本发明涉及一种具有机器人机构的游乐设施。
背景技术：
由专利文献ep1289616b1可知一种具有多节肢式的机器人臂的游乐设施，该游乐设施具有用于运送多个人员的乘客座舱。
技术实现要素：
本发明的目的是改进这种类型的游乐设施、特别是其运行。
本发明的目的特别是通过一种具有权利要求1所述特征的游乐设施或通过一种在此所描述的方法来实现。权利要求14保护一种计算机程序产品，其用于执行在此所述的根据本发明的一个方面的方法。优选的扩展方案由从属权利要求给出。
根据本发明的一个方面，游乐设施具有机器人机构，该机器人机构具有一个或多个多节肢式的机器人臂，这些机器人臂各自具有基座和用于运输一个或多个人员的乘客座舱以及用于控制机器人机构的控制器。
根据本发明的游乐设施特别是指一种用于特别是在游乐场或类似的设施中供人员娱乐的系统或者机构或者装置。
在一种实施方式中，该机器人机构的一个或多个机器人臂各自具有两个、三个、四个、五个、六个或更多个特别是可转动地或可枢转地彼此铰接连接的节肢。
所述控制器可以是用于特别是协调地控制机器人机构的多个机器人臂的中央控制器。同样地，该控制器也可以包括多个用于控制机器人机构的各个机器人臂的单个控制器。根据本发明的一个方面，该控制器被设计为，特别是硬件技术和/或软件技术地执行在此所描述的方法。
在一种实施方式中，至少有一个乘客座舱具有用于固定人员的座椅和/或固定器件，特别是皮带、弓形架等，和/或具有用于容纳和/或保护人员的框架，特别是笼子。在一种实施方式中，至少有一个乘客座舱是乘客吊舱(passagiergondel)。
在一种实施方式中，包括一个或多个工作空间的工作空间组的边界是预先设定的，特别是在机器人机构的运行或者说运动之前和/或期间被存储起来。相应地在一种实施方式中，控制器具有用于存储工作空间组的边界的存储器件。
该边界可以是连续的，或者具有多个彼此间隔开的部分，特别是工作空间组的多个非连续工作空间的(子)边界。在一种实施方式中，定义了所述边界的参数、特别是坐标被预先设定、特别是存储。
在一种实施方式中，特别是在机器人机构的运行或者说运动期间，确定一个或多个乘客座舱相对于工作空间组的间距，特别是相对于工作空间组的边界的间距。相应地在一种实施方式中，控制器具有用于特别是在机器人机构的运行或运动期间确定间距的间隔器件。
在一种实施方式中，特别是在机器人机构的运行或运动期间，根据所确定的间距来确定沿两个或所有三个空间方向的最大允许运动分量。相应地在一种实施方式中，控制器具有安全器件，用于特别是在机器人机构的运行或运动期间确定沿两个或三个空间方向的最大允许运动分量。
在一空间方向上的运动分量可以特别包括沿该空间方向的速度分量和/或加速度分量，可以特别是沿该空间方向的速度分量和/或加速度分量。空间方向可以特别是游乐设施的(欧几里得)空间或者周围环境的笛卡尔空间方向，特别是固定于周围环境的笛卡尔坐标系统或者说惯性系统(interialsystem)的轴。空间方向也可以是运动的、特别是固定于机器人机构、尤其是固定于乘客座舱的笛卡尔坐标系统或自然坐标系统的方向，其中，自然坐标系统可以按照本领域常见的方式通过作用在机器人机构、特别是乘客座舱的运动轨迹上的切向矢量、法向矢量和副法向矢量来形成，在此，切向矢量与当前的速度对齐，而法向矢量与当前的加速度对齐，并且副法向矢量与它们形成正交系统。同样地，空间方向也可以是极坐标系统或柱坐标系统等的方向。
在一种实施方式中，根据与工作空间组的间距来确定最大允许运动分量，能够有利地确定机器人机构或者说乘客座舱的特别是安全运动的可能性，并因此改善了游乐设施的运行，特别是其安全性。
