-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Handhaben eines Objekts mittels eines Roboterarms gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung umfassend einen Roboterarm zum Handhaben eines Objekts gemäß Anspruch 11.
-
Im Stand der Technik sind Roboter bekannt, welche ein Objekt mittels eines Roboterarms und eines entsprechend geeigneten Greifers aufnehmen, zu einem vorgegebenen Ablageort bewegen und dort ablegen (sog. Pick & Place Roboter). Hierbei ist es wichtig, dass der Zugriff des Roboters und die anschließend zusammen mit dem Objekt ausgeführten Bewegungen derart an das Objekt angepasst sind, dass dieses keine Beschädigung erfährt. Insbesondere eine zu große oder auch eine zu geringe Griffkraft können das Objekt beschädigen, da es zerdrückt wird oder herabfällt. Die Art, in der das Objekt gehalten werden muss, so dass keine Beschädigung auftritt, ist in einem hohen Maße objektbezogen. Infolge dessen muss vor der Auswahl der Handhabungsparameter das Objekt zuvor bestimmt werden. Nachteilhaft an dem im Stand der Technik bekannten Verfahren ist jedoch, dass lediglich die Handhabung von identifizierbaren und zuvor bekannten Objekten möglich ist.
-
Es besteht daher ein großer Bedarf an einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Handhaben eines Objekts, wobei das Objekt nicht zwingendermaßen zuvor bekannt und/oder identifiziert ist. Die Handhabung des Objekts soll dabei möglichst zuverlässig, sicher, gleichmäßig und schnell ohne Verzögerung, Verlangsamung oder Unterbrechung ausführbar sein. Zudem sollte das Verfahren kostengünstig durchführbar bzw. die Vorrichtung kostengünstig herstellbar und betreibbar sein, wobei ein weiteres Augenmerk darauf liegt, diese möglichst kompakt und platzsparend auszugestalten. Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung bereitzustellen und dabei die Nachteile aus dem Stand der Technik bei kleinstmöglichem Platzbedarf zu überwinden.
-
Diese Aufgabe wird auf überraschend einfache aber wirkungsvolle Weise von einem Verfahren zur Handhabung eines Objekts nach der Lehre des unabhängigen Hauptanspruchs 1 und einer Vorrichtung umfassend einen Roboterarm zur Handhabung eines Objekts nach der Lehre des Anspruchs 11 gelöst.
-
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Handhaben eines Objekts mittels eines Roboterarms vorgeschlagen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- a. Erfassen mindestens eines Objekts und Messen eines Messwerts mindestens einer Objekteigenschaft des Objekts mittels mindestens eines Sensors;
- b. Ermitteln mindestens einer Handhabungseigenschaft mittels Abfrage des Messwerts in einer Datenbank und/oder mittels Inferenz mit einem statistischen Modell unter Eingabe des Messwerts;
- c. Erstellen eines Steuerungsdatensatzes für den Roboterarm unter Berücksichtigung der Handhabungseigenschaft; und
- d. Handhaben des Objekts mittels des Roboterarms nach dem Steuerungsdatensatz.
-
Im Rahmen der Erfindung ist es erkannt worden, dass die Handhabung von unbekannten Objekten regelmäßig daran scheitert, dass bei Nichtidentifikation des Objekts dem Objekt keine Handhabungseigenschaften zuordenbar sind. Die Handhabung des Objekts scheitert also daran, dass nicht bekannt ist, wie das nicht identifizierte Objekt zu handhaben ist. Im Rahmen der Erfindung ist erkannt worden, dass für die Zuordnung von Handhabungseigenschaften die genaue Identifikation des Objekts nicht nötig ist, sondern vielmehr Objekteigenschaften Rückschlüsse auf Handhabungseigenschaften zulassen. Das Verfahren ermöglicht es, solche Rückschlüsse zuverlässig zu treffen.
