WO2024115007A1 - Eingabevorrichtung zum ansteuern eines roboters - Google Patents

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WO2024115007A1
WO2024115007A1 PCT/EP2023/079213 EP2023079213W WO2024115007A1 WO 2024115007 A1 WO2024115007 A1 WO 2024115007A1 EP 2023079213 W EP2023079213 W EP 2023079213W WO 2024115007 A1 WO2024115007 A1 WO 2024115007A1
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WO
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actuating button
input device
height position
rotation
angle
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/079213
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Riedel
Original Assignee
Kuka Deutschland Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/02—Hand grip control means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/06—Control stands, e.g. consoles, switchboards
    • 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
    • G05G5/05—Means for returning or tending to return controlling members to an inoperative or neutral position, e.g. by providing return springs or resilient end-stops
    • 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
    • G05G5/06—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member for holding members in one or a limited number of definite positions only
    • 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
    • G05G1/02—Controlling members for hand actuation by linear movement, e.g. push buttons
    • 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

  • Input device for controlling a robot
  • the invention relates to an input device for controlling a robot, comprising a base body, an actuating button which is mounted on the base body so as to be rotatable about an axis of rotation and linearly adjustable along the axis of rotation between a first height position and a second height position, a rotation angle sensor which is designed to detect the rotation angle position of the actuating button, and a position sensor which is designed to detect the position of the actuating button in the first and/or in the second height position.
  • DE 10 2018 129 153 A1 describes an input device for manipulating a robot, comprising a base plate, a movable portion held in a three-dimensionally movable manner with respect to the base plate, and a detector that performs detection by resolving a movement of the movable portion with respect to the base plate into parallel movement amounts along a first axis and a second axis that extend parallel to a predetermined surface of the base plate and are orthogonal to each other, and a parallel movement amount along a third axis that is orthogonal to the first axis and the second axis.
  • the object of the invention is to create an input device for controlling a robot which offers a high level of functionality despite its ergonomically simple design.
  • an input device for controlling a robot comprising: a base body, - an actuating button mounted on the base body so as to be rotatable about an axis of rotation and linearly adjustable along the axis of rotation between a first height position and a second height position,
  • a position sensor which is designed to detect the position of the actuating button in the first and/or in the second height position, and comprising
  • a locking device which is designed to allow the actuating button to selectively lock into one of several discrete locking angle positions depending on its angle of rotation position when the actuating button is in its first height position, and to mount the actuating button in a spring-loaded manner to return it to a basic angle position, so that the actuating button can be manually deflected in a first direction of rotation by a first angular amount and/or in an opposite second direction of rotation by a second angular amount from the basic angle position against its spring preload and after manually releasing the actuating button, the actuating button automatically returns to its basic angle position due to its restoring spring preload when the actuating button is in its second height position.
  • the base body can be part of a housing in which the input device is integrated.
  • the base body can be a component such as a housing of a handheld control device.
  • the handheld control device can form a human-robot interface such that a person can make manual inputs on the handheld control device in order to be able to control functions of the robot, in particular by the person using the handheld control device to control a control device of the robot.
  • the handheld control device can have, for example, additional input means such as a keyboard, an emergency stop button, an approval button or other buttons or switches.
  • the handheld control device can also have display means such as lighting or displays.
  • the input device according to the invention can be designed as a self-sufficient handheld device that has no further input means and control devices in addition to the control functions that can be controlled manually using the input device according to the invention.
  • the base body can be a carrier plate or a circuit board on which the actuation button is mounted.
  • the operating button forms a handle that can be operated using a person's hand.
  • the operating button can, for example, have the shape of a basic geometric shape, such as a sphere, cylinder or cone. Alternatively, the operating button can have a more complex shape.
  • the operating button can be adapted to the fingers or hand of a person, particularly from an ergonomic point of view.
  • the actuating button is mounted on the base body or on a component connected to the base body. The actuating button is mounted in such a way that the actuating button can be rotated about an axis of rotation and can also be adjusted linearly along this axis of rotation, specifically between a first height position and a second height position of the actuating button.
  • the actuating button is therefore not only rotatable but also linearly adjustable. This means that the actuating button can be rotated about its axis of rotation like a rotary control and can also be pushed in or pulled out in the direction of the axis of rotation.
  • the input device has an angle of rotation sensor.
  • the angle of rotation sensor can be designed as an absolute value encoder.
  • the angle of rotation sensor can be designed as an incremental encoder.
  • the angle of rotation sensor can in particular be designed to generate an electrical signal which contains information about the current angle of rotation of the actuating button.
  • the input device has a position sensor.
  • the position sensor can be formed by a switch.
  • the switch can have a mechanical switching element which, when activated, closes or alternatively breaks an electrical circuit in order to generate a switching signal.
  • the switch can be assigned either to the first height position of the actuating button or to the second height position of the actuating button.
  • the Switch can be designed to detect at least two different states. Accordingly, the switch can be assigned to both the first height of the actuating button and the second height of the actuating button.
  • the switch can, for example, have two separate electrical switching contact pairs, one switching contact pair being assigned to the first height of the actuating button and the other switching contact pair being assigned to the second height of the actuating button.
  • a pushbutton switch can, for example, be assigned to an axial front side of the rotation axis of the actuating button, so that in one height of the actuating button the pushbutton switch is actuated by the rotation axis of the actuating button, i.e. is activated, and in the other height of the actuating button the pushbutton switch is not actuated by the rotation axis of the actuating button, so that it is then not activated.
  • the position sensor can be designed to combine functions with the angle of rotation sensor. If the angle of rotation sensor is designed, for example, as an incremental encoder with photoelectric scanning, the position sensor can also be designed as a photoelectric switch or button, wherein the scanning structure of the angle of rotation sensor is raised or lowered with the actuating button and the photoelectric switch or button can photoelectrically detect a change in position of the actuating button.
  • the locking device combines two different locking characteristics for the actuating button.
  • the actuating button In the one possible axial position of the actuating button, in which the actuating button is in its first height position, the actuating button has a first locking characteristic, in which the actuating button can be rotated over a relatively large angle of rotation, for example at least 90 degrees, 180 degrees, 270 degrees or 360 degrees, and during one rotation skips several consecutive locking angle positions at equal intervals or, when a desired angle of rotation position of the actuating button is reached, locks into the next fixed locking angle position.
  • the actuating button In the other possible axial position of the actuating button, in which the actuating button is in its second height position, the actuating button has a different, second locking characteristic, in which the actuating button can only be turned forwards and/or backwards by a relatively small angle of rotation, for example only 10 degrees, 20 degrees, 30 degrees or 45 degrees, and in such a turned state is under a spring preload, so that when the actuating button is manually released, it automatically swings back into its basic position.
  • a relatively small angle of rotation for example only 10 degrees, 20 degrees, 30 degrees or 45 degrees
  • the actuating button behaves when it is in its first height position in such a way that the actuating button can selectively lock into one of several discrete locking angle positions depending on its rotational angle position.
  • the actuating button behaves when it is in its second height position in such a way that the actuating button is spring-loaded into a If the actuating button, when it is in its second height position, is manually deflected in a first direction of rotation by a first angular amount and/or in an opposite second direction of rotation by a second angular amount from the basic angle position against its spring preload, it will automatically spring back to its basic angle position after the actuating button is manually released due to its resetting spring preload.
  • the locking device can have a driver disk which carries a plurality of ribs evenly distributed over a circumference, which extend in the axial direction from a base plate of the driver disk in the direction of a toothed ring of the locking device which is separate from the driver disk and which has a number of tooth heads and/or tooth roots evenly distributed over a circumference corresponding to the number of ribs of the driver disk.
  • the driving disc and the gear ring interact to form a locking mechanism which carries out its locking function when the actuating button rotates relative to the base body of the input device.
  • the driving disc can be connected to the actuating button or the driving disc can be formed on the actuating button and the gear ring can be connected to the base body or the gear ring can be formed on the base body.
  • the gear ring can be connected to the actuating button or the gear ring can be formed on the actuating button and the driving disc be connected to the base body or the drive plate be formed on the base body.
  • the driving plate can, for example, have a circular disk-shaped base plate, with a plurality of ribs evenly distributed around a circumference being attached like a blade ring to a circular disk surface of the driving plate facing the gear ring, or being formed integrally with the base plate.
  • the actuating button When the actuating button is in the first height position, the ribs of the driving plate are not engaged with the tooth tips and/or tooth bases of the gear ring.
  • the actuating button is in the second height position, the ribs of the driving plate are engaged with the tooth tips and/or tooth bases of the gear ring, i.e. the ribs penetrate into the tooth bases between any two adjacent tooth tips.
  • the ribs of the driving plate in interaction with the tooth tips and/or tooth bases of the gear ring thus act like a claw clutch.
  • the gear ring can be mounted around the axis of rotation of the actuating button in a torsionally elastic manner with respect to the base body or the driving plate.
  • the ribs of the drive plate can rotate over the tooth heads without being influenced by the gear ring, without the ribs coming into contact with the tooth heads. In this arrangement, the operating button can therefore rotate freely, which is not influenced by the gear ring. If the operating button is in its second height position, the ribs are in engagement with the tooth heads, so that when the operating button or the Driving plate means that the ring gear is also rotated.
  • the ring gear is not mounted so that it can rotate freely in relation to the base body, but is elastically attached to the base body so that the ring gear can only be rotated forwards and/or backwards by a relatively small angle of rotation, for example just 10 degrees, 20 degrees, 30 degrees or 45 degrees, and in such a rotated state it is under spring tension so that when the actuating button is manually released it automatically swings back to its basic position.
  • the actuating button or driving plate can only be rotated forwards and/or backwards by a relatively small angle of rotation, for example just 10 degrees, 20 degrees, 30 degrees or 45 degrees, so that when the actuating button or the drive plate is spring-loaded so that when the operating button is released manually, it automatically swings back to its basic position.
  • the gear ring can be torsionally connected to a hub by means of elastic and/or spring-loaded spokes in a special design.
  • the hub and the spokes are therefore part of the gear ring.
  • the hub, the multiple spokes and the actual gear ring, i.e. the tooth tips and the tooth bases, can be designed, for example, as a one-piece plastic component, in particular a plastic injection-molded part.
  • the multiple spokes connect the gear ring between the tooth tips and tooth bases in an elastic manner.
  • the spokes can each have a shape that deviates from the purely straight-radial extension.
  • the multiple spokes can, for example, be curved once or with multiple curves in the direction of rotation or against the direction of rotation, for example bent in an S-shape.
  • Such a curved course of the spokes makes the spokes elastically deformable. Due to the elastic deformability of the spokes, the outer ring of the gear ring or the tooth tips and tooth bases can be rotated relative to the hub by a certain angle of rotation when a torque is applied. If the torque is removed, the outer ring returns to its original position.
  • the main body of the input device can have on an inner wall a plurality of locking projections which are evenly distributed over an inner circumference and extend radially inwards in order to interact with the ribs of the driver plate in a locking manner in the position of the actuating button in its first height position, so that the actuating button selectively locks into one of a plurality of discrete locking angle positions depending on its rotational angle position.
  • the locking projections can also be mounted elastically on the inner circumference of the inner wall of the base body.
  • the locking projections can thus move radially outwards when the drive plate equipped with the ribs is rotated with a minimum torque over the locking projections. If no torque is exerted on the drive plate or on the actuating button, for example when the When the actuating button is released by a person, the ribs of the driving disc move away from spring-elastically pre-tensioned locking projections so that the locking projections can relax into their basic positions and the driving disc equipped with the ribs is automatically pressed into a predetermined, discrete locking position as each locking projection penetrates between two adjacent ribs.
