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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Roboters gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Verfahren zum Betreiben von Robotern sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Ein solcher Roboter umfasst mehrere bewegbar miteinander verbundene Roboterachsen, welche beispielsweise translatorisch und/oder rotatorisch relativ zueinander bewegbar sind. Bei dem Verfahren zum Betreiben eines solchen Roboters wird wenigstens eine der Roboterachsen mittels einer dem Roboter zugeordneten elektronischen Recheneinrichtung, welche auch als Steuergerät oder Steueranlage bezeichnet wird, bewegt. Mittels des Roboters ist es beispielsweise möglich, im Rahmen einer Herstellung von Kraftwagen Werkzeuge und/oder Bauteile zu bewegen. Beispielsweise kann mittels eines solchen Roboters ein Bauteil von einer ersten Stelle zu einer demgegenüber unterschiedlichen, zweiten Stelle bewegt werden. Ferner ist es möglich, ein Werkzeug mittels des Roboters zu unterschiedlichen Stellen zu bewegen, um mittels des Werkzeugs jeweilige Bauelemente an den jeweiligen Stellen zu verbinden.
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Unter der Bewegung der wenigstens einen Roboterachse mittels der Recheneinrichtung ist zu verstehen, dass die wenigstens eine Roboterachse nicht etwa manuell von einer Person, sondern automatisiert beziehungsweise automatisch bewegt wird. Im Rahmen des Verfahrens wird die wenigstens eine Roboterachse bewegt, während zumindest eine auf die wenigstens eine Roboterachse wirkende Kraft mittels wenigstens eines Sensors erfasst wird. Die Bewegung der wenigstens einen Roboterachse wird mittels der Recheneinrichtung automatisch gestoppt, wenn die erfasste Kraft einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet. Beispielsweise kann dann, wenn die erfasste Kraft den vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, darauf rückgeschlossen werden, dass es zu einer Kollision des Roboters beziehungsweise der wenigstens einen Roboterachse mit einer Person oder einem vom Roboter unterschiedlichen Objekt wie beispielsweise einem Bauteil oder einem weiteren Roboter gekommen ist. Die Bewegung des Roboters wird gestoppt, um beispielsweise übermäßige Verletzungen der Person beziehungsweise Beschädigungen des Objekts zu vermeiden.
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Ferner offenbart die
DE 60 2004 010 978 T2 eine Roboterhand, die an einem Roboter zur Handhabung eines Werkstücks angebracht ist.
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Das deutsche Patent
DE 10 2015 205 176 B3 betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Manipulators. Das Verfahren umfasst dabei ein Freigeben des Manipulators in Reaktion auf das Erkennen eines Freigabewunsches einer Bedienperson, wobei das Erkennen des Freigabewunsches ein Überwachen des Verlaufs eines einen Zustand des Manipulators charakterisierenden Messwerts umfasst. Somit wird die Robustheit der Erkennung des Freigabewunsches signifikant erhöht.
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Bei der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2015 008 577 A1 ist die Robotersteuervorrichtung so konfiguriert, dass sie einen Zustandsübergang zwischen einem Zustand, wobei eine Last eines Werkstücks nicht auf einen Roboter übertragen wird, und einem Zustand erkennt, wobei die gesamte Last des Werkstücks durch eine Hand auf den Roboter übertragen wird, und sie einen Bereich definiert, der den Roboter und die Hand zum Zeitpunkt des Beginns des Zustandsübergangs umfasst, innerhalb eines Zustandsraums, der den Zustand des Roboters und der Hand ausdrückt. Der Kollisionsbeurteilungsteil der Robotersteuervorrichtung vergleicht einen geschätzten Störwert und einen ersten Schwellenwert, wenn sich der Roboter und die Hand innerhalb des definierten Bereichs befinden, und vergleichen den Störwert und einen zweiten Schwellenwert, der sich vom ersten Schwellenwert unterscheidet, wenn sich der Roboter und die Hand außerhalb des definierten Bereichs befinden.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2013 019 450 A1 betrifft ein Verfahren zum Vermeiden einer Kollision eines wenigstens zwei Bewegungsachsen aufweisenden Roboters mit einem vom Roboter unterschiedlichen Objekt, mit den Schritten: - Erfassen wenigstens eines eine auf den Roboter an einer ersten der Bewegungsachsen wirkende Kraft charakterisierenden ersten Werts mittels zumindest eines ersten Sensors, - Erfassen wenigstens eines eine auf den Roboter an der zweiten Bewegungsachse wirkende Kraft charakterisierenden zweiten Werts mittels zumindest eines zweiten Sensors, - Beziehen der Werte auf wenigstens einen in einem kartesischen Koordinatensystem liegenden Punkt, - Aufsummieren der auf den Punkt bezogenen Werte, - Vermeiden der Kollision, wenn die Summe der aufsummierten Werte einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2013 010 290 A1 offenbart ein Verfahren zum Überwachen eines kinematisch redundanten Roboters, umfasst die Schritte: Erfassen von Gelenkkräften, die in Gelenken des Roboters wirken; Ermitteln von einer externen Wirkkraft zwischen einer roboterfesten Referenz und einer Umgebung auf Basis der erfassten Gelenkkräfte; Ermitteln von einer weiteren Überwachungsgröße, die wenigstens im Wesentlichen unabhängig von einer auf die roboterfeste Referenz wirkenden externen Kraft ist, auf Basis der erfassten Gelenkkräfte; und Überwachen der ermittelten externen Wirkkraft und der ermittelten weiteren Überwachungsgröße.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2012 015 975 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Sicherheitssystems für eine Produktionsstation mit wenigstens einem Roboter, bei welchem mittels einer Sensoreinheit am Roboter wirkende Kräfte und/oder Momente gemessen werden, wobei die gemessenen Kräfte und/oder Momente an eine Steuereinrichtung übermittelt werden, mittels welcher die gemessenen Größen mit wenigstens einem vorgegebenen Schwellwert verglichen werden, wobei der Roboter in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis gesteuert wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Sicherheitssystem für eine Produktionsstation.
