用于對操縱器進行控制或編程的操作設備以及操縱器系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于對操縱器進行控制或編程的操作設備以及操縱器系統，操縱器具有六個能彼此獨立操控的自由度。操作設備(1)包括三個輸入裝置(2x、2y、2z)，這些輸入裝置分別被設置為，用于預先設定操縱器(9)沿著操縱器(9)的x軸或y軸或z軸的運動并且預先設定操縱器(9)圍繞所述操縱器(9)的x軸或y軸或z軸的轉動。在此，三個輸入裝置(2x、2y、2z)分別沿著操作設備(1)的三個主軸中的一個取向。
【專利說明】
用于對操縱器進行控制或編程的操作設備以及操縱器系統
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及一種用于對操縱器進行控制或編程的操作設備，以及一種相應的操縱器系統，在此操縱器具有六個可彼此獨立地操控的自由度。
【背景技術】
[0002]操縱器、特別是機器人是廣泛可使用的、可自由編程的處理設備。例如，操縱器可以包括多個軸，所述軸可以彼此獨立地通過電機運動。由此，操縱器可以采取不同的姿勢或造型，以能夠隨著該操縱器的工具或工具中心點(英文為“Tool Center Point”，TCP)在空間中到達不同的位置。
[0003]在此，操縱器可以具有多個自由度。這些自由度可以描述彼此獨立的、被驅動的運動的數量，操縱器可以在空間中相對于固定的世界坐標系實施這些運動。因此，自由度表明了操縱器的運動性的特征。
[0004]原則上，許多操縱器可以以兩種不同的方式在坐標系中運動:一方面，操縱器或TCP可以沿著三個笛卡爾空間方向中的一個運動，以及由此執行直線的平移。在此，操縱器的主線性軸通常平行于基準坐標系的笛卡爾方向。此外，可以實現分別圍繞這些軸中的一個的轉動。
[0005]操縱器可以遵循自動的程序運行過程。在此，為相應的控制器提供事先編程好的程序運行過程，該程序運行過程描述各個軌跡點，所述軌跡點應當由操縱器駛過。此外，還可以手動地運行，其中操作者可以手動地使操縱器行駛。在此，可以例如使用操作設備，該操作設備可以具有可自由預定的鍵，所述鍵在操縱中引起操縱器的連續或步進式的運動。這樣的操作設備例如在專利文獻DE4303264C2中被描述。
[0006]然而，許多操作設備是復雜的，并且經常僅使得操縱器不精確地運動。特別是對于很少操作操縱器的不熟練的使用者而言，與這樣的操作設備打交道是很有挑戰的。特別地，如何能夠利用操作設備預先設定或執行期望的平移和/或轉動，對于操作者而言常常是不明顯的。
【實用新型內容】
[0007]因此，本實用新型的目的在于提出一種操作設備，其明顯地簡化操縱器的手動操作。特別地，操縱器的運動應當被極精確并限制性地預先設定。
[0008]該目的和從以下的說明顯而易見的其他目的，通過根據本實用新型所述的操作設備和根據本實用新型所述的操縱器系統來實現。
[0009]具體而言，本實用新型提出一種用于對操縱器進行控制或編程的操作設備，其特征在于，所述操縱器具有六個能彼此獨立操控的自由度，所述操作設備具有:第一輸入裝置，被設置為，用于預先設定所述操縱器沿著所述操縱器的X軸的運動并且預先設定所述操縱器圍繞所述操縱器的X軸的轉動，其中，所述第一輸入裝置沿著所述操作設備的第一主軸取向；第二輸入裝置，被設置為，用于預先設定所述操縱器沿著所述操縱器的y軸的運動并且預先設定所述操縱器圍繞所述操縱器的y軸的轉動，其中，所述第二輸入裝置沿著所述操作設備的第二主軸取向；第三輸入裝置，被設置為，用于預先設定所述操縱器沿著所述操縱器的z軸的運動并且預先設定所述操縱器圍繞所述操縱器的z軸的轉動，其中，所述第三輸入裝置沿著所述操作設備的第三主軸取向；其中，所述操縱器的X軸、y軸和z軸彼此正交，并且其中，所述操作設備的主軸彼此基本上呈直角。
