DE102022131887B3

DE102022131887B3 - Eingabevorrichtung zum Ansteuern eines Roboters

Info

Publication number: DE102022131887B3
Application number: DE102022131887.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Riedel
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2024-01-11
Anticipated expiration: 2042-12-02
Also published as: WO2024115007A1

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

Die Erfindung betrifft 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 Betätigungsknopfes, 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 A1 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 ausführt, 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, auflöst.
Die DE 10 2016 225 687 B4 beschreibt ein Robotersteuerpult, aufweisend einen ersten Halter, der zum formschlüssigen Aufnehmen eines aus dem Robotersteuerpult entnehmbaren, separat tragbaren Roboter-Bedienhandgeräts ausgebildet ist, einen vom ersten Halter verschiedenen zweiten Halter, der zum formschlüssigen Aufnehmen eines aus dem Robotersteuerpult entnehmbaren, separat tragbaren Tablet-Computers ausgebildet ist, und eine Kommunikationsvorrichtung, die ausgebildet ist, eine Bedienhandgerätesteuerung des Roboter-Bedienhandgeräts und eine Tablet-Computersteuerung des Tablet-Computers mit einer Robotersteuerung steuerungstechnisch zu verbinden.
Die DE 20 2015 008 715 U1 beschreibt ein Bediengerät zum Steuern oder Programmieren eines Manipulators mit sechs unabhängig voneinander ansteuerbaren Freiheitsgraden, aufweisend drei Eingabeanordnungen, die jeweils eingerichtet sind, eine Bewegung des Manipulators entlang der x-Achse, y-Achse oder Z-Achse des Manipulators vorzugeben und eine Rotation des Manipulators um die entsprechende x-Achse, y-Achse bzw. Z-Achse des Manipulators vorzugeben, wobei die x-Achse, y-Achse und z-Achse des Manipulators orthogonal zueinander sind, und die Hauptachsen des Bediengeräts bzw. die Ausrichtungen der drei Eingabeanordnungen im Wesentlichen rechtwinklig zueinander sind.
Die EP 0 593 047 A1 beschreibt eine Steuervorrichtung umfassend ein Gehäuse, in dem ein Joystick entlang dreier Achsen beweglich gelagert ist, wobei Sensoren mit dem Joystick verbunden sind, um elektrische Signale zu erzeugen, welche die Größen und Vorzeichen der Bewegungen des Joystick liefern. Ein drehbares Tastenfeld, das auf einer Seite des Gehäuses angebracht ist, kann zwei Betriebsanordnungen annehmen, je nachdem, ob das Steuergerät mit nach oben oder nach unten gerichtetem Joystick verwendet wird. Die Drehung des Tastenfelds wird von den Sensoren erfasst und kann dazu verwendet werden, die Vorzeichenkonvention zu ändern, die zwischen den Achsen des Steuergeräts und den Achsen der Maschine besteht.
Die US 2015 / 0 153 842 A1 beschreibt einen mehrachsigen Joystick und zugehörige mehrachsige optische Verschiebungsmessmittel. Die Verschiebungsmessmittel können einen oder mehrere Lichtsender und einen oder mehrere Lichtdetektoren umfassen, die in einer planaren sechseckigen Anordnung montiert sind. Die relative Position einer benachbarten beweglichen Reflektorbaugruppe kann in sechs Freiheitsgraden durch Veränderungen der erfassten Lichtamplitude gemessen werden.
Die JP 2007 - 094 930 A beschreibt eine Eingabevorrichtung, die mit einem Joystick ausgestattet ist, der unabhängig voneinander entlang zweier zueinander senkrechten Richtungen X und Y verschoben werden kann. Eine Erfassungseinrichtung 3 erfasst den Betrag der Verschiebung des Joysticks in X-Richtung und in Y-Richtung unabhängig voneinander. Der Joystick kann außerdem unabhängig entlang der Z-Richtung verschoben werden, die senkrecht zur X-Richtung und senkrecht zur Y-Richtung orientiert ist. Das Erfassungsmittel erfasst auch den Betrag der Verschiebung des Joysticks in Z-Richtung.
Die JP H08 - 066 882 A beschreibt eine Eingabevorrichtung mit einem Betätigungsgriff. Eine Verschiebung des Betätigungsgriffes wird mittels Verschiebungssensoren entlang der X-, Y-bzw. Z-Achse erfasst. Wenn ein Bediener den Griff loslässt, wird dieser durch die Wirkung eines Federrückstellmechanismus in eine Grundstellung zurückgeführt. Drehbewegungen des Griffs um die X-, Y- und Z-Achse werden von einem Kraftsensor erfasst. Auf diese Weise kann die lineare Beweglichkeit während des Betriebs des Griffs verbessert werden, da der Griff beim Loslassen immer wieder in seine Grundstellung zurückkehrt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Eingabevorrichtung zum Ansteuern eines Roboters zu schaffen, 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 Betätigungsknopfes,