  • the number of locking projections evenly distributed over an inner circumference on the base body can be matched to the number of tooth heads and/or tooth bases of the gear ring evenly distributed over a circumference in such a way that in any rotational locking position of the actuating button the ribs of the driving disc are aligned with the tooth bases, so that when the actuating button is manually repositioned from its first height position to its second height position the ribs of the driving disc can penetrate into the tooth bases of the gear ring.
  • the number of locking projections evenly distributed over an inner circumference on the base body and the number of tooth tips and/or tooth bases of the gear ring evenly distributed over a circumference can be the same.
  • the number of tooth tips and/or tooth bases of the gear ring evenly distributed over a circumference can be a multiple of the number of locking projections evenly distributed over an inner circumference on the base body.
  • the respective number of locking projections or tooth tips and/or tooth bases determines the angular resolution of the locking positions.
  • the actuating button can have a rotation axis which is mounted on the base body so as to be height-adjustable in the axial direction, so that the actuating button can be adjusted linearly between its first height position and its second height position, wherein an axial adjusting device is provided which fixes the actuating button either in the first height position or in the second height position in a manually releasable locking manner or in a spring-loaded manner.
  • the rotation axis forms, in addition to the rotatable bearing of the actuating button, a height-adjustable slide which supports the actuating button so that its height can be adjusted, i.e. it can either be manually pulled out axially by a certain amount or manually pushed in axially by a certain amount.
  • the actuating button can thus be manually adjusted back and forth between its first height and its second height.
  • the rotation axis and consequently also the actuating button locks into place in its first height and/or its second height. In this case, the rotation axis or the actuating button remains in its assumed height when a person releases the actuating button.
  • the rotation axis and consequently also the actuating button are spring-loaded in their first height position, in their second height position or in an intermediate basic position. This means that in this case the actuating button can be moved to its first height position or to its second height position can be pressed or pulled, but after the operating button is released it automatically returns to the basic position.
  • the angle of rotation sensor can comprise an angle of rotation encoder which is designed to detect the relative angle of rotation position of the actuating button with respect to the main body of the input device.
  • the angle of rotation sensor can be designed as an absolute value encoder. Alternatively, the angle of rotation sensor can be designed as an incremental encoder. The angle of rotation sensor can in particular be designed to generate an electrical signal which contains information about the current angle of rotation position of the actuating button.
  • the position sensor may comprise an electrical switch that can be activated by the actuating button and is configured to detect the position of the actuating button in the first altitude and/or in the second altitude.
  • the position sensor can be formed in a simple embodiment by a switch.
  • the switch can have a mechanical switching element which closes an electrical circuit when activated or alternatively breaks it in order to generate a switching signal.
  • the switch can be assigned either to the first height position of the actuating button or to the second height position of the actuating button.
  • the switch can be designed to detect at least two different states. Accordingly, the switch can be assigned to both the first height position of the actuating button and the second height position of the actuating button.
  • the switch can, for example, have two separate electrical switching contact pairs, one switching contact pair being assigned to the first height position of the actuating button and the other switching contact pair being assigned to the second height position of the actuating button.
  • a pushbutton switch can, for example, be assigned to an axial front side of the rotation axis of the actuating button, so that in one height position of the actuating button the pushbutton switch is actuated by the rotation axis of the actuating button, i.e. is activated, and in the other height position of the actuating button the pushbutton switch is not actuated by the rotation axis of the actuating button, so that it is then not activated.
  • the position sensor can be designed to combine functions with the angle of rotation sensor. If the angle of rotation sensor is designed, for example, as an incremental encoder with photoelectric scanning, the position sensor can also be designed as a photoelectric switch or button, wherein the scanning structure of the angle of rotation sensor is raised or lowered with the actuating button and the photoelectric switch or button can photoelectrically detect a change in position of the actuating button.
  • the input device can be connected to a robot control device which is designed and arranged to, upon manual actuation of the actuating button of the input device when the actuating button is in its first height position, generate a signal associated with the set angle of rotation position depending on the angle of rotation position of the actuating button. to activate an electrical drive of a joint of a robot from several electrical drives of several joints of the robot for the driven adjustment of the associated joint.
  • the robot can have several links and joints. Two adjacent links can be connected by means of one of the joints, so that when the joint position of the respective joint changes, the two adjacent links can be adjusted relative to one another. Each joint can be adjusted automatically by an electric drive or in manual operation.
  • a robot control device is provided which can control all of the electric drives of all of the robot's joints. If the input device according to the invention is connected to the robot control device, the input device can be used to select a single electric drive in order to be able to adjust a specific joint in a controlled manner, and the selected electric drive can be driven either forwards or backwards by pressing the actuating button on the input device in order to adjust the relevant joint in the desired manner.
  • the input device can accordingly be connected to a robot control device which is designed and configured to drive an activated electric drive of a joint of a robot when the actuating button of the input device is manually actuated when the actuating button is in its second height position in order to adjust the relevant joint of the robot when the actuating button is manually rotated in its second height position.
  • Fig. 1 is a perspective view of an exemplary input device
  • Fig. 2 is an exploded view of an exemplary locking device
  • Fig . 3 is a perspective view of a
  • Fig. 4 is a perspective view of a
  • Fig. 5 is a side view of the locking pair of the drive plate with ribs and the gear ring in a separation position according to the first height position of the
  • Fig. 6 is a side view of the locking pair of the drive plate with ribs and the gear ring in a coupled position according to the second height position of the actuating button
  • Fig . 7 and 8 a perspective view of a
  • Fig . 9 and 10 a perspective view of a
  • Fig. 11 is a schematic sectional view of a first embodiment of an input device in the first height position of the actuating button
  • Fig. 12 is a schematic sectional view of the first embodiment of the input device in the second
  • FIG. 13 is a schematic sectional view of a second embodiment of an input device in the first height position of the actuating button
  • Fig. 14 is a schematic sectional view of the second embodiment of the input device in the second height position of the actuating button
  • Fig. 15 is a schematic sectional view of a third embodiment of an input device in the first height position of the actuating button
  • Fig. 16 is a schematic sectional view of the third embodiment of the input device in the second height position of the actuating button
  • Fig. 17 is a schematic sectional view of a fourth embodiment of an input device in the first height position of the actuating button
  • Fig. 18 is a schematic sectional view of the fourth embodiment of the input device in the second height position of the actuating button
  • Fig. 19 is a schematic sectional view of a fifth embodiment of a Input device in the first height position of the operating button
  • Fig. 20 is a schematic sectional view of the fifth embodiment of the input device in the second height position of the actuating button
  • Fig. 21 is a schematic sectional view of a sixth embodiment of an input device in the first height position of the actuating button
  • Fig. 22 is a schematic sectional view of the sixth embodiment of the
  • Fig. 23 is a schematic sectional view of a seventh embodiment of an input device in the first height position of the actuating button.
  • Fig. 24 is a schematic sectional view of the seventh embodiment of the input device in the second height position of the actuating button.
  • Fig. 1 an example of a minimalist robot control handheld device 1 is shown.
  • the robot control handheld device 1 has an emergency stop button 2 and an enabling switch 3.
  • Hand-held operating device 1 has an input device 4 according to the invention.
  • the input device 4 serves to control a robot 15 ( Fig. 7 to Fig. 10 ) and has a base body 6 and an actuating button 7 which is mounted on the base body 6 so as to be rotatable about an axis of rotation D and is mounted so as to be linearly adjustable along the axis of rotation D between a first height position H1 ( Fig. 5 ) and a second height position H2 ( Fig. 6 ).
  • the input device 4 also comprises a rotation angle sensor 8, which is designed to detect the rotation angle position of the actuating button 7, and a position sensor 9, which is designed to detect the position of the actuating button 7 in the first height position H1 and/or in the second height position H2.
  • a rotation angle sensor 8 which is designed to detect the rotation angle position of the actuating button 7
  • a position sensor 9 which is designed to detect the position of the actuating button 7 in the first height position H1 and/or in the second height position H2.
  • Different versions of rotation angle sensors 8 and position sensors 9 are shown in Fig. 11 to Fig. 24.
  • the input device 4 further comprises a locking device 10 according to the invention.
  • the locking device 10 is designed to allow the actuating button 7 to engage in one of several discrete locking angle positions as a function of its angle of rotation position when the actuating button 7 is in its first height position H1, and to mount the actuating button 7 in a spring-loaded manner so as to return it to a basic angle position, so that the actuating button 7 can be manually deflected in a first direction of rotation by a first angle amount and/or in an opposite second direction of rotation by a second angle amount from the basic angle position against its spring preload and after manually releasing the actuating button 7, the actuating button 7 automatically returns to its basic angle position due to its restoring spring preload. returns when the operating button 7 is in its second height position H2 .
  • the input device 4 combines the two input types, rotary mode - in the first height position H1 - and inching mode - in the second height position H2 - in one input element.
  • a deliberate switchover by axial adjustment of the actuating button 7 enables a change between the two input types.
  • the input device 4 can have the base body 6, which can be part of a minimalist robot handheld device 1, as shown here by way of example in Fig. 1 and Fig. 2.
  • the input device 4 has a rotatable actuating button 7, which is placed on the base body 6 as a rotary support.
  • the input device 4 also has a plurality of circularly arranged ribs 11 on a drive plate 12.
  • a central hub 13 of a gear ring 14 guides the rotary support, or the actuating button 7, which can be rotated about the axis of rotation D.
  • the hub 13 has an annular groove 16 on its inner peripheral wall, which interacts in a form-fitting manner with an annular bead 17 on an outer casing wall of an axle stub 18 of the actuating button 7.
  • the gear ring 14 has a ring of axially upwardly pointing tooth heads 19 and tooth bases 20 on the outer peripheral area, which are elastically connected to the central hub 13 of the gear ring 14 via spokes 21 or spring elements 21a. This is particularly evident in Fig. 3 and Fig. 4.
  • the spokes 21 or spring elements 21a are designed in such a way that they only allow a tangential rotation of the gear ring to the Allow for center movement, but counteract axial displacement.
  • the locking device 10 has a driver disk 12 which carries a plurality of ribs 11 arranged evenly distributed over a circumference, which extend in the axial direction away from a base plate of the driver disk 12 in the direction of a toothed ring 14 of the locking device 10 which is separate from the driver disk 12 and which has a number of tooth tips 19 and/or tooth bases 20 arranged evenly distributed over a circumference corresponding to the number of ribs 11 of the driver disk 12.
  • the gear ring 14 is mounted in a torsionally elastic manner about the rotation axis D of the actuating button 7 with respect to the base body 6 or the drive plate 12.
  • the gear ring 14 is torsionally elastically connected by means of the elastic and/or springy spokes 21 to a hub 13 which is fastened to the base body 6 or mounted on the drive plate 12.
  • the gear ring 14 is mounted within the outer casing of the base body 6, which comprises one or more spring-loaded locking projections 22 on an inner side.
  • the locking projections 22 are located exactly at the level of the tooth tips 19, as illustrated in particular in Fig. 4.
  • the ribs 11 of the driving disk 12 run axially over the tooth tips 19, do not touch them, as shown in Fig. 5, and only touch the locking projections 22, in particular run over them in a sliding manner, in inching operation, i.e. when the actuating button 7 is in its second height position H2, as is illustrated for example in Fig. 6, the ribs 11 of the driving disk 12 are stuck in the tooth bases 20 of the gear rim 14 due to an axial displacement of the actuating button 7, in particular of the driving disk 12, as is shown in particular in Fig. 6, and touch the opposite tooth flanks of two adjacent tooth tips 19 on both sides.
