CN108349078A - 操纵器系统的保护区调整 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行操纵器系统的方法，操纵器系统可以包括尤其是无人驾驶运输系统(1)并且尤其是无人驾驶运输车辆。在此，借助于监视装置(3)来监视操纵器系统的保护区(7)。该方法在此包括：提供涉及操纵器系统周围环境的环境信息；和基于环境信息来对保护区(7)进行调整。

Description

操纵器系统的保护区调整

技术领域

本发明涉及一种用于运行操纵器系统的方法，所述操纵器系统尤其可以包括无人驾驶运输系统，并且其中，借助于监视装置来监视操纵器系统的保护区。此外，本发明还涉及一种相应的操纵器系统。

背景技术

无人驾驶运输系统(FTS)经常被使用在生产企业中，以便例如将构件或工件从一工作站运输至下一工作站。在此，无人驾驶运输系统可以具有它自己的行驶驱动器，并被自动地控制。无人驾驶运输系统也可以被用于使操纵器或工业机器人运动，从而使得它们可以在不同的工作站上执行特定的工作步骤。

一般而言，无人驾驶运输系统可以被考虑作为输送系统，该输送系统可以包括至少一个无人驾驶运输车辆。车辆在此可以是多方向并尤其是全方向可运动的。为此目的，该车辆可以具有相应的全方向轮，以便能够实现无人驾驶运输系统的高运动性和灵活性。

无人驾驶运输车辆被自动地控制。为此，例如可以使用车辆内部的控制装置，该控制装置操控无人驾驶运输系统的相应的驱动器，以便造成车辆的预期运动。该控制装置可以程序为基础，该程序预先给定车辆的运动，车辆的运动的特征在于方向和速度。

为了能够实现无人驾驶运输系统在车间中的安全运行，这些车间经常配备有激光扫描仪，这些激光扫描仪可以监视所谓的保护区(经常也称作安全面或安全区域)。尤其地，保护区可以覆盖围绕无人驾驶运输系统的水平区域。当例如障碍物、例如人员进入到保护区中时，借助于激光扫描仪可以识别出或者探测出保护区受损。响应于此，无人驾驶运输系统可以停止，以便避免可能的碰撞。由此能够实现安全的人机协作(MRK)。

激光扫描仪的保护区通常是离线地、即例如在无人驾驶运输系统开工的时间点一次性被配置的。在此情况下可以存储保护区的多个配置方案，在运行期间可以在这些配置方案之间进行更换。但是限制了事先所配置的保护区的数量，因为受系统限制地一般不能事先限定并存储任意多的保护区。

已知的是，基于无人驾驶运输系统的速度来更换保护区。例如，可以在无人驾驶运输系统高速的情况下使用较大的保护区，以便考虑到延迟和较长的制动路径。但是，与无人驾驶运输系统的周围环境相关的保护区调整不是已知的。

在申请人的文献DE 10 2010 046 327 A1中提出一种用于监视操纵器的方法，其中，监视装置在操纵器的第一运行模式中监视第一安全面并且在操纵器的第二运行模式中监视与第一安全面不同的第二安全面。

EP 2 378 445 A1提出了一种用于在安全技术上规划具有潜在危险的工业设施的系统。在此，可以在虚拟运行中基于过程可视化或模拟来执行危险分析，以便避免随后的事故。

但是，此外存在这样的需求，即能够实现无人驾驶运输系统的尽可能安全的使用。

这些目的和另外的从下面的说明书能够看到的目的，通过根据权利要求1的方法和根据权利要求12的系统来实现。

发明内容

本发明涉及一种用于运行操纵器系统的方法。在此，操纵器系统可以包括操纵器，该操纵器尤其可以具有可移动的基部。优选地，操纵器系统包括无人驾驶运输系统并且尤其是无人驾驶运输车辆，其优选可以承载操纵器和使其运动。操纵器系统尤其优选被设计为具有可移动的基部的操纵器。在此情况下，本领域技术人员理解的是，操纵器可以由一定数量的可运动的、彼此链接的节肢或轴组成，并且可以形成机器人的机械装置。机器人又可以是可自由编程的、被程序控制的处理设备。

