DE102017207701B4

DE102017207701B4 - Safety device for monitoring a work area of a robot and a robot workstation with such a safety device

Info

Publication number: DE102017207701B4
Application number: DE102017207701.8A
Authority: DE
Inventors: Gernot Nitz
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2017-05-08
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2021-04-22
Anticipated expiration: 2037-05-09
Also published as: WO2018206279A1; DE102017207701A1

Abstract

Sicherheitsvorrichtung zur Überwachung eines Arbeitsraumes eines Roboters (1), aufweisend wenigstens eine elektrisch leitfähige Bodenauflage (16), die gegen Erde elektrisch isoliert ist, eine Sendevorrichtung (17) mit einem Sendeantennenanschluss (18), der an die Bodenauflage (16) elektrisch kontaktiert ist, ein Signalgenerator (19), der ausgebildet ist, ein Ausgangssignal vorbestimmter Charakteristik zu erzeugen und an die Sendevorrichtung (17) weiterzuleiten, zur Abstrahlung des Ausgangssignals an die Umgebung durch die, eine Sendeantenne bildende Bodenauflage (16), des Weiteren aufweisend eine an die metallische Struktur eines Roboterarms (2) elektrisch ankoppelbare Eingangsleitung (20), die ausgebildet ist, das von der Bodenauflage (16) abgestrahlte Ausgangssignal über die, eine Empfangsantenne bildende, metallische Struktur des Roboterarms (2) als ein Eingangssignal zu erfassen, eine Empfangsvorrichtung (21), die ausgebildet ist, das von der Eingangsleitung (20) erfasste Eingangssignal aufzunehmen, eine mit der Empfangsvorrichtung (21) und der Sendevorrichtung (17) verbundene Vergleichseinrichtung (22), die ausgebildet ist, das von der Empfangsvorrichtung (21) erfasste Eingangssignal mit dem von der Sendevorrichtung (17) ausgesendete Ausgangssignal zu vergleichen, um im Falle einer Annäherung einer Person an den Roboterarm (2) eine Signalverstärkung zu erkennen, und eine mit der Vergleichseinrichtung (22) verbundene Auswerteeinrichtung (23), die ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Vergleichsergebnisses der Vergleichseinrichtung (22), ein den Sicherheitszustand des Arbeitsraumes kennzeichnendes Sicherheitssignal zur Weiterleitung an eine Robotersteuerung (12) des Roboters (1) zum Ausführen wenigstens einer Sicherheitsfunktion zu erzeugen.Safety device for monitoring a working area of a robot (1), having at least one electrically conductive floor support (16) which is electrically insulated from earth, a transmission device (17) with a transmission antenna connection (18) which is electrically connected to the floor support (16) , a signal generator (19) which is designed to generate an output signal of predetermined characteristics and to forward it to the transmitting device (17), for emitting the output signal to the environment through the floor support (16) forming a transmitting antenna, further comprising one to the metallic structure of a robot arm (2) electrically connectable input line (20) which is designed to detect the output signal emitted by the floor support (16) via the metallic structure of the robot arm (2) forming a receiving antenna as an input signal, a receiving device ( 21), which is formed, the input detected by the input line (20) A comparison device (22) which is connected to the receiving device (21) and the transmitting device (17) and is designed to compare the input signal detected by the receiving device (21) with the output signal transmitted by the transmitting device (17) in order to receive the signal If a person approaches the robot arm (2), a signal amplification can be recognized, and an evaluation device (23) connected to the comparison device (22), which is designed, as a function of a comparison result of the comparison device (22), characterizes the safety state of the work area Generate a safety signal for forwarding to a robot controller (12) of the robot (1) to carry out at least one safety function.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung zur Überwachung eines Arbeitsraumes eines Roboters und einen Roboterarbeitsplatz mit einer solchen Sicherheitsvorrichtung.The invention relates to a safety device for monitoring a workspace of a robot and a robot workstation with such a safety device.

Aus der DE 10 2013 104 265 A1 ist eine Vorrichtung zum Absichern eines Überwachungsbereichs bekannt, in welchem eine automatisiert arbeitende Maschine angeordnet ist, mit einer Sensoreinheit zur Überwachung des Überwachungsbereichs, mit einer Konfigurationseinheit zur Definition von zumindest einem ersten und einem zweiten Schutzbereich, und mit einer Auswerteeinheit zum Auslösen einer sicherheitsrelevanten Funktion, wobei der erste Schutzbereich einen ersten Abstand von der Maschine hat, und der zweite Schutzbereich einen zweiten, größeren Abstand von der Maschine hat als der erste Schutzbereich, und wobei die Sensoreinheit beide Schutzbereiche überwacht und die Auswerteeinheit sowohl auswertet, ob ein Maschinenelement der Maschine in den ersten Schutzbereich eindringt, als auch ob ein Fremdobjekt in den zweiten Schutzbereich eindringt, und dazu eingerichtet ist, die sicherheitsrelevante Funktion auszulösen, wenn zumindest eines dieser Ereignisse eintritt.From the DE 10 2013 104 265 A1 A device is known for securing a monitoring area in which an automated machine is arranged, with a sensor unit for monitoring the monitoring area, with a configuration unit for defining at least a first and a second protection area, and with an evaluation unit for triggering a safety-relevant function, wherein the first protection area is at a first distance from the machine, and the second protection area is at a second, greater distance from the machine than the first protection area, and the sensor unit monitors both protection areas and the evaluation unit evaluates whether a machine element of the machine is in the first protection area penetrates, as well as whether a foreign object penetrates into the second protection area, and is set up to trigger the safety-relevant function when at least one of these events occurs.

Die DE 10 2015 120 369 B3 beschreibt Trittmatte zum Absichern einer technischen Anlage, mit einem Sensor, einem starren Trägerkörper und einer Auswerteeinheit. Der Sensor weist eine aktive Sensorfläche und einen flexiblen Anschlussbereich zur elektrischen Kontaktierung der Sensorfläche auf, der an einem Rand der aktiven Sensorfläche ausgebildet ist. Der Trägerkörper weist eine Basis mit einer Oberseite und eine daran anschließende Seitenfläche auf, wobei die Auswerteeinheit im Inneren des Trägerkörpers unterhalb der aktiven Sensorfläche angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, ein Ausgangssignal in Abhängigkeit der Betätigung der aktiven Sensorfläche zu erzeugen.The DE 10 2015 120 369 B3 describes a step mat for securing a technical system, with a sensor, a rigid support body and an evaluation unit. The sensor has an active sensor area and a flexible connection area for making electrical contact with the sensor area, which connection area is formed on an edge of the active sensor area. The carrier body has a base with an upper side and an adjoining side surface, the evaluation unit being arranged in the interior of the carrier body below the active sensor surface and being designed to generate an output signal as a function of the actuation of the active sensor surface.

Die EP 0 253 000 B1 beschreibt eine Maschinenschutzschaltung zum Abschalten einer Maschine bei Eintritt einer Person in den Gefährdungsbereich der Maschine, mit einer Sicherheitsschaltung, die mindestens zwei Bedingungen überwacht, welche gemeinsam erfüllt sein müssen, damit ein Maschinenschalter einschaltbar ist bzw. in Betrieb bleibt, wobei im Gefährdungsbereich auf dem Boden eine Kontaktmatte verlegt ist, die während der Zeit ihres Betretens ein Dauersignal liefert, außerdem zusätzlich der Gefährdungsbereich durch einen nur auf Zustandsänderungen reagierenden Sensor überwacht ist, und das Signal des Sensors einem ersten Speicher und dasjenige der Kontaktmatte einem zweiten Speicher zugeführt wird, wobei die in diesen Speichern gespeicherten Signale die Sicherheitsschaltung steuern.The EP 0 253 000 B1 describes a machine protection circuit for switching off a machine when a person enters the hazardous area of the machine, with a safety circuit that monitors at least two conditions that must be met together so that a machine switch can be switched on or remains in operation, with the hazardous area on the floor a contact mat is laid, which supplies a continuous signal during the time it is entered, in addition, the hazard area is monitored by a sensor that only reacts to changes in state, and the signal from the sensor is fed to a first memory and that of the contact mat is fed to a second memory, the in The signals stored in these memories control the safety circuit.

