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Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik sind Handhabungsvorrichtungen zum automatisierten Ausführen von Arbeitsverfahren allgemein bekannt. Die bekannten Handhabungsvorrichtungen umfassen Sensormittel zum Erfassen von Personen, wobei in Folge auf das Erfassen einer Person in einer Arbeitszone ein Ruhezustand der Handhabungsvorrichtung aktivierbar ist, um eine Verletzung der Person durch die von der Handhabungsvorrichtung umfassten Greif- oder Bearbeitungsmittel, die in der Arbeitszone in beliebige Raumpositionen beweg- und/oder verschwenkbar sind, zu vermeiden.
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Von Nachteil bei den bekannten Handhabungsvorrichtungen ist ein hoher Material- und Kostenaufwand, der insbesondere für die Implementierung und konkrete Umsetzung der Sensormittel zum Erfassen der Personen erforderlich ist. Ferner handelt es sich meist um optische Sensoren, wobei das Erfassen der Personen nur in einer Arbeitszone möglich ist, die frei einsehbar ist, weshalb es durch Hindernisse - etwa Paletten mit gelagerten Werkstücken - zu Abschirmungen kommen kann.
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Ferner ist es aus dem wissenschaftlichen Artikel mit dem Titel „Follow me Robot using Bluetooth-based Position Estimation“ der AMMACHI labs (Autoren Bonda Venna Pradeep, Rahul E S und Rao R Bhavani) bekannt, eine Handhabungsvorrichtung für Transportaufgaben mobil auszugestalten, wobei die zum Lokalisieren der zu folgenden Person vorgesehenen Sensormittel eine Bluetooth-Empfangseinheit umfasst. Die Bluetooth-Empfangseinheit ist zum Zusammenwirken mit einer Bluetooth-Sendeeinheit eingerichtet, die durch ein Smartphone ausgebildet wird, das von der zu lokalisierenden Person mitgeführt werden muss, wobei neben den Bluetooth-Signalen zusätzlich noch Beschleunigungsdaten einer intertialen Messeinheit (IMU) des Smartphones übertragen werde müssen, die für die Lokalisierung ausgewertet werden. Die IMU des Smartphones dient zur Bewegungsdetektion, um zusammen mit den empfangenen Bluetooth-Signalen eine Lokalisierung des Smartphones zu realisieren. Nachteilig bei dieser Lösung ist insbesondere die Verarbeitung von verschiedenen Sensorsignalen, was den Aufwand für die Implementierung erhöht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder Figuren offenbarten Merkmalen. Sämtliche vorrichtungsbezogene Merkmale sollen auch als verfahrensbezogen offenbart und beanspruchbar gelten sowie umgekehrt.
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Die vorliegende Erfindung umfasst eine Handhabungsvorrichtung für ein Arbeitsverfahren, aufweisend: Greif- und/oder Bearbeitungsmittel, die innerhalb einer um die Handhabungsvorrichtung verlaufenden Arbeitszone in eine beliebige Raumposition beweg- und/oder verschwenkbar sind, um einen Transport- und/oder Bearbeitungsschritt des Arbeitsverfahrens auszuführen; eine erste Antenneneinheit zum Erfassen von Funksignalen einer mobilen Sendeeinheit, wobei die erste Antenneneinheit so ausgebildet ist, dass der mobilen Sendeeinheit aus dem empfangenen Funksignalen ein erstes Distanzsignal zuordenbar ist; eine zweite Antenneneinheit, die von der ersten Antenneneinheit durch einen räumlichen Abstand A distanziert angeordnet und/oder ausgerichtet ist, zum zusätzlichen Erfassen der Funksignale der mobilen Sendeeinheit, wobei die zweite Antenneneinheit so ausgebildet ist, dass der mobilen Sendeeinheit aus dem empfangenen Funksignalen ein zweites Distanzsignal zuordenbar ist; eine zum Auslesen der Distanzsignale ausgebildete Recheneinheit, die dahingehend eingerichtet ist, dass die Position der mobilen Sendeeinheit aus den bestimmten Distanzsignalen der ersten Antenneneinheit und der zweiten Antenneneinheiten lokalisierbar ist und eine mit der Recheneinheit zusammenwirkende Steuereinheit, die zum Aktivieren eines Sicherheitsbetriebsmodus und/oder Ruhebetriebsmodus der Handhabungsvorrichtung, insbesondere aus einem aktiven Transport- und/oder Bearbeitungsbetriebsmodus, in Folge auf das Lokalisieren der mobilen Sendeeinheit an einer Position innerhalb der Arbeitszone ausgebildet ist.
