DE102008013400B4

DE102008013400B4 - Method for determining locking areas of at least one first object movable in space

Info

Publication number: DE102008013400B4
Application number: DE102008013400.7A
Authority: DE
Inventors: Dipl. Math. Wenzel David; Dipl.-Ing. Flämig Ingo; Dipl. Chem. Klaucke Helmut; Dr. Ing. Vogel Volkmar
Original assignee: Voith Engineering Services GmbH
Current assignee: Leadec Automation & Engineering De GmbH
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2028-03-07
Also published as: DE102008013400A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Verriegelungsbereichen wenigstens eines im Raum bewegbaren ersten Objektes mit einem oder mehreren anderen stationären oder im Raum bewegbaren zweiten Objekten, wobei rechnerunterstützt bahndatenrelevante Bereiche (Koordinaten) wenigstens eines ersten Objektes und eines zweiten Objektes in ein zweidimensionales Raster/eine Tabelle übertragen werden und in diesem Raster/dieser Tabelle – nicht kollisionsgefährdete erste Bereiche (a) – und kollisionsgefährdete Bereiche dargestellt und daraus Verriegelungsbereiche mindestens eines Objektes festgelegt (bestimmt) werden.The invention relates to a method for determining locking areas of at least one movable in space first object with one or more other stationary or movable in space second objects, said computer-supported path data relevant areas (coordinates) of at least a first object and a second object in a two-dimensional grid / a Table be transferred and displayed in this grid / this table - not collision-prone first areas (a) - and collision-prone areas and from this locking areas of at least one object to be determined (determined).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Verriegelungsbereichen wenigstens eines im Raum bewegbaren ersten Objektes im Hinblick auf Kollisionsvermeidung und Taktzeitreduzierung mit einem oder mehreren stationären oder im Raum bewegbaren zweiten Objekten. In der Praxis arbeiten oft mehrere Roboter sehr nah beieinander, um Platz und Zeit zu sparen. Um Kollisionen der Roboter zu vermeiden, müssen einzelne Bereiche der Roboterbahnen gegeneinander verriegelt werden.The invention relates to a method for determining locking areas of at least one first object movable in space with regard to collision avoidance and cycle time reduction with one or more stationary or movable in space second objects. In practice, several robots often work very close together to save space and time. To avoid collisions of the robots, individual areas of the robot tracks must be locked against each other.

Aus EP 0 415 067 B1 ist ein Verfahren sowie ein Gerät zur Anti-Kollision und zum Kollisionsschutz für Mehrroboter-Anordnung bekannt, mit mindestens zwei Elementen, die entweder ein Roboter, eine Versorgungsleitung oder ein festes Hindernis sind und von denen mindestens eines über eine gemeinsame Oberfläche vorgegebener Größe bewegbar ist, mit den Merkmalen:

(a) das eine Weltkarte und eine Vielzahl von Elementkarten erzeugt, die jede in ein xy-Raster von Quadraten gleichmäßiger Größe aufgeteilt sind und wobei jede Karte die gleiche Größe wie die gemeinsame Oberfläche aufweist, um zweidimensionale Darstellungen von auf diese gemeinsame Oberfläche projizierten Elementen zu erhalten; (b) das jedes der Quadrate jeder Karte mit einer vorgegebenen Speicherzelle in einem zugehörigen Speicher assoziiert; (c) das die Anfangsposition jedes Elementes in seiner zugehörigen Karte durch Setzen jeder zu einem Quadrat in der zugehörigen Elementkarte, die mindestens teilweise durch das Element belegt ist, gehörigen Speicherzellen in einen ersten binären Zustand übernimmt; (d) das die Anfangsposition jedes Elementes in die Weltkarte durch Kombination des binären Bits jeder Elementkartenspeicherzelle mit dem binären Bit der zugehörigen Speicherzelle der Weltkarte überträgt;
(e) das die Anfangsposition eines vorgegebenen Elementes von der Weltkarte durch eine logische Kombination der Speicherzellen der Elementkarte dieses vorgegebenen Elementes mit den zugehörigen Speicherzellen der Weltkarte als Antwort auf eine Bewegungsanforderung für das vorgegebene Element entfernt; (f) das die Bewegungszone, die die Bewegung von der Anfangsposition zu einer gewünschten Endposition des vorgegebenen Elementes darstellt, auf eine Bewegungszonenelementkarte durch Setzen aller von der Bewegungszone besetzten Speicherzellen in den vorgegebenen Zustand überträgt;
g) das die binären Zustände der zugehörigen Speicherzellen der Bewegungszonenelementkarte und der Weltkarte durch Anwendung eines ersten Typs logischer ODER-Operation kombiniert; h) das die binären Zustände der zugehörigen Speicherzellen der Bewegungszonenkarte und 50 der Weltkarte durch Anwendung eines zweiten Typs logischer ODER-Operation, die unterschiedlich ist vom ersten Typ logischer ODER-Operation, kombiniert; i) das eine Kollision anzeigt, wenn die binären Zustände eines der zugehörigen Speicherzellen der logischen Kombinationen, die aus diesen ersten und zweiten Typen von logischen ODER-Operationen resultieren, ungleich sind.

