用于对操纵器进行控制或编程的操作设备以及操纵器系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于对操纵器进行控制或编程的操作设备以及操纵器系统，操纵器具有六个能彼此独立操控的自由度。操作设备(1)包括三个输入装置(2x、2y、2z)，这些输入装置分别被设置为，用于预先设定操纵器(9)沿着操纵器(9)的x轴或y轴或z轴的运动并且预先设定操纵器(9)围绕所述操纵器(9)的x轴或y轴或z轴的转动。在此，三个输入装置(2x、2y、2z)分别沿着操作设备(1)的三个主轴中的一个取向。
【专利说明】
用于对操纵器进行控制或编程的操作设备以及操纵器系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种用于对操纵器进行控制或编程的操作设备，以及一种相应的操纵器系统，在此操纵器具有六个可彼此独立地操控的自由度。
【背景技术】
[0002]操纵器、特别是机器人是广泛可使用的、可自由编程的处理设备。例如，操纵器可以包括多个轴，所述轴可以彼此独立地通过电机运动。由此，操纵器可以采取不同的姿势或造型，以能够随着该操纵器的工具或工具中心点(英文为“Tool Center Point”，TCP)在空间中到达不同的位置。
[0003]在此，操纵器可以具有多个自由度。这些自由度可以描述彼此独立的、被驱动的运动的数量，操纵器可以在空间中相对于固定的世界坐标系实施这些运动。因此，自由度表明了操纵器的运动性的特征。
[0004]原则上，许多操纵器可以以两种不同的方式在坐标系中运动:一方面，操纵器或TCP可以沿着三个笛卡尔空间方向中的一个运动，以及由此执行直线的平移。在此，操纵器的主线性轴通常平行于基准坐标系的笛卡尔方向。此外，可以实现分别围绕这些轴中的一个的转动。
[0005]操纵器可以遵循自动的程序运行过程。在此，为相应的控制器提供事先编程好的程序运行过程，该程序运行过程描述各个轨迹点，所述轨迹点应当由操纵器驶过。此外，还可以手动地运行，其中操作者可以手动地使操纵器行驶。在此，可以例如使用操作设备，该操作设备可以具有可自由预定的键，所述键在操纵中引起操纵器的连续或步进式的运动。这样的操作设备例如在专利文献DE4303264C2中被描述。
[0006]然而，许多操作设备是复杂的，并且经常仅使得操纵器不精确地运动。特别是对于很少操作操纵器的不熟练的使用者而言，与这样的操作设备打交道是很有挑战的。特别地，如何能够利用操作设备预先设定或执行期望的平移和/或转动，对于操作者而言常常是不明显的。
【实用新型内容】
[0007]因此，本实用新型的目的在于提出一种操作设备，其明显地简化操纵器的手动操作。特别地，操纵器的运动应当被极精确并限制性地预先设定。
[0008]该目的和从以下的说明显而易见的其他目的，通过根据本实用新型所述的操作设备和根据本实用新型所述的操纵器系统来实现。
[0009]具体而言，本实用新型提出一种用于对操纵器进行控制或编程的操作设备，其特征在于，所述操纵器具有六个能彼此独立操控的自由度，所述操作设备具有:第一输入装置，被设置为，用于预先设定所述操纵器沿着所述操纵器的X轴的运动并且预先设定所述操纵器围绕所述操纵器的X轴的转动，其中，所述第一输入装置沿着所述操作设备的第一主轴取向；第二输入装置，被设置为，用于预先设定所述操纵器沿着所述操纵器的y轴的运动并且预先设定所述操纵器围绕所述操纵器的y轴的转动，其中，所述第二输入装置沿着所述操作设备的第二主轴取向；第三输入装置，被设置为，用于预先设定所述操纵器沿着所述操纵器的z轴的运动并且预先设定所述操纵器围绕所述操纵器的z轴的转动，其中，所述第三输入装置沿着所述操作设备的第三主轴取向；其中，所述操纵器的X轴、y轴和z轴彼此正交，并且其中，所述操作设备的主轴彼此基本上呈直角。
