DE102016222016B4

DE102016222016B4 - Verfahren zur Überwachung eines Roboters und Steuereinheit

Info

Publication number: DE102016222016B4
Application number: DE102016222016.0A
Authority: DE
Inventors: Daniel Schütz; Norbert Settele
Original assignee: Volkswagen AG; KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: Volkswagen AG; KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2021-09-02
Anticipated expiration: 2036-11-10
Also published as: DE102016222016A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung eines Roboters (1), umfassend:
- Erfassen von Sensordaten zumindest eines in der Umgebung des Roboters stehenden oder fahrenden Fahrzeuges (2);
- Erfassen oder Ermitteln von Objekten (6) und Bewegungsvektoren (V) der Objekte (6) auf Grundlage der Sensordaten;
- Verändern der Betriebsweise des Roboters (1) in Abhängigkeit der erfassten Objekte (6) und deren Bewegungsvektoren (V), wobei
die Umgebung des Roboters (1) in unterschiedliche Überwachungsbereiche (10-12) unterteilt ist, denen jeweils eine Betriebsstrategie zugeordnet ist, wobei
die Überwachungsbereiche (10-12) in Abhängigkeit eines aktuellen Programmstatus des Roboters (1) und/oder einer Art, Entfernung und/oder Geschwindigkeit des erfassten Objekts (6) angepasst werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Roboters, eine Steuereinheit sowie eine Anordnung.
Aus der DE 10 2009 006 982 A1 ist ein Ladesystem zum Laden einer Energiequelle eines Transportmittels bekannt, wobei das Ladesystem eine Ladevorrichtung und eine Robotereinheit aufweist, wobei die Robotereinheit zum automatischen Anschließen der Ladevorrichtung an eine Schnittstelle der Energiequelle ausgeführt ist. Die Robotereinheit weist dabei einen beweglichen Aktor auf, um einen Ladestecker in eine Schnittstelle des Fahrzeugs zu stecken. Die Robotereinheit weist weiter Detektionseinheiten auf, um die Schnittstelle zu ermitteln.
Aufgrund der Tatsache, dass derartige Ladestecker sehr schwer sind, muss die Robotereinheit entsprechend leistungsstark sein, sodass deren Aktor eine potentielle Gefahrenquelle darstellt. Verschärft wird das Problem, wenn die Robotereinheit selbst noch mobil ausgebildet ist, um beispielsweise mehrere Ladesäulen mit Ladesteckern zu bedienen.
Die DE 10 2010 063 208 A1 , DE 10 2008 063 081 A1 , DE 103 24 627 A1 , DE 103 61 132 A1 und DE 44 08 982 C1 zeigen weiteren bekannten Stand der Technik.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung eines Roboters zur Verfügung zu stellen, das sich kostengünstig realisieren lässt. Ein weiteres technisches Problem ist die Schaffung einer Steuereinheit zur Überwachung und Steuerung des Roboters zu schaffen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Steuereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Verfahren zur Überwachung eines Roboters umfasst die Schritte:

- Erfassen von Sensordaten zumindest eines in der Umgebung des Roboters stehenden oder fahrenden Fahrzeuges (2);
- Erfassen bzw. Ermitteln von Objekten (6) und Bewegungsvektoren (V) der Objekte (6) auf Grundlage der Sensordaten;
- Verändern der Betriebsweise des Roboters (1) in Abhängigkeit der erfassten Objekte (6) und deren Bewegungsvektoren (V).

Das Verfahren zur Überwachung eines Roboters, insbesondere eines Knickarmroboters, erfolgt mittels mindestens einer Steuereinheit, die derart ausgebildet ist, die Betriebsweise des Roboters zu verändern. Bevorzugt kann das Verändern der Betriebsweise des Roboters umfassen, den Roboter zu einem sicheren Halt oder einem Notaus zu steuern. Situationsbedingt kann das Ansteuern eines Notaus, insbesondere das Abschalten der Antriebe erfolgen, so dass der Roboter nicht bahntreu angehalten wird, oder es erfolgt ein sicherer Halt durch ein bahntreues oder bahnnahes Abbremsen des Roboters, insbesondere unter Verwendung der Antriebe. Alternativ oder zusätzlich kann eine absolute oder relative Ausgleichsbewegung zu einer definierten Position im Raum oder zum erfassten Objekt zur Kollisionsvermeidung erfolgen.
