or influencing the angle of rotation + ⁇ or - ⁇ , the operating torque Mu of the operator must be at least slightly greater than the control-controlled by the rotational resistance generating means 23, respectively. varying braking torque MBR.
  • the blocking moment MBL optionally generated or initiated by the evaluation and control device 20 and generated by the rotational resistance generating means 23 is preferably high enough for the operator to clearly see that further rotatability of the actuating member 18 is not provided Turnability is considered locked.
  • the controllable rotational resistance generating means 23 can of course produce or provide only a finite or limited blocking moment MBL.
  • the blocking moment MBL of the rotational resistance generating means 23 relative to the actuating member 18 is so high that it can be clearly perceived or clearly perceived by the operator in the course of the operator actions.
  • a switching state of the turntable operating element 17 is active or its switching state is considered activated, as long as against the braking or locking torque MBR, MBL of the rotational resistance generating means 23 acting actuation torque Mu of the operator relative to the actuator 18 is the blocking moment MB or MB corresponds to the blocking moment, or exceeds a comparatively lower, predefined deactivation threshold MD.
  • the Switching state of the turntable control element 17 inactive or its switching state is considered disabled when the actuation torque exerted by the operator Mu falls below the predefined deactivation threshold MD or zero.
  • the actuation torque Mu is zero, if the operator does not exert any twisting force on the actuating member 18.
  • the actuation torque Mu decreases when the operator relative to the actuator 18 comparatively less torque exerts, for example, because a driven motion drive 13 is to be stopped or slowed down.
  • the deactivation threshold value MD can thus be in a value range between zero and less than the value of the maximum possible or applicable blocking torque MBL.
  • the deactivation threshold MD is in a range between 10% and 90%, preferably between 10% and 60% of the maximum application blocking torque MBL.
  • the predefined angle of rotation + ⁇ or - ⁇ is expediently at a value between 10 ° and 90 °, preferably between 20 ° and 60 °, more preferably between 30 ° and 50 °. As a result, the most ergonomic operation of the actuating member 18 is achieved. It is useful if for the achievement or until reaching the predefined angle of rotation + ai°.
  • a defined torsional resistance, ie a defined counter or braking torque MBR is constructed, as shown in FIGS. 5 to 7 can be seen.
  • a defined torsional resistance ie a defined counter or braking torque MBR is constructed, as shown in FIGS. 5 to 7 can be seen.
  • This initial braking torque MBR until reaching the predefined, absolutely measured angle of rotation + ⁇ or - ⁇ can be carried out at least approximately linearly rising, be defined stepwise or ramp-like (Fig. 5), or be performed gradually increasing according to a defined waveform ( Figures 6, 7).
  • This defined Activation threshold MA can also be constructed shortly before reaching or shortly after reaching the predefined angle of rotation + ⁇ or - ⁇ .
  • the actuation torque Mu exerted by the operator is detected or determined with respect to the actuator 18 by measuring or calculating the amount of electrical energy or power which is to be applied or applied in order to correlate with the angle of rotation + a. - ⁇ the actuator 18 each to be required or applied brake torque MBR to generate.
  • the braking or locking torque curve predefined by the evaluation and control device 20, as has been shown by way of example in FIGS. 5 to 7, is a measure of the required electrical energy or power required for defined braking or braking. Blocking of the actuator 18 is required, that is a measure of the electrical energy consumption of the controlled by the evaluation and control device 20 or controlled rotational resistance generating means 23rd As shown in FIGS.
  • the evaluation and control device 20 may be adapted to the rotational resistance generating means 23 to control such that after covering the predefined angle of rotation + ai designated. - ⁇ the actuator 18 and the concomitant presence of a rotational position in which the Drehstel- ller control element 17 signals or occupies an active switching state, the braking torque MBR of the rotational resistance generating means 23 in a drift value range 24 or held on a drift threshold is, which permits or allows a comparatively slower or heavier further rotation of the actuating member 18 against the prevailing braking torque MBR of the rotational resistance generating means 23.
  • This drift value range 24 lies in the value range between the deactivation threshold value MD and the blocking torque MBL, as can also be seen from FIGS. 5 to 7.
  • the evaluation and control device 20 can also be set up or programmed such that rotary resistance generating means 23 is activated in such a way that immediately before the predefined angle of rotation + ⁇ xi designated. - ⁇ , or in the course of reaching the predefined angle of rotation + ai designated. - ⁇ the actuator 18, the braking torque BR of the rotational resistance generating means 23 within a rotation angle range of up to about 10 ° (degrees) is at least lowered or canceled or disabled.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (2, 2') für industrielle Maschinen mit gesteuerten Bewegungsantrieben (13) für Maschinenkomponenten. Dabei ist eine Mensch-Maschine-Schnittsteile (6) mit wenigstens einem Bedienelement (16) zur manuellen Beeinflussung oder Vorgabe von Verstellbewegungen von zumindest einer der Maschinenkomponenten vorgesehen. Zumindest ein Bedienelement (16) ist als Drehsteller-Bedienelement (17) mit einem um eine Drehachse (22) drehbar gelagerten Betätigungsorgan (18) ausgebildet. Das Betätigungsorgan (18) oder dessen Drehachse (22) steht mit einem gesteuert veränderlichen Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) in mechanischer Wechselwirkung. Eine elektronische Auswerte- und Steuervorrichtung (20) ist zur veränderlichen Einstellung von Drehwiderständen des Drehwiderstand-Generierungsmittels (23) ausgebildet. Die Auswerte- und Steuervorrichtung (20) ist dabei zur Bereitstellung von zumindest einem Knebelschalter-Betriebsmodus eingerichtet in welchem das Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) von der Auswerte- und Steuervorrichtung (20) derart ansteuerbar ist, dass das Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) nach Zurücklegung eines vordefinierten Verdrehwinkels des Betätigungsorgans (18) ein Brems- oder Blockiermoment aufbaut oder erzeugt, welches eine weitere Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans (18) hemmt, verstärkt hemmt oder unterbindet.

Description

Steuervorrichtung für industrielle Maschinen
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für industrielle Maschinen mit gesteuerten Be- wegungsantrieben für Maschinenkomponenten, insbesondere für gesteuert bewegbare Maschinenachsen, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Steuervorrichtung für industrielle Maschinen mit gesteuerten Bewegungsantrieben, wie dies in den Ansprüchen 1 und 14 angegeben ist. Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Drehsteller-Bedienelementen zu manuellen Bedienung bzw. Steuerung von Bewegungsantrieben bekannt. Unter anderem sind elekt- romechanische Knebelschalter im Einsatz, welche entweder zwei oder drei vordefinierte Schaltstufen aufweisen können. Dabei ist eine Null- bzw. Ruhestellung vorgesehen, welche auch als Inaktivstellung bezeichnet werden kann. Bei einer Drehbetätigung des Betätigungsor- gans des Knebelschalters um einen bestimmten Drehwinkel in eine erste Drehrichtung, beispielsweise nach rechts, bis zu einem mechanischen Anschlag wird ein erster Aktiv- bzw. Schaltzustand ausgelöst bzw. erkannt. Die Rückstellung des Betätigungsorgans ausgehend von diesem mechanischen Anschlag in die physisch vordefinierte Null- bzw. Ruhestellung wird durch eine Rückstellfeder bewerkstelligt. Bei einem dreistufigen Knebelschalter ist aus- gehend von der vordefinierten Null- bzw. Ruhestellung auch eine Drehbetätigung in die entgegengesetzte bzw. in eine zweite Drehrichtung, insbesondere nach links, ermöglicht und ist so die manuelle Einleitung eines zweiten Aktiv- bzw. Schaltzustandes erzielbar. Das Betätigungsorgan wird dabei durch die Betätigungskraft der Bedienperson solange gegen den ersten oder zweiten Anschlag gedrückt, solange eine Aktivierung des jeweiligen Schaltzustandes bzw. des davon angesteuerten Bewegungsantriebes gewünscht ist. Beim Loslassen des Betätigungsorgans wird dieses durch die permanent wirkende Vorspann- bzw. Federkraft automatisch in die Null- bzw. Ruhestellung zurückgestellt.
Aus der EP 1 403 619 Bl ist ein elektronisches Bediensystem bekannt, welches als Teil eines Fahrerinformationssystems in Kraftfahrzeugen vorgesehen ist. Zudem soll dieses Bediensystem als Anzeige- und Bedienvorrichtung in Zusammenhang mit der Steuerung von Maschinen, zum Beispiel in der industriellen Fertigung, genutzt werden können. Dieses Bediensystem umfasst eine elektronische Steuereinheit, welche über eine Recheneinheit verfügt, eine Anzeigeeinheit, welche zur Visualisierung grafischer Darstellungen geeignet ist, und eine Bedieneinheit, mit welcher manuelle Eingriffe bezüglich der Funktionalitäten des jeweiligen Systems vorgenommen werden können. Zur Veränderung von Parametern des Systems ist dabei vorgesehen, dass eine Anzeigemarke in Art eines Cursors über die Anzeigefläche der An- zeigeeinheit bewegt wird und dadurch eine zur Verfügung stehende Funktion angewählt wird. Nach entsprechender Anwahl der gewünschten Funktion durch cursorartige Verschiebung der Anzeigemarke wird ein weiteres Bedienelement betätigt, um damit Parameter verändern zu können. Dieses zweite Bedienelement ermöglicht beispielsweise eine Veränderung von Parameterwerten in Verbindung mit der zuvor über ein erstes Bedienelement ausgewählten Funk- tion. Die in dieser Druckschrift beschriebenen Maßnahmen sind für die Steuerung bzw. Beeinflussung von Maschinen mit Bewegungsantrieben nur bedingt geeignet. Die beschriebenen Maßnahmen eignen sich vielmehr für eine Anwendung in Verbindung mit relativ unkritischen Funktionalitäten, wie sie in Fahrerinformationssystemen von Kraftfahrzeugen vorkommen. Eine Bedienung von industriellen Maschinen mit Bewegungsantrieben wäre mit dieser vorbe- kannten Ausführung nur bedingt zufriedenstellend.