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Bei der
deutschen Patentanmeldung DE 10 2009 047 033 A1 wird ein System und ein Steuerungsverfahren zur Kollisionserkennung bei Fertigungs- oder Montageautomaten vorgeschlagen, insbesondere zur Überwachung von Annäherungen von Bedienern an einen solchen Automaten. Der Fertigungs- oder Montageautomat ist dazu über einen Kräfte-Momenten-Sensor auf einem Maschinengestell gehalten, es ist eine Kräfte-Momenten-Überwachung vorhanden, an deren erstem Eingang die von dem Kräfte-Momenten-Sensor gemessenen Komponenten und an deren zweitem Eingang Sollwerte einer Steuerung des Fertigungs- oder Montageautomaten zur Bildung eines Modells anliegen und es ist aus einer Differenz zwischen den gemessenen Komponenten und den Werten des Modells eine Kollisionskraft zwischen dem Bediener und dem Fertigungs- oder Montageautomaten herleitbar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter und insbesondere sicherer Betrieb des Roboters beispielsweise nach einer durch eine Kollision verursachten Stoppbewegung realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter und insbesondere sicherer Betrieb des Roboters realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest eine nach dem Stoppen der Bewegung auf die wenigstens eine Roboterachse wirkende Kraft mittels des Sensors erfasst wird. Mit anderen Worten wird die zumindest eine nach dem Stoppen der Bewegung auf die wenigstens eine Roboterachse wirkende Kraft zumindest vorübergehend nach dem Stoppen der Bewegung der wenigstens einen Roboterachse mittels des Sensors erfasst. Ferner wird mittels der Recheneinrichtung in Abhängigkeit von der nach dem Stoppen der Bewegung erfassten Kraft wenigstens eine Bewegungsbahn berechnet, entlang welcher die wenigstens eine Roboterachse bewegbar ist, um die nach dem Stoppen der Bewegung erfasste Kraft zu verringern.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass es insbesondere bei schutzzaunlosen Montageanlagen mit Robotern zu bestimmungsgemäßen oder nichtbestimmungsgemäßen Kontakten zwischen einem Roboter und einer Person oder einem Roboter und einem von dem Roboter unterschiedlichen Objekt wie beispielsweise einem weiteren Roboter oder einem Bauteil kommen kann. Zu Kontakten zwischen einem Roboter und einer Person kommt es insbesondere bei einer sogenannten Mensch-Roboter-Kooperation (MRK), in deren Rahmen wenigstens ein erster Arbeitsvorgang mittels eines Roboters und wenigstens ein zweiter Arbeitsvorgang von einer Person durchgeführt wird. Der Roboter weist dabei einen ersten Arbeitsbereich auf, in welchem der Roboter, insbesondere die wenigstens eine Roboterachse, bewegt wird. Ferner ist der Person beispielsweise ein zweiter Arbeitsbereich zugeordnet, in welchem sich die Person bewegen kann, um beispielsweise den zweiten Arbeitsvorgang durchzuführen. Dabei können sich die Arbeitsbereiche gegenseitig überlappen, sodass es zu einem Kontakt zwischen dem Roboter und der Person kommen kann.
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Bei einem Kontakt zwischen dem Roboter und der Person kann es beispielsweise zu einer Quetschung eines Körperteils der Person kommen. Eine solche Quetschung kann zulässig sein, solange gewisse Kraft- und Druckgrenzen an dem gequetschten Körperteil eingehalten werden. Beispielsweise kann im Rahmen einer solchen Quetschung das Körperteil zwischen dem Roboter, insbesondere zwischen der wenigstens einen Roboterachse, und einem weiteren Objekt eingeklemmt werden. Im Idealfall wird ein solcher Kontakt, das heißt eine solche Kollision des Roboters mit der Person beziehungsweise einem Objekt erkannt, indem mittels des Sensors und somit anhand der mittels des Sensors erfassten Kraft erkannt wird, dass die Kraft einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
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Beispielsweise wird der Schwellenwert als erster Schwellenwert verwendet. Überschreitet beispielsweise die mittels des Sensors erfasste Kraft den ersten Schwellenwert, und bleibt die Kraft jedoch unterhalb eines zweiten, gegenüber dem ersten Schwellenwert größeren Schwellenwerts, so kann ein automatisches Freifahren des gequetschten Körperteils vorgesehen werden. Im Rahmen des automatischen Freifahrens wird vor dem Hintergrund, dass die Kraft den ersten Schwellenwert überschreitet, jedoch unterhalb des zweiten Schwellenwerts bleibt, die wenigstens eine Roboterachse derart bewegt, dass die Quetschung des Körperteils aufgehoben wird.