Die DE 38 38 449 A1 beschreibt eine Einklemmschutzvorrichtung mit einer Vergleichsanordnung zum wechselweisen Vergleichen von gesendeten und empfangenen Signalen miteinander unter Berücksichtigung eines bekannten Unterschieds zwischen den gesendeten beiden Signalen, und zum Ausgeben einer Warnmeldung, wenn Unterschiede festgestellt werden, die nicht mit den bekannten Unterschieden übereinstimmen.The DE 38 38 449 A1 describes an anti-trap device with a comparison arrangement for alternately comparing transmitted and received signals with one another, taking into account a known difference between the two signals transmitted, and for outputting a warning message if differences are found that do not match the known differences.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sicherheitsvorrichtung zur Überwachung eines Arbeitsraumes eines Roboters und einen Roboterarbeitsplatz mit einer solchen Sicherheitsvorrichtung mit einfachen, zuverlässigen Mitteln zu schaffen, die insbesondere für unterschiedliche Roboterarme und unterschiedliche Roboterarbeitsplätze in gleicher Weise genutzt werden können.The object of the invention is to create a safety device for monitoring a workspace of a robot and a robot workstation with such a safety device with simple, reliable means that can be used in the same way in particular for different robot arms and different robot workstations.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sicherheitsvorrichtung zur Überwachung eines Arbeitsraumes eines Roboters, aufweisend wenigstens eine elektrisch leitfähige Bodenauflage, die gegen Erde elektrisch isoliert ist, eine Sendevorrichtung mit einem Sendeantennenanschluss, der an die Bodenauflage elektrisch kontaktiert ist, ein Signalgenerator, der ausgebildet ist, ein Ausgangssignal vorbestimmter Charakteristik zu erzeugen und an die Sendevorrichtung weiterzuleiten, zur Abstrahlung des Ausgangssignals an die Umgebung durch die, eine Sendeantenne bildende Bodenauflage, des Weiteren aufweisend eine an die metallische Struktur eines Roboterarms elektrisch ankoppelbare Eingangsleitung, die ausgebildet ist, das von der Bodenauflage abgestrahlte Ausgangssignal über die, eine Empfangsantenne bildende, metallische Struktur des Roboterarms als ein Eingangssignal zu erfassen, eine Empfangsvorrichtung, die ausgebildet ist, das von der Eingangsleitung erfasste Eingangssignal aufzunehmen, eine mit der Empfangsvorrichtung und der Sendevorrichtung verbundene Vergleichseinrichtung, die ausgebildet ist, das von der Empfangsvorrichtung erfasste Eingangssignal mit dem von der Sendevorrichtung ausgesendete Ausgangssignal zu vergleichen, um im Falle einer Annäherung einer Person an den Roboterarm eine Signalverstärkung zu erkennen, und eine mit der Vergleichseinrichtung verbundene Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Vergleichsergebnisses der Vergleichseinrichtung, ein den Sicherheitszustand des Arbeitsraumes kennzeichnendes Sicherheitssignal zur Weiterleitung an eine Robotersteuerung des Roboters zum Ausführen wenigstens einer Sicherheitsfunktion zu erzeugen.This object is achieved according to the invention by a safety device for monitoring a workspace of a robot, having at least one electrically conductive floor support which is electrically insulated from ground, a transmission device with a transmission antenna connection which is electrically connected to the floor support, a signal generator which is designed to generate an output signal of predetermined characteristics and to forward it to the transmitting device, for emitting the output signal to the environment through the floor support forming a transmitting antenna, further comprising an input line that can be electrically coupled to the metallic structure of a robot arm and is formed that radiates from the floor support To acquire an output signal via the metallic structure of the robot arm, which forms a receiving antenna, as an input signal, a receiving device which is designed to receive the input signal acquired by the input line men, a comparison device connected to the receiving device and the transmitting device, which is designed to compare the input signal detected by the receiving device with the output signal transmitted by the transmitting device in order to detect a signal amplification in the event of a person approaching the robot arm, and one with The evaluation device connected to the comparison device, which evaluation device is designed to generate, as a function of a comparison result of the comparison device, a safety signal characterizing the safety status of the workspace for forwarding to a robot controller of the robot for executing at least one safety function.

Sicherheitsvorrichtungen können generell dazu eingerichtet sein, einen Betrieb von Robotern sicherer zu machen, beispielsweise, in dem die Sicherheitsvorrichtungen Kollisionen der sich bewegenden Roboterarme mit anderen Gegenständen und/oder Lebewesen, insbesondere Personen verhindern oder zumindest abmildern. Bekannte Sicherheitsvorrichtungen sind beispielsweise Sicherheitszäune, welche einen Arbeitsraum des Roboterarms gegen unbefugtes Betreten durch eine Person begrenzen. Wird beispielsweise eine Zugangstür eines Sicherheitszaunes durch eine Person geöffnet, so kann die Sicherheitsvorrichtung einen Türschalter umfassen, der bei einem Öffnen der Zugangstür während des Betriebs des Roboters beispielsweise ein Warnsignal an die Robotersteuerung sendet. Die Robotersteuerung kann ausgebildet sein, aufgrund des erhaltenen Warnsignals, wenigstens eine Sicherheitsfunktion auszuführen, aus der Gruppe von Sicherheitsfunktionen, die beispielsweise ein Verlangsamen einer Bewegung des Roboterarms, ein Anhalten einer Bewegung des Roboterarms, eine Notabschaltung des Roboterarms und eine Beschränkung des Arbeitsraumes des Roboterarms umfassen kann.Safety devices can generally be set up to make operation of robots safer, for example in that the safety devices collisions of the moving robot arms with other objects and / or Prevent or at least mitigate living beings, especially people. Known safety devices are, for example, safety fences which limit a working area of the robot arm against unauthorized entry by a person. If, for example, an access door of a safety fence is opened by a person, the safety device can comprise a door switch which, when the access door is opened during operation of the robot, sends a warning signal to the robot controller, for example. The robot controller can be designed to perform at least one safety function based on the received warning signal from the group of safety functions, which include, for example, slowing down a movement of the robot arm, stopping a movement of the robot arm, emergency shutdown of the robot arm and restriction of the working space of the robot arm can.

Nicht immer ist es zweckmäßig einen Arbeitsraum eines Roboters mit einem Sicherheitszaun oder Schutzzaun zu versehen. Besonders in diesen Fällen müssen andersartige Sicherheitsvorrichtungen ein Eindringen einer Person in den Arbeitsraum erkennen und solche gefährlichen Situationen, bei denen die Person in die Bewegungsbahn des Roboterarms kommen könnte, entschärfen können.It is not always advisable to provide a robot workspace with a safety fence or protective fence. In these cases in particular, safety devices of a different type must recognize an intrusion of a person into the work area and be able to defuse such dangerous situations in which the person could come into the path of movement of the robot arm.

Die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung befasst sich im Wesentlichen mit dem Problem ein Eindringen einer Person in den Arbeitsraum eines sich bewegenden Roboterarms zuverlässig erkennen zu können, um aufgrund eines solchen Erkennens geeignete Sicherungsmaßnahmen ergreifen zu können. Die Sicherungsmaßnahmen können beispielsweise ein Verlangsamen einer Bewegung des Roboterarms, ein Anhalten einer Bewegung des Roboterarms, eine Notabschaltung des Roboterarms und eine Beschränkung des Arbeitsraumes des Roboterarms umfassen.The safety device according to the invention essentially deals with the problem of being able to reliably detect an intrusion of a person into the working space of a moving robot arm in order to be able to take suitable safety measures on the basis of such detection. The safety measures can include, for example, a slowing down of a movement of the robot arm, a stopping of a movement of the robot arm, an emergency shutdown of the robot arm and a restriction of the working space of the robot arm.

Die erfindungsgemäß elektrisch leitfähige Bodenauflage bildet eine Sendeantenne. Dazu kann die Bodenauflage beispielsweise eine elektrisch leitfähige, d.h. insbesondere metallische Folie, ein Metallgitter oder eine Blechplatte umfassen, die auf einem Untergrund aufgelegt ist, den zu sichernden Roboterarm zumindest an gefährdeten Bereichen oder vollumfänglich umgibt, und die von einer Person ggf. betreten werden kann und die gegen den Untergrund zumindest weitgehend oder vollständig elektrisch isoliert ist. Eine elektrische Isolierung der Bodenauflage gegen den Untergrund sollte zumindest derart ausgebildet sein, dass die von der Sendevorrichtung erzeugte Sendeleistung von der Bodenauflage nicht vollständig oder zumindest nicht überwiegend in den Untergrund abgeleitet wird, ohne dass ein wesentlicher Teil der Sendeleistung über den Körper einer Person in den Arbeitsraum abgestrahlt werden könnte, wenn eine Person die Bodenauflage betritt. Insoweit sollte zwischen der Bodenauflage und dem Untergrund eine Isolierschicht vorhanden sein, welche die Bodenauflage gegen den Untergrund elektrisch isoliert. Die Isolierschicht kann beispielsweise eine Kunststofffolie oder Kunststoffplatte sein.The electrically conductive floor support according to the invention forms a transmitting antenna. For this purpose, the floor support can comprise, for example, an electrically conductive, ie in particular metallic foil, a metal grid or a sheet metal plate, which is placed on a surface, surrounds the robot arm to be secured at least in endangered areas or completely, and which can be accessed by a person if necessary and which is at least largely or completely electrically isolated from the ground. An electrical insulation of the floor covering against the ground should at least be designed in such a way that the transmission power generated by the transmission device is not completely or at least not predominantly diverted from the floor covering into the ground without a substantial part of the transmission power being transferred via the body of a person to the Workspace could be radiated when a person steps on the floor. In this respect, there should be an insulating layer between the floor support and the subsurface, which electrically isolates the floor support from the subsurface. The insulating layer can, for example, be a plastic film or plastic plate.