  • the base body 6 of the input device 4 can have on an inner wall a plurality of locking projections 22 which are evenly distributed over an inner circumference and which extend radially inwards in order to interact in a locking manner with the ribs 11 of the drive plate 12 in the position of the actuating button 7 in its first height position Hl, so that the actuating button 7 selectively locks into one of several discrete locking angle positions depending on its rotational angle position.
  • the number of locking projections 22 evenly distributed over an inner circumference on the base body 6 can be matched to the number of tooth heads 19 and/or tooth bases 20 of the gear ring 14 evenly distributed over a circumference in such a way that in any rotational locking position of the actuating button 7 the ribs 11 of the driving disk 12 are aligned with the tooth bases 20, so that when the actuating button 7 is manually repositioned from its first height position H1 to its second height position H2 the ribs 11 of the driving disk 12 can penetrate into the tooth bases 20 of the gear ring 14.
  • the actuating button 7 has a rotation axis D which is mounted on the base body 6 so that it can be adjusted in height in the axial direction, so that the actuating button 7 can be adjusted linearly between its first height position H1 and its second height position H2, wherein an axial adjustment device is provided which fixes the actuating button 7 either in the first height position H1 or in the second height position H2 in a manually releasable manner or in a spring-loaded manner.
  • This new type of input device 4 offers the user a very centered input, which enables a very efficient workflow despite the minimal number of keys. This is illustrated below using the example of manual axis movement in robots 15.
  • the robot 15 to be operated with the input device 4 has lighting means 23 on each axis which indicate the selection of a certain axis by means of the input device 4 by lighting up. This is shown in particular in Fig. 7 and Fig. 8.
  • the actuating button 7 or the drive plate 12 is in the first height position Hl.
  • the user can simply scroll through the axes with the input device 4 by selecting the axes one after the other with each click of the actuating button 7 and the respective associated light ring lighting up.
  • the input device 4 can be connected to a robot control device 24, which is designed and configured to manually actuate the actuating button 7 of the input device 4 when the actuating button 7 is in its first height position H1, depending on the angle of rotation position of the actuating button 7, select an electrical drive of a joint of the robot 15 from a plurality of electrical drives of a plurality of joints of the robot 15, which is associated with the set angle of rotation position.
  • Robot 15 for the driven adjustment of the associated joint.
  • the rotation of the actuating button 7 is limited to a defined angle by the driver tooth engagement of the locking device 10.
  • the rotary movement of the selected axis, in particular its speed, can be proportional to the deflection of the actuating button 7 from the locked zero position.
  • the input device 4 can be connected to the robot control device 24, which is designed and configured to drive an activated electric drive of a joint of the robot 15 when the actuating button 7 of the input device 4 is manually actuated when the actuating button 7 is in its second height position H2 in order to adjust the relevant joint of the robot 15 when the actuating button 7 is manually rotated in its second height position H2.
  • Figures 11, 13, 15, 17, 19, 21 and 23 each show the rotary operation according to the first altitude H1
  • figures 12, 14, 15, 18, 20, 22 and 24 each show the jog operation according to the second altitude H2.
  • the drive disk 12 has a central cylindrical axle stub 18, which serves as the axis of rotation D of the actuating button 7.
  • the drive disk 12 is held in a form-fitting manner in one of two possible annular grooves 16 of the hub 13 of the gear ring 14 via an annular bead 17 of the drive disk 12 and can be moved axially between the two positions (first height position H1 according to Fig. 11 and second height position H2 according to Fig. 12).
  • the ribs 11 are firmly connected to the drive disk 12 and do not touch the gear ring 14 during rotation according to Fig. 11.
  • the base body 6 is only in contact with the drive disk 12 via the spring-loaded locking projections 22, which are haptically perceptible when passed over.
  • This haptic “click function” of the locking projections 22 in interaction with the ribs 11 can alternatively be realized via magnet pairings instead of mechanical locking marks.
  • the measuring disk 25 or the ring runs in an optical sensor 26 arranged on the base body 6, by means of which the measuring embodiment of the measuring disk 25 can be detected and evaluated in terms of position.
  • the arrangement of the measuring disk 25 and the optical sensor 26 also allows an axial displacement of the actuating button 7 or the driving disk 12.
  • a switch 27 registers the change of the actuating button 7 or the drive disk 12 into the tipping mode according to Fig. 12.
  • the rotation angle sensor 8 can comprise a rotation angle encoder, such as the measuring disk 25 and the optical sensor 26, which is designed to detect the relative rotation angle position of the actuating button 7 with respect to the base body 6 of the input device 4.
  • the position sensor 9 can have an electrical switch 27 that can be activated by the actuating button 7 and is configured to detect the position of the actuating button 7 in the first altitude H1 and/or in the second altitude H2.
  • either the same or a further sensor element 28 can evaluate the measuring disk 25 and, via a coding thereof, detect both a rotation and a displacement of the actuating button 7 or the drive disk 12.
  • the optical sensor 26 and/or the in contrast to the first and second embodiments, the sensor element 28 can also look directly at the inner surface 29 of the actuating button 7 or the driving disk 12 and can detect a rotation and/or displacement of the actuating button 7 or the driving disk 12, for example via reflection or via optical detection of a pattern or a regular or irregular surface structure.
  • an optical sensor 26 can measure a rotation of the actuating button 7 or the driving disk 12 via the inner surface 29 of the actuating button 7 or the driving disk 12.
  • a further sensor element 28 measures the axial position of the driving disk 12, for example as a proximity sensor or as a toggle switch. As a result, the separate switch 27 can be omitted.
  • the structure is reversed in that the ribs 11 are no longer rigidly connected to the drive plate 12, but are spring-loaded by means of the springs 30.
  • the gear ring 14 is firmly integrated into the base body 6.
  • the measuring system is constructed analogously to the fourth embodiment.
  • the hub 13 unlike the first to fifth embodiments, does not have two annular grooves 16, but only one annular groove 16 and a large recess 31 in which the annular bead 17 can move freely axially in the lower region in the jog mode according to Fig. 22.
  • a central spring 32 repeatedly guides the axle stub 18 of the drive disk 12 back into the upper position according to Fig. 21, in which the annular bead 17 engages in the individual annular groove 16 and the central spring 32 is no longer in contact with the axle stub 18 of the drive disk 12.
  • the operating button 7 always returns to the selection mode (rotary operation) and does not have to be actively pulled back.
  • the seventh embodiment of the input device 4 according to Fig. 23 and Fig. 24 has a fundamentally different structure.
  • the units of the drive disk 12 and an intermediate frame 38 with locking marks 33 and an angle measuring system 34 form a classic jog dial, which can be moved axially to a lower frame, the base body 6.
  • the two parts are secured against twisting by a guide 35.
  • the drive plate 12 and the intermediate frame 38 s are mounted in a bearing 36 so as to rotate freely relative to one another.
  • the driving ring 37 carried on the driving disk 12 is pushed into the lower position into the gear ring 14 which is elastically suspended in the base body 6 and limits the rotation.
  • the input device 4 disclosed here can significantly reduce the number of hardware input elements, in particular to a single central operating element, and nevertheless or precisely because of this enables a very efficient operation of an operating interface or a robot 15, in particular with regard to manual movement of the robot 15, in particular a Adjustment of the joints of the robot 15 in the axis space is possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung (4) zum Ansteuern eines Roboters (15), aufweisend eine Rastvorrichtung (10), die ausgebildet ist, den Betätigungsknopf (7) in Abhängigkeit seiner Drehwinkelstellung wahlweise in einer von mehreren diskreten Rastwinkelstellungen einrasten zu lassen, wenn sich der Betätigungsknopf (7) in seiner ersten Höhenlage (H1) befindet, und den Betätigungsknopf (7) in eine Grundwinkelstellung zurückstellend federvorgespannt zu lagern, so dass der Betätigungsknopf (7) in einer ersten Drehrichtung um einen ersten Winkelbetrag und/oder in einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung um einen zweiten Winkelbetrag aus der Grundwinkelstellung entgegen seiner Federvorspannung manuell auslenkbar ist und nach einem manuellen Loslassen des Betätigungsknopfes (7) der Betätigungsknopf (7) aufgrund seiner zurückstellenden Federvorspannung selbsttätig in seine Grundwinkelstellung zurückkehrt, wenn sich der Betätigungsknopf (7) in seiner zweiten Höhenlage (H2) befindet.

Description

Eingabevorrichtung zum Ansteuern eines Roboters
Die Erfindung betri f ft eine Eingabevorrichtung zum Ansteuern eines Roboters , aufweisend einen Grundkörper, einen am Grundkörper um eine Drehachse drehbar gelagerten und entlang der Drehachse zwischen einer ersten Höhenlage und einer zweiten Höhenlage linear verstellbar gelagerten Betätigungsknopf , einen Drehwinkelsensor, der ausgebildet ist zum Erfassen der Drehwinkelstellung des Betätigungs knopfes , und einen Positionssensor, der ausgebildet ist zum Erfassen der Position des Betätigungsknopfes in der ersten und/oder in der zweiten Höhenlage .
Die DE 10 2018 129 153 Al beschreibt eine Eingabeeinrichtung zum Manipulieren eines Roboters , umfassend eine Bodenplatte , einen beweglichen Abschnitt , der in einer in Bezug auf die Bodenplatte dreidimensional beweglichen Weise gehalten ist , und einen Detektor, der eine Detektion aus führt , indem er eine Bewegung des beweglichen Abschnitts in Bezug auf die Bodenplatte in Parallelbewegungsbeträge entlang einer ersten Achse und einer zweiten Achse , die sich parallel zu einer vorbestimmten Oberfläche der Bodenplatte erstrecken und orthogonal zueinander sind, und einen Parallelbewegungsbetrag entlang einer dritten Achse , die orthogonal zu der ersten Achse und der zweiten Achse ist , auf löst .
Aufgabe der Erfindung ist es , eine Eingabevorrichtung zum Ansteuern eines Roboters zu schaf fen, die trotz ergonomisch einfachem Aufbau eine hohe Funktionalität bietet .
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Eingabevorrichtung zum Ansteuern eines Roboters , aufweisend : einen Grundkörper, - einen am Grundkörper um eine Drehachse drehbar gelagerten und entlang der Drehachse zwischen einer ersten Höhenlage und einer zweiten Höhenlage linear verstellbar gelagerten Betätigungsknopf ,
- einen Drehwinkelsensor, der ausgebildet ist zum Erfassen der Drehwinkelstellung des Betätigungsknopf es ,
- einen Positionssensor, der ausgebildet ist zum Erfassen der Position des Betätigungsknopfes in der ersten und/oder in der zweiten Höhenlage , und aufweisend
- eine Rastvorrichtung, die ausgebildet ist , den Betätigungsknopf in Abhängigkeit seiner Drehwinkelstellung wahlweise in einer von mehreren diskreten Rastwinkelstellungen einrasten zu lassen, wenn sich der Betätigungsknopf in seiner ersten Höhenlage befindet , und den Betätigungsknopf in eine Grundwinkelstellung zurückstellend federvorgespannt zu lagern, so dass der Betätigungsknopf in einer ersten Drehrichtung um einen ersten Winkelbetrag und/oder in einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung um einen zweiten Winkelbetrag aus der Grundwinkelstellung entgegen seiner Federvorspannung manuell auslenkbar ist und nach einem manuellen Loslassen des Betätigungsknopfes der Betätigungsknopf aufgrund seiner zurückstellenden Federvorspannung selbsttätig in seine Grundwinkelstellung zurückkehrt , wenn sich der Betätigungsknopf in seiner zweiten Höhenlage befindet . Der Grundkörper kann Teil eines Gehäuses sein, in welche die Eingabevorrichtung integriert ist . So kann der Grundkörper beispielsweise ein Bauteil , wie ein Gehäuse eines Bedienhandgeräts sein . Das Bedienhandgerät kann eine Mensch- Roboter-Schnittstelle bilden, derart , dass eine Person manuelle Eingabe an dem Bedienhandgerät tätigen kann, um Funktionen des Roboters ansteuern zu können, insbesondere indem die Person mittels des Bedienhandgeräts eine Steuervorrichtung des Roboters steuert . Das Bedienhandgerät kann neben der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung beispielsweise zusätzliche Eingabemittel , wie eine Tastatur, einen Not-Aus-Taster, Zustimmtaster oder sonstige Taster oder Schalter aufweisen . Das Bedienhandgerät kann außerdem Anzeigemittel , wie beispielsweise Leuchtmittel oder Displays , aufweisen . Alternativ kann die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung als ein autarkes Handgerät ausgebildet sein, dass neben den Steuerungs funktionen, die mittels der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung manuell gesteuert werden können, keine weiteren Eingabemittel und Steuereinrichtungen aufweist . In einfachsten Fall kann der Grundkörper eine Trägerplatte sein oder eine Platine sein, an der der Betätigungsknopf gelagert ist .
