EP3697580A1 - Robot system, device, and method for applying a process force to an object - Google Patents

Robot system, device, and method for applying a process force to an object

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Publication number
EP3697580A1
EP3697580A1 EP18789767.3A EP18789767A EP3697580A1 EP 3697580 A1 EP3697580 A1 EP 3697580A1 EP 18789767 A EP18789767 A EP 18789767A EP 3697580 A1 EP3697580 A1 EP 3697580A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
manipulator
force
input
robot system
user
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18789767.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Niklas BÖHME
Sebastian Getz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Franka Emika GmbH
Original Assignee
Franka Emika GmbH
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Filing date
Publication date
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Application filed by Franka Emika GmbH filed Critical Franka Emika GmbH
Publication of EP3697580A1 publication Critical patent/EP3697580A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J3/00—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
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    • B25J13/081—Touching devices, e.g. pressure-sensitive
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
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    • G—PHYSICS
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    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39319—Force control, force as reference, active compliance

Definitions

  • the present invention relates to a robot system, an apparatus and a method for applying a process force to an object in the context of an activity to be performed by a robot with respect to the object.
  • the robot which as a rule moves relative to the object which the robot processes or manipulates with its multi-axis manipulator or end effector in the course of processing or handling, always brings up a process force or process force sequence whose values are according to the type of activity.
  • robots of the lightweight design are designed to carry only a limited load or to be able to apply only a limited process force. This limits the possible uses in relation to these parameters. Under certain circumstances, however, it may be necessary or desired to be able to apply higher process forces to an object when such robots are used.
  • activities such as in the field of medicine, physiotherapy, geriatrics or in general in connection with people who are due to their age or disability limited ability to lift loads or perform manual activities that can provide a certain Require effort.
  • the object of the present invention is to provide a robot system or a device and a method for the exercise or application of a process force with respect to an object, in which a robot is used, the activities for which the process force provided is supported, whereby these activities should always be controllable by a user.
  • This object is achieved with a robot system according to claim 1, with a device for applying a process force to an object according to claim 8 and with a corresponding method according to claim 21.
  • the invention relates to a robot system comprising a multi-axis manipulator for applying a process force to an object with respect to an activity by means of which the manipulator interacts with the object, wherein the manipulator is designed, in contact with the object
  • the robot system according to the invention amplifies the force input by the user in accordance with the predetermined conversion factors.
  • the input force is thus always set by the user while the manipulator performs the desired action on the object.
  • the manipulator may be further configured to change the gain conversion factor to the value of the process force during performance of the activity. In this way, while performing the action by the manipulator, a user can actively increase or decrease the resulting process force as needed, which is particularly beneficial in physiotherapeutic activities, or in manufacturing operations when unexpectedly resistive forces increase the drag or require a higher process force, such as when drilling holes or screwing screws.
  • the conversion factor with respect to the opposing force is to be the reciprocal of the conversion factor with respect to correspond to the process force, which provides the user with a subjectively more comprehensible feedback control.
  • the manipulator may comprise at least one means for detecting the input force by the user, for example in the form of well-known piezoelectric pressure measuring sensors or strain gauges embedded in a corresponding structure arranged on the manipulator at a suitable location.
  • the manipulator may have at least one means for passing on the counterforce to the user. Since the manipulator in contact with the object and according to the application of the process force as a function of the conversion factor inherently receives a counterforce in terms of the then prevailing balance of power, this drag must be passed through the predetermined conversion factor to the user.
  • the means is designed to communicate this to the user, preferably in a haptic manner via a corresponding, then reduced counterpressure.
  • the manipulator or articulated arm of the robot system is preferably designed to be compliance-controlled, in particular impedance-, admittance- and / or torque-controlled and has at its distal end an end effector on which the means for feedback control and, if necessary, also the means for inputting the input force can be arranged.
  • the invention relates to a device for applying a process force to an object, with
  • At least one input device configured to set an input force with respect to the object, wherein the input device has at least one means for detecting the input force
  • a robot system having a manipulator configured to apply thereto a process force upon contact with the object and to amplify the input force to the value of the process force upon application in response to a defined conversion factor;
  • the manipulator is further configured to detect an opposing force that occurs upon contact of the manipulator with the object, and wherein the input device is configured to image this counterforce.
  • the manipulator of the robot system is preferably a multi-axis arm of a lightweight robot, one or more axes of motion of which may be force-controlled or force-controlled, which is made possible by a corresponding sensor system.
  • This allows the manipulator to show a sensitive behavior.
  • a sensitive manipulator can feel a surface to be processed by recognizing the counterforce that acts on the manipulator when the surface is touched.
  • a sensitive manipulator can move force along an unknown surface, wherein the manipulator or its end effector remains in contact with the surface.
  • the contact force acting between the end effector of the manipulator and the object can be detected by the sensor system of the manipulator, and evaluated by the controller of the manipulator to guide the manipulator sensitively along the object.
  • the input device used regardless of its actual structural configuration, is configured to be able to detect forces, for example by means of appropriately designed force measuring sensors, on the one hand and via a On the other hand, for example, either via an active generation of these forces, if necessary with a corresponding reducing conversion factor, or via the execution of a countermovement, which can then be transmitted directly from the manipulator to the input device.
  • the device according to the invention allows a defined force increase to a required process force in order to carry out the desired activities.
  • the conversion factor provided for this purpose is determined based on the activity and can also be actively changed by the user during the activity.
  • the device or the robot system is equipped with a controller which on the one hand enables a corresponding force / compliance control of the manipulator and on the other hand takes into account the corresponding conversion factors.
  • the controller may also be in communication with other input devices, for example, for voice input, by means of which the user can actively and in real time change the force profile with respect to the applied process force by the input of appropriate commands during the execution of the activity.
  • the input device may be separately formed and configured by the manipulator to determine the input force only upon actual physical contact with the manipulator.
  • the input device is a rigid structure, such as an exoskeleton-type glove or thimble, which a user may wear.
  • this rigid structure there is at least one means for detecting the input force, for example piezoelectric force measuring sensors or strain gauges.
  • the user can then touch the manipulator, and if the manipulator is, for example, in a gravity-compensated mode, then the user is able to arbitrarily guide the manipulator in space over contact with the input device, i. the manipulator follows the user-specified motion.
  • the user guides the manipulator to the object to be manipulated or manipulated by the manipulator or an end effector disposed thereon.
  • the operator Upon contact with the object, the operator will cancel out by the user and the counterforce resulting from the object, so that the user will then define, via the input device, an input force that will be picked up by the sensors accordingly.
  • this input force is then amplified by the control taking into account the gain parameters to the desired value of the process force to be applied by the manipulator or end effector to the object.
  • a user wants to lift a heavy object, but would not be able to do so himself. He leads the manipulator to the object and then brings an input force in the sense of lifting, the manipulator then taking into account the weight of the Subject exerts an increased process force to lift this item, still under the guidance of the user by means of the input device, and bring to a desired position.
  • a user can therefore according to the invention via the input device, which is designed and configured to cooperate with an end effector of the manipulator and also to specify the movement of the manipulator in contact, use a robot system for any activities.
  • the object may be any object or component in a manufacturing or assembly or manufacturing process.
  • the device according to the invention in the field of medicine, for example when inserting prostheses, or in physiotherapy, in which the therapist applies slight manual forces via the input device, which are amplified accordingly by the manipulator, the therapist via the feedback Control of the sensitive manipulator is still able to feel, for example, muscular hardening and palpation.
  • the robot system according to the invention with the manipulator guided by a user thus recognizes whether a force detected by the latter is exerted by the user or results from an environmental contact.
  • the robot system recognizes which of the user predetermined movement of the manipulator should follow and on contact with an object under the input force which reinforced process force and also in which orientation this process force should be exercised.
  • Input device can attack at this anywhere.
  • an input device spatially separated from the manipulator of the robotic system as a rigid glove which nevertheless communicates with the manipulator's control via known signal transmission techniques, has the advantage that a single input device user can operate multiple robotic systems, some of which are configured differently could be.
  • a plurality of stationary robot-assisted assistance systems are provided, which can be operated via one and the same input means in the sense of the invention.
  • the input device it is also possible for the input device to be fixedly arranged directly on the manipulator, preferably in the area of the end effector, and also provided as a structure adapted anatomically to the user.
  • an input device with corresponding sensors is arranged directly on the fingers of a gripping mechanism, which are simply touched by the user, so that a user can easily pinch or pinch under increased process force with respect to the objects to be gripped can exercise.
  • the input device is designed to be actuated by a manipulator of another robot system, or this further manipulator has an input device which cooperates with the manipulator of the executing robot system.
  • this further manipulator has an input device which cooperates with the manipulator of the executing robot system.
  • Such robot systems have means for detecting forces acting on the manipulator.
  • moment sensors may be provided at the joints of the articulated arm robot.
  • Force-moment sensors can also be provided on the manipulator, which can detect the forces or torques acting on the manipulator by means of strain gauges.
  • motor currents can also be evaluated, which occur in the drives of the manipulator.
  • the present invention also relates to a method of applying a process force to an object by a manipulator of a robot as part of an operation to be performed by the manipulator with respect to the object, comprising the steps of:
  • the transmission of the counterforce accordingly takes place as a function of a predetermined conversion factor. This can eg. Reduced via the input device to the user, are almost in the sense of haptic feedback, share, if necessary. Supported by other audio ⁇ visual signals as a warning of what may be required in particular in interactions with people.
