WO2017067626A1 - Verifikation einer position eines manipulatorsystems - Google Patents

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WO2017067626A1
WO2017067626A1 PCT/EP2016/001596 EP2016001596W WO2017067626A1 WO 2017067626 A1 WO2017067626 A1 WO 2017067626A1 EP 2016001596 W EP2016001596 W EP 2016001596W WO 2017067626 A1 WO2017067626 A1 WO 2017067626A1
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protective field
orientation
manipulator system
manipulator
protective
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PCT/EP2016/001596
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Steffen Walther
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Kuka Roboter Gmbh
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Publication date
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1674—Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • B25J9/1676—Avoiding collision or forbidden zones
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
    • G05D1/0238—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors
    • G05D1/024—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors in combination with a laser
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40203—Detect position of operator, create non material barrier to protect operator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a
  • Manipulator system which may include in particular a driverless transport system, and wherein a protective field of the manipulator system is monitored by means of a monitoring device. Furthermore, the invention relates to a corresponding manipulator system.
  • a driverless vehicle is often used in manufacturing plants to transport, for example, components or workpieces from one workstation to another workstation.
  • a driverless vehicle is often used in manufacturing plants to transport, for example, components or workpieces from one workstation to another workstation.
  • Transport system can have its own drive, and be controlled automatically.
  • Driverless transport systems can also be used to move manipulators or industrial robots so that they can perform certain operations at different workstations.
  • a driverless transport system can be considered as a conveyor system, which may include at least one driverless transport vehicle.
  • the vehicle can be multi-directional and in particular omnidirectional movable. For this purpose, it may have corresponding omni-directional wheels to a high flexibility and flexibility of the driverless
  • Driverless transport vehicles are controlled automatically.
  • an in-vehicle control device can be used, which drives corresponding drives of the driverless transport system in order to effect a desired movement of the vehicle.
  • the control device may be based on a program which determines the movement of the vehicle,
  • the protective field can cover a horizontal area around the driverless transport system. If, for example, an obstacle, such as a person, enters the protective field, a violation of the protective field can be detected or detected by means of the laser scanner. In response, the driverless transport system may stop to avoid a potential collision. Thus, a safe human-robot collaboration (MRK) is possible. Instead of or in addition to such an emergency stop, further reactions can take place. Thus, for example, a corresponding signal can be output or a speed of the system can be reduced.
  • MTK safe human-robot collaboration
  • Driverless transport systems usually have navigation software and corresponding sensors in order to navigate the driverless transport system in this environment.
  • navigation software in particular laser scanner can be used, which are mounted on the driverless transport system.
  • control device can continuously a position of the driverless
  • GPS data For this purpose, GPS data, distance measurement data from laser scanners, or odometry can be used. Due to several sources of error, such as uneven floors or slip, the position stored in the controller may be erroneous.
  • the position of a driverless transport system at a workstation can be verified by additional sensors, which allow, for example, an environment scan.
  • additional sensors which allow, for example, an environment scan.
  • this is usually associated with a considerable expenditure of time and money, since this additional sensor technology and the corresponding application are needed.
  • the present invention relates to a method for operating a
  • the manipulator system may include a manipulator, which may in particular have a mobile base.
  • the manipulator system is a driverless transport system.
  • the manipulator system comprises a driverless transport vehicle, which in particular can carry and move a manipulator.
  • Manipulator system is particularly preferably designed as a manipulator with a mobile base.
  • a manipulator may consist of a number of movable links or links chained together, and may constitute a robot's mechanics.
  • a robot in turn can be a freely programmable, program-controlled
  • a protective field of the manipulator system is by means of a
  • Monitoring device monitored. By monitoring the protective field, it can be detected, for example, that an object or obstacle is located in the protective field, and, if appropriate, a corresponding reaction of the manipulator system can be initiated. By means of the monitoring device, a protective field violation can thus be detected or detected, and a corresponding reaction can take place. For example, by means of
  • Monitoring device a protective field violation are triggered when a person enters the protective field, and in consequence an emergency stop of
  • Manipulator system to be initiated. Additionally or alternatively, a warning signal can be issued. It is also possible to detect only the protective field violation without a reaction taking place.
  • the monitoring device preferably comprises one or more laser scanners for detecting objects in the protective field. Such laser scanners work reliably and allow to meet high safety requirements.
  • the detectable object can be any body which is in an environment of the body
  • Manipulator system occupies a certain space and by means of
  • Monitoring device can be detected or detected by means of this.
  • the monitoring device does not have to recognize and identify the object, but rather it is sufficient for a safe use of the manipulator system that the mere presence of the object in the protected area is detected.
  • the method includes determining a system position and / or
  • System orientation of the manipulator system may also be assumed as an assumed position and / or
  • Orientation of the manipulator system are considered, which does not have to correspond to the actual position or orientation of the manipulator system.
  • the particular system position and / or orientation may also be stored or deposited in a control device of the manipulator system. It can be continuously updated during operation based on odometry or distance measurement data, which may be captured by laser scanners, for example.
  • the particular system position may be used to navigate and control the manipulator system, and may in particular for safety aspects, such as for a protective field adaptation. By means of the present method, this particular system position can be verified. The same applies to the
  • Alignment or orientation of the manipulator system in the room describes.
  • System orientation of the manipulator system based on odometry and / or radio-based.
  • the determination of the system position and / or orientation can thus take place by means of a wireless position determination.
  • WLAN technology can be used, or a local, for
  • a workshop built localization technique can be used, such as the so-called indoor GPS.
  • laser triangulation, laser tracker or 3D image processing technique can be used to determine the system position and / or orientation.
  • the method comprises providing environment information concerning an environment of the manipulator system.
  • the environment information may include information about known obstacles in the environment of the manipulator system. These known obstacles can already be taken into account when programming the manipulator system, while an unknown obstacle can be an object which at the time of
  • Control device of the manipulator system stored. Furthermore, the method comprises forming a first protective field based on the environmental information and the determined system position and / or system orientation.
  • the first protective field is dimensioned such that it is not violated in the case of a correctly determined system position and / or system orientation. The expert understands that the correctly determined
  • the first protective field can be designed such that it covers an area in which there are no known obstacles of the environment. In this case, a certain, if preferably minimal, distance between the boundary of the first protective field to objects or obstacles of the environment can be maintained. For example, the first protective field up to a wall of the
  • This first protection field is to be based on the environmental information, such as an environment map, and the particular system location and / or orientation of the environment
  • the first protective field may be violated by an inappropriately determined system position and / or orientation due to known environmental obstacles.
  • the first protective field is preferably defined in such a way that, given a correctly determined system position and / or orientation by means of known obstacles, it can be detected
  • the method comprises forming a second protective field based on the environmental information and the determined system position and / or system orientation.
  • the second protective field is larger than the first one Protective field and is preferably chosen so that it by known
  • the second protective field is dimensioned such that it is violated if the system position and / or system orientation are correctly determined.
  • the size of a protective field can generally be described by the area covered by the protective field.
  • the second protective field can thus cover a larger area than the first protective field. Since the second protective field may be sized to be violated due to the environment, a known environmental obstacle may be within the second protective field, whether or not the particular system position and / or orientation is correct.
  • the protective fields are preferably formed by the control device of the manipulator system.