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Anders ausgedrückt, die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung umfasst zum Durchführen eines Arbeitsverfahren, wie etwa dem Transport von Waren und/oder dem mechanischen Bearbeiten von Werkstücken, Greif- und/oder Bearbeitungsmittel, die innerhalb einer Arbeitszone räumlich begrenzt beweg- und/oder verschwenkbar sind. Die Arbeitszone erstreckt sich um die Handhabungsvorrichtung und stellt einen Bereich dar, innerhalb dem die Greif- und/oder Bearbeitungsmittel verfahr- und/oder verschwenkbar sind und es somit zur Kollision mit Personen oder Gegenständen kommen kann. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass Personen innerhalb der Arbeitszone von der Handhabungsvorrichtung erfasst werden können, um somit durch das Aktivieren eines Sicherheitsbetriebsmodus und/oder Ruhebetriebszustands eine Kollision zu vermeiden, da es durch das Aktivieren des Ruhebetriebszustands zu einem Stoppen sämtlicher Bewegungen der Greif- und/oder Bearbeitungsmittel kommt.
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Ferner umfasst die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung eine erste Antenneneinheit, die zum Empfangen von Funksignalen einer mobilen Sendeeinheit ausgebildet ist und hierfür bevorzugt eine Antenne aufweist. Ferner ist die erste Antenneneinheit so ausgebildet, dass aus den empfangenen Funksignalen der mobilen Sendeeinheit ein erstes Distanzsignal zum Abbilden und/oder Darstellen der Distanz und/oder räumlichen Entfernung zwischen der mobilen Sendeeinheit, die von der zu erfassenden Person mitgeführt werden muss, und der ersten Antenneneinheit erzeugt werden kann. Zum Bestimmen des Distanzsignals werden bevorzugt die RSSI-Pegel der Funksignale ausgewertet. Alternativ kann auch eine Auswertung der Signalstärke der empfangenen Funksignale genutzt werden, um das Distanzsignal zu generieren oder die Distanzbestimmung beruht auf Laufzeitmessungen, wobei es insbesondere zu einem bidirektionalen Austausch von Funknachrichten zwischen der Antenneneinheit und der mobilen Sendeeinheit kommt.
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Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung auch eine zweite Antenneneinheit, die von der ersten Antenneneinheit durch einen räumlichen Abstand A beabstandet angeordnet ist und das zusätzliche Empfangen der Funksignale der mobilen Sendeeinheit ermöglicht, wobei die zweite Antenneneinheit so eingerichtet ist, dass aus dem empfangenen Funksignalen der mobilen Sendeeinheit ein zweites Distanzsignal bestimmt werden kann, das den Abstand zwischen der zweiten Antenneneinheit, insbesondere einer von der zweiten Antenneneinheit umfassten zweiten Antenne zu der mobilen Sendeeinheit ausdrückt.
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Ferner umfasst die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung eine Recheneinheit, die so eingerichtet ist, dass die Position der mobilen Sendeeinheit aus den wenigstens zwei erfassten Distanzsignalen der ersten Antenneneinheit und der zweiten Antenneneinheit unter Berücksichtigung des bekannten Abstandes A bestimmt werden kann. Vorteilhaft ist die Recheneinheit für diesen Zweck dazu eingerichtet, die Distanzsignale der beiden Antenneneinheiten zunächst auszulesen und durch geometrische Verfahren, insbesondere mittels Triangulation, so zu verarbeiten, dass aus den beiden Distanzsignalen die räumliche Position und/oder räumliche Lager der mobilen Sendeeinheit, die die Funksignale aussendet, bestimmt werden kann.
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Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung noch eine mit der Recheneinheit zusammenwirkende Steuereinheit, die zum Aktivieren eines Sicherheitsbetriebsmodus und/oder Ruhebetriebsmodus der Handhabungsvorrichtung eingerichtet ist, wobei in Folge auf das Lokalisieren der mobilen Sendeeinheit an einer Position innerhalb der Arbeitszone der Sicherheitsbetriebsmodus und/oder Ruhebetriebsmodus der Handhabungsvorrichtung aktivierbar ist. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird somit verhindert, dass es zu einer Kollision zwischen den räumlich beweg- und/oder verschwenkbaren Greif- und/oder Bearbeitungsmitteln mit Personen, insbesondere Arbeitspersonal, kommt, die sich der Handhabungsvorrichtung nähern. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher vorausgesetzt, dass von diesen Personen eine mobile Sendeeinheit zum Generieren der Funksignale stets mitgeführt wird. Vorteilhaft lässt sich somit der Aufwand für die Umsetzung von Sensormitteln zum Erfassen von Personen in der Handhabungsvorrichtung wesentlich reduzieren. Ferner ist auch das Erfassen von Personen möglich, die sich in einem Bereich der Handhabungsvorrichtung aufhalten, der auf Grund von Hindernissen - etwa Sichtschutzwände und/oder auf Paletten gelagerte Werkstücke- nicht frei einsehbar und somit nicht mittels optischen Sensormitteln überwachbar ist.