Die Bodenauflage, welche eine Sendeantenne bildet, soll in einem von einer Person nicht betretenen Zustand insbesondere keine sehr gute Abstrahlung aufweisen. Dazu kann die eine Sendeantenne bildende Bodenauflage oder die optionale separate Antenne eine Massebezugselektrode aufweisen. Eine gute Sendewirkung soll erst dann zustande kommen, wenn eine Person die Bodenauflage betreten hat bzw. wenn eine Person die zusätzliche, separate Antenne beispielsweise mit einer Hand angefasst hat. Somit kommt eine gute Sendewirkung erst dann zustande, wenn die Person insoweit kapazitiv an die Bodenauflage oder die separate Antenne angekoppelt ist und dadurch die Fläche der Sendeelektrode der Bodenauflage oder der separaten Antenne vergrößert ist. Dazu kann die Bodenauflage bzw. können die mehreren Bodenauflagen beispielsweise jeweils zwei gegenüberliegende, insbesondere parallel zueinander in einem geringen Abstand voneinander angeordnete, flächige Elektroden aufweisen, zwischen denen jeweils ein Dielektrikum, wie beispielsweise eine Kunststofffolie zwischengefügt ist. Nach außen hin können die flächigen Elektroden auch elektrisch isoliert sein. Dies kann sowohl für die geerdeten flächigen Elektroden, als auch für die als Trittfläche oder Greiffläche dienenden flächigen Elektroden zutreffen. Eine Person, welche beispielsweise die Bodenauflage betritt oder die separate Antenne anfasst, ist somit nicht galvanisch mit der Antenne verbunden, sondern kapazitiv an die Antenne angekoppelt.The floor support, which forms a transmitting antenna, should in particular not have very good radiation when a person does not step on it. For this purpose, the floor support forming a transmitting antenna or the optional separate antenna can have a ground reference electrode. A good transmission effect should only come about when a person has stepped on the floor support or when a person has touched the additional, separate antenna with one hand, for example. A good transmission effect is thus only achieved when the person is capacitively coupled to the floor support or the separate antenna and the area of the transmission electrode of the floor support or the separate antenna is increased as a result. For this purpose, the floor support or the multiple floor supports can each have, for example, two opposing, in particular parallel to one another at a short distance from one another, flat electrodes, between which a dielectric, such as a plastic film, is interposed. The flat electrodes can also be electrically insulated towards the outside. This can apply both to the grounded flat electrodes and to the flat electrodes serving as a step surface or gripping surface. A person who steps on the floor support or touches the separate antenna is therefore not galvanically connected to the antenna, but rather is capacitively coupled to the antenna.

Der Sendeantennenanschluss kann in einer dem Fachmann als solches bekannten konstruktiven Weise ausgebildet sein. Generell ist der Sendeantennenanschluss ausgebildet einen Ausgang der Sendevorrichtung elektrisch mit der Bodenauflage zu verbinden.The transmitting antenna connection can be designed in a constructive manner known as such to the person skilled in the art. In general, the transmitting antenna connection is designed to electrically connect an output of the transmitting device to the floor support.

Über die Sendevorrichtung und die Bodenauflage wird ein von dem Signalgenerator erzeugtes Ausgangssignal ausgesendet. Das Ausgangssignal vorbestimmter Charakteristik kann insoweit ganz allgemein durch einen vordefinierten Spannungsverlauf mit Änderungen über die Zeit gebildet werden, wobei insoweit eine Kodierung, d.h. eine Charakterisierung des Ausgangssignals beispielsweise durch eine Frequenzmodulation, durch eine Amplitudenmodulation und/oder durch eine Schwingungscharakteristik, wie Sinusschwingungen, Rechteckschwingungen, Dreieckschwingungen, Sägezahnschwingungen und/oder Nadelimpulse erfolgen kann. Insoweit kann auch einer einheitlichen Grundschwingung (Träger) ein kodiertes Signal (Nutzsignal) überlagert sein, insbesondere dadurch das kodierte Signal der Grundschwingung aufmoduliert sein.An output signal generated by the signal generator is transmitted via the transmission device and the floor support. The output signal of predetermined characteristics can in this respect be formed quite generally by a predefined voltage curve with changes over time, with coding, ie characterization of the output signal for example by frequency modulation, by amplitude modulation and / or by an oscillation characteristic, such as sinusoidal oscillations, square waves, Triangular oscillations, sawtooth oscillations and / or needle pulses can take place. In this respect, a coded signal (useful signal) can also be superimposed on a uniform fundamental oscillation (carrier) be, in particular thereby be modulated on the coded signal of the fundamental oscillation.

Um eine Empfangsantenne zu bilden, sollte der Roboterarm eine metallische Struktur aufweisen. Die metallische Struktur des Roboterarms kann insbesondere durch die aus Metall hergestellten Glieder des Roboterarms gebildet werden. Falls die Glieder des Roboterarms ggf. nicht aus einem elektrisch leitfähigen, d.h. metallischen Material bestehen, kann vorgesehen sein, dass die Glieder des Roboterarms mit metallischen Verkleidungen, wie Metallplatten, metallischen Netzen oder Folien versehen sind. In den meisten Fällen werden die Glieder des Roboterarms jedoch aus Metall, wie beispielsweise aus Aluminiumdruckguss bestehen.In order to form a receiving antenna, the robot arm should have a metallic structure. The metallic structure of the robot arm can in particular be formed by the links of the robot arm made of metal. If the links of the robot arm do not consist of an electrically conductive, i.e. metallic material, provision can be made for the links of the robot arm to be provided with metallic cladding, such as metal plates, metallic nets or foils. In most cases, however, the links of the robotic arm will be made of metal, such as die-cast aluminum.

Die Eingangsleitung verbindet nun die metallische Struktur des Roboterarms mit der Empfangsvorrichtung der Sicherheitsvorrichtung. Die Eingangsleitung kann eine spezielle, separate elektrische Leitung sein, die Teil der Sicherheitsvorrichtung sein kann und die an einen metallischen Punkt der Struktur des Roboterarms kontaktiert ist. Alternativ kann die Eingangsleitung zumindest teilweise auch von einem bereits vorhandenen Schutzleiter des Roboterarms gebildet werden. Roboterarme sind aus Gründen der elektrischen Sicherheit im Allgemeinen mit einem Schutzleiter versehen, welcher die metallischen Strukturteile des Roboterarms und beispielsweise auch die metallischen Gehäuse der Motoren des Roboterarms erden, um beispielsweise im Rahmen einer Funktionserdung elektrische Störströme ableiten zu können, und/oder um beispielsweise im Rahmen einer Schutzerdung Berührungsspannungen zu vermeiden, so dass Personen nicht gefährdet werden, welche die metallischen Strukturteile des Roboterarms ggf. berühren.The input line now connects the metallic structure of the robot arm with the receiving device of the safety device. The input line can be a special, separate electrical line which can be part of the safety device and which is contacted to a metallic point of the structure of the robot arm. Alternatively, the input line can at least partially also be formed by an already existing protective conductor of the robot arm. For reasons of electrical safety, robot arms are generally provided with a protective conductor, which earths the metallic structural parts of the robot arm and, for example, also the metallic housing of the motors of the robot arm, in order to be able to divert electrical interference currents, for example as part of a functional earthing, and / or for example in Avoid contact voltages within the framework of protective earthing, so that people who may touch the metallic structural parts of the robot arm are not endangered.

Die Empfangsvorrichtung der Sicherheitsvorrichtung leitet das über die metallische Struktur des Roboterarms erfasste Eingangssignal an die Vergleichseinrichtung weiter.The receiving device of the safety device forwards the input signal detected via the metallic structure of the robot arm to the comparison device.

Der Vergleichseinrichtung steht sowohl das von der Sendevorrichtung über die Bodenauflage ausgestrahlte Ausgangssignal, als auch das von der Empfangsvorrichtung über die metallische Struktur des Roboterarms erfasste Eingangssignal zur Verfügung. Die Vergleichseinrichtung bestimmt den Unterschied von Ausgangssignal und Eingangssignal und kann auch eine Änderung des Unterschieds von Ausgangssignal und Eingangssignal über den zeitlichen Verlauf hinweg feststellen bzw. erfassen oder bestimmen und ggf. speichern.The comparison device has available both the output signal emitted by the transmitting device via the floor support and the input signal detected by the receiving device via the metallic structure of the robot arm. The comparison device determines the difference between output signal and input signal and can also determine or detect or determine and, if necessary, store a change in the difference between output signal and input signal over the course of time.