Out EP 0 415 067 B1 there is known a method and device for anti-collision and collision protection for a multi-robot arrangement, comprising at least two elements which are either a robot, a supply line or a fixed obstacle and at least one of which is movable over a common surface of predetermined size, with the features:

(a) which generates a world map and a plurality of element maps, each divided into an xy grid of equal-sized squares, each map having the same size as the common surface, to provide two-dimensional representations of elements projected onto that common surface receive; (b) associating each of the squares of each card with a given memory cell in an associated memory; (c) assumes the initial position of each element in its associated card by setting each memory cell belonging to a square in the associated element map, which is at least partially occupied by the element, to a first binary state; (d) transferring the initial position of each element into the world map by combining the binary bit of each elementary map memory cell with the binary bit of the associated memory cell of the world map;
(e) removing the initial position of a given element from the world map by a logical combination of the memory cells of the element map of that given element with the associated memory cells of the world map in response to a motion request for the given element; (f) transferring the movement zone representing the movement from the initial position to a desired end position of the predetermined element to a movement zone element map by setting all memory cells occupied by the movement zone to the predetermined state;
g) combining the binary states of the associated memory cells of the motion zone element map and the world map by using a first type of logical OR operation; h) combining the binary states of the associated memory cells of the motion zone map and 50 of the world map using a second type of logical OR operation different from the first type of logical OR operation; i) indicating a collision when the binary states of one of the associated memory cells of the logical combinations resulting from these first and second types of logical OR operations are unequal.

In EP 0 439 655 A1 wird ein Robotersteuerungsverfahren zur Kollisionsvermeidung zwischen einem aufgabenorientiert programmierten Roboter und Objekten mit unterschiedlichem Mobilitätsgrad beschrieben, mit dem die Rechenzeit für eine Bahnplanung des Roboters reduziert werden soll. Im Arbeitsraum des Roboters werden dazu Objektbereiche die vom Roboter aufgrund von möglichen Objekten im Arbeitsraum nicht erreichbar sind, bestimmt. Dabei wird jedem Objekt eine Priorität zugeordnet, die seinem Mobilitätsgrad entspricht. Jedem Objektbereich wird die Priorität des Objektes zugeordnet, aufgrund dessen er ermittelt wurde. Die Objektbereiche werden prioritätsbezogen in einer Objekttabelle gespeichert. Wenn sich ein Objekt im Arbeitsraum des Roboters von seinem Ort entfernt, werden alle Objektbereiche, die die gleiche oder eine geringere Priorität als das Objekt aufweisen, aus der Objekttabelle gelöscht, worauf alle verbleibenden Objekte mit gleicher oder geringerer Priorität wieder neu in der Objekttabelle gespeichert werden.In EP 0 439 655 A1 describes a robot control method for collision avoidance between a task-oriented programmed robot and objects with different mobility level, with which the computing time for a path planning of the robot is to be reduced. In the working space of the robot, object areas which can not be reached by the robot due to possible objects in the working space are determined for this purpose. Each object is assigned a priority that corresponds to its degree of mobility. Each object area is assigned the priority of the object on the basis of which it was determined. The object areas are stored by priority in an object table. When an object in the workspace of the robot moves away from its location, all object areas having the same or a lower priority than the object are deleted from the object table, whereupon all remaining objects of equal or lesser priority are re-stored in the object table ,

Die Druckschrift DE 196 25 637 A1 beschreibt ein Konzept zur Kollisionsvermeidung zwischen koordinierten Robotern über die Entwicklung eines effizienten Verfahrens zur Trajektorienplanung. Speziell wird ein geometrischer Ansatz vorgestellt, der die Datenmenge derart reduzieren soll, dass eine Kollisionserkennung handhabbar wird. Die Basis bildet dabei der hochdimensionale Konfigurationenraum. Die erwähnte prinzipielle Einsatzmöglichkeit für den Offline-Betrieb ist aufgrund kombinatorischer Probleme in der Praxis kritisch einzustufen.The publication DE 196 25 637 A1 describes a concept for collision avoidance between coordinated robots on the development of an efficient method for trajectory planning. Specifically, a geometric approach is presented, which should reduce the amount of data such that a collision detection is manageable. The basis is the high-dimensional configuration space. The aforementioned principal application for offline operation is due to combinatorial problems in practice to classify critically.

In der Druckschrift DE 10 2004 027 944 A1 wird ein Verfahren beschrieben, welches über die Erzeugung von Hüllobjekten Kollisionsgefahren in akzeptabler Zeit ermitteln kann. Insbesondere wird die Genauigkeit über eine hierarchische Struktur schrittweise verfeinert. Das Verfahren ist für die Online-Überwachung von Arbeitsräumen (speziell über die Unterteilung in Würfel) konzipiert und kann aufgrund nicht beherrschbarer Rechenzeiten nicht großflächig zum Offline-Einsatz kommen. Ferner besteht die Gefahr, dass durch die korrekt arbeitende Verriegelungsbestimmung im Folgeprozess nicht mehr auflösbare Stillstandskonstellationen (sog. Totverriegelungen) entstehen.In the publication DE 10 2004 027 944 A1 a method is described, which can determine collision hazards in an acceptable time by generating envelope objects. In particular, the accuracy is gradually refined via a hierarchical structure. The method is designed for the online monitoring of workspaces (especially by dividing them into cubes) and can not be used offline due to unmanageable computing times. Furthermore, there is a risk that no longer resolvable standstill constellations (so-called deadlocks) will arise due to the correctly working locking determination in the subsequent process.

Die Druckschrift EP 0 335 314 A2 offenbart eine Unterteilungsmöglichkeit des vollständigen Konfigurationenraumes in eine effizienter zu behandelnde Datenstruktur. Dabei wird sich auch auf die Gelenke konzentriert, welche am meisten zur Bewegung eines Roboters beitragen. Ein solches Verfahren ist auf die Absicherung von im Vorfeld unbekannten Bewegungen ausgelegt und daher für den Online-Betrieb konzipiert. The publication EP 0 335 314 A2 discloses a subdivision possibility of the complete configuration space into a data structure to be treated more efficiently. This also focuses on the joints, which contribute the most to the movement of a robot. Such a method is designed to protect previously unknown movements and therefore designed for online operation.

