DE102014004115B3 - Control network with a haptic input device - Google Patents

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DE102014004115B3 DE201410004115 DE102014004115A DE102014004115B3 DE 102014004115 B3 DE102014004115 B3 DE 102014004115B3 DE 201410004115 DE201410004115 DE 201410004115 DE 102014004115 A DE102014004115 A DE 102014004115A DE 102014004115 B3 DE102014004115 B3 DE 102014004115B3
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kontroll-Netzwerk umfassend ein Master-System (101) mit einem haptischen Eingabemittel (102), und ein über einen bidirektionalen Kommunikationskanal (103) mit dem Master-System (101) verbundenes Slave-System (104), wobei durch das Master-System (101) eine Steuergröße sm(t) zur Ansteuerung des Slave-Systems (104) erzeugbar und an das Slave-System (104) übermittelbar ist, durch das Slave-System (104) zur Ansteuerung des Master-Systems auf Basis der vom Slave-System (104) empfangenen Steuergröße sm(t) eine Antwortgröße fa(t) erzeugbar und an des Master-System übermittelbar ist, ein erstes Mittel (105) vorhanden ist, mit dem auf Basis der Steuergröße sm(t) und der vom Master-System empfangenen Antwortgröße fa(t) eine erste Energiegröße EP(t) ermittelbar ist, die eine Energie angibt, die vom Slave-System (104) in das Master-System (101) fließt, und mit dem auf Basis der Steuergröße sm(t) und der Antwortgröße fa(t) eine zweite Energiegröße EM(t) ermittelbar ist, die eine Energie angibt, die aus dem Master-System (101) in Richtung Slave-System (104) fließt, und ein zweites Mittel (106) vorhanden ist, das im Fall dass EP(t) > EM(t) ist, eine Ausgabe einer Warnung an einen Nutzer des Master-Systems (101) durch ein Ausgabemittel (107) auslöst, und das im Fall dass EP(t) > EM(t) + Ethreshhold ist, das Kontroll-Netzwerk in einen vorgegebenen Sicherheits-Zustand schaltet, wobei Ethreshhold vorgegeben ist.The invention relates to a control network comprising a master system (101) with a haptic input means (102), and a via a bidirectional communication channel (103) to the master system (101) connected to the slave system (104), wherein the master system (101) can generate a control variable sm (t) for driving the slave system (104) and can be transmitted to the slave system (104) by the slave system (104) for controlling the master system Based on the control variable sm (t) received from the slave system (104), a response variable fa (t) can be generated and transmitted to the master system, a first means (105) is provided, with which the control variable sm (t) and the response quantity fa (t) received from the master system is capable of determining a first energy quantity EP (t) indicative of energy flowing from the slave system (104) to the master system (101) and based on the control variable sm (t) and the response variable fa (t) has a second energy quantity EM ( t) indicating an energy flowing from the master system (101) in the direction of the slave system (104) and a second means (106) is provided, which in the case of EP (t)> EM ( t), an output of a warning to a user of the master system (101) is triggered by an output means (107), and in the case that EP (t)> EM (t) + Ethreshhold, the control network into one default security state switches, with Ethreshhold is given.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kontroll-Netzwerk umfassend ein Master-System, und ein über einen bi-direktionalen Kommunikationskanal mit dem Master-System verbundenes Slave-System. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines ebensolchen Kontroll-Netzwerks. Die Erfindung findet Anwendung in der Robotik, insbesondere der Telerobotik, der Telepräsenz, aber auch bei allen Systemen und Verwendungen von haptischen Eingabemitteln, die eine haptische Feed-back-Funktion haben. The invention relates to a control network comprising a master system, and a slave system connected to the master system via a bi-directional communication channel. Furthermore, the invention relates to a method for controlling such a control network. The invention finds application in robotics, in particular telerobotics, telepresence, but also in all systems and uses of haptic input means which have a haptic feedback function.

Derartige Kontroll-Netzwerke sind im Stand der Technik als so genannte „Telepräsenzsysteme“ oder „Virtual-Reality-Systeme“ bekannt. Auf Basis solcher Kontroll-Netzwerke kann ein Bediener bspw. mit einer entfernten realen oder simulierten/virtuellen Umgebung interagieren indem der Bediener ein Eingabemittel, insbesondere ein haptisches Eingabemittel (wie einen Joystick) des Master-Systems manuell bedient. Von dem Eingabemittel werden Steuersignale, insbesondere Positions- und/oder Geschwindigkeitssignale und/oder Kräftesignale erfasst, und zu einem entfernten Slave-System, beispielsweise mit einem Robotermanipulator, gesandt. Das Slave-System interagiert mit der realen/virtuellen Umgebung des Slave-Systems, beispielsweise indem ein reales/virtuelles Objekt auf Basis der empfangenen Steuersignale in der realen/virtuellen Umgebung bewegt wird. Such control networks are known in the art as so-called "telepresence systems" or "virtual reality systems". Based on such control networks, an operator may, for example, interact with a remote real or simulated / virtual environment by manually manipulating an input means, in particular a haptic input means (such as a joystick) of the master system. Control signals, in particular position and / or speed signals and / or force signals are detected by the input means and sent to a remote slave system, for example with a robot manipulator. The slave system interacts with the real / virtual environment of the slave system, for example, by moving a real / virtual object based on the received control signals in the real / virtual environment.

Um dem Bediener einen möglichst realen haptischen Eindruck bei der Handhabung des entfernten Objekts durch das Slave-System zu ermöglichen, werden vom Slave-System Antwort-Signale an das Master-System gesandt (Feedback), die insbesondere mechanische Kräfte angeben, mit denen die Umgebung auf das Slave-System einwirkt. Diese Antwort-Signale werden u.a. dem Eingabemittel zugeleitet, das diese Kräfte dem Bediener vermittelt, indem es bei einer Eingabe des Bedieners den Antwort-Signalen entsprechender Gegenkräfte erzeugt. In order to give the operator the haptic impression that is as real as possible when handling the remote object by the slave system, the slave system sends (feedback) response signals to the master system, which in particular indicate mechanical forces with which the environment acting on the slave system. These response signals are i.a. the input means, which conveys these forces to the operator by generating the response signals corresponding counter forces in an input of the operator.

Für die folgenden Ausführungen wird davon ausgegangen, dass der Leser mit der zur Beschreibung gattungsgemäßer Kontroll-Netzwerke fachüblichen Terminologie und deren Bedeutung, den Darstellungsarten solcher Kontroll-Netzwerke und den mathematischen Methoden zu deren Beschreibung vertraut ist. Auf eine Erläuterung dieser Grundlagen wird daher vorliegend verzichtet. For the following explanations, it is assumed that the reader is familiar with the terminology customary for the description of generic control networks and their meaning, the types of representation of such control networks and the mathematical methods for their description. An explanation of these principles is therefore omitted herein.