-
Damit eine Handhabung des Objekts überhaupt möglich ist, muss das mindestens eine Objekt in Schritt a. zunächst in den Wirkungsbereich des Roboterarms gelangen und von diesem erfasst werden. Das heißt das Objekt muss in einer Weise bereitgestellt werden, welche zunächst das Messen des Messwerts durch den Sensor und im späteren Verlauf das Handhaben durch den Roboterarm ermöglicht. Das Erfassen des Objekts verursacht insbesondere die Auslösung der Messung durch den Sensor zur Ermittlung des Messwerts der Objekteigenschaft. Mittels Messen wird durch den Sensor der Messwert ermittelt. Dabei ist es denkbar, dass der Messwert des Sensors gleichzeitig oder nacheinander mehrere identische Objekteigenschaften mehrerer Objekte umfasst. Beispielsweise erfasst der Sensor gleichzeitig oder nacheinander das Gesamtgewicht mehrerer Objekte. Weiter ist denkbar, dass der Sensor Teil eines Messgeräts mit einer Datenverarbeitungseinrichtung ist und das Messgerät den Messwert durch Berechnung aus den vom Sensor ermittelten Daten in der Datenverarbeitungseinrichtung erhält. Bevorzugt werden mindestens 2, 3, 4, 5, 6 ,7 ,8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20 Objekte gleichzeitig oder nacheinander erfasst. Weiter bevorzugt werden mindestens 2, 3, 4, 5, 6 ,7 ,8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20 gleiche oder unterschiedliche Messwerte gemessen. Noch mehr bevorzugt erfassen mindestens 2, 3, 4, 5, 6, 7 ,8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20 Sensoren mindestens einen Messwert. Der Begriff „Objekteigenschaft“ betrifft eine Zustandsgröße und/oder ein dem Objekt zugeschriebenes Merkmal, insbesondere eine spezifische Kennzeichnung, welche Rückschlüsse auf die Identität, die Art und/oder die gefahrlose Handhabung des Objekts zulässt. Insbesondere ist die Interaktion und/oder das Zusammenwirken mit anderen Objekten und/oder der Umgebung von dem Begriff Objekteigenschaft umfasst. Weiter sind Merkmale umfasst, welche in einem engen Zusammenhang mit dem Objekt stehen, diesem aber nicht zwingend und/oder zwangsläufig innewohnen. Der Begriff „Messwert“ betrifft die Quantisierung, die Ausprägung und/oder die Digitalisierung einer Objekteigenschaft.
-
In Schritt b. wird der in Schritt a. gemessene Messwert in einer Datenbank abgefragt und/oder in ein statistisches Modell eingegeben. In der Datenbank ist zu einer beliebigen Anzahl von Messwerten eindeutig mindestens eine Handhabungseigenschaft hinterlegt. Ist der abgefragte Messwert in der Datenbank hinterlegt, so ist das Objekt identifiziert und die Datenbank gibt die mindestens eine Handhabungseigenschaft zurück. Bevorzugt ist ebenfalls die Art des Objektes hinterlegt. Zusätzlich oder alternativ wird der Messwert in ein statistisches Modell eingegeben. Das statistische Modell wurde vor und/oder wird während der Ausführung des Verfahrens mittels Trainingsdatensätzen trainiert. Das statistische Modell inferiert mindestens eine, bevorzugt eine optimale und/oder korrekte, Handhabungseigenschaft aus dem Messwert. Dabei ist es denkbar, dass das statistische Modell die mindestens eine, bevorzugt optimale und/oder korrekte, Handhabungseigenschaft daraus inferiert, dass alle erfassten und gewichteten Messwerte mit den Trainingsmesswerten eines bestimmten anderen Objekts die höchste Übereinstimmung haben und daher die mindestens eine zu diesem bestimmten anderen Objekt hinterlegte Handhabungseigenschaft die mindestens eine, bevorzugt optimale und/oder korrekte, Handhabungseigenschaft ist. Noch mehr bevorzugt ist es denkbar, dass das statistische Modell die mindestens eine, bevorzugt optimale und/oder korrekte, Handhabungseigenschaft daraus inferiert, dass die einzelnen erfassten und gewichteten Messwerte mit einzelnen Trainingsmesswerten die höchste Übereinstimmung haben und die zu den einzelnen Trainingsmesswerten hinterlegte Handhabungseigenschaft die mindestens eine optimale und/oder korrekte Handhabungseigenschaft ist. Mit anderen Worten, die Inferenz des statistischen Modells entspricht der mindestens einen Handhabungseigenschaft eines bestimmten anderen Objekts oder die Inferenz wird aus verschiedenen Handhabungseigenschaften verschiedener Objekte gebildet. Der Vorteil der ersten Vorgehensweise ist, dass insbesondere mehrere Handhabungseigenschaften garantiert aufeinander abgestimmt sind. Der Vorteil der zweiten Vorgehensweise ist, dass insbesondere bei mehreren Handhabungseigenschaften diese individueller und daher potentiell optimaler und/oder korrekter auf das unbekannte erfasste Objekt abgestimmt sind. Mit anderen Worten, zu einem in der Datenbank nicht hinterlegten Messwert kann dennoch eine Inferenz mittels des statistischen Modells zu mindestens einer, bevorzugt optimalen und/oder korrekten, Handhabungseigenschaft getroffen werden, ohne dass das Objekt identifiziert wird oder werden muss. Es ist also unerheblich für den Erfolg und/oder die Durchführbarkeit des Verfahrens, was das Objekt letztendlich ist, dem Objekt kann trotzdem mindestens eine Handhabungseigenschaft zugeordnet werden. Noch mehr bevorzugt werden in Schritt b. mindestens 2, 3, 4, 5, 6 ,7 ,8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20 gleiche oder unterschiedliche Handhabungseigenschaften ermittelt. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn in Schritt a. mindestens ein erster Sensor mindestens einen ersten Messwert misst und mindestens ein zweiter Sensor mindestens einen zweiten Messwert misst, wobei in Schritt b. mindestens eine erste Handhabungseigenschaft mittels Abfrage des ersten Messwerts in einer Datenbank und mindestens eine zweite Handhabungseigenschaft mittels Inferenz mit einem statistischen Modell unter Eingabe des zweiten Messwerts ermittelt wird. Hierdurch ist die Ausnutzung der Vorteile beider Vorgehensweisen besonders gut realisierbar. Insbesondere ist erkannt worden, dass Handhabungseigenschaften, welche allein in der Ausgestaltung des Objekts begründet sind, besser in einer Datenbank abrufbar sind, während Handhabungseigenschaften, welche sich aus der Interaktion des Objekts mit der Umgebung ergeben, sich besser mit einem statistischen Modell ermitteln lassen. Auf welche Art die Datenbank gebildet wird, ist dabei beliebig. Es kann sich um eine speziell für das Verfahren angelegte Datenbank handeln. Jedoch ist ebenfalls denkbar, dass die Datenbank allgemein zugänglich und/oder für weitere andere Verfahren vorgesehen ist. In diesem Fall dient die Datenbank der allgemeinen Vernetzung und digitalen Zugänglichkeit von Objekten, und das Verfahren bedient sich der hinterlegten Information.
