CN110587593B

CN110587593B - 用于控制机器人的方法和用于控制机器人的设备

Info

Publication number: CN110587593B
Application number: CN201910500153.5A
Authority: CN
Inventors: M.莫尔
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2022-06-14
Anticipated expiration: 2039-06-11
Also published as: CN110587593A; DE102018114156B3

Abstract

本发明提供一种用于控制机器人的方法和设备。将机器人周围360°的区域划分为面区域。面区域是机器人的坐标系的组成部分，其中面区域包括至少一个面元素，其中每个面元素利用至少一个保护区信息加权。用其坐标系校准扫描装置的坐标系。对扫描装置进行取向。将至少一个保护区信息提供给扫描装置。借助扫描装置监控面区域：根据相应的保护区信息在面区域中的至少一个中是否发生不期望的事件。借助机器人或控制装置依据不期望的事件和相应的保护区信息触发至少一个特殊的安全事件，其中至少一个加权的面元素与至少一个附加的指令信息相关联，从而当在面元素中配准至少一个由用户定义的事件时，借助该一个附加的指令信息触发至少一个行动。

Description

用于控制机器人的方法和用于控制机器人的设备

技术领域

本发明涉及一种用于控制机器人、尤其是工业机器人的方法和一种用于控制机器人的设备。

背景技术

在越来越复杂的和在此越来越自动化的工业制造中，改进的重点一方面在于制造本身的安全方面以及尽可能高效的流程。尤其是在借助机器人或至少部分自动化的机器进行制造的情况下，从现有技术已知各种解决方案，利用这些解决方案可以确保安全的运行。

因此，从文献DE 103 24 628 A1已知一种用于机器人的控制方法。在此设置的是，在根据预设的工作程序运动的机器人中确定周围的监控空间，并且在对象的进入方面对监控空间进行监控。在对象进入的情况下，相应地执行保护措施以用于阻止机器人与对象之间的接触。因此，该解决方案仅用于避免机器人与对象之间的不期望的交互。没有设置机器人与对象之间的进一步的交互。

从DE 10 2004 041 821 A1已知一种用于保护机器控制的操作设备的装置和方法。用于探测操作设备的工作空间中的对象的安全传感器在此与安全控制器和操作设备控制器一起工作。在此设置无接触的接近传感器，从而可以采集工作空间的与安全相关的部分。根据该方法，按区域地由安全传感器确定关于在设备的工作空间中存在人员和/或对象的信息，并且将其传送至安全控制器。依据这些信息于是可以控制与安全相关的操作设备功能。没有设置对设备的进一步的控制或预设。

从DE 10 2006 048 166 A1已知一种用于观察在工业环境中的人员的方法。在此，重点是改进危险防护。给被监控的空间区域分配与位置和时间相关的可变的危险等级。在此，借助多照相机系统采集人员的图像数据，以便得到关于工业环境中的人员的位置和取向的尽可能详细的信息。最终，通过进一步处理图像数据可以确定潜在危险，并且因此提供安全的工业环境。没有设置人与机器之间的进一步的交互。

除了提供的解决方案以外，这种制造机器大多还包括另外的系统，其针对附加的工作步骤或通常针对在使用阶段内的行动存在。这例如可以是附加的按键、启动开关和照相机系统，其自给自足地且与安全系统并行地运行。由此通过此外至少部分地不直接在工作位置上存在的硬件产生附加的成本。

发明内容

现在，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种方法和一种设备，其能够实现在使用阶段期间安全和高效地使用机器人。

