DE102018213194A1

DE102018213194A1 - Process for the automated determination of work and security rooms for use in production plants

Info

Publication number: DE102018213194A1
Application number: DE102018213194.5A
Authority: DE
Inventors: Dominic Stange
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2020-02-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Bestimmung von Arbeits- und Sicherheitsräumen für die Verwendung in Produktionsanlagen.Es ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur automatisierten Bestimmung von Arbeits- und Sicherheitsräumen für die Verwendung in Produktionsanlagen bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Ausrichten von zumindest einer Bestimmungsvorrichtung (16) umfassend zumindest eine Sensoreinheit (14) auf zumindest eine Position in Relation zu zumindest einer Produktionsanlage in zumindest einem Teilbereich von der zumindest einen Produktionsanlage, Erfassung der Arbeits- und Sicherheitsräume der zumindest einen Produktionsanlage mittels der zumindest einen Sensoreinheit (14), wobei das Verfahren folgende weitere Schritte umfasst: Einteilung der erfassten Arbeits- und Sicherheitsräume der zumindest einen Produktionsanlage in potentielle Verletzungsbereiche (20, 22) und Nicht-Verletzungsbereiche (24) in Abhängigkeit eines Aktionsradius der zumindest einen Produktionsanlage, Erstellung eines Sicherheitsbetriebsalgorithmus für die Verwendung in zumindest einer Steuervorrichtung (28) für die zumindest eine Produktionsanlage und/oder für die direkte Verwendung in der zumindest einen Produktionsanlage auf Basis der vorangegangenen Schritte, sodass dynamisch während eines Betriebszustands der zumindest einen Produktionsanlage aufgrund des Sicherheitsbetriebsalgorithmus zumindest eine Aktion bei der zumindest einen Produktionsanlage ausgelöst wird, wenn ein potentieller Verletzungsbereich von zumindest einem Objekt und/oder von zumindest einem Benutzer der zumindest einen Produktionsanlage und/oder zumindest einer weiteren Person (26) verletzt wird.The invention relates to a method for the automated determination of work and security rooms for use in production plants. It is provided that a method for the automated determination of work and security rooms for use in production plants is provided. The method comprises the following steps: aligning at least one determination device (16) comprising at least one sensor unit (14) to at least one position in relation to at least one production system in at least a partial area of the at least one production system, detection of the work and security rooms of the at least one production system by means of the at least one sensor unit (14), the method comprising the following further steps: division of the detected work and security rooms of the at least one production system into potential injury areas (20, 22) and non-injury areas (24) depending on an action radius of the at least one production system, creation of a safety operating algorithm for use in at least one control device (28) for the at least one production system and / or for direct use in the at least one production system on the basis of the preceding one Steps so that at least one action is triggered dynamically during an operating state of the at least one production system based on the safety operating algorithm in the at least one production system if a potential injury area of at least one object and / or of at least one user of the at least one production system and / or at least one other Person (26) is injured.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Bestimmung von Arbeits- und Sicherheitsräumen für die Verwendung in Produktionsanlagen.The invention relates to a method for the automated determination of work and security rooms for use in production plants.

Innerhalb der industriellen Fertigung ist der Einsatz von automatischen Produktionsanlagen, insbesondere von Robotern, ein fester Bestandteil. Dabei kommen unterschiedlichste Varianten zum Einsatz. In vielen Fällen wird die Produktionsanlage (teilweise) offen gestaltet, indem keine physische Abtrennung der Roboter von ihrer Umgebung erfolgt. Eine Interaktion mit dem Menschen ist in solchen Anlagen möglich. In diesem Umfeld kommt es zunehmend zum Einsatz von sogenannten schutzzaunlosen Fertigungsanlagen, durch die bauliche Maßnahmen vermieden werden und die gleichzeitig eine besonders effiziente Interaktion eines Menschen mit der Anlage oder Bestandteilen der Anlage ermöglichen. Engineering- und Inbetriebnahmekosten machen bei roboterbasierten, schutzzaunlosen Lösungen in der Fertigung einen sehr hohen Anteil an den Anlagenkosten aus, sodass an dieser Stelle das Bestreben nach einer größeren Automatisierung in der Produktion (Montage und Logistik) oft nicht wirtschaftlich realisierbar ist.The use of automatic production systems, especially robots, is an integral part of industrial production. A wide variety of variants are used. In many cases, the production plant is (partly) designed to be open, in that the robots are not physically separated from their surroundings. Interaction with humans is possible in such systems. In this environment, so-called protective fencing-free production systems are increasingly being used, through which construction measures are avoided and which at the same time enable a particularly efficient interaction of a person with the system or components of the system. Engineering and commissioning costs make up a very high proportion of the system costs for robot-based, safety fence-free solutions in production, so that efforts to increase automation in production (assembly and logistics) are often not economically feasible at this point.