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Weiterbildend ist es auch vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung eine dritte Antenneneinheit zum weiteren Empfangen der Funksignale der mobilen Sendeeinheit aufweist, wobei die dritte Antenneneinheit von der ersten Antenneneinheit und von der zweiten Antenneneinheit räumlich beabstandet ausgerichtet und/oder angeordnet ist. Zudem ist auch die dritte Antenneneinheit so eingerichtet und/oder ausgebildet, dass aus den empfangenen Funksignalen der mobilen Sendeeinheit ein drittes Distanzsignal generierbar ist. Durch das dritte Distanzsignal kann die Lokalisierung der mobilen Sendeeinheit verbessert werden, da neben einer reinen Entfernungsbestimmung mittels den zwei Entfernungsangaben zusätzlich durch die dritte Entfernungsangabe eine Richtungsbestimmung möglich wird, wodurch sich die Position der mobilen Sendeeinheit eindeutig bestimmen lässt.
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Im Rahmen einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es zudem vorgesehen, dass die von der mobilen Sendeeinheit ausgesendeten Funksignale auf einem Bluetooth-Standard oder auf einem UWB-Standard (Ultra Wide Band-Standard) beruhen. Hierbei umfasst der UWB -Standard einen Frequenzbereich zwischen 3,1 GHz bis 10,6GHz. Vorteilhaft können somit bei der technischen Realisierung der Funkverbindung standardisierte Baugruppen und erprobte Protokolle eingesetzt werden, was sich positiv auf Preis und Zuverlässigkeit der Handhabungsvorrichtung auswirkt.
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Ferner ist es in diesem Zusammenhang gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Handhabungsvorrichtung zum Zusammenwirken mit einer als ein Smartphone oder ein Tablet-PC ausgebildeten mobilen Sendeeinheit eingerichtet ist. Vorteilhaft wird es somit ermöglicht, dass die von der zu erfassenden Person mitgeführte mobile Sendeeinheit durch jedes beliebige Smartphone ausgebildet werden kann, dass, insbesondere nach dem Installieren eines entsprechenden Datenverarbeitungsprogramms, insbesondere einer APP, die erforderlichen Funksignale mit der standardisierten Hardware des Smartphones versendet. Dies verspricht weitere Kostenvorteile bei der technischen Umsetzung der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es zudem bevorzugt vorgesehen, dass die Recheneinheit dahingehend ausgebildet und eingerichtet ist, dass die Position der mobilen Sendeeinheit wenigstens 5 mal pro Sekunde, bevorzugt wenigstens 10 mal pro Sekunde, weiter bevorzugt wenigstens 15 mal pro Sekunde bestimmt wird. Entsprechend kommt es auch nur zu diesen sich periodisch wiederholenden Zeitpunkten zu dem Erfassen der Funksignale durch die Antenneneinheiten. Allerdings sind auch deutlich höhere Erfassungsfrequenzen möglich, wobei die Frequenz des aktiven Erfassens der Funksignale und des folgenden genauen Lokalisierens der mobilen Sendeeinheit auch in Abhängigkeit von dem konkreten Arbeitsverfahren gewählt werden soll, das von der Handhabungsvorrichtung ausgeführt wird.
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Ferner ist es in diesem Zusammenhang auch vorgesehen, wenn die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass es bei einem plötzlichen Ausfall des Funksignals zum Aktiveren einer Sicherheitsfunktion kommt, um somit auf einen Ausfall der mobilen Sendeeinheit unmittelbar zu reagieren, der beispielsweise durch einen vollständig entladenen Energiespeicher der mobilen Sendeeinheit verursacht werden kann. Die Sicherheitsfunktion kann dann - abhängig vom konkreten Arbeitsverfahren - entweder die Aktivierung des Sicherheitsbetriebsmodus und/oder des Ruhebetriebsmodus verursachen, sowie das Einnehmen einer Sicherheitsstellung, oder andere standardisierte Eigenschaften umsetzen.
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Ferner ist es weiterbildend vorgesehen, dass die Arbeitszone ausgehend von einem, insbesondere baulich abgesperrten, Sperrbereich, etwa einer Außenwand einer Fertigungshalle oder einer künstlich errichteten Absperrung, sich einseitig, insbesondere halbkreisförmig, oberhalb einer durch den Boden ausgebildeten Horizontalebene erstreckt. Vorteilhaft wird somit die genaue Lokalisierung einer Person, die die mobile Sendeeinheit mitführt, für den Fall ermöglicht, dass die Handhabungsvorrichtung nur zwei Antenneneinheiten umfasst.
