用于操作工業(yè)機器人的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于借助于操作設(shè)備（10）操作工業(yè)機器人（12）的方法，該方法包括以下方法步驟：觸摸圖形用戶界面（18）的被框架（34）包圍的觸敏顯示器（20）上的虛擬操作元素，其中在觸摸該虛擬操作元素時觸發(fā)分配給該操作元素的功能。為了提高操作工業(yè)機器人的安全性并且為了能夠以所期望的程度在工業(yè)機器人的位置方面對工業(yè)機器人進行調(diào)整而提出：選擇性地檢測操作人員的手指在觸摸觸摸顯示器（20）的被構(gòu)造成所定義的行進面的虛擬操作元素時偏移的速度或者路程；從所述偏移的速度或路程中生成控制信號，所述控制信號被用于移動工業(yè)機器人（12）的速度預(yù)先給定值或位置預(yù)先給定值；以及在與充當(dāng)觸覺標(biāo)記的框架片段（36）相距一定距離處定義針對所述工業(yè)機器人的二維位置預(yù)先給定值的第一行進面，并且在所述距離以內(nèi)定義針對所述工業(yè)機器人的第三位置預(yù)先給定值的第二行進面。
【專利說明】用于操作工業(yè)機器人的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于借助于操作設(shè)備操作工業(yè)機器人的方法，該方法包括以下方法步驟:觸摸圖形用戶界面的被框架包圍的觸敏顯示器上的虛擬操作元素，其中在觸摸該虛擬操作元素時觸發(fā)分配給該操作元素的功能。

【背景技術(shù)】
[0002]在DE 10 2010 039 540 Al中描述了手持式操作設(shè)備形式的用于控制工業(yè)機器人的裝置。該手持式操作設(shè)備可以與機器人控制裝置耦合，以便對工業(yè)機器人進行編程或控制。
[0003]該手持式操作設(shè)備包括具有微處理器的電子設(shè)備，以便能夠與機器人控制裝置通信。該手持式操作設(shè)備還包括被構(gòu)造成觸摸屏的顯示器、緊急停機按鍵、以及被構(gòu)造成鎖的轉(zhuǎn)換開關(guān)。為了人工地移動例如機器人臂，該手持式操作設(shè)備包括不同的可彼此獨立地人工操控的輸入裝置或行進裝置，所述輸入裝置或行進裝置例如被構(gòu)造成6D鼠標(biāo)或者觸摸按鍵。借助于觸摸屏，所存在的可能性是，給所述行進裝置中的每個都分配其自己的參考坐標(biāo)系。
[0004]但是在公知的實施方式中，對工業(yè)機器人的控制僅僅通過可人工操控的輸入裝置來進行，使得手持式操作設(shè)備在其制造方面是高成本的，并且在運行中易受影響。
[0005]在DE 10 2010 025 781 Al中描述了另一用于操作工業(yè)機器人的裝置。移動電話形式的該手持式設(shè)備具有觸摸屏，該觸摸屏一方面充當(dāng)用于輸出機器人控制裝置的信息、尤其是用于顯示操作界面的輸出裝置，并且另一方面充當(dāng)用于借助于按鍵輸入控制命令的命令輸入裝置。
[0006]該手持式設(shè)備借助于在例如將移動電話保持在機動車輛中的原理中公知的夾持設(shè)備可松開地固定在便攜式安全設(shè)備處，并且通過USB接口與該安全設(shè)備連接。安全輸入設(shè)備具有緊急停止按鈕、同意按鍵以及運行方式選擇開關(guān)。該實施方式中的缺點是，為了安全地操作虛擬按鍵，操作人員總是被迫查看觸摸屏以便避免誤輸入。同樣的情況在諸如強光入射或者昏暗狀況之類的妨礙對觸摸屏的操作的不利環(huán)境條件時成立。
[0007]在引文Mark John Micir 的博士論文“Mult1-Touch Interact1n for RobotCommand and Control" (2010年12月)中描述了通過手指在觸摸屏上行進來操作機器人。通過移動手指，可以控制平面中的方向和機器人的速度。在從觸摸屏移除手指時，機器人進入停止?fàn)顟B(tài)。
[0008]根據(jù)US 2008/0165255 Al，可以通過在觸摸屏的表面上移動手指來在二維上控制車輛。
[0009]多點觸摸屏在NIEDERHUBER, Ch.的引文:“Bedienpanel:Multitouch-Technologie mit Haptischen Elementen vereint” (In: etzElektrotechnik + Automat1n,第 1-2/2012 期，第 2-4 頁)中予以了描述。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所基于的任務(wù)是，將開頭提到類型的方法改進為使得提高操作工業(yè)機器人時的安全性。工業(yè)機器人還應(yīng)當(dāng)以所期望的程度在其位置方面被調(diào)整。在機器人的行進方向和速度方面對機器人的控制應(yīng)當(dāng)是可能的。
[0011]為了解決該任務(wù)而提出:選擇性地檢測操作人員的手指在觸摸觸摸顯示器的被構(gòu)造成所定義的行進面的虛擬操作元素時偏移的的速度或者路程(Strecke);從該偏移的速度或路程中生成控制信號，該控制信號被用于移動工業(yè)機器人的速度預(yù)先給定值或位置預(yù)先給定值；以及在與充當(dāng)觸覺標(biāo)記的框架片段相距一定距離處定義針對該工業(yè)機器人的二維位置預(yù)先給定值(X、Y坐標(biāo)(位置)或者Vx、Vy速度)的第一行進面，并且在該距離以內(nèi)定義針對該工業(yè)機器人的第三位置預(yù)先給定值(Z坐標(biāo)(位置)或Vz速度)的第二行進面。