[0010]優選地，所述操作設備的主軸結構相應于所述操縱器的x、y和z軸結構。
[0011]優選地，所述第一輸入裝置設置在被構造為長形的第一殼體中，所述第一殼體沿著所述操作設備的第一主軸延伸，并且其中，所述第二輸入裝置設置在被構造為長形的第二殼體中，所述第二殼體沿著所述操作設備的第二主軸延伸，并且其中，所述第三輸入裝置設置在被構造為長形的第三殼體中，所述第三殼體沿著所述操作設備的第三主軸延伸。
[0012]優選地，第一輸入裝置、第二輸入裝置和第三輸入裝置分別包括:能操縱的運動預先設定元件，以預先設定所述操縱器的運動;和能操縱的轉動預先設定元件，以預先設定所述操縱器的轉動。
[0013]優選地，所述能操縱的運動預先設定元件中的每個都是能旋轉操縱的構件。
[0014]優選地，所述能操縱的轉動預先設定元件中的每個都是能旋轉操縱的構件。
[0015]優選地，所述操作設備能在精細模式與粗略模式之間切換，其中，所述能操縱的運動預先設定元件和所述能操縱的轉動預先設定元件在所述粗略模式中是能自由運轉的操縱的，并且其中，在所述精細模式中限動件抵制自由運轉的操縱。
[0016]優選地，所述操作設備還具有手柄，并且其中，所述第一輸入裝置、第二輸入裝置和第三輸入裝置設置為共同地相對于所述手柄是能運動的。
[0017]優選地，所述操作設備還具有手柄和設置在所述手柄與所述輸入裝置之間的6D傳感器裝置，以檢測所述手柄與所述輸入裝置中的一個之間的相對運動。
[0018]優選地，所述操作設備還具有3D慣性傳感器裝置，以檢測所述操作設備相對于周圍環境的絕對取向和定向。
[0019]本實用新型還提出一種操縱器系統，其特征在于，包括具有六個能彼此獨立操控的自由度的操縱器、和根據本實用新型的用于對操縱器進行控制或編程的操作設備。
[0020]本實用新型涉及一種用于對操縱器進行控制或編程的操作設備。操作設備可以手動地由操作者操作。例如，操作設備可以由操作者用手來操作。在此，操作設備能夠實現在不同的坐標系中控制操縱器，但還用于建立程序運行過程。在此，操作設備可以例如與操縱器的相應的控制器通信，并將運動預先設定值預先設定到控制器上，這些運動預先設定值隨后可以由控制器進行轉換。操縱器具有六個可以彼此獨立地操控的自由度。在此，對操縱器的工具進行期望的運動引導例如可以被分為平移(工具的位置)和轉動(工具的定向)的運動預先設定值。
[0021]操作設備具有第一輸入裝置，該第一輸入裝置被設置為，用于預先設定操縱器沿著操縱器的X軸的運動，并預先設定操縱器圍繞操縱器的X軸的轉動。此外，第一輸入裝置沿著操作設備的第一主軸取向。
[0022]此外，操作設備具有第二輸入裝置。該第二輸入裝置被設置為，用于預先設定操縱器沿著操縱器的y軸的運動，并預先設定操縱器圍繞操縱器的y軸的轉動。第二輸入裝置沿著操作設備的第二主軸取向。
[0023]此外，操作設備具有第三輸入裝置。該第三輸入裝置被設置為，用于預先設定操縱器沿著操縱器的z軸的運動，并預先設定操縱器圍繞操縱器的z軸的轉動。第三輸入裝置沿著操作設備的第三主軸取向。
[0024]在此，本領域技術人員應理解，操縱器沿著X軸、y軸或z軸中的一個的運動可以作為平移運動存在，該運動不包括旋轉或轉動。
[0025]操縱器的X軸、y軸和z軸是彼此正交的。在此，操縱器的X軸、y軸和z軸特別是在右手坐標系中是彼此正交。此外，操作設備的主軸是基本上彼此呈直角的。