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Alternativ kann die Arbeitszone weiterbildend auch kreisförmig um die Handhabungsvorrichtung ausgebildet sein, wobei sich die Arbeitszone auch hier in einem Bereich oberhalb einer durch den Boden am Installationsort der Handhabungsvorrichtung ausgebildeten Horizontalebene erstreckt. Da eine Richtungszuordnung in diesem Zusammenhang nicht erforderlich ist, da es unmittelbar nach dem Lokalisieren der mobilen Sendeeinheit an einer Position innerhalb der Arbeitszone zum Aktivieren des Ruhebetriebsmodus kommt, kann auch hier eine Handhabungsvorrichtung eingesetzt werden, die lediglich zwei Antenneneinheiten umfasst.
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Lediglich für den Fall, dass ein richtungsbezogenes Bestimmen der räumlichen Position der Handhabungsvorrichtung erforderlich ist, etwa um Arbeitszonen mit Aussparungen zu überwachen, ist es erforderlich, dass die Handhabungsvorrichtung insgesamt wenigstens drei Antenneneinheiten umfasst. Ferner ist eine solche Ausführungsform für sämtliche Anwendungen universell einsetzbar. Unter einer Aussparung der Arbeitszone wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein oder mehrere Teilbereich/e der Arbeitszone verstanden, in dem/denen es nicht zum Aktivieren des Sicherheitsbetriebsmodus und/oder Ruhebetriebsmodus kommt. Vorteilhaft kann somit innerhalb einer Arbeitszone ein Weg vorgesehen sein, um die Arbeitszone zu durchqueren, wobei es in diesen Bereichen nicht zu einem Deaktivieren der Greif- und/oder Bearbeitungsmittel kommt. Die Greif- und/oder Bearbeitungsmittel sind in diesem Zusammenhang auch so eingerichtet, dass sie während dem vorgesehenen Arbeitsverfahren nicht innerhalb des Teilbereichs verschwenkt werden.
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Ferner ist es weiterbildend vorgesehen, dass die Steuereinheit zum Aktivieren eines Sicherheitsbetriebsmodus der Handhabungsvorrichtung für den Fall ausgebildet ist, dass die mobile Sendeeinheit an einer Position lokalisiert wird, die sich innerhalb einer um die Arbeitszone bereichsweise ausgebildeten Übergangszone befindet.
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Mit anderen Worten ermöglicht die Übergangszone das einfache Implementieren eines Sicherheitsbetriebsmodus der Handhabungsvorrichtung, wobei die Greif- und/oder Bearbeitungsmittel in Folge auf das Erkennen einer Person innerhalb der Übergangszone beispielsweise nur noch mit reduzierter Geschwindigkeit bewegt und/oder verschwenkt werden können, um somit das Risiko zu verringern, dass es zu einer Kollision zwischen den begrenzt beweg- und/oder verschwenkbaren Greif- und/oder Bearbeitungsmitteln und der Personen kommt.
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Die Übergangszone ist bevorzugt ringförmig um die Arbeitszone ausgebildet, wobei auch hier im Zusammenhang mit einem einseitig zur Handhabungsvorrichtung vorgesehenen Sperrbereich ein bogenförmiger Ringbereich möglich ist, wobei sich die Übergangszone in einem Bereich erstreckt, der oberhalb des Ringbereichs verläuft.
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Besonders bevorzugt ist es zudem, wenn die Handhabungsvorrichtung stationär ausgebildet ist und die Greif- und/oder Bearbeitungsmittel wenigstens einen Roboterarm aufweisen, der innerhalb der Arbeitszone in verschiedene Raumpositionen beweg- und/oder verschwenkbar ist und insbesondere endseitig Greifmittel umfasst.
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Die an einem festen Installations- oder Betriebsort errichtete Handhabungsvorrichtung weist mit anderen Worten also bevorzugt wenigstens einen Roboterarm auf, um die mechanische Bearbeitung der Werkstücke oder das neue Positionieren oder Ausrichten der Werkstücke im Rahmen des Arbeitsverfahren zu realisieren.
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In diesem Zusammenhang ist es weiterbildend vorgesehen, dass der Roboterarm nach dem Erfassen der mobilen Sendeeinheit innerhalb der Übergangszone lediglich mit reduzierter Geschwindigkeit beweg- und/oder verschwenkbar ist. Vorteilhaft führt dies zu einem zusätzlichen Verringern des Verletzungsrisikos für Personen, die die mobile Sendeeinheit mitführen und sich der Handhabungsvorrichtung nähern.