-
Der Begriff „optimale und/oder korrekte Handhabungseigenschaft“ betrifft eine Handhabungseigenschaft, welche ein verständiger und kundiger Fachmann, welcher das erfasste Objekt kennt, in der gegebenen Umgebung, in welcher das Verfahren durchgeführt wird, als optimal und/oder korrekt einstufen würde. Weiter ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass der Messwert von der Art des verwendeten Sensors abhängig ist und je nach verwendetem Sensortyp ein Messwert einer Ausgestaltung eine Handhabungseigenschaft einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sein kann. Beispielsweise ist der Sensor in einer Ausgestaltung Teil eines Lidars und der Messwert somit die Position des Objekts, welche gleichzeitig die Objekteigenschaft des Aufnahmeorts ist, während in einer anderen Ausgestaltung der Sensor eine Kamera ist, der Messwert somit ein Bild, aus welchem die Objekteigenschaft des Aufnahmeorts mittels des statistischen Modells inferiert wird.
-
Im Schritt c. wird unter Berücksichtigung der Handhabungseigenschaft ein Steuerungsdatensatz für den Roboterarm erstellt. Neben den hinterlegten Handhabungseigenschaften ist es ebenfalls denkbar, dass weitere, außerhalb des Objekts liegende Informationen berücksichtigt werden. Die Informationen können dabei bevorzugt den Roboterarm, insbesondere einen Status des Roboterarms, die Umgebung, in welcher das Verfahren ausgeführt wird, insbesondere einen Status der Umgebung und/oder den Benutzer, insbesondere Vorgaben des sich des Verfahrens bedienenden Benutzers, betreffen. Der Steuerungsdatensatz gibt dem Roboterarm Bewegungsabläufe vor, welche dieser ausführen soll.
-
Im Schritt d. handhabt der Roboterarm das Objekt nach dem Steuerungsdatensatz. Das heißt der Roboterarm führt die vom Steuerungsdatensatz vorgegebenen Bewegungshandlungen aus.
-
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es ermöglicht, auf einfache, schnelle und leicht anpassbare Weise ein identifiziertes oder auch nicht identifiziertes Objekt durch einen Roboterarm automatisch zu handhaben. Daher werden entsprechende Arbeitsabläufe des Roboterarms bei Auftreten eines unter den gegebenen Umständen nicht identifizierbaren Objekts nicht verhindert, verzögert oder unterbrochen. Die Handhabung des identifizierten oder auch des nicht identifizierbaren Objekts durch den Roboterarm erfolgt gleichmäßig, zuverlässig, sicher und schnell.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sind in den Unteransprüchen dargestellt.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist in Schritt a. die gemessene Objekteigenschaft eine dem Objekt innewohnende Eigenschaft, eine durch die Umgebung beeinflusste Eigenschaft und/oder eine dem Objekt zugewiesene Eigenschaft. Eine dem Objekt innewohnende Eigenschaft ist insbesondere, aber keinesfalls ausschließlich, das Volumen, die Konturen, die Ausmaße, der Füllstand, der Inhalt, das Gewicht, der Aggregatzustand, die Härte, die Festigkeit, die Dichte, die Rauheit, die Zusammensetzung, der Brechungsindex, die Temperatur und/oder die Farbe. Eine durch die Umgebung beeinflusste Eigenschaft ist insbesondere, aber keinesfalls ausschließlich, die Lage, die Orientierung, die Verdeckung, insbesondere die Verdeckung durch mindestens ein weiteres Objekt, die Temperatur und/oder die Art der Anlieferung, insbesondere die Verpackung, ein Hinweis auf der Verpackung, der Versender, beigefügte Informationen und/oder die Art eines das Objekt enthaltenden Behältnisses. Eine dem Objekt zugewiesene Eigenschaft ist insbesondere, aber keinesfalls ausschließlich, eine Identifikationsnummer, ein Identifikationsname, eine Produktnummer, ein Produktname, eine Artikelnummer oder ein Artikelname. Bei der dem Objekt zugewiesenen Eigenschaft ist es denkbar, dass es sich um eine dem Objekt willkürlich, zufällig oder systematisch zugeordnete Eigenschaft handelt. Grundsätzlich ist es beliebig, was die Objekteigenschaft ist, solange der sie repräsentierende Messwert eine Inferenz zu mindestens einer Handhabungseigenschaft und/oder einen Abruf von mindestens einer Handhabungseigenschaft in einer Datenbank, bevorzugt unter Identifizierung des Objekts, zulässt. Die zuvor aufgeführten Objekteigenschaften ermöglichen die Erfassung von einem sie repräsentierenden Messwert, welcher besonders geeignet ist, mit einer Datenbank abgeglichen zu werden und/oder Inferenzen auf eine optimale und/oder korrekte Handhabungseigenschaft zu erlauben. Insbesondere die dem Objekt zugewiesenen Eigenschaften sind besonders für den Abgleich mit einer Datenbank geeignet. Dem Objekt innewohnende Objekteigenschaften sind besonders für den Abgleich des Messwerts mit einem statistischen Modell geeignet.