Ein informatisches Modell zur laufzeitabhängigen Regelung von Zutrittsberechtigungen für einen Roboter auf zuvor definierten Abschnitten seiner Bahn wird in der Druckschrift DE 103 24 517 A1 beschrieben. Das Online-Verfahren zielt speziell auf die Absicherung gegen unvorhersehbare Störungen wie Menschen im Arbeitsraum ab. Diese können derart anstelle über Schutzzäune wirksam abgesichert werden. Für die Ermittlung von klassischen Verriegelungen zwischen Robotern ist der Ansatz jedoch nicht geeignet, da er den logischen Ablauf nicht berücksichtigen kann und somit für Totverriegelungen anfällig ist.An informative model for the runtime-dependent control of access authorizations for a robot on previously defined sections of its path is described in the document DE 103 24 517 A1 described. The on-line procedure aims especially at the protection against unpredictable disturbances like humans in the work space. These can be secured effectively instead of protective fences. However, the approach is not suitable for the determination of classic interlocks between robots since it can not take the logical sequence into account and is therefore prone to deadlocks.

In der Druckschrift DE 10 2006 007 623 A1 wird ein Verfahren etabliert, das auf Basis von sog. Landkarten arbeitet. Darin werden hauptsächlich statische Hindernisse oder sehr langsam veränderliche Störkonturen wie die von Menschen erfasst. Der Roboter wird dann in die Lage versetzt, auf Basis dieser Daten seinen Pfad zwischen Anfangs- und Endposition kollisionsfrei zu generieren. Für die Verriegelungsgewinnung zur Koordination und Absicherung von Robotern untereinander ist die Methode nicht einsetzbar, weil deren Geschwindigkeiten im normalen industriellen Einsatz zu hoch sind.In the publication DE 10 2006 007 623 A1 A procedure is established that works on the basis of so-called maps. In it, mainly static obstacles or very slowly changing interfering contours like those of humans are recorded. The robot is then enabled to generate its path without collision on the basis of this data between the start and end positions. The method can not be used for obtaining locking to coordinate and secure robots with one another because their speeds are too high in normal industrial use.

Ein Kombinatorischer Verteil- und Sequenzier-Algorithmus von Schweißpunkten zur kollisionsfreien und taktzeitminimalen Steuerung von Schweißzellen wird in DE 10 2004 024 327 A1 beschrieben. Hier werden Roboter durch Kugelapproximationen angenähert, die die Roboter vollständig enthalten. Eine solche ergibt sich für jede Stellung eines Roboters, gekennzeichnet durch seine Achswinkel. Die kollisionsarme Taktzeitminimierung lässt sich als kombinatorisches Optimierungsproblem beschreiben und lösen. Ergebnis ist eine Optimal-Konfiguration, d. h. eine Aufteilung der Schweißpunkte auf die Roboter und eine Sequenz in jeder der Teilmengen. Restkollisionen werden beseitigt, indem man für jeden Roboter die aus der Konfiguration resultierende Winkelsequenz und daraus die Bewegungshülle berechnet und für alle Roboterpaarungen diese Bewegungshüllen schneidet. Das entstehende Kollisionsgebiet wird für jeden Roboter einer Paarung durch ein Verriegelungssignal gesperrt, sobald der andere Roboter dieses betritt. Die vorgenannten Lösungen zielen darauf ab, durch Berechnung während des Betriebs der Roboter deren Kollisionsfreiheit zu gewährleisten. Dies kann den Prozessablauf jedoch unvorhergesehen beeinflussen und zu Situationen führen, in denen mehrere Roboter an weiteren Vorwärtsbewegungen gehindert werden (sogenannte Dead-Locks oder Totverriegelungen). In Industrieanlagen mit abschnittsweise reproduzierbaren Bahnzyklen wird daher meist ein Logiksystem angeschlossen, das mit den einprogrammierten einfachen Verriegelungsbereichen die Steuerung der Anlage im Hinblick auf die Kollisionsvermeidung übernimmt. Dabei setzt jedes Objekt auf seiner Bahn logische Kanäle ein bzw. aus. An den Einschaltpunkten erfolgt zuvor die Abfrage dieses Kanals. Das Objekt stoppt so lange mit dem weiteren Bahnverlauf, wie der Kanal noch von einem anderen Objekt aktiviert/eingeschaltet gehalten wird. Komplizierte Überwachungen der Positionen aller beteiligten Objekte und/oder eine Vorhersage für den weiteren Bahnverlauf erfolgen dabei nicht. Das sind genau die Punkte, die bei der Umsetzung der zuvor genannten Lösungen wirksam werden.A combinatorial distribution and sequencing algorithm of welds for collision-free and minimum cycle time control of weld cells is described in DE 10 2004 024 327 A1 described. Here, robots are approximated by ball approximations, which completely contain the robots. Such results for each position of a robot, characterized by its axis angle. The low-collision cycle time minimization can be described and solved as a combinatorial optimization problem. The result is an optimal configuration, ie a division of the welding points on the robots and a sequence in each of the subsets. Residual collisions are eliminated by calculating the angular sequence resulting from the configuration for each robot and from this the movement envelope and cutting these motion envelopes for all robot pairings. The resulting collision area is blocked for each robot of a pairing by a lock signal as soon as the other robot enters it. The aforementioned solutions aim to ensure their collision freedom by calculation during operation of the robot. This can, however, unpredictably influence the process flow and lead to situations in which several robots are prevented from further forward movements (so-called dead locks or deadlocks). In industrial plants with sections reproducible path cycles therefore usually a logic system is connected, which takes over the control of the system in terms of collision avoidance with the programmed simple locking areas. Each object uses logical channels on or off its path. At the switch-on points, the query of this channel takes place beforehand. The object stops with the further trajectory as long as the channel is still activated / switched on by another object. Complicated monitoring of the positions of all objects involved and / or a prediction for the further trajectory are not carried out. These are exactly the points that become effective when implementing the aforementioned solutions.