[0010]优选地，所述操作设备的主轴结构相应于所述操纵器的x、y和z轴结构。
[0011]优选地，所述第一输入装置设置在被构造为长形的第一壳体中，所述第一壳体沿着所述操作设备的第一主轴延伸，并且其中，所述第二输入装置设置在被构造为长形的第二壳体中，所述第二壳体沿着所述操作设备的第二主轴延伸，并且其中，所述第三输入装置设置在被构造为长形的第三壳体中，所述第三壳体沿着所述操作设备的第三主轴延伸。
[0012]优选地，第一输入装置、第二输入装置和第三输入装置分别包括:能操纵的运动预先设定元件，以预先设定所述操纵器的运动;和能操纵的转动预先设定元件，以预先设定所述操纵器的转动。
[0013]优选地，所述能操纵的运动预先设定元件中的每个都是能旋转操纵的构件。
[0014]优选地，所述能操纵的转动预先设定元件中的每个都是能旋转操纵的构件。
[0015]优选地，所述操作设备能在精细模式与粗略模式之间切换，其中，所述能操纵的运动预先设定元件和所述能操纵的转动预先设定元件在所述粗略模式中是能自由运转的操纵的，并且其中，在所述精细模式中限动件抵制自由运转的操纵。
[0016]优选地，所述操作设备还具有手柄，并且其中，所述第一输入装置、第二输入装置和第三输入装置设置为共同地相对于所述手柄是能运动的。
[0017]优选地，所述操作设备还具有手柄和设置在所述手柄与所述输入装置之间的6D传感器装置，以检测所述手柄与所述输入装置中的一个之间的相对运动。
[0018]优选地，所述操作设备还具有3D惯性传感器装置，以检测所述操作设备相对于周围环境的绝对取向和定向。
[0019]本实用新型还提出一种操纵器系统，其特征在于，包括具有六个能彼此独立操控的自由度的操纵器、和根据本实用新型的用于对操纵器进行控制或编程的操作设备。
[0020]本实用新型涉及一种用于对操纵器进行控制或编程的操作设备。操作设备可以手动地由操作者操作。例如，操作设备可以由操作者用手来操作。在此，操作设备能够实现在不同的坐标系中控制操纵器，但还用于建立程序运行过程。在此，操作设备可以例如与操纵器的相应的控制器通信，并将运动预先设定值预先设定到控制器上，这些运动预先设定值随后可以由控制器进行转换。操纵器具有六个可以彼此独立地操控的自由度。在此，对操纵器的工具进行期望的运动引导例如可以被分为平移(工具的位置)和转动(工具的定向)的运动预先设定值。
[0021]操作设备具有第一输入装置，该第一输入装置被设置为，用于预先设定操纵器沿着操纵器的X轴的运动，并预先设定操纵器围绕操纵器的X轴的转动。此外，第一输入装置沿着操作设备的第一主轴取向。
[0022]此外，操作设备具有第二输入装置。该第二输入装置被设置为，用于预先设定操纵器沿着操纵器的y轴的运动，并预先设定操纵器围绕操纵器的y轴的转动。第二输入装置沿着操作设备的第二主轴取向。
[0023]此外，操作设备具有第三输入装置。该第三输入装置被设置为，用于预先设定操纵器沿着操纵器的z轴的运动，并预先设定操纵器围绕操纵器的z轴的转动。第三输入装置沿着操作设备的第三主轴取向。
[0024]在此，本领域技术人员应理解，操纵器沿着X轴、y轴或z轴中的一个的运动可以作为平移运动存在，该运动不包括旋转或转动。
[0025]操纵器的X轴、y轴和z轴是彼此正交的。在此，操纵器的X轴、y轴和z轴特别是在右手坐标系中是彼此正交。此外，操作设备的主轴是基本上彼此呈直角的。
