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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Ermitteln wenigstens einer Grenze für ein Betreiben eines Roboters sowie ein Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
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Im Betrieb werden Roboter nach betriebsinterner Praxis auf Überschreiten vorgegebener Grenzen überwacht, beispielsweise, ob der Roboter in einen (verbotenen) Schutzbereich eindringt oder einen (zulässigen) Arbeitsbereich verlässt.
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Diese Grenzen werden nach betriebsinterner Praxis bisher manuell vorgegeben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb von Robotern zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 16, 17 stellen ein System bzw. Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens. unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Ermitteln wenigstens einer Grenze für ein Betreiben eines Roboters die Schritte:
- - Erfassen von Daten einer realen Umgebung des Roboters mithilfe einer, in einer Ausführung mobilen, in einer Weiterbildung, insbesondere von einer Person, tragbaren, Erfassungsvorrichtung;
- - Ermitteln einer ersten Umgebungskontur auf Basis dieser erfassten Daten; und
- - Ermitteln einer ersten Grenze eines ersten zu überwachenden Raumbereichs auf Basis dieser ermittelten ersten Umgebungskontur.
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In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren die Schritte:
- - Überwachen des Roboters auf Überschreiten dieser ermittelten ersten Grenze während eines Betriebs des Roboters; und
- - Umschalten in einen ersten Betriebsmodus des Roboters, falls ein Überschreiten der ersten Grenze festgestellt wird.
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Indem mithilfe der Erfassungsvorrichtung bzw. von ihr erfassten Daten wenigstens eine Umgebungskontur ermittelt und eine Grenze auf Basis dieser - auf Basis der erfassten realen Umgebung ermittelten - Umgebungskontur ermittelt und in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung anschließend überwacht wird, kann in einer Ausführung die Überwachung rasch(er) und/oder präzise(r) implementiert und/oder zuverlässiger durchgeführt werden. In einer Ausführung bewegt sich der Roboter während des Betriebs bzw. einem Betreiben des Roboters und/oder führt ein abgespeichertes Arbeitsprogramm aus.
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In einer Ausführung umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Ermitteln einer zweiten Grenze eines zweiten Raumbereichs auf Basis der ersten Umgebungskontur, vorzugsweise derart, dass die zweite Grenze eine andere Lage und/oder einen anderen, insbesondere minimalen, maximalen und/oder mittleren, Abstand zu der ersten Umgebungskontur aufweist als die erste Grenze;
und in einer Weiterbildung die Schritte: - - Überwachen des Roboters auf Überschreiten dieser ermittelten zweiten Grenze während des Betriebs des Roboters; und
- - Umschalten in einen zweiten Betriebsmodus des Roboters, falls ein Überschreiten dieser zweiten Grenze festgestellt wird.
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Dadurch kann/können in einer Ausführung mehrstufig auf ein (sukzessives) Überschreiten von Grenzen reagiert bzw. hierfür geeignete Grenzen ermittelt werden, beispielsweise der Roboter beim Überschreiten einer ersten, engeren Grenze eines zulässigen Arbeitsbereichs ein Warnsignal ausgeben und/oder nachgiebig(er) geregelt werden und beim Überschreiten einer zweiten, weiteren Grenze des Arbeitsbereichs gestoppt werden bzw. beim Überschreiten einer ersten, weiteren Grenze eines verbotenen Schutzbereichs ein Warnsignal ausgeben und/oder nachgiebig(er) geregelt werden und beim Überschreiten einer zweiten, engeren Grenze des Schutzbereichs gestoppt werden. Verwendet man dabei zum Ermitteln der ersten und zweiten Grenze dieselbe (erste) Umgebungskontur, können in einer Ausführung konzentrische Grenzen überwacht werden. In einer Ausführung enthält der eine von dem ersten und zweiten Raumbereich den anderen von dem ersten und zweiten Raumbereich ganz oder teilweise.
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Zusätzlich oder alternativ umfasst das Verfahren in einer Ausführung den Schritt:
- - Ermitteln einer zweiten Grenze eines zweiten Raumbereichs auf Basis einer zweiten Umgebungskontur, wobei (auch) diese zweite Umgebungskontur (in einem Schritt des Verfahrens) auf Basis der erfassten Daten ermittelt wird;
und in einer Weiterbildung die Schritte: - - Überwachen des Roboters auf Überschreiten dieser ermittelten zweiten Grenze während des Betriebs des Roboters; und
- - Umschalten in einen zweiten Betriebsmodus des Roboters, falls ein Überschreiten dieser zweiten Grenze festgestellt wird.