在本发明的优选的设计方案中设置的是，提供一种用于控制机器人、尤其是工业机器人的方法。在此，该方法包括如下步骤：将机器人周围高达360°的区域划分为面区域，面区域是机器人的坐标系的组成部分，其中面区域分别包括至少一个面元素，并且其中每个面元素利用至少一个保护区信息加权；利用机器人的坐标系来校准扫描装置的坐标系；对扫描装置进行取向，以便可以对相应的面区域进行完全扫描；将相应的至少一个保护区信息提供给扫描装置，利用该保护区信息加权相应的面元素；借助扫描装置对面区域进行监控：根据相应的保护区信息在面区域中的至少一个中是否发生不期望的事件；借助机器人或控制装置依据不期望的事件和相应的保护区信息触发机器人中的至少一个特殊的安全事件，其中与至少一个保护区信息并行地，至少一个加权的面元素与至少一个由用户定义的附加的指令信息相关联，从而当在面元素中配准至少一个由用户定义的事件时，借助所述一个附加的指令信息可以触发机器人中的至少一个行动。划分和校准的过程或步骤也可以描述为确定保护区布局。借助提供的方法不仅能够实现在使用阶段期间特别安全地使用机器人，而且同时能够实现特别高效地使用机器人。具有相同的加权的面元素因此可以并排地理解为相应的连续的面区域。

通过扫描仪或扫描装置的多个同时保护区的可能性可以使用具有功能的各个保护区，而不需要例如附加的外部的按键或照相机。

在此可以由用户定义地根据使用目的任意地调节面元素的形状和大小。也可以改变分别与另一面区域相关联的面元素的形状和大小。也可以依据在机器人中的至少一个特殊的安全事件或通常依据机器人的运动流程、位置和/或行驶方向改变面元素的形状和/或大小。在此，用户例如可以关于面元素的相应的形状规定最小大小。例如在矩形的形状中，这可以是预设的边长，或者在圆形或椭圆形的形状中，这是特殊的半径。具有相同的加权的相应的面元素也可以被称为保护区，其中面区域也可以仅由面元素本身构成。换言之，在保护区中，例如在棋盘图案中可以使用具有双倍的功能占用的保护区中的一个。根据流程，可以在机器人上针对其他行动的作业(MRK＝人机合作)中使用和评估例如用于机器人的速度减小的保护区。这种交互的保护区因此不仅用于安全的运行流程，而且例如能够同时实现对机器人或工业机器人的控制。因此，各个面元素承担双重功能。一方面，这是纯粹的监控功能，并且另一方面，这是尤其是例如用于与机器人通信的交互面。因此最终可以实现成本节约，并且不需要附加的硬件。该方法在此例如可以在具有不设防的制造的设施中和工业机器人上的MRK应用中使用。扫描装置也可以被称为安全扫描仪。应用在此是多样性的，并且总是依赖于进程。除了例如在汽车工业中使用以外，该方法也可以在其他的工业中或例如展览会中或游乐场中使用。

在本发明的另外的优选的设计方案中设置的是，至少一个面元素具有方格的形状。因此可以进行对面区域的特别简单且清楚的划分，也可以在没有附加的标记的情况下由用户简单且直观地在用户阶段中对面区域进行评估。

此外，在本发明的另外的优选的设计方案中设置的是，扫描装置包括至少一个扫描元件。在最简单的实施方式中，一个扫描元件就足以扫描期望的区域，足以可靠地实现之前提到的优点。在一个扫描元件不能够令人满意地扫描期望的区域的情况下，可以设置两个或更多个扫描元件，其由此可以一起扫描整个区域。

此外，在本发明的另外的优选的设计方案中设置的是，借助至少一个由用户定义的附加的指令信息能够实现至少一个行动和/或至少一个人员与机器人的无接触的交互。例如以该方式能够特别好地实现人员或使用者或用户与机器人的通信。

在本发明的另外的优选的设计方案中也设置的是，可以从如下选出至少一个保护区信息：机器人停机、将机器人的速度与MRK速度匹配、减小机器人的速度。因此面区域例如可以设计为，使得该面区域包括利用机器人的停机来加权或与其相关联的面元素。因此根据应用情况，可以以简单的方式有意地提供针对安全的运行流程的面区域。

在本发明的另外的优选的设计方案中设置的是，不期望的事件是：人员运动进入机器人的面区域中。换言之，当通过人员进入该区域而在该区域中发生不期望的事件时，例如导致机器人的停止或导致安全运行停止。当例如人员进入该区域时，由此可以以特别简单的方式避免事故或人和机器的不期望的碰撞。