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Bei besonders harten Kontakten kann es jedoch vorkommen, dass die mittels des Sensors erfasste Kraft nicht nur den ersten Schwellenwert, sondern auch den zweiten Schwellenwert überschreitet, sodass besonders hohe Kräfte auf den Roboter beziehungsweise die wenigstens eine Roboterachse wirken. Unter dem Wirken und dem Erfassen von Kräften ist selbstverständlich auch das Wirken und Erfassen von Drehmomenten zu verstehen, welche somit ebenfalls mittels des Sensors erfasst werden können. Zu einer solch hohen, den zweiten Schwellenwert überschreitenden Kraft kommt es beispielsweise infolge einer ruckartigen Bewegung der Person, die sich beispielsweise bei der Quetschung des Körperteils erschreckt. Überschreitet die Kraft den zweiten Schwellenwert, so wird die Bewegung der wenigstens einen Roboterachse gestoppt, sodass der Roboter in einen sicheren Halt geht oder sogar seine Sicherheitssteuerung abschaltet. Die wenigstens eine Bewegung wird beispielsweise derart gestoppt, dass Bremsen einfallen, sodass die Bewegung der wenigstens einen Roboterachse besonders schnell gestoppt werden kann. In diesem Fall ist ein automatisches Freifahren, das heißt eine automatisches Befreien des gequetschten Körperteils nicht mehr möglich, da der Roboter nicht mehr mittels der Recheneinrichtung automatisch bewegt wird beziehungsweise bewegt werden kann.
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Beispielsweise ist es möglich, den Roboter dann manuell zu verfahren. Hierbei besteht jedoch die Unsicherheit, in welche Richtung der Roboter beziehungsweise die wenigstens einen Roboterachse bewegt werden muss, um die Quetschung aufzuheben. Wird die wenigstens eine Roboterachse beispielsweise entlang einer ungünstigen Bewegungsbahn bewegt, so kann die Quetschung im schlimmsten Fall noch verstärkt werden. Zu solch einer Situation kann es beispielsweise kommen, wenn eine Person, die die wenigstens eine Roboterachse manuell verfahren möchte, um die Quetschung aufzuheben, im Unklaren über die Ausrichtung des Koordinatensystems des Roboters ist, da das Koordinatensystem des Roboters bei dessen Applikation frei programmiert wird beziehungsweise werden kann. Somit besteht die Gefahr, die wenigstens eine Roboterachse bei der Durchführung eines manuellen Freifahrens entlang einer solchen ungünstigen Bewegungsbahn zu bewegen, dass die Quetschung verstärkt wird.
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Die Gefahr einer solchen Verstärkung der Quetschung kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden, da die wenigstens eine Roboterachse mittels der Recheneinrichtung zwar nicht beziehungsweise nicht ohne weiteres automatisch bewegt wird, jedoch wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung die Bewegungsbahn derart berechnet, dass die nach dem Stoppen der Bewegung der wenigstens einen Roboterachse erfasste und beispielsweise durch eine zuvor beschriebene Quetschung eines Körperteils einer Person bewirkte Kraft verringert oder aufgehoben wird, wenn die wenigstens eine Roboterachse tatsächlich entlang der berechneten Bewegungsbahn bewegt wird. Durch Bewegen der wenigstens einen Roboterachse entlang der berechneten Bewegungsbahn kann somit die zuvor beschriebene Quetschung sicher aufgehoben werden. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit eine Lösung bereit, mittels welcher eine Quetschung aufgehoben und somit eine Person befreit werden kann, ohne eine Verschlimmerung der Situation und somit eine Verletzung der Person oder eine Beschädigung des Roboters zu riskieren.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht auf einen Roboter gemäß einer ersten Ausführungsform, dem eine elektronische Recheneinrichtung zugeordnet ist, mittels welcher beispielsweise bei einer Quetschung eines Körperteils einer Person eine Bewegungsbahn berechnet wird, entlang welcher wenigstens eine Roboterachse des Roboters zu bewegen ist, um die Quetschung aufzuheben;
- 2 eine schematische Seitenansicht auf den Roboter gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 3 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht auf den Roboter gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 4 eine schematische Perspektivansicht auf eine Basis des Roboters gemäß einer vierten Ausführungsform;
- 5 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht auf den Roboter gemäß einer fünften Ausführungsform;
- 6 eine schematische Seitenansicht auf den Roboter gemäß einer sechsten Ausführungsform;
- 7 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht auf den Roboter gemäß einer siebten Ausführungsform;
- 8 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht auf den Roboter gemäß einer achten Ausführungsform;
- 9 schematische und geschnittene Seitenansichten auf unterschiedliche Ausführungsformen von Federelementen; und
- 10 eine schematische Perspektivansicht auf ein als Schraubenfeder ausgebildetes Federelement.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Seitenansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Roboter gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Roboter 10 wird beispielsweise im Rahmen einer Herstellung von Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, genutzt. Der Roboter 10 umfasst eine Mehrzahl von in 1 ausschnittsweise erkennbaren Roboterachsen 12a-e, welche bewegbar miteinander verbunden beziehungsweise gekoppelt sind. Somit können die Roboterachsen 12a-e rotatorisch und/oder translatorisch relativ zueinander bewegt werden. Die Roboterachse 12e ist beispielsweise als Endeffektor ausgebildet und dient beispielsweise dem Greifen von Bauteilen. Durch Greifen eines Bauteils ist das gegriffene Bauteil an der Roboterachse 12e gehalten, sodass das an der Roboterachse 12e gehaltene Bauteil mittels des Roboters 10 im Raum umherbewegt werden kann. Hierzu werden die Roboterachsen 12a-e im Raum bewegt. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass an dem Endeffektor ein Werkzeug gehalten oder der Endeffektor als Werkzeug ausgebildet ist, sodass das Werkzeug mittels des Roboters 10 im Raum umherbewegt werden kann. Somit kann das Werkzeug beispielsweise an unterschiedliche Fügestellen bewegt werden, sodass an diesen Fügestellen jeweilige Bauteile miteinander verbunden werden können. Durch den Einsatz des Roboters 10 können somit Arbeitsvorgänge automatisch beziehungsweise automatisiert durchgeführt werden.