Der Betätigungsknopf bildet einen Gri f f , der mittel s der Hand einer Person betätigt werden kann . Der Betätigungsknopf kann beispielsweise die Gestalt einer geometrischen Grundform, wie beispielsweise einer Kugel , eines Zylinders oder Kegels aufweisen . Alternativ kann der Betätigungsknopf eine komplexere Gestalt aufweisen . Der Betätigungsknopf kann insbesondere nach ergonomischen Aspekten an die Finger bzw . an die Hand eines Menschen angepasst sein . Der Betätigungsknopf ist an dem Grundkörper oder an einem mit dem Grundkörper verbundenen Bauteil gelagert . Die Lagerung des Betätigungsknopfes ist derart ausgestaltet , das s der Betätigungsknopf einerseits um eine Drehachse gedreht werden kann und andererseits entlang dieser Drehachse linear verstellt werden kann, und zwar zwischen einer ersten Höhenlage und einer zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes . Der Betätigungsknopf ist also nicht nur drehbar, sondern auch linear verstellbar . Dies bedeutet , dass der Betätigungsknopf wie ein Drehregler um seine Drehachse gedreht werden kann und außerdem in Drehachsrichtung hineingedrückt werden kann bzw . auch wieder herausgezogen werden kann .
Zur Erfassung der Drehwinkelstellung des Betätigungsknopfes weist die Eingabevorrichtung einen Drehwinkelsensor auf . Der Drehwinkelsensor kann als ein Absolutwertgeber ausgebildet sein . Alternativ kann der Drehwinkelsensor als ein Inkrementalgeber ausgebildet sein . Der Drehwinkelsensor kann insbesondere ausgebildet sein, ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches eine Information enthält über die aktuelle Drehwinkelstellung des Betätigungsknopfes .
Zur Erfassung der axialen Position des Betätigungsknopfes , also in der ersten und/oder in der zweiten Höhenlage , weist die Eingabevorrichtung einen Positionssensor auf . Der Positionssensor kann in einer einfachen Aus führungs form durch einen Schalter gebildet werden . Der Schalter kann dabei ein mechanisches Schaltglied aufweisen, das bei seiner Aktivierung einen elektrischen Stromkreis schließt oder alternativ trennt , um ein Schaltsignal zu erzeugen . Der Schalter kann wahlweise der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes oder der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes zugeordnet sein . Alternativ kann der Schalter zur Erfassung wenigstens zweiter verschiedener Zustände ausgebildet sein . Demgemäß kann der Schalter sowohl der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes als auch der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes zugeordnet sein . Der Schalter kann beispielsweise zwei separate elektrische Schaltkontaktpaare aufweisen, wobei das eine Schaltkontaktpaar der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes zugeordnet ist und das andere Schaltkontaktpaar der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes zugeordnet ist . In einem konkreten Aus führungsbeispiel kann ein Tastschalter beispielsweise einer axialen Stirnseite der Drehachse des Betätigungsknopfes zugeordnet sein, so dass in der einen Höhenlage des Betätigungsknopfes der Tastschalter von der Drehachse des Betätigungsknopfes betätigt , d . h . aktiviert wird und in der anderen Höhenlage des Betätigungsknopfes der Tastschalter von der Drehachse des Betätigungsknopfes nicht betätigt wird, so dass dieser dann nicht aktiviert ist .
Alternativ zu einem einfachen elektrischen Schalter oder elektrischen Taster kann der Positionssensor funktionsvereinigend mit dem Drehwinkelsensor ausgebildet sein . Wenn der Drehwinkelsensor beispielsweise als ein Inkrementalgeber mit photoelektrischer Abtastung ausgebildet ist , kann der Positionssensor auch als ein photoelektrischer Schalter oder Taster ausgebildet sein, wobei die Abtaststruktur des Drehwinkelsensors mit dem Betätigungsknopf angehoben bzw . abgesenkt wird und dabei der photoelektrische Schalter oder Taster eine Positionsänderung des Betätigungsknopfes photoelektrisch erfassen kann .
Die erfindungsgemäße Rastvorrichtung vereinigt zwei verschiedene Rastcharakteristika für den Betätigungsknopf . In der einen möglichen Axialposition des Betätigungsknopfs , in der sich der Betätigungsknopf in seiner ersten Höhenlage befindet , weist der Betätigungsknopf eine erste Rastcharakteristik auf , bei welcher der Betätigungs knopf über einen relativ großen Drehwinkel , beispielsweise mindestens 90 Grad, 180 Grad, 270 Grad oder 360 Grad, hinweg gedreht werden kann und während eines Drehens mehrere in gleichmäß igen Abständen aufeinanderfolgende Rastwinkelstellungen überspringt bzw . bei Erreichen einer gewünschten Drehwinkelstellung des Betätigungsknopfs in die nächstliegende fest vorgegebene Rastwinkelstellung einrastet .
In der anderen möglichen Axialposition des Betätigungsknopfs , in der sich der Betätigungsknopf in seiner zweiten Höhenlage befindet , weist der Betätigungsknopf eine andere , zweite Rastcharakteristik auf , bei welcher der Betätigungs knopf nur um einen relativ kleinen Drehwinkel , beispielsweise lediglich 10 Grad, 20 Grad, 30 Grad oder 45 Grad, vorwärts und/oder rückwärts gedreht werden kann und in einem solchen gedrehten Zustand unter einer Federvorspannung steht , so dass bei einem manuellen Loslassen des Betätigungsknopfes dieser selbsttätig wieder in seine Grundstellung zurückschwenkt .
Demgemäß verhält sich aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Rastvorrichtung der Betätigungsknopf , wenn er sich in seiner ersten Höhenlage befindet , so , dass der Betätigungsknopf in Abhängigkeit seiner Drehwinkelstellung wahlweise in einer von mehreren diskreten Rastwinkelstellungen einrasten kann .
Außerdem verhält sich aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Rastvorrichtung der Betätigungsknopf , wenn er sich in seiner zweiten Höhenlage befindet , so , dass der Betätigungsknopf sich federvorgespannt in eine Grundwinkelstellung zurückstellt , wenn er losgelassen wird . Wird der Betätigungsknopf , wenn er sich in seiner zweiten Höhenlage befindet , in einer ersten Drehrichtung um einen ersten Winkelbetrag und/oder in einer entgegengeset zten zweiten Drehrichtung um einen zweiten Winkelbetrag aus der Grundwinkelstellung entgegen seiner Federvorspannung manuell ausgelenkt , so springt er nach einem manuellen Loslassen des Betätigungsknopfes aufgrund seiner zurückstellenden Federvorspannung selbsttätig in seine Grundwinkelstellung zurück .
Die Rastvorrichtung kann eine Mitnehmerscheibe aufweisen, welche mehrere gleichmäßig über einen Umfang vertei lt angeordnete Rippen trägt , die sich in axialer Richtung von einer Grundplatte der Mitnehmerscheibe weg erstrecken in Richtung eines von der Mitnehmerscheibe separaten Zahnkranzes der Rastvorrichtung, welcher ein der Anzahl der Rippen der Mitnehmerscheibe entsprechende Anzahl von gleichmäß ig über einen Umfang verteilt angeordneter Zahnköpfe und/oder Zahngründe aufweist .
Die Mitnehmerscheibe und der Zahnkranz bilden im Zusammenwirken einen Rastmechanismus , der bei einer Drehbewegung des Betätigungsknopfes relativ zum Grundkörper der Eingabevorrichtung seine Rastfunktion aus führt . Demgemäß kann in einer ersten Variante die Mitnehmerscheibe mit dem Betätigungsknopf verbunden sein bzw . die Mitnehmerscheibe an dem Betätigungsknopf ausgebildet sein und der Zahnkranz mit dem Grundkörper verbunden sein bzw . der Zahnkranz an dem Grundkörper ausgebildet sein . In einer alternativen bzw . umgekehrten zweiten Variante kann der Zahnkranz mit dem Betätigungsknopf verbunden sein bzw . der Zahnkranz an dem Betätigungsknopf ausgebildet sein und die Mitnehmerscheibe mit dem Grundkörper verbunden sein bzw . die Mitnehmerscheibe an dem Grundkörper ausgebildet sein .
Die Mitnehmerscheibe kann beispielsweise eine kreisscheibenförmige Grundplatte aufweisen, wobei auf einer dem Zahnkranz zuweisenden Kreisscheibenfläche der Mitnehmerscheibe schaufelkranzartig mehrere gleichmäßig auf einem Umfang verteilt angeordnete Rippen befestigt sind oder einteilig mit der Grundplatte ausgebildet sind . In der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes sind die Rippen der Mitnehmerscheibe außer Eingri f f mit den Zahnköpfen und/oder Zahngründen des Zahnkranzes . In der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes sind die Rippen der Mitnehmerscheibe in Eingri f f mit den Zahnköpfen und/oder Zahngründen des Zahnkranzes , d . h . die Rippen tauchen in die Zahngründe zwischen j eweils zwei benachbarten Zahnköpfen ein . Die Rippen der Mitnehmerscheibe im Zusammenspiel mit den Zahnköpfen und/oder Zahngründen des Zahnkranzes wirken somit in Art einer Klauenkupplung .
Der Zahnkranz kann um die Drehachse des Betätigungs knopfes drehelastisch bezüglich des Grundkörpers oder der Mitnehmerscheibe gelagert sein .