此外，在本发明的另外的优选的设计方案中设置的是，至少一个由用户定义的附加的事件是人员在面元素中的至少一个运动，和/或人员和/或一部分人员和/或至少一个对象在面元素中的至少一个由用户定义的运动流程。因此附加地，可以在没有高成本的附加设备或附加系统的情况下提供对机器人的控制，这能够实现廉价的运行流程。

此外，在本发明的另外的优选的设计方案中设置的是，扫描装置的至少一个扫描元件布置在机器人上。因此可以特别简单和高效地扫描期望的区域。

在本发明的另外的优选的设计方案中还设置的是，至少一个行动包括机器人的卡抓位置的改变和/或机器人的停止和/或机器人程序的返回和/或机器人程序中的至少一个由用户定义的指令行。机器人的卡抓位置例如可以在具有机器人运动的交互面中发生，其中已经停止机器人的主运动，并且仅之前定义的机器人的部件的剩余流程能够实现人员或用户的交互。以该方式可以提供针对交互的安全的工作空间。

最后，在本发明的另外的优选的设计方案中设置的是，提供用于根据本发明的方法在使用阶段期间对机器人、尤其是工业机器人进行控制的设备。因此，设备在此包括机器人、扫描装置和控制单元。

之前提到的优点也适用于提供的设备。

由提到的其余特征给出本发明的另外的优选的设计方案。

在该申请中提到的本发明的不同实施方式有利地是可相互组合的，除非在个别情况下另有说明。

附图说明

下面在实施例中借助附图阐述本发明。附图中：

图1示出了机器人和附属的面区域的示意性的俯视图；

图2示出了在使用阶段期间的机器人和附属的面区域的示意性的俯视图。

具体实施方式

图1示出了机器人10和附属的面区域12的示意性的俯视图。面区域12在此划分为各个面元素14。此外可以识别出具有扫描元件18的扫描装置16布置在机器人10上。借助扫描装置16或利用扫描元件18可以对面区域12进行扫描或监控。在此示例性地，所示的面元素14具有矩形的形状，其中示出两个不同的大小。大小和形状是仅示例性地示出的，并且可以使用其他的大小和形状来形成面元素14。例如，这分别可以是六角形的形状。也可以根据应用领域和动态运动流程在使用阶段之前或期间改变面元素14的大小。此外在示意性的俯视图中，在面区域12前方识别出人员20，其中该人员20当前没有进入被监控的面区域12，并且因此没有触发与机器人10的交互，或者没有基于面元素14的保护区信息触发安全事件。此外，在机器人10与具有相同大小的前四个面元素14(第一面元素)之间能够识别出可以被称为后方进入保护区22的区域。所示的第一面元素14在此分别是随后的面元素14的两倍大。后方进入保护区22在此在扫描装置16和扫描元件18的下方延伸。在此，机器人10的悬臂24超过该后方进入保护区22，从而机器人10的悬臂24的端部区域26位于第一面元素14上方。换言之，例如具有悬臂24的机器人10的行动半径是：未进一步示出的坐标系从机器人10并且相应于机器人10的行动半径伸入被扫描的具有各个面元素14的面区域12中。具有扫描元件18的扫描装置16的有效距离在此是仅示例性示出的，并且可以任意匹配于相应的应用情况。例如也可想到的是，由用户定义的第一指令信息已经通过另外的扫描元件18进一步远离机器人10地触发机器人10中的行动。未详细示出的控制装置例如可以集成到机器人10中，或者布置在机器人10上。也可想到的是，因此远离机器人10地提供控制装置并且将其接入上级的生产系统。