[0026]因此，输入装置可以相应于其在笛卡尔空间中的有效运动在操作设备上以坐标系的形式被设置并取向。被设置为沿z方向平移调整操纵器的第三输入装置例如被设置为，使得该第三输入装置明确可视地由操作者带入与z轴联系。通过第三输入装置的操纵，可以例如预先设定操纵器的正的z运动。明确的对应(Zuordnung)，基于第三输入装置相对于第一和第二输入装置的基本上呈直角的结构。
[0027]输入装置沿着操作设备的基本上彼此呈直角的三个主轴设置，这能够实现，操作者能够直观地使多轴操纵器在所有自由度中行驶。输入装置的特殊的结构将操作错误(例如运动方向或运动定向的混淆风险)降低至最小。由操纵器产生的运动是可以非常良好地预见并控制的。
[0028]优选地，操作设备的主轴结构相应于操纵器的X、5^Pz轴结构。对于操作者而言，不仅哪个输入装置关系到操纵器的哪个自由度，而且在操纵时真实产生哪个运动方向，均是直接显而易见的。轴和运动方向的混淆被限制在最小。
[0029]优选地，第一输入装置设置在构造为长形的第一壳体中。该壳体沿着操作设备的第一主轴延伸。优选地，第二输入装置设置在构造为长形的第二壳体中。该第二壳体沿着操作设备的第二主轴延伸。优选地，第三输入装置设置在构造为长形的第三壳体中。在此，该第三壳体沿着操作设备的第三主轴延伸。因此，三个被构造为长形的、基本上彼此呈直角的壳体，明确地使操作者明白正交的坐标系的形状，操纵器的操作设备或控制器以该坐标系为基础。
[0030]在此，操作设备的简单的基本结构能够实现对操纵器的低成本的控制。操纵器坐标系与其配属的运动一起对于使用者而言是可以直观地理解并且可靠地管控的。
[0031]优选地，第一、第二和第三输入装置分别包括可操纵的运动预先设定元件和可操纵的转动预先设定元件，所述运动预先设定元件被设置为用于预先设定操纵器的运动，所述转动预先设定元件被设置为用于预先设定操纵器的转动。因此，沿着操作设备的三个主轴中的每个，均存在运动预先设定元件和转动预先设定元件。利用所述预先设定元件，可以分别预先设定操纵器沿着x、y和z轴的运动，即平移和围绕这些轴的转动。通过预先设定元件的特殊的结构，操作者可以直接并直观地识别出，如何实现操纵器的期望的运动或转动。特别优选地，运动预先设定元件或转动预先设定元件的一个或多个完全或部分地被遮盖。因此，操作者可以不或没那么容易地够到并操纵相应的预先设定元件。遮盖或遮盖度可以手动或自动地改变。因此，通过遮盖某些预先设定元件，可以确保操作方向的明确性。
[0032]特别优选地，可操纵的运动预先设定元件中的每个都是能够可旋转地操纵的。特别优选地，可操纵的转动预先设定元件中的每个都是能够可旋转地操纵的。运动和转动预先设定元件可以例如被实施为圆柱形的，例如环、轮或圆柱体。对于操纵而言，所述预先设定元件的侧面可以由操作者可至少部分地自由接近。
[0033]优选地，操作设备可以在精细模式与粗略模式之间切换。在粗略模式中，可操纵的运动预先设定元件和可操纵的转动预先设定元件可以自由运转地操纵。在精细模式中，限动件(Rasterung，栅栏)抵制该自由运转的操纵。
[0034]因此，精细模式描述精确运行。例如实施为圆柱体的预先设定元件可以由限动功能制动。每次至下一个限动件的进一步旋转均引起机器人的限定的步进运动，例如Imm的步进运动或1°的转动。该灵敏性可以由使用者预先设定或选择。由此，在该精细模式中，可以实现非常准确的、精确的运动。限动件可以例如通过对预先设定元件的电磁作用而被选择性地激活。