Zum Beispiel kann ein hoher Aufwand bei der Inbetriebnahme von Roboterzellen in der Produktion entstehen. Insbesondere dann, wenn ein manuelles Einstellen von Arbeits- und Sicherheitsräumen bei der Programmierung von Robotern, das heißt bei den Engineeringkosten einer Anlage, notwendig sind. Eine Roboterzelle besteht üblicherweise aus mehreren Arbeits- und Sicherheitsräumen. Diese werden durch den Inbetriebnehmer oder späteren Instandhalter programmiert. Eine umfassende automatisierte Lösung beziehungsweise Unterstützungsfunktion ist nicht bekannt. Die manuelle Eingabe der Arbeits- und Sicherheitsbereiche ist im ersten Schritt aufwendig und kann sich im Laufe einer Inbetriebnahme mehrfach ändern und führt vor allem bei sich regelmäßig ändernden Anlagen zu hohen Instandhaltungskosten, die letztlich eine flächendeckende Automatisierung, insbesondere in Montage und Logistik, erschweren. Die Installation von Sicherheitstechnik und deren Programmierung benötigt in diesem Zusammenhang häufig Expertenwissen, wobei ausreichend qualifiziertes Personal nicht überall verfügbar ist, sodass an dieser Stelle eine Unterstützung notwendig und wünschenswert ist.For example, the commissioning of robot cells in production can be very expensive. In particular when manual setting of work and safety rooms is necessary when programming robots, that is, the engineering costs of a system. A robot cell usually consists of several work and security rooms. These are programmed by the commissioning engineer or later maintenance engineer. A comprehensive automated solution or support function is not known. The manual entry of the work and safety areas is complex in the first step and can change several times during commissioning and leads to high maintenance costs, especially in the case of regularly changing systems, which ultimately make comprehensive automation, especially in assembly and logistics, more difficult. The installation of security technology and its programming often requires expert knowledge in this context, whereby sufficiently qualified personnel are not available everywhere, so that support is necessary and desirable here.

Aus dem Stand der Technik sind dabei erste Ansätze bezüglich einer Automatisierung der Inbetriebnahme von Robotern als bekannt zu entnehmen.The first approaches regarding automation of the commissioning of robots can be seen as known from the prior art.

Aus der Druckschrift DE 10 2015 104 582 A1 ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines Roboters an einem Arbeitsbereich und ein System zum Durchführen des Verfahrens zu entnehmen. Dabei wird zumindest eine Kamera an einer verstellbaren Komponente des Roboters angeordnet. Mit der Komponente wird zumindest eine Roboter-Position so angefahren, dass in einem Bildbereich der Kamera zumindest ein Marker angeordnet ist. Dabei wird zu jedem von zumindest drei zueinander verschiedenen aufgenommenen Bildbereichen eine Marker-Bild-Position des Markers in dem aufgenommenen Bildbereich bestimmt, wobei jeweils eine Marker-Roboter-Position als Position des Markers im Roboter-Koordinatensystem bestimmt wird und bei einem Kalibrieren nach einem Versetzen des Roboters oder einem Einsetzen eines anderen Roboters und/oder später die Schritte erneut durchgeführt werden und aus erneut bestimmten Marker-Roboter-Positionen gegenüber zuvor bestimmten Marker-Roboter-Positionen eine Abweichung bestimmt wird. Eine Gewichtung von verschiedenen Bereichen, bezogen auf einen Sicherheitsaspekt, wird dabei nicht explizit vorgenommen.From the publication DE 10 2015 104 582 A1 A method for calibrating a robot in a work area and a system for performing the method can be found. At least one camera is arranged on an adjustable component of the robot. At least one robot position is approached with the component such that at least one marker is arranged in an image area of the camera. In this case, a marker-image position of the marker in the recorded image area is determined for each of at least three recorded image areas that differ from one another, a marker-robot position being determined as the position of the marker in the robot coordinate system and when calibrating after a displacement of the robot or the insertion of another robot and / or later the steps are carried out again and a deviation is determined from newly determined marker robot positions compared to previously determined marker robot positions. A weighting of different areas, based on a security aspect, is not made explicitly.

Aus der Druckschrift DE 10 2015 114 463 A1 ist eine Sicherheitseinrichtung und ein Sicherheitsverfahren als bekannt zu entnehmen. Gedacht ist das Verfahren beziehungsweise die Einrichtung für eine Prozesszelle, in der ein programmierbarer Industrieroboter und ein Werker gemeinsam tätig sind und in der ein oder mehrere für den Werker unfallgefährliche Zellenelemente im Arbeitsbereich des Industrieroboters angeordnet sind. Um die ein oder mehreren Zellenelemente wird ein umhüllender Sicherheitsbereich mit einem definierbaren, insbesondere unfallsicheren Abstand automatisch ermittelt und dessen räumliche Lage bestimmt. Dabei wird einem Sicherheitsbereich ein Steuerparameter zugeordnet, der das Verhalten des Industrieroboters für den betreffenden Sicherheitsbereich steuert. Eine Gewichtung in zumindest zwei unterschiedliche Bereiche wird nicht vorgenommen. Vielmehr wird lediglich ein Sicherheitsbereich definiert, welcher dann als Richtgröße verwendet wird.From the publication DE 10 2015 114 463 A1 a safety device and a safety method can be seen as known. The process or device is intended for a process cell in which a programmable industrial robot and a worker work together and in which one or more cell elements which are hazardous to the worker are arranged in the working area of the industrial robot. An enveloping security area with a definable, in particular accident-safe distance, is automatically determined around the one or more cell elements and its spatial position is determined. A control area is assigned to a security area that controls the behavior of the industrial robot for the security area in question. A weighting in at least two different areas is not made. Rather, only a security area is defined, which is then used as a benchmark.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein effizientes und leicht zu bedienendes Verfahren für eine automatisierte Bestimmung von Aktionsräumen einer Produktionsanlage bereitzustellen.The object of the invention is to provide an efficient and easy-to-use method for the automated determination of action spaces in a production plant.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur automatisierten Bestimmung von Arbeits- und Sicherheitsräumen für die Verwendung in Produktionsanlagen bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Ausrichten von zumindest einer Bestimmungsvorrichtung umfassend zumindest eine Sensoreinheit auf zumindest eine Position in Relation zu zumindest einer Produktionsanlage in zumindest einem Teilbereich von der zumindest einen Produktionsanlage, Erfassung der Arbeits- und Sicherheitsräume der zumindest einen Produktionsanlage mittels der zumindest einen Sensoreinheit, wobei das Verfahren folgende weitere Schritte umfasst: Einteilung der erfassten Arbeits- und Sicherheitsräume der zumindest einen Produktionsanlage in potentielle Verletzungsbereiche und Nicht-Verletzungsbereiche in Abhängigkeit eines Aktionsradius der zumindest einen Produktionsanlage, Erstellung eines Sicherheitsbetriebsalgorithmus für die Verwendung in zumindest einer Steuervorrichtung für die zumindest eine Produktionsanlage und/oder für die direkte Verwendung in der zumindest einen Produktionsanlage auf Basis der vorangegangenen Schritte, sodass dynamisch während eines Betriebszustands der zumindest einen Produktionsanlage aufgrund des Sicherheitsbetriebsalgorithmus zumindest eine Aktion bei der zumindest einen Produktionsanlage ausgelöst wird, wenn ein potentieller Verletzungsbereich von zumindest einem Objekt und/oder von zumindest einem Benutzer der zumindest einen Produktionsanlage und/oder zumindest einer weiteren Person verletzt wird.In a preferred embodiment of the invention it is provided that a method for the automated determination of work and security rooms for use in production plants is provided. The method comprises the following steps: Aligning at least one determination device comprising at least one sensor unit to at least one position in relation to at least one production system in at least a partial area of the at least one production system, detection of the work and security rooms of the at least one production system by means of the at least one sensor unit, the method comprising the following further steps: division of the detected work and security rooms of the at least one production system into potential injury areas and non-injury areas depending on a radius of action of the at least one production system, creation of a safety operating algorithm for use in at least one Control device for the at least one production system and / or for direct use in the at least one production system on the basis of the preceding steps, so that at least one action is triggered dynamically during an operating state of the at least one production system based on the safety operating algorithm if the potential is at least one Deflect the injury area of at least one object and / or of at least one user of the at least one production system and / or at least one other person is supported.

