DE102004019888B4

DE102004019888B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Begrenzung der Bewegung eines Roboters, sowie ein mit der Vorrichtung versehener Roboter

Info

Publication number: DE102004019888B4
Application number: DE102004019888.8A
Authority: DE
Inventors: Kazutsugu Suita; Morihiko Okura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2015-05-28
Anticipated expiration: 2024-04-24
Also published as: JP3975959B2; JP2004322244A; US20040249508A1; US7664570B2; DE102004019888A1

Abstract

Verfahren zur Begrenzung der Bewegung eines am Boden angeordneten, sich durch eine Steuervorrichtung bewegenden Roboters, das folgende Schritte enthält: Definieren mindestens zweier dreidimensionaler Raumbereiche, die Teile des Roboters mit einem Werkstück oder einem an dem Manipulatorgelenk eines in Betrieb befindlichen Roboters angebrachten Werkzeug enthalten; Definieren einer virtuellen Sicherheitsabsperrung, innerhalb derer eine Bewegungsbahn des Werkstücks oder des Werkzeugs eines in Betrieb befindlichen Roboters enthalten ist, in einem Speicher; Abgleichen einer vorhergesagten Stellung des definierten dreidimensionalen Raumbereichs, welche durch Bewegungsbahnberechnungen abgeschätzt wird, mit der virtuellen Sicherheitsabsperrung an vorgegebenen Zeiten; und Durchführen einer Steuerung zum Anhalten der Bewegung des sich bewegenden Arms einschließlich der dreidimensionalen Raumbereiche, falls mindestens ein Teil der vorhergesagten Stellung, welche durch Bewegungsbahnberechnungen geschätzt wird, eines der definierten dreidimensionalen Raumbereiche in der virtuellen Sicherheitsabsperrung enthalten ist, und Fortsetzen der Bewegung des Arms, wenn sich die dreidimensionalen Raumbereiche und die virtuelle Sicherheitsabsperrung nicht überschneiden, und des Abgleichs.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Begrenzung der Bewegung eines Roboters und eine Robotervorrichtung, welche mit der Vorrichtung zur Begrenzung der Bewegung des Roboters versehen ist.
2. Stand der Technik
Roboter, besonders jene für Industriezwecke, sind in Automobilfertigungsfabriken oder anderswo weit verbreitet. Wenn die Roboter betrieben werden, wird ein Roboterarm und sein „Handgelenk” bzw. Manipulatorgelenk (zusammen mit einem Werkstück oder einem an dem Manipulatorgelenk angebrachten Werkzeug) durch ein in einer Steuervorrichtung gespeichertes Programm angewiesen, sich entlang einer vorgegebenen Bahn zu bewegen, so dass diese nicht störend auf periphere Vorrichtungen einwirken oder eine nutzlose Wegstrecke zurücklegen. Ferner wird gewöhnlich eine Sicherheitsabsperrung außerhalb der zuvor erwähnten Bewegungsabläufe mit einem notwendigen Spielraum aufgestellt, so dass dem Bedienpersonal z. B. durch die Bewegung des Arms oder des Manipulatorgelenks des Roboters niemals Schaden zugefügt wird.
Der Bewegungsbereich eines Roboters ist ebenso oftmals durch einen Computer gesteuert. Die JP Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. JP S64-16 395 A offenbart eine Steuervorrichtung für Industrieroboter, welche adaptiert ist, zu vorgegebenen Zeiten festzustellen, ob die berechnete Transportstellung des Armendes (dreidimensionale Koordinatenstellung des Roboters) in einem zuvor eingestellten bewegungsgesperrten Bereich enthalten ist. Falls festgestellt wird, dass die berechnete Position innerhalb des voreingestellten Bereichs liegt, wird die Bewegung des Roboters angehalten. Die JP Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. JP H08-108 383 A offenbart eine Steuervorrichtung, wodurch in einem mit einem Arm mit einem Manipulatorgelenk versehenen Roboter eine Hüllkugel erhalten wird, welche erzeugt wird, wenn das gehaltene Objekt um das Manipulatorgelenk rotiert wird. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Berührung mit einem Hindernis während die Hüllkugel bewegt wird, wird sodann festgestellt und falls festgestellt wird, dass eine Berührung wahrscheinlich ist, ein neuer Weg bestimmt, welcher nicht darin resultieren würde, dass die Hüllkugel mit dem Hindernis in Berührung tritt.
Durch Verwendung der in den oben genannten Schriften offenbarten Steuerverfahren kann der Roboter bevor das an dem Armende befestigte Werkzeug oder Werkstück in den voreingestellten bewegungsgesperrten Bereich (Hindernis) eintritt, mit Warninformationen versorgt werden, so dass der Roboter sicherer betrieben werden kann. Diese Verfahren können das Bedienpersonal vor Schaden schützen, oder den Fall, dass das Armende mit peripheren Anlagen kollidiert, wirksam verhindern, besonders wenn der Arm eine Bahn zurücklegt, der von dem durch das Programm eingestellten abweicht, wie z. B. wenn der Roboter unterrichtet wird oder nach Modifikation des
Aus der DE 34 08 173 A1 ist zudem eine dynamische Regelkreisüberwachung für Werkzeugmaschinen bekannt. Hierbei werden anhand eines diskreten Streckenmodells, das als Differenzgleichung in einem Rechner hinterlegt ist, Istwerte berechnet und mit tatsächlichen Istwert verglichen. Bei Abweichungen, die ein bestimmtes Toleranzband überschreiten, kann dann auf einen Fehler in der Regelstrecke geschlossen werden.
Die US 5,579,444 A diskutiert ferner eine Steuervorrichtung zur Steuerung eines Roboterarms, bei welcher mittels einer Kamera die Position des Roboterarms festgestellt wird und anhand von in einem Speicher hinterlegten Daten eine Steuerung des Roboterarms ausgeführt werden kann.
Weiterhin offenbart die US 5,347,459 A ein Verfahren zum Erfassen einer Kollision eines Roboters mit einem oder mehreren vor diesem liegenden Hindernissen. Der Roboter wird dabei durch Kugeln in einem Voxel-Arbeitsbereich ausgebildet. Jedem Voxel im Arbeitsbereich ist ein Wert zugeordnet, der dessen Abstand vom nächsten Hindernis entspricht. Wenn der Voxel-Wert in der Mitte einer Kugel geringer als der Radius der Kugel ist, wird festgestellt, daß eine Kollision unmittelbar bevorsteht.
