WO2010049162A1 - Automation concept for a metallurgical plant or rolling mill - Google Patents

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WO2010049162A1
WO2010049162A1 PCT/EP2009/007764 EP2009007764W WO2010049162A1 WO 2010049162 A1 WO2010049162 A1 WO 2010049162A1 EP 2009007764 W EP2009007764 W EP 2009007764W WO 2010049162 A1 WO2010049162 A1 WO 2010049162A1
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WO
WIPO (PCT)
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robot
area
work
human
metallurgical
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/007764
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German (de)
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Inventor
Christian Plociennick
Hans-Wilhelm Schöck
Mark Moors
Original Assignee
Sms Siemag Ag
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Publication date
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    • B22D11/14Plants for continuous casting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D33/00Equipment for handling moulds
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    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
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    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Definitions

  • the invention is directed to an apparatus of a metallurgical plant and / or rolling mill comprising a robot with a robot control with an associated man-robot interface influencing modes and operating modes that are adapted to different degrees of automation of the robot and / or adapted.
  • the robots known from the prior art can in principle perform different tasks. However, their functionality is usually directed towards fully automatic use.
  • the human being in his function as worker or worker can intervene in his work activity and functionality by means of a telemanipulation operating mode of the multifunction robot.
  • the working space and the movement space of the robot and the person must remain separate at all times so that the robot does not endanger the person.
  • fully automated solutions require a certain degree of necessary sensor technology or perception, dexterity and / or decision-making capability for the proper functionality of the respective robot in order to be able to carry out a work process.
  • such systems therefore reach their limits with regard to the costs necessary for their implementation, with regard to system stability and with regard to process reliability.
  • WO 2008/025562 A1 proposes a concrete implementation for a slide mechanism of a steel pan, which is then interchangeable with the aid of a robot.
  • a disadvantage of this system is that the effort to make such an adjustment, causing significant costs and thus reduces the efficiency of a system equipped with it due to the associated investment costs.
  • each ladle must be equipped with the corresponding slide system and an associated attachment.
  • work activities in large-scale installations in particular in custodian plants, such as a metalworks or steel mills, as well as work activities on or in the vicinity of blast furnaces or reduction furnaces and rolling mills, are generally often associated both with an increased risk for the operating personnel operating there, and often with the connected to human body debilitating loads, which are classified as particularly questionable from an ergonomic point of view for humans.
  • this applies to work activities that take place in environments subject to heat or emissions, or to activities involving heavy physical activity such as lifting weights.
  • Industrial robots preferably articulated robots
  • These then take on dangerous or stressful activities for humans and partially perform the respective work processes in full or in cooperation with humans. Here- This reduces the risk to workers or operators.
  • a detection element causes a reduced speed of the robot. If the worker enters the immediate area of protection, ie the welding zone, the robot stops immediately. If the worker leaves the protection area again, the robot continues to work. Regardless of this, pallets can be transported in and out by another worker with a forklift truck. However, so that no one is in danger, there are also floating shelters set up. If a person enters the danger area here, for example due to carelessness, the robot also stops. For this state of the art known from practice, it is thus known to associate a robot with areas of protection of different functionality, namely a warning zone and the immediate area of protection.
  • a disadvantage of this prior art is that here or the detection element (s) are assigned to a defined area as a protection area. If a robot now has to carry out various work activities at different work positions and thus different work spaces must be covered by the respective protection area at the work positions, either a correspondingly large protection space must be defined or several protection areas must be defined. In particular, the problem then remains that in the interaction of industrial robots and humans there are operations that make it necessary that the protected around the industrial robot protection area must be entered in the context of certain work activities by the operator.
  • the invention has for its object to provide a solution that allows a more flexible adaptation of a robot or robot system to different degrees of human-robot interaction and a more flexible use of an industrial robot in the context of work activities and workflows a large-scale plant, in particular metallurgical plant allows.
  • a device comprising a robot with a robot controller with an associated human-robot interface influencing modes and modes of operation, the different degrees of automation of the robot and / or to different temporal and / or local positioning of the interaction partners man and robot in adapted to a work space and / or adapted, wherein the robot, in particular industrial robots, at least one of the robot, in particular industrial robots, cooperating detection elements detected protected area is assigned, which in terms of its extent and functionality robot activity-related and / or robot is formed working position related and / or variable and wherein the robot, in particular industrial robot, is arranged on or on a traveling on a roadway moving device.
  • the invention provides a flexible solution for the design of a robot system, its movement and work area and its mode of operation, a division of tasks task with temporal and spatial task division in interaction with human operators, created so that multiple tasks can be performed quickly and efficiently without being limited or limited by a fully automatic or remote-controlled design of the robot system.
  • a robotic system is assigned to a respective workstation, which can be flexibly adapted to several different activities within the respective work environment.
  • the flexibility of the robot system is achieved by virtue of the fact that the system has different operating modes, which various forms of cooperation between a human worker or the operator and the robot system, as well as extended modes of operation.
  • the robot control has been expanded to include these operating modes.
  • various forms of interaction are introduced for the robot system, which enable a work-sharing task execution between the interaction partners robot and human in the form of workers or operating personnel with different characteristics temporal and spatial division of tasks.
  • the various forms of interaction define the levels of temporal and spatial separation between the interacting partners robot and worker, within the movement or working space of the robot system. For example, a direct collaboration of workers and robots working together on the same work piece without their temporal and spatial separation would be one form of interaction commonly referred to as collaboration.
  • This form of interaction also includes the process of direct observation, in which the robot autonomously carries out a work and is watched by the human being, who is in the robot's range of motion. Another interaction would be the sole working of the robot while remotely controlled by a human at a safe distance. Here then there is a local and temporal separation of the interaction partners in the workroom.
  • the device forms a robot interaction system characterized by a plurality of robotic modes which, in addition to the usual (fully) automated operation, preferably add new and further modes of operation to the robot interaction system and the robot controller allowing for greater interaction with the operator or operator.
  • Robot is in the so-called manual mode.
  • manipulation mode the robot is operated via a manual control, which gives the worker / worker the direct control of the axes and / or a Cartesian control of the end effector allows.
  • manipulation operation a distinction is made between three modes with different functionality, which are differentiated according to the distance between the robot and the human operator.
  • the robot In a first mode, the robot is operated as a hand-held robot. In this mode, human operators can guide the robot directly with their hands. This is achieved by force-moment sensors, which are arranged on the robot and measure the pressure which the respective worker exerts on the robot, preferably the end effector or a part of the robot to be moved.
  • Another mode is to guide the robot via a hand control.
  • the respective worker stands next to the robot, in particular within the movement space of the robot, and actuates the robot via a control, which is designed as a control panel in the form of a joystick or a combination of joysticks or as a space mouse.
  • Another mode relates to the teleoperated guidance of the robot via a hand control in which the human operator / operator stands outside the movement and working space of the robot, for example in a control room, and watches the robot remotely or through cameras, then the Manual control as may be performed in the above second mode.
  • manipulation mode the operator / worker has the possibility of controlling the axes and / or direct control of the gripper / tool of the respective robot.
  • Another robot mode is the semi-automatic mode in which the
  • Robot sequences of a robot program automatically departs.
  • the robot provides the operator with a series of programming sequences that correspond to individual partial work steps of the respective work task associated with the robot and the robot interaction system.
  • the operator can select individual work sequences and stop or start them as desired.
  • individual work steps are essentially carried out in the change between robot and human / operator. For example, the worker opens a door, steps aside, and then starts a short sequence of robot control, placing a heavy object in the opening. After the end of the automatically executed sequence, the human can close the flap again.
  • the starting, stopping or selection of sequences can be done via an easy-to-use input device, a voice control or sensory detected gestures of the worker / operator.
  • the semi-automatic mode also serves the intervention of the operator in a fully automatic program sequence if, for unforeseen reasons, it encounters problems or abnormalities are detected during the operating sequence in automatic mode.
  • the operator can interrupt fully automatic operation and switch to semi-automatic mode, which allows him to repeat individual sequences or jump to another step within the program.
  • a protected area provided according to the invention, both in terms of its extent and functionality, it is possible to assign each robot its own protected area or security area, which can vary depending on the work activity. It is no longer necessary to cover the working area with a protected area swept by a robot as a whole under various working positions. Rather, it is possible to assign a protection area to every work position. with the various protection areas not even having to overlap. It is also possible within the scope of the invention to assign different functionalities to a protected area. So it may be possible that in one case the protection area is assigned the function immediate shutdown of the robot, whereas in another working position the protection area is assigned only the function reduction of the working speed of the robot.
  • this flexible design of the protected area and space or security area assigned to a robot or industrial robot and, consequently, the shelters of a large-scale plant equipped with several industrial robots, in particular a metallurgical plant, can be used to provide a holistic, complete safety and security system Assign protection concept.
  • the invention provides that the operating modes and / or the operating modes can be switched on and off and the robot can be adapted to different functionalities and / or work activities by means of the operating modes and / or operating modes.
  • a robot system and the associated and associated work area are designed such that the different operating modes, such as Telemanipu- lationskor, collaboration mode or fully automatic operation, without complex conversion or retrofitting, especially the robot, can be operated in any change.
  • the design is such that the accessibility of the metallurgical or rolling mill technology equipped with an inventive device Plant is maintained and escape routes in the case of sudden and dangerous events are not blocked by bars.
  • the robot interaction system can be designed to a large extent without separating protective devices when using the robot interaction system according to the invention, so that no obstructing and / or separating grids are in the way if operating personnel / workers occupy the working space or working area of the robot must enter.
  • the machine safety of the metallurgical or rolling plant system equipped with the robot interaction system according to the invention is realized by sensory monitoring of the working area and the use of safe controls and / or a safety sensor system instead of separating protective devices of the type described above.
  • the above-described flexible and / or universal robot interaction system formed by the device preferably consists at least of the components robot, safety sensor system, safe control and human-robot interface, which may be in the form of a hand control or voice control.
  • the robot used in this robot interaction system is preferably a universal, preferably freely programmable, industrial robot.
  • the robot interaction system may also comprise more than one robot, for example two robots cooperating in terms of work robots and assist robots.
  • the robot (s) are six-axis movable, whose working or handling arm is equipped with a changing system for holding various tools, grippers or measuring devices.
  • the robot or robots should be designed for use in extreme working environments, ie in the hot and / or hazardous area of metallurgical or rolling mill technical or metallurgical plants. Such equipment will marketed commercially today under the name "foundry" equipment, whereby the grippers and tools are of course to be designed accordingly.
  • the invention is therefore also characterized in an embodiment in that the robot is arranged in particular industrial robot, at a metallurgical or rolling plant technical plant and assigned there a workplace or work area.
  • the invention finally provides that the robot, in particular industrial robots, is assigned a safety sensor system comprising a sensor or a combination of sensors, which detects the presence of a human in a safety area and / or entrance area and / or detection area assigned to the robot working area.
  • the safety sensor system preferably consists of a combination of various sensors suitable for detecting human presence.
  • the sensor system is designed in such a way that human presence, for example entering the work area, is detected with a degree of safety, so that the overall system meets the requirements of statutory regulations and guidelines such as the Machinery Directive 2006/42 / EC.
  • the safety sensor system comprises individual sensors, but as a rule a combination of sensors, whereby the different sensor types can also be present multiple times and also redundantly.
  • laser scanners, light curtains, light barriers, cameras with depth detection, infrared cameras, ultrasonic sensors, step mats, RFID (radio frequency identification), scanners or force-moment sensors are suitable for use as sensor in the safety sensor system.
  • the elements of the safety sensor system such as the sensors used, are selected to suit hulk or mill environment operational conditions and to operate safely despite the high levels of dust and heat exposure there.
  • a further task of the safety sensor system is to monitor the assigned workstation or work area with regard to dangerous conditions, in particular system conditions that are not necessarily immediate and primarily due to the movements or activities of the robot, but rather from the condition of the system or the workplace conditions originate.
  • dangerous conditions in particular system conditions that are not necessarily immediate and primarily due to the movements or activities of the robot, but rather from the condition of the system or the workplace conditions originate.
  • temperature-sensing sensors are provided, which are not only suitable to perceive human presence, but are also able to detect hot surfaces or liquid steel, so that dangers can be detected in production accidents or failure of equipment.
  • the system also increases the safety of operating personnel and workers in the respective work area with messages about potential danger zones.
  • sensors for detecting toxic or harmful process gases may also be integrated in the safety sensor system in the sense of ergonomic and / or occupational safety monitoring.
  • the signals determined and / or processed by the sensors and the safety sensor system are then fed to the robot controller or also assigned safety system, which then possibly trigger an alarm in the event of danger and / or shut down the robot, for example, or drive it out of the danger zone in the case of a mobile robot .
  • the very essential element of the robot interaction system formed by the device is the robot control, which on the one hand enables the different forms of interaction between human and robot and on the other hand ensures that the human is not endangered or in particular injured by the robot.
  • the robot controller is equipped with the following functional features and functionalities that they control and / or influence: the robot controller generates and / or monitors a safe limitation of the robot speeds (Cartesian and axis-related);
  • a safe limitation of the range of motion for example by virtual walls, that is to say a protective area for the robot, which can change in relation to work place and / or work activity;
  • the human-robot interface which enables different interaction forms between human and machine / robot.
  • the human-robot interface allows the worker to operate the robot system, directly observing the plant states from the next Proximity, preferably within the range of movement of the robot, and, if necessary, the intervention in the process, the robot interaction system is then equipped in particular with an operator, the human, to be operated consent device or an electromechanical approval switch.
  • An enabling switch is understood here to mean a switching device which must be constantly actuated, so that control signals for dangerous states can become effective.
  • Approval devices or electromagnetic approval switches can be designed as a universal 6D input device, for example a so-called space mouse. But it is also possible to form this as mounted in the robot hand or the robot end effector force-moment sensor, which allows an intuitive guidance of the robot while maintaining the required safety. But it is also a version with built-in voice control possible. This has the further advantage that the respective worker or operator can move freely in the working space of the robot.
  • the consent device is an essential part of the control, as well as a recognizable and detectable for the respective operator or worker visualization or visualized representation of the next planned step, so that the temporal next movements of the robot for the worker is not surprising.
  • the invention further provides that the robot, in particular industrial robot, which performs at least one of a hot and / or hazardous area having metallurgical plant or rolling mill operating equipment assigned in the context of a metallurgical plant or rolling work in the hot and / or danger area , This is the operating personnel and the workers are relieved of activities in the hot and / or danger area.
  • the respective robot forms an interface to the hot and / or danger area, so that the invention further provides that the robot, in particular industrial robot, is arranged such that during the operation of the mill or rolling mill of task forces / workers in connection with the work activities of the robot, in particular industrial robot, manually to be performed activities, in particular Zuarbeit Stammen, at least substantially outside the hot and / or danger area are feasible.
  • the robot In order to increase the radius of action of the robot this is equipped with his working space magnifying means.
  • These means include roadways and / or moving devices and / or chassis, which allow mobility of the robot.
  • the invention in this context provides that the robot, in particular industrial robot, is arranged on or on the movable displacement device relative to this movable.
  • a 2-axis or as robot gantry or overhead crane robot is now a 3-axle one Movement of the robot possible with the help of the track. This increases the radius of action of the robot that can be moved with it.
  • a particularly expedient and easy to implement possibility of the design of the traversing device or unit is that it is designed in the form of a moving on a running rail as a roadway carrier in the manner of a crane carrier and with a movable relative to this carrier chassis of the industrial robot in the manner of a Crane trolley is provided.
  • the invention therefore provides, in an embodiment, that the traversing device comprises a crane carrier-type carrier which can be moved on the roadway and on which a running gear mounted on the robot, in particular an industrial robot, is movably arranged in the manner of a crane trolley.
  • the robot or industrial robot or a charging device or a handling machine at a location remote from the actual place of use or area of operation during the period of non-use, and then to place it in the working mode. position to proceed.
  • the moving device with the robot or the Hantier coupled or machine innumerable combinations of such devices or devices are possible.
  • the traversing device may be part of the robot or part of a casting or casting platform or the metallurgical, metallurgical or walzwerkstech ni plant, but also be completely separate from the actual casting machine or system built. It is also possible to retrofit existing systems using such a combination of carriageway and traversing device and robot.
  • the robot can be moved into a rest position arranged outside its at least one working area.
  • the traversing device may comprise a device or telescopic device which supports the industrial robot or forms part of the industrial robot.
  • the industrial robot is associated with a controller that makes it possible to use it flexibly. It is thus possible to expand the control by programming additional tasks and to thereby supply the industrial robot to further fields of application and areas of activity, or to have other activities carried out by the latter.
  • the controller can also be designed such that variable or fixed program sequences are executed by it or by means of it.
  • the tasks to be performed by the industrial robot variably by, in particular, freely programmable or parameterizable process sequences.
  • the displacement device and the industrial robot are or are assigned a common or separate control device (s).
  • the industrial robot process-controlled and / or automated in the workflow of metallurgical, metallurgical or rolling mill plant is integrated.
  • the roadway and thus the intended travel path of the industrial robot can be adapted flexibly to the respective local conditions and along the travel path or the roadway the most diverse functional and activity areas for an industrial robot can be formed and arranged.
  • the industrial robot can therefore be assigned or assigned along the travel path along the roadway one or more rest positions and / or work activity positions and / or supply, equipment and / or maintenance positions.
  • the industrial robot In the rest positions, the industrial robot can remain while its use is not necessary.
  • Such rest positions are expediently so far outside the other peculiar lent production or danger area that the industrial robot in this rest position, the other production that takes place in the respective metallurgical, metallurgical or rolling plant technical facility, does not bother.
  • the operating positions of the industrial robot can then be provided along the track and special supply or equipment items. In these positions, for example, the robot is equipped with special tools, or tools are changed at these positions or, for example, samples taken by the robot are taken from these.
  • maintenance positions can also be provided on the track, in which the robot is subjected to an inspection or even repaired, for example.
  • the traversing direction can be designed in the manner of a crane with a trolley, it is finally also possible that lifting operations can be carried out by means of the traversing device. It is therefore also possible to use the traversing device of the industrial robot in the manner of a hall crane for carrying out lighter lifting activities.
  • the robot is then particularly advantageously designed as a gantry crane robot or bridge crane robot, for which reason the invention furthermore provides for the robot, in particular industrial robot, to be designed as gantry crane robot or overhead crane robot.
  • the abovementioned rest positions and / or working position and / or supply, equipment and / or maintenance positions can be arranged at any point along the formed track.
  • the invention also encompasses the aspect of equipping a large-scale plant as a whole as well as the individual industrial robots or robots arranged therein such that an identification and definition of different protection areas or safety areas within the plant take place dynamically to the respective working activity of the robot which is used in each case Automation systems and / or the respective state of the large-scale plant are adaptable or adapt themselves by varying the protection or security area, if desired, automatically and automatically.
  • Such an adjustment may be due to the state of the system, possibly determined by the respective production and / or process state or an emergency situation, for example, depending on the state whether just steel is shed or not, even if take place at the work activity the robot has not changed anything.
  • the invention provides in an embodiment that the robot or industrial robot, in particular associated protection area or security area in a method of the robot, in particular industrial robot, is carried by the latter.
  • a protection area comprises a main protection area, upon entering of which the robot is immediately immobilized, and a preassembly area, on whose entry the working speed of the robot is immediately reduced.
  • the use or the use of manual control to carry out the process or other movement of the industrial robot in the industrial scale can be used Plant be provided. But it is also possible that the robot is automatically moved, which is possible, for example, when it is arranged on a roadway or on a crane runway, in which case the protection area is traversed and it thereby possibly changes in terms of its spatial extent.
  • a protective or security area can be unlocked by manual operation of a robot control release device by an operator while maintaining the, preferably slowed performed, Hätä- activity of the robot for entry by an operator.
  • the areas of permanent danger should be as completely inaccessible to operators as possible, for example, completely fenced.
  • the main protection area is the immediate working area of the industrial robot.
  • the areas may be monitored and optionally defined by single or different detection elements cooperating in combination.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • the protection areas can also be marked and visualized by markings as well as by so-called augmentation reality projections in screens or control panels.
  • the operator virtual (e) additional information about the possibly software technically limited working space of the robot at its current activity in the real environment can be displayed.
  • the combination and combination of the various sensors forms an overall monitoring system, possibly including special visualization systems, which ensures a reliable and stable effect and development of the protection area variably associated with the respective industrial robot.
  • main protection areas it is provided in a known manner that in the event that a person penetrates a main protection area defined by a fixed or steadily positioned industrial robot while the robot is moving at full speed in an automatic mode, for example Robot immediately shut down or shut down. If, on the other hand, a human being enters a defined pre-protection area of the fixed robot, the maximum speed of the robot is reduced.
  • the main protection area itself can only be entered without a shutdown of the industrial robot, if a manual approval device or a manual actuation of a robot control device by an operator takes place. If there is no such manual operation, once again an immediate shutdown or shutdown of the industrial robot takes place.
  • the process of the industrial robot from one working position or station to another can also be controlled and carried out manually by an operator who has the industrial robot in view at all times.
  • the axes of the industrial robot itself are secured so that there is no risk for an operator due to unexpected movements of the industrial robot.
  • Industrial plants equipped with the described industrial robots or robotic systems comprise all workplaces in metalworking or smelting plants of steel works, on blast furnaces or reduction furnaces as well as on all types of rolling mills and their finishing and inspection lines. It also covers all workplaces that are operated in foundries and in forging presses and continuous casters. All kinds of jobs in continuous casting plants in a steel mill for the production of metal strands of any cross-section of liquid metal, in particular of liquid steel, are to be subsumed under it. The latter are, in particular, single-strand or multi-strand casting plants for the production of metal strands with slab, thin slab, billet and billet cross sections and of metal strands with any profile cross sections.
  • a working area to be equipped with a device according to the invention is, for example, the pan receiving area associated with a casting machine.
  • a static protection area of the category permanent endangerment as all work involved in this case, such as changing cylinders or connecting fully automatic can be siert so that there is no need for intervention by operating personnel. It therefore makes sense to equip this protection area with a possibly movable, but permanently installed, separating safety device, for example a mobile fence.
  • the industrial robot located in the fenced-in protection area does not overlap at any point with respect to its work activities to be carried out and the associated work positions with a zone or an area in which operating personnel can be located.
  • the protection of this protection area can be done via a closing contact on the safety device, preferably the fence.
  • a number of activities are to be carried out, such as the coupling of the shadow tube, the free running of the pan, the activation of the ladle, which serve industrial robots with a great functionality and a wide field of application, which may make it appropriate that some of the activities or by the operator.
  • a two-part protection concept is provided.
  • a main protection area is defined, which is covered by sensory area monitoring by means of a detection element, so that it is possible to determine whether an operator is located within the main protection area and thus the working robot's working space covered by this. If no person is in the main protection area, the industrial robot operates at full speed.
  • the robot is only operated with a "manually low speed" works council using a manually operable consent device.
  • the area of the distributor there are a number of activities in the casting area which require an industrial robot with a small operating radius.
  • the field of application or the working space of the robot is such that operating personnel can not stay in this area and may, for example due to the high temperatures prevailing there. An additional risk due to the activity of the robot is therefore not given to the operating personnel at this point.
  • Another field of application for industrial robots is in the field of continuous casting plants in there to be performed manipulations and / or sensory measurements on the strand or the slab. Since the space problem in this area is negligible, in contrast to the conditions on a casting platform of the casting machine, conventional areas such as protective fences can be used to delineate the protection areas in these areas. Protective fences may also be provided in the area of the tundish workshop, which belongs to the area of a continuous casting plant. In addition to masonry and surveying activities, the refractory material is poured into masonry, with all the activities of industrial can be done or supported. Since these individual or individual steps in the area of a tundish workshop do not have to take place in parallel and do not have to take place under time pressure, conventional working techniques can also be used here.
  • the procedure is as follows: First, a detailed analysis of the work processes and individual activities taking place at the respective workplace or work area is carried out. Individual activity steps that build up and assemble the individual activities or work processes are evaluated individually according to whether they are more suited to robot-based activities or to human-related activities. Ergonomically and safety-friendly activities are assigned to humans, while dangerous or heavy activities fall to the robot. Furthermore, sensorially complex and harmless work are assigned to humans. Another group is activities that pose both high exposure or high risk, as well as an inspection and subsequent human assessment. In this group, the robot and the human then work together in direct interaction in the same working space of the work area or work station of the robot.