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Die Steuereinheit kann insbesondere auch dazu ausgebildet und eingerichtet sein, einen oder mehrere elektromotorische Stellantriebe des Roboterarms anzusteuern. Die Stellantriebe können beispielsweise jeweils wenigstens einen bürstenlosen Gleichstrommotor und/oder einen Schrittmotor umfassen. In manchen Ausgestaltungen ist es vorgesehen, dass die Steuereinrichtung Teil eines Stellantriebes ist und beispielsweise mit einem Elektromotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist.
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Alternativ ist es weiterbildend vorgesehen, dass die Handhabungsvorrichtung Antriebsmittel aufweist und somit mobil verfahrbar ist. Ferner weist in diesem Zusammenhang die Handhabungsvorrichtung zudem Steuermittel auf, die zum Ansteuern der Antriebsmittel eingerichtet sind. Die Steuermittel sind so programmiert, dass es zu einem automatisierten Annähern und/oder Folgen der mobilen Sendeeinheit durch die Handhabungsvorrichtung kommt. In diesem Zusammenhang ist es vorgesehen, dass die Handhabungsvorrichtung bis zum Lokalisieren der mobilen Sendeeinheit an einer Position innerhalb der Arbeitszone mit einer ersten Geschwindigkeit annähert.
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Das oder die Antriebsmittel können einen oder mehrere Elektromotoren umfassen, insbesondere wenigstens einen bürstenlosen Gleichstrommotor. Der bürstenlose Gleichstrommotor kann in manchen Ausgestaltungen mittels der Steuereinheit der Handhabungsvorrichtung angesteuert werden und beispielsweise mit dieser in einem Gehäuse angeordnet sein. In solchen Ausgestaltungen umfasst die Steuereinrichtung der Handhabungsvorrichtung folglich die Steuermittel der Antriebsvorrichtung Alternativ können die Steuereinrichtung und die Steuermittel auch jeweils separat, beispielsweise jeweils in einem eigenen Gehäuse angeordnet sein. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung und die Antriebsmittel jeweils eine drahtgebundene oder eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle aufweisen, über welche Steuer-, Regel-, und/oder Statusnachrichten übermittelt werden können. Die Kommunikationsschnittstelle kann beispielsweise ein Datenbus oder eine Schnittstelle für ein pulsweitenmoduliertes Signal sein.
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Weiterbildend ist es ferner vorgesehen, dass die Steuermittel so eingerichtet sind, dass in Folge auf das Erfassen der mobilen Sendeeinheit an einer Position innerhalb der Überganszone es nur noch zu einem Annähern und/oder Folgen mit einer in Bezug auf die erste Geschwindigkeit reduzierten zweiten Geschwindigkeit kommt, bis nach dem Lokalisieren der Position der mobilen Sendeeinheit innerhalb der Arbeitszone der Sicherheitsbetriebsmodus und/oder Ruhebetriebszustand aktiviert wird. Vorteilhaft lässt sich somit eine Transportvorrichtung ausbilden, die besonders einfach eingelernt werden kann.
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In manchen Ausgestaltungen kann es vorgesehen sein, dass die Handhabungsvorrichtung einen wiederaufladbaren Energiespeicher umfasst, welcher zum Betreiben der Handhabungsvorrichtung, insbesondere zum Antreiben der Antriebsmittel, verwendet wird. In manchen Weiterbildungen kann es dabei vorgesehen sein, dass die Handhabungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, einen Ladezustand des Energiespeichers zu überwachen. Beispielsweise kann der Ladezustand, insbesondere eine Ladespannung des Energiespeichers, mit einem Schwellwert verglichen werden. Die Steuereinheit kann eine entsprechende Überwachungsschaltung zur Bestimmung des Ladeszustandes des Energiespeichers umfassen.
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Desweiteren kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, die Handhabungsvorrichtung in den Sicherheitsbetriebsmodus und/oder Ruhebetriebsmodus zu versetzen, wenn die Ladespannung den Schwellwert unterschreitet. Der Ruhebestriebsmodus kann beispielsweise das Einnehmen einer Sicherheitsstellung umfassen. Als Sicherheitsstellung kann beispielsweise eine vorgegebene Positionierung des Roboterarms oder eine vorherbestimmte Parkposition einer mobilen Handhabungseinrichtung vorgesehen sein.
