DE10240227A1

DE10240227A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Anzeigeeinrichtung an einer Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE10240227A1
Application number: DE10240227A
Authority: DE
Inventors: Sven Dipl.-Ing. Horstmann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Horstmann Sven Dipl-Ing 12163 Berlin De
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: WO2004024497A1; DE10240227B4

Abstract

In der Industrie werden heutzutage zu Fertigungszwecken und für Logistikaufgaben häufig fest programmierte Maschinen und spurgeführte unbemannte Transportsysteme, die sich wiederholende, in Grenzen vorhersagbare Bewegungen ausführen, eingesetzt. Für Personen, die sich in unmittelbarer Umgebung solcher autonomer Maschinen befinden, ist es jedoch oft sehr schwierig zu erkennen, wohin sich ein autonomes System bewegen wird und welchen Bereich die Maschine dabei für sich beanspruchen wird. Durch die Erfindung wird es erst möglich nicht nur die künftige Bewegungsrichtung, sondern den kompletten Arbeitsbereich einer autonomen Arbeitsmaschine dynamisch während des Betriebs vorausschauend anzuzeigen. Aufgrund der Projektion des Arbeitsbereichs auf Flächen, die sich in der Umgebung der Maschine befinden, können Personen auf einen Blick erkennen, welchen Arbeitsbereich die Arbeitsmaschine momentan und in Zukunkt beansprucht. Gemäß der Erfindung wird eine Anzeigevorrichtung an einer Arbeitsmaschine im Zusammenhang mit einer Rechnereinheit betrieben. Mit der Rechnereinheit wird während des Betriebs der Arbeitsmaschine Umgebungsinformation dynamisch ausgewertet, um daraus den Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine zu berechnen. Auf der Grundlage der Berechnung des Arbeitsbereichs wird die Bewegungsrichtung der Maschine optisch angezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anzeigeeinrichtung an einer Arbeitsmaschine, sowie eine Anzeigeeinrichtung an einer Arbeitsmaschine nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 13.
In der Industrie werden heutzutage zu Fertigungszwecken und für Logistikaufgaben häufig fest programmierte Maschinen und spurgeführte unbemannte Transportsysteme die sich wiederholende, in Grenzen vorhersagbare Bewegungen ausführen eingesetzt. Aufgrund gesetzlicher Bestimmungen ist für derartige Systeme eine Notabschaltung vorgesehen, welche üblicherweise durch eine Überwachung des Gefahrenbereichs beispielsweise mit Lichtschranken oder Schutzgittern realisiert wird. Für Personen die sich in unmittelbarer Umgebung solcher autonomer Maschinen befinden, ist es jedoch oft sehr schwierig zu erkennen, wohin sich ein autonomes System bewegen wird und welchen Bereich die Maschine dabei für sich beanspruchen wird.
Aus der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 99/59042 sind autonome Systeme die in Haushalten eingesetzt werden bereits bekannt, beispielsweise zum Staubsaugen oder zum Vertikulieren. Die Aufgabe solcher Maschinen ist es, innerhalb eines fest vorgegebenen Arbeitsbereichs flächendeckend zu arbeiten. Dazu wird der Arbeitsbe reich vorab derart markiert, daß einerseits der äußere Rand begrenzt wird und andererseits sich im Arbeitsbereich befindliche Gebiete abgegrenzt werden, wie z.B. Blumenbeete die sich innerhalb einer Rasenfläche befinden. Die Markierung des Arbeitsbereichs ist dabei für Personen die sich in der Umgebung befinden ersichtlich und erfolgt unter Berücksichtigung der jeweiligen Anwendung mit geeigneten Mitteln. Für die Markierung wird beispielsweise ein aufgespannter elektrischer Leiter oder Pflöcke die mit einem Barcode versehen sind, vorgeschlagen. Die Markierungen werden von Sensoren erkannt, welche wiederum an der autonomen Maschine befestigt sind. Die von den Sensoren detektierten Markierungspositionen werden gemeinsam mit Informationen eines Tachometers sowie eines Kompasses genutzt, um die autonome Maschine zu navigieren.