  • the respective mappings can be easily stored in a respective operating mode, such that a plurality of operating modes or operating modes, which then comprise forms of interaction and derived operating modes, in the robot controller or stored on a memory cooperating therewith, so that the robot interaction system thereon Has access.
  • the implementation of the individual human-robot interactions in an operating mode or an operating mode now forms in each case the sequence in which the human-robot team solves the task in question together, wherein pure robot activities can be carried out in the absence of humans, which is a higher operating speed of the robot is allowed, since the safety controller must then take no account of the presence of operators in the working area and / or protection of the robot.
  • the robot may be shut down when human activity to be performed by the operator or the operator is to be performed at a given time over a certain period of time.
  • the operating modes are designed so flexible that it is always possible for an operator of the respective robot or robot interaction system to intervene in the given, programmed workflow and make manual intervention, if depending on the individual case for unforeseen reasons, the continuation of the programmed fully or partially automated Solution seems inappropriate from the operator's point of view.
  • the robot interaction system to the higher-level process control system which is assigned to the respective metallurgical or rolling mill plant, so that the current operating mode of the respective robot, in particular industrial robot, is the work progress to be performed on the respective workstation or working area of the robot Activity and / or sensory detected detection results that provide sensors arranged on the respective robot or in the environment of the robot are signal forwarded to the higher-level process control system and reported.
  • a system is created using the robot interaction system that makes it possible to use a robot universally, but not only for operation in an operating mode or a mode of operation "fully automatic operation", but also in operating modes or operating modes in which an interaction of human / worker / operator and robot takes place, wherein the human and the robot are temporally and spatially together in the working and movement area of the Robot and humans are temporally one after the other in the same spatial area of the movement or work area of the robot or where the robot and man spatially in separate positions and possibly also temporally in the sense of at different times present or active and yet interact in interaction to accomplish a common task, unlike the prior art whereby either the robots are programmed for particular activities and both temporal and local separation of robot activities and human T activities in the field of metallurgical or rolling technology
  • Such a flexible or universal robot interaction system comprises at least the components robot, safety sensor system with the functions of detecting human presence and monitoring the workplace for dangerous conditions, robot control and human-robot interface, for example in the form of a hand control or voice control.
  • the flexibility of the robot interaction system is achieved by the system having different modes of operation and / or modes of operation, each providing different forms of cooperation and interaction. mimic and tolerate the interaction between a human worker and robotic operation, as well as extended modes of operation.
  • the various operating modes and / or operating modes are either stored directly in the robot controller or stored in memory elements interacting with the robot controller.
  • these roadways can also be designed in the form of crane runways. This makes it possible to further increase the range of motion and the associated possible uses of the robot equipped with a robot interaction system.
  • the robot is assigned depending on its task dynamically changing protection areas or shelters, which can be robotic workplace related or robot activities related training or training.
  • the respective industrial robots can be equipped with a scalable degree of automation that is different depending on the application.
  • Scalability ranges from a robot that is almost completely human-controlled, to the one endpoint of scalable automation, to a robot that performs its tasks without any human control, as the other end of the automation scale.
  • the degree of mechanization / automation of a robot increases with increasing degree of automation, while at the same time reducing the human operating effort.
  • scalable automation stages are, for example, a tele robot, which is controlled as a pure telemanipulator by the emergency personnel / worker.
  • the next step is the combination of the teleroboter, which performs teleoperations, with manual work, which a worker without hands-on performing facilities.
  • a next step for example, is that a semi-automated assistance or work robot independently carries out subtasks and, in interaction with this, carries out manual work steps for the worker.
  • the next step can then consist of a combination of teleworking with a telerobot, with partially automated steps performed by a robot, and with manual steps performed by the operator.
  • the robot is expediently designed in such a way that it can be switched both as a (freely) programmable industrial robot and partially automated processes as well as in the pure telemanipulator mode as a telerobot.
  • the highest level is then the complete automation of the entire work occurring at a metallurgical plant or a metallurgical or rolling mill technical plant, which were previously carried out for example by a worker.
  • Various robots can then work together fully automatically so that an assistance or working robot can perform work activities in combination with a service robot.
  • the respective industrial robot scalably with the respectively required "machine intelligence.”
  • the corresponding "machine intelligence” is determined by the sensory capabilities with which the particular robot, in particular industrial robot, is equipped. While an industrial robot with no sensory abilities as a “blind” robot remains limited to tasks that only exploit the power and lifting capacity of the robot, a robot with sensors and associated “machine intelligence” can handle significantly more and more complex work activities. However, an increase in “machine intelligence” is also associated with an increasingly complex control, but this is accompanied by the increased number of possible work activities and thus possible applications.
  • levels of scalable machine intelligence are exclusively coordinate driven at the lower end "Blind” robot without sensors
  • the next stage could be represent an industrial robot formed with a simple sensor, such as a light barrier, followed by a stage of an industrial robot with simple, external environment sensory sensing that is under at least partial human control and handling.
  • the next step could be a robot with a complex sensor system, for example a camera system, which is able to perceive and assess the external environment and to act in a situation-dependent manner.
  • the highest level would then be a robot with a comprehensive, complex, superior to humans sensor technology, such as an industrial robot, which is equipped with high-resolution cameras, such as thermal imaging cameras, and processes the signals received in an associated evaluation and control unit.
  • this relates to so-called autonomous robots or cognitive robotic systems.
  • each robot is assigned one or more protection areas which are designed to be different in size, dimensioned and varying depending on the robot's work activity or the robot's work position.
  • This idea also supports the basic concept of ergonomic and safe working in the field of a metallurgical plant at the individual metallurgical plant facilities.
  • the respective industrial robot can be moved in the area of The plant of the industrial robot can be flexibilized and enlarged and the safe transfer of activities or workpieces or the like to the worker outside the hot and / or danger zone of the respective metallurgical plant facility or the work or work area.
  • 1 is a schematic representation of a first interaction form of robot and operator
  • FIG. 2 is a schematic representation of a second interaction form of FIG
  • Fig. 3 shows a third interaction form of robot and operator and in
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an application area of a robot in connection with a bridge crane.
  • FIGS. 1-3 show the modes of action of a device according to the invention forming a robot interaction system on the basis of a pan stand 7 of a metallurgical plant during inspection and maintenance of a pan slide 8 on a steel pan 9.
  • the work activities. 1 schematically shows the work activity of the firing of the pouring channel
  • FIG. 2 shows schematically the activity of opening the pusher box
  • FIG. 3 shows schematically the activity of inserting a new pusher plate.
  • the pan stand 7 represents a device of a metallurgical plant or rolling mill in the sense of the invention, which is equipped with a protected area or security area 4, which is detected by detection elements.
  • the protective or security area 4 is formed in terms of its extent and functionality robot activity-related and / or robot working position related varying and / or variable.
  • the robot 1 may be assigned a roadway in the form of a crane track consisting of two T-profiles, wherein then a movable driving device in the form of a moving device is arranged on the roadway and thus on the crane runway.
  • This movable driving device can be designed in the form of a movable crane carrier-like carrier, which is guided and moved along the roadway or the crane runway.
  • a chassis in the manner of a crane trolley can then also positioned and arranged movable.
  • the chassis is thus arranged transversely and orthogonal to the running direction of the movable carrier.
  • An industrial robot or robot 1 or a handling machine is fastened and arranged on the chassis.
  • the robot 1 then preferably comprises a telescopic device having two telescoping arm sections arranged at right angles to one another, the arm sections being rotatable on the one hand and retractable and extendable on the other hand so that a height-adjustable positioning of the arm section is made possible by means of an arm section.
  • one of the telescopic arm sections is equipped with a gripper tool, so that the robot 1 has the desired functionality.
  • the robot 1 By the Order of the robot 1 on the relative to the movable on the roadway crane carrier-like carrier also movable chassis, he is not only by the rotation and retraction and extension of his telescopic arms or arm sections, but also biaxial once along the road and once across the road movable and movable. This opens up a greater variability with regard to the movement and travel possibilities of the robot 1.
  • the roadway can be designed as a circular track guided crane system, but also as a rail-guided circular path or partial circular path. Along the thus extending roadway, a plurality of working-work positions are arranged and formed, at which the robot 1 performs respective defined work activities.
  • the work activities to be performed take place in an interaction of human / worker / operator 2 and robot 1.
  • the robot 1 is equipped with a robot controller having an associated human-robot interface, which together form part of a robot interaction system that includes modes and modes of operation that affect the human-robot interface. These different operating modes and operating modes are adapted and / or adapted to different degrees of automation of the robot and / or to different temporal and / or local positioning of the interaction partner human 2 and robot 1 in a work space.
  • the robot 1 is further associated with a monitored protective or security area 4, which is delimited by two monitored entrance areas 5 and a wall section 6 and the area of the steel pan 9 to be machined.
  • Both the security area 4 and the monitored entrance areas 5 are controlled via the robot control in dependence on a respectively selected one with the aid of sensors which each form a safety sensor system and in particular react when a worker or operator 2 enters the security area 4
  • Operating mode and depending on the active mode corresponding robot actions trigger. These may be that the robot 1 enters into an interaction with the entering worker or operator 2, that the robot 1 slows its operating speed, that the robot 1 is stopped and / or that the robot 1 is returned to a rest position. But other actions can be triggered by the safety sensors.
  • FIG. 1 shows a first interaction form of the human-robot interaction in which a local and temporal separation of the two components human 2 and robot 1 is present and the robot interaction system is in a fully automatic or telemanipulation operating mode, with the operator 2 being the latter Manually controls the robot 1 using an operator console 3.
  • the robot 1 carries out this burning operation, since this activity is assigned to the robot 1 due to the associated risk potential.
  • the robot 1 burns the pouring channel completely autonomously, in the absence of the operator 2, ie while the operator 2 is outside the monitored safety area 4. In exceptional cases, a burning of the pouring channel by telemanipulation is conceivable.
  • the operator 2 which is still positioned outside the security area 4, then controls the robot 1 by means of his operator console 3.
  • the controller in particular in the form of the above-mentioned safe control or safety control, can move the robot 1 at full operating speed. This happens until the sensor security system monitoring the security area 4 and / or the entrance area 5 or the security sensor system assigned to it detects the presence of persons. If a person, for example a worker 2, enters the monitored security area 4 or passes through the monitored security area 4 The input area 5 thus leaves the robot 1 sufficient time to carry out the setting of the firing process brought about by the robot control and to shut down or the current work process.
  • FIG. 2 shows, as a second form of interaction, the time separation of robot 1 and worker / operator 2, wherein there is no local separation, since both the robot 1 and the worker / operator 2 are located in the monitored security area 4.
  • the robot 1 is preferably operated in the semi-automatic mode. In this positioning, the operation of opening a pusher box is performed. This work activity is neither ergonomically stressful nor dangerous for the operator 2; on the other hand, the sensory outlay to be operated in order to equip a robot 1 in such a way that it could carry out this work activity fully automatically would be very great.
  • an operation mode in which the operator or worker 2 performs this work while the robot 1 is safely stopped is selected for this work.
  • FIG. 3 shows, as a third form of interaction, the temporally and spatially joint cooperation between robot 1 and operator 2, so that there is no local or temporal separation between robot 1 and operator 2.
  • the mode of operation semi-automatic or manual operation, by means of which the work activity of the insertion of a new slide plate is carried out in the bottom of a steel pan 9. Since a pusher plate has a considerable weight, this process of inserting a new pusher plate for a human operator 2 would be problematic from an ergonomic point of view. On the other hand, however, the insertion of the slide plate in the bottom of the steel pan 9 requires a precise perception of local conditions.
  • Robot interaction system now performed a human-robot interaction such that the robot 1 in the presence of the worker 2 in its movement space, the slide plate transported in the immediate vicinity of the steel pan 9 and then controls the operator 2 by means of its operator console 3, the robot 1, so that controlled by the operator 2, the slide plate is used to terminate this work or this operation in the valve body at the bottom of the steel pan 9.
  • the robot 1 can be designed as a stationary robot with a singular work area for recurring, repetitive activities. However, it is also possible to provide embodiments in which several robots work together and each perform different activities or interventions on a metallurgical plant or a metallurgical or rolling mill plant or device, such as a continuous casting in a steel plant, then in particular as mobile Multifunction robot are formed.
  • the invention accordingly provides, in particular by means of the moving unit, a working space widening device on which handling devices, preferably robots, can be or can be arranged in a different design, axle number, carrying capacity and control mode.
  • handling devices preferably robots
  • Exemplary of the usable design and embodiment of the handling devices are cable pull robots, Scara- and articulated robots or parallel kinematics and their combinations named.
  • the (robot) working space expanding device can be designed for example in bridge crane or gantry crane form and their combination.
  • Special types such as combinations of industrial robots with a gantry or overhead crane, combine the advantages of a workspace-expanding portal cranes and bridge cranes with the enormous potential of modern industrial robots.
  • elevated areas are erected above a respective area comprising several workplaces (ie supporting structures such as racks or supports are connected to the floor) or corridor-free (ie fixed to the ceiling or wall) on which at least one crane bridge equipped with trolleys is arranged, on which in turn is also equipped with trolleys trolley, which in turn has a guide column with drives for vertical movement and at the end of a handling device, preferably an articulated robot is attached.
  • the handling device can be upright, overhead or laterally mounted.
  • work spaces of different shapes such as cuboidal or cylindrical, result up to spatially, e.g. with the rope pull robot
  • a conventional hoist winch may be mounted on the same crane bridge to the handling device.
  • floor-mounted rails for the supporting structure / frame are installed above an area comprising several workstations in each case, so that they can run on a floor-level rail.
  • the rail track / track career of the gantry crane can be moved.
  • the further construction of the gantry crane corresponds to that of the bridge crane superstructure.
  • the rails can be arranged in the rail and track-mounted design outside of areas at risk from leaking liquid steel.
  • the embodiment thus advantageously selected makes it possible to reach every point within the working area given by the portal and thus to arrange an arbitrarily large number of workplaces, in particular even if these are located at different heights. It is also advantageous from this embodiment that the floor area can remain free, so that a worker can also work barrier-free in the immediate vicinity of the (temporarily immobilized) robot, i. without hindering his path (barrier-free indoor floors and working platforms).
  • the work space expanding device is of additional advantage, since the handling device, in particular robot, but also manipulator, are kept as far as possible out of the common room of the person can (worker on hall floor level, handling device above).
  • system can also be linked to the process control system of the respective system so that the current operating mode, work progress as well as sensory observations can be reported further.
  • ternden device which is characterized in that by a process computer or a central control device control signals to the working space expanding device and / or the handling device, in particular robots are given.
  • FIG. 1 A working space-expanding device in bridge crane design is shown in FIG.
  • the bridge crane covers the entire width of the casting platform 73.
  • two crane bridges 86 each having a trolley 71 and in each case a universal robot R7 are arranged.
  • the distributor channel 75 is in the pouring position, it is assigned the right crane bridge 86 in FIG. 4 with the trolley 71 and the robot R7. This crane bridge with the trolley and the robot can then perform necessary work on the distribution trough 75.
  • the work areas are sometimes even outside the space enclosed by the work space widening device. Due to the design as an articulated robot, in this example the robot R7 can also carry out activities outside the area bounded by the support structure.

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Abstract

The invention relates to a device in a metallurgical plant and/or rolling mill, comprising a robot (1, R7) having a robot controller with operating types and operating modes which influence an associated man-robot interface and are designed to be or are adapted to different automation degrees of the robot (1, R7). A solution is to be created, which allows a flexible adaption of a robot or robot system to different degrees of a man-robot interaction and a flexible use of a robot within the scope of work activities and work processes of a large-scale plant, particularly a metallurgical plant. This is achieved by a device of a metallurgical plant and/or rolling mill, comprising a robot (1, R7) having a robot control with operating types and operating modes which influence an associated man-robot interface and are adapted and/or are designed to be adapted to different automation degrees of the robot (1, R7) and/or to different temporal and/or local positions of the interaction partners, these being man and the robot, in a work space, wherein the robot (1, R7), particularly industrial robot, is associated with at least one protective region which is detected by detection elements interacting with the robot (1, R7), particularly industrial robot, and which in regard to the extension and functionality thereof is designed in a varying and/or variable way relating to the robot activity and/or robot working position and wherein the robot (1, R7), particularly industrial robot, is arranged on or at a displacement unit (72) that can be displaced on a path (70).

Description

Automatisierungskonzept für ein Hütten- oder Walzwerk Automation concept for a metallurgical or rolling mill
Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung eines Hüttenwerks und/oder Walzwerks umfassend einen Roboter mit einer Robotersteuerung mit eine zugeordnete Mensch-Roboter-Schnittstelle beeinflussenden Betriebsarten und Betriebsmodi, die an unterschiedliche Automatisationsgrade des Roboters anpassbar und/oder angepasst ausgebildet sind.The invention is directed to an apparatus of a metallurgical plant and / or rolling mill comprising a robot with a robot control with an associated man-robot interface influencing modes and operating modes that are adapted to different degrees of automation of the robot and / or adapted.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Hüttenwerke oder Walzwerke sowie hütten- und/oder walzwerkstechnische Anlagen mit Manipulatoren oder Robotern, insbesondere Industrierobotern, auszustatten. So existieren beispielsweise seit langem Manipulatoren zum Ankoppeln eines Schattenrohres an eine Gießwanne oder zum Transport schwerer Steine beim Ausmauern eines Konverters. Auch vollautomatische Roboter finden Anwendung, so beispielsweise zum Lackieren von Coils oder zum Ausspritzen eines Elektrolichtbogenofens. Den meisten dieser Anwendungen ist gemeinsam, dass der jeweilige Roboter an die jeweilige spezielle Aufgabe angepasst und auf diese ausgerichtet ist.It is known from the prior art to equip metallurgical plants or rolling mills as well as metallurgical and / or rolling plant-technical plants with manipulators or robots, in particular industrial robots. For example, for a long time there have been manipulators for coupling a shadow tube to a tundish or for transporting heavy stones when lining a converter. Fully automatic robots are also used, for example for coating coils or for spraying an electric arc furnace. Most of these applications have in common that the respective robot is adapted to the respective specific task and aligned with it.
Wie beispielsweise aus der WO 2005/118182 A1 ist ferner der Einsatz von MuI- tifunktionsrobotem, die mehr als eine Aufgabe ausführen, bekannt, wobei in diesem Stand der Technik das Robotersystem derart ausgelegt ist, dass von ihm mehrere unterschiedliche Tätigkeiten auf einer Gießbühne wahrgenommen werden können. Ein Robotersystem, das einen Multifunktionsroboter umfasst, der innerhalb eines Pfannenwartungsstandes den Boden einer Pfanne wartet ist aus der WO 2008/025562 A1 bekannt.As is known, for example, from WO 2005/118182 A1, the use of multifunction robots carrying out more than one task is also known, in which state of the art the robotic system is designed in such a way that it perceives several different activities on a casting platform can. A robotic system comprising a multi-function robot waiting for the bottom of a ladle within a ladle maintenance stand is known from WO 2008/025562 A1.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Roboter, insbesondere Multifunktionsroboter, können zwar grundsätzlich unterschiedliche Aufgaben wahrneh- men, ihre Funktionalität ist jedoch in der Regel auf den vollautomatischen Einsatz gerichtet.The robots known from the prior art, in particular multi-functional robots, can in principle perform different tasks. However, their functionality is usually directed towards fully automatic use.
Allenfalls hilfsweise kann der Mensch in seiner Funktion als Arbeitspersonal oder Werker mittels eines Telemanipulationsbetriebsmodus des Multifunktions- roboters in dessen Arbeitstätigkeit und Funktionalität eingreifen. Während der Tätigkeit und im Betriebszustand des Multifunktionsroboters müssen Arbeitsraum und Bewegungsraum von Roboter und Mensch zu jedem Zeitpunkt getrennt bleiben, damit der Roboter den Menschen nicht gefährdet. Vollautomatische Lösungen benötigen jedoch für die einwandfreie Funktionalität des jeweili- gen Roboters ein bestimmtes Maß an notwendiger Sensorik oder Wahrnehmung, Geschicklichkeit und/oder Entscheidungsfähigkeit, um einen Arbeitspro- zess durchführen zu können. Bei komplexen Arbeitsvorgängen stoßen derartige Systeme daher hinsichtlich der für ihre Realisierung notwendigen Kosten, hinsichtlich der Systemstabilität und hinsichtlich der Prozesssicherheit an ihre Grenzen. Gerade in hütten- und walzwerkstechnischen Anlagen tritt während bestimmter manueller Arbeiten oftmals die Notwendigkeit auf, eine qualifizierte und schnelle Entscheidung über das weitere Vorgehen aufgrund einer Beobachtung durch den Menschen, also den im jeweiligen Arbeitsbereich tätigen Werker oder das Arbeitspersonal, zu treffen. So müssen bei Wartungsarbeiten an einer Gießpfanne Entscheidungen darüber getroffen werden, welche Teile weiterverwendet und welche ausgewechselt werden sollen. Dies bedingt nicht nur das Erkennen des jeweiligen Zustandes sondern erfordert auch ein bestimmtes Maß an Entscheidungsfähigkeit um die jeweils richtige Entscheidung zu treffen. Bei den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen werden in einem solchen Fall dann die Industrieroboter ausgestellt oder festgestellt oder verriegelt und betritt ein Arbeiter den mit Schutzzäunen umgebenen Bewegungsraum und Arbeitsbereich des Roboters, um die notwendige Inspektion und Entscheidung zu treffen. Bei Arbeitsabläufen, die von einem häufigen Wechsel von Arbeitstätigkeiten und Beobachtungs- oder Inspektionstätigkeiten betroffen sind, ist eine solche Lösung unbefriedigend, da der Roboter häufig stillgesetzt werden muss. Auch bestimmte einfache manuelle Aufgaben gestalten sich sowohl für einen vollautomatischen wie auch einen teleoperierten Manipulator als technisch unverhältnismäßig aufwendig oder zeichnen sich durch ein ungünstiges Kosten-Nutzen-Verhältnis aus, weil zur Ablösung der einfachen manuellen menschlichen Tätigkeit das Robotersystem mit einer hochkomplexen Sensorik ausgestattet werden müsste. So ist das simple Entfernen eines kleinen Sicherungselementes wie eines Splintes für den Menschen eine einfache manuelle Tätigkeit, weil er die Lage des Splintes visuell erfassen und von Hand leicht herausziehen kann. Um dieselbe Aufgabe von einem Roboter durchführen zu lassen, muss dieser aber mit einer komplexen Sensorik versehen wer- den, die es ermöglicht, die Position des Elementes, in diesem Falle des Splintes, zu erfassen. Erst danach kann der Roboter den Splint entfernen. Soll dies beispielsweise mit Hilfe eines Telemanipulators geschehen, ist diese Tätigkeit zudem aufwendig, unzuverlässig und langsam.At best, alternatively, the human being in his function as worker or worker can intervene in his work activity and functionality by means of a telemanipulation operating mode of the multifunction robot. During operation and in the operating state of the multifunction robot, the working space and the movement space of the robot and the person must remain separate at all times so that the robot does not endanger the person. However, fully automated solutions require a certain degree of necessary sensor technology or perception, dexterity and / or decision-making capability for the proper functionality of the respective robot in order to be able to carry out a work process. For complex work processes, such systems therefore reach their limits with regard to the costs necessary for their implementation, with regard to system stability and with regard to process reliability. Especially in metallurgical and rolling mill equipment, the need to make a qualified and quick decision about the further course of action on the basis of observation by the human being, ie the worker or the work staff working in the respective work area, often occurs during certain manual work. For example, during maintenance work on a ladle, decisions must be made as to which parts should continue to be used and which should be replaced. This requires not only the recognition of each state but also requires a certain degree of decision-making ability to make the right decision. In the solutions known hitherto in the prior art, the industrial robots are then exposed or locked or locked in such a case, and a worker enters the movement space and working area of the robot surrounded by protective fences in order to make the necessary inspection and decision. In work processes that are affected by a frequent change of work activities and observation or inspection activities, such a solution is unsatisfactory because the robot often must be shut down. Also, certain simple manual tasks make both for a fully automatic and a teleoperierten manipulator as technically disproportionately expensive or are characterized by an unfavorable cost-benefit ratio, because to replace the simple manual human activity, the robot system would have to be equipped with a highly complex sensors , Thus, the simple removal of a small security element such as a sapwood for humans is a simple manual activity, because he can visually detect the position of the sapwood and easily pull out by hand. In order to have the same task done by a robot, however, it must be provided with a complex sensor system which makes it possible to detect the position of the element, in this case the cotter pin. Only then can the robot remove the split pin. If this is done, for example with the help of a telemanipulator, this activity is also complex, unreliable and slow.