  • the method comprises determining at least one
  • Injury information for the first and the second protective field In this case, it can be determined in particular whether the first or second protective field is ever violated, and in particular a degree of violation of the second and possibly the first protective field can be determined.
  • the degree of the injury can describe which areas of the protective fields are violated or whether a protective field is completely or only partially violated. The degree of injury can thus describe a degree of violation of the protective field.
  • the determination of injury information is preferably carried out in the
  • the method comprises verifying the determined system position and / or system orientation of the manipulator system based on the injury information.
  • Manipulator system It is thus advantageously possible, during operation of the manipulator system or preferably of the driverless transport system, a currently assumed system position and / or orientation taking into account
  • the first protective field may be dimensioned such that it is not violated if the determined system position and / or orientation are correct.
  • the second protective field is larger than the first protective field and is thus injured by the environment. If it is now determined that the first protective field is actually not violated, the second is completely or
  • the particular system position can be verified as correct, as well as the system orientation. It can thus efficiently provide the provided monitoring device for a position and
  • Each of the method steps may be performed during a standstill or movement of the manipulator system.
  • the determination of the injury information and / or the verification of the determined system position and / or system orientation take place during a movement of the manipulator system.
  • a program sequence must therefore advantageously not be interrupted.
  • the environment information includes an environment map, wherein the environment map includes structural information of at least one object in the environment.
  • the environment map may include obstacles, objects or bodies, such as walls, columns, tables, workstations, corridors, etc.
  • the environment map need not describe the complete environment of the manipulator system, but may at least provide information about obstacles or objects near the manipulator Manipulator system include.
  • the particular system position and / or orientation of the manipulator system may be defined in particular with regard to the area map. Based on the environment map, the first and second protection fields can be formed so efficiently that based on corresponding injury information, the particular system position and / or orientation can be efficiently verified with little effort.
  • the formation of the first and second takes place
  • Protective field based on the environmental information such that the object or known object is not in the first protective field but at least partially in the second protective field.
  • the object or obstacle thus does not violate the first protective field if the particular system position or orientation is correct, but the second protective field. If the specific system position or orientation is incorrect, the first protective field may also be damaged. At least a different violation of the first or second protective field can take place, in particular a different degree of the injury, if the determined system position and / or orientation are incorrect.
  • the first and / or second protective field covers an angle range around the manipulator system of less than 360 0 , and further preferably covers an angular range of at most io °, more preferably of at most 20 0 , more preferably of maximum 30 0 , more preferably of maximum 45 0 , more preferably of at most 60 0 and most preferably of at most 90 0 from.
  • the protective field (s) do not therefore have to be completely stretched around the manipulator system and can become
  • an angular range around the manipulator system of about io °, more preferably about 20 0 . More preferably about 30 0, more preferably about 45 °, more preferably about 6o ° and most preferably covered by about 90 0th
  • the injury information describes whether the first protective field is violated, whether the second protective field is violated, and / or whether the first and second second protective field are violated. Thus, it is first checked whether or
  • determining the injury information further comprises determining which region of the first and second protection field is violated.
  • An accurate analysis of the corresponding injury information allows a precise inference to the details of the mislocalization.
  • the first and / or the second protective field are preferably subdivided into a plurality of partial protective fields.
  • determining comprises
  • Violation information a determination of whether a predefined number of partial protection fields is violated.
  • This predefined number of partial protective fields may be preferably 50%, more preferably 70%, more preferably 90%, more preferably 95%, more preferably 99% and most preferably 100% of the total number of partial protective fields. For example, it may be sufficient for the verification if only four out of a total of 5 partial protective fields are injured or not injured as expected. Thus, it can be determined precisely whether an unknown object is in the first and / or second protective field, if necessary, and the corresponding area for the verification of the system position and / or orientation can be excluded. In particular, error tolerances can thus be specified, which enables the most efficient position and / or orientation verification possible.
  • each partial protection box covers an angular area around the manipulator system of 1 ° to 30 0 From, more preferably from 2 0 to 20 0, more preferably from 3 0 to 15 0, and most preferably from 5 0 to io °.
  • efficient verification of system position and / or orientation may be performed.
  • the method further comprises calculating a current position and / or orientation of the manipulator system based on the
  • the current position and / or orientation of the manipulator system may be calculated based on an amount of injury to a violation of the first or second protective field.
  • the present invention relates to a manipulator system, comprising in particular a driverless transport system.
  • the manipulator system comprises a monitoring device that is set up to monitor a protective field of the manipulator system.
  • the manipulator system comprises a control device which is set up to carry out a method described above for operating a manipulator system. This can be the
  • Manipulator system include certain means that allow the described operation of the manipulator system and in particular the described position and / or orientation verification.
  • control device is to be understood broadly, since it may include many, even decentralized control devices, such as computers. In particular, it may comprise a plurality of different control devices, such as a control device for controlling a driverless transport system, a control device for controlling the monitoring device, and a control device for controlling a manipulator, which of the
  • driverless transport system is worn.
  • the driverless transport system is worn.
  • Control device consist only of a single suitable control device.
  • the individual steps of the method can be stored on a computer-readable medium.
  • the monitoring device preferably comprises laser scanners for detecting objects in the protective field.
  • laser scanners work reliably and allow to meet high safety requirements. It will be understood by those skilled in the art that within the meaning of the invention more than two protective fields may be formed to allow for more refined verification of the particular system position and / or orientation.
  • FIG. 1 shows schematically a manipulator system according to an embodiment
  • Fig. 2 shows schematically a manipulator system according to another
  • FIG. 4 shows a manipulator system according to a further embodiment
  • FIG. 5 shows a manipulator system according to another embodiment.
  • FIG. 1 shows a manipulator system 1 on which two laser scanners 2 are provided. These laser scanners 2 can be used as part of a
  • Monitor monitoring a protective field. Objects that exist in or enter the monitored protective field result in a protective field violation. This protective field violation can be output as a binary signal and cause an emergency stop or another reaction of the manipulator system 1.
  • an environment information is provided, by means of which an expected contour 3 of the environment with respect to a specific or assumed position and orientation of the
  • Manipulator system 1 can be described in the environment.
  • the position and orientation can be determined by means of odometry or indoor GPS, and be considered as assumed position and orientation.
  • a first protective field 4 is formed, which is currently not injured when the particular
  • the first protective field 4 is configured such that the expected contour 3 of the environment with respect to the assumed position and orientation of the manipulator system 1 does not violate the first protective field 4 at any point, as can be seen in FIG.
  • a second protective field 5 is formed, which is larger than the first protective field 4 and is assumed by, for example by the control device that it is injured by the environment. As shown in Figure 1, the second
  • Protective field 5 formed such that the expected contour 3 of the environment with respect to the assumed position and orientation of the manipulator system 1, the second protective field 5 completely or partially violated.
  • the assumed position and / or orientation can be verified. If the first protective field 4 and the second protective field 5 are not injured or, in particular, completely injured as expected, the determined system position and / or orientation of the
  • Orientation 6 a first protective field 4 'are not injured by the expected obstacle 3, a second protective field 5', however, as shown by the expected obstacle 3 are injured.
  • the actual position and orientation 7 of the manipulator system 1 deviates from the assumed position and orientation 6.
  • the actual relative position 10 of the obstacle causes a violation of the first 4 and second 5 protective field, which does not correspond to the assumed violation.