Eine Fahrtrichtungsanzeige für ein unbemanntes Fahrzeug wird in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 57022932 gezeigt. Um die Fahrtrichtung anzuzeigen, sind an den Seiten des Fahrzeugs jeweils 6 Blinklichter angebracht. Die Ansteuerung der Blinklichter erfolgt während der Fahrt in Abhängigkeit der Fahrtrichtung (Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung). Bei einer Vorwärtsbewegung werden die Blinklichter auf jeder Seite vom Fahrzeugheck ausgehend nacheinander angesteuert. Entsprechend werden bei einer Rückwärtsbewegung die Blinklichter in der umgekehrten Reihenfolge angesteuert.
In der Japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 05324058 wird ein System zur Richtungsanzeige für ein unbemanntes Fahrzeug vorgestellt. Die Trajektorie des Fahrzeugs wird aufgrund der zurückzulegenden Wegstrecke sowie der Bewegungsrichtung fest vorgegeben. Entlang der Wegstrecke zeigt das unbemannte Fahrzeug rechtzeitig vor jeder Richtungsänderung den Richtungswechsel mittels Blinklichtern an. Eine Entscheidung über den Zeitpunkt für die Richtungsanzeige erfolgt unter Berücksichtigung der Trajektorie und der Berechnung des Abstands zwischen der aktuellen Position des Fahrzeugs und einem fest definierten Punkt an dem zuletzt ein Richtungswechsel vorgenommen wurde. Die Richtung wird in Abhängigkeit der nachfolgenden Richtungsänderung und damit der künftigen Bewegungsrichtung entweder mit Links- oder Rechtsabbiegen angezeigt. Bei der alltäglichen Anwendung sind solche aus dem Stand der Technik bekannten Systeme jedoch nur bedingt geeignet, da für eine vorausschauende Richtungsanzeige die Trajektorie fest vorgegeben sein muß. Weiterhin zeigt ein derartiges System lediglich den Richtungswechsel statisch mittels Blinklichtern an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betrieb einer Anzeigevorrichtung an einer Arbeitsmaschine sowie eine Arbeitsmaschine mit einer Anzeigevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 13 zu schaffen, welches es trotzdem die Arbeitsmaschine dynamisch auf ihre Umgebung reagiert ermöglicht, vorausschauend den beanspruchten Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine anzuzeigen.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren und eine Anzeigeeinrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen aufgezeigt.
Gemäß der Erfindung wird eine Anzeigevorrichtung an einer Arbeitsmaschine im Zusammenhang mit einer Rechnereinheit betrieben. Mit der Rechnereinheit wird während des Betriebs der Arbeitsmaschine Umgebungsinformation dynamisch ausgewertet, um daraus den Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine zu berechnen. Auf der Grundlage der Berechnung des Arbeitsbereichs wird die Bewegungsrichtung der Maschine optisch angezeigt. In einer besonders vorteilhaften Weise ist als Mittel zur optischen Anzeige an der Arbeitsmaschine eine optische Beleuchtungseinheit angebracht. Mittels der Beleuchtungseinheit wird auf Grundlage der Berechnung des momentan und zukünftig bean spruchten Arbeitsbereichs dieser zumindest teilweise auf sich in der Umgebung der Arbeitsmaschine befindliche Flächen projiziert. Die Projektion des Arbeitsbereichs der Maschine erfolgt derart, daß ein mittels einer Datenverarbeitungseinheit erzeugtes Muster projiziert wird. Zur Projektion kann beispielsweise ein Datenprojektor eingesetzt werden.
Durch die Erfindung wird es erst möglich nicht nur die künftige Bewegungsrichtung, sondern den kompletten Arbeitsbereich einer autonomen Arbeitsmaschine dynamisch während des Betriebs vorausschauend anzuzeigen. Aufgrund der Projektion des Arbeitsbereichs auf Flächen die sich in der Umgebung der Maschine befinden, können Personen auf einen Blick erkennen, welchen Arbeitsbereich die Arbeitsmaschine momentan und in Zukunft beansprucht. Einerseits würde der Mensch durch das ansonsten schwer vorhersagbare Verhalten einer Arbeitsmaschine verunsichert und in Folge dessen seine Aufmerksamkeit für andere Gefahrenquellen beeinträchtigt. Andererseits behindert der Mensch die Maschine durch das unbeabsichtigte Eindringen in den Arbeitsbereich, was ein Anhalten bzw. eine Abschaltung der Maschine zur Folge hat. Mit der Erfindung können somit auch Stillstandszeiten und zusätzliche Arbeitsvorgänge die bei einer erneuten Inbetriebnahme entstehen würden, vermieden werden.
