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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Marker. Ferner ist die Erfindung auf ein entsprechendes Automatisierungssystem gerichtet. Die Erfindung ist insbesondere in den Bereichen Industrieautomatisierung, Engineering und Robotik angesiedelt.
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Stand der Technik
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Die industrielle Automatisierung gewinnt zunehmend an Bedeutung. Beispielsweise ist die Produktion von Produkten Gegenstand der Automatisierung. Die Produktion kann auch als Fertigung bezeichnet werden. Die Vernetzung sowie die Interaktion von Personen, Werkstücken und Maschinen in der Produktion bringen neue komplexe Produktionsumgebungen hervor.
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Gemäß dem Stand der Technik werden herkömmlich die Bewegungsabläufe oder Anwendungen in einzelnen und festen Bewegungsabläufen programmiert. Mit anderen Worten, werden die Bewegungsabläufe und bestimmte Eigenschaften der Produktionsumgebung in einem Programmcode hinterlegt.
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Nachteilig daran ist jedoch, dass die Programmierung als solche bei hoher Variantenvielfalt und schnell wechselnden Produktionsumgebungen aufwendig und kostenintensiv ist. Insbesondere kann bei mobilen Automatisierungssystemen ein immer gleicher Bewegungsablauf nur mit hohem Aufwand sichergestellt werden. Ferner sind die Programmcodes einzelner Anwendungen schwer auf andere oder wechselnde Produktionsumgebungen und deren Eigenschaften übertragbar oder für diese wiederverwendbar.
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Beispielsweise muss für die Bestückung von Bearbeitungsmaschinen die Türe der Maschine geöffnet, das Werkstück gegriffen, das Werkstück platziert, die Türe wieder geschlossen und die Bearbeitung gestartet werden. In diesem beispielhaften Bestückungssystem werden insbesondere gespeicherte Positionen der Türe verwendet, nämlich eine Position des Türgriffs im geschlossenen Zustand und eine Position des Türgriffs im geöffneten Zustand. Diese gespeicherten Positionen sind jedoch nicht wiederverwendbar sobald das Bestückungssystem bewegt wird.
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Ferner verschmelzen die virtuelle und physische Welt zunehmend miteinander. Die Produkte werden üblicherweise virtuell mittels einer Software entwickelt und getestet bevor sie anschließend in der Fabrik gefertigt werden. Hierzu werden virtuelle Modelle der Produktionsumgebung erzeugt, welche eine grafisch unterstützte Modellierung der Eigenschaften der Produktionsumgebung ermöglichen. Nachteilig daran ist jedoch, dass dieser Vorgang zeitaufwendig und komplex ist. Ferner ist eine zuverlässige Synchronisation zwischen der virtuellen und der realen Welt erforderlich.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die objektive technische Aufgabe einen Marker bereitzustellen, welcher seiner Umgebung eines Automatisierungssystems Umgebungseigenschaften auf einfache, schnelle, kostengünstige, wiederverwendbare und robuste Art und Weise übermittelt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Marker gelöst, aufweisend:
- a. mindestens ein Symbol, wobei
- b. das mindestens eine Symbol mit mindestens einer Eigenschaft assoziierbar ist und
- c. das mindestens eine Symbol anwenderlesbar und maschinenlesbar ist.
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Dementsprechend weist der erfindungsgemäße Marker ein oder mehrere Symbole auf, welche Informationen enthalten. Die Informationen sind auf eine oder mehrere Eigenschaften gerichtet. Die Eigenschaften können auch als Anweisungen ausgelegt werden oder als semantische Eigenschaften ausgebildet sein.
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Beispielhafte Marker sind Türmarker oder Richtungsmarker, welche die Eigenschaften einer Position einer Türe und deren Richtungsöffnung etc. enthalten. Die Marker können als reale oder virtuelle Marker ausgebildet sein.