[0012]尤其是通過手指在觸摸所述行進面之一期間的偏移來生成控制信號，該控制信號根據(jù)操作設(shè)備的所設(shè)定的模式被用于移動工業(yè)機器人的速度預(yù)先給定值或者位置預(yù)先給定值。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，通過觸摸屏上的2D運動來實現(xiàn)機器人的三維運動。在此，沿著觸摸顯示器的充當(dāng)觸覺標(biāo)記的片段引導(dǎo)手指、比如大拇指，以便在一定方向上調(diào)整機器人。在笛卡爾坐標(biāo)系或所定義的坐標(biāo)系的其余方向上的調(diào)整在與手指、比如大拇指相距一定距離之處進行。通過該特殊布置，操作者可以明顯地區(qū)分并盲地到達(dá)兩個行進域。直接處于顯示器邊緣處的域-手指與殼體邊緣具有可觸摸到的接觸-激活針對第三維的行進預(yù)先給定值。大約手指寬地處于顯示器邊緣附近的域激活其余二維中的行進預(yù)先給定值。在此，諸如大拇指之類的手指明顯地向側(cè)面伸展并且與殼體邊緣不具有接觸。如果操作者想要針對第一或第二虛擬行進面作出決定，則手指的命中精度是次要的。與觸摸顯示器的第一手指接觸僅須處于寬大地確定尺寸的一個或另一個虛擬行進面內(nèi)。在此，手指的第一擊中點被假定為零點，從該零點出發(fā)，每個進一步的手指運動一在與觸摸顯示器的持久手指接觸的情況下一被評估為偏移，從其中生成用于機器人的行進預(yù)先給定值的控制信號。該通過殼體邊緣的觸覺標(biāo)記所支持的行進允許在盲操作中移動機器人。
[0014]此外所存在的可能性是，通過改變模式來在機器人的位置預(yù)先給定值與速度預(yù)先給定值之間轉(zhuǎn)變，其中觸摸顯示器的相同行進面可以以前面所描述的方式來利用。
[0015]手指在所定義的行進面或虛擬操作元素上的偏移的路程優(yōu)選地與工業(yè)機器人的行進速度和/或位置成比例。在觸摸所定義的行進面以后，在具有接觸的滑動期間，還超出所示虛擬行進面的域界限的整個觸摸顯示面都對手指可用。
[0016]當(dāng)操作人員將其手指從觸摸顯示器提離時，工業(yè)機器人達(dá)到停止?fàn)顟B(tài)。此外規(guī)定:對手指運動的反應(yīng)的靈敏度通過虛擬操作元素、比如滑動調(diào)節(jié)器針對位置預(yù)先給定值以及針對速度預(yù)先給定值來無級地調(diào)整。
[0017]諸如X和Y坐標(biāo)之類的二維位置預(yù)先給定值優(yōu)選地通過觸摸所定義的行進面來進行，所述行進面在觸摸顯示器上被定位為與顯示器邊緣相距一定距離，使得所述行進面可以用諸如大拇指之類的手指來操作。
[0018]作為具有平坦表面的市場上常見觸摸屏(該觸摸屏優(yōu)選地被構(gòu)造成電容觸摸屏，但也可以考慮電阻觸摸屏)的觸摸顯示器的為了預(yù)先給定機器人的X-Y坐標(biāo)而操作人員的手指、尤其是大拇指必須在觸摸顯示器上接觸式地移動的區(qū)域在觸摸顯示器的所謂遠(yuǎn)離邊緣(randfern)的區(qū)域中延伸、優(yōu)選地與包圍觸摸顯示器的框架相距至少大拇指寬地延伸。
[0019]此外，本發(fā)明規(guī)定:工業(yè)機器人可以通過直接側(cè)面地布置在顯示器邊緣處的操作元素在第三坐標(biāo)方向(Z坐標(biāo))上被控制，其中操作人員的手指被引導(dǎo)得經(jīng)過顯示器邊緣和/或在顯示器邊緣上并沿著該顯示器邊緣延伸的觸覺標(biāo)記。
[0020]X、Y和Z坐標(biāo)尤其是笛卡爾坐標(biāo)系的坐標(biāo)。通過添加至少另一或另外的虛擬行進面，可以控制工作定向(旋轉(zhuǎn)角)Α、Β和C。這些另外的行進面在構(gòu)造和功能方面都類似于針對X、Y和Z行進預(yù)先給定值的行進面并且用這些行進面一起示出。在此，在觸摸顯示屏上的放置被選擇為使得針對行進方向“C”的行進面與殼體框架的邊緣片段(其充當(dāng)觸覺標(biāo)記)接界，并且針對行進方向“Α”和“B”的行進面被放置在與殼體邊緣相距所定義的距離之處。
[0021]因此，可以用觸摸顯示器在盲操作中控制機器人的所有6個自由度。
[0022]如果不應(yīng)當(dāng)進行調(diào)整、而是僅僅進行X、Y和/或Z方向或Α、Β和/或C方向或角度上的位置處的速度影響，則通過觸摸觸摸顯示器上的相應(yīng)虛擬元素來轉(zhuǎn)變模式，以便以之前所描述的方式調(diào)整行進速度。
[0023]換言之，將在觸摸觸摸顯示器以后或多或少地“拉動”手指的可能性用于為機器人生成模擬行進預(yù)先給定值。因此，機器人可以以6個自由度(X、Y、Z和工具定向Α、B、C)來靈敏地控制。
[0024]利用手指的偏移可能的是，與在筆記本計算機的情況下通過觸摸板的光標(biāo)控制類似地向機器人提供位置預(yù)先給定值。在此，機器人可以同時在兩個坐標(biāo)方向、例如X和Y或A和B上行進。