Die EP 1 075 979 B 1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Mdtifunktionsbedienein- richtung, welche ebenso in Verbindung mit Kraftfahrzeugen vorteilhaft einsetzbar ist. Bei dieser Mdtifunktionsbedieneinrichtung werden Menüs und/oder Bedienfunktionen auf einer An- zeigeeinheit dargestellt und die besagten Menüs und/oder Funktionen über Tastelemente und zumindest ein Drehbetätigungselement betätigt. Zumindest eines dieser Drehbetätigungselemente ist dabei hinsichtlich seiner Drehrichtungen und Drehstellungen und/oder Raststellungen und/oder Betätigungsanschläge frei programmierbar. Diese freie Programmierung erfolgt dabei derart, dass haptische Rückmeldungen im Drehbetätigungsweg erzeugt werden, die den jeweils abgerufenen Menüs oder Funktionen zugeordnet sind. Jeder Betätigungsfunktion ist dabei ein Satz haptischer Daten zugeordnet, die dynamisch an eine Funktionsdatenänderung angepasst werden. Damit ist eine intuitive Bedienung ermöglicht, nachdem der Bedienperson haptische Rückmeldungen gegeben werden, die in Abhängigkeit der jeweiligen Menüs bzw. Funktionen automatisch angepasst werden. Eine Bedienung von industriellen Maschinen mit Bewegungsantrieben ist mit der angegebenen Vorrichtung jedoch nur bedingt praktikabel.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels derer ein Benutzer in der Lage ist, eine möglichst praktikable Bedienung von industriellen Maschinen mit Bewegungsantrieben vorzunehmen.
Insbesondere liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Bedien- bzw. Pro- grammierbarkeit von Maschinen mit gesteuert verfahrbaren Komponenten bzw. aktiv verstellbaren Maschinenachsen zu verbessern.
Diese Aufgabenstellung wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.
Demnach ist eine Steuervorrichtung für industrielle Maschinen mit gesteuerten Bewegungsantrieben für Maschinenkomponenten vorgesehen, welche Steuervorrichtung zumindest eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, insbesondere steuerungstechnische Ein- und Ausgabemittel, umfasst. Dabei ist wenigstens ein Bedienelement zur manuellen Beeinflussung oder Vorgabe von Verstellbewegungen von zumindest einer der Maschinenkomponenten, beispielsweise in Art von gesteuert verstellbaren Maschinenachsen, ausgeführt. Zumindest eines dieser Bedienelemente ist dabei als Drehsteller-Bedienelement mit einem um eine Drehachse drehbar gelagerten Betätigungsorgan ausgebildet, welches Betätigungsorgan durch Aufbringen eines Betätigungsmoments einer Bedienperson verdrehbar ist.
Die entsprechende Steuervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Betätigungsorgan oder dessen Drehachse mit einem gesteuert veränderlichen Dreh wi derstand-Gen eri erungsm Ittel in mechanischer Wechselwirkung steht oder damit bewegungsgekoppelt ist, wobei eine elektronische Auswerte- und Steuervorrichtung zur veränderlichen Einstellung von Drehwi- derständen des Drehwi der stand-Generi erungsmittel s ausgebildet ist. Die Auswerte- und Steuervorrichtung ist zur Bereitstellung von zumindest einem Knebelschalter-Betriebsmodus eingerichtet, in welchem das Drehwiderstand-Generierungsmittel von der Auswerte- und Steuervorrichtung derart ansteuerbar ist, dass das Drehwiderstand-Generi erungsmittel nach Zurücklegung eines vordefinierten Verdrehwinkels des Betätigungsorgans ein Brems- oder Blockier- moment aufbaut oder erzeugt, welches eine weitere Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans hemmt, verstärkt hemmt oder unterbindet. Ein Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements ist dabei aktiviert oder gilt als aktiv, solange ein gegen das Brems- oder Blockiermoment wirkendes Betätigungsmoment der Bedienperson das Blockiermoment beträgt bzw. dem Blockiermoment entspricht, oder einen vergleichsweise niedrigeren Deaktivierungs-Schwellwert überschreitet. Demgegenüber gilt der Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements als inaktiv oder als deaktiviert, wenn das von der Bedienperson ausgeübte Betätigungsmoment den Deaktivierungs-Schwellwert unterschreitet oder Null beträgt.
Durch die angegebenen Maßnahmen ist eine verbesserte manuelle Bedienung bzw. Kontrolle von Bewegungsantrieben bzw. von damit bewegten Maschinenkomponenten ermöglicht. Insbesondere ist dadurch für eine Bedienperson eine Bedienungssystematik geschaffen, welche eine rasch verständliche bzw. eine intuitive manuelle Bedienung von verfahrbaren Maschenkomponenten, insbesondere von sogenannten Maschinenachsen, ermöglicht. Die entsprechenden Bedienhandlungen können dabei relativ komfortabel und zugleich fehlervermei- dend ausgeführt werden. Durch die eindeutigen Bedienhandlungen bzw. durch die damit einhergehende bewusste Abgabe von Bewegungs-Steuerbefehlen kann das Beschädigungsrisiko gegenüber einer gesteuerten Maschine minimiert und die Personensicherheit gesteigert werden Insbesondere kann die von manuell angesteuerten Maschinen ausgehende Gefahr reduziert werden, nachdem unbeabsichtigte bzw. ungewollte Steuerbefehle vermieden bzw. hint- angehalten werden können.
Diese vorteilhaften Wirkungen können unter anderem dadurch erreicht werden, dass ein im mechanischer Hinsicht vereinfachter Knebelschalter geschaffen ist. Insbesondere können separate Rückstellfedern bzw. aktive Rückstellmittel für das Betätigungsorgan erübrigt werden, wodurch das davon ausgehende Risiko eines technischen Gebrechens bzw. Versagens reduziert ist. Darüber hinaus können die Aufbaukosten durch die angegebenen Maßnahmen vor allem in Verbindung mit größeren Stückzahlen relativ gering gehalten werden. Auch der benötige Einbauraum bzw. Platzbedarf kann durch die angegebenen Maßnahmen relativ gering gehalten werden. Das steuerbare Drehwiderstand-Generierungsmittel in Verbindung mit der Auswerte- und Steuervorrichtung ermöglicht also in effizienter Art und Weise die Nachbildung eines Knebelschalter-Bedienverhaltens bzw. einer Knebelschalter-Funktionalität. Zudem kann dadurch das Drehsteller-Bedienelement wechselnde Funktionen erfüllen und so auch als zentrales bzw. multifunktionales Bedien- bzw. Eingabeelement fungieren. Insbesondere ist dadurch ein ablaufbezogenes bzw. programmgesteuertes, an die jeweilige Situation relativ flexibel anpassbares Bedien- bzw. Steuerverhalten umsetzbar.
Von Vorteil sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 2, da dadurch mit relativ hoher Dynamik gesteuert variierbare Drehwiderstände erzeugt werden können. Insbesondere können dadurch in relativ kurzer Zeit bzw. mit relativ hoher Impulsivität Verdrehwiderstände gegenüber dem Betätigungsorgan aufgebaut und wieder reduziert bzw. aufgehoben werden. Die Programm- bzw. softwaretechnische Steuerbarkeit ausgehend von der Auswerte- und Steuervorrichtung eröffnet dabei eine hohe Flexibilität bzw. einen hohen Variantenumfang in Bezug auf ein für eine Bedienperson erzeugbares, haptisches Feedback im Zuge der Bedienung des Drehsteller-Bedienelementes.
Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 3 wird in vorteilhafter Art und Weise der Drehmomentverlauft bzw. der Verlauf der Betätigungskraft der Bedienperson gegenüber dem Betätigungsorgan evaluiert und zur Nachbildung einer Knebelschalter-Funktionalität herangezogen. Insbesondere wird der Bedienperson durch den gesteuert eingeleiteten Anstieg des Bremsmoments haptisch signalisiert, dass der Aktivierungsschwellwert erreicht wurde und damit einhergehend die gewünschte Schalt- bzw. Bewegungsfunktion ausgelöst wird. Für eine Bedienperson ist es somit auch nicht erforderlich, auf das Betätigungsorgan zu blicken und den jeweils zurückgelegten Verdrehwinkel zu beobachten bzw. zu berücksichtigen. Zudem wird hierbei der weitere Verlauf der Betätigungskraft bzw. des entsprechenden Betätigungsmoments evaluiert und im Falle einer Unterschreitung eines vordefinierten Drehmoment- Schwellwertes wird dies als eindeutiges Abschalt- bzw. Deaktivierungskriterium erkannt bzw. genutzt.