Die EP 0 582 715 A1 diskutiert zudem ein Verfahren zur Steuerung einer Mehrzahl von Robotern, die benachbart zueinander angeordnet sind. Hierbei werden Raumbereiche, die von den Robotern besetzt sind, durch eine oder zwei Ebenen bestimmt. Die Ebenen für alle Roboter sind dabei parallel zueinander und weisen eine Verschiebungsbewegung in eine vorbestimmte Richtung auf. Falls festgestellt wird, daß zwei derart definierte Raumbereiche einander schneiden, wird eine Störung des Betriebs der Roboter angenommen, und ein Roboter (A) gestoppt, bis die beiden Raumbereiche aufgrund des Betriebs des zweiten Roboters (B) wieder voneinander getrennt sind.
Die EP 1 267 234 A2 diskutiert schließlich ein Verfahren zur Überwachung einer technischen Anlage, sowie ein Überwachungs- und Steuergerät. In Abhängigkeit von Zuständen der Sensoren und/oder Aktoren wird zumindest ein Freigabesignal an die Steuereinheit ausgegeben, wodurch die Bewegung der Anlage ermöglicht wird. Die Bewegung wird dabei überwacht, und bei Auftreten eines Fehlers wird die Anlage in einen sicheren Zustand überführt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn ein Roboter entsprechend einem bestimmten Programm betrieben wird, weisen das Werkstück oder an seinem Gelenk oder dem Ende des Arms angebrachte Werkstück oder die Werkzeuge alle einen bestimmten dreidimensionalen Bewegungsbereich auf. Während dem Betrieb des Roboters ist der dreidimensionale Bewegungsbereich für jedes Werkstück oder Werkzeug unerlässlich, und der zuvor erwähnte bewegungsgesperrte Bereich wird mit einem bestimmten Spielraum (Sicherheitsbereich), welcher sich auf der Außenseite befindet, eingestellt. In dem Verfahren der JP S64-16 395 A wird ermittelt, ob die Transportstellung des Armendes (dreidimensionale Koordinatenstellung des Roboters) mit dem bewegungsgesperrten Bereich in Berührung treten wird. Obwohl somit das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Berührung zwischen dem dreidimensionalen Transportbereich des Armendes und dem bewegungsgesperrten Bereich festgestellt werden kann, kann das Verfahren nicht vorhersagen, ob der Gelenk- oder der „Handgelenk”- bzw. Manipulatorgelenkbereich des Roboters mit dem bewegungsgesperrten Bereich in Berührung treten wird. Das sogenannte ”Ellbogen-Schlag”-Phänomen in Bezug auf die Gelenk- oder die Manipulatorgelenkbereiche kann demzufolge entsprechend diesem Stand der Technik nicht leicht und effektiv verhindert werden.
In dem Verfahren der JP H08-108 383 A wird eine Hüllkugel, welche während das gehaltene Objekt um das Manipulatorgelenk rotiert wird, erzeugt wird, ermittelt, und es wird dann ermittelt, ob die Hüllkugel mit einem Hindernis (welches mit dem bewegungsgesperrten Bereich als gleichbedeutend betrachtet werden könnte) in Berührung treten wird. Von diesem Verfahren kann erwartet werden, dass es eine mehr sicherheitsorientierte Haltsteuerung als die in der JP S64-16 395 A beschriebene bietet. Der Radius der erzeugten Hüllkugel in diesem Stand der Technik ist jedoch der einer einfachen Hüllkugel, die erzeugt wird ”während das gehaltene Objekt um das Manipulatorgelenk rotiert wird”. Solch eine Hüllkugel würde einen großen Radius aufweisen, und, wenn der bewegungsgesperrte Bereich eingestellt werden soll so daß der zuvor erwähnte erforderliche dreidimensionale Bewegungsbereich sichergestellt ist, müsste der bewegungsgesperrte Bereich an einem von dem Roboter beträchtlich entfernten Standort festgelegt werden. Dies würde in einer Verschwendung der begrenzten Hallenfläche einer Fabrik oder dergleichen resultieren, wobei ein verbessertes Bewegungsbegrenzungsverfahren des Roboters gebraucht würde, um eine geringere Raumanforderung bei dem Entwurf von Fabrikstraßen zu erreichen. Zusätzlich zieht dieser Stand der Technik nicht den Bewegungsbereich etwa des Gelenkbereichs des Roboters in Erwägung.
Angesichts der zuvor erwähnten Probleme des Standes der Technik, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bewegungsbegrenzung für einen am Boden angeordneten, sich in Bewegung befindlichen Roboter, sowie einen Roboter, welcher mit der Bewegungsbegrenzungsvorrichtung für Roboter ausgestattet ist, zu schaffen. Bei der Einstellung des bewegungsgesperrten Bereichs (die Begrenzung, welche nachstehend als ”eine virtuelle Sicherheitsabsperrung” bezeichnet wird) zur Begrenzung der Bewegung eines Roboters, kann die virtuelle Sicherheitsabsperrung in einem schmäleren Bereich als jene konventionelle Methoden eingestellt werden, während der für den Roboterbetrieb notwendige dreidimensionale Bewegungsbereich des Gelenks und des Manipulatorgelenks des Roboters oder zum Beispiel jedes Werkstücks oder an dem Manipulatorgelenk angebrachten Werkzeug sichergestellt wird. Die Erfindung erlaubt deshalb eine effektive Nutzung der Hallenfläche, eines Fabrikraums, oder dergleichen.
Um die zuvor erwähnte Aufgabe der Erfindung zu erreichen, sieht die Erfindung im Rahmen eines ersten Ziels ein Verfahren zur Begrenzung der Bewegung eines am Boden angeordneten, sich durch eine Steuervorrichtung bewegenden Roboters vor, wobei das Verfahren folgende Schritte enthält:

Definieren mindestens zweier dreidimensionaler Raumbereiche, die Teile des Roboters mit einem Werkstück oder einem an dem Manipulatorgelenk eines in Betrieb befindlichen Roboters angebrachten Werkzeug enthalten;
Definieren einer virtuellen Sicherheitsabsperrung, innerhalb derer eine Bewegungsbahn des Werkstücks oder des Werkzeugs eines in Betrieb befindlichen Roboters enthalten ist, in einem Speicher;
Abgleichen einer vorhergesagten Stellung des definierten dreidimensionalen Raumbereichs, welche durch Bewegungsbahnberechnungen abgeschätzt wird, mit der virtuellen Sicherheitsabsperrung an vorgegebenen Zeiten; und
Durchführen einer Steuerung zum Anhalten der Bewegung des sich bewegenden Arms einschließlich der dreidimensionalen Raumbereiche, falls mindestens ein Teil der vorhergesagten Stellung, welche durch Bewegungsbahnberechnungen geschätzt wird, eines der definierten dreidimensionalen Raumbereiche in der virtuellen Sicherheitsabsperrung enthalten ist, und Fortsetzen der Bewegung des Arms, wenn sich die dreidimensionalen Raumbereich und die virtuelle Sicherheitsabsperrung nicht überschneiden, und des Abgleichs.