-
Vorteilhaft ist es weiterhin denkbar, dass die Handhabungseigenschaft in Schritt b. eine Griffstärke, ein Angriffspunkt, ein Aufnahmeort, eine Aufnahmeorientierung, eine Verdeckung, eine Ablageorientierung, eine Transportorientierung, ein Ablageort, eine maximale Beschleunigung, eine maximale Geschwindigkeit und/oder die minimale Anhebungshöhe ist. Grundsätzlich ist es beliebig, was die Handhabungseigenschaft ist, solange diese den erfindungsgemäßen Ansprüchen zur möglichst zuverlässigen, sicheren und schnellen Handhabung genügt. Insbesondere sollte die Handhabungseigenschaft die Beschädigung und/oder Verschlechterung des Objekts bei einer raschen Handhabung verhindern.
-
Überdies ist es vorteilhaft denkbar, dass in Schritt b. die Inferenz mittels des statistischen Modells erfolgt, wenn die Abfrage des Messwerts in der Datenbank fehlschlägt. Im Rahmen der Erfindung ist es erkannt worden, dass eine Handhabung durch einen Steuerungsdatensatz, welcher aufgrund mindestens einer dem erfassten Objekt eindeutig zugeordneten Handhabungseigenschaft erstellt worden ist, zumindest für bestimmte, dem Fachmann bekannte Handhabungseigenschaften zuverlässiger, besser und sicherer ist. Daher ist es zu bevorzugen, dass eine eindeutige Zuordnung des erfassten Objekts mit mindestens einer diesem zugeordneten Handhabungseigenschaft einer Inferenz basierend auf Wahrscheinlichkeiten vorzuziehen ist. Daher ist es vorteilhaft, zunächst eine Abfrage des Messwerts in der Datenbank vorzunehmen, um auf diese Weise mindestens eine dem Objekt zugeordnete Handhabungseigenschaft zu erlangen und, erst wenn dies fehlschlägt, zum Erhalten von zumindest mindestens einer statistisch passenden Handhabungseigenschaft eine Inferenz mittels des statistischen Modells zu treffen.
-
In einer bevorzugten Alternative ist es denkbar, dass in Schritt b. mindestens ein weiterer Messwert mittels mindestens eines weiteren Sensors erfasst wird und die Inferenz mittels des statistischen Modells unter Eingabe des weiteren Messwerts erfolgt, wenn die Abfrage des Messwerts in der Datenbank fehlschlägt. Mit anderen Worten wird in Schritt a. mindestens ein erster Messwert mindestens einer ersten Objekteigenschaft mittels mindestens eines ersten Sensors erfasst, und in Schritt b. wird versucht, mindestens eine Handhabungseigenschaft mittels Abfrage des ersten Messwerts in der Datenbank zu ermitteln. Ist der erste Messwert nicht in der Datenbank vorhanden und/oder abrufbar, so schlägt die Abfrage fehl, und es wird anschließend ein Schritt a2. durchgeführt, welcher das Messen mindestens eines zweiten Messwerts mindestens einer zweiten Objekteigenschaft des Objekts mittels mindestens eines zweiten Sensors umfasst. Anschließend wird in einem Schritt b2. mindestens eine Handhabungseigenschaft mittels Inferenz mit einem statistischen Modell unter Eingabe des zweiten Messwerts ermittelt. Auf diese Weise wird es ermöglicht, einerseits den Vorteil, den für ein Objekt spezifisch hinterlegte Handhabungseigenschaften bieten, zu nutzen und gleichzeitig eine Vorgehensweise bei Objekten zu haben, deren erster Messwert nicht in der Datenbank auffindbar ist. Insbesondere ist dabei erkannt worden, dass, wie an anderer Stelle beschrieben, manche Objekteigenschaften, insbesondere die dem Objekt zufällig, willkürlich und/oder systematisch zugewiesenen Eigenschaften, sich besonders gut zur Abfrage mit einer Datenbank eignen, jedoch nur einen kleinen oder keinen Zusammenhang zu einer Handhabungseigenschaft direkt haben, so dass sich auf deren Grundlage keine statistisch sicher grundierte Aussage hinsichtlich einer korrekten und/oder optimalen Handhabungseigenschaft treffen lässt. Daher ist die Messung mindestens eines zweiten Messwerts, welcher einen statistisch relevanten Zusammenhang zu mindestens einer Handhabungseigenschaft hat und daher als Grundlage für eine statistisch sicher grundierte Inferenz mittels eines statistischen Modells geeignet ist, vorteilhaft.