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Der Roboter 10 kommt beispielsweise im Rahmen einer Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) zum Einsatz. Insbesondere ist die MRK als schutzzaunlose MRK ausgebildet. Dabei weist der Roboter 10 einen ersten Arbeitsbereich auf, in welchem der Roboter 10 bewegt wird. Dadurch kann mittels des Roboters 10 wenigstens ein erster Arbeitsvorgang automatisch beziehungsweise automatisiert durchgeführt werden. Dem Roboter 10 ist eine in 1 nicht erkennbare elektronische Recheneinrichtung zugeordnet, welche auch als Steuergerät oder Steueranlage bezeichnet wird. Die Recheneinrichtung steuert den Roboter 10 an, sodass der Roboter 10 mittels der Recheneinrichtung gesteuert und/oder geregelt wird. Die Roboterachsen 12a-e werden somit mittels der Recheneinrichtung und somit automatisch bewegt.
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Im Rahmen der MRK führt wenigstens eine Person wenigstens einen zweiten Arbeitsvorgang manuell aus, wobei der Person ein zweiter Arbeitsbereich zugeordnet ist, in welchem sich die Person zum Ausführen des zweiten Arbeitsvorgangs bewegt. Dabei können sich die Arbeitsbereiche gegenseitig überlappen, sodass es beispielsweise zu Kontakten beziehungsweise Kollisionen zwischen dem Roboter 10 und der Person kommen kann.
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Um aus einem solchen Kontakt zwischen dem Roboter 10 und der Person resultierende Konsequenzen in einem geringen Rahmen zu halten, ist es vorgesehen, dass zumindest eine auf wenigstens eine der Roboterachsen 12a-e wirkende Kraft mittels wenigstens eines Sensors erfasst wird, während der Roboter 10, das heißt die Roboterachsen 12a-e in dem ersten Arbeitsbereich bewegt werden. Unter dem Erfassen der Kraft ist selbstverständlich auch ein Erfassen wenigstens eines Drehmoments zu verstehen, welches aus einer entsprechenden Kraft resultiert.
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Bei dem Sensor handelt es sich vorzugsweise um einen in den Roboter 10 integrierten Sensor, welcher als Kraft- und/oder Drehmoment- und/oder Wegsensor ausgebildet ist. Insbesondere ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Roboter 10 als Leichtbauroboter (LBR) ausgebildet ist. Ein solcher Leichtbauroboter zeichnet sich durch ein geringes Gewicht sowie durch eine in den Leichtbauroboter integrierte Sensorik aus, mittels welcher Kräfte beziehungsweise Drehmomente, die entlang und/oder um jeweilige Bewegungsachsen, entlang und/oder um welche die Roboterachsen 12a-e relativ zueinander bewegbar sind, wirken, erfasst werden können.
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Der Sensor stellt wenigstens ein die durch den Sensor erfasste Kraft charakterisierendes Signal bereit, welches beispielsweise ein elektrisches Signal ist. Das die erfasste Kraft charakterisierende Signal wird an die Recheneinrichtung übertragen und von der Recheneinrichtung empfangen, sodass der Roboter 10 mittels der Recheneinrichtung in Abhängigkeit von der erfassten Kraft betrieben beziehungsweise bewegt wird.
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Mittels der Recheneinrichtung wird die erfasste Kraft beispielsweise mit wenigstens einem vorgebbaren Schwellenwert verglichen. Überschreitet die Kraft den Schwellenwert, so wird die jeweilige Bewegung der Roboterachsen 12a-e mittels der Recheneinrichtung und somit automatisch gestoppt. Zu einem solchen Stoppen der Bewegung der Roboterachsen 12a-e, das heißt zu einem solchen Stoppen der Bewegung des Roboters 10 kommt es beispielsweise dann, wenn es zu einer in 1 veranschaulichten und durch den Roboter 10 bewirkten Quetschung eines Körperteils der Person kommt. Bei diesem gequetschten Körperteil handelt es sich vorliegend um den in 1 mit 14 bezeichneten Zeigefinger der rechten Hand der Person. Aus 1 ist erkennbar, dass der Zeigefinger 14 zwischen der Roboterachse 12e und einem Bauelement 16 eingeklemmt und dadurch gequetscht ist.