Auch kann die Steuereinheit die Geschwindigkeit des Roboters anpassen, falls dieser mobil ausgebildet ist. Als mobiler Roboter werden insbesondere Roboter verstanden, die lateral relativ zur Umgebung bewegbar sind, d.h. welche im Sinne eines autonomen Fahrzeugs verfahrbar sind. Mit anderen Worten kann das Verändern der Betriebsweise des Roboters auch das Steuern einer mobilen Plattform beinhalten, die einen Roboterarm umfasst. Die Steuereinheit ist weiter derart ausgebildet, Sensordaten des Roboters und/oder anderer Roboter und/oder von Fahrzeugen zu erfassen, wobei mittels der Sensordaten Objekte erfasst und Bewegungsvektoren der Objekte ermittelt werden, wobei in Abhängigkeit der erfassten Objekte und deren Bewegungsvektoren die Betriebsweise des Roboters verändert wird.
Vorteilhafterweise muss nicht eine komplette separate Sensorik zur Erfassung des Umfeldes des Roboters aufgebaut oder der Roboter mit zusätzlichen Sensoren ausgestattet sein, sondern es kann die vorhandene Sensorik von verschiedenen Einheiten genutzt werden. Im Extremfall kann dabei vollständig auf eine vom Roboter separate Sensorik bzw. auf die Sensorik des Roboters verzichtet werden. In der Umgebung des Roboters stehende oder auch fahrende Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge wie Personenkraftwagen, verfügen über viele Sensoriken, um Objekte zu erfassen. Durch Verwendung dieser Sensoren können Objekte erfasst werden. Bevorzugt können Kameras, Ultraschall-Sensoren, Laserscanner usw., die insbesondere Bestandteile von Navigationssystemen bzw. Einparkhilfen von mobilen Robotern bzw. Kraftfahrzeugen sein können, Sensordaten zur Verfügung stellen, die direkt oder im verarbeiteter Form von der Steuereinrichtung verwendet werden können. Die Sensordaten können dabei als Rohdaten an die Steuereinheit übermittelt werden oder aber in den Fahrzeugen aufbereitet werden, wobei dann die aufbereiteten Daten an die Steuereinheit übermittelt werden. Alternativ oder ergänzend können die Sensordaten anderer Roboter und/oder des Roboters selbst verwendet werden. Dabei sei angemerkt, dass die anderen Roboter nicht gleichartig sein müssen, sondern andere Funktionen aufweisen können. Beispielsweise kann ein solcher anderer Roboter auch eine mobile Trägereinheit mit Sensoren sein, die die Umgebung vollautomatisiert abfährt. Die Steuereinheit fusioniert diese Daten und kann so Objekte erfassen und Bewegungsvektoren ermitteln, um so bei Gefahr die Betriebsweise des Roboters zu verändern.
