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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedienen einer, insbesondere
wenigstens einen Industrieroboter umfassenden, technischen Anlage,
wobei die Anlage durch ein von einer mobilen Bedienperson mitgeführtes
Bediengerät ferngesteuert wird.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Überwachung
der Bedienung einer, insbesondere wenigstens einen Industrieroboter
umfassenden, technischen Anlage, wobei die Anlage durch ein von
einer mobilen Bedienperson mitgeführtes Bediengerät
ferngesteuert wird.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Bediengerät, sowie eine technische
Anlage mit einer Vorrichtung zur Überwachung ihrer Bedienung.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, einen oder mehrere Roboter
einer technischen Anlage mittels eines Bediengeräts zu
bedienen, welches über ein Kabel mit der Steuerung des/der
Roboter verbunden ist. Hierzu weist ein derartiges Bediengerät
verschiedenartige Bedienelemente auf, wie z. B. Schalter, Tasten,
Verstellräder, PC-Mäuse oder ähnliche
Handhabungsgeräte, wie eine beispielsweise aus der
DE 103 05 384 A1 vorbekannte
6D-Maus, mit deren Hilfe ein bewegungstechnisches und auch prozesstechnisches
Manipulieren einzelner Roboter möglich ist. Auf diese Weise
ist unter anderem auch ein sogenanntes "Teachen" eines Roboters
durchführbar, bei welchem durch manuelle Bedienung von einer
Bedienperson eine bestimmte Bewegungsfolge oder ein Prozessablauf
programmiert wird. Zur Visualisierung des Programmierfortschritts
für die Bedienperson ist dabei üblicherweise ein
an dem Bediengerät oder andernorts angeordneter Bildschirm
vorgesehen, beispielsweise in Form eines farbigen Displays.
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Üblicherweise
ist während des Programmiervorgangs eine nahezu ständige
direkte Beobachtung des jeweiligen zu programmierenden Roboters
von der Bedienperson erforderlich, unter gleichzeitiger manueller
Bedienung des Bediengeräts, um derart eine gewünschte
Bewegung des jeweiligen Roboters auszulösen und zu verifizieren.
Ein problemloses und einfaches Programmieren einer Mehrzahl von
Robotern ist jedoch nur möglich, wenn die Bedienperson
in der Lage ist, den momentan zu programmierenden Roboter leicht
zu identifizieren ohne von den übrigen Robotern in der
Umgebung beeinflusst oder abgelenkt zu werden, bzw. wenn ein einfaches
und eindeutiges Zuordnen der auf dem Bediengerät ausgeübten
Manipulation zu dem betreffenden Roboter möglich ist. Dies
setzt insbesondere voraus, dass keine oder nur wenige Roboter dicht
nebeneinander aufgestellt sind. Weitere intuitive Erkennungsmethoden
des zu programmierenden Roboters für die Bedienperson umfassen
eine Zuordnung aufgrund des Kabelverlaufs zwischen Bediengerät
und Steuerung oder das Ausführen einer Kontrollmanipulierung
auf dem Bediengerät, um den Roboter anhand einer kleinen
Bewegung zu identifizieren. Der artige indirekte Erkennungsmethoden
sind jedoch zeitaufwändig und unrentabel. Es ist auch bekannt,
einen Roboter und ein zugeordnetes Bediengerät mit einander
entsprechenden Markierungen zu versehen oder den jeweiligen zu programmierenden
Roboter über eine angebrachte aktivierte Beleuchtungseinrichtung
zu identifizieren.
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Derartige
Erkennungsmethoden erfordern jedoch sowohl ein konzentriertes Arbeiten
der Bedienperson als auch eine begrenzte Anzahl vorhandener Roboter.