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Dadurch können in einer Ausführung räumlich voneinander beabstandete Bereiche parallel überwacht bzw. hierfür geeignete Grenzen ermittelt werden, beispielsweise ein Schutzbereich in der Nähe eines Eingangs einer Roboterzelle, in den der Roboter nicht eindringen darf, und ein Interaktionsbereich, in dem der Roboter mit Personen interagieren darf und hierzu entsprechend betrieben, zum Beispiel langsamer bewegt und/oder nachgiebig(er) geregelt, wird. In einer Ausführung sind der erste und zweite Raumbereich voneinander getrennt, in einer Weiterbildung räumlich beabstandet und/oder unterschiedlichen Bereichen der realen Umgebung zugeordnet. In einer Ausführung sind die erste und zweite Umgebungskontur voneinander getrennt, in einer Weiterbildung räumlich beabstandet und/oder unterschiedlichen Bereichen der realen Umgebung zugeordnet. In einer Ausführung weist die erste und/oder zweite Umgebungskontur (jeweils) wenigstens eine Ecke, Linie, Kante und/oder Fläche, insbesondere Oberfläche, auf, kann insbesondere eine solche sein. Dadurch kann in einer Ausführung die reale Umgebung besonders vorteilhaft berücksichtigt werden.
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In einer Weiterbildung einer der oben genannten Ausführungen sind die erste und zweite Grenze voneinander getrennt, in einer Weiterbildung räumlich beabstandet und/oder unterschiedlichen Bereichen der realen Umgebung zugeordnet. Ein Raumbereich im Sinne der vorliegenden Erfindung kann (komplett) abgeschlossen, insbesondere ein Polyeder, insbesondere Prisma, insbesondere Quader, ein Zylinder, Kegel, Ellipsoid, insbesondere eine Kugel, oder dergleichen, sein. Gleichermaßen kann ein Raumbereich im Sinne der vorliegenden Erfindung auch teilweise offen sein, beispielsweise ein Halbraum oder dergleichen. In einer Ausführung umschließt die erste und/oder zweite Grenze den (jeweiligen) Raumbereich komplett. Hierdurch kann in einer Ausführung eine besonders hohe Zuverlässigkeit erreicht werden. In einer Ausführung umschließt die erste und/oder zweite Grenze den (jeweiligen) Raumbereich nicht komplett. Hierdurch kann in einer Ausführung die Ermittlung und/oder Überwachung der Grenze vereinfacht werden. Die hier verwendeten Begriffe „erste(r)“ und „zweite(r)“ dienen ohne Beschränkung der Allgemeinheit lediglich der besseren Identifikation.
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In einer Ausführung wird die erste Umgebungskontur und/oder die zweite Umgebungskontur (jeweils) mithilfe wenigstens einer Approximation von mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Merkmalen, insbesondere Punkten, besonders bevorzugt einer mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Punktewolke, ermittelt, in einer Weiterbildung mithilfe eines oder mehrerer Gitter und/oder einer oder mehrerer Approximationsflächen, insbesondere ebener Approximationsflächen und/oder ein- oder mehrfach gekrümmter Approximationsflächen, wobei solche Gitter bzw. Approximationsflächen in einer Ausführung durch Ausgleichs-, insbesondere Inter- bzw. Extrapolations-, Glättungs- und/oder andere Fittingfunktionen von mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Merkmalen, insbesondere Punkten, ermittelt werden, insbesondere kann die erste Umgebungskontur und/oder die zweite Umgebungskontur die (jeweilige) Approximation aufweisen, insbesondere sein. Durch eine solche Approximation kann die Umgebung in einer Ausführung besonders vorteilhaft, insbesondere rasch und/oder präzise, berücksichtigt werden.
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In einer Ausführung wird die erste Grenze und/oder die zweite Grenze (jeweils) auf Basis einer Benutzereingabe, in einer Weiterbildung auf Basis einer Benutzerauswahl aus vorgeschlagenen, besonders bevorzugt in einer augmentierten Realität visualisierten (virtuellen Repräsentationen von), Umgebungskonturen und/oder Grenzen, ermittelt.