[0035]粗略模式适用于操纵器的宽广的行驶。可以例如通过按键来实现在精细模式与粗略模式之间切换。由此，可以撤消对预先设定元件的限动。预先设定元件现在可自由运转地操纵，并且能够例如灵活地旋转。当操纵器通过旋转预先设定元件中的一个被设置为运动时，则该操纵器例如相应地行驶，到实现旋转。旋转还可以取决于惯性地继续运转，而没有操作者的其他主动的作用。替代地，可以通过快速地扭转预先设定元件，来导入操纵器的连续运动。通过短暂地轻敲相应的预先设定元件，可以例如停止运动。在此，根据预先设定元件本身的速度，操纵器的速度可以到达操纵器的最大行驶速度。因此，操纵器可以有效地、并且无需操作者很费力地限制性地驶入远距离的位置或姿势。
[0036]由于设置在三个坐标方向中的输入装置关联到固定限定的坐标系，可以由操作者优选明确地选择使用哪个坐标系。在此，可以例如选择位置固定的坐标系，例如所谓的基部坐标系、世界坐标系或机器人脚坐标系。在其他情况下，还可以选择移动的坐标系，例如法兰坐标系或工具坐标系。有利地，操作者保持操作设备，使得所选择的坐标方向与操作设备的定向大约一致。
[0037]优选地，操作设备具有手柄。操作者可以利用一只手抓住手柄并利用另一只手操作输入装置。优选地，第一、第二和第三输入装置设置为，共同地相对于手柄可运动。三个能够相对于彼此不运动或固定不变的输入装置，在此可以例如可旋转地与手柄连接。通过输入装置相对于手柄的旋转，操作者可以针对期望的处于操纵器上的坐标方向，有目的地调节输入装置的方向或取向。由此，可以继续保持直观输入的舒适性。输入装置相对于手柄的定向，可以例如在调整之后被固定。
[0038]除了手柄之外，优选地操作设备具有6D传感器装置。该6D传感器装置在此被设置在手柄与输入装置之间，并被设置为，用于检测手柄与输入装置中的一个之间的相对运动。因此，操作者可以例如将一个或多个输入装置相对于手柄向前挤压。产生的力可以由6D传感器装置检测，并且可以将操纵器的相应的平移预先设定到操纵器的控制器上。由此，可以容易地实现操纵器的多维运动。随后，使用者可以操纵运动预先设定元件和转动预先设定元件，以将操纵器的准确的运动预先设定到期望的目标位置上。6D传感器装置可以例如基于应变仪。
[0039]优选地，操作设备还具有3D惯性传感器装置。该3D惯性传感器装置被设置为，用于检测操作设备相对于周围环境的绝对取向和定向。利用3D惯性传感器装置，例如可以检测操作设备的由操作者自由规定的X取向。这可以提供给操纵器的控制器。因此，带有操作设备的沿着该自由规定的X取向的运动预先设定值，可被转换成操纵器沿同一方向的类似的运动。因此，不再必需由用户进行的坐标系的校准。
[0040]操作设备可以例如被设计为手动操作设备，并且具有其他的、操纵器特有的或安全相关的操作键。例如，操作设备可以具有一个或多个紧急停止和/或启用开关。可以无线缆地或线缆连接地提供操作设备。此外，操作设备可通过耦接设施与另外的设备耦接。例如，操作设备可以与智能手机或另外的(操纵器的)控制器耦接。因此，操作设备是可以广泛使用的。
[0041]此外，本实用新型还涉及一种操纵器系统，包括具有六个可彼此独立操控的自由度的操纵器，以及如前所述的用于对操纵器进行控制或编程的操作设备。
【附图说明】
[0042]下面参照附图详细说明本实用新型。在附图中，相同的特征以相同的附图标记示出。其中不出:
[0043]图1是根据一种实施方式的操作设备；以及
[0044]图2是根据另一种实施方式的操作设备。
[0045]其中，附图标记列表如下:
[0046]I操作设备
[0047]2x、2y、2z 输入装置
