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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein interaktives Mensch-Roboter System, wobei ein Roboter und ein Mensch sich gleichzeitig denselben Arbeitsbereich teilen, um interaktive Arbeit auszuführen.
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2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
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In den letzten Jahren wurden interaktive Mensch-Roboter Systeme entwickelt, bei denen Menschen und Roboter gemeinsam auf der Produktionsfläche vorgesehen sind und die Produktionsarbeit, die zwischen den Menschen und den Robotern aufgeteilt ist, aufgeteilt und ausgeführt wird. Bei derartigen interaktiven Mensch-Roboter Systemen wird erwartet, dass sich die laufenden Kosten in der Produktion verringern und sich die Produktionseffizienz erhöht.
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Bei einem interaktiven Mensch-Roboter System gibt es jedoch Gefahren, wie zum Beispiel, dass ein Roboter einen Menschen erfasst oder dass sich Finger eines Menschen zwischen den Armen eines Roboters verfangen. Wenn insbesondere ein Roboter mit einer hohen Geschwindigkeit betätigt werden kann oder wenn die Leistung eines Roboters hoch ist, kann ein Mensch übermäßige Kraft von einem Roboter erfahren. Somit werden Sicherheitsmaßnahmen gegen derartige Gefahren für ein interaktives Mensch-Roboter System nachgesucht.
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Ein herkömmliches Robotersystem ist mit einer Kollisionserkennungsfunktion ausgestattet, die ausgehend von abnormalem Drehmoment, welches von dem Manipulatorteil des Roboters erzeugt wird, eine Kollision eines Roboters mit seiner Umgebung erfasst. Wenn durch diese Kollisionserfassungsfunktion eine Kollision ermittelt wird, erfolgt eine Steuerung, die die Tätigkeit des Roboters anhält oder ansonsten die Kollisionskraft verringert. Deswegen werden sowohl der Schaden an dem Roboter und den an dem Roboter befindlichen Vorrichtungen als auch an den umgebenden Anlagen auf ein Mindestmaß beschränkt.
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Wenn jedoch eine Kollisionserfassungsfunktion zum Erfassen einer Kollision zwischen einem Menschen und einem Roboter verwendet wird, ist es notwendig, die Empfindlichkeit bei einer Kollision zu erhöhen, um die Sicherheit für den Menschen zu gewährleisten. Aus diesem Grund wird es angestrebt, das Reibmoment der Getriebe oder Drehzahlminderer etc., welches an unterschiedlichen Teilen eines Roboters vorgesehen ist, genau abzuschätzen. In diesem Zusammenhang schwankt das Reibmoment in Abhängigkeit der Außentemperatur und des Betriebszustands des Roboters, sodass die Abschätzung des Reibmoments mit einer hohen Genauigkeit schwierig ist. Somit war es schwierig, eine Kollision zwischen einem Menschen und einem Roboter basierend auf den Drehmomenten des Manipulatorteils eines Roboters genau zu ermitteln und eine Verletzung des Menschen zu verhindern.
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Weiterhin offenbaren das
japanische Patent mit der Nummer 3099067 , das
japanische Patent mit der Nummer 4168441 , das
japanische Patent mit der Veröffentlichungsnummer (A) 2008-213119 und das
japanische Patent mit der Veröffentlichungsnummer (A) 2009-34755 einen Transportroboter zum Transportieren eines Gegenstands. Eine derartige Transporttätigkeit ist eine interaktive Arbeit, bei der ein Mensch und ein Roboter zwei Seiten eines beförderten Gegenstands anheben, wenn ein beförderter Gegenstand mit großer Abmessung oder ein schwerer, beförderter Gegenstand transportiert wird. Weiterhin ermittelt der Kraftsensor, der zwischen dem Roboter und dem beförderten Gegenstand vorgesehen ist, die Kraftrichtung, die der Mensch beim Ausführen der interaktiven Arbeit aufbringt und die den Roboter beim Transport in diese Richtung unterstützt. Der Stand der Technik, der in dem japanischen Patent mit der Nummer 3099067, dem japanischen Patent mit der Nummer 4168441, dem japanischen Patent mit der Veröffentlichungsnummer (A) 2008-213119 und dem japanischen Patent mit der Veröffentlichungsnummer (A) 2009-34755 veröffentlicht ist, ermittelt die Kraft, die von einem beförderten Gegenstand zwischen einem Menschen und einem Roboter erzeugt wird, und ermöglicht die Steuerung des Roboters, sodass die erzeugte Kraft einen Sollwert nicht überschreitet.
