WO2018145990A1 - Vorrichtung zur absicherung eines maschinell gesteuerten handhabungsgeräts und verfahren - Google Patents

Vorrichtung zur absicherung eines maschinell gesteuerten handhabungsgeräts und verfahren Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a device for securing a machine-controlled handling device, in particular a robot, with sensors for detecting objects located in a monitoring space associated with the handling device and an evaluation unit for determining position data and movement data of the objects located in the monitoring space Sensor signals of the sensors.
  • handling device should be both mechanically controlled, fixed-programmed so-called pick-and-place devices, such as devices for loading, assembly or packaging, as well as universally applicable motion machines - so-called industrial robots - with multiple axes, their movements in terms of motion sequence and the trajectory are freely programmable, be understood.
  • the DIN EN ISO 10218 prescribes a distance and speed monitoring of the operator to protect the operator against hazards that emanate from the industrial robot during operation.
  • a permanently installed sensor system In the event that only a permanently installed sensor system is used, it is mandatory to monitor a large monitoring area around the industrial robot. If, for example, so-called floor scanners or running mats are used, they lead to a large minimum distance between the industrial robot and the operator. The reason for this is a detection of the feet or the lower leg of the operator, so that according to DIN EN ISO 13855 a distance of 1.2 m to a prescribed distance for the lower extremities are added in order to take into account the reach of the outstretched arms.
  • floor scanners and foot mats have the advantage that they can monitor a large interstitial space without gaps.
  • security cameras can not consistently monitor a surveillance space because movement of the industrial robot within the monitored area could result in undesirable emergency stops.
  • Such a sensor is therefore not suitable to reduce the required safety distance between industrial robot and operator while maintaining a safe working environment so far that a direct cooperation between the industrial robot and the operator can be displayed.
  • Such a sensor system is described for example in WO 2006/024431 AI.
  • Another way to significantly reduce the required safety distance between industrial robot and operator while maintaining a safe working environment consists in a protective sheath created by a sensor directly to an effector of the industrial robot or to the recorded there tool or component. Relative to the entire interstitial space, there is only monitoring in the vicinity.
  • EP 2 323 815 B1 discloses a robot arrangement with a contactless distance sensor arranged in or on the end effector, which is a capacitive distance sensor.
  • the robot is a so-called redundant robot that can perform motion in its null space, so can reconfigure its joints while maintaining the position of the effector. With such a sensor, it is not possible to monitor the movement of the industrial robot within a larger surveillance space around the industrial robot, that is in a remote area.
  • the object of the present invention is to provide a device for securing a handling device, which provides a suitable combination of sensors, which allows a human-robot collaboration with small working distances.
  • a device for securing a mechanically controlled handling device comprising a sensor system for detecting objects located in a monitoring device associated with the handling device, an evaluation unit for determining position data and movement data of the objects located in the monitoring space Sensor signals of the sensor, wherein the sensor is designed such that with respect to the interstitial space, a first, monitoring-stationary monitoring area and a second, variable-origin monitoring area can be detected.
  • an origin-stationary monitoring area is to be understood as meaning that the origin of this area is immovable with respect to the entire apparatus or relative to a higher-order coordinate system. The origin here is the point from which the monitoring is carried out by suitable means.
  • an origin variable monitor area is understood to mean that the origin of this area is movable relative to the parent coordinate system.
  • the originating stationary surveillance area extends over the entire surveillance area, ie coincides with it, and the originally variable surveillance area covers and also moves in a partial area of the surveillance area. It may also be the case that the originating stationary monitoring area extends over a subarea of the entire surveillance space and the originally variable surveillance area covers and also moves in another subarea of the surveillance space.
  • the device according to the invention it is possible to implement concepts of human-robot collaboration, since it is advantageously possible to achieve a basic protection of the handling device via the origin-stationary monitoring area and to ensure a well-resolving detection of a working area via the origin-variable monitoring area.
  • the origin-variable monitoring area is formed as a three-dimensional area.
  • a three-dimensional and origin-variable monitoring area be placed around an effector of a handling device.
