DE102008008900A1

DE102008008900A1 - Handhabungsvorrichtung mit Bedieneinheit sowie Steuerung für eine Handhabungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008008900A1
Application number: DE200810008900
Authority: DE
Inventors: Stefan Hesl; Thomas Will
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-07-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Handhabungsvorrichtung (100), die translatorische Bewegungen eines Geräts oder Werkzeugs entlang zweier Bewegungsachsen (X, Z) sowie rotatorische Bewegungen des Geräts oder Werkzeugs um wenigstens eine Achse (Y) erlaubt und eine Bedieneinheit (120) aufweist, die einer Bewegung des zu positionierenden Geräts oder Werkzeugs (110) folgt. Bedieneinheit (120) weist zumindest ein Bedienelement (121, 122), mit dem ein Bediener einen Steuerbefehl für eine translatorische Bewegung absetzen kann, deren Richtung sich auf die aktuelle Position der Bedieneinheit (120) bezieht, wobei der Steuerbefehl von einer Steuerung unter Berücksichtigung einer aktuellen Rotationsposition der Bedieneinheit (120) in eine Bewegung entlang einer oder beider Bewegungsachsen (X, Y) so umgesetzt wird, daß die resultierende Bewegung des Geräts oder Werkzeugs (110) eine tranlatorische Bewegung entlang der vom Bediener gewählten Richtung ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Handhabungsvorrichtung, die translatorische Bewegungen eines Geräts oder Werkzeugs entlang zweier Bewegungsachsen sowie rotatorische Bewegungen des Geräts oder Werkzeugs um wenigstens eine Achse erlaubt und eine Bedieneinheit aufweist, die einer Bewegung des zu positionierenden Geräts oder Werkzeugs folgt.
Vielfach bedient man sich in der Technik spezieller Handhabungsvorrichtungen, um ein Gerät oder ein Werkzeug in eine bestimmte Position und Ausrichtung zu bringen und dort für einen Arbeitsschritt zu halten.
So werden beispielsweise in der Medizintechnik Röntgenstrahler an Handhabungsvorrichtungen befestigt, welche die freie Positionierung des Röntgenstrahlers über einem Patiententisch erlauben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Handhabungsvorrichtung mit Bedieneinheit anzugeben, welche eine besonders einfache und intuitive Bedienung erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Handhabungsvorrichtung, die translatorische Bewegungen eines Geräts oder Werkzeugs entlang zweier Bewegungsachsen sowie rotatorische Bewegungen des Geräts oder Werkzeugs um wenigstens eine Achse erlaubt und eine Bedieneinheit aufweist, die einer Bewegung des zu positionierenden Geräts oder Werkzeugs folgt und zumindest ein Bedienelement aufweist, mit dem ein Bediener einen Steuerbefehl für eine translatorische Bewegung absetzen kann, deren Richtung sich auf die aktuelle Ausrichtung der Bedieneinheit bezieht, wobei der Steuerbefehl von einer Steuerung unter Berücksichtigung einer aktuellen Rotationspo sition der Bedieneinheit in eine Bewegung entlang einer oder beider Bewegungsachsen so umgesetzt wird, daß die resultierende Bewegung des Geräts oder Werkzeugs eine translatorische Bewegung entlang der vom Bediener gewählten Richtung ist.
In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung werden dem Bediener zwei Bedienelemente zur Auswahl translatorischer Bewegungen nach rechts/links oder auf den Bediener zu/vom Bediener weg, jeweils bezogen auf die aktuelle Ausrichtung der Bedieneinheit, zur Verfügung gestellt.
In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung werden dem Bediener vier Bedienelemente zur Verfügung gestellt entsprechend den Richtungen rechts, links, auf den Bediener zu und vom Bediener weg, wobei sich die Richtung der letztendlich ausgeführten Bewegung auf die aktuelle Ausrichtung der Bedieneinheit bezieht.
Zusätzlich können zwei weitere Bedienelemente für die Richtungen nach oben bzw. nach unten vorgesehen werden.