Eine Möglichkeit dieses Problem zu mindern besteht darin, den jeweiligen Arbeitsplatz und die zugehörigen Arbeitsmittel an die Automatisierung anzupassen. So wird in der WO 2008/025562 A1 eine konkrete Implementierung für einen Schiebermechanismus einer Stahlpfanne vorgeschlagen, der dann mit Hilfe eines Roboters auswechselbar ist. Nachteilig bei diesem System ist es, dass der Aufwand, eine solche Anpassung vorzunehmen, erhebliche Kosten verursacht und damit die Wirtschaftlichkeit einer damit ausgestatteten Anlage aufgrund der damit verbundenen Investitionskosten vermindert. So ist es bei dem in der WO 2008/025562 A1 beschriebenen Beispiel so, dass jede Gießpfanne mit dem entsprechenden Schiebersystem und einer zugehörigen Befestigung ausgestattet werden muss.One way to alleviate this problem is to adapt the workstation and associated work equipment to automation. Thus, WO 2008/025562 A1 proposes a concrete implementation for a slide mechanism of a steel pan, which is then interchangeable with the aid of a robot. A disadvantage of this system is that the effort to make such an adjustment, causing significant costs and thus reduces the efficiency of a system equipped with it due to the associated investment costs. Thus, in the example described in WO 2008/025562 A1, each ladle must be equipped with the corresponding slide system and an associated attachment.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil bekannter Systeme besteht darin, dass bei ihrer Anwendung gegebenenfalls die Zugänglichkeit der jeweiligen Anlage verschlechtert ist. Während bei Manipulatoren die Sicherheit durch die verantwor- tungsvolle Bedienung durch den Menschen, d.h. das jeweilige Bedienungsper- sonal, sichergestellt wird, ist es bei konventionellen, vollautomatischen Industrierobotern aufgrund gesetzlicher Bestimmungen (in Europa beispielsweise die Richtlinie 2006/42/EG) notwendig, eine Abtrennung des Arbeits- und Bewegungsbereiches des Roboters vom Aufenthaltsort von Menschen, d.h. vom Bedienungspersonal, vorzusehen.Another significant disadvantage of known systems is that, if necessary, the accessibility of the respective system is impaired in their application. In the case of manipulators, safety is the result of the responsible operation by humans, ie the respective operating per- In addition, in the case of conventional, fully automated industrial robots, it is necessary, by virtue of legal provisions (in Europe, for example, Directive 2006/42 / EC), to provide for separation of the working and moving range of the robot from the location of persons, ie operators.
Schließlich ist es aus der WO 2007/057061 A1 bekannt, den tätigen Arbeitsroboter aus dem eigentlichen Arbeitsbereich herauszuschwenken, so dass dann die Zugänglichkeit des Arbeitsbereiches für Bedienungspersonal möglich ist. Das Wegschwenken des Roboters benötigt aber eine bestimmte Zeitspanne, so dass in Gefahrenmomenten gegebenenfalls wertvolle Zeit vergeht, bis Bedienungspersonal den Gefahrenbereich betreten und dort dem Gefahrenmoment entgegenwirken kann.Finally, it is known from WO 2007/057061 A1 to swivel out the active working robot from the actual working area, so that then the accessibility of the work area for operating personnel is possible. However, the pivoting away of the robot requires a certain period of time, so that in dangerous moments, if necessary, valuable time passes until operating personnel can enter the danger area and counteract the danger there.
Ferner sind Arbeitstätigkeiten in großtechnischen Anlagen, insbesondere in hüt- tenmännischen Anlagen, wie einer Metallhütte oder Stahlwerken, sowie Arbeitstätigkeiten an oder im Umfeld von Hochöfen oder Reduktionsöfen sowie Walzwerken grundsätzlich häufig sowohl mit einer erhöhten Gefährdung für das dort tätige Bedienpersonal, als auch oftmals mit den menschlichen Körper beeinträchtigenden Belastungen verbunden, die insbesondere unter ergonomischen Gesichtspunkten für den Menschen als bedenklich eingestuft werden. Insbesondere gilt dies für Arbeitstätigkeiten, die in Hitze- oder Emissions- belasteten Umgebungen stattfinden oder für Arbeitstätigkeiten, die eine schwere körperliche Betätigung, wie das Heben von Gewichten, umfassen.In addition, work activities in large-scale installations, in particular in custodian plants, such as a metalworks or steel mills, as well as work activities on or in the vicinity of blast furnaces or reduction furnaces and rolling mills, are generally often associated both with an increased risk for the operating personnel operating there, and often with the connected to human body debilitating loads, which are classified as particularly questionable from an ergonomic point of view for humans. In particular, this applies to work activities that take place in environments subject to heat or emissions, or to activities involving heavy physical activity such as lifting weights.
Aus diesem Grunde bestehen verstärkt Überlegungen, derartige Arbeitstätigkeiten zu automatisieren. Hierfür eignen sich insbesondere Industrieroboter, vorzugsweise Knickarmrobotern. Diese übernehmen dann für den Menschen gefährliche oder belastende Tätigkeiten und führen die jeweiligen Arbeitsvorgänge vollständig oder in Zusammenarbeit mit dem Menschen teilweise aus. Hier- durch ist das Gefährdungsrisiko für die Werker oder das Bedienpersonal reduziert.For this reason, there are increasing considerations to automate such work activities. Industrial robots, preferably articulated robots, are particularly suitable for this purpose. These then take on dangerous or stressful activities for humans and partially perform the respective work processes in full or in cooperation with humans. Here- This reduces the risk to workers or operators.
Da von Industrierobotern ihrerseits nun wiederum für menschliche Bedienpersonen Gefahren ausgehen, müssen in großtechnischen Anlagen Menschen vor den Robotern geschützt werden. Das jeweils zu beachtende Regelwerk ist in einschlägigen Industrienormen, beispielsweise der ISO 10218-1 :2006 und der ISO 10218-2:2008 festgehalten. Hierin ist unter anderem festgehalten, dass um den jeweiligen Industrieroboter herum Schutzbereiche definiert sind, die mit permanenten Schutzzäunen oder anderen permanent trennenden Sicherheits- einrichtungen von der außerhalb der Schutzbereiche liegenden Umgebung abgetrennt sind. In großtechnischen Anlagen, wie beispielsweise Metallhütten o- der Stahlwerken, ist aber nicht überall die Möglichkeit gegeben, derartige permanente Sicherheitseinrichtungen, wie Zäune, aufzustellen. Beispielsweise müssen auf einer Gießbühne einer Stranggießanlage im Rahmen der verschie- denen dort ablaufenden Arbeitstätigkeiten auch Bereiche vom Bedienpersonal betreten werden können, die ansonsten bei einer von einem Industrieroboter auszuführenden Arbeitstätigkeit als den Industrieroboter umgebender Schutzbereich ausgebildet sind.Since industrial robots in their turn pose dangers for human operators, humans must be protected from the robots in large-scale installations. The respective regulatory framework to be followed is laid down in relevant industry standards, for example ISO 10218-1: 2006 and ISO 10218-2: 2008. Among other things, it is stated here that protective areas are defined around the respective industrial robot, which are separated from the area outside the protected areas by permanent protective fences or other permanently separating safety devices. In large-scale facilities, such as metal huts o- steelworks, but is not everywhere given the opportunity to establish such permanent security facilities, such as fences. For example, on a casting platform of a continuous casting plant, within the scope of the various work activities taking place there, areas can also be entered by the operating personnel who are otherwise designed as a protective area surrounding the industrial robot in a work activity to be performed by an industrial robot.
Hinsichtlich der Ausstattung von Robotern mit Schutzbereichen ist es bekannt, einem Roboter unterschiedliche Schutzbereiche zuzuordnen. So ist es aus dem Bereich der Schweißtechnik bekannt, dass ein Roboter mit einem Werker zusammenarbeitet und hierbei der Roboter dem Werker zunächst das vorbereitete Material zum Handschweißen anreicht. Während des Schweißvorganges steht der Roboter an einer fixierten Position. Nach Abschluss des Schweißens tritt der Werker zurück und löst einen Schalter aus, der den Roboter in die nächste Schweißposition fährt. Der Vorgang wird solange fortgesetzt, bis alle Schweißpunkte gesetzt sind. Anschließend legt der Roboter das Endprodukt auf einer Palette ab. Während des gesamten Arbeitsvorgangs ist der Werker komplett geschützt. Denn der Roboter schöpft sein Potential an Geschwindigkeit nur aus, wenn der Werker sich außerhalb der als Gefahrenbereich definierten Schutzzone befindet. Hält sich der Werker dagegen in einer als Warnzone definierten Vorschutzzone auf, veranlasst ein Detektionselement eine reduzierte Geschwindigkeit des Roboters. Betritt der Arbeiter den unmittelbaren Schutzbereich, also die Schweißzone, stoppt der Roboter sofort. Tritt der Werker wieder aus dem Schutzbereich heraus, arbeitet der Roboter weiter. Unabhängig davon können von einem weiteren Werker mit einem Gabelstapler Paletten zu- und abtransportiert werden. Damit jedoch kein Mensch in Gefahr ist, sind dort ebenfalls schwebende Schutzräume eingerichtet. Sollte hier nun doch ein Mensch in den Gefahrenraum eintreten, zum Beispiel aus Unachtsamkeit, so stoppt der Roboter ebenfalls. Aus diesem aus der Praxis bekannten Stand der Technik ist es somit bekannt, einem Roboter Schutzbereiche unterschiedlicher Funktionalität, nämlich eine Warnzone und den unmittelbaren Schutzbereich, zuzuordnen. Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist es allerdings, dass hier das oder die Detektionselement(e) einer als Schutzbereich definierten Fläche zugeordnet sind. Wenn von einem Roboter nun die Ausführung verschiedener Arbeitstätigkeiten an unterschiedliche Arbeitspositionen durchgeführt und damit an den Arbeitspositionen unterschiedliche Arbeitsräume von dem jeweiligen Schutzbereich abgedeckt werden müssen, muss entweder ein entsprechend großer Schutzraum definiert sein oder es müssen mehrere Schutzbereiche definiert sein. Insbesondere bleibt dann die Problematik bestehen, dass es im Zusammenwirken von Industrieroboter und Mensch Arbeitsvorgänge gibt, die es notwendig machen, dass der um den Industrieroboter herum ausgebildete Schutzbereich im Rahmen bestimmter Arbeitstätigkeiten vom Bedienpersonal betreten werden muss.With regard to the equipment of robots with protective areas, it is known to assign a robot different protection areas. It is known from the field of welding technology, for example, that a robot cooperates with a worker and in this case the robot first supplies the worker with the prepared material for manual welding. During the welding process, the robot is in a fixed position. Upon completion of welding, the operator steps back and triggers a switch that moves the robot to the next welding position. The process continues until all welding spots have been set. The robot then places the final product on a pallet. Throughout the work process, the worker is completely protected. Because the robot only exploits its potential for speed, if the operator is outside the protection zone defined as the danger zone. On the other hand, if the worker maintains himself in a pre-protection zone defined as a warning zone, a detection element causes a reduced speed of the robot. If the worker enters the immediate area of protection, ie the welding zone, the robot stops immediately. If the worker leaves the protection area again, the robot continues to work. Regardless of this, pallets can be transported in and out by another worker with a forklift truck. However, so that no one is in danger, there are also floating shelters set up. If a person enters the danger area here, for example due to carelessness, the robot also stops. For this state of the art known from practice, it is thus known to associate a robot with areas of protection of different functionality, namely a warning zone and the immediate area of protection. A disadvantage of this prior art, however, is that here or the detection element (s) are assigned to a defined area as a protection area. If a robot now has to carry out various work activities at different work positions and thus different work spaces must be covered by the respective protection area at the work positions, either a correspondingly large protection space must be defined or several protection areas must be defined. In particular, the problem then remains that in the interaction of industrial robots and humans there are operations that make it necessary that the protected around the industrial robot protection area must be entered in the context of certain work activities by the operator.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die eine flexiblere Anpassung eines Roboters oder Robotersystems an unterschiedliche Grade einer Mensch-Roboter-Interaktion sowie einen flexibilisierten Einsatz eines Industrieroboters im Rahmen von Arbeitstätigkeiten und Arbeitsabläufen einer großtechnischen Anlage, insbesondere hüttenmännischen Anlage, ermöglicht.The invention has for its object to provide a solution that allows a more flexible adaptation of a robot or robot system to different degrees of human-robot interaction and a more flexible use of an industrial robot in the context of work activities and workflows a large-scale plant, in particular metallurgical plant allows.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung umfassend einen Roboter mit einer Robotersteuerung mit eine zugeordnete Mensch- Roboter-Schnittstelle beeinflussenden Betriebsarten und Betriebsmodi, die an unterschiedliche Automationsgrade des Roboters und/oder an unterschiedliche zeitliche und/oder örtliche Positionierungen der Interaktionspartner Mensch und Roboter in einem Arbeitsraum angepasst und/oder anpassbar ausgebildet sind, wobei dem Roboter, insbesondere Industrieroboter, zumindest ein von mit dem Roboter, insbesondere Industrieroboter, zusammenwirkenden Detektionsele- menten erfasster Schutzbereich zugeordnet ist, der hinsichtlich seiner Ausdehnung und Funktionalität Roboter-tätigkeitsbezogen und/oder Roboter- arbeitspositionsbezogen variierend und/oder variierbar ausgebildet ist und wobei der Roboter, insbesondere Industrieroboter, auf oder an einer auf einer Fahrbahn verfahrbaren Verfahreinrichtung angeordnet ist.This object is achieved by a device comprising a robot with a robot controller with an associated human-robot interface influencing modes and modes of operation, the different degrees of automation of the robot and / or to different temporal and / or local positioning of the interaction partners man and robot in adapted to a work space and / or adapted, wherein the robot, in particular industrial robots, at least one of the robot, in particular industrial robots, cooperating detection elements detected protected area is assigned, which in terms of its extent and functionality robot activity-related and / or robot is formed working position related and / or variable and wherein the robot, in particular industrial robot, is arranged on or on a traveling on a roadway moving device.
Durch die Erfindung wird eine flexible Lösung für die Gestaltung eines Robotersystems, seines Bewegungs- und Arbeitsbereiches sowie seine Arbeitsweise, einer arbeitsteiligen Aufgabenausführung mit zeitlicher und räumlicher Aufga- benteilung in Interaktion zu menschlichem Bedienungspersonal, geschaffen, so dass mehrere Aufgaben schnell und effizient wahrgenommen werden können, ohne dabei durch eine vollautomatische oder ferngesteuerte Auslegung des Robotersystems eingeschränkt oder beschränkt zu sein. Erfindungsgemäß wird somit erreicht, dass die Möglichkeiten moderner Industrieroboter mit menschli- eher Wahrnehmung und Entscheidungsfähigkeit kombiniert werden können. Dazu wird insbesondere in hütten- oder walzwerkstechnischen Einrichtungen oder Anlagen einem jeweiligen Arbeitsplatz ein Robotersystem zugeordnet, das sich flexibel an mehrere unterschiedliche Tätigkeiten innerhalb der jeweiligen Arbeitsumgebung anpassen lässt. Die Flexibilität des Robotersystems wird da- durch erreicht, dass das System verschiedene Betriebsmodi aufweist, die un- terschiedliche Formen der Zusammenarbeit zwischen einem menschlichen Arbeiter oder dem Bedienpersonal und dem Robotersystem zulässt sowie erweiterte Betriebsarten umfasst. Die Robotersteuerung ist entsprechend um diese Betriebsmodi erweitert. Hierzu werden für das Robotersystem verschiedene Interaktionsformen eingeführt, welche eine zwischen den Interaktionspartnern Roboter und Mensch in Form von Werkern oder Bedienungspersonal eine arbeitsteilige Aufgabenausführung mit verschiedener Ausprägung zeitlicher und räumlicher Aufgabenteilung ermöglichen. Die verschiedenen Interaktionsformen definieren dabei die Ebenen der zeitlichen und örtlichen Trennung zwischen den interagierenden Partnern Roboter und Werker, innerhalb des Bewegungs- oder Arbeitsraums des Robotersystems. Beispielsweise wäre eine direkte Zusammenarbeit von Arbeiter und Roboter, die gemeinsam eine Tätigkeit am gleichen Werkstück ohne ihre zeitliche und räumliche Trennung durchführen, eine solche Interaktionsform, die allgemein als Kollaboration bezeichnet wird. Diese Interaktionsform schließt ebenso den Vorgang des direkten Beobachtens mit ein, bei welcher der Roboter eigenständig eine Arbeit ausführt und vom Menschen, der sich im Bewegungsraum des Roboters aufhält, dabei beobachtet wird. Eine andere Interaktion wäre das alleinige Arbeiten des Roboters, während er von einem Menschen in sicherer Entfernung ferngesteuert wird. Hierbei liegt dann eine örtliche und zeitliche Trennung der Interaktionspartner im Ar- beitsraum vor.The invention provides a flexible solution for the design of a robot system, its movement and work area and its mode of operation, a division of tasks task with temporal and spatial task division in interaction with human operators, created so that multiple tasks can be performed quickly and efficiently without being limited or limited by a fully automatic or remote-controlled design of the robot system. According to the invention, it is thus achieved that the possibilities of modern industrial robots can be combined with human perception and decision-making capability. For this purpose, in particular in metallurgical or rolling mill equipment or systems, a robotic system is assigned to a respective workstation, which can be flexibly adapted to several different activities within the respective work environment. The flexibility of the robot system is achieved by virtue of the fact that the system has different operating modes, which various forms of cooperation between a human worker or the operator and the robot system, as well as extended modes of operation. The robot control has been expanded to include these operating modes. For this purpose, various forms of interaction are introduced for the robot system, which enable a work-sharing task execution between the interaction partners robot and human in the form of workers or operating personnel with different characteristics temporal and spatial division of tasks. The various forms of interaction define the levels of temporal and spatial separation between the interacting partners robot and worker, within the movement or working space of the robot system. For example, a direct collaboration of workers and robots working together on the same work piece without their temporal and spatial separation would be one form of interaction commonly referred to as collaboration. This form of interaction also includes the process of direct observation, in which the robot autonomously carries out a work and is watched by the human being, who is in the robot's range of motion. Another interaction would be the sole working of the robot while remotely controlled by a human at a safe distance. Here then there is a local and temporal separation of the interaction partners in the workroom.
Hierbei bildet die Vorrichtung ein Roboterinteraktionssystem aus, das sich durch mehrere Roboterbetriebsarten auszeichnet, die vorzugsweise neben dem sonst üblichen (voll-) automatisierten Betrieb neue und weitere Betriebsarten dem Roboterinteraktionssystem und der Robotersteuerung hinzufügen, die eine stärkere Interaktion mit dem Bedienungspersonal oder dem Werker zulassen.Here, the device forms a robot interaction system characterized by a plurality of robotic modes which, in addition to the usual (fully) automated operation, preferably add new and further modes of operation to the robot interaction system and the robot controller allowing for greater interaction with the operator or operator.
Eine solche neue Betriebsart ist der Manipulationsbetrieb, bei welchem sich derSuch a new mode is the manipulation operation in which the
Roboter im sogenannten Handbetrieb befindet. Im Manipulationsbetrieb wird der Roboter über eine Handsteuerung betrieben, die dem Arbeiter/Werker das direkte Steuerung der Achsen und/oder eine kartesische Steuerung des Endeffektors ermöglicht. Im Manipulationsbetrieb wird zwischen drei Modi mit unterschiedlicher Funktionalität unterschieden, die entsprechend dem Abstand zwischen Roboter und menschlichem Bedienungspersonal unterschieden werden.Robot is in the so-called manual mode. In manipulation mode, the robot is operated via a manual control, which gives the worker / worker the direct control of the axes and / or a Cartesian control of the end effector allows. In manipulation operation, a distinction is made between three modes with different functionality, which are differentiated according to the distance between the robot and the human operator.
Bei einem ersten Modus wird der Roboter als handgeführter Roboter betrieben. In diesem Modus kann das menschliche Bedienungspersonal den Roboter direkt mit den Händen führen. Dies wird durch Kraft-Moment Sensoren erreicht, die am Roboter angeordnet sind und den Druck messen, den der jeweilige Werker auf den Roboter, bevorzugt den Endeffektor bzw. ein zu bewegendes Teil des Roboters, ausübt.In a first mode, the robot is operated as a hand-held robot. In this mode, human operators can guide the robot directly with their hands. This is achieved by force-moment sensors, which are arranged on the robot and measure the pressure which the respective worker exerts on the robot, preferably the end effector or a part of the robot to be moved.
Ein anderer Modus besteht in der Führung des Roboters über eine Handsteuerung. In diesem Modus steht der jeweilige Werker neben dem Roboter, insbesondere innerhalb des Bewegungsraumes des Roboters, und betätigt den Ro- boter über eine Steuerung, die als Bedienpult in Form eines Steuerknüppels oder einer Kombination von Steuerknüppeln oder als Spacemouse ausgeführt ist.Another mode is to guide the robot via a hand control. In this mode, the respective worker stands next to the robot, in particular within the movement space of the robot, and actuates the robot via a control, which is designed as a control panel in the form of a joystick or a combination of joysticks or as a space mouse.
Ein weiterer Modus betrifft die teleoperierte Führung des Roboters über eine Handsteuerung, bei der das menschliche Bedienungspersonal/der Werker außerhalb des Bewegungs- und Arbeitsraumes des Roboters steht, beispielsweise in einem Kontrollraum, und den Roboter aus der Feme oder durch Kameras beobachtet, wobei dann die Handsteuerung wie im vorstehenden zweiten Modus ausgeführt sein kann. Im Manipulationsbetrieb stehen dem Bedie- ner/Werker die Möglichkeiten der Steuerung der Achsen und/oder die direkte Steuerung des Greifers/Werkzeugs des jeweiligen Roboters zur Verfügung.Another mode relates to the teleoperated guidance of the robot via a hand control in which the human operator / operator stands outside the movement and working space of the robot, for example in a control room, and watches the robot remotely or through cameras, then the Manual control as may be performed in the above second mode. In manipulation mode, the operator / worker has the possibility of controlling the axes and / or direct control of the gripper / tool of the respective robot.