Eine praktikable Maßnahme zur Bestimmung der von der Bedienperson jeweils aufgebrachten Betätigungskraft bzw. zur Ermittlung des in das Betätigungsorgan jeweils eingeleiteten, zeitlich bzw. drehwinkelabhängig variierenden Betätigungsmoments ist in Anspruch 4 angegeben. Insbesondere ist es dadurch nicht erforderlich, gesonderte Sensoren zur Bestimmung von Kräften bzw. Drehmomenten vorzusehen, wodurch der Gesamtaufbau möglichst einfach und kostengünstig gehalten werden kann. Von Vorteil sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 5, da dadurch eine vordefinierte Ausgangs- bzw. Ruhestellung für das Betätigungsorgan, also eine fixe Nullposition des Betätigungsorgans erübrigt ist. Insbesondere kann dadurch jede Drehwinkelstellung des Betätigungsorgans als Ausgangs- bzw. Nullstellung für die angegebene das Knebel schal ter-Funk- tion fungieren.
Praktikabel ist auch eine Ausführung nach Anspruch 6. Dadurch kann auf jegliche Rückstellmittel für das Betätigungsorgan, beispielsweise auf vorgespannte Federn oder motorische Antriebe, verzichtet werden. Dennoch ist die Umsetzung einer Knebel Schalter-Funktionalität in zuverlässiger Weise ermöglicht.
Zweckmäßig sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 7, da dadurch eine effiziente bzw. zeitsparende und auch komfortable Bedienung des Drehsteller-Bedienelementes ermöglicht ist. Insbesondere ist es nicht erforderlich, das Drehsteller-Bedienelement nach der Ausführung eines Steuerbefehls, beispielsweise nach der Abgabe eines Bewegungs-Steuerbefehls, manuell in eine vordefinierte Ausgangsposition bzw. Nullstellung zurückdrehen zu müssen.
Eine praktikable Umsetzung bzw. Nachbildung eines zweistufigen Knebelschalters ist in Anspruch 8 angegeben.
Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 9 ist die Umsetzung bzw. Nachbildung eines dreistufigen Knebelschalters in effektiver Weise ermöglicht.
Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 10 kann der Bedienperson eine eindeutige haptische Rückmeldung über das Erreichen und das Vorliegen des Aktivierungs-Schaltzustandes gegeben werden. Der langsame Drift hinsichtlich der Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans während des Aktivierungs-Schaltzustandes des Betätigungsorgans begünstigt dabei auch die Messung bzw. Ermittlung des jeweils aufgebrachten Betätigungsmoments bzw. die Bestimmung des benötigten, hierzu entgegen wirkenden Bremsmoments.
Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 11, wird eine relativ langsame Verdrehgeschwindigkeit während des Vorliegens des Aktivierungs-Schaltzustandes zugelassen, wodurch auch bei relativ lange andauernden Steuer- bzw. Schaltbefehlen ein Nachgreifen am Betätigungsorgan bzw. ein Umgreifen von Seiten der Bedienperson nicht zwingend erforderlich ist.
Eine praktikabler, zeit- bzw. drehwinkelabhängiger Verlauf des Bremsmomentes gegenüber dem Betätigungsorgan, welcher Verlauf vom Drehwiderstand-Generierungsmittels sowie von der Auswerte- und Steuervorrichtung klar definierbar und gut umsetzbar ist, ist in Anspruch 10 angegeben. Insbesondere kann dadurch der Bedienperson ein besonders eindeutiges, hapti- sches Feedback in Bezug auf das Erreichen bzw. Vorliegen des Aktivierungs-Schaltzustandes gegeben werden. Gewissermaßen kann dadurch ein Einrast- Verhalten nachgebildet werden, welches der Bedienperson klar und unmissverständlich signalisiert, dass der vordefinierte Verdrehwinkel des Betätigungsorgans zurückgelegt wurde und damit ein Aktivierungs- Schaltzustand soeben eingetreten ist bzw. vorliegt.
Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 13 kann der hardwaretechnische bzw. mechanische Aufbau weiter vereinfacht werden, wodurch die Herstellungs- bzw. Implementierungskosten gering gehalten werden können. Zudem wird dadurch die Gefahr einer Fehlbedienung und einer daraus resultierenden Zerstörung des Drehsteller-Bedienelementes minimiert. Insbesondere ist es durch die Vermeidung von vordefinierten, mechanischen Endanschlägen nicht erforderlich, besonders massive Drehlagerungen bzw. sonstige mechanische Komponenten vor- zusehen.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch die in den Ansprüchen 14 und 15 definierten Maßnahmen gelöst. Die damit erzielbaren technischen Effekte und vorteilhaften Wirkungen sind den vorhergehenden und den nachstehenden Beschreibungsteilen zu entnehmen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine aus mehreren Maschinen, insbesondere Industrierobotern, gebildete technische Anlage und ein dabei eingesetztes, elektronisches Steuerungssystem, welches Steuerungssy stem mehrere Steuervorrichtungen und eine Mensch-Maschine- Schnittstelle in Art eines tragbaren Handbediengerätes umfasst; Fig. 2 eine Produktionsmaschine, insbesondere eine Spritzgießmaschine, welche eine elektronische Steuervorrichtung und eine daran angebundene Mensch-Maschine- Schnittstelle in Art eines stationären Bedienpanels umfasst; Fig. 3 das Bedienpanel der Produktionsmaschine nach Fig. 2; Fig. 4 eine Steuervorrichtung für industrielle Maschinen mit einem Drehsteller-Bedienelement, welches zur Bedienung oder Beeinflussung von Bewegungsantrieben dient; Fig. 5 einen ersten Kennlinienverlauf hinsichtlich Betätigungsmoment und Verdrehwinkel eines Betätigungsorgans eines Drehsteller-Bedienelements mit einem Hem- mungs- und einem Blockierverhalten gegenüber dem Betätigungsorgan; Fig. 6 einen zweiten Kennlinienverlauf hinsichtlich Betätigungsmoment und Verdrehwinkel eines Betätigungsorgans eines Drehsteller-Bedienelements mit einem Hemmungs- und einem Blockierverhalten gegenüber dem Betätigungsorgan; Fig. 7 einen dritten Kennlinienverlauf hinsichtlich Betätigungsmoment und Verdrehwinkel eines Betätigungsorgans eines Drehsteller-Bedienelements mit einem Hemmungsverhalten, einem Blockierverhalten und einem kombinierten Hemmungsund Blockierverhalten gegenüber dem Betätigungsorgan; Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Betätigungsorgans eines Drehsteller-Bedienelements, welches zur Nachbildung einer Knebelschalter-Funktion vorgesehen ist und eine virtuelle Rückstellfunktion besitzt.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer- den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
In den Fig. 1 bis 3 sind Ausführungsbeispiele von elektrotechnischen bzw. elektronischen Steuerungssystemen 1 gezeigt, die für die Automatisierung bzw. Steuerung von industriellen Anlagen eingesetzt werden können. Eine solche industrielle Anlage bzw. dessen Steuerungs- System 1 umfasst wenigstens eine elektronische Steuervorrichtung 2, 2' bzw. kann auch eine Mehrzahl von verteilt angeordneten elektronischen Steuervorrichtungen 2, 2' vorgesehen sein. Eine entsprechende Anlage umfasst zumindest eine Maschine 3 bzw. eine Mehrzahl von gegebenenfalls interagierenden Maschinen 3 bzw. Maschinenkomponenten. Die zumindest eine elektronische Steuervorrichtung 2, 2' ist vorzugsweise softwaregesteuert ausgeführt und dient primär dazu, die j eweiligen Steuerungsfunktionen der j eweiligen industriellen Maschine 3 umzusetzen bzw. die Abläufe der Maschine 3 überwachen, beeinflussen und/oder programmieren zu können.
Entsprechend der Ausführung nach Fig. 1 ist eine solche industrielle Maschine 3 durch we- nigstens einen Industrieroboter 4 gebildet. Ein solcher Industrieroboter 4 kann Bestandteil einer Montage- bzw. Fertigungsanlage sein. Durch eine datentechnische Vernetzung der jeweiligen Steuervorrichtungen 2, 2' kann vorgesehen sein, dass die Industrieroboter 4 steuerungstechnisch interagieren können. Eine solche daten- bzw. steuerungstechnische Vernetzung zwischen mehreren Industrierobotern 4 kann auch einen zentralen Leitrechner S umfassen. Hin- sichtlich einer zentralen, dezentralen, hierarchischen oder anderweitig aufgebauten Steuerungsarchitektur und Vernetzung sind dabei vielfaltigste Ausführungsformen denkbar, welche entsprechend den jeweiligen Erfordernissen gewählt werden können.
Zumindest einer Steuervorrichtung 2' in zumindest einer Maschine 3 ist dabei zumindest eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 6 (HML) zugeordnet bzw. zuordenbar. Mittels dieser Mensch- Maschine-Schnittstelle 6 sind steuerungsrelevante Interaktionen zwischen einer Bedienperson 7 und der jeweiligen Maschine 3 ermöglicht. Beim Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die steuerungstechnische Mensch-Maschine- Schnittstelle 6 durch ein mobiles bzw. tragbares Handbediengerät 8 gebildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Mensch-Maschine-Schnittstelle 6 durch ein stationäres Bedienpanel 9 definiert. Die jeweiligen Mensch-Maschine-Schnittstellen 6 können somit auch als Bedienerschnittstellen bezeichnet werden.