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Wenn jedoch ein Mensch direkten Kontakt mit einem Roboter hat ohne einen zwischen ihnen angeordneten, beförderten Gegenstand, wird die Kraft, die zwischen dem Mensch und dem Roboter auftritt, nicht erfasst. Auch wenn ferner ein Kraftsensor zum Erfassen der Kraft zwischen dem Arm und der Hand eines Roboters etc. angebracht ist, ist es nicht möglich, den Kontakt des Menschen mit dem Armteil des Roboters zu erfassen, den der Sensor nicht erfassen kann. Deswegen war es im Stand der Technik nicht möglich, ein Robotersystem bereitzustellen, welches eine sichere, interaktive Arbeit ermöglicht, wenn eine Möglichkeit bei einem Menschen und einem Roboter bestand, dass sie in direkten Kontakt gelangen.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieses Problems gemacht und hat als ihre Aufgabe die Bereitstellung eines interaktiven Mensch-Roboter Systems, welches die Sicherheit eines Menschen gewährleisten kann, sogar in einer Umgebung, in der ein Mensch und ein Roboter miteinander in Kontakt treten können.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Zum Lösen der oben beschriebenen Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt ein interaktives Mensch-Roboter System bereitgestellt, wobei ein Roboter und ein Mensch sich einen Bereich zum Ausführen einer interaktiven Arbeit teilen, wobei das interaktive Mensch-Roboter System durch einen Kraftsensor gekennzeichnet ist, der an einem Endeffektor bzw. Greiforgan angebracht ist, der an einem vorderen Ende des Roboters angebracht ist, oder der an dem Roboter angebracht ist, und dann, wenn der ermittelte Wert des Kraftsensors einen Sollwert überschreitet, den Roboter anhält oder die Tätigkeit des Roboters steuert, sodass ein ermittelter Wert des Kraftsensors kleiner wird. Der Roboter weist einen ersten Roboterabschnitt auf, der weiter vom Mensch als an einer vorgegebenen Position des Kraftsensors entfernt angeordnet ist, und einen zweiten Roboterabschnitt, der näher an dem Menschen als an der gesetzten Position des Kraftsensors angeordnet ist. Das Robotersystem ist mit einem Begrenzer versehen, der einen Arbeitsbereich des Menschen begrenzt, sodass der Kontakt durch den Menschen mit dem ersten Roboterabschnitt des Roboters während der Tätigkeit verhindert wird, selbst dann, wenn der Roboter dem Menschen sehr nahe kommt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird der erste Aspekt vorgesehen, wobei der Kraftsensor zwischen dem Roboter und dem Endeffektor angebracht ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird der erste Aspekt vorgesehen, wobei der Roboter einen Standfuß und eine Endeffektor-Halterung zum Anbringen des Endeffektors umfasst und wobei der Kraftsensor zwischen der Endeffektor-Halterung und dem Standfuß des Roboters angebracht ist.
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Gemäß einem vierten Aspekt wird einer der Aspekte eins bis drei vorgesehen, wobei der Begrenzer ein Sicherheitszaun ist, der mit zumindest einer Öffnung ausgebildet ist, durch die der zweite Roboterabschnitt passieren kann.
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Gemäß einem fünften Aspekt wird der vierte Aspekt vorgesehen, wobei der Sicherheitszaun an einer Position des Kraftsensors aufgestellt ist, für einen Fall, in dem der Roboter dem Menschen sehr nahe kommt oder er an einer Position näher an dem Menschen als an einer Position des Kraftsensors angebracht ist.
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Gemäß einem sechsten Aspekt wird einer der Aspekte eins bis drei vorgesehen, wobei der Begrenzer ein Bereichssensor ist, der erfasst, wenn der Mensch dem ersten Roboterabschnitt näher kommt, und wobei ein zweidimensionaler Erfassungsbereich des Bereichssensors mit zumindest einem inaktiven Erfassungsgebiet ausgebildet ist, welches der zweite Roboterabschnitt passieren kann.
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Gemäß einem siebten Aspekt wird der sechste Aspekt vorgesehen, wobei der zweidimensionale Bereich des Bereichssensors an einer Position des Kraftsensors angebracht ist, für einen Fall, in dem der Roboter dem Menschen sehr nahe kommt oder er an einer Position näher an dem Menschen als an der Position des Kraftsensors angebracht ist.
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Gemäß einem achten Aspekt wird einer der Aspekte eins bis drei vorgesehen, wobei der Begrenzer an dem Roboter, an dem Endeffektor oder an dem Kraftsensor angebracht ist.
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Gemäß einem neunten Aspekt wird der achte Aspekt vorgesehen, wobei der Begrenzer ein plattenförmiges Element ist.
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Gemäß einem zehnten Aspekt wird der neunte Aspekt vorgesehen, wobei das plattenförmige Element an einer vorgegebenen Position des Kraftsensors angebracht ist oder es an einer Position näher am Menschen als an der Position des Kraftsensors angebracht ist.
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Gemäß einem elften Aspekt wird der achte Aspekt vorgesehen, wobei der Begrenzer ein Bereichssensor ist, der erfasst, wenn der Mensch sich dem ersten Roboterabschnitt nähert.
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Gemäß einem zwölften Aspekt wird der elfte Aspekt vorgesehen, wobei der Bereichssensor an einer vorgegebenen Position des Kraftsensors angebracht ist oder er an einer Position näher an dem Menschen als an der Position des Kraftsensors angebracht ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Lichte der detaillierten Beschreibung der beispielhaften Ausführungsbeispiele davon deutlicher, wie in den Zeichnungen veranschaulicht, wobei
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1 eine Seitenansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine perspektivische Teilansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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3 eine Seitenansicht des interaktiven Mensch-Roboter Systems dargestellt in 2 veranschaulicht;
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4 eine Seitenansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 eine Seitenansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt;
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6 eine perspektivische Ansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 eine Seitenansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 eine perspektivische Teilansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in noch einem Ausführungsbeispiel zeigt;
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9 eine perspektivische Ansicht eines interaktiven Robotersystems in einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 eine Seitenansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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11 eine Darstellung veranschaulicht, die eine Abwandlung des interaktiven Mensch-Roboter Systems zeigt, welches in 10 dargestellt ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. In den nachfolgenden Zeichnungen werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Um das Verständnis zu erleichtern sind diese Figuren im Maßstab passend abgeändert.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem in 1 gezeigten interaktiven Mensch-Roboter System befinden sich ein Mensch 1 und ein Roboter 2 an Positionen nahe beieinander zum Ausführen einer Arbeit auf eine interaktive Weise. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Roboter 2 ein vertikaler mehrgelenkiger Manipulator. Sein Standfuß ist an dem Boden L befestigt.