借助于监视装置来监视操纵器系统的保护区。通过监视保护区例如可以识别出：物件或障碍物处于保护区中，并且该物件或障碍物有可能使操纵器系统开始相应地反应。监视装置优选包括如下器件，这些器件例如能够在使用对保护区的红外线测量、超声波测量、视差测量或清晰度测量或者说对比度光学距离测量的情况下实现保护区监视。监视装置可以为此使用光学、光电和/或图像处理系统。优选地，监视装置可以包括多相机系统、立体相机、3D相机和/或飞行时间相机，以便能够实现保护区监视。特别优选地，监视装置包括一个或多个用于检测保护区中的物件的激光扫描仪。这种激光扫描仪工作可靠，并且允许维持高的安全要求。一般而言，可检测的物件可以是任何本体，该本体在操纵器系统的周围环境中占据一定空间，并且可以借助于监视装置来检测该本体或可以借助于该监视装置来探测该本体。在此，监视装置不必识别并鉴定物件，确切地说对于操纵器系统的安全使用而言，单纯识别出物件存在于保护区域中是足够的。

在此，该方法包括，提供涉及操纵器系统周围环境的环境信息。在此，环境信息可以包括关于操纵器系统环境中的已知障碍物的信息。例如，环境信息可以描述环境中的物件或障碍物的大小、取向、位置、运动和/或状态。这些已知的障碍物可以已经在对操纵器系统进行编程时被考虑，从而使得通过轨迹规划来排除操纵器系统与这些已知障碍物的碰撞。未知的障碍物可以是物件，该物件在对操纵器系统进行编程的时间点没有被考虑或不能被考虑。

此外，所述方法包括基于环境信息对保护区进行调整，以及借助于监视装置来监视调整后的保护区。保护区在此可以至少部分地适配操纵器系统的周围环境，以便能够实现对操纵器系统的灵活保护。

由此有利地可行的是，在操纵器系统或优选无人驾驶运输系统运行期间在考虑到环境信息的条件下，来调整待监视的保护区。例如，可以根据环境信息来缩小或扩大保护区。由此可以灵活地调整所述保护区，以便最终能够实现操纵器系统的灵活使用。操纵器系统的这些使用可能性在此不受限制。因此，例如可以在考虑操纵器系统周围环境内的已知障碍物的条件下将保护区调整为，使得保护区的受损不能由于已知的障碍物导致。但是仍保证了优化的安全性，因为未知障碍物、例如进入到保护区中的人员触发了由监视装置识别出的保护区受损。

优选地，此外基于操纵器系统的速度来进行对保护区的调整。因此，可以除了描述操纵器周围环境的环境信息之外也考虑操纵器系统的自身动力，以便优化地对保护区进行调整。

优选地，在操纵器系统运动期间，提供环境信息和/或对保护区进行调整。由此，有利地不必中断程序流程。本领域技术人员理解的是，这些步骤也可以在操纵器系统的停机状态期间执行。

优选地，环境信息包括环境地图和操纵器系统的当前位置。在此，环境地图可以包括障碍物、物件或本体，例如墙壁、立柱、台子、工作站、廊道等。环境地图不必描述操纵器系统的完整环境，但是能至少包含关于处于操纵器系统附近的障碍物的信息。在环境地图中可以描述该环境中的物件或障碍物的大小、取向和/或位置。尤其可以鉴于环境地图来限定操纵器系统的当前位置。尤其地，当前位置也可以描述操纵器系统的定向。基于环境地图和操纵器系统的当前位置可以有效地对保护区进行调整，因为例如已知的障碍物可以从保护区中被排除，从而使得这些已知障碍物不导致保护区受损。此外，也可以基于操纵器系统的相对于由环境地图已知的障碍物的相对位置，能够实现保护区的调整，从而使得不出现由于已知的障碍物引起不希望的保护区受损。