Die Bestimmung dieser Verriegelungsbereiche geschieht derzeit ausschließlich durch manuelles Testen der beteiligten Bahnen gegeneinander in der bestehenden Anlage und/oder innerhalb von Simulationsumgebungen. Dieser Prozess ist sehr langwierig und es ist nicht garantiert, dass alle Kollisionsbereiche erfasst werden. Weiterhin weisen die bekannten Lösungen den Nachteil auf, dass die Kollisionsbereiche oft nicht minimal sind. Ferner kann nicht beurteilt werden, wie weit die gewählten Verriegelungen vom Minimum abweichen. D. h. es kann auch keine fundierte Aussage über vorhandene Taktzeitreserven getroffen werden.The determination of these locking areas is currently done exclusively by manually testing the participating webs against each other in the existing facility and / or within simulation environments. This process is very lengthy and there is no guarantee that all collision areas will be detected. Furthermore, the known solutions have the disadvantage that the collision areas are often not minimal. Furthermore, it can not be judged how far the selected locks deviate from the minimum. Ie. it is also impossible to make a sound statement about available cycle time reserves.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ermittlung von Verriegelungsbereichen wenigstens eines im Raum bewegbaren Objektes mit einem oder mehreren stationären oder im Raum bewegbaren zweiten Objekten zur Kollisionsvermeidung und Taktzeitreduzierung zu entwickeln, mit dem schnell und effizient eine detaillierte Übersicht der zu verriegelnden Bereiche der Objekte zur Verfügung gestellt wird. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object of the invention is to develop a method for determining locking areas of at least one movable object in space with one or more stationary or movable in space second objects for collision avoidance and cycle time reduction, with the fast and efficient a detailed overview of the locked areas of the objects is made available. This object is achieved with the features of the first claim. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Die erfindungsgemäße Lösung basiert dabei nicht auf den im Stand der Technik beschriebenen Ansätzen, sondern zeigt vollkommen neue Wege auf, die Verriegelungsbereiche/Signalpunkte auf den Objektbahnen zu ermitteln. Erfindungsgemäß werden bei dem Verfahren zur Ermittlung von Verriegelungsbereichen zur Vermeidung von Kollisionen wenigstens eines im Raum bewegbaren ersten Objektes mit einem oder mehreren anderen stationären oder im Raum bewegbaren zweiten Objekten, rechnerunterstützt bahndatenrelevante Bereiche (Koordinaten) wenigstens eines ersten Objektes und eines zweiten Objektes in ein zweidimensionales Raster/eine Tabelle von Kombinationsmöglichkeiten der Objekte untereinander übertragen und in diesem Raster/dieser Tabelle nicht kollisionsgefährdete erste Bereiche und kollisionsgefährdete Bereiche dargestellt (unterteilt) und daraus Verriegelungsbereiche des ersten Objektes und/oder des zweiten Objektes festgelegt (bestimmt). Durch dieses einfache und praktikable Verfahren ist es möglich, die Kollisionsbereiche schnell und effizient mit hoher Genauigkeit und Sicherheit zu bestimmen, dadurch minimale Verriegelungsbereiche festzulegen und die Taktzeiten erheblich zu reduzieren. Die kollisionsgefährdeten Bereiche werden erstmalig aufgeteilt in zweite Bereiche, in denen eine Kollision nicht vollständig ausgeschlossen ist und in dritte Bereiche, in denen eine Kollision auftritt. Dabei sind die zweiten Bereiche vorteilhafter Weise freigebbar, wodurch die Verriegelungsbereiche manuell/individuell eingegrenzt werden können. Weiterhin sind die dritten Bereiche und eventuell nicht freigebbare zweite Bereiche zu Verriegelungsbereichen zusammenfassbar. Vorzugsweise werden die bahndatenrelevanten Bereiche (Koordinaten) der Objekte aus folgenden Ausgangsdaten bestimmt:

– aus dem CAD-Modell/Ausmessungen des Objektes,
– aus der Lage des/der Objekte(s) zueinander und/oder
– aus den Bahndaten des Objektes,

Insbesondere werden aus einem oder mehreren ersten Objekten und einem oder mehreren zweiten Objekten Objektpaare gebildet und anschließend die Tabellen mehrerer oder aller Objektpaare miteinander verrechnet.The inventive solution is not based on the approaches described in the prior art, but shows completely new ways to determine the locking areas / signal points on the object lanes. According to the invention, in the method for determining locking areas to avoid collisions of at least one movable in space first object with one or more other stationary or movable in space second objects, computer-aided railway data relevant Regions (coordinates) of at least a first object and a second object in a two-dimensional grid / a table of possible combinations of objects with each other and presented in this grid / this table not collision prone first areas and collision vulnerable areas (divided) and from this locking areas of the first object and / or of the second object (determined). This simple and practical method makes it possible to determine the collision areas quickly and efficiently with high accuracy and safety, thereby defining minimum locking areas and significantly reducing cycle times. The collision-prone areas are first divided into second areas in which a collision is not completely excluded and third areas where a collision occurs. In this case, the second areas are advantageously releasable, whereby the locking areas can be manually / individually limited. Furthermore, the third areas and possibly non-releasable second areas can be combined into locking areas. Preferably, the path data relevant areas (coordinates) of the objects are determined from the following output data:

- from the CAD model / dimensions of the object,
- From the location of the / the object (s) to each other and / or
- from the path data of the object,

In particular, object pairs are formed from one or more first objects and one or more second objects, and then the tables of several or all object pairs are offset against each other.