  • the input force can be determined either upon contact of the input device with the manipulator or upon contact of the input device directly with the object.
  • the amplification factor is variable, so that the process force is dynamically variable when applied to the object.
  • the dynamic change takes place via the control user-defined, for example via a voice input in real time, which i.a. is beneficial for physiotherapeutic applications.
  • At least one limit value may be directly associated with the gain or conversion factor or the process force in the controller. In physiotherapeutic or surgical applications, this prevents a user's inadvertently excessive input force from being over-amplified by the manipulator to prevent injury.
  • the consideration of limit values is also an advantage in the production and assembly of filigree, fragile components.
  • the invention is characterized in that, for the purpose of applying a process force or process force sequence, regardless of the intended use, a robot, Preferably, an articulated arm robot of lightweight construction, under specification of an activity-related movement and input force, which are predetermined by a user or even by another robot, implemented a force amplification and the user (or the other robot) continuously provides a direct feedback with respect to the counterforce resulting from the interaction with the objects is made available, which in principle allows the execution of sensitive activities.
  • a robot Preferably, an articulated arm robot of lightweight construction, under specification of an activity-related movement and input force, which are predetermined by a user or even by another robot, implemented a force amplification and the user (or the other robot) continuously provides a direct feedback with respect to the counterforce resulting from the interaction with the objects is made available, which in principle allows the execution of sensitive activities.
  • the present invention also differs substantially from known exoskeletal structures or general concepts for enhancing man-made movements and related forces, all of which are primarily position-controlled, in which the user moves the effectors to and from certain positions only can only apply certain forces without feedback control.
  • An advantageous use of the device according to the invention is also in the field of support of old and disabled people who are themselves unable to apply the necessary forces for certain activities.
  • a device with a manipulator on a wheelchair, wherein the user carries the rigid structure of the input device.
  • Such an arrangement proves to be much more practical than well-known, bulky exoskeletons, especially since the robot system can be activated without much effort and without much time delay.
  • the device according to the invention can also be used when teaching a robot system.
  • the later trajectories of the robot arm or of the effector are specified by a user simulating and storing the movements by guiding the manipulator, for example, in a gravitationally compensated mode. So far, however, during the teach-in, not the process forces to be applied in the course of the movements of the manipulator when in contact with an object have been taken into account. These are still entered separately via a controller of a mobile handset or via a programming interface of a computer.
  • the use of a device according to the invention with an input device interacting with the manipulator now allows the user to demonstrate, in addition to guiding the manipulator, the process forces to be provided for certain activities and store them together in relation to the trajectories.
  • FIG. 1 shows a first embodiment according to the invention; a second embodiment according to the invention; schematically different arrangement variants for an input device with respect to the second embodiment;
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment according to the invention.
  • a multiaxial manipulator 1 of a lightweight construction robot system has an end effector 2 at its distal end, with which the manipulator 1 interacts with an object, not shown here, to push it down, for example.
  • the manipulator 1 can be guided arbitrarily in space by guiding contact by means of the hand 3 of a user according to its predetermined by the number of articulated arms degrees of freedom in the room, when the manipulator 1, for example. Is present in its gravitationally compensated mode.
  • the user applies an input force F IN via his hand 3, which is picked up by an input device 4 arranged at the proximal end of the end effector 2 becomes.
  • corresponding conversion factors are stored which determine with which gain the input force FE IN is to be converted by the manipulator 1 into an output force and then applied to the object as a process force F P.
  • a counter force F G R is generated, which is measured in this.
  • FIG. 2 shows a further embodiment according to the invention.
  • the input device 5 is in this case designed as a stiff glove, which is fixed, ie force-transmitting, with the distal end of the end effector 2.
  • FIGS. 3a to 3d show, however, any arrangements of the glove 5 on the end effector 2 are conceivable, depending on how a guide and force application is to be performed by the user.
  • At least one sensor for detecting the input force exerted by the user as soon as the glove 5 comes into contact with an object not shown here.
  • the user can guide the manipulator 1 with its end effector 2 in its gravitationally compensated state to the object via the glove 5, and then apply a reinforced process force on contact of the glove 5 with the object, the manipulator 1 on the rigid structure of the glove 5 the object is transmitted.
  • Such an arrangement is suitable, for example, for physiotherapeutic applications such as massages.
  • the feedback control for the representation of a reduced counterforce also takes place in the interior of the glove 5, for example via corresponding actuators.
  • a varying counterforce can result in muscle hardening in the example mentioned.
  • FIG. 4 shows a further embodiment according to the invention.
  • a thimble 6 is attached to the distal end of the end effector 2, which in itself serve as a force measuring sensor or can itself be designed as a rigid structure with an integrated force measuring sensor.
  • This arrangement is advantageous when the end effector 2, in addition to the sensor 6, a mechanism (eg, a screw head) carries, with which this cooperates with the object.
  • FIG. 5 A further application example is shown in FIG. 5.
  • a gripping mechanism 7, which can be attached to a distal end of a manipulator 1, has two gripper fingers 8, which are movable relative to one another.
  • sensors 9 are provided as input devices, so that a user in a simple manner by applying an easy pressure on the sensors 8 an input force applied by the gripping mechanism 7, taking into account a gain when gripping an object amplified.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment according to the invention, in which the input device 6 of the force amplification-producing manipulator 10 of a robot system interacts with an end effector 7 of a manipulator 11 of another robot system.
  • the manipulator 11 is therefore intended to apply the corresponding process force with respect to an object, for example grasping, and is guided by the manipulator 10 and assisting in a force-enhancing manner, the counterforces resulting from the action of the manipulator 11 being transmitted to the manipulator 10 via the input device 6 and thus allow the feedback control of the manipulator 10, wherein preferably both manipulators 10 and 11 are compliance-controlled.
  • a particular application of a device according to the invention is in the field of care. That is why it is provided that a manipulator 1 is mounted according to the invention on a wheelchair 12, which can be activated by the user via a corresponding input device at the end of the manipulator 1, for example. For lifting or storing objects in the immediate vicinity of the wheelchair.

Abstract

The present invention relates to a robot system, a device, and a method for applying a process force (FP) to an object within the scope of a task to be performed by a robot in relation to the object, the robot system allowing an amplification of the input force (FEIN) input by a user with simultaneous feedback control, so as to thus enable a sensitive control of tasks.

Description

Robotersystem, Vorrichtung und Verfahren  Robot system, apparatus and method
zur Applikation einer Prozesskraft auf ein Objekt  for applying a process force to an object
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Robotersystem, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Applikation einer Prozesskraft auf ein Objekt im Rahmen einer durch einen Roboter in Bezug auf das Objekt durchzuführenden Tätigkeit. The present invention relates to a robot system, an apparatus and a method for applying a process force to an object in the context of an activity to be performed by a robot with respect to the object.
Mittels Roboter, insbesondere auch Roboter der Leichtbauweise, können unterschiedliche Tätigkeiten verrichtet werden. Das Spektrum reicht von einfachen Pick & Place-Tätigkeiten über Bearbeitungen von Werkstücken und das Heben bzw. Tragen von Gegenständen bis zu Interaktionen mit dem menschlichen Körper, wie beispielsweise in der Chirurgie. By means of robots, especially robots of lightweight design, different activities can be performed. The spectrum ranges from simple pick & place operations to machining workpieces and lifting or carrying objects to interactions with the human body, such as in surgery.
Dabei bringt der Roboter, der sich in der Regel relativ zu dem Objekt, das der Roboter ggfs. mit seinem mehrachsigen Manipulator oder Endeffektor bearbeitet oder handhabt, im Zuge der Bearbeitung bzw. Handhabung bewegt, stets eine Prozesskraft bzw. Prozesskraftfolge auf, deren Werte sich nach der Art der Tätigkeit richten. Roboter der Leichtbauweise sind je nach Konfiguration dazu ausgelegt, nur eine begrenzte Last tragen bzw. nur eine begrenzte Prozesskraft aufbringen zu können. Dies limitiert die Einsatzmöglichkeiten in Bezug auf diese Parameter. Unter Umständen kann es jedoch erforderlich sein oder gewünscht werden, beim Einsatz von derartigen Robotern höhere Prozesskräfte auf ein Objekt aufbringen zu können. Des Weiteren gibt es Tätigkeiten, wie bspw. im Bereich der Medizin, Physiotherapie, Geriatrie oder allgemein im Zusammenhang mit Menschen, die aufgrund ihres Alters oder einer Behinderung nur bedingt in der Lage sind, Lasten heben oder manuelle Tätigkeiten ausführen zu können, die einen gewissen Kraftaufwand erfordern. In doing so, the robot, which as a rule moves relative to the object which the robot processes or manipulates with its multi-axis manipulator or end effector in the course of processing or handling, always brings up a process force or process force sequence whose values are according to the type of activity. Depending on the configuration, robots of the lightweight design are designed to carry only a limited load or to be able to apply only a limited process force. This limits the possible uses in relation to these parameters. Under certain circumstances, however, it may be necessary or desired to be able to apply higher process forces to an object when such robots are used. Furthermore, there are activities, such as in the field of medicine, physiotherapy, geriatrics or in general in connection with people who are due to their age or disability limited ability to lift loads or perform manual activities that can provide a certain Require effort.