Bekanntermaßen ist die Passivierung solcher Kontroll-Netzwerke insbesondere dann eine Herausforderung, wenn es bei der Kommunikation zwischen dem Master-System und dem Slave-System zu zeitvariablen Übertragungsverzögerungen kommt. Solche zeitvariablen Übertragungsverzögerungen treten insbesondere bei einer Kommunikation über große Distanzen (bspw. bei Satelliten-, Radio-Links), bei einer Kommunikation in/über Medien mit langsamen Signalausbreitungsgeschwindigkeiten (bspw. bei Unterwasser Akustik-Links) oder bei einer Kommunikation über Systeme, die inhärente Verzögerung erzeugen (bspw. Internet-Link) auf. As is known, the passivation of such control networks is particularly a challenge when time-variable transmission delays occur in the communication between the master system and the slave system. Such time-variable transmission delays occur in particular in the case of communication over long distances (for example in the case of satellite links, radio links), in communications in / via media with slow signal propagation speeds (eg underwater acoustic links) or in the case of communication via systems which generate inherent delay (eg internet link) on.

Im Stand der Technik, insbesondere aus der US 6 144 884 A und der US 7 027 965 B2 , sind unterschiedliche Ansätze zur Passivierung eines gattungsgemäßen Kontroll-Netzwerks bekannt. In the prior art, in particular from the US 6,144,884 A. and the US Pat. No. 7,027,965 B2 , different approaches for Passivierung a generic control network are known.

Die US 6 144 884 A basiert auf dem so genannten „Wave variables“-Ansatz, und schlägt ein mit dem bidirektionalen Kommunikationskanal gekoppeltes Energiefilter vor, das die Gesamtenergie, welche vom Kommunikationskanal selbst erzeugt wird, begrenzt. Die technische Lehre wird in der US 6 144 884 A anhand eines Netzwerkes mit einer Position/Geschwindigkeits-Kraft-Architektur erläutert. The US 6,144,884 A. is based on the so-called "wave variables" approach, and proposes an energy filter coupled to the bidirectional communication channel that limits the total energy generated by the communication channel itself. The technical teaching is in the US 6,144,884 A. using a network with a position / speed-force architecture.

Die US 7 027 965 B2 basiert auf dem unter der Bezeichnung „Time Domain Passivity Control“ kurz „TDPC“ bekannten Ansatz einer Passivierung des Netzwerks. Dabei wird von einem so genannten „Passivity Observer“ der positive oder negative Energiebetrag ermittelt, der von dem Master-System oder dem Slave-System dissipiert oder erzeugt wird. Weiterhin wird von einem so genannten „Passivity Controller“, im Falle dass vom „Passivity Observer“ eine Nettoenergieerzeugung, d.h. ein negativer Energiebeitrag ermittelt wurde, eine Dämpfung ermittelt und angewendet, die der erzeugten Netto-Energie entspricht. Dadurch erfolgt die Passivierung des Kontroll-Netzwerkes, d.h. des Kommunikationskanals, in dem Netto-Energie auf Basis der zeitvariablen Übertragungsverzögerungen entstehen kann. Zum Begriff und der fachüblichen Verwendung des Begriffes „Energie“ wird auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. Die technische Lehre wird in der US 6 144 884 A anhand von Netzwerken mit einer Position/Geschwindigkeits-Kraft-Architektur bzw. einer Kraft- Position/Geschwindigkeits-Architektur erläutert. Siehe hierzu auch den Artikel „Time-Domain Passivity Control of Haptic Interfaces“ von B. Hannaford und J.H. Ryu, in IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 18, No. 1, February 2002, S. 1–10.The US Pat. No. 7,027,965 B2 is based on the passivation of the network known as "Time Domain Passivity Control" or "TDPC". In this case, the so-called "passivity observer" determines the positive or negative energy amount which is dissipated or generated by the master system or the slave system. Furthermore, a so-called "passivity controller", in the case of the "Passivity Observer" a net energy generation, ie a negative energy contribution was determined, determined and applied an attenuation corresponding to the generated net energy. This results in the passivation of the control network, ie the communication channel, in which net energy can arise based on the time-varying transmission delays. For the term and the usual use of the term "energy" reference is made to the relevant literature. The technical teaching is in the US 6,144,884 A. using networks with a position / velocity force architecture or a force position / speed architecture. See also the article "Time-Domain Passivity Control of Haptic Interfaces" by B. Hannaford and JH Ryu, in IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 1, February 2002, pp. 1-10.

Eine Weiterentwicklung der technischen Lehre der US 6 144 884 A ist dem Artikel „Time Domain Passivity Control-based Telepresence with Time Delay“ von Artigas, Jordi, Vilanova, J., Preusche, C., Hirzinger, G. in IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robotics and Systems, Beijing, China, 2006, S. 4205–4210 zu entnehmen. Darin wird die Anwendung von zwei „Passivity Observern“ und zwei „Passivity Controllern“ vorgeschlagen, um bei der Passivierung den Energiefluss zwischen Master-System und Slave-System in zwei Richtungen (Hin-/Rückrichtung) zu berücksichtigen. A further development of the technical teaching of US 6,144,884 A. is the article "Time Domain Passivity Control-based Telepresence with Time Delay" by Artigas, Jordi, Vilanova, J., Preusche, C., Hirzinger, G. in IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robotics and Systems, Beijing, China, 2006, p. 4205-4210. It proposes the use of two "passivity observers" and two "passivity controllers" in order to take account of the energy flow between the master system and the slave system in two directions (forwards / backwards) during passivation.

Weiterhin sei zum Stand der Technik auf die Artikel von Jee-Hwan Ryu, Jordi Artigas, und Cartsen Preusche: „A passive bilateral control scheme for a teleoperator with time-varying communication delay“ in Mechatronics, Volume 20, Oktober 2010, Issue 7, S. 812–823 und von Artigas, Jordi; Jee-Hwan Ryu; Preusche, C.; Hirzinger, G. auf "Network representation and passivity of delayed teleoperation systems" in IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2011, S. 177–183 verwiesen.Further, prior art reference is made to the articles of Jee-Hwan Ryu, Jordi Artigas, and Cartsen Preusche: "A passive bilateral control scheme for a teleoperator with time-varying communication delay" in Mechatronics, Volume 20, October 2010, Issue 7, Pp. 812-823 and Artigas, Jordi; Jee-Hwan Ryu; Preusche, C .; Hirzinger, G. referred to "Network representation and passivity of delayed teleoperation systems" in the IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2011, pp. 177-183.