尤其优选地，环境地图包括该环境中的至少一个已知物件的结构信息。在此，该结构信息可以描述该已知物件的规模、大小、位置或其他结构特征。该已知物件例如可以是已知障碍物，并且作为立体的本体存在于环境中。于是将保护区调整为，使得保护区至少空出该已知物件。由此，仅保护区中的未知物件可以造成操纵器系统的安全性反应，与之相反，已知物件不引起保护区受损以及与之相关的安全性反应。由此可以检查：保护区中是否有已知障碍物，并且该已知障碍物有可能从保护区中被切除，因此该已知物件在运行中不造成不希望的反应。在此优选地，如下这种物件被从保护区中切除，这些物件不可运动地或至少在较长的时间段期间被固定地定位在该环境中。可运动的或经常运动的物件也可以被从保护区中切除，但是这里应当将定期更新的环境地图提供给操纵器系统。

尤其优选地，还将保护区调整为，使得保护区附加地空出由已知物件遮挡的区域。由此尤其可以切除如下区域，即这些区域由于障碍物而不再能被监视装置监视。例如，可以从保护区中切除处于已知立柱后面的、通过激光扫描仪不能看到的区域。由此，保护区可以减少了如下区域，即这些区域由所使用的监视装置不能看到并且被已知的物件遮挡。由此，可以切除如下区域，即这些区域由于环境中的已知障碍物而不再能借助于监视装置被监视。

优选地，可以近似连续地进行对保护区调整。优选地，可以在任何时间步骤上重复调整过程。尤其优选地，可以在系统的任何时序步骤上进行保护区调整。由此，针对任何时间点保证了操纵器系统的优化的安全性配置方案。尤其可以保证，已知物件不造成保护区受损。视监视的复杂性和预期的准确性而定，可以在限定的时间点或在预期的区间内执行根据本发明的保护区调整。

优选地，环境信息的提供，包括探测调整信号。调整信号在此可以表征操纵器的周围环境，并且可以在考虑周围环境的条件下实现保护区的有效调整。调整信号在此可以适用于，控制保护区的调整。优选地，调整信号被作为无线信号进行传输。在此，可以借助于无线或IR技术安全地传输调整信号。

尤其优选地，调整信号的探测包括接收或者无线接收所述调整信号，其中，可以由静止的发送器来无线地发送调整信号。在此，该静止的发送器不必是操纵器系统的部件。

尤其地，可以与操纵器或无人驾驶运输系统分开地来提供静止的发送器，例如位置固定地在操纵器系统的周围环境中。静止的发送器例如可以设在操纵器系统周围环境中的障碍物上，并且借助于无线技术发射调整信号并将其传输到操纵器系统上。当操纵器系统无线地接收调整信号时，可以相应于调整信号来调整保护区，该调整信号可以描述障碍物。

尤其优选地，基于所提供的操纵器系统的位置数据来无线地发送调整信号。例如，可以借助于GPS技术、电磁逻辑或借助于RFID标签来确定操纵器系统的位置。转切逻辑可以基于操纵器系统的位置来决定：是否应当发送调整信号。由此可以根据操纵器系统在已知环境中的位置、即例如根据操纵器系统相对于已知障碍物的相对位置，借助于调整信号来有效地且分情景地来设计保护区的调整。

尤其优选地，调整信号被周期性地以小的可达范围无线地发送。调整信号由此可以是短距离的，并且仅能够在受限的距离内被接收。例如，可以在障碍物附近设置所述静止的发送器，并且定期发射短距离的调整信号，该调整信号可以控制鉴于障碍物的保护区调整。当操纵器系统处在接收可达范围内时，可以探测到调整信号并且相应地对保护区进行调整。

尤其优选地，调整信号可以在操纵器系统的限定的位置上控制保护区调整。为此，调整信号例如可以一次性被传输到操纵器系统上，并且包含什么时候或什么地点进行保护区调整的规定。在考虑到例如借助于GPS技术可以连续确定的操纵器系统当前位置的条件下，可以准确地控制保护区调整的开始。

尤其优选地，对调整信号的探测包括扫描所述调整信号。在此，调整信号可以呈外部标记的形式存在，该外部标记例如可以在障碍物附近被涂在地板上。该标记可以是电磁形式，包括RFID标签，或呈条形码或QR码的形式存在。由此可以准确地标记，取决于操纵器系统在环境中的位置应当在哪里和如何调整保护区。