Sind darüber hinaus mehrere Roboter über nur ein
einziges Bediengerät zu manipulieren, wie z. B. miteinander
kooperierende Roboter, gestaltet sich ein Erkennen und Manipulieren
jeweils eines Roboters als noch schwieriger. Bei beengten Platzverhältnissen
oder komplexen Geometrien oder Anordnungen der Anlage kann außerdem
ein Manipulieren und Programmieren in der unmittelbaren Umgebung
des jeweiligen Roboters erforderlich sein, was im Falle einer Fehlzuordnung
bzw. Fehlerkennung eines zu bedienenden Roboters ein enormes Unfallrisiko
in sich birgt, insbesondere in dem Fall, in welchem die Bedienperson
dem manipulierten Roboter den Rücken zuwendet.
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Aus
der
WO 03/036324 ist
eine technische Anlage mit einem Industrieroboter bekannt, welcher über
ein kabelloses Bediengerät bedient wird. In das kabellose
Bediengerät ist ein "Ortungssystem" integriert, welches
auf der Basis eines Sendens und Empfangens von Funkwellen von mehreren
unterschiedlich positionierten Referenzstationen die Raumposition
des Bediengeräts bezüglich des manipulierten Roboters
erfasst. Das dabei verfolgte Ziel ist, ein mögliches Fernsteuern
des Roboters im Falle eines Verlassens der Bedienperson aus einem
definierten Arbeitsraumes zu unterbinden. Jedoch ist auch bei diesem
System eine Programmierung des Roboters in von diesem fortgewandter
Position möglich, solange sich das Bediengerät
in dem definierten Arbeitsraum befindet. Die Schwierigkeit einer
leichten Erkennung eines zu bedienenden Roboters, sowie das damit
verbundene Unfallrisiko, bleiben also weiterhin bestehen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem eingangs
genannten Stand der Technik unter Vermeidung der genannten Nachteile, eine
Bedienung einer technischen Anlage bei einer abgewandten Position
der Bedienperson bezüglich des zu manipulierenden Teil
der Anlage, insbesondere einem Roboter, wirkungsvoll zu verhindern.
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Erfindungsgemäß wird
die genannte Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten
Art gelöst, welches gekennzeichnet ist durch ein Erfassen
der Bedienperson bezüglich ihrer räumlichen Orientierung
innerhalb oder außerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs,
der sich um eine Verbindungsgerade zwischen dem momentanen Standort der
Bedienperson und der Anlage erstreckt, wobei bei einer räumlichen
Orientierung der Bedienperson innerhalb/außerhalb des Winkelbereichs
die Fernsteuerung aktiviert/deaktiviert wird.
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Entsprechend
wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art gelöst, welche eine Sende-/Empfangseinrichtung zwischen dem
Standort der Bedienperson und dem Standort der Anlage aufweist,
zum Erfassen der Bedienperson bezüglich ihrer räumlichen
Orientierung innerhalb oder außerhalb eines vorgegebenen
Winkelbereichs, sowie ein Mittel zur Aktivierung/Deaktivierung der Fernsteuerung
in Abhängigkeit der räumlichen Orientierung der
Bedienperson innerhalb/außerhalb des Winkelbereichs.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung kann erreicht
werden, dass ein Bedienen eines betreffenden funktionalen Teilbereichs
der Anlage, insbesondere eines Industrieroboters, nur dann möglich
ist, wenn die räumliche Orientierung der Bedienperson innerhalb
eines vorgegebenen Winkelbereichs der räumlichen Position
des betreffenden Teilbereichs der Anlage entspricht. Auf diese Weise
kann eine Fehlerkennung bzw. ein Verwechseln mit einem Teilbereich
der Anlage an anderer räumlicher Position minimiert bzw.
ausgeschlossen werden. Gefahrenquellen, die von einer Fehlerkennung
bzw. irrtümlichen Position der Bedienperson herrühren,
können dabei wirkungsvoll vermieden werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das Erfassen der Bedienperson
bezüglich einer räumlichen Orientierung innerhalb/außerhalb
des vorgegebenen Winkelbereichs durch Senden und fehlerfreies/fehlerbehaftetes
Empfangens eines Signals zwischen Bedienperson und Anlage erfolgt.