In diesem Verfahren sind mindestens zwei dreidimensionale Raumbereiche, welche einen Teil des Roboters, mit dem Werkstück oder dem Werkzeug enthalten, definiert. Der Teil des Roboters der somit definierten dreidimensionalen Raumbereiche enthält das Gelenk oder Manipulatorgelenk des Hauptkörpers des Roboters, oder zum Beispiel das Werkstück oder das an dem Manipulatorgelenk angebrachte Werkzeug. Diese werden geeigneterweise in Abhängigkeit von der gegenwärtigen Betriebsumgebung des Roboters oder der Verarbeitungsfähigkeit der Steuervorrichtung ausgewählt. Das Werkstück oder Werkzeug kann als ein einzelner dreidimensionaler Raumbereich definiert werden, oder es kann als eine Mehrzahl von separaten dreidimensionalen Raumbereichen definiert werden, was von der Größe des Werkstücks oder Werkzeugs abhängt.
In der obigen Erfindung, in der die beiden oder mehrere Bereiche als dreidimensionale Raumbereiche definiert sind, wird, falls ein Teil der vorhergesagten Stellung einer der dreidimensionalen Raumbereiche basierend auf den Bewegungsbahnberechnungen die virtuelle Sicherheitsabsperrung überschritten hat, eine Steuerung durchgeführt, so dass die Bewegung des Arms mit dem mindestens einen dreidimensionalen Raumbereich angehalten wird. Durch die Definition der beiden oder mehreren Bereiche der dreidimensionalen Raumbereiche, kann daher eine mehr sicherheitsorientierte Bewegungsbegrenzung durchgeführt werden als in dem Fall, in dem die Steuerung basierend auf einem einzelnen dreidimensionalen Raumbereich durchgeführt wird. Des weiteren kann die virtuelle Sicherheitsabsperrung genauer und schmäler eingestellt werden. Wenn andererseits die virtuelle Sicherheitsabsperrung im Vorhinein als bestimmter Bereich eingestellt wird, kann der Bereich innerhalb der virtuellen Sicherheitsabsperrung effektiver als die Bewegungsbahn des Roboters genutzt werden. Die Hallenfläche und der Fabrikraum oder dergleichen können daher effektiv genutzt werden.
Je größer die Anzahl der definierten dreidimensionalen Raumbereiche, desto schmäler kann der Bereich der virtuellen Sicherheitsabsperrung definiert werden. Die Anzahl wird geeigneterweise in Abhängigkeit der Verarbeitungsfähigkeiten der Steuervorrichtung oder zum Beispiel des gegenwärtigen Betriebsumfelds des Roboters bestimmt. Wenn das Werkstück oder Werkzeug groß dimensioniert sind, können diese in einer Mehrzahl von Teilen unterteilt werden und ein dreidimensionaler Raumbereich kann für jedes Teil definiert werden, so dass die virtuelle Sicherheitsabsperrung schmäler eingestellt werden kann.
Wenn die Betriebsumgebung geändert wird, wie z. B. nach Unterrichtung, oder wenn Störungen auftreten, wird der Roboterarm von Punkt A nach Punkt X, z. B. in einer Bahn, welche nicht in dem Programm enthalten ist, bewegt. In diesem Fall wird eine neue Bahn zu Punkt X durch Schätzung (Bewegungsbahnberechnungen) durch einen Computer berechnet. Falls an der vorhergesagten Stellung festgestellt wird, dass einer der dreidimensionalen Raumbereiche mit der virtuellen Sicherheitsabsperrung des Roboters in Berührung kommt, wird eine Haltsteuerung des Roboterarms (mit dem mindestens einen dreidimensionalen Raumbereich) durchgeführt. Mit der Erhöhung der Geschwindigkeit und Größe der Roboter, werden die Arm- und Manipulatorgelenkbereiche mit größerer Massenträgheit bewegt, so dass ein Zeitraum (Abstand) für das Abbremsen vorgesehen werden muss.
Die Schätzung erlaubt dem Roboter selbst eine von der virtuellen Sicherheitsabsperrung durch einen vorgegebenen Abstand entfernte Vorwärtsposition als Bremsstartposition zu erkennen, so dass der Arm sicher angehalten werden kann.
In der vorliegenden Erfindung kann die virtuelle Sicherheitsabsperrung angesichts der Verarbeitungsfähigkeit der Steuervorrichtung zum Beispiel als eine Reihe von Linien, eine Reihe von Kurven, oder eine Reihe von Linien und Kurven definiert werden. In der Praxis sollte die virtuelle Sicherheitsabsperrung derart in dem Speicher definiert werden, so dass diese innerhalb eines Sicherheitsabsperrungskörpers in der Fabrik oder dergleichen befindlich ist. Auf diese Weise können die Bewegungen des Roboters sicherer begrenzt werden. Für das Ausmaß der virtuellen Sicherheitsabsperrung, nämlich der Bewegungsbahn des Roboters im Betrieb mit dem Werkstück oder dem an dem Manipulatorgelenk des Roboters angebrachten Werkzeugs kann kein Spielraum vorgesehen werden. Zur verbesserten Sicherheit ist jedoch die Einstellung eines Spielraums mit einer bestimmten Breite vorzuziehen. Der Spielraum kann adaptiert werden, um durch Neuschreiben des Programms modifizierbar zu sein. Durch Einstellung einer großen Breite des Spielraums, kann der Freiheitsgrad der Bewegung des Roboterarms erhalten werden, es wäre jedoch ein größerer Raum erforderlich. Durch Einstellung einer schmäleren Breite des Spielraums, kann das Volumen des verschwendeten Raums reduziert werden, aber der Freiheitsgrad der Bewegung des Roboterarms würde reduziert werden und obwohl das Sicherheitsniveau zunehmen würde, würde die Häufigkeit der Durchführung der Haltsteuerung des Arms zunehmen. Der Spielraum mit einer geeigneten Breite sollte daher in Abhängigkeit von dem gegenwärtigen Betriebsumfeld des Roboters eingestellt werden.