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Ein Teil des Roboters 2 ist mit einem Kraftsensor 4 versehen, wie in 1 dargestellt. Der Kraftsensor 4 ist mit einer nicht dargestellten Steuervorrichtung verbunden. Wenn der ermittelte Wert des Kraftsensors 4 einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wenn der Mensch 1 und der Roboter 2 in Kontakt treten, hält die Steuervorrichtung den Roboter 2 an oder betätigt den Roboter 2 derart, sodass der ermittelte Wert des Kraftsensors 4 kleiner wird. Hierbei verringert der Kraftsensor 4 das Aufbringen einer übermäßigen Kraft durch den Roboter 2 auf den Menschen 1.
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Hierbei wird der Abschnitt des Roboters 2, der von dem Kraftsensor 4 weiter entfernt angeordnet ist, mit Blickrichtung von dem Menschen 1 aus, als ”erster Roboterabschnitt 6” bezeichnet, während der Abschnitt des Roboters 2, der näher an dem Menschen 1 als an dem Kraftsensor 4 angeordnet ist, als ”zweiter Roboterabschnitt 7” wird. Der zweite Roboterabschnitt 7 ist der Abschnitt, der durch den Kraftsensor 4 reduziert wird, sodass die übermäßige Kraft nicht an den Menschen 1 angelegt wird und somit keine Verletzung dem Menschen 1 zugefügt wird.
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Im Gegensatz hierzu, kann der Mensch 1 eine übermäßige Kraft von dem ersten Roboterabschnitt 6 erfahren, wenn sich der erste Roboterabschnitt 6 und der Mensch 1 gegenseitig kontaktieren. Wenn insbesondere der Roboter 2 mit einer hohen Geschwindigkeit betätigt werden kann oder wenn die Leistung des Roboters erheblich ist, dann kann der Mensch 1 eine weitere übermäßige Kraft von dem Roboter 2 erfahren.
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Deswegen ist in der vorliegenden Erfindung ein Begrenzer 5 zwischen dem Menschen 1 und dem Roboter 2 vorgesehen, der den Arbeitsbereich des Menschen 1 begrenzt. Aufgrund dieses Begrenzers 5 werden der Mensch 1 und der erste Roboterabschnitt 6 des betätigten Roboters am gegenseitigen Kontakt gehindert und der Mensch 1 kann lediglich den zweiten Roboterabschnitt 7 kontaktieren, der nicht in der Lage ist, den Menschen 1 zu verletzen. In der vorliegenden Erfindung werden somit ein Begrenzer 5, der den Kontakt zwischen dem Menschen 1 und dem ersten Roboterabschnitt 6 des betätigten Roboters reduziert, und ein Kraftsensor 4, der dazu eingerichtet ist, dass der zweite Roboterabschnitt 7 keine übermäßige Kraft entwickelt, verwendet, um einem Menschen 1 zu ermöglichen, eine sichere interaktive Arbeit mit einem Roboter 2 auszuführen ohne eine übermäßige erzeugte Kraft von irgendeinem Teil des Roboters 2 zu erfahren.
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Der Begrenzer 5, der den Kontakt zwischen dem Menschen 1 und dem ersten Roboterabschnitt 6 des betätigten Roboters begrenzt, kann in unterschiedlichen Ausgestaltungen vorliegen. 2 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem Ausführungsbeispiel. In 2 ist der Begrenzer 5 ein Sicherheitszaum 50.
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Der Roboter 2 weist einen Endeffektor 3 auf, der an ihm angebracht ist, wie in 2 dargestellt. Der Kraftsensor 4 ist zwischen dem Roboter 2 und dem Endeffektor 3 angeordnet. Der Endeffektor 3 ist eine Vorrichtung, die an dem Roboter 2 zum Ausführen der Arbeit angebracht ist. Der Endeffektor 3 umfasst Hand-Anwendungen zum Ergreifen oder anderweitigen Handhaben eines Teils, Montageanwendungen zum Verschrauben, Auftragen eines Klebers, Ausführen einer Einsetzarbeit oder Schweißen, Nebentätigkeitsanwendungen für Anweisungsarbeiten für den Menschen 1 durch einen Laserpointer oder für Hilfsarbeiten für einen Menschen 1, Werkzeuganwendungen etc..