[0048]3x、3y、3z转动预先设定元件
[0049]4x、4y、4z运动预先设定元件
[0050]5 手柄[0051 ]6急停开关
[0052]7 6D传感器装置
[0053]8x、8y、8z运动和转动预先设定元件
[0054]9操纵器
[0055]13x、14x 键
【具体实施方式】
[0056]在图1中示出了操作设备I，根据本实用新型，该操作设备可以被用于对操纵器9进行控制或编程。操作设备I包括手柄5，该手柄被操作者保持。此外，操作设备I还包括三个输入装置2x、2y和2z，所述输入装置沿着操作设备I的三个主轴取向。例如，输入装置2x沿第一主轴向右延伸，并且第二输入装置2y与输入装置2x呈直角地延伸。沿着第三主轴、在此为竖直的主轴，设有第三输入装置2z。
[0057]输入装置2x、2y和2z中的每个都包括可操纵的运动预先设定元件4x、4y和4z。所述运动预先设定元件被实施为可旋转地操纵的轮的形式。当例如轮4x沿正方向旋转时，操纵器9沿其坐标系的正X方向行驶。同样的情况适用于操纵器9沿着y和z轴的运动，这些运动可以通过操纵相应的轮4y和4z被控制。
[0058]此外，输入装置中的每个都包括可旋转操纵的转动预先设定元件3x、3y和3z，所述转动预先设定元件被实施为可旋转操纵的轮的形式。通过旋转轮3x，例如控制操纵器9的围绕操纵器的坐标系的X轴的转动。同样的情况适用于围绕操纵器的y和z轴的转动，这些转动可以通过操纵轮3y和3z被控制。此外，在旋转元件3z上设有急停开关6。该急停开关能够实现操纵器9的立即紧急停止。
[0059]通过输入装置2x、2y和2z的几何结构，操作者立即得知，如何可以借助操作设备I来预先设定操纵器9的期望的运动。当操作者想要预先设定操纵器9围绕操纵器的X轴转动时，由于操作设备I的结构操作者会立即理解，为此操纵轮3x。
[0060]此外，在操作设备I上设有键13x、14x。在示出的实施方式中，所述键设置在输入装置2x上。通过对键13x进行操纵，可以调节可旋转操纵的转动预先设定元件3x的步幅或敏感性。相似地，可以通过对键14x进行操纵，来调节可操纵的运动预先设定元件4x的步幅或敏感性。还可在另外的输入装置2y、2z上设有相似的键(未示出)，使得运动或转动预先设定元件中的一个或多个的敏感性能够被使用者特定地调节。
[0061]在图2中示出了根据另一种实施方式的操作设备I，利用该操作设备来预先设定操纵器9的运动。在手柄5与输入装置2x、2y、2z之间设有6D传感器装置7。当输入装置2x、2y和2z共同地相对于手柄5运动(例如拉出、挤压或倾斜)时，则这些相对运动被6D传感器装置7检测到，并且最终被转换为操纵器9的相应的运动。因此，可以非常直观地预先设定操纵器的行驶运动。
[0062]图2的操作设备I的输入装置2x、2y和2z在其端部具有按钮8x、8y和8z，其表示整体的运动和转动预先设定元件。按钮8x、8y和Sz既可以旋转，又可以线性地运动。为了线性运动，按钮8x、8y和Sz可以沿着操作设备的各个主轴被向外和向内推动，以例如预先设定操纵器9沿着相应的轴的线性运动。通过旋转按钮8x、8y和8z，可以例如预先设定操纵器9围绕相应的轴的转动。
【主权项】