- 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 Steuerungsfunktionen, 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 Griff, der mittels 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, dass 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 Ausführungsform 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 Ausführungsbeispiel 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 Betätigungsknopf 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 gleichmäßigen 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 Betätigungsknopf 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 entgegengesetzten 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 verteilt 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 gleichmäßig 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 ausführt. 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 Eingriff mit den Zahnköpfen und/oder Zahngründen des Zahnkranzes. In der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes sind die Rippen der Mitnehmerscheibe in Eingriff mit den Zahnköpfen und/oder Zahngründen des Zahnkranzes, d.h. die Rippen tauchen in die Zahngründe zwischen jeweils 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 Betätigungsknopfes 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 ausführen, die nicht vom Zahnkranz beeinflusst wird. Befindet sich der Betätigungsknopf in seiner zweiten Höhenlage, sind die Rippen mit den Zahnköpfen in Eingriff, so dass bei einer Drehung des Betätigungsknopfes bzw. bei einer Drehung der Mitnehmerscheibe auch der Zahnkranz mitgedreht wird. Der Zahnkranz ist jedoch 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 Ausführungsart 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 Kunststoffbauteil, insbesondere Kunststoff-Spitzgussteil ausgebildet sein.
Die mehreren Speichen verbinden den Zahnkranz von Zahnköpfen und Zahngründen in elastischer Weise. Dazu können die Speichen jeweils 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 äu-ßere 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 jeder Rastvorsprung zwischen jeweils 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 jeder 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 Vielfaches der Anzahl der am Grundkörper gleichmäßig über einen Innenumfang verteilt angeordneten Rastvorsprünge sein. Die jeweilige 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 Ausführungsalternative 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 jeweils andere Höhenlage gewechselt werden, so muss eine durch die Rasteinrichtung vorgegebene Mindestkraft überwunden werden, um die Drehachse bzw. den Betätigungsknopf aus seiner momentane Rastposition herauszubewegen. In einer zweiten Ausführungsalternative kann vorgesehen sein, dass die Drehachse und folglich auch der Betätigungsknopf in seine erste Höhenlage, in seine zweite Höhenlage oder in eine dazwischenliegende Grundstellung 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 Ausführungsform 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 Ausführungsbeispiel 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 Betätigungsknopfes 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 aufweisen. Jeweils zwei benachbarte Glieder können mittels eines der Gelenke verbunden sein, so dass bei einem Ändern der Gelenkstellung des jeweiligen 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 erfindungsgemä-ße Eingabevorrichtung mit der Robotersteuervorrichtung verbunden ist, kann mittels der Eingabevorrichtung einerseits ein einzelner elektrischer 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 betreffende 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 betreffende Gelenk des Roboters zu verstellen, wenn der Betätigungsknopf in seiner zweiten Höhenlage manuell gedreht wird.
Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Ausführungsbeispiele 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:

1 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Eingabevorrichtung,
2 eine Explosionsdarstellung einer beispielhaften Rastvorrichtung,
3 eine perspektivische Darstellung eines Grundkörpers mit Rastvorsprüngen, eines Zahnkranzes und einer Mitnehmerscheibe mit Rippen der Rastvorrichtung gemäß 2,
4 eine perspektivische Darstellung eines Zusammenbaus des Grundkörpers mit Rastvorsprüngen und des Zahnkranzes,
5 eine Seitenansicht auf die Rastpaarung von Mitnehmerscheibe mit Rippen und dem Zahnkranz in einer Trennstellung gemäß der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes,
6 eine Seitenansicht auf die Rastpaarung von Mitnehmerscheibe mit Rippen und dem Zahnkranz in einer gekoppelten Stellung gemäß der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes,
7 und 8 eine perspektivische Darstellung einer Anwendungssituation an einem Roboter, bei der eine Person eine erfindungsgemäße Eingabevorrichtung betätigt, um in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes einen Antrieb eines bestimmten Gelenks auszuwählen,
9 und 10 eine perspektivische Darstellung einer Anwendungssituation an einem Roboter, bei der eine Person eine erfindungsgemäße Eingabevorrichtung betätigt, um in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes einen ausgewählten Antrieb zum Bewegen des Gelenks anzusteuern,
11 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Eingabevorrichtung in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes,
12 eine schematische Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform der Eingabevorrichtung in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes,
13 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Eingabevorrichtung in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes,
14 eine schematische Schnittdarstellung der zweiten Ausführungsform der Eingabevorrichtung in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes,
15 eine schematische Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform einer Eingabevorrichtung in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes,
16 eine schematische Schnittdarstellung der dritten Ausführungsform der Eingabevorrichtung in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes,
17 eine schematische Schnittdarstellung einer vierte Ausführungsform einer Eingabevorrichtung in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes,
18 eine schematische Schnittdarstellung der vierten Ausführungsform der Eingabevorrichtung in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes,
19 eine schematische Schnittdarstellung einer fünften Ausführungsform einer Eingabevorrichtung in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes,
20 eine schematische Schnittdarstellung der fünften Ausführungsform der Eingabevorrichtung in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes,
21 eine schematische Schnittdarstellung einer sechsten Ausführungsform einer Eingabevorrichtung in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes,
22 eine schematische Schnittdarstellung der sechsten Ausführungsform der Eingabevorrichtung in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes,
23 eine schematische Schnittdarstellung einer siebten Ausführungsform einer Eingabevorrichtung in der ersten Höhenlage des Betätigungsknopfes, und
24 eine schematische Schnittdarstellung der siebten Ausführungsform der Eingabevorrichtung in der zweiten Höhenlage des Betätigungsknopfes.