Ausgehend davon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Robotersystem bzw. eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ausübung bzw. Applikation einer Prozesskraft in Bezug auf ein Objekt bereitzustellen, bei der ein Roboter zum Einsatz kommt, der die Tätigkeiten, für die die Prozesskraft vorgesehen ist, unterstützt, wobei diese Tätigkeiten stets durch einen Benutzer kontrollierbar bleiben sollen. Based on this, the object of the present invention is to provide a robot system or a device and a method for the exercise or application of a process force with respect to an object, in which a robot is used, the activities for which the process force provided is supported, whereby these activities should always be controllable by a user.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Robotersystem nach Anspruch 1, mit einer Vorrichtung zur Applikation einer Prozesskraft auf ein Objekt nach Anspruch 8 sowie mit einem entsprechenden Verfahren nach Anspruch 21. This object is achieved with a robot system according to claim 1, with a device for applying a process force to an object according to claim 8 and with a corresponding method according to claim 21.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Robotersystem aufweisend einen mehrachsigen Manipulator zur Applikation einer Prozesskraft auf ein Objekt in Bezug auf eine Tätigkeit, mittels der der Manipulator mit dem Objekt interagiert, wobei der Manipulator ausgestaltet ist, bei Kontakt mit dem Objekt In a first aspect, the invention relates to a robot system comprising a multi-axis manipulator for applying a process force to an object with respect to an activity by means of which the manipulator interacts with the object, wherein the manipulator is designed, in contact with the object
eine Eingabekraft zu erfassen, die unmittelbar auf den Manipulator durch einen Kontakt eines Benutzers ausgeübt wird, die Eingabekraft in Abhängigkeit eines definierten Umwandlungsfaktors auf einen in Bezug auf die Tätigkeit gewünschten Wert der Prozesskraft zu verstärken,  to detect an input force exerted directly on the manipulator by a user's contact, to increase the input force to a value of the process force desired in relation to the activity, in dependence on a defined conversion factor,
eine Gegenkraft zu erfassen, die sich bei Kontakt des Manipulators mit dem Objekt einstellt, und  to detect an opposing force, which occurs upon contact of the manipulator with the object, and
diese Gegenkraft an den Benutzer in Abhängigkeit eines definierten Umwandlungsfaktors zu übertragen. Auf diese Art und Weise wird es einem Benutzer ermöglicht, der unmittelbar mit dem Manipulator des Robotersystems zusammenwirkt, indem er diesen zur Führung des Manipulators und zur Aufbringung der Eingabekraft tatsächlich berührt, über das Erfassen der vom Manipulator stammenden Gegenkraft sowohl seine Bewegungsführung des Manipulators während der Ausführung der Tätigkeit als auch und vor allem die Kontrolle in Bezug auf die Eingabekraft zu kontrollieren. Die dadurch realisierte Feedback-Kontrolle gestattet ein feinfühliges Betätigen des Manipulators des Robotersystems durch den Benutzer bei einem gleichzeitig minimalen Kraftaufwand. to transmit this counterforce to the user depending on a defined conversion factor. In this way, a user who interacts directly with the manipulator of the robotic system by actually touching it to guide the manipulator and to apply the input force is enabled to detect both the manipulation of the manipulator during movement by detecting the opposing force from the manipulator Execution of the activity as well and, above all, to control the input power. The thus implemented feedback control allows a sensitive operation of the manipulator of the robot system by the user with a minimum of effort.
Das erfindungsgemäße Robotersystem verstärkt die durch den Benutzer eingegebene Kraft nach Maßgabe der vorbestimmten Umwandlungsfaktoren. Die Eingabekraft wird folglich durch den Benutzer immer festgelegt, während der Manipulator die gewünschte Tätigkeit in Bezug auf das Objekt ausführt. In einer besonderen Ausführungsform kann der Manipulator des Weiteren ausgestaltet sein, den Umwandlungsfaktor für die Verstärkung auf den Wert der Prozesskraft während der Durchführung der Tätigkeit zu verändern. Auf diese Art und Weise kann ein Benutzer während der Durchführung der Tätigkeit durch den Manipulator die resultierende Prozesskraft je nach Bedarf aktiv vergrößern oder verringern, was sich insbesondere bei physiotherapeutischen Tätigkeiten von Vorteil erweist oder bei Fertigungstätigkeiten, wenn sich unerwartet Widerstände ergeben, die die Gegenkraft erhöhen bzw. eine höhere Prozesskraft erfordern, wie bspw. beim Bohren von Löchern oder Einschrauben von Schrauben. The robot system according to the invention amplifies the force input by the user in accordance with the predetermined conversion factors. The input force is thus always set by the user while the manipulator performs the desired action on the object. In a particular embodiment, the manipulator may be further configured to change the gain conversion factor to the value of the process force during performance of the activity. In this way, while performing the action by the manipulator, a user can actively increase or decrease the resulting process force as needed, which is particularly beneficial in physiotherapeutic activities, or in manufacturing operations when unexpectedly resistive forces increase the drag or require a higher process force, such as when drilling holes or screwing screws.
Vorzugsweise soll der Umwandlungsfaktor in Bezug auf die Gegenkraft dem Kehrwert des Umwandlungsfaktors in Bezug auf die Prozesskraft entsprechen, was dem Benutzer eine für ihn subjektiv begreiflichere Feedback-Kontrolle liefert. Preferably, the conversion factor with respect to the opposing force is to be the reciprocal of the conversion factor with respect to correspond to the process force, which provides the user with a subjectively more comprehensible feedback control.
Der Manipulator kann zumindest ein Mittel zur Erfassung der Eingabekraft durch den Benutzer aufweisen, bspw. in der Form hinlänglich bekannter piezoelektrischer Druckmesssensoren oder Dehnmessstreifen, die in einer entsprechenden Struktur eingebettet sind, die an dem Manipulator an einer geeigneten Stelle angeordnet ist. The manipulator may comprise at least one means for detecting the input force by the user, for example in the form of well-known piezoelectric pressure measuring sensors or strain gauges embedded in a corresponding structure arranged on the manipulator at a suitable location.
Des Weiteren kann der Manipulator zumindest ein Mittel zur Weitergabe der Gegenkraft an den Benutzer aufweisen. Da der Manipulator bei Kontakt mit dem Objekt und entsprechend der Aufbringung der Prozesskraft in Abhängigkeit des Umwandlungsfaktors eine Gegenkraft im Sinne des dann vorherrschenden Kräftegleichgewichts inhärent aufnimmt, muss diese Gegenkraft über den vorbestimmten Umwandlungsfaktor an den Benutzer weitergegeben werden. Das Mittel ist dazu ausgelegt, dies dem Benutzer vorzugsweise auf haptische Weise über einen entsprechenden, dann reduzierten Gegendruck, mitzuteilen . Furthermore, the manipulator may have at least one means for passing on the counterforce to the user. Since the manipulator in contact with the object and according to the application of the process force as a function of the conversion factor inherently receives a counterforce in terms of the then prevailing balance of power, this drag must be passed through the predetermined conversion factor to the user. The means is designed to communicate this to the user, preferably in a haptic manner via a corresponding, then reduced counterpressure.
Der Manipulator bzw. Gelenkarm des Robotersystems ist vorzugsweise nachgiebigkeitsgeregelt, insbesondere impedanz-, admittanz- und/oder drehmomentgeregelt ausgestaltet und weist an seinem distalen Ende einen Endeffektor auf, an dem das Mittel zur Feedback-Kontrolle und ggfs. auch das Mittel zur Eingabe der Eingabekraft angeordnet sein kann. In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Applikation einer Prozesskraft auf ein Objekt, mit The manipulator or articulated arm of the robot system is preferably designed to be compliance-controlled, in particular impedance-, admittance- and / or torque-controlled and has at its distal end an end effector on which the means for feedback control and, if necessary, also the means for inputting the input force can be arranged. In a second aspect, the invention relates to a device for applying a process force to an object, with
zumindest einer Eingabevorrichtung, die ausgestaltet ist, eine Eingabekraft in Bezug auf das Objekt festzulegen, wobei die Eingabevorrichtung zumindest ein Mittel zur Erfassung der Eingabekraft aufweist; und at least one input device configured to set an input force with respect to the object, wherein the input device has at least one means for detecting the input force; and
- einem Robotersystem mit einem Manipulator, der ausgestaltet ist, bei Kontakt mit dem Objekt auf dieses eine Prozesskraft aufzubringen und in Abhängigkeit eines definierten Umwandlungsfaktors die Eingabekraft auf den Wert der Prozesskraft beim Aufbringen zu verstärken;  a robot system having a manipulator configured to apply thereto a process force upon contact with the object and to amplify the input force to the value of the process force upon application in response to a defined conversion factor;
wobei der Manipulator des Weiteren ausgestaltet ist, eine Gegenkraft zu erfassen, die sich bei Kontakt des Manipulators mit dem Objekt einstellt, und wobei die Eingabevorrichtung ausgestaltet ist, diese Gegenkraft abzubilden. wherein the manipulator is further configured to detect an opposing force that occurs upon contact of the manipulator with the object, and wherein the input device is configured to image this counterforce.