  • the evaluation unit determines position data and movement data of both the handling device and the operator and transfers them either as raw data or as processed data via a suitable interface to a machine control of the handling device.
  • the machine control then imprints the handling device corresponding movements, so that there is no risk of injury to the operator.
  • An advantageous embodiment of the invention accordingly provides that the first monitoring area is a remote area starting from a base of the handling device and the second monitoring area is a short range starting from a movable effector of the handling device.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the first monitoring area is aligned close to the ground, in particular forms a plane parallel to a floor level. As a result, the basic security of the handling device is ensured so that it can be reliably detected that an operator is located in the monitoring space around the handling device.
  • an advantageous embodiment of the invention provides that the evaluation unit is set up to distinguish position data and movement data acquired in the first monitoring area from position data and movement data acquired in the second monitoring area and / or to evaluate them in combination.
  • the evaluation unit can distinguish position data and movement data of a first object from position data and movement data of a second object.
  • a control of the handling device can be carried out in dependence on a different detection of the objects.
  • a detection in the second monitoring area also takes place of the first object and of a second object.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the evaluation unit assigns several monitoring levels representing Senstechniksfelder the interstitial space. This makes it possible to store different activation modes depending on the security levels in the evaluation unit. It is thus preferable to assign different traversing speeds to the handling device from the evaluation unit, at least indirectly, to the different security levels, depending on detection of the objects in the sensing fields.
  • the object is further achieved by a method for securing a mechanically controlled handling device with a device as described, with the following steps:
  • An advantageous embodiment of the method provides for detecting the first and second objects located in the first, second and third sensing fields via the first, original-state monitoring area.
  • An advantageous embodiment of the method provides for detecting the first object located in the fourth sensing field via the first, stationary-stationary monitoring area.
  • An advantageous embodiment of the method provides for detecting the second object entering the fourth sensing field via the second, originally variable monitoring area.
  • An advantageous embodiment of the method provides for detecting the first object guided by the handling device into the first sensing field and detecting a movement of the second object from the fourth sensing field and impressing the second traversing speed increased compared to the third traversing speed at least indirectly via the evaluation unit the handling device before.
  • An advantageous embodiment of the method provides for detecting the second object entering into the first sensing field and for impressing the first traversing speed, which is increased relative to the second traversing speed, at least indirectly via the evaluation unit to the handling device.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a handling device with a safeguard device
  • FIG. 2 shows a handling device with a safety device in a first work situation
  • FIG. 3 shows a handling device with a safety device in a further work situation
  • FIG. 5 shows a flow diagram of a possible method for securing a handling device.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a handling device in the form of an industrial robot 10 and an operator 12, which can enter into a collaboration with the industrial robot 10.
  • the industrial robot 10 and the operator 12 are thus installed or present in the same workspace.
  • the industrial robot 10 has an effector 16 at a free end of a robot arm 14, which can be designed, for example, as a tool, gripper, screwdriver, camera or measuring device.
  • the industrial robot may be an articulated robot or a robot with another arm kinematics.
  • a device 20 for securing the handling device is shown, which may include a sensor 22 and an evaluation unit 24.
  • the sensor system 22 may initially comprise a permanently installed sensor 26 which is fastened, for example, to a frame element 18 of the industrial robot 10.
  • a plurality of sensors 26 are arranged around the circumference of the frame element 18, so that a sensor element 30 surrounding the frame element 18 and thus the industrial robot 10 can be generated, as will be described later.
  • the sensor 26 may be, for example, a laser sensor, a footswitch mat, a camera or time-of-flight camera or an ultrasound sensor.
  • the sensor system 22 may further include a sensor 28 disposed on the robot arm 14, which may be referred to as a movable sensor 28 due to the mobility of the robot arm 14.
  • the movable sensor 28 is preferably attached to the free end of the robot arm 14 adjacent to the effector 16. It is expedient if the movable sensor 28 is arranged in a position vertically above the effector 16 and produces a screen-shaped directed sensor field 32 enclosing the effector 16.