图2示出在使用阶段期间的图1的机器人10和附属的面区域12的示意性的俯视图。又可以识别出机器人10的悬臂24和具有扫描元件18的扫描装置16以及悬臂24的端部区域26。同样可以识别出后方进入保护区22。在所示的使用阶段中，在悬臂24的端部区域26中可以识别出由机器人10保持的构件28。与图1不同地，所示的面元素14在图2中全部具有相同的形状和大小。在图2的不同的阴影中可以识别出，不同地加权相应的面元素14，从而根据相应的阴影分别存在不同的保护区信息。因此例如，所示的构件28下方的16个面元素14可以具有加权“停止，安全运行停止”。直接在构件28的前方可以识别出图1的人员20，其现在进入面区域12中。在人员20下方并且关于图像平面在构件28下方的两个面元素14例如可以具有保护区信息，并且同时具有与机器人运动的交互面。又关于图像平面，两个面元素14分别可以在最后提到的面元素14的右边和左边除了保护区信息以外还具有指令信息“调整检验位置的高度”。在该示例中，为此还示出正号和负号，从而相应不同的高度可以存储在相应的面元素14中。例如可以基于保护区信息放慢机器人10的行驶并且可以同时触发关于调整高度的指令，从而能够实现机器人10的无接触的控制。示例性地，关于在人员20下方的图像平面示出具有保护区信息“停止机器人运动”的12个面元素。此外在构件28周围可以识别出边界30。因此在机器人行驶期间，采集的面元素14分别可以被信息“针对交互的安全工作空间”占用。因此示出用于在针对在构件28上的100％控制的示例中控制机器人10或工业机器人的交互的保护区或面元素14。

附图标记列表

10 机器人

12 面区域

14 面元素

16 扫描装置

18 扫描元件

20 人员

22 后方进入保护区

24 悬臂

26 端部区域

28 构件

30 边界

Claims

1.一种用于控制机器人(10)、尤其是工业机器人的方法，包括如下步骤：

·将机器人(10)周围高达360°的区域划分为面区域(12)，所述面区域是机器人(10)的坐标系的组成部分，其中所述面区域(12)分别包括至少一个面元素(14)，并且其中每个面元素(14)利用至少一个保护区信息加权；

·利用机器人(10)的坐标系来校准扫描装置(16)的坐标系；

·对扫描装置(16)进行取向，以便能够对相应的面区域(12)进行完全扫描；

·将相应的至少一个保护区信息提供给扫描装置(16)，利用所述保护区信息加权相应的面元素(14)；

·借助扫描装置(16)对面区域(12)进行监控：根据相应的保护区信息在面区域(12)中的至少一个中是否发生不期望的事件；

·借助机器人(10)或控制装置依据不期望的事件和相应的保护区信息触发机器人(10)中的至少一个特殊的安全事件，

其特征在于，

与至少一个保护区信息并行地，至少一个加权的面元素(14)与至少一个由用户定义的附加的指令信息相关联，从而当在面元素(14)中配准至少一个由用户定义的事件时，借助所述一个由用户定义的附加的指令信息能够触发机器人(10)中的至少一个行动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少一个面元素(14)具有方格的形状。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，扫描装置(16)包括至少一个扫描元件(18)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，借助至少一个由用户定义的附加的指令信息能够实现至少一个行动和/或至少一个人员(20)与机器人(10)的无接触的交互。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，至少一个保护区信息能够从如下选出：机器人(10)停机、将机器人(10)的速度与MRK速度匹配、减小机器人(10)的速度。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，不期望的事件是：人员(20)运动进入机器人(10)的面区域(12)中。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，至少一个由用户定义的附加的事件是人员(20)在面元素(14)中的至少一个运动，和/或是人员(20)和/或一部分人员(20)和/或至少一个对象在面元素(14)中的至少一个由用户定义的运动流程。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，扫描装置(16)的至少一个扫描元件(18)布置在机器人(10)上。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，至少一个行动包括机器人(10)的卡抓位置的改变和/或机器人(10)的停止和/或机器人程序的返回和/或机器人程序中的至少一个由用户定义的指令行。

10.一种用于根据权利要求1至9中任一项所述的方法在使用阶段期间对机器人(10)、尤其是工业机器人进行控制的设备，所述设备包括机器人(10)、扫描装置(16)和控制单元。