-
Weiterhin ist es vorteilhaft denkbar, dass in Schritt b. die Datenbank und/oder das statistische Modell um den in Schritt a. gemessenen Messwert und/oder den in Schritt b. gemessenen weiteren Messwert erweitert und/oder aktualisiert wird. Im Rahmen der Erfindung ist erkannt worden, dass sich die physikalische Ausprägung und damit der Messwert einer Objekteigenschaft eines Objekts vorübergehend oder dauerhaft ändern kann. Die Ursache hierfür ist beliebig, mögliche denkbare Ursachen sind beispielsweise ein neues Design des Objekts oder eine neu dem Objekt zugewiesene Artikelnummer. Weiter ist erkannt worden, dass mittels des statistischen Modells insbesondere dann optimale und/oder korrekte Handhabungseigenschaften inferiert werden können, wenn das statistische Modell mit einer Vielzahl an typischen und/oder lebensnahen Daten (Trainingsdaten) trainiert wird. Die Messwerte von Objekten, welche im laufenden Betrieb anfallen, stellen solche lebensnahen Daten, welche besonders geeignet zum Trainieren des statistischen Modells sind, dar. Durch die Erweiterung und/oder Aktualisierung der Datenbank und/oder des statistischen Modells wird das Verfahren im laufenden Prozess stetig verbessert und aktuell gehalten.
-
Es ist weiterhin bevorzugt denkbar, dass das Handhaben Ergreifen, Aufnehmen, Anheben, Transportieren, Sortieren, Zuführen und/oder Schütteln umfasst. Im Grunde ist es beliebig, was die Handhabung des Objekts letztendlich ist, solange die Handhabung die erfindungsgemäße optimale und/oder korrekte Handhabungseigenschaft ist. Die zuvor genannten Handhabungsschritte sind gängige Handhabungsschritte, nach welchen ein Roboterarm ein Objekt handhabt. Der Begriff „Zuführen“ betrifft das Bereitstellen für eine das Objekt weiterbehandelnde und/oder weiterbearbeitende Maschine in einer für die Maschine geeigneten Form.
-
Es ist weiterhin vorteilhaft denkbar, dass der Schritt d. weiterhin das Auswerten der Handhabung und Erhalten einer Auswertung, sowie optional das Darstellen der Auswertung, umfasst. Mittels dieser Auswertung wird es ermöglicht, die Handhabung in ihrer Qualität zu beurteilen. Vorteilhafterweise wird es weiterhin ermöglicht, die Handhabungseigenschaften in der Datenbank und/oder dem statistischen Modell mittels der Auswertung zu erweitern und/oder zu aktualisieren, um die an anderer Stelle beschriebenen Vorteile zu erhalten. Auf diese Weise ist die Handhabung im laufenden Betrieb fortlaufend optimierbar. Insbesondere das statistische Modell kann laufend durch die Auswertung trainiert, verbessert und/oder angepasst werden, so dass für neue, nicht in der Datenbank abfragbare Objekte mittels des statischen Modells bei erneuter Wiederholung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer höheren Wahrscheinlichkeit auf die optimale und/oder korrekte Handhabungseigenschaft inferiert werden kann. Die Aktualisierung und/oder Erweiterung der Handhabungseigenschaft in der Datenbank ist ebenfalls denkbar und ermöglicht eine beschädigungsfreie und/oder fehlerfreie Handhabung zukünftiger Objekte mit demselben Messwert wie das ausgewertete Objekt. Dabei ist es denkbar, die Auswertung mittels der vorhandenen Sensoren oder mittels speziell zur Auswertung installierter Sensoren vorzunehmen.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist es denkbar, dass der Steuerdatensatz in Schritt d. unter Berücksichtigung der Auswertung aktualisiert und/oder erweitert wird. Auf diese Weise wird es ermöglicht, während der Handhabung des Objekts eine mögliche fehlerhafte und/oder das Objekt gefährdende Handhabung zu erkennen und eine Verschlechterung und/oder Beschädigung des Objekts während der Handhabung zu verhindern, indem der Steuerungsdatensatz angepasst wird.