Beispielsweise kann das Verfahren zur automatischen sicherheitstechnischen Inbetriebnahme und Instandhaltung einer Fertigungsanlage eingesetzt werden, bei dem die aufwendige Sicherheitsprogrammierung von Robotern und anderen Anlagenbestandteilen durch eine Sensoreinheit mit entsprechenden Auswertealgorithmen übernommen werden kann.For example, the method for automatic safety-related commissioning and maintenance of a production system can be used, in which the complex safety programming of robots and other system components can be carried out by a sensor unit with corresponding evaluation algorithms.

Die Erfindung ermöglicht es insbesondere auch automatisiert auf das dynamische „Verhalten von Maschinen“ beziehungsweise Produktionsanlagen wie etwa Industrierobotern in einer Gesamtanlage im Kontext etwa einer Mensch-Roboter-Kooperation beziehungsweise schutzzaunlosen Automatisierung zu reagieren. Ein Vorteil ist deswegen beispielsweise, dass die komplizierte Verschaltung zwischen sicherer Roboterpose und Sicherheitsprogrammierung der Sicherheitstechnik für den Inbetriebnehmer/ Instandhalter entfällt. Insofern wirkt sich die Erfindung auf die sicherheitstechnische Programmierung beispielsweise eines Roboters oder generell einer Produktionsanlage aus beziehungsweise wirkt sich auf die „Bewertung einer Situation in einer Fertigungsanlage“, die dann Einfluss auf den Roboter hat, aus. Für die sicherheitstechnische Programmierung einer Produktionsanlage bestimmt die Erfindung automatisch alle relevanten Objekte in einer Anlage und ermittelt daraus resultierend die dynamischen Arbeits- und Sicherheitsbereiche für die Produktionsanlagen in einer Gesamtanlage. Dynamische Arbeits- und Sicherheitsbereiche entstehen in der Produktionsanlage zum Beispiel im Rahmen des Betriebs der Anlage, infolge dessen sich Arbeits- und Sicherheitsbereiche zum Beispiel durch die Bewegung beweglicher Objekte verändern können. Sicherheitsbereiche umfassen dabei zwei Status, das heißt sie können verletzt und nicht verletzt sein. Zudem ist es möglich, mittels des Verfahrens eine Interpretation von Sicherheitsbereichen abzuleiten, wenn diese zum Beispiel durch einen Menschen verletzt werden. Eine Interpretation bedeutet dabei, dass je nachdem wo sich der Sicherheitsbereich in der Anlage befindet und abhängig beispielsweise von der aktuellen Roboterpose in der Anlage die Konsequenz des Verletzens des Sicherheitsbereichs unterschiedlich sein kann. Je nach Ausführung der Sicherheitstechnik in der Anlage berechnet die Erfindung das jeweils benötigte Teilprogramm für eine Komponente. Die Erfindung bietet die Möglichkeit, mithilfe einer „intelligenten“ Sensoreinheit die Inbetriebnahme, insbesondere von roboterbasierten, schutzzaunlosen Montage- oder Logistikzellen zumindest teilweise zu automatisierten. Vor allem die steigenden Aufwendungen bei der Sicherheitsprogrammierung, die aus der offenen Anlage resultieren, können stark reduziert werden. Es können somit die Engineeringkosten gegenüber einer manuellen Herangehensweise reduziert werden. Auch ist es bei entsprechender Ausführung möglich, eine Anfälligkeit gegenüber Fehlern zu reduzieren, zum Beispiel wenn zusätzliche Plausibilitätschecks integriert werden, was sich entsprechend auf die Qualität und Sicherheit der Anlagen auswirkt. Das durch das Verfahren berechnete Sicherheitsprogramm wird unabhängig vom Hersteller erstellt und kann für alle bekannten Sicherheitskomponenten genutzt werden. Dadurch muss ein Inbetriebnehmer/ Instandhalter nicht mehr selbst alle Geräte programmieren können, sondern nur noch deren korrekte Installation/ Programmierung abnehmen, wodurch Personalkosten weiter gesenkt werden können.In particular, the invention also makes it possible to react automatically to the dynamic “behavior of machines” or production systems such as industrial robots in an overall system in the context of, for example, human-robot cooperation or automation without protective fencing. One advantage is, for example, that the complicated connection between safe robot pose and safety programming of safety technology for the commissioning engineer / maintenance engineer is no longer necessary. In this respect, the invention has an effect on the safety-related programming of, for example, a robot or a production plant in general, or has an effect on the “assessment of a situation in a production plant” which then has an influence on the robot. For the safety-related programming of a production system, the invention automatically determines all relevant objects in a system and, as a result, determines the dynamic work and safety areas for the production systems in an overall system. Dynamic work and safety areas are created in the production plant, for example during the operation of the plant, as a result of which work and safety areas can change, for example due to the movement of moving objects. Security areas include two statuses, meaning that they can be injured and not injured. It is also possible to use the method to derive an interpretation of security areas if, for example, a person injures them. An interpretation means that depending on where the security area is located in the system and depending on, for example, the current robot pose in the system, the consequence of violating the security area can be different. Depending on the design of the safety technology in