JP2014501179A - 操作装置用の安全装置の動作方法、操作装置用の安全装置および操作装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、操作装置（１０）、殊に産業ロボット（１００）用の安全装置（５０）の動作方法に関する。これは、可動グリップ装置（１１）と、当該グリップ装置（１１）を少なくとも広い範囲に包囲している少なくとも１つのセンサ装置（２５）とを有しており、前記センサ装置（２５）は少なくとも、前記グリップ装置（１１）の運動路（１８、１９）内にある対象物（３）との起こり得る衝突を識別し、衝突の危険を識別した場合に、制御装置（３０）へと信号を形成し、当該制御装置はこの結果、前記グリップ装置（１１）の運動路（１８、１９）上の運動経過を変更する。本発明ではこの運動経過の変更は、前記グリップ装置（１１）の運動速度を制御しながら低減させることである。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載されている操作装置用の安全装置の動作方法に関する。さらに本発明は、操作装置用の安全装置並びに操作装置に関する。

この種の操作装置用の安全装置の動作方法は、既にＤＥ１０２００７０６２２４５Ａ１号に記載されている。この文献では安全装置は、操作装置を包囲しているカバーを、充填可能な媒体蓄積器の形態で有している。これは圧力センサと作用接続して配置されている。衝突検出時にはこの圧力センサが応答し、これに基づいてグリップアームが停止される、ないしは反対方向に動かされる。この安全装置は、対象物（例えば物体または人）との接触ないしは衝突が起こってはじめて応答するので、負傷を回避するために必要な運動変化ないしは停止が極めて短い時間で行われなければならない。従って、このような衝突の識別時には通常、操作装置ないしはグリップアームの「緊急停止」を行わなければならない。しかし、このような「緊急停止」は、運動速度を制御して、値０に下げることができないという欠点を有している。したがって、例えば、衝突の危険を除去した後にグリップアームを再び、そこから所定の運動経過が可能である特定の位置に移動させなければならない、ないしは制御プログラムをグリップアーム運動と再び同期させなければならない。

さらにＥＰ１３２３５０３Ａ２号には、人間とインターアクションする操作装置を安全に動作させるために、多段階のセンサシステムを設けることが記載されている。ここでこの方法は、可能なセンサ原理として容量性センサ原理が記載されてはいるが、触覚的な機能原理に基づいている。しかしここでこの容量性センサ原理は、付加的な機能のみを有しており、すなわち拡張された安全機構（発泡材カバーまたは触覚センサ）とともにのみ用いられる。従って所期の、無衝突制動は行われない。従って、最後に挙げた安全装置では、操作装置を包囲している発砲材カバーは殊に、衝突時に生じる衝突エネルギーの緩衝ないしは吸収にも用いられる。

本発明の開示
上述した従来技術から出発して、本発明の課題は、請求項１の上位概念に記載されている、操作装置、殊に産業ロボット用の安全装置の動作方法を改善して、殊に衝突の危険が消えたときの、操作装置の再始動ないしは継続動作を容易にする、ということである。この課題は、請求項１の特徴部分に記載されている構成を有する、操作装置用の安全装置の動作方法によって解決される。ここで本発明の基となる着想は、衝突の危険が識別されたときに、グリップアームの運動経過を変える、というものである。ここでこの変更された運動経過は、グリップアームの運動速度を制御しながら低減させることである。換言すればこれは、従来技術とは異なり、「緊急」動作を行なわず、運動速度を制御して低下させる、ということを意味している。ここでこれは次のような利点を有している。すなわち、グリップアームのその時々の目下の位置が確実に識別されて、グリップアームの運動速度を落として操作装置の作動が続けられる、または、静止状態になるまでグリップアームの停止過程が行われる。この場合にはグリップアームの静止状態位置が確実に識別され、これによって、再始動時にこの位置から直に動き始めることが可能である。

操作装置、殊に産業ロボット用の安全装置を動作させる、本発明による方法の有利な発展形態は、従属請求項に記載されている。本発明には、特許請求の範囲、明細書および／または図面に開示されている特徴のうちの少なくとも２つの特徴の全ての組み合わせが含まれる。

本発明の第１の構成では、運動速度の低減が、グリップ装置が静止するまで行われる。これによって殊に、対象物が人間である場合には、この人間にとって容易に検出可能なグリップアームの運動パターンが得られる。