-
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es denkbar, dass das Objekt eine medizinische Probe oder ein Behälter mit einer medizinischen Probe ist, die Handhabungseigenschaft in Schritt b. ein Ablageort ist, wobei der Ablageort die Position einer Zuführeinrichtung eines medizinischen Analysegeräts ist, und das Handhaben in Schritt b. das Zuführen zu der Zuführeinrichtung umfasst. Grundsätzlich ist es beliebig, welche Art von Objekt und welche Art der Handhabung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch erkannt worden, dass sich das Verfahren besonders zur Handhabung von medizinischen Proben oder Behältern von medizinischen Proben eignet. Dies ist darauf zurückzuführen, dass es sich bei medizinischen Proben zwar um eine begrenzte Anzahl an Arten von Objekten handelt, welche sich in ihren Objekteigenschaften grundlegend unterscheiden, jedoch unter Umständen eine nicht vollständig und direkt zuordenbare Bandbreite von Messwerten von Objekteigenschaften aufweisen, so dass eine vollständige und vollumfassende Datenbank nur mit sehr großem Aufwand erstellbar ist. Weiter ist es erkannt worden, das unterschiedliche Arten von medizinischen Proben unterschiedlichen Analysegeräten zuzuführen sind. Anhand der Objekteigenschaften ist ermittelbar, welche Art von medizinischer Probe vorliegt bzw. welcher Art von medizinischem Analysegerät die medizinische Probe zuführbar sein soll. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher die schnelle, leichte und sichere Handhabung von medizinischen Proben. Dabei ist es ebenfalls denkbar, dass der Aufnahmeort des Objekts eine Anlieferungszone für erstmalig zu handhabende Objekte oder die Ausführeinrichtung des medizinischen Analysegeräts für bereits einmal oder mehrmals gehandhabte Objekte ist.
-
Es wird davon ausgegangen, dass die Definitionen und Ausführungen der oben genannten Begriffe für alle in dieser Beschreibung im Folgenden beschriebenen Aspekte gelten, sofern nichts anderes angegeben ist.
-
Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Vorrichtung zum Handhaben von Objekten umfassend einen Roboterarm, mindestens einen Sensor und ein Computersystem vorgeschlagen, wobei das Computersystem ein computerlesbares Speichermedium umfassend eine Datenbank und/oder ein statistisches Modell zur Ausführung von Schritt b. eines an anderer Stelle beschriebenen und von der Vorrichtung ausgeführten Verfahrens und eine Datenbearbeitungseinrichtung zur Ausführung von Schritt b. und c. des an anderer Stelle beschriebenen Verfahrens umfasst. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das vorteilhafte Verfahren nebst den dort beschriebenen Vorteilen ausführbar. Besonders bevorzugt umfasst die Vorrichtung mindestens 2, 3, 4, 5, 6 ,7 ,8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20 gleiche oder unterschiedliche Sensoren.
-
Es ist weiterhin denkbar, dass der Sensor ein Lichtsensor, ein Kraft-Momenten-Sensor oder ein Drucksensor ist oder Teil eines Gerätes, insbesondere eines Bar-Code-Scanners, eines RFID-Scanners, einer Bilderfassungseinrichtung, eines Lidars, eines Radars, einer taktilen Sensorik oder eines Messgeräts, insbesondere eines Spektrometers, eines Ultraschallmessgeräts, eines Röntgengeräts, eines Refraktometers, eines Thermometers, eines Feuchtigkeitsmessgeräts und/oder einer Waage, ist. Im Grunde ist es beliebig, welcher Art der Sensor zum Messen des Messwerts ist, solange er den erfindungsgemäßen Ansprüchen genügt und einen erfindungsgemäß geeigneten Messwert einer erfindungsgemäß geeigneten Objekteigenschaft erfassen kann. Welche Objekteigenschaft erfindungsgemäß geeignet ist, hängt in einem starken Maß von den zu erwartenden Objekten und damit vom angedachten Einsatzweck der Vorrichtung ab. Die zuvor genannten Sensoren und/oder Geräte sind für einen bestimmten oder mehrere bestimmte Einsatzzwecke besonders geeignet. Die entsprechenden Einsatzwecke und die dafür geeigneten Sensoren und/oder Geräte erschließen sich dem Fachmann entsprechend.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es denkbar, dass der Roboterarm einachsig oder mehrachsig ist. Ein einachsiger Roboter hat den Vorteil, dass dieser leichter zu steuern und zu kontrollieren ist. Ein mehrachsiger Roboter hingegen kann einen größeren Bereich an erreichbaren Flächen, welche beispielsweise als Ablageort dienen, erreichen und/oder die Ablageorientierung des Objekts beeinflussen. Besonders bevorzugt ist der Roboterarm auf einer Schiene geführt. Weiter ist es denkbar, dass der Roboterarm eine Greifvorrichtung mit mindestens einem Finger und/oder mindestens einem Saugnapf umfasst. Die Greifvorrichtung erleichtert das sichere Ergreifen und Transportieren des Objekts.