Aus dem Artikel von Beibei Han; Jee-Hwan Ryu; und Il-Kyun Jung: “FPGA based time domain Passivity Observer and Passivity Controller“ in IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, AIM 2009, 2009, S. 433–438, geht eine Implementierung einer Kontroll-Struktur für die Fernsteuerung eines Aktors über ein haptisches Eingabemittel hervor, bei dem die Slave-Steuerung zusätzlich die Aufgabe eines Passivity-Observers sowie eines Passivity-Controllers übernimmt. Der Passivity-Observer überwacht, ob die Stabilitätskriterien des Kontroll-Netzwerks erfüllt sind. Ist die Energie-Bilanz negativ, wird die Steuergröße beim Slave durch den Passivity-Controller reduziert. From the article by Beibei Han; Jee-Hwan Ryu; and Il-Kyun Jung: "FPGA based time domain Passivity Observer and Passivity Controllers" in IEEE / ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, AIM 2009, 2009, pp. 433-438, is an implementation of a control structure for the remote control of a Actuator via a haptic input means, in which the slave controller additionally assumes the task of a passivity server and a passivity controller. The Passivity Observer monitors whether the control network stability criteria are met. If the energy balance is negative, the control variable at the slave is reduced by the passivity controller.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kontroll-Netzwerk derart weiterzuentwickeln, das Systeminstabilitäten keine schädlichen, insbesondere gesundheitsschädlichen Auswirkungen auf einen Bediener des Kontroll-Netzwerkes bzw. des Eingabemittels haben. The object of the invention is to further develop a control network such that system instabilities have no detrimental, in particular harmful, effects on an operator of the control network or the input device.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. The invention results from the features of the independent claims. Advantageous developments and refinements are the subject of the dependent claims.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind. Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description, as well as the explanation of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures.

Es wird ein vorliegend ein Kontroll-Netzwerk vorgeschlagen, das ein Master-System mit einem haptischen Eingabemittel, und ein über einen bi-direktionalen Kommunikationskanal mit dem Master-System verbundenes Slave-System umfasst. Der Kommunikationskanal kann drahtgebunden oder auch drahtungebunden ausgeführt sein. Das haptische Eingabemittel ist vorliegend auch zur Ausgabe eines haptischen Feed-back-Signals, auf Basis der nachfolgend erwähnten Antwortgröße fa(t) ausgebildet. Durch das Master-System ist eine Steuergröße sm(t) zur Ansteuerung des Slave-Systems erzeugbar und an das Slave-System übermittelbar. Die Steuergröße sm(t) basiert insbesondere auf einer manuellen Eingabe eines Bedieners in das haptische Eingabemittel. Andererseits ist durch das Slave-System zur Ansteuerung des Master-Systems auf Basis der vom Slave-System empfangenen Steuergröße sm(t) eine Antwortgröße fa(t) erzeugbar und an das Master-System übermittelbar. Die vom Slave-System empfangene Steuergröße sm(t) kann im Vergleich zu der vom Master-System ausgesandten Steuergröße sm(t) durch die Übertragung zeitverzögert oder verändert vorliegen. Gleiches gilt analog für die vom Slave-System ausgesandte Antwortgröße fa(t). Diese Effekte werden hier jedoch zur Vereinfachung nicht weiter ausgeführt oder berücksichtigt There is proposed herein a control network comprising a master system with a haptic input means, and a slave system connected to the master system via a bi-directional communication channel. The communication channel can be wired or wireless. In the present case, the haptic input means is also designed to output a haptic feedback signal on the basis of the response variable f a (t) mentioned below. By the master system, a control variable s m (t) for controlling the slave system can be generated and communicated to the slave system. The control variable s m (t) is based in particular on a manual input of an operator into the haptic input means. On the other hand, a response variable f a (t) can be generated by the slave system for controlling the master system on the basis of the control variable s m (t) received by the slave system and transmitted to the master system. The control variable s m (t) received by the slave system may be delayed in time or changed in comparison to the control variable s m (t) emitted by the master system due to the transmission. The same applies analogously to the response variable f a (t) emitted by the slave system. However, these effects are not further elaborated or considered here for the sake of simplicity

Die Steuergröße sm(t) kann eine Flussgröße, wie insbesondere eine erste Zeitableitung einer errechneten oder gemessenen Positionen oder einer errechneten oder gemessenen Geschwindigkeit, und die Antwortgröße eine Potentialgröße, wie insbesondere eine errechnete oder gemessene Kraft sein. Dem Fachmann sind die Begriff „Flussgröße“ und „Potentialgröße“ in vorliegendem Zusammenhang bekannt, so dass sich die vorliegende technische Lehre einfach auf eine Vielzahl dem Fachmann bekannter weiterer Flussgrößen / Potentialgrößen anwenden bzw. übertragen lässt. Alternativ kann die Steuergröße sm(t) eine Potentialgröße, wie insbesondere eine errechnete oder gemessene Kraft, und die Antwortgröße fa(t) eine Flussgröße, wie insbesondere eine erste Zeitableitung einer errechneten oder gemessenen Positionen oder einer errechneten oder gemessenen Geschwindigkeit sein. The control variable s m (t) can be a flow quantity, in particular a first time derivative of a calculated or measured position or a calculated or measured speed, and the response variable a potential variable, in particular a calculated or measured force. The term "flow size" and "potential size" in the present context are known to the person skilled in the art, so that the present technical teaching can be applied or transferred to a large number of further flow quantities / potential variables known to a person skilled in the art. Alternatively, the control variable s m (t) may be a potential variable, in particular a calculated or measured force, and the response variable f a (t) a flow quantity, in particular a first time derivative of a calculated or measured position or a calculated or measured speed.

Das vorgeschlagene Kontroll-Netzwerk umfasst weiterhin ein erstes Mittel, mit dem auf Basis der vom Master-System ausgesandten Steuergröße sm(t) und der vom Master-System empfangenen Antwortgröße fa(t) eine erste Energiegröße EP(t) ermittelbar ist, die eine Energie angibt, die vom Slave-System in das Master-System fließt, und mit dem auf Basis der Steuergröße sm(t) und der Antwortgröße fa(t) eine zweite Energiegröße EM(t) ermittelbar ist, die eine Energie angibt, die aus dem Master-System in Richtung Slave-System fließt. The proposed control network furthermore comprises a first means with which a first energy quantity EP (t) can be determined on the basis of the control variable s m (t) emitted by the master system and the response variable f a (t) received by the master system. which indicates an energy that is transferred from the slave system to the master System flows, and with the basis of the control variable s m (t) and the response variable f a (t) a second energy quantity EM (t) can be determined, which indicates an energy flowing from the master system in the direction of the slave system ,

Das vorgeschlagene Kontroll-Netzwerk umfasst schließlich ein zweites Mittel, das im Fall dass EP(t) > EM(t) ist, eine Ausgabe einer Warnung an einen Nutzer des Master-Systems durch ein Ausgabemittel auslöst, und das im Fall dass EP(t) > EM(t) + Ethreshhold ist, das Kontroll-Netzwerk in einen vorgegebenen Sicherheits-Zustand schaltet, wobei Ethreshhold vorgegeben ist und je nach Anwendung zeitkonstant oder zeitvariabel sein kann. Die Ausgabe einer Warnung durch das Ausgabemittel erfolgt vorteilhaft optisch, akustisch und/oder haptisch. Finally, the proposed control network comprises a second means which, in the event that EP (t)> EM (t), triggers an issuance of a warning to a user of the master system by an output means, and that in case EP (t )> EM (t) + E threshhold is to switch the control network to a default security state, where E threshhold is set and can be time constant or time varying depending on the application. The output of a warning by the output means is advantageously carried out optically, acoustically and / or haptically.