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Im Zuge einer solchen Quetschung wirkt nach dem Stoppen der Bewegung des Roboters 10 eine Kraft auf die Roboterachse 12e und über diese auf die übrigen Roboterachsen 12a-d und somit auf den Roboter 10 insgesamt, wobei diese nach dem Stoppen der Bewegung des Roboters 10 auf den Roboter 10 wirkende Kraft mittels des Sensors erfasst wird. Mit anderen Worten wird die nach dem Stoppen der Bewegung des Roboters 10 auf den Roboter 10 wirkende Kraft mittels des Sensors erfasst beziehungsweise gemessen, nachdem die Bewegung des Roboters 10, das heißt nachdem der Roboter 10 gestoppt wurde.
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Dabei wird mittels der Recheneinrichtung in Abhängigkeit von der nach dem Stoppen der Bewegung des Roboters 10 erfassten Kraft wenigstens eine Bewegungsbahn berechnet, entlang welcher der Roboter 10 beziehungsweise die Roboterachsen 12a-e bewegbar beziehungsweise zu bewegen sind, um die nach dem Stoppen der Bewegung erfasste Kraft zu verringern und somit die Quetschung aufzuheben.
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Die Bewegung des Roboters 10 wird beispielsweise mittels Bremsen gestoppt, welche einfallen. Eine Möglichkeit, den Roboter 10 beziehungsweise die Roboterachsen 12a-e nach dem Stoppen der Bewegung, insbesondere manuell, zu bewegen, ist beispielsweise, die Bremsen zu lüften. Hierbei werden beispielsweise per Zustimmtaster an einem berührungsempfindlichen Bildschirm für kurze Zeit, beispielsweise für 200 Millisekunden, alle Bremsen des Roboters 10 geöffnet, wodurch eine Verspannung des Roboters 10 gelockert wird. Eine vollständige Befreiung des eingeklemmten Zeigefingers 14 ist jedoch nicht sichergestellt. Zudem muss eine Sicherheitssteuerung noch aktiv arbeiten und darf nicht abgeschaltet sein. Dies kann aber nicht sichergestellt werden, denn die Sicherheitssteuerung wird automatisch abgeschaltet, wenn die Kraft den vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
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Somit ist es im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben des Roboters 10 vorgesehen, dass der vorzugsweise als sensitiver Leichtbauroboter ausgebildete Roboter 10 von alleine vorschlägt, seine Sicherheitssteuerung neu zu starten, sodass beispielsweise eine den Roboter 10 bedienende Person, welche auch als Bediener bezeichnet wird, dies nur noch bestätigen muss, anstatt in Untermenüs nach einer Neustartfunktion zum Neustarten der Sicherheitssteuerung zu suchen.
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Die nach dem Stoppen der Bewegung des Roboters 10 auf den Roboter 10 wirkende und die Quetschung bewirkende Kraft wird auch als Verspannungskraft bezeichnet. Die beispielsweise in den Roboter 10 integrierte Recheneinrichtung kann aus der anliegenden Verspannungskraft deren wirkende Kraftrichtung berechnen und entsprechend eine Bewegungsbahn derart berechnen und vorschlagen, dass die Verspannungskraft abgebaut wird, wenn der Roboter 10 tatsächlich entlang der berechneten und vorgeschlagenen Bewegungsbahn bewegt wird. Der Roboter 10, insbesondere die Roboterachsen 12a-e, kann beziehungsweise können somit gegebenenfalls nach einem Neustart der Sicherheitssteuerung beziehungsweise nach dem Lüften der Bremsen entlang der berechneten Bewegungsbahn bewegt werden, um dadurch die Quetschung aufzuheben.
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Beispielsweise wird mittels der Recheneinrichtung wenigstens eine durch eine Person bewirkte Betätigung wenigstens eines dem Roboter zugeordneten Bedienelements erfasst, wobei mittels der Recheneinrichtung in Abhängigkeit von der erfassten Betätigung der Roboter 10 entlang der berechneten Bewegungsbahn bewegt wird. Dadurch kann die Quetschung beispielsweise automatisch aufgehoben werden.
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Wird beispielsweise, insbesondere mittels des Sensors, erfasst, dass der Roboter 10 nicht entlang der berechneten Bewegungsbahn, sondern entlang einer von der berechneten Bewegungsbahn unterschiedlichen, weiteren Bewegungsbahn bewegt wird, so wird vorzugsweise ein optisches und/oder akustisches Warnsignal ausgegeben, um dadurch darauf hinzuweisen, dass der Roboter 10 nicht entlang der berechneten Bewegungsbahn, sondern beispielsweise entlang einer solchen Bewegungsbahn bewegt wird, welche die Quetschung verstärkt.