Ein gattungsgemäßes Handbediengerät 8 bzw. Bedienpanel 9 weist wenigstens eine Eingabevorrichtung 10, wie zum Beispiel einen berührungssensitiven Bildschirm 11, Eingabetasten 12, Schalter, oder sonstige elektrische oder elektromechanische Eingabemittel auf. Zudem können visuell und/oder akustisch erfassbare Ausgabemittel vorgesehen sein. Bei einem gattungsgemäßen Handbediengerät 8 bzw. Bedienpanel 9 können insbesondere der zuvor erwähnte berührungssensitive Bildschirm 11, sowie Leuchtelemente bzw. Signalisierungslam- pen zur Anzeige von systemrelevanten Daten bzw. Zuständen vorgesehen sein. Der Funktionsumfang und die Ausführungsform der jeweiligen Eingabevorrichtung bzw. der jeweiligen Ausgabevorrichtung hängen dabei stark von der jeweiligen Anwendung, insbesondere von der technischen Komplexität der zu steuernden Maschine 3 bzw. Anlage ab. Wesentlich ist dabei, dass die Bedienperson 7 mittels der Eingabevorrichtung 10 und einer geeigneten Ausgabevorrichtung, insbesondere mittels dem zuvor genannten berührungssensitiven Bildschirm 11, die benötigten steuerungstechnischen Abläufe kontrollieren bzw. überwachen, beeinflussen und/oder programmieren kann.
Die in der Mensch-Maschine-Schnittstelle 6, insbesondere im Handbediengerät 8 bzw. im Bedienpanel 9 ausgeführte Steuervorrichtung 2 und die einer Maschine 3 zugeordnete Steuervorrichtung 2' können dabei über kabelgebundene und/oder drahtlos ausgeführte Kommunikati- onsschnittstellen in datentechnischer bzw. steuerungstechnischer Wechselwirkung stehen.
Wie an sich bekannt, sind zur Automatisierung der jeweiligen Maschinen 3 steuerbare, insbesondere wenigstens aktivier- und deaktivierbare Bewegungsantriebe 13 vorgesehen, welche mit der jeweiligen Steuervorrichtung 2' leitungsverbunden sind. Häufig sind solche Bewe- gungsantriebe 13 auch hinsichtlich ihrer Antriebsgeschwindigkeit und/oder Antriebsleistung bzw. Antriebskraft bedarfsabhängig einstell- bzw. veränderbar. Derartige Bewegungsantriebe 13 können, wie in Fig. 2 bzw. Fig. 4 veranschaulicht, durch Motoren 14, durch Hydraulikzylinder, durch Proportional-Magnetventile 15, oder durch sonstige Elemente zur aktiven bzw. steuerbaren Bewegung von Maschinenkomponenten gebildet sein. Unter den entsprechenden Bewegungsantrieben 13 sind auch Aktoren zu verstehen, mit welchen eine Verstellbewegung einer Maschinenkomponente erzeugt bzw. eingeleitet werden kann. Ein solcher Bewegungsantrieb 13 und die jeweilige Maschinenkomponente können dabei auch als Maschinenachse bezeichnet werden. Unter einer steuerbaren Maschinenkomponente bzw. Maschinenachse kann zum Bespiel ein Gelenksarm eines Industrieroboters 4, eine Vorschubeinheit, ein Bearbeitungsaggregat einer Werkzeugmaschine, ein Stellantrieb einer Produktionsmaschine, und dergleichen verstanden werden. An eine solche Maschinen-Steuervorrichtung 2' können typischerweise auch eine Mehrzahl von Sensoren, Endschalter und/oder Geber angeschlossen sein, wie dies allgemein bekannt ist und in Fig. 4 beispielhaft gezeigt ist. Dadurch können Be- wegungs- bzw. Funktionsabläufe der jeweiligen Maschine vollautomatisch oder zumindest teilautomatisch ausgeführt werden bzw. automatisiert überwacht werden.
Zur manuellen Beeinflussung bzw. zur Programmierung der jeweiligen Bewegungsantriebe 13 bzw. Maschinenkomponenten ist an der jeweiligen Mensch-Maschine-Schnittstelle 6 zumindest ein Bedienelement 16 zur manuellen Beeinflussung oder Vorgabe von Verstellbewegungen von zumindest einer der Maschinenkomponenten bzw. Maschinenachsen vorgesehen. Diese manuelle Beeinflussung oder Vorgabe von Verstellbewegungen durch eine Bedienperson 7 umfasst vorzugsweise die Möglichkeit einer Geschwindigkeits- und/oder Leistungsver- änderung des anzusteuernden bzw. selektiv ansteuerbaren Bewegungsantriebes 13. Zudem können Bedienelemente, insbesondere Tast- oder Schaltelemente, ausgeführt sein, welche zur Aktivierung und Deaktivierung eines ausgewählten bzw. ansteuerbaren Bewegungsantriebes 13 vorgesehen sind. Zumindest eines der Bedienelemente 16 an der Mensch-Maschine-Schnittstelle 6 ist dabei als Drehsteller-Bedienelement 17 mit einem endlos bzw. anschlaglos verdrehbaren Betätigungsorgan 18 ausgeführt. Endlose Verdrehbarkeit bedeutet dabei, dass das Drehsteller-Bedienelement 17 bzw. dessen Betätigungsorgan 18 derart ausgeführt ist, dass es keine mechanischen Endanschläge bzw. keine dauerhafte Begrenzung hinsichtlich der Drehbeweglichkeit des Be- tätigungsorgans 18 gibt. Dies im Unterschied zu einem typischen Potentiometer bzw. einstellbaren, ohmschen Widerstand, bei welchem ein Verdreh- bzw. Einstellbereich von üblicherweise etwa 270° gegeben ist. Das anspruchsgemäße Drehsteller-Bedienelement 17 ist vielmehr mit einem sogenannten Override-Potentiometer vergleichbar bzw. kann das Drehsteller- Bedienelement 17 als endlos drehbeweglicher Inkrementalgeber ausgeführt sein. Vorteilhaft ist es dabei, wenn das Drehsteller-Bedienelement 17 eine endlose Rotierbarkeit seines beispielsweise Scheiben- oder radförmigen Betätigungsorgans 18 bzw. eine damit einhergehende, unbegrenzte Abgabe von Sensorimpulsen bzw. Inkrementen ermöglicht.
Optional kann das Betätigungsorgan 18 wenigstens eine Markierung 19 umfassen, mit welcher einer Bedienperson 7 die jeweilige Drehwinkelstellung des Betätigungsorgans 18 angezeigt werden kann. Eine solche Markierung 19 am vorzugsweise endlos verdrehbaren bzw. anschlaglos rotierbaren Betätigungsorgan 18 ist jedoch nicht zwingend.
Das Drehsteller-Bedienelement 17 ist mit einer elektronischen Auswerte- und Steuervorrichtung 20 verbunden bzw. kann eine solche Auswerte- und Steuervorrichtung 20 ein Bestandteil des Drehsteller-Bedienelementes 17 sein. Insbesondere sind Signale bzw. Betätigungszu- stände des Drehsteller-Bedienelementes 17 durch die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 er- fass- und evalui erbar .
Die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 kann dabei als eigenständige bzw. separate Einheit ausgeführt sein, oder aber durch die Steuervorrichtung 2, 2' umgesetzt werden. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 2, 2' zumindest Teilaufgaben der Auswerte- und Steuervorrich- tung 20 übernehmen. Dies vor allem deshalb, weil die Funktionalitäten der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 überwiegend softwaretechnisch bzw. programmtechnisch realisierbar sind und daher in einfacher Art und Weise einen Funktionsumfang der Steuervorrichtung 2, 2' darstellen können. Es ist somit auch ein kombinatorisches Zusammenwirken möglich, um eine Umsetzung der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 zu erzielen. Die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 kann aber auch - wie vorstehend beschrieben - integraler Bestandteil des Drehsteller-Bedienelementes 17 sein.
Das Drehsteller-Bedienelement 17 umfasst wenigstens ein sensortechnisches Erfassungsmittel 21 zur Ermittlung der von einer Bedienperson 7 jeweils vorgenommenen Drehbetätigungen gegenüber dem Betätigungsorgan 18. Insbesondere ist es möglich, via das sensortechnische Erfassungsmittel 21 zumindest den zurückgelegten Drehwinkel, also die Winkeländerung, und die Drehrichtung des Betätigungsorgans 18 zu detektieren. Als sensortechnisches Erfas- sungsmittel 21 eignen sich vorzugsweise Inkrementalgeber oder auch Absolutwertgeber, welche mit der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 leitungsverbunden sind und so die jeweiligen Sensorsignale bzw. Werte zur weiteren Verarbeitung bzw. Auswertung bereitstellen. Insbesondere kann via die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 das von der Bedienperson 7 gegen- über dem Betätigungsorgan 18 ausgeübte Bedienverhalten ermittelt werden. Das Bedienverhalten umfasst dabei Parameter wie Drehrichtung, Drehwinkel, Drehgeschwindigkeit, Betäti- gungs- bzw. Drehverlauf, Winkelbeschleunigung und dergleichen. Daraus folgt, dass die von einer Bedienperson 7 am Betätigungsorgan 18 respektive gegenüber seiner Drehachse 22 ausgeübten Drehbewegungen von der elektronischen Auswerte- und Steuervorrichtung 20 evalu- iert werden und daraus entsprechende Steuerbefehle für die angesteuerte Maschine 3 bzw. Maschinenkomponente abgeleitet werden.