Eine besonders einfache Realisierung der vorliegenden Erfindung besteht in einer Handhabungsvorrichtung, deren Bewegungsachsen senkrecht zueinander angeordnet sind und bei der eine der Achsen, um die Rotationsbewegungen möglich sind, senkrecht zu den beiden Bewegungsachsen angeordnet ist (bzw. in einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer dritten Bewegungsachse identisch ist). In einer solchen Anordnung kann die Bedieneinheit eine erste Vorzugsstellung aufweisen, in welcher die Bedieneinheit entlang einer ersten der Bewegungsachsen ausgerichtet ist und in eine zweite Vorzugsstellung rotierbar ist, in welcher die Bedieneinheit entlang einer zweiten der Bewegungsachsen ausgerichtet ist, wobei die Steuerung so ausgestaltet ist, daß in Abhängigkeit von einer aktuellen durch einen Sensor ermittelten Vorzugsstellung eine vom Bediener gewählte Richtung in eine Bewegung entlang der entsprechenden Bewegungsachse umgesetzt wird.
Eine besondere Form der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß das Gerät bzw. Werkzeug durch die Muskelkraft des Bedieners bewegt wird, wobei die Eingaben des Bedieners an der Bedieneinheit ein entsprechendes Lösen von Bremsen zur Folge haben.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Steuerung eines derartigen Handhabungsgeräts.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß ein Bediener, der eine solche, sich mit dem Gerät oder Werkzeug mitbewegende Bedieneinheit bedient, beispielsweise bei Auswahl einer Bewegung nach rechts durch Betätigen einer mit einem entsprechenden Pfeil belegten Taste, stets auch eine Bewegung des Geräts/Werkzeugs und der Bedieneinheit nach rechts veranlaßt, und zwar unabhängig davon, in welche Richtung die Bedieneinheit aktuell gedreht ist. Ohne die vorliegende Erfindung müßte der Bediener zunächst ermitteln, wie die Bedieneinheit bezogen auf eine Grundstellung aktuell gedreht ist und anschließend ggf. eine Taste auswählen, die bezogen auf die Grundstellung eine Bewegung auf den Bediener zu veranlaßt, aber aufgrund einer aktuellen 90° Drehung der Bedieneinheit tatsächlich die erwünschte Bewegung nach rechts bezüglich der Bedieneinheit darstellt.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung:
1a eine Handhabungsvorrichtung mit einem Gerät, welches mit einer Bedieneinheit gekoppelt ist;
1b die Handhabungsvorrichtung aus 1a, bei der Gerät und Bedieneinheit um 90° gedreht sind; und
2 eine Bedieneinheit.
1 zeigt eine Handhabungsvorrichtung 100 mit einem Gerät 110, welches mit einer Bedieneinheit 120 gekoppelt ist. Dabei zeigt 1a die aus Gerät 110 und Bedieneinheit 120 gebil deten Einheit in einer ersten Vorzugsstellung, und 1b zeigt diese Einheit in einer zweiten Vorzugsstellung. Die zweite Vorzugsstellung wird ausgehend von der ersten Vorzugsstellung durch Drehung der Einheit um 90° um eine Achse Y erreicht. Im Übrigen sind 1a und 1b identisch.
Das Gerät 110 und die Bedieneinheit 120 sind an einem Tragarm 130 befestigt, der im vorliegenden Beispiel längenveränderlich entlang der Achse Y ist und so eine Höhenverstellung von Gerät 110 und Bedieneinheit 120 erlaubt. In Ausführungsbeispielen kann zugunsten einer einfacheren Konstruktion auf die Höhenverstellbarkeit verzichtet werden. Das Gerät 110 und die Bedieneinheit 120 sind drehbar um eine Achse Y am Tragarm 130 befestigt, wobei geeignete (lösbare) Rastvorrichtungen vorgesehen sein können, um die genannten Vorzugsstellungen vorzugeben.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Gerät 110 um einen Röntgenstrahler, der mittels der Handhabungsvorrichtung 100 über einem geeignet ausgerichteten Patiententisch (nicht dargestellt) frei positioniert werden kann. In anderen Ausführungsbeispielen kann ein beliebiges anderes Gerät 110 oder auch ein Werkzeug o. ä. durch die Handhabungsvorrichtung 100 bewegt werden, wobei andere und insbesondere mehr als zwei oder gar keine Vorzugsstellungen vorgesehen sein können. Dabei kann auch vorgesehen sein, daß Gerät bzw. Werkzeug 110 um wenigstens eine weitere Achse, beispielsweise die Achsen X oder Z (bezogen auf eine Grundstellung des Geräts), drehbar zu lagern.