在一种实施方式中，根据沿至少一个空间方向或者沿两个或三个空间方向所确定的最大允许运动分量，分别降低机器人机构在该至少一个空间方向上的至少一个特别是实际的和/或被指令的或者说待实施的运动分量，特别是在该两个或三个空间方向上的特别是实际的和/或被指令的或者说待实施的运动分量，特别是分别将它们减少至所确定的最大允许运动分量。相应地在一种实施方式中，控制器具有减少器件，该减少器件根据沿一个或多个空间方向、特别是所有的空间方向所确定的最大允许运动分量，使机器人机构在该一个或多个空间方向、特别是所有空间方向上的特别是被指令的运动分量减少，特别是减少至所确定的最大允许运动分量。
在一种实施方式中，确定一个(多个)最大允许运动分量并基于一扩展方案相应地减少一个(多个)运动分量，可以包括在机器人机构的欧几里得几何空间与关节坐标空间、特别是关节角度空间之间的正向和/或反向变换，或者说在欧几里得几何空间或关节坐标空间、特别是关节角度空间中进行。相应地在一种实施方式中，沿一个或多个空间方向减少机器人机构的运动分量也可以包括减少机器人机构的关节坐标空间、特别是关节角度空间中的相应于该空间方向的运动分量，特别可以是减少机器人机构的关节坐标空间、特别是关节角度空间中的相应于该空间方向的运动分量。
在一种实施方式中，间隔器件具有一个或多个用于确定乘客座舱的位置和/或速度的定位器件，在一种扩展方案中，这些定位器件无线地或有线地与安全器件信号连接。
一定位器件可以特别包括尤其是用于检测机器人机构的关节的关节姿态和/或运动或者说速度的、固定于机器人结构的定位器件，特别是包括尤其是位于驱动器侧或传动器侧的、相对的或绝对的转换器或编码器，特别就是尤其是用于检测机器人机构的关节的关节姿态和/或运动或者说速度的固定于机器人结构的定位器件，特别就是位于驱动器侧或传动器侧的、相对的或绝对的转换器或编码器。由此在一种实施方式中，可以有利地特别是通过正向变换非常精确地确定位置和/或速度。
附加地或替代地，一(另外的)定位器件可以包括固定于环境的、特别是用于对乘客座舱进行光学检测的定位器件，特别是摄像机或追踪器，特别就是固定于环境的、特别是用于对乘客座舱进行光学检测的定位器件，特别就是摄像机或追踪器。在一种实施方式中，通过该固定于环境的定位器件，可以直接地、通过固定于机器人机构的定位器件间接地或借助于正向变换来确定乘客座舱的位置并据此确定与工作空间的间距。
附加地或替代地，在一种实施方式中，间隔器件可以具有一个或多个特别是光学的、电磁的、电容的和/或超声波的距离传感器。一距离传感器特别可以是固定于机器人机构的距离传感器，尤其是固定于乘客座舱的距离传感器。附加地或替代地，一(另外的)距离传感器可以是固定于环境的距离传感器，特别是用于检测相对于乘客座舱的间距。特别地，当通过壁或表面或者相对于壁或表面以预设的间距定义了工作空间时，乘客座舱与该工作空间之间的间距可以通过固定于机器人结构的、用于检测相对于壁或表面的间距的距离传感器或者通过固定于壁或表面的、用于检测相对于乘客座舱的间距的距离传感器来有利地确定。
在一种实施方式中，机器人机构的特别在相应的手动运行模式中的运动能够任意地由工作人员至少部分地预先设定，特别是关于空间中的轨迹速度或自由运动。这可以预先和/或在机器人机构的运行或者说运动期间进行，特别是通过乘客预先进行和/或通过操作者在机器人机构的运行或运动期间进行。为此在一种实施方式中，控制器特别是具有固定于环境的输入器件，用于特别是至少部分地任意预设机器人机构的运动。附加地或替代地，这也可以通过乘客在机器人机构的运行或者说运动期间进行。为此在一种实施方式中，控制器特别是附加地或替代地具有位于乘客座舱侧的输入器件，该输入器件用于特别是至少部分地任意预设机器人机构的运动。乘客座舱侧的输入器件特别可以具有操作杆、变速杆、方向盘等。