  • the first protective field 4 is unexpectedly injured in the area 8.
  • the second protective field 5 is violated only in the area 9, and not as expected.
  • the first protective field 4 is violated and the second protective field 5 is not injured as expected.
  • a correct position and orientation 7 of the manipulator system 1 can be determined from the type or degree of violation of the first 4 and second 5 protective field.
  • FIG. 3 Three different situations are shown in FIG. 3, which indicate a different conclusion to an actual position and / or
  • a first protective field 4 is generated, which can correspond to the environmental image 3 minus a specific tolerance threshold. If the system position and / or orientation are correct, this first protective field 4 should not be violated.
  • a second protective field 5 is formed, which is configured such that it
  • FIG. 4 shows a further embodiment in which the environment is checked in a plurality of sections which are radially subdivided.
  • the radial laser beams emanating from the laser scanners 2 are in
  • FIG. 5 shows a further embodiment.
  • the protective fields 4, 5 are formed only locally around the manipulator system 1 around.
  • four checking directions or checking ranges a, b, c, d can be identified. Only these areas are used for the position and
  • Protective field 5 are formed only in these areas a, b, c, d.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Manipulatorsystems (1), welches insbesondere ein fahrerloses Transportsystem umfassen kann. Ein Schutzfeld des Manipulatorsystems (1) wird dabei mittels einer Überwachungseinrichtung (2) überwacht. Gemäß des Verfahrens wird eine Systemposition und/oder Systemorientierung des Manipulatorsystems bestimmt, und Umgebungsinformation (3) betreffend eine Umgebung des Manipulatorsystems bereitgestellt. Ferner wird ein erstes (4) und ein zweites (5) Schutzfeld basierend auf der Umgebungsinformation (3) und der bestimmten Systemposition und/oder -Orientierung gebildet. Basierend auf zumindest einer Verletzungsinformation für das erste (4) und das zweite (5) Schutzfeld wird die bestimmte Systemposition und/oder Systemorientierung (6) des Manipulatorsystems (1) verifiziert.

Description

Verifikation einer Position eines Manipulatorsystems
1. Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines
Manipulatorsystems, welches insbesondere ein fahrerloses Transportsystem umfassen kann, und wobei ein Schutzfeld des Manipulatorsystems mittels einer Überwachungseinrichtung überwacht wird. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Manipulatorsystem.
2. Technischer Hintergrund Fahrerlose Transportsysteme (FTS) werden häufig in Produktionsbetrieben eingesetzt, um beispielsweise Bauteile oder Werkstücke von einer Arbeitsstation zu einer nächsten Arbeitsstation zu transportieren. Ein fahrerloses
Transportsystem kann dabei seinen eigenen Fahrantrieb aufweisen, und automatisch gesteuert werden. Fahrerlose Transportsysteme können auch eingesetzt werden, um Manipulatoren oder Industrieroboter zu bewegen, sodass diese an verschiedenen Arbeitsstationen bestimmte Arbeitsschritte durchführen können.
Generell kann ein fahrerloses Transportsystem als Fördersystem betrachtet werden, welches zumindest ein fahrerloses Transportfahrzeug umfassen kann. Das Fahrzeug kann dabei multi-direktional und insbesondere omni-direktional beweglich sein. Zu diesem Zweck kann es entsprechende omni-direktionale Räder aufweisen, um eine hohe Beweglichkeit und Flexibilität des fahrerlosen
Transportsystems zu ermöglichen.
Fahrerlose Transportfahrzeuge werden automatisch gesteuert. Hierzu kann beispielsweise eine fahrzeuginterne Steuereinrichtung verwendet werden, welche entsprechende Antriebe des fahrerlosen Transportsystems ansteuert, um eine gewünschte Bewegung des Fahrzeugs zu bewirken. Der Steuereinrichtung kann ein Programm zugrunde liegen, welches die Bewegung des Fahrzeugs,
gekennzeichnet durch die Richtung und Geschwindigkeit, vorgibt. Um einen sicheren Betrieb eines fahrerlosen Transportsystems in einer
Werkhalle zu ermöglichen, sind diese häufig mit Laserscannern ausgerüstet, welche ein sogenanntes Schutzfeld (häufig auch Warnfeld, Sicherheitsfläche oder Sicherheitsbereich genannt) überwachen können. Insbesondere kann das Schutzfeld einen horizontalen Bereich um das fahrerlose Transportsystem herum abdecken. Wenn beispielsweise ein Hindernis, wie beispielsweise ein Mensch, in das Schutzfeld eintritt, kann mittels der Laserscanner eine Verletzung des Schutzfeldes erkannt bzw. detektiert werden. In Reaktion hierauf kann das fahrerlose Transportsystem stoppen, um eine mögliche Kollision zu vermeiden. Somit wird eine sichere Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) ermöglicht. Anstelle oder zusätzlich zu einem solchen Not-Stopp können auch weitere Reaktionen erfolgen. So kann beispielsweise ein entsprechendes Signal ausgegeben werden oder eine Geschwindigkeit des Systems verringert werden.
Fahrerlose Transportsysteme weisen üblicherweise Navigationssoftware und entsprechende Sensorik auf, um das fahrerlose Transportsystem in dieser Umgebung zu navigieren. Um die Position des fahrerlosen Transportsystems zu bestimmen, können insbesondere Laserscanner eingesetzt werden, die auf dem fahrerlosen Transportsystem angebracht sind. Diese können
Entfernungsmessungen zu Objekten in der Umgebung des fahrerlosen
Transportsystems durchführen. Solche Entfernungsmessdaten können jedoch ungenau sein, und somit hinsichtlich vorgegebener Sicherheitsaspekte bzw. Sicherheitsvorgaben keine präzise oder ausreichend zuverlässige Lokalisierung des fahrerlosen Transportsystems in der Umgebung ermöglichen. Wenn eine Position nicht ausreichend genug bekannt ist, kann dies zu Folgefehlern führen: Beispielsweise können als Folge Schutzfelder ungünstig dimensioniert werden, sodass ein bekanntes Objekt in der Umgebung zu einer ungewollten Verletzung des Schutzfeldes führen kann oder ortsabhängige Sicherheitsmechanismen "werden fälsch aktiviert/deaktiviert.
In der Steuereinrichtung kann laufend eine Position des fahrerlosen
Transportsystems mitverfolgt und aktualisiert werden. Hierzu können GPS- Daten, Entfernungsmessdaten von Laserscanner, oder Odometrie verwendet werden. Durch mehrere Fehlerquellen, wie beispielsweise Bodenunebenheiten oder Schlupf, kann die in der Steuereinrichtung gespeicherte Position fehlerhaft sein.
Die Position eines fahrerlosen Transportsystems an einer Arbeitsstation kann durch zusätzliche Sensorik, die beispielsweise ein Abtasten der Umgebung ermöglicht, verifiziert werden. Dies ist jedoch üblicherweise mit einem erheblichen zeitlichen als auch finanziellen Aufwand verbunden, da hierzu diese zusätzliche Sensorik als auch die entsprechende Applikation benötigt werden.