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Das eine oder die mehreren Symbole sind im Gegensatz zum Stand der Technik sowohl für den Menschen als auch die Maschine lesbar. Herkömmliche Codes gemäß dem Stand der Technik, wie QR-Codes, sind für den Menschen, wie einen Anwender, herkömmlicherweise nicht voneinander unterscheidbar. Die Maschine kann beispielsweise eine Robotereinheit, sonstige Rechnereinheit oder Anlageeinheit eines Automatisierungssystems sein.
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Der Marker kann folglich ein einziges Symbol aufweisen, welches durch einen Anwender und durch eine Maschine ausgewertet werden kann. Alternativ kann der Marker mehrere Symbole aufweisen, beispielsweise zwei Symbole. Dementsprechend ist der Marker zweiteilig ausgebildet. Eines der zwei Symbole kann durch den Anwender ausgewertet werden und das andere Symbol der zwei Symbole kann durch die Maschine ausgewertet werden. Ferner ist es möglich, dass das maschinenlesbare Symbol nicht durch eine beliebige Maschine ausgewertet werden kann, sondern nur durch eine bestimmte oder festgelegte Maschine. Ferner sind die Informationen für die Maschine insbesondere in einem Code verschlüsselt während hingegen die Informationen für den Menschen in einem anderen Format zur leichten und intuitiven Verständlichkeit unverschlüsselt wiedergegeben sind. Der Marker ist für ein Automatisierungssystem oder eine Automatisierungsanlage geeignet. Jedes Automatisierungssystem mit entsprechenden Anlageeinheiten kann auf die Informationen des Markers, die Eigenschaft und/oder sonstige Daten, einfach und schnell zugreifen. Dadurch wird die Übertragbarkeit gewährleistet. Ferner erkennt das Automatisierungssystem diese Informationen robust und zuverlässig. Dadurch gehen keine Informationen verloren.
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Durch den erfindungsgemäßen Marker können Abläufe einer Automatisierungsanlage spezifiziert werden. Ferner kann im Fall eines autonomen Systems eine Aufgabe, eine Anwendung oder ein Bewegungsablauf des Systems kodiert werden, welches das System dadurch automatisiert ausführen kann. Beispielsweise wird der Marker in einer Automatisierungsanlage verwendet. Eine Robotereinheit liest den Marker aus, um einen Bewegungsablauf oder eine Anwendung zu interpretieren.
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In einer Ausgestaltung ist das mindestens eine Symbol ein QR Code, Aruco-Marker, AR-Tag, Barcode, RFID-Tag oder ein sonstiger Tag. Dementsprechend können Codes oder Tags als Symbole verwendet werden. Die Codes kodieren bzw. verschlüsseln die Eigenschaft maschinenlesbar und sind für die Maschine nicht rein visuell lesbar. Die Codes und deren Bedeutung können vorteilhafterweise einfach, schnell und zuverlässig durch die Maschine ausgewertet werden. Der Begriff Auswerten umfasst dabei das Auslesen, das Entschlüsseln und das Interpretieren. Hinsichtlich der Interpretation ist es möglich, dass mehrere Marker in Kombination auch unterschiedlich interpretiert werden können.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die mindestens eine Eigenschaft verschlüsselt. Dementsprechend ist die Eigenschaft in den Codes oder Tags verschlüsselt enthalten. Folglich wird die Eigenschaft vorteilhaferweise gegenüber unbefugtem Zugriff geschützt und vertraulich übermittelt.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird das mindestens eine Symbol mittels einer Scannereinheit gescannt und mittels mindestens einer Software interpretiert. Dementsprechend wird das verschlüsselte Symbol durch eine Scannereinheit erkannt und durch eine Software entschlüsselt. Beispielsweise wird eine Kamera als Scannereinheit und eine Lesesoftware, Interpretationssoftware, Entschlüsselungssoftware oder sonstige Applikation als Software verwendet.