Dabei wird die Abgrenzung bzw. Trennlinie zwischen fehlerfreiem
und fehlerbehaftetem Empfang vorher festgelegt, entsprechend dem
festgelegten vorgegebenen Winkelbereich, und kann beispielsweise
einem Grenzwert einer Kenngröße, wie z. B. dem
Rauschen oder der Energie des empfangenen Signals, entsprechen.
Alternativ kann auch anhand erfolgtem oder nicht erfolgtem Empfang
beurteilt werden, ob die räumliche Orientierung der Bedienperson
innerhalb oder außerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs
angesiedelt ist.
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Dabei
ist vorgesehen, dass die Signalübertragung ohne körperliche
Verbindung zwischen Bedienperson und Anlage erfolgt. Bevorzugt erfolgt
die Signalübertragung über elektromagnetische
Wellen, wie Licht- oder Mikro- oder Radio- oder Funkwellen. Weiterhin
ist auch die Verwendung von Schallwellen denkbar.
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Eine
konkrete Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung sieht dabei vor, dass die Sendeeinrichtung am Standort
der Bedienperson zum Senden eines Signals in einem begrenzten Winkelbereich
ausgebildet ist. Die vorstehend genannten Übertragungsmittel
in Form von Wellen sind hierzu besonders geeignet, da die Abmessung
und der Verlauf des geometrischen Bereichs, innerhalb welchem diese
sich ausbreiten, leicht den gewünschten Bedingungen angepasst
werden kann. So lässt sich beispielsweise bei optischen Übertragungsmitteln
die Ablenkung/Streuung des Lichts über Spiegel oder Linsen
beeinflussen. Ebenso ist beispielsweise die Ausbreitung von Mikrowellen,
insbesondere in Form eines Kegels, über die jeweils gewählte
Sendeantenne beeinflussbar.
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Die
Empfangseinrichtung am Standort der Anlage kann erfindungsgemäß zum
Empfangen des Signals in einem unbegrenzten Winkelbereich ausgebildet
sein, um ein Empfangen eines beliebigen Signals zu ermöglichen,
welches von allen möglichen räumlichen Positionen
in der Umgebung und in Richtung der Empfangseinrichtung gesendet
wurde. Alternativ kann auch hier nur ein begrenzter Winkelbereich
zum Empfang vorgesehen sein, beispielsweise um der Bedienperson
nur ein Arbeiten in einem beschränkten Arbeitsraum zu gestatten.
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Dabei
entspricht die Ausbreitungsrichtung des in einem begrenzten Winkelbereich
gesendeten Signals bevorzugt der momentanen räumlichen
Orientierung der Bedienperson. In höchst bevorzugter Ausführung
entspricht die geometrische Ausdehnung des gesendeten Signals dem
Betrag nach der geometrischen Ausdehnung des vorgegebenen Winkelbereichs.
Beispielsweise kann das gesendete Signal eine Kegelform aufweisen,
so dass auch der vorgegebene Winkelbereich, innerhalb/außerhalb
welchem ein Bedienen der Anlage möglich ist, dieser Kegelform
entspricht.
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Im
Normalfall ist der vorgegebene Winkelbereich der Orientierung der
Bedienperson bzw. des Bediengeräts um die ge dachte Verbindungsgerade zwischen
dem momentanen Standort der Bedienperson und der Anlage angeordnet,
wobei die Verbindungsgerade die Winkelhalbierende des vorgegebenen
Winkelbereichs bildet. Der vorgegebene Winkelbereich kann auch im
Wesentlichen der Verbindungsgeraden entsprechen, so dass ein Bedienen
der Anlage nur dann möglich ist, wenn die Orientierung
der Bedienperson exakt in Richtung der Verbindungsgeraden ausgerichtet
ist. In bevorzugter Ausführung ist ein mögliches
Bedienen der Anlage weniger restriktiv gestaltet. Dies ist beispielsweise
dann der Fall, wenn der vorgegebene Winkelbereich im Wesentlichen dem
Blickfeld eines Menschen entspricht. Dabei kann beispielsweise ein
maximaler Winkelbereich zwischen –30° und +30° um
die Verbindungsgeraden vorgesehen sein, was dem maximalen Blickfeld
eines durchschnittlichen Menschen entspricht. In bevorzugter Ausführung
wird ein Winkelbereich zwischen –10° und +10° um
die Verbindungsgerade vorgeschlagen, durch welchen das optimale
Blickfeld eines Durchschnittsmenschen gebildet ist.