-
Es ist weiter denkbar, dass das Computersystem eine Interface-Schnittstelle und/oder eine Netzwerk-Schnittstelle umfasst. Bei dem Netzwerk kann es sich um ein Intranet bestehend aus mindestens einem weiteren Computersystem und/oder um das Internet handeln. Mittels der Interface-Schnittstelle und/oder der Netzwerk-Schnittstelle wird es ermöglicht, an anderer Stelle beschriebene zusätzliche Informationen des Benutzers zur Berücksichtigung bei der Erstellung der Steuerungsanweisungen dem Computersystem zur Verfügung zu stellen. Ebenfalls können Einträge und/oder Aktualisierungen in der Datenbank, insbesondere Handhabungseigenschaften zu bestimmten Objekten, mittels Interface-Schnittstelle und/oder der Netzwerk-Schnittstelle vorgenommen werden. Weiter ist es denkbar, dass die Datenbank teilweise oder vollständig außerhalb des Computersystems liegt und dass das Computersystem mittels der Netzwerk-Schnittstelle mit der Datenbank verbunden ist. Auf welche Weise die Einträge und/oder Aktualisierungen für die Datenbank generiert werden, ist grundsätzlich beliebig. Es ist bevorzugt denkbar, dass die Einträge und/oder Aktualisierungen durch die von dem Computersystem erfassten Messwerte erfolgen, wie an anderer Stelle beschrieben. Noch mehr bevorzugt ist es denkbar, dass die Datenbank durch mindestens ein weiteres gleiches oder unterschiedliches Computersystem, welches ebenfalls in der Lage ist, Messdaten zu erfassen, und/oder durch Hinterlegung bei der Herstellung und/oder einer Erfassung des Objekts aktualisierbar und/oder erweiterbar ist. Insbesondere kann es sich um die an anderer Stelle beschriebene, zur allgemeinen Vernetzung und digitalen Zugänglichkeit dienende Datenbank handeln. Weiter ist es möglich, Trainingsdatensätze zum Trainieren des statistischen Modells mittels der Interface-Schnittstelle und/oder der Internet-Schnittstelle bereitzustellen. Hierdurch kann eine sichere, korrekte und/oder optimale Handhabung einzelner Objekte im Voraus ermöglicht werden.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es denkbar, dass die zu handhabenden Objekte medizinische Proben und/oder Behälter mit einer medizinischen Probe sind und die Vorrichtung mindestens ein medizinisches Analysegerät umfasst. Wie an anderer Stelle beschrieben, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut zur Handhabung von medizinischen Proben und Behältern mit einer medizinischen Probe. Daher ist die Vorrichtung ebenfalls besonders gut zur Handhabung von medizinischen Proben oder Behältern mit einer medizinischen Probe geeignet. Um die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vollem Umfang nutzen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung mindestens ein medizinisches Analysegerät, bevorzugt mindestens 2, 3, 4, 5, 6 ,7 ,8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20 gleich oder unterschiedlich ausgestaltete Analysegeräte, umfasst, welchen während der Handhabung die medizinische Probe oder der Behälter mit der medizinischen Probe zugeführt werden kann.
-
In einer Weiterbildung ist es denkbar, dass das medizinische Analysegerät ein Polymerasekettenreaktion(PCR)-Testgerät, ein Echtzeit-PCR-Testgerät, ein Sequenzanalysegerät, ein Blutanalysegerät, insbesondere ein Blutzuckermessgerät oder ein Laktatmessgerät, ein Blutgerinnungsmessgerät, ein Blutalkoholmessgerät, ein Refraktometer, ein pH-Messgerät, ein Urinanalysegerät und/oder ein Fotomikroskop ist. Grundsätzlich ist es beliebig, welcher Art das medizinische Analysegerät ist. Die zuvor genannten Analysegeräte sind im medizinischen Bereich weit verbreitete und häufig verwendete Analysegeräte. Dem Fachmann sind die jeweiligen Vorteile und Anwendungsbereiche der Analysegeräte bekannt.
-
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Das Ausführungsbeispiel ist in den Figuren schematisch dargestellt.
-
Im Einzelnen zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
- 2 eine schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung.
