DE102017202004A1 - Device for securing a machine-controlled handling device and method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absicherung eines maschinell gesteuerten Handhabungsgeräts, insbesondere eines Roboters, mit einer Sensorik zur Erfassung von in einem dem Handhabungsgerät zugeordneten Überwachungsraum sich befindenden Objekten und einer Auswerteeinheit zur Bestimmung von Positionsdaten und Bewegungsdaten der sich in dem Überwachungsraum befindenden Objekten aus Sensorsignalen der Sensorik.The invention relates to a device for securing a mechanically controlled handling device, in particular a robot, with a sensor system for detecting objects located in a monitoring device associated with the handling device and an evaluation unit for determining position data and movement data of the objects located in the interception space from sensor signals sensors.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absicherung eines maschinell gesteuerten Handhabungsgeräts, insbesondere eines Roboters, mit einer Sensorik zur Erfassung von in einem dem Handhabungsgerät zugeordneten Überwachungsraum sich befindenden Objekten und einer Auswerteeinheit zur Bestimmung von Positionsdaten und Bewegungsdaten der sich in dem Überwachungsraum befindenden Objekten aus Sensorsignalen der Sensorik.The invention relates to a device for securing a mechanically controlled handling device, in particular a robot, with a sensor system for detecting objects located in a monitoring device associated with the handling device and an evaluation unit for determining position data and movement data of the objects located in the interception space from sensor signals sensors.
Unter dem Begriff Handhabungsgerät sollen sowohl maschinell gesteuerte, festprogrammierte sog. Pick-and-Place-Geräte, beispielsweise Geräte zum Beschicken, zur Montage oder zum Verpacken, als auch universell einsetzbare Bewegungsautomaten - sogenannte Industrieroboter - mit mehreren Achsen, deren Bewegungen hinsichtlich der Bewegungsfolge und der Bewegungsbahn frei programmierbar sind, verstanden werden.The term handling device should be both mechanically controlled, fixed-programmed so-called pick-and-place devices, such as devices for loading, assembly or packaging, as well as universally applicable motion machines - so-called industrial robots - with multiple axes, their movements in terms of motion sequence and the trajectory are freely programmable, be understood.
Heutzutage werden anwenderseitig Maschinenkonzepte gefordert, in denen eine Mensch-Roboter-Kollaboration mit einem konventionellen Industrieroboter umgesetzt ist. Die
Eine weitere Möglichkeit den erforderlichen Sicherheitsabstand zwischen Industrieroboter und Bedienperson unter Beibehaltung einer sicheren Arbeitsumgebung deutlich zu reduzieren, besteht in einer mittels einer Sensorik erzeugten Schutzhülle unmittelbar um einen Effektor des Industrieroboters beziehungsweise um das dort aufgenommenen Werkzeug oder Bauteil. Bezogen auf den gesamten Überwachungsraum erfolgt hier lediglich eine Überwachung im Nahbereich. Dafür muss die Sensorik am Industrieroboter mitbewegend angeordnet sein, zweckmäßigerweise unmittelbar an dem Roboterarm. So ist aus der
Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Absicherung eines Handhabungsgeräts bereitzustellen, die eine geeignete Kombination an Sensorik bereitstellt, die eine Mensch-Roboter-Kollaboration mit kleinen Arbeitsabständen ermöglicht.Based on this, the object of the present invention is to provide a device for securing a handling device, which provides a suitable combination of sensors, which allows a human-robot collaboration with small working distances.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Absicherung eines maschinell gesteuerten Handhabungsgeräts, insbesondere eines Roboters, umfassend eine Sensorik zur Erfassung von in einem dem Handhabungsgerät zugeordneten Überwachungsraum sich befindenden Objekten, eine Auswerteeinheit zur Bestimmung von Positionsdaten und Bewegungsdaten der sich in dem Überwachungsraum befindenden Objekten aus Sensorsignalen der Sensorik, wobei die Sensorik derart ausgebildet ist, dass bezogen auf den Überwachungsraum ein erster, ursprungsstationärer Überwachungsbereich und ein zweiter, ursprungsvariabler Überwachungsbereich erfassbar ist.The object is achieved by a device for securing a mechanically controlled handling device, in particular a robot, comprising a sensor system for detecting objects located in a monitoring device associated with the handling device, an evaluation unit for determining position data and movement data of the objects located in the monitoring space Sensor signals of the sensor, wherein the sensor is designed such that with respect to the monitoring space a first, station-stationary monitoring area and a second, variable-origin monitoring area can be detected.