[0025]在另一模式下，通過手指偏移為機器人生成速度預(yù)先給定值:手指被偏移越多，則機器人行進得越快。
[0026]在觸摸所選行進面以后，手指接著也可以經(jīng)過域界限被拉動到整個顯示器上并且因此生成行進預(yù)先給定值。在松開以后，機器人立即停下來。然后，為了重新的行進預(yù)先給定值必須再次命中所期望的域。
[0027]對手指運動的反應(yīng)的靈敏度可以通過調(diào)節(jié)器、例如超馳針對位置預(yù)先給定值以及針對速度預(yù)先給定值來無級地調(diào)整。
[0028]針對2D行進(X、Y方向或Α、B方向)的敏感面被放置在顯示器邊緣附近，使得該敏感面在與顯示器邊緣相距明顯的距離處仍然可以用手指(例如利用伸展的大拇指)被良好地達(dá)到。
[0029]為了還能夠在第三坐標(biāo)方向(Ζ方向或C方向)上行進，手指寬的域被直接側(cè)面地放置在顯示器邊緣處，使得該域可以用手指觸摸出。該域生成一維行進預(yù)先給定值(Ζ方向上或C方向)。
[0030]通過該特殊布置，操作者可以明顯地區(qū)分并盲地到達(dá)兩個行進域:直接處于顯示器邊緣處的域(手指與殼體邊緣具有可觸摸到的接觸)激活針對第三維的行進預(yù)先給定值。大約手指寬地處于顯示器邊緣附近的域激活二維中的同時行進預(yù)先給定值。
[0031]工業(yè)機器人具有6個自由度。為了以所述三個角度(Α、B、C)調(diào)整工具定向，使用如上所述的相同方法。在此，顯示器被劃分成兩個區(qū)。在一個區(qū)(例如上面的區(qū))中存在針對維I 一 3 (例如X、Y、Ζ)的域。在另一區(qū)(例如下面的區(qū))中存在針對維4-6 (例如Α、B、C)的行進域。通過觸覺標(biāo)記，可以盲地區(qū)分這兩個區(qū)。
[0032]作為觸摸顯示器優(yōu)選地使用多點觸摸顯示器或單點觸摸顯示器。
[0033]利用多點觸摸顯示器，機器人因此可以以所有6個自由度同時地行進。利用單點觸摸顯示器，僅能順序地使用所述行進功能。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比的特點尤其在于，硬件部件的數(shù)目被減少到絕對最小值。除了面向安全性的開關(guān)“緊急停止”和“同意”以外，所有操作功能都一致地以觸摸軟件來實現(xiàn)。不需要諸如薄膜按鍵、開關(guān)或信號燈之類的另外的電部件。由此，該系統(tǒng)是維護少的。
[0035]所實現(xiàn)的空間收益有利于大的舒適的觸摸顯示器。在觸摸顯示器上顯示的虛擬操作元素和顯示是針對工業(yè)應(yīng)用提供的，并且被顯示為高對比度和大的，使得實現(xiàn)可靠的操作。
[0036]根據(jù)該方法的另一優(yōu)選實施方式規(guī)定:對觸摸顯示器的表面上的虛擬操作元素的觸摸是通過確定觸摸點的第一坐標(biāo)來檢測的；以及當(dāng)觸摸點的第一坐標(biāo)在與觸摸顯示器的表面保持接觸以后由于操作人員的人工動作而離開預(yù)先給定的坐標(biāo)范圍時，進行對虛擬操作元素的功能的觸發(fā)。
[0037]在此，該人工動作可以通過操作人員的姿勢來觸發(fā)。該姿勢可以通過將操作人員的手指在觸摸顯示器上拉入該預(yù)先給定的坐標(biāo)范圍或從其中拉出而執(zhí)行。該姿勢優(yōu)選地在所定義的方向上執(zhí)行，其中對手指運動的反應(yīng)的靈敏度、姿勢的強度可以被無級地調(diào)整。
[0038]此外，本發(fā)明涉及一種自主發(fā)明的用于用手持式設(shè)備操作工業(yè)機器人的方法。在此規(guī)定:對觸摸功能的觸發(fā)要求操作者在觸摸顯示器上的人工動作。為了防止由于無意的觸摸導(dǎo)致不經(jīng)意地觸發(fā)虛擬操作元素，當(dāng)在觸摸觸摸顯示器以后執(zhí)行特殊的“小姿勢”、比如在所定義的方向上移開手指時才觸發(fā)功能。因此得出“可靠觸摸(reliable touch)”。
[0039]為了觸發(fā)功能所需的姿勢、即姿勢的所需強度或類型可以無級地調(diào)整:所述姿勢從簡單的手指觸摸、對觸摸顯示器的常用操作到所定義的姿勢。通過觸覺標(biāo)記、比如顯示器邊緣中的指印槽的特殊成形，手指可以在指印槽的延續(xù)部中滑動到觸摸顯示器上并且在此觸發(fā)功能。如果操作者意識到他已經(jīng)發(fā)起了不想要的功能觸發(fā)，則他可以通過將手指撤回原始位置來抑制該功能觸發(fā)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]本發(fā)明的另外的細(xì)節(jié)、優(yōu)點和特征不僅從權(quán)利要求、由權(quán)利要求獲得的特征一本身和/或特征的組合一得出，而且還從下面對可從附圖中得知的實施例的描述中得出。
[0041]附圖:
圖1示出了用于操作工業(yè)機器人的編程手持式設(shè)備；
圖2示出了編程手持式設(shè)備的與觸摸顯示器接界的顯示器框架的片段；
圖3示出了與觸摸顯示器接界的顯示器框架的第二片段；
圖4示出了與觸摸顯示器接界的顯示器框架的第三片段；
圖5示出了編程手持式設(shè)備的后視圖；