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In 2 ist der zweite Roboterabschnitt 7 der Endeffektor 3, während der erste Roboterabschnitt 6 der Roboterkörper 2 ohne den Endeffektor 3 ist. Der Begrenzer 5 ausgebildet durch den Sicherheitszaun 50 begrenzt den Kontakt zwischen dem Menschen 1 und dem ersten Roboterabschnitt 6. Der Sicherheitszaun 50 ist mit einer Öffnung 15 ausgestaltet, wie veranschaulicht. Die Öffnung 15 weist das minimale Ausmaß der Abmessung auf, um es dem Menschen 1 und dem zweiten Roboterabschnitt 7 zu ermöglichen, gegenseitig in Kontakt zu treten. Der Mensch 1 und der zweite Roboterabschnitt 7 (Endeffektor 3) treten untereinander durch diese Öffnung 15 in Kontakt. Weiterhin kann der Mensch nicht durch diese Öffnung 15 gehen, um mit dem ersten Roboterabschnitt 6 in Kontakt zu treten.
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Da der Kraftsensor 4 auf diese Weise zwischen dem Roboter 2 und dem Endeffektor 3 angebracht ist, wenn der Mensch 1 und der Roboter 2 bei einer interaktiven Arbeit ineinandergreifen, wird der zweite Roboterabschnitt 7, ausgebildet durch den Endeffektor 3, keine übermäßige Kraft auf den Menschen 1 auszuüben. Ferner ist der Begrenzer 5, ausgebildet durch den Sicherheitszaun 50, so angeordnet, dass der Mensch 1 niemals direkt mit dem ersten Roboterabschnitt 6 in Kontakt tritt, durch den er möglicherweise übermäßige Kraft erfährt. Der Mensch kann lediglich den zweiten Roboterabschnitt 7 kontaktieren, der durch die Öffnung 15 gelangt, wodurch eine sichere interaktive Arbeit ausgeführt werden kann.
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Wenn der Mensch 1 und der Roboter 2 sich bei einer interaktiven Arbeit ineinandergreifen, ist faktisch meistens der einzige Teil, der den Kontakt von dem Menschen 1 und dem Roboter 2 erfordert, der Endeffektor 3. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kontakt mit dem Menschen 1 auf lediglich den Endeffektor 3 reduziert, sodass eine sichere, interaktive Arbeit mit minimal notwendigem Ausmaß an Einschränkung durchgeführt werden kann.
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3 ist eine Seitenansicht des interaktiven Mensch-Roboter Systems aus 2. In 3 erstreckt der Roboter 2 seinen Arm bis zur Begrenzung in horizontaler Richtung. Daher gelangt der Endeffektor 3, der an dem vorderen Ende des Arms angebracht ist, durch die Öffnung 15 des Sicherheitszauns 50 und kommt dem Mensch 1 sehr nahe. Wie durch die durchgezogene Linie in 3 dargestellt, ist der Sicherheitszaun 50 an einer Position angeordnet, die dem Kraftsensor 4 des Roboters 2 entspricht, wenn sich der Arm des Roboters 2 in horizontaler Richtung erstreckt. Ferner ist der Sicherheitszaun 51, der durch die gestrichelten Linien in 3 veranschaulicht ist, an einer Position näher zu dem Menschen als an der Position entsprechend dem Kraftsensor 4 angebracht.
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Wenn der Sicherheitszaun 50 an einer Position entsprechend dem Kraftsensor 4 angebracht ist, wie durch die durchgezogene Linie in 3 gezeigt, wird der erste Roboterabschnitt 6 niemals über den Sicherheitszaun 5 gelangen und in den Arbeitsbereich des Menschen 1 eindringen. Somit ist es möglich, dass der Mensch 1 und der erste Roboterabschnitt 6 vollständig daran gehindert werden, sich gegenseitig zu kontaktieren.
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Wie ferner durch die gestrichelte Linie in 3 dargestellt, wird dann, wenn der Sicherheitszaun 51 an einer Position näher an dem Menschen 1 als an der Position entsprechend dem Kraftsensor 4 angebracht ist, selbst wenn ein Problem mit dem Roboter 2 den Roboter 2 dazu veranlasst, dass er dem Menschen über den üblichen Hub hinweg näher kommt, die Position des Kraftsensors 4 niemals über den Sicherheitszaun 51 hinausgehen. Auch wenn daher ein Problem mit dem Roboter 2 auftaucht, kann ein Kontakt zwischen dem Menschen 1 und dem ersten Roboterabschnitt 6 verhindert werden und die sichere, interaktive Arbeit kann ausgeführt werden.
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4 zeigt eine Seitenansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Endeffektor 3 ist in 4 an einer Endeffektor-Halterung 10 angebracht, die sich an dem vorderen Ende des Roboters 2 befindet. Weiterhin ist der Roboter 2 auf einen Standfuß 11 aufgesetzt, welcher sich auf einem Boden L befindet. Der Kraftsensor 41 ist zwischen dem Standfuß 11 und der Endeffektor-Halterung 10 angeordnet.
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Zumindest ein Teil des Sicherheitszauns 50 aus 4 ist ausgebildet, um in einer Richtung vom Menschen 1 weg geneigt zu sein. Deshalb ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel zumindest ein Teil des Sicherheitszauns 50 weiter von dem Menschen 1 entfernt positioniert, verglichen mit dem in 3 gezeigten Fall. Dadurch ist es in dem zweiten Ausführungsbeispiel möglich, einen breiteren Arbeitsbereich des Menschen 1 abzusichern.