Das Betätigungsorgan 18 oder dessen Drehachse 22 steht mit einem gesteuert veränderlichen Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 in mechanischer Wechselwirkung bzw. ist das Dreh- widerstand-Generierungsmittel 23 mit der Drehachse 22 des Betätigungsorgans 18 bewegungsgekoppelt. Die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 ist dabei mit dem Drehwiderstand- Generierungsmittel 23 leitungsverbunden und zur gesteuert veränderlichen Einstellung von Drehwiderständen des Drehwiderstand-Generierungsmittels 23 ausgebildet. Das Drehwider- stand-Generierungsmittel 23 kann dabei eine elektrorheologische oder magnetorheologische Flüssigkeit umfassen, deren Viskosität durch Einwirkung elektrischer Energie in Form von elektrischen oder elektromagnetischen Feldern beeinflussbar ist. Dadurch kann der Bedienperson 7 in steuerungstechnisch einfacher und zuverlässiger Art und Weise ein variantenreiches bzw. situationsgerecht anpassbares, haptisches Feedback in Zusammenhang mit der Bedienung des Betätigungsorgans 18 gegeben werden. Ein derartiges Feedback kann Raststufen und/oder gesteuert variierende Betätigungs- bzw. Verdrehwiderstände umfassen.
Die zumindest teilweise softwaretechnisch umgesetzte Auswerte- und Steuervorrichtung 20 ist unter anderem zur Bereitstellung eines Knebelschalter-Betriebsmodus des Drehsteller-Bedienelementes 17 bzw. der Steuervorrichtung 2, 2' eingerichtet. Ein beispielhaftes Verhalten des Drehsteller-Bedienelementes 17 in diesem Knebelschalter-Betriebsmodus ist in den Fig. 5 bis 7 schematisch veranschaulicht. Das Drehsteller-Bedienelement 17 kann durch den dargelegten Aufbau und durch die softwarebasierende Auswerte- und Steuervorrichtung 20 aber auch anderweitige Betriebsmodi aufweisen bzw. umsetzen. Beispielsweise kann das angegebene Drehsteller-Bedienelement 17 zwischen dem nachstehend beschriebenen Knebelschalter-Betriebsmodus und einem Betriebsmodus zur Proportionalsteuerung bzw. manuellen Ge- schwindigkeits- und/oder Positionsregulierung von Bewegungsantrieben 13 bzw. Maschinen- komponenten - und umgekehrt - umgeschaltet werden. Diese entweder manuell oder automatisiert umgesetzten Umschaltungen zwischen diversen Betriebsmodi hängen von der Art des von der Bedienperson manuell zu steuernden bzw. zu kontrollierenden Bewegungsantriebes 13 bzw. Aktors ab. Je nach Art des zu kontrollierenden Bewegungsantriebes 13 bzw. je nach auszuführendem technischen Prozess kann dabei auch eine durch die Steuervorrichtung 2, 2' automatisierte Auswahl und Bereitstellung des j eweiligen Betriebsmodus des Drehsteller-Bedienelements 17 erfolgen.
Eine schematische Darstellung eines beispielhaften Drehsteller-Bedienelements 17, welches zumindest einen Knebelschalter-Betriebsmodus bereitstellen kann, ist in Fig. 8 gezeigt. Ein solches Drehsteller-Bedienelement 17 am Handbediengerät 8 (Fig. 1) bzw. am Bedienpanel 9 (Fig. 3) kann in dem nachfolgend im Detail beschriebenen Knebelschalter-Betriebsmodus eine Schaltfunktion und/oder eine Tastfunktion gegenüber einem anzusteuernden Bewegungsantrieb 13 aufweisen. Die Schaltfunktionen des Drehsteller-Bedienelementes 17 können somit als Rast-Schalfunktionen und/oder als Tast-Schalfunktionen umgesetzt sein. Zudem kann die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 zur Bereitstellung eines ersten Knebelschalter-Betriebsmodus eingerichtet sein, in welchem eine Drehbetätigung bzw. Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans 18 in nur eine Drehrichtung freigegeben ist. Dies entspricht einer Nachbildung eines zweistufigen Kne- belschalters mit virtueller Null- bzw. Inaktiv-Stellung und einer dazu um einen Verdrehwinkel +aibzw. -αι distanzierten Schalt- bzw. Aktivstellung.
Alternativ oder in Kombination dazu kann die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 zur Bereitstellung eines zweiten Knebelschalter-Betriebsmodus eingerichtet sein, in welchem eine Drehbetätigung des Betätigungsorgans 18 in beide Drehrichtungen zugelassen bzw. ermöglicht ist, wie dies in Fig. 8 angedeutet wurde. Dies entspricht der Nachbildung eines dreistufigen Knebelschalters, welcher eine virtuelle Null- bzw. Inaktiv-Stellung und zwei Schalt- bzw. Aktivstellungen aufweist, welche durch eine Bedienperson jeweils durch Verdrehung des Betätigungsorgans 18 nach links oder rechts anwähl- bzw. aktivierbar sind. Ein solcher dreistufiger Knebelschalter-Betriebsmodus kann beispielsweise für bidirektional betreibbare Bewegungsantriebe 13 genutzt werden. Es ist aber auch möglich, dass der vom Drehstell er-Bedien- element 17 bereitgestellte, quasi dreistufige Knebelschalter-Betriebsmodus mit virtueller
Null- bzw. Inaktivstellung sowohl eine Tast-Schalfunktion, als auch eine Rast-Schaltfunktion aufweist bzw. umsetzen kann. Beispielsweise kann bei Verdrehung des Betätigungsorgans 18 nach rechts eine Rast-Schalfunktion ausgelöst werden und bei Verdrehung des Betätigungsorgans 18 nach links eine Tast-Schaltfunktion umgesetzt werden - oder umgekehrt.
Wesentlich ist dabei, dass die zuletzt eingenommene Drehwinkelstellung nach einem Wegfall des von der Bedienperson ausgeübten Betätigungsmoments Mu gegenüber dem Bedienelement 18 eine neue Ausgangsposition bzw. eine virtuelle Nullstellung für einen nachfolgenden Knebelschalter-Betriebsmodus bzw. für eine nächste Knebelschalter-Bedienhandlung durch die Bedienperson definiert. Beim angegebenen Drehsteller-Bedienelement 17 erfolgt also keine physische Rückstellung des Betätigungsorgans 18 in eine vordefinierte Ruhe- bzw. Nullstellung. Insbesondere ist weder eine Federrückstellung, noch eine motorische oder sonstige Rückstellung des Betätigungsorgans 18 nach erfolgter, manueller Drehbetätigung vorgesehen. Vielmehr verbleibt das Betätigungsorgan 18 stets in jenen Drehwinkelstellungen, wel- che von der Bedienperson durch eine Drehbetätigung aktiv hergestellt bzw. bewirkt wurden. Demnach weist das erfindungsgemäße Drehsteller-Bedienelement 17 bzw. dessen Betätigungsorgan keine fix vordefinierte Ausgangsposition bzw. Nullstellung auf, sondern eine Vielzahl von virtuellen bzw. steuerungstechnisch bestimmten Ausgangspositionen bzw. Nullstellungen, welche durch unterschiedliche bzw. variable Drehwinkelstellungen des Betäti- gungsorgans 18 definiert sind. Beispiele für eine Mehrzahl von virtuellen Nullstellungen bzw. variablen Ausganspositionen und Beispiele für über einen Verdrehwinkel +aibzw. - αι aktivierbare bzw. für hierzu entfernt liegende Schalt- bzw. Aktivstellungen sind in Fig. 8 durch Richtungspfeile schematisch dargestellt. Insbesondere dann, wenn das Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 eine weitere Verdreh- barkeit des Betätigungsorgans 18 bzw. von dessen Drehachse 22 nach dem Erreichen des steuerungstechnisch vordefinierten Verdrehwinkels +<xi oder - αι blockiert, kann die temporär wirkende Aktiv- bzw. Schaltstellung des Drehsteller-Bedienelements 18 nachfolgend eine neue Ausgangsposition bzw. eine virtuelle Nullstellung für eine nächste Bedienhandlung bzw. für eine anschließende Betätigung oder für eine weitere Aktivierung des Drehsteller-Bedienelementes 17 von Seiten der Bedienperson sein. Grundsätzlich ist vorgesehen, dass das Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 von der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 derart ansteuerbar ist, dass das Drehwiderstand-Generie- rungsmittel 23 nach Zurücklegung bzw. kurz vor Zurücklegung eines vordefinierten Verdrehwinkels +<xi bzw. -<xi des Betätigungsorgans 18 ein Brems- und/oder Blockiermoment MBR, BL aufbaut oder erzeugt, wie dies in den Fig. 5 bis 7 beispielhaft veranschaulicht wurde. Dieses vom zurückgelegten Verdrehweg bzw. Verdrehwinkel +αι bzw. -αι abhängige Bremsund/oder Blockiermoment MBR, MBL bewirkt eine bestimmte Hemmung, eine verstärkte bzw. zunehmende Hemmung, oder eine Blockierung in Bezug auf die Verdrehbarkeit bzw. weitere Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans 18. Der Verdrehwinkel +αι bzw. -αι ist vorzugsweise vordefiniert und kann einen Wert innerhalb eines Wertebereiches zwischen 10° und 90° aufweisen. Entsprechend einer praktikablen Ausführung liegt der vordefinierte Verdrehwinkel +aibzw. -αι in einem Bereich zwischen etwa 30° und etwa 60°, beispielsweise bei etwa 45°, um eine möglichst komfortable bzw. intuitive Betätigung des Drehsteller-Bedienelementes 17 zu ermöglichen. Der steuerungstechnisch vor- definierte Verdrehwinkel +αι bzw. -αι kann beispielsweise in der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 hinterlegt sein und mittels dem sensortechnischen Erfassungsmittel 21, beispielsweise via einen entsprechenden Inkrementalgeber, von der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 erfasst bzw. kontrolliert werden. Um eine Verdrehung bzw. eine Drehwinkeländerung des Betätigungsorgans 18 bewirken zu können, wird von der Bedienperson eine Betätigungsmoment Mu aufgebracht, welches dem vom Drehwi derstand-Generi erungsmi ttel 23 generierten bzw. gesteuert generierbaren Bremsund/oder Blockiermoment MBR, MBL entgegenwirkt bzw. das jeweils einwirkende Bremsmoment MBR überwindet. Beispiele für ein variierendes Betätigungsmoment Mu, welches sich in Bezug auf eine Zeitspanne bzw. in Bezug auf einen sich zeitlich verändernden Verdrehwinkel α verändert, sind in den Fig. 5 bis 7 schematisiert bzw. stark vereinfacht dargestellt. Das von der Bedienperson aufgebrachte bzw. aufzubringende Betätigungsmoment Mubzw. dessen drehwinkelabhängiger Verlaufist dabei in den Fig. 5 bis 7in vollen Linien veranschaulicht. Das vom Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 aufgebrachte bzw. aufzubringende, dem Betätigungsmoment Mu entgegen wirkende Bremsmoment MBR bzw. das gegebenenfalls erzeugte Blockiermoment BL ist in punktierten Linien dargestellt. Um eine Verdrehung des Betätigungsorgans 18 und damit eine Änderung bzw. Beeinflussung des Verdrehwinkels +αι bzw. -αι bewirken zu können, muss das Betätigungsmoment Mu der Bedienperson zumindest geringfügig größer sein, als das vom Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 jeweils erzeugte, steuerungstechnisch kontrollierte bzw. variierende Bremsmoment MBR. Je größer der Unterschied bzw. Überhang zwischen dem Betätigungsmoment Mu und dem von der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 bestimmten bzw. vom Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 generierten Bremsmoment MBR ist, desto schneller kann das Betätigungsorgan 18 verdreht werden und desto schneller kann der vordefinierte Verdrehwinkel +<xi bzw. -αι erreicht bzw. eingenommen werden.