在一种实施方式中，控制器具有至少一个自动运行模式，或者说被设计用于，特别是可选地针对前述的手动运行模式，在至少一个自动运行模式下运行或操作。
在一种实施方式中，一自动运行模式是一以预设的速度自动地行驶机器人机构的预设轨迹的自动运行模式。在手动运行模式中，可以按照任意预设的速度行驶预设的轨迹。
附加地或替代地，一自动运行模式可以是一(另外的)用于自动地驶入乘客座舱的预设位置的自动运行模式，其中，在一种扩展方案中，乘客座舱可以停放在预设的位置上，或者可以再次将其转换到手动运行模式中，或者将控制器设计用于此目的。
在一种扩展方案中，特别是通过尤其是借助于随机发生器、随机表等随机地预先设定一个或多个用于确定轨迹的参数，使得机器人机构在自动运行模式下行驶的轨迹至少部分地被随机预先设定。相应地在一种实施方式中，控制器具有用于随机地预先设定机器人机构的轨迹的随机器件。附加地或替代地，轨迹可以基于模拟模型来设定。相应地在一种实施方式中，控制器具有用于基于模拟模型来设定机器人机构的轨迹的模拟器件。由此例如可以模拟带有随机的影响或干扰的飞行操作。
在一种实施方式中，机器人机构的至少一个机器人臂的基座是固定于环境或固定于惯性的(intertialfest)。附加地或替代地，在一种实施方式中，机器人机构的至少一个(另外的)基座是可运动的。
可运动的基座特别可以是与轨道绑定的。在一种扩展方案中，机器人机构的能量供给装置包括轨道，特别是承载轨道，基座和/或与其间隔开的电流轨道被可运动地安装在该轨道上。同样地，可运动的基座可以具有(未与轨道绑定的)行驶机构，在一种扩展方案中，该行驶机构具有一个或多个履带或者说链条和/或一个或多个车轮，在一种扩展方案中，所述车轮被配上轮胎和/或可以是所谓的麦克纳姆轮。在一种扩展方案中，机器人机构的能量供给装置包括固定于机器人臂的、特别是固定于基座或行驶机构的蓄能器、特别是蓄电器。
在一种实施方式中，游乐设施具有至少一个着陆区、特别是载客区、尤其是装载区，用于使一个或多个乘客或者说游客登上和/或离开乘客座舱。在一种扩展方案中，着陆区具有用于乘客的站立面。在一种扩展方案中，该站立面是可运动的。在一种实施方式中，该站立面特别是可竖直和/或水平移动的和/或是可转动的。在一种扩展方案中，站立面包括特别是至少局部为水平的传送带，其有利于在乘客座舱相对于传送带至少基本静止期间登上和/或离开绝对运动或惯性运动的乘客座舱。
附加地或替代地，在一种实施方式中，着陆区具有与乘客座舱特别是可机械连接和/或电连接的接合装置，在一种扩展方案中，乘客座舱具有可连接该接合装置的互补装置。通过与乘客座舱、特别是其互补装置机械连接、特别是形状配合地和/或摩擦配合地连接的接合装置，可以有利地固定乘客座舱，特别是用于登上和/或离开。通过与乘客座舱、特别是其互补装置电连接的接合装置，可以有利地探测乘客座舱在或不在。
在一种实施方式中，固定于环境地预先设定工作空间组的一个或多个工作空间。由此特别是可以考虑到固定的障碍物，例如壁、顶、地板、栅栏等。附加地或替代地在一种实施方式中，地点可变地预先设定工作空间组的一个或多个工作空间，特别是根据机器人机构的位置或与其无关地预先设定工作空间组的一个或多个工作空间。由此特别是可以将可运动的障碍物考虑进来，例如机器人机构的其他的机器人臂、车辆等。