  • the sensor field may, for example, be directed substantially downwards, but any other orientation is possible as needed. It is expedient in this case if the movable sensor 16 is arranged such that the generated sensor field 32 is not shaded by the effector 16 or other movable sensor. che parts of the robot arm 14 learns.
  • the sensor 26 may be, for example, a laser sensor, a camera or time-of-flight camera or an ultrasonic sensor.
  • the industrial robot 10 and the device 20 for its protection can be integrated in a workstation, which is not shown per se, and in which, for example, an assembly process is performed. It can also be provided that the workstation is processually linked via a transport system with one or more other workstations.
  • FIG. 1 shows a monitoring space 34 around the industrial robot 10.
  • the securing device 20 is also disposed within the monitoring space 34.
  • the securing device 20 is arranged at least partially outside the monitoring space 34.
  • FIGS. 2 to 4 show the industrial robot 10, the securing device 20 and the operator 12 in respective work situations.
  • the sensor field 30 is shown as a horizontally oriented plane. It may be provided that the sensor field is divided to 30 n in a plurality of concentrically extending to the sensor 26 part 30i circles 30, wherein each part circuit 30i to 30 n a different security level is assigned.
  • a security level is understood to be a quantification of light emanating from the industrial robot to the operator hazard potential when the operator resides in one of the runs in the pitch circles sensor arrays 30i to 30 n.
  • different security speeds are also assigned to different traversing speeds of the industrial robot 10.
  • FIG. 2 shows a situation in which the industrial robot 10 picks up a component via its effector 16 at a buffer space (not shown). Meanwhile, for example, the operator 10 may be in the outermost sensor field 30i, which is assigned the lowest security level with a high travel speed Vi. In the position of the operator, it is spatially impossible for the robot arm 14 to come into contact with the operator 12.
  • the travel speed Vi in this situation is, for example, 1000 mm / s.
  • FIG. 3 shows a situation in which the industrial robot 10 has moved the component into the area of the sensor fields 30 2 to 30 4 and at the same time the operator 12 has entered the next inner sensor field 30 2 .
  • This sensor field 30 2 may be associated with a lower travel speed v 2 compared to the travel speed Vi.
  • the evaluation unit 24 recognizes the evaluation unit 24 via the sensor 22 that an operator 12 has moved from the sensor field 30i into the sensor field 30 2 , the evaluation unit 24 impresses the industrial robot 10 or a control unit of the industrial robot 10, not shown, the reduced travel speed v 2 .
  • the travel speed v 2 in this situation is, for example, 500 mm / s.
  • FIG. 4 shows a situation, compared to FIG. 3, in which the operator 12 first entered the next inner sensor field 30 3 .
  • This sensor field 30 3 can be assigned a lower travel speed v 3 compared to the travel speed v 2 . If the evaluation unit 24 recognizes the sensor field 30 3 , the evaluation unit 24 impresses the industrial robot 10 or a control unit of the industrial robot 10 (not shown) with the reduced travel speed v 3 . Furthermore, a situation is shown in FIG. 4 in which the operator 12 has extended an arm in the direction of the effector 16 or the component held thereon, thereby entering the sensor field 32 generated by the sensor 28.
  • the evaluation unit 24 detects via the sensor system 22 that the operator is in the sensor field 32 at least with parts of his body - arms, hands, fingers or other body parts - the evaluation unit 24 sends a hold command to the industrial robot 10 or not shown control unit of the industrial robot 10 so that it stops and remains in a position in which the operator 12 can make, for example, the assembly of the component.
  • FIG. 5 shows a flow diagram of a possible method for securing a machine-controlled handling device 10.
  • the safety device 20 is provided via the evaluation unit 24 with a control option with which the travel speed of the industrial robot 10 can be reduced as soon as the distance to an operator 12 has reduced and with which the travel speed of the industrial robot 10 can be set to zero as soon as possible a defined minimum distance between industrial robot 10 and operator 12 is reached or fallen below.