Das von der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 gegebenenfalls vorgegebene bzw. veranlasste und vom Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 generierte Blockiermoment MBL ist vorzugsweise derart hoch, dass für die Bedienperson klar erkennbar ist, dass eine weitere Ver- drehbarkeit des Betätigungsorgans 18 nicht vorgesehen ist bzw. die Verdrehbarkeit als gesperrt zu betrachten ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das steuerbare Drehwiderstand-Ge- nerierungsmittel 23 selbstverständlich nur ein endliches bzw. begrenztes Blockiermoment MBL erzeugen bzw. bereitstellen kann. Das Blockiermoment MBL des Drehwiderstand-Gene- rierungsmittels 23 gegenüber dem Betätigungsorgan 18 ist jedoch derart hoch, dass es im Zuge der Bedienhandlungen von der Bedienperson deutlich wahrnehmbar bzw. eindeutig spürbar ist.
Wie aus den Betätigungsmoment- zu Drehwinkel-Verläufen Mu (Nm) / α (°, rad) der beispielhaften Fig. 5 bis 7 zu entnehmen ist, ist ein Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements 17 aktiv bzw. gilt dessen Schaltzustand als aktiviert, solange ein gegen das Brems- oder Blockiermoment MBR, MBL des Drehwiderstand-Generierungsmittels 23 wirkendes Betätigungsmoment Mu der Bedienperson gegenüber dem Betätigungsorgan 18 das Blockiermoment MB beträgt bzw. dem Blockiermoment MB entspricht, oder einen vergleichsweise niedrigeren, vordefinierten Deaktivierungs-Schwellwert MD überschreitet. Im Gegensatz dazu ist der Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements 17 inaktiv bzw. gilt dessen Schaltzustand als deaktiviert, wenn das von der Bedienperson ausgeübte Betätigungsmoment Mu den vordefinierten Deaktivierungs-Schwellwert MD unterschreitet oder Null beträgt. Das Betätigungsmoment Mu beträgt Null, wenn von der Bedienperson keine Verdrehkraft auf das Betätigungsor- gan 18 ausgeübt wird. Das Betätigungsmoment Mu sinkt ab, wenn die Bedienperson gegenüber dem Betätigungsorgan 18 vergleichsweise weniger Drehmoment ausübt, weil beispielsweise ein angesteuerter Bewegungsantrieb 13 gestoppt oder verlangsamt werden soll.
Der Deaktivierungs-Schwellwert MD kann somit in einem Wertebereich zwischen Null und kleiner dem Wert des maximal möglichen bzw. aufbringbaren Blockiermoments MBL sein. Zweckmäßigerweise liegt der Deaktivierungs-Schwellwert MD in einem Bereich zwischen 10% und 90%, vorzugsweise zwischen 10% und 60% des maximal aufbringbaren Blockiermoments MBL . Wie vorhergehend dargelegt, liegt der vordefinierte Verdrehwinkel +αι bzw. -αι zweckmäßigerweise bei einem Wert zwischen 10° und 90°, bevorzugt zwischen 20° und 60°, besonders bevorzugt zwischen 30° und 50°. Dadurch wird eine möglichst ergonomische Bedienung des Betätigungsorgans 18 erreicht. Zweckmäßig ist es, wenn für das Erreichen bzw. bis zum Erreichen des vordefinierten Verdrehwinkels +aibzw. -αι vom Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 ein definierter Verdrehwiderstand, d.h. eine definiertes Gegen- bzw. Bremsmoment MBR aufgebaut ist, wie dies den Fig. 5 bis 7 zu entnehmen ist. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, wenn keine völlig freie Drehbeweglichkeit des Betätigungsorgans 18 vorliegt. Dadurch wird der Bedienperson ein ak- tives Betätigungs- bzw. Schaltverhalten vermittelt, durch welches die Intuitivität bzw. die Ergonomie der Bedienung verbessert werden kann. Dieses initiale Bremsmoment MBR bis zur Erreichung des vordefinierten, absolut gemessenen Verdrehwinkels +αι bzw. -αι kann dabei zumindest annähernd linear steigend ausgeführt sein, stufen- bzw. rampenartig definiert sein (Fig. 5), oder nach einer definierten Kurvenform allmählich ansteigend ausgeführt sein (Fig. 6, 7). Beim Erreichen bzw. nach dem Zurücklegen des vordefinierten Verdrehwinkels +αι bzw. -<xi liegt dann ein definierter Aktivierungs-Schwellwert MA vor, dessen Widerstandsmoment bzw. Bremsmoment MBR von der Bedienperson gut wahrnehmbar ist. Dieser definierte Aktivierungs-Schwellwert MA kann auch kurz vor dem Erreichen oder kurz nach dem Erreichen des vordefinierten Verdrehwinkels +αι bzw. -αι aufgebaut sein.
Beim Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Aktivierungs-Schwellwert MA des Drehsteller- Bedienelements 17 niedriger definiert als dessen Deaktivierungs-Schwellwert MD. Beim Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 6 sind der Aktivierungs-Schwellwert MAund der Deaktivierungs- Schwellwert MD gleich oder zumindest annähernd gleich festgelegt. Hingegen ist beim Ausfuhrungsbeispiel nach Fig.7 der der Aktivierungs-Schwellwert MA höher festgelegt, als der Deaktivierungs-Schwellwert Mo des Drehsteller-Bedienelements 17.
Wie den Fig. 5 bis 7 weiters zu entnehmen ist, ist es zweckmäßig, wenn im Zuge des Erreichens bzw. beim Erreichen des vordefinierten Verdrehwinkels +αι bzw. -αι des Betätigungselements 18 vom Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 ein Bremsmoment MBR zumindest in Höhe dieses vordefinierten Aktivierungs-Schwellwerts MA aufgebaut wird, welches Bremsmoment MBR niedriger ist als dessen maximales bzw. maximal mögliches Blockiermoment MBL. Der Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements 17 ist dabei aktiviert oder gilt als aktiviert, während und solange das von der Bedienperson aufgebrachten Betätigungsmoment Mu den vordefinierten Aktivierungs-Schwellwert MA oder den vordefinierten Deaktivierungs-Schwellwert MD überschreitet. Wird also von der Bedienperson der vordefinierte, abso- lute Verdrehwinkel +αι bzw. -αι mit dem Betätigungsorgan 18 zurückgelegt und hierfür das erforderliche Betätigungsmoment Mu zumindest in Höhe des vordefinierten Aktivierungs- Schwellwertes MA aufgebracht, so geht das Drehsteller-Bedienelement 17 in den Aktiv- Schaltzustand über bzw. signalisiert daraufhin das Drehsteller-Bedienelement 17 der Steuervorrichtung 2, 2' (Fig. 1 bis 4) einen aktiven bzw. aktiv betätigten Schaltzustand.