Das bedeutet, dass das zweite Mittel eine Warnung dann ausgibt, wenn dem Master-System mehr Energie vom Slave-System zufließt, als vom Master-System in Richtung Slave-System fließt. Ist dies der Fall, so ist das Kontroll-Netzwerk nicht mehr in einem garantierten stabilen Zustand, sondern nähert sich einem instabilen Zustand. Überschreitet die (Betrags-)Differenz der vom Master-System zu- und abfließenden Energie die Schwelle Ethreshhold, d.h. liegt ein potentiell gefährlicher instabiler Zustand vor, wird das Kontroll-Netzwerk durch das zweite Mittel in einen vorgegebenen Sicherheits-Zustand geschaltet, der vorteilhaft eine Aktivität des haptischen Eingabemittels derart beschränkt oder abschaltet, dass durch ein vom Master-System erhaltenes Antwortsignal fa(t) keine Aktivität bzw. Bewegung Eingabemittels veranlasst werden kann, die einen Bediener (mechanisch) schädigen könnte. This means that the second means will issue a warning if more power is flowing to the master system from the slave system than flowing from the master system towards the slave system. If this is the case, then the control network is no longer in a guaranteed stable state, but is approaching an unstable state. If the (absolute) difference of the energy flowing in and out of the master system exceeds the threshold E threshhold , ie if there is a potentially dangerous unstable state, the control network is switched by the second means to a predetermined safety state, which is advantageous limits or deactivates an activity of the haptic input device such that no response or movement of input means can be caused by a response signal f a (t) received from the master system, which could (mechanically) damage an operator.

Welche Ursache auch dazu geführt hat, dass sich das Kontroll-System von einem stabilen in einen instabilen Zustand entwickelt hat, ist vorliegend nicht wesentlich und kann daher außen vor bleiben. Das vorgeschlagene Kontroll-Netzwerk stellt in jedem Fall sicher, dass der Bediener in einem potentiell gefährlichen instabilen Netzwerk-Zustand durch Warnung und bspw. eine Abschaltung oder Teilabschaltung des Kontroll-Netzwerkes geschützt ist. Which cause has also led to the fact that the control system has developed from a stable to an unstable state, is not essential in the present case and can therefore be left out. The proposed control network ensures in any case that the operator is protected in a potentially dangerous unstable network state by warning and, for example, a shutdown or partial shutdown of the control network.

Vorteilhaft kann der Sicherheits-Zustand durch folgende Merkmale definiert sein:
die Antwortgröße fa(t) ist Null gesetzt: fa(t) = 0, und/oder die Energieversorgung des haptische Eingabemittel ist abgeschaltet, und/oder die mechanischen Antriebsmittel des haptischen Eingabemittels sind abgeschaltet, und/oder die Antwortgröße fa(t) und/oder die Steuergröße sm(t) wird/werden reduziert, beispielsweise durch fa(t)’= fa(t)/Xa und /oder sm(t)’ = sm(t)/Xm, wobei Xa und Xm vorgegebene Faktoren sind und fa(t)’ die reduzierte Antwortgröße und sm(t)’ die reduzierte Steuergröße sind, und/oder eine Bewegung des haptischen Eingabemittels ist durch einen schaltbaren Mechanismus mechanisch blockiert. Weitere dem Fachmann naheliegende und sinnvolle Merkmale oder Merkmalskombinationen des Kontroll-Netzwerkes zum Schutz des Bedieners sind von der Erfindungsidee umfasst.
Advantageously, the security state can be defined by the following features:
the response variable f a (t) is set to zero: f a (t) = 0, and / or the power supply of the haptic input device is switched off, and / or the mechanical drive means of the haptic input device are switched off, and / or the response variable f a ( t) and / or the control variable s m (t) is / are reduced, for example by f a (t) '= f a (t) / X a and / or s m (t)' = s m (t) / X m , where X a and X m are predetermined factors and f a (t) 'is the reduced response magnitude and s m (t)' is the reduced control magnitude, and / or movement of the haptic input means is mechanically blocked by a switchable mechanism. Other features and combinations of features of the control network for the protection of the operator which are obvious to the person skilled in the art are encompassed by the inventive idea.

Das Kontroll-Netzwerk kann ein Telepräsenzsystem oder ein „Virtual Reality“ System sein, wobei im ersten Fall eine Interaktion zwischen einem Bediener (am Master-System) und einer entfernt liegenden realen Umgebung über einen Roboter und im zweiten Fall eine Interaktion zwischen Bediener und einer virtuellen Umgebung erfolgt. The control network can be a telepresence system or a "virtual reality" system, in the first case an interaction between an operator (at the master system) and a remote real environment via a robot and in the second case an interaction between the operator and a user virtual environment takes place.