在一种实施方式中，针对工作空间组的一个或多个工作空间，分别特别是沿至少一个空间方向或与方向无关地预先设定或存储一允许(工作空间)速度，在一种扩展方案中，该允许速度最高为50mm/s，特别是最高为25mm/s。据此，在一种扩展方案中，当乘客座舱相对于工作空间的间距是负的或者说乘客座舱至少部分地位于工作空间中时，机器人机构的沿至少一个空间方向的运动分量，特别是沿固定于环境的惯性系统的一个方向的运动分量或者沿固定于机器人机构的自然坐标系统的切向方向的运动分量被减少至该允许工作空间速度上。因此在一种实施方式中，可以有利地在着陆区中维持最大工作空间速度并因此确保无危险地登上和/或离开乘客座舱，或者在一交互区中同样维持最大工作空间速度并因此能够无危险地实现与乘客座舱的交互作用。相应地，在一种实施方式中设置有存储器件，用于存储工作空间组的至少一个工作空间内部的允许(工作空间)速度；并在一种扩展方案中设置有减少器件，用于根据所存储的允许(工作空间)速度，减少机器人机构的沿一个或多个工作空间方向、特别所有工作空间方向的特别是实际的和/或被指令的或者说待实施的运动分量，特别是减少到该允许(工作空间)速度上。
附加地或替代地，在一种实施方式中，可以将用于乘客座舱的工作空间组中的一个或多个工作空间隔绝，或者说禁止乘客座舱进入到这些工作空间中。
在一种实施方式中，所确定的乘客座舱朝向工作空间组的间距可以具有相对于工作空间组的一个或多个工作空间的最小的、特别是欧几里得间距或连接线的数值和/或方向，特别就是相对于工作空间组的一个或多个工作空间的最小的、特别是欧几里得间距或连接线的数值和/或方向。附加地或替代地，所确定的间距可以具有相对于工作空间组的一个或多个工作空间的、沿至少两个、特别是三个空间方向的间距分量。在本发明中，间距分量特别是指已知的关于各个空间方向的(最短)间距矢量的投影。相应地，最小距离的数值和方向一起决定了沿三个空间方向的间距分量，反过来沿三个空间方向的间距分量也决定了最小距离的数值和方向。因此，本发明意义下的间距特别可以是多维参量，这些参量特别可以具有相对于工作空间组的一个或多个工作空间的间距矢量，该间距矢量特别是通过数值和方向来描述或其沿空间方向的分量来描述。在一种实施方式中，间距是从乘客座舱指向工作空间组或者说是正的。相应地，如果乘客座舱处于工作空间组中，则该(有方向的)间距特别可以是负的。
在一种实施方式中，安全器件被设计为：如果所确定的间距和/或至少一个最大允许运动分量低于预设的边界值，则执行stop0、stop1或stop2。在一种实施方式中，根据stop0，机器人机构的至少一个机器人臂与能量供给装置分离，并通过加入制动使其停止。在一种实施方式中，根据stop1，机器人机构的至少一个机器人臂通过其驱动器停止或被电动地停止，然后与能量供给装置分离，在此，附加地可以加入制动。在一种实施方式中，根据stop2，机器人机构的至少一个机器人臂通过其驱动器停止或被电动地停止，而没有紧接着与能量供给装置分离，在此，附加地可以加入制动。
本发明意义上的器件可以硬件技术和/或软件技术地构成，特别是具有优选与存储系统和/或总线系统数据或信号连接的特别是数字式的处理单元、特别是微处理器(cpu)，和/或具有一个或多个程序或程序模块。cpu可以被设计用于：完成被设计为储存在存储系统中的程序的命令；检测数据总线的输入信号和/或将输出信号发送到数据总线上。存储系统可以具有一个或多个特别是不同的存储介质、特别是光学的、磁性的、固体的和/或其他非易失性的介质。程序可以被设计为能够体现或实施在此所描述的方法，从而使得cpu能够执行这种方法的步骤并特别是由此使游乐设施能够运行。
在一种实施方式中，最大允许运动分量可以等于零，在一种扩展方案中，最大允许运动分量也可以是负值或者说小于零。由此可以在实施方式中有利地预先设定反向于对应的空间方向的强制运动。
在一种实施方式中，一工作空间朝着陆区收敛，特别是单调地、优选严格单调地、特别是漏斗形地收敛。由此可以在实施方式中有利地特别是部分手动或部分被引导地驶近着陆区。