Bei Wegfall oder starkem Abfall des Betätigungsmoments Mu, wie dies in den Fig. 5 bis 7 durch fallende Flanken auf der rechten Seite der diversen Betätigungsmoment- und Bremsmoment-Kennlinien Mu und MBR (a) dargestellt ist, wird der definierte Deaktivierungs-Schwellwert MD erreicht bzw. unterschritten und daraufhin das Drehsteller-Bedienelement 17 in den inaktiven Schaltzustand versetzt bzw. signalisiert das Drehsteller-Bedienelement 17 der übergeordneten Steuervorrichtung 2, 2' (Fig. 1 bis 4) sodann einen inaktiven bzw. deaktivierten Schaltzustand, woraufhin der angesteuerte Bewegungsantrieb gestoppt wird oder zumindest abgeschaltet wird, woraufhin ein Bewegungsstopp eintritt. Wesentlich ist, dass das Betätigungsorgan 18 bei einem Wegfall des von der Bedienperson aufgebrachten Betätigungsmoments Mu an der jeweiligen Stelle verbleibt, d.h. seinen Drehwinkel nicht verändert sondern beibehält. Insbesondere erfolgt keine automatische Rückstel- hing, beispielsweise durch Federwirkung oder durch Motoren, sondern verbleibt das Betätigungsorgan 18 an der zuletzt geltenden Aktiv- bzw. Schaltstellung nach einer zuvor erfolgten Zurücklegung des vordefinierten Verdrehwinkels + i bzw. -ou, d.h. nach einem Aufbringen der hierfür erforderlichen Betätigungskraft bzw. Betätigungsenergie durch eine Bedienperson. Insbesondere definiert die zuletzt eingenommene Drehwinkel Stellung nach einem Wegfall des von der Bedienperson ausgeübten Betätigungsmoments Mu eine Ausgangsposition oder eine virtuelle Nullstellung für eine nachfolgende Verwendung als simulierter Knebelschalter bzw. für einen anschließenden, erneut nachgeahmten Knebelschalter-Betriebsmodus, wie dies in Fig. 8 beispielhaft veranschaulicht wurde. Demzufolge ist der zum Erzielen bzw. Bewirken einer aktiven Schaltstellung steuerungstechnisch vordefinierte Verdrehwinkel +aibzw. -αι ein absolut gemessener bzw. festgelegter Drehwinkel des Betätigungsorgans 18, also ein Drehwinkel der unabhängig von einer bestimmten Ausgangswinkelstellung des Betätigungsorgans 18 bemessen ist. Demnach liegt beim angegeben Drehsteller-Bedienelement 17 keine fix vorgegebene Nullstellung bzw. keine fixe Ruhe- oder Ausganswinkelstellung für das Betätigungsorgan 18 vor bzw. sind derartige Referenzpunkte beim angegebenen Drehsteller-Bedie- nelement 17 nicht erforderlich.
Entsprechend einer praktikablen Maßnahme kann vorgesehen sein, dass das von der Bedienperson ausgeübte Betätigungsmoment Mu gegenüber dem Betätigungsorgan 18 durch Messen oder Berechnen jener elektrischen Energiemenge oder Leistung detektiert oder ermittelt ist, welche aufzuwenden oder aufzubringen ist, um das in Korrelation zum zurückgelegten Verdrehwinkel +aibzw. -αι des Betätigungsorgans 18 jeweils benötigte oder aufzubringende Bremsmoment MBR erzeugen zu können. Insbesondere ist der durch die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 vordefinierte Brems- oder Blockiermoment- Verlauf, wie er in den Fig. 5 bis 7 beispielhaft dargestellt wurde, ein Maß für die erforderliche elektrische Energie bzw. Leis- tung, welche zum definierten Bremsen bzw. Blockieren des Betätigungsorgans 18 erforderlich ist, also ein Maß für den elektrischen Energieverbrauch des von der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 angesteuerten bzw. kontrollierten Drehwiderstand-Generierungsmittels 23. Wie den Fig. 5 bis 7 weiters 2x1 entnehmen ist, kann die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 dazu eingerichtet sein, das Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 derart anzusteuern, dass nach Zurücklegung des vordefinierten Verdrehwinkels +aibzw. -αι des Betätigungsorgans 18 und dem damit einhergehenden Vorliegen einer Drehwinkelstellung, in welcher das Drehstel- ler-Bedienelement 17 einen aktiven Schaltzustand signalisiert oder einnimmt, das Bremsmoment MBR des Drehwiderstand-Generierungsmittels 23 in einem Drift-Wertebereich 24 oder auf einem Drift-Schwellwert gehalten ist, welcher ein vergleichsweise langsameres oder schwergängigeres Weiterdrehen des Betätigungsorgans 18 entgegen dem vorherrschenden Bremsmoment MBR des Drehwiderstand-Generierungsmittels 23 zulässt bzw. ermöglicht. Dieser Drift- Wertebereich 24 liegt im Wertebereich zwischen dem Deaktivierungs-Schwell- wert MD und dem Blockiermoment MBL, wie dies auch den Fig. 5 bis 7 zu entnehmen ist.
Wir vor allem den Fig. 6 und 7 anhand der jeweiligen punktierten Kennlinien- Verläufe zu entnehmen ist, ist es auch möglich, dass das Drehsteller-Bedienelement 17 bzw. dessen Drehwi- derstand-Generi erungsmi ttel 23 beim Erreichen des vordefinierten Verdrehwinkels +aibzw. - αι bzw. im Zuge des Erreichens des vordefinierten Verdrehwinkels +ai bzw. -ai, oder kurz nach dem Erreichens des vordefinierten Verdrehwinkels +aibzw. -ou das maximale Bremsmoment, insbesondere das Blockiermoment MBL aufbaut, welches eine weitere Verdrehung des Betätigungsorgans 18 vermeidet bzw. hintan hält. Sobald dann die Bedienperson die auf- gebrachte Betätigungskraft bzw. das dementsprechende Betätigungsmoment Mu ausreichend abgesenkt hat bzw. das Betätigungsmoment Mu durch Loslassen des Betätigungselements 18 auf Null fallt, wird der definierte Abschalt-Schwellwert Mb erreicht bzw. unterschritten und daraufhin ein inaktiver bzw. deaktivierter Schaltzustand erkannt und signalisiert bzw. bereitgestellt. Diese Abläufe bzw. technischen Maßnahmen sind den beiden in punktierten Linien dargestellten, impulsartigen bzw. nadeiförmigen Kennlinien-Abschnitten in den Fig. 6 und 7 zu entnehmen. Wie in Fig. 7 mit strichlierten Linien dargestellt, ist auch ein Betätigungsmoment- zu Drehwinkel-Verlauf Mu / α (t) möglich, der eine Kombination aus einem driftenden Bremsmoment MBR innerhalb des Drift-Wertebereiches 24, dem Erreichen des Blockiermoments MBL und dem anschließenden Abfall des Betätigungsmoments Mu auf Null darstellt.
Der Drift- Wertebereich 24 oder der Drift-Schwellwert kann derart gewählt sein, dass ein Weiterdrehen des Betätigungsorgans 18 mit einer Verdrehgeschwindigkeit von weniger als 5 °/s (Winkelgrad pro Sekunde), vorzugsweise von weniger als 1 °/s ermöglicht bzw. steuerungstechnisch zugelassen ist.
Wie am besten dem Kennlinien-Verlauf gemäß Fig. 6 zu entnehmbar ist, kann die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 auch dazu eingerichtet sein bzw. derart programmiert sein, dass Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 derart angesteuert wird, dass unmittelbar vor der Erreichung des vordefinierten Verdrehwinkels +<xibzw. -αι, oder aber im Zuge des Erreichens des vordefinierten Verdrehwinkels +aibzw. -αι des Betätigungsorgans 18, das Bremsmoment BR des Drehwiderstand-Generierungsmittels 23 innerhalb eines Drehwinkelbereiches von bis zu etwa 10° (Winkelgrade) zumindest abgesenkt oder aufgehoben bzw. deaktiviert wird. Zudem kann vorgesehen sein, dass das Bremsmoment MBR des Drehwiderstand-Generie- rungsmittels 23 unmittelbar anschließend, insbesondere relativ impulsartig, auf einen Wert angehoben wird, der eine Blockierung ergibt oder eine vergleichsweise stärkere Hemmung bewirkt, d.h. nur eine relativ langsame bzw. schwergängige Verdrehbarkeit des Betätigungs- organs 18 ermöglicht. Diese impulsartige Absenkung und Anhebung des dem Betätigungsmoment Mu entgegen wirkenden Bremsmoments MBR simuliert eine Einrastung bzw. eine Raststufe, wodurch der Bedienperson ein eindeutiges haptisches Feedback in Bezug auf das Erreichen bzw. Einnehmen des aktiven Schaltzustandes bereitgestellt werden kann. Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausfuhrungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.
Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Aus uhrungsbeispie- len können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden. Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.