Eine weitere Roboterbetriebsart ist der Halb-Automatikbetrieb, bei welchem derAnother robot mode is the semi-automatic mode in which the
Roboter Sequenzen eines Roboterprogramms automatisch abfährt. Im HaIb- Automatikbetrieb stellt der Roboter dem Bediener eine Reihe von programmier- ten Sequenzen zur Verfügung, die einzelnen Teilarbeitsschritten der jeweiligen Arbeitsaufgabe, die dem Roboter und dem Roboterinteraktionssystem zugeordnet sind, entsprechen. Der Bediener kann dabei jeweils einzelne Arbeitssequenzen anwählen und diese beliebig stoppen oder starten. In dieser Betriebsart werden Einzelarbeitsschritte im Wesentlichen im Wechsel zwischen Roboter und Mensch/Bediener durchgeführt. So öffnet beispielsweise der Arbeiter eine Klappe, tritt zur Seite und startet dann eine kurze Sequenz der Robotersteuerung, in welcher dieser einen schweren Gegenstand in die Öffnung legt. Nach dem Ende der automatisch durchgeführten Sequenz kann der Mensch die Klappe wieder schließen. Das Starten, Stoppen oder Anwählen von Sequenzen kann über ein leicht zu bedienendes Eingabegerät, eine Sprachsteuerung oder über sensorisch erkannte Gesten des Werkers/Bedieners geschehen. Der HaIb- Automatikbetrieb dient auch dem Eingriff des Bedieners in eine vollautomatische Programmsequenz, wenn diese aus nicht vorhergesehenen Gründen auf Probleme stößt oder Auffälligkeiten während des Arbeitsablaufes im Automatik- betrieb festgestellt werden. Der Bediener kann in diesem Fall den vollautomatischen Betrieb unterbrechen und wechselt in den Halb-Automatikbetrieb, der es ihm gestattet, einzelne Sequenzen zu wiederholen oder zu einem anderen Arbeitsschritt innerhalb des Programms zu springen. Die Funktionen im Halb- Automatikbetrieb sind beispielsweise „Pause", „Ausweichen", „Greifer aus/zu", „Play" (= zurücksetzen im Automatikbetrieb) oder „Arbeitsschritt vor- und zurückspringen"). Ebenso kann im Halb-Automatikbetrieb jederzeit in den Manipulationsbetrieb gewechselt werden.Robot sequences of a robot program automatically departs. In automatic mode, the robot provides the operator with a series of programming sequences that correspond to individual partial work steps of the respective work task associated with the robot and the robot interaction system. The operator can select individual work sequences and stop or start them as desired. In this operating mode, individual work steps are essentially carried out in the change between robot and human / operator. For example, the worker opens a door, steps aside, and then starts a short sequence of robot control, placing a heavy object in the opening. After the end of the automatically executed sequence, the human can close the flap again. The starting, stopping or selection of sequences can be done via an easy-to-use input device, a voice control or sensory detected gestures of the worker / operator. The semi-automatic mode also serves the intervention of the operator in a fully automatic program sequence if, for unforeseen reasons, it encounters problems or abnormalities are detected during the operating sequence in automatic mode. In this case, the operator can interrupt fully automatic operation and switch to semi-automatic mode, which allows him to repeat individual sequences or jump to another step within the program. The functions in semi-automatic mode are, for example, "pause", "dodge", "gripper off / closed", "play" (= reset in automatic mode) or "step forward / backward".) In semi-automatic mode, too to be changed the manipulation operation.
Femer ist es durch die erfindungsgemäß vorgesehene Variierbarkeit eines Schutzbereichs sowohl hinsichtlich seiner Ausdehnung als auch seiner Funktionalität möglich, jedem Roboter seinen eigenen Schutzbereich oder Sicherheitsbereich zuzuordnen, der je nach Arbeitstätigkeit variieren kann. Es ist nicht mehr notwendig, den von einem Roboter im Rahmen verschiedener Arbeitspositionen insgesamt bestrichenen Arbeitsraum mit einem Schutzbereich abzude- cken. Vielmehr ist es möglich, jeder Arbeitsposition einen Schutzbereich zuzu- ordnen, wobei sich die verschiedenen Schutzbereiche noch nicht einmal überlappen müssen. Auch ist es im Rahmen der Erfindung möglich, einem Schutzbereich unterschiedliche Funktionalitäten zuzuordnen. So kann es möglich sein, dass in dem einen Falle dem Schutzbereich die Funktion sofortiges Abschalten des Roboters zugeordnet ist, wohingegen in einer anderen Arbeitsposition dem Schutzbereich lediglich die Funktion Reduzierung der Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters zugeordnet ist.Furthermore, by virtue of the variability of a protected area provided according to the invention, both in terms of its extent and functionality, it is possible to assign each robot its own protected area or security area, which can vary depending on the work activity. It is no longer necessary to cover the working area with a protected area swept by a robot as a whole under various working positions. Rather, it is possible to assign a protection area to every work position. with the various protection areas not even having to overlap. It is also possible within the scope of the invention to assign different functionalities to a protected area. So it may be possible that in one case the protection area is assigned the function immediate shutdown of the robot, whereas in another working position the protection area is assigned only the function reduction of the working speed of the robot.
Insgesamt lässt sich durch diese flexibilisierte Ausgestaltung des einem Roboter oder Industrieroboter zugeordneten Schutzbereiches und -raumes oder Si- cherheitsbereiches sowie daraus folgend der Schutzräume einer mit mehreren Industrierobotern ausgestatteten großtechnischen Anlage, insbesondere hüttenmännischen Anlage, in gesamtheitlicher Betrachtung der Anlage ein gesamtheitliches, vollständiges Sicherheits- und Schutzkonzept zuordnen.On the whole, this flexible design of the protected area and space or security area assigned to a robot or industrial robot and, consequently, the shelters of a large-scale plant equipped with several industrial robots, in particular a metallurgical plant, can be used to provide a holistic, complete safety and security system Assign protection concept.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass die Betriebsarten und/oder die Betriebsmodi zu- und abschaltbar sind und der Roboter mittels der Betriebsarten und/oder Betriebsmodi an unterschiedliche Funktionalitäten und/oder Arbeitstätigkeiten anpassbar ist.In an embodiment, the invention provides that the operating modes and / or the operating modes can be switched on and off and the robot can be adapted to different functionalities and / or work activities by means of the operating modes and / or operating modes.
In allen Betriebsarten ist durch entsprechende Ausgestaltung der Vorrichtung sowie des Roboterinteraktionssystems sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunkt die notwendige Sicherheit des Arbeiters/Werkers gewährleistet ist. Ein Robotersystem sowie der zugehörige und zugeordnete Arbeitsbereich sind derart gestaltet, dass die unterschiedlichen Betriebsmodi, wie beispielsweise Telemanipu- lationsbetrieb, Kollaborationsbetrieb oder vollautomatischer Betrieb, ohne aufwendige Um- bzw. Nachrüstung, insbesondere des Roboters, im beliebigen Wechsel betrieben werden können.In all operating modes, it is ensured by appropriate design of the device and of the robot interaction system that the necessary safety of the worker / worker is ensured at all times. A robot system and the associated and associated work area are designed such that the different operating modes, such as Telemanipu- lationsbetrieb, collaboration mode or fully automatic operation, without complex conversion or retrofitting, especially the robot, can be operated in any change.
Ebenso ist die Gestaltung derart, dass die Zugänglichkeit der mit einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten hütten- oder walzwerkstechnischen Anlage erhalten bleibt und Fluchtwege im Falle von plötzlichen und gefährlichen Ereignissen nicht durch Gitter versperrt sind. Dies wird vor allem dadurch erreicht, dass das Roboterinteraktionssystem zum großen Teil ohne trennende Schutzeinrichtungen bei Einsatz des erfindungsgemäßen Roboterinteraktionssystems ausgelegt werden kann, so dass keine behindernden und/oder tren- nenden Gitter im Wege sind, falls Bedienpersonal/Werker den Arbeitsraum oder Arbeitsbereich des Roboters betreten muss. Die Maschinensicherheit der mit dem erfindungsgemäßen Roboterinteraktionssystem ausgestatteten hütten- oder walzwerkstechnischen Anlage wird statt durch trennende Schutzeinrichtungen der vorstehend beschriebenen Art durch sensorische Überwachung des Arbeitsbereiches und den Einsatz von sicheren Steuerungen und/oder einem Sicherheitssensorsystem realisiert.Likewise, the design is such that the accessibility of the metallurgical or rolling mill technology equipped with an inventive device Plant is maintained and escape routes in the case of sudden and dangerous events are not blocked by bars. This is achieved above all by the fact that the robot interaction system can be designed to a large extent without separating protective devices when using the robot interaction system according to the invention, so that no obstructing and / or separating grids are in the way if operating personnel / workers occupy the working space or working area of the robot must enter. The machine safety of the metallurgical or rolling plant system equipped with the robot interaction system according to the invention is realized by sensory monitoring of the working area and the use of safe controls and / or a safety sensor system instead of separating protective devices of the type described above.
Das vorstehend beschriebene flexible und/oder universelle mittels der Vorrichtung gebildete Roboterinteraktionssystem besteht vorzugsweise wenigstens aus den Komponenten Roboter, Sicherheitssensorsystem, sichere Steuerung und Mensch-Roboter-Schnittstelle, die in Form einer Handsteuerung oder einer Sprachsteuerung ausgebildet sein kann.The above-described flexible and / or universal robot interaction system formed by the device preferably consists at least of the components robot, safety sensor system, safe control and human-robot interface, which may be in the form of a hand control or voice control.
Der in diesem Roboterinteraktionssystem zum Einsatz kommende Roboter ist vorzugsweise ein universeller, vorzugsweise frei programmierbarer, Industrieroboter. Natürlich kann das Roboterinteraktionssystem auch mehr als einen Roboter, beispielsweise zwei im Sinne von Arbeitsroboter und Assistenzroboter zusammenwirkende Roboter umfassen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem oder den Roboter(n) um sechs-achsig bewegbare, deren Arbeits- oder Hand- habungsarm mit einem Wechselsystem zur Aufnahme verschiedener Werkzeuge, Greifer oder Messgeräte ausgestattet ist. Vorzugsweise sollte(n) der oder die Roboter für den Einsatz in extremen Arbeitsumgebungen, d.h. im Heiß- und/oder Gefahrenbereich von hüttentechnischen oder walzwerkstechnischen oder hüttenmännischen Anlagen, ausgelegt sein. Eine solche Ausstattung wird heute handelsüblich unter der Bezeichnung „Foundry"-Ausstattung vermarktet. Hierbei sind die Greifer und Werkzeuge natürlich entsprechend auszulegen.The robot used in this robot interaction system is preferably a universal, preferably freely programmable, industrial robot. Of course, the robot interaction system may also comprise more than one robot, for example two robots cooperating in terms of work robots and assist robots. Preferably, the robot (s) are six-axis movable, whose working or handling arm is equipped with a changing system for holding various tools, grippers or measuring devices. Preferably, the robot or robots should be designed for use in extreme working environments, ie in the hot and / or hazardous area of metallurgical or rolling mill technical or metallurgical plants. Such equipment will marketed commercially today under the name "foundry" equipment, whereby the grippers and tools are of course to be designed accordingly.
Die Erfindung zeichnet sich daher in Ausgestaltung auch dadurch aus, dass der Roboter insbesondere Industrieroboter, an einer hüttentechnischen oder walz- werkstechnischen Anlage angeordnet und dort einem Arbeitsplatz oder Arbeitsbereich zugeordnet ist.The invention is therefore also characterized in an embodiment in that the robot is arranged in particular industrial robot, at a metallurgical or rolling plant technical plant and assigned there a workplace or work area.
In weiterer Ausgestaltung sieht die Erfindung schließlich vor, dass dem Roboter insbesondere Industrieroboter ein einen Sensor oder eine Kombination von Sensoren umfassendes Sicherheitssensorsystem zugeordnet ist, das die Anwesenheit eines Menschen in einem dem Roboterarbeitsbereich zugeordneten Sicherheitsbereich und/oder Eingangsbereich und/oder Detektionsbereich de- tektiert.In a further embodiment, the invention finally provides that the robot, in particular industrial robots, is assigned a safety sensor system comprising a sensor or a combination of sensors, which detects the presence of a human in a safety area and / or entrance area and / or detection area assigned to the robot working area.
Das Sicherheitssensorsystem besteht vorzugsweise aus einer Kombination verschiedener Sensoren, die zum Erkennen menschlicher Anwesenheit geeignet sind. Das Sensorsystem ist dabei derart ausgelegt, dass menschliche Anwesenheit, beispielsweise das Betreten des Arbeitsbereiches, mit einem Maß an Sicherheit erkannt wird, so dass das Gesamtsystem den Anforderungen ge- setzlicher Vorschriften und Richtlinien wie beispielsweise der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG genügt.The safety sensor system preferably consists of a combination of various sensors suitable for detecting human presence. The sensor system is designed in such a way that human presence, for example entering the work area, is detected with a degree of safety, so that the overall system meets the requirements of statutory regulations and guidelines such as the Machinery Directive 2006/42 / EC.
Um dies zu erreichen umfasst das Sicherheitssensorsystem einzelne Sensoren, in der Regel jedoch eine Kombination von Sensoren, wobei die unterschiedli- chen Sensorentypen auch mehrfach und auch redundant vorhanden sein können. Für den Einsatz als Sensor in dem Sicherheitssensorsystem eignen sich beispielsweise Laserscanner, Lichtvorhänge, Lichtschranken, Kameras mit Tiefenerkennung, Infrarotkameras, Ultraschallsensoren, Trittmatten, RFID (Radio Frequency Identification), Scanner oder Kraft-Moment Sensoren. Auch Türkon- takte oder Schalter, die einem Arbeiter erlauben, dem Roboterinteraktionssys- tem oder dem Sicherheitssensorsystem anzuzeigen, dass der Arbeitsbereich betreten wird, sind für die Verwendung im Sicherheitssensorsystem geeignete Elemente. Die Elemente des Sicherheitssensorsystems, wie beispielsweise die verwendeten Sensoren, sind danach ausgewählt, dass sie den hüttentechnischen oder walzwerkstechnischen Einsatzumgebungsbedingungen entspre- chen und trotz der dort vorhandenen hohen Staub- und Hitzebelastungen sicher arbeitsfähig sind. Hierbei wird bei der Auslegung des Sicherheitssensorsystems die sich aus den Arbeitsumgebungen ergebende geringere Zuverlässigkeit und Lebensdauer, wie sie beispielsweise bei optischen Sensoren im Einsatzbereich mit hohem Staubaufkommen auftreten kann, berücksichtigt. Eine weitere Auf- gäbe des Sicherheitssensorsystems besteht in der Überwachung des zugeordneten Arbeitsplatzes oder Arbeitsbereiches in Bezug auf gefährliche Zustände, insbesondere Anlagenzustände, die nicht unbedingt unmittelbar und primär durch die Bewegungen oder Tätigkeiten des Roboters, sondern aus dem Zustand der Anlage oder den Gegebenheiten am Arbeitsplatz herrühren. So sind beispielsweise temperaturerkennende Sensoren vorgesehen, die nicht nur geeignet sind, menschliche Anwesenheit wahrzunehmen, sondern die ebenso in der Lage sind, heiße Flächen oder flüssigen Stahl zu erkennen, so dass bei Produktionsunfällen oder dem Versagen von anlagentechnischen Einrichtungen Gefahren erkannt werden können. Das System erhöht mit Meldungen über po- tentielle Gefahrenstellen die Sicherheit des Bedienpersonals und der Werker in dem jeweiligen Arbeitsbereich zusätzlich. Außerdem können Sensoren zur Erfassung von giftigen oder schädlichen Prozessgasen, z.B. Kohlenmonoxid, auch im Sinne einer Ergonomie- und/oder Arbeitssicherheitsüberwachung in das Sicherheitssensorsystem integriert sein. Die durch die Sensoren und das Sicherheitssensorsystem ermittelten und/oder verarbeiteten Signale werden dann der Robotersteuerung oder aber auch zugeordneten Sicherheitssystem zugeleitet, die dann im Gefahrenfall ggfs. Alarm auslösen und/oder beispielsweise den Roboter stillsetzen oder im Falle eines verfahrbaren Roboters diesen aus dem Gefahrenbereich herausfahren. Das ganz wesentliche Element des durch die Vorrichtung gebildeten Roboterinteraktionssystems ist die Robotersteuerung, die zum einen die unterschiedlichen Interaktionsformen zwischen Mensch und Roboter ermöglicht und die zum anderen gewährleistet, dass der Mensch nicht durch den Roboter gefährdet oder insbesondere verletzt wird. Die Robotersteuerung ist dabei mit folgenden Funktionsmerkmalen und Funktionalitäten ausgestattet, die sie steuern und/oder beeinflussen: die Robotersteuerung erzeugt und/oder überwacht eine sichere Begrenzung der Robotergeschwindigkeiten (kartesisch und achsbezogen);To achieve this, the safety sensor system comprises individual sensors, but as a rule a combination of sensors, whereby the different sensor types can also be present multiple times and also redundantly. For example, laser scanners, light curtains, light barriers, cameras with depth detection, infrared cameras, ultrasonic sensors, step mats, RFID (radio frequency identification), scanners or force-moment sensors are suitable for use as sensor in the safety sensor system. Also, door contacts or switches that allow a worker to enter the robot interaction system. To indicate to the safety sensor system that the work area will be entered are suitable elements for use in the safety sensor system. The elements of the safety sensor system, such as the sensors used, are selected to suit hulk or mill environment operational conditions and to operate safely despite the high levels of dust and heat exposure there. In this case, in the design of the safety sensor system resulting from the work environments lower reliability and life, as may occur, for example, in optical sensors in the field of application with high dust levels, taken into account. A further task of the safety sensor system is to monitor the assigned workstation or work area with regard to dangerous conditions, in particular system conditions that are not necessarily immediate and primarily due to the movements or activities of the robot, but rather from the condition of the system or the workplace conditions originate. Thus, for example, temperature-sensing sensors are provided, which are not only suitable to perceive human presence, but are also able to detect hot surfaces or liquid steel, so that dangers can be detected in production accidents or failure of equipment. The system also increases the safety of operating personnel and workers in the respective work area with messages about potential danger zones. In addition, sensors for detecting toxic or harmful process gases, for example carbon monoxide, may also be integrated in the safety sensor system in the sense of ergonomic and / or occupational safety monitoring. The signals determined and / or processed by the sensors and the safety sensor system are then fed to the robot controller or also assigned safety system, which then possibly trigger an alarm in the event of danger and / or shut down the robot, for example, or drive it out of the danger zone in the case of a mobile robot , The very essential element of the robot interaction system formed by the device is the robot control, which on the one hand enables the different forms of interaction between human and robot and on the other hand ensures that the human is not endangered or in particular injured by the robot. The robot controller is equipped with the following functional features and functionalities that they control and / or influence: the robot controller generates and / or monitors a safe limitation of the robot speeds (Cartesian and axis-related);
eine sichere Begrenzung des Bewegungsbereiches, durch beispielsweise virtuelle Wände, also einen Schutzbereich für den Roboter, der sich arbeitsplatzbezogen und/oder arbeitstätigkeitsbezogen verändern kann;a safe limitation of the range of motion, for example by virtual walls, that is to say a protective area for the robot, which can change in relation to work place and / or work activity;
einen sicheren Betriebshalt des Roboters an beliebiger Positiona safe operating stop of the robot in any position
und eine sichere Bremsrampenüberwachung.and safe braking ramp monitoring.
Eine weitere Komponente des Roboterinteraktionssystems ist die Mensch- Roboter-Schnittstelle, die verschiedene Interaktionsformen zwischen Mensch und Maschine/Roboter ermöglicht. Bei einer Interaktionsform in der keine zeitliche und örtliche Trennung der Interaktionspartner vorliegt, sich also beide Interaktionspartner im Arbeits- und/oder Schutzbereich des Roboters befinden, erlaubt die Mensch-Roboter-Schnittstelle dem Arbeiter das Bedienen des Robotersystems, das direkte Beobachten der Anlagenzustände aus nächster Nähe, vorzugsweise innerhalb des Bewegungsraumes des Roboters, und, falls erforderlich, das Eingreifen in den Prozess, wobei das Roboterinteraktionssystem dann insbesondere mit einer vom Bediener, dem Menschen, zu bedienenden Zustimmungseinrichtung oder einem elektromechanischem Zustimmungsschalter ausgestattet ist. Unter einem Zustimmungsschalter wird hierbei eine Schalt- einrichtung verstanden, die ständig betätigt sein muss, damit Steuersignale für gefahrbringende Zustände wirksam werden können. Zustimmungseinrichtungen oder elektromagnetische Zustimmungsschalter können als universelles 6D Eingabegerät, beispielsweise eine sogenannte Spacemouse, ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, diesen als in der Roboterhand oder dem Roboterendeffektor angebrachten Kraft-Moment Sensor auszubilden, welcher eine intuitive Führung des Roboters unter Beibehaltung der geforderten Sicherheit ermöglicht. Es ist aber auch eine Ausführung mit eingebauter Sprachsteuerung möglich. Dies bringt den weiteren Vorteil, dass der jeweilige Arbeiter oder Bediener sich frei im Arbeitsraum des Roboters bewegen kann. Bei allen Ausführungsformen ist die Zustimmungseinrichtung essentieller Teil der Steuerung, ebenso wie eine für den jeweiligen Bediener oder Arbeiter erkennbare und erfassbare Visualisierung oder visualisierte Darstellung des nächsten geplanten Arbeitsschrittes, so dass die zeitlich nächstfolgenden Bewegungen des Roboters für den Arbeiter nicht überraschend erfolgen.Another component of the robot interaction system is the human-robot interface, which enables different interaction forms between human and machine / robot. In the case of an interaction form in which there is no temporal and spatial separation of the interaction partners, ie if both interaction partners are located in the work and / or protection area of the robot, the human-robot interface allows the worker to operate the robot system, directly observing the plant states from the next Proximity, preferably within the range of movement of the robot, and, if necessary, the intervention in the process, the robot interaction system is then equipped in particular with an operator, the human, to be operated consent device or an electromechanical approval switch. An enabling switch is understood here to mean a switching device which must be constantly actuated, so that control signals for dangerous states can become effective. Approval devices or electromagnetic approval switches can be designed as a universal 6D input device, for example a so-called space mouse. But it is also possible to form this as mounted in the robot hand or the robot end effector force-moment sensor, which allows an intuitive guidance of the robot while maintaining the required safety. But it is also a version with built-in voice control possible. This has the further advantage that the respective worker or operator can move freely in the working space of the robot. In all embodiments, the consent device is an essential part of the control, as well as a recognizable and detectable for the respective operator or worker visualization or visualized representation of the next planned step, so that the temporal next movements of the robot for the worker is not surprising.
In vorteilhafter Ausgestaltung sieht die Erfindung weiterhin vor, dass der Roboter, insbesondere Industrieroboter, die im Rahmen eines Hüttenwerks oder eines Walzwerks mindestens einer einen Heiß- und/oder Gefahrenbereich aufweisenden Hütten- oder Walzwerksbetriebseinrichtung zugeordneten Arbeitstä- tigkeiten im Heiß- und/oder Gefahrenbereich durchführt. Damit ist das Bedienungspersonal und sind die Werker von Tätigkeiten im Heiß- und/oder Gefahrenbereich entlastet. Insbesondere bildet der jeweilige Roboter eine Schnittstelle zum Heiß- und/oder Gefahrenbereich aus, so dass die Erfindung weiterhin vorsieht, dass der Roboter, insbesondere Industrieroboter, derart angeordnet ist, dass während des Hütten- oder Walzwerkbetriebs von Einsatzkräften/Werkern im Zusammenhang mit den Arbeitstätigkeiten des Roboters, insbesondere Industrieroboters, manuell durchzuführende Tätigkeiten, insbesondere Zuarbeitstätigkeiten, zumindest im Wesentlichen außerhalb des Heiß- und/oder Gefahrenbereiches durchführbar sind. Um den Aktionsradius des Roboters zu vergrößern ist dieser mit seinen Arbeitsraum vergrößernden Mitteln ausgestattet. Diese Mittel umfassen Fahrbahnen und/oder Verfahreinrichtungen und/oder Fahrgestelle, die eine Verfahrbarkeit des Roboters ermöglichen. In Ausgestaltung sieht die erfindung in diesem Zusammenhang vor, dass der Roboter, insbesondere Industrieroboter, auf oder an der verfahrbaren Verfahreinrichtung relativ zu dieser verfahrbar angeordnet ist.In an advantageous embodiment, the invention further provides that the robot, in particular industrial robot, which performs at least one of a hot and / or hazardous area having metallurgical plant or rolling mill operating equipment assigned in the context of a metallurgical plant or rolling work in the hot and / or danger area , This is the operating personnel and the workers are relieved of activities in the hot and / or danger area. In particular, the respective robot forms an interface to the hot and / or danger area, so that the invention further provides that the robot, in particular industrial robot, is arranged such that during the operation of the mill or rolling mill of task forces / workers in connection with the work activities of the robot, in particular industrial robot, manually to be performed activities, in particular Zuarbeittätigkeiten, at least substantially outside the hot and / or danger area are feasible. In order to increase the radius of action of the robot this is equipped with his working space magnifying means. These means include roadways and / or moving devices and / or chassis, which allow mobility of the robot. In an embodiment, the invention in this context provides that the robot, in particular industrial robot, is arranged on or on the movable displacement device relative to this movable.