Bei dem Manipulator des Robotersystems handelt es sich vorzugsweise um einen mehrachsigen Arm eines Leichtbauroboters, wobei davon eine oder mehrere Bewegungsachsen kraftgesteuert oder kraftgeregelt sein können, was durch eine entsprechende Sensorik ermöglicht wird. Dadurch kann der Manipulator ein sensitives Verhalten zeigen. Beispielsweise kann ein sensitiver Manipulator eine zu bearbeitende Oberfläche ertasten, indem er die Gegenkraft, die beim Berühren der Oberfläche auf den Manipulator wirkt, erkennt. Ferner kann sich ein solcher sensitiver Manipulator kraftgeführt entlang einer unbekannten Oberfläche bewegen, wobei der Manipulator bzw. sein Endeffektor in Kontakt mit der Oberfläche bleibt. Die Kontaktkraft, die zwischen dem Endeffektor des Manipulators und dem Objekt wirkt, kann von der Sensorik des Manipulators erfasst werden, und von der Steuerung des Manipulators ausgewertet werden, um den Manipulator feinfühlig entlang des Objekts zu führen. The manipulator of the robot system is preferably a multi-axis arm of a lightweight robot, one or more axes of motion of which may be force-controlled or force-controlled, which is made possible by a corresponding sensor system. This allows the manipulator to show a sensitive behavior. For example, a sensitive manipulator can feel a surface to be processed by recognizing the counterforce that acts on the manipulator when the surface is touched. Furthermore, such a sensitive manipulator can move force along an unknown surface, wherein the manipulator or its end effector remains in contact with the surface. The contact force acting between the end effector of the manipulator and the object can be detected by the sensor system of the manipulator, and evaluated by the controller of the manipulator to guide the manipulator sensitively along the object.
Gemäß der Erfindung ist die zum Einsatz kommende Eingabevorrichtung, unabhängig von deren eigentlicher struktureller Ausgestaltung, konfiguriert, um in der Lage zu sein, Kräfte zu erfassen, bspw. mittels entsprechend konzipierter Kraftmesssensoren, einerseits und über eine Feedback-Kontrolle die vom Manipulator erfassten Gegenkräfte zurückzugeben andererseits, bspw. entweder über eine aktive Erzeugung dieser Kräfte, ggfs. mit einem entsprechenden reduzierenden Umwandlungsfaktor, oder über die Ausführung einer Gegenbewegung, die dann vom Manipulator auf die Eingabevorrichtung direkt übertragen werden kann. According to the invention, the input device used, regardless of its actual structural configuration, is configured to be able to detect forces, for example by means of appropriately designed force measuring sensors, on the one hand and via a On the other hand, for example, either via an active generation of these forces, if necessary with a corresponding reducing conversion factor, or via the execution of a countermovement, which can then be transmitted directly from the manipulator to the input device.
Auf Grund der Tatsache, dass die Gegenkräfte vom Manipulator aufgenommen werden, kann ein Benutzer der Eingabevorrichtung diese Gegenkräfte quasi „fühlen", wodurch eine sensitive, benutzerdefinierte Steuerung der Vorrichtung möglich ist. Due to the fact that the opposing forces are absorbed by the manipulator, a user of the input device can "feel" these opposing forces, so that a sensitive, custom control of the device is possible.
Gleichzeitig ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine definierte Kraftverstärkung auf eine erforderliche Prozesskraft, um die gewünschten Tätigkeiten auszuführen. Der hierzu vorgesehene Umwandlungsfaktor wird tätigkeitsbezogen bestimmt und kann auch während der Tätigkeit aktiv durch den Benutzer geändert werden. Hierzu ist die Vorrichtung bzw. das Robotersystem mit einer Steuerung ausgestattet, die einerseits eine entsprechende Kraft-/Nachgiebigkeitsregelung des Manipulators ermöglicht und anderseits die entsprechenden Umwandlungsfaktoren berücksichtigt. Die Steuerung kann auch mit weiteren Eingabevorrichtungen in Verbindung stehen, bspw. zur Spracheingabe, mittels derer der Benutzer während der Ausführung der Tätigkeit den Kraftverlauf in Bezug auf die aufzubringende Prozesskraft durch die Eingabe von entsprechenden Befehlen aktiv und in Echtzeit ändern kann. At the same time, the device according to the invention allows a defined force increase to a required process force in order to carry out the desired activities. The conversion factor provided for this purpose is determined based on the activity and can also be actively changed by the user during the activity. For this purpose, the device or the robot system is equipped with a controller which on the one hand enables a corresponding force / compliance control of the manipulator and on the other hand takes into account the corresponding conversion factors. The controller may also be in communication with other input devices, for example, for voice input, by means of which the user can actively and in real time change the force profile with respect to the applied process force by the input of appropriate commands during the execution of the activity.
Die Eingabevorrichtung kann von dem Manipulator getrennt ausgebildet und ausgestaltet sein, um erst bei einem tatsächlichen physischen Kontakt mit dem Manipulator die Eingabekraft festzulegen. In einer besonderen Ausführung der Vorrichtung handelt es sich bei der Eingabevorrichtung um eine steife Struktur, bspw. einen exoskelettartigen Handschuh oder einen Fingerhut, die ein Benutzer tragen kann. The input device may be separately formed and configured by the manipulator to determine the input force only upon actual physical contact with the manipulator. In a particular embodiment of the device, the input device is a rigid structure, such as an exoskeleton-type glove or thimble, which a user may wear.
Im Inneren dieser steifen Struktur befindet sich zumindest ein Mittel zur Erfassung der Eingabekraft, bspw. piezoelektrische Kraftmesssensoren oder Dehnmessstreifen. Mit dieser Struktur kann der Benutzer den Manipulator dann berühren, wobei, wenn der Manipulator bspw. in einem gravitationskompensierten Modus vorliegt, der Benutzer dann in der Lage ist, den Manipulator über den Kontakt mit der Eingabevorrichtung im Raum beliebig zu führen, d.h. der Manipulator folgt der vom Benutzer vorgegebenen Bewegung. Inside this rigid structure there is at least one means for detecting the input force, for example piezoelectric force measuring sensors or strain gauges. With this structure, the user can then touch the manipulator, and if the manipulator is, for example, in a gravity-compensated mode, then the user is able to arbitrarily guide the manipulator in space over contact with the input device, i. the manipulator follows the user-specified motion.
Der Benutzer führt den Manipulator bspw. zu dem Objekt, das durch den Manipulator oder einen daran angeordneten Endeffektor bearbeitet oder gehandhabt werden soll. Bei Kontakt mit dem Objekt heben sich die Führungskraft durch den Benutzer und die durch das Objekt resultierende Gegenkraft auf, so dass der Benutzer dann über die Eingabevorrichtung eine Eingabekraft definiert bzw. festlegt, die von den Sensoren entsprechend aufgenommen wird. For example, the user guides the manipulator to the object to be manipulated or manipulated by the manipulator or an end effector disposed thereon. Upon contact with the object, the operator will cancel out by the user and the counterforce resulting from the object, so that the user will then define, via the input device, an input force that will be picked up by the sensors accordingly.
Im Folgenden wird diese Eingabekraft dann über die Steuerung unter Berücksichtigung der Verstärkungsparameter auf den gewünschten Wert der durch den Manipulator bzw. Endeffektor auf das Objekt auszuübenden Prozesskraft verstärkt. In the following, this input force is then amplified by the control taking into account the gain parameters to the desired value of the process force to be applied by the manipulator or end effector to the object.
Ein Benutzer will bspw. einen schweren Gegenstand anheben, wäre aber selbst dazu nicht in der Lage. Er führt den Manipulator zu dem Gegenstand und bringt dann eine Eingabekraft im Sinne eines Anhebens auf, wobei der Manipulator dann unter Berücksichtigung des Gewichts des Gegenstands eine verstärkte Prozesskraft ausübt, um diesen Gegenstand, noch immer unter der Führung des Benutzers mittels der Eingabevorrichtung, anzuheben und an eine gewünschte Position zu bringen. For example, a user wants to lift a heavy object, but would not be able to do so himself. He leads the manipulator to the object and then brings an input force in the sense of lifting, the manipulator then taking into account the weight of the Subject exerts an increased process force to lift this item, still under the guidance of the user by means of the input device, and bring to a desired position.
Ein Benutzer kann gemäß der Erfindung daher über die Eingabevorrichtung, die ausgebildet und ausgestaltet ist, mit einem Endeffektor des Manipulators zusammenzuwirken und darüber hinaus die Bewegung des Manipulators bei Kontakt vorzugeben, ein Robotersystem für beliebige Tätigkeiten einsetzen. Das Objekt kann ein beliebiger Gegenstand oder ein beliebiges Bauteil in einem Herstellungs- oder Montage- oder Fertigungsprozess sein. Denkbar ist auch der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich der Medizin, bspw. beim Einsetzen von Prothesen, oder in der Physiotherapie, bei der der Therapeut über die Eingabevorrichtung leichte manuelle Kräfte aufbringt, die vom Manipulator entsprechend verstärkt werden, wobei der Therapeut über die Feedback-Kontrolle des sensitiven Manipulators noch in der Lage ist, bspw. muskuläre Verhärtungen zu spüren und zu ertasten. A user can therefore according to the invention via the input device, which is designed and configured to cooperate with an end effector of the manipulator and also to specify the movement of the manipulator in contact, use a robot system for any activities. The object may be any object or component in a manufacturing or assembly or manufacturing process. Also conceivable is the use of the device according to the invention in the field of medicine, for example when inserting prostheses, or in physiotherapy, in which the therapist applies slight manual forces via the input device, which are amplified accordingly by the manipulator, the therapist via the feedback Control of the sensitive manipulator is still able to feel, for example, muscular hardening and palpation.