Die Vergleichseinrichtung kann dabei ausgebildet sein, anhand des Vergleichsergebnisses bzw. anhand einer zeitlichen Änderung des Vergleichsergebnisses eine Signalverstärkung an der Eingangsleitung zu erkennen. Die Vergleichseinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung können dabei ausgebildet sein, diese Signalverstärkung als eine Annäherung einer Person an den Roboterarm zu interpretieren. Insoweit wird durch die Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses der Vergleichseinrichtung ein den Sicherheitszustand des Arbeitsraumes kennzeichnendes Sicherheitssignal erzeugt. Das erzeugte Sicherheitssignal kann dann zum Ausführen wenigstens einer Sicherheitsfunktion an die Robotersteuerung des Roboters weitergeleitet werden.The comparison device can be designed to recognize a signal gain on the input line on the basis of the comparison result or on the basis of a change in the comparison result over time. The comparison device and / or the evaluation device can be designed to interpret this signal amplification as an approach of a person to the robot arm. To this extent, the evaluation device generates a safety signal characterizing the safety status of the working space as a function of the comparison result of the comparison device. The generated safety signal can then be forwarded to the robot controller of the robot in order to carry out at least one safety function.

Im Ergebnis kann mittels der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung eine technische Lösung bereitgestellt werden, die im Idealfall keinerlei Änderungen oder Ergänzungen an dem Roboterarm erfordern, abgesehen von einer Ankontaktierung der Eingangsleitung der Sicherheitsvorrichtung an einen (bereits bestehenden) Schutzleiter des Roboterarms. Die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung kann demgemäß an jedem beliebigen, insbesondere an einem Roboterarbeitsplatz schon bestehenden Roboterarm auch nachgerüstet werden.As a result, a technical solution can be provided by means of the safety device according to the invention, which ideally does not require any changes or additions to the robot arm, apart from contacting the input line of the safety device with an (already existing) protective conductor of the robot arm. The safety device according to the invention can accordingly also be retrofitted to any desired robot arm, in particular an existing robot arm.

Die Sicherheitsvorrichtung kann einen die Eingangsleitung an die Struktur des Roboterarms ankoppelnden elektrischen Kondensator aufweisen.The safety device can have an electrical capacitor coupling the input line to the structure of the robot arm.

Der elektrische Kondensator kann ausgebildet sein, das Eingangssignal von dem Schutzleiter des Roboterarms abzugreifen. Durch ein Abgreifen des Eingangssignals von dem Schutzleiter des Roboterarms über einen Kondensator, wird die Funktion des Schutzleiters, einen am Roboterarm auftretenden Fehlerstrom oder Überspannung in die Erde abzuleiten, nicht beeinträchtigt. Gleichzeitig kann der elektrische Kondensator sicherstellen, dass ein am Roboterarm auftretenden Fehlerstrom oder Überspannung nicht in die Sicherheitsvorrichtung gelangt und diese zerstört.The electrical capacitor can be designed to tap the input signal from the protective conductor of the robot arm. By tapping the input signal from the protective conductor of the robot arm via a capacitor, the function of the protective conductor to divert a fault current or overvoltage that occurs on the robot arm into the earth is not impaired. At the same time, the electrical capacitor can ensure that a fault current or overvoltage occurring on the robot arm does not get into the safety device and destroy it.

Der elektrische Kondensator kann einerseits an die Eingangsleitung elektrisch angeschlossen sein und andererseits ausgebildet sein, zum Anschließen an einen Schutzleiter, der mit der Struktur des Roboterarms verbunden ist.The electrical capacitor can, on the one hand, be electrically connected to the input line and, on the other hand, be designed for connection to a protective conductor that is connected to the structure of the robot arm.

Der Signalgenerator kann als ein Funktionsgenerator ausgebildet sein, der eingerichtet ist, periodische Signale, insbesondere Sinusschwingungen, Rechteckschwingungen, Dreieckschwingungen, Sägezahnschwingungen und/oder Nadelimpulse zu erzeugen und über die Bodenauflage abzustrahlen.The signal generator can be designed as a function generator which is set up to generate periodic signals, in particular sinusoidal oscillations, square oscillations, triangular oscillations, sawtooth oscillations and / or needle pulses and to emit them via the floor support.

Der Signalgenerator kann ausgebildet sein, eine Schwingung zwischen 1 Kilohertz und 10 Megahertz zu erzeugen, die über die Bodenauflage abgestrahlt wird.The signal generator can be designed to generate an oscillation between 1 kilohertz and 10 megahertz, which is radiated via the floor support.

Die Bodenauflage kann zwei oder mehrere jeweils elektrisch voneinander isolierte Einzelauflagen umfassen, von denen jede Einzelauflage mit einem individuellen, sich von den anderen Ausgangssignalen unterscheidenden Ausgangssignal vorbestimmter Charakteristik von der Sendevorrichtung beaufschlagt ist.The floor support can comprise two or more individual supports, each electrically isolated from one another, of which each individual support is acted upon by the transmitting device with an individual output signal of predetermined characteristics that differs from the other output signals.

Das Ausgangssignal vorbestimmter Charakteristik kann insoweit ganz allgemein durch einen vordefinierten Spannungsverlauf mit Änderungen über die Zeit gebildet werden, wobei insoweit eine Kodierung, d.h. eine Charakterisierung des Ausgangssignals beispielsweise durch eine Frequenzmodulation, durch eine Amplitudenmodulation und/oder durch eine Schwingungscharakteristik, wie Sinusschwingungen, Rechteckschwingungen, Dreieckschwingungen, Sägezahnschwingungen und/oder Nadelimpulse erfolgen kann. Insoweit kann auch einer einheitlichen Grundschwingung (Träger) ein kodiertes Signal (Nutzsignal) überlagert sein, insbesondere dadurch das kodierte Signal der Grundschwingung aufmoduliert sein.The output signal of predetermined characteristics can in this respect be formed quite generally by a predefined voltage curve with changes over time, with coding, ie characterization of the output signal for example by frequency modulation, by amplitude modulation and / or by an oscillation characteristic, such as sinusoidal oscillations, square waves, Triangular oscillations, sawtooth oscillations and / or needle pulses can take place. In this respect, a coded signal (useful signal) can also be superimposed on a uniform basic oscillation (carrier), in particular the coded signal of the basic oscillation can be modulated as a result.

Die Bodenauflage kann zwei oder mehrere jeweils elektrisch voneinander isolierte Einzelauflagen in Form von zwei oder mehreren Kreissektoren oder zwei oder mehreren Kreisringsektoren aufweisen.The floor support can have two or more individual supports, each electrically isolated from one another, in the form of two or more circular sectors or two or more circular ring sectors.

Die erfindungsgemäß elektrisch leitfähigen Einzelauflagen bilden jeweils eine Sendeantenne. Dazu können die Einzelauflagen beispielsweise jeweils eine elektrisch leitfähige, d.h. insbesondere metallische Folie, ein Metallgitter oder eine Blechplatte umfassen, wobei die Einzelauflagen auf einem Untergrund aufgelegt sind, den zu sichernden Roboterarm zumindest an gefährdeten Bereichen oder vollumfänglich umgeben, und die von einer Person ggf. betreten werden können und die gegen den Untergrund zumindest weitgehend oder vollständig elektrisch isoliert sein. Eine elektrische Isolierung der Einzelauflagen gegen den Untergrund sollte zumindest jeweils derart ausgebildet sein, dass die jeweils von der Sendevorrichtung erzeugte Sendeleistung von der jeweiligen Einzelauflage nicht vollständig oder zumindest nicht überwiegend in den Untergrund abgeleitet wird, ohne dass ein wesentlicher Teil der Sendeleistung über den Körper einer Person in den Arbeitsraum abgestrahlt werden könnte, wenn eine Person die jeweilige Einzelauflage betritt. Insoweit sollte zwischen der jeweiligen Einzelauflage und dem Untergrund eine Isolierschicht vorhanden sein, welche die jeweilige Einzelauflage gegen den Untergrund elektrisch isoliert. Die Isolierschicht kann beispielsweise eine Kunststofffolie oder Kunststoffplatte sein.The individual supports that are electrically conductive according to the invention each form a transmitting antenna. For this purpose, the individual supports can each comprise, for example, an electrically conductive, ie in particular metallic foil, a metal grille or a sheet metal plate, the individual supports being placed on a substrate, surrounding the robot arm to be secured at least in endangered areas or completely, and which may be used by a person. can be entered and which are at least largely or completely electrically isolated from the ground. An electrical insulation of the individual supports from the subsurface should at least be designed in such a way that the transmission power generated in each case by the transmission device is not completely or at least not predominantly derived from the respective individual support into the subsurface without a substantial part of the transmission power being transmitted via the body of a Person could be radiated into the work area when a person enters the respective individual support. In this respect, an insulating layer should be present between the respective individual support and the substrate, which electrically isolates the respective individual support from the substrate. The insulating layer can, for example, be a plastic film or plastic plate.