  • the sensor field 30 of the permanently installed sensor 26 and the sensor field 32 of the co-moving sensor 28 are switched dynamically depending on the situation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (20) zur Absicherung eines maschinell gesteuerten Handhabungsgeräts (10), insbesondere eines Roboters, mit einer Sensorik (22) zur Erfassung von in einem dem Handhabungsgerät (10) zugeordneten Überwachungsraum (34) sich befindenden Objekten (10, 12) und einer Auswerteeinheit (24) zur Bestimmung von Positionsdaten und Bewegungsdaten der sich in dem Überwachungsraum befindenden Objekten (10, 12) aus Sensorsignalen der Sensorik (22).

Description

Vorrichtung zur Absicherung eines maschinell gesteuerten Handhabungsgeräts und Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absicherung eines maschinell gesteuerten Handha- bungsgeräts, insbesondere eines Roboters, mit einer Sensorik zur Erfassung von in einem dem Handhabungsgerät zugeordneten Überwachungsraum sich befindenden Objekten und einer Auswerteeinheit zur Bestimmung von Positionsdaten und Bewegungsdaten der sich in dem Überwachungsraum befindenden Objekten aus Sensorsignalen der Sensorik.
Unter dem Begriff Handhabungsgerät sollen sowohl maschinell gesteuerte, festprogrammierte sog. Pick-and-Place-Geräte, beispielsweise Geräte zum Beschicken, zur Montage oder zum Verpacken, als auch universell einsetzbare Bewegungsautomaten - sogenannte Industrieroboter - mit mehreren Achsen, deren Bewegungen hinsichtlich der Bewegungsfolge und der Bewegungsbahn frei programmierbar sind, verstanden werden.
Heutzutage werden anwenderseitig Maschinenkonzepte gefordert, in denen eine Mensch- Roboter-Kollaboration mit einem konventionellen Industrieroboter umgesetzt ist. Die DIN EN ISO 10218 schreibt für die Absicherung der Bedienperson gegen Gefahren, die von dem Industrieroboter während des Betriebes ausgehen, eine Abstands- und Geschwindigkeitsüberwachung der Bedienperson vor. Für den Fall, dass lediglich eine festinstallierte Sensorik eingesetzt wird, ist vorgeschrieben, einen großen Überwachungsraum um den Industrieroboter herum zu überwa- chen. Werden hierzu beispielsweise sogenannte Bodenscanner oder Trittmatten eingesetzt, führen diese zu einem großen Mindestabstand zwischen Industrieroboter und Bedienperson. Ursächlich hierfür ist ein Erfassen der Füße oder der Unterschenkel der Bedienperson, so dass nach DIN EN ISO 13855 noch ein Abstand von 1,2m zu einem vorgeschriebenen Abstand für die unteren Extremitäten hinzuzuaddieren sind, um der Reichweite der ausgestreckten Arme Rech- nung zu tragen. Allerdings haben Bodenscanner und Trittmatten den Vorteil, dass sie einen großen Überwachungsraum lückenlos überwachen können. Im Gegensatz dazu können Sicherheitskameras einen Überwachungsraum nicht lückenlos überwachen, da eine Bewegung des Industrieroboters innerhalb des überwachten Bereichs zu unerwünschten Nothalten führen könnte. Eine derartige Sensorik ist demnach nicht geeignet den erforderlichen Sicherheitsabstand zwischen Industrieroboter und Bedienperson unter Beibehaltung einer sicheren Arbeitsumgebung so weit zu reduzieren, dass eine unmittelbare Zusammenarbeit zwischen dem Industrieroboter und der Bedienperson darstellbar ist. Eine derartig wirkende Sensorik wird beispielsweise in der WO 2006/024431 AI beschrieben. Eine weitere Möglichkeit den erforderlichen Sicherheitsabstand zwischen Industrieroboter und Bedienperson unter Beibehaltung einer sicheren Arbeitsumgebung deutlich zu reduzieren, besteht in einer mittels einer Sensorik erzeugten Schutzhülle unmittelbar um einen Effektor des Industrieroboters beziehungsweise um das dort aufgenommenen Werkzeug oder Bauteil. Bezogen auf den gesamten Überwachungsraum erfolgt hier