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So werden in einer Ausführung einem Benutzer verschiedene Umgebungskonturen, die jeweils auf Basis der erfassten (Daten der) realen Umgebung ermittelt werden bzw. worden sind, zur Auswahl gestellt, in einer Weiterbildung in Form virtueller Repräsentationen der Umgebungskonturen in einer augmentierten Realität, und der Benutzer kann eine oder mehrere dieser Umgebungskonturen auswählen, auf deren Basis dann die jeweilige Grenze ermittelt wird. Gleichermaßen können in einer Ausführung einem Benutzer auch verschiedene Grenzen, die jeweils auf Basis der erfassten (Daten der) realen Umgebung und der hierauf basierend ermittelten Umgebungskonturen ermittelt werden bzw. worden sind, zur Auswahl gestellt, in einer Weiterbildung in Form virtueller Repräsentationen der Grenzen in einer augmentierten Realität, und der Benutzer kann eine oder mehrere dieser Grenzen auswählen, die dann in einer Ausführung überwacht werden.
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Auf diese Weise kann der Benutzer in einer Ausführung rasch(er) und/oder zuverlässig(er) gewünschte Bereiche zur Überwachung vorgeben, wobei die Auswahl der Umgebungskonturen in einer Ausführung eine vorteilhafte, insbesondere präzise(re) und/oder homogene(re) Grenzziehung ermöglichen kann, die Auswahl der Grenzen selber in einer Ausführung vorteilhaft situationsangepasste(re) Grenzen.
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Zusätzlich oder alternativ wird die erste Grenze und/oder die zweite Grenze in einer Ausführung (jeweils) auf Basis einer vorgegebenen Lage und/oder eines vorgegebenen Abstands zu der Umgebungskontur ermittelt, auf deren Basis die (jeweilige) Grenze ermittelt wird bzw. worden ist, wobei in einer Weiterbildung die Lage bzw. der Abstand auf Basis einer Benutzereingabe (variabel) vorgebbar ist bzw. vorgegeben wird bzw. ist, und/oder der Abstand ein konstanter Abstand ist. Eine Lage im Sinne der vorliegenden Erfindung definiert in einer Ausführung eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Position und/oder eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Orientierung.
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Auf diese Weise kann in einer Ausführung die (jeweilige) Grenze vorteilhaft automatisch ermittelt werden und/oder der Benutzer diese an die jeweiligen Randbedingungen, beispielsweise unterschiedliche Sicherheitsanforderungen, Prozessbedingungen oder dergleichen, anpassen. So kann beispielsweise für einen Schutzbereich, der eine Kollision mit einer bekannten Umgebung verhindert, ein kleinerer (Sicherheits)Abstand der Grenze zur Umgebungskontur vorgegebenen werden als für einen Schutzbereich, der einen Bewegungskorridor freihalten soll, da dabei eine größere Unsicherheit vorliegt.
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In einer Ausführung ist der vorgegebene Abstand der ersten Grenze und/oder der zweiten Grenze zu der Umgebungskontur, auf deren Basis die (jeweilige) Grenze ermittelt wird, größer als Null. Dadurch kann in einer Ausführung diese Umgebungskontur vor einem Kontakt mit dem Roboter besonders wirksam geschützt werden.
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In einer Ausführung ist der vorgegebene Abstand der ersten Grenze und/oder der zweiten Grenze zu der Umgebungskontur, auf deren Basis die (jeweilige) Grenze ermittelt wird, gleich Null bzw. sind Grenze und Umgebungskontur wenigstens teilweise identisch. Dadurch kann in einer Ausführung diese Umgebungskontur selber als Grenze fungieren und beispielsweise zum planmäßigen Anfahren bzw. Kontaktieren der Umgebung, insbesondere dieser Umgebungskontur, genutzt werden.
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In einer Ausführung wird der Roboter in dem ersten Betriebsmodus gestoppt, in einer Weiterbildung unter weiterem Abfahren einer vorgegebenen, insbesondere bereits teilweise abgefahrenen, Bahn bzw. bahntreu und/oder mit oder ohne anschließende(r) Trennung einer Energieversorgung vor einem Wiederanfahren, in einer anderen Weiterbildung unter Abweichen von einer vorgegebenen, insbesondere bereits teilweise abgefahrenen, Bahn bzw. nicht bahntreu und/oder mit oder ohne anschließende(r) Trennung einer Energieversorgung vor einem Wiederanfahren, bzw. wird die erste Grenze hierfür ermittelt. In einer anderen Ausführung wird der Roboter in dem ersten Betriebsmodus mit geänderter, vorzugsweise reduzierter, Geschwindigkeit (weiter) bewegt, in einer Weiterbildung unter weiterem Abfahren einer vorgegebenen, insbesondere bereits teilweise abgefahrenen, Bahn bzw. bahntreu, in einer anderen Weiterbildung unter Abweichen von einer vorgegebenen, insbesondere bereits teilweise abgefahrenen, Bahn bzw. nicht bahntreu, bzw. wird die erste Grenze hierfür ermittelt.