In der 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 (7 bis 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 H1 (5) und einer zweiten Höhenlage H2 (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 H1 und/oder in der zweiten Höhenlage H2. Verschieden Ausprägungen von Drehwinkelsensoren 8 und Positionssensoren 9 sind in 11 bis 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 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.
Die Eingabevorrichtung 4 kombiniert die beiden Eingabearten Dreh-Betrieb - in der ersten Höhenlage H1 - 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 beispielsweise in 1 und 2 exemplarisch gezeigt ist, den Grundkörper 6 aufweisen, der Teil eines minimalistischen Roboter-Bedienhandgeräts 1 sein kann.
In den dargestellten Ausführungsvarianten weist die Eingabevorrichtung 4 einen drehbaren Betätigungsknopf 7 auf, welcher auf dem Grundkörper 6 als Drehträger platziert ist. Die Eingabevorrichtung 4 weist außerdem eine Vielzahl 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 3 und 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 jedoch 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 Ausführungsbeispiele 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 Ausführungsbeispiele 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 jeweils auf Höhe der Zahnköpfe 19, wie insbesondere die 4 illustriert.
Im freien Dreh-Betrieb, d.h. wenn der Betätigungsknopf 7 sich in seiner ersten Höhenlage H1 befindet, wie dies beispielsweise in 5 veranschaulicht ist, tangieren die radialen Seiten der Rippen 11 der Mitnehmerscheibe 12 bei jeder 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 jeweils 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 5 aufgezeigt ist, und lediglich die Rastvorsprünge 22 berühren, insbesondere überschleifend überfahren, stecken im Tipp-Betrieb, d.h. wenn der Betätigungsknopf 7 sich in seiner zweiten Höhenlage H2 befindet, wie dies beispielsweise in 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 6 aufgezeigt ist, und berühren beidseitig jeweils die gegenüberliegenden Zahnflanken zweier benachbarter Zahnköpfe 19.
Erfolgt jetzt 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 H1 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 verteilt angeordneten Zahnköpfe 19 und/oder Zahngründe 20 des Zahnkranzes 14 derart abgestimmt sein, 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 H1 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 Ausführungsbeispiels eine Drehachse D auf, die an dem Grundkörper 6 in axialer Richtung höhenverstellbar gelagert ist, so dass der Betätigungsknopf 7 zwischen seiner ersten Höhenlage H1 und seiner zweiten Höhenlage H2 linear verstellbar ist, wobei eine Axialstelleinrichtung vorgesehen ist, welche den Betätigungsknopf 7 wahlweise entweder in der ersten Höhenlage H1 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 H1 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 Nutzer eine sehr zentrierte Eingabe, welche trotz minimaler Tastenanzahl einen sehr effizienten 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 jeder Achse, die durch Aufleuchten die Auswahl einer bestimmten Achse mittels der Eingabevorrichtung 4 kennzeichnen. Dies ist speziell in 7 und 8 aufgezeigt. Der Betätigungsknopf 7 bzw. die Mitnehmerscheibe 12 befindet sich dabei in der ersten Höhenlage H1.
Der Nutzer kann mit der Eingabevorrichtung 4 in diesem Jog-Betrieb einfach durch die Achsen durchscrollen, indem bei jeder Rastung des Betätigungsknopfes 7 die Achsen nacheinander angewählt werden und der jeweils zugeordnete Lichtring aufleuchtet.
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 H1 befindet, in Abhängigkeit der Drehwinkelstellung des Betätigungsknopfes 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 9 und 10 aufgezeigt ist, bestätigt die momentan angewählte Achswahl und wechselt den Modus zum Einzelachsen-Handführbetrieb.
Im Tipp-Betrieb gemäß 9 und 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 11, 13, 15, 17, 19, 21 und 23 stellen jeweils den Dreh-Betrieb gemäß der ersten Höhenlage H1 dar, und die 12, 14, 15, 18, 20, 22 und 24 stellen jeweils den Tipp-Betrieb gemäß der zweiten Höhenlage H2 dar.
Bei der ersten Ausführungsform der Eingabevorrichtung gemäß 11 und 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 H1 gemäß 11 und zweite Höhenlage H2 gemäß 12) verschoben werden.
Die Rippen 11 sind mit der Mitnehmerscheibe 12 fest verbunden und berühren den Zahnkranz 14 im Dreh-Betrieb gemäß 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 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 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 H1 und/oder in der zweiten Höhenlage H2.
In der zweiten Ausführungsform der Eingabevorrichtung 4 gemäß 13 und 14 registriert abweichend zur ersten Ausführungsform 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 Ausführungsform der Eingabevorrichtung 4 gemäß 15 und 16 kann der optische Sensor 26 und/oder das Sensorelement 28 abweichend zur ersten und zweiten Ausführungsform auch direkt auf die innenliegende Mantelfläche 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 Ausführungsform der Eingabevorrichtung 4 gemäß 17 und 18 kann, wie in der dritten Ausführungsform, ein optische Sensor 26 über die innenliegende Mantelfläche 29 des Betätigungsknopfes 7 bzw. der Mitnehmerscheibe 12 eine Verdrehung des Betätigungsknopfes 7 bzw. der Mitnehmerscheibe 12 gemessen werden. Abweichend zur dritten Ausführungsform 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 Ausführungsform der Eingabevorrichtung 4 gemäß 19 und 20 ist der Aufbau umgedreht, indem die Rippen 11 nicht mehr starr, sondern gefedert mittels 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 Ausführungsform aufgebaut.
In der sechsten Ausführungsform der Eingabevorrichtung 4 gemäß 21 und 22 besitzt die Nabe 13 abweichend zur ersten bis fünften Ausführungsform 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 22, axial frei bewegen kann.
Eine Zentralfeder 32 führt den Achsstummel 18 der Mitnehmerscheibe 12 immer wieder zurück in die obere Stellung gemäß 21, in der der Ringwulst 17 in die einzelne Ringnut 16 einrastet und die Zentralfeder 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 Ausführungsform der Eingabevorrichtung 4 gemäß 23 und 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 sind 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 aufgehängten 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 einziges zentrales Bedienelement, reduzieren kann und trotzdem oder gerade deswegen eine sehr effiziente 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

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 (H1) 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 (H1) 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 (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.
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 (H1) 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 (H1) 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 (H1) und seiner zweiten Höhenlage (H2) linear verstellbar ist, wobei eine Axialstelleinrichtung vorgesehen ist, welche den Betätigungsknopf (7) wahlweise entweder in der ersten Höhenlage (H1) 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 (H1) 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 (H1) 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.