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Ein
Erfassen der momentanen Blickrichtung der Bedienperson ist technisch äußerst
schwierig realisierbar. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, dass
die Bedienperson bezüglich der räumlichen Orientierung
ihres Vorderkörpers erfasst wird. Dadurch wird erreicht,
dass ein Bedienen der Anlage nur dann möglich ist, wenn
der Vorderkörper dem betreffenden Anlagenteil zugewandt
ist und das Blickfeld der Bedienperson in Richtung des Vorderkörpers
gerichtet ist. Dies ist vor allem deshalb vorteilhaft, da ein Mitführen und
Manipulieren des Bediengeräts in der Regel am Vorderkörper
der Bedienperson erfolgt, so dass die Bedienperson dazu gezwungen
wird, sowohl ein Bedienen des Bediengeräts als auch ein
Beobachten des betreffenden Anlagenteils in dem Bereich ihres Blickfelds
durchzuführen.
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In
höchst bevorzugter Ausführung ist dabei vorgesehen,
dass die Sendeeinrichtung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in das Bediengerät integriert ist. Die Erfindung
umfasst insbesondere auch ein Bediengerät mit einer integrierten
Sende-/Empfangseinrichtung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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In
einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens erfolgt das Erfassen der Bedienperson bezüglich
einer räumlichen Orientierung innerhalb oder außerhalb
des vorgegebenen Winkelbereichs durch ein Empfangen an wenigstens
zwei unterschiedlichen Raumpunkten eines zwischen Anlage und Bedienperson
gesendeten Signals. Prinzipiell kann bei dieser Ausgestaltung der
Erfindung der Signalweg sowohl vom Standort der Bedienperson zu
der Anlage als auch in umgekehrter Richtung erfolgen. In bevorzugter
Ausgestaltung ist jedoch vorgesehen, dass ein von der Anlage gesendetes
Signal an wenigstens zwei unterschiedlichen Raumpunkten am Standort
der Bedienperson empfangen wird. Grundgedanke dabei ist also ein
Auswerten an zwei oder mehreren unterschiedlichen Raumpunkten empfangener
Signale, um aufgrund unterschiedlicher Empfangseigenschaften bei
näherer oder weiterer Entfernung von dem Sender, Rückschlüsse über
die räumliche Orientierung der Bedienperson bezüglich
der Sendeeinrichtung zu gewinnen. Eine konkrete Ausgestaltung sieht
dabei vor, dass die räumliche Orientierung der Bedienperson über
die Laufzeit- und/oder Energiedifferenz des an den unterschiedlichen
Raumpunkten empfangenen Signals ermittelt wird. Eine erfindungsgemäße
Vorrichtung weist hierzu eine Empfangseinrichtung mit wenigstens
zwei Empfängern an unterschiedlichen Raumpunkten auf. Bevorzugt
sind dabei die Sendeeinrichtung am Standort der Anlage und die Empfangseinrichtung
am Standort der Bedienperson angeordnet.
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In
einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt ein Anfragesignal
zwischen Bedienperson und Anlage gesendet wird und im Falle eines
erfolgreichen Empfangens ein Freigabesignal zurückgesendet
wird. In bevorzugter Ausführung entspricht dabei das zurückgesendete
Freigabesignal einem nach erfolgtem Empfang, insbesondere mittels
aktiver oder passiver Filter oder farbiger Spiegel, verändertem
Anfragesignal. Da die räumliche Orientierung der Bedienperson
bereits durch Senden und Empfangen des Signals verifiziert worden
ist, kann das Rücksenden des Signals in alle Raumrichtungen erfolgen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen näher
erläutert ist.