Das erfindungsgemäße Robotersystem mit dem von einem Benutzer geführten Manipulator erkennt folglich, ob eine von diesem erfasste Kraft von dem Benutzer ausgeübt wird oder aus einem Umgebungskontakt resultiert. Zusätzlich erkennt das Robotersystem, welcher durch den Benutzer vorgegebener Bewegung der Manipulator folgen soll und bei Kontakt mit einem Objekt unter Maßgabe der Eingabekraft welche verstärkte Prozesskraft und auch in welcher Ausrichtung diese Prozesskraft ausgeübt werden soll. The robot system according to the invention with the manipulator guided by a user thus recognizes whether a force detected by the latter is exerted by the user or results from an environmental contact. In addition, the robot system recognizes which of the user predetermined movement of the manipulator should follow and on contact with an object under the input force which reinforced process force and also in which orientation this process force should be exercised.
Die von dem Manipulator getrennt ausgebildeteThe trained separately from the manipulator
Eingabevorrichtung kann an diesem an beliebigen Stellen angreifen . Eine vom Manipulator des Robotersystems bspw. als ein steifer Handschuh räumlich getrennt ausgebildete Eingabevorrichtung, die dennoch über bekannte Signalübermittlungstechniken mit der Steuerung des Manipulators in Verbindung steht, hat den Vorteil, dass ein Benutzer mit einer einzigen Eingabevorrichtung mehrere Robotersysteme bedienen kann, die teilweise unterschiedlich konfiguriert sein können. So wäre es bspw. im Bereich der Altenpflege denkbar, dass innerhalb eines definierten Raumes, der als Wohnraum dient, mehrere stationäre robotergestützte Assistenzsysteme vorgesehen sind, die sich über ein und dasselbe Eingabemittel in Sinne der Erfindung bedienen lassen. Input device can attack at this anywhere. For example, an input device spatially separated from the manipulator of the robotic system as a rigid glove, which nevertheless communicates with the manipulator's control via known signal transmission techniques, has the advantage that a single input device user can operate multiple robotic systems, some of which are configured differently could be. Thus, it would be conceivable, for example in the field of geriatric care, that within a defined space that serves as living space, a plurality of stationary robot-assisted assistance systems are provided, which can be operated via one and the same input means in the sense of the invention.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, dass die Eingabevorrichtung unmittelbar an dem Manipulator, vorzugsweise im Bereich des Endeffektors, fest angeordnet und ebenfalls als anatomisch an den Benutzer angepasste Struktur vorgesehen ist. So ist es bspw. auch denkbar, dass eine Eingabevorrichtung mit entsprechenden Sensoren direkt an den Fingern eines Greifmechanismus angeordnet ist, die von dem Benutzer einfach berührt werden, so dass ein Benutzer einfache Klemm- oder Quetschbewegungen unter verstärkter Prozesskraft in Bezug auf die zu greifenden Objekte ausüben kann. According to a further embodiment, however, it is also possible for the input device to be fixedly arranged directly on the manipulator, preferably in the area of the end effector, and also provided as a structure adapted anatomically to the user. Thus, for example, it is also conceivable that an input device with corresponding sensors is arranged directly on the fingers of a gripping mechanism, which are simply touched by the user, so that a user can easily pinch or pinch under increased process force with respect to the objects to be gripped can exercise.
In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Eingabevorrichtung ausgestaltet ist, durch einen Manipulator eines weiteren Robotersystems betätigt zu werden, bzw. dieser weitere Manipulator weist eine Eingabevorrichtung auf, die mit dem Manipulator des ausführenden Robotersystems zusammenwirkt. Auf diese Weise ist es möglich, dass sich zwei Roboter in Bezug auf die Prozesskraft in einer kaskadierenden Weise ergänzen und so eine größere Verstärkung der Prozesskraft umsetzen. Wie bereits erwähnt, soll es sich bei den Robotersystemen, die im Rahmen der Erfindung zum Einsatz kommen, vorzugsweise um nachgiebigkeitsgeregelte, d.h. impedanz-, admittanz- und/oder drehmomentgeregelte Robotersysteme der Leichtbauweise handeln. In a further embodiment of the device according to the invention, it is provided that the input device is designed to be actuated by a manipulator of another robot system, or this further manipulator has an input device which cooperates with the manipulator of the executing robot system. In this way, it is possible for two robots to complement each other in a cascading manner with respect to the process force and thus implement a greater amplification of the process force. As already mentioned, the robot systems used in the context of the invention should preferably be compliance-controlled, ie impedance-controlled, admittance- and / or torque-controlled, lightweight-type robot systems.
Derartige Robotersysteme weisen Mittel zum Erfassen von Kräften auf, die auf den Manipulator wirken. Beispielsweise können, wenn der Manipulator als ein Gelenkarmroboter ausgestaltet ist, Momentsensoren an den Gelenken des Gelenkarmroboters bereitgestellt sein. Auch können Kraft- Moment-Sensoren an dem Manipulator bereitgestellt sein, welche mittels Dehnungsmessstreifen die auf den Manipulator wirkenden Kräfte bzw. Drehmomente erfassen können. Ferner können auch Motorströme ausgewertet werden, welche in den Antrieben des Manipulators auftreten. Das Mittel zum Erfassen von Such robot systems have means for detecting forces acting on the manipulator. For example, when the manipulator is configured as an articulated arm robot, moment sensors may be provided at the joints of the articulated arm robot. Force-moment sensors can also be provided on the manipulator, which can detect the forces or torques acting on the manipulator by means of strain gauges. Furthermore, motor currents can also be evaluated, which occur in the drives of the manipulator. The means for detecting
Kräften erlaubt es somit, externe auf den Manipulator wirkende Kräfte zu erfassen, was zu Realisierung der für die Erfindung vorgesehenen Feedback-Kontrolle herangezogen wird. Forces thus allow to detect external forces acting on the manipulator, which is used to implement the feedback control provided for the invention.
In einem noch weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Applikation einer Prozesskraft auf ein Objekt durch einen Manipulator eines Roboters im Rahmen einer durch den Manipulator in Bezug auf das Objekt durchzuführenden Tätigkeit, aufweisend die Schritte : In yet another aspect, the present invention also relates to a method of applying a process force to an object by a manipulator of a robot as part of an operation to be performed by the manipulator with respect to the object, comprising the steps of:
- Festlegen einer Eingabekraft durch einen Benutzer in Bezug auf das Objekt;  Setting an input force by a user with respect to the object;
Verstärken der Eingabekraft auf einen Wert einer Prozesskraft durch den Manipulator gemäß eines definierten Umwandlungsfaktors ;  Amplifying the input force to a value of a process force by the manipulator according to a defined conversion factor;
Aufbringen der Prozesskraft auf das Objekt durch den Manipulator;  Applying the process force to the object by the manipulator;
- Erfassen einer sich bei Kontakt des Manipulators mit dem Objekt ergebenden Gegenkraft; und - Übertragen der Gegenkraft an den Benutzer. - Detecting a resulting upon contact of the manipulator with the object counterforce; and - Transferring the counterforce to the user.
Das Übertragen der Gegenkraft erfolgt dementsprechend in Abhängigkeit eines vorbestimmten Umwandlungsfaktors. So kann diese bspw. reduziert über die Eingabevorrichtung an den Benutzer, quasi im Sinne eines haptischen Feedbacks, weitergeben werden, ggfs. unterstützt durch andere audio¬ visuelle Signale als Warnhinweis, was insbesondere bei Interaktionen mit Menschen erforderlich sein kann. The transmission of the counterforce accordingly takes place as a function of a predetermined conversion factor. This can eg. Reduced via the input device to the user, are almost in the sense of haptic feedback, share, if necessary. Supported by other audio ¬ visual signals as a warning of what may be required in particular in interactions with people.
Die Eingabekraft wiederum kann entweder bei Kontakt der Eingabevorrichtung mit dem Manipulator oder bei einem Kontakt der Eingabevorrichtung unmittelbar mit dem Objekt festgelegt werden . In turn, the input force can be determined either upon contact of the input device with the manipulator or upon contact of the input device directly with the object.
Auch ist es möglich, dass der Verstärkungsfaktor veränderbar ist, so dass die Prozesskraft beim Aufbringen auf das Objekt dynamisch veränderlich ist. Die dynamische Veränderung erfolgt über die Steuerung benutzerdefiniert, bspw. über eine Spracheingabe in Echtzeit, was u.a. für physiotherapeutischen Anwendungen von Vorteil ist. It is also possible that the amplification factor is variable, so that the process force is dynamically variable when applied to the object. The dynamic change takes place via the control user-defined, for example via a voice input in real time, which i.a. is beneficial for physiotherapeutic applications.