Die Bodenauflage kann zwei oder mehrere jeweils elektrisch voneinander isolierte Einzelauflagen aufweisen, die auf konzentrischen Bahnen zueinander angeordnet sind.The floor support can have two or more individual supports, each electrically isolated from one another, which are arranged on concentric paths to one another.

Zusätzlich zu der Bodenauflage oder zusätzlich zu mehreren Einzelauflagen kann wenigstens eine, von der Bodenauflage oder den Einzelauflagen verschiedene Antenne vorgesehen sein, die an die Sendevorrichtung angeschlossen ist.In addition to the floor support or in addition to a plurality of individual supports, at least one antenna which is different from the floor support or the individual supports and is connected to the transmission device can be provided.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird außerdem gelöst durch einen Roboterarbeitsplatz, aufweisend einen oberhalb eines Arbeitsplatzbodens angeordneten Roboter mit einem Roboterarm, der mehrere Glieder und mehrere, die Glieder gegeneinander verstellende Gelenke umfasst, wobei die mehreren Gelenke mittels Motoren verstellbar sind, die von einer Robotersteuerung des Roboters angesteuert sind, sowie aufweisend eine Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Eingangsleitung der Sicherheitsvorrichtung an die metallische Struktur des Roboterarms elektrisch angekoppelt ist, die Bodenauflage den Roboterarm umgebend auf dem Arbeitsplatzboden angeordnet ist und die Auswerteeinrichtung steuerungstechnisch an die Robotersteuerung angeschlossen ist, und die Robotersteuerung ausgebildet ist, in Abhängigkeit der von der Auswerteeinrichtung erhaltenen Sicherheitssignale die Motoren des Roboterarms anzusteuern.The object according to the invention is also achieved by a robot workstation, having a robot arranged above a workstation floor with a robot arm which comprises several links and several joints that adjust the links relative to one another, the several joints being adjustable by means of motors that are controlled by a robot controller of the robot are, as well as having a safety device according to one of claims 1 to 9, wherein the input line of the safety device is electrically coupled to the metallic structure of the robot arm, the floor support is arranged on the workstation floor surrounding the robot arm and the evaluation device is connected to the robot controller in terms of control technology, and the robot controller is designed to control the motors of the robot arm as a function of the safety signals received from the evaluation device.

Der Roboterarm kann ein Grundgestell aufweisen, das auf dem Arbeitsplatzboden befestigt ist und die wenigstens eine elektrisch leitfähige Bodenauflage kann dabei auf dem Arbeitsplatzboden, den Roboterarm konzentrisch umgebend, aufgelegt sein.The robot arm can have a base frame that is fastened to the workstation floor and the at least one electrically conductive floor support can be placed on the workstation floor, concentrically surrounding the robot arm.

Die Vergleichseinrichtung kann ausgebildet sein, anhand des Vergleichsergebnisses eine Signalverstärkung an der Eingangsleitung zu erkennen und die Auswerteeinrichtung kann dabei ausgebildet sein, diese Signalverstärkung als eine Annäherung einer Person an den Roboterarm zu interpretieren.The comparison device can be designed to recognize a signal amplification on the input line on the basis of the comparison result, and the evaluation device can be designed to interpret this signal amplification as an approach of a person to the robot arm.

Die Bodenauflage kann zwei oder mehrere jeweils elektrisch voneinander isolierte Einzelauflagen in Form von zwei oder mehreren Kreissektoren oder zwei oder mehreren Kreisringsektoren aufweisen, von denen jede Einzelauflage durch die Sendevorrichtung mit einem individuellen, sich von den anderen Ausgangssignalen unterscheidenden Ausgangssignal vorbestimmter Charakteristik beaufschlagt ist und die Auswerteeinrichtung kann dabei ausgebildet sein, aus einer Signalverstärkung an einer Einzelauflage eines bestimmten Kreissektors oder eines bestimmten Kreisringsektors eine Annäherung einer Person an den Roboterarm aus einer der relativen Lage dieser Einzelauflage bezüglich des Roboterarms entsprechenden Annäherungsrichtung zu erkennen.The floor support can have two or more individual supports, each electrically isolated from one another, in the form of two or more circular sectors or two or more circular ring sectors, of which each individual support is acted upon by the transmitting device with an individual output signal of predetermined characteristics that differs from the other output signals and the evaluation device can be designed to recognize an approach of a person to the robot arm from an approach direction corresponding to the relative position of this individual support with respect to the robot arm from a signal amplification on an individual support of a certain circular sector or a certain circular ring sector.

Die Robotersteuerung kann ausgebildet sein, aufgrund des von der Auswerteeinrichtung erhaltenen Sicherheitssignals, wenigstens eine Sicherheitsfunktion auszuführen, aus der Gruppe von Sicherheitsfunktionen, die ein Verlangsamen einer Bewegung des Roboterarms, ein Anhalten einer Bewegung des Roboterarms, eine Notabschaltung des Roboterarms und eine Beschränkung des Arbeitsraumes des Roboterarms umfassen.The robot controller can be designed to execute at least one safety function from the group of on the basis of the safety signal received from the evaluation device Safety functions which include slowing down a movement of the robot arm, stopping a movement of the robot arm, an emergency shutdown of the robot arm and a restriction of the working space of the robot arm.

Der Roboterarbeitsplatz kann wenigstens eine zu der Bodenauflage oder zu den mehreren Einzelauflagen zusätzliche, separate Antenne aufweisen, die von der Bodenauflage oder den Einzelauflagen verschieden ist und die an die Sendevorrichtung angeschlossen ist.The robot workstation can have at least one antenna that is additional to the floor support or the multiple individual supports, which antenna is different from the floor support or the individual supports and which is connected to the transmitting device.

Die metallische Struktur des Roboterarms kann über eine Erdungsleitung geerdet sein, wobei vor der Erdungsleitung eine elektrische Spule in die Schutzleitung elektrisch eingefügt sein kann.The metallic structure of the robot arm can be grounded via a grounding line, it being possible for an electrical coil to be electrically inserted into the protective line in front of the grounding line.

Die elektrische Spule kann bewirken, dass der Schutzleitung bzw. die Erdungsleitung nur im niederfrequenten Bereich niederohmig ist und in einem hochfrequenten Bereich hochohmig ist. So kann sichergestellt sein, dass einerseits ein Fehlerstrom oder eine Überspannung ohne weiteres über die Schutzleitung und die elektrische Spule in die Erdungsleitung abgeleitet wird und andererseits das Eingangssignal im Wesentlichen nicht über die Erdungsleitung abfließt, sondern über die Eingangsleitung weitgehend abgegriffen werden kann. Unter einem niederfrequenten Bereich wird insbesondere ein Frequenzband verstanden, das auch die Netzfrequenz von beispielsweise 50 bis 60 Hertz umfasst. Unter einem hochfrequenten Bereich wird insbesondere ein Frequenzband verstanden, in dem die Empfangsantenne, d.h. die metallische Struktur des Roboterarms empfängt und die Sendeantenne, d.h. die Bodenauflage sendet, also beispielsweise eine Frequenz zwischen 1 Kilohertz und 10 Megahertz.The electrical coil can have the effect that the protective line or the grounding line is low-resistance only in the low-frequency range and is high-resistance in a high-frequency range. This ensures that, on the one hand, a fault current or overvoltage is readily diverted into the grounding line via the protective line and the electrical coil and, on the other hand, the input signal essentially does not flow through the grounding line, but can largely be tapped via the input line. A low-frequency range is understood to mean, in particular, a frequency band that also includes the network frequency of, for example, 50 to 60 Hertz. A high-frequency range is understood to mean, in particular, a frequency band in which the receiving antenna, i.e. the metallic structure of the robot arm, receives and the transmitting antenna, i.e. the floor support, transmits, for example a frequency between 1 kilohertz and 10 megahertz.

Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Ausführungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder auch in anderen Kombinationen der Merkmale betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.Specific exemplary embodiments of the invention are explained in more detail in the following description of the figures with reference to the accompanying figures. Specific features of these exemplary embodiments can represent general features of the invention regardless of the specific context in which they are mentioned, possibly also viewed individually or also in other combinations of the features.