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Dabei
zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Industrieroboters, der von einer Bedienperson
mittels eines Bediengeräts mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
ferngesteuert wird, wobei die räumliche Orientierung der
Bedienperson einem aktivierten Modus der Fernsteuerung entspricht;
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2 den
in 1(a) gezeigten Industrieroboter
und die Bedienperson, wobei die räumliche Orientierung
der Bedienperson einem deaktivierten Modus der Fernsteuerung entspricht;
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3 den
in 1(a) und 1(b) gezeigten
Industrieroboter und die Bedienperson, wobei der Standort der Bedienperson
verändert ist und die räumliche Orientierung der
Bedienperson einem aktivierten Modus der Fernsteuerung entspricht.
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Die 1 zeigt
einen Industrieroboter 1 in Form eines Gelenkroboters,
der von einer Bedienperson 2 mittels eines Bediengeräts 3 ferngesteuert wird.
Dabei befindet sich die Bedienperson 2 mit ihrer Körpervorderseite
direkt vor der Frontseite des Industrieroboters 1, d. h.
die räumliche Orientierung 4 der Bedienperson 2,
welche im Wesentlichen einem orthogonalen Vektor zu der Frontseite
des Körpers der Bedienperson 2 entspricht, zeigt
in Richtung der Frontseite des Industrieroboters 1.
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In
das Bediengerät 3 ist eine Sendeeinrichtung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bedienungsüberwachung
integriert. Eine entsprechende Empfangseinrichtung 5.2 ist
in dem Industrieroboter 1 integriert. Das Bediengerät 3 mit
der Sendeeinrichtung 5.1 wird von der Bedienperson 2 an
ihrer Körpervorderseite gehalten. Dementsprechend verläuft
der Signalweg des von der Sendeeinrichtung gesendeten Signals 5.3 im
Wesentlichen in Richtung entlang der räumlichen Orientierung 4 der
Bedienperson 2. Jedoch weist der Signalweg 5.3 des
von der Sendeeinrichtung 5.1 gesendeten Signals eine Kegelform
auf, und erstreckt sich somit in einem definierten Öffnungswinkel
in Richtung der räumlichen Orientierung 4 der
Bedienperson 2. Demgemäß ist ein vorgegebener
Winkelbereich definiert, über welchen sich die räumliche
Orientierung 4 der Bedienperson 2 erstrecken kann,
und dennoch ein Empfang des Signals 5.3 an der Empfangseinrichtung 5.2 möglich
ist. Nur wenn der kegelförmige Signalweg 5.3 den
Standort der Empfangseinrichtung 5.2 schneidet, wird ein
von der Sendeeinrichtung 5.1 gesendetes Signal empfangen
und die Fernsteuerung des Bediengeräts 5.1 aktiviert.
Nur in diesem Fall ist also eine Bedienung bzw. ein Programmieren
des Industrieroboters 1 möglich.
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In
der in 2 gezeigten Situation verläuft die räumliche
Orientierung 4 der Bedienperson 2 seitlich an
dem Industrieroboter 1 vorbei. Trotz der kegelförmigen
Aufweitung des Signalwegs 5.3 gelangt das von der Sendeeinrichtung 5.1 gesendete
Signal 5.3 nicht zur Empfangseinrichtung 5.2,
und wird folglich nicht registriert. In diesem Fall wird die Fernsteuerung
des Bediengeräts 3 deaktiviert und ein Bedienen
des Industrieroboters 1 unterbunden.
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In
der in 3 gezeigten Situation verläuft die räumliche
Orientierung 4 der Bedienperson 2 in Richtung
einer der Seite des Industrieroboters 1. Da nun die Position
der Empfangseinrichtung 5.2 innerhalb des vorgegebenen
Winkelbereichs des kegelförmigen Signalwegs 5.3 liegt,
ist ein Empfangen des gesendeten Signals möglich, und die
Fernsteuerung des Bediengeräts aktiviert.
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- 1
- Industrieroboter
- 2
- Bedienperson
- 3
- Bediengerät
- 4
- räumliche
Orientierung
- 5.1
- Sendeeinrichtung
- 5.2
- Empfangseinrichtung
- 5.3
- Signal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10305384
A1 [0004]
- - WO 03/036324 [0007]