Befindet sich der Betätigungsknopf in seiner ersten Höhenlage , können die Rippen der Mitnehmerscheibe unbeeinflusst vom Zahnkranz über die Zahnköpfen hinweg rotieren, ohne dass die Rippen mit den Zahnköpfen in Berührung kommen . Der Betätigungsknopf kann in dieser Anordnung also eine freie Drehung aus führen, die nicht vom Zahnkranz beeinflusst wird . Befindet sich der Betätigungsknopf in seiner zweiten Höhenlage , sind die Rippen mit den Zahnköpfen in Eingri f f , so dass bei einer Drehung des Betätigungsknopfes bzw . bei einer Drehung der Mitnehmerscheibe auch der Zahnkranz mitgedreht wird . Der Zahnkranz ist j edoch nicht frei drehbar bezüglich des Grundkörpers gelagert , sondern in elastischer Weise an dem Grundkörper festgelegt , so dass der Zahnkranz nur um einen relativ kleinen Drehwinkel , beispielsweise lediglich 10 Grad, 20 Grad, 30 Grad oder 45 Grad, vorwärts und/oder rückwärts gedreht werden kann und in einem solchen gedrehten Zustand unter einer Federvorspannung steht , so dass bei einem manuellen Loslassen des Betätigungsknopfes dieser selbsttätig wieder in seine Grundstellung zurückschwenkt . Aufgrund der kupplungsartigen Verbindung von Betätigungsknopf bzw . Mitnehmerscheibe und Zahnkranz kann auch der Betätigungsknopf bzw . die Mitnehmerscheibe nur um einen relativ kleinen Drehwinkel , beispielsweise lediglich 10 Grad, 20 Grad, 30 Grad oder 45 Grad, vorwärts und/oder rückwärts gedreht werden, so dass in einem solchen gedrehten Zustand auch der Betätigungsknopf bzw . die Mitnehmerscheibe unter einer Federvorspannung steht , so dass bei einem manuellen Loslassen des Betätigungsknopfes dieser selbsttätig wieder in seine Grundstellung zurückschwenkt .
Zur Erzielung der Federvorspannung kann der Zahnkranz in einer speziellen Aus führungsart mittels elastischer und/oder federnder Speichen drehelastisch mit einer Nabe verbunden sein, die an dem Grundkörper befestigt oder an der Mitnehmerscheibe gelagert ist . Die Nabe und die Speichen sind insoweit Teil des Zahnkranzes . Die Nabe , die mehreren Speichen und der eigentliche Zahnkranz , d . h . die Zahnköpfe und die Zahngründe können beispielsweise als ein einteiliges Kunststof fbauteil , insbesondere Kunststof f-Spitzgus steil ausgebildet sein . Die mehreren Speichen verbinden den Zahnkranz von Zahnköpfen und Zahngründen in elastischer Weise . Dazu können die Speichen j eweils eine von der reinen gerade-radialen Erstreckung abweichende Form aufweisen . Die mehreren Speichen können beispielsweise in Drehrichtung oder entgegen der Drehrichtung einfach gebogen oder mehrfach gebogen verlaufend ausgebildet sein, beispielsweise S- förmig gebogen verlaufend ausgebildet sein . Durch eine solchen gebogenen Verlauf der Speichen wird eine elastische Verformbarkeit der Speichen erreicht . Aufgrund der elastische Verformbarkeit der Speichen kann der äußere Ring des Zahnkranzes bzw . der Zahnköpfe und Zahngründe relativ zur Nabe um einen gewissen Drehwinkel bei Aufbringen eines Drehmoments verdreht werden . Fällt das Drehmoment weg, dann kehrt der der äußere Ring wieder in seine Ausgangsstellung zurück .
Der Grundkörper der Eingabevorrichtung kann an einer Innenwand mehrere gleichmäßig über einen Innenumfang verteilt angeordnete Rastvorsprünge aufweisen, die sich radial nach innen erstrecken, um in der Position des Betätigungsknopfes in seiner ersten Höhenlage mit den Rippen der Mitnehmerscheibe rastend zusammenzuwirken, so dass der Betätigungsknopf in Abhängigkeit seiner Drehwinkelstellung wahlweise in einer von mehreren diskreten Rastwinkelstellungen einrastet .
Die Rastvorsprünge können ebenfalls federelastisch an dem Innenumfang der Innenwand des Grundkörpers gelagert sein . So können die Rastvorsprünge radial nach außen ausweichen, wenn die mit den Rippen ausgestattete Mitnehmerscheibe mit einem Mindestmoment über die Rastvorsprünge hinweggedreht wird . Wird kein Moment auf die Mitnehmerscheibe bzw . auf den Betätigungsknopf ausgeübt , beispielsweise wenn der Betätigungsknopf von einer Person losgelassen wird, dann weichen die Rippen der Mitnehmerscheibe von federelastisch vorgespannten Rastvorsprünge weg, so dass sich die Rastvorsprünge in ihre Grundstellungen entspannen können und die mit den Rippen ausgestattete Mitnehmerscheibe selbsttätig in eine vorgegebene diskrete Raststellung gedrückt wird, indem j eder Rastvorsprung zwischen j eweils zwei benachbarten Rippen eindringt .
Die Anzahl der am Grundkörper gleichmäßig über einen Innenumfang verteilt angeordneten Rastvorsprünge kann auf die Anzahl der gleichmäßig über einen Umfang verteilt angeordneten Zahnköpfe und/oder Zahngründe des Zahnkranzes derart abgestimmt sein, dass in j eder beliebigen Drehraststellung des Betätigungsknopfes die Rippen der Mitnehmerscheibe mit den Zahngründen fluchten, so dass bei einem manuellen Umpositionieren des Betätigungsknopfes aus seiner ersten Höhenlage in seine zweite Höhenlage die Rippen der Mitnehmerscheibe in die Zahngründe des Zahnkranzes eintauchen können .
Die Anzahl der am Grundkörper gleichmäßig über einen Innenumfang verteilt angeordneten Rastvorsprünge und die Anzahl der gleichmäßig über einen Umfang verteilt angeordneten Zahnköpfe und/oder Zahngründe des Zahnkranzes kann gleich sein . Alternativ kann die Anzahl der gleichmäßig über einen Umfang verteilt angeordneten Zahnköpfe und/oder Zahngründe des Zahnkranzes ein Viel faches der Anzahl der am Grundkörper gleichmäßig über einen Innenumfang verteilt angeordneten Rastvorsprünge sein . Die j eweilige Anzahl von Rastvorsprüngen bzw . von Zahnköpfen und/oder Zahngründen bestimmt die Winkelauflösung der Raststellungen . Der Betätigungsknopf kann eine Drehachse aufweisen, die an dem Grundkörper in axialer Richtung höhenverstellbar gelagert ist , so dass der Betätigungsknopf zwischen seiner ersten Höhenlage und seiner zweiten Höhenlage linear verstellbar ist , wobei eine Axialstelleinrichtung vorgesehen ist , welche den Betätigungsknopf wahlweise entweder in der ersten Höhenlage oder in der zweiten Höhenlage manuell lösbar einrastend oder federvorgespannt fixiert .
Die Drehachse bildet insoweit neben der drehbaren Lagerung des Betätigungsknopfes einen höhenverstellbaren Schieber, der den Betätigungsknopf trägt , so dass dieser in der Höhe verstellt werden kann, d . h . wahlweise manuell axial um ein Stück herausgezogen werden kann oder manuell axial um ein Stück hineingedrückt werden kann . So kann der Betätigungsknopf manuell zwischen seiner ersten Höhenlage und seiner zweiten Höhenlage hin und her verstellt werden . In einer ersten Aus führungsalternative kann vorgesehen sein, dass die Drehachse und folglich auch der Betätigungsknopf in seiner ersten Höhenlage und/oder in seiner zweiten Höhenlage einrastet . In diesem Fall verbleibt die Drehachse bzw . der Betätigungsknopf in seiner eingenommenen Höhenlage , wenn eine Person den Betätigungsknopf loslässt . Soll der Betätigungsknopf in die j eweils andere Höhenlage gewechselt werden, so muss eine durch die Rasteinrichtung vorgegebene Mindestkraft überwunden werden, um die Drehachse bzw . den Betätigungsknopf aus seiner momentane Rastposition heraus zubewegen . In einer zweiten Aus führungsalternative kann vorgesehen sein, dass die Drehachse und folglich auch der Betätigungsknopf in seine erste Höhenlage , in seine zweite Höhenlage oder in eine dazwischenliegende Grundstel lung federvorgespannt gelagert ist . Dies bedeutet , dass in diesem Fall der Betätigungsknopf in seine erste Höhenlage oder in seine zweite Höhenlage gedrückt oder gezogen werden kann, aber nach einem Loslassen des Betätigungsknopfes dieser selbsttätig in die Grundstellung zurückkehrt .
Der Drehwinkelsensor kann einen Drehwinkelgeber umfassen, der ausgebildet ist zur Erfassung der relativen Drehwinkelstellung des Betätigungsknopfes bezüglich des Grundkörpers der Eingabevorrichtung .
Der Drehwinkelsensor kann als ein Absolutwertgeber ausgebildet sein . Alternativ kann der Drehwinkelsensor als ein Inkrementalgeber ausgebildet sein . Der Drehwinkelsensor kann insbesondere ausgebildet sein, ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches eine Information enthält über die aktuelle Drehwinkelstellung des Betätigungsknopfes .
Der Positionssensor kann einen durch den Betätigungsknopf aktivierbaren elektrischen Schalter aufweisen, welcher konfiguriert ist zur Erfassung der Position des Betätigungsknopfes in der ersten Höhenlage und/oder in der zweiten Höhenlage .
Der Positionssensor kann in einer einfachen Aus führungs form durch einen Schalter gebildet werden . Der Schalter kann dabei ein mechanisches Schaltglied aufweisen, das bei seiner Aktivierung einen elektrischen Stromkreis schließt oder alternativ trennt , um ein Schaltsignal zu erzeugen . Der Schalter kann wahlweise der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes oder der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes zugeordnet sein . Alternativ kann der Schalter zur Erfassung wenigstens zweiter verschiedener Zustände ausgebildet sein . Demgemäß kann der Schalter sowohl der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes als auch der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes zugeordnet sein . Der Schalter kann beispielsweise zwei separate elektrische Schaltkontaktpaare aufweisen, wobei das eine Schaltkontaktpaar der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes zugeordnet ist und das andere Schaltkontaktpaar der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes zugeordnet ist . In einem konkreten Aus führungsbeispiel kann ein Tastschalter beispielsweise einer axialen Stirnseite der Drehachse des Betätigungsknopfes zugeordnet sein, so dass in der einen Höhenlage des Betätigungsknopfes der Tastschalter von der Drehachse des Betätigungsknopfes betätigt , d . h . aktiviert wird und in der anderen Höhenlage des Betätigungsknopfes der Tastschalter von der Drehachse des Betätigungsknopfes nicht betätigt wird, so dass dieser dann nicht aktiviert ist .
Alternativ zu einem einfachen elektrischen Schalter oder elektrischen Taster kann der Positionssensor funktionsvereinigend mit dem Drehwinkelsensor ausgebildet sein . Wenn der Drehwinkelsensor beispielsweise als ein Inkrementalgeber mit photoelektrischer Abtastung ausgebildet ist , kann der Positionssensor auch als ein photoelektrischer Schalter oder Taster ausgebildet sein, wobei die Abtaststruktur des Drehwinkelsensors mit dem Betätigungsknopf angehoben bzw . abgesenkt wird und dabei der photoelektrische Schalter oder Taster eine Positionsänderung des Betätigungsknopfes photoelektrisch erfassen kann .
Die Eingabevorrichtung kann mit einer Robotersteuervorrichtung verbunden sein, die ausgebildet und eingerichtet ist , bei einem manuellen Betätigen des Betätigungsknopfes der Eingabevorrichtung, wenn sich der Betätigungsknopf in seiner ersten Höhenlage befindet , in Abhängigkeit der Drehwinkelstellung des Betätigungs knopfes einen der eingestellten Drehwinkelstellung zugeordneten elektrischen Antrieb eines Gelenkes eines Roboters von mehreren elektrischen Antrieben von mehreren Gelenken des Roboters zum angetriebenen Verstellen des zugeordneten Gelenks zu aktivieren .