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5 zeigt eine Seitenansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem weiteren Ausführungsbeispiel. In 5 ist der Kraftsensor 42 an dem Endeffektor 3 ausgebildet. Der Sicherheitszaun 50 ist in 5 an einer Position entsprechend dem Kraftsensor 42 angebracht, wenn der Roboter 2 seinen Arm bis zur Begrenzung in horizontaler Richtung ausstreckt. Deshalb ist es möglich, im Vergleich zu dem Fall, in dem der Kraftsensor 4 zwischen dem Roboter 2 und dem Endeffektor 3 angebracht ist, einen größeren Bereich des ersten Roboterabschnitts 6 abzusichern. Der betriebsfähige Bereich des Roboters 2 wird größer, sodass eine interaktive Arbeit zwischen dem Mensch 1 und dem Roboter 2 möglich wird, ohne die Verringerung der Freiheitsgrade der Robotertätigkeit.
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Anstatt eines Sicherheitszauns 50 ist in 6 ein Bereichssensor 8 als Begrenzer 5 angeordnet. Der Bereichssensor 8 ist zum Beispiel ein Laserscanner-Sensor, der den Bereich durch einen Laserschleier oder Laserstrahl abtastet, um ein Objekt zu ermitteln, und er ist mit einem Sensorkopf 8a versehen, zum Abgeben eines Laserstrahls etc. und zum Erfassen eines Zugangs eines Objekts durch seine Reflektion, und einem zweidimensionalen Erfassungsbereichs 8b, der durch den Sensorkopf 8a gebildet wird. Der Erfassungsbereich 8b weist eine vertikal verlaufende Oberfläche auf, wie in 6 dargestellt, die dem Mensch 1 und dem Roboter 2 trennt.
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Der Sensorkopf 8a ist in 6 über dem Mensch 6 und dem Roboter 2 angebracht. Jedoch kann der Sensorkopf 8a auch unterhalb und/oder an der Seite des Menschen 1 und des Roboters 2 gesetzt sein in Übereinstimmung mit der Umgebung etc.. Weiterhin ist es ebenso möglich, eine Vielzahl an Bereichssensoren 8 anzubringen. In diesem Fall ist es möglich, kleinere Erfassungsbereiche zu definieren.
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Wie in 6 gezeigt, umfasst der Erfassungsbereich 8b eine minimal notwendige Abmessung des Inaktiven Erfassungsgebiets 12. Selbst wenn der Mensch 1 und der Endeffektor 3 etc. des Roboters 3 in ein derartiges inaktives Erfassungsgebiet 12 eindringt, ist dieses dazu ausgebildet, um nicht von dem Kopfsensor 8a erfasst zu werden. Ein einzelnes inaktives Erfassungsgebiet 12 aus 6 erstreckt sich aus dem Erfassungsbereich 8b von einer Stelle entsprechend dem Endeffektor 3 des Roboters 2 abwärts zum Boden. Jedoch ist die Form des inaktiven Erfassungsgebiets 12 nicht auf den Gehalt der 6 limitiert. Es ist möglich, alle Arten von Formen des inaktiven Erfassungsgebiets 12 zu verwenden, durch den der zweite Roboterabschnitt 7 durchfahren kann.
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In 6 tritt der zweite Roboterabschnitt 7, zum Beispiel der Endeffektor 3, in den Arbeitsbereich des Menschen 1 ein durch das inaktive Erfassungsgebiet 12 des Erfassungsbereichs 8b. Anschließend kann der Mensch 1 den zweiten Roboterabschnitt 7 kontaktieren, um eine interaktive Arbeit auszuführen.
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Ferner ist es auch möglich, einen Bereichssensor 8 zu verwenden, bei dem der Erfassungsbereich 8b willkürlich gesetzt werden kann. In diesem Fall ist es möglich, den Erfassungsbereich 8b und das inaktive Erfassungsgebiet 12 in einer Umgebung willkürlich zu verändern, die sich in Abhängigkeit der Fertigungsstraße ändern. Mit anderen Worten, es ist möglich, das inaktive Erfassungsgebiet 12 flexibel und dynamisch festzulegen in Abhängigkeit der Position des Roboters 2 und der Charakteristik der inaktiven Arbeit.
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Beim Schalten zwischen dem aktiven/inaktiven Zustand des inaktiven Erfassungsgebiets 12 ist es ferner auch möglich, die Einstellung so zu ändern, dass der Mensch 1 und der Roboter 2 kurzeitig unabhängig in unterschiedlichen Bereichen arbeiten. Es ist ferner ebenso möglich, eine Kamera (nicht dargestellt) bereitzustellen, die die Positionen des Menschen 1 oder des Roboters 2 oder des Endeffektors 3 überwacht. Es ist möglich, diese Kamera zu verwenden, um den Kontakt zwischen dem Menschen 1 und dem ersten Roboterabschnitt 6 zu überwachen, sodass es möglich ist, die Kamera anstelle des Begrenzers 5 oder des Bereichssensors 8 zu verwenden.