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Eine weitere, alternative oder zusätzliche Möglichkeit, einen besonders sicheren Betrieb des Roboters 10 zu realisieren, ist beispielsweise, eine Lüftfunktion, in deren Rahmen die Bremsen gelüftet werden, nicht softwareseitig, sondern hardwareseitig vorzusehen und beispielsweise fest mit einem Schalter zu verdrahten. Eine solche hardwareseitige Lüftfunktion benötigt dann beispielsweise keine funktionsfähige Robotersteuerung mehr, sondern legt beispielsweise eine Spannung zum Lüften der Bremsen direkt für zum Beispiel 200 Millisekunden bis 500 Millisekunden auf die jeweilige Bremse an. Eine Person kann den Roboter 10 dann beispielsweise trotzdem manuell bewegen, um die Quetschung aufzuheben, zumindest in einem kurzen Zeitfenster, während welchem die Bremsen gelüftet, das heißt geöffnet sind. Besonders lang andauernde Zeiten von beispielsweise mehr als 1 Sekunde, während welchen die Bremsen gelüftet sind, werden nicht empfohlen, da dann der Roboter 10 gegebenenfalls mit einem schweren Werkstück ungünstig zusammensacken kann und gegebenenfalls gegen ein Objekt schlägt.
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Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit, einen besonders sicheren Betrieb des Roboters 10 zu realisieren, ist beispielsweise, eine permanente Kollisionserkennung in alle sechs Freiheitsgrade vorzusehen. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Kollisionserkennung grundsätzlich in alle Richtungen, also in alle sechs Freiheitsgrade des beispielsweise als sensitiver Roboter ausgebildeten Roboters 10 über dessen gesamten Arbeitsraum zu aktivieren ist. Dies ist auch dann vorteilhaft, wenn dadurch Bereiche abgedeckt werden, die nicht bestimmungsgemäß eine Überlappung von Mensch und Roboter vorsehen. Unabhängig davon, in welchen Freiheitsgrad oder in welche Wirkrichtung dann eine Kollision erkannt wird, wird der Roboter 10 stets auf einen Vorpunkt zurückbewegt, um die Kollision beziehungsweise Quetschung aufzuheben beziehungsweise aufzulösen.
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Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit, einen besonders sicheren Betrieb des Roboters 10 zu realisieren, ist beispielsweise anhand von 2 veranschaulicht. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Roboters 10, wobei bei dieser zweiten Ausführungsform ein mechanisches Schnellwechselsystem 18 (SWS) vorgesehen ist. Aus 2 ist erkennbar, dass der Roboter 10 Roboterachsen 12a-f sowie eine Basis 20 umfasst, über welche der Roboter 10 beispielsweise an einem Boden oder an einem Wagen 21 befestigbar ist. Die Basis 20 ist dabei ein Robotersockel, unter welchem das Schnellwechselsystem 18 angeordnet ist. Das Schnellwechselsystem 18 umfasst ein erstes Befestigungselement 22, welches an der Basis 20 befestigt ist. Ferner umfasst das Schnellwechselsystem 18 ein zweites Befestigungselement 24, welches an dem Boden beziehungsweise an dem Wagen 21 befestigt ist. Die Befestigungselemente 22 und 24 können reversibel lösbar und ohne zusätzliche Werkzeuge miteinander verbunden und voneinander gelöst werden, sodass der Roboter 10 schnell, einfach und bedarfsgerecht mit dem Wagen 21 verbunden und von dem Wagen 21 gelöst werden kann.
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In miteinander verbundenem Zustand der Befestigungselemente 22 und 24 ist der Roboter 10 über das Schnellwechselsystem 18 am Wagen 21 installiert. Sollte es beispielsweise bei einer Kollision des Roboters mit einer Person oder einem Objekt zu einem Defekt der Recheneinrichtung und somit einer Robotersteuerung kommen, so kann der Roboter 10 mechanisch, zuverlässig und schnell von seiner Position beziehungsweise von dem Wagen 21 abgekoppelt werden, sodass die Quetschung schnell und einfach aufgehoben und die Person befreit werden kann. Beispielsweise ist es vorgesehen, das Schnellwechselsystem 18 abzufragen. Darunter ist zu verstehen, dass beispielsweise mittels eines Sensors erfasst wird, ob die Befestigungselemente 22 und 24 miteinander verbunden sind oder nicht. Somit kann der Roboter 10 mittels der Recheneinrichtung beispielsweise dann und nur dann bewegt werden, wenn die Befestigungselemente 22 und 24 miteinander verbunden beziehungsweise das Schnellwechselsystem 18 verriegelt ist. Eine solche Erfassung kann beispielsweise über Luftdruck oder einen Anwesenheitsschalter erfolgen. Ferner kann vorgesehen sein, das Schnellwechselsystem 18 zu nutzen, um einen Aufbau schnell auf einen anderen Roboter umzurüsten, was beispielsweise im Reparaturfall oder für neue Aufgaben vorgesehen sein kann. Mit anderen Worten ist es möglich, den Roboter 10 mittels des Schnellwechselsystems 18 schnell vom Wagen 21 zu lösen und gegen einen anderen Roboter auszutauschen, welcher dann mittels des Schnellwechselsystems 18 einfach am Wagen 21 installiert werden kann.