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Ferner kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, mittels der Sendeeinheit eine Statusnachricht zu versenden, wenn ein niedriger Ladezustand detektiert wurde. Die Statusnachricht kann insbesondere an eine mobile Sendeeinheit gesendet werden, wobei die mobile Sendeeinheit auch zum Empfangen von Nachrichten eingerichtet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Statusnachricht auch an eine Zentraleinheit gesendet werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand von lediglich schematischen Zeichnungen
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Es zeigen:
- 1: eine schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform in der konkreten Ausgestaltung eines Bearbeitungsroboters, und in
- 2: eine weitere, schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in der konkreten Ausgestaltung eines mobilen Transportroboters.
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In der 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung 1 in einer stark schematisierten Darstellung abgebildet.
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Die dargestellte Handhabungsvorrichtung 1 umfasst Greif- und/oder Bearbeitungsmittel 2, die oberhalb einer im Wesentlichen halbkreisförmigen Arbeitszone 3, die sich in einer im Boden verlaufenden Ebene erstreckt, in beliebige Raumposition begrenzt beweg- und/oder verschwenkbar sind und in der vorliegenden Ausführungsform einen Roboterarm 11 umfassen. Vorteilhaft ermöglicht der Roboterarm 11 den Greif- und/oder Bearbeitungsmitteln 2 einen Transport- und/oder Bearbeitungsschritt des Arbeitsverfahrens konkret zu realisieren, um beispielsweise eine mechanische Bearbeitung eines Werkstücks durchzuführen oder die Positionierung und/oder Ausrichtung von Werkstücken zu ändern.
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Zum Erfassen von Personen, die sich der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung 1 nähern, weist die Handhabungsvorrichtung 1 eine erste Antenneneinheit 4 auf, die auch nur rein schematisiert dargestellt ist. Die erste Antenneneinheit 4 umfasst eine nicht im Detail dargestellte Antenne, die zum Erfassen von Funksignalen einer mobilen Sendeeinheit 8 ausgebildet ist. Die mobile Sendeeinheit 8 muss von den Personen mitgeführt werden, die sich im Umfeld der Handhabungsvorrichtungen 1, insbesondere zum Durchführen weiterer Arbeitsschritte oder für Wartungsarbeiten, frei bewegen, damit diese von der Handhabungsvorrichtung 1 erkannt werden können.
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Die erste Antenneneinheit 4 ist so eingerichtet, dass der mobilen Sendeeinheit 8, die die Funksignale aussendet, ein erstes Distanzsignal zugeordnet wird.
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Ferner weist die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung 1 eine zweite Antenneneinheit 5 auf, die in einem räumlichen Abstand A von der ersten Antenneneinheit 4 angeordnet ist und zum zusätzlichen Erfassen der Funksignale der mobilen Sendeeinheit 8 eingerichtet ist. Erfindungsgemäß vorteilhaft kann somit der mobilen Sendeeinheit 8 ein zweites Distanzsignal zugeordnet werden, um die Position der mobilen Sendeeinheit auch relativ zur zweiten Antenneneinheit 5 abzubilden.
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Zudem umfasst die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung 1 eine Recheneinheit 7, die zum Auslesen des ersten Distanzsignals der ersten Antenneneinheit 4 und des zweiten Distanzsignals der zweiten Antenneneinheit 5 ausgebildet ist. Die Recheneinheit 7 ist ferner so eingerichtet, dass die Position der mobilen Sendeeinheit 8 aus den beiden Distanzsignalen lokalisiert werden kann. Vorteilhaft können somit gleichzeitig mehrere Personen erfasst und überwacht werden, da die entsprechenden mobilen Sendeeinheiten 8 mit den Funksignalen eine Kennung versenden, die eine Identifizierung ermöglichen.
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Ferner weist die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung 1 auch eine Steuereinheit 9 auf, die zum Aktivieren eines Sicherheitsbetriebsmodus und/oder Ruhebetriebsmodus der Handhabungsvorrichtung 1 ausgebildet ist und somit in Folge auf das Lokalisieren einer der mobilen Sendeeinheiten 8 an einer Position innerhalb der Arbeitszone 3 den Sicherheitsbetriebsmodus und/oder Ruhebetriebsmodus der Handhabungsvorrichtung 1 aktivieren kann.
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Vorteilhaft wird es somit im Rahmen der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass der Roboterarm 11 in Reaktion auf das Betreten und/oder das Erreichen der Arbeitszone 3 durch eine Person, die die mobile Recheneinheit 8 mit sich führt, unmittelbar durch das Aktiveren des Ruhebetriebsmodus deaktiviert wird, um somit eine Kollision zwischen der Person und dem oberhalb der Arbeitszone in verschiedene Raumpositionen verschwenkbaren Roboterarm 11 zu vermeiden.