Es zeigen:

1 eine perspektivische und schematische Darstellung eines beispielhaften Roboterarbeitsplatzes in einer ersten Ausführungsform mit einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung,
2 eine perspektivische und schematische Darstellung eines beispielhaften Roboterarbeitsplatzes in einer zweiten Ausführungsform mit einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung, die mehrere Einzelauflagen von Bodenauflagen umfasst, und
3 eine perspektivische und schematische Darstellung eines beispielhaften Roboterarbeitsplatzes in einer dritten Ausführungsform mit einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung, die mehrere Einzelauflagen von Bodenauflagen und zusätzlich eine beispielhafte separate Antenne umfasst.

Show it:

1 a perspective and schematic representation of an exemplary robot workstation in a first embodiment with a safety device according to the invention,
2 a perspective and schematic representation of an exemplary robot workstation in a second embodiment with a safety device according to the invention, which comprises several individual supports of floor supports, and
3 a perspective and schematic representation of an exemplary robot workstation in a third embodiment with a safety device according to the invention, which comprises several individual supports of floor supports and additionally an exemplary separate antenna.

In 1 bis 3 ist jeweils ein Roboter 1 gezeigt, der einen Roboterarm 2 und eine Robotersteuerung 12 aufweist. Der Roboterarm 2 umfasst im Falle der vorliegenden Ausführungsbeispiele mehrere, nacheinander angeordnete und mittels Gelenke 13 verbundene Glieder 14. Bei den Gliedern 14 handelt es sich insbesondere um ein Gestell 3 und ein relativ zum Gestell 3 um eine vertikal verlaufende Achse A1 drehbar gelagertes Karussell 4. Weitere Glieder des Roboterarms 2 sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine um die Achse A2 schwenkbar gelagerte Schwinge 5 und ein an der Schwinge 5 um die Achse A3 schwenkbar gelagerter, mehrachsiger Armausleger 6. Der Armausleger 6 weist einen Grundarm 9 und einen am Grundarm 9 um die Achse A4 drehbar gelagerten Vorderarm 10 auf. An dem Vorderarm 10 ist ein Handglied 7 um die Achse A5 schwenkbar gelagert. Das Handglied 7 trägt den um die Achse A6 drehbaren Roboterbefestigungsflansch 8. Der Roboterbefestigungsflansch 8 bildet eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen eines nicht näher dargestellten Endeffektors, wie eines Greifers oder eines Werkzeugs. Die Schwinge 5 ist am unteren Ende z.B. an einem nicht näher dargestellten Schwingenlagerkopf auf dem Karussell 4 um die vorzugsweise horizontale Achse A2 schwenkbar gelagert. Am oberen Ende der Schwinge 5 ist wiederum um die ebenfalls vorzugsweise horizontale Achse A3 der Armausleger 6 schwenkbar gelagert. Dieser trägt endseitig die Roboterhand 7 mit ihren Achsen A4, A5 und A6.In 1 to 3 is always a robot 1 shown of a robotic arm 2 and a robot controller 12th having. The robotic arm 2 In the case of the present exemplary embodiment, comprises several, one after the other arranged and by means of joints 13th connected links 14th . In the limbs 14th it is in particular a frame 3 and one relative to the frame 3 around a vertical axis A1 rotatable carousel 4th . Further links of the robot arm 2 are in the case of the present exemplary embodiment one about the axis A2 pivoting swing arm 5 and one on the swingarm 5 around the axis A3 pivoting, multi-axis arm extension 6th . The arm extension 6th has a base arm 9 and one on the base arm 9 around the axis A4 rotatable forearm 10 on. On the forearm 10 is a hand joint 7th around the axis A5 pivoted. The hand joint 7th carries him around the axis A6 rotatable robot mounting flange 8th . The robot mounting flange 8th forms a fastening device for fastening an end effector, not shown in detail, such as a gripper or a tool. The swing arm 5 is at the lower end, for example, on a swing arm bearing head (not shown) on the carousel 4th around the preferably horizontal axis A2 pivoted. At the top of the swingarm 5 is in turn about the also preferably horizontal axis A3 the arm extension 6th pivoted. This end carries the robot hand 7th with their axes A4 , A5 and A6 .

Der Roboterarm 2 ist mittels dreier elektrischer Antriebsmotoren 11 in seinen drei Grundachsen und mittels dreier weiterer elektrischer Antriebsmotoren (nicht sichtbar) in seinen drei Handachsen durch die Robotersteuerung 12 automatisch angesteuert beweglich.The robotic arm 2 is by means of three electric drive motors 11 in its three basic axes and by means of three further electric drive motors (not visible) in its three hand axes through the robot control 12th automatically controlled movable.

Die Robotersteuerung 12 des Roboters 1 ist ausgebildet bzw. eingerichtet, ein Roboterprogramm auszuführen, durch welches die Gelenke 13 des Roboterarms 2 gemäß des Roboterprogramms automatisiert oder in einem Handfahrbetrieb automatisch verstellt bzw. drehbewegt werden können. Dazu ist die Robotersteuerung 12 mit den ansteuerbaren elektrischen Antriebsmotoren 11 verbunden, die ausgebildet sind, die Gelenke 13 des Roboterarms 2 zu verstellen, um die Glieder 14 des Roboterarms 2 zu bewegen.The robot controller 12th of the robot 1 is designed or set up to execute a robot program through which the joints 13th of the robot arm 2 according to the robot program or can be automatically adjusted or rotated in a manual mode. There is also the robot controller 12th with the controllable electric drive motors 11 connected, which are formed, the joints 13th of the robot arm 2 to adjust to the limbs 14th of the robot arm 2 to move.

Der in 1 bis 3 dargestellte Roboterarbeitsplatz umfasst neben dem Roboterarm 2 und der Robotersteuerung 12 jeweils eine Sicherheitsvorrichtung 15 zur Überwachung des Arbeitsraumes des Roboters 1, aufweisend wenigstens eine elektrisch leitfähige Bodenauflage 16, die gegen Erde elektrisch isoliert ist, eine Sendevorrichtung 17 mit einem Sendeantennenanschluss 18, der an die Bodenauflage 16 elektrisch kontaktiert ist, ein Signalgenerator 19, der ausgebildet ist, ein Ausgangssignal vorbestimmter Charakteristik zu erzeugen und an die Sendevorrichtung 17 weiterzuleiten, zur Abstrahlung des Ausgangssignals an die Umgebung durch die, eine Sendeantenne bildende Bodenauflage 16.The in 1 to 3 The illustrated robot workstation includes the robot arm 2 and the robot controller 12th one safety device each 15th for monitoring the working area of the robot 1 , having at least one electrically conductive floor support 16 , which is electrically isolated from earth, a transmitting device 17th with a transmitting antenna connector 18th that is attached to the floor support 16 is electrically contacted, a signal generator 19th , which is designed to generate an output signal of predetermined characteristics and to the transmitting device 17th forward, to emit the output signal to the environment through the, a transmitting antenna forming the floor support 16 .

Die Sicherheitsvorrichtung 15 umfasst des Weiteren eine an die metallische Struktur des Roboterarms 2, d.h. an die Glieder 14 des Roboterarms 2 elektrisch angekoppelte Eingangsleitung 20, die ausgebildet ist, das von der Bodenauflage 16 abgestrahlte Ausgangssignal über die, eine Empfangsantenne bildende, metallische Struktur des Roboterarms 2, d.h. über die Glieder 14 des Roboterarms 2 als ein Eingangssignal zu erfassen, eine Empfangsvorrichtung 21, die ausgebildet ist, das von der Eingangsleitung 20 erfasste Eingangssignal aufzunehmen, eine mit der Empfangsvorrichtung 21 und der Sendevorrichtung 17 verbundene Vergleichseinrichtung 22, die ausgebildet ist, das von der Empfangsvorrichtung 21 erfasste Eingangssignal mit dem von der Sendevorrichtung 17 ausgesendete Ausgangssignal zu vergleichen und eine mit der Vergleichseinrichtung 22 verbundene Auswerteeinrichtung 23, die ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Vergleichsergebnisses der Vergleichseinrichtung 22, ein den Sicherheitszustand des Arbeitsraumes kennzeichnendes Sicherheitssignal zu erzeugen und dieses an die Robotersteuerung 12 des Roboters 1zum Ausführen wenigstens einer Sicherheitsfunktion weiterzuleiten.The safety device 15th further comprises an on the metallic structure of the robot arm 2 , ie to the limbs 14th of the robot arm 2 electrically coupled input line 20th that is formed by the floor pad 16 emitted output signal via the metallic structure of the robot arm, which forms a receiving antenna 2 , ie about the limbs 14th of the robot arm 2 to detect as an input signal, a receiving device 21 that is formed by the input line 20th recorded input signal, one with the receiving device 21 and the sending device 17th associated comparator 22nd that is formed by the receiving device 21 detected input signal with that of the transmitting device 17th to compare emitted output signal and one with the comparison device 22nd connected evaluation device 23 which is formed as a function of a comparison result of the comparison device 22nd to generate a safety signal characterizing the safety status of the work area and this to the robot controller 12th of the robot 1 to carry out at least one safety function.