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Zusätzlich oder alternativ wird der Roboter in einer Ausführung in dem zweiten Betriebsmodus gestoppt, in einer Weiterbildung unter weiterem Abfahren einer vorgegebenen, insbesondere bereits teilweise abgefahrenen, Bahn bzw. bahntreu und/oder mit oder ohne anschließende(r) Trennung einer Energieversorgung vor einem Wiederanfahren, in einer anderen Weiterbildung unter Abweichen von einer vorgegebenen, insbesondere bereits teilweise abgefahrenen, Bahn bzw. nicht bahntreu und/oder mit oder ohne anschließende(r) Trennung einer Energieversorgung vor einem Wiederanfahren, bzw. wird die zweite Grenze hierfür ermittelt. In einer anderen Ausführung wird der Roboter in dem zweiten Betriebsmodus mit geänderter, vorzugsweise reduzierter, Geschwindigkeit (weiter) bewegt, in einer Weiterbildung unter weiterem Abfahren einer vorgegebenen, insbesondere bereits teilweise abgefahrenen, Bahn bzw. bahntreu, in einer anderen Weiterbildung unter Abweichen von einer vorgegebenen, insbesondere bereits teilweise abgefahrenen, Bahn bzw. nicht bahntreu, bzw. wird die zweite Grenze hierfür ermittelt.
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Durch ein Stoppen und/oder eine Trennung der Energieversorgung kann in einer Ausführung besonders sicher auf eine Grenzüberschreitung des Roboters reagiert werden, durch eine Veränderung, insbesondere Reduzierung, der Geschwindigkeit und/oder eine Aufrechterhaltung der Energieversorgung eine Störung eines Arbeitsbetriebs reduziert werden.
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In einer Ausführung ist, insbesondere wird, in dem ersten Betriebsmodus ein geändertes Verhalten des Roboters für den Fall einer Kollision vorgegeben, bzw. wird die erste Grenze hierfür ermittelt. Zusätzlich oder alternativ ist, insbesondere wird, in einer Ausführung in dem zweiten Betriebsmodus ein geändertes Verhalten des Roboters für den Fall einer Kollision vorgegeben, bzw. wird die zweite Grenze hierfür ermittelt. Ein solches geändertes Verhalten des Roboters für den Fall einer Kollision kann beispielsweise eine geänderte, vorzugsweise erhöhte, regelungstechnische Nachgiebigkeit, eine, vorzugsweise geänderte, Rückzugsbahn oder dergleichen umfassen.
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Hierdurch kann in einer Ausführung die Sicherheit erhöht und/oder in einer Mensch-Roboter-Kollaboration besonders vorteilhaft reagiert werden.
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In einer Ausführung wird infolge des Umschaltens in den ersten Betriebsmodus und/oder infolge des Umschaltens in den zweiten Betriebsmodus ein optisches und/oder akustisches Warnsignal ausgegeben, in einer Weiterbildung durch den Roboter und/oder infolge des Umschaltens in den ersten Betriebsmodus und in den zweiten Betriebsmodus unterschiedliche Signale, bzw. wird die erste bzw. zweite Grenze hierfür ermittelt.
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Hierdurch kann in einer Ausführung die Sicherheit erhöht und/oder in einer Mensch-Roboter-Kollaboration besonders vorteilhaft reagiert werden.
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In einer Ausführung wird eine virtuelle Repräsentation der ersten Grenze und/oder eine virtuelle Repräsentation der zweiten Grenze mithilfe einer Visualisierungsvorrichtung in einer augmentierten Realität visualisiert.
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Dadurch kann/können in einer Ausführung die ermittelte(n) Grenze(n) vorteilhaft ausgewählt und/oder überprüft werden.
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In einer Ausführung ist die Erfassungsvorrichtung, in einer Weiterbildung integriert oder lösbar, an der Visualisierungsvorrichtung angeordnet.
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Dadurch kann in einer Ausführung vorteilhaft eine Erfassungsvorrichtung eines AR-Systems verwendet werden.