In diesem Zusammenhang ist unter einem ursprungsstationären Überwachungsbereich zu verstehen, dass der Ursprung dieses Bereich bezogen auf die gesamte Vorrichtung beziehungsweise bezogen auf ein übergeordnetes Koordinatensystem unbeweglich ist. Der Ursprung ist hierbei der Punkt von dem aus die Überwachung mit geeigneten Mittel ausgeführt wird. Im Gegensatz dazu ist unter einem ursprungsvariablen Überwachungsbereich zu verstehen, dass der Ursprung dieses Bereichs bezogen auf das übergeordnete Koordinatensystem beweglich ist. So kann beispielsweise der Fall auftreten, dass sich der ursprungsstationäre Überwachungsbereich über den gesamten Überwachungsraum erstreckt, sich mit diesem also deckt, und der ursprungsvariable Überwachungsbereich einen Teilbereich des Überwachungsraum abdeckt und sich außerdem in diesem bewegt. Auch kann der Fall vorliegen, dass sich der ursprungsstationäre Überwachungsbereich über einen Teilbereich des gesamten Überwachungsraums erstreckt und der ursprungsvariable Überwachungsbereich einen anderen Teilbereich des Überwachungsraums abdeckt und sich außerdem in diesem bewegt.In this context, an origin-stationary monitoring area is to be understood as meaning that the origin of this area is immovable with respect to the entire apparatus or relative to a higher-order coordinate system. The origin here is the point from which the monitoring is carried out by suitable means. In contrast, an origin variable monitor area is understood to mean that the origin of this area is movable relative to the parent coordinate system. Thus, for example, the case may arise that the originating stationary surveillance area extends over the entire surveillance area, ie coincides with it, and the originally variable surveillance area covers and also moves in a partial area of the surveillance area. It may also be the case that the originating stationary monitoring area extends over a subarea of the entire surveillance space and the originally variable surveillance area covers and also moves in another subarea of the surveillance space.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich Konzepte der Mensch-Roboter-Kollaboration umzusetzen, da es vorteilhaft möglich ist über den ursprungsstationären Überwachungsbereich eine Grundabsicherung des Handhabungsgeräts zu erzielen und über den ursprungsvariablen Überwachungsbereich eine gut auflösende Erfassung eines Arbeitsbereich zu gewährleisten. So ist es insbesondere bevorzugt, dass sich der ursprungsvariable Überwachungsbereich als dreidimensionaler Bereich ausbildet. Bevorzugt ist hierbei, dass ein dreidimensionaler und ursprungsvariabler Überwachungsbereich um einen Effektor eines Handhabungsgeräts gelegt wird. Dies bietet den Vorteil, dass bei einer unmittelbaren Zusammenarbeit zwischen dem Handhabungsgerät, insbesondere dessen Effektor, und der Bedienperson, insbesondere deren Hände und Finger, eine Ansteuerung des Handhabungsgeräts jederzeit unter Berücksichtigung der Eigenbewegungen der Bedienperson erfolgen kann. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass die Auswerteeinheit Positionsdaten und Bewegungsdaten sowohl des Handhabungsgerätes als auch der Bedienperson bestimmt und diese entweder als Rohdaten oder als bearbeitete Daten über eine geeignete Schnittstelle an eine Maschinensteuerung des Handhabungsgeräts übergibt. Die Maschinensteuerung prägt dann dem Handhabungsgerät entsprechende Bewegungen auf, so dass keine Verletzungsgefahr für die Bedienperson besteht. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht demnach vor, dass es sich bei dem ersten Überwachungsbereich um einen Fernbereich ausgehend von einer Basis des Handhabungsgeräts und bei dem zweiten Überwachungsbereich um einen Nahbereich ausgehend von einem beweglichen Effektor des Handhabungsgeräts handelt. Mit der Kombination der Überwachung des Fernbereichs und des Nahbereichs und damit der sicheren Erkennung der Hände und/oder Finger der Bedienperson kann der notwendige Sicherheitsabstand zwischen dem maschinell gesteuerten Handhabungsgerät und der Bedienperson auf ein Minimum reduziert werden.By means of the device according to the invention, it is possible to implement concepts of human-robot collaboration, since it is advantageously possible to achieve basic protection of the handling device via the origin-stationary monitoring area and to ensure a well-resolving detection of a working area via the origin-variable monitoring area. Thus, it is particularly preferred that the origin-variable monitoring area is formed as a three-dimensional area. In this case, it is preferred that a three-dimensional monitoring area with a variable origin is placed around an effector of a handling device. This offers the advantage that, in the case of direct cooperation between the handling device, in particular its effector, and the operator, in particular their hands and fingers, a control of the handling device can take place at any time taking into account the proper movements of the operator. In particular, it is provided in this case that the evaluation unit determines position data and movement data of both the handling device and the operator and transfers them either as raw data or as processed data via a suitable interface to a machine control of the handling device. The machine control then imprints the handling device corresponding movements, so that there is no risk of injury to the operator. An advantageous embodiment of the invention accordingly provides that the first monitoring area is a remote area starting from a base of the handling device and the second monitoring area is a short range starting from a movable effector of the handling device. With the combination of long-range and near-range monitoring, and thus secure detection of the hands and / or fingers of the operator, the necessary safety margin between the machine-controlled manipulator and the operator can be minimized.