In der vorliegenden Erfindung können die dreidimensionalen Raumbereiche in jeglicher gewünschter Weise definiert werden, wie z. B. anhand von einer Reihe von Punkten, einer Reihe von Linien oder einer Reihe von Hüllkugeln. Eine Mehrzahl dreidimensionaler Raumbereiche eines einzigen Roboters können durch dasselbe Verfahren oder unterschiedliche Verfahren in Kombination definiert werden. Es ist jedoch vorzuziehen, alle der dreidimensionalen Raumbereiche in Form von Hüllkugeln zu definieren, da Hüllkugeln durch den Mittelpunkt und Radius definiert werden können, so dass die Datenmenge reduziert werden kann.
Als eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens sieht die Erfindung ferner eine Vorrichtung zur Begrenzung der Bewegung des am Boden angeordneten Roboters vor, mit:

einer Einrichtung zur Definition einer virtuellen Sicherheitsabsperrung mit einer Bewegungsbahn eines Werkstücks oder eines an dem Manipulatorgelenk eines in Betrieb befindlichen Roboters angebrachten Werkzeugs in einem Speicher;
einer Einrichtung zur Definition mindestens zwei dreidimensionaler Raumbereiche, die einen Teil des Roboters enthalten, welcher das Werkstück oder das Werkzeug enthält;
einer Einrichtung zur Berechnung einer vorhergesagten Stellung jeder der definierten dreidimensionalen Raumbereiche auf einer Bewegungsbahn;
einer Einrichtung zur Abgleichung der vorhergesagten Stellungen jeder der dreidimensionalen Raumbereiche mit der virtuellen Sicherheitsabsperrung;
einer Einrichtung zur Feststellung, ob mindestens ein Teil der vorhergesagten Stellung eines der definierten dreidimensionalen Raumbereiche basierend auf den Bewegungsbahnberechnungen in der virtuellen Sicherheitsabsperrung enthalten ist oder nicht; und
einer Steuereinrichtung zum Anhalten der Bewegung des Arms mit dem dreidimensionalen Raumbereich, falls festgestellt wird, dass mindestens ein Teil der vorhergesagten Stellung des dreidimensionalen Raumbereichs in der virtuellen Sicherheitsabsperrung enthalten ist, und zum Fortsetzen der Bewegung des Arms, wenn sich die dreidimensionalen Raumbereich und die virtuelle Sicherheitsabsperrung nicht überschneiden, sowie des Abgleichs. All diese Einrichtungen können in die Steuervorrichtung des Hauptkörpers des Roboters aufgenommen werden.

Die Erfindung sieht ferner einen Roboter mit der oben beschriebenen Bewegungsbegrenzungsvorrichtung für Roboter als Teil ihrer Steuervorrichtung vor. Einer oder falls erforderlich mehrere solcher Roboter sind auf den Boden angeordnet, so dass sie unabhängig betrieben und gesteuert werden können. Die Bewegungsbegrenzungsvorrichtung des Roboters der Erfindung erlaubt es, die virtuelle Sicherheitsabsperrung als schmalen Bereich zu definieren, so dass die Sicherheit sichergestellt werden kann, auch wenn eine Mehrzahl von Robotern enger aneinander angeordnet ist als dies im Stand der Technik der Fall ist. Der Fabrikraum kann daher effektiv genutzt werden.
Wie oben erwähnt, kann in der Bewegungsbegrenzungsvorrichtung des Roboters der Erfindung der Freiheitsgrad der Bewegung des Roboterarms durch Einstellung des virtuellen Sicherheitsabsperrungsbereichs (d. h. durch wie viel Spielraum vorhanden ist) geändert werden. Die Erfindung sieht ebenfalls eine Robotervorrichtung vor, in welcher aus dieser Tatsache Vorteil gezogen wird, wobei die Robotervorrichtung eine Steuervorrichtung und zwei oder mehrere der oben beschriebenen Roboter aufweist, die von der Steuervorrichtung gesteuert werden, wobei die Mittel zur Definition der virtuellen Sicherheitsabsperrung für jeden Roboter im Speicher in der Lage sind, verschiedene Spielräume für die virtuelle Sicherheitsabsperrung einzustellen.
In dieser Robotervorrichtung ist die Breite des Spielraums der virtuellen Sicherheitsabsperrung vor dem Betrieb, für jene der Mehrzahl von Robotern, welche gegenwärtig betrieben werden, derart definiert, dass die Breite keinerlei Problem für den gegenwärtigen Betrieb darstellt, während die Breite des Spielraums der virtuellen Sicherheitsabsperrung anderer Roboter, welche nicht betrieben werden als eine extrem schmale Breite definiert wird. Auf diese Weise kann die Haltsteuerung aufgrund der schmäleren virtuellen Sicherheitsabsperrung unmittelbar aktiviert werden, für den Fall, dass ein Roboter mit der virtuellen Sicherheitsabsperrung mit der schmalen Spielraumbreite aufgrund einer Störung oder aus einem anderen Grund unerwartete Bewegungen durchführt, so dass zuverlässigerweise verhindert werden kann, dass der Roboter außer Kontrolle gerät und mit dem Bedienungspersonal oder peripheren Anlagen kollidiert. Selbstverständlich können die anderen Roboter, welche den tatsächlichen Betrieb durchführen sollen, zuverlässigerweise vorgegebene Bewegungen durchführen. In dieser Robotervorrichtung kann ein sicherer Betrieb des Roboters daher in Form von Software sichergestellt werden, so dass ein zuverlässiger Betrieb, auch wenn eine Mehrzahl von Robotern unter einer Steuervorrichtung aufgestellt sind, sichergestellt werden kann.
Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Begrenzung der Bewegung eines Roboters vor, welches die folgenden Schritte enthält:

Erfassung einer Bewegungsbahn als Referenzwert bei jedem Schritt an einem oder mehreren Stellen mit einem Werkstück oder einem an einem Manipulatorgelenk des Roboters angebrachten Werkzeugs durch einmaligen Betrieb des Roboters;
Einstellung eines Grenzwertes für jeden Schritt durch Hinzufügung eines Spielraums zu dem Referenzwert;
Feststellung, ob einer der Messwerte in individuellen Schritten während dem nachfolgenden Betrieb des Roboters innerhalb des entsprechenden Grenzwertes ist; und
Durchführung einer Steuerung zum Anhalten der Bewegung eines Roboterarms, falls eine der Messwerte die entsprechenden Grenzwerte überschreitet.