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In einer Ausführung wird mithilfe der Visualisierungsvorrichtung (auch) eine virtuelle Repräsentation des Roboters und/oder einer Bahn des Roboters in der augmentierten Realität visualisiert.
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Dadurch kann/können in einer Ausführung die ermittelte(n) Grenze(n) besonders vorteilhaft ausgewählt und/oder überprüft werden.
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In einer Ausführung ist die Visualisierungsvorrichtung eine mobile, insbesondere (durch eine Person, vorzugsweise mit einer Hand) tragbare, Visualisierungsvorrichtung, in einer Ausführung weist sie ein Handgerät, vorzugsweise ein Handheld, Tablet, Smartphone, einen Laptop oder dergleichen, und/oder eine Brille, insbesondere A(ugmented)R(eality)-Brille, auf. In einer Ausführung ist die Erfassungs- oder Visualisierungsvorrichtung (hard- und/oder softwaretechnisch) zum Steuern des Roboters eingerichtet bzw. wird (auch) hierzu verwendet.
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Dadurch kann in einer Ausführung eine Inbetriebnahme rasch(er) und/oder sicher(er) durchgeführt werden.
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In einer Ausführung wird die Erfassungsvorrichtung zum Erfassen der Daten relativ zu der realen Umgebung translatorisch und/oder rotatorisch und/oder manuell bewegt.
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Dadurch kann in einer Ausführung ein größerer Bereich der Umgebung und/oder die Umgebung präzise(r) erfasst und so der Betrieb besser überwacht werden.
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In einer Ausführung weist die Erfassungsvorrichtung einen oder mehrere berührungslos messende Abstandsmesser auf, in einer Weiterbildung einen oder mehrere Radar-Abstandsmesser, einen oder mehrere Ultraschall-Abstandsmesser und/oder einen oder mehrere Lidar-Abstandsmesser. Hierdurch kann in einer Ausführung die Umgebung präzise(r) erfasst und so der Betrieb besonders vorteilhaft, insbesondere präzise(r) und/oder störungsfrei, überwacht werden. Dabei sind Lidar-Abstandsmesser besonders vorteilhaft, da diese kompakt bauen und präzise messen.
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Zusätzlich oder alternativ weist die Erfassungsvorrichtung in einer Ausführung einen oder mehrere Kameras, in einer Weiterbildung ein 3D-Kamerasystem, welches in einer Ausführung wenigstens zwei bzw. Stereokameras, ein Triangulationssystem, bei dem wenigstens eine Lichtquelle ein definiertes Muster auf die Umgebung abbildet und wenigstens eine Kamera dieses Muster, vorzugsweise aus einem anderen Blickwinkel, aufnimmt, wenigstens eine TOF-Kamera, wenigstens eine Interferometrie-Kamera, wenigstens eine Lichtfeldkamera oder dergleichen aufweist, und/oder eine Bildauswertung auf. Hierdurch kann in einer Ausführung die Umgebung rasch(er) erfasst werden und so das Verfahren besonders rasch durchgeführt und/oder eine größere Umgebung berücksichtigt werden.
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In einer Ausführung wird der Roboter auf Basis erfasster Gelenkpositionen (des Roboters) und/oder eines computerimplementierten Modells des Roboters auf Überschreiten der ermittelten ersten Grenze und/oder auf Überschreiten der ermittelten zweiten Grenze überwacht.
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Dadurch kann in einer Ausführung die Überwachung besonders zuverlässig und/oder präzise sein.
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Die erste und/oder zweite Grenze ist bzw. wird in einer Ausführung im Gelenk(koordinaten)raum des Roboters festgelegt bzw. definiert und/oder in Form von Gelenkkoordinatengrenzen bzw. -bereichen abgespeichert. Dadurch kann in einer Ausführung die Überwachung besonders zuverlässig und/oder rasch erfolgen. In einer Ausführung ist bzw. wird die erste und/oder zweite Grenze im Arbeitsraum des Roboters, insbesondere für eine roboterfeste Referenz, beispielsweise den TCP oder ein Glied des Roboters, und/oder eine virtuelle Hülle des Roboters festgelegt bzw. definiert und/oder in Form von Arbeitsraumkoordinatengrenzen bzw. -bereichen abgespeichert. Dadurch können in einer Ausführung Grenzen besonders intuitiv und/oder zuverlässig an die Umgebung angepasst sein bzw. werden. In diesem Fall werden in einer Weiterbildung die erfassten Gelenkpositionen auf Basis eines computerimplementierten Modells des Roboters in eine entsprechende Position und/oder Orientierung einer oder mehrerer roboterfesten Referenzen bzw. in eine entsprechende Form, Position und/oder Orientierung der virtuellen Hülle transformiert und das Überschreiten der hierfür ermittelten Grenze(n) überwacht. In einer Ausführung wird zum bzw. beim Überwachen des Roboters auf Überschreiten der ersten und/oder zweiten Grenze geprüft, ob eine virtuelle Hülle des Roboters diese Grenze überschreitet, wobei diese virtuelle Hülle in einer Ausführung auf Basis des computerimplementierten Modells des Roboters ermittelt bzw. durch dieses definiert ist bzw. wird.