圖6示出了用于用操作設(shè)備操作工業(yè)機器人的示意性方法；
圖7示出了操作設(shè)備的具有虛擬操作元素的操作界面的截取部分；
圖8示出了操作設(shè)備的具有圖像的操作界面的截取部分，所述圖像具有圖形信息； 圖9示出了操作設(shè)備的具有不同行進面的操作界面；以及圖10示出了用于重新校準(zhǔn)操作設(shè)備的坐標(biāo)系的虛擬操作元素。

【具體實施方式】
[0042]圖1示出了編程手持式設(shè)備形式的用于操作工業(yè)機器人12的裝置10。為此，手持式設(shè)備10通過無線或有線通信連接14與機器人控制裝置16連接。手持式設(shè)備10包括圖形用戶界面18，該圖形用戶界面18具有觸敏顯示器20—后面被稱為觸摸顯示器。觸摸顯示器用于顯示至少一個虛擬操作元素22.1...22.n、24.1...24.η,所述操作元素22.1...22.n、24.1...24.η表示用于控制、編程或操作工業(yè)機器人12的功能，其中在用操作人員的手指或指示筆觸摸虛擬操作元素22.1...22.η、24.1...24.η時觸發(fā)所分配的功能。
[0043]此外，手持式設(shè)備10包括用于控制圖形用戶界面18以及與機器人控制裝置16通信的控制單元30、以及用于確定操作設(shè)備的位置和傾斜度的位置傳感器。
[0044]具有觸摸顯示器20的圖形用戶界面18與控制單元一起布置在殼體32中。殼體32形成顯示器框架34，該顯示器框架34在邊緣側(cè)包圍觸摸顯示器20。此外，在殼體32的上側(cè)布置有面向安全性的“緊急停止”開關(guān)26。
[0045]虛擬操作元素22.1....22.η以及24.1...24.η沿著顯示器框架的各一個與觸摸顯示器20接界的框架片段36、38布置。為了使得能夠?qū)μ摂M操作元素22.1...22.η或24.1...24η進行盲操作，根據(jù)第一自主發(fā)明思想在框架片段36、38中分別布置觸覺標(biāo)記40.1...40.η 或 42.1...42.η。給每個觸覺標(biāo)記 40.1...40.η,42.1...42.η 都分配有虛擬操作元素 22.1...22.η,24.1...24.η。
[0046]在此，尤其是虛擬操作元素22.1...22.η、24.1...24.η與觸覺標(biāo)記40.1...40.η或42.1...42.η直接接界，使得進行從觸覺標(biāo)記40.1...40.η或42.1...42.η到虛擬操作元素22.1...22.η、24.1...24.η的直接過渡。因此，沿著觸覺標(biāo)記40.1...40.η或42.1...42.η被引導(dǎo)的手指在一定程度上被連續(xù)地引導(dǎo)到虛擬操作元素22.1...22.η、24.1...24.η。由此可以避免或最小化誤操作:首先，借助于觸覺標(biāo)記觸摸出虛擬操作元素的位置，并且接著通過觸摸該虛擬操作元素來觸發(fā)功能。另外不必需要特殊地構(gòu)造觸摸屏、即顯示器20。尤其是與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，不需要將特殊的疊加材料安裝到顯示器上，否則由此出現(xiàn)透明度損失。
[0047]觸覺標(biāo)記40.1...40.η或42.1...42.η形成一種如下的引導(dǎo):通過所述引導(dǎo)將操作人員的手指引導(dǎo)到所分配的虛擬操作元素22.1...22.η,24.1...24.η。
[0048]圖2示出了操作元素22.1...22.η和分配給所述操作元素的觸覺標(biāo)記40.1...40.η的擴大圖示。
[0049]通過沿著具有觸覺標(biāo)記40.1...40.η,42.1...42.η的框架片段36,38布置虛擬操作元素22.1...22.η或24.1...24.η保證了對虛擬操作元素的安全操作。在此,階梯式(abgesetzt)和特殊成形(ausgeprjigt)的框架片段36、36用于觸摸顯示器20上的觸覺定向。
[0050]在圖2中所示的實施例中，觸覺標(biāo)記40.1...40.η,42.1...42.η被構(gòu)造成指印槽，所述指印槽被成形為使得其可以用手指被可靠地觸摸出，并且保證將手指從框架片段36,38向所分配的虛擬操作元素22.1...22.η或24.1...24.η方向的引導(dǎo)。
[0051]另外，設(shè)置有觸覺標(biāo)記43.1...43.η，所述觸覺標(biāo)記43.1...43.η被構(gòu)造成凸塊(Noppe),并且布置在顯示器框架34的表面上。
[0052]由此一方面補償了觸摸顯示器的原理上缺失的觸感，并且另一方面操作者可以將視覺注意力瞄準(zhǔn)工業(yè)機器人和工藝，而不必查看手持式操作設(shè)備，由此總體上提高了操作安全性。實現(xiàn)了 “盲操作”。
[0053]圖3作為顯示器框架34的與觸摸顯示器20接界的框架角46示出了觸覺標(biāo)記44的一個實施方式。通過顯示器框架34的框架角46，定義了觸摸顯示器20上的明確的、精確的位置。在所述選擇的位置處在觸摸顯示器20上設(shè)置有滑動元素形式的虛擬操作元素48，該虛擬操作元素48例如以線性方向沿著框架角46的顯示器側(cè)框架片段50或另一框架片段52運動。根據(jù)所選擇的運動方向，虛擬滑動元素48的顯示和功能改變。