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Eine alternative oder zusätzliche Lösung, einen besonders sicheren Betrieb des Roboters 10 zu realisieren, ist in 3 veranschaulicht, welche eine dritte Ausführungsform des Roboters 10 zeigt. Bei der dritten Ausführungsform ist es vorgesehen, den Roboter 10 auf einem mehrdimensionalen Ausgleichsschlitten 26 zu lagern beziehungsweise zu befestigen. Im Normalfall beziehungsweise in einem Normalzustand ist der Ausgleichsschlitten 26 verriegelt, sodass der Ausgleichsschlitten 26 und somit der an dem Ausgleichsschlitten 26 befestigte Roboter 10 nicht relativ zu einer Basis 28, insbesondere translatorisch, bewegt werden können. Beispielsweise im Notfall kann der Ausgleichsschlitten 26 entriegelt werden. Dadurch erhält der Roboter 10 über den Ausgleichsschlitten 26 die Möglichkeit, in jeweiligen Dimensionen beziehungsweise in jeweilige, vom Ausgleichsschlitten 26 bereitgestellte Richtungen, insbesondere relativ zur Basis 28, verschoben zu werden, wobei nur die Gewichtskraft des Roboters 10 überwunden werden muss, um den Roboter 10 zu verschieben.
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Vorzugsweise wird die Verriegelung des Ausgleichsschlittens 26 über einen sicheren und beispielsweise 2-kanaligen Sensor abgefragt und/oder selbst arretierende und/oder federnde Mechanismen in einer Verriegelungsposition gehalten. Vorzugsweise wird ein vollständiges Herauskippen des Ausgleichsschlittens 26 beziehungsweise des Roboters 10, insbesondere aus der Basis 28, über eine mechanische und/oder formschlüssige Kontur verhindert. Vorzugsweise lässt sich der Roboter 10 nach dem Öffnen der Verriegelung um mindestens 5 Millimeter in die jeweiligen geöffneten Dimensionen verschieben, was in 3 durch einen Doppelpfeil 30 veranschaulicht ist. Bei der in 3 gezeigten dritten Ausführungsform ist der Ausgleichsschlitten 26 als zweidimensionaler Ausgleichsschlitten angeordnet, da der Ausgleichsschlitten 26 und somit der Roboter 10 relativ zur Basis 28 bezogen auf die Bildebene in 3 sowohl nach rechts als auch nach links verschoben werden können.
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4 zeigt den Ausgleichsschlitten 26 für eine vierte Ausführungsform des Roboters 10. Dabei ist an dem Ausgleichsschlitten 26 ein Handgriff 32 angeordnet, mittels welchem der Ausgleichsschlitten 26 entriegelt werden kann. Hierzu wird der Handgriff 32 - wie in 4 durch einen Pfeil 34 veranschaulicht ist - von einer Halteplatte 36 des Ausgleichsschlittens 26 weggezogen, um den Ausgleichsschlitten 26 zu entriegeln. Dabei ist der Roboter 10 an der Halteplatte 36 befestigt. Durch Ziehen des Handgriffs 32 von der Halteplatte 36 weg wird der Ausgleichsschlitten 26 entriegelt, sodass der Ausgleichsschlitten 26 und der Roboter 10 in die zwei Dimensionen verschoben werden können.
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5 veranschaulicht den Ausgleichsschlitten 26 für eine fünfte Ausführungsform des Roboters 10. Bei der fünften Ausführungsform ist der Ausgleichsschlitten 26 als dreidimensionaler Ausgleichsschlitten ausgebildet. Mittels des Handgriffs 32 kann der Ausgleichsschlitten 26 in die zuvor beschriebenen zwei Dimensionen verriegelt und somit festgelegt werden. Ferner sind Verriegelungselemente 38 vorgesehen, welche die Verschiebung der Ausgleichsschlittens 26 und somit des Roboters 10 in die dritte Dimension verhindern. Werden die Verriegelungselemente 38 entfernt, so ist die Verschiebung des Ausgleichsschlittens 26 und somit des Roboters 10 in die dritte Dimension relativ zur Basis 28 freigegeben und möglich.
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Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit, einen besonders sicheren Betrieb des Roboters 10 zu ermöglichen, ist in 6 veranschaulicht, welchen eine sechste Ausführungsform des Roboters 10 zeigt. Bei der sechsten Ausführungsform ist beispielsweise an der als Roboterfuß ausgebildeten Basis 20 ein Werkzeug vorliegend in Form eines Inbusschlüssels 40 angeordnet und somit vorgehalten, sodass der Roboter 10 im Notfall mittels des Inbusschlüssels 40 von einem Sockel, an welchem der Roboter 10 beispielsweise über die Basis 20 befestigt ist, abgeschraubt und somit von dem Sockel gelöst werden kann. Dies kann beispielsweise über ein dreidimensional gedrucktes Formnest oder einen sonstigen Halter erfolgen. Vorzugsweise wird der Inbusschlüssel 40 verliersicher an dem Roboter 10 gehalten beziehungsweise mit diesem verbunden, beispielsweise mittels eines Bands oder eines Seils, insbesondere eines Metallseils.