附图说明
其他的优点和特征由从属权利要求和实施例给出。为此部分示意性地示出：
图1：根据本发明的一种实施方式的游乐设施。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一种实施方式的游乐设施，其具有一机器人机构，该机器人机构具有：六轴曲臂机器人10形式的多节肢机器人臂，该机器人臂具有基座11和用于运输人员的乘客座舱12；控制器，该控制器具有用于控制机器人机构的控制柜20。
控制器还包括操纵杆30形式的乘客座舱侧的输入器件，用于在手动运行模式中任意地预设机器人机构的运动。
该游乐设施示例性地具有：第一着陆区，用于登上和离开乘客座舱12，该第一着陆区具有传送带210形式的可移动站立面；第二着陆区，用于登上和离开乘客座舱12，该第二着陆区具有能与乘客座舱12机械连接和电连接的接合装置310。
在该实施例中，基座11是固定于环境的。在一未示出的变型中，基座也可以被构造为可运动的，特别是基座可以是与轨道绑定的或具有行驶机构。
在控制柜20中的存储器形式的存储器件中，存储有包括两个工作空间100、200的工作空间组的边界，该边界在图1中粗体虚线示出。
在此，工作空间100是被隔绝的工作空间，该工作空间可以是位置可变的或是固定于环境的；工作空间200是固定于环境的工作空间，其漏斗形地收敛到第一着陆区210上。
在图1中示出了固定于环境的惯性系统的三个笛卡尔空间方向x，y和z。工作空间100，200可以通过它们的坐标关于该惯性系统x，y，z被定义。例如可以通过规定x<x0和y<y0来定义被隔绝的工作空间100。
在存储器件中存储有工作空间200内部的允许(工作空间)速度，该速度在本实施例中沿x空间方向为-50mm/s。
控制器包括固定于机器人臂的、转换器或编码器13形式的定位器件，用于确定六轴机器人10的角位置和/或角速度，基于这些角位置和/或角速度通过正向变换确定乘客座舱12、特别是代表该乘客座舱的框架120在惯性系统x，y，z中的位置。附加地或替代地，控制器可以包括固定于环境的、摄像机40或追踪器等形式的定位器件，用于确定乘客座舱12、特别是代表该乘客座舱的框架120的位置。附加地或替代地，控制器可以具有固定于乘客座舱的距离传感器41。
控制器的间隔器件包括固定于机器人臂的定位器件13、固定于环境的定位器件40和/或固定于乘客座舱的距离传感器41以及控制柜20中的被相应设计的处理单元，这些间隔器件确定了乘客座舱12、特别是代表该乘客座舱的框架120相对于包括工作空间100、200的工作空间组的间距，或者被软件和硬件技术地设计用于此目的。
所确定的间距特别可以包括框架120相对于对应的工作空间边界的最小连接矢量d的数值和方向或者该最小连接矢量沿空间方向x，y，z的间距分量，或者可以是包括框架120相对于对应的工作空间边界的最小连接矢量d的数值和方向或者该最小连接矢量沿空间方向x，y，z的间距分量，例如其在图1中被示例性地示出用于被隔绝的工作空间100和间距分量dx和dy。
下面将根据该被隔绝的工作空间100的示例，详细地说明由控制器执行的根据本发明的方法，为了执行该方法，在控制柜20中设置具有程序编码的计算机程序产品，该程序编码被存储在计算机可读的介质上。
该间距是有方向的，也就是说，如果乘客座舱12至少部分地位于对应的工作空间的内部，则从框架120至对应的工作空间的最短连接矢量d的数值或者说相应的间距分量是负的或小于零。
在控制柜20中被相应设计的处理单元形式的安全器件根据由其确定的间距来确定在三个空间方向上的最大允许运动分量，例如在图1中示例性示出的沿空间方向x和y的最大允许速度分量vmax，x和vmax，y。