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Überwachungsbereich bodennah ausgerichtet ist, insbesondere eine zu einem Boden parallele Ebene ausbildet. Hierdurch ist die Grundabsicherung des Handhabungsgeräts gewährleistet, so dass sicher detektiert werden kann, dass sich eine Bedienperson in dem Überwachungsraum um das Handhabungsgerät befindet.An advantageous embodiment of the invention provides that the first monitoring area is aligned close to the ground, in particular forms a plane parallel to a floor level. As a result, the basic security of the handling device is ensured so that it can be reliably detected that an operator is in the monitoring space around the handling device.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, in dem ersten Überwachungsbereich erfasste Positionsdaten und Bewegungsdaten von in dem zweiten Überwachungsbereich erfassten Positionsdaten und Bewegungsdaten zu unterscheiden und/oder kombiniert auszuwerten. Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass die Auswerteeinheit Positionsdaten und Bewegungsdaten eines ersten Objekts von Positionsdaten und Bewegungsdaten eines zweiten Objekts unterscheiden kann. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass eine Ansteuerung des Handhabungsgeräts in Abhängigkeit einer unterschiedlichen Erfassung der Objekte erfolgen kann. So ist zum Beispiel denkbar, dass zunächst lediglich eine Erfassung im ersten Überwachungsbereich sowohl eines ersten Objekts, beispielsweise des Handhabungsgeräts, und eines zweiten Objekts, beispielsweise der Bedienperson, erfolgt. Im Verlauf eines Fertigungsablaufs ist dann denkbar, dass eine Erfassung im zweiten Überwachungsbereich ebenfalls des ersten Objekts und eines zweiten Objekts erfolgt. Hierbei ist es dann jedenfalls entscheidend, dass die Auswerteeinheit die beiden Objekte voneinander unterscheiden kann.An advantageous embodiment of the invention provides that the evaluation unit is set up to distinguish position data and movement data acquired in the first monitoring area from position data and movement data acquired in the second monitoring area and / or to evaluate them in combination. Preferably, it is further provided that the evaluation unit can distinguish position data and movement data of a first object from position data and movement data of a second object. This makes it possible in an advantageous manner that a control of the handling device in dependence on a different detection of the objects can be done. Thus, for example, it is conceivable that initially only a detection takes place in the first monitoring area of both a first object, for example the handling device, and a second object, for example the operator. In the course of a production process, it is then conceivable that a detection in the second monitoring area also takes place of the first object and of a second object. In any case, it is crucial that the evaluation unit can distinguish the two objects from each other.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Auswerteeinheit dem Überwachungsraum mehrere, unterschiedliche Sicherheitsstufen repräsentierende Sensierungsfelder zuordnet. Hierdurch ist es möglich in Abhängigkeit von den Sicherheitsstufen in der Auswerteeinheit verschiedene Ansteuerungsmodi zu hinterlegen. So ist bevorzugt, den unterschiedlichen Sicherheitsstufen unterschiedliche dem Handhabungsgerät von der Auswerteeinheit zumindest mittelbar aufzuprägende Verfahrgeschwindigkeiten zuzuordnen, abhängig von einer Erfassung der Objekte in den Sensierungsfeldern.An advantageous embodiment of the invention provides that the evaluation unit assigns several monitoring levels representing Sensierungsfelder the interstitial space. This makes it possible to deposit different activation modes depending on the security levels in the evaluation unit. It is thus preferable to assign different traversing speeds to the handling device from the evaluation unit, at least indirectly, to the different security levels, depending on detection of the objects in the sensing fields.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Absicherung eines maschinell gesteuerten Handhabungsgeräts mit einer Vorrichtung wie beschrieben, mit den Schritten:
- - Erfassen eines durch das Handhabungsgerät in einem ersten Sensierungsfeld des Überwachungsraums geführten ersten Objekts und Erfassen eines in einem zweiten Sensierungsfeld sich befindenden zweiten Objekts;
- - Aufprägen einer ersten Verfahrgeschwindigkeit zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit auf das Handhabungsgerät;
- - Erfassen des in ein drittes Sensierungsfeld eintretenden zweiten Objekts;
- - Aufprägen einer gegenüber der ersten Verfahrgeschwindigkeit reduzierten zweiten Verfahrgeschwindigkeit zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit auf das Handhabungsgerät;
- - Erfassen des durch das Handhabungsgerät in das zweite und/oder dritte und/oder vierten Sensierungsfeld geführten ersten Objekts und Erfassen des in das dritte Sensierungsfeld eintretenden zweiten Objekts;
- - Aufprägen einer gegenüber der zweiten Verfahrgeschwindigkeit reduzierten dritten Verfahrgeschwindigkeit zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit auf das Handhabungsgerät;
- - Erfassen einer Bewegung des zweiten Objekts in dem vierten Sensierungsfeld;
- - Anhalten des Handhabungsgerätes zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit.