优选地，对保护区的调整包括更换至一预先限定的保护区。由此，借助于调整信号可以选择和使用特定于环境的保护区。这点尤其在经常反复的保护区调整中是有利的，例如在操纵器系统贯穿驶过廊道时应当使用适配于该廊道的、较狭长的保护区。

此外，本发明涉及一种操纵器系统，操纵器系统包括尤其是无人驾驶运输系统并且还包括尤其是无人驾驶运输车辆，其优选可以承载操纵器和使其运动。在此，操纵器系统包括监视装置，该监视装置被设置用于监视操纵器系统的保护区。此外，操纵器系统包括控制装置，该控制装置被设置用于执行上面所描述的用于运行操纵器系统的方法。为此，操纵器系统可以包括相应的器件，这些器件能够实现所描述的操纵器系统运行并尤其是所描述的保护区调整。

在此，控制装置的术语可以被宽泛地理解，因为该控制装置可以包括多个也分散布置的控制设备、例如计算机。尤其地，该控制装置可以包括多个不同的控制设备，例如用于控制无人驾驶运输系统的控制设备和用于控制由无人驾驶运输系统承载的操纵器的控制设备。替换地，控制装置也可以仅由唯一的适当的控制设备构成。本方法的各个步骤在此可以存储在计算机可读的介质上。

优选地，监视装置包括用于检测保护区中的物件的激光扫描仪。这种激光扫描仪工作可靠且允许维持高的安全要求。优选地，操纵器系统包括用于确定操纵器系统的当前位置的器件，该当前位置可以基于GPS技术。尤其优选地，监视装置也可以被用于操纵器系统的准确的位置确定。优选地，操纵器系统包括用于探测调整信号的器件。优选地，还设置静止的发送器，该发送器用于将调整信号无线地发送到用于探测调整信号的器件上，并且用于探测调整信号的器件包括接收器。优选地，用于探测调整信号的器件包括扫描仪，该扫描仪被设置用于扫描外部标记。在此优选地，调整信号可以被设计为呈外部标记形式。

优选地，操纵器系统包括操纵器和承载操纵器的无人驾驶运输系统。操纵器的操纵器保护区和无人驾驶运输系统的FTS保护区在此被监视和调整。由此，可以分开地处理用于无人驾驶运输系统的和操纵器的、不同的保护区。例如可以因此能够实现：无人驾驶运输系统将工作台察觉为障碍物，但是由无人驾驶运输系统承载的操纵器不将该台子识别为障碍物并由此可以实施预期的运动。

操纵器的和无人驾驶运输系统的两个保护区也可以被组合在一个公共的保护区中。尤其地可以提供二进制的标记或还有给出障碍物高度，以便能够实现选择性地考虑操纵器的和无人驾驶运输系统的保护区。

附图说明

下面参考附图来详细描述本发明。在这些附图中，以相同的附图标记来表示相同的部件。其中：

图1示出了根据一实施方式的具有调整的保护区的操纵器系统；

图2示出了根据另一实施方式的具有调整的保护区的操纵器系统；

图3示出了根据另一实施方式的具有调整的保护区的操纵器系统；

图4示出了根据另一实施方式的具有调整的保护区的操纵器系统；

图5示出了根据另一实施方式的具有调整的保护区的操纵器系统；以及

图6至图8示意性示出了根据另一实施方式的用于运行操纵器系统的方法。

具体实施方式

图1中示出了操纵器系统，该操纵器系统包括无人驾驶运输系统1和被安装在其上的操纵器2。在无人驾驶运输系统1上设有两个激光扫描仪3，它们监视保护区7。存在于保护区7中的物件导致保护区受损。该受损可以被作为二进制信号输出并促使操纵器系统的紧急停止或其他的反应。

此外，图1中示出了障碍物4，该障碍物例如可以是墙壁。障碍物4在此尤其表示的是在操纵器系统的周围环境中已知的障碍物。由此，该障碍物是已知的并可以在环境地图中标明或标记。根据本发明，基于该环境地图来切除由障碍物遮盖的区域5。由此获得了所示出的保护区边界6，该保护区边界沿着障碍物4的轮廓延伸。

图2中同样示出了无人驾驶运输系统1，在其上设有两个激光扫描仪3。障碍物4在这里呈通道或者敞开的门的形式存在。障碍物4再次是已知的，并且可以被标记在环境地图中，该环境地图可以被提供作为环境信息。