Dadurch, dass erfindungsgemäß nicht nur die Verfahreinrichtung verfahrbar ist, sondern auf der Verfahreinrichtung oder an der Verfahreinrichtung der Roboter, insbesondere Industrieroboter, verfahrbar angeordnet oder gelagert ist, ist nun eine 2-achsige oder bei Ausführung des Roboters als Portalkranroboter oder Brückenkranroboter eine 3-achsige Bewegung des Roboters mit Hilfe der Verfahreinheit möglich. Dies vergrößert den Aktionsradius des damit verfahrbaren Roboters. Insbesondere ist es möglich, die drei Achsen orthogonal zueinander anzuordnen, was bei einem Portalkranroboter oder Brückenkranroboter reali- siert ist.Due to the fact that according to the invention not only the traversing device can be moved, but is also movably arranged or mounted on the traversing device or on the traversing device of the robots, in particular industrial robots, a 2-axis or as robot gantry or overhead crane robot is now a 3-axle one Movement of the robot possible with the help of the track. This increases the radius of action of the robot that can be moved with it. In particular, it is possible to arrange the three axes orthogonal to one another, which is realized in the case of a gantry crane robot or overhead crane robot.
Eine besonders zweckmäßige und gut zu realisierende Möglichkeit der Ausgestaltung der Verfahreinrichtung oder -einheit besteht darin, dass diese in Form eines auf einer Fahrschiene als Fahrbahn fahrenden Trägers nach Art eines Kranträgers ausgebildet und mit einem darauf relativ zu diesem Träger verfahrbaren Fahrwerk des Industrieroboters nach Art einer Kranlaufkatze versehen ist. Die Erfindung sieht daher in Ausgestaltung vor, dass die Verfahreinrichtung einen auf der Fahrbahn verfahrbaren kranträgerartigen Träger umfasst, auf der ein den daran angeordneten Roboter, insbesondere Industrieroboter, aufwei- sendes Fahrwerk nach Art einer Kranlaufkatze verfahrbar angeordnet ist.A particularly expedient and easy to implement possibility of the design of the traversing device or unit is that it is designed in the form of a moving on a running rail as a roadway carrier in the manner of a crane carrier and with a movable relative to this carrier chassis of the industrial robot in the manner of a Crane trolley is provided. The invention therefore provides, in an embodiment, that the traversing device comprises a crane carrier-type carrier which can be moved on the roadway and on which a running gear mounted on the robot, in particular an industrial robot, is movably arranged in the manner of a crane trolley.
Mit Hilfe der Erfindung ist es somit ebenfalls möglich, den Roboter oder Industrieroboter oder eine Hantiereinrichtung oder Hantiermaschine an einem vom eigentlichen Einsatzort oder Bereich der Arbeitstätigkeit entfernten Ort während des Nichtgebrauches zu positionieren und dann gezielt in die Arbeitstätigkeits- position zu verfahren. Durch diese Kombination der Verfahreinrichtung mit dem Roboter oder der Hantiereinrichtung oder Maschine sind unzählige Kombinationen derartiger Vorrichtungen oder Einrichtungen möglich. Hierbei kann die Verfahreinrichtung Teil des Roboters oder Teil einer Gießanlage oder Gießbühne oder der hüttenmännischen, hüttenwerkstechnischen oder walzwerkstech ni- sehen Anlage sein, aber auch vollständig getrennt von der eigentlichen Gießmaschine oder Anlage aufgebaut werden. Auch ist es möglich, bestehende Anlagen mit Hilfe einer solchen Kombination aus Fahrbahn und Verfahreinrichtung und Roboter nachzurüsten.With the aid of the invention, it is thus also possible to position the robot or industrial robot or a charging device or a handling machine at a location remote from the actual place of use or area of operation during the period of non-use, and then to place it in the working mode. position to proceed. By this combination of the moving device with the robot or the Hantiereinrichtung or machine innumerable combinations of such devices or devices are possible. Here, the traversing device may be part of the robot or part of a casting or casting platform or the metallurgical, metallurgical or walzwerkstech ni plant, but also be completely separate from the actual casting machine or system built. It is also possible to retrofit existing systems using such a combination of carriageway and traversing device and robot.
Der Roboter kann in eine außerhalb seines mindestens einen Arbeitsbereiches angeordnete Ruheposition verfahrbar werden. Um den Roboter in Relation zum Fahrwerk flexibel und variabel positionieren zu können, kann die Verfahreinrichtung eine den Industrieroboter tragende oder einen Bestandteil des Industrieroboters ausbildende höhenveränderlich positionierbare Einrichtung oder TeIe- skopiereinrichtung umfassen. Dem Industrieroboter ist eine Steuerung zugeordnet, die es ermöglicht, ihn flexibel einzusetzen. So ist es möglich, die Steuerung durch Programmierung zusätzlicher Aufgaben zu erweitern und den Industrieroboter dadurch weiteren Einsatzmöglichkeiten und Tätigkeitsbereichen zuzuführen bzw. weitere Tätigkeiten von diesem ausführen zu lassen. Hierbei kann die Steuerung auch derart ausgelegt sein, dass von ihr oder mittels ihr variable oder fest vorgegebene Programmabläufe ausgeführt werden. Auch ist es möglich, die vom Industrieroboter durchzuführenden Aufgaben variabel durch insbesondere frei programmierbare oder parametrierbare Verfahrensabläufe zu erstellen. Hierbei kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Verfahrein- richtung und dem Industrieroboter eine gemeinsame oder getrennte Steuereinrichtungen) zugeordnet ist/sind. Hierbei kann es weiterhin von Vorteil sein, wenn der Industrieroboter prozessgesteuert und/oder automatisiert in den Arbeitsablauf der hüttenmännischen, hüttenwerkstechnischen oder walzwerkstechnischen Anlage integriert ist. Die Fahrbahn und damit der vorgesehene Fahrweg des Industrieroboters ist je nach Einsatzort flexibel an die jeweiligen örtlichen Gegebenheiten anpassbar und längs des Fahrweges bzw. der Fahrbahn lassen sich die verschiedensten Funktions- und Tätigkeitsbereiche für einen Industrieroboter ausbilden und anordnen. Dem Industrieroboter können daher längs des Fahrweges entlang der Fahrbahn eine oder mehrere Ruhepositionen und/oder Arbeitstätigkeitspositio- nen und/oder Versorgungs-, Ausstattungs- und/oder Wartungspositionen zugeordnet oder zugewiesen werden. In den Ruhepositionen kann der Industrieroboter verbleiben, während sein Einsatz nicht notwendig ist. Derartige Ruhepositionen befinden sich zweckmäßigerweise so weit außerhalb des sonstigen eigent- liehen Produktions- oder Gefahrenbereiches, dass der Industrieroboter in dieser Ruheposition die weitere Produktion, die in der jeweiligen hüttenmännischen, hüttenwerkstechnischen oder walzwerkstechnischen Anlage abläuft, nicht stört. Neben den Arbeitstätigkeitspositionen des Industrieroboters können längs des Fahrweges dann auch besondere Versorgungs- oder Ausstattungspositionen vorgesehen sein. In diesen Positionen wird der Roboter beispielsweise mit Spezialwerkzeug ausgestattet oder an diesen Positionen werden Werkzeuge gewechselt oder beispielsweise vom Roboter genommene Proben diesem abgenommen. Schließlich können am Fahrweg auch noch Wartungspositionen vorgesehen sein, in welchen der Roboter beispielsweise einer Inspektion unter- zogen oder auch repariert wird. Da erfindungsgemäß die Verfahrrichtung nach Art eines Kranes mit Laufkatze ausgebildet sein kann, ist es schließlich auch möglich, dass mittels der Verfahreinrichtung Hebetätigkeiten durchführbar sind. Es ist also auch möglich, die Verfahreinrichtung des Industrieroboters nach Art eines Hallenkranes für die Durchführung leichterer Hebetätigkeiten einzusetzen.The robot can be moved into a rest position arranged outside its at least one working area. In order to be able to flexibly and variably position the robot in relation to the chassis, the traversing device may comprise a device or telescopic device which supports the industrial robot or forms part of the industrial robot. The industrial robot is associated with a controller that makes it possible to use it flexibly. It is thus possible to expand the control by programming additional tasks and to thereby supply the industrial robot to further fields of application and areas of activity, or to have other activities carried out by the latter. In this case, the controller can also be designed such that variable or fixed program sequences are executed by it or by means of it. It is also possible to create the tasks to be performed by the industrial robot variably by, in particular, freely programmable or parameterizable process sequences. In this case, it can furthermore be provided that the displacement device and the industrial robot are or are assigned a common or separate control device (s). It may also be advantageous if the industrial robot process-controlled and / or automated in the workflow of metallurgical, metallurgical or rolling mill plant is integrated. Depending on the place of use, the roadway and thus the intended travel path of the industrial robot can be adapted flexibly to the respective local conditions and along the travel path or the roadway the most diverse functional and activity areas for an industrial robot can be formed and arranged. The industrial robot can therefore be assigned or assigned along the travel path along the roadway one or more rest positions and / or work activity positions and / or supply, equipment and / or maintenance positions. In the rest positions, the industrial robot can remain while its use is not necessary. Such rest positions are expediently so far outside the other peculiar lent production or danger area that the industrial robot in this rest position, the other production that takes place in the respective metallurgical, metallurgical or rolling plant technical facility, does not bother. In addition to the operating positions of the industrial robot can then be provided along the track and special supply or equipment items. In these positions, for example, the robot is equipped with special tools, or tools are changed at these positions or, for example, samples taken by the robot are taken from these. Finally, maintenance positions can also be provided on the track, in which the robot is subjected to an inspection or even repaired, for example. Since, according to the invention, the traversing direction can be designed in the manner of a crane with a trolley, it is finally also possible that lifting operations can be carried out by means of the traversing device. It is therefore also possible to use the traversing device of the industrial robot in the manner of a hall crane for carrying out lighter lifting activities.
Ganz besonders vorteilhaft ist der Roboter dann als Portalkranroboter oder Brückenkranroboter ausgebildet, weshalb die Erfindung weiterhin vorsieht, dass der Roboter, insbesondere Industrieroboter als Portalkranroboter oder Brückenkranroboter ausgebildet ist. Längs des Fahrweges können die vorstehend genannten Ruhepositionen und/oder Arbeitstätigkeitspositionen und/oder Versorgungs-, Ausstattungs- und/oder Wartungspositionen an jeder beliebigen Stelle längs des ausgebildeten Fahrweges angeordnet werden.The robot is then particularly advantageously designed as a gantry crane robot or bridge crane robot, for which reason the invention furthermore provides for the robot, in particular industrial robot, to be designed as gantry crane robot or overhead crane robot. Along the route, the abovementioned rest positions and / or working position and / or supply, equipment and / or maintenance positions can be arranged at any point along the formed track.
Die Erfindung umfasst auch den Aspekt der Ausstattung einer großtechnischen Anlage insgesamt sowie der einzelnen darin angeordneten Industrieroboter o- der Roboter derart, dass eine Identifikation und Definition verschiedener Schutzbereiche oder Sicherheitsbereiche innerhalb der Anlage erfolgt, die dynamisch an die jeweilige Arbeitstätigkeit des Roboters, die jeweils verwendeten Automatisierungssysteme und/oder den jeweiligen Zustand der großtechnischen Anlage anpassbar sind oder sich durch Variierung des Schutz- oder Sicherheitsbereiches gewünschtenfalls auch automatisiert selbsttätig anpassen. Eine solche Anpassung kann bedingt durch den Anlagenzustand, ggf. bestimmt durch den jeweiligen Produktions- und/oder Prozesszustand oder auch eine Notfallsituation, beispielsweise in Abhängigkeit von dem Zustand, ob gerade Stahl vergossen wird oder nicht, auch dann erfolgen, wenn sich an der Arbeitstätigkeit des Roboters nichts geändert hat.The invention also encompasses the aspect of equipping a large-scale plant as a whole as well as the individual industrial robots or robots arranged therein such that an identification and definition of different protection areas or safety areas within the plant take place dynamically to the respective working activity of the robot which is used in each case Automation systems and / or the respective state of the large-scale plant are adaptable or adapt themselves by varying the protection or security area, if desired, automatically and automatically. Such an adjustment may be due to the state of the system, possibly determined by the respective production and / or process state or an emergency situation, for example, depending on the state whether just steel is shed or not, even if take place at the work activity the robot has not changed anything.
Im Rahmen dieser variablen Gestaltungsmöglichkeiten sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, dass der dem Roboter, insbesondere Industrieroboter, zugeordnete Schutzbereich oder Sicherheitsbereich bei einem Verfahren des Roboters, insbesondere Industrieroboters, von diesem mitgeführt wird.Within the scope of these variable design options, the invention provides in an embodiment that the robot or industrial robot, in particular associated protection area or security area in a method of the robot, in particular industrial robot, is carried by the latter.
Die besondere Variabilität und Flexibilität der Vorrichtung ergibt sich gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung durch mehrere ihr in ihrer jeweiligen Arbeitsposition zugeordnete Schutzbereiche unterschiedlicher Ausdehnung und Funktionalität. Es ist also vorgesehen, dass sich die Ausdehnung und die Wirkweise (Funktionalität) eines Schutzbereiches oder Sicherheitsbereiches je nach Arbeitsposition des Roboters oder Industrieroboters ändert oder zumindest än- dem kann. Eine zweckmäßige weitere Ausgestaltung besteht dann noch darin, dass ein Schutzbereich einen Hauptschutzbereich, bei dessen Betreten der Roboter sofort still gesetzt wird, und einen Vorschutzbereich, bei dessen Betreten die Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters unmittelbar herabgesetzt wird, umfasst.The particular variability and flexibility of the device results according to a further embodiment of the invention by a plurality of their respective working position associated protection areas of different dimensions and functionality. It is therefore envisaged that the extent and mode of action (functionality) of a protected area or security area may change or at least change depending on the working position of the robot or industrial robot. An expedient further refinement then also consists in that a protection area comprises a main protection area, upon entering of which the robot is immediately immobilized, and a preassembly area, on whose entry the working speed of the robot is immediately reduced.
Um den besonderen Risiken bei einem Verfahren, insbesondere einem selbstständigen Verfahren auf eigenen Bewegungsachsen, eines Roboters oder Industrieroboters Rechnung zu tragen, kann der Einsatz oder die Verwendung einer manuellen Steuerung zur Durchführung des Verfahrens oder einer ande- ren Bewegung des Industrieroboters im Bereich der industriellen großtechnischen Anlage vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, dass der Roboter automatisch verfahren wird, was beispielsweise bei seiner Anordnung auf einer Fahrbahn oder an einer Kranbahn möglich ist, wobei dann der Schutzbereich mit verfahren wird und er sich dabei hinsichtlich seiner räumlichen Erstreckung ggf. ändert.In order to take account of the particular risks associated with a process, in particular a self-contained motion on a robot or industrial robot, the use or the use of manual control to carry out the process or other movement of the industrial robot in the industrial scale can be used Plant be provided. But it is also possible that the robot is automatically moved, which is possible, for example, when it is arranged on a roadway or on a crane runway, in which case the protection area is traversed and it thereby possibly changes in terms of its spatial extent.
Im Rahmen der Ausgestaltung eines Schutz- oder Sicherheitsbereiches ist es auch möglich, dass ein Schutz- oder Sicherheitsbereich durch manuelle Betätigung einer Robotersteuerungsfreigabevorrichtung durch eine Bedienperson unter Beibehaltung der, vorzugsweise verlangsamt durchgeführten, Arbeitstä- tigkeit des Roboters für ein Betreten durch eine Bedienperson freischaltbar ist.In the context of the design of a protective or security area, it is also possible that a protective or security area can be unlocked by manual operation of a robot control release device by an operator while maintaining the, preferably slowed performed, Arbeitstä- activity of the robot for entry by an operator.
Insgesamt können bei der Ausgestaltung einer industriellen großtechnischen Anlage beispielsweise vier Kategorien von Schutz- oder Sicherheitsbereichen vorgesehen sein. Diese können in folgende Kategorien eingeteilt werden: Bereiche permanenter Gefährdung.Overall, four categories of protection or security areas can be provided in the design of an industrial large-scale plant, for example. These can be divided into the following categories: areas of permanent danger.
Bereiche mit akut hoher Gefährdung (Hauptschutzbereiche)Areas with acute high risk (main protection areas)
Bereiche in direkter Nähe zu den Hauptschutzbereichen (Vorschutzbereiche)Areas in close proximity to the main protected areas (pre-protection areas)
Bereich ohne akute Gefahr. Die Bereiche permanenter Gefährdung sollten für Bedienpersonen möglichst vollständig unzugänglich, beispielsweise komplett umzäunt sein. Bei dem Hauptschutzbereich handelt es sich um den unmittelbaren Arbeitsbereich des Industrieroboters.Area without acute danger. The areas of permanent danger should be as completely inaccessible to operators as possible, for example, completely fenced. The main protection area is the immediate working area of the industrial robot.
Die Bereiche können durch einzelne oder verschiedene, in Kombination miteinander zusammenwirkende Detektionselemente überwacht und gegebenenfalls definiert werden. Als Detektionselemente kommen verschiedenste Sensoren wie Kontaktmatten, Laserscanner, Lichtschranken, RFID-Scanner (RFID = Radio Frequency Identification), Kameras oder ähnliches in Frage. Ergänzend können die Schutzbereiche auch durch Markierungen sowie durch so genannte Augmentage Reality Projektionen in Bildschirmen oder Bedienpaneelen markiert und visualisiert dargestellt werden. In diesem Falle können auf den Bildschirmen oder Bildpaneelen dem Bedienpersonal virtuell(e) Zusatzinformation über den/zu dem gegebenenfalls softwaretechnisch begrenzten Arbeitsraum des Roboters bei seiner aktuellen Tätigkeit in der realen Umgebung angezeigt werden. Hierbei bildet die Kombination und Zusammenfassung der verschiedenen Sensoren ein gegebenenfalls spezielle Visualisierungssysteme umfassendes Gesamtüberwach u ngssystem, was für eine zuverlässige und stabile Wirkung und Ausbildung der dem jeweiligem Industrieroboter variabel zugeordne- ten Schutzbereich sorgt.The areas may be monitored and optionally defined by single or different detection elements cooperating in combination. As detection elements a variety of sensors such as contact mats, laser scanners, photoelectric sensors, RFID (RFID = Radio Frequency Identification) scanner, cameras or the like in question. In addition, the protection areas can also be marked and visualized by markings as well as by so-called augmentation reality projections in screens or control panels. In this case, on the screens or image panels the operator virtual (e) additional information about the possibly software technically limited working space of the robot at its current activity in the real environment can be displayed. In this case, the combination and combination of the various sensors forms an overall monitoring system, possibly including special visualization systems, which ensures a reliable and stable effect and development of the protection area variably associated with the respective industrial robot.
Hinsichtlich der Hauptschutzbereiche ist in bekannter Art und Weise vorgesehen, dass in dem Fall, dass ein Mensch in einem durch einen fixierten oder standfest positionierten Industrieroboter definierten Hauptschutzbereich ein- dringt, während sich der Roboter beispielsweise in einem Automatikbetrieb mit voller Geschwindigkeit bewegt, so wird der Roboter sofort still gesetzt oder still gelegt. Dringt hingegen ein Mensch in einen definierten Vorschutzbereich des fixierten Roboters ein, wird die Maximalgeschwindigkeit des Roboters reduziert. Der Hauptschutzbereich selbst kann ohne ein Stilllegen des Industrieroboters nur dann betreten werden, wenn eine manuelle Zustimmungseinrichtung oder eine manuelle Betätigung einer Robotersteuerungsvorrichtung durch eine Be- dienperson erfolgt. Fehlt es an einer solchen manuellen Betätigung, erfolgt wiederum eine sofortige Abschaltung beziehungsweise Stillegung des Industrieroboters.With regard to the main protection areas, it is provided in a known manner that in the event that a person penetrates a main protection area defined by a fixed or steadily positioned industrial robot while the robot is moving at full speed in an automatic mode, for example Robot immediately shut down or shut down. If, on the other hand, a human being enters a defined pre-protection area of the fixed robot, the maximum speed of the robot is reduced. The main protection area itself can only be entered without a shutdown of the industrial robot, if a manual approval device or a manual actuation of a robot control device by an operator takes place. If there is no such manual operation, once again an immediate shutdown or shutdown of the industrial robot takes place.
Auch das Verfahren des Industrieroboters von einer Arbeitsposition oder - Station zu einer anderen kann manuell durch einen Bediener gesteuert und durchgeführt werden, der zu jedem Zeitpunkt den Industrieroboter im Blick hat. Während einer solchen Fahrt sind die Achsen des Industrieroboters selber gesichert, so dass für eine Bedienperson kein Risiko aufgrund unerwarteter Be- wegungen des Industrieroboters besteht.The process of the industrial robot from one working position or station to another can also be controlled and carried out manually by an operator who has the industrial robot in view at all times. During such a journey, the axes of the industrial robot itself are secured so that there is no risk for an operator due to unexpected movements of the industrial robot.
Mit den beschriebenen Industrierobotern oder Robotersystemen ausgestattete großtechnische Anlagen, insbesondere hüttenmännische Anlagen, umfassen alle Arbeitsplätze in Metallhütten oder Schmelzbetrieben von Stahlwerken, an Hochöfen oder Reduktionsöfen sowie an allen Arten von Walzwerken und deren Adjustage- und Inspektionslinien. Ebenso werden darunter alle Arbeitsplätze, die in Gießereien und im Bereich von Schmiedepressen sowie an Stranggießanlagen betrieben werden, verstanden. Auch alle Arten von Arbeitsplätzen an Stranggießanlagen in einem Stahlwerk zur Herstellung von Metallsträngen beliebigen Querschnitts aus flüssigem Metall, insbesondere aus flüssigem Stahl, sind darunter zu subsumieren. Letzteres sind insbesondere ein- oder mehrsträngige Gießanlagen zur Herstellung von Metallsträngen mit Brammen-, Dünnbrammen-, Vorblock- und Knüppelquerschnitten und von Metallsträngen mit beliebigen Profilquerschnitten.Industrial plants equipped with the described industrial robots or robotic systems, in particular metallurgical plants, comprise all workplaces in metalworking or smelting plants of steel works, on blast furnaces or reduction furnaces as well as on all types of rolling mills and their finishing and inspection lines. It also covers all workplaces that are operated in foundries and in forging presses and continuous casters. All kinds of jobs in continuous casting plants in a steel mill for the production of metal strands of any cross-section of liquid metal, in particular of liquid steel, are to be subsumed under it. The latter are, in particular, single-strand or multi-strand casting plants for the production of metal strands with slab, thin slab, billet and billet cross sections and of metal strands with any profile cross sections.
Ein mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auszustattender Arbeitsbereich ist beispielsweise der einer Gießmaschine zugeordnete Pfannenaufnahmebe- reich. Im Pfannenaufnahmebereich kann mit einem statischen Schutzbereich der Kategorie Bereich permanenter Gefährdung gearbeitet werden, da hier alle anfallenden Arbeiten wir Zylinderwechsel oder das Anschließen voll automati- siert werden können, so dass keine Notwendigkeit für Eingriffe durch Bedienpersonal besteht. Es bietet sich daher an, diesen Schutzbereich mit einer gegebenenfalls beweglichen, aber dauerhaft zu installierenden, trennenden Sicherheitseinrichtung, beispielsweise einem mobilen Zaun, auszustatten. Der in dem umzäunten Schutzbereich befindliche Industrieroboter überlappt bezüglich sei- ner durchzuführenden Arbeitstätigkeiten und der damit verbundenen Arbeitspositionen an keiner Stelle mit einer Zone oder einem Bereich, in der/dem sich Bedienpersonal befinden kann. Die Absicherung dieses Schutzbereiches kann über einen Schließkontakt an der Sicherheitseinrichtung, vorzugsweise dem Zaun, erfolgen.A working area to be equipped with a device according to the invention is, for example, the pan receiving area associated with a casting machine. In the ladle receiving area, it is possible to work with a static protection area of the category permanent endangerment, as all work involved in this case, such as changing cylinders or connecting fully automatic can be siert so that there is no need for intervention by operating personnel. It therefore makes sense to equip this protection area with a possibly movable, but permanently installed, separating safety device, for example a mobile fence. The industrial robot located in the fenced-in protection area does not overlap at any point with respect to its work activities to be carried out and the associated work positions with a zone or an area in which operating personnel can be located. The protection of this protection area can be done via a closing contact on the safety device, preferably the fence.