正如在图1中示例性示出的那样，一空间方向上的最大允许运动分量例如可以与该空间方向上的间距分量成比例，其大致形式为：
vmax,x＝k·dx
vmax,y＝k·dy
其中，k为常数。
可以看到：在该实施例中，最大允许速度分量随着在各个空间方向上的间距的减少而减少，在到达边界时等于零，并在进入到工作空间中(d<0)时甚至是负的或者说乘客座舱将离开工作空间。
特别是在乘客利用操纵杆30操控乘客座舱12的运动或速度的手动运行模式中，控制柜20中被相应设计的处理单元形式的减少器件将被操控的速度分量减少至所确定的沿相应空间方向的最大允许速度分量：
其中，vjoystick,x，vjoystick,y是通过操纵杆30来操控的速度分量；vsoll,x，vsoll,y是被操控减少后的速度分量。
关于工作空间200，控制器以基本上类似的方式操作，工作空间200在这里没有被隔断，而是在其中预先设定了沿x方向的取决于方向的最大速度为-50mm/s。
如果从框架120指向工作空间200的边界的间距小于零，即，乘客座舱12进入到漏斗形的工作空间中，则沿x方向的速度分量被减少到-50mm/s的最大速度。特别是乘客不能通过操纵杆30操控沿负x方向数值更大的速度。附加地或替代地，乘客也不能操控沿正x方向的速度分量，从而不会相对于传送带210产生太大的相对速度。在y方向上，乘客仅能通过操纵杆30操控使乘客座舱12在漏斗形工作空间200内部运动的速度分量。如果乘客座舱12靠近侧边缘(图1中的左侧和右侧)，则超出该边缘的侧向运动通过将y速度分量根据间距地减少到零来阻止。
通过乘客、操作人员(未示出)或例如在预设的持续时间结束之后自动地相应输入，将控制器转换到自动运行模式，在该自动运行模式下，控制器自动地驶近乘客座舱在第一或第二着陆区中的预设位置，在此是随机地驶近第一着陆区或第二着陆区。附加地或替代地，控制器可以在自动运行模式下自动地行驶预设的轨迹。
在手动运行模式期间，控制器也可以随机地预先设定一轨迹，例如通过随机地干扰关于操纵杆30的命令的反应，施加附加的随机运动分量等，以便例如模拟飞行期间等的扰流。
如果所确定的间距和/或至少一个最大允许运动分量低于预设的边界值，则控制器的安全器件执行stop0。
虽然在前面的说明中阐释了示例性的实施方式，但是需要指出的是还可能有很多的变型方案。因此，特别是也可以针对第二着陆区300预先设定或存储另一工作空间。
确定间距，根据所确定的间距来确定最大允许运动分量vmax,x和vmax,y以及根据所确定的最大允许运动分量来减少运动分量vsoll,x和vsoll，y，这些只是根据为紧凑示出起见而非常简单的示例所做的纯示例性说明，其也可以按照其他的方式进行，例如通过对间距或间距分量、允许运动分量和被操控减少后的运动分量的另一种功能上或表格上的分类来进行。因此，例如还可以仅相对于间距矢量d的数值d＝|d|仅成比例地确定最大允许运动分量：
vmax，x＝k·d
vmax，y＝k·d
其中，数值d＝√(dx+dy+dz)，dz是沿z方向的间距分量。
应当指出的是，这些示例性的实施方式仅仅是举例，它们不应构成对保护范围、应用方案和结构的任何限制。相反，前面的描述给予了本领域技术人员对至少一个示例性实施方式进行转换的教导，其中，特别是关于所描述的组件的功能和布置，在不脱离上述保护范围的情况下，能够例如基于权利要求书及其等效的特征组合获得各种修改方案。
附图标记列表
10机器人臂
11基座
12乘客座舱
13编码器/转换器
20控制柜
30操纵杆
40摄像机
41距离传感器
100，200工作空间
120乘客座舱框架
210传送带
300着陆区
301接合装置。