In einer Ausführungsform ist die Umgebung des Roboters in unterschiedliche Überwachungsbereiche unterteilt, denen jeweils eine Betriebsstrategie zugeordnet ist. So kann beispielsweise bei einem Objekt in einem äußeren Überwachungsbereich der Roboter normal weiterbetrieben werden und bei einem Objekt in einem inneren Überwachungsbereich der Roboter in einen sicheren Halt überführt werden. Alternativ kann die Detektion eines Objekts im äußeren Überwachungsbereich zu einem bahntreuen sicheren Halt führen oder zu einer Verringerung der Geschwindigkeit des Roboters, während die Detektion eines Objekts im inneren Überwachungsbereich zu einem Notaus führt, der insbesondere nicht bahntreu sein muss.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Überwachungsbereiche in Abhängigkeit eines aktuellen Programmstatus des Roboters und/oder einer Art, Entfernung und/oder Geschwindigkeit des erfassten Objekts angepasst. Beispielsweise wird ein Überwachungsbereich vergrößert oder verkleinert oder verschoben. Die Anpassung kann dabei dynamisch erfolgen oder aber in vordefinierten Schritten. Unter Programmstatus wird dabei verstanden, was der Roboter aktuell ausführt, beispielsweise ob sich dieser bewegt oder gerade einen Steckvorgang durchführt. So kann beispielsweise bei einer Bewegung des Roboters mit maximaler Geschwindigkeit diese reduziert werden, wenn ein Objekt in einem äußeren Überwachungsbereich erfasst wird. In einem weiteren Überwachungsbereich (näher am Roboter) wird die Geschwindigkeit weiter reduziert und schließlich im innersten Überwachungsbereich auf sicheren Halt gesteuert. Bewegt sich der Roboter hingegen nicht, so kann zunächst die Betriebsweise weiter fortgeführt werden und erst beim Eindringen in den innersten Überwachungsbereich auf einen sicheren Halt umgeschaltet werden. Bewegt sich das Objekt sehr schnell, so sollte insbesondere der innerste Überwachungsbereich vergrößert werden, um genügend Zeit für einen sicheren Halt zu haben.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei einer Kollision mit einem Objekt die Betriebsweise des Roboters geändert und vorhandene Sensordaten mindestens teilweise gespeichert. Bei einer Kollision kann das Stoppen des Roboters auch mittels der Antriebe erfolgen oder eine Ausweichbewegung gefahren werden, die vom kollidierenden Objekts weggerichtet ist. Situationsbedingt kann bei einer Kollision auch ein „Notaus“ gesteuert werden, der im Unterschied zum sicheren Halt ein hartes Abschalten des Roboters bewirkt, wobei es aufgrund des abrupten Aus auch zu Beschädigungen der Mechanik kommen kann. Die Abspeicherung der Sensordaten dient dabei primär Beweissicherungszwecken, um den Vorgang der Kollision nachvollziehbar zu dokumentieren. Ein weiterer Nutzen der Daten (beispielsweise Bilder einer Kamera) ist, dass in einer Zentrale beurteilt werden kann, wie in der Situation weiter zu verfahren ist, beispielsweise ob der Roboter wieder eingeschaltet werden kann oder eine Ausgleichsbewegung und Rückzugsposition zur weiteren Kollisionsvermeidung, eine absolute oder relative Ausgleichsbewegung zu einer definierten Position im Raum oder zum kollidierten Objekt zur Kollisionsvermeidung oder zum Freifahren des Roboters eingeleitet werden soll.
Prinzipiell kann die Steuereinheit in dem Roboter selbst integriert sein. Vorzugsweise ist jedoch die Steuereinheit als externe zentrale Steuereinheit ausgebildet, die beispielsweise mehrere Roboter überwacht. Die Datenverbindung zwischen Steuereinheit und Roboter kann leitungsgebunden sein, ist aber vorzugswiese drahtlos, insbesondere wenn die Roboter mobil ausgebildet sind, sich also in Ihrer Umgebung bewegen können.
In einer weiteren Ausführungsform befindet sich der Roboter in einem Innenraum (z.B. einer Garage oder einem Parkhaus), wobei der Innenraum mit Sendeeinheiten zur Positionsermittlung ausgebildet ist, wobei sich mindestens die Fahrzeuge mittels der Sendeeinheiten lokalisieren und ihre Position an die Steuereinheit übermitteln. Die Sendeeinheiten können auch als Indoor-GPS aufgefasst werden, wobei die Sendeeinheiten die Funktion der Satelliten übernehmen, da üblicherweise in einer Garage kein GPS-Empfang mehr möglich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Umgebung eines Roboters.