In einer Weiterbildung ist Ethreshhold = E0 ein konstanter Energiewert. Der Energiewert E0 wird vorteilhaft abhängig vom angestrebten Sicherheitsbedürfnis und weiteren Nutzeranforderungen gewählt. Ein niedrig gewählter Energiewert E0 führt zu einem schnelleren Schalten des Kontroll-Netzwerks in den Sicherheits-Zustand, was dazu führt, dass das Kontroll-Netzwerk niemals einen kritischen instabilen Zustand erreicht. In a further development E threshhold = E 0 is a constant energy value. The energy value E 0 is advantageously selected depending on the desired security requirement and other user requirements. A low selected energy value E 0 leads to a faster switching of the control network into the safety state, with the result that the control network never reaches a critical, unstable state.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Slave-System ein drittes Mittel auf, das einen aktiven Energieeintrag E1(t) in das Slave-System ermittelt, und diesen an das zweite Mittel übermittelt. Weiterhin ist in dieser Weiterbildung das Mittel derart eingerichtet und ausgeführt, dass im Fall dass EP(t) > EM(t) + Ethreshhold(t) ist, mit Ethreshold(t) = E0 + E1(t), das Kontroll-Netzwerk in einen vorgegebenen Sicherheits-Zustand (siehe zuvor) schaltet, wobei E0 ein vorgegebener konstanter Energiewert ist. Ein aktiver Energieeintrag liegt bspw. vor, wenn das Slave-System, (bspw. ein Roboterarm) von einem Bediener aktiv bewegt wird und somit die Energie E1(t) eingebracht wird. Diese Energie E1(t) wird vom Slave-System ermittelt und an das Master-System übermittelt. Da es gewünscht sein kann, dass dieser Energieeintrag E1(t) als Rückmeldung via das haptische Eingabemittel ausgegeben wird. Diese Weiterbildung ermöglicht also die Berücksichtigung aktiver Energiequellen im Slave-System, deren Energieeintrag E1(t) nicht zu einem Schalten in den Sicherheits-Zustand führen soll. In an advantageous development, the slave system has a third means, which determines an active energy input E 1 (t) into the slave system, and transmits this to the second means. Furthermore, in this development, the means is set up and implemented in such a way that in the case that EP (t)> EM (t) + E is threshhold (t), with E threshold (t) = E 0 + E 1 (t), Control network switches to a predetermined safety state (see above), where E 0 is a predetermined constant energy value. An active energy input is present, for example, when the slave system (for example a robot arm) is actively moved by an operator and thus the energy E 1 (t) is introduced. This energy E 1 (t) is determined by the slave system and transmitted to the master system. Since it may be desired that this energy input E 1 (t) is output as feedback via the haptic input means. This development thus makes it possible to take account of active energy sources in the slave system whose energy input E 1 (t) should not lead to switching to the safety state.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Steuerung eines Kontroll-Netzwerks umfassend ein Master-System mit einem haptischen Eingabemittel, und ein über einen bi-direktionalen Kommunikationskanal mit dem Master-System verbundenes Slave-System, bei dem durch das Master-System eine Steuergröße sm(t) zur Ansteuerung des Slave-Systems erzeugt und an das Slave-System (104) übermittelt wird, durch das Slave-System (104) zur Ansteuerung des Master-Systems auf Basis der vom Slave-System (104) empfangenen Steuergröße sm(t) eine Antwortgröße fa(t) erzeugt und an des Master-System übermittelt wird, auf Basis der Steuergröße sm(t) und der vom Master-System empfangenen Antwortgröße fa(t) eine erste Energiegröße EP(t) ermittelt wird, die eine Energie angibt, die vom Slave-System (104) in das Master-System (101) fließt, und mit dem auf Basis der Steuergröße sm(t) und der Antwortgröße fa(t) eine zweite Energiegröße EM(t) ermittelt wird, die eine Energie angibt, die aus dem Master-System (101) in Richtung Slave-System (104) fließt, und im Fall dass EP(t) > EM(t) ist, eine Warnung an einen Nutzer des Master-Systems (101) ausgegeben wird, und im Fall dass EP(t) > EM(t) + Ethreshhold ist, das Kontroll-Netzwerk in einen vorgegebenen Sicherheits-Zustand geschaltet wird, wobei Ethreshhold vorgegeben ist, und je nach Anwendung zeitkonstant oder zeitvariabel sein kann. The invention further relates to a method for controlling a control network comprising a master system with a haptic input means, and a slave system connected to the master system via a bi-directional communication channel, wherein the master system controls a control variable s m (t) generated to drive the slave system and to the slave system ( 104 ) is transmitted by the slave system ( 104 ) for controlling the master system on the basis of the slave system ( 104 ) Control quantity received s m (t) is a response size f is a generated (t) and transmitted to the master system, on the basis of the control variable s m (t) and received from the master system response size f a (t) a first energy size EP (t) is determined, which indicates an energy which is produced by the slave system ( 104 ) into the master system ( 101 ), and with which a second energy quantity EM (t) is determined based on the control variable s m (t) and the response variable f a (t), which indicates an energy which originates from the master system ( 101 ) in the direction of the slave system ( 104 ), and in case EP (t)> EM (t), a warning to a user of the master system ( 101 ), and in the case that EP (t)> EM (t) + E threshhold , the control network is switched to a predetermined security state, where E threshhold is given, and may be time constant or time varying depending on the application ,

Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens und Vorteile ergeben sich durch eine sinngemäße und analoge Übertragung der vorstehend zu dem Kontroll-Netzwerk gemachten Ausführungen. Further developments of the proposed method and advantages result from a meaningful and analogous transmission of the statements made above to the control network.

Die Aufgabe der Erfindung ist weiterhin gelöst durch ein Computersystem, mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, auf der Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird. The object of the invention is further achieved by a computer system having a data processing device, wherein the data processing device is configured such that a method as described above is performed on the data processing device.

Zudem wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein digitales Speichermedium mit elektronisch aus lesbaren Steuersignalen, wobei die Steuersignale so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, ausgeführt wird. In addition, the object of the invention is achieved by a digital storage medium with electronically readable control signals, wherein the control signals can interact with a programmable computer system so that a method as described above, is performed.

Ferner wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Computer-Programm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, wenn der Programmcode auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird. Furthermore, the object of the invention is achieved by a computer program product with program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method, as described above, when the program code is executed on a data processing device.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Computer-Programm mit Programmcodes zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung abläuft. Dazu kann die Datenverarbeitungsvorrichtung als ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Computersystem ausgestaltet sein. Finally, the invention relates to a computer program with program codes for carrying out the method, as described above, when the program runs on a data processing device. For this, the data processing device can be configured as any known from the prior art computer system.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which - where appropriate, with reference to the drawings - at least one embodiment is described in detail. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals. Show it:

1 einen stark vereinfachten Aufbau eines Kontroll-Netzwerkes in einer Ausführungsform, und 1 a greatly simplified construction of a control network in one embodiment, and

2 ein schematisiertes Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 a schematic flow diagram of a method according to the invention.

1 zeigt einen stark vereinfachten Aufbau eines Kontroll-Netzwerkes, umfassend ein Master-System 101 mit einem haptischen Eingabemittel 102, und ein über einen bi-direktionalen Kommunikationskanal 103 mit dem Master-System 101 verbundenes Slave-System 104. Durch das Master-System 101 ist eine Steuergröße sm(t) zur Ansteuerung des Slave-Systems 104 erzeugbar und an das Slave-System 104 übermittelbar ist. Durch das Slave-System 104 ist zur Ansteuerung des Master-Systems auf Basis der vom Slave-System 104 empfangenen Steuergröße sm(t) eine Antwortgröße fa(t) erzeugbar und an des Master-System übermittelbar. Die Steuergröße sm(t) gibt vorliegend eine Geschwindigkeit v(t) an. Die Antwortgröße fa(t) gibt vorliegend eine Kraft f(t) an. 1 shows a greatly simplified construction of a control network comprising a master system 101 with a haptic input device 102 , and via a bi-directional communication channel 103 with the master system 101 connected slave system 104 , Through the master system 101 is a control variable s m (t) for controlling the slave system 104 producible and to the slave system 104 is transferable. Through the slave system 104 is for controlling the master system based on the slave system 104 received control variable s m (t) a response variable f a (t) can be generated and communicated to the master system. The control variable s m (t) indicates a speed v (t) in the present case. The response variable f a (t) indicates a force f (t) in the present case.

Denkbar sind folgende Kombination von Steuergröße sm(t) und Antwortgröße fa(t):

  • – Steuergröße Sm(t) ist eine Position und Antwortgröße fa(t) ist eine Kraft
  • – Steuergröße Sm(t) ist eine Geschwindigkeit und Antwortgröße fa(t) ist eine Kraft
  • – Steuergröße Sm(t) ist eine Kraft und Antwortgröße fa(t) ist eine Geschwindigkeit
  • – Steuergröße Sm(t) ist eine Kraft und Antwortgröße fa(t) ist eine Position
The following combination of control variable s m (t) and response variable f a (t) are conceivable:
  • Control variable S m (t) is a position and response variable f a (t) is a force
  • Control variable S m (t) is a speed and response variable f a (t) is a force
  • Control variable S m (t) is a force and response variable f a (t) is a velocity
  • Control variable S m (t) is a force and response variable f a (t) is a position

Das Kontroll-Netzwerk umfasst vorliegend ein im Master 101 angeordnetes erstes Mittel 105, mit dem auf Basis der Steuergröße sm(t) und der vom Master-System empfangenen Antwortgröße fa(t) eine erste Energiegröße EP(t) ermittelbar ist, die eine Energie angibt, die vom Slave-System 104 in das Master-System 101 fließt, und mit dem auf Basis der Steuergröße sm(t) und der Antwortgröße fa(t) eine zweite Energiegröße EM(t) ermittelbar ist, die eine Energie angibt, die aus dem Master-System 101 in Richtung Slave-System 104 fließt. The control network here includes one in the master 101 arranged first means 105 in which, on the basis of the control variable s m (t) and the response variable f a (t) received by the master system, a first energy quantity EP (t) can be determined, which indicates an energy that originates from the slave system 104 into the master system 101 flows, and with the basis of the control variable s m (t) and the response variable f a (t) a second energy quantity EM (t) can be determined, which indicates an energy from the master system 101 in the direction of the slave system 104 flows.