Des Weiteren kann in der Steuerung dem Verstärkungs- bzw. Umwandlungsfaktor oder der Prozesskraft direkt zumindest ein Grenzwert zugeordnet sein. Bei physiotherapeutischen oder chirurgischen Anwendungen verhindert dies, dass eine vom Benutzer versehentlich zu stark ausgeübte Eingabekraft durch den Manipulator entsprechend zu stark verstärkt wird, um Verletzungen zu verhindern. Auch ist die Berücksichtigung von Grenzwerten von Vorteil bei der Fertigung und Montage von filigranen, zerbrechlichen Komponenten. Furthermore, at least one limit value may be directly associated with the gain or conversion factor or the process force in the controller. In physiotherapeutic or surgical applications, this prevents a user's inadvertently excessive input force from being over-amplified by the manipulator to prevent injury. The consideration of limit values is also an advantage in the production and assembly of filigree, fragile components.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zum Zweck der Aufbringung einer Prozesskraft oder Prozesskraftfolge unabhängig vom vorgesehenen Einsatzzweck ein Roboter, vorzugsweise ein Gelenkarmroboter der Leichtbauweise, unter Vorgabe einer tätigkeitsbezogenen Bewegung und Eingabekraft, die durch einen Benutzer oder sogar von einem weiteren Roboter vorgeben werden, eine Kraftverstärkung realisiert und dem Benutzer (oder dem weiteren Roboter) kontinuierlich ein direktes Feedback in Bezug auf die Gegenkraft, die von der Interaktion mit den Objekten resultiert, zur Verfügung gestellt wird, was grundsätzlich die Durchführung sensitiver Tätigkeiten gestattet. The invention is characterized in that, for the purpose of applying a process force or process force sequence, regardless of the intended use, a robot, Preferably, an articulated arm robot of lightweight construction, under specification of an activity-related movement and input force, which are predetermined by a user or even by another robot, implemented a force amplification and the user (or the other robot) continuously provides a direct feedback with respect to the counterforce resulting from the interaction with the objects is made available, which in principle allows the execution of sensitive activities.
Dadurch unterscheidet sich die vorliegende Erfindung auch wesentlich von bekannten Exoskelettstrukturen oder allgemeinen Konzepten zur Verstärkung von durch Menschen ausgeübten Bewegungen und damit zusammenhängenden Kräften, die allesamt hauptsächlich positionsgeregelt bzw. -gesteuert sind, bei denen der Benutzer die Effektoren nur zu bestimmten Positionen bewegen und an diesen ohne Feedback-Kontrolle nur bestimmte Kräfte applizieren kann. Ein vorteilhafter Einsatzzweck der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt dabei auch im Bereich der Unterstützung von alten und behinderten Menschen, die selbst nicht in der Lage sind, die für gewisse Tätigkeiten notwendigen Kräfte aufzubringen . Thus, the present invention also differs substantially from known exoskeletal structures or general concepts for enhancing man-made movements and related forces, all of which are primarily position-controlled, in which the user moves the effectors to and from certain positions only can only apply certain forces without feedback control. An advantageous use of the device according to the invention is also in the field of support of old and disabled people who are themselves unable to apply the necessary forces for certain activities.
So ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, eine Vorrichtung mit einem Manipulator an einem Rollstuhl anzuordnen, wobei der Benutzer die steife Struktur der Eingabevorrichtung trägt. Eine solche Anordnung erweist sich als wesentlich praktikabler als allgemein bekannte, sperrige Exoskelette, zumal das Robotersystem ohne großen Aufwand und ohne große Zeitverzögerung aktiviert werden kann. Thus, it is provided according to the invention to arrange a device with a manipulator on a wheelchair, wherein the user carries the rigid structure of the input device. Such an arrangement proves to be much more practical than well-known, bulky exoskeletons, especially since the robot system can be activated without much effort and without much time delay.
Auch beim Teachen eines Robotersystems kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz kommen. Grundsätzlich werden beim Teach-In Verfahren die späteren Trajektorien des Roboterarms bzw. des Effektors vorgegeben, indem ein Benutzer die Bewegungen durch Führen des Manipulators bspw. in einem gravitationskompensierten Modus simuliert und abspeichert. Bisher wurden beim Teach-In jedoch nicht die im Rahmen der Bewegungen des Manipulators dann bei Kontakt mit einem Objekt ggfs. aufzubringenden Prozesskräfte berücksichtigt. Diese werden bisher noch separat über eine Steuerung eines mobilen Handgeräts oder über eine Programmieroberfläche eines Computers eingegeben. Die Verwendung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einer Eingabevorrichtung, die mit dem Manipulator zusammenwirkt, gestattet es nun dem Benutzer, zusätzlich zum Führen des Manipulators auch die für bestimmte Tätigkeiten vorzusehenden Prozesskräfte zu demonstrieren und gemeinsam in Bezug auf die Trajektorien abzuspeichern. The device according to the invention can also be used when teaching a robot system. in principle In the teach-in method, the later trajectories of the robot arm or of the effector are specified by a user simulating and storing the movements by guiding the manipulator, for example, in a gravitationally compensated mode. So far, however, during the teach-in, not the process forces to be applied in the course of the movements of the manipulator when in contact with an object have been taken into account. These are still entered separately via a controller of a mobile handset or via a programming interface of a computer. The use of a device according to the invention with an input device interacting with the manipulator now allows the user to demonstrate, in addition to guiding the manipulator, the process forces to be provided for certain activities and store them together in relation to the trajectories.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der anhand der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen: ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung; ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung; -d schematisch unterschiedliche Anordnungsvarianten für eine Eingabevorrichtung in Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel ; Further advantages and features of the present invention will become apparent from the description of the embodiments illustrated with reference to the accompanying drawings. 1 shows a first embodiment according to the invention; a second embodiment according to the invention; schematically different arrangement variants for an input device with respect to the second embodiment;
ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung; ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung; ein fünftes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung; und  a third embodiment according to the invention; a fourth embodiment according to the invention; a fifth embodiment according to the invention; and
die Anordnung eines erfindungsgemäßen Manipulators an einem Rollstuhl.  the arrangement of a manipulator according to the invention on a wheelchair.
In der Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß Erfindung gezeigt. Ein mehrachsiger Manipulator 1 eines Robotersystems der Leichtbauweise weist an seinem distalen Ende einen Endeffektor 2 auf, mit dem der Manipulator 1 mit einem hier nicht dargestellten Objekt interagieren, dieses bspw. nach unten drücken soll. FIG. 1 shows a first exemplary embodiment according to the invention. A multiaxial manipulator 1 of a lightweight construction robot system has an end effector 2 at its distal end, with which the manipulator 1 interacts with an object, not shown here, to push it down, for example.
Der Manipulator 1 ist entsprechend seiner durch die Anzahl der Gelenkarme vorgegebenen Freiheitgrade beliebig im Raum durch Führungskontakt mittels der Hand 3 eines Benutzers führbar, wenn der Manipulator 1 bspw. in seinem gravitationskompensierten Modus vorliegt. The manipulator 1 can be guided arbitrarily in space by guiding contact by means of the hand 3 of a user according to its predetermined by the number of articulated arms degrees of freedom in the room, when the manipulator 1, for example. Is present in its gravitationally compensated mode.
Sobald das distale Ende des Endeffektors 2 mit einem Objekt in Kontakt kommt, um dieses bspw. nach unten zu drücken, bringt der Benutzer über seine Hand 3 eine Eingabekraft FEIN auf, die von einer an dem proximalen Ende des Endeffektors 2 angeordneten Eingabevorrichtung 4 aufgenommen wird. As soon as the distal end of the end effector 2 comes into contact with an object in order to push it down, for example, the user applies an input force F IN via his hand 3, which is picked up by an input device 4 arranged at the proximal end of the end effector 2 becomes.
In einer Steuerung des Robotersystems sind entsprechende Umwandlungsfaktoren abgelegt, die bestimmen, mit welcher Verstärkung die Eingabekraft FE IN durch den Manipulator 1 in eine Ausgangskraft umgewandelt und dann als eine d.h. Prozesskraft FP auf das Objekt ausgeübt werden soll. Selbstredend wird bei Kontakt mit dem Objekt im Manipulator 1 bzw. im Endeffektor 2 eine Gegenkraft FGR erzeugt, die in diesem gemessen wird. In a controller of the robot system, corresponding conversion factors are stored which determine with which gain the input force FE IN is to be converted by the manipulator 1 into an output force and then applied to the object as a process force F P. Of course, upon contact with the object in the manipulator 1 or in the end effector 2, a counter force F G R is generated, which is measured in this.
Um für den Benutzer eine Feedback-Kontrolle des gesamten Vorgangs zu ermöglichen, ist es nun gemäß der Erfindung vorgesehen, dass diese inhärente Gegenkraft FGR über einen entsprechenden reduzierenden Umwandlungsfaktor auf eine Gegenkraft FGB abgebildet wird, die dem Benutzer über seine Hand 3 mittels entsprechender Aktuatoren o.ä. innerhalb der Eingabevorrichtung 4 in haptischer Weise übermittelt wird. In der Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung gezeigt. Die Eingabevorrichtung 5 ist hierbei als ein steifer Handschuh ausgebildet, der mit dem distalen Ende des Endeffektors 2 fest, d.h. kraftübertragend in Verbindung steht. Wie die Figuren 3a bis 3d zeigen, sind jedoch beliebige Anordnungen des Handschuhs 5 an dem Endeffektor 2 denkbar, je nachdem wie eine Führung und Kraftaufbringung benutzerseitig durchzuführen ist . In order to allow the user feedback control of the entire process, it is now provided according to the invention that this inherent counterforce F GR is mapped via a corresponding reducing conversion factor to a counterforce F GB , which the user via his hand 3 by means of appropriate Actuators or similar is transmitted within the input device 4 in a haptic manner. FIG. 2 shows a further embodiment according to the invention. The input device 5 is in this case designed as a stiff glove, which is fixed, ie force-transmitting, with the distal end of the end effector 2. As FIGS. 3a to 3d show, however, any arrangements of the glove 5 on the end effector 2 are conceivable, depending on how a guide and force application is to be performed by the user.