運動速度の低減が、対象物とグリップ装置の運動路との間の検出された各距離に依存して行われる実施形態は特に有利である。換言すればこれは、一方では操作装置自体の動作が対象物の接近時に（速度を落として）続けられて、これによって操作装置の生産性が比較的僅かにしか影響されないということを意味し、他方ではこれによって、そこからグリップ装置と対象物との間の目下の間隔を考慮して、対象物との接触の恐れなく、グリップ装置を確実に止めることができる、グリップ装置の目下の運動速度を常に設定することが可能になる、ということを意味している。

さらに特に有利には、運動速度の低減後に、グリップ装置の運動速度が、対象物との検出された距離に柔軟に合わせられる。すなわち、場合によっては再び、元来の目標運動速度まで上げられる。これによって操作装置の性能が最適化される。すなわち、これは、対象物との衝突の恐れが無くなっている場合であり、再び自身の元来の運動速度となり、これによって再び元来の能力も発揮する。

起こり得る衝突の特に確実な識別を保証するために、さらに有利な方法では、信号を複数のセンサ素子によって処理することが提案される。ここで、これらのセンサ素子のうちの少なくとも２つは同じ検出領域を有している。これは異なる信号を相互に比較することができ、１つのセンサ素子が故障した場合にも、制御装置は例えば、生じ得る衝突の危険を識別し続け、相応に反応することができる、ということを意味する。

さらに信号が複数のセンサ素子によって処理されてもよい。ここでは少なくとも２つのセンサ素子が、異なる測定原理によって作動する。これによって、殊に、環境条件が変化する場合にも、安全装置を常に確実に動作させることが可能になる。

本発明の別の構成では、グリップ装置の運動速度の変化が、グリップ装置と対象物との間の接近速度に依存して制御される。これは次のことを意味している。すなわち、接近速度が比較的高い場合には、グリップ装置の制動も比較的迅速ないしは急に行われ、これによって生じ得る衝突が回避される、ということを意味する。これとは異なり、接近速度が比較的遅い場合には、グリップ装置の運動速度の低減が相応に僅かに行われる。

本発明は、操作装置、殊に産業ロボット用の安全装置も含んでおり、これは、生じ得る衝突を識別するための少なくとも１つのセンサ装置と、安全装置を動作させる制御装置とを有している。ここで、グリップ装置はグリップフィンガーを有しており、このグリップフィンガーは対象物との衝突時に、衝突方向にたわむように構成されている。これによって、人と産業ロボットとの間のインタラクティブな動作が可能になり、ここで操作者は、例えばグリップアームによるグリップ直前に対象物を動かす、または取り去る。この場合には、操作者の手とグリップフィンガーとの間の距離が短いので、グリップフィンガーが操作者の手を捕らえる、ないしは負傷させる恐れがある。操作者の手とグリップフィンガーとの間の接近速度が非常に速いので、この場合にはしばしば、既知のセンサ原理ないしは安全措置が機能しなくなる。それにもかかわらず、操作者の負傷を回避するため、ないしは少なくとも緩和するために、グリップフィンガーは衝突方向においてたわむように構成されている。

本発明の別の、特に有利な構成では、グリップ装置は、衝撃吸収性カバーによって包囲されている。このカバーの厚さは、静止するまでのグリップアームの制動路に合わせられている。

本発明の別の利点、特徴および詳細は、有利な実施例の後続の説明に記載されており、さらに図面に基づいて記載されている。

本発明による安全装置を備えた、作業領域内に配置されている産業ロボットの概略図 本発明の安全装置動作方法を示すブロック図

同じ構成部分ないし同じ機能を有する構成部分には図面において、同じ参照番号を付与する。

図１には、極めて簡略して、産業ロボット１００の形態で操作装置１０が示されている。操作装置１０ないしは産業ロボット１００は、多軸のグリップ装置１１を有している。このグリップ装置１１は柱１２を有しており、この柱１２には可動に配置された２つのキャリヤー１３、１４が接続されている。キャリヤー１４の終端部には例えば３つのグリップフィンガー１５〜１７が配置されており、これらのグリップフィンガーによって、机２の上に配置されている、図１に象徴的に示された対象物ないしは部品１が掴まれる。

柱１２ないしはキャリヤー１３、１４は、詳細には表記されていない、ないしは示されていない回転軸ないしは旋回軸内に収納されている。従って、グリップ装置１１ないしはグリップフィンガー１５〜１７は、作業空間５内の各空間点に向かうことができる。従って作業空間５は、グリップ装置１１のシステム境界を形成する。これによって殊に、例えば部品１を机２から持ち上げ、この作業空間５内の別の場所に搬送することが可能になる。ここでは例えば、図示されていない別の部品と部品１の取り付けが行われる。