In dieser Erfindung entsprechen die Grenzwerte der zuvor erwähnten ”virtuellen Sicherheitsabsperrung”. In diesem Verfahren kann ebenfalls der Freiheitsgrad der Bewegung des Roboterarms durch das Ausmaß der eingestellten Breite des Spielraums verändert werden. Dieses Verfahren ist daher in Fällen effektiv, in denen der Roboter in Umgebungen betrieben werden muss, in welchen auch nur ein geringer Fehler der Position oder Stellung nicht toleriert werden kann. Durch Erfassung der Bewegungsbahn als Referenzwerte an einer Mehrzahl von Stellen bei jedem Schritt, kann eine mehr sicherheitsorientierte Begrenzung der Bewegung des Roboters realisiert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt das Bewegungsbegrenzungsverfahren und die Vorrichtung des Roboters entsprechend der Erfindung, und dem Betrieb eines mit der Vorrichtung ausgestatteten Roboters dar.
2 zeigt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Bewegungsbegrenzungsvorrichtung des Roboters.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm der Bewegungsbegrenzungsvorrichtung des Roboters.
4 stellt eine Haltsteuerung der Erfindung dar, wie sie in einem tatsächlichen Roboter durchgeführt wird.
5 zeigt ein weiteres Beispiel in der Weise, in welcher die dreidimensionalen Raumbereiche definiert sind.
6 zeigt ein weiteres Beispiel der erfindungsgemäßen Robotervorrichtung.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm der in 7 gezeigten Ausführungsform.
9 zeigt eine Datentabelle oder dergleichen für die in 7 gezeigte Ausführungsform.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezugnehmend auf 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Bewegungsbegrenzung des Roboters, als auch der Betrieb eines mit der Vorrichtung ausgerüsteten Roboters beschrieben. Ein Sicherheitsabsperrungskörper 10 wird in einer Fabrikhalle aufgestellt und ein Roboter 1 innerhalb der Sicherheitsabsperrung 10 angeordnet. Der Roboter 1 enthält einen Hauptkörper 2 und zwei Arme 3 und 4. An dem Ende des Arms 4 ist ein Manipulatorgelenk 5 angebracht. Ein Werkzeug 7 oder eine Schweißpistole ist über eine Haltevorrichtung 6 an das Manipulatorgelenk 5 angeschlossen. Die Arme 3 und 4 sind durch ein Gelenk 8 verbunden. Bezugszeichen 9 bezeichnet ein auf dem Boden befindliches zu schweißendes Objekt oder Werkstück. Eine Steuervorrichtung (CPU) 20 sendet ein erforderliches Signal an den Hauptkörper 2 des Roboters, und die Arme 3 und 4 oder das Manipulatorgelenk 5 werden in wiederholender Weise in bestimmten Bahnen bewegt. Die Steuervorrichtung (CPU) 20, welche ein Lehrwerkzeug 21 enthält, unterrichtet den Roboter oder schreibt das Programm um. Das Lehrwerkzeug 21 enthält eine Anzeige 22 und ein Eingabeteil 23. Das Display 22 zeigt zum Beispiel die Betriebszustände des Roboters 1 an.
Vor dem Betrieb des Roboters 1 wird eine virtuelle Sicherheitsabsperrung 50, wie in 2 gezeigt, durch eine Einstelleinrichtung a für die virtuelle Sicherheitsabsperrung definiert. Die virtuelle Sicherheitsabsperrung 50 wird dann in einem Speicher der Steuervorrichtung 20 durch eine Speichereinrichtung b der virtuellen Sicherheitsabsperrung gespeichert. In der Praxis gibt es die Erfordernis, eine erforderliche Anzahl von Robotern 1 innerhalb eines begrenzten Raums der Fabrikhalle aufzustellen. Der Sicherheitsabsperrungskörper 10 ist basierend auf diesem Erfordernis ausgelegt, und die virtuelle Sicherheitsabsperrung 50 wird dann für jeden Roboter innerhalb die Sicherheitsabsperrung 10 gelegt und in einem normalen Vorgang in dem Speicher gespeichert. In diesem Fall werden die Bewegungsabläufe des Roboterarms derart gelehrt, so dass die Bewegungsabläufe des Werkstücks und der an dem Manipulatorgelenk 5 des im Betrieb befindlichen Roboters angebrachten Werkzeuge innerhalb der virtuellen Sicherheitsabsperrung 50 enthalten sind. Alternativ können die Bewegungsabläufe des Roboterarms zuerst eingestellt werden, und die virtuelle Sicherheitsabsperrung 50 kann sodann eingestellt werden, so dass sie diese Bewegungsabläufe aufnimmt. Während die virtuelle Sicherheitsabsperrung 50 in dem erläuterten Beispiel durch vier Linien 51 bis 54 definiert ist, kann diese durch Kurven oder eine Kombination aus Kurven und Linien definiert werden.
Die dreidimensionale Raumbereichseinstelleinrichtung c definiert drei dreidimensionale Raumbereiche S1, S2 und S3, welche das Gelenk 8, das Manipulatorgelenk 5, die Teile des Roboters 1 sind, und das Werkzeug 7 oder die Schweißpistole enthalten, z. B. alle als Kugeln. Die dreidimensionale Raumbereichsspeichereinrichtung d speichert diese sodann in dem Speicher der Steuervorrichtung 20. Der dreidimensionale Raumbereich S1, welcher das Gelenk 8 enthält, wird insbesondere als eine Kugel definiert, deren Mittelpunkt dem Abwinklungsmittelpunkt des Gelenks 8 mit einem vorgegebenen Radius entspricht. Der dreidimensionale Raumbereich S2, welcher das Manipulatorgelenk 5 enthält, ist als eine Kugel definiert, deren Mittelpunkt auf der Mittelachse des Manipulatorgelenks 5 mit einem Radius der etwa die Hälfte der Länge des Manipulatorgelenks 5 beträgt, liegt. Der dreidimensionale Raumbereich S3, welcher das Werkzeug 7 enthält, ist als eine Kugel definiert, deren Mittelpunkt auf der Mittelachse der Schweißpistole liegt und einen Radius von etwa der Hälfte der gemeinsamen Mengen der Haltevorrichtung 6 und der Schweißpistole 7 aufweist. Jeder der dreidimensionalen Raumbereiche kann die Kugel mit dem zuvor erwähnten Mittelpunkt und Radius sein. Falls einer der dreidimensionalen Raumbereiche als eine Kugel mit größerem Radius definiert wird, wäre es erforderlich, obwohl das Sicherheitsniveau erhöht werden kann, den durch die virtuelle Sicherheitsabsperrung 50 umfassten Bereich zu erweitern (oder das Programm zu modifizieren, so dass die Bewegungsreichweite jedes Teils geschmälert wird), was in einen verringerten räumlichen Wirkungsgrad resultieren würde (oder die Bewegung des Arms wäre begrenzt).