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Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit, einen besonders sicheren Betrieb des Roboters 10 zu realisieren, ist in 7 veranschaulicht, welche eine siebte Ausführungsform des Roboters 10 zeigt. Aus 7 ist erkennbar, dass der Roboter 10 über eine als Roboterfuß fungierende Basis 20 ein seinem zuvor genannten Sockel befestigt ist, welcher in 7 mit 42 bezeichnet ist.
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Der Sockel 42 ist beispielsweise eine Sockelplatte, wobei der Roboter 10 über einen oder mehrere Passstifte 44 relativ zum Sockel 42 ausgerichtet ist. Hierzu greifen die Passstifte 44 teilweise in die Basis 20 und teilweise in den Sockel 42 ein. Durch die Verwendung der Passstifte 44 ist eine engtolerierte Verbindung zwischen dem Roboter 10 und dem Sockel 42 über die Basis 20 realisierbar. Diese engtolerierte Verbindung ist vorteilhaft für die Positionsausrichtung des Roboters 10 relativ zum Sockel 42. Die Passstifte 44 neigen jedoch zur Selbsthemmung bei dem Versuch, den Roboter von dem Sockel 42 zu lösen. Beispielsweise ist der Roboter 10 an dem Sockel 42 mittels Schrauben befestigt, welche mittels des Inbusschlüssels 40 gelöst werden können. Dieses Lösen wird durch die Passstifte 44 erschwert, da die Passstifte nicht oder und nur sehr schwer aus der Basis 20 oder aus dem Sockel 42 herausgezogen werden können. Dies bedeutet, dass die Passstifte 44 in ihrem korrespondierenden Passlöchern beim Abheben des Roboters 10 vom Sockel 42 bereits bei sehr geringer Schiefstellung verklemmen und somit das Abheben verhindern. Der Roboter 10 kann somit trotz des Lösens der Schrauben so gut wie nicht manuell von dem Sockel 42 abgehoben werden. Sollten dann noch äußere Kräfte auf den Roboter 10 wirken, wobei diese äußeren Kräfte beispielsweise aus der zuvor beschriebenen Quetschung resultieren, ist das Abheben des Roboters 10 vom Sockel 42 nochmals schwieriger.
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Um nun den Roboter 10 auf einfache Weise von dem Sockel 42 abheben zu können, wodurch die zuvor beschriebene Quetschung aufgehoben werden kann, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass wenigstens ein Federelement 46 zum Einsatz kommt, welches unter dem Roboter 10, insbesondere unter der Basis 20, angeordnet und in einem Zustand, in welchem der Roboter 10 über die Basis 20 an dem Sockel 42 befestigt ist, einerseits an der Basis 20 und andererseits an dem Sockel 42 abgestützt und gespannt ist. Dadurch übt das Federelement 46 eine in 7 durch einen Kraftpfeil F veranschaulichte Federkraft aus, welche auf die Basis 20 wirkt. In 7 ist genau ein Federelement 46 gezeigt, welches bei der in 7 gezeigten siebten Ausführungsform als Schraubenfeder ausgebildet ist. Selbstverständlich ist es möglich, mehr als nur eine Feder zu verwenden und/oder von einer Schraubenfeder unterschiedliche Federelemente zu verwenden. Werden die Schrauben, mittels welchen die Basis 20 am Sockel 42 befestigt ist, gelöst, so hebt die von dem Federelement 46 bereitgestellte Federkraft die Basis 20 und somit den Roboter 10 insgesamt von dem Sockel 42 ab und aus den Passstiften 44 heraus. Dadurch kann der Roboter 10 von seiner Position manuell entnommen werden, wodurch die zuvor beschriebene Quetschung aufgehoben werden kann. Hierzu ist es vorzugsweise, dass die mittels des Federelements 46 bereitgestellte und auf den Roboter 10 wirkende Federkraft größer als die Gewichtskraft des Roboters 10 ist, um den Roboter 10 von dem Sockel 42 und aus den Passstiften 44 zu heben.
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8 zeigt eine achte Ausführungsform des Roboters 10. Bei dieser achten Ausführungsform kommen mehrere Federelemente 46 zum Einsatz, mittels welchen der Roboter 10 von dem Sockel 42 abgehoben wird, wenn die Verschraubung und somit die Befestigung der Basis 20 am Sockel 42 aufgehoben wird. Im Unterschied zur siebten Ausführungsform sind die Federelemente 46 bei der achten Ausführungsform koaxial zu den Passstiften 44 angeordnet. Das bezogen auf die Bildebene von 8 linke Federelement 46 ist als Tellerfeder ausgebildet. Hierbei kann beispielsweise genau eine Tellerfeder zum Einsatz kommen. Alternativ dazu ist es denkbar, eine Kombination aus mehreren und/oder unterschiedlichen Tellerfedern zu verwenden. Das bezogen auf die Bildebene von 8 rechte Federelement 46 ist beispielsweise als Schraubenfeder ausgebildet, welche als Druckfeder fungiert. 9 zeigt geschnittene Seitenansichten von unterschiedlichen Ausführungsformen von Tellerfedern 48, welche als das jeweilige Federelement 46 zum Einsatz kommen können. Schließlich zeigt 10 in einer schematischen Perspektivansicht das als Schraubenfeder ausgebildete und als Druckfeder fungierende Federelement 46.