the system, the invention calculates the required partial program for a component. The invention offers the possibility of at least partially automating the commissioning, in particular of robot-based, safety fence-free assembly or logistics cells, using an “intelligent” sensor unit. Above all, the increasing expenses for security programming that result from the open system can be greatly reduced. The engineering costs can thus be reduced compared to a manual approach. With an appropriate design, it is also possible to reduce the susceptibility to errors, for example if additional plausibility checks are integrated, which has a corresponding effect on the quality and safety of the systems. The safety program calculated by the method is created independently of the manufacturer and can be used for all known safety components. As a result, a commissioning engineer / maintenance technician no longer has to be able to program all devices himself, but only has to approve their correct installation / programming, which can further reduce personnel costs.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention result from the other features mentioned in the subclaims.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Erfassung der Arbeits- und Sicherheitsräume der zumindest einen Produktionsanlage mittels der zumindest einen Sensoreinheit in Abhängigkeit eines Aktionsradius der zumindest einen Produktionsanlage zumindest ein Bewegungsablauf der zumindest einen Produktionsanlage und/oder zumindest ein zugehöriges Betriebsprogramm der zumindest einen Produktionsanlage dynamisch berücksichtigt wird. In einer einfachen Ausführung erhält das Verfahren die programmierte Bahn der Anlage beziehungsweise des Roboters, zum Beispiel in dem die Anlage beziehungsweise der Roboter die Bahn abfährt, und übernimmt die komplette Berechnung des Sicherheitsprogramms inklusive Lage, Form und Interpretation der Arbeits- und Sicherheitsbereiche. Ein Inbetriebnehmer hat nur noch die Aufgabe, das Ergebnis der Berechnung abzunehmen und auf die Anlagensteuerung beziehungsweise Robotersteuerung, SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) und Sicherheitstechnik in der Anlage zu überspielen. Je komplexer eine Fertigungszelle wird, desto aufwendiger ist es, die Vielzahl von unterschiedlichen Sicherheitsbereichen zu ermitteln und das entsprechende Programm abzuleiten. Mittels des vorgestellten Verfahrens werden alle Anlagenbestandteile gleichermaßen betrachtet und sowohl die Programmierung für die Sicherheitstechnik wird generiert, aber auch existierende Wechselwirkungen mit einer SPS oder Anlagensteuerung beziehungsweise Robotersteuerung können übernommen werden.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that when the work and security rooms of the at least one production system are detected by means of the at least one sensor unit, depending on a range of action of the at least one production system, at least one movement sequence of the at least one production system and / or at least one associated operating program at least one production facility is considered dynamically. In a simple version, the method receives the programmed path of the system or the robot, for example in which the system or the robot travels the path, and takes over the complete calculation of the safety program, including the location, shape and interpretation of the work and safety areas. A commissioning engineer only has the task of accepting the result of the calculation and transferring it to the system controller or robot controller, PLC (programmable logic controller) and safety technology in the system. The more complex one Manufacturing cell becomes, the more complex it is to determine the multitude of different security areas and to derive the appropriate program. By means of the presented method, all system components are considered equally and both the programming for the safety technology is generated, but also existing interactions with a PLC or system control or robot control can be taken over.

Auch ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Einteilung der erfassten Arbeits- und Sicherheitsräume der zumindest einen Produktionsanlage in potentielle Verletzungsbereiche und Nicht-Verletzungsbereiche in zweidimensionale und/oder dreidimensionale Bereiche erfolgt. Die zuvor genannten Vorteile können auf diese Weise noch besser umgesetzt werden. Aufgrund der Dreidimensionalität ist es möglich, auf unterschiedlicher Höhe auf eine Verletzung eines Sicherheitsbereiches zu reagieren und dadurch insbesondere auch zwischen Oberkörper/ Arm und Bein zu unterscheiden. Dadurch kann Fläche eingespart und eine räumlich nahe Mensch-Roboter-Kooperation mit einem Standardindustrieroboter realisiert werden.It is also provided in a further embodiment of the invention that the detected work and security rooms of the at least one production system are divided into potential injury areas and non-injury areas into two-dimensional and / or three-dimensional areas. The advantages mentioned above can be implemented even better in this way. Due to the three-dimensionality, it is possible to react to a violation of a security area at different heights and thereby in particular to differentiate between upper body / arm and leg. This saves space and realizes close human-robot cooperation with a standard industrial robot.