Der Roboter wird entsprechend dem voreingestellten Programm betrieben. Die Steuervorrichtung beginnt mit Bewegungsberechnungen (Bewegungsbahnberechnungen) für die dreidimensionalen Raumbereiche S1 bis S3 (Schritt 301), wie in dem Ablaufdiagramm von 3 gezeigt. Basierend auf den Berechnungen werden vorhergesagte Transportstellungen (geschätzte Stellungen) berechnet (Schritt 302). Eine Abgleichungseinrichtung e gleicht die durch die Bewegungsbahnberechnungen erhaltenen vorhergesagten Stellungen mit der dem Speicher gespeicherten virtuellen Sicherheitsabsperrung an vorgegebenen Zeiten ab. Eine Entscheidungseinrichtung f entscheidet dann, ob mindestens ein Teil einer der definierten dreidimensionalen Raumbereiche S1 bis S3 die virtuelle Sicherheitsabsperrung 50 (Schritt 303) überschreitet oder nicht. Die virtuelle Sicherheitsabsperrung 50 ist wie oben beschrieben definiert, und keiner der dreidimensionalen Raumbereiche S1 bis S3 überschreitet die virtuelle Sicherheitsabsperrung 50, solange der Roboter entsprechend dem voreingestellten Programm arbeitet, und vorgegebene Bewegungen wiederholt werden.
Wenn der Werkstückinhalt des Roboters geändert werden soll, werden z. B. neue Daten über das Lehrwerkzeug 21 an den Roboter 1 (Steuervorrichtung 30) gespeist. Demzufolge wird eine neue Zielstellung eingestellt, und die Vorgänge der Schritte 301 bis 303 werden nochmals durchgeführt. Die zuvor eingestellte Definition der virtuellen Sicherheitsabsperrung 50 wird aus Sicherheitsgründen beibehalten wie sie ist. Da in diesem Zustand eine vorhergesagte Transportstellung (geschätzte Stellung) für eine neue Zielstellung berechnet wird, ist es möglich, dass die vorhergesagte Stellung die virtuelle Sicherheitsabsperrung 50 überschreitet. Falls die Entscheidungseinrichtung f ermittelt, dass die virtuelle Sicherheitsabsperrung 50 überschritten werden würde, initiiert eine Haltsteuereinrichtung g der Steuervorrichtung eine Haltsteuerung (Schritt 304). Falls erforderlich wird auf dem Display 22 des Lehrwerkzeugs 21 eine Haltnachricht angezeigt (Schritt 305).
Die dreidimensionalen Raumbereiche S1 bis S3 sind in diesem Beispiel für drei Stellen des Roboters 1 eingestellt, und die Haltsteuerung wird nach Ermittlung, dass die vorhergesagte Stellung einen der drei Bereiche der virtuellen Sicherheitsabsperrung 50 überschreiten würde initiiert, so dass ein hohes Niveau an Sicherheit sichergestellt werden kann. Der dreidimensionale Raumbereich S1 ist in diesem Beispiel für das Gelenk 8 des Arms eingestellt, so dass das Problem des sogenannten ”Ellbogen-Schlagsphänomen” verhindert werden kann. Da ferner die Berührung mit der virtuellen Sicherheitsabsperrung basierend auf einer Mehrzahl von dreidimensionalen Raumbereichen erfasst wird, kann jeder der dreidimensionalen Raumbereiche relativ schmal sein. Demzufolge kann der Spielraum zwischen den Bewegungsabläufen des Roboters und der virtuellen Sicherheitsabsperrung geschmälert werden. In dem Fall, in dem die virtuelle Sicherheitsabsperrung im Voraus eingestellt wird, können mehr Roboter innerhalb derselben Hallenfläche aufgestellt werden.
Bezugnehmend auf 4 wird die zuvor erwähnte Haltsteuerung in Bezug auf einen tatsächlichen Roboter beschrieben. Der dreidimensionale Raumbereich S3 ist für das Werkzeug 7 oder die Schweißpistole definiert, und die virtuelle Sicherheitsabsperrung 50 ist im Speicher gespeichert. Es werden Berechnungen für eine Bewegung Richtung Punkt X (Schritt 301) durchgeführt, und die vorhergesagte Transportstellung (Schritt 302) wird berechnet. Die Tatsache, dass die vorhergesagte Bahn des dreidimensionalen Raumbereichs S3 mit der virtuellen Sicherheitsabsperrung 50 in Berührung kommen würde, wird sodann unmittelbar erkannt (Schritt 303), und die Haltkontrolle wird unmittelbar, d. h. in ausreichendem Maße vor der Stellung der virtuellen Sicherheitsabsperrung initiiert. Der Arm kann daher auch, wenn die Trägheitskraft in Erwägung gezogen wird, vor der virtuellen Sicherheitsabsperrung angehalten werden.
5 zeigt ein weiteres Beispiel der Definition der dreidimensionalen Raumbereiche. Das Manipulatorgelenk 5 ist in diesem Beispiel mit einer großen Haltevorrichtung 6 versehen, welche ein großes Werkstück 71, wie z. B. eine Automobilkarosserie, hält. Der dreidimensionale Raumbereich, welcher das Werkstück 71, oder eine Kugel S31 enthält, weist einen großen Radius auf und trägt nicht sehr zur Verbesserung der Umgebungsraumwirksamkeit bzw. Effizienz bei. Das Werkstück 71 wird deswegen in eine Mehrzahl von Teilen (im dargestellten Beispiel zwei) geteilt, so dass das vollständige Werkstück in einer Mehrzahl (2) kleinerer Kugeln (S32 und S33) mit kleineren Radien enthalten ist, wodurch ein hohes Niveau an Raumnutzeffekt bzw. Effizienz beibehalten wird.