In der 1 ist die Umgebung eines zu überwachenden Roboters 1 dargestellt, wobei die Umgebung beispielsweise ein Parkhaus ist, in dem Fahrzeuge 2 elektrisch durch den Roboter 1 automatisch geladen werden können. Die Fahrzeuge 2 werden hierzu auf Stellplätze abgestellt, wobei sich dann der Roboter 1 automatisch zu dem Fahrzeugen 2 bewegt und einen nicht dargestellten Ladestecker einer nicht dargestellten Ladesäule in eine Schnittstelle der Fahrzeuge 2 steckt. Die Fahrzeuge 2 sind dabei mit verschiedenen Sensoreinheiten 3 ausgebildet, die Sensordaten der Umgebung erfassen. Dabei sind diese Sensoreinheiten 3 je nach Ausstattung der Fahrzeuge 2 unterschiedlich. Die Sensoreinheiten 3 sind beispielsweise Kameras, Ultraschallsensoren, Laserscanner etc., die für verschiedene Fahrassistenzsysteme benötigt werden (z.B. Einpark-Assistenzsysteme, Lane Departure Warning, etc.). Weiter befindet sich in der Umgebung des Roboters 1 ein weiterer Roboter 4, der ebenfalls über eine Sensoreinheit 3 verfügt. Der Roboter 4 kann dabei baugleich zu dem Roboter 1 sein. Ein weiterer Roboter 5 ist als bewegliche Objekterfassungseinrichtung ausgebildet, der automatisiert das Parkhaus auf der Suche nach Objekten 6 abfährt. Im Parkhaus verteilt sind Sendeeinheiten 7 angeordnet, mit deren Hilfe sich die Fahrzeuge 2 sowie die Roboter 1, 4, 5 lokalisieren können, da die Position der Sendeeinheiten 7 fest und bekannt sind. Schließlich existiert eine zentrale Steuereinheit 8, die die Daten aller Sensoreinheiten 3 erfasst, den Roboter 1 überwacht und steuert. Dabei sind um den Roboter 1 Überwachungsbereiche 10-12 definiert, die sich bei einer Bewegung des Roboters 1 mitbewegen.
Anhand der Sensordaten verschiedener Sensoreinheiten 3 wird dann ein Objekt erfasst und ein Bewegungsvektor V des Objekts 6 ermittelt. Die Steuereinheit 8 kennt dabei sowohl die Position des Roboters 1 als auch, wie dieser sich bewegt bzw. was dieser gerade tut. In der dargestellten Situation befindet sich das Objekt 6 noch außerhalb des äußersten Überwachungsbereichs 12. Daher besteht noch keine Notwendigkeit, die Betriebsstrategie des Roboters 1 anzupassen. Dringt dann jedoch das Objekt 6 in den äußersten Überwachungsbereich 12 ein, so steuert die Steuereinheit 8 den Roboter 1 an, sodass dieser seine Geschwindigkeit verlangsamt (falls sich dieser bewegt). Ziel dieser Anpassung der Betriebsstrategie ist es, den Roboter 1 stets vor einer Kollision in einem sicheren Halt bringen zu können. Bewegt sich dann das Objekt 6 weiter auf den Roboter 1 zu, so wird die Geschwindigkeit weiter reduziert und schließlich bei Eindringen in den innersten Überwachungsbereich 10 der sichere Halt durchgeführt. Dabei kann sich die Größe der einzelnen Überwachungsbereiche 10-12 dynamisch an die Art und Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts 6 anpassen. Ein weiteres Anpassungskriterium ist der Programmstatus des Roboters 1. Steht dieser beispielsweise und führt gerade einen Steckvorgang durch, so kann der sichere Halt schneller erreicht werden, sodass der Überwachungsbereich 10 kleiner gewählt werden kann, als wenn sich der Roboter 1 in voller Fahrt befindet.
Kommt es wider Erwarten dennoch zu einer Kollision mit einem nicht erfassten Objekt 6 (z.B. ein Vogel), so wird der Aufschlag vom Roboter 1 erfasst und ein Notaus durchgeführt und an die Steuereinheit 8 übermittelt, die dann alle relevanten Daten der Kollision abspeichert. Dabei sei angemerkt, dass der Roboter 4 entsprechend auch von der Steuereinheit 8 überwacht und angesteuert werden kann.