Im eigentlichen Gießbereich einer Stranggießanlage können verschiedene Bereiche vorgesehen sein.In the actual casting area of a continuous casting plant, various areas can be provided.
Im Bereich der Pfanne sind eine Reihe von Tätigkeiten durchzuführen, wie das Ankuppeln des Schattenrohres, das Freibrennen der Pfanne, das Aktivieren des Pfannenschiebers, die Industrieroboter mit einer großen Funktionalität und einem breiten Einsatzfeld bedienen, was es gegebenenfalls zweckdienlich erscheinen lässt, dass einige der Tätigkeiten oder Handreichungen vom Bedienungspersonal durchgeführt werden. Aus diesem Grunde wird ein zweigeteiltes Schutzkonzept vorgesehen. Zum einen wird ein Hauptschutzbereich definiert, der durch sensorische Bereichsüberwachung mittels eines Detektionselemen- tes abgedeckt ist, so dass sich feststellen lässt, ob sich eine Bedienperson innerhalb des Hauptschutzbereiches und damit des von diesem abgedeckten Arbeitsraums des Industrieroboters befindet. Befindet sich keine Person in dem Hauptschutzbereich, arbeitet der Industrieroboter mit voller Geschwindigkeit. Ist die Anwesenheit von Bedienpersonal in dem Hauptschutzbereich festgestellt oder zumindest vermutet, so wird der Roboter nur mit einer Betriebsrat „manuell niedrige Geschwindigkeit" unter Einsatz einer manuell betätigbaren Zustimmungsvorrichtung betrieben. Im Bereich des Verteilers fallen im Gießbereich eine Reihe von Tätigkeiten an, die einen Industrieroboter mit einem kleinen Aktionsradius erfordern. Das Einsatzgebiet beziehungsweise der Arbeitsraum des Roboters ist dabei derart, dass Bedienpersonal sich nicht in diesem Bereich aufhalten kann und darf, beispielsweise aufgrund der dort herrschenden hohen Temperaturen. Eine zusätz- liehe Gefährdung durch die Tätigkeit des Roboters ist für das Bedienpersonal an dieser Stelle daher nicht gegeben.In the field of ladle, a number of activities are to be carried out, such as the coupling of the shadow tube, the free running of the pan, the activation of the ladle, which serve industrial robots with a great functionality and a wide field of application, which may make it appropriate that some of the activities or by the operator. For this reason, a two-part protection concept is provided. On the one hand, a main protection area is defined, which is covered by sensory area monitoring by means of a detection element, so that it is possible to determine whether an operator is located within the main protection area and thus the working robot's working space covered by this. If no person is in the main protection area, the industrial robot operates at full speed. If the presence of operating personnel in the main protection area is ascertained or at least suspected, the robot is only operated with a "manually low speed" works council using a manually operable consent device. In the area of the distributor, there are a number of activities in the casting area which require an industrial robot with a small operating radius. The field of application or the working space of the robot is such that operating personnel can not stay in this area and may, for example due to the high temperatures prevailing there. An additional risk due to the activity of the robot is therefore not given to the operating personnel at this point.
Im Bereich der Kokille des Gießbereiches sind mehrere Arbeitstätigkeiten zu verrichten, die von einem Industrieroboter mit einem geringen, kleinen Arbeits- räum erledigt werden können. Hier besteht allerdings die Problematik, dass in diesem Bereich zudem vom Bedienpersonal zu verrichtende Arbeitstätigkeiten erforderlich sind, wobei dann der Arbeitsraum des Industrieroboters mit dem vom Bedienpersonal zu betretenden Arbeitsraum überlappt. Hier wird dann wiederum das zweigeteilte Schutzkonzept, bestehend aus einem Hauptschutzbe- reich und einem Vorschutzbereich, wie es vorstehend für den Bereich der Pfanne beschrieben ist, eingesetzt. Die Arbeit des Industrieroboters mit voller Geschwindigkeit ist auch in diesem Falle nur dann möglich, wenn sichergestellt ist, dass sich kein Bedienpersonal im Hauptschutz- und/oder Vorschutzbereich befindet.In the area of the mold of the casting area several work activities have to be performed, which can be done by an industrial robot with a small, small working space. Here, however, there is the problem that in this area are also required to be performed by the operator work activities, in which case the working space of the industrial robot overlaps with the work space to be entered by the operator. Here, in turn, the two-part protection concept, consisting of a main protection area and a preassembly area, as described above for the area of the pan, is used. The work of the industrial robot at full speed is in this case only possible if it is ensured that no operating personnel is in the main protection and / or Vorschutzbereich.
Ein anderes Einsatzgebiet für Industrieroboter besteht im Bereich von Stranggießanlagen in dort durchzuführenden Manipulationen und/oder sensorischen Messungen am Strang oder der Bramme. Da in diesem Bereich die Platzproblematik im Unterschied zu den Verhältnissen auf einer Gießbühne der Gießma- schine vernachlässigbar ist, kann in diesen Bereichen mit konventioneller Technik wie Schutzzäunen zur Umgrenzung der Schutzbereiche gearbeitet werden. Schutzzäune können auch im Bereich der Tundishwerkstatt, die dem Bereich einer Stranggießanlage zuzurechnen ist, vorgesehen werden. Dort wird neben Ausmauerungs- und Messtätigkeiten das Aufspritzen von feuerfestem Material zu Ausmauerung durchgeführt, wobei alle Tätigkeiten von Industriero- botern erledigt oder unterstützt werden können. Da diese einzelnen oder die einzelnen Arbeitsschritte im Bereich einer Tundishwerkstatt nicht parallel stattfinden müssen und auch nicht unter Zeitdruck stattfinden müssen, kann auch hier mit konventioneller Arbeitstechnik gearbeitet werden.Another field of application for industrial robots is in the field of continuous casting plants in there to be performed manipulations and / or sensory measurements on the strand or the slab. Since the space problem in this area is negligible, in contrast to the conditions on a casting platform of the casting machine, conventional areas such as protective fences can be used to delineate the protection areas in these areas. Protective fences may also be provided in the area of the tundish workshop, which belongs to the area of a continuous casting plant. In addition to masonry and surveying activities, the refractory material is poured into masonry, with all the activities of industrial can be done or supported. Since these individual or individual steps in the area of a tundish workshop do not have to take place in parallel and do not have to take place under time pressure, conventional working techniques can also be used here.
Um das vorstehend und nachstehend näher beschriebene, mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gebildete Roboterinteraktionssystem an den jeweiligen Arbeitsplatz oder Arbeitsbereich, dem der das Roboterinteraktionssystem aufweisende Roboter zugeordnet wird, anzupassen und die für die konkrete Aufgabe jeweils notwendigen Betriebsmodi und Betriebsarten zu bestimmen, wird wie folgt vorgegangen: zunächst wird eine detaillierte Analyse der an dem jeweiligen Arbeitsplatz oder dem jeweiligen Arbeitsbereich ablaufenden Arbeitsprozesse und Einzeltätigkeiten vorgenommen. Einzeltätigkeitsschritte, aus denen sich die Einzeltätigkeiten oder Arbeitsprozesse aufbauen und zusammensetzen, werden einzeln danach bewertet, ob sie sich eher für durch einen Roboter durchzuführende Tätigkeit oder für vom Menschen durchzuführende Tätigkeiten eignen. So werden ergonomisch und sicherheitstechnisch unbedenkliche Tätigkeiten dem Menschen zugeordnet, während gefährliche oder schwere Tätigkeiten dem Roboter zufallen. Ferner werden sensorisch aufwendige und ungefährliche Arbeiten dem Menschen zugeordnet. Eine weitere Gruppe stellen Tätigkeiten dar, die sowohl ein hohes Belastungspotenzial oder eine hohe Gefährdung darstellen als auch eine Inspektion und eine darauf aufbauende, menschliche Beurteilung erforderlich machen. In dieser Gruppe arbeiten Roboter und Mensch dann in direkter Interaktion im selben Arbeitsraum des Arbeitsbereiches oder Arbeitsplatzes des Roboters zusammen.In order to adapt the robot interaction system, which has been described in greater detail above and below, to the respective work station or work area to which the robot having the robot interaction system is assigned and to determine the respective operating modes and operating modes required for the specific task, the procedure is as follows: First, a detailed analysis of the work processes and individual activities taking place at the respective workplace or work area is carried out. Individual activity steps that build up and assemble the individual activities or work processes are evaluated individually according to whether they are more suited to robot-based activities or to human-related activities. Ergonomically and safety-friendly activities are assigned to humans, while dangerous or heavy activities fall to the robot. Furthermore, sensorially complex and harmless work are assigned to humans. Another group is activities that pose both high exposure or high risk, as well as an inspection and subsequent human assessment. In this group, the robot and the human then work together in direct interaction in the same working space of the work area or work station of the robot.
Die jeweiligen Zuordnungen können problemlos in einem jeweiligen Betriebsmodus, so dass mehrere Betriebsmodi oder Betriebsarten, die dann Interaktionsformen und daraus abgeleitete Betriebsarten umfassen, in der Robotersteuerung abgelegt oder an einem mit dieser zusammenwirkenden Speicher abge- legt und abgebildet werden, so dass das Roboterinteraktionssystem darauf Zugriff hat. Die Umsetzung der einzelnen Mensch-Roboter-Interaktionen in einem Betriebsmodus oder einer Betriebsart bildet nun jeweils den Ablauf ab, in dem das Mensch-Roboter-Team die jeweils gestellte Arbeitsaufgabe gemeinsam löst, wobei reine Robotertätigkeiten in Abwesenheit des Menschen durchgeführt werden können, was eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters gestattet, da die Sicherheitssteuerung dann keine Rücksicht auf die Anwesenheit von Bedienungspersonal im Arbeitsbereich und/oder Schutzbereich des Roboters nehmen muss. Ebenso kann der Roboter dann stillgesetzt werden, wenn menschliche, vom Bedienungspersonal oder Werker auszuführende Tätigkeit zu einem gegebenen Zeitpunkt über einen bestimmten Zeitraum durch- zuführen ist.The respective mappings can be easily stored in a respective operating mode, such that a plurality of operating modes or operating modes, which then comprise forms of interaction and derived operating modes, in the robot controller or stored on a memory cooperating therewith, so that the robot interaction system thereon Has access. The implementation of the individual human-robot interactions in an operating mode or an operating mode now forms in each case the sequence in which the human-robot team solves the task in question together, wherein pure robot activities can be carried out in the absence of humans, which is a higher operating speed of the robot is allowed, since the safety controller must then take no account of the presence of operators in the working area and / or protection of the robot. Likewise, the robot may be shut down when human activity to be performed by the operator or the operator is to be performed at a given time over a certain period of time.
Weiterhin sind die Betriebsmodi derart flexibel ausgelegt, dass es für einen Bediener des jeweiligen Roboters oder des Roboterinteraktionssystems jederzeit möglich ist, in den gegebenen, programmierten Arbeitsablauf einzugreifen und manuelle Eingriffe vorzunehmen, wenn je nach Einzelfall aus unvorhergesehenen Gründen die Weiterführung der programmierten voll- oder teilautomatisierten Lösung aus Sicht des Bedieners ungeeignet zu sein scheint.Furthermore, the operating modes are designed so flexible that it is always possible for an operator of the respective robot or robot interaction system to intervene in the given, programmed workflow and make manual intervention, if depending on the individual case for unforeseen reasons, the continuation of the programmed fully or partially automated Solution seems inappropriate from the operator's point of view.
Weiterhin ist es möglich, das Roboterinteraktionssystem auch an das überge- ordnete Prozessleitsystem anzuschließen, das der jeweiligen hüttentechnischen oder walzwerkstechnischen Anlage zugeordnet ist, so dass der aktuelle Betriebsmodus des jeweiligen Roboters, insbesondere Industrieroboters, der Arbeitsfortschritt der an dem jeweiligen Arbeitsplatz oder Arbeitsbereich des Roboters durchzuführenden Tätigkeit und/oder sensorisch erfasste Detektionser- gebnisse, die am jeweiligen Roboter oder in der Umgebung des Roboters angeordnete Sensoren liefern, an das übergeordnete Prozessleitsystem signalmäßig weitergeleitet und gemeldet werden.Furthermore, it is also possible to connect the robot interaction system to the higher-level process control system which is assigned to the respective metallurgical or rolling mill plant, so that the current operating mode of the respective robot, in particular industrial robot, is the work progress to be performed on the respective workstation or working area of the robot Activity and / or sensory detected detection results that provide sensors arranged on the respective robot or in the environment of the robot are signal forwarded to the higher-level process control system and reported.
Insgesamt wird mit Hilfe des Roboterinteraktionssystems ein System geschaf- fen, das es ermöglicht, einen Roboter universell einzusetzen, und zwar nicht nur für einen Betrieb in einer Betriebsart oder einem Betriebsmodus „vollautomatischer Betrieb", sondern auch in Betriebsarten oder Betriebsmodi in welchen eine Interaktion von Mensch/Arbeiter/Bediener und Roboter stattfindet, wobei sich der Mensch und der Roboter zeitlich und räumlich gemeinsam im Arbeitsund Bewegungsbereich des Roboters befinden, wobei sich Mensch und Robo- ter zeitlich nacheinander im selben räumlichen Bereich des Bewegungs- oder Arbeitsbereiches des Roboters befinden oder aber wobei Roboter und Mensch räumlich in getrennten Positionen und ggfs. auch zeitlich im Sinne von zu unterschiedlichen Zeiten anwesend oder aktiv tätig sind und dennoch in Interaktion zu Erledigung einer gemeinsamen Aufgabe miteinander zusammenarbeiten. Dies ist unterschiedlich zum bisherigen Stand der Technik, wonach entweder die Roboter für bestimmte Tätigkeiten programmiert werden und sowohl eine zeitliche als auch eine örtliche Trennung von Robotertätigkeiten und menschli- chen Tätigkeiten im Bereich der hüttentechnischen oder walzwerkstechnischenOverall, a system is created using the robot interaction system that makes it possible to use a robot universally, but not only for operation in an operating mode or a mode of operation "fully automatic operation", but also in operating modes or operating modes in which an interaction of human / worker / operator and robot takes place, wherein the human and the robot are temporally and spatially together in the working and movement area of the Robot and humans are temporally one after the other in the same spatial area of the movement or work area of the robot or where the robot and man spatially in separate positions and possibly also temporally in the sense of at different times present or active and yet interact in interaction to accomplish a common task, unlike the prior art whereby either the robots are programmed for particular activities and both temporal and local separation of robot activities and human T activities in the field of metallurgical or rolling technology
Anlagen stattfindet. In bekannten hüttenmännischen Anlagen findet nach der- zeitigem Stand der Technik keine gleichzeitige Interaktion von Roboter und Mensch statt. Sobald ein Mensch den Arbeitsbereich des Roboters betritt, wird der Roboter stillgesetzt. Dann kann der Mensch seine Inspektions- oder Wartungstätigkeit ausführen. Anschließend verlässt der Mensch den Arbeits- oder Bewegungsbereich des Roboters wieder, bevor dann der Roboter erneut agiert. Im Unterschied dazu ermöglicht es das erfindungsgemäße Roboterinteraktionssystem, dass Mensch und Roboter ohne zeitliche Trennung und/oder ohne örtliche Trennung in arbeitstechnische Interaktion zueinander treten. Beispielsweise ist es möglich, dass beide, d.h. Mensch und Roboter, im selben Arbeitsbereich, insbesondere im Arbeitsbereich des Roboters, zwar unterschiedliche Handgriffe oder Tätigkeiten, diese aber gleichzeitig ausführen, so dass keine zeitliche Trennung zwischen der Robotertätigkeit und der menschlichen Tätigkeit vorhanden ist. Darüber hinaus ist es möglich in diesem Arbeits- oder Bewegungsbereich des Roboters auch eine Interaktion derart durchzuführen, dass beispielsweise der Mensch eine erste Tätigkeit durchführt und der Roboter an- schließend das Arbeitsergebnis aufnimmt und weiterverarbeitet. In diesem Sin- ne liegt dann keine örtliche Trennung zwischen der menschlichen Tätigkeit und der Robotertätigkeit vor. Die weitere Möglichkeit besteht in der vollständigen Aufhebung einer örtlichen und zeitlichen Trennung, die beispielsweise dann gegeben ist, wenn in einem Bewegungs- oder Arbeitsbereich des Roboters der Mensch und der Roboter quasi Hand in Hand arbeiten, d.h. der Mensch dem Roboter beispielsweise ein Werkstück anreicht, welches dieser ergreift und dann weiterverarbeitet. Mit Hilfe dieses flexibilisierten Roboterinteraktionssystems ist es möglich, die Einsatzmöglichkeiten von Robotern im Bereich hüttenmännischer, hüttentechnischer oder walzwerkstechnischer Anlagen zu vergrößern. Dies führt zu einer Erhöhung der Arbeitssicherheit, einer Verbesserung der Ergonomiesituation für die Werker/Bediener, aber auch zu einer Qualitätsverbesserung. Dies wird mit Hilfe des Roboterinteraktionssystems erreicht, das den damit ausgestatteten Roboter zu einem flexiblen Automatisierungssystem zur Handhabung verschiedenster Interaktionsformen zwischen Mensch und Roboter weiterbildet, und das arbeitsteilige Aufgaben, Ausführungen und Durchführungen mit zeitlicher und räumlicher Aufgabenteilung zwischen Mensch und Roboter ermöglicht. Mit Hilfe des Roboterinteraktionssystems wird der Roboter mit einer Vielzahl möglicher Funktionen, Betriebsarten und Betriebsmodi ausgestattet, so dass er dann vergleichbar mit einem sogenannten Schweizer Messer nicht nur die Grundfunktion eines automatisiert Handha- bungsvorgängen oder Arbeitsvorgänge analog zur Schneidfunktion eines Messers durchführende Funktion besitzt, sondern darüber hinaus analog zum Schweizer Messer weitere Werkzeuge in Form von Betriebsarten oder Betriebsmodi umfasst. Ein solch flexibles oder universelles Roboterinteraktionssystem umfasst zumindest die Komponenten Roboter, Sicherheitssensorsystem mit den Funktionen Erkennen menschlicher Anwesenheit und Überwachung des Arbeitsplatzes auf gefährliche Zustände, Robotersteuerung und Mensch- Roboter-Schnittstelle, beispielsweise in Form einer Handsteuerung oder einer Sprachsteuerung. Die Flexibilität des Roboterinteraktionssystems wird dadurch erreicht, dass das System verschiedene Betriebsarten und/oder Betriebsmodi aufweist, die jeweils unterschiedliche Formen der Zusammenarbeit und Interak- tion zwischen einem menschlichen Arbeiter und dem Roboterbetrieb abbilden und zulassen, sowie erweiterte Betriebsarten umfasst. Die verschiedenen Betriebsarten und/oder Betriebsmodi sind entweder unmittelbar in der Robotersteuerung gespeichert oder in mit der Robotersteuerung zusammenwirkenden Speicherelementen gespeichert.Plants takes place. In known metallurgical plants, according to the current state of the art, no simultaneous interaction of robot and human takes place. As soon as a human enters the working area of the robot, the robot is shut down. Then the human being can carry out his inspection or maintenance work. Then the human leaves the working or moving area of the robot again before the robot reacts. In contrast, the robot interaction system according to the invention makes it possible for human beings and robots to enter into work-related interaction without temporal separation and / or without local separation. For example, it is possible that both, ie human and robot, in the same work area, in particular in the working area of the robot, although different handles or activities, but this run simultaneously, so that no temporal separation between the robot activity and human activity is present. In addition, it is possible to perform an interaction in this working or moving area of the robot in such a way that, for example, the human carries out a first activity and the robot then takes up and further processes the work result. In this sense There is no local separation between human activity and robot activity. The further possibility consists in the complete cancellation of a local and temporal separation, which is given, for example, when, in a movement or working area of the robot, the human being and the robot virtually work hand in hand, that is, if the human hands the robot, for example, a workpiece, which takes this and then further processed. With the aid of this flexible robot interaction system, it is possible to increase the possible applications of robots in the field of metallurgical, metallurgical or rolling mill technology. This leads to an increase in occupational safety, an improvement in the ergonomics situation for the workers / operators, but also to a quality improvement. This is achieved with the aid of the robot interaction system, which further develops the robot equipped with it into a flexible automation system for handling the most varied forms of interaction between human and robot, and which enables work-sharing tasks, executions and implementations with temporal and spatial division of tasks between human and robot. With the aid of the robot interaction system, the robot is equipped with a multitude of possible functions, operating modes and operating modes, so that it has not only the basic function of an automated handling operations or operations analogous to the cutting function of a knife performing function comparable to a so-called Swiss knife, but about it In addition, similar to the Swiss knife further tools in the form of operating modes or operating modes includes. Such a flexible or universal robot interaction system comprises at least the components robot, safety sensor system with the functions of detecting human presence and monitoring the workplace for dangerous conditions, robot control and human-robot interface, for example in the form of a hand control or voice control. The flexibility of the robot interaction system is achieved by the system having different modes of operation and / or modes of operation, each providing different forms of cooperation and interaction. mimic and tolerate the interaction between a human worker and robotic operation, as well as extended modes of operation. The various operating modes and / or operating modes are either stored directly in the robot controller or stored in memory elements interacting with the robot controller.
Um das System besonders flexibel zu gestalten ist es möglich, den Roboter verfahrbar auf Fahrbahnen anzuordnen, wobei diese Fahrbahnen auch in Form von Kranbahnen ausgebildet sein können. Dies ermöglicht es, den Bewegungsraum und die damit verbundenen Einsatzmöglichkeiten des mit einem Roboter- interaktionssystem ausgestatteten Roboters weiter zu vergrößern.In order to make the system particularly flexible, it is possible to arrange the robot movably on roadways, these roadways can also be designed in the form of crane runways. This makes it possible to further increase the range of motion and the associated possible uses of the robot equipped with a robot interaction system.
Unterstützt wird dies weiterhin dadurch, dass dem Roboter jeweils sich in Abhängigkeit von seiner Aufgabenstellung dynamisch ändernde Schutzbereiche oder Schutzräume zugeordnet werden, die sich roboterarbeitsplatzbezogen o- der robotertätigkeitsbezogen ausbilden oder ausbilden lassen.This is further supported by the fact that the robot is assigned depending on its task dynamically changing protection areas or shelters, which can be robotic workplace related or robot activities related training or training.