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die Scannereinheit und/oder die mindestens eine Software in eine Einheit integriert, insbesondere ein Smartphone, ein Handy, ein Tablet oder ein PC. Dementsprechend sind die Scannereinheit und/oder die Software Bestandteil eines modernen Kommunikationsmittels. Dabei kann sich die Software je nach Kommunikationsmittel unterscheiden. Folglich ist der Marker flexibel einsetzbar und anwenderfreundlich.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das mindestens eine Symbol ein grafisches Symbol, ein Piktogramm oder ein Text. Dementsprechend werden grafische Symbole oder Piktogramme als Symbole verwendet. Diese können farbig sein. Deren Bedeutung ist vorteilhafterweise für den Anwender intuitiv verständlich. Mit anderen Worten, stellt diese visuelle Darstellung ein Format bereit, welches intuitiv ist und auch von Laien oder Anwendern ohne Fachkenntnisse leicht interpretiert und verstanden werden kann. Ferner haben sie den Vorteil, dass sie eine definierte Bedeutung haben und leicht unterschieden werden können. Alternativ oder zusätzlich können auch Programmcode, Datenbanken oder Konfigurationsdateien etc. verwendet werden. Diese haben den Nachteil, dass sie für den Anwender im Vergleich zu den vorherigen Formaten in geringerem Maße verständlich sind. Das Symbol kann für den Anwender beispielsweise grafisch dargestellt werden und zusätzlich auch mit einer textuellen Beschreibung zur Grafik versehen werden. Dadurch wird die Interpretation des Symbols durch den Anwender zusätzlich erleichtert.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Eigenschaft verschlüsselt. Dementsprechend ist die Eigenschaft in den Codes oder Tags verschlüsselt enthalten. Folglich wird die Eigenschaft vorteilhaferweise gegenüber unbefugtem Zugriff geschützt und vertraulich übermittelt.
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Beispielsweise ist das maschinenlesbare Symbol verschlüsselt und das anwenderlesbare Symbol dagegen nicht. Dadurch wird sichergestellt, dass diejenigen Daten bzw. Eigenschaften, welche durch die Maschine weiter ausgewertet werden nur verschlüsselt übermittelt werden. Diejenigen Daten, welcher durch den Anwender ausgewertet werden, können dagegen dadurch geschützt werden, dass nur befugte Anwender mit geeigneten Rechten auswerten können.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird das mindestens eine Symbol durch einen Anwender interpretiert. Dementsprechend werden die Codes oder Tags durch die Maschine interpretiert, die eher anschaulichen oder intuitiven verständlichen Symbole dagegen durch den Anwender. Jedoch sind unterschiedliche Ausgestaltungen möglich. Denkbar sind jegliche verschlüsselte oder entschlüsselte Symbole, welche von beiden, der Maschine und dem Menschen, ausgelesen und interpretiert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Marker mittels mindestens eines Befestigungsmittels anbringbar, insbesondere ein Magnet, ein Klebstoff, eine Gravur oder eine Software. Dementsprechend können die Marker durch unterschiedliche Mittel in der realen Welt angebracht werden, beispielsweise auf einer Oberfläche eines Objekts, wie einer Türe. Das Anbringen der Marker ist vorteilhafterweise einfach und effizient. Ferner ist auch die Änderung oder Anpassung der Marker ebenso einfach und effizient. Die Marker können schnell entfernt und wieder neu angebracht werden. Diese Marker werden auch als reale Marker bezeichnet. Die Marker können vorteilhafterweise nicht nur in der realen Welt angebracht werden, sondern auch einer virtuellen Repräsentation der Welt. Die virtuelle Repräsentation der Welt wird auch als virtuelle Welt bezeichnet. Mit anderen Worten, ist das Anbringen der Marker übertragbar auf Marker für Augmented Reality. In diesem Fall kann der Anwender die Marker über eine Anwendung oder sonstige Applikation anbringen. Diese Marker werden auch als virtuelle Marker bezeichnet. Der Vorteil der virtuellen Marker liegt darin, dass keine Hardware notwendig ist. Die Positionen der Marker zwischen virtueller und realer Welt können anschließend synchronisiert werden, um zu vermeiden, dass zusätzliche oder falsche Marker angebracht werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Automatisierungssystem.