Ferner ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zumindest eine Produktionsanlage ein Roboter ist. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit besonders gut umsetzen.Furthermore, it is provided in a further embodiment of the invention that the at least one production system is a robot. The advantages mentioned above can thus be implemented particularly well.

Zudem ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zumindest eine Aktion zumindest ausgewählt ist aus: Geschwindigkeit des Roboters unverändert, Geschwindigkeit des Roboters verlangsamt, Roboter stoppt. Darüberhinaus sind weitere benutzerdefinierte Aktionen vorstellbar und das Verfahren lässt sich diesbezüglich noch weiter ausbauen, falls dies ein Anwendungsfall nötig machen sollte. Die minimale genannte Auswahl ermöglicht einen besonders effizienten und leicht zu bedienenden Einsatz des Verfahrens.In addition, a further embodiment of the invention provides that the at least one action is at least selected from: speed of the robot unchanged, speed of the robot slows down, robot stops. In addition, other user-defined actions are conceivable and the procedure can be further expanded in this regard, should this be necessary for an application. The minimal selection mentioned enables a particularly efficient and easy-to-use use of the method.

Des Weiteren ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zumindest eine Sensoreinheit zumindest einen Laserscanner und/oder zumindest einen 2D-Sensor und/oder zumindest einen 3D-Sensor umfasst. Beispielsweise können somit auf eine leicht zu bedienende Weise Sicherheitsbereiche in einer Anlage im zweidimensionalen Raum mittels Laserscanner und 2D-Sensors und im dreidimensionalen Raum mittels 3D-Sensors angegeben werden.Furthermore, it is provided in a further embodiment of the invention that the at least one sensor unit comprises at least one laser scanner and / or at least one 2D sensor and / or at least one 3D sensor. For example, safety areas can thus be specified in a system in a two-dimensional space by means of laser scanners and 2D sensors and in a three-dimensional space by means of 3D sensors in an easy-to-use manner.

Auch ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Bestimmungsvorrichtung mobil eingesetzt wird oder die Bestimmungsvorrichtung in die zumindest eine Produktionsanlage, insbesondere den Roboter, funktional integriert wird.It is also provided in a further embodiment of the invention that the determination device is used in a mobile manner or the determination device is functionally integrated into the at least one production system, in particular the robot.

Die Bestimmungsvorrichtung kann auch als Inbetriebnahmetool bezeichnet werden. Die für das Verfahren benötigte Anlage wird mechanisch aufgebaut, wobei beispielsweise der Roboter integriert werden kann. Mit anderen Worten wird das eigenständige Inbetriebnahmetool integriert und aktiviert. Das Tool scannt die Umgebung vollständig und ermittelt alle Arbeits- und Sicherheitsbereiche beispielsweise für alle in der Anlage enthaltenen Roboter. Um Abschattungen und Verdeckungen zu vermeiden, kann das Tool dafür möglicherweise auch bewegt werden, zum Beispiel indem es am Roboterflansch montiert wird, der seine Bahn abfährt. Während der Bestimmung der Bereiche können alle Roboter in der Anlage ihre Bahn abfahren. Die Erfindung ermittelt dann basierend auf der jeweiligen Pose des Roboters die resultierenden Sicherheitsbereiche (2D oder 3D) mit entsprechender Interpretation. Auch können die für das Verfahren benötigten Komponenten in der Anlage verbleiben, sodass zusätzlich online die prozess- und sicherheitstechnischen Parameter überprüft werden können. Je nach Sicherheitslevel des Verfahrens kann zudem ein Einfluss auf die Bewegung des Roboters oder der Anlage an sich vorgenommen werden. Wenn Sicherheitsbereiche verletzt werden, die zu einer Verlangsamung oder einem Stillstand des Roboters führen, kann mittels des Verfahrens berechnet werden, ob es eine alternative Bahn für den Roboter gibt, die ohne Verletzung des Sicherheitsbereichs abläuft.The determination device can also be referred to as a commissioning tool. The system required for the process is constructed mechanically, for example the robot can be integrated. In other words, the independent commissioning tool is integrated and activated. The tool scans the environment completely and determines all work and safety areas, for example for all robots contained in the system. In order to avoid shadowing and concealment, the tool can possibly also be moved, for example by mounting it on the robot flange that travels its path. All robots in the system can follow their path while determining the areas. The invention then determines the resulting security areas based on the respective pose of the robot ( 2D or 3D) with appropriate interpretation. The components required for the process can also remain in the system so that the process and safety parameters can also be checked online. Depending on the safety level of the process, the movement of the robot or the system itself can also be influenced. If safety areas are violated that lead to the robot slowing down or coming to a standstill, the method can be used to calculate whether there is an alternative path for the robot that runs without violating the safety area.

Ferner ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest eine Komponente von der zumindest einen Sensorvorrichtung an der zumindest einen Produktionsanlage, insbesondere dem Roboter, angeordnet wird und dass die zumindest eine Produktionsanlage auch mobile Anlagenbestandteile, insbesondere mobile Roboter oder sogenannte fahrerlose Transportfahrzeuge, enthalten kann. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser anwenden. Die Bestimmungsvorrichtung ermittelt dann analog zur vorangegangenen Beschreibung die Pose und/oder Position der mobilen Bestandteile und leitet daraus die Arbeits- und Sicherheitsbereiche für die Produktionsanlage ab und interpretiert diese. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser anwenden .Furthermore, a further embodiment of the invention provides that at least one component from the at least one sensor device is arranged on the at least one production system, in particular the robot, and that the at least one production system also contains mobile system components, in particular mobile robots or so-called driverless transport vehicles can. The aforementioned advantages can thus be applied even better. The determination device then determines the pose and / or position of the mobile components analogously to the preceding description and uses this to derive and interpret the work and safety areas for the production system. The aforementioned advantages can thus be applied even better.