Da im Rahmen der Erfindung das Zusammenarbeiten von Mensch und Roboter, d.h. eine Mensch-Roboter-Interaktion vorgesehen ist, können die jeweiligen Industrieroboter mit einem je nach Einsatzzweck unterschiedlichen, skalierba- ren Automatisierungsgrad ausgestattet sein. Die Skalierbarkeit reicht hierbei von einem Roboter, der nahezu vollständig vom Menschen gesteuert wird, als dem einen Endpunkt der skalierbaren Automatisierung, bis zu einem Roboter, der ohne jegliche menschliche Kontrolle seine Aufgaben wahrnimmt, als dem anderen Ende der Automatisierungsskala. Hierbei steigt der Mechanisierungs- /Automatisierungsgrad eines Roboters mit steigendem Automatisierungsgrad an, während gleichzeitig der menschliche Bedienungsaufwand abnimmt. Stufen der skalierbaren Automatisierung sind beispielsweise am unteren Ende ein Te- leroboter, der als reiner Telemanipulator vom Einsatzpersonal/Werker gesteuert wird. Der nächste Schritt ist die Kombination des Teleroboters, der Teleoperati- onen durchführt, mit manuellen Arbeitsschritten, die ein Werker ohne Handha- bungseinrichtungen durchführt. Eine nächste Stufe ist beispielsweise, dass ein teilautomatisierter Assistenz- oder Arbeitsroboter Teilaufgaben selbstständig durchführt und in Interaktion mit diesem der Werker manuelle Arbeitsschritte durchführt. Die nächste Stufe kann dann aus der Kombination von per Teleope- ration mit einem Teleroboter durchgeführten Arbeitsschritten mit teilautomati- siert durch einen Roboter durchgeführten Arbeitsschritten und mit manuell vom Werker ausgeführten Arbeitsschritten bestehen. Hierbei wird der Roboter zweckmäßigerweise so ausgestaltet, dass er sowohl als (frei)programmierbarer Industrieroboter teilautomatisierte Vorgänge als auch in den reinen Telemanipu- latormodus als Teleroboter geschaltet werden kann. Die höchste Stufe ist dann die vollständige Automatisierung der gesamten an einer Hüttenwerkbetriebseinrichtung oder einer hüttentechnischen oder walzwerktechnischen Anlage anfallenden Arbeitstätigkeiten, die bisher beispielsweise von einem Werker durchgeführt wurden. Hier können dann auch verschiedene Roboter vollautomatisch zusammenarbeiten, so dass ein Assistenz- oder Arbeitsroboter in Kombination mit einem Serviceroboter Arbeitstätigkeiten durchführen kann.Since the cooperation of human and robot, ie a human-robot interaction, is provided within the scope of the invention, the respective industrial robots can be equipped with a scalable degree of automation that is different depending on the application. Scalability ranges from a robot that is almost completely human-controlled, to the one endpoint of scalable automation, to a robot that performs its tasks without any human control, as the other end of the automation scale. Here, the degree of mechanization / automation of a robot increases with increasing degree of automation, while at the same time reducing the human operating effort. At the lower end, scalable automation stages are, for example, a tele robot, which is controlled as a pure telemanipulator by the emergency personnel / worker. The next step is the combination of the teleroboter, which performs teleoperations, with manual work, which a worker without hands-on performing facilities. A next step, for example, is that a semi-automated assistance or work robot independently carries out subtasks and, in interaction with this, carries out manual work steps for the worker. The next step can then consist of a combination of teleworking with a telerobot, with partially automated steps performed by a robot, and with manual steps performed by the operator. In this case, the robot is expediently designed in such a way that it can be switched both as a (freely) programmable industrial robot and partially automated processes as well as in the pure telemanipulator mode as a telerobot. The highest level is then the complete automation of the entire work occurring at a metallurgical plant or a metallurgical or rolling mill technical plant, which were previously carried out for example by a worker. Various robots can then work together fully automatically so that an assistance or working robot can perform work activities in combination with a service robot.
Ebenso ist es möglich, den jeweiligen Industrieroboter skalierbar mit der jeweils benötigten „maschinellen Intelligenz" auszustatten. Die entsprechende „maschinelle Intelligenz" wird durch die sensorischen Fähigkeiten bestimmt, mit welchen der jeweilige Roboter, insbesondere Industrieroboter, ausgestattet ist. Während ein Industrieroboter ohne sensorische Fähigkeiten als „blinder" Roboter auf Aufgaben beschränkt bleibt, die ausschließlich das Kraft- und Hebevermögen des Roboters ausnutzen, kann ein Roboter mit Sensoren und damit einhergehender „maschineller Intelligenz" gegebenenfalls deutlich mehr und kom- plexere Arbeitstätigkeiten bewältigen. Allerdings ist eine Zunahme an „maschineller Intelligenz" auch mit einer zunehmend komplexeren Steuerung verbunden, was aber durch die erhöhte Anzahl an möglichen Arbeitstätigkeiten und damit an Einsatzmöglichkeiten begleitet wird. Stufen der skalierbaren „maschinellen Intelligenz" sind beispielsweise am unteren Ende ein ausschließlich ko- ordinatengesteuerter „blinder" Roboter ohne Sensorik. Die nächste Stufe könnte ein mit einer einfachen Sensorik, wie beispielsweise einer Lichtschranke, ausgebildeter Industrieroboter darstellen, gefolgt von einer Stufe eines Industrieroboters mit einfacher, die Außenumgebung wahrnehmenden Sensorik, der unter zumindest noch partieller menschlicher Kontrolle und Bedienungshandhabung steht. Die nächste Stufe könnte ein Roboter mit einer komplexen Sensorik, bei- spielsweise einem Kamerasystem, sein, der in der Lage ist, die Außenumgebung wahrzunehmen und einzuschätzen und situationsabhängig tätig zu werden. Die oberste Stufe wäre dann ein Roboter mit einer umfassenden, komplexen, dem Menschen überlegenen Sensorik, wie beispielsweise ein Industrieroboter, der mit hochauflösenden Kameras, z.B. Wärmebildkameras, ausgestattet ist und die erhaltenen Signale in einer zugeordneten Auswertungs- und Steuerungseinheit bearbeitet. Insbesondere betrifft dies so genannte autonome Roboter oder kognitive Robotersysteme.Likewise, it is possible to equip the respective industrial robot scalably with the respectively required "machine intelligence." The corresponding "machine intelligence" is determined by the sensory capabilities with which the particular robot, in particular industrial robot, is equipped. While an industrial robot with no sensory abilities as a "blind" robot remains limited to tasks that only exploit the power and lifting capacity of the robot, a robot with sensors and associated "machine intelligence" can handle significantly more and more complex work activities. However, an increase in "machine intelligence" is also associated with an increasingly complex control, but this is accompanied by the increased number of possible work activities and thus possible applications. "For example, levels of scalable" machine intelligence "are exclusively coordinate driven at the lower end "Blind" robot without sensors The next stage could be represent an industrial robot formed with a simple sensor, such as a light barrier, followed by a stage of an industrial robot with simple, external environment sensory sensing that is under at least partial human control and handling. The next step could be a robot with a complex sensor system, for example a camera system, which is able to perceive and assess the external environment and to act in a situation-dependent manner. The highest level would then be a robot with a comprehensive, complex, superior to humans sensor technology, such as an industrial robot, which is equipped with high-resolution cameras, such as thermal imaging cameras, and processes the signals received in an associated evaluation and control unit. In particular, this relates to so-called autonomous robots or cognitive robotic systems.
Diese mit einer skalierbaren „maschinellen Intelligenz" und einem skalierbaren Automatisierungsgrad ausgestatteten Industrieroboter werden im Bereich der hüttenmännischen, hüttentechnischen oder walzwerktechnischen Anlage derart und in Kombination zueinander, aber auch in Kombination mit manueller menschlicher Tätigkeit, eingesetzt, dass dem Grundgedanken und Grundkonzept eines ergonomischen und sicheren Arbeitens an der jeweiligen Hütten- werkbetriebseinrichtung genüge getan wird.These industrial robots, equipped with a scalable "machine intelligence" and a scalable degree of automation, are used in the field of metallurgical, metallurgical or rolling mill technology in such a way and in combination with each other, but also in combination with manual human activity, that the basic idea and basic concept of an ergonomic and safe Working at the respective metallurgical plant facility.
Hierbei kann es dann auch vorgesehen sein, dass jedem Roboter ein oder mehrere Schutzbereiche zugeordnet sind, die dynamisch, je nach Roboter- Arbeitstätigkeit oder je nach Roboter-Arbeitsposition unterschiedlich groß und dimensioniert sowie variierend ausgebildet sind. Auch dieser Gedanke unterstützt die Grundkonzeption eines ergonomischen und sicheren Arbeitens im Bereich einer hüttenmännischen Anlage an den einzelnen Hüttenwerkbetriebseinrichtungen. Um im Rahmen der Interaktion Mensch-Roboter die Übergabe von Tätigkeiten oder die Weiterführung von Tätigkeiten durch den Menschen außerhalb des Heiß- und/oder Gefahrenbereiches der jeweiligen Anlage durchführen lassen zu können, kann es auch vorgesehen sein, dass der jeweilige Industrieroboter verfahrbar im Bereich der jeweiligen Hüttenwerkbetriebseinrichtung oder hütten- technischen oder walzwerktechnischen Anlage angeordnet ist, so dass dadurch der Arbeitsbereich des Industrieroboters flexibilisiert und vergrößert werden kann und die sichere Übergabe von Tätigkeiten oder Werkstücken oder Ähnlichem an den Werker außerhalb des Heiß- und/oder Gefahrenbereiches der jeweiligen Hüttenwerkbetriebseinrichtung oder dem jeweiligen Arbeitsplatz oder Arbeitsbereich sichergestellt ist.In this case, it can then also be provided that each robot is assigned one or more protection areas which are designed to be different in size, dimensioned and varying depending on the robot's work activity or the robot's work position. This idea also supports the basic concept of ergonomic and safe working in the field of a metallurgical plant at the individual metallurgical plant facilities. In order to be able to have the transfer of activities or the continuation of activities by humans outside the hot and / or hazardous area of the respective installation carried out in the human-robot interaction, it can also be provided that the respective industrial robot can be moved in the area of The plant of the industrial robot can be flexibilized and enlarged and the safe transfer of activities or workpieces or the like to the worker outside the hot and / or danger zone of the respective metallurgical plant facility or the work or work area.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt inThe invention is explained in more detail below by way of example with reference to a drawing. This shows in
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Interaktionsform von Roboter und Bediener,1 is a schematic representation of a first interaction form of robot and operator,
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine zweite Interaktionsform vonFIG. 2 is a schematic representation of a second interaction form of FIG
Roboter und Bediener,Robots and operators,
Fig. 3 eine dritte Interaktionsform von Roboter und Bediener und inFig. 3 shows a third interaction form of robot and operator and in
Fig. 4 in schematischer Darstellung einen Einsatzbereich eines Roboters im Zusammenhang mit einem Brückenkran.4 shows a schematic representation of an application area of a robot in connection with a bridge crane.
Die Figuren 1-3 zeigen die Wirkungsweisen einer ein Roboterinteraktionssystem ausbildenden erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von im Bereich eines Pfannenstandes 7 einer hüttentechnischen Anlage bei im Rahmen der In- spektion und Pflege eines Pfannenschiebers 8 an einer Stahlpfanne 9 anfallen- den Arbeitstätigkeiten. Hierbei zeigt die Fig. 1 schematisch die Arbeitstätigkeit des Aufbrennens des Gießkanals, die Fig. 2 schematisch die Tätigkeit des Öff- nens des Schieberkastens und die Fig. 3 schematisch die Tätigkeit des Einsetzens einer neuen Schieberplatte.FIGS. 1-3 show the modes of action of a device according to the invention forming a robot interaction system on the basis of a pan stand 7 of a metallurgical plant during inspection and maintenance of a pan slide 8 on a steel pan 9. the work activities. 1 schematically shows the work activity of the firing of the pouring channel, FIG. 2 shows schematically the activity of opening the pusher box and FIG. 3 shows schematically the activity of inserting a new pusher plate.
Der Pfannenstand 7 stellt eine Vorrichtung eines Hüttenwerks oder Walzwerks im Sinne der Erfindung dar, die mit einem Schutzbereich oder Sicherheitsbereich 4, der von Detektionselementen erfasst ist, ausgestattete ist. In nicht dargestellter Weise ist der Schutz- oder Sicherheitsbereich 4 hinsichtlich seiner Ausdehnung und Funktionalität Roboter-tätigkeitsbezogen und/oder Roboter- arbeitspositionsbezogen variierend und/oder variierbar ausgebildet. Außerdem ist der Roboter 1 , insbesondere Industrieroboter, in ebenfalls nicht dargestellter Weise auf oder an einer auf einer Fahrbahn verfahrbaren Verfahreinrichtung angeordnet. Dem Roboter 1 kann eine Fahrbahn in Form einer aus zwei T- Profilen bestehenden Kranbahn zugeordnet sein, wobei auf der Fahrbahn und damit auf der Kranbahn dann eine verfahrbare Fahreinrichtung in Form einer Verfahreinrichtung angeordnet ist. Diese verfahrbare Fahreinrichtung kann in Form eines verfahrbaren kranträgerartigen Trägers ausgebildet sein, der längs der Fahrbahn oder der Kranbahn geführt bewegbar und verfahrbar ist. Auf einem solchen kranträgerartigen Träger kann dann ein Fahrwerk nach Art einer Kranlaufkatze ebenfalls verfahrbar positioniert und angeordnet. Das Fahrwerk ist somit quer und orthogonal zur Laufrichtung des verfahrbaren Trägers angeordnet. An dem Fahrwerk wird ein Industrieroboter oder Roboter 1 oder eine Hantiermaschine befestigt und angeordnet. Der Roboter 1 umfasst dann vorzugsweise eine zwei teleskopierbare und rechtwinklig zueinander angeordnete Armabschnitte aufweisende Teleskopeinrichtung, wobei die Armabschnitte einerseits rotierbar und andererseits ein- und ausfahrbar ausgebildet sind, so dass mittels eines Armabschnitts eine höhenveränderliche Positionierung des an deren Armabschnitts ermöglicht wird. Als Handhabungswerkzeug ist einer der teleskopierbaren Armabschnitte mit einem Greifwerkzeug ausgestattet, so dass der Roboter 1 im die gewünschte Funktionalität aufweist. Durch die An- Ordnung des Roboters 1 an dem relativ zu dem auf der Fahrbahn verfahrbaren kranträgerartigen Träger ebenfalls verfahrbaren Fahrwerk, ist er nicht nur durch die Rotations- und Ein- und Ausfahrbewegungen der seiner Teleskopierarme oder Armabschnitte, sondern auch zweiachsig einmal längs der Fahrbahn und einmal quer zur Fahrbahn bewegbar und verfahrbar. Dies eröffnet eine größere Variabilität hinsichtlich der Bewegungs- und Verfahrmöglichkeiten des Roboters 1. Die Fahrbahn kann als Kreisbahn geführte Krananlage, aber auch als schienengeführte Kreisbahn oder Teilkreisbahn ausgebildet sein. Längs der sich derart erstreckenden Fahrbahn sind mehrere Arbeitstätigkeitspositionen angeordnet und ausgebildet, an welchen der Roboter 1 jeweils definierte Arbeitstä- tigkeiten verrichtet.The pan stand 7 represents a device of a metallurgical plant or rolling mill in the sense of the invention, which is equipped with a protected area or security area 4, which is detected by detection elements. In a manner not shown, the protective or security area 4 is formed in terms of its extent and functionality robot activity-related and / or robot working position related varying and / or variable. In addition, the robot 1, in particular industrial robot, arranged in a manner not shown on or on a traveling on a roadway moving device. The robot 1 may be assigned a roadway in the form of a crane track consisting of two T-profiles, wherein then a movable driving device in the form of a moving device is arranged on the roadway and thus on the crane runway. This movable driving device can be designed in the form of a movable crane carrier-like carrier, which is guided and moved along the roadway or the crane runway. On such a crane carrier-like support a chassis in the manner of a crane trolley can then also positioned and arranged movable. The chassis is thus arranged transversely and orthogonal to the running direction of the movable carrier. An industrial robot or robot 1 or a handling machine is fastened and arranged on the chassis. The robot 1 then preferably comprises a telescopic device having two telescoping arm sections arranged at right angles to one another, the arm sections being rotatable on the one hand and retractable and extendable on the other hand so that a height-adjustable positioning of the arm section is made possible by means of an arm section. As a handling tool, one of the telescopic arm sections is equipped with a gripper tool, so that the robot 1 has the desired functionality. By the Order of the robot 1 on the relative to the movable on the roadway crane carrier-like carrier also movable chassis, he is not only by the rotation and retraction and extension of his telescopic arms or arm sections, but also biaxial once along the road and once across the road movable and movable. This opens up a greater variability with regard to the movement and travel possibilities of the robot 1. The roadway can be designed as a circular track guided crane system, but also as a rail-guided circular path or partial circular path. Along the thus extending roadway, a plurality of working-work positions are arranged and formed, at which the robot 1 performs respective defined work activities.
Die durchzuführenden Arbeitstätigkeiten finden in einer Interaktion von Mensch/Arbeiter/Bediener 2 und Roboter 1 statt. Der Roboter 1 ist mit einer Robotersteuerung ausgestattet, die eine zugeordnete Mensch-Roboter- Schnittstelle aufweist, welche zusammen Bestandteil eines Roboterinteraktionssystems sind, der die Mensch-Roboter-Schnittstelle beeinflussende Betriebsarten und Betriebsmodi umfasst. Diese unterschiedlichen Betriebsarten und Betriebsmodi sind an unterschiedliche Automationsgrade des Roboters und/oder an unterschiedliche zeitliche und/oder örtliche Positionierungen der Interaktionspartner Mensch 2 und Roboter 1 in einem Arbeitsraum angepasst und/oder anpassbar ausgebildet.The work activities to be performed take place in an interaction of human / worker / operator 2 and robot 1. The robot 1 is equipped with a robot controller having an associated human-robot interface, which together form part of a robot interaction system that includes modes and modes of operation that affect the human-robot interface. These different operating modes and operating modes are adapted and / or adapted to different degrees of automation of the robot and / or to different temporal and / or local positioning of the interaction partner human 2 and robot 1 in a work space.
Dem Roboter 1 ist im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 weiterhin ein überwachter Schutz- oder Sicherheitsbereich 4 zugeordnet, der von zwei überwachten Eingangsbereichen 5 und einem Wandabschnitt 6 sowie dem zu bearbeitenden Bereich der Stahlpfanne 9 umgrenzt ist. Sowohl der Sicherheitsbereich 4 als auch die überwachten Eingangsbereiche 5 werden mit Hilfe von Sensoren, die jeweils eine Sicherheitssensorik ausbilden und insbesondere dann reagieren, wenn ein Arbeiter oder Bediener 2 in den Sicherheitsbereich 4 eintritt, über die Robotersteuerung in Abhängigkeit von einem jeweils gewählten Arbeitsmodus und in Abhängigkeit von der aktiven Betriebsart entsprechende Roboteraktionen auslösen. Diese können darin bestehen, dass der Roboter 1 in eine Interaktion mit dem eintretenden Arbeiter oder Bediener 2 eintritt, dass der Roboter 1 seine Arbeitsgeschwindigkeit verlangsamt, dass der Roboter 1 stillgesetzt wird und/oder dass der Roboter 1 in eine Ruheposition zurückgefahren wird. Aber auch andere Aktionen können durch die Sicherheitssensorik ausgelöst werden.In the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 3, the robot 1 is further associated with a monitored protective or security area 4, which is delimited by two monitored entrance areas 5 and a wall section 6 and the area of the steel pan 9 to be machined. Both the security area 4 and the monitored entrance areas 5 are controlled via the robot control in dependence on a respectively selected one with the aid of sensors which each form a safety sensor system and in particular react when a worker or operator 2 enters the security area 4 Operating mode and depending on the active mode corresponding robot actions trigger. These may be that the robot 1 enters into an interaction with the entering worker or operator 2, that the robot 1 slows its operating speed, that the robot 1 is stopped and / or that the robot 1 is returned to a rest position. But other actions can be triggered by the safety sensors.
Die Fig. 1 zeigt eine erste Interaktionsform der Mensch-Roboter-Interaktion, bei welcher eine örtliche und zeitliche Trennung der beiden Komponenten Mensch 2 und Roboter 1 vorhanden ist und sich das Roboterinteraktionssystem in einer Betriebsart Vollautomatik oder Telemanipulation befindet, wobei bei letzterer der Bediener 2 den Roboter 1 mit Hilfe einer Bedienerkonsole 3 manuell steuert. Bei der in der Fig. 1 dargestellten Arbeitstätigkeit des Aufbrennens des Gießkanals führt der Roboter 1 diese Tätigkeit des Aufbrennens durch, da diese Tätigkeit aufgrund des damit verbundenen Gefährdungspotentials dem Roboter 1 zugeordnet ist. Der Roboter 1 brennt den Gießkanal vollständig eigenständig, in Abwesenheit des Bedieners 2, d.h. während sich der Bediener 2 außerhalb des überwachten Sicherheitsbereiches 4 befindet, auf. In Ausnahmefällen ist ein Aufbrennen des Gießkanals auch per Telemanipulation denkbar. In diesem Falle steuert dann der weiterhin außerhalb des Sicherheitsbereiches 4 positionierte Bediener 2 den Roboter 1 mittels seiner Bedienerkonsole 3. Da sich bei dieser Interaktionsform der Arbeiter/Bediener 2 außerhalb des Bewegungs- und Arbeitsraumes - und damit des überwachten Sicherheitsbereiches 4 - des Roboters 1 befindet, kann die Steuerung, insbesondere in Form der obenstehend erwähnten sicheren Steuerung oder Sicherheitssteuerung den Roboter 1 mit voller Arbeitsgeschwindigkeit bewegen. Dies geschieht solange, bis das den Sicherheitsbereich 4 und/oder den Eingangsbereich 5 überwachende Sensorsicherheitssystem oder die diesem zugeordnete Sicherheitssensorik die Anwesenheit von Personen feststellt. Betritt ein Mensch, beispielsweise ein Arbeiter 2, den überwachten Sicherheitsbereich 4 oder durchschreitet er den überwach- ten Eingangsbereich 5 so verbleibt dem Roboter 1 genügend Zeit die durch die Robotersteuerung dann bewirkte Einstellung des Brennprozesses durchzuführen und sich bzw. den aktuellen Arbeitsprozess stillzusetzen.FIG. 1 shows a first interaction form of the human-robot interaction in which a local and temporal separation of the two components human 2 and robot 1 is present and the robot interaction system is in a fully automatic or telemanipulation operating mode, with the operator 2 being the latter Manually controls the robot 1 using an operator console 3. In the work activity of burning the pouring channel shown in FIG. 1, the robot 1 carries out this burning operation, since this activity is assigned to the robot 1 due to the associated risk potential. The robot 1 burns the pouring channel completely autonomously, in the absence of the operator 2, ie while the operator 2 is outside the monitored safety area 4. In exceptional cases, a burning of the pouring channel by telemanipulation is conceivable. In this case, the operator 2, which is still positioned outside the security area 4, then controls the robot 1 by means of his operator console 3. In this interaction form, the worker / operator 2 is outside the movement and working space - and thus the monitored security area 4 - of the robot 1 , the controller, in particular in the form of the above-mentioned safe control or safety control, can move the robot 1 at full operating speed. This happens until the sensor security system monitoring the security area 4 and / or the entrance area 5 or the security sensor system assigned to it detects the presence of persons. If a person, for example a worker 2, enters the monitored security area 4 or passes through the monitored security area 4 The input area 5 thus leaves the robot 1 sufficient time to carry out the setting of the firing process brought about by the robot control and to shut down or the current work process.
Die Fig. 2 zeigt als zweite Interaktionsform die zeitliche Trennung von Roboter 1 und Arbeiter/Bediener 2, wobei eine örtliche Trennung nicht gegeben ist, da sich sowohl der Roboter 1 als auch der Arbeiter/Bediener 2 im überwachten Sicherheitsbereich 4 befindet. In dieser Stellung wird der Roboter 1 vorzugsweise in der Betriebsart Halbautomatik betrieben. In dieser Positionierung wird der Arbeitsvorgang des Öffnens eines Schieberkastens durchgeführt. Diese Arbeitstätigkeit ist für den Bediener 2 weder ergonomisch belastend noch gefährlich, andererseits wäre der zu betreibende sensorische Aufwand, um einen Roboter 1 derart auszustatten, dass er diese Arbeitstätigkeit vollautomatisch durchführen könnte, hingegen sehr groß. Entsprechend der dem Roboterinteraktionssystem zugrundeliegenden und vorstehend erläuterten Philosophie wird für diese Arbeitstätigkeit daher ein Betriebsmodus gewählt, in welchem der Bediener oder Arbeiter 2 diese Arbeitstätigkeit ausführt, während der Roboter 1 sicher stillgesetzt ist.FIG. 2 shows, as a second form of interaction, the time separation of robot 1 and worker / operator 2, wherein there is no local separation, since both the robot 1 and the worker / operator 2 are located in the monitored security area 4. In this position, the robot 1 is preferably operated in the semi-automatic mode. In this positioning, the operation of opening a pusher box is performed. This work activity is neither ergonomically stressful nor dangerous for the operator 2; on the other hand, the sensory outlay to be operated in order to equip a robot 1 in such a way that it could carry out this work activity fully automatically would be very great. According to the philosophy underlying the robot interaction system and explained above, therefore, an operation mode in which the operator or worker 2 performs this work while the robot 1 is safely stopped is selected for this work.