lediglich eine Überwachung im Nahbereich. Dafür muss die Sensorik am Industrieroboter mitbewegend angeordnet sein, zweckmäßigerweise unmittelbar an dem Roboterarm. So ist aus der EP 2 323 815 Bl eine Roboteranordnung mit einem im oder am Endeffektor angeordneten berührungslosen Abstandssensor bekannt, wobei es sich um einen kapazitiven Abstandssensor handelt. Bei dem Roboter handelt es sich um einen sogenannten redundanten Roboter, der Bewegung in seinem Nullraum ausführen kann, also unter Beibehaltung der Lage des Effektors seine Gelenke umkonfigurieren kann. Mit einer derartigen Sensorik ist es nicht möglich, die Bewegung des Industrieroboters innerhalb eines größeren Überwachungsraums um den Industrieroboter, das heißt in einem Fernbereich, zu überwachen. Folglich ist es mit einem Industrieroboter, der mit einer im Nahbereich wirksamen Sensorik ausgestattet ist, nicht möglich fortlaufende Montagearbeiten in Kollaboration mit einer Bedienperson durchzuführen, da hier der Industrieroboter sowohl in einem Bauteilspeicher vorgehaltene Bauteile aufnimmt als auch das aufgenommene Bauteil dem unmittelbaren Montageort zuführt, an dem dann die Bedienperson beispielsweise eine Verschraubung des Bauteils vornimmt. Es hat folglich sowohl eine Absicherung des Überwachungsraums im Fernbereich, nämlich für das Aufnehmen des Bauteils und das Zuführen zum Montageort, als auch im Nahbereich, nämlich die unmittelbaren Montagevorgang durch die Bedienperson, zu erfolgen, um Konzepte der Mensch-Roboter-Kollaboration umzusetzen.
Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Absicherung eines Handhabungsgeräts bereitzustellen, die eine geeignete Kombination an Sen- sorik bereitstellt, die eine Mensch-Roboter-Kollaboration mit kleinen Arbeitsabständen ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Absicherung eines maschinell gesteuerten Handhabungsgeräts, insbesondere eines Roboters, umfassend eine Sensorik zur Erfassung von in einem dem Handhabungsgerät zugeordneten Überwachungsraum sich befindenden Objekten, eine Auswerteeinheit zur Bestimmung von Positionsdaten und Bewegungsdaten der sich in dem Überwachungsraum befindenden Objekten aus Sensorsignalen der Sensorik, wobei die Sensorik derart ausgebildet ist, dass bezogen auf den Überwachungsraum ein erster, ursprungsstationärer Überwachungsbereich und ein zweiter, ursprungsvariabler Überwachungsbereich erfassbar ist. In diesem Zusammenhang ist unter einem ursprungsstationären Überwachungsbereich zu verstehen, dass der Ursprung dieses Bereich bezogen auf die gesamte Vorrichtung beziehungsweise bezogen auf ein übergeordnetes Koordinatensystem unbeweglich ist. Der Ursprung ist hierbei der Punkt von dem aus die Überwachung mit geeigneten Mittel ausgeführt wird. Im Gegensatz dazu ist unter einem ursprungsvariablen Überwachungsbereich zu verstehen, dass der Ursprung dieses Bereichs bezogen auf das übergeordnete Koordinatensystem beweglich ist. So kann beispielsweise der Fall auftreten, dass sich der ursprungsstationäre Überwachungsbereich über den gesamten Überwachungsraum erstreckt, sich mit diesem also deckt, und der ursprungsvariable Überwachungsbereich einen Teilbereich des Überwachungsraum abdeckt und sich außerdem in diesem bewegt. Auch kann der Fall vorliegen, dass sich der ursprungsstationäre Überwachungsbereich über einen Teilbereich des gesamten Überwachungsraums erstreckt und der ursprungsvariable Überwachungsbereich einen anderen Teilbereich des Überwachungsraums abdeckt und sich außerdem in diesem bewegt.