Es besteht somit das Bedürfnis, eine aktuell angenommene Position,
beispielsweise in einer Steuereinrichtung gespeicherte Position eines
Manipulatorsystems präzise zu verifizieren, sodass diese Position insbesondere für weitere Sicherheitsaspekte verwendbar ist. Insbesondere soll mit der vorliegenden Erfindung eine hoch zuverlässige Positionsverifikation
durchführbar sein.
Diese und weitere Aufgaben, die aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden, werden durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein System gemäß Anspruch 13 gelöst.
3. Inhalt der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines
Manipulatorsystems. Das Manipulatorsystem kann dabei einen Manipulator umfassen, welcher insbesondere eine mobile Basis aufweisen kann. Vorzugsweise ist das Manipulatorsystem ein fahrerloses Transportsystem. Vorzugsweise umfasst das Manipulatorsystem ein fahrerloses Transportfahrzeug, welches insbesondere einen Manipulator tragen und bewegen kann. Das
Manipulatorsystem ist insbesondere vorzugsweise als Manipulator mit einer mobilen Basis ausgestaltet. Der Fachmann versteht hierbei, dass ein Manipulator aus einer Anzahl an beweglichen, aneinander geketteten Gliedern oder Achsen bestehen kann, und eine Mechanik eines Roboters bilden kann. Ein Roboter wiederum kann ein freiprogrammierbares, programmgesteuertes
Handhabungsgerät sein. Ein Schutzfeld des Manipulatorsystems wird mittels einer
Überwachungseinrichtung überwacht. Durch Überwachen des Schutzfeldes kann beispielsweise erkannt werden, dass sich ein Objekt oder Hindernis in dem Schutzfeld befindet, und es kann gegebenenfalls eine entsprechende Reaktion des Manipulatorsystems eingeleitet werden. Mittels der Überwachungseinrichtung kann somit eine Schutzfeldverletzung erkannt bzw. detektiert werden, und eine entsprechende Reaktion erfolgen. Beispielsweise kann mittels der
Überwachungseinrichtung eine Schutzfeldverletzung ausgelöst werden, wenn ein Mensch in das Schutzfeld eintritt, und in Folge ein Not-Stopp des
Manipulatorsystems eingeleitet werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Warnsignal ausgegeben werden. Es kann auch lediglich die Schutzfeldverletzung erkannt werden, ohne dass eine Reaktion erfolgt. Die Überwachungseinrichtung umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Laserscanner zur Erfassung von Objekten in dem Schutzfeld. Solche Laserscanner arbeiten zuverlässig und erlauben es, hohe Sicherheitsanforderungen einzuhalten. Generell kann das erfassbare Objekt jeder Körper sein, welcher in einer Umgebung des
Manipulatorsystems einen gewissen Raum einnimmt und mittels der
Überwachungseinrichtung erfassbar ist oder mittels dieser detektiert werden kann. Die Überwachungseinrichtung muss das Objekt dabei nicht erkennen und identifizieren, es ist vielmehr für einen sicheren Einsatz des Manipulatorsystems ausreichend, dass das bloße Vorhandensein des Objekts in dem Schutzbereich erkannt wird.
Das Verfahren umfasst ein Bestimmen einer Systemposition und/oder
Systemorientierung des Manipulatorsystems. Die bestimmte Systemposition und/oder -Orientierung kann auch als angenommene Position und/oder
Orientierung des Manipulatorsystems betrachtet werden, die nicht der tatsächlichen Position bzw. Orientierung des Manipulatorsystems entsprechen müss. Die bestimmte Systemposition und/oder -Orientierung kann ferner in einer Steuereinrichtung des Manipulatorsystems gespeichert oder hinterlegt sein. Sie kann laufend während des Betriebs aktualisiert werden, basierend auf Odometrie oder Entfernungsmessdaten, die beispielsweise mittels Laserscanner erfasst sein können. Insbesondere kann die bestimmte Systemposition zur Navigation und Steuerung des Manipulatorsystems verwendet werden, und kann insbesondere für Sicherheitsaspekte, wie beispielsweise für eine Schutzfeldanpassung, berücksichtigt werden. Mittels des vorliegenden Verfahrens kann diese bestimmte Systemposition verifiziert werden. Gleiches gilt für die
Systemorientierung des Manipulatorsystems, welche eine angenommene
Ausrichtung oder Orientierung des Manipulatorsystems im Raum beschreibt. Vorzugsweise erfolgt das Bestimmen der Systemposition und/oder
Systemorientierung des Manipulatorsystems basierend auf Odometrie und/oder funkbasiert. Das Bestimmen der Systemposition und/oder -Orientierung kann somit mittels einer drahtlosen Positionsbestimmung erfolgen. Hierbei kann insbesondere WLAN-Technik eingesetzt werden, oder eine lokale, für
beispielsweise eine Werkhalle aufgebaute Lokalisierungstechnik verwendet werden, wie beispielsweise das sogenannte Hallen-GPS. Auch Lasertriangulation, Lasertracker oder 3D-Bildverarbeitungstechnik kann eingesetzt werden, um die Systemposition und/oder -Orientierung zu bestimmen. Die bestimmte
Systemposition und/oder -Orientierung wird zunächst als richtig angenommen und soll im weiteren Verlauf des Verfahrens überprüft, also verifiziert werden.
Weiter umfasst das Verfahren ein Bereitstellen von Umgebungsinformation betreffend eine Umgebung des Manipulatorsystems. Die Umgebungsinformation kann dabei Information über bekannte Hindernisse in der Umgebung des Manipulatorsystems umfassen. Diese bekannten Hindernisse können bereits bei einer Programmierung des Manipulatorsystems berücksichtig sein, während ein unbekanntes Hindernis ein Objekt sein kann, welches zum Zeitpunkt der
Programmierung des Manipulatorsystems nicht berücksichtigt wurde, bzw. nicht berücksichtigt werden konnte. Bekannte Hindernisse oder Objekte können auch nach einer Programmierung erfasst und in der Umgebungsinformation berücksichtigt werden. Mittels der Umgebungsinformation kann somit beschrieben werden, wo und in welcher Ausrichtung sich das Manipulatorsystem " hinsichtlich der Umgebung des Manipulatorsystems befindet, bezogen auf die bestimmte bzw. angenommene Position und/oder Orientierung. Basierend auf der Umgebungsinformation lassen sich beispielsweise Abstände zwischen dem Manipulatorsystem und Hindernissen in der Umgebung berechnen.