Die Fig. 3 zeigt als dritte Interaktionsform das zeitlich und örtlich gemeinsame Zusammenwirken von Roboter 1 und Bediener 2, so dass weder eine örtliche noch eine zeitliche Trennung zwischen Roboter 1 und Bediener 2 gegeben ist. In dieser Interaktionsform liegt im Ausführungsbeispiel die Betriebsart Halbautomatik oder Handbetrieb vor, mittels welcher die Arbeitstätigkeit des Einsetzens einer neuen Schieberplatte in den Boden einer Stahlpfanne 9 durchgeführt wird. Da eine Schieberplatte ein beträchtliches Gewicht aufweist, würde sich dieser Vorgang des Einsetzens einer neuen Schieberplatte für einen menschlichen Bediener 2 unter ergonomischen Gesichtspunkten als problematisch darstellen. Andererseits verlangt das Einsetzen der Schieberplatte in den Boden der Stahlpfanne 9 jedoch eine präzise Wahrnehmung der örtlichen Gegeben- heiten. Aufgrund dieser Rahmenbedingungen wird in diesem Falle mittels des Roboterinteraktionssystems nun eine Mensch-Roboter-Interaktion derart durchgeführt, dass der Roboter 1 in Anwesenheit des Arbeiters 2 in seinem Bewegungsraum die Schieberplatte in die direkte Nähe der Stahlpfanne 9 transportiert und dann der Bediener 2 per Handsteuerung mittels seiner Bedienerkonsole 3 den Roboter 1 steuert, so dass dieser vom Bediener 2 gesteuert die Schie- berplatte zur Beendigung dieser Arbeitstätigkeit oder dieses Arbeitsvorganges in den Schieberkasten am Boden der Stahlpfanne 9 einsetzt.FIG. 3 shows, as a third form of interaction, the temporally and spatially joint cooperation between robot 1 and operator 2, so that there is no local or temporal separation between robot 1 and operator 2. In this form of interaction is in the embodiment, the mode of operation semi-automatic or manual operation, by means of which the work activity of the insertion of a new slide plate is carried out in the bottom of a steel pan 9. Since a pusher plate has a considerable weight, this process of inserting a new pusher plate for a human operator 2 would be problematic from an ergonomic point of view. On the other hand, however, the insertion of the slide plate in the bottom of the steel pan 9 requires a precise perception of local conditions. Due to these conditions is in this case by means of Robot interaction system now performed a human-robot interaction such that the robot 1 in the presence of the worker 2 in its movement space, the slide plate transported in the immediate vicinity of the steel pan 9 and then controls the operator 2 by means of its operator console 3, the robot 1, so that controlled by the operator 2, the slide plate is used to terminate this work or this operation in the valve body at the bottom of the steel pan 9.
Der Roboter 1 kann als stationärer Roboter mit singulärem Arbeitsbereich für laufend wiederkehrende, sich wiederholende Tätigkeiten ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, Ausführungen vorzusehen, bei welchen kombiniert mehrere Roboter zusammenarbeiten und jeweils unterschiedliche Tätigkeiten oder Eingriffe an einer Hüttenwerkbetriebseinrichtung oder einer hüttenwerkstechnischen oder walzwerkstechnischen Anlage oder Einrichtung, wie beispielsweise einer Stranggießanlage in einem Stahlwerk, durchführen, die dann insbesonde- re als mobile Multifunktionsroboter ausgebildet sind.The robot 1 can be designed as a stationary robot with a singular work area for recurring, repetitive activities. However, it is also possible to provide embodiments in which several robots work together and each perform different activities or interventions on a metallurgical plant or a metallurgical or rolling mill plant or device, such as a continuous casting in a steel plant, then in particular as mobile Multifunction robot are formed.
Insgesamt wird durch die Erfindung demnach insbesondere mittels der Verfahreinheit also eine Arbeitsraum erweiternde Vorrichtung geschaffen, an der Handhabungsgeräte, vorzugsweise Roboter, in unterschiedlicher Bauart, Ach- senzahl, Tragfähigkeit und Steuerungsart angeordnet sein oder werden können. Beispielhaft für die verwendbare Bauart und Ausführungsform der Handhabungsgeräte seien Seilzugroboter, Scara- und Knickarmroboter oder Parallelkinematiken sowie deren Kombinationen benannt.On the whole, the invention accordingly provides, in particular by means of the moving unit, a working space widening device on which handling devices, preferably robots, can be or can be arranged in a different design, axle number, carrying capacity and control mode. Exemplary of the usable design and embodiment of the handling devices are cable pull robots, Scara- and articulated robots or parallel kinematics and their combinations named.
Die (Roboter-)Arbeitsraum erweiternde Vorrichtung kann beispielsweise in Brückenkran- oder Portalkranbauform sowie deren Kombination ausgeführt sein.The (robot) working space expanding device can be designed for example in bridge crane or gantry crane form and their combination.
Sonderbauarten, wie Kombinationen aus Industrieroboter mit einem Portal- o- der Brückenkran vereinen die Vorteile eines Arbeitsraum-erweiternden Portal- krans bzw. Brückenkrans mit den enormen Potenzialen moderner Industrieroboter.Special types, such as combinations of industrial robots with a gantry or overhead crane, combine the advantages of a workspace-expanding portal cranes and bridge cranes with the enormous potential of modern industrial robots.
In der Ausführung als Brückenkran werden über einem jeweils mehrere Arbeitsplätze umfassenden Bereich aufgeständerte (d. h. Tragkonstruktionen wie Gestelle oder Stützen sind mit Fußboden verbunden) oder flurfreie (d. h. an Decke oder Wand befestigt) Laufschienen errichtet, auf denen mindestens eine mit Fahrwerken ausgerüstete Kranbrücke angeordnet ist, auf der sich wiederum eine ebenfalls mit Fahrwerken ausgerüstete Laufkatze befindet, die wiederum eine Führungssäule mit Antrieben für die vertikale Bewegung aufweist und an deren Ende ein Handhabungsgerät, vorzugsweise ein Knickarmroboter befestigt ist. Das Handhabungsgerät kann sowohl aufrecht stehend, über Kopf, als auch seitlich montiert sein. Je nach Ausführung der Bewegungsachsen und Gelenke des Handhabungsgeräts ergeben sich Arbeitsräume unterschiedlicher Form wie quaderförmig oder zylinderförmig, bis zu räumlich z.B. beim Seilzug- roboterIn the embodiment as a bridge crane, elevated areas are erected above a respective area comprising several workplaces (ie supporting structures such as racks or supports are connected to the floor) or corridor-free (ie fixed to the ceiling or wall) on which at least one crane bridge equipped with trolleys is arranged, on which in turn is also equipped with trolleys trolley, which in turn has a guide column with drives for vertical movement and at the end of a handling device, preferably an articulated robot is attached. The handling device can be upright, overhead or laterally mounted. Depending on the design of the movement axes and joints of the handling device, work spaces of different shapes, such as cuboidal or cylindrical, result up to spatially, e.g. with the rope pull robot
Bei der Brückenkranbauweise können verschiedene Ausführungsformen eingesetzt werden: Die Anordnung als Linear-Brückenkran, der seinen Arbeitsbereich wie eine Linie überspannt (Linienportal) oder die Anordnung als Aus- leger-Brückenkran ist möglich. Für kurze Strecken ist eine zusätzliche Bewegung orthogonal zur Kranlängsachse realisierbar bei einem Auslegerportal und bei einer Ausführung als Flächen-Brückenkran kann das Handhabungsgerät auch über eine große Fläche beliebig positioniert werden (Flächenportal).In the bridge crane design, various embodiments can be used: The arrangement as a linear bridge crane, which spans its working area like a line (line portal) or the arrangement as a jib bridge crane is possible. For short distances an additional movement is orthogonal to the crane longitudinal axis feasible with a boom portal and in an embodiment as a surface bridge crane, the handling device can be positioned anywhere on a large area (area portal).
Vorteilhafterweise kann auf derselben Kranbrücke zu dem Handhabungsgerät eine konventionelle Hubwinde angebracht sein.Advantageously, a conventional hoist winch may be mounted on the same crane bridge to the handling device.
In der Ausführung als Portalkran werden über einem jeweils mehrere Arbeitsplätze umfassenden Bereich bodengebundene Laufschienen für die Tragkon- struktion / das Gestell angebracht, so dass auf einer auf dem Boden verlaufen- den Schienenlaufbahn / Gleislaufbahn der Portalkran bewegt werden kann. Alternativ ist es im Rahmen einer gleislosen Variante möglich, den Portalkran auf Rädern zu verfahren oder mit einem Raupenfahrwerk auszustatten. Der weitere Aufbau des Portalkrans entspricht dem des Brückenkran-Aufbaus.In the execution as gantry crane, floor-mounted rails for the supporting structure / frame are installed above an area comprising several workstations in each case, so that they can run on a floor-level rail. the rail track / track career of the gantry crane can be moved. Alternatively, it is possible in the context of a trackless variant to move the gantry crane on wheels or equipped with a crawler chassis. The further construction of the gantry crane corresponds to that of the bridge crane superstructure.
Je nach gewählter Ausführung der Arbeitssraum erweiternden Vorrichtung (Linear- Ausleger- und Flächenportal) ergeben sich entsprechend linien- bzw. flä- chenförmig oder räumliche Arbeitsraumerweiterungen.Depending on the selected design of the working space widening device (linear boom and surface gantry) arise corresponding line or surface-shaped or spatial workspace extensions.
Bei der (Roboter-)Arbeitssraum erweiternden Vorrichtung in einer Bauform als Kombination von Brücken- und Portalkran sind Laufschienen sowohl auf Tragkonstruktionen befestigt (aufgeständerte Bauweise) als auch zusätzlich auf dem Boden angeordnet, um das Verfahren der Tragkonstruktion / des Gestells zu ermöglichen. Dies kann ebenso in den zwei Varianten, wie vorstehend beschrieben ausgeführt werdenIn the (robot) working space expanding device in a design as a combination of bridge and gantry crane rails are both mounted on supporting structures (elevated construction) and additionally arranged on the ground to allow the method of the support structure / the frame. This can also be done in the two variants as described above
Aufgrund der mehrere Arbeitsplätze überspannenden Gestaltung der Vorrichtung können die Laufschienen bei der schienen- und gleisgebunden Bauweise außerhalb von Bereichen mit Gefährdung durch auslaufenden Flüssigstahl angeordnet werden.Due to the multi-workstation spanning design of the device, the rails can be arranged in the rail and track-mounted design outside of areas at risk from leaking liquid steel.
Die Anforderungen an die Konstruktion der vorgeschlagenen Vorrichtung für den Einsatz in hütten- und walzwerkstechnischen Einrichtungen (Heißbereiche, Handhabung und Transport von mehreren hundert Kilogramm bis zu tonnenschweren Teilen im unmittelbaren Umfeld, Einsatz für Groß- und Schwerma- schinen) sind sehr komplex, so dass die jeweils ausgeführte Konstruktion entsprechend stabil und robust ausgebildet ist.The requirements for the construction of the proposed device for use in metallurgical and rolling mill equipment (hot areas, handling and transport of several hundred kilograms to tons heavy parts in the immediate vicinity, use for large and heavy machinery) are very complex, so that each executed construction is designed to be stable and robust.
Die vorteilhafterweise so gewählte Ausführung ermöglicht es, jeden Punkt innerhalb des durch die Arbeitsraum erweiternde Vorrichtung gegebenen Arbeits- bereiches zu erreichen und einem Roboter somit eine beliebig große Anzahl von Arbeitsplätzen zuzuordnen.The advantageously so chosen embodiment makes it possible, every point within the working space widening device given by the working space reach a robot and thus allocate an arbitrarily large number of workstations.
Wird diese so gewählte Ausführung zusätzlich mit einem dynamischen Sicherheitskonzept, d.h. einem mit dem Roboter mitbewegten Schutzbereich kombi- niert, können alle Vorteile eines automatisierten Systems hinsichtlich Ergonomie, Arbeitssicherheit, Prozessoptimierung sowie Produktionssteigerung voll ausgeschöpft werden.If this so selected design is additionally provided with a dynamic security concept, i. Combined with a protected area that moves along with the robot, all the advantages of an automated system can be fully exploited with regard to ergonomics, occupational safety, process optimization and increased production.
Die vorteilhafterweise so gewählte Ausführung ermöglicht es, jeden Punkt in- nerhalb des durch das Portal gegebenen Arbeitsbereiches zu erreichen und somit eine beliebig große Anzahl von Arbeitsplätzen anzuordnen, dies insbesondere auch dann, wenn diese auf verschiedenen Höhen gelegen sind. Ebenso vorteilhaft ergibt sich aus dieser Ausführung, dass der Bodenbereich frei bleiben kann, so dass ein Arbeiter auch in direkter Nähe des (temporär stillge- setzten) Roboters barrierefrei arbeiten kann, d.h. ohne dass sein Weg dabei behindert wird (Barrierefreie Hallenböden und Arbeitsbühnen). In einer Ausführung als flexible Automatisierungslösung des Handhabungsgerätes, welche die direkte Zusammenarbeit zwischen Roboter und Arbeiter gestattet, ist die Arbeitsraum erweiternde Vorrichtung von zusätzlichem Vorteil, da das Handha- bungsgerät, insbesondere Roboter, aber auch Manipulator, weitestgehend aus dem Aufenthaltsraum des Menschen heraus gehalten werden kann (Werker auf Hallenbodenniveau, Handhabungsgerät oberhalb).The embodiment thus advantageously selected makes it possible to reach every point within the working area given by the portal and thus to arrange an arbitrarily large number of workplaces, in particular even if these are located at different heights. It is also advantageous from this embodiment that the floor area can remain free, so that a worker can also work barrier-free in the immediate vicinity of the (temporarily immobilized) robot, i. without hindering his path (barrier-free indoor floors and working platforms). In an embodiment as a flexible automation solution of the handling device, which allows the direct cooperation between robot and worker, the work space expanding device is of additional advantage, since the handling device, in particular robot, but also manipulator, are kept as far as possible out of the common room of the person can (worker on hall floor level, handling device above).
Optional kann noch eine Anbindung des Systems an das Prozessleitsystem der jeweiligen Anlage erfolgen, so dass aktueller Betriebsmodus, Arbeitsfortschritt wie auch sensorische Beobachtungen weiter gemeldet werden können.Optionally, the system can also be linked to the process control system of the respective system so that the current operating mode, work progress as well as sensory observations can be reported further.
Hierbei ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, ein Verfahren anzuwenden, das ein Verfahren zum Betrieb des jeweiligen Anlagenbereiches unter Ein- bindung von mindestens einem Handhabungsgerät auf der Arbeitsraum erwei- ternden Vorrichtung ausbildet, welches sich dadurch auszeichnet, dass von einem Prozessrechner oder einer zentralen Leiteinrichtung Steuersignale an die Arbeitsraum erweiternde Vorrichtung und / oder das Handhabungsgerät, insbesondere Roboter, gegeben werden.In this context, it is also possible within the scope of the invention to use a method which provides a method for operating the respective system area, including at least one handling device on the work space. ternden device is formed, which is characterized in that by a process computer or a central control device control signals to the working space expanding device and / or the handling device, in particular robots are given.
Eine Arbeitsraum erweiternde Vorrichtung in Brückenkranbauform ist in Figur 4 dargestellt. Hierbei überdeckt der Brückenkran die gesamte Breite der Gießbühne 73. Vorteilhafterweise sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Kranbrücken 86 mit jeweils einer Laufkatze 71 und jeweils einem Universalroboter R7 angeordnet.A working space-expanding device in bridge crane design is shown in FIG. In this case, the bridge crane covers the entire width of the casting platform 73. Advantageously, in this exemplary embodiment, two crane bridges 86 each having a trolley 71 and in each case a universal robot R7 are arranged.
Befindet sich die Verteilerrinne 75 in Gießposition, wird ihr die in Figur 4 rechte Kranbrücke 86 mit der Laufkatze 71 und dem Roboter R7 zugeordnet. Diese Kranbrücke mit der Laufkatze und dem Roboter kann dann notwendige Arbeiten an der Verteilerrinne 75 ausführen.If the distributor channel 75 is in the pouring position, it is assigned the right crane bridge 86 in FIG. 4 with the trolley 71 and the robot R7. This crane bridge with the trolley and the robot can then perform necessary work on the distribution trough 75.
In dem vorliegenden Beispiel liegen die Arbeitsgebiete teilweise sogar außerhalb des von der Arbeitsraum erweiternden Vorrichtung umschlossenen Raumes. Durch die Ausführung als Knickarmroboter kann in diesem Beispiel der Roboter R7 auch außerhalb des durch die Trägerkonstruktion begrenzten Be- reiches Tätigkeiten ausführen.In the present example, the work areas are sometimes even outside the space enclosed by the work space widening device. Due to the design as an articulated robot, in this example the robot R7 can also carry out activities outside the area bounded by the support structure.
Beispielhaft können im Bereich der Gießbühne 73 einer hüttentechnischen Anlage die folgenden Arbeiten durchgeführt werden:By way of example, the following work can be carried out in the area of the casting platform 73 of a metallurgical plant:
Schattenrohrwechsel TauchrohrwechselShadow tube change immersion tube change
Temperaturmessung und Probenahme im VerteilerTemperature measurement and sampling in the distributor
Zugabe von Abdeckpulver in den VerteilerAdd covering powder into the distributor
Zugabe von Gießpulver in die KokilleAdding casting powder into the mold
Setzen von Verbundkörben bzw. Trennplatten beim Sequenzguss Entfernen von Anbackungen in der Kokille Ein weiteres Beispiel für die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein mit mehreren Kippstühlen ausgeführter Pfannenplatz, an welchem Wartungsarbeiten an Gießpfannen im Stahlwerk durchgeführt werden. Setting compound baskets or separating plates during sequence casting Removing caking in the mold Another example of the application of the device according to the invention is a Pfannenplatz running with several tilting chairs, on which maintenance work on ladles in the steelworks are carried out.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung eines Hüttenwerks und/oder Walzwerks umfassend einen Roboter (1 , R7)mit einer Robotersteuerung mit eine zugeordnete1. Apparatus of a metallurgical plant and / or rolling mill comprising a robot (1, R7) with a robot controller with an associated
Mensch-Roboter-Schnittstelle beeinflussenden Betriebsarten und Betriebsmodi, die an unterschiedliche Automatisationsgrade des Roboters (1 , R7) und/oder an unterschiedliche zeitliche und/oder örtliche Positionierungen der Interaktionspartner Mensch und Roboter in einem Arbeits- räum angepasst und/oder anpassbar ausgebildet sind, wobei dem Roboter (1 , R7), insbesondere Industrieroboter, zumindest ein von mit dem Roboter (1 , R7), insbesondere Industrieroboter, zusammenwirkenden Detektionselementen erfasster Schutzbereich zugeordnet ist, der hinsichtlich seiner Ausdehnung und Funktionalität Roboter- tätigkeitsbezogen und/oder Roboter-arbeitspositionsbezogen variierend und/oder variierbar ausgebildet ist und wobei der Roboter (1 , R7), insbesondere Industrieroboter, auf oder an einer auf einer Fahrbahn (70) verfahrbaren Verfahreinrichtung (72) angeordnet ist.Human-robot interface influencing modes and operating modes that are adapted to different degrees of automation of the robot (1, R7) and / or to different temporal and / or local positioning of the interaction partners man and robot in a workspace adapted and / or customizable, wherein the robot (1, R7), in particular industrial robot, at least one of the robotic (1, R7), in particular industrial robots, cooperating detection elements detected protection area is assigned, the terms of its expansion and functionality robot activity related and / or robot working position related varying and / or can be varied, and wherein the robot (1, R7), in particular industrial robot, is arranged on or on a traversing device (72) which can be moved on a roadway (70).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsarten und/oder Betriebsmodi zuschaltbar und abschaltbar sind und der Roboter (1 , R7) mittels der Betriebsarten oder Betriebsmodi an unterschiedliche Funktionalitäten und/oder Arbeitstätigkeiten anpassbar ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the operating modes and / or operating modes can be switched on and switched off and the robot (1, R7) by means of the operating modes or operating modes to different functionalities and / or work activities is adaptable.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (1 , R7) an einer hüttentechnischen oder walzwerkstechnischen Anlage oder Einrichtung angeordnet und dort einem Arbeitsplatz oder Arbeitsbereich zugeordnet ist. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the robot (1, R7) is arranged on a metallurgical or rolling plant technical facility or device and assigned there a workplace or work area.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Roboter (1 , R7), insbesondere Industrieroboter, ein einen Sensor oder eine Kombination von Sensoren umfassendes Sicherheitssensorsystem zugeordnet ist, das die Anwesenheit eines Menschen (2) in einem dem Roboterarbeitsbereich zugeordneten Sicher- heitsbereich (4) und/oder Eingangsbereich (5) und/oder Detektionsbe- reich detektiert.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the robot (1, R7), in particular industrial robots, a sensor or a combination of sensors comprehensive safety sensor system is associated with the presence of a human (2) in a robot working area assigned Safety range (4) and / or input range (5) and / or detection range detected.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (1 , R7), insbesondere Industrieroboter, die im Rahmen eines Hüttenwerks oder eines Walzwerks mindestens einer einen Heiß- und/oder Gefahrenbereich aufweisenden Hütten- oder Walzwerksbetriebseinrichtung zugeordneten Arbeitstätigkeiten im Heiß- und/oder Gefahrenbereich durchführt.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the robot (1, R7), in particular industrial robots, in the context of a metallurgical plant or rolling mill at least one of a hot and / or danger area having metallurgical plant or rolling mill operation associated work activities in the hot - and / or danger zone.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (1 , R7), insbesondere Industrieroboter, derart angeordnet ist, dass während des Hütten- oder Walzwerkbetriebs von Einsatzkräften/Werkern im Zusammenhang mit den Arbeitstätigkeiten des Roboters (1 , R7), insbesondere Industrieroboters, manuell durchzuführende Tätigkeiten, insbesondere Zuarbeitstätigkeiten, zumindest im Wesentlichen außerhalb des Heiß- und/oder Gefahrenbereiches durchführbar sind.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the robot (1, R7), in particular industrial robot, is arranged such that during the metallurgical or rolling mill operation of emergency services / workers in connection with the work activities of the robot (1, R7 ), in particular industrial robots, manually to be performed activities, in particular Zuarbeittätigkeiten, at least substantially outside the hot and / or danger area are feasible.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Roboter (1 , R7), insbesondere Industrieroboter, auf oder an der verfahrbaren Verfahreinrichtung relativ zu dieser verfahrbar angeordnet ist.7. Device according to one of the preceding claims, character- ized in that the robot (1, R7), in particular industrial robot, is arranged on or on the movable traversing relative to this movable.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Verfahreinrichtung einen auf der Fahrbahn (70) verfahrbaren kranträgerartigen Träger (76) umfasst, auf der ein den daran angeordneten Roboter (1 , R7), insbesondere Industrieroboter, aufweisendes Fahrwerk nach Art einer Kranlaufkatze (71 ) verfahrbar angeordnet ist.8. Device according to one of the preceding claims, character- ized in that the traversing a on the road (70) movable crane carrier-like carrier (76), on which a robot (1, R7) arranged thereon, in particular industrial robots, having running gear in the manner of a crane trolley (71) is arranged movable.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (1 , R7), insbesondere Industrieroboter, als Portalkranroboter oder Brückenkranroboter ausgebildet ist.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the robot (1, R7), in particular industrial robot, is designed as gantry crane robot or overhead crane.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der dem Roboter (1 , R7), insbesondere Industrieroboter, zugeordnete Schutzbereich oder Sicherheitsbereich (4) bei einem Verfahren des Roboters (1 , R7) von diesem mitgeführt wird.10. Device according to one of the preceding claims, character- ized in that the robot (1, R7), in particular industrial robot, associated protection area or security area (4) in a method of the robot (1, R7) is carried by this.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch mehrere ihr in ihrer jeweiligen Arbeitsposition zugeordnete11. Device according to one of the preceding claims characterized by several her assigned in their respective working position
Schutzbereiche oder Sicherheitsbereiche (4) unterschiedlicher Ausdehnung und Funktionalität.Protection areas or security areas (4) of different extent and functionality.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein Schutzbereich oder Sicherheitsbereich (4) einen12. Device according to one of the preceding claims, character- ized in that a protective area or security area (4) a
Hauptschutzbereich, bei dessen Betreten der Industrieroboter sofort stillgesetzt wird, und einen Vorschutzbereich, bei dessen Betreten die Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters (1 ) unmittelbar herabgesetzt wird, umfasst. Main protection area, upon entering the industrial robot is stopped immediately, and a Vorschutzbereich, upon entering the working speed of the robot (1) is immediately reduced, includes.
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