Im Inneren des Handschuhs 5 befindet sich zumindest ein Sensor (nicht dargestellt) zur Erfassung der von dem Benutzer ausgeübten Eingabekraft, sobald der Handschuh 5 mit einem hier nicht dargestellten Objekt in Kontakt gelangt. Inside the glove 5 there is at least one sensor (not shown) for detecting the input force exerted by the user as soon as the glove 5 comes into contact with an object not shown here.
Zuerst kann der Benutzer über den Handschuh 5 den Manipulator 1 mit seinem Endeffektor 2 in seinem gravitationskompensierten Zustand zum Objekt führen, um dann bei Kontakt des Handschuhs 5 mit dem Objekt eine verstärkte Prozesskraft aufzubringen, die vom Manipulator 1 über die steife Struktur des Handschuhs 5 auf das Objekt übertragen wird. Eine solche Anordnung eignet sich bspw. für physiotherapeutische Anwendungen wie Massagen. First, the user can guide the manipulator 1 with its end effector 2 in its gravitationally compensated state to the object via the glove 5, and then apply a reinforced process force on contact of the glove 5 with the object, the manipulator 1 on the rigid structure of the glove 5 the object is transmitted. Such an arrangement is suitable, for example, for physiotherapeutic applications such as massages.
Die Feedback-Kontrolle zur Darstellung einer reduzierten Gegenkraft erfolgt ebenfalls im Inneren des Handschuhs 5 bspw. über entsprechende Aktuatoren. Eine variierende Gegenkraft kann in dem genannten Beispiel aus Muskelverhärtungen resultieren. The feedback control for the representation of a reduced counterforce also takes place in the interior of the glove 5, for example via corresponding actuators. A varying counterforce can result in muscle hardening in the example mentioned.
In der Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung gezeigt. Statt eines steifen Handschuhs 5 ist lediglich ein Fingerhut 6 am distalen Ende des Endeffektors 2 angebracht, der in sich als ein Kraftmesssensor dienen oder selbst als eine steife Struktur mit integriertem Kraftmesssensor ausgebildet sein kann. Diese Anordnung ist von Vorteil, wenn der Endeffektor 2, neben dem Sensor 6, einen Mechanismus (z.B. einen Schraubkopf) trägt, mit dem dieser mit dem Objekt zusammenwirkt. FIG. 4 shows a further embodiment according to the invention. Instead of a stiff glove 5, only a thimble 6 is attached to the distal end of the end effector 2, which in itself serve as a force measuring sensor or can itself be designed as a rigid structure with an integrated force measuring sensor. This arrangement is advantageous when the end effector 2, in addition to the sensor 6, a mechanism (eg, a screw head) carries, with which this cooperates with the object.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel zeigt die Figur 5. Ein Greifmechanismus 7, der an einem distalen Ende eines Manipulators 1 anbringbar ist, weist zwei relativ zueinander bewegbare Greiffinger 8 auf. An den Außenseiten der Greiffinger 8 sind entsprechende Sensoren 9 als Eingabevorrichtungen vorgesehen, so dass ein Benutzer auf einfache Art und Weise durch leichtes Drücken auf die Sensoren 8 eine Eingabekraft aufbringt, die der Greifmechanismus 7 unter Berücksichtigung eines Verstärkungsfaktors beim Greifen eines Objekts verstärkt. In der Figur 6 ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung gezeigt, bei der die Eingabevorrichtung 6 des die Kraftverstärkung erzeugenden Manipulators 10 eines Robotersystems mit einem Endeffektor 7 eines Manipulators 11 eines weiteren Robotersystems zusammenwirkt. Der Manipulator 11 soll daher die entsprechende Prozesskraft in Bezug auf ein Objekt aufbringen, bspw. Greifen, und wird durch den Manipulator 10 geführt und kraftverstärkend unterstützt, wobei die durch die Tätigkeit des Manipulators 11 resultierenden Gegenkräfte über die Eingabevorrichtung 6 an den Manipulator 10 übertragen werden und so die Feedback-Kontrolle des Manipulators 10 ermöglichen, wobei vorzugsweise beide Manipulatoren 10 und 11 nachgiebigkeitsgeregelt sind. A further application example is shown in FIG. 5. A gripping mechanism 7, which can be attached to a distal end of a manipulator 1, has two gripper fingers 8, which are movable relative to one another. On the outer sides of the gripping fingers 8 corresponding sensors 9 are provided as input devices, so that a user in a simple manner by applying an easy pressure on the sensors 8 an input force applied by the gripping mechanism 7, taking into account a gain when gripping an object amplified. FIG. 6 shows an exemplary embodiment according to the invention, in which the input device 6 of the force amplification-producing manipulator 10 of a robot system interacts with an end effector 7 of a manipulator 11 of another robot system. The manipulator 11 is therefore intended to apply the corresponding process force with respect to an object, for example grasping, and is guided by the manipulator 10 and assisting in a force-enhancing manner, the counterforces resulting from the action of the manipulator 11 being transmitted to the manipulator 10 via the input device 6 and thus allow the feedback control of the manipulator 10, wherein preferably both manipulators 10 and 11 are compliance-controlled.
Ein besonderes Einsatzgebiet einer Vorrichtung gemäß der Erfindung liegt im Bereich der Pflege. So ist es deshalb vorgesehen, dass ein Manipulator 1 gemäß der Erfindung an einem Rollstuhl 12 angebracht ist, der von dem Benutzer über eine entsprechende Eingabevorrichtung am Ende des Manipulators 1, bspw. zum Heben oder Ablegen von Gegenständen in unmittelbarer Nähe des Rollstuhls, aktiviert werden kann. A particular application of a device according to the invention is in the field of care. That is why it is provided that a manipulator 1 is mounted according to the invention on a wheelchair 12, which can be activated by the user via a corresponding input device at the end of the manipulator 1, for example. For lifting or storing objects in the immediate vicinity of the wheelchair.

Claims

Ansprüche claims
Robotersystem aufweisend einen mehrachsigen Manipulator (1) zur Applikation einer Prozesskraft ( FP ) auf ein Objekt in Bezug auf eine Tätigkeit, mittels der der Manipulator (1) mit dem Objekt interagiert, wobei der Manipulator (1) ausgestaltet ist, bei Kontakt mit dem Objekt A robotic system comprising a multi-axis manipulator (1) for applying a process force (F P ) to an object with respect to an activity by means of which the manipulator (1) interacts with the object, the manipulator (1) being configured to contact the object object
- eine Eingabekraft ( FE I N ) zu erfassen, die unmittelbar auf den Manipulator (1) durch einen Kontakt eines Benutzers ausgeübt wird, to detect an input force (F IN ) exerted directly on the manipulator (1) by a contact of a user,
die Eingabekraft ( FE I N ) in Abhängigkeit eines definierten Umwandlungsfaktors auf einen in Bezug auf die Tätigkeit gewünschten Wert der Prozesskraft ( FP ) zu verstärken, to increase the input force (F EIN ) in dependence on a defined conversion factor to a value of the process force (F P ) desired in relation to the activity;
- eine Gegenkraft ( FGR ) zu erfassen, die sich bei Kontakt des Manipulators (1) mit dem Objekt einstellt, und - To detect a counter force (F GR ), which is established upon contact of the manipulator (1) with the object, and
- diese Gegenkraft ( FGR ) an den Benutzer in Abhängigkeit eines definierten Umwandlungsfaktors zu übertragen. - To transmit this counter force (F GR ) to the user depending on a defined conversion factor.
Robotersystem nach Anspruch 1, bei dem der Manipulator (1) des Weiteren ausgestaltet ist, den Umwandlungsfaktor für die Verstärkung auf den Wert der Prozesskraft ( FP ) während der Durchführung der Tätigkeit zu verändern. The robotic system of claim 1, wherein the manipulator (1) is further configured to change the gain conversion factor to the value of the process force (F P ) during performance of the activity.
Robotersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Umwandlungsfaktor für die Gegenkraft ( FGB ) dem Kehrwert des Umwandlungsfaktors für die Prozesskraft ( FP ) entspricht . A robot system according to claim 1 or 2, wherein the counterforce conversion factor (F G B) corresponds to the reciprocal of the process force conversion factor (F P ).
Robotersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Manipulator (1) zumindest ein Mittel (4) zur Erfassung der Eingabekraft ( FE IN ) durch den Benutzer aufweist . Robotersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Manipulator (1) zumindest ein Mittel (4) zur Weitergabe der Gegenkraft ( FGB ) an den Benutzer aufweist. Robot system according to one of claims 1 to 3, wherein the manipulator (1) comprises at least one means (4) for detecting the input force (F E IN) by the user. Robot system according to one of Claims 1 to 4, in which the manipulator (1) has at least one means (4) for transmitting the counterforce (F G B) to the user.
Robotersystem nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Mittel (4) an einem Endeffektor (2) des Manipulators (1) angeordnet sind. Robot system according to claim 4 or 5, wherein the means (4) are arranged on an end effector (2) of the manipulator (1).
Robotersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Robotersystem nachgiebigkeitsgeregelt, vorzugsweise impedanz-, admittanz- und/oder drehmomentgeregelt ist. Robot system according to one of claims 1 to 6, wherein the robot system is compliance-controlled, preferably impedance, admittance and / or torque-controlled.