Zudem ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass bei der Erstellung des Sicherheitsbetriebsalgorithmus zumindest eine Wechselwirkung mit einer SPS und/oder Produktionsanlagensteuerung, insbesondere eine Robotersteuerung berücksichtigt wird. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser anwenden.In addition, a further embodiment of the invention provides that at least one interaction with a PLC and / or production system controller, in particular a robot controller, is taken into account when creating the safety operating algorithm. The aforementioned advantages can thus be applied even better.

Schlussendlich ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mittels des Sicherheitsalgorithmus im Falle einer Verletzung alternative Bewegungsabläufe von der Produktionsanlage, insbesondere dem Industrieroboter, bereitgestellt werden. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser anwenden.Finally, it is provided in a further embodiment of the invention that, in the event of a violation, the movement algorithm of the Production plant, especially the industrial robot, are provided. The aforementioned advantages can thus be applied even better.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be combined with one another with advantage, unless otherwise stated in the individual case.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 einen Industrieroboter mit zugehörigem Einsatzbereich und eine Sensoreinheit von einer Bestimmungsvorrichtung jeweils im Betriebszustand;
2 einen Industrieroboter mit zugehörigem Einsatzbereich im Betriebszustand.

The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 an industrial robot with associated application and a sensor unit from a determination device, each in the operating state;
2 an industrial robot with the associated area of application in the operating state.

1 zeigt einen Industrieroboter 10 mit zugehörigem Einsatzbereich 12 und eine Sensoreinheit 14 von einer Bestimmungsvorrichtung 16 jeweils im Betriebszustand. Der Industrieroboter 10 ist hier nur beispielhaft dargestellt und es könnten in nicht gezeigten Ausführungsformen auch andere Roboter oder generell automatisierte Produktionsanlagen zum Einsatz kommen, um das vorgestellte Verfahren in der Praxis anzuwenden. Die Sensoreinheit 14 umfasst in diesem Beispiel lediglich eine Kamera 18. Die Kamera 18 könnte dabei entweder eine 2D-Kamera oder eine 3D-Kamera sein. In der 1 ist die Sensoreinheit 14 mit der Kamera 18 oberhalb des Industrieroboters 10 beziehungsweise der Anlage installiert. Ein nicht gezeigter alternativer Aufbau könnte beispielsweise auch eine Anbringung der Sensorik am oder in der Nähe des Roboters berücksichtigen. Auch ist vorstellbar, dass die Sensoreinheit 14 weitere Komponenten, wie beispielsweise weitere Kameras oder Scanner, umfasst. Der Einsatzbereich 12 umfasst somit Arbeits- und Sicherheitsräume. 1 shows an industrial robot 10 with associated application 12 and a sensor unit 14 from a determination device 16 each in the operating state. The industrial robot 10 is only shown here by way of example and, in embodiments that are not shown, other robots or generally automated production systems could also be used to apply the method presented in practice. The sensor unit 14 includes only one camera in this example 18 , The camera 18 could be either a 2D camera or a 3D camera. In the 1 is the sensor unit 14 with the camera 18 above the industrial robot 10 or the system installed. An alternative construction, not shown, could also take into account, for example, attachment of the sensor system to or in the vicinity of the robot. It is also conceivable that the sensor unit 14 includes other components, such as other cameras or scanners. The area of application 12 thus includes work and security rooms.

In der 1 werden in verschiedenen Schattierungen zweidimensional um den Roboter 10 potentielle Verletzungsbereiche 20, 22 und Nicht-Verletzungsbereiche 24 dargestellt. Ein Verletzungsbereich 20 ist dabei unmittelbar direkt um den Roboter 10 dargestellt. Ein weiterer Verletzungsbereich 22 ist anschließend um den Verletzungsbereich 20 herum angezeigt, wobei in dem Verletzungsbereich 22 eine Person 26 zu erkennen ist.In the 1 become two-dimensional around the robot in different shades 10 potential areas of injury 20 . 22 and non-injury areas 24 shown. An injury area 20 is directly around the robot 10 shown. Another area of injury 22 is then around the injury area 20 displayed around, being in the injury area 22 a person 26 can be seen.

Mit anderen Worten lassen sich mittels des Verfahrens die Verletzungsbereiche 20, 22 noch weiter in Unterbereiche differenzieren und entsprechenden Aktionen zuordnen, sodass gemäß einem Sicherheitsalgorithmus eine sichere Betriebsweise der Anlage gewährleistet ist.In other words, the injury areas can be determined using the method 20 . 22 Differentiate even further into sub-areas and assign appropriate actions so that a safe operation of the system is guaranteed according to a security algorithm.