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich Konzepte der Mensch-Roboter- Kollaboration umzusetzen, da es vorteilhaft möglich ist über den ursprungsstationären Überwachungsbereich eine Grundabsicherung des Handhabungsgeräts zu erzielen und über den ursprungsvariablen Überwachungsbereich eine gut auflösende Erfassung eines Arbeitsbereich zu gewährleisten. So ist es insbesondere bevorzugt, dass sich der ursprungsvariable Überwachungsbereich als dreidimensionaler Bereich ausbildet. Bevorzugt ist hierbei, dass ein dreidi- mensionaler und ursprungsvariabler Überwachungsbereich um einen Effektor eines Handhabungsgeräts gelegt wird. Dies bietet den Vorteil, dass bei einer unmittelbaren Zusammenarbeit zwischen dem Handhabungsgerät, insbesondere dessen Effektor, und der Bedienperson, insbesondere deren Hände und Finger, eine Ansteuerung des Handhabungsgeräts jederzeit unter Berücksichtigung der Eigenbewegungen der Bedienperson erfolgen kann. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass die Auswerteeinheit Positionsdaten und Bewegungsdaten sowohl des Handhabungsgerätes als auch der Bedienperson bestimmt und diese entweder als Rohdaten oder als bearbeitete Daten über eine geeignete Schnittstelle an eine Maschinensteuerung des Handhabungsgeräts übergibt. Die Maschinensteuerung prägt dann dem Handhabungsgerät entsprechende Bewegungen auf, so dass keine Verletzungsgefahr für die Bedienperson besteht. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht demnach vor, dass es sich bei dem ersten Überwachungsbereich um einen Fernbereich ausgehend von einer Basis des Handhabungsgeräts und bei dem zweiten Überwachungsbereich um einen Nahbereich ausgehend von einem beweglichen Effektor des Handhabungsgeräts handelt. Mit der Kombination der Überwachung des Fernbereichs und des Nahbereichs und damit der sicheren Erkennung der Hände und/oder Fin- ger der Bedienperson kann der notwendige Sicherheitsabstand zwischen dem maschinell gesteuerten Handhabungsgerät und der Bedienperson auf ein Minimum reduziert werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Überwachungsbereich bodennah ausgerichtet ist, insbesondere eine zu einem Boden parallele Ebene ausbildet. Hier- durch ist die Grundabsicherung des Handhabungsgeräts gewährleistet, so dass sicher detektiert werden kann, dass sich eine Bedienperson in dem Überwachungsraum um das Handhabungsgerät befindet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, in dem ersten Überwachungsbereich erfasste Positionsdaten und Bewegungsdaten von in dem zweiten Überwachungsbereich erfassten Positionsdaten und Bewegungsdaten zu unterscheiden und/oder kombiniert auszuwerten. Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass die Auswerteeinheit Positionsdaten und Bewegungsdaten eines ersten Objekts von Positionsdaten und Bewegungsdaten eines zweiten Objekts unterscheiden kann. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass eine Ansteuerung des Handhabungsgeräts in Abhängigkeit einer unterschiedli- chen Erfassung der Objekte erfolgen kann. So ist zum Beispiel denkbar, dass zunächst lediglich eine Erfassung im ersten Überwachungsbereich sowohl eines ersten Objekts, beispielsweise des Handhabungsgeräts, und eines zweiten Objekts, beispielsweise der Bedienperson, erfolgt. Im Verlauf eines Fertigungsablaufs ist dann denkbar, dass eine Erfassung im zweiten Überwachungsbereich ebenfalls des ersten Objekts und eines zweiten Objekts erfolgt. Hierbei ist es dann jedenfalls entscheidend, dass die Auswerteeinheit die beiden Objekte voneinander unterscheiden kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Auswerteeinheit dem Überwachungsraum mehrere, unterschiedliche Sicherheitsstufen repräsentierende Sensierungsfelder zuordnet. Hierdurch ist es möglich in Abhängigkeit von den Sicherheitsstufen in der Auswer- teeinheit verschiedene Ansteuerungsmodi zu hinterlegen. So ist bevorzugt, den unterschiedlichen Sicherheitsstufen unterschiedliche dem Handhabungsgerät von der Auswerteeinheit zumindest mittelbar aufzuprägende Verfahrgeschwindigkeiten zuzuordnen, abhängig von einer Erfassung der Objekte in den Sensierungsfeldern.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Absicherung eines maschinell gesteuer- ten Handhabungsgeräts mit einer Vorrichtung wie beschrieben, mit den Schritten:
- Erfassen eines durch das Handhabungsgerät in einem ersten Sensierungsfeld des Überwachungsraums geführten ersten Objekts und Erfassen eines in einem zweiten Sensierungsfeld sich befindenden zweiten Objekts; - Aufprägen einer ersten Verfahrgeschwindigkeit zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit auf das Handhabungsgerät;
- Erfassen des in ein drittes Sensierungsfeld eintretenden zweiten Objekts;
- Aufprägen einer gegenüber der ersten Verfahrgeschwindigkeit reduzierten zweiten Verfahrge- schwindigkeit zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit auf das Handhabungsgerät;
- Erfassen des durch das Handhabungsgerät in das zweite und/oder dritte und/oder vierten Sensierungsfeld geführten ersten Objekts und Erfassen des in das dritte Sensierungsfeld eintretenden zweiten Objekts;
- Aufprägen einer gegenüber der zweiten Verfahrgeschwindigkeit reduzierten dritten Verfahrge- schwindigkeit zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit auf das Handhabungsgerät;
- Erfassen einer Bewegung des zweiten Objekts in dem vierten Sensierungsfeld;
- Anhalten des Handhabungsgerätes zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Erfassen des in dem ersten, zweiten und dritten Sensierungsfeld befindlichen ersten und zweiten Objekts über den ersten, ursprungsstati- onären Überwachungsbereich vor.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Erfassen des in dem vierten Sensierungsfeld befindlichen ersten Objekts über den ersten, ursprungsstationären Überwachungsbereich vor.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Erfassen des in das vierte Sensierungs- feld eintretenden zweiten Objekts über den zweiten, ursprungsvariablen Überwachungsbereich vor.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Erfassen des durch das Handhabungsgerät in das erste Sensierungsfeld geführte erste Objekt und Erfassen einer Bewegung des zweiten Objekts aus dem vierten Sensierungsfeld heraus und ein Aufprägen der gegenüber der drit- ten Verfahrgeschwindigkeit erhöhten zweiten Verfahrgeschwindigkeit zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit auf das Handhabungsgerät vor.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ein Erfassen des in das erste Sensierungsfeld eintretenden zweiten Objekts und Aufprägen der gegenüber der zweiten Verfahrgeschwindigkeit erhöhten ersten Verfahrgeschwindigkeit zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit auf das Handhabungsgerät.
Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Hierin zeigen Figur 1 eine prinzipieller Darstellung ein Handhabungsgerät mit einer Absicherungsvorrichtung;
Figur 2 ein Handhabungsgerät mit einer Absicherungsvorrichtung in einer ersten Arbeitssituation;
Figur 3 ein Handhabungsgerät mit einer Absicherungsvorrichtung in einer weiteren Arbeitssituation;
Figur 4 ein Handhabungsgerät mit einer Absicherungsvorrichtung in einer weiteren Arbeitssituation und
Figur 5 ein Ablaufschaubild eines möglichen Verfahrens zur Absicherung eines Handha- bungsgeräts.
Die Figur 1 zeigt in prinzipieller Darstellung ein Handhabungsgerät in Gestalt eines Industrieroboters 10 und eine Bedienperson 12, die in eine Kollaboration mit dem Industrieroboter 10 treten kann. Der Industrieroboter 10 und die Bedienperson 12 sind somit im selben Arbeitsraum installiert beziehungsweise anwesend. Der Industrieroboter 10 weist an einem freien Ende eines Robo- terarms 14 einen Effektor