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Figurenliste
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In der folgenden detaillierten Beschreibung werden vorliegend bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung weiter beschrieben mit Bezug auf die folgenden Figuren.
- 1 zeigt eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Markers.
- 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer Mehrzahl von Markern auf einer Türe für einen Bewegungsablauf einer Maschine nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
- 3 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer Mehrzahl von Markern für eine weitere Anwendung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
- 4 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer Mehrzahl von Markern für eine weitere Anwendung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Figuren beschrieben.
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1 zeigt einen Marker 1 welcher zweiteilig ausgebildet ist. Dementsprechend umfasst der Marker 1 zwei Symbole 12, 14. Der Marker 1 ist jedoch nicht auf die Anzahl zwei beschränkt, sondern kann mehr oder weniger als zwei Symbole umfassen. Das erste Symbol 14 ist gemäß 1 ein QR Code, welcher maschinenlesbar ist. Der QR Code wird folglich durch eine Maschine, wie einer Robotereinheit 70 (in 1 nicht gezeigt) eingelesen und interpretiert. Der QR Code 14 kann mittels einer Scannereinheit 30 gescannt und mittels mindestens einer Software 40 interpretiert werden. Beispielsweise ist die Scannereinheit als Kamera in einem Smartphone oder sonstigem PC integriert und Teil desselben. Auf das Smartphone können zur Interpretation unterschiedliche Applikationen heruntergeladen werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann das Symbol auch derart ausbildet sein, dass das der Marker oder das Symbol des Markers nur durch eine bestimmte Maschine, wie Robotereinheit oder sonstige Einheit eines Automatisierungssystems, ausgewertet werden kann. Beispielsweise sind zwei mobile Robotereinheiten an der gleichen Station mit unterschiedlichen Aufgaben betraut. Durch einen zusätzlichen Marker kann sichergestellt werden, dass die Eigenschaft nur für eine der beiden Robotereinheiten gilt oder auswertbar ist.
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Zusätzlich oder alternativ können die Robotereinheiten um unterschiedliche Funktionen wie Filtern erweitert werden. Beispielsweise kann eine Robotereinheit aufgrund ihrer internen Aufgabendefinition nach für sie relevanten Symbolen filtern. Folglich muss der Anwender nicht selbst zusätzlich zeitintensiv und aufwendig kodieren.
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Das zweite Symbol 12 ist ein Piktogramm, welches anwenderlesbar ist. Das Piktogramm 12 stellt in 1 einen Richtungspfeil als Eigenschaft 20 dar. Das Piktogramm ist folglich durch einen Menschen, wie einen Anwender (nicht gezeigt) lesbar und als Richtung zu interpretieren. Die beiden Symbole 12, 14 sind dementsprechend in 1 mit der Eigenschaft 20 einer Richtung assoziiert. Weitere Beispiele der Eigenschaften 20 werden im Folgenden ausgeführt, wie Art der Türe oder Griffposition der Türe. Der Marker 1 ist jedoch nicht auf diese Eigenschaften 20 beschränkt.
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Die Marker und deren Symbole schließen kontinuierliche Werte nicht aus. Beispielsweise kann ein Symbol als Skala ausgebildet sein oder eine Skala umfassen, auf der ein Anwender einen Strich zeichnen kann, um einen bestimmten kontinuierlichen Wert zu markieren. Beispielsweise soll in diesem Bereich eine Maximalgeschwindigkeit von 5km/h markiert werden. Hierbei ist weiterhin Semantik erforderlich, um den Wert interpretieren zu können.
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In 2 sind zwei Türen illustriert. Die erste Türe stellt eine Schwenktüre dar. An die erste Türe sind drei beispielhafte Marker 1 angebracht, jeweils mit zwei Symbolen 12, 14. Der erste Marker 1 ist auf die Art der Türe, der zweite Marker auf die Griffposition der Türe und der dritte Marker auf die Richtung der Türe gerichtet. An die Türe können auch Marker 1 mit anderen oder weiteren Eigenschaften 20 angebracht werden. Die Anordnung und Anzahl der Marker 1 ist in den 1 nur beispielhaft und kann beliebig geändert werden. An die zweite Türe sind ebenfalls drei beispielhafte Marker 1 angebracht, jeweils mit zwei Symbolen 12, 14. Der erste Marker 1 ist auf die Art der Türe, der zweite Marker auf die Griffposition der Türe und der dritte Marker auf die Richtung der Türe gerichtet.