Mit dem Verfahren ist es darüber hinaus möglich, eine Berechnung der Sicherheitsbereiche, beispielsweise im 2D-Bereich, vorzunehmen und automatisch eine Änderung für eine Bewegung des Roboters 10 im laufenden Betrieb zu ermitteln. Eine Aktion wäre in diesem Fall also im Extremfall derart, dass der Sicherheitsalgorithmus nicht nur entsprechende Programme für die Anlagenbestandteile (zum Beispiel SPS, Sicherheitstechnik, Robotersteuerung) umfasst, sondern sogar zumindest Teile von den zuvor genannten selbst erstellt und beispielsweise in einem Verletzungsfall auslöst. Bezogen auf die Bildebene ist links noch eine weitere Person 26 zu erkennen, welche sich außerhalb des Aktionsradius des Industrieroboters 10 und generell auch außerhalb von einem Arbeits- und Sicherheitsbereich aufhält. Rechts unten ist zudem noch eine weitere Person 26 zu erkennen, welche sich in einem äußeren Nicht-Verletzungsbereich 24 befindet, welcher sich um die Verletzungsbereiche 20, 22 herum befindet.The method also makes it possible to calculate the safety areas, for example in the 2D area, and to automatically make a change for a movement of the robot 10 to determine during operation. In an extreme case, an action would be such that the security algorithm not only includes appropriate programs for the system components (e.g. PLC, security technology, robot control), but even creates at least parts of the aforementioned ones and triggers them in the event of an injury, for example. In relation to the image level, there is another person on the left 26 to recognize which are outside the radius of action of the industrial robot 10 and generally stays outside of a work and security area. There is also another person at the bottom right 26 recognize which is in an outer non-injury area 24 which is around the injury areas 20 . 22 located around.

In der 1 ist zudem symbolisch eine Steuereinrichtung 28 zu erkennen. Diese Steuereinrichtung 28 ist optional zu verstehen, wenn die Produktionsanlage selbst nicht diese Funktion ausüben soll. Blockpfeile deuten die funktionale Verbindung zu der Bestimmungsvorrichtung 16 beziehungsweise zu der Sensoreinheit 14 und der Kamera 18 und dem Industrieroboter 10 an. Der Industrieroboter 10 ist hochbeweglich und ein Pfeil mit 45° deutet diese Beweglichkeit nur an. Ein Bewegungsradius des Industrieroboters ist dabei nicht auf diese Angabe von 45° beschränkt. Die Verletzungsbereiche 20, 22 können auch als Sicherheitsräume bezeichnet werden. Vorstellbar ist dabei, dass diese Verletzungsbereiche 20, 22 im Zuge der Erstellung des Sicherheitsalgorithmus weiter differenziert werden und dann beispielsweise explizite Bezeichnungen erhalten. Solche Bezeichnungen können etwa 2D-Sicherheitsraum 5, 2D-Sicherheitsraum 6, 2D-Sicherheitsraum 7 sein. Ein Nicht-Verletzungsbereich könnte beispielsweise die Bezeichnung Kein 2D-Arbeitsraum 19 erhalten. Mittels des Verfahrens können solche Räume automatisch erkannt werden. Wenn zudem die Bestimmungsvorrichtung 16 mit der entsprechenden Sensoreinheit 14 direkt am Industrieroboter 10 vorgesehen ist, könnte sich mittels des Verfahrens auch folgendes Szenario gestalten lassen: Ein Roboter 10 wird in eine offen gestaltete Fertigungszelle gesetzt, misst sich autonom in seine Umgebung ein, leitet daraus automatisch 2D-Sicherheitsfelder für eine herkömmliche Technik und 3D-Sicherheitsfleder zum Beispiel für kamerabasierte Verfahren ab und stellt Zusammenhänge zwischen Objekten im Umfeld für seine funktionale Programmierung her. Die Überwachung der segmentierten Felder erfolgt dynamisch mit Berücksichtigung der Roboterbewegung.In the 1 is also symbolically a control device 28 to recognize. This control device 28 is to be understood optionally if the production plant itself is not to perform this function. Block arrows indicate the functional connection to the determination device 16 or to the sensor unit 14 and the camera 18 and the industrial robot 10 on. The industrial robot 10 is highly mobile and an arrow at 45 ° only indicates this mobility. A radius of movement of the industrial robot is not limited to this specification of 45 °. The injury areas 20 . 22 can also be called security rooms. It is conceivable that these areas of injury 20 . 22 be further differentiated in the course of creating the security algorithm and then, for example, be given explicit names. Such names can be 2D security space 5 , 2D security room 6 , 2D security room 7 his. For example, a non-injury area could be called No 2D Workspace 19 receive. Such rooms can be recognized automatically by means of the method. If also the determination device 16 with the corresponding sensor unit 14 directly on the industrial robot 10 the following scenario could also be designed using the method: a robot 10 is placed in an openly designed production cell, measures itself autonomously in its environment, automatically derives 2D security fields for conventional technology and 3D security fields for camera-based processes, for example, and establishes relationships between objects in the environment for its functional programming. The segmented fields are monitored dynamically, taking robot movement into account.