[0026]因此，輸入裝置可以相應于其在笛卡爾空間中的有效運動在操作設備上以坐標系的形式被設置并取向。被設置為沿z方向平移調整操縱器的第三輸入裝置例如被設置為，使得該第三輸入裝置明確可視地由操作者帶入與z軸聯系。通過第三輸入裝置的操縱，可以例如預先設定操縱器的正的z運動。明確的對應(Zuordnung)，基于第三輸入裝置相對于第一和第二輸入裝置的基本上呈直角的結構。
[0027]輸入裝置沿著操作設備的基本上彼此呈直角的三個主軸設置，這能夠實現，操作者能夠直觀地使多軸操縱器在所有自由度中行駛。輸入裝置的特殊的結構將操作錯誤(例如運動方向或運動定向的混淆風險)降低至最小。由操縱器產生的運動是可以非常良好地預見并控制的。
[0028]優選地，操作設備的主軸結構相應于操縱器的X、5^Pz軸結構。對于操作者而言，不僅哪個輸入裝置關系到操縱器的哪個自由度，而且在操縱時真實產生哪個運動方向，均是直接顯而易見的。軸和運動方向的混淆被限制在最小。
[0029]優選地，第一輸入裝置設置在構造為長形的第一殼體中。該殼體沿著操作設備的第一主軸延伸。優選地，第二輸入裝置設置在構造為長形的第二殼體中。該第二殼體沿著操作設備的第二主軸延伸。優選地，第三輸入裝置設置在構造為長形的第三殼體中。在此，該第三殼體沿著操作設備的第三主軸延伸。因此，三個被構造為長形的、基本上彼此呈直角的殼體，明確地使操作者明白正交的坐標系的形狀，操縱器的操作設備或控制器以該坐標系為基礎。
[0030]在此，操作設備的簡單的基本結構能夠實現對操縱器的低成本的控制。操縱器坐標系與其配屬的運動一起對于使用者而言是可以直觀地理解并且可靠地管控的。
[0031]優選地，第一、第二和第三輸入裝置分別包括可操縱的運動預先設定元件和可操縱的轉動預先設定元件，所述運動預先設定元件被設置為用于預先設定操縱器的運動，所述轉動預先設定元件被設置為用于預先設定操縱器的轉動。因此，沿著操作設備的三個主軸中的每個，均存在運動預先設定元件和轉動預先設定元件。利用所述預先設定元件，可以分別預先設定操縱器沿著x、y和z軸的運動，即平移和圍繞這些軸的轉動。通過預先設定元件的特殊的結構，操作者可以直接并直觀地識別出，如何實現操縱器的期望的運動或轉動。特別優選地，運動預先設定元件或轉動預先設定元件的一個或多個完全或部分地被遮蓋。因此，操作者可以不或沒那么容易地夠到并操縱相應的預先設定元件。遮蓋或遮蓋度可以手動或自動地改變。因此，通過遮蓋某些預先設定元件，可以確保操作方向的明確性。
[0032]特別優選地，可操縱的運動預先設定元件中的每個都是能夠可旋轉地操縱的。特別優選地，可操縱的轉動預先設定元件中的每個都是能夠可旋轉地操縱的。運動和轉動預先設定元件可以例如被實施為圓柱形的，例如環、輪或圓柱體。對于操縱而言，所述預先設定元件的側面可以由操作者可至少部分地自由接近。
[0033]優選地，操作設備可以在精細模式與粗略模式之間切換。在粗略模式中，可操縱的運動預先設定元件和可操縱的轉動預先設定元件可以自由運轉地操縱。在精細模式中，限動件(Rasterung，柵欄)抵制該自由運轉的操縱。
[0034]因此，精細模式描述精確運行。例如實施為圓柱體的預先設定元件可以由限動功能制動。每次至下一個限動件的進一步旋轉均引起機器人的限定的步進運動，例如Imm的步進運動或1°的轉動。該靈敏性可以由使用者預先設定或選擇。由此，在該精細模式中，可以實現非常準確的、精確的運動。限動件可以例如通過對預先設定元件的電磁作用而被選擇性地激活。