Der Roboter kann mehrere Glieder und Gelenke aufwei sen . Jeweils zwei benachbarte Glieder können mittels eines der Gelenke verbunden sein, so dass bei einem Ändern der Gelenkstellung des j eweiligen Gelenks die zwei benachbarten Glieder gegeneinander verstellt werden . Jedes Gelenk kann von einem elektrischen Antrieb automatisch oder in einem Handfahrbetrieb verstellt werden . Dazu ist eine Robotersteuervorrichtung vorgesehen, welche sämtliche elektrischen Antriebe aller Gelenke des Roboters ansteuern kann . Wenn die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung mit der Robotersteuervorrichtung verbunden ist , kann mittel s der Eingabevorrichtung einerseits ein einzelner elektri scher Antrieb ausgewählt werden, um ein bestimmtes Gelenk angesteuert verstellen zu können und andererseits der ausgewählte elektrische Antrieb durch ein Betätigen des Betätigungsknopfes der Eingabevorrichtung entweder vorwärts oder rückwärts angetrieben werden, um das betref fende Gelenk in der gewünschten weise zu verstellen .
Die Eingabevorrichtung kann demgemäß mit einer Robotersteuervorrichtung verbunden sein, die ausgebildet und eingerichtet ist , bei einem manuellen Betätigen des Betätigungsknopfes der Eingabevorrichtung, wenn sich der Betätigungsknopf in seiner zweiten Höhenlage befindet , einen aktivierten elektrischen Antrieb eines Gelenkes eines Roboters anzutreiben, um das betref fende Gelenk des Roboters zu verstellen, wenn der Betätigungsknopf in seiner zweiten Höhenlage manuell gedreht wird . Konkrete Aus führungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert . Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Aus führungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet , allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen .
Es zeigen :
Fig . 1 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Eingabe Vorrichtung,
Fig . 2 eine Explosionsdarstellung einer beispielhaften Rastvorrichtung,
Fig . 3 eine perspektivische Darstellung eines
Grundkörpers mit Rastvorsprüngen, eines Zahnkranzes und einer Mitnehmerscheibe mit Rippen der Rastvorrichtung gemäß Fig . 2 ,
Fig . 4 eine perspektivische Darstellung eines
Zusammenbaus des Grundkörpers mit Rastvorsprüngen und des Zahnkranzes ,
Fig . 5 eine Seitenansicht auf die Rastpaarung von Mitnehmerscheibe mit Rippen und dem Zahnkranz in einer Trennstellung gemäß der ersten Höhenlage des
Bet ätigungs knöpf es , Fig . 6 eine Seitenansicht auf die Rastpaarung von Mitnehmerscheibe mit Rippen und dem Zahnkranz in einer gekoppelten Stellung gemäß der zweiten Höhenlage des Bet ätigungs knöpf es ,
Fig . 7 und 8 eine perspektivische Darstellung einer
Anwendungssituation an einem Roboter, bei der eine Person eine er findungs gemäße Eingabe Vorrichtung betätigt , um in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes einen Antrieb eines bestimmten Gelenks aus zuwählen,
Fig . 9 und 10 eine perspektivische Darstellung einer
Anwendungssituation an einem Roboter, bei der eine Person eine er findungs gemäße Eingabe Vorrichtung betätigt , um in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes einen ausgewählten Antrieb zum Bewegen des Gelenks anzusteuern,
Fig . 11 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Aus führungs form einer Eingabevorrichtung in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes ,
Fig . 12 eine schematische Schnittdarstellung der ersten Aus führungs form der Eingabevorrichtung in der zweiten
Höhenlage des Betätigungsknopfes , Fig . 13 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Aus führungs form einer Eingabevorrichtung in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes ,
Fig . 14 eine schematische Schnittdarstellung der zweiten Aus führungs form der Eingabevorrichtung in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes ,
Fig . 15 eine schematische Schnittdarstellung einer dritten Aus führungs form einer Eingabevorrichtung in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes ,
Fig . 16 eine schematische Schnittdarstellung der dritten Aus führungs form der Eingabevorrichtung in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes ,
Fig . 17 eine schematische Schnittdarstellung einer vierte Aus führungs form einer Eingabevorrichtung in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes ,
Fig . 18 eine schematische Schnittdarstellung der vierten Aus führungs form der Eingabevorrichtung in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes ,
Fig . 19 eine schematische Schnittdarstellung einer fünften Aus führungs form einer Eingabevorrichtung in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes ,
Fig . 20 eine schematische Schnittdarstellung der fünften Aus führungs form der Eingabevorrichtung in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes ,
Fig . 21 eine schematische Schnittdarstellung einer sechsten Aus führungs form einer Eingabevorrichtung in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes ,
Fig . 22 eine schematische Schnittdarstellung der sechsten Aus führungs form der
Eingabevorrichtung in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes ,
Fig . 23 eine schematische Schnittdarstellung einer siebten Aus führungs form einer Eingabevorrichtung in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes , und
Fig . 24 eine schematische Schnittdarstellung der siebten Aus führungs form der Eingabevorrichtung in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes .
In der Fig . 1 ist ein Beispiel eines minimalistischen Roboter-Bedienhandgeräts 1 dargestellt . Das Roboter- Bedienhandgerät 1 weist einen Not-Aus-Taster 2 und einen Zustimmschalter 3 auf . Außerdem umfasst das Roboter-
Bedienhandgerät 1 eine erfindungsgemäße Eingabevorrichtung 4 . Die Eingabevorrichtung 4 dient zum Ansteuern eines Roboters 15 ( Fig . 7 bis Fig . 10 ) und weist einen Grundkörper 6 und einen am Grundkörper 6 um eine Drehachse D drehbar gelagerten und entlang der Drehachse D zwischen einer ersten Höhenlage Hl ( Fig . 5 ) und einer zweiten Höhenlage H2 ( Fig . 6 ) linear verstellbar gelagerten Betätigungsknopf 7 auf .
Die Eingabevorrichtung 4 umfasst außerdem einen Drehwinkelsensor 8 , der ausgebildet ist zum Erfassen der Drehwinkelstellung des Betätigungsknopfes 7 und einen Positionssensor 9 , der ausgebildet ist zum Erfassen der Position des Betätigungsknopfes 7 in der ersten Höhenlage Hl und/oder in der zweiten Höhenlage H2 . Verschieden Ausprägungen von Drehwinkelsensoren 8 und Positions sensoren 9 sind in Fig . 11 bis Fig . 24 aufgezeigt .
Die Eingabevorrichtung 4 weist darüber hinaus eine erfindungsgemäße Rastvorrichtung 10 auf .
Die Rastvorrichtung 10 ist ausgebildet , den Betätigungsknopf 7 in Abhängigkeit seiner Drehwinkelstellung wahlwei se in einer von mehreren diskreten Rastwinkelstellungen einrasten zu lassen, wenn sich der Betätigungsknopf 7 in seiner ersten Höhenlage Hl befindet , und den Betätigungsknopf 7 in eine Grundwinkelstellung zurückstellend federvorgespannt zu lagern, so dass der Betätigungsknopf 7 in einer ersten Drehrichtung um einen ersten Winkelbetrag und/oder in einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung um einen zweiten Winkelbetrag aus der Grundwinkelstellung entgegen seiner Federvorspannung manuell auslenkbar ist und nach einem manuellen Loslassen des Betätigungsknopfes 7 der Betätigungsknopf 7 aufgrund seiner zurückstellenden Federvorspannung selbsttätig in seine Grundwinkelstellung zurückkehrt , wenn sich der Betätigungsknopf 7 in seiner zweiten Höhenlage H2 befindet .
Die Eingabevorrichtung 4 kombiniert die beiden Eingabearten Dreh-Betrieb - in der ersten Höhenlage Hl - und Tipp-Betrieb - in der zweiten Höhenlage H2 - in einem Eingabeelement miteinander . Ein bewusst durchgeführtes Umschalten durch axiales Verstellen des Betätigungsknopfes 7 ermöglicht einen Wechsel zwischen den beiden Eingabearten .
Die Eingabevorrichtung 4 kann wie hier beispielswei se in Fig . 1 und Fig . 2 exemplarisch gezeigt ist , den Grundkörper 6 aufweisen, der Teil eines minimalistischen Roboter- Bedienhandgeräts 1 sein kann .
In den dargestellten Aus führungsvarianten weist die Eingabevorrichtung 4 einen drehbaren Betätigungsknopf 7 auf , welcher auf dem Grundkörper 6 als Drehträger platziert ist . Die Eingabevorrichtung 4 weist außerdem eine Viel zahl von zirkular angeordneten Rippen 11 auf einer Mitnehmerscheibe 12 auf . Eine zentrale Nabe 13 eines Zahnkranzes 14 führt den um die Drehachse D drehbaren Drehträger bzw . den Betätigungsknopf 7 . Die Nabe 13 weist ihrer Innenumfangswand eine Ringnut 16 auf , welche formschlüssig mit einem Ringwulst 17 an einer Außenmantelwand eines Achsstummels 18 des Betätigungsknopfes 7 zusammenwirkt .
Der Zahnkranz 14 besitzt am äußeren Umfangsbereich einen Ring von axial nach oben weisenden Zahnköpfen 19 und Zahngründe 20 , die elastisch über Speichen 21 bzw . Federelemente 21a mit der zentralen Nabe 13 des Zahnkranzes 14 verbunden sind . Dies ist insbesondere in Fig . 3 und Fig . 4 ersichtlich . Die Speichen 21 bzw . Federelemente 21a sind dabei so ausgeführt , dass sie nur eine tangentiale Verdrehung des Zahnrings zur Mitte zulassen, einer Verschiebung in Achsrichtung j edoch entgegenwirken .
Demgemäß weist die Rastvorrichtung 10 eine Mitnehmerscheibe 12 auf , welche mehrere gleichmäßig über einen Umfang verteilt angeordnete Rippen 11 trägt , die sich in axialer Richtung von einer Grundplatte der Mitnehmerscheibe 12 weg erstrecken in Richtung eines von der Mitnehmerscheibe 12 separaten Zahnkranzes 14 der Rastvorrichtung 10 , welcher ein der Anzahl der Rippen 11 der Mitnehmerscheibe 12 entsprechende Anzahl von gleichmäßig über einen Umfang verteilt angeordneter Zahnköpfe 19 und/oder Zahngründe 20 aufweist .
Der Zahnkranz 14 ist im Falle der vorliegenden Aus führungsbeispiele um die Drehachse D des Betätigungsknopfes 7 drehelastisch bezüglich des Grundkörpers 6 oder der Mitnehmerscheibe 12 gelagert .
Der Zahnkranz 14 ist im Falle der vorliegenden Aus führungsbeispiele mittels der elastischen und/oder federnden Speichen 21 drehelastisch mit einer Nabe 13 verbunden, die an dem Grundkörper 6 befestigt oder an der Mitnehmerscheibe 12 gelagert ist .
Der Zahnkranz 14 ist innerhalb des äußeren Mantels des Grundkörpers 6 gelagert , welcher an einer Innenseite ein oder mehrere gefederte Rastvorsprünge 22 umfasst .
Dabei liegen die Rastvorsprünge 22 in der unausgelenkten Mittelstellung des Zahnkranzes 14 genau j eweils auf Höhe der Zahnköpfe 19 , wie insbesondere die Fig . 4 illustriert .