Die auf Kollisionsgefahr zu überprüfenden Objektpaare sind dabei insbesondere frei auswählbar, wobei die Auswahl der Objektpaarung und/oder die Freigabe von zweiten Bereichen bevorzugt mittels manueller Auswahl erfolgen. Die Zusammenfassung der dritten Bereiche zu Verriegelungsbereichen kann manuell oder automatisiert durchgeführt werden.In particular, the object pairs to be checked for the risk of collision are freely selectable, wherein the selection of the object pairing and / or the release of second regions preferably takes place by means of manual selection. The aggregation of the third areas into locking areas can be performed manually or automatically.

Die verriegelten Bahnabschnitte werden auch hinsichtlich Start und Ende der Verriegelung objektbezogen in der Tabelle bzw. den Tabellen dargestellt. Es erfolgt nun die Zuordnung der verriegelungsrelevanten Daten zu logischen Signalen, die zur Steuerung der Verriegelung der beweglichen ersten und/oder zweiten Objekte dienen und z. B. über eine SPS realisierbar sind. Es wird jeweils ein verriegelungsrelevanter Signal-Kanal für eine oder mehrere Objektpaarungen verwendet. Die verriegelungsrelevanten Daten (Objekt, Bahn des Objektes, Start und Ende der Verriegelung, logischer Kanal) werden exportiert und sind nun in die Objektsteuerung und/oder das Verriegelungssystem (Logik, SPS) eingebbar. Vorteilhafter Weise ist auf Basis einer Pfadabfolge jedes bewegbaren Objektes der Bewegungsablauf aller bewegbaren Objekte innerhalb der Tabelle/n darstellbar. Dadurch ist gewährleistet, dass Verriegelungen unter Wahrung des Prozessablaufes getätigt werden. Weiterhin ist es möglich, in der/den Tabelle/n Stillstandsphasen der bewegbaren Objekte anzuzeigen. Bevorzugt wird das Verfahren zur Bestimmung der Verriegelungen der Objekte offline durchgeführt, was ebenfalls wesentlich zur Verringerung der Prozesszeiten und Betriebsmittelkosten vor und während der Inbetriebnahme beiträgt. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.The locked track sections are also object-related in terms of the start and end of the lock in the table or tables. There is now the assignment of the lock-relevant data to logic signals that are used to control the locking of the movable first and / or second objects and z. B. can be realized via a PLC. In each case, a locking-relevant signal channel is used for one or more object pairings. The locking-relevant data (object, path of the object, start and end of the lock, logical channel) are exported and can now be entered into the object control and / or the locking system (logic, PLC). Advantageously, the movement sequence of all movable objects within the table / n can be represented on the basis of a path sequence of each movable object. This ensures that locks are made while maintaining the process flow. Furthermore, it is possible to display standstill phases of the movable objects in the table (s). Preferably, the method for determining the locks of the objects is carried out offline, which also contributes significantly to reducing the process times and equipment costs before and during commissioning. The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and accompanying drawings.

Es zeigen:Show it:

1: Übersicht/Prinzipdarstellung der Ermittlung der abzuriegelnden Bereiche, entsprechend der Bahnen einer Roboterpaarung, 1 : Overview / schematic representation of the determination of the areas to be locked, according to the paths of a robot pairing,

2: Prinzipdarstellung einer Tabelle mit Verriegelungsbereichen, 2 : Schematic representation of a table with locking areas,

3: Tabelle einer Prozessverriegelung bei Verwendung eines ersten Objektes in Form eines ersten Roboters 1 und eines zweiten Objektes in Form eines zweiten Roboters 2, 3 : Table of a process lock when using a first object in the form of a first robot 1 and a second object in the form of a second robot 2 .

4: Blockschaltbild des Verfahrensablaufes. 4 : Block diagram of the procedure.

Für die Berechnung der Kollisionsbereiche z. B. eines ersten Objektes in Form eines ersten Industrieroboters 1 und eines zweiten Objektes in Form eines zweiten Industrieroboters 2 (beide im Raum bewegbar) werden Daten benötigt, die aus den unterschiedlichsten Quellen in kurzer Zeit erhalten werden können und die in der nachfolgenden Tabelle dargestellt sind: Datentyp Quellen Verb Robotertypen (Geometrie) CAD-Modell/Ausmessen → Bibliothek nach Plammg (vor Aufbau); einfache Korrektur von Abweichungen nach Aufbau (oder Mindestabstand) Werkzeuge und Hindemisse (Geometrie) CAD oder Messung Lage im Bezugssystem Modell, techn. Zeichnung oder Messung vor Ort Stützpunkte (für Signalgebung) Simulationsmodell oder Roboter direkt nach Offline-Planung; sehr schnelle Anpassung an Änderungen Abgefahrene Bahnen (Gelenkdaten) Protokollierung in der Simulation oder am Roboter For the calculation of the collision areas z. B. a first object in the form of a first industrial robot 1 and a second object in the form of a second industrial robot 2 (both movable in space) requires data that can be obtained from a variety of sources in a short time and that are shown in the following table: data type sources verb Robot types (geometry) CAD model / measuring → library after Plammg (before construction); simple correction of deviations after construction (or minimum distance) Tools and hindrances (geometry) CAD or measurement Location in the reference system Model, techn. Drawing or measurement on site Support points (for signaling) Simulation model or robot directly after offline planning; very fast adaptation to changes Worn tracks (joint data) Logging in the simulation or on the robot