Weiterhin umfasst das Kontroll-Netzwerk vorliegend ein im Master 101 angeordnetes zweites Mittel 106, das im Fall dass EP(t) > EM(t) ist, eine Ausgabe einer Warnung an einen Nutzer des Master-Systems 101 durch ein Ausgabemittel 107 auslöst, und das im Fall dass EP(t) > EM(t) + Ethreshhold ist, das Kontroll-Netzwerk in einen vorgegebenen Sicherheits-Zustand schaltet, wobei Ethreshhold vorgegeben ist. Furthermore, the control network in the present case includes one in the master 101 arranged second means 106 which, in the event that EP (t)> EM (t), is an output of a warning to a user of the master system 101 by an output means 107 and, in the event that EP (t)> EM (t) + E threshhold, sets the control network to a default security state, with E threshhold set.

Das Slave-System 104 kann bspw. ein realer oder ein virtueller Roboter sein, der bspw. mit einer Umgebung wechselwirkt. Das haptische Eingabemittel 102 kann bspw. ein Joystick mit einem oder mehreren Freiheitsgraden sein The slave system 104 For example, it may be a real or a virtual robot interacting with an environment, for example. The haptic input device 102 may be, for example, a joystick with one or more degrees of freedom

Die Koppelung zwischen Master-System 101 und Slave-System 104 muss stabil sein, um einen Bediener des Master-Systems 101 nicht durch unkontrollierte (Antwort-)Kräfte die vom Eingabemittel 102 erzeugt werden zu gefährden. Stabilität bedeutet vorliegend, dass die Amplituden der Systemvariablen sm(t) und fa(t) niemals über eine vorgegebene Sicherheitsgrenze ansteigen. The coupling between master system 101 and slave system 104 must be stable to an operator of the master system 101 not by uncontrolled (response) forces from the input device 102 be created to endanger. In the present case, stability means that the amplitudes of the system variables s m (t) and f a (t) never rise above a predetermined safety limit.

Das vorgeschlagene Kontroll-Netzwerk ermöglicht dessen Stabilität im Echtzeit-Betrieb für alle denkbaren Ursachen, die zu einer Instabilität des Kontroll-Netzwerkes führen könnten, da das Kontroll-Netzwerk in den Sicherheits-Zustand geschaltet wird, sobald vom zweiten Mittel 106 ein Entwicklungs-Trend hin zur Instabilität erkannt wird. The proposed control network enables its stability in real-time operation for all conceivable causes that could lead to instability of the control network, since the control network is switched to the security state as soon as the second means 106 a development trend towards instability is detected.

Die Energiegrößen EP(t) und E-(t), die vorliegend in bzw. aus dem Master-System 101 fließen, können leicht auf Basis der Leistung P, d.h. dem Produkt aus der Geschwindigkeit v(t) (=sm(t)) und der Kraft f(t) (=fa(t)) ermittelt werden. The energy quantities EP (t) and E - (t) present in or out of the master system 101 Flow, can be easily determined on the basis of the power P, ie the product of the speed v (t) (= s m (t)) and the force f (t) (= f a (t)).

Einem positiven Vorzeichen von P zeigt einen Zufluss von Leistung zu dem Master-System 101 an. Ein negatives Vorzeichen von P zeigt einen Abfluss von Leistung von dem Master-System 101 an. Durch Integration der Leitungsflüsse erhält man zwei Energieflüsse:

Figure DE102014004115B3_0002
A positive sign of P indicates an inflow of power to the master system 101 at. A negative sign of P indicates an outflow of power from the master system 101 at. By integrating the line flows, one obtains two energy flows:
Figure DE102014004115B3_0002

Dabei ist EP(0) bzw. EM(0) jeweils eine initial gespeicherte Energie. Dabei gilt für P+ bzw. P

Figure DE102014004115B3_0003
In this case, EP (0) or EM (0) is each an initially stored energy. Where P + and P -
Figure DE102014004115B3_0003

Ein erster Fall ist, dass der Bediener mittels seiner manuellen Eingabe in das Eingabemittel 102 die einzige Energiequelle des Kontroll-Netzwerks ist und daher das Master-System und das restliche Netzwerk passiv ist. Insbesondere wird zunächst unterstellt, dass am Slave-System 104 kein aktiver Energieeintrag (bspw. durch die Umgebung) erfolgt. Fließt in diesem Fall mehr Energie vom Master-System in Richtung Slave-System 104 als das Master-System 101 vom Slave-System 104 erhält, ist das Kontroll-Netzwerks passiv und somit stabil. A first case is that the operator by means of his manual input to the input means 102 the only power source of the control network is and therefore the master system and the rest of the network is passive. In particular, it is initially assumed that the slave system 104 no active energy input (for example by the environment) takes place. In this case, more energy flows from the master system to the slave system 104 as the master system 101 from the slave system 104 the control network is passive and therefore stable.

Das Kontroll-Netzwerk wird instabil, wenn der Energiezufluss zum Master-System 101 größer wird, als der Energieabfluss vom Master-System 101. In diesem Fall erfolgt die Ausgabe einer Warnung. Weiterhin erfolgt durch das zweite Mittel 106 das sofortige Schalten des Kontroll-Netzwerkes in einen Sicherheits-Zustand, wenn zusätzlich der Energiezufluss zum Master-System 101 größer ist als ein vorgegebener Energiewert E0. EP(t) > EM(t) -> Ausgabe einer Warnung. (5) EP(t) > EM(t) + E0 -> Schalten in den Sicherheits-Zustand (6) The control network becomes unstable when the energy flow to the master system 101 becomes larger than the energy drain from the master system 101 , In this case, a warning is issued. Furthermore, by the second means 106 the immediate switching of the control network into a safety state, if in addition the energy supply to the master system 101 is greater than a given energy value E 0 . EP (t)> EM (t) -> Output of a warning. (5) EP (t)> EM (t) + E 0 -> switching to the safety state (6)

Ein zweiter Fall ist, dass zusätzlich am Slave-System 104 ein aktiver Energieeintrag E1(t) erfolgt, der als Rückkoppelung (Feed-Back) am Eingabemittel 102 reflektiert werden soll, ohne dass dabei das Kontroll-Netzwerk sofort in den Sicherheitszustand geschaltet wird A second case is that in addition to the slave system 104 an active energy input E 1 (t) takes place, which is used as feedback (feedback) at the input means 102 should be reflected without the control network is immediately switched to the security state