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Durch die Kombination der Mehrzahl der Marker 1 an den zwei Türen kann ein Tür-Öffnen-Verhaltensprogramm in der virtuellen Welt modelliert und später in der realen Welt umgesetzt werden. Folglich werden eine Schwenktüre und eine Schiebetüre mit ihren relevanten Eigenschaften üblicherweise modelliert bevor eine Robotereinheit das Verhaltensprogramm in der realen Welt ausführt. Mit anderen Worten, erfolgt die virtuelle Modellierung meist bevor der realen Umsetzung.
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Der Marker ist jedoch nicht auf die obige Abfolge der Modellierung und Umsetzung beschränkt. Ferner kann anstelle der Modellierung in der virtuellen Welt auch alternativ eine Programmierung in der realen Welt erfolgen. Der Anwender kann zum Beispiel einen Marker für einen Spezialgriff erzeugen, anbringen und die dazugehörige Griffpose real lernen.
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Die Marker 1 können mit unterschiedlichen Befestigungsmitteln 60 in der realen Welt angebracht werden. Alternativ oder zusätzlich können virtuelle Marker 1 verwendet werden. Die virtuellen Marker können beispielsweise in autonomen Systemen eingesetzt werden. Die autonomen Systeme können die Marker vorteilhafterweise selbst setzen. Beispielsweise sieht eine Robotereinheit der neuesten Generation wie ein Mensch eine Schwenktüre öffnet und setzt den entsprechenden Marker in der virtuellen Welt. Die Robotereinheit der älteren Generation kann durch den gesetzten virtuellen Marker ebenfalls die Türe öffnen obwohl er ursprünglich nicht die Fähigkeit besitzt die Art der Türe zu erkennen.
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Durch die Kombination der Mehrzahl der Marker 1 gemäß 2 können komplexe Eigenschaften, Bewegungsabläufe oder Verhaltensmuster modelliert werden. Beispielsweise kann der Richtungsmarker in direkter Nachbarschaft des Türmarkers als Öffnungsrichtung interpretiert werden. Die Bedeutung der Marker 1 ist vorteilhafterweise für Mensch und Maschine verständlich.
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Hinsichtlich eines Automatisierungssystems können vorteilhafterweise auch geringer qualifizierte Anwender das Interaktionsverhalten des Automatisierungssystems mit ihrer Umgebung oder sonstige Bewegungsabläufe anpassen. Dadurch ermöglicht der Marker 1 eine flexible und kosteneffiziente Automatisierung für kleine Stückzahlen mit hoher Produktvielfalt.
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In 3 ist eine Material-Handling Anwendung mit Aufnahme und Ablageregionen von Bauteilen vereinfacht dargestellt. Der erste Marker 1 der Aufnahmeregion ist auf die Aufnahmeregion und der zweite Marker auf die Eigenschaft gerichtet, dass auf die Bauteile zum Aufnehmen durch eine Robotereinheit 70 gewartet werden muss. Der erste Marker 1 der Ablageregion ist auf Ablageregion und der zweite Marker auf die Eigenschaft gerichtet, dass die Ablage der Bauteile in einem Raster oder Muster erfolgen muss. Durch die Kombination der Marker 1 an den Aufnahme- und Ablageregionen kann das Verhalten des Material-Handling in der virtuellen Welt modelliert und später in der realen Welt umgesetzt werden.
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In 4 ist eine weitere Anwendung für eine mobile Robotereinheit 70 gezeigt. Durch die beiden Marker 1 können die Start- und Zielpositionen als Eigenschaften 20 für die Robotereinheit modelliert werden.