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In einer Ausführung wird die erste Grenze und/oder die zweite Grenze (jeweils) auf Basis eines oder mehrerer dreidimensionaler Geometrieprimitive ermittelt, das bzw. die (jeweils) eine vorgegebene Relation, insbesondere räumliche Lage, zu der ersten oder zweiten Umgebungskontur aufweist, in einer Weiterbildung ist die Grenze eine Oberfläche des bzw. der Geometrieprimitive oder ein Teil hiervon. Zusätzlich oder alternativ kann auch die virtuelle Hülle auf Basis eines oder mehrerer dreidimensionaler Geometrieprimitive ermittelt werden, wobei das bzw. jedes Geometrieprimitiv jeweils eine vorgegebene Relation, insbesondere räumliche Lage, zu einem Glied des Roboters aufweist.
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Ein Geometrieprimitiv im Sinne der vorliegenden Erfindung ist in einer Ausführung ein Polyeder, insbesondere Prisma, insbesondere Quader, oder ein Zylinder, Kegel, Ellipsoid, insbesondere eine Kugel, oder dergleichen. Dadurch kann in einer Ausführung eine Überwachung besonders rasch und/oder zuverlässig realisiert werden.
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Dadurch kann in einer Ausführung die Überwachung rasch(er) und/oder zuverlässig(er) durchgeführt werden.
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Der Roboter weist in einer Ausführung einen Roboterarm mit drei oder mehr, vorzugsweise wenigstens sechs, in einer Ausführung wenigstens sieben, Gelenken, in einer Weiterbildung Drehgelenken, die bewegliche Glieder des Roboters miteinander verbinden und durch Antriebe, insbesondere Motoren, des Roboters beweglich sind, und/oder eine mobile, insbesondere mithilfe wenigstens eines Antriebs, insbesondere Motors, des Roboters, verfahrbare Basis auf. Für solche Roboter ist die Erfindung, insbesondere aufgrund der damit möglichen komplexen Bewegungen, besonders vorteilhaft. In einer Ausführung bildet ein robotergeführtes Werkzeug oder Werkstück ein (distales) bewegliches Glied des Roboters im Sinne der vorliegenden Erfindung. Entsprechend wird in einer Ausführung auch oder nur ein robotergeführtes Werkzeug oder Werkstück, vorzugsweise eine virtuelle Hülle, die eine vorgegebene Relation, insbesondere räumliche Lage, hierzu aufweist, auf ein Überschreiten der ersten und/oder zweiten Grenze (durch das Werkzeug bzw. Werkstück bzw. die virtuelle Hülle) überwacht. Da ein solches Werkzeug bzw. Werkstück häufig die weitesten Wege zurücklegt, kann hierdurch eine besonders vorteilhafte, insbesondere aussagekräftige und/oder schnelle, Überwachung realisiert werden.
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In einer Ausführung wird die erste und/oder zweite Umgebungskontur auf Basis des Roboters, insbesondere mithilfe einer, insbesondere der, Erfassungsvorrichtung erfassten Daten des Roboters, und/oder auf Basis eines computerimplementierten Modells des Roboters ermittelt. In einer Weiterbildung wird dabei der gegebenenfalls bei der Erfassung von Daten der realen Umgebung des Roboters mithilfe der Erfassungsvorrichtung miterfasste Roboter wenigstens teilweise eliminiert bzw. ausgeblendet. Dadurch kann in einer Ausführung das Umgebungsmodell verbessert werden.