Das offline betriebene System liefert nach kurzer Rechenzeit eine detaillierte Übersicht in Form einer Tabelle mit allen abzuriegelnden Bereichen. 1 zeigt die Beziehungen zwischen den Bahnen R1 und R2 der beiden Objekte einer Paarung in Form von zwei Robotern 1, 2 mit ihren jeweiligen Signalpunkten und einer graphischen Darstellung der Tabelle. Die Bahn R1 des Roboters 1 beginnt am Punkt P0 und endet am Punkt P3, die Bahn R2 des Roboters 2 beginnt ebenfalls in einem Punkt P0 und endet in dem Punkt P4. Die Bahnen R1 und R2 überschneiden sich in einem kollisionsgefährdeten Bereich. Die Bahnen R1 und R2 der Roboter 1, 2 werden in eine Tabelle übertragen, aus welcher nun besser die kollisionsgefährdeten Bereiche ersichtlich sind. Dabei sind kollisionsfreie erste Bereiche weiß dargestellt und kollisionsgefährdete zweite und dritte Bereiche schwarz. Die Signalpunkte sind in Form des Gitters markiert.After a short computing time, the offline system provides a detailed overview in the form of a table with all areas to be locked. 1 shows the relationships between the tracks R1 and R2 of the two objects of a pairing in the form of two robots 1 . 2 with their respective signal points and a graphical representation of the table. The track R1 of the robot 1 starts at point P0 and ends at point P3, the track R2 of the robot 2 also starts at point P0 and ends at point P4. The tracks R1 and R2 overlap in a collision-prone area. The tracks R1 and R2 of the robot 1 . 2 are transferred to a table, from which now the collision-prone areas can be seen. In this case, collision-free first areas are shown in white and collision-prone second and third areas are black. The signal points are marked in the form of the grid.

Die kollisionsgefährdeten zweiten und dritten Bereiche können auch detaillierter kenntlich gemacht werden (z. B. mit unterschiedlichen Farben oder Schattierungen). In 2 ist sichtbar: erste Bereiche (weiß), zweite Bereiche (schraffiert) und dritte Bereiche (schwarz). Der aus diesen Kollisionsbereichen resultierende (beispielhafte) Verriegelungsbereich ist fett umrandet. Die dazu entsprechenden Signalpunkte auf den einzelnen Objektbahnen sind an den Rändern markiert. Letztere Daten sind schnell und einfach in das Logiksystem (SPS) übertragbar. Das System ist dabei nicht auf einen Roboterhersteller oder Simulationssystem beschränkt. Neben der Kollisionsprüfung ist es auch möglich, einen vorgegebenen Sicherheitsabstand mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu überprüfen.The collision-prone second and third areas can also be identified in more detail (eg with different colors or shades). In 2 is visible: first areas (white), second areas (hatched) and third areas (black). The (exemplary) locking area resulting from these collision areas is outlined in bold. The corresponding signal points on the individual object lanes are marked at the edges. The latter data can be transferred quickly and easily to the logic system (PLC). The system is not limited to a robot manufacturer or simulation system. In addition to the collision check, it is also possible to check a predetermined safety distance with the method according to the invention.

Mit dieser Offline-Lösung ist es möglich, unabhängig von der Anlage die Kollisionsbereiche zu bestimmen und damit erforderliche Verriegelungsbereiche anschließend in die Logik/SPS zu übertragen, wodurch eine erhebliche Zeitersparnis zu verzeichnen ist, da der anlagenseitige Online-Teacher (benötigt einen ganzen Arbeitstag zur Bestimmung der Verriegelung) erst beginnen kann, wenn die Anlage steht! Mit der neuartigen Lösung ist somit erstmalig bereits vor dem Bau einer Anlage eine Vorabaussage zu den Verriegelungsbereichen möglich. Nach Fertigstellung einer Anlage ist schnell und einfach eine Anpassung an die reale/kalibrierte anlagentechnische Konfiguration möglich. Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Bereiche garantierter und möglicher Kollision extrahiert werden und die einzelnen Kollisionsbereiche durch einfache Auswahl zu Verriegelungsbereichen zusammenfassbar sind. Die Bereiche mit wahrscheinlicher Kollision können ebenfalls manuell (z. B. durch Mausklick) freigegeben werden. Die Planung der Belegung der logischen Kanäle anhand der ermittelten Tabellen ist sehr komfortabel an einem normalen Computer über ein entsprechendes Tool möglich, welches die Tabellen aller Roboterpaare miteinander verrechnet. Der Ablaufzyklus kann dargestellt und beeinflusst werden, wobei es einfach mit einigen Mausklicks möglich ist, alle Roboterpaare, sowie deren Pfade in den Tabellen darzustellen.With this offline solution, it is possible to determine the collision areas independently of the system and then transfer the required locking areas to the logic / PLC, which saves a considerable amount of time since the on-site online teacher (requires a whole working day for the system) Determination of the lock) can only begin when the system is stopped! With the new solution, it is thus possible for the first time to make an advance statement about the locking areas even before the construction of a system. After completion of a system, an adaptation to the real / calibrated system configuration is quick and easy. A further advantage is that the areas of guaranteed and possible collision are extracted and the individual collision areas can be combined by simple selection to lock areas. The areas with probable collision can also be released manually (eg by mouse click). The planning of the assignment of the logical channels on the basis of the determined tables is very comfortably possible on a normal computer via a corresponding tool, which calculates the tables of all robot pairs with each other. The sequence cycle can be displayed and influenced, whereby it is simply possible with a few mouse clicks, all robot pairs, as well as their paths in the tables represent.