基于环境信息，从保护区7中至少切掉所述区域5，障碍物4处于该区域上。因为此外通过激光扫描仪不能看到障碍物后面、即门后面的特定区域，所以同样从保护区中切掉由障碍物4遮挡的区域8，因为该区域8不能通过激光扫描仪3看到。

在如下的检查中能够简单地进行确定通过激光扫描仪不能看到的区域，即，从保护区内部的每个点是否存在到对应的传感器或者激光扫描仪的连接线，其中，连接线必须完全处在保护区中。尤其地可以检查：从每个沿着形成保护区外边界的多边形线条(Polygonzugs)的点是否存在这种连接线。图2中示意性示出了相应的连接线9。作为检查的结果，获得调整的保护区，其具有特定于环境的保护区边界6。

图3中示出了呈墙壁形式的障碍物4，其中，操纵器系统1首先遵循最小安全区域。当操纵器系统1朝向已知的物件运动时，保护区7可以随着不断的接近变得越来越小，就像上面描述的那样，并且在此，总是完全地保障与障碍物的最大距离。为了更好的灵活性可以限定保护区的最小尺寸10，从而使得保护区仅被减少到特定的最小尺寸并且操纵器系统不驶入到障碍物中。在图3中示出的状况下，保护区7不是在接近期间持续减少的，而是仅减少至最小尺寸10。通过进一步接近障碍物4，就像图3中示出的那样，障碍物4到达具有最小尺寸10的保护区7中，使得有利地该保护区受损并可以阻止进一步接近障碍物。

图4中示出了工作台11，在其上应当执行工作步骤。该工作台11作为至少用于无人驾驶运输系统1的环境地图中的障碍物被记录。无人驾驶运输系统1不应当驶入到该工作台11中。在无人驾驶运输系统1接近工作台11期间，无人驾驶运输系统1的相应的保护区7被周期地调整或者说缩小，从而使得该保护区7不由于工作台11而受损。

但是，在无人驾驶运输系统1上设置的操纵器2应当不作为障碍物地察觉该工作台11，以便可以在该工作台11上的执行工作步骤。为此，在环境地图中将一定的区域标记为对于操纵器2而言不相干的障碍物，尤其是工作台11。这点可以通过二进制标记或也可以通过给出障碍物高度来实现。具有相应的标记的障碍物允许保护区的最小范围受损并进一步减少该保护区。由此，操纵器2可以在该工作台11上执行工作，但是在此也不再受到安全传感装置或者激光扫描仪的保护。本领域技术人员理解的是，操纵器2可以附加地通过另外的保护机构来受保障。

此外，例如悬挂式障碍物也可以被看作针对操纵器2的障碍物，而无人驾驶运输系统1可以在这些障碍物下方驶过。这类障碍物于是针对运输系统1被标记为不相干。

图5示出了另一实施方式，其中，保障了静止的运行。在这里，也可以在操纵器的一工作步骤期间以激光扫描仪对静止的工作站进行保障。在此可以计算出适配已知的环境轮廓的保护区，或不考虑环境地确定优化的保护区，可以从该保护区中接下来切除工作站17的已知的轮廓。在图5中示出的状况下，从理想的保护区中空出工作台11或者工作站17，因为那里不会有或逗留未知的障碍物、即例如人员。由此获得了保护区边界13，该保护区边界沿着工作台11的轮廓延伸。

操纵器系统的监视因此不再受到保护区的受限数量的可能的配置方案的限制。确切地说，在操纵器系统运行期间可以连续地进行保护区的动态调整。保护区可以在线地在使用环境信息的条件下连续地和动态地进行调整。接近已知物件的过程、驶过狭窄廊道以及保障对工作站的可接触性，通过安全传感装置都是可行的。装配在无人驾驶运输系统上的操纵器，也可以在考虑到已知障碍物和其对于操纵器工作空间的意义的条件下灵活地受到保障。

图6-8的实施方式中示出了操纵器系统，该操纵器系统包括无人驾驶运输系统1和被装配在其上的操纵器2。无人驾驶运输系统1朝向狭长廊道16运动并应当经过该廊道。在图6中示出的状况下，操纵器系统的保护区7对于穿过廊道16的贯穿驶过而言太大，且在贯穿驶过时会受损。