[0054]圖4示出了觸覺標(biāo)記54的另一實施方式，所述觸覺標(biāo)記54被構(gòu)造成顯示器框架34的顯示器側(cè)框架片段56。沿著框架片段56，操作人員的手指可以執(zhí)行移位運動，通過該移位運動可以調(diào)整沿著框架片段56延伸的虛擬滑動元素60。
[0055]圖1和2中所示并被構(gòu)造成指印槽的觸覺標(biāo)記40.1...40.η,42.1...42.η形成顯示器邊緣上的具有高分辨率的觸覺定向，例如以用于觸摸出虛擬操作元素22.1...22.η、24.1...24.η的位置，因為這些操作元素布置在緊靠指印槽之處。給每個指印槽都可以明確地分配虛擬操作元素。指印槽22.1....22.η、24.1...24.η被實施為半開放的，并且朝著觸摸顯示器20的方向打開，使得手指可以如在溝槽內(nèi)引導(dǎo)那樣滑動到觸摸顯示器20上，并且在那里觸發(fā)虛擬操作元素22.1...22.η,24.1...24.η的功能。
[0056]根據(jù)自主的發(fā)明思想規(guī)定:觸發(fā)分配給虛擬操作元素22.1...22.η、24.1...24.η的功能需要操作人員在觸摸顯示器20上的人工動作。為了防止由于無意的觸摸導(dǎo)致不經(jīng)意地觸發(fā)虛擬操作元素22.1...22.η、24.1...24.η,當(dāng)在觸摸觸摸顯示器20以后執(zhí)行預(yù)定義的姿勢、比如在所定義的方向上移開手指時才觸發(fā)功能。對手指運動的反應(yīng)的靈敏度可以通過調(diào)節(jié)器無級地調(diào)整。因此，為了觸發(fā)功能所需的姿勢的強度可以無級地調(diào)整。所述姿勢從簡單的手指觸摸、對觸摸顯示器20的常用操作到特殊的小姿勢。通過顯示器框架的框架片段36、38中的指印槽22.1...22.η，24.1...24.η的特殊成形，手指可以在指印槽的延續(xù)部中滑動到觸摸顯示器上并且在此觸發(fā)功能。如果操作者意識到他已經(jīng)發(fā)起了不想要的功能觸發(fā)，則他可以通過將手指撤回原始位置來抑制該功能觸發(fā)。
[0057]一旦操作人員用手指例如從指印槽40.η出發(fā)觸摸到虛擬操作元素22.η，則通過控制單元30來檢測觸摸點在觸摸顯示器上的相應(yīng)坐標(biāo)。根據(jù)預(yù)設(shè)的姿勢的定義，相關(guān)功能在操作人員的手指離開預(yù)先給定的坐標(biāo)范圍或者達(dá)到預(yù)定義的坐標(biāo)范圍時才被觸發(fā)。如果虛擬操作元素被偏移(ausgelenkt)并因此做好觸發(fā)準(zhǔn)備(觸發(fā)在松開手指時進行)，則這由操作元素處的光學(xué)標(biāo)志、例如由彩色邊框來表征。如果通過將操作元素再次撤回到原點來取消不經(jīng)意的偏移，則這通過該光學(xué)標(biāo)志的消失來指示。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的另一自主發(fā)明實施方式，將例如被放置在顯示器框架34的框架角46中的虛擬操作元素48與特殊的姿勢控制裝置相關(guān)聯(lián)。這些虛擬操作元素例如可以沿著框架片段50、52在兩個方向62、64上移位，這如圖3中所示。給每個運動方向62、64都分配有可選的功能。因此例如可能的是，在沿著框架片段52運動時激活功能“A”并且在沿著框架片段50運動時激活功能“B”。在此，分析偏移的程度，其中設(shè)置有兩種分析方案。
[0059]根據(jù)第一分析方案，偏移的程度作為諸如速度預(yù)先給定值之類的模擬參數(shù)被立即轉(zhuǎn)交給功能。如果手指在偏移位置處被松開，則該模擬值立即跳轉(zhuǎn)為零。如果手指被滑動地再次引導(dǎo)到起始位置66，則參數(shù)類似于偏移再次置回為零。該功能例如可以用于在正或負(fù)方向上啟動運動程序并且在此無級地改變速度。
[0060]根據(jù)第二分析方案規(guī)定:在超過可定義的閾值時觸發(fā)開關(guān)功能。對該功能的激活在手指在偏移位置處離開觸摸顯示器20時才進行。但是如果手指在框架片段50、52上沒有松開的情況下就再次被引導(dǎo)回零位置，則防止該功能觸發(fā)。
[0061]本發(fā)明的另一自主發(fā)明思想涉及所謂的超馳功能(速度調(diào)節(jié)器)的實現(xiàn)，所述超馳功能通過圖4中所示的虛擬滑動操作元素60來實現(xiàn)。為此，滑動操作元素60被放置為接界地處于框架片段56附近并關(guān)于觸覺標(biāo)記43居中。由此滑動操作元素60的位置可以被“觸摸出”，并且通過手指沿著框架片段56的移位來調(diào)整。通過框架片段38、56的觸覺標(biāo)記42.1...42.n、43、54附加地支持盲調(diào)整。所謂的超馳(Override)可以在兩個觸覺標(biāo)記之間移位所定義的數(shù)值、例如20%時來調(diào)整。借助于布置在邊緣側(cè)的滑動操作元素60，也可以在盲操作中調(diào)整其它模擬參量、比如工藝參數(shù)。