Im Falle der vorliegenden Ausführungsbeispiele weist die Sicherheitsvorrichtung 15 einen die Eingangsleitung 20 an die Struktur des Roboterarms 2 ankoppelnden elektrischen Kondensator 24 auf.In the case of the present exemplary embodiment, the safety device 15th one the input line 20th to the structure of the robot arm 2 coupling electrical capacitor 24 on.

Der elektrische Kondensator 24 ist einerseits an die Eingangsleitung 20 elektrisch angeschlossen und andererseits an einen Schutzleiter 25 verbunden, der einerseits mit der Struktur des Roboterarms 2 verbunden und andererseits mittels einer Erdung 26 geerdet ist. Im Falle der vorliegenden Ausführungsbeispiele ist der Schutzleiter 25 über einen Widerstand 27 und eine Spule 28 an die Erdung 26 angeschlossen.The electric capacitor 24 is on the one hand to the input line 20th electrically connected and on the other hand to a protective conductor 25th connected, on the one hand, to the structure of the robot arm 2 connected and on the other hand by means of a grounding 26th is grounded. In the case of the present exemplary embodiments, the protective conductor is 25th about a resistor 27 and a coil 28 to the ground 26th connected.

Der Signalgenerator 19 kann als ein Funktionsgenerator ausgebildet sein, der eingerichtet ist, periodische Signale, insbesondere Sinusschwingungen, Rechteckschwingungen, Dreieckschwingungen, Sägezahnschwingungen und/oder Nadelimpulse zu erzeugen und über die Bodenauflage abzustrahlen.The signal generator 19th can be designed as a function generator which is set up to generate periodic signals, in particular sinusoidal oscillations, square oscillations, triangular oscillations, sawtooth oscillations and / or needle pulses and to emit them via the floor support.

Der Signalgenerator 19 kann insbesondere ausgebildet sein, eine Schwingung zwischen 1 Kilohertz und 10 Megahertz zu erzeugen und über die Bodenauflage 16 abzustrahlen.The signal generator 19th can in particular be designed to generate an oscillation between 1 kilohertz and 10 megahertz and via the floor support 16 to radiate.

Nach der zweiten Ausführungsform gemäß 2 und nach der dritten Ausführungsform gemäß 3 umfasst die Bodenauflage 16 zwei oder mehrere, d.h. im Falle der vorliegenden Ausführungsbeispiele der 2 und 3 drei jeweils elektrisch voneinander isolierte Einzelauflagen 16.1, 16.2, 16.3, von denen jede Einzelauflage 16.1, 16.2, 16.3 mit einem individuellen, sich von den anderen Ausgangssignalen unterscheidenden Ausgangssignal vorbestimmter Charakteristik von der Sendevorrichtung 17 beaufschlagt ist.According to the second embodiment according to 2 and according to the third embodiment according to 3 includes the floor pad 16 two or more, ie in the case of the present exemplary embodiments of the 2 and 3 three individual pads, each electrically isolated from one another 16.1 , 16.2 , 16.3 , each of which is a single edition 16.1 , 16.2 , 16.3 with an individual output signal of predetermined characteristics, which differs from the other output signals, from the transmitting device 17th is applied.

Im Falle der vorliegenden Ausführungsbeispiele sind die Einzelauflagen 16.1, 16.2, 16.3 jeweils in Form eines Kreissektors von 120 Grad ausgebildet.In the case of the present exemplary embodiments, the individual editions are 16.1 , 16.2 , 16.3 each in the form of a circular sector of 120 degrees.

Die Bodenauflage 16, d.h. die Einzelauflagen 16.1, 16.2, 16.3 sind jeweils elektrisch voneinander isoliert ausgebildet und sind konzentrisch um den Roboterarm 2 herum angeordnet.The floor pad 16 , ie the individual editions 16.1 , 16.2 , 16.3 are each designed to be electrically isolated from one another and are concentric around the robot arm 2 arranged around.

In der in 3 gezeigten dritten Ausführungsform ist zusätzlich zu den Bodenauflagen 16, d.h. den Einzelauflagen 16.1, 16.2, 16.3 beispielsweise eine, von der Bodenauflage 16 bzw. den Einzelauflagen 16.1, 16.2, 16.3 verschiedene, separate Antenne 29 vorgesehen, die zusätzlich an die Sendevorrichtung 17 angeschlossen ist.In the in 3 The third embodiment shown is in addition to the floor pads 16 , ie the individual editions 16.1 , 16.2 , 16.3 for example one, from the floor support 16 or the individual editions 16.1 , 16.2 , 16.3 different, separate antenna 29 provided, in addition to the transmission device 17th connected.

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der 3 ist diese zusätzliche, separate Antenne 29 beispielsweise an einer Tür 30 eines Schutzzaunes 31 angeordnet.In the case of the present embodiment of the 3 is this additional, separate antenna 29 for example on a door 30th a protective fence 31 arranged.

Der so gebildete Roboterarbeitsplatz weist im Falle der vorliegenden Ausführungsbeispiele der 1 bis 3 somit einen oberhalb eines Arbeitsplatzbodens angeordneten Roboter 1 mit einem Roboterarm 2 auf, der mehrere Glieder 14 und mehrere, die Glieder 14 gegeneinander verstellende Gelenke 13 umfasst, wobei die mehreren Gelenke 13 mittels Motoren 11 verstellbar sind, die von der Robotersteuerung 12 des Roboters 1 angesteuert sind. Der Roboterarbeitsplatz weist außerdem die Sicherheitsvorrichtung 15 auf, wobei die Eingangsleitung 20 der Sicherheitsvorrichtung 15 an die metallische Struktur des Roboterarms 2 elektrisch angekoppelt ist, die Bodenauflage 16 bzw. die Einzelauflagen 16.1, 16.2, 16.3 den Roboterarm 2 umgebend auf dem Arbeitsplatzboden angeordnet ist bzw. sind und die Auswerteeinrichtung 23 steuerungstechnisch an die Robotersteuerung 12 angeschlossen ist, wobei die Robotersteuerung 12 ausgebildet ist, in Abhängigkeit der von der Auswerteeinrichtung 23 erhaltenen Sicherheitssignale die Motoren 11 des Roboterarms 2 anzusteuern.In the case of the present exemplary embodiments, the robot workstation formed in this way has 1 to 3 thus a robot arranged above a workplace floor 1 with a robotic arm 2 on that of several limbs 14th and several, the limbs 14th mutually adjusting joints 13th comprises, wherein the plurality of joints 13th by means of motors 11 are adjustable by the robot controller 12th of the robot 1 are controlled. The robot workstation also has the safety device 15th on, being the input line 20th the safety device 15th to the metallic structure of the robot arm 2 is electrically coupled, the floor support 16 or the individual editions 16.1 , 16.2 , 16.3 the robotic arm 2 is or are arranged surrounding on the workplace floor and the evaluation device 23 control technology to the robot controller 12th connected, with the robot controller 12th is designed, depending on the evaluation device 23 the motors received safety signals 11 of the robot arm 2 head for.

Der Roboterarm 2 weist im Falle der vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Grundgestell 3 auf, das auf dem Arbeitsplatzboden befestigt ist, wobei die elektrisch leitfähige Bodenauflage 16 bzw. die elektrisch leitfähigen Einzelauflagen 16.1, 16.2, 16.3 auf dem Arbeitsplatzboden, den Roboterarm 2 konzentrisch umgebend aufgelegt ist.The robotic arm 2 has in the case of the present embodiment a base frame 3 on, which is attached to the workplace floor, the electrically conductive floor support 16 or the electrically conductive individual pads 16.1 , 16.2 , 16.3 on the workplace floor, the robotic arm 2 is applied concentrically surrounding it.

Die Vergleichseinrichtung 22 ist dabei ausgebildet, anhand des Vergleichsergebnisses eine Signalverstärkung an der Eingangsleitung 20 zu erkennen und die Auswerteeinrichtung 23 ist ausgebildet, diese Signalverstärkung als eine Annäherung einer Person an den Roboterarm 2 zu interpretieren.The comparison device 22nd is designed to use the comparison result to amplify the signal on the input line 20th to recognize and the evaluation device 23 is designed, this signal amplification as an approach of a person to the robot arm 2 to interpret.