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Wie durch eine nochmalige Bezugnahme auf 3 ersichtlich sein kann, ist es ebenfalls möglich, den Bereichssensor 8 so zu setzen, dass der Erfassungsbereich 8b des Bereichssensors 8 die Position des Sicherheitszauns 50 einnimmt. Ferner ist es möglich, den Bereichssensor 8 so festzulegen, dass der Erfassungsbereich 81b des Bereichssensors 8 die Position des Sicherheitszauns 51 einnimmt. Wenn der Bereichssensor 8 derart positioniert wird, dass der Erfassungsbereich 81b die Position des Sicherheitszauns 51 einnimmt, weist der Erfassungsbereich 8b eine Position näher an dem Menschen als an dem Kraftsensor 4 auf. Selbst wenn somit eine Erfassung in dem Erfassungsbereich 81b verspätet erfolgt oder sich ein Problem mit dem Roboter 2 ereignet, ist es möglich, den Kontakt zwischen dem Menschen 1 und dem betätigten Roboter 2 zuverlässig zu verhindern.
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7 zeigt eine Seitenansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In 7 ist ein Flansch 9 als Begrenzer 5 direkt an einem Teil des Roboters 2 angebracht. Der Flansch 9 kann auch an dem Endeffektor 3 angebracht sein und ferner kann er auch direkt an dem Kraftsensor 4 angebracht sein. Hierbei ist festzustellen, dass der Kraftsensor 4 nicht nur zwischen dem Roboter 2 und dem Endeffektor 3 angebracht sein kann, sondern auch an anderen Positionen des Roboters 2.
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In dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel bewegt sich der Flansch 9, während er der Bewegung des Roboters nachfolgt. Unabhängig von der Position und der Stellung des Roboters 2 ist es daher möglich, den Kontakt zwischen dem Menschen 1 und dem ersten Roboterabschnitt 6 zuverlässig zu verhindern, und es ist ferner möglich, den Freiheitsgrad des Robotersystems zu erhöhen.
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Wenn ferner der Flansch 9 an dem Kraftsensor 4 angebracht ist, wie in 7 dargestellt, ist es möglich, einen Mensch 1 daran zu hindern, am Flansch 9 vorbei zu gelangen und den ersten Roboterabschnitt 6 zu kontaktieren. Wenn ferner ein ähnlich geformter Flansch 92b an einem Teil näher an dem Menschen 1 als an dem Kraftsensor 4 angebracht ist, wie beispielsweise bei der Anbringung an dem Endeffektor 3, ist es möglich, den Kontakt zwischen dem Menschen 1 und dem ersten Roboterabschnitt 6 zuverlässig zu vermeiden.
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8 ist eine perspektivische Teilansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem noch weiteren Ausführungsbeispiel. In 8 ist ein im Wesentlichen kreisförmiges plattenförmiges Element 91 als ein spezielles Beispiel für einen Flansch 9 veranschaulicht.
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In diesem Fall ermöglicht das plattenförmige Element 91 dem Mensch 1, physikalisch von dem ersten Roboterabschnitt 6 zuverlässig getrennt zu sein. Der Mensch 1 kann lediglich mit dem zweiten Roboterabschnitt 7 in Kontakt treten. Wie oben beschrieben, wird der zweite Roboterabschnitt 7 durch den Kraftsensor 4 gesteuert, um dem Menschen 1 keine übermäßige Kraft zuzuführen. Deshalb ermöglicht es das plattenförmige Element 91 und der Kraftsensor 4 dem Menschen 1, eine interaktive Arbeit mit dem Roboter 2 sicher auszuführen.
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Wie oben beschrieben kann das plattenförmige Element 91 auch an dem Endeffektor 3 angebracht sein, solang wie es einen Kontakt zwischen dem Menschen 1 und dem ersten Roboterabschnitt 6 verhindern kann. Ferner kann es an dem Kraftsensor 4 angebracht sein. Außerdem kann der Kraftsensor 4 an einem Teil des Roboters 2 angebracht sein, Ferner kann er innerhalb des Endeffektors 3 angeordnet sein.
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9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 9 führt der Bereichssensor 92 die Aufgaben des Begrenzers 5 aus, um einem Menschen 1 am Kontakt mit dem ersten Roboterabschnitt 6 zu hindern. Ferner umfasst der Bereichssensor 92 einen Kopfsensor 92a, der in der Nähe des vorderen Endes des Roboters 2 angebracht ist und einen zweidimensionalen Erfassungsbereich 92b aufweist, der durch den Sensorkopf 92a gebildet wird.
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In dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich der Kopfsensor 92a an dem Kraftsensor 4, der zwischen dem Roboter 2 und dem Endeffektor 3 angebracht ist. Jedoch kann der Kopfsensor 92a auch an dem Endeffektor 3 angebracht sein oder er kann an einem anderen Teil des Roboters 2 angebracht sein. Das Anbringen einer Vielzahl an Kopfsensoren 92a, um kleinere Erfassungsbereiche 92b zu definieren, ist ferner auch in dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
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Wenn ein Mensch 1 versucht, den ersten Roboterabschnitt 6 (Roboterkörper 2) zu berühren, erfasst der Bereichssensor 92, dass der Mensch 1 und der erste Roboterabschnitt 6 sich einander annähern. Deswegen steuert eine Steuervorrichtung (nicht dargestellt) den Roboter 2, um anzuhalten oder sich zurückzuziehen. Deswegen wird ein Mensch 1 niemals mit dem ersten Roboterabschnitt 6 in Kontakt treten und eine übermäßige Kraft von dem ersten Roboterabschnitt 6 erfahren.
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Es ist auch ferner möglich, einen Bereichssensor 92 zu verwenden, der einen Erfassungsbereich 92b frei festlegen kann. In diesem Fall ist es möglich, den Erfassungsbereich 92b willkürlich in einer Umgebung zu verändern, die sich entsprechend der Fertigungsstraße ändert.