[0062]另一自主發(fā)明特征涉及觸覺標(biāo)記22.1...22.η、24.1...24.η關(guān)于觸摸顯示器20的縱軸線和/或橫軸線的對稱布置。在此，縱中軸線是居中地并平行于顯示器框架34的縱向框架腳延伸的直線。
[0063]橫中軸線與之垂直地延伸、即居中地在顯示器框架34的較短橫向腳之間并與之平行地延伸。由此保證:手持式設(shè)備10既適用于右手操作又適用于左手操作。這尤其是通過圖形用戶界面的連貫無按鍵設(shè)計以及通過觸覺標(biāo)記的對稱布置而實現(xiàn)的。因此，圖形用戶界面可以通過簡單的設(shè)置功能從右手操作切換到左手操作。在此，虛擬操作元素22.1...22.η,24.1...24.η的所有位置都在觸摸顯示器20的縱軸線處被鏡像化。
[0064]圖5示出了殼體32的背側(cè)66。在背側(cè)66并且與縱軸線68對稱地布置持握條70、72，在所述持握條70、72處可以用一只手或兩只手安全地持握手持式設(shè)備10。持握條70、72可以具有與柱體片段相對應(yīng)的外部幾何形狀，其中持握條70、72應(yīng)當(dāng)從外邊緣、即從顯示器框架34的縱向邊緣出發(fā)。在每個持握條70、72中分別集成有同意開關(guān)或同意按鍵74、76,其中為了工業(yè)機器人的行進啟用(Verfahrfreigabe)必須選擇性地操控所述同意開關(guān)或同意按鍵之一。
[0065]通過該對稱布置，防止了手疲勞，因為同意開關(guān)74、76可以交替地用左手或右手來操控。在手疲勞的情況下，可以分別另一只手履行所述同意，而不會由此中斷機器人運動的行進啟用。
[0066]本發(fā)明的另一自主發(fā)明實施方式的特點在于，用于選擇機器人運行方式的“設(shè)定”(Einrichten)、“自動”、“自動測試”的迄今為止常見的鑰匙開關(guān)(Schliisselschalter)被軟件功能替代。其特點尤其在于安全技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理。觸摸顯示器20在原理上是單通道的，并且因此是不安全的設(shè)備。借助于集成到根據(jù)圖6的機器人控制裝置16中的安全控制裝置78 (在后面被稱為安全控制器78)，保證了軟件的安全功能。安全控制器78在歐洲專利申請I 035 953中予以了描述，其公開內(nèi)容完整地結(jié)合到本申請中。但是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)不限于根據(jù)歐洲專利申請I 035 953的安全控制裝置。
[0067]在觸摸顯示器20上提供了虛擬操作界面80、82、84形式的諸如軟按鍵之類的與操作界面18不同的運行方式選項以供選擇，這如在圖7中所示。通過觸摸這些軟按鍵80、82、84之一，操作者選擇新的運行方式“X”。由操作界面的軟件將新選擇的運行方式作為指令“請求新運行方式X”發(fā)送給安全控制器78。安全控制器78從其存儲器86中取出與該運行方式相對應(yīng)的圖形信息、比如圖標(biāo)88，并且將其放置到較大圖像90中的隨機確定的顯示位置處。圖標(biāo)88在圖像90中的位置僅為安全控制器78所知。該圖像90作為諸如位圖之類的圖像文件被發(fā)送到操作界面18，并且在那里被顯示在所定義的位置處，這如在圖8中所
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[0068]操作者必須通過將指尖放到所示圖標(biāo)88上來確認(rèn)由安全控制器78所識別的運行方式。觸摸顯示器上的觸摸位置是以觸摸坐標(biāo)形式被檢測的并且被發(fā)送回安全控制器78。該安全控制器78將觸摸位置與圖標(biāo)88在圖像99中的僅為該安全控制器所知的隨機顯示位置相比較。該比較在考慮到圖像90在觸摸顯示器20上的已知位置的情況下進行。如果觸摸位置(在所定義的公差內(nèi))等于顯示位置，則執(zhí)行所發(fā)起的運行方式切換。否則運行方式切換被丟棄并且在先運行方式保留。
[0069]通過該方法，產(chǎn)生了操作者與安全控制器78之間的安全的作用循環(huán)(Wirkkreis):
一操作者選擇運行方式；
一安全控制器78在操作設(shè)備10上顯示所識別的運行方式；
一操作者向安全控制器78確認(rèn)所顯示的運行方式的正確性；
一安全控制器78調(diào)整新的運行方式。
[0070]可替代于上述方法，安全控制器78可以顯示圖標(biāo)化的數(shù)字碼，該數(shù)字碼必須被操作者識別并且作為數(shù)字通過所顯示的鍵盤被輸入。鍵盤的所顯示的數(shù)字的觸摸位置被發(fā)送給安全控制器，該安全控制器借此檢查輸入的正確性。
[0071]圖標(biāo)80、82、84以安全技術(shù)被存儲在安全控制器78中。
[0072]可選地，用于運行方式切換的請求也可以通過硬件鑰匙開關(guān)到達(dá)。
[0073]鑰匙到運行方式選擇開關(guān)中的插入/抽出是通過登入/登出方法借助于PIN來模擬的。