Der Ordnung halber sei abschließend daraufhingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Bezugszeichenaufstellung
1 Steuerungssystem α1 Verdrehwinkel
2, 2' Steuervorrichtung Mu Betätigungsmoment
3 Maschine MBR Bremsmoment
4 Industrieroboter MBL Blockiermoment
5 Leitrechner Aktivierungs-Schwellwert
6 Mensch-Maschine-Schnittstelle Deaktivierungs-Schwellwert
Bedienperson
Handbediengerät
Bedienpanel
Eingabevorrichtung
benihrungssensitiver Bildschirm
Eingabetaste
Bewegungsantrieb
Motor
Magnetventil
Bedienelement
Drehsteller-Bedienelement
Betätigungsorgan
Markierung
Auswerte- und Steuervorrichtung
Erfassungsmittel
Drehachse
Drehwiderstand-Generierungsmittel
Drift-Wertebereich

Claims

P a t e n t a n s p r fi c h e
1. Steuervorrichtung (2, 2') für industrielle Maschinen mit gesteuerten Bewegungsantrieben (13) für Maschinenkomponenten, umfassend eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (6) mit wenigstens einem Bedienelement ( 16) zur manuellen Beeinflussung oder Vorgabe von Verstellbewegungen von zumindest einer der Maschinenkomponenten, wobei zumindest ein Bedienelement (16) als Drehsteller-Bedienelement (17) mit einem um eine Drehachse (22) drehbar gelagerten Betätigungsorgan (18) ausgebildet ist, welches Betätigungsorgan (18) durch Aufbringen eines Betätigungsmoments (MB) einer Bedienperson verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan (18) oder dessen Drehachse (22) mit einem gesteuert veränderlichen Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) in mechanischer Wechselwirkung steht oder damit bewegungsgekoppelt ist, wobei eine elektronische Auswerte- und Steuervorrichtung (20) zur veränderlichen Einstellung von Drehwiderständen des Drehwiderstand-Generierungsmittels (23) ausgebildet ist, und dass die Auswerte- und Steuer- Vorrichtung (20) zur Bereitstellung von zumindest einem Knebelschalter-Betriebsmodus eingerichtet ist, in welchem das Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) von der Auswerte- und Steuervorrichtung (20) derart ansteuerbar ist, dass das Drehwiderstand-Generi erungsmittel (23) nach Zurücklegung eines vordefinierten Verdrehwinkels (αι) des Betätigungsorgans (18) ein Brems- oder Blockiermoment (MBR, MBL) aufbaut oder erzeugt, welches eine weitere Ver- drehbarkeit des Betätigungsorgans (18) hemmt, verstärkt hemmt oder unterbindet, wobei ein Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements (17) aktiviert ist oder als aktiviert gilt, solange ein gegen das Brems- oder Blockiermoment (MBR, MBL) wirkendes Betätigungsmoment (Mu) der Bedienperson das Blockiermoment (MB) beträgt respektive dem Blockiermoment (MB) entspricht oder einen vergleichsweise niedrigeren Deaktivierungs-Schwellwert (MD) über- schreitet, und dass der Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements (17) inaktiv ist oder als deaktiviert gilt, wenn das von der Bedienperson ausgeübte Betätigungsmoment (Mu) den Deaktivierungs-Schwellwert (MD) unterschreitet oder Null beträgt.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Drehwider- stand-Generierungsmittel (23) eine elektrorheologische oder magnetorheologische Flüssigkeit umfasst deren Viskosität durch Einwirkung elektrischer Energie in Form von elektrischen o- der elektromagnetischen Feldern beeinflussbar ist.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem
Erreichen des vordefinierten Verdrehwinkels (αι) des Betätigungselements (18) vom Drehwi- derstand-Generierungsmittel (23) ein Bremsmoment (MBR) zumindest in Höhe eines vordefinierten Aktivierungs-Schwellwerts (MA) aufgebaut wird, welches Bremsmoment (MBR) nied- riger ist als dessen maximales Blockiermoment (MBL), wobei der Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements (17) aktiviert ist oder als aktiviert gilt, während und solange das von der Bedienperson aufgebrachten Betätigungsmoment (Mu) den vordefinierten Aktivierungs- Schwellwert (MA) oder den vordefinierten Deaktivierungs-Schwellwert (MD) überschreitet. 4. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Bedienperson ausgeübte Betätigungsmoment (Mu) gegenüber dem Betätigungsorgan (18) durch Messen oder Berechnen jener elektrischen Energiemenge oder Leistung detektiert oder ermittelt ist, welche aufzuwenden oder aufzubringen ist, um das in Korrelation zum zurückgelegten Verdrehwinkel (αι) des Betätigungsorgans (18) jeweils benö- tigte oder aufzubringende Bremsmoment (MBR) erzeugen zu können, welches gemäß dem durch die Auswerte- und Steuervorrichtung (20) vordefinierten Brems- oder Blockiermoment- Verlauf des Betätigungsorgans (18) erforderlich ist, respektive vom Drehwiderstand-Generie- rungsmittel (23) bereitzustellen ist. 5. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vordefinierte Verdrehwinkel (αι) ein absoluter Drehwinkel ist, der unabhängig von einer Ausgangswinkelstellung des Betätigungsorgans (18) bemessen ist.
6. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Betätigungsorgan (18) bei einem Wegfall des von der Bedienperson ausgeübten Betätigungsmoments (Mu) die zu diesem Zeitpunkt eingenommene Drehwinkelstellung beibehält.
7. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die zuletzt eingenommene Drehwinkelstellung nach einem Wegfall des von der
Bedienperson ausgeübten Betätigungsmoments (Mu) eine Ausgangsposition oder eine virtuelle Nullstellung für eine nachfolgende Verwendung als simulierter Knebelschalter definiert.
8. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuervorrichtung (20) zur Bereitstellung eines ersten Knebelschalter-Betriebsmodus eingerichtet ist, in welchem eine Drehbetätigung des Betätigungsorgans (18) in nur eine Drehrichtung freigegeben ist.
9. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuervorrichtung (20) zur Bereitstellung eines zweiten Knebelschalter-Betriebsmodus eingerichtet ist, in welchem eine Drehbetätigung des Betätigungsorgans (18) in beide Drehrichtungen zugelassen ist.
10. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuervorrichtung (20) dazu eingerichtet ist, das Drehwider- stand-Generierungsmittel (23) derart anzusteuern, dass bei erfolgter Zurücklegung oder nach Zurücklegung des vordefinierten Verdrehwinkels (αι) des Betätigungsorgans (18) und dem damit einhergehenden Vorliegen einer Drehwinkelstellung, in welcher das Drehsteller-Bedienelement (17) einen aktiven Schaltzustand signalisiert oder einnimmt, das Bremsmoment (MBR) des Drehwiderstand-Generierungsmittels (23) in einem Drift-Wertebereich (24) oder auf einem Drift-Schwellwert gehalten ist, welcher ein vergleichsweise langsameres oder schwergängigeres Weiterdrehen des Betätigungsorgans (18) entgegen dem Bremsmoment (MBR) des Drehwiderstand-Generierungsmittels (23) zulässt oder ermöglicht.
11. Steuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Drift- Wertebereich (24) oder der Drift-Schwellwert derart gewählt ist, dass ein Weiterdrehen des Betätigungsorgans (18) mit einer Verdrehgeschwindigkeit von weniger als 5 s (Winkelgrad pro Sekunde), vorzugsweise von weniger als 1 7s ermöglicht ist.
12. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuervorrichtung (20) dazu eingerichtet ist, das Drehwider- stand-Generierungsmittel (23) derart anzusteuern, dass vor der Erreichung oder im Zuge der Erreichung des vordefinierten Verdrehwinkels (αι) des Betätigungsorgans (18) und des damit einhergehenden Vorliegens einer Drehwinkelstellung, in welcher das Drehsteller-Bedienelement (17) einen aktiven Schaltzustand signalisiert oder einnimmt, das Bremsmoment (MBR) des Drehwiderstand-Generierungsmittels (23) in Bezug auf einen Drehwinkelbereich von bis zu 10° (Winkelgrade) abgesenkt oder deaktiviert wird und daran anschließend auf einen Wert angehoben wird, der eine Blockierung oder eine vergleichsweise langsamere Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans (18) ermöglicht. 13. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan (18) mechanisch anschlaglos gelagert und endlos verdrehbar ist, wenn oder solange vom Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) kein Blockiermoment (MBL) generiert ist. 14. Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Steuervorrichtung (2, 2') für industrielle Maschinen mit gesteuerten Bewegungsantrieben (13) für Maschinenkomponenten, wobei eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (6) mit wenigstens einem Bedienelement (16) zur manuellen Beeinflussung oder Vorgabe von Verstellbewegungen von zumindest einer der Maschinenkomponenten vorgesehen ist, und wobei zumindest ein Bedienelement (16) als Drehsteller-Bedienelement (17) mit einem um eine Drehachse (22) drehbar gelagerten Betätigungsorgan (18) ausgebildet ist, welches Betätigungsorgan (18) von einer Bedienperson durch Aufbringen eines Betätigungsmoments (MB) verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan (18) oder dessen Drehachse (22) mit einem gesteuert veränderlichen Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) in mechanischer Wechselwirkung steht oder damit bewegungsgekoppelt ist, wobei eine elektronische Auswerte- und Steuervorrichtung
(20) zur veränderlichen Einstellung von Drehwiderständen des Drehwiderstand-Generierungs- mittels (23) ausgebildet ist, und dass die Auswerte- und Steuervorrichtung (20) zur Bereitstellung von zumindest einem Knebelschalter-Betriebsmodus eingerichtet ist, in welchem das Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) von der Auswerte- und Steuervorrichtung (20) derart angesteuert wird, dass das Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) nach Zurücklegung eines vordefinierten Verdrehwinkels (<xi) des Betätigungsorgans (18) ein Brems- oder Blockiermoment (MBR, MBL) aufbaut oder erzeugt, welches eine weitere Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans (18) hemmt, verstärkt hemmt oder unterbindet, wobei ein Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements (17) aktiviert wird oder als aktiviert gilt, solange ein gegen das Brems- oder Blockiermoment (MBR, MBL) wirkendes Betätigungsmoment (Mu) der Bedienperson das Blockiermoment (MB) beträgt respektive dem Blockiermoment (MB) entspricht oder einen vergleichsweise niedrigeren Deaktivierungs-Schwellwert (MD) überschreitet, und dass der Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements (17) deaktiviert wird oder als deaktiviert gilt, wenn das von der Bedienperson ausgeübte Betätigungsmoment (Mu) den Deaktivierungs- Schwellwert (MD) unterschreitet oder Null beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es Verfahrensmaßnahmen gemäß den Ansprüchen 2 bis 13 umfasst.
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