1.一种用于对操纵器(9)进行控制或编程的操作设备(I)，其特征在于，所述操纵器具有六个能彼此独立操控的自由度，所述操作设备具有: 第一输入装置(2x)，被设置为，用于预先设定所述操纵器沿着所述操纵器(9)的X轴的运动并且预先设定所述操纵器(9)围绕所述操纵器的X轴的转动，其中，所述第一输入装置(2x)沿着所述操作设备(I)的第一主轴取向； 第二输入装置(2y)，被设置为，用于预先设定所述操纵器(9)沿着所述操纵器(9)的y轴的运动并且预先设定所述操纵器(9)围绕所述操纵器(9)的y轴的转动，其中，所述第二输入装置(2y)沿着所述操作设备(I)的第二主轴取向； 第三输入装置(2z)，被设置为，用于预先设定所述操纵器(9)沿着所述操纵器(9)的z轴的运动并且预先设定所述操纵器(9)围绕所述操纵器(9)的z轴的转动，其中，所述第三输入装置(2z)沿着所述操作设备(I)的第三主轴取向； 其中，所述操纵器(9)的X轴、y轴和z轴彼此正交，并且 其中，所述操作设备(I)的主轴彼此基本上呈直角。2.根据权利要求1所述的操作设备(I)，其特征在于，所述操作设备的主轴结构相应于所述操纵器(9)的x、y和z轴结构。3.根据权利要求1所述的操作设备(I)，其特征在于，所述第一输入装置(2x)设置在被构造为长形的第一壳体中，所述第一壳体沿着所述操作设备(I)的第一主轴延伸，并且 其中，所述第二输入装置(2y)设置在被构造为长形的第二壳体中，所述第二壳体沿着所述操作设备(I)的第二主轴延伸，并且 其中，所述第三输入装置(2z)设置在被构造为长形的第三壳体中，所述第三壳体沿着所述操作设备(I)的第三主轴延伸。4.根据权利要求1所述的操作设备(I)，其特征在于，第一输入装置(2x)、第二输入装置(2y)和第三输入装置(2z)分别包括: 能操纵的运动预先设定元件(红、47、42、8^87、82)，以预先设定所述操纵器(9)的运动;和 能操纵的转动预先设定元件(3x、3y、3z、8x、8y、8z)，以预先设定所述操纵器(9)的转动。5.根据权利要求4所述的操作设备(I)，其特征在于，所述能操纵的运动预先设定元件(4x、4y、4z)中的每个都是能旋转操纵的构件。6.根据权利要求4所述的操作设备(I)，其特征在于，所述能操纵的转动预先设定元件(3x、3y、3z)中的每个都是能旋转操纵的构件。7.根据权利要求4至6中任一项所述的操作设备(I)，其特征在于，所述操作设备(I)能在精细模式与粗略模式之间切换，其中，所述能操纵的运动预先设定元件(4x、4y、4z)和所述能操纵的转动预先设定元件(3x、3y、3z)在所述粗略模式中是能自由运转的操纵的，并且其中，在所述精细模式中限动件抵制自由运转的操纵。8.根据权利要求1至6中任一项所述的操作设备(I)，其特征在于，所述操作设备还具有手柄(5)，并且其中，所述第一输入装置(2x)、第二输入装置(2y)和第三输入装置(2z)设置为共同地相对于所述手柄(5)是能运动的。9.根据权利要求1至6中任一项所述的操作设备(I)，其特征在于，所述操作设备还具有手柄(5)和设置在所述手柄(5)与所述输入装置(2x、2y、2z)之间的6D传感器装置(7)，以检测所述手柄(5)与所述输入装置(2x、2y、2z)中的一个之间的相对运动。10.根据权利要求1至6中任一项所述的操作设备(I)，其特征在于，所述操作设备还具有3D惯性传感器装置，以检测所述操作设备(I)相对于周围环境的绝对取向和定向。11.一种操纵器系统，其特征在于，包括具有六个能彼此独立操控的自由度的操纵器(9)、和根据权利要求1至10中任一项所述的用于对操纵器(9)进行控制或编程的操作设备(I)。
【文档编号】B25J9/18GK205600738SQ201521066561
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年12月18日
【发明人】马丁·里德尔
【申请人】库卡罗伯特有限公司