[0074]根據(jù)自主發(fā)明的方法，在觸摸觸摸顯示器20以后或多或少地“拉動”手指的可能性被用于為工業(yè)機器人12生成模擬行進預(yù)先給定值。因此，根據(jù)圖6的工業(yè)機器人12可以以6個自由度、例如X、Y、Z和工具91的定向A、B、C來靈敏地控制。
[0075]利用操作人員的手指的偏移可能的是，與在筆記本計算機的情況下通過觸摸板的光標(biāo)控制類似地向工業(yè)機器人12提供位置預(yù)先給定值。在此，工業(yè)機器人12可以同時在兩個坐標(biāo)方向、例如笛卡爾坐標(biāo)系的X和Y上行進。
[0076]在另一模式下，通過偏移手指來為工業(yè)機器人12生成速度預(yù)先給定值:手指被偏移得越多，則機器人進行地越快。
[0077]在觸摸圖9所示的所選行進面100以后，用戶激活定位在觸摸點的區(qū)域中的虛擬操作元素92。接著，虛擬操作元素92也可以借助于手指經(jīng)過界限94被拉動到整個觸摸顯示器20上，并且因此生成行進預(yù)先給定值。在松開以后，工業(yè)機器人12立即停下來。然后，為了重新的行進預(yù)先給定值必須再次命中所期望的面92。
[0078]對手指運動的反應(yīng)的靈敏度可以通過虛擬操作元素96、比如滑動調(diào)節(jié)器(超馳)針對位置預(yù)先給定值以及針對速度預(yù)先給定值來無級地調(diào)整。
[0079]針對2D行進的敏感面100被放置在顯示器邊緣36附近，使得該敏感面100在與顯示器邊緣相距明顯的距離處仍然可以用手指(例如利用伸展的大拇指)被良好地達(dá)到。
[0080]為了還能夠在第三坐標(biāo)方向(例如笛卡爾坐標(biāo)系的Z坐標(biāo))上行進，將具有虛擬操作元素98的大致手指寬的域101直接側(cè)面地放置在顯示器邊緣36處，使得該域101可以用手指“觸摸出”，其方式是沿著顯示器邊緣36引導(dǎo)手指、尤其是大拇指。該域生成例如Z方向上的一維行進預(yù)先給定值。
[0081]通過該特殊布置，操作者可以明顯地區(qū)分并盲地到達(dá)兩個行進域100、101:直接處于顯示器邊緣36處的域101激活第三維(Z維)的行進預(yù)先給定值，其中手指與殼體邊緣具有可觸摸到的接觸。大致手指或大拇指寬地放置在顯示器邊緣36附近的域100激活兩個維(X — Y維)上的同時行進預(yù)先給定值。
[0082]工業(yè)機器人12具有6個自由度。為了以所述三個角度(A、B、C)調(diào)整工具91的定向，使用如上所述的相同方法。為此，顯示器被劃分成兩個區(qū)。在例如上面的區(qū)中存在針對維I 一 3 (例如X、Y、Z)的行進域100、101。在例如下面的區(qū)中存在針對維4 一 6、例如A、B、C的行進域102、103。通過以凸塊108、110、112形式的觸覺標(biāo)記，兩個域100、101和102、103可以盲地被區(qū)分。
[0083]在觸摸行進面102以后，用戶激活定位在觸摸點的區(qū)域中的虛擬操作元素104。接著，可以在觸摸顯示器上將虛擬操作元素104移位，以便生成行進預(yù)先給定值。
[0084]利用多點觸摸顯示器20，工業(yè)機器人12因此可以以所有6個自由度同時地行進。利用單點觸摸顯示器，僅能順序地使用所述行進功能。
[0085]在借助于之前所闡述的觸摸運動功能行進時，觸摸顯示器理想地共線地定向到工業(yè)機器人的坐標(biāo)系。在這種情況下，機器人運動可以最優(yōu)地與觸摸顯示器上的手指運動一致。
[0086]但是如果操作員與操作設(shè)備10 —起向側(cè)面旋轉(zhuǎn)開，則該一致不再存在。于是，機器人的運動方向不再與手指的運動方向一致。
[0087]觸摸顯示器的坐標(biāo)系在這種情況下必須被再次重新校準(zhǔn)到機器人的坐標(biāo)系。
[0088]根據(jù)本發(fā)明的一個自主發(fā)明的實施方式，為此在觸摸顯示器20上設(shè)置有具有指針116的專門的虛擬操作元素114。
[0089]該操作元素114必須首先被用手指觸摸，并且接著手指必須在與觸摸顯示器持久地接觸的情況下與機器人坐標(biāo)系的所選的方向、例如X方向平行地被拉動。為了可視地支持操作者，機器人坐標(biāo)系的所選方向、例如X方向可以在機器人的工作區(qū)中例如通過地面上的標(biāo)記來表征。這樣的標(biāo)記示例性地在圖6中用“200”來表征。在將手指從觸摸顯示器20提離以后，第一觸摸點與松開點之間的矢量方向被計算出，并且根據(jù)所確定的矢量方向在顯示器上相應(yīng)地顯示指針116。
[0090]在此應(yīng)用的重新校準(zhǔn)方法基于如下假設(shè):在校準(zhǔn)的基本狀態(tài)下，例如確定顯示器坐標(biāo)系的X軸的例如較長顯示器緣被定向為平行于機器人坐標(biāo)系的主軸線、例如X軸。在所述“排列好”(eingeordnet)的狀態(tài)下，在觸摸控制的手動方法的情況下，機器人將正確地遵循由手指運動預(yù)先給定的方向。