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Ferner ist es zusätzlich vorgesehen, dass sich um die Arbeitszone 3 eine Übergangszone 10 bereichsweise erstreckt, wobei es in diesem Zusammenhang weiter vorgesehen ist, dass die Steuereinheit 9 so eingerichtet ist, dass in Folge auf das Lokalisieren der mobilen Sendeeinheit 8 an einem Punkt innerhalb der Übergangszone 10 die Geschwindigkeit des Roboterarms 11 beim begrenzten Bewegen und/oder Verschwenken reduziert wird, bevor es bei einer weiteren Annäherung zur Handhabungsvorrichtung 1 durch die Person, zu einem vollständigen Deaktivieren des Roboterarms 11 kommt. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass in Folge des Lokalisieren der mobilen Sendeeinheit 8 an einem Punkt innerhalb der Übergangszone 10 der Sicherheitsmodus mit reduzierter Geschwindigkeit des Roboterarms aktiviert wird, und beim Lokalisieren der mobilen Sendeeinheit 8 an einem Punkt innerhalb der Arbeitszone 3 der Ruhemodus aktiviert wird. Der Roboterarm 11 nach dem Wechsel in den Ruhemodus beispielsweise sofort gestoppt werden oder vor dem Stopp erst eine Sicherheitsstellung anfahren.
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Die Anpassung der Stellgeschwindigkeit des Roboterarms 11 kann schrittweise oder auch kontinuierlich als Funktion des Abstandes der Handhabungsvorrichtung 1 oder eines beweglichen Teils der Handhabungsvorrichtung zur mobilen Sendeeinheit erfolgen. Der Abstand zu der mobilen Sendeeinheit 8 kann beispielsweise relativ zum Greifmittel, oder relativ zu demjenigen Teil des Roboterarms 11, welches aktuell die kürzeste Entfernung zur mobilen Sendeeinheit 8 aufweist, oder relativ zu einem beliebig anderen Bezugspunkt, bestimmt werden.
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Vorteilhaft kann somit die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung 1 nach der ersten Ausführungsform als ein Fertigungs- und/oder Bearbeitungsroboter 14 ausgebildet werden, wobei es beispielsweise möglich ist, dass Arbeitspersonal in das Arbeitsverfahren eingreifen können, wobei es durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird, dass es nicht zu einer Kollision zwischen Handhabungsvorrichtung 1 und der Person bzw. zu einer Verletzung der Person kommen kann.
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In der 2 ist die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung 1 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform dargestellt.
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Um die dargestellte Handhabungsvorrichtung 1 erstreckt sich eine kreisförmige Arbeitszone 3, innerhalb der die nicht im Detail dargestellten Greif- und/oder Bearbeitungsmittel 2 der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung 1 in beliebige Raumposition bewegbar sind, um die Transport- und/oder Bearbeitungsschritt des Arbeitsverfahrens auszuführen.
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Ferner wird aus der schematisierten Draufsicht nach der 2 deutlich, dass sich um die runde Arbeitszone 3 eine ringförmige Übergangszone 10 erstreckt.
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Zudem umfasst die dargestellte Handhabungsvorrichtung 1 nicht im Einzelnen dargestellte Antriebsmittel 12, die über auch nicht im Detail dargestellte Steuermittel 13 derart ansteuerbar sind, dass die Handhabungsvorrichtung 1 durch die Antriebsmittel 12 verfahren werden kann. Vorteilhaft kann somit die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung 1 als Transportroboter dienen, um beispielsweise einen Human-Following-Roboter 15 auszubilden.
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Für die Lokalisierung von Personen beim Transport von Werkstücken umfasst die abgebildete Handhabungsvorrichtung 1 eine erste Antenneneinheit 4, eine zweite Antenneneinheit 5 sowie eine dritte Antenneneinheit 6, die jeweils dazu eingerichtet sind, die Funksignale einer mobilen Sendeeinheit 8 zu erfassen und daraus ein Distanzsignal zu erzeugen.
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Die drei Antenneneinheiten 4, 5, 6 sind vorliegend zum Zusammenwirken mit einer als Tablet-PC ausgebildeten mobilen Sendeeinheit 8 eingerichtet, wobei für das Realisieren der Funkverbindung auf einen Bluetooth-Standard zurückgegriffen wird. Vorteilhaft ermöglicht dies den Einsatz von standardisierten Bauteilen sowie die Verwendung von handelsüblichen Tablet-PCs oder Smartphones der Personen, die von der Handhabungsvorrichtung 1 erfasst werden sollen.
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Vorteilhaft lassen sich somit von der Recheneinheit 7 insgesamt drei Distanzsignale verarbeiten, um möglichst präzise die Position der mobilen Sendeeinheit 8 zu erfassen.