[0035]粗略模式適用于操縱器的寬廣的行駛。可以例如通過按鍵來實現在精細模式與粗略模式之間切換。由此，可以撤消對預先設定元件的限動。預先設定元件現在可自由運轉地操縱，并且能夠例如靈活地旋轉。當操縱器通過旋轉預先設定元件中的一個被設置為運動時，則該操縱器例如相應地行駛，到實現旋轉。旋轉還可以取決于慣性地繼續運轉，而沒有操作者的其他主動的作用。替代地，可以通過快速地扭轉預先設定元件，來導入操縱器的連續運動。通過短暫地輕敲相應的預先設定元件，可以例如停止運動。在此，根據預先設定元件本身的速度，操縱器的速度可以到達操縱器的最大行駛速度。因此，操縱器可以有效地、并且無需操作者很費力地限制性地駛入遠距離的位置或姿勢。
[0036]由于設置在三個坐標方向中的輸入裝置關聯到固定限定的坐標系，可以由操作者優選明確地選擇使用哪個坐標系。在此，可以例如選擇位置固定的坐標系，例如所謂的基部坐標系、世界坐標系或機器人腳坐標系。在其他情況下，還可以選擇移動的坐標系，例如法蘭坐標系或工具坐標系。有利地，操作者保持操作設備，使得所選擇的坐標方向與操作設備的定向大約一致。
[0037]優選地，操作設備具有手柄。操作者可以利用一只手抓住手柄并利用另一只手操作輸入裝置。優選地，第一、第二和第三輸入裝置設置為，共同地相對于手柄可運動。三個能夠相對于彼此不運動或固定不變的輸入裝置，在此可以例如可旋轉地與手柄連接。通過輸入裝置相對于手柄的旋轉，操作者可以針對期望的處于操縱器上的坐標方向，有目的地調節輸入裝置的方向或取向。由此，可以繼續保持直觀輸入的舒適性。輸入裝置相對于手柄的定向，可以例如在調整之后被固定。
[0038]除了手柄之外，優選地操作設備具有6D傳感器裝置。該6D傳感器裝置在此被設置在手柄與輸入裝置之間，并被設置為，用于檢測手柄與輸入裝置中的一個之間的相對運動。因此，操作者可以例如將一個或多個輸入裝置相對于手柄向前擠壓。產生的力可以由6D傳感器裝置檢測，并且可以將操縱器的相應的平移預先設定到操縱器的控制器上。由此，可以容易地實現操縱器的多維運動。隨后，使用者可以操縱運動預先設定元件和轉動預先設定元件，以將操縱器的準確的運動預先設定到期望的目標位置上。6D傳感器裝置可以例如基于應變儀。
[0039]優選地，操作設備還具有3D慣性傳感器裝置。該3D慣性傳感器裝置被設置為，用于檢測操作設備相對于周圍環境的絕對取向和定向。利用3D慣性傳感器裝置，例如可以檢測操作設備的由操作者自由規定的X取向。這可以提供給操縱器的控制器。因此，帶有操作設備的沿著該自由規定的X取向的運動預先設定值，可被轉換成操縱器沿同一方向的類似的運動。因此，不再必需由用戶進行的坐標系的校準。
[0040]操作設備可以例如被設計為手動操作設備，并且具有其他的、操縱器特有的或安全相關的操作鍵。例如，操作設備可以具有一個或多個緊急停止和/或啟用開關。可以無線纜地或線纜連接地提供操作設備。此外，操作設備可通過耦接設施與另外的設備耦接。例如，操作設備可以與智能手機或另外的(操縱器的)控制器耦接。因此，操作設備是可以廣泛使用的。
[0041]此外，本實用新型還涉及一種操縱器系統，包括具有六個可彼此獨立操控的自由度的操縱器，以及如前所述的用于對操縱器進行控制或編程的操作設備。
【附圖說明】
[0042]下面參照附圖詳細說明本實用新型。在附圖中，相同的特征以相同的附圖標記示出。其中不出:
[0043]圖1是根據一種實施方式的操作設備；以及
[0044]圖2是根據另一種實施方式的操作設備。
[0045]其中，附圖標記列表如下:
[0046]I操作設備
[0047]2x、2y、2z 輸入裝置