此外，在图6-8的实施方式中设置了发送器14，该发送器被静止地安置在环境中。当操纵器系统处于发送器14附近时，该发送器发出一信号。在操纵器系统上设置相应的接收器15，该接收器可以探测该信号。

在该实施例的图7中示出的状况中，操纵器系统已经接近发送器14和廊道16。由于所述接近，借助于接收器15接收由发送器14发送到操纵器系统上的信号或调整信号。响应于该调整信号，保护区7被缩小，就像图8中示出的那样。在此，调整信号可以促成，使用适配廊道的保护区、这里是一较狭长的保护区。

就像从图8能够看到的那样，现在操纵器系统的较小的保护区7被监视，该保护区适配所述廊道，从而使得操纵器系统可以经过廊道，而不引起保护区受损。

本领域技术人员理解的是，图6-8的实施方式的元件可以与图1-5的实施方式的元件组合，以便在本发明的意义上相应于各用途能够实现优化的保护区调整。

Claims (18)

1.一种用于运行操纵器系统的方法，所述操纵器系统包括尤其是无人驾驶运输系统(1)并且还包括尤其是无人驾驶运输车辆，其中，借助于监视装置(3)来监视所述操纵器系统的保护区(7)，所述方法包括：

提供涉及所述操纵器系统的周围环境的环境信息；

基于所述环境信息对所述保护区(7)进行调整；以及

借助于所述监视装置(3)来监视调整后的保护区(7)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，此外基于所述操纵器系统的速度来进行对所述保护区(7)的调整。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述操纵器系统运动期间进行提供所述环境信息和/或对所述保护区(7)进行调整。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述环境信息包括环境地图和所述操纵器系统的当前位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述环境地图包括所述周围环境中的至少一个已知物件(4，11)的结构信息，并且其中，将所述保护区(7)调整为，使得所述保护区(7)至少空出所述已知物件(4，11)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，还将所述保护区(7)调整为，使得所述保护区(7)附加地空出由所述已知物件遮挡的区域(5，8)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，提供所述环境信息包括对调整信号的探测。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，对所述调整信号的探测包括无线地接收所述调整信号，其中，由静止的发送器(14)无线地发送所述调整信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，基于所提供的所述操纵器系统的位置数据来无线地发送所述调整信号，或者其中，周期性以小的可达范围无线地发送所述调整信号。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，对所述调整信号的探测包括扫描所述调整信号，其中，所述调整信号以外部标记的形式存在。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，对所述保护区(7)的调整包括更换至预先限定的保护区(7)。

12.一种操纵器系统，包括尤其是无人驾驶运输系统(1)并且还包括尤其是无人驾驶运输车辆，其中，所述操纵器系统包括监视装置(3)，所述监视装置被设置用于监视所述操纵器系统的保护区(7)，并且其中，所述操纵器系统包括控制装置，所述控制装置被设置用于执行根据权利要求1至11中任一项所述的用于运行操纵器系统的方法。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法或操纵器系统，其中，所述监视装置(3)包括用于检测所述保护区(7)中的物件(4，11)的激光扫描仪。

14.根据权利要求12或13所述的操纵器系统，还具有用于确定所述操纵器系统的当前位置的器件。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的操纵器系统，还具有用于探测调整信号的器件(15)。

16.根据权利要求15所述的操纵器系统，还具有静止的发送器(14)，所述发送器用于无线地发送所述调整信号到用于探测所述调整信号的器件上，并且其中，所述用于探测调整信号的器件包括接收器(15)。

17.根据权利要求15或16所述的操纵器系统，其中，所述用于探测调整信号的器件(15)包括扫描仪，所述扫描仪被设置用于扫描外部标记，并且其中，所述调整信号优选地被构造成外部标记的形式。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法或操纵器系统，其中，所述操纵器系统包括操纵器(2)和承载所述操纵器(2)的无人驾驶运输系统(1)，并且其中，所述操纵器(2)的操纵器保护区和所述无人驾驶运输系统(1)的FTS保护区被监视和调整。