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Roboters (1), umfassend: - Erfassen von Sensordaten zumindest eines in der Umgebung des Roboters stehenden oder fahrenden Fahrzeuges (2); - Erfassen oder Ermitteln von Objekten (6) und Bewegungsvektoren (V) der Objekte (6) auf Grundlage der Sensordaten; - Verändern der Betriebsweise des Roboters (1) in Abhängigkeit der erfassten Objekte (6) und deren Bewegungsvektoren (V), wobei die Umgebung des Roboters (1) in unterschiedliche Überwachungsbereiche (10-12) unterteilt ist, denen jeweils eine Betriebsstrategie zugeordnet ist, wobei die Überwachungsbereiche (10-12) in Abhängigkeit eines aktuellen Programmstatus des Roboters (1) und/oder einer Art, Entfernung und/oder Geschwindigkeit des erfassten Objekts (6) angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Sensordaten des Roboters (1) und/oder zumindest eines weiteren Roboters (4, 5) erfasst werden, auf deren Grundlage Objekte (6) und Bewegungsvektoren der Objekte (6) erfasst oder ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verändern der Betriebsweise des Roboters umfasst: - Steuern des Roboters zu einem Notaus, insbesondere durch Abschalten der Antriebe; und/oder - Steuern des Roboter zu einem sicheren Halt, durch ein bahntreues oder bahnnahes Abbremsen des Roboters, insbesondere unter Verwendung der Antriebe; und/oder - Verändern der geplanten Bahn des Roboters auf eine absolute oder relative Ausgleichsbewegungsbahn zu einer definierten Position im Raum oder zum erfassten Objekt zur Kollisionsvermeidung.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kollision mit einem Objekt (6) der Roboter (1) in ein „Notaus“ oder einen sicheren Halt gesteuert wird und vorhandene Sensordaten mindestens teilweise gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) außerhalb des Roboters (1) angeordnet ist und die Steuerbefehle an den Roboter (1) übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerbefehle über eine drahtlose Datenverbindung übermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Roboter (1) in einem Innenraum befindet, wobei der Innenraum mit Sendeeinheiten (7) zur Positionsermittlung ausgebildet ist, wobei sich mindestens die Fahrzeuge (2) mittels der Sendeeinheiten (7) lokalisieren und ihre Position an die Steuereinheit (8) übermitteln.
Steuereinheit (8) zur Überwachung und Steuerung eines Roboters (1), wobei die Steuereinheit (8) derart ausgebildet ist, die Betriebsweise des Roboters (1) zu verändern, wobei die Steuereinheit (8) weiter derart ausgebildet ist, Sensordaten von in der Umgebung des Roboters stehenden oder fahrenden Fahrzeugen (2) zu erfassen, wobei mittels der Sensordaten Objekte (6) und Bewegungsvektoren (V) der Objekte (6) erfasst oder ermittelt werden, wobei in Abhängigkeit der erfassten Objekte (6) und deren Bewegungsvektoren (V) die Betriebsweise des Roboters (1) verändert wird, wobei die Steuereinheit (8) derart ausgebildet ist, dass die Umgebung des Roboters (1) in unterschiedliche Überwachungsbereiche (10-12) unterteilt ist, denen jeweils eine Betriebsstrategie zugeordnet ist, wobei die Überwachungsbereiche (10-12) in Abhängigkeit eines aktuellen Programmstatus des Roboters (1) und/oder einer Art, Entfernung und/oder Geschwindigkeit des erfassten Objekts (6) angepasst werden.
Steuereinheit (8) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) derart ausgebildet ist, zusätzlich Sensordaten des Roboters (1) und/oder anderer Roboter (4, 5) zu erfassen, wobei mittels der Sensordaten Objekte (6) und Bewegungsvektoren (V) der Objekte (6) erfasst oder ermittelt werden.
Anordnung eines Roboters (1), einer Steuereinheit (8) und zumindest eines Fahrzeugs (2), wobei die Anordnung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß eines der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.