図１では、グリップフィンガー１５〜１７が部品１に接近しているケースが示されている。これは第１の経路部分１８によって示される。部品１を掴んだ後、作業空間５内のアドレス点に向かう。これは第２の経路部分１９によって示される。２つの経路部分１８、１９はここで、操作装置１０内に格納されている、グリップ装置１１の運動経過ないしは運動路を描く。ここでこの運動路上で、グリップ装置１１ないしはグリップフィンガー１５〜１７は異なる速度で動かされる。

操作装置１０は、少なくとも柱１２およびキャリヤー１３、１４の領域において、衝撃吸収カバー２２によって包囲されている。このカバーの厚さは、運動路上での生じ得る、対象物３（例えば操作者）との衝突時に、対象物３が損傷することなく、グリップ装置１１の停止が可能になるよう調整ないしは定められている。

さらに、操作装置１０はセンサ装置２５を有している。このセンサ装置は、例えば、検出領域２８、２９を備えた多数の個々のセンサ素子２６、２７を有している。センサ装置２５はここで例えば、カバー２２の外側に、次のように配置されている。すなわち、センサ素子２６、２７がグリップ装置１１の運動時に、運動路上に存在する全ての空間点を検出することができるように配置されている。

センサ素子２６、２７としては殊に、容量性のセンサ素子２６、２７が使用される。これは、センサ素子２６、２７と対象物３とが相対的に接近すると、相応する信号を、操作装置１０の制御装置３０に出力する。しかし基本的には、センサ素子２６、２７に対しいて異なる測定原理を使用することが可能である。従って、例えば、超音波ベースまたはレーダベースに作動するセンサ素子２６、２７を使用することも可能である。重要なのは、対象物３が操作装置１０と衝突するないしは接触する前に、センサ素子２６、２７によって検出領域２８、２９内の対象物３が検出ないしは発見される、ということだけである。

これまで説明されてきたセンサ素子２６、２７は制御装置３０とともに、操作装置１０用の安全装置５０を形成する。その作用をここで、図２に基づいて詳細に説明する：センサ素子２６、２７は信号を伝達するように、制御装置３０と接続されていることが見て取れる。制御装置３０内には、衝突防止プログラムないしは相応するアルゴリズムが格納されている。これは、センサ素子２６、２７によって有利には継続的に受信されている信号を、検出領域２８、２９内に対象物３が存在しているかに関して処理する。従って第１のプログラムステップ５２において、センサ素子２６、２７によって、検出領域２８、２８内に存在している対象物３に関する信号が通知されたか否かについて問い合わせがされる。通知されていない場合には、第２のプログラムステップ５３に相応して、グリップ装置１１の特定の運動経過ないしは特定の運動路２０が実施される。すなわち、操作装置１０は通常動作で作動する。ここでは部品１が所望のように取り扱われる。

これとは異なり、センサ素子２６、２７のうちの１つが第１のプログラムステップ５２において、検出領域２８、２９内に対象物３があることを通知すると、場合によっては、次のプログラムステップ５４において、相応するセンサ素子２６、２７の位置が特定される。センサ素子２６、２７は有利には同じ長さの期間において相応する信号を形成するので、さらに例えば各信号強度から対象物３とセンサ素子２６、２７ないしは操作装置１０との間の相応する接近速度を推測することができる。さらに、検出された、ないしは伝達された、センサ素子２６、２７の信号から、運動路２０の領域内でグリップ装置１１と対象物３との衝突が起こりそうか否かを求めることも可能である。

衝突の恐れがある場合には、次のプログラムステップ５５において、グリップ装置１１の運動速度が制御されて次のように低減される。すなわち、対象物３と運動路２０との間の目下の間隔、ないしは衝突点となり得る点における運動路２０への対象物３の接近速度に依存して、速度の低減が場合によっては、値０になるまで行われる。ここで重要なのは、これが、制御された、すなわちコントロールされた、グリップ装置１１の運動速度低減である、ということである。すなわち、制御装置３０は各時点において、グリップ装置１１ないしはグリップフィンガー１５〜１７の正確な場所を検出することができる。