Vorrichtung zur Applikation einer Prozesskraft ( FP ) auf ein Objekt aufweisend: Device for applying a process force (F P ) to an object comprising:
zumindest eine Eingabevorrichtung (4,5,6,8), die ausgestaltet ist, eine Eingabekraft ( FE I N ) in Bezug auf das Objekt festzulegen, wobei die Eingabevorrichtungat least one input device (4, 5, 6, 8) configured to set an input force (F IN ) with respect to the object, the input device
(4,5,6,8) zumindest ein Mittel zur Erfassung der Eingabekraft ( FE IN) aufweist; und (4,5,6,8) has at least one means for detecting the input force (FE IN); and
ein Robotersystem mit einem Manipulator (1), der ausgestaltet ist, bei Kontakt mit dem Objekt auf dieses eine Prozesskraft ( FP ) aufzubringen und in Abhängigkeit eines definierten Umwandlungsfaktor die Eingabekrafta robot system with a manipulator (1), which is designed to apply to this a process force (F P ) upon contact with the object and the input force in dependence on a defined conversion factor
( FEiN) auf den Wert der Prozesskraft ( FP ) beim Aufbringen zu verstärken; (F E i N ) to increase the value of the process force (F P ) during application;
wobei der Manipulator (1) des Weiteren ausgestaltet ist, eine Gegenkraft ( FGR ) Z U erfassen, die sich bei Kontakt des Manipulators (1) mit dem Objekt einstellt, und wobei die Eingabevorrichtung (4,5,6,8) ausgestaltet ist, diese Gegenkraft (FGR) in Abhängigkeit eines definierten Umwandlungsfaktors abzubilden. wherein the manipulator (1) is further configured to detect an opposing force (F G R) ZU, which occurs upon contact of the manipulator (1) with the object, and wherein the input device (4,5,6,8) is configured to map this counterforce (F G R) as a function of a defined conversion factor.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei dem die Eingabevorrichtung von dem Manipulator (1) getrennt ausgebildet und ausgestaltet ist, bei einem Kontakt mit dem Manipulator (1) die Eingabekraft ( FE IN) festzulegen. Apparatus according to claim 8, wherein the input device is separate from the manipulator (1) is designed and configured to specify the input force (FE IN) upon contact with the manipulator (1).
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei dem die Eingabevorrichtung (4,5,6,8) an dem Manipulator (1) angeordnet ist. 10. Device according to claim 8, wherein the input device (4, 5, 6, 8) is arranged on the manipulator (1).
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Eingabevorrichtung (6) ausgestaltet ist, von einem Manipulator (11) eines weiteren Robotersystems betätigt zu werden. 11. The device according to claim 9 or 10, wherein the input device (6) is configured to be actuated by a manipulator (11) of another robot system.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Eingabevorrichtung eine von einem Benutzer tragbare und/oder betätigbare Struktur (5,6,8) ist. 12. The apparatus of claim 9 or 10, wherein the input device is a user-wearable and / or actuatable structure (5,6,8).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei dem die Struktur (5,6) steif ausgebildet und ausgestaltet ist, mit einem Endeffektor (2) des Manipulators (1) zusammenzuwirken. 13. The apparatus of claim 12, wherein the structure (5,6) is stiff and configured to cooperate with an end effector (2) of the manipulator (1).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem die Eingabevorrichtung des Weiteren ausgestaltet ist, die Bewegung des Manipulators (1) bei Kontakt der Eingabevorrichtung mit dem Manipulator (1) vorzugeben. 14. Device according to one of claims 8 to 13, wherein the input device is further configured to specify the movement of the manipulator (1) upon contact of the input device with the manipulator (1).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem das Robotersystem nachgiebigkeitsgeregelt, vorzugsweise impedanz-, admittanz- und/oder drehmomentgeregelt ist. 15. Device according to one of claims 8 to 14, wherein the robot system is compliance-controlled, preferably impedance, admittance and / or torque-controlled.
16. Verwendung eines Robotersystems gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 oder einer Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 8 bis 15 zum Bearbeiten von Werkstücken, bei dem das Objekt ein Werkstück ist und der Manipulator (1) ausgelegt ist, das Werkstück mittels eines Endeffektors (2) zu bearbeiten. 16. Use of a robot system according to claims 1 to 7 or a device according to claims 8 to 15 for machining workpieces, wherein the object is a workpiece and the manipulator (1) is designed, the workpiece by means of an end effector (2) to edit.
17. Verwendung eines Robotersystems gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 oder einer Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 8 bis 15 zum Heben und/oder Führen und/oder Greifen von Gegenständen, bei dem das Objekt ein Gegenstand ist und der Manipulator (1) ausgelegt ist, den Gegenstand mittels eines Endeffektors (2) zu heben und/oder zu führen und/oder zu greifen. 17. Use of a robot system according to claims 1 to 7 or a device according to claims 8 to 15 for lifting and / or guiding and / or gripping objects, in which the object is an object and the manipulator (1) is designed, the Lifting and / or guiding and / or gripping object by means of an end effector (2).
18. Verwendung eines Robotersystems gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 oder einer Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 8 bis18. Use of a robot system according to claims 1 to 7 or a device according to claims 8 to
15 zum Manipulieren bei Menschen, bei dem das Objekt ein Mensch ist und der Manipulator (1) ausgelegt ist, Körperteile des Menschen mittels eines Endeffektors (2) zu bearbeiten. 15 for manipulating in humans, in which the object is a human and the manipulator (1) is designed to edit body parts of the human by means of an end effector (2).
19. Verwendung eines Robotersystems gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 oder einer Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 8 bis 15 zum Teach-In des Manipulators (1) des Robotersystems in Bezug auf den Bewegungsablauf und auf den Kraftverlauf der von dem Manipulator (1) durchzuführenden Tätigkeit. 19. Use of a robot system according to claims 1 to 7 or a device according to claims 8 to 15 for teach-in of the manipulator (1) of the robot system with respect to the movement sequence and on the force curve of the manipulator (1) to be performed activity.
20. Rollstuhl (12) für einen Benutzer aufweisend zumindest ein Robotersystem nach den Ansprüchen 1 bis 7 oder zumindest eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 15. 20. Wheelchair (12) for a user comprising at least one robot system according to claims 1 to 7 or at least one device according to claims 8 to 15.
21. Verfahren zur Applikation einer Prozesskraft (FP) auf ein Objekt durch einen Manipulator (1) eines Roboters im Rahmen einer durch den Manipulator (1) in Bezug auf das Objekt durchzuführenden Tätigkeit, aufweisend die Schritte: 21. Method for applying a process force (F P ) to an object by a manipulator (1) of a robot in the context of an activity to be performed by the manipulator (1) with respect to the object, comprising the steps:
- Festlegen einer Eingabekraft (FEIN) durch einen Benutzer in Bezug auf das Objekt; Setting an input force (F EIN ) by a user with respect to the object;
- Verstärken der Eingabekraft (FEIN) auf einen Wert einer Prozesskraft (FP) durch den Manipulator (1) gemäß eines definierten Umwandlungsfaktors; - Aufbringen der Prozesskraft ( FP ) auf das Objekt durch den Manipulator (1); - Increasing the input force (F ON ) to a value of a process force (F P ) by the manipulator (1) according to a defined conversion factor; - Applying the process force (F P ) on the object by the manipulator (1);
- Erfassen einer sich bei Kontakt des Manipulators (1) mit dem Objekt ergebenden Gegenkraft ( FGR ) ; und - Detecting a upon contact of the manipulator (1) with the object resulting counterforce (F G R); and
- Übertragen der Gegenkraft ( FGR ) an den Benutzer. - Transferring the counterforce (F G R) to the user.
22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Übertragung der Gegenkraft ( FGB ) gemäß einem definierten Umwandlungsfaktor erfolgt, der einem Kehrwert des definierten Umwandlungsfaktors in Bezug auf die Prozesskraft ( FP ) entspricht . 22. The method of claim 21, wherein the transmission of the counterforce (F GB ) is carried out according to a defined conversion factor corresponding to a reciprocal of the defined conversion factor with respect to the process force (F P ).
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, bei dem die Eingabekraft ( FE I N ) durch den Benutzer über einen Kontakt unmittelbar am Manipulator (1) eingegeben wird. A method according to claim 21 or 22, wherein the input force (F ON ) is input by the user via a contact directly on the manipulator (1).
24. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, bei dem die Eingabekraft ( FE I N ) durch den Benutzer über eine Eingabevorrichtung (4,5,6,8) eingegeben wird, die mit dem Manipulator (1) zusammenwirkt. 24. The method of claim 21 or 22, in which the input force (F A) by the user via an input device (4,5,6,8) are input, which cooperates with the manipulator (1).
25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Gegenkraft ( FGB ) durch die Eingabevorrichtung (4,5,6,8) an den Benutzer übertragen wird. 25. The method of claim 24, wherein the counterforce (F GB ) is transmitted through the input device (4,5,6,8) to the user.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, bei dem der definierte Umwandlungsfaktor in Bezug auf die Prozesskraft ( FP ) veränderbar ist, so dass die Prozesskraft ( FP ) beim Aufbringen auf das Objekt dynamisch veränderlich ist. 26. The method according to any one of claims 21 to 25, wherein the defined conversion factor with respect to the process force (F P ) is variable, so that the process force (F P ) when applied to the object is dynamically variable.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, bei dem dem definierten Umwandlungsfaktor in Bezug auf die Prozesskraft ( FP ) oder der Prozesskraft ( FP ) zumindest ein Grenzwert zugeordnet ist. 27. The method according to any one of claims 21 to 26, wherein the defined conversion factor with respect to the process force (F P ) or the process force (F P ) is associated with at least one limit value.
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