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Für das Generieren der Distanzsignale ist es ferner bevorzugt, wenn die Signalstärken der empfangenen Funksignale ausgewertet werden. Alternativ kann das Abbilden der Entfernungen zwischen den Antenneneinheiten 4, 5, 6 auch auf Laufzeitmessungen beruhen, wobei es insbesondere zu einem bidirektionalen Austausch der Funksignale kommt. Aus den Distanzsignalen lassen sich dann mittels Triangulation die Position der mobilen Sendeeinheit 8 präzise bestimmen.
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Nach dem Lokalisieren der Position der mobilen Sendeeinheit 8 kommt es zum Ansteuern der Antriebsmittel 12 durch die Steuermittel 13, um somit die Handhabungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform in Richtung der mobilen Sendeeinheit 8 zu verfahren.
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Das Verfahren des Roboters 14 mittels der Antriebsmittel 12 erfolgt grundsätzlich mit einer ersten Geschwindigkeit, die konstant eingeregelt wird, wobei die Position der mobilen Sendeeinheit 8, die das Funksignal aussendet, angesteuert wird.
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Nähert sich die Handhabungsvorrichtung 1 der mobilen Sendeeinheit 8 derart, dass die Position in einem Bereich innerhalb der Übergangszone 10 erkannt wird, kommt es zu einem Verfahren der Handhabungsvorrichtung 1 mit einer in Bezug auf die erste Geschwindigkeit reduzierten zweiten Geschwindigkeit. Die Handhabungsvorrichtung 1 nähert sich somit mit deutlich reduzierter Geschwindigkeit der Position der mobilen Sendeeinheit 1.
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Sobald es dann zum Erfassen der Position der mobilen Sendeeinheit 8 innerhalb der Arbeitszone 3 kommt, wird der beispielsweise der Ruhebetriebsmodus der Handhabungsvorrichtung 1 aktiviert, weshalb die Antriebsmittel 12 stoppen und etwaige Greifmittel 2 auch nicht weiter verfahren werden können. Sobald sich die Person mit der mobilen Sendeeinheit 8 wieder in Bewegung setzt und die Arbeitszone verlässt, kommt es wieder zu einem Verfahren der Handhabungsvorrichtung 1, wobei sich die Geschwindigkeit in Abhängigkeit des Abstandes zwischen der mobilen Sendeeinheit 8 und der Handhabungsvorrichtung 1 stufenweise oder kontinuierlich anpassen kann und die Richtung durch die erfasste Position der mobilen Sendeeinheit 8 bestimmt wird. Alternativ kann auch das Aktivieren des Sicherheitsmodus vorgesehen sein, wenn es zum Erfassen der Position der mobilen Sendeeinheit 8 innerhalb der Arbeitszone 3 kommt. Beispielsweise kann dann ein Verstellen des Roboterarms 11 mit reduzierter Geschwindigkeit und/oder in ein Limitierung der möglichen Verstellwege und/oder der maximalen Stellkraft vorgesehen sein. Beispielsweise kann im Sicherheitsbetriebsmodus wenigstens ein Stellmotor zum Bewegen des Roboterarms mit einem Limitierung der Stellgeschwindigkeit oder mit einer Limitierung des maximalen Drehmoments auf einen im Vergleich zum Normalbetrieb reduzierten Wert betrieben werden.
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Vorteilhaft ermöglicht dies ein besonders einfaches Einlernen von neuen Transportwegen von Transportvorrichtungen, da Endpositionen und/oder ein konkreter Verlauf intuitiv durch das Arbeitspersonal vorgegeben werden kann, ohne dass eine konkrete Programmierung erforderlich wird.
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Im Ergebnis ermöglicht die vorliegende Erfindung auf überraschend einfache Weise eine Handhabungsvorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass sie nicht nur kostengünstig realisierbar ist, sondern zusätzlich auch für unterschiedliche Arbeitsverfahren zum Realisieren von Transport- und/oder Bearbeitungsschritt einsetzbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Handhabungsvorrichtung
- 2
- Greif- und/oder Bearbeitungsmittel
- 3
- Arbeitszone
- 4
- erste Antenneneinheit
- 5
- zweite Antenneneinheit
- 6
- drittes Antenneneinheit
- 7
- Recheneinheit
- 8
- mobile Sendeeinheit
- 9
- Steuereinheit
- 10
- Übergangszone
- 11
- Roboterarm
- 12
- Antriebsmittel
- 13
- Steuermittel
- 14
- Fertigungs- und/oder Bearbeitungsroboter
- 15
- Human-Following-Roboter