Die Bodenauflage 16 weist im Falle der Ausführungsbeispiele der 2 und 3 drei jeweils elektrisch voneinander isolierte Einzelauflagen 16.1, 16.2, 16.3 in Form von drei Kreissektoren bzw. drei Kreisringsektoren auf, von denen jede Einzelauflage 16.1, 16.2, 16.3 durch die Sendevorrichtung 17 mit einem individuellen, sich von den anderen Ausgangssignalen unterscheidenden Ausgangssignal vorbestimmter Charakteristik beaufschlagt ist und die Auswerteeinrichtung 23 ausgebildet ist, aus einer Signalverstärkung an einer Einzelauflage 16.1, 16.2, 16.3 eines bestimmten Kreissektors oder eines bestimmten Kreisringsektors eine Annäherung einer Person an den Roboterarm 2 aus einer der relativen Lage dieser Einzelauflage 16.1, 16.2, 16.3 bezüglich des Roboterarms 2 entsprechenden Annäherungsrichtung zu erkennen.The floor pad 16 has in the case of the exemplary embodiments of 2 and 3 three individual pads, each electrically isolated from one another 16.1 , 16.2 , 16.3 in the form of three circular sectors or three circular ring sectors, each of which is a single edition 16.1 , 16.2 , 16.3 by the sending device 17th is acted upon by an individual output signal of predetermined characteristics, which differs from the other output signals, and the evaluation device 23 is formed from a signal amplification on a single support 16.1 , 16.2 , 16.3 a certain circle sector or a certain circular ring sector an approach of a person to the robot arm 2 from one of the relative positions of this single edition 16.1 , 16.2 , 16.3 regarding the robot arm 2 to recognize the corresponding direction of approach.

Die Robotersteuerung 12 ist dabei ausgebildet, aufgrund des von der Auswerteeinrichtung 23 erhaltenen Sicherheitssignals, wenigstens eine Sicherheitsfunktion auszuführen, aus der Gruppe von Sicherheitsfunktionen, die ein Verlangsamen einer Bewegung des Roboterarms 2, ein Anhalten einer Bewegung des Roboterarms 2, eine Notabschaltung des Roboterarms 2 und eine Beschränkung des Arbeitsraumes des Roboterarms 2 umfassen.The robot controller 12th is formed due to the evaluation device 23 received safety signal to perform at least one safety function from the group of safety functions that slow down a movement of the robot arm 2 , a stopping movement of the robot arm 2 , an emergency shutdown of the robot arm 2 and a limitation of the working space of the robot arm 2 include.

In der Ausführungsform gemäß 3 weist der Roboterarbeitsplatz außerdem eine zu den Einzelauflagen 16.1, 16.2, 16.3 zusätzliche, separate Antenne 29 auf, die von den Einzelauflagen 16.1, 16.2, 16.3 verschieden ist und die aber zusätzlich an die Sendevorrichtung 17 angeschlossen ist. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der 3 ist diese zusätzliche, separate Antenne 29 an einer Tür 30 eines Schutzzaunes 31 angeordnet.In the embodiment according to 3 the robot workstation also assigns one to the individual requirements 16.1 , 16.2 , 16.3 additional, separate antenna 29 on that of the individual editions 16.1 , 16.2 , 16.3 is different and but also to the transmitting device 17th connected. In the case of the present embodiment of the 3 is this additional, separate antenna 29 on a door 30th a protective fence 31 arranged.

In allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist die metallische Struktur des Roboterarms 2 über die Erdungsleitung 26 geerdet. Dabei ist vor der Erdungsleitung 26 eine elektrische Spule 28 in die Schutzleitung 25 elektrisch eingefügt.In all the exemplary embodiments shown, the metallic structure is the robot arm 2 via the grounding line 26th grounded. This is in front of the grounding line 26th an electric coil 28 into the protective line 25th electrically inserted.

Claims

Safety device for monitoring a working area of a robot (1), having at least one electrically conductive floor support (16) which is electrically insulated from earth, a transmission device (17) with a transmission antenna connection (18) which is electrically connected to the floor support (16) , a signal generator (19) which is designed to generate an output signal of predetermined characteristics and to forward it to the transmitting device (17), for emitting the output signal to the environment through the floor support (16) forming a transmitting antenna, further comprising one to the metallic structure of a robot arm (2) electrically connectable input line (20) which is designed to detect the output signal emitted by the floor support (16) via the metallic structure of the robot arm (2) forming a receiving antenna as an input signal, a receiving device ( 21), which is formed, the input detected by the input line (20) A comparison device (22) which is connected to the receiving device (21) and the transmitting device (17) and is designed to compare the input signal detected by the receiving device (21) with the output signal transmitted by the transmitting device (17) in order to receive the signal If a person approaches the robot arm (2), a signal amplification can be recognized, and an evaluation device (23) connected to the comparison device (22), which is designed, as a function of a comparison result of the comparison device (22), characterizes the safety state of the work area Generate a safety signal for forwarding to a robot controller (12) of the robot (1) to carry out at least one safety function.

Safety device according to Claim 1 , characterized by an electrical capacitor (24) coupling the input line (20) to the structure of the robot arm (2).

Safety device according to Claim 2 , characterized in that the electrical capacitor (24) is electrically connected on the one hand to the input line (20) and on the other hand is designed for connection to a protective conductor (25) which is connected to the structure of the robot arm (2).

Safety device according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the signal generator (19) is designed as a function generator which is set up generate periodic signals, in particular sine waves, square waves, triangular waves, sawtooth waves and / or needle pulses and emit them via the floor support (16).

Safety device according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the signal generator (19) is designed to generate an oscillation between 1 kilohertz and 10 megahertz, which is emitted via the floor support (16).

Safety device according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the floor support (16) comprises two or more individual supports (16.1, 16.2, 16.3), each electrically isolated from one another, of which each individual support (16.1, 16.2, 16.3) has an individual output signal that is different from the other output signals Characteristic of the transmitting device (17) is applied.

Safety device according to Claim 6 , characterized in that the floor support (16) has two or more individual supports (16.1, 16.2, 16.3), each electrically isolated from one another, in the form of two or more circular sectors or two or more circular ring sectors.

Safety device according to Claim 6 or 7th , characterized in that the floor support (16) has two or more individual supports (16.1, 16.2, 16.3), each electrically isolated from one another, which are arranged on concentric paths to one another.

Safety device according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that in addition to the floor support (16) or in addition to several individual supports (16.1, 16.2, 16.3) at least one antenna (29) different from the floor support (16) or the individual supports (16.1, 16.2, 16.3) is provided which is connected to the transmitting device (17).

Robot workstation, comprising a robot (1) arranged above a workstation floor with a robot arm (2) which comprises several links (14) and several joints (13) which adjust the links (14) relative to one another, the several joints (13) being by means of motors (11) are adjustable, which are controlled by a robot controller (12) of the robot (1), as well as having a safety device (15) according to one of the Claims 1 to 9 , the input line (20) of the safety device (15) being electrically coupled to the metallic structure of the robot arm (2), the floor support (16) surrounding the robot arm (2) being arranged on the workplace floor and the evaluation device (23) being connected to the The robot controller (12) is connected, and the robot controller (12) is designed to control the motors (11) of the robot arm (2) as a function of the safety signals received from the evaluation device (23).

Robot workstation Claim 10 , characterized in that the robot arm (2) has a base frame (3) which is attached to the workplace floor and the at least one electrically conductive floor support (16) is placed on the workplace floor concentrically surrounding the robot arm (2).

Robot workstation Claim 10 or 11 , characterized in that the comparison device (22) is designed to recognize a signal amplification on the input line (20) based on the comparison result and the evaluation device (23) is designed to interpret this signal amplification as a person approaching the robot arm (2) .

Robot workstation according to one of the Claims 10 to 12th , characterized in that the floor support (16) has two or more individual supports (16.1, 16.2, 16.3), each electrically isolated from one another, in the form of two or more circular sectors or two or more circular ring sectors, of which each individual support (16.1, 16.2, 16.3) is acted upon by the transmitting device (17) with an individual output signal of predetermined characteristics, which differs from the other output signals, and the evaluation device (23) is formed from a signal amplification on an individual support (16.1, 16.2, 16.3) of a specific circular sector or a specific circular ring sector to recognize an approach of a person to the robot arm (2) from an approach direction corresponding to the relative position of this individual support (16.1, 16.2, 16.3) with respect to the robot arm (2).

Robot workstation according to one of the Claims 10 to 13th , characterized in that the robot controller (12) is designed to execute at least one safety function based on the safety signal received from the evaluation device (23) from the group of safety functions that slow down a movement of the robot arm (2) and stop a movement of the robot arm (2), an emergency shutdown of the robot arm (2) and a restriction of the working space of the robot arm (2).

Robot workstation according to one of the Claims 10 to 14th , having at least one additional, separate antenna (29) to the floor support (16) or to the multiple individual supports (16.1, 16.2, 16.3), which is connected to the floor support (16) or the Individual editions (16.1, 16.2, 16.3) is different and which is connected to the transmitting device (17).

Robot workstation according to one of the Claims 10 to 15th , characterized in that the metallic structure of the robot arm (2) is grounded via a grounding line (26), an electrical coil (28) being electrically inserted into the protective line (25) in front of the grounding line (26).