Im freien Dreh-Betrieb, d . h . wenn der Betätigungsknopf 7 sich in seiner ersten Höhenlage Hl befindet , wie dies beispielsweise in Fig . 5 veranschaulicht ist , tangieren die radialen Seiten der Rippen 11 der Mitnehmerscheibe 12 bei j eder segmentweisen Drehbewegung die Rastvorsprünge 22 berührend, sodass einerseits eine angenehme und gut kontrollierbare gerastete Eingabebewegung entsteht , bei der die einzelnen Schritte haptisch gut spürbar sind und andererseits dadurch die Rippen 11 der Mitnehmerscheibe 12 genau zwischen j eweils zwei benachbarten Zahnköpfen 19 , d . h . über den Zahngründen 20 zum Stehen kommen, sobald der Betätigungsknopf 7 von einer Person manuell losgelassen wird .
Während im Dreh-Betrieb die Rippen 11 der Mitnehmerscheibe 12 axial über den Zahnköpfen 19 laufen, diese nicht berühren, wie dies in Fig . 5 aufgezeigt ist , und lediglich die Rastvorsprünge 22 berühren, insbesondere überschlei fend überfahren, stecken im Tipp-Betrieb, d . h . wenn der Betätigungsknopf 7 sich in seiner zweiten Höhenlage H2 befindet , wie dies beispielsweise in Fig . 6 veranschaulicht ist , die Rippen 11 der Mitnehmerscheibe 12 durch eine axiale Verschiebung des Betätigungsknopfes 7 insbesondere der Mitnehmerscheibe 12 in den Zahngründen 20 des Zahnkranzes 14 , wie dies insbesondere in Fig . 6 aufgezeigt ist , und berühren beidseitig j eweils die gegenüberliegenden Zahnflanken zweier benachbarter Zahnköpfe 19 .
Erfolgt j etzt eine Eingabe , d . h . eine manuelle Drehbewegung durch den Betätigungsknopf 7 , kann dieser nicht mehr frei gedreht werden . Vielmehr kann er gegen die Federkraft der Speichen 21 für einen gewissen Schwenkwinkel aus der Mittellage ausgelenkt werden .
Demgemäß kann der Grundkörper 6 der Eingabevorrichtung 4 an einer Innenwand mehrere gleichmäßig über einen Innenumfang verteilt angeordnete Rastvorsprünge 22 aufweisen, die sich radial nach innen erstrecken, um in der Position des Betätigungsknopfes 7 in seiner ersten Höhenlage Hl mit den Rippen 11 der Mitnehmerscheibe 12 rastend zusammenzuwirken, so dass der Betätigungsknopf 7 in Abhängigkeit seiner Drehwinkelstellung wahlweise in einer von mehreren diskreten Rastwinkelstellungen einrastet .
Die Anzahl der am Grundkörper 6 gleichmäßig über einen Innenumfang verteilt angeordneten Rastvorsprünge 22 kann auf die Anzahl der gleichmäßig über einen Umfang vertei lt angeordneten Zahnköpfe 19 und/oder Zahngründe 20 des Zahnkranzes 14 derart abgestimmt sein, dass in j eder beliebigen Drehraststellung des Betätigungsknopfes 7 die Rippen 11 der Mitnehmerscheibe 12 mit den Zahngründen 20 fluchten, so dass bei einem manuellen Umpositionieren des Betätigungsknopfes 7 aus seiner ersten Höhenlage Hl in seine zweite Höhenlage H2 die Rippen 11 der Mitnehmerscheibe 12 in die Zahngründe 20 des Zahnkranzes 14 eintauchen können .
Der Betätigungsknopf 7 weist im Falle des vorliegenden Aus führungsbeispiels eine Drehachse D auf , die an dem Grundkörper 6 in axialer Richtung höhenverstellbar gelagert ist , so dass der Betätigungsknopf 7 zwischen seiner ersten Höhenlage Hl und seiner zweiten Höhenlage H2 linear verstellbar ist , wobei eine Axialstelleinrichtung vorgesehen ist , welche den Betätigungsknopf 7 wahlweise entweder in der ersten Höhenlage Hl oder in der zweiten Höhenlage H2 manuell lösbar einrastend oder federvorgespannt fixiert .
Wird der Winkel der freien Drehung des Betätigungsknopfes 7 bzw . der Mitnehmerscheibe 12 im Dreh-Betrieb gemäß der ersten Höhenlage Hl des Betätigungsknopfes 7 und auch die beschränkte rückgestellte Drehung im Tipp-Betrieb gemäß der zweiten Höhenlage H2 des Betätigungsknopfes 7 durch einen Sensor messtechnisch erfasst und zusammen mit einer Erfassung der axialen Stellung des Betätigungsknopfes 7 bzw . der Mitnehmerscheibe 12 ausgewertet , können beide Funktionen in einer einzigen Eingabevorrichtung 4 realisiert werden .
Diese neuartige Eingabevorrichtung 4 bietet dem Nut zer eine sehr zentrierte Eingabe , welche trotz minimaler Tastenanzahl einen sehr ef fi zienten Workflow ermöglicht . Dieses wird nachfolgend am Beispiel manuelles Achsverfahren bei Robotern 15 dargestellt .
Der mit der Eingabevorrichtung 4 zu bedienende Roboter 15 besitzt Leuchtmittel 23 an j eder Achse , die durch Aufleuchten die Auswahl einer bestimmten Achse mittels der Eingabevorrichtung 4 kennzeichnen . Dies ist speziel l in Fig . 7 und Fig . 8 aufgezeigt . Der Betätigungsknopf 7 bzw . die Mitnehmerscheibe 12 befindet sich dabei in der ersten Höhenlage Hl .
Der Nutzer kann mit der Eingabevorrichtung 4 in diesem Jog- Betrieb einfach durch die Achsen durchscrollen, indem bei j eder Rastung des Betätigungsknopfes 7 die Achsen nacheinander angewählt werden und der j eweils zugeordnete Lichtring auf leuchtet .
Demgemäß kann die Eingabevorrichtung 4 mit einer Robotersteuervorrichtung 24 verbunden sein, die ausgebildet und eingerichtet ist , bei einem manuellen Betätigen des Betätigungsknopfes 7 der Eingabevorrichtung 4 , wenn sich der Betätigungsknopf 7 in seiner ersten Höhenlage Hl be findet , in Abhängigkeit der Drehwinkelstellung des Betätigungs knopfes 7 einen der eingestellten Drehwinkelstellung zugeordneten elektrischen Antrieb eines Gelenkes des Roboters 15 von mehreren elektrischen Antrieben von mehreren Gelenken des Roboters 15 zum angetriebenen Verstellen des zugeordneten Gelenks zu aktivieren.
Ein Betätigen, Drücken, Herunterdrücken bzw. Eindrücken des Betätigungsknopfes 7 in Richtung seiner Drehachse D, d.h. der Betätigungsknopf 7 wird in seine zweite Höhenlage H2 gebracht, wie dies speziell in Fig. 9 und Fig. 10 aufgezeigt ist, bestätigt die momentan angewählte Achswahl und wechselt den Modus zum Einzelachsen-Handführbetrieb .
Im Tipp-Betrieb gemäß Fig. 9 und Fig. 19 ist die Drehung des Betätigungsknopfes 7 durch den Mitnehmer-Zahn-Eingriff der Rastvorrichtung 10 auf einen definierten Winkel beschränkt. Die Drehbewegung des selektierten Achse, insbesondere deren Geschwindigkeit kann proportional zur Auslenkung des Betätigungsknopfes 7 aus der arretierten Nulllage sein.
Demgemäß kann die Eingabevorrichtung 4 mit der Robotersteuervorrichtung 24 verbunden sein, die ausgebildet und eingerichtet ist, bei einem manuellen Betätigen des Betätigungsknopfes 7 der Eingabevorrichtung 4, wenn sich der Betätigungsknopf 7 in seiner zweiten Höhenlage H2 befindet, einen aktivierten elektrischen Antrieb eines Gelenkes des Roboters 15 anzutreiben, um das betreffende Gelenk des Roboters 15 zu verstellen, wenn der Betätigungsknopf 7 in seiner zweiten Höhenlage H2 manuell gedreht wird.
Nachfolgend sind diverse Ausführungsvarianten schematisch dargestellt, die die oben dargestellten Funktionen umsetzen können. Die Figuren 11, 13, 15, 17, 19, 21 und 23 stellen jeweils den Dreh-Betrieb gemäß der ersten Höhenlage Hl dar, und die Figuren 12, 14, 15, 18, 20, 22 und 24 stellen jeweils den Tipp-Betrieb gemäß der zweiten Höhenlage H2 dar. Bei der ersten Aus führungs form der Eingabevorrichtung gemäß Fig . 11 und Fig . 12 besitzt die Mitnehmerscheibe 12 zentral eine zylindrischen Achsstummel 18 , der als Drehachse D des Betätigungsknopfes 7 dient . Axial wird die Mitnehmerscheibe 12 über einen Ringwulst 17 der Mitnehmerscheibe 12 in einer von zwei möglichen Ringnuten 16 der Nabe 13 des Zahnkranzes 14 formschlüssig rastend gehalten und kann axial zwischen beiden Positionen ( erste Höhenlage Hl gemäß Fig . 11 und zweite Höhenlage H2 gemäß Fig . 12 ) verschoben werden .
Die Rippen 11 sind mit der Mitnehmerscheibe 12 fest verbunden und berühren den Zahnkranz 14 im Dreh-Betrieb gemäß Fig . 11 nicht . Der Grundkörper 6 ist hierbei lediglich über die gefederten Rastvorsprünge 22 mit der Mitnehmerscheibe 12 in Kontakt , die haptisch spürbar überfahren werden .
Diese haptisch spürbare „Klick-Funktion" der Rastvorsprünge 22 in Zusammenwirken mit den Rippen 11 kann statt mechanischen Rastmarken alternativ auch über Magnetpaarungen realisiert werden .
Als Drehwinkelsensor 8 dient eine Messscheibe 25 , insbesondere ein strichkodierter teiltransparenter Ring, welcher am Betätigungsknopf 7 bzw . an der Mitnehmerscheibe 12 befestigt ist . Die Messscheibe 25 bzw . der Ring läuft in einem am Grundkörper 6 angeordneten optischen Sensor 26 , durch den die Maßverkörperung der Messscheibe 25 positionstechnisch erfasst und ausgewertet werden kann . Die Anordnung von Messscheibe 25 und optischer Sensor 26 lässt außerdem eine axiale Verschiebung des Betätigungsknopfes 7 bzw . der Mitnehmerscheibe 12 zu .
Befindet sich der Betätigungsknopf 7 bzw . die
Mitnehmerscheibe 12 in der unteren Position, d . h . in der zweiten Höhenlage H2 gemäß Fig . 12 , rasten die Rippen 11 in den Zahnkranz 14 ein und die „Klick-Funktion" der Rastvorsprünge 22 in Zusammenwirken mit den Rippen 11 wird einkoppelt . Ein Schalter 27 registriert den Wechsel des Betätigungsknopfes 7 bzw . der Mitnehmerscheibe 12 in den Tipp-Betrieb gemäß Fig . 12 .
Demgemäß kann der Drehwinkelsensor 8 einen Drehwinkelgeber, wie beispielsweise die Messscheibe 25 und der optische Sensor 26, umfassen, der ausgebildet ist zur Erfassung der relativen Drehwinkelstellung des Betätigungsknopfes 7 bezüglich des Grundkörpers 6 der Eingabevorrichtung 4 .
Demgemäß kann der Positionssensor 9 einen durch den Betätigungsknopf 7 aktivierbaren elektrischen Schalter 27 aufweisen, welcher konfiguriert ist zur Erfassung der Position des Betätigungsknopfes 7 in der ersten Höhenlage Hl und/oder in der zweiten Höhenlage H2 .