Beispielsweise kann mittels der Umgebungsinformation eine Kontur der
Umgebung beschrieben werden, welche mittels der Überwachungseinrichtung einsehbar ist. Diese einsehbare Kontur kann dabei relativ zu der bestimmten Systemposition und/oder -Orientierung in der Umgebungsinformation beschrieben sein. Die Umgebungsinformation ist bevorzugt in der
Steuereinrichtung des Manipulatorsystems gespeichert. Ferner umfasst das Verfahren ein Bilden eines ersten Schutzfeldes basierend auf der Umgebungsinformation und der bestimmten Systemposition und/oder Systemorientierung. Das erste Schutzfeld wird dabei so bemessen, dass es bei einer korrekt bestimmten Systemposition und/oder Systemorientierung nicht verletzt wird. Der Fachmann versteht dabei, dass die korrekt bestimmte
Systemposition und/oder -Orientierung nicht präzise die genaue, tatsächlich vorliegende Systemposition und/oder -Orientierung beschreiben muss, sondern innerhalb tolerierbarer Fehlergrenzen liegen kann. Beispielsweise kann das erste Schutzfeld derart ausgestaltet sein, dass es einen Bereich abdeckt, in welchem sich keine bekannten Hindernisse der Umgebung befinden. Dabei kann ein gewisser, wenn vorzugsweise auch minimaler, Abstand zwischen der Grenze des ersten Schutzfeldes zu Objekten oder Hindernissen der Umgebung eingehalten werden. Beispielsweise kann das erste Schutzfeld bis zu einer Wand der
Umgebung reichen, basierend auf der angenommen Position und/oder
Orientierung des Manipulatorsystems. Dieses erste Schutzfeld ist basierend auf der Umgebungsinformation, wie beispielsweise einer Umgebungskarte zu bilden, und der bestimmten Systemposition und/oder -Orientierung des
Manipulatorsystems, sodass eine Position und/oder Orientierung des
Manipulatorsystems hinsichtlich der Umgebungsinformation beschrieben bzw. angenommen werden kann. Somit kann das erste Schutzfeld in der Realität bei einer ungenau bestimmten Systemposition und/ oder -Orientierung durch bekannte Hindernisse der Umgebung verletzt werden. Das erste Schutzfeld ist jedenfalls vorzugsweise derart definiert, dass es bei einer korrekt bestimmten Systemposition und/oder -Orientierung durch bekannte Hindernisse der
Umgebung gerade nicht verletzt wird. Ferner umfasst das Verfahren ein Bilden eines zweiten Schutzfeldes basierend auf der Umgebungsinformation und der bestimmten Systemposition und/oder Systemorientierung. Das zweite Schutzfeld ist dabei größer als das erste Schutzfeld und wird vorzugsweise so gewählt, dass es durch bekannte
Hindernisse der Umgebung verletzt wird. Das zweite Schutzfeld wird dabei so bemessen, dass es bei einer korrekt bestimmten Systemposition und/ oder Systemorientierung verletzt wird. Die Größe eines Schutzfeldes kann allgemein durch den durch das Schutzfeld abgedeckten Bereich beschrieben werden. Das zweite Schutzfeld kann somit einen größeren Bereich abdecken als das erste Schutzfeld. Da das zweite Schutzfeld derart bemessen sein kann, dass es aufgrund der Umgebung verletzt wird, kann ein bekanntes Hindernis der Umgebung innerhalb des zweiten Schutzfeldes liegen, unabhängig davon, ob die bestimmte Systemposition und/oder -Orientierung korrekt ist oder nicht. Die Schutzfelder werden bevorzugt von der Steuereinrichtung des Manipulatorsystems gebildet.
Weiterhin umfasst das Verfahren ein Bestimmen zumindest einer
Verletzungsinformation für das erste und für das zweite Schutzfeld. Hierbei kann insbesondere bestimmt werden, ob das erste, bzw. zweite Schutzfeld überhaupt verletzt wird, und insbesondere kann ein Grad der Verletzung des zweiten und ggf. des ersten Schutzfeldes bestimmt werden. Der Grad der Verletzung kann dabei beschreiben, welche Bereiche der Schutzfelder verletzt werden, bzw. ob ein Schutzfeld vollständig oder nur teilweise verletzt wird. Der Grad der Verletzung kann somit ein Ausmaß der Verletzung des Schutzfeldes beschreiben. Das Bestimmen von Verletzungsinformation erfolgt bevorzugt in der
Steuereinrichtung des Manipulatorsystems.
Weiterhin umfasst das Verfahren ein Verifizieren der bestimmten Systemposition und/oder Systemorientierung des Manipulatorsystems basierend auf der Verletzungsinformation. Die entsprechend der Umgebungsinformation und bestimmten Systemposition und/oder-Orientierung gebildeten ersten und zweiten Schutzfelder, bzw. die Verwendung dieser Schutzfelder, erlaubt es, einen Rückschluss zu ziehen, ob die erwartete Position bzw. Orientierung des
Manipulatorsystems bezüglich der Umgebungsinformation korrekt ist.
Letztendlich kann dadurch überprüft bzw. verifiziert werden, ob die bestimmte Systemposition und/oder -Orientierung des Manipulatorsystems korrekt sind. Das Verifizieren erfolgt bevorzugt in der Steuereinrichtung des
Manipulatorsystems . Es ist somit vorteilhaft möglich, während des Betriebes des Manipulatorsystems oder vorzugsweise des fahrerlosen Transportsystems, eine aktuell angenommene Systemposition und/oder -Orientierung unter Berücksichtigung der
Umgebungsinformation zu verifizieren. Beispielsweise kann das erste Schutzfeld derart bemessen sein, dass es gerade nicht verletzt wird, wenn die bestimmte bzw. angenommene Systemposition und/oder -Orientierung korrekt sind. Das zweite Schutzfeld ist größer als das erste Schutzfeld und wird somit durch die Umgebung verletzt. Wenn nun bestimmt wird, dass das erste Schutzfeld tatsächlich nicht verletzt wird, das zweite hingegen vollständig bzw.
erwartungsgemäß, kann die bestimmte Systemposition als korrekt verifiziert werden, und ebenso die Systemorientierung. Es kann somit die bereitgestellte Überwachungseinrichtung effizient für eine Positions- und
Orientierungsverifikation verwendet werden, wodurch keinerlei Mehrkosten entstehen, da die Überwachungseinrichtung bereits für den MRK-sicheren Betrieb des Manipulatorsystems bereitgestellt sein kann. Da die Analyse von Schutzfeldern mittels der Überwachungseinrichtung aus sicherheitstechnischen Aspekten sehr präzise ist, ist eine präzise Verifikation der Position und/oder Orientierung möglich.
Jeder der Verfahrensschritte kann während eines Stillstandes oder einer Bewegung des Manipulatorsystems durchgeführt werden. Vorzugsweise erfolgen das Bestimmen der Verletzungsinformation und/oder das Verifizieren der bestimmten Systemposition und/oder Systemorientierung während einer Bewegung des Manipulatorsystems. Ein Programmablauf muss somit vorteilhaft nicht unterbrochen werden.
Vorzugsweise umfasst die Umgebungsinformation eine Umgebungskarte, wobei die Umgebungskarte Strukturinformationen von zumindest einem Objekt in der Umgebung umfasst. Die Umgebungskarte kann dabei Hindernisse, Objekte oder Körper umfassen, wie zum Beispiel Wände, Säulen, Tische, Arbeitsstationen, Korridore, etc. Die Umgebungskarte muss nicht die vollständige Umgebung des Manipulatorsystems beschreiben, kann aber zumindest Information über Hindernisse bzw. Objekte in der Nähe des Manipulatorsystems beinhalten. Die bestimmte Systemposition und/oder -Orientierung des Manipulatorsystems kann insbesondere hinsichtlich der Umgebungskarte definiert sein. Basierend auf der Umgebungskarte können das erste und zweite Schutzfeld derart effizient gebildet werden, dass basierend auf entsprechenden Verletzungsinformationen die bestimmte Systemposition und/oder -Orientierung ohne großen Aufwand effizient verifiziert werden können.