-
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung wird dabei in einem medizinischen Labor zur Analyse von medizinischen Proben eingesetzt. Die Vorrichtung umfasst einen Roboterarm 10. In der 1 ist der Roboterarm zweiachsig, sprich er weist zwei Achsen 12 auf. Weiter umfasst der Roboterarm eine Greifvorrichtung 11, mit welcher er Objekte 20 ergreifen kann. Links im Bild stehen mehrere, unterschiedlich ausgestaltete Objekte 20, welche unterschiedliche medizinische Proben in Behältern sind, in einer Verpackung 22 zur Handhabung bereit. Zu deren Identifizierung steht ein erster Sensor 31 bereit. Vorliegend ist der erste Sensor 31 Teil eines RFID-Scanners. Die Objekte 20 weisen einen entsprechenden RFID-Chip mit einer das Objekt 20 kennzeichnenden Identifikationsnummer auf. Der erste Sensor 31 misst einen ersten Messwert in Form der Identifikationsnummer aus dem Chip. Weiter ist der erste Sensor 31 mit einem Computersystem 40 verbunden. Misst der erste Sensor 31 die Identifikationsnummer eines RFID-Chips, meldet er die gemessene Identifikationsnummer an das Computersystem 40 weiter. Das Computersystem 40 gleicht die Identifikationsnummer mit einer Datenbank ab. In der Datenbank sind zu der Identifikationsnummer entsprechende erste Handhabungsanweisungen, nämlich Griffstärke, Angriffspunkt, Ablageort, Ablageorientierung, maximale Geschwindigkeit und maximale Beschleunigung zur Erstellung von Steuerungsdatensätzen für den Roboterarm 10, hinterlegt. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen zweiten Sensor 32, welcher eine Kamera ist. Der zweite Sensor 32 erfasst die Objekte 20 und überträgt einen zweiten Messwert in Form eines Bilds an das Computersystem 40. Mittels eines statistischen Modells werden zweite Handhabungseigenschaften, nämlich eine Verdeckung, ein Aufnahmeort und eine Aufnahmeorientierung der einzelnen Objekte 20, inferiert. Weiter wird dem Computersystem 40 zusätzlich die Position des Roboterarms 10 als zusätzliche Information bereitgestellt. Sollte der RFIC-Chip vor der Bereitstellung verloren gehen, ist es möglich, erste Handhabungsanweisungen ebenfalls mittels des statistischen Modells aus dem zweiten Messwert zu ermitteln, nachdem die Abfrage des Messwerts in der Datenbank denklogisch fehlschlägt. Aus den Handhabungseigenschaften und der zusätzlichen Information erstellt eine vom Computersystem 40 umfasste Datenverarbeitungseinrichtung einen Steuerungsdatensatz zur Steuerung des Roboterarms 10 und übermittelt diesen an eine Steuerungseinrichtung 13 des Roboterarms 10. Das Computersystem 40 weist eine Interface-Schnittstelle 41 auf, in welche ein Benutzer ebenfalls zusätzliche Informationen, welche die Handhabungseigenschaften betreffen, eingeben kann. Beim Erstellen des Steuerungsdatensatzes werden diese Informationen vom Computersystem 40 berücksichtigt. Weiter umfasst das Computersystem 40 eine Internet-Schnittstelle 42. Mittels der Internet-Schnittstelle 42 wird es ermöglicht, Trainingsdatensätze für das statistische Modell bereitzustellen oder ebenfalls zusätzliche Informationen an das Computersystem betreffend die Handhabung zu übermitteln. Die zusätzlichen Informationen können von dem Computersystem 40 bei der Erstellung des Steuerungsdatensatzes berücksichtigt werden oder in der Datenbank als Handhabungseigenschaft für eine spätere Berücksichtigung hinterlegt werden. Die zusätzlichen Informationen, welche über die Internet-Schnittstelle 42 bereitgestellt werden und in der Datenbank zu der Identifikationsnummer abgespeichert werden, enthalten insbesondere den Ablageort, welcher eine auf 1 nicht abgebildete Zuführeinrichtung für ein Analysegerät ist. Hierfür wird von einem Benutzer unter Angabe der Identifikationsnummer die Art der Probe, welche Rückschlüsse auf die gewünschte Untersuchung gibt, beispielweise „Blut“, oder direkt das gewünschte Analysegerät angegeben, und anschließend wird der mit dem RFIC-Chip versehende Behälter mit der medizinischen Probe der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereitgestellt und nach dem zuvor beschriebenen Verfahren gehandhabt.
-
Das statistische Modell kann darüber hinaus im laufenden Betrieb trainiert werden. Hierfür nimmt der zweite Sensor 32 während der Handhabung des Objekts 20 durch den Roboterarm 10 laufend ein Bild auf. Über das Bild wird anschließend die Handhabung ausgewertet, und man erhält eine Auswertung. Mittels der Auswertung wird das statistische Modell weiter trainiert.
-
2 zeigt eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung. Dabei ist der Roboterarm 10 zwischen einem Bereitstellungsbereich 21 mit verschiedenen Verpackungen 22 und einem Ablagebereich 23 angeordnet. In den Verpackungen 22 befinden sich in 2 nicht dargestellte Objekte, welche mittels des ersten Sensors 31 erfasst werden. Im Ablagebereich 23 befinden sich drei Zuführeinrichtungen 24 für verschiedene medizinische Analysegeräte, welche in der 2 nicht dargestellt sind. Diese Zuführeinrichtungen sind vorliegend Träger für medizinische Probenbehälter. Der Roboterarm 10 handhabt die verschiedenen Objekte nach dem Steuerungsdatensatz, indem er sie aus den Verpackungen 22 entnimmt und sie den vorgesehenen Zuführeinrichtungen 24 zuführt. Weiter weist der Ablagebereich 23 eine Aussortierungseinrichtung 25 auf, in welche der Roboterarm 10 nach dem Steuerungsdatensatz beschädigte Probenbehälter einsortiert.