In diesem Fall ist am Slave-System 104 ein drittes Mittel 108 vorhanden, dass den Energieeintrag E1(t) erfasst und an das zweite Mittel 106 weiterleitet. In diesem Fall ist das zweite Mittel 104 derart eingerichtet und ausgeführt, dass wie zuvor die Ausgabe einer Warnung dann erfolgt, wenn der Energiezufluss zum Master-System 101 größer wird, als der Energieabfluss vom Master-System 101. Im Unterschied zum ersten Fall erfolgt nun das Schalten in den Sicherheits-Zustand erst wenn folgendes gilt: EP(t) > EM(t) + E0 + E1(t) -> Schalten in den Sicherheits-Zustand (7) In this case, the slave system 104 a third remedy 108 present that detects the energy input E 1 (t) and to the second means 106 forwards. In this case, the second means 104 set up and executed so that as before the issue of a warning then takes place when the energy flow to the master system 101 becomes larger than the energy drain from the master system 101 , In contrast to the first case, switching to the safety state will only take place if the following applies: EP (t)> EM (t) + E 0 + E 1 (t) -> switching to the safety state (7)

2 zeigt ein schematisiertes Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines Kontroll-Netzwerks umfassend ein Master-System 101 mit einem haptischen Eingabemittel 102, und ein über einen bi-direktionalen Kommunikationskanal 103 mit dem Master-System 101 verbundenes Slave-System 104, mit folgenden Schritte. 2 shows a schematic flow diagram of a method according to the invention for controlling a control network comprising a master system 101 with a haptic input device 102 , and via a bi-directional communication channel 103 with the master system 101 connected slave system 104 , with the following steps.

In einem ersten Schritt 201 wird durch das Master-System 101 eine Steuergröße sm(t) zur Ansteuerung des Slave-Systems 104 erzeugt und an das Slave-System 104 übermittelt. In einem zweiten Schritt 202 wird durch das Slave-System 104 zur Ansteuerung des Master-Systems auf Basis der vom Slave-System 104 empfangenen Steuergröße sm(t) eine Antwortgröße fa(t) erzeugt und an des Master-System 101 übermittelt. In einem dritten Schritt 203 wird auf Basis der Steuergröße sm(t) und der vom Master-System empfangenen Antwortgröße fa(t) eine erste Energiegröße EP(t) ermittelt, die eine Energie angibt, die vom Slave-System 104 in das Master-System 101 fließt, und auf Basis der Steuergröße sm(t) und der Antwortgröße fa(t) eine zweite Energiegröße EM(t) ermittelt, die eine Energie angibt, die aus dem Master-System 101 in Richtung Slave-System 104 fließt. In einem vierten Schritt wird im Fall dass EP(t) > EM(t) ist, eine Warnung an einen Nutzer des Master-Systems 101 ausgegeben, und im Fall dass EP(t) > EM(t) + Ethreshhold ist, das Kontroll-Netzwerk in einen vorgegebenen Sicherheits-Zustand geschaltet, wobei Ethreshhold vorgegeben ist. In a first step 201 is through the master system 101 a control variable s m (t) for controlling the slave system 104 generated and sent to the slave system 104 transmitted. In a second step 202 is through the slave system 104 for controlling the master system on the basis of the slave system 104 received control variable s m (t) generates a response variable f a (t) and to the master system 101 transmitted. In a third step 203 On the basis of the control variable s m (t) and the response variable f a (t) received by the master system, a first energy quantity EP (t) is determined, which indicates an energy that originates from the slave system 104 into the master system 101 flows, and on the basis of the control variable s m (t) and the response variable f a (t) a second energy quantity EM (t) is determined, which indicates an energy from the master system 101 in the direction of the slave system 104 flows. In a fourth step, in case EP (t)> EM (t), a warning is sent to a user of the master system 101 and if EP (t)> EM (t) + E threshhold , the control network is switched to a default security state, with E threshhold set.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101 101
Master-System Master system
102 102
Eingabemittel input means
103 103
Kommunikationskanal communication channel
104 104
Slave-System Slave system
105 105
erstes Mittel first means
106 106
zweites Mittel second means
107 107
Ausgabemittel output means
108 108
drittes Mittel third means

Claims (10)