Insbesondere vorzugsweise erfolgt das Bilden des ersten und zweiten
Schutzfeldes basierend auf der Umgebungsinformation derart, dass das Objekt oder bekannte Objekt nicht in dem ersten Schutzfeld aber zumindest teilweise in dem zweiten Schutzfeld liegt. Das Objekt oder Hindernis verletzt somit nicht das erste Schutzfeld, wenn die bestimmte Systemposition bzw. -Orientierung korrekt ist, jedoch das zweite Schutzfeld. Wenn die bestimmte Systemposition bzw. - Orientierung nicht korrekt ist, kann gegebenenfalls auch das erste Schutzfeld verletzt werden. Zumindest kann eine unterschiedliche Verletzung des ersten bzw. zweiten Schutzfeldes erfolgen, insbesondere ein unterschiedlicher Grad der Verletzung, wenn die bestimmte Systemposition und/oder -Orientierung nicht korrekt sind.
Vorzugsweise deckt das erste und/oder zweite Schutzfeld einen Winkelbereich um das Manipulatorsystems von weniger als 3600 ab, und deckt weiter vorzugsweise einen Winkelbereich von maximal io°, weiter vorzugsweise von maximal 200, weiter vorzugsweise von maximal 300, weiter vorzugsweise von maximal 450, weiter vorzugsweise von maximal 600 und am meisten bevorzugt von maximal 900 ab. Das bzw. die Schutzfelder müssen somit nicht vollständig um das Manipulatorsystem herum aufgespannt sein, und können sich
beispielsweise nur in eine Fahrrichtung des Manipulatorsystems erstrecken. Vorzugsweise wird durch das erste und/oder zweite Schutzfeld ein Winkelbereich um das Manipulatorsystem von etwa io°, weiter vorzugsweise etwa 200. Weiter vorzugsweise etwa 300, weiter vorzugsweise etwa 45°, weiter vorzugsweise etwa 6o° und am meisten bevorzugt von etwa 900 abgedeckt.
Vorzugsweise beschreibt die Verletzungsinformation, ob das erste Schutzfeld verletzt wird, ob das zweite Schutzfeld verletzt wird, und/oder ob das erste und zweite Schutzfeld verletzt werden. Somit wird zunächst überprüft, ob bzw.
welches Schutzfeld überhaupt verletzt wird.
Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der Verletzungsinformation ferner ein Feststellen, welcher Bereich des ersten bzw. zweiten Schutzfeldes verletzt wird. Durch eine genaue Analyse der entsprechenden Verletzungsinformation kann ein präziser Rückschluss auf die Details der Fehllokalisierung gezogen werden.
Vorzugsweise sind das erste und/oder das zweite Schutzfeld in mehrere Teil- Schutzfelder unterteilt. Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der
Verletzungsinformation ein Feststellen, ob eine vordefinierte Anzahl der Teil- Schutzfelder verletzt wird. Diese vordefinierte Anzahl der Teil-Schutzfelder kann dabei vorzugsweise 50%, weiter vorzugsweise 70%, weiter vorzugsweise 90%, weiter vorzugsweise 95%, weiter vorzugsweise 99% und am meisten bevorzugt 100% der Gesamtzahl der Teil-Schutzfelder betragen. Es kann beispielsweise für die Verifikation ausreichend sein, wenn lediglich vier von insgesamt 5 Teil- Schutzfeldern wie erwartet verletzt bzw. nicht verletzt werden. Somit kann präzise ermittelt werden, ob gegebenenfalls ein unbekanntes Objekt in dem ersten und/oder zweiten Schutzfeld ist, und der entsprechende Bereich für die Verifizierung der Systemposition und/oder -Orientierung ausgeschlossen werden. Insbesondere können somit Fehlertoleranzen vorgegeben werden, wodurch eine möglichst effiziente Positions- und/oder Orientierungsverifikation ermöglicht wird.
Insbesondere vorzugsweise deckt jedes Teil-Schutzfeld einen Winkelbereich um das Manipulatorsystem von 1° bis 300 ab, weiter vorzugsweise von 20 bis 200, weiter vorzugsweise von 30 bis 150, und am meisten bevorzugt von 50 bis io°. Somit kann abhängig von der jeweiligen Anwendung ein effizientes Verifizieren der Systemposition und/oder -Orientierung durchgeführt werden.
Vorzugsweise weist das Verfahren ferner ein Berechnen einer aktuellen Position und/oder Orientierung des Manipulatorsystems basierend auf der
Verletzungsinformation auf. Es werden somit nicht nur die bestimmte bzw.
angenommene Systemposition und/oder -Orientierung verifiziert, sondern gegebenenfalls auch eine korrekte Position und/oder Orientierung berechnet. Dies umfasst insbesondere auch ein Aktualisieren der bestimmten
Systemposition und/oder -Orientierung.
Insbesondere vorzugsweise kann das Berechnen der aktuellen Position und/oder Orientierung des Manipulatorsystems basierend auf einem Verletzungsausmaß einer Verletzung des ersten bzw. zweiten Schutzfeldes erfolgen. Die
Informationen, die aus der Verletzungsinformation gewonnen werden, erlauben einen präzisen Rückschluss auf die Details einer Fehllokalisierung.
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Manipulatorsystem, umfassend insbesondere ein fahrerloses Transportsystem. Das Manipulatorsystem umfasst dabei eine Überwachungseinrichtung, die eingerichtet ist, um ein Schutzfeld des Manipulatorsystems zu überwachen. Ferner umfasst das Manipulatorsystem eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, ein oben beschriebenes Verfahren zum Betreiben eines Manipulatorsystems durchzuführen. Hierzu kann das
Manipulatorsystem bestimmte Mittel umfassen, die das beschriebene Betreiben des Manipulatorsystems und insbesondere die beschriebene Positions- und/oder Orientierungsverifikation ermöglichen.
Der Begriff Steuereinrichtung ist dabei breit zu verstehen, da sie viele, auch dezentral angeordnete Steuervorrichtungen, wie etwa Computer, umfassen kann. Insbesondere kann sie mehrere, unterschiedliche Steuervorrichtungen umfassen, etwa eine Steuervorrichtung zur Steuerung eines fahrerlosen Transportsystems, eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Überwachungseinrichtung, und eine Steuervorrichtung zur Steuerung eines Manipulators, welcher von dem
fahrerlosen Transportsystem getragen wird. Alternativ kann die
Steuervorrichtung auch nur aus einer einzigen geeigneten Steuervorrichtung bestehen. Die einzelnen Schritte des Verfahrens können dabei auf einem - computerlesbaren Medium gespeichert sein.
Die Überwachungseinrichtung umfasst vorzugsweise Laserscanner zur Erfassung von Objekten in dem Schutzfeld. Solche Laserscanner arbeiten zuverlässig und erlauben es, hohe Sicherheitsanforderungen einzuhalten. Der Fachmann versteht, dass im Sinne der Erfindung auch mehr als zwei Schutzfelder gebildet werden können, um eine verfeinerte Verifizierung der bestimmten Systemposition und/oder -Orientierung zu ermöglichen.
4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichem Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch ein Manipulatorsystem gemäß einer Ausfuhrungsform;
Fig. 2 schematisch ein Manipulatorsystem gemäß einer weiteren
Ausführungsform ;
Fig. 3 schematisch verschiedene Konfiguration von Schutzfeldern;
Fig. 4 ein Manipulatorsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
Fig. 5 ein Manipulatorsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform.
5. Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein Manipulatorsystem 1 dargestellt, an welchem zwei Laserscanner 2 bereitgestellt sind. Diese Laserscanner 2 können als Teil einer
Überwachungseinrichtung ein Schutzfeld überwachen. Objekte, die in dem überwachten Schutzfeld vorliegen, oder in dieses eintreten, führen zu einer Schutzfeldverletzung. Diese Schutzfeldverletzung kann als binäres Signal ausgegeben werden und einen Not-Stopp oder eine anderweitige Reaktion des Manipulatorsystems 1 veranlassen.
Ferner wird in dem Manipulatorsystem 1 eine Umgebungsinformation bereitgestellt, mittels welcher eine erwartete Kontur 3 der Umgebung bezüglich einer bestimmten bzw. angenommen Position und Orientierung des
Manipulatorsystems 1 in der Umgebung beschrieben werden kann. Die Position und Orientierung kann dabei mittels Odometrie oder Hallen-GPS bestimmt werden, und als angenommene Position und Orientierung betrachtet werden.
Zur Verifikation dieser angenommen Position und Orientierung wird
insbesondere von der Steuereinrichtung des Manipulatorsystems 1 ein erstes Schutzfeld 4 gebildet, welches gerade nicht verletzt wird, wenn die bestimmte
Systemposition und/oder -Orientierung korrekt sind. Das erste Schutzfeld 4 ist so konfiguriert, dass die erwartete Kontur 3 der Umgebung bezüglich der angenommenen Position und Orientierung des Manipulatorsystems 1, an keiner Stelle das erste Schutzfeld 4 verletzt, wie in Figur 1 ersichtlich. Ferner wird insbesondere von der Steuereinrichtung des Manipulatorsystems 1 ein zweites Schutzfeld 5 gebildet, welches größer als das erste Schutzfeld 4 ist und von dem angenommen wird, etwa durch die Steuereinrichtung, dass es von der Umgebung verletzt wird. Wie in der Figur 1 dargestellt, wird das zweite
Schutzfeld 5 derart gebildet, dass die erwartete Kontur 3 der Umgebung bezüglich der angenommenen Position und Orientierung des Manipulatorsystems 1 das zweite Schutzfeld 5 vollständig bzw. teilweise verletzt.
Anhand von Verletzungsinformation kann die angenommene Position und/oder Orientierung verifiziert werden. Wenn das erste Schutzfeld 4 und das zweite Schutzfeld 5 wie erwartet nicht verletzt bzw. insbesondere vollständig verletzt werden, kann die bestimmte Systemposition und/oder -Orientierung des
Manipulatorsystems als korrekt verifiziert werden.
In der in Figur 2 dargestellten Situation stimmt die tatsächliche Position bzw. Orientierung 7 des Manipulatorsystems 1 nicht mit der erwarteten Position bzw. Orientierung 6 überein. In der hier dargestellten Situation werden entsprechend der angenommen Position und Orientierung 6 bezüglich des erwarteten
Hindernisses 3 Schutzfelder gebildet, wie unter Bezugnahme auf Figur 1 beschrieben. Dabei soll bezogen auf diese angenommene Position und
Orientierung 6 ein erstes Schutzfeld 4' nicht durch das erwartete Hindernis 3 verletzt werden, ein zweites Schutzfeld 5' soll hingegen wie dargestellt durch das erwartete Hindernis 3 verletzt werden. Die tatsächliche Position und Orientierung 7 des Manipulatorsystems 1 weicht jedoch von der angenommenen Position und Orientierung 6 ab. Die tatsächliche relative Position 10 des Hindernisses verursacht eine Verletzung des ersten 4 und zweiten 5 Schutzfeldes, die nicht der angenommenen Verletzung entspricht. Das erste Schutzfeld 4 wird im Bereich 8 unerwartet verletzt. Ferner wird das zweite Schutzfeld 5 nur im Bereich 9, und nicht wie erwartet verletzt. Es wird somit das erste Schutzfeld 4 verletzt und das zweite Schutzfeld 5 nicht wie erwartet verletzt. Dies erlaubt zunächst den Rückschluss, dass die angenommene Position und Orientierung 6, bzw. die bestimmte Systemposition und -Orientierung 6 nicht mit der tatsächlichen, aktuellen Position und Orientierung 7 übereinstimmt. Ferner kann aus der Art bzw. dem Grad der Verletzung des ersten 4 und zweiten 5 Schutzfeldes eine korrekte Position und Orientierung 7 des Manipulatorsystems 1 bestimmt werden.
In der Figur 3 sind drei verschiedene Situationen dargestellt, die einen unterschiedlichen Rückschluss auf eine tatsächliche Position und/oder
Orientierung des Manipulatorsystems 1 ermöglichen. In der Situation (a) liegt das tatsächliche Konturbild 10 zwischen dem ersten 4 und zweiten 5 Schutzfeld: Das erste Schutzfeld 4 wird dabei nicht durch die tatsächliche Umgebung verletzt, das zweite Schutzfeld 5 jedoch vollständig. Dies entspricht der Situation, in welcher die angenommene Position und Orientierung genau oder im Wesentlichen mit der tatsächlichen Position und Orientierung übereinstimmen.
In der Situation (b) der Figur 3 wird sowohl das erste 4 als auch das zweite 5 Schutzfeld teilweise verletzt. Die angenommene Position oder Orientierung stimmt daher nicht mit der tatsächlichen Position überein. Aus dem Grad der Verletzung kann ermittelt werden, dass die angenommene Orientierung nicht mit der tatsächlichen Orientierung übereinstimmt.
In der Situation (c) der Figur 3 werden sowohl das erste 4 als auch das zweite 5 Schutzfeld vollständig verletzt. Dies erlaubt den Rückschluss, dass die
angenommene Position nicht mit der tatsächlichen Position übereinstimmt. Die Umgebungskarte an einer angenommenen Position und/oder Orientierung entspricht der erwarteten Momentaufnahme der Sensorik wie beispielsweise Laserscanner, wenn die angenommene Position und/oder Orientierung korrekt ist. Durch gezielte Schutzfeldkonfiguration kann nun die erwartete Umgebung verifiziert werden. Zunächst wird ein erstes Schutzfeld 4 generiert, welches dem Umgebungsbild 3 abzüglich einer bestimmten Toleranzschwelle entsprechen kann. Falls die Systemposition und/oder -Orientierung korrekt sind, sollte dieses erste Schutzfeld 4 nicht verletzt sein. Im zweiten Schritt wird ein zweites Schutzfeld 5 gebildet, welches derart konfiguriert ist, dass es dem
Umgebungsabbild 3 plus einer bestimmten Toleranzschwelle entspricht. Ist die Systemposition und/oder Systemorientierung korrekt, sollte dieses zweite Schutzfeld 5 durch die erwartete Umgebungskontur 3 verletzt werden. Wenn die Systemposition und/oder -Orientierung nicht korrekt sind, wird das erste Schutzfeld verletzt, bzw. das zweite Schutzfeld nicht wie erwartet verletzt. Durch Überprüfen der Umgebung in mehreren Abschnitten, also mit mehreren Schutzfeldern, kann ein präziser Rückschluss auf die Position des fahrerlosen Transportsystems geschlossen werden.