2 zeigt den gleichen Industrieroboter 10 von 1, wobei in der 2 beispielhaft ein dreidimensionales Szenario dargestellt ist. Eine Person 26 steht links neben einem Arbeits- und Sicherheitsbereich des Roboters 10. Ein Einsatzbereich 12 von dem Industrieroboter 10 wurde mittels des vorgestellten Verfahrens derart erfasst und verarbeitet, sodass sich das dargestellte dreidimensionale Szenario berechnen lässt. Symbolisch ist in der 2 zumindest eine Steuervorrichtung 28 dargestellt, wobei ein Blockpfeil einen funktionalen Zusammenhang darstellt. Zu erkennen sind wiederum Verletzungsbereiche 20, 22 und Nicht-Verletzungsbereiche 24. Den Verletzungsbereichen 20, 22 und Nicht-Verletzungsbereichen 24 können darüber hinaus einzelne Bezeichnungen mittels des Verfahrens und insbesondere mittels des Sicherheitsalgorithmus zugeordnet werden. Beispielsweise könnte das ein 3D-Sicherheitsraum 5 sein, welcher mit dem Bezugszeichen 30 in der 2 dargestellt ist, und ein 3D-Sicherheitsraum 6 sein, welcher mit dem Bezugszeichen 32 in der 2 dargestellt ist, und ein 3D-Sicherheitsraum 7 sein, welcher mit dem Bezugszeichen 34 in der 2 dargestellt ist. Auch könnte ein Nicht-Verletzungsbereich 24 mit einer Bezeichnung Kein 3D-Arbeitsraum 19 bezeichnet werden, welcher in der 2 mit dem Bezugszeichen 36 dargestellt ist. 2 shows the same industrial robot 10 of 1 , where in the 2 a three-dimensional scenario is shown as an example. A person 26 is to the left of a robot's work and safety area 10 , An area of application 12 from the industrial robot 10 was recorded and processed using the presented method so that the three-dimensional scenario shown can be calculated. Is symbolic in the 2 at least one control device 28 shown, with a block arrow representing a functional relationship. Again, areas of injury can be seen 20 . 22 and non-injury areas 24 , The injury areas 20 . 22 and non-injury areas 24 In addition, individual designations can be assigned using the method and in particular using the security algorithm. For example, this could be a 3D security room 5 be the one with the reference symbol 30 in the 2 is shown, and a 3D security room 6 be the one with the reference symbol 32 in the 2 is shown, and a 3D security room 7 be the one with the reference symbol 34 in the 2 is shown. Also could be a non-injury area 24 with a label None 3D -Working space 19 be referred to, which in the 2 with the reference symbol 36 is shown.

Sowohl in der 1 als auch in der 2 werden die geometrisch kleinsten Einheiten von den Verletzungsbereichen 20, 22 und Nicht-Verletzungsbereichen 24 rechteckig beziehungsweise quadratisch dargestellt. In nicht näher gezeigten Ausführungsformen könnten sich diese Geometrien beispielsweise auch als regelmäßige oder unregelmäßige Sechsecke oder in jeglicher anderen geometrischen Form darstellen lassen. Auch könnten sich die Größenverhältnisse je nach Anwendungsfalls anpassen lassen. Zudem könnten auch generell unregelmäßige Formen in jeglichem Größenverhältnis verwendet werden.Both in the 1 as well in the 2 are the geometrically smallest units from the injury areas 20 . 22 and non-injury areas 24 shown rectangular or square. In embodiments that are not shown in more detail, these geometries could, for example, also be represented as regular or irregular hexagons or in any other geometric shape. The size relationships could also be adjusted depending on the application. In addition, irregular shapes of any size ratio could also be used in general.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Industrieroboterindustrial robots
1212: Einsatzbereichapplication
1414: Sensoreinheitsensor unit
1616: Bestimmungsvorrichtungdeterminer
1818: Kameracamera
2020: Verletzungsbereichinjury layer
2222: Verletzungsbereichinjury layer
2424: Nicht-VerletzungsbereichNon-injury area
2626: Personperson
2828: Steuervorrichtungcontrol device
3030: 3D-Sicherheitsraum 53D security room 5
3232: 3D-Sicherheitsraum 63D security room 6
3434: 3D-Sicherheitsraum 73D security room 7
3636: Kein 3D-Arbeitsraum 19 No 3D work space 19

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant has been generated automatically and is only included for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102015104582 A1 [0005]
DE 102015114463 A1 [0006]

Claims

Method for the automated determination of work and security rooms for use in production plants, comprising the following steps: • Aligning at least one determination device (16) comprising at least one sensor unit (14) to at least one position in relation to at least one production plant in at least one partial area from the at least one production plant; • Detection of the work and security rooms of the at least one production system by means of the at least one sensor unit (14), characterized in that the method comprises the following further steps: • Classification of the detected work and security rooms of the at least one production system into potential injury areas (20, 22 ) and non-injury areas (24) depending on a radius of action of the at least one production system, • creating a safety operating algorithm for use in at least one control device (28) for the at least one production system and / or for direct use in the at least one production system on the basis of the preceding steps, so that at least one action is triggered dynamically during an operating state of the at least one production system based on the safety operating algorithm in the at least one production system if a potential injury area (20, 2 2) is injured by at least one object and / or by at least one user of the at least one production system and / or at least one other person (26).

Procedure according to Claim 1 , wherein the detection of the work and security rooms of the at least one production system by means of the at least one sensor unit (14) dynamically takes into account at least one movement sequence of the at least one production system and / or at least one associated operating program of the at least one production system as a function of a radius of action of the at least one production system becomes.

Procedure according to Claim 1 and 2 The work and security spaces of the at least one production system are divided into potential injury areas (20, 22) and non-injury areas (24) into two-dimensional and / or three-dimensional areas.

Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one production system is a robot (10).

Procedure according to Claim 4 , wherein the at least one action is at least selected from: speed of the robot (10) unchanged, speed of the robot (10) slows, robot (10) stops.

Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one sensor unit (14) comprises at least one laser scanner and / or at least one 2D sensor and / or at least one 3D sensor.

Method according to one of the preceding claims, wherein the determination device (16) is used in a mobile manner or the determination device (16) is functionally integrated into the at least one production system, in particular the robot (10).

Method according to one of the preceding claims, wherein at least one component of the at least one sensor device (14) is arranged on the at least one production system, in particular the robot (10), and that the at least one production system also includes mobile system components, in particular mobile robots or so-called driverless ones Transport vehicles can contain.

Method according to one of the preceding claims, wherein at least one interaction with a PLC and / or production system controller, in particular a robot controller, is taken into account when creating the safety operating algorithm.

Method according to one of the preceding claims, wherein alternative security sequences are provided by the production system, in particular the industrial robot (10), by means of the security algorithm in the event of an injury.