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Wie es unter nochmaliger Bezugnahme auf 7 veranschaulicht werden kann, ist es ebenfalls möglich, den Sensorkopf 91a an dem Endeffektor 4 anzubringen, sodass der Erfassungsbereich 92b des Bereichssensors 92 die Position des Flanschs 9 einnimmt. Ferner ist es auch möglich, den Sensorkopf 92a an dem Kraftsensor 4 anzubringen. Wenn der Sensorkopf 92a an dem Endeffektor 3 angebracht wird, ist der Erfassungsbereich 92b von der Position her näher an dem Menschen 1 als an dem Kraftsensor 4. Auch wenn daher eine Erfassung in dem Erfassungsbereich 92b verzögert erfolgt oder ein Problem mit dem Roboter 2 sich ereignet, ist es möglich, den Kontakt zwischen dem Menschen 1 und dem betätigten Roboter 2 zuverlässig zu verhindern.
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Der Roboter 2 aus den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein vertikaler mehrgelenkiger Manipulator mit einem Standfuß 11, der an dem Boden L befestigt ist. Jedoch ist es ebenfalls möglich, einen anderen Typ Roboter 2 zu verwenden, zum Beispiel einen horizontalen mehrgelenkigen Roboter oder einen Roboter mit einer parallelen Verbindungsstruktur.
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10 zeigt eine Seitenansicht eines interaktiven Mensch-Roboter Systems in einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Roboter 2 aus 10 weist einen Standfuß 11 auf, der an einem bewegbaren Wagen 13 angebracht ist, der in der Lage ist, sich über den Boden L zu bewegen. Wenn der Kraftsensor 4 aus 10, der zwischen dem Roboter 2 und dem Endeffektor 3 angeordnet ist, übermäßige Kraft ermittelt oder der Begrenzer 5 ermittelt, dass der Mensch 1 den ersten Roboterabschnitt 6 kontaktiert dann wird nicht nur der Arm des Roboters 2, sondern auch der Wagen 13 gesteuert, um anzuhaften oder sich zurückzuziehen. Somit kann auch in dem sechsten Ausführungsbeispiel der Mensch 1 und der Roboter 2 eine sichere interaktive Arbeit ausführen. Es ist zu bemerken, dass es anstelle des Sicherheitszauns 5 auch möglich ist, ein wie eine Wand geformtes Objekt und/oder einen Bereichssensor in der gleichen Art und Weise wie oben beschrieben zu verwenden.
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Ferner ist in 11 eine Ansicht veranschaulicht, die ein abgeändertes interaktives Mensch-Roboter System zeigt, wie in 10 dargestellt. Es ist möglich, wie in 11 dargestellt, einen Roboter 2 mit einem bewegbaren Wagen 13 zu verwenden, der anstelle des Arms des Roboters 2 eine Veränderung 14 aufweist, die sich in vertikaler Richtung erstreckt. In diesem Fall ist der Endeffektor 3 an dem vorderen Ende der Verlängerung 14 angebracht, während der Kraftsensor 4 zwischen dem Endeffektor 3 und der Verlängerung 14 angeordnet ist. Auch in diesem Fall sind die gleichen Wirkungen, wie oben beschrieben, deutlich enthalten.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Nach dem ersten Aspekt der Erfindung, der einen Begrenzer vorsieht, kann ein Mensch mit einem Teil eines Roboters nur in Kontakt treten, der näher an dem Menschen als an einem Kraftsensor des betätigten Roboters (zweites Roboterteil) angeordnet ist. Wenn ferner ein Mensch und der zweite Roboterteil sich kontaktieren, ist es aufgrund der Steuerung durch den Kraftsensor möglich, zu verhindern, dass dem Mensch eine übermäßige Kraft von dem Roboter zugeführt wird und zu verhindern, dass dem Mensch eine übermäßige Kraft von allen möglichen Teilen des Roboters zugeführt wird. Auch in einer Umgebung, in der der Kontakt zwischen einem Menschen und einem Roboter sich ereignen kann, ist es daher möglich, eine interaktive Arbeit auszuführen, während die Sicherheit des Menschen gewährleistet wird.
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In dem zweiten Aspekt der Erfindung wenn der Kraftsensor zwischen dem Roboter und dem Endeffektor angebracht ist, wird der Körper des Roboters zum ersten Roboterteil, während der Endeffektor zum zweiten Roboterteil wird. Der Mensch kann lediglich mit dem Endeffektor in Kontakt treten, sodass es möglich ist, eine interaktive Arbeit auszuführen, während die Sicherheit des Menschen gewährleistet wird.
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In dem dritten Aspekt der Erfindung, wenn der Kraftsensor zwischen der Endeffektor-Halterung und dem Standfuß des Roboters angebracht ist, ist das erste Roboterteil an einer Position weit entfernt von dem Menschen angebracht, sodass es möglich ist, den Begrenzer an eine Position weit entfernt von dem Menschen zu setzen. Deshalb ist es möglich, einen breiten Arbeitsbereich für den Menschen abzusichern und ist es möglich, eine sichere interaktive Arbeit auszuführen ohne die Beeinträchtigung der Arbeitseffizienz des Menschen.