- Detecting a first object guided by the manipulator in a first sensing field of the surveillance space and detecting a second object located in a second sensing field;
- - Imprinting a first traversing speed at least indirectly via the evaluation unit to the handling device;
- - detecting the entering into a third Sensierungsfeld second object;
- - Imprinting a relation to the first traversing speed reduced second traversing speed at least indirectly via the evaluation unit to the handling device;
- Detecting the first object guided by the manipulator into the second and / or third and / or fourth sensing field and detecting the second object entering the third sensing field;
- - Imprinting a relation to the second traversing speed reduced third traversing speed at least indirectly via the evaluation unit to the handling device;
- Detecting a movement of the second object in the fourth sensing field;
- - stopping the handling device at least indirectly via the evaluation unit.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Erfassen des in dem ersten, zweiten und dritten Sensierungsfeld befindlichen ersten und zweiten Objekts über den ersten, ursprungsstationären Überwachungsbereich vor.An advantageous embodiment of the method provides for detecting the first and second objects located in the first, second and third sensing fields via the first, stationary-stationary monitoring area.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Erfassen des in dem vierten Sensierungsfeld befindlichen ersten Objekts über den ersten, ursprungsstationären Überwachungsbereich vor.An advantageous embodiment of the method provides for detecting the first object located in the fourth sensing field via the first, stationary-stationary monitoring area.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Erfassen des in das vierte Sensierungsfeld eintretenden zweiten Objekts über den zweiten, ursprungsvariablen Überwachungsbereich vor.An advantageous embodiment of the method provides for detecting the second object entering the fourth sensing field via the second, originally variable monitoring area.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Erfassen des durch das Handhabungsgerät in das erste Sensierungsfeld geführte erste Objekt und Erfassen einer Bewegung des zweiten Objekts aus dem vierten Sensierungsfeld heraus und ein Aufprägen der gegenüber der dritten Verfahrgeschwindigkeit erhöhten zweiten Verfahrgeschwindigkeit zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit auf das Handhabungsgerät vor.An advantageous embodiment of the method provides for detecting the first object guided by the handling device into the first sensing field and detecting a movement of the second object out of the fourth sensing field and imposing the second traversing speed in relation to the third traversing speed at least indirectly via the evaluation unit onto the handling device in front.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Erfassen des in das erste Sensierungsfeld eintretenden zweiten Objekts und Aufprägen der gegenüber der zweiten Verfahrgeschwindigkeit erhöhten ersten Verfahrgeschwindigkeit zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit auf das Handhabungsgerät.An advantageous embodiment of the method provides for detecting the second object entering into the first sensing field and for impressing the first traversing speed, which is increased relative to the second traversing speed, at least indirectly via the evaluation unit to the handling device.
Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Hierin zeigen
-
1 eine prinzipieller Darstellung ein Handhabungsgerät mit einer Absicherungsvorrichtung; -
2 ein Handhabungsgerät mit einer Absicherungsvorrichtung in einer ersten Arbeitssituation; -
3 ein Handhabungsgerät mit einer Absicherungsvorrichtung in einer weiteren Arbeitssituation; -
4 ein Handhabungsgerät mit einer Absicherungsvorrichtung in einer weiteren Arbeitssituation und -
5 ein Ablaufschaubild eines möglichen Verfahrens zur Absicherung eines Handhabungsgeräts.
-
1 a schematic representation of a handling device with a safeguard device; -
2 a handling device with a security device in a first work situation; -
3 a handling device with a safety device in another working situation; -
4 a handling device with a safety device in another working situation and -
5 a flowchart of a possible method for securing a handling device.
Die
Der Industrieroboter
Weiterhin ist in die
Die
Die
Die
Die
Die
Zusammenfassend ist die Absicherungsvorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Industrierobotersindustrial robot
- 1212
- Bedienpersonoperator
- 1414
- Roboterarmrobot arm
- 1616
- Effektoreffector
- 1818
- Rahmenelementframe element
- 2020
- Vorrichtungcontraption
- 2222
- Sensoriksensors
- 2424
- Auswerteinheitevaluation
- 2626
- Sensorsensor
- 2828
- Sensorsensor
- 3030
- Sensorfeldsensor field
- 3232
- Sensorfeldsensor field
- 3434
- Überwachungsraummonitoring room
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- DIN EN ISO 13855 [0003]DIN EN ISO 13855 [0003]
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