[0048]3x、3y、3z轉動預先設定元件
[0049]4x、4y、4z運動預先設定元件
[0050]5 手柄[0051 ]6急停開關
[0052]7 6D傳感器裝置
[0053]8x、8y、8z運動和轉動預先設定元件
[0054]9操縱器
[0055]13x、14x 鍵
【具體實施方式】
[0056]在圖1中示出了操作設備I，根據本實用新型，該操作設備可以被用于對操縱器9進行控制或編程。操作設備I包括手柄5，該手柄被操作者保持。此外，操作設備I還包括三個輸入裝置2x、2y和2z，所述輸入裝置沿著操作設備I的三個主軸取向。例如，輸入裝置2x沿第一主軸向右延伸，并且第二輸入裝置2y與輸入裝置2x呈直角地延伸。沿著第三主軸、在此為豎直的主軸，設有第三輸入裝置2z。
[0057]輸入裝置2x、2y和2z中的每個都包括可操縱的運動預先設定元件4x、4y和4z。所述運動預先設定元件被實施為可旋轉地操縱的輪的形式。當例如輪4x沿正方向旋轉時，操縱器9沿其坐標系的正X方向行駛。同樣的情況適用于操縱器9沿著y和z軸的運動，這些運動可以通過操縱相應的輪4y和4z被控制。
[0058]此外，輸入裝置中的每個都包括可旋轉操縱的轉動預先設定元件3x、3y和3z，所述轉動預先設定元件被實施為可旋轉操縱的輪的形式。通過旋轉輪3x，例如控制操縱器9的圍繞操縱器的坐標系的X軸的轉動。同樣的情況適用于圍繞操縱器的y和z軸的轉動，這些轉動可以通過操縱輪3y和3z被控制。此外，在旋轉元件3z上設有急停開關6。該急停開關能夠實現操縱器9的立即緊急停止。
[0059]通過輸入裝置2x、2y和2z的幾何結構，操作者立即得知，如何可以借助操作設備I來預先設定操縱器9的期望的運動。當操作者想要預先設定操縱器9圍繞操縱器的X軸轉動時，由于操作設備I的結構操作者會立即理解，為此操縱輪3x。
[0060]此外，在操作設備I上設有鍵13x、14x。在示出的實施方式中，所述鍵設置在輸入裝置2x上。通過對鍵13x進行操縱，可以調節可旋轉操縱的轉動預先設定元件3x的步幅或敏感性。相似地，可以通過對鍵14x進行操縱，來調節可操縱的運動預先設定元件4x的步幅或敏感性。還可在另外的輸入裝置2y、2z上設有相似的鍵(未示出)，使得運動或轉動預先設定元件中的一個或多個的敏感性能夠被使用者特定地調節。
[0061]在圖2中示出了根據另一種實施方式的操作設備I，利用該操作設備來預先設定操縱器9的運動。在手柄5與輸入裝置2x、2y、2z之間設有6D傳感器裝置7。當輸入裝置2x、2y和2z共同地相對于手柄5運動(例如拉出、擠壓或傾斜)時，則這些相對運動被6D傳感器裝置7檢測到，并且最終被轉換為操縱器9的相應的運動。因此，可以非常直觀地預先設定操縱器的行駛運動。
[0062]圖2的操作設備I的輸入裝置2x、2y和2z在其端部具有按鈕8x、8y和8z，其表示整體的運動和轉動預先設定元件。按鈕8x、8y和Sz既可以旋轉，又可以線性地運動。為了線性運動，按鈕8x、8y和Sz可以沿著操作設備的各個主軸被向外和向內推動，以例如預先設定操縱器9沿著相應的軸的線性運動。通過旋轉按鈕8x、8y和8z，可以例如預先設定操縱器9圍繞相應的軸的轉動。
【主權項】