Kontroll-Netzwerk umfassend ein Master-System (101) mit einem haptischen Eingabemittel (102), und ein über einen bi-direktionalen Kommunikationskanal (103) mit dem Master-System (101) verbundenes Slave-System (104), wobei – durch das Master-System (101) eine Steuergröße sm(t) zur Ansteuerung des Slave-Systems (104) erzeugbar und an das Slave-System (104) übermittelbar ist, – durch das Slave-System (104) zur Ansteuerung des Master-Systems auf Basis der vom Slave-System (104) empfangenen Steuergröße sm(t) eine Antwortgröße fa(t) erzeugbar und an des Master-System übermittelbar ist, – ein erstes Mittel (105) vorhanden ist, mit dem auf Basis der Steuergröße sm(t) und der vom Master-System empfangenen Antwortgröße fa(t) eine erste Energiegröße EP(t) ermittelbar ist, die eine Energie angibt, die vom Slave-System (104) in das Master-System (101) fließt, und mit dem auf Basis der Steuergröße sm(t) und der Antwortgröße fa(t) eine zweite Energiegröße EM(t) ermittelbar ist, die eine Energie angibt, die aus dem Master-System (101) in Richtung Slave-System (104) fließt, und – ein zweites Mittel (106) vorhanden ist, das im Fall dass EP(t) > EM(t) ist, eine Ausgabe einer Warnung an einen Nutzer des Master-Systems (101) durch ein Ausgabemittel (107) auslöst, und das im Fall dass EP(t) > EM(t) + Ethreshhold ist, das Kontroll-Netzwerk in einen vorgegebenen Sicherheits-Zustand schaltet, wobei Ethreshhold vorgegeben ist. Control network comprising a master system ( 101 ) with a haptic input means ( 102 ), and via a bi-directional communication channel ( 103 ) with the master system ( 101 ) connected slave system ( 104 ), whereby - by the master system ( 101 ) a control variable s m (t) for controlling the slave system ( 104 ) and to the slave system ( 104 ), - by the slave system ( 104 ) for controlling the master system on the basis of the slave system ( 104 received control variable s m (t) a response variable f a (t) can be generated and transmitted to the master system, - a first means ( 105 ) is present, with the basis of the control quantity s m (t) and the received response from the master system response variable f a (t) a first energy quantity EP (t) can be determined, which indicates an energy that from the slave system ( 104 ) into the master system ( 101 ), and with which on the basis of the control variable s m (t) and the response variable f a (t), a second energy quantity EM (t) can be determined, which indicates an energy that originates from the master system ( 101 ) in the direction of the slave system ( 104 ), and - a second means ( 106 ), which, in the event that EP (t)> EM (t), is an output of a warning to a user of the master system ( 101 ) by an output means ( 107 ), and that in case EP (t)> EM (t) + E threshhold is to switch the control network to a default security state, with E threshhold set. Kontroll-Netzwerk nach Anspruch 1, bei dem der Sicherheits-Zustand wie folgt definiert ist: – die Antwortgröße fa(t) ist Null gesetzt: fa(t) = 0, und/oder – die Energieversorgung des haptische Eingabemittel ist abgeschaltet, und/oder – die mechanischen Antriebsmittel des haptischen Eingabemittels sind abgeschaltet, und/oder – die Antwortgröße fa(t) und/oder die Steuergröße sm(t) wird/werden reduziert, beispielsweise durch fa(t)’= fa(t)/Xa und /oder sm(t)’ = sm(t)/Xm, wobei Xa und Xm vorgegebene Faktoren sind und fa(t)’ die reduzierte Antwortgröße und sm(t)’ die reduzierte Steuergröße sind, und/oder – eine Bewegung des haptischen Eingabemittels ist durch einen schaltbaren Mechanismus mechanisch blockiert. A control network according to claim 1, wherein the security state is defined as follows: - the response quantity f a (t) is set to zero: f a (t) = 0, and / or - the haptic input means power supply is turned off, and / or - the mechanical drive means of the haptic input means are switched off, and / or - the response variable f a (t) and / or the control variable s m (t) is / are reduced, for example by f a (t) '= f a (t) / Xa and / or s m (t) '= s m (t) / Xm, where Xa and Xm are predetermined factors and f a (t)' the reduced response size and s m (t) 'the reduced control quantity are and / or - a movement of the haptic input means is mechanically blocked by a switchable mechanism. Kontroll-Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Steuergröße sm(t) eine Flussgröße, wie insbesondere eine erste Zeitableitung einer errechneten oder gemessenen Positionen oder einer errechneten oder gemessenen Geschwindigkeit ist, und die Antwortgröße eine Potentialgröße, wie insbesondere eine errechnete oder gemessene Kraft ist. Control network according to claim 1 or 2, in which the control variable s m (t) is a flow quantity, in particular a first time derivative of a calculated or measured position or a calculated or measured speed, and the response variable is a potential variable, in particular a calculated or measured force is. Kontroll-Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Steuergröße sm(t) eine Potentialgröße, wie insbesondere eine errechnete oder gemessene Kraft ist, und die Antwortgröße fa(t) eine Flussgröße, wie insbesondere eine erste Zeitableitung einer errechneten oder gemessenen Positionen oder einer errechneten oder gemessenen Geschwindigkeit ist. Control network according to claim 1 or 2, in which the control variable s m (t) is a potential variable, in particular a calculated or measured force, and the response variable f a (t) is a flow variable, in particular a first time derivative of a calculated or measured one Positions or a calculated or measured speed. Kontroll-Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Kontroll-Netzwerk ein Telepräsenzsystem ist. A control network according to any one of claims 1 to 4, wherein the control network is a telepresence system. Kontroll-Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Slave-System (104) ein Roboter oder eine Virtual-Reality-System ist. Control network according to one of Claims 1 to 5, in which the slave system ( 104 ) is a robot or a virtual reality system. Kontroll-Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Ausgabe einer Warnung durch das Ausgabemittel optisch, akustisch und/oder haptisch erfolgt. Control network according to one of claims 1 to 6, wherein the output of a warning by the output means is optical, acoustic and / or haptic. Kontroll-Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem Ethreshhold = E0 ein konstanter Energiewert ist. Control network according to one of claims 1 to 7, wherein E threshhold = E 0 is a constant energy value. Kontroll-Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Slave-System (104) ein drittes Mittel (108) aufweist, das einen aktiven Energieeintrag E1(t) in das Slave-System (104) ermittelt und diesen an das zweite Mittel (106) übermittelt, und das zweite Mittel derart eingerichtet und ausgeführt ist, dass im Fall dass EP(t) > EM(t) + Ethreshhold(t) ist, mit Ethreshold(t) = E0 + E1(t), das Kontroll-Netzwerk in einen vorgegebenen Sicherheits-Zustand schaltet, wobei E0 ein vorgegebener konstanter Energiewert ist. Control network according to one of Claims 1 to 7, in which the slave system ( 104 ) a third remedy ( 108 ) having an active energy input E 1 (t) into the slave system ( 104 ) and send it to the second 106 ), and the second means is set up and executed in such a way that in case EP (t)> EM (t) + E is threshhold (t), with E threshold (t) = E 0 + E 1 (t), the control network switches to a predetermined safety state, where E 0 is a predetermined constant energy value. Verfahren zur Steuerung eines Kontroll-Netzwerks gemäß den vorstehenden Ansprüchen, umfassend ein Master-System (101) mit einem haptischen Eingabemittel (102), und ein über einen bi-direktionalen Kommunikationskanal (103) mit dem Master-System (101) verbundenes Slave-System (104), bei dem – durch das Master-System (101) eine Steuergröße sm(t) zur Ansteuerung des Slave-Systems (104) erzeugt und an das Slave-System (104) übermittelt wird, – durch das Slave-System (104) zur Ansteuerung des Master-Systems auf Basis der vom Slave-System (104) empfangenen Steuergröße sm(t) eine Antwortgröße fa(t) erzeugt und an des Master-System übermittelt wird, – auf Basis der Steuergröße sm(t) und der vom Master-System empfangenen Antwortgröße fa(t) eine erste Energiegröße EP(t) ermittelt wird, die eine Energie angibt, die vom Slave-System (104) in das Master-System (101) fließt, und mit dem auf Basis der Steuergröße sm(t) und der Antwortgröße fa(t) eine zweite Energiegröße EM(t) ermittelt wird, die eine Energie angibt, die aus dem Master-System (101) in Richtung Slave-System (104) fließt, und – im Fall dass EP(t) > EM(t) ist, eine Warnung an einen Nutzer des Master-Systems (101) ausgegeben wird, und im Fall dass EP(t) > EM(t) + Ethreshhold ist, das Kontroll-Netzwerk in einen vorgegebenen Sicherheits-Zustand geschaltet wird, wobei Ethreshhold vorgegeben ist. Method for controlling a control network according to the preceding claims, comprising a master system ( 101 ) with a haptic input means ( 102 ), and via a bi-directional communication channel ( 103 ) with the master system ( 101 ) connected slave system ( 104 ), in which - by the master system ( 101 ) a control variable s m (t) for controlling the slave system ( 104 ) and sent to the slave system ( 104 ) - by the slave system ( 104 ) for controlling the master system on the basis of the slave system ( 104 ) Control quantity received s m (t) is a response size f is a generated (t) and transmitted to the master system, - on the basis of the control variable s m t) and received from the master system response size f a (t) (a first Energy quantity EP (t) is determined, which indicates an energy which is generated by the slave system ( 104 ) into the master system ( 101 ), and with which a second energy quantity EM (t) is determined based on the control variable s m (t) and the response variable f a (t), which indicates an energy which originates from the master system ( 101 ) in the direction of the slave system ( 104 ) and, in the case that EP (t) is> EM (t), a warning to a user of the master system ( 101 ), and in case EP (t)> EM (t) + E threshhold , the control network is switched to a predetermined security state, with E threshhold given.
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