In der Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, in welcher die Umgebung in mehreren Abschnitten, die radial unterteilt sind, überprüft wird. Die von den Laserscannern 2 ausgehenden radialen Laserstrahlen sind in
Abschnitte, oder Teil-Schutzfelder, von etwa io° um das Manipulatorsystem 1 unterteilt. Für jeden Abschnitt wird einzeln eine positive oder negative
Rückmeldung über die Stimmigkeit der erwarteten Umgebungskontur ermittelt. Somit kann auf eine eventuelle Abweichung von der angenommenen Position bzw. Orientierung präzise zurückgeschlossen werden. Wenn sich in der
Umgebung des Manipulatorsystems 1 unbekannte Objekte oder Hindernisse, wie beispielsweise Menschen, befinden, bewirkt dies eine Verletzung mindestens eines der Schutzfelder, und insbesondere des ersten Schutzfeldes 4, obwohl die angenommene Systemposition und/oder -Orientierung korrekt sein kann. Durch individuelles Verifizieren der Einzelabschnitte bzw. Teil-Schutzfelder kann somit festgestellt werden, ob die angenommene Position korrekt ist und ob sich ein unbekanntes Objekt in dem Schutzfeld befindet. Hierzu kann überprüft werden, ob eine Anzahl unverletzter Abschnitte des ersten Schutzfeldes 4 größer als ein vordefinierter Toleranzwert ist, und anschließend die Verifizierung unter Verwendung dieser unverletzten Abschnitte durchgeführt werden.
In der Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Hier werden die Schutzfelder 4, 5 nur lokal um das Manipulatorsystem 1 herum gebildet. Dabei lassen sich vier Überprüfungsrichtungen bzw. Überprüfungsbereiche a, b, c, d kennzeichnen. Nur diese Bereiche werden für die Positions- und
Orientierungsverifikation untersucht. Das erste Schutzfeld 4 und zweite
Schutzfeld 5 werden nur in diesen Bereichen a, b, c, d gebildet. Durch Auswerten der resultierenden Verletzungsinformation hinsichtlich der Bereiche a, b, c, d und Vergleich mit einer basierend auf der angenommenen Position und Orientierung zu erwartenden Verletzungsinformation kann die Position des
Manipulatorsystems 1 verifiziert werden.

Claims

Ansprüche 1 bis 14
1. Verfahren zum Betreiben eines Manipulatorsystems (1), umfassend insbesondere ein fahrerloses Transportfahrzeug, und wobei ein Schutzfeld des Manipulatorsystems (1) mittels einer Überwachungseinrichtung (2) überwacht wird, aufweisend:
Bestimmen einer Systemposition und/oder Systemorientierung (6) des Manipulatorsystems ;
Bereitstellen von Umgebungsinformation (3) betreffend eine Umgebung des Manipulatorsystems (1);
Bilden eines ersten Schutzfeldes (4) basierend auf der
Umgebungsinformation (3) und der bestimmten Systemposition und/oder Systemorientierung (6), wobei das erste Schutzfeld (4) so bemessen wird, dass es bei einer korrekt bestimmten Systemposition und/oder
Systemorientierung (6) nicht verletzt wird;
Bilden eines zweiten Schutzfeldes (5) basierend auf der
Umgebungsinformation (3) und der bestimmten Systemposition und/oder Systemorientierung (6), wobei das zweite Schutzfeld (5) größer als das erste Schutzfeld (4) ist, wobei das zweite Schutzfeld (5) so bemessen wird, dass es bei einer korrekt bestimmten Systemposition und/oder Systemorientierung (6) verletzt wird;
Bestimmen zumindest einer Verletzungsinformation für das erste (4) und das zweite (5) Schutzfeld; und
- Verifizieren der bestimmten Systemposition und/oder Systemorientierung (6) des Manipulatorsystems (1) basierend auf der Verletzungsinformation.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der
Verletzungsinformation und/oder das Verifizieren der Systemposition und/oder Systemorientierung (6) während einer Bewegung des Manipulatorsystems (1) erfolgen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Umgebungsinformation (3) eine Umgebungskarte umfasst, wobei die Umgebungskarte Strukturinformation von zumindest einem Objekt in der Umgebung umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Bilden des ersten (4) und zweiten (5) Schutzfeldes derart erfolgt, dass das Objekt nicht in dem ersten Schutzfeld (4) aber zumindest teilweise in dem zweiten Schutzfeld (5) liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste und/oder zweite Schutzfeld (4, 5) einen Winkelbereich um das Manipulatorsystems von weniger als 3600 abdeckt, und vorzugsweise einen Winkelbereich von maximal io°, weiter vorzugsweise von maximal 200, weiter vorzugsweise von maximal 300, weiter vorzugsweise von maximal 450, weiter vorzugsweise von maximal 6o° und am meisten bevorzugt von maximal 900 abdeckt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die
Verletzungsinformation beschreibt, ob das erste Schutzfeld (4) verletzt wird, ob das zweite Schutzfeld (5) verletzt wird, und/oder ob das erste und zweite
Schutzfeld (4, 5) verletzt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Bestimmen der Verletzungsinformation ferner ein Feststellen umfasst, welcher Bereich des ersten (4) bzw. des zweiten (5) Schutzfeldes verletzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste (4) und/oder das zweite (5) Schutzfeld in mehrere Teil-Schutzfelder unterteilt ist, und wobei das Bestimmen der Verletzungsinformation ein Feststellen umfasst, ob eins vordefinierter Anzahl der Teil-Schutzfelder verletzt wird, wobei die vordefinierte Anzahl der Teil-Schutzfelder vorzugsweise 50%, weiter vorzugsweise 70%, weiter vorzugsweise 90%, weiter vorzugsweise 95%, weiter vorzugsweise 99% und am meisten bevorzugt 100% der Gesamtzahl der Teil-Schutzfelder beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei jedes Teil-Schutzfeld einen
Winkelbereich um das Manipulatorsystem (1) von i° bis 300, vorzugsweise von 2° bis 200, weiter vorzugsweise von 30 bis 150, und am meisten bevorzugt von 50 bis io° abdeckt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin aufweisend ein Berechnen einer aktuellen Position und/oder Orientierung (7) des
Manipulatorsystems (1) basierend auf der Verletzungsinformation.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Berechnen der aktuellen Position und/oder Orientierung (7) des Manipulatorsystems (1) basierend auf einem Verletzungsausmaß einer Verletzung des ersten (4) bzw. des zweiten (5)
Schutzfeldes erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Bestimmen der Systemposition und/oder Systemorientierung (6) des Manipulatorsystems basierend auf Odometrie und/oder funkbasiert erfolgt.
13. Manipulatorsystem (1), umfassend insbesondere ein fahrerloses
Transportfahrzeug, wobei das Manipulatorsystem (1) eine
Überwachungseinrichtung (2) umfasst, die eingerichtet ist, ein Schutzfeld des Manipulatorsystems (1) zu überwachen, und wobei das Manipulatorsystem (1) eine Steuereinrichtung umfasst, die eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Betreiben des Manipulatorsystems (1)
durchzuführen.
14. Verfahren oder Manipulatorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Überwachungseinrichtung Laserscanner (2) zur Erfassung von
Objekten in dem Schutzfeld umfasst.
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