Tragarm 130 ist verschiebbar entlang einer ersten Bewegungsachse X an einem ersten Schienenpaar 140 aufgehängt, im Beispiel der 1 mittels eines ersten Wagens oder Schlittens 145. Das Schienenpaar 140 wiederum ist mittels eines zweiten Wagens oder Schlittens 155 verschiebbar entlang einer zweiten Bewegungsachse Z an einem zweiten Schienenpaar 160 aufgehängt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Darstellung der 1 auf die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendigen Elemente beschränkt wurde. So ist neben den bereits erläuterten Elementen nur ein Kabelkanal 150 beispielhaft dargestellt, in welchem die zur Versorgung von Gerät 110, Bedieneinheit 120 und Tragarm 130 notwendigen Kabel und/oder Schläuche verlaufen. Die Schienenpaare 140, 160 sind im dargestellten Beispiel senkrecht zueinander angeordnet.
2 zeigt die Bedieneinheit 120 mit weiteren Details. Ein erstes Bedienelement, hier eine Taste 121 und ein zweites Bedienelement, hier eine Taste 122 dienen zur Steuerung der Bewegung entlang der beiden translatorischen Bewegungsachsen X, Z. Ein gesondertes Bedienfeld 123 dient der Bedienung des Geräts 110, hier ein Röntgenstrahler. Ein Bildschirm 125 dient der Anzeige von Informationen, etwa Anlagenstatusinformationen, Kontrolle des Röntgenaufnahmevorgangs, usw.
Die Bewegung des Geräts 110 mit Bedieneinheit 120 erfolgt im bevorzugten Ausführungsbeispiel wie folgt: ein Bediener betätigt ein Bedienelement 121, 122, woraufhin eine oder mehrere Bremsen gelöst werden und der Bediener mittels der Handgriffe 124 Gerät 110 und Bedieneinheit 120 verschieben kann. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Bremsen nur solange gelöst bleiben, wie der Bediener das Bedienelement 121, 122 betätigt. Alternativ können beispielsweise die Bremsen gelöst bleiben, bis das jeweilige Bedienelement 121, 122 erneut betätigt wird.
Eine Steuerung (nicht dargestellt) sorgt nun dafür, daß eine Betätigung des ersten Bedienelements 121 stets eine Bewegung in Richtung rechts/links des Geräts 110 mit Bedieneinheit 120 freigibt und eine Betätigung des zweiten Bedienelements 121 stets eine Bewegung in Richtung auf den Bediener zu/vom Bediener weg des Geräts 110 mit Bedieneinheit 120 freigibt. Diese Richtungen beziehen sich dabei jeweils auf einen gerade vor der Bedieneinheit 120 stehenden Bediener.
Bezogen auf 1a bedeutet eine gewünschte Bewegung entlang der Richtung rechts/links eine Bewegung entlang der Achse Z, bezogen auf 1b hingegen eine Bewegung entlang der Achse X. Analog bedeutet eine gewünschte Bewegung entlang der Richtung auf den Bediener zu/vom Bediener weg in bezogen auf 1a eine Bewegung entlang der Achse X, bezogen auf 1b hingegen eine Bewegung entlang der Achse Z.
Die Steuerung wertet, um dieses gewünschte Verhalten zu bewirken, die Signale eines oder mehrerer Lagesensoren (nicht dargestellt) aus, um zu ermitteln, in welcher der beiden Vorzugsstellungen sich Gerät 110 und Bedieneinheit 120 befinden. Befinden sich Gerät 110 und Bedieneinheit 120 in der ersten Vorzugsstellung gemäß 1a wird eine Betätigung des ersten Bedienelements 121, welche einen Steuerbefehl "rechts/links-Bewegung" erzeugt, umgesetzt in das Lösen der Bremse(n) des zweiten Wagens 155, um eine Bewegung entlang der Achse Z zu ermöglichen, und eine Betätigung des zweiten Bedienelements 122, welche einen Steuerbefehl "vorwärts/rückwärts-Bewegung" erzeugt, wird umgesetzt in das Lösen der Bremse(n) des ersten Wagens 145, um eine Bewegung entlang der Achse X zu ermöglichen.