1.一種用于對操縱器(9)進行控制或編程的操作設備(I)，其特征在于，所述操縱器具有六個能彼此獨立操控的自由度，所述操作設備具有: 第一輸入裝置(2x)，被設置為，用于預先設定所述操縱器沿著所述操縱器(9)的X軸的運動并且預先設定所述操縱器(9)圍繞所述操縱器的X軸的轉動，其中，所述第一輸入裝置(2x)沿著所述操作設備(I)的第一主軸取向； 第二輸入裝置(2y)，被設置為，用于預先設定所述操縱器(9)沿著所述操縱器(9)的y軸的運動并且預先設定所述操縱器(9)圍繞所述操縱器(9)的y軸的轉動，其中，所述第二輸入裝置(2y)沿著所述操作設備(I)的第二主軸取向； 第三輸入裝置(2z)，被設置為，用于預先設定所述操縱器(9)沿著所述操縱器(9)的z軸的運動并且預先設定所述操縱器(9)圍繞所述操縱器(9)的z軸的轉動，其中，所述第三輸入裝置(2z)沿著所述操作設備(I)的第三主軸取向； 其中，所述操縱器(9)的X軸、y軸和z軸彼此正交，并且 其中，所述操作設備(I)的主軸彼此基本上呈直角。2.根據權利要求1所述的操作設備(I)，其特征在于，所述操作設備的主軸結構相應于所述操縱器(9)的x、y和z軸結構。3.根據權利要求1所述的操作設備(I)，其特征在于，所述第一輸入裝置(2x)設置在被構造為長形的第一殼體中，所述第一殼體沿著所述操作設備(I)的第一主軸延伸，并且 其中，所述第二輸入裝置(2y)設置在被構造為長形的第二殼體中，所述第二殼體沿著所述操作設備(I)的第二主軸延伸，并且 其中，所述第三輸入裝置(2z)設置在被構造為長形的第三殼體中，所述第三殼體沿著所述操作設備(I)的第三主軸延伸。4.根據權利要求1所述的操作設備(I)，其特征在于，第一輸入裝置(2x)、第二輸入裝置(2y)和第三輸入裝置(2z)分別包括: 能操縱的運動預先設定元件(紅、47、42、8^87、82)，以預先設定所述操縱器(9)的運動;和 能操縱的轉動預先設定元件(3x、3y、3z、8x、8y、8z)，以預先設定所述操縱器(9)的轉動。5.根據權利要求4所述的操作設備(I)，其特征在于，所述能操縱的運動預先設定元件(4x、4y、4z)中的每個都是能旋轉操縱的構件。6.根據權利要求4所述的操作設備(I)，其特征在于，所述能操縱的轉動預先設定元件(3x、3y、3z)中的每個都是能旋轉操縱的構件。7.根據權利要求4至6中任一項所述的操作設備(I)，其特征在于，所述操作設備(I)能在精細模式與粗略模式之間切換，其中，所述能操縱的運動預先設定元件(4x、4y、4z)和所述能操縱的轉動預先設定元件(3x、3y、3z)在所述粗略模式中是能自由運轉的操縱的，并且其中，在所述精細模式中限動件抵制自由運轉的操縱。8.根據權利要求1至6中任一項所述的操作設備(I)，其特征在于，所述操作設備還具有手柄(5)，并且其中，所述第一輸入裝置(2x)、第二輸入裝置(2y)和第三輸入裝置(2z)設置為共同地相對于所述手柄(5)是能運動的。9.根據權利要求1至6中任一項所述的操作設備(I)，其特征在于，所述操作設備還具有手柄(5)和設置在所述手柄(5)與所述輸入裝置(2x、2y、2z)之間的6D傳感器裝置(7)，以檢測所述手柄(5)與所述輸入裝置(2x、2y、2z)中的一個之間的相對運動。10.根據權利要求1至6中任一項所述的操作設備(I)，其特征在于，所述操作設備還具有3D慣性傳感器裝置，以檢測所述操作設備(I)相對于周圍環境的絕對取向和定向。11.一種操縱器系統，其特征在于，包括具有六個能彼此獨立操控的自由度的操縱器(9)、和根據權利要求1至10中任一項所述的用于對操縱器(9)進行控制或編程的操作設備(I)。
【文檔編號】B25J9/18GK205600738SQ201521066561
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年12月18日
【發明人】馬丁·里德爾
【申請人】庫卡羅伯特有限公司