特に有利には、グリップ装置１１の運動速度の変化ないしは低減は、対象物３と操作装置１０との間のその時々の間隔ないしは相応する接近速度に依存して行われる。すなわち、対象物３と操作装置１０との間の間隔が再び広くなる場合には、グリップ装置１１の運動速度が再び高められ、場合によっては、グリップ装置１１の通常動作に相応する目標速度まで高められる。従って、対象物３が操作装置１０と衝突する危険があるとすぐに、操作装置１０の速度最適化ないしは性能最適化が行われる。

しかし、センサ２６、２７のうちの１つによって対象物が検出された場合に、グリップ装置１１の運動速度の制御された低減が、静止状態になるまで行われてもよい。対象物が検出されなくなるとすぐに、運動速度が再び、その元来の値まで上げられる。

付加的に、本発明の意図を逸脱することなく、これまで説明されてきた安全装置５０ないしは操作装置１０が多様に変更可能である、ということを申し添えておく。従って殊に、センサ素子２６、２７において、異なる測定原理で作動する複数のセンサ素子（例えば容量性センサ素子２７および超音波ベースセンサ素子２７）を使用することが有利である。さらに、少なくともそれぞれ２つのセンサ素子２６、２７が同一の検出領域２８、２９を有することは、動作安全性の向上のために可能であるないしは有利である。これは、相応する検出領域２８、２９によって、作業領域５内の同じ領域が監視されるように、行われる。さらに、グリップフィンガー１５〜１７を、キャリヤー１４に摩擦力に基づく結合によって配置するないしは固定することも可能であり、これによって例えば操作者が部品１を掴む場合に、グリップフィンガー１５〜１７は場合によっては操作者の手と接触してしまうが、グリップフィンガーが衝突方向にたわむように構成されているので、少なくとも操作者の重度の負傷は回避される。

Claims (10)

1. 操作装置（１０）、殊に産業ロボット（１００）用の安全装置（５０）の動作方法であって、
   当該操作装置（１０）は可動グリップ装置（１１）と、当該グリップ装置（１１）を少なくとも広範囲に包囲している少なくとも１つのセンサ装置（２５）とを有しており、
   前記センサ装置（２５）は少なくとも、前記グリップ装置（１１）の運動路（１８、１９）内にある対象物（３）との起こり得る衝突を識別し、
   衝突の危険を識別すると、信号を制御装置（３０）へと形成し、当該制御装置（３０）はこの結果、前記グリップ装置（１１）の運動路（１８、１９）上の運動経過を変更する方法において、
   前記運動経過の変更とは、前記グリップ装置（１１）の運動速度を制御しながら低減させることである、
   ことを特徴とする、操作装置（１０）用の安全装置（５０）の動作方法。
2. 前記グリップ装置（１１）が静止するまで、前記運動速度を制御しながら低減させる、請求項１記載の方法。
3. 前記グリップ装置（１１）の運動路（１８、１９）からの前記対象物（３）の各検出距離に依存して前記運動速度を低減させる、請求項１または２記載の方法。
4. 前記運動速度の低減後に、前記運動速度を、対象物（３）からの検出距離に柔軟に合わせる、すなわち場合によっては再び元来の目標運動速度まで上げる、請求項３記載の方法。
5. 前記信号が複数のセンサ素子（２６、２７）によって処理され、
   ここで前記複数のセンサ素子（２６、２７）のうちの少なくとも２つは、同じ検出領域（２８、２９）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記信号が複数のセンサ素子（２６、２７）によって処理され、
   ここで前記複数のセンサ素子（２６、２７）のうちの少なくとも２つは、異なる測定原理で動作する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記運動速度の変化を、前記グリップ装置（１１）と前記対象物（３）との間の接近速度に依存して制御する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 操作装置（１０）、殊に産業ロボット（１００）用の安全装置（５０）であって、
   グリップ装置（１１）の運動路（１８、１９）内にある対象物（３）との起こり得る衝突を識別する少なくとも１つのセンサ装置（２５）と、
   請求項１から７までのいずれか１項記載の方法に従って安全装置（５０）を作動させる制御装置（３０）とを有しているものにおいて、
   前記グリップ装置（１１）は、前記対象物（３）との衝突時に衝突方向にたわむように構成されているグリップフィンガー（１５〜１７）を有している、
   ことを特徴とする安全装置。
9. 前記グリップ装置（１１）は衝撃吸収カバー（２２）によって取り囲まれており、当該衝撃吸収カバーの厚さは、前記グリップ装置が静止するまでのグリップ装置（１１）の制動路に合わせられている、請求項８記載の安全装置。
10. 請求項８または９記載の安全装置（５０）を有している、操作装置（１０）、殊に産業ロボット（１００）。

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