6 zeigt ein weiteres Beispiel der Robotervorrichtung der Erfindung. In diesem Beispiel sind die zuvor erwähnten beiden Roboter 1 und 1A mit einer Einzelsteuervorrichtung 20 verbunden. Die beiden Roboter sind adaptiert, um durch Umschalten auf einer Softwarebasis individuell betrieben zu werden. Die Einrichtung zur Definierung der virtuellen Sicherheitsabsperrung im Speicher kann unterschiedliche Spielräume für die Roboter 1 und 1A definieren. Die Einrichtung definiert insbesondere den Spielraum der virtuellen Sicherheitsabsperrung für einen der beiden Roboter 1 und 1A, welcher gegenwärtig betrieben wird, nämlich Roboter 1, eine solche Breite aufzuweisen, so dass sich kein Problem im gegenwärtigen Betrieb ergibt. Andererseits definiert die Einrichtung den Spielraum der virtuellen Sicherheitsabsperrung für den anderen Roboter 1A, welcher nicht betrieben wird, eine extrem schmale Breite aufzuweisen.
Sollte der Roboter 1A, welcher nicht betrieben wird, eine unerwartete Bewegung aufgrund einer Störung oder dergleichen ausführen, wird die Haltsteuerung auf diese Weise unmittelbar für den Roboter 1A wegen der schmalen virtuellen Sicherheitsabsperrung aktiviert. Der Roboter kann daher in zuverlässiger Weise daran gehindert werden, außer Kontrolle zu operieren und das Bedienpersonal oder periphere Anlagen zu treffen, während der Roboter 1 zur gegenwärtigen Durchführung der Arbeit erforderliche Bewegungen zuverlässig und normal ausführen kann.
Bezugnehmend auf 7 wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm der Ausführungsform. In 7 bezeichnet Bezugszeichen 61 die Bahn einer einzelnen Bewegung des Roboters von Punkt A bis Punkt B, und a1, a2, ..., an, bezeichnen beliebige Punkte auf der Bahn 61. Der Roboter wird aktiviert (Schritt 801) und Referenzwerte a1P, a2P, ..., anP, welche die Transportstellungsinformation oder Stellungsinformation an den Punkten a1, a2, ..., an, betreffen, werden als geeignete Koordinatenwerte bezogen, welche dann in einem Speicher (Schritt 802) (siehe auch 9) gespeichert werden. Der Spielraum K mit einer erforderlichen Breite wird dann für jeden Referenzwert eingegeben und gespeichert (Schritt 803). Wenn die Koordinatenwerte X, Y und Z für Referenzwerte a1p px, py und pz sind, bilden px ± k, py ± k und pz ± k den Bereich mit einem Spielraum (nämlich der zuvor erwähnten ”virtuellen Sicherheitsabsperrung”).
Bei dem nachfolgenden Roboterbetrieb, werden die Messwerte a1P, a2P, ..., anP an den Punkten a1, a2, ..., an (Schritt 804) bezogen, und diese Werte werden mit den Referenzwerten a1P, a2P, ..., anP an entsprechenden Punkten (Schritte 805 und 806) verglichen. Wenn zum Beispiel die Koordinatenwerte für die Messwerte a1P an Punkt < 1 Px, Py und Pz sind, wird zwischen Px und px ± k, Py und py ± k und Pz und pz ± k verglichen. Falls der Bereich mit Spielraum k (”virtuelle Sicherheitsabsperrung”) nicht wie in 9 gezeigt überschritten wird, wird die Bewegung des Arms fortgesetzt und ähnliche Vergleiche zwischen gemessenen Werten und Referenzwerten werden am nächsten Punkt a2 durchgeführt. Dieser Vorgang wird wiederholt. Falls der Messwert den Bereich mit Spielraum k (”virtuelle Sicherheitsabsperrung”) an einem der Punkte überschreitet, führt die Steuervorrichtung eine Haltsteuerung durch (Schritt 807).
In dem in 9 gezeigten Beispiel ist der Absolutwert des Unterschieds zwischen den Messwerten und den Referenzwerten an Punkt a3 größer oder gleich dem Spielraum k, so dass an diesem Punkt die Haltsteuerung durch die Steuervorrichtung durchgeführt wird.
In diesem Verfahren kann ebenfalls der Freiheitsgrad der Bewegung des Roboterarms durch Änderung des Spielraums k geändert werden. Diese Methode ist daher in Fällen, in denen der Roboter in Umgebungen betrieben wird, in denen nur ein geringer Positions- bzw. Stellungsfehler nicht toleriert werden kann, effektiv. Ferner können in diesem Verfahren, was die Bewegungsbahn im Rahmen einer einzelnen Bewegung des Roboters von Punkt A bis Punkt B angeht, zwei oder mehrere Punkte von den Bewegungsräumen oder den dreidimensionalen Raumbereichen, welche die Werkstücke oder die an dem Manipulatorgelenk 5 des Roboters angebrachten Werkzeuge enthalten, extrahiert werden. Die zuvor erwähnte ”Bewegungsbahn” kann dann für jeden der zwei oder mehreren Punkten eingestellt werden, und Referenzwerte können für jede Bewegungsbahn bezogen werden, so dass im nachfolgenden Betrieb Messwerte für jede Bewegungsbahn bezogen und mit den Referenzwerten verglichen werden können. Auf diese Weise kann eine mehr sicherheitsorientierte Begrenzung der Roboterbewegungen realisiert werden.
In der vorliegenden Erfindung können die durch die Steuervorrichtung gespeicherten Daten grob in die die virtuelle Sicherheitsabsperrung betreffende Daten, die die Bewegung des Roboterarms betreffenden Programmdaten, und die Systemparameter betreffende Daten unterteilt werden. Während dem Betrieb unter Verwendung dieses Typs von Roboter ist es wünschenswert, dass die einzelnen Datenstücke gesichert werden, und die die Programmdaten und die Systemparameter betreffenden Daten könnten in der Fabrikhalle neu geschrieben werden müssen. Es sollte jedoch vom Standpunkt des Sicherheitsmanagements aus nicht erlaubt werden, dass die die virtuelle Sicherheitsabsperrung betreffenden Daten in der Fabrikhalle leicht neu geschrieben werden können. Es ist daher effektiv, ein Datenmanagementverfahren einzusetzen, wodurch die die virtuelle Sicherheitsabsperrung betreffenden Daten in einem unterschiedlichen Bereich von dem die Bewegung des Roboterarms betreffenden Programmdaten und die Systemparameter betreffenden Daten speichert, und wodurch die die virtuelle Sicherheitsabgrenzung betreffenden Daten nicht, ohne dass ein Passwort eingegeben wird, neu geschrieben werden können.