In einer gewinnbringenden Ausführungsform der Erfindung ist es denkbar, einen Laserstrahl für die Projektion des Arbeitsbereichs der Arbeitsmaschine zu verwenden. In diesem Zusammenhang eignen sich insbesondere Galvanometer-Scanner, welche es ermöglichen, den Laserstrahl sehr schnell und mit sehr hoher Positionsgenauigkeit zu projizieren. Galvanometer-Scanner lassen sich mittels einer rechnergesteuerten Ablenkeinheit steuern, so dass die zu projizierenden Muster eine beliebige Form aufweisen können.
Durch die alternative Verwendung einer Beleuchtungseinheit die im Zusammenhang mit einem Array optischer Linsen arbeitet, ist es auch möglich beliebig ausgedehnte Arbeitsbereiche der Arbeitsmaschine zu projizieren. Als optische Beleuchtungseinheit kann beispielsweise ein ein fasergekoppeltes Linsenarray umfassendes Beleuchtungsmittel verwendet werden. Gleichsam ist es auch denkbar, im Rahmen der Erfindung aus der Automobiltechnik bekannte Beleuchtungsmittel zu verwenden, bei denen die Form und Intensität des Lichtstrahls des Scheinwerfers variiert werden kann. Eine derartige Beleuchtung soll dazu dienen, Fahrzeuglenker entgegenkommender Fahrzeuge nicht zu blenden und bei Kurvenfahrten die Kurven besser auszuleuchten. In der internationalen Patentanmeldung WO 98/54030 werden verschiedene Formen für die Ausgestaltung derartiger Beleuchtungsmittel am Beispiel eines Fahrzeugscheinwerfers vorgeschlagen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Projektion des Musters zur Darstellung des Arbeitsbereichs vollflächig über den Arbeitsbereich der Maschine, dieser wird dabei gleichmäßig hell ausgeleuchtet. Eine Ausleuchtung lediglich am Randbereich des Arbeitsbereichs ist jedoch häufig hell genug, um Personen über die Grenzen des Arbeitsbereichs zu informieren. Daher ist es auch denkbar, daß die Projektion des Musters nur entlang des Randes des Arbeitsbereichs erfolgt. Die Darstellung des Arbeitsbereichs in der Form einer Kontur erfordert zudem weniger elektrische Leistung bei der Beleuchtungseinheit, was insbesondere bei zumeist mittels Akkumulatoren betriebenen autonomen Systemen von großem Vorteil ist.
In besonderem Maße hat es sich bewährt, die den Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine beschreibende Projektion dahingehend zu erweitern, dass sie einen weiteren an den Arbeitsbereich angrenzenden Sicherheitsbereich aufzeigt. Dieser kann beispielsweise dazu genutzt werden, um beim Eindringen in diesen Sicherheitsbereich die Maschine nicht sofort abzuschalten, sondern die Arbeitsmaschine zunächst in einen verlangsamten Sicherheitsmodus zu bringen. Der zusätzliche angrenzende Sicherheitsbereich weist dabei vorzugsweise eine Breite im Bereich von 0,5 m bis 5 m auf, idealerweise beträgt der Sicherheitsbereich 1 m.