Die Visualisierung der Prozessverriegelung/Bahnzyklen in der Tabelle zeigt 3. Der Ablaufzyklus kann dargestellt und beeinflusst werden. Dadurch ist die Möglichkeit gewahrt Verriegelungen gezielt zur Steuerung des Prozessablaufes zu setzen. In 3 sind zwei Tabellen zu erkennen. Objekt 1 besitzt in diesem Beispiel zwei Unterprogramme/Bahnen (R1-1, R1-2) und Objekt 2 lediglich eine (R2). Eingezeichnet in die Bahntabelle sind zwei Verriegelungsbereiche (VB1, VB2). Die gepunktete Linie zeigt den gekoppelten Verlauf der beiden Objekte bei gleichzeitigem Start ihres jeweiligen Bahnablaufes (in der Tabelle linke obere Ecke). Mit VB1 wird für den nachfolgenden Prozessablauf eine Kopplung der Objekte erzwungen ohne die Notwendigkeit enger zeitlicher Bindungen. In den Tabellen ist sowohl die Kollisionsgefahr der einzelnen Bereiche zwischen Objektsignalpunkten (Flächen), als auch die an den Stützpunkten (Gitter) erkennbar. Durch Berechnung und/oder manuelle Auswahl (z. B. ziehen mit der Maus) werden Kollisionsabschnitte zu Verriegelungsbereichen zusammengefasst und die zugehörigen Basis-Signale (Beginn und Ende der gegenseitigen Verriegelung für alle beteiligten Objekte auf ihrer jeweiligen Bahn) angelegt. Gesetzte Bereiche sind auch wieder entfernbar. Überschleifpunkte werden durch graue Linien dargestellt. Soll ein Signal hier beginnen, muss dies der Nutzer bestätigen, da an solchen Punkten der geometrische Verlauf der Bahn geändert wird. In der Prozessverriegelung werden die einzelnen Basis-Signale logischen-Kanälen zugeordnet und die verriegelten Bahnabschnitte/Kombinationen sind sofort sichtbar Die in 3 eingezeichneten Kurven stellen dabei die kollisionsfreien Roboterbahnen des ersten Roboters 1 und des zweiten Roboters 2 dar. Soll ein Kanal bei mehr als nur einem Roboterpaar benutzt werden, können sehr viele unbeabsichtigte und möglicherweise den Prozessablauf störende Zusatzverriegelungen auftreten. Es ist vorgesehen, dass dies der Nutzer bestätigen muss. Sind alle Signale zugeordnet, kann die Verteilung der Signale auf den einzelnen Robotern und Bahnenangezeigt werden. Es ist möglich, die zugehörigen Daten (Roboter, Pfad, Start, Ende und Kanal)) zu exportieren, um sie einfach vor Ort in die entsprechende Anlage einzugeben. Um die Prozessverriegelung noch effektiver zu gestalten, kann der Bewegungsablauf der Objekte durch Linien innerhalb der Tabellen gem. 3 grafisch sichtbar gemacht werden. Hierzu ist die Kenntnis der Bahnabfolge jedes Roboters nötig und kann intuitiv dem Programm mitgeteilt werden. Auch Alternativ-Pfade sind berücksichtigbar. Wird die Kanalbelegung eines Signals (und somit eines Verriegelungsbereiches) geändert, ändert sich auch diese Linie. Stillstandsphasen der Roboter können somit einfach abgelesen werden. In 4 ist das Blockschaltbild des wesentlichen Verfahrensablaufes bei Verwendung eines ersten und zweiten im Raum bewegbaren Roboters 1, 2 dargestellt, wobei beide Roboter 1, 2 ein Objektpaar 3 bilden. Es erfolgt zuerst aus den Ausgangsdaten der beide Roboter 1, 2 d. h. aus deren CAD-Modell bzw. deren Ausmessungen, aus der Lage der Objekte (Roboter 1, 2) zueinander und aus deren Bahndaten, in einer Stufe 1 die Datenaufbereitung mittels eines Rechnersystems. Die Daten werden in eine Stufe 2 in einer Tabelle 5 gesammelt und in dieser die Verriegelungsbereiche festgelegt. Anschließend erfolgt in einer dritten Stufe 3 die Signalgenerierung in logische Signale. Diese logischen Signale dienen zur Eingabe in die SLogik der Anlage, in welche die Roboter 1, 2 integriert sind, wodurch die Verriegelungsbereiche in der Anlage festgelegt werden. Es ist alternativ auch möglich, die logischen Signale direkt oder über Datenaustausch an eine roboterspezifische Steuerung weiterzuleiten.The visualization of the process interlock / path cycles in the table shows 3 , The run cycle can be displayed and influenced. As a result, the possibility is ensured to set locks specifically for controlling the process flow. In 3 There are two tables. object 1 In this example, it has two subroutines / paths (R1-1, R1-2) and object 2 only one (R2). Drawn in the lane table are two latch areas (VB1, VB2). The dotted line shows the coupled course of the two objects at the same time start their respective course of the course (in the table upper left corner). With VB1, a coupling of the objects is enforced for the subsequent process sequence without the need for close temporal ties. In the tables, both the danger of collision of the individual areas between object signal points (areas) and those at the interpolation points (grid) can be recognized. By calculation and / or manual selection (eg dragging with the mouse), collision sections are combined into interlocking areas and the associated base signals (start and end of interlocking for all involved objects in their respective path) are created. Set areas are also removable again. Blending points are represented by gray lines. If a signal is to start here, the user must confirm this, since at such points the geometric course of the web is changed. In the process interlock, the individual base signals are assigned to logical channels and the interlocked path sections / combinations are immediately visible 3 Plotted curves represent the collision-free robot paths of the first robot 1 and the second robot 2 If a channel is to be used with more than just one pair of robots, a large number of unintentional additional interlocks possibly interfering with the process flow can occur. It is intended that the user must confirm this. Once all signals have been assigned, the distribution of the signals can be displayed on the individual robots and tracks. It is possible to export the associated data (robot, path, start, end and channel) for easy entry into the corresponding system on site. In order to make the process interlock even more effective, the movement sequence of the objects can be determined by lines within the tables. 3 graphically visualized. This requires knowing the path sequence of each robot and can be intuitively communicated to the program. Alternative paths can also be considered. If the channel assignment of a signal (and thus of an interlocking area) is changed, this line also changes. Standstill phases of the robots can thus be easily read. In 4 is the block diagram of the essential process sequence when using a first and second movable in space robot 1 . 2 shown, with both robots 1 . 2 an object pair 3 form. It first takes place from the output data of both robots 1 . 2 ie from their CAD model or its dimensions, from the position of the objects (robot 1 . 2 ) to each other and from their orbit data, in one stage 1 the data preparation by means of a computer system. The data is in one stage 2 in a table 5 collected and set in this the locking areas. Subsequently, in a third stage 3 the signal generation into logical signals. These logic signals are used to input into the SLogik of the plant, in which the robots 1 . 2 are integrated, whereby the locking areas are defined in the system. Alternatively, it is also possible to forward the logic signals directly or via data exchange to a robot-specific controller.