[0091]在需要重新校準(zhǔn)的情況下，觸摸顯示器被旋轉(zhuǎn)一定角度到機器人坐標(biāo)系的所選方向、例如X方向，并且指針166根據(jù)所述方法為了人工指針調(diào)整而被定向為平行于機器人坐標(biāo)系的所選方向、例如X方向，并且因此與顯示器坐標(biāo)系的X軸成所尋求的一定角度。指針方向與顯示器坐標(biāo)系的X軸方向之間的角度被計算出并且被錄入到旋轉(zhuǎn)矩陣中，至此以后手指在觸摸顯示器上的所有運動在其作為行進預(yù)先給定值被發(fā)送給機器人控制裝置以前都由所述旋轉(zhuǎn)矩陣來變換。在重新校準(zhǔn)以后，兩個坐標(biāo)系被再次調(diào)整為彼此共線、在一定程度上被排列好。
[0092]該重新校準(zhǔn)方法包括手指運動在內(nèi)僅僅持續(xù)幾個若干分之一秒，并且因此是最快的人工重新校準(zhǔn)方法之一。根本不需要諸如磁強計或陀螺儀之類的附加傳感器，由此該方法可以低成本地在每個操作設(shè)備上實現(xiàn)。
[0093]該校準(zhǔn)方法也可以用于任何其它坐標(biāo)系、比如可自由定義的坐標(biāo)系。
【權(quán)利要求】
1.一種用于借助于操作設(shè)備(10)操作工業(yè)機器人(12)的方法，該方法包括以下方法步驟:觸摸圖形用戶界面(18)的被框架(34)包圍的觸敏顯示器(20)上的虛擬操作元素(92，98，104，106)，其中在觸摸虛擬操作元素(92，98，104，106)時觸發(fā)分配給所述操作元素的功能， 其特征在于， 選擇性地檢測操作人員的手指在觸摸觸摸顯示器(20)的被構(gòu)造成所定義的行進面的虛擬操作元素(92，98，104，106)時偏移的速度或者路程；從所述偏移的速度或路程中生成控制信號，所述控制信號被用于移動工業(yè)機器人(12)的速度預(yù)先給定值或位置預(yù)先給定值；以及在與充當(dāng)觸覺標(biāo)記的框架片段(36)相距一定距離處定義針對所述工業(yè)機器人的二維位置預(yù)先給定值的第一行進面(100)，并且在所述距離以內(nèi)定義針對所述工業(yè)機器人的第三位置預(yù)先給定值的第二行進面(101 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 其特征在于， 手指在所定義的行進面(100，102)上的或被手指移動的虛擬操作元素的偏移與工業(yè)機器人(12)的行進速度和/或位置改變成比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法， 其特征在于， 手指在觸摸所定義的行進面(100，102)以后在超過界限(94)的情況下被拉動到整個觸摸顯示器(20)上，由此生成位置預(yù)先給定值或行進預(yù)先給定值。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的方法， 其特征在于， 當(dāng)操作人員將其手指從觸摸顯示器(20)提離時，工業(yè)機器人(12)達(dá)到停止?fàn)顟B(tài)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的方法， 其特征在于， 對手指運動的反應(yīng)的靈敏度通過虛擬操作元素(96)、比如滑動調(diào)節(jié)器針對位置預(yù)先給定值和/或針對速度預(yù)先給定值來無級地調(diào)整。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的方法， 其特征在于， 針對二維位置預(yù)先給定值(X和Y坐標(biāo)或A、B方向)的所定義的行進面(100，102)在觸摸顯示器(20 )上被定位為與顯示器邊緣(36 )相距一定距離，使得行進面(100，102 )能夠用諸如伸展的大拇指之類的手指來操作。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的方法， 其特征在于， 在第三坐標(biāo)方向(Z坐標(biāo)或C方向)上控制工業(yè)機器人(12)時，操作人員的諸如大拇指之類的手指被引導(dǎo)得經(jīng)過顯示器邊緣(36)和/或布置在顯示器邊緣上的觸覺標(biāo)記(41.1...41.η ;108，110，112)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的方法， 其特征在于， 作為觸摸顯示器(20)使用多點觸摸顯示器或單點觸摸顯示器。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求至少之一所述的方法， 其特征在于， 工業(yè)機器人(12)能夠借助于多點觸摸顯示器(20)以6個自由度行進，其中對X、Y和Z方向上的行進路徑的調(diào)整在所述觸摸顯示器的第一區(qū)(100)中進行并且對工具(91)的定向(A，B, C)的調(diào)整在所述觸摸顯示器的第二區(qū)(102)中進行。
【文檔編號】G05B19/409GK104364723SQ201380017822
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年4月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月5日
【發(fā)明者】F.佐姆 申請人:里斯集團控股有限責(zé)任兩合公司