Daneben hat es sich bewährt, dass die Projektion des Arbeitsbereichs der Arbeitsmaschine blinkend erfolgt. Insbesondere bei sehr hellen Projektionsflächen oder bei gemusterten Projektionsflächen hebt sich eine blinkende Arbeitsbereichsanzeige besser als eine kontinuierliche Projektion vom Hintergrund ab. Eine blinkende Arbeitsbereichsanzeige kann aber auch in vorteilhafter Weise mit einem besonderen Ereignis das im Umfeld der Arbeitsmaschine auftritt verknüpft werden. Beispielsweise beginnt die Arbeitsbereichsanzeige erst beim Eindringen in den Sicherheitsbereich zu blinken. Auch wäre eine dynamische Änderung der Blinkfrequenz denkbar, wobei die Frequenz vorzugsweise proportional zur Eindringtiefe in den Arbeitsbereich ansteigt. Die Blinkfrequenz sollte damit sie vom menschlichen Auge sicher erkannt werden kann, jedoch vorzugsweise kleiner 20 Hz betragen. In Abhängigkeit von der gewählten Lichtquelle ist dazu ein Mittel vorzusehen, welches es ermöglicht die jeweilige Lichtquelle gepulst zu betreiben. Um Ereignisse erfassen zu können, welche im Umfeld der Arbeitsmaschine auftreten, ist es hilfreich ein zusätzliches Mittel vorzusehen. Beispielsweise kann eine Kamera in Verbindung mit einer Rechnereinheit dazu verwendet werden, um eine Objekt-/Personenerkennung im Umfeld der Arbeitsmaschine durchzuführen.
Auch ist es denkbar, daß sich die Intensität der Beleuchtung aufgrund sich ändernder Umgebungsbedingungen automatisch variiert wird. Eine Änderung der Umgebungsbedingungen kann bedeuten, daß sich die durch das Tageslicht verursachte Hintergrundbeleuchtung ändert. Aber auch Fremdlichtquellen die sich aufgrund von Fertigungsabläufen (z.B. beim Schweißen) ändern oder sich ändernde Lichtquellen anderer Arbeitsmaschinen lassen sich mittels einer automatischen Variation der Intensität der Beleuchtung gut kompensieren. Ein weiterer wesentlicher Punkt ist die Änderung bei der Beschaffenheit der Projekti onsfläche, so kann die Farbe oder das Muster des Bodens auf dem sich ein autonomes Transportsystem fortbewegt, an verschiedenen Stellen unterschiedlich sein. Solche Unterschiede lassen sich besonders gut durch eine automatische Variation der Beleuchtungsintensität ausgleichen. In diesem Zusammenhang ist ein weiteres Mittel vorzusehen, mit dem derartige Änderungen der Umgebungsbedingungen erfaßt werden können, insbesondere eigenen sich dazu Kameras oder Photoelemente.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für die Beleuchtung Licht unterschiedlicher Wellenlängen verwendet. Es ist auch denkbar den Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine derart zu projizieren, daß sich die Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle kontinuierlich ändert und somit ein Spektrum projiziert wird. Dabei werden die Randbereiche des Arbeitsbereichs vorzugsweise mit kürzeren Wellenlängen dargestellt, wohingegen das Zentrum idealerweise mit längeren Wellenlängen projiziert wird. Auch ist es denkbar ggf. den zusätzlich um den Arbeitsbereich umliegenden Sicherheitsbereich mit einer anderen Wellenlänge zu projizieren als den Arbeitsbereich selbst. Agieren mehrere autonome Arbeitsmaschine in der selben Umgebung, so kann zur besseren Unterscheidung jeder Arbeitsmaschine eine separate Wellenlänge zugeordnet werden. Dabei sollten die Wellenlängen so gewählt werden, daß deren Unterschied idealerweise mehr als 50 nm beträgt, wodurch sich der für ein menschlichen Betrachter sichtbare Wellenlängenbereich in eine Vielzahl, noch deutlich unterscheidbare Farben aufteilen läßt.
Es hat sich besonders bewährt, für die Beleuchtung Licht im nicht sichtbaren Wellenlängenbereich, insbesondere im Infraroten zu verwenden. Dadurch wird es möglich, daß sich autonome Systeme gegenseitig ihren Arbeitsbereich zuverlässig anzeigen, wodurch Einflüsse der Umgebungsbeleuchtung minimiert werden. Jedem autonomen System wird dazu vorzugsweise eine feste Wellenlänge im infraroten Bereich zugeordnet. Die Wellenlängen für die jeweiligen Maschine können dabei sehr dicht beieinander liegen, so daß für eine große Anzahl an Arbeitsmaschinen eindeutig eine Wellenlänge zugeordnet werden kann.
Es hat sich auch bewährt die Beleuchtungsquelle zur Ausleuchtung des Arbeitsbereichs unter Berücksichtigung von Umgebungsbedingungen ein- und auszuschalten. Insbesondere wenn sich weder Personen noch irgendwelche andere autonome Systeme in der Umgebung der Arbeitsmaschine befinden ist es sinnvoll, das für die Projektion verwendete Beleuchtungsmittel auszuschalten und somit Energie einzusparen.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Figur im Detail erläutert.