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In einer Ausführung wird die erste und/oder zweite Umgebungskontur auf Basis einer Vorgabe eines zu erfassenden Umgebungsbereichs durch einen Nutzer ermittelt. In einer Weiterbildung wird dabei ein durch den Nutzer ausgeschlossener Umgebungsbereich nicht mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfasst oder bei der Ermittlung der ersten und/oder zweiten Umgebungskontur ausgeschlossen, insbesondere ignoriert, und/oder nur ein durch den Nutzer vorgegebener Umgebungsbereich mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfasst oder bei der Ermittlung der ersten und/oder zweiten Umgebungskontur berücksichtigt, insbesondere ausgewertet. Dadurch kann in einer Ausführung die erste bzw. zweite Umgebungskontur rasch(er) und/oder präzise(r) ermittelt werden.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf:
- - eine, insbesondere mobile, insbesondere tragbare, Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Daten einer realen Umgebung des Roboters;
- - Mittel zum Ermitteln einer ersten Umgebungskontur auf Basis dieser erfassten Daten; und
- - Mittel zum Ermitteln einer ersten Grenze eines ersten zu überwachenden Raumbereichs auf Basis dieser ermittelten ersten Umgebungskontur.
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In einer Ausführung weist das System bzw. sein(e) Mittel auf:
- - Mittel zum Überwachen des Roboters auf Überschreiten dieser ermittelten ersten Grenze während eines Betriebs des Roboters und Mittel zum Umschalten in einen ersten Betriebsmodus des Roboters, falls ein Überschreiten der ersten Grenze festgestellt wird; und/oder
- - Mittel zum Ermitteln einer zweiten Grenze eines zweiten Raumbereichs auf Basis der ersten Umgebungskontur oder einer zweiten, auf Basis der erfassten Daten ermittelten Umgebungskontur, insbesondere Mittel zum Überwachen des Roboters auf Überschreiten dieser ermittelten zweiten Grenze während des Betriebs des Roboters und Mittel zum Umschalten in einen zweiten Betriebsmodus des Roboters, falls ein Überschreiten der zweiten Grenze festgestellt wird; und/oder
- - Mittel zum Ermitteln der ersten und/oder zweiten Umgebungskontur mithilfe wenigstens einer Approximation von mithilfe der Erfassungsvorrichtung erfassten Merkmalen, insbesondere Punkten; und/oder
- - Mittel zum Ermitteln der ersten und/oder zweiten Grenze auf Basis einer Benutzereingabe, insbesondere Benutzerauswahl aus vorgeschlagenen Umgebungskonturen und/oder Grenzen, und/oder auf Basis einer vorgegebenen Lage und/oder eines vorgegebenen Abstands zu der Umgebungskontur, auf deren Basis die Grenze ermittelt wird; und/oder
- - Mittel zum Stoppen oder Bewegen des Roboters mit geänderter, insbesondere reduzierter, Geschwindigkeit in dem ersten und/oder zweiten Betriebsmodus; und/oder
- - Mittel zum Ausgegeben eines optischen und/oder akustischen Warnsignals infolge des Umschaltens, insbesondere durch den Roboter; und/oder
- - eine Visualisierungsvorrichtung zum Visualisieren einer virtuellen Repräsentation der ersten und/oder zweiten Grenze in einer augmentierten Realität, insbesondere zum Visualisieren einer virtuellen Repräsentation des Roboters und/oder einer Bahn des Roboters in der augmentierten Realität; und/oder
- - wenigstens einen berührungslos messenden Abstandsmesser, insbesondere wenigstens einen Lidar-, Radar- oder Ultraschall-Abstandsmesser, und/oder wenigstens eine Kamera, insbesondere ein 3D-Kamerasystem, und/oder eine Bildauswertung; und/oder
- - Mittel zum Überwachen des Roboters auf Basis erfasster Gelenkpositionen und/oder eines computerimplementierten Modells des Roboters auf Überschreiten der ermittelten ersten Grenze und/oder auf Überschreiten der ermittelten zweiten Grenze; und/oder
- - Mittel zum Ermitteln der ersten und/oder zweiten Grenze auf Basis wenigstens eines dreidimensionalen Geometrieprimitivs, das eine vorgegebene Relation, insbesondere räumliche Lage, zu der ersten oder zweiten Umgebungskontur aufweist; und/oder
- - Mittel zum Ermitteln der ersten und/oder zweiten Umgebungskontur auf Basis des Roboters, insbesondere mithilfe einer, insbesondere der, Erfassungsvorrichtung erfassten Daten des Roboters, und/oder auf Basis eines computerimplementierten Modells des Roboters und/oder auf Basis einer Vorgabe eines zu erfassenden Umgebungsbereichs durch einen Nutzer.