Ferner ist es, von dem Standpunkt erhöhter Roboterbetriebssicherheit aus besonders empfehlenswert, die Geräteanordnung um den Roboter herum, die virtuelle Sicherheitsabgrenzung 50, den Roboter selbst, und die Werkstücke sowie Werkzeuge visuell darzustellen und auf dem Display 22 des Lehrwerkzeugs 21 anzuzeigen, so dass deren Bewegungsabläufe in fortlaufender Weise, während der Roboter betrieben wird, angezeigt werden.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden zwei oder mehrere dreidimensionale Raumbereiche, welche das Gelenk 8, das Manipulatorgelenk 5 oder das Werkstück oder durch das Manipulatorgelenk 5 des Roboters 1 gehaltene Werkzeuge enthalten, definiert. Basierend auf der Feststellung, ob einer der dreidimensionalen Raumbereiche mit der virtuellen Sicherheitsabsperrung zur Begrenzung der Bewegung des Roboters in Berührung kommt, wird der Roboterarm angehalten. Der virtuelle Sicherheitsabsperrungsbereich kann daher schmaler als der konventionelle Bereich eingestellt werden, was es ermöglicht, die Hallenfläche oder den Fabrikraum oder dergleichen effektiv ohne Verschwendung zu nutzen. Ferner wird eine durch Bewegungsbahnberechnungen vorhergesagte Stellung mit der virtuellen Sicherheitsabsperrung abgeglichen, und die Bewegung des Arms wird nach Feststellung, dass eine Berührung mit der virtuellen Sicherheitsabsperrung bevorsteht, unmittelbar angehalten. Der Arm kann daher vor Erreichen der virtuellen Sicherheitsabsperrung angehalten werden, auch wenn es sich um einen groß dimensionierten oder Hochgeschwindigkeitsroboter handelt. Es kann daher ein sicherer Betrieb des Roboters durchgeführt werden.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der Roboter tatsächlich betrieben und Referenzwerte werden von einer Vielzahl von Punkten auf der Bewegungsbahn des Roboters bezogen. Ein Spielraum beliebiger Breite wird zu den Referenzwerten hinzugefügt, um die virtuelle Sicherheitsabsperrung zu erhalten. Im nachfolgenden Betrieb wird eine Bewegungshaltsteuerung davon abhängig, ob der Messwert an jedem Punkt die virtuelle Sicherheitsabsperrung überschreitet oder nicht, durchgeführt. In dieser Ausführungsform können ähnliche Effekte wie die oben beschriebenen erreicht werden. Insbesondere durch Schmälerung des Spielraums kann eine Erfassungsfähigkeit erwartet werden, so dass ein geringfügiger Positions- oder Stellungsfehler erfasst werden kann.

Claims

Verfahren zur Begrenzung der Bewegung eines am Boden angeordneten, sich durch eine Steuervorrichtung bewegenden Roboters, das folgende Schritte enthält: Definieren mindestens zweier dreidimensionaler Raumbereiche, die Teile des Roboters mit einem Werkstück oder einem an dem Manipulatorgelenk eines in Betrieb befindlichen Roboters angebrachten Werkzeug enthalten; Definieren einer virtuellen Sicherheitsabsperrung, innerhalb derer eine Bewegungsbahn des Werkstücks oder des Werkzeugs eines in Betrieb befindlichen Roboters enthalten ist, in einem Speicher; Abgleichen einer vorhergesagten Stellung des definierten dreidimensionalen Raumbereichs, welche durch Bewegungsbahnberechnungen abgeschätzt wird, mit der virtuellen Sicherheitsabsperrung an vorgegebenen Zeiten; und Durchführen einer Steuerung zum Anhalten der Bewegung des sich bewegenden Arms einschließlich der dreidimensionalen Raumbereiche, falls mindestens ein Teil der vorhergesagten Stellung, welche durch Bewegungsbahnberechnungen geschätzt wird, eines der definierten dreidimensionalen Raumbereiche in der virtuellen Sicherheitsabsperrung enthalten ist, und Fortsetzen der Bewegung des Arms, wenn sich die dreidimensionalen Raumbereiche und die virtuelle Sicherheitsabsperrung nicht überschneiden, und des Abgleichs.
Verfahren zur Begrenzung der Bewegung eines Roboters nach Anspruch 1, wobei die dreidimensionalen Raumbereiche entweder durch eine Reihe von Punkten, eine Reihe von Linien oder eine Hüllkugel definiert sind.
Vorrichtung zur Begrenzung der Bewegung eines Roboters, mit: einer Einrichtung zur Definition einer virtuellen Sicherheitsabsperrung, die eine Bewegungsbahn eines an dem Manipulatorgelenk eines in Betrieb befindlichen Roboters angebrachten Werkstücks oder Werkzeugs enthält, in einem Speicher; einer Einrichtung zur Definition mindestens zweier dreidimensionaler Raumbereiche, die ein Teil des Roboters mit dem Werkstück oder Werkzeug enthalten; einer Einrichtung zur Berechnung einer vorhergesagten Stellung jeder der dreidimensionalen Raumbereiche, die definiert worden sind, auf einer Bewegungsbahn; einer Einrichtung zur passenden Abgleichung der vorhergesagten Stellung jeder der dreidimensionalen Raumbereiche mit der virtuellen Sicherheitsabsperrung; einer Einrichtung zur Feststellung, ob mindestens ein Teil der vorhergesagten Stellung eines der definierten dreidimensionalen Raumbereiche basierend auf den Bewegungsbahnberechnungen in der virtuellen Sicherheitsabsperrung enthalten ist oder nicht; und einer Steuereinrichtung zum Anhalten der Bewegung des Arms einschließlich des dreidimensionalen Raumbereichs, falls festgestellt wird, dass mindestens ein Teil der vorhergesagten Stellung des dreidimensionalen Raumbereichs in der virtuellen Sicherheitsabsperrung enthalten ist, und zum Fortsetzen der Bewegung des Arms, wenn sich die dreidimensionalen Raumbereich und die virtuelle Sicherheitsabsperrung nicht überschneiden, sowie des Abgleichs.
Vorrichtung zur Begrenzung der Bewegung eines Roboters nach Anspruch 3, wobei die dreidimensionalen Raumbereiche entweder durch eine Reihe von Punkten, eine Reihe von Linien oder eine Hüllkugel definiert sind.
Roboter mit der Bewegungsbegrenzungsvorrichtung nach Ansprüchen 3 oder 4 als Teil einer Steuervorrichtung.
Roboter mit einer Steuervorrichtung und zwei oder mehreren Robotern nach Anspruch 5, welche durch die Steuervorrichtung gesteuert werden, wobei die Einrichtung zur Definition der virtuellen Sicherheitsabsperrung in dem Speicher für jeden Roboter in der Lage ist, verschiedene Spielräume der virtuellen Sicherheitsabsperrung einzustellen.