Die erfindungsgemäße Lösung ist vielfältig zur Absicherung gegen Kollisionen sowie zur Taktzeitminimierung von Fertigungs- und anderen Systemen in der Planungs- und Installationsphase einsetzbar, in welchen eine Kollision von bewegten Objekten sicher vermieden wird.The solution according to the invention can be used in many ways for safeguarding against collisions and for minimizing the cycle time of production and other systems in the planning and installation phase, in which a collision of moving objects is reliably avoided.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: erster Roboterfirst robot
22: zweiter Robotersecond robot
R1R1: Bahn des ersten RobotersTrack of the first robot
R2R2: Bahn des zweiten RobotersTrack of the second robot
aa: erster Bereichfirst area
bb: zweiter Bereichsecond area
cc: dritter Bereichthird area
P0, P3P0, P3: Signalpunkte Beginn und Ende der Bahn R1, Roboter R1Signal points start and end of path R1, robot R1
P0, P4P0, P4: Signalpunkte Beginn und Ende der Bahn R2, Roboter R2Signal points start and end of path R2, robot R2
VB1VB1: erster Verriegelungsbereichfirst locking area
VB2VB2: zweiter Verriegelungsbereichsecond locking area

Claims

Method for determining locking areas of at least one movable in space first object with one or more other stationary or movable in space second objects, being formed from one or more first objects and one or more second objects object pairs, offline and computer supported the railway data relevant areas (coordinates ) of at least a first object and a second object in a two-dimensional grid, the table, based on a sequence cycle / a path sequence of each movable object, the movement of all movable objects within this table is displayed and in this table depending on the movement of the objects - non-collision-prone first areas (a) and - collision risk areas (b) + (c) shown (subdivided) and offline the determination of the locking areas is such that locking areas of at least one object are determined and determined on this basis for the trajectory of the respective object start and end of the locks.

A method according to claim 1, characterized in that the tables of several or all pairs of objects for the synchronization of the objects are offset against each other.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the collision risk to be checked object pairs are freely selectable.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that collision-prone areas are divided into - second areas (b), in which a collision is not completely excluded and in - third areas (c), in which a collision occurs, wherein the second areas (b) as non-collision prone first areas (a) are releasable.

A method according to claim 4, characterized in that second areas (b) (manually) are releasable.

A method according to claim 4 or 5, characterized in that the selection of the object pairing and / or the release of second areas (b) by means of manual selection.

A method according to claim 4, characterized in that the third areas (c) are summarized to locking areas.

A method according to claim 7, characterized in that the summary of the third areas (c) to lock areas by means of manual selection or automated.

Method according to one of Claims 1 to 8, characterized in that path data-relevant regions (coordinates) of the objects are determined from the following output data: - from the CAD model / dimensions of the object, - from the position of the object (s) relative to one another and / or - from the path data of the object.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the locked track sections are represented in relation to the start and end of the lock object-related and / or objektpaarbezogen.

Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that an assignment of the locking-relevant data to logical signals (start and end) takes place.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the logic signals are used to control the locking of the movable first and / or second objects.

Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the logic signals via a PLC for controlling the locking of the movable first and / or second objects are used.

Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that in each case a locking-relevant PLC channel is used for an object pairing.

Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that in each case a locking-relevant PLC channel is used for more than one pair of objects.

Method according to one of claims 1 to 15, characterized in that the locking-relevant data are exported.

Method according to one of claims 1 to 16, characterized in that the locking-relevant data in the object control or the PLC can be entered.

Method according to one of Claims 1 to 17, characterized in that the following locking-relevant data can be exported and entered into the object control and / or the PLC: object, path of the object, start and end of the lock, logical channel.

Method according to one of Claims 1 to 18, characterized in that standstill phases of the movable objects are displayed in the table (s).