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Ein System und/oder ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere wenigstens eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU), Graphikkarte (GPU) oder dergleichen, und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die Verarbeitungseinheit kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die Verarbeitungseinheit die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere die Grenze(n) ermittelt bzw. den Roboter betreiben kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere computerlesbares und/oder nicht-flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. von Anweisungen bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm bzw. mit darauf gespeicherten Anweisungen aufweisen, insbesondere sein. In einer Ausführung veranlasst ein Ausführen dieses Programms bzw. dieser Anweisungen durch ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer oder eine Anordnung von mehreren Computern, das System bzw. die Steuerung, insbesondere den bzw. die Computer, dazu, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen, bzw. sind das Programm bzw. die Anweisungen hierzu eingerichtet.
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In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. sein(e) Mittel.
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In einer Ausführung weist das System den Roboter auf. In einer Ausführung umfasst das Verfahren auch ein bzw. das Betreiben des Roboters, kann also insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines bzw. des Roboters sein. Entsprechend kann auch das System in einer Ausführung ein System zum Betreiben eines bzw. des Roboters sein.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
- 1: ein System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
- 2: ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt ein System zum Betreiben eines Roboters 1.
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In einer Ausführung trägt ein Nutzer 4 eine Visualisierungsvorrichtung in Form einer AR-Brille 2 oder eines Tablets 3.
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In einem Schritt S10 (vgl. 2) wird mithilfe einer an der Visualisierungsvorrichtung 2 bzw. 3, vorzugsweise integriert oder lösbar, angeordneten Erfassungsvorrichtung 5A bzw. 5B, beispielsweise einem 3D-Kamerasystem, Lidarsensor oder dergleichen, eine reale Umgebung 6 des Roboters erfasst und in einem Schritt S20 mithilfe dieser Daten eine erste Umgebungskontur ermittelt.
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In einem Schritt S30 wird auf Basis dieser ersten Umgebungskontur eine erste Grenze ermittelt, die einen vom Nutzer 4 vorgebbaren bzw. vorgegebenen Abstand von der ersten Umgebungskontur aufweist.
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In einem Schritt S40 wird eine virtuelle Repräsentation der ersten Grenze mithilfe der Visualisierungsvorrichtung 2 bzw. 3 in einer augmentierten Realität visualisiert, in der in einer Weiterbildung auch eine virtuelle Repräsentation des Roboters beim Abfahren einer vorgegebenen Bahn visualisiert wird. Hierdurch kann der Nutzer vorteilhaft die erste Grenze überprüfen. In einer Ausführung werden dem Nutzer mehrere erste Grenzen zur Auswahl angeboten, in einer Weiterbildung in Form virtueller Repräsentationen dieser Grenzen, und der Nutzer wählt eine dieser Grenzen aus. Zusätzlich oder alternativ kann er in einer Ausführung einen gewünschten Abstand der Grenze zur Umgebungskontur vorgeben.
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In einem Schritt S50 wird der Roboter während seines Betriebs auf Überschreiten dieser ersten Grenze überwacht.
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Falls dabei ein Überschreiten der ersten Grenze festgestellt wird (S50: „Y“), wird in einem Schritt S60 in einen ersten Betriebsmodus des Roboters umgeschaltet, in dem dieser beispielsweise ein Warnsignal ausgibt und/oder stoppt, andernfalls (S50: „N“) die Überwachung fortgesetzt.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.
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So können beispielsweise in den Schritten S20, S30 eine oder mehrere zweite Umgebungskonturen und/oder Grenzen ermittelt werden, in Schritt S40 (deren virtuelle Repräsentation(en)) in der augmentierten Realität visualisiert und gegebenenfalls vom Nutzer unter diesen ausgewählt und/oder ihr gewünschter Abstand vorgegeben werden, und in Schritt S50 der Roboter während seines Betriebs auf Überschreiten dieser zweiten Grenze(n) überwacht bzw. in Schritt S60 in einen entsprechenden zweiten Betriebsmodus umgeschaltet werden.
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Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboter
- 2
- AR-Brille
- 3
- Tablet
- 4
- Nutzer
- 5A; 5B
- Erfassungsvorrichtung
- 6
- Umgebung
- TCP
- Tool Center Point