Beispielhaft zeigt die Figur den Einsatz der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung an einem autonomen Transportsystem (1), um deren Arbeitsbereich (6) optisch anzuzeigen. Der Arbeitsbereich (6) wird in Abhängigkeit der zukünftigen Bewegungsrichtung (5) auf den Fahrboden projiziert. Dabei erfolgt die Projektion des Arbeitsbereichs (6) mittels einer Anzeigeeinrichtung (2). Zusätzlich ist ein Sensor (3) zur Erfassung von Umgebungsinformation am autonomen Transportsystem (1) vorgesehen. Die Anzeigeeinrichtung (2) sowie der Sensor (3) werden mittels einer Rechnereinheit (4) betrieben. Die Projektion des Arbeitsbereichs ist dahingehend erweitert, dass ein weiterer an die Kontur (7) des Arbeitsbereichs (6) angrenzender Sicherheitsbereich (8) projiziert wird.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Anzeigeeinrichtung an einer Arbeitsmaschine, wobei mittels einer Rechnereinheit Umgebungsinformation während des Betriebs dynamisch ausgewertet wird, um daraus den Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine zu berechnen, und auf Grundlage dieser Berechnung die Bewegungsrichtung der Maschine optisch anzuzeigen, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer optischen Beleuchtungseinheit auf Grundlage der Berechnung des momentan und zukünftig beanspruchten Arbeitsbereichs dieser zumindest teilweise auf sich in der Umgebung der Arbeitsmaschine befindliche Flächen projiziert wird, und zur Projektion des Arbeitsbereichs der Arbeitsmaschine ein mittels einer Datenverarbeitungseinheit erzeugtes Muster projiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine mit einem Laserstrahl projiziert wird und der Laserstrahl mit einer rechnergesteuerten Ablenkeinheit gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine mit einer Be leuchtungseinheit die im Zusammenhang mit einem Array verstellbarer optischer Linsen arbeitet, projiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion des Musters entlang des Randes des Arbeitsbereichs erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion des Musters sich vollflächig über den Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Projektion des Arbeitsbereichs der Arbeitsmaschine ein weiterer an den Arbeitsbereich angrenzender Sicherheitsbereich projiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche angrenzende Sicherheitsbereich eine Breite im Bereich von 0,5 m bis 5 m aufweist, Idealerweise 1 m beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion blinkend erfolgt, derart dass die Blinkfrequenz vorzugsweise kleiner 20 Hz beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Beleuchtung sich aufgrund ändernder Umgebungsbedingungen automatisch variiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Beleuchtung Licht unterschiedlicher Wellenlängen verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Beleuchtung Licht im nicht sichtbaren Wellenlängenbereich, insbesondere im Infraroten verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsquelle zur Ausleuchtung des Arbeitsbereichs unter Berücksichtigung von Umgebungsbedingungen ein- und ausgeschaltet wird.
Anzeigeeinrichtung an einer Arbeitsmaschine, umfassend eine Rechnereinheit zur dynamischen Auswertung von Umgebungsdaten während des Betriebs, um damit den Arbeitsbereich der Arbeitsmaschine zu berechnen, und eine optische Anzeige, um auf Grundlage der Berechnung des Arbeitsbereichs die Bewegungsrichtung anzuzeigen, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Beleuchtungseinheit vorgesehen ist, mit welcher auf Grundlage der Berechnung des momentan und zukünftig beanspruchten Arbeitsbereichs dieser zumindest teilweise auf sich in der Umgebung der Arbeitsmaschine befindliche Flächen projiziert wird.
Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als optische Beleuchtungseinheit ein Galvanometer-Scanner vorgesehen ist.
Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als optische Beleuchtungseinheit ein ein fasergekop peltes Linsenarray umfassendes Beleuchtungsmittel vorgesehen ist.
Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 13–15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel vorgesehen ist, um Umgebungsinformation zu erfassen.
Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 13–16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel vorgesehen ist, um das Beleuchtungsmittel gepulst zu betreiben.