Befinden sich Gerät 110 und Bedieneinheit 120 hingegen in der zweiten Vorzugsstellung gemäß 1b, wird eine Betätigung des ersten Bedienelements 121, welche einen Steuerbefehl "rechts/links-Bewegung" erzeugt, umgesetzt in das Lösen der Bremse(n) des ersten Wagens 145, um eine Bewegung entlang der Achse X zu ermöglichen, und eine Betätigung des zweiten Bedienelements 122, welche einen Steuerbefehl "vorwärts/rückwärts-Bewegung" erzeugt, wird umgesetzt in das Lösen der Bremse(n) des zweiten Wagens 155, um eine Bewegung entlang der Achse Z zu ermöglichen.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen werden, daß die Zuordnung der Bedienelemente zu den Bewegungsachsen sich nicht mit Drehung des Geräts 110 verändert. Beispielsweise könnte das erste Bedienelement stets die Bremsen des ersten Wagens 145 und das zweite Bedienelement stets die Bremens des zweiten Wagens 155 beeinflussen. Dann wird durch variable Pfeile auf dem Bildschirm 125 oder auf sonstige Weise dem Bediener angezeigt, welche Bewegungsrichtung das jeweilige Bedienelement aktuell steuert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die ausführlich erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere kann eine Handhabungsvorrichtung vorgesehen sein, bei der die Bewegung in die einzelnen Richtungen durch Motoren, pneumatisch, hydraulisch oder anderweitig elektrisch und/oder mechanisch unterstützt erfolgt. Dann werden bevorzugt vier Bedienelemente verwendet, um entsprechende Bewegungen nach links oder rechts oder auf den Bediener zu oder vom Bediener weg zu veranlassen, wobei die Bedienelemente entweder, wie oben beschrieben, eine von der Stellung des Geräts 110 abhängige Bewegung entlang einer der Achsen X, Z bewirken oder durch geeignete Anzeigen dem Bediener signalisiert wird, in welche Richtung sich das Gerät beim Betätigen eines bestimmten Bedienelements bewegen wird.
Ferner kann die Erfindung auch angewandt werden, wenn das Gerät 110 mit Bedieneinheit 120 keine Vorzugsstellungen aufweisen und/oder in beliebigem Drehwinkel bezogen auf eine Grundstellung bedient werden kann. Dann werden die elektrischen und/oder mechanischen Aktoren von der Steuerung so gesteuert, daß eine simultane Bewegung entlang beider Bewegungsachsen X, Z erfolgt, wobei eine resultierende Bewegung des Geräts 110 mit Bedieneinheit 120 der vom Nutzer gewünschten Bewegung nach links, rechts, vom Bediener weg oder auf den Bediener zu entspricht.
Die Erfindung ist auch anwendbar, wenn die Bewegungsachsen X, Z nicht senkrecht zueinander angeordnet sind, sondern unter einem von 90° verschiedenen Winkel. In diesem Fall übernimmt die Steuerung die zusätzlich notwendigen Berechnungen, die aus den sich teilweise überdeckenden Richtungsvektoren der Bewegungsachsen resultieren.
Schließlich sei darauf hingewiesen, daß die Erfindungen für alle Arten von Handhabungsvorrichtungen anwendbar ist, bei denen translatorische Bewegungen eines Geräts oder Werkzeugs entlang zweier Bewegungsachsen sowie rotatorische Bewegungen des Geräts oder Werkzeugs um wenigstens eine Achse möglich sind. Dargestellt in 1 ist deckenmontiertes Schienensystem, denkbar sind jedoch alle Arten installierter oder beweglicher Handhabungsvorrichtungen.

Claims

Handhabungsvorrichtung (100), die translatorische Bewegungen eines Geräts oder Werkzeugs (110) entlang zweier Bewegungsachsen (X, Z) sowie rotatorische Bewegungen des Geräts oder Werkzeugs (110) um wenigstens eine Achse (Y) erlaubt und eine Bedieneinheit (120) aufweist, die einer Bewegung des zu positionierenden Geräts oder Werkzeugs (110) folgt und zumindest ein Bedienelement (121, 122) aufweist, mit dem ein Bediener einen Steuerbefehl für eine translatorische Bewegung absetzen kann, deren Richtung sich auf die aktuelle Ausrichtung der Bedieneinheit (120) bezieht, wobei der Steuerbefehl von einer Steuerung unter Berücksichtigung einer aktuellen Rotationsposition der Bedieneinheit (120) in eine Bewegung entlang einer oder beider Bewegungsachsen (X, Z) so umgesetzt wird, daß die resultierende Bewegung des Geräts oder Werkzeugs (110) eine translatorische Bewegung entlang der vom Bediener gewählten Richtung ist.
Handhabungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, deren Bedieneinheit (120) zwei Bedienelemente (121, 122) zur Auswahl translatorischer Bewegungen nach rechts/links oder auf den Bediener zu/vom Bediener weg, jeweils bezogen auf die aktuelle Ausrichtung der Bedieneinheit (120), aufweist.
Handhabungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, deren Bedieneinheit (120) zumindest vier Bedienelemente zur Auswahl translatorischer Bewegungen nach rechts, links, auf den Bediener zu und vom Bediener weg, jeweils bezogen auf die aktuelle Ausrichtung der Bedieneinheit (120), aufweist.
Handhabungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, deren Bedieneinheit (120) zusätzlich zwei weitere Bedienelemente zur Auswahl translatorischer Bewegungen nach oben und unten, jeweils bezogen auf die aktuelle Ausrichtung der Bedieneinheit (120), aufweist.
Handhabungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Bewegungsachsen (X, Z) senkrecht zueinander angeordnet sind und zumindest eine Achse (Y), um welche rotatorische Bewegungen des Geräts oder Werkzeugs (110) ausführbar sind, jeweils senkrecht zu beiden Bewegungsachsen (X, Z) angeordnet ist.
Handhabungsvorrichtung (100) nach Anspruch 5, bei der die Bedieneinheit (120) eine erste Vorzugsstellung aufweist, in welcher die Bedieneinheit (120) entlang einer ersten der Bewegungsachsen (X) ausgerichtet ist und in eine zweite Vorzugsstellung rotierbar ist, in welcher die Bedieneinheit (120) entlang einer zweiten der Bewegungsachsen (Z) ausgerichtet ist, wobei die Steuerung so ausgestaltet ist, daß in Abhängigkeit von einer aktuellen durch einen Sensor ermittelten Vorzugsstellung eine vom Bediener gewählte Richtung in eine Bewegung entlang der entsprechenden Bewegungsachse (X, Z) umgesetzt wird.
Handhabungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuerung so ausgestaltetet ist, daß auf die Richtungswahl des Bedieners hin das Lösen einer oder mehrerer Bremsen veranlaßt wird, so daß das Gerät oder Werkzeug (110) zusammen mit der Bedieneinheit (120) vom Nutzer in eine entsprechende Richtung bewegt werden kann.
Handhabungsvorrichtung (110) nach Anspruch 7, deren Steuerung so ausgestaltet ist, daß die Bremse oder Bremsen nur Solange gelöst bleiben, wie das entsprechende Bedienelement (121, 122) betätigt wird.
Handhabungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zusätzlich translatorische Bewegungen des Geräts oder Werkzeugs (110) entlang einer dritten Bewegungsachse (Y) erlaubt.
Steuerung für eine Handhabungsvorrichtung (100), die translatorische Bewegungen eines Geräts oder Werkzeugs (110) entlang zweier Bewegungsachsen (X, Z) sowie rotatorische Bewegungen des Geräts oder Werkzeugs (110) um wenigstens eine Achse (Y) erlaubt und eine Bedieneinheit (120) aufweist, die einer Bewegung des zu positionierenden Geräts oder Werkzeugs (110) folgt, die folgendes aufweist: – Mittel zum Empfangen von Steuerbefehlen für eine translatorische Bewegung, deren Richtung sich auf eine aktuelle Ausrichtung der Bedieneinheit (120) bezieht; – Mittel zum Empfangen eines Signals, welche eine aktuellen Rotationsposition der Bedieneinheit (120) repräsentiert; und – Mittel zum Umsetzen des Steuerbefehls in eine Bewegung entlang einer oder beider Bewegungsachsen (X, Z) derart, daß die resultierende Bewegung des Geräts oder Werkzeugs (110) eine translatorische Bewegung entlang einer von einem Bediener gewählten Richtung ist.
Steuerung nach Anspruch 10, die so ausgestaltet ist, daß auf die Richtungswahl des Bedieners hin das Lösen einer oder mehrerer Bremsen veranlaßt wird, so daß das Gerät oder Werkzeug (110) zusammen mit der Bedieneinheit (120) vom Bediener in eine entsprechende Richtung bewegt werden kann.
Steuerung nach Anspruch 11, die so ausgestaltet ist, daß die Bremse oder Bremsen nur solange gelöst bleiben, wie ein entsprechendes Bedienelement (121, 122) betätigt wird.