In der zweiten Aus führungs form der Eingabevorrichtung 4 gemäß Fig . 13 und Fig . 14 registriert abweichend zur ersten Aus führungs form nicht der zusätzliche Schalter 27 , sondern der Drehwinkelsensor 8 bzw . die Messscheibe 25 und der optische Sensor 26 die axiale Verschiebung des Betätigungsknopfes 7 bzw . der Mitnehmerscheibe 12 .
Dabei kann entweder das gleiche oder ein weiteres Sensorelement 28 die Messscheibe 25 auswerten und über eine Codierung dessen, sowohl eine Verdrehung als auch eine Verschiebung des Betätigungsknopfes 7 bzw . der Mitnehmerscheibe 12 erfassen .
In der dritten Aus führungs form der Eingabevorrichtung 4 gemäß
Fig . 15 und Fig . 16 kann der optische Sensor 26 und/oder das Sensorelement 28 abweichend zur ersten und zweiten Aus führungs form auch direkt auf die innenliegende Mantel fläche 29 des Betätigungsknopfes 7 bzw . der Mitnehmerscheibe 12 schauen und beispielsweise über Reflektion oder über ein optisches Erfassen eines Musters oder einer regelmäßigen oder unregelmäßigen Oberflächenstruktur eine Verdrehung und/oder Verschiebung des Betätigungsknopfes 7 bzw . der Mitnehmerscheibe 12 erfassen .
In der vierten Aus führungs form der Eingabevorrichtung 4 gemäß Fig . 17 und Fig . 18 kann, wie in der dritten Aus führungs form, ein optische Sensor 26 über die innenliegende Mantel fläche 29 des Betätigungsknopfes 7 bzw . der Mitnehmerscheibe 12 eine Verdrehung des Betätigungsknopfes 7 bzw . der Mitnehmerscheibe 12 gemessen werden . Abweichend zur dritten Aus führungsform misst ein weiteres Sensorelement 28 die axiale Position der Mitnehmerscheibe 12 , beispielsweise als ein Näherungssensor oder als ein Kipphebeltaster . In Folge kann der separate Schalter 27 entfallen .
In der fünften Aus führungs form der Eingabevorrichtung 4 gemäß Fig . 19 und Fig . 20 ist der Aufbau umgedreht , indem die Rippen 11 nicht mehr starr, sondern gefedert mittel s der Federn 30 mit der Mitnehmerscheibe 12 verbunden sind . Im Gegenzug ist der Zahnkranz 14 fest in den Grundkörper 6 integriert . Das Messystems ist analog der vierten Aus führungs form aufgebaut .
In der sechsten Aus führungs form der Eingabevorrichtung 4 gemäß Fig . 21 und Fig . 22 besitzt die Nabe 13 abweichend zur ersten bis fünften Aus führungs form keine zwei Ringnuten 16 , sondern nur eine Ringnut 16 und eine große Aussparung 31 in der sich der Ringwulst 17 im unteren Bereich, im Tipp-Betrieb gemäß Fig . 22 , axial frei bewegen kann . Eine Zentral feder 32 führt den Achsstummel 18 der Mitnehmerscheibe 12 immer wieder zurück in die obere Stellung gemäß Fig . 21 , in der der Ringwulst 17 in die einzelne Ringnut 16 einrastet und die Zentral feder 32 nicht mehr im Kontakt zum Achsstummel 18 der Mitnehmerscheibe 12 ist .
Bei diesem Aufbau findet der Betätigungsknopf 7 immer wieder in den Auswahlmodus ( Dreh-Betrieb ) zurück und muss nicht aktiv zurückgezogen werden .
Die siebte Aus führungs form der Eingabevorrichtung 4 gemäß Fig . 23 und Fig . 24 hat einen grundsätzlich anderen Aufbau . Hierbei bilden die Einheiten der Mitnehmerscheibe 12 und eines Zwischenrahmens 38 mit Rastmarken 33 und einem Winkelmesssystem 34 ein klassisches Jog-Dial ab, welches axial zu einem unteren Rahmen, dem Grundkörper 6 , verschoben werden kann . Dabei sind die beiden Teile über eine Führung 35 gegen Verdrehen gesichert .
Die Mitnehmerscheibe 12 und der Zwischenrahmen 38 s ind dabei gegeneinander frei drehend in einem Lager 36 gelagert .
Der an der Mitnehmerscheibe 12 mitgeführte Mitnehmerring 37 wird in unter Stellung in den, elastisch im Grundkörper 6 auf gehängten Zahnkranz 14 geschoben und begrenzt die Drehung .
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die hier offenbarte Eingabevorrichtung 4 die Anzahl der Hardware- Eingabeelemente deutlich, insbesondere auf ein einz iges zentrales Bedienelement , reduzieren kann und trotzdem oder gerade deswegen eine sehr ef fi ziente Bedienung einer Bedienschnittstelle bzw . eines Roboters 15 , insbesondere bzgl . manuellem Bewegen des Roboters 15 , insbesondere ein Verstellen der Gelenke des Roboters 15 im Achsraum ermöglicht .

Claims

Patentansprüche
1. Eingabevorrichtung zum Ansteuern eines Roboters (15) , aufweisend :
- einen Grundkörper (6) ,
- einen am Grundkörper (6) um eine Drehachse (D) drehbar gelagerten und entlang der Drehachse (D) zwischen einer ersten Höhenlage (Hl) und einer zweiten Höhenlage (H2) linear verstellbar gelagerten Betätigungsknopf (7) ,
- einen Drehwinkelsensor (8) , der ausgebildet ist zum Erfassen der Drehwinkelstellung des Betätigungsknopfes (7) ,
- einen Positionssensor (9) , der ausgebildet ist zum Erfassen der Position des Betätigungsknopfes (7) in der ersten Höhenlage (Hl) und/oder in der zweiten Höhenlage (H2) , und aufweisend
- eine Rastvorrichtung (10) , die ausgebildet ist, den Betätigungsknopf (7) in Abhängigkeit seiner Drehwinkelstellung wahlweise in einer von mehreren diskreten Rastwinkelstellungen einrasten zu lassen, wenn sich der Betätigungsknopf (7) in seiner ersten Höhenlage (Hl) befindet, und den Betätigungsknopf (7) in eine Grundwinkelstellung zurückstellend federvorgespannt zu lagern, so dass der Betätigungsknopf (7) in einer ersten Drehrichtung um einen ersten Winkelbetrag und/oder in einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung um einen zweiten Winkelbetrag aus der Grundwinkelstellung entgegen seiner Federvorspannung manuell auslenkbar ist und nach einem manuellen Loslassen des Betätigungsknopfes (7) der Betätigungsknopf (7) aufgrund seiner zurückstellenden Federvorspannung selbsttätig in seine Grundwinkelstellung zurückkehrt, wenn sich der Betätigungsknopf (7) in seiner zweiten Höhenlage (H2) befindet. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastvorrichtung (10) eine Mitnehmerscheibe (12) aufweist, welche mehrere gleichmäßig über einen Umfang verteilt angeordnete Rippen (11) trägt, die sich in axialer Richtung von einer Grundplatte der Mitnehmerscheibe (12) weg erstrecken in Richtung eines von der Mitnehmerscheibe (12) separaten Zahnkranzes (14) der Rastvorrichtung (10) , welcher ein der Anzahl der Rippen (11) der
Mitnehmerscheibe (12) entsprechende Anzahl von gleichmäßig über einen Umfang verteilt angeordneter Zahnköpfe (19) und/oder Zahngründe (20) aufweist. Eingabevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (14) um die Drehachse (D) des Betätigungsknopfes (7) drehelastisch bezüglich des Grundkörpers (6) oder der Mitnehmerscheibe (12) gelagert ist. Eingabevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (14) mittels elastischer und/oder federnder Speichen (21) drehelastisch mit einer Nabe (13) verbunden ist, die an dem Grundkörper (6) befestigt oder an der Mitnehmerscheibe (12) gelagert ist. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (6) der Eingabevorrichtung (4) an einer Innenwand mehrere gleichmäßig über einen Innenumfang verteilt angeordnete Rastvorsprünge (22) aufweist, die sich radial nach innen erstrecken, um in der Position des Betätigungsknopfes
(7) in seiner ersten Höhenlage (Hl) mit den Rippen (11) der Mitnehmerscheibe (12) rastend zusammenzuwirken, so dass der Betätigungsknopf (7) in Abhängigkeit seiner Drehwinkelstellung wahlweise in einer von mehreren diskreten Rastwinkelstellungen einrastet. Eingabevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der am Grundkörper (6) gleichmäßig über einen Innenumfang verteilt angeordneten Rastvorsprünge (22) auf die Anzahl der gleichmäßig über einen Umfang verteilt angeordneten Zahnköpfe (19) und/oder Zahngründe (20) des Zahnkranzes (14) derart abgestimmt ist, dass in jeder beliebigen Drehraststellung des Betätigungsknopfes (7) die Rippen (11) der Mitnehmerscheibe (12) mit den Zahngründen (20) fluchten, so dass bei einem manuellen Umpositionieren des Betätigungsknopfes (7) aus seiner ersten Höhenlage (Hl) in seine zweite Höhenlage (H2) die Rippen (11) der
Mitnehmerscheibe (12) in die Zahngründe (20) des Zahnkranzes (14) eintauchen können. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsknopf (7) eine Drehachse (D) aufweist, die an dem Grundkörper (6) in axialer Richtung höhenverstellbar gelagert ist, so dass der Betätigungsknopf (7) zwischen seiner ersten Höhenlage (Hl) und seiner zweiten Höhenlage (H2) linear verstellbar ist, wobei eine Axialstelleinrichtung vorgesehen ist, welche den Betätigungsknopf (7) wahlweise entweder in der ersten Höhenlage (Hl) oder in der zweiten Höhenlage (H2) manuell lösbar einrastend oder federvorgespannt fixiert. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor (8) einen Drehwinkelgeber umfasst, der ausgebildet ist zur Erfassung der relativen Drehwinkelstellung des Betätigungsknopfes (7) bezüglich des Grundkörpers (6) der Eingabevorrichtung (4) . Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (9) einen durch den Betätigungsknopf (7) aktivierbaren elektrischen Schalter aufweist, welcher konfiguriert ist zur Erfassung der Position des Betätigungsknopfes (7) in der ersten Höhenlage (Hl) und/oder in der zweiten Höhenlage (H2 ) . Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabevorrichtung (4) mit einer Robotersteuervorrichtung (24) verbunden ist, die ausgebildet und eingerichtet ist, bei einem manuellen Betätigen des Betätigungsknopfes (7) der Eingabevorrichtung (4) , wenn sich der Betätigungsknopf (7) in seiner ersten Höhenlage (Hl) befindet, in
Abhängigkeit der Drehwinkelstellung des Betätigungsknopfes (7) einen der eingestellten Drehwinkelstellung zugeordneten elektrischen Antrieb eines Gelenkes eines Roboters (15) von mehreren elektrischen Antrieben von mehreren Gelenken des Roboters (15) zum angetriebenen Verstellen des zugeordneten Gelenks zu aktivieren. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabevorrichtung (4) mit einer Robotersteuervorrichtung (24) verbunden ist, die ausgebildet und eingerichtet ist, bei einem manuellen Betätigen des Betätigungsknopfes (7) der
Eingabevorrichtung (4) , wenn sich der Betätigungsknopf (7) in seiner zweiten Höhenlage (H2) befindet, einen aktivierten elektrischen Antrieb eines Gelenkes eines Roboters (15) anzutreiben, um das betreffende Gelenk des Roboters (15) zu verstellen, wenn der Betätigungsknopf
(7) in seiner zweiten Höhenlage (H2) manuell gedreht wird .
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