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In dem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Sicherheitszaun, an dem eine Öffnung ausgebildet ist, als Begrenzer verwendet. Somit kann ein Mensch mit dem zweiten Roboterteil nur physikalisch in Kontakt treten. Deshalb ist es möglich, den Menschen von dem ersten Roboterteil zuverlässig zu separieren, der eine übermäßige Kraft erzeugen könnte.
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In dem fünften Aspekt der Erfindung wenn der Sicherheitszaun an der Position des Kraftsensors angebracht ist, in dem Fall, wenn der Roboter dem Menschen sehr nahe kommt, kann der Mensch am Kontakt mit dem ersten Roboterteil gehindert werden. Wenn der Sicherheitszaun an einer Position näher am Menschen als an einer derartigen Position des Kraftsensors angebracht ist, kann der Kontakt eines Menschen mit dem ersten Roboterteil verhindert werden, selbst dann, wenn ein Problem den Roboter dazu veranlasst, den menschlichen Bereich wesentlich näher als an einer vorbestimmten Position zu kommen.
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In dem sechsten Aspekt der Erfindung kann ein Mensch und ein Roboter gegenseitig nur in einem inaktiven Erfassungsgebiet des Erfassungsbereich in Kontakt treten, sodass es möglich ist, den Bereich des ersten Roboterteils des Roboters und den Bereich des Menschen zuverlässig zu trennen. Wenn fernen ein Bereichssensor verwendet wird, der ein inaktives Erfassungsgebiet frei setzen kann, kann der Freiheitsgrad der interaktiven Arbeit verbessert werden durch die Abänderung des Bereichs der interaktiven Arbeit zwischen dem Menschen und dem Roboter oder durch die Abänderung des Erfassungsbereichs, sodass keine Störungen mit der Umgebung auftreten.
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In dem siebten Aspekt der Erfindung, wenn ein Bereichssensor an die Position des Kraftsensors angebracht ist, in dem Fall, in dem der Roboter dem Menschen sehr nahe kommt, ist es möglich, den Kontakt zwischen dem ersten Roboterteil des betätigten Roboters und einem Menschen zu verhindern. Wenn ein Bereichssensor an einer Position näher an dem Menschen als an einer derartigen Position des Kraftsensors angebracht ist, kann der Kontakt des ersten Roboterteils des betätigten Roboters mit dem Menschen verhindert werden, auch dann, wenn sich ein Problem ergibt, in dem der Roboter dem menschlichen Bereich näher als einer vorbestimmten Position kommt.
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In dem achten Aspekt der Erfindung, in dem ein Begrenzer an dem Roboter, an dem Endeffektor oder an dem Kraftsensor angebracht ist, ist es möglich, den Kontakt zwischen dem ersten Roboterteil des betätigten Roboters und einem Menschen zu verhindern, ohne Rücksicht auf die Position und Stellung des Roboters. Demzufolge ist es möglich, ein interaktives Mensch-Roboter System mit einem höheren Freiheitsgrad bereitzustellen.
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In dem neunten Aspekt der Erfindung ist es möglich, den Bereich des ersten Roboterteils und den Bereich des Menschen physikalisch zuverlässig zu trennen.
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In dem zehnten Aspekt der Erfindung, wenn ein plattenförmiges Element an dem Kraftsensor angebracht ist, ist es möglich, den Kontakt zwischen dem ersten Roboterteil und einem Menschen zu verhindern. Wenn das plattenförmige Element an einer Position näher an dem Menschen als an der Position des Kraftsensors angebracht ist, kann der Kontakt zwischen dem ersten Roboterteil und dem Menschen verhindert werden, auch dann, wenn sich ein Problem ergibt, in dem der Roboter den menschlichen Bereich näher als einer vorbestimmten Position kommt.
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In dem elften Aspekt der Erfindung wird ein Bereichssensor verwendet, sodass es möglich ist, den Erfassungsbereich auf einer einfachen Art und Weise zu verbessern, sodass keine Wechselwirkungen mit der Umgebung auftreten. Vielmehr ist möglich, des Erfassungsbereich in Abhängigkeit der Robotertätigkeit dynamisch zu verändern und somit den Freiheitsgrad des interaktiven Mensch-Roboter Systems zu verbessern.
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In dem zwölften Aspekt der Erfindung, ist es möglich, den Kontakt zwischen dem ersten Roboterteil des betätigten Roboters und einem Menschen zu verhindern, wenn ein Bereichssensor an der Position des Kraftsensors angebracht ist. Wenn ein Bereichssensor an einer Position näher an dem Menschen als an der Position des Kraftsensors angebracht ist, kann der Kontakt des ersten Roboterteils des betätigten Roboters mit dem Menschen verhindert werden, auch dann, wenn sich ein Problem ergibt, bei dem der Roboter dem menschlichen Bereich näher als einer vorbestimmte Position kommt.
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Auch wenn die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben wurde, sollte es vom Fachmann so verstanden werden, dass die vorstehenden und verschiedene andere Änderungen, Auslassungen und Hinzufügungen können darin vorgenommen werden können und ohne sich dazu von dem Wesen und dem Geltungsbereich der Erfindung zu entfernen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 3099067 [0006]
- JP 4168441 [0006]
- JP 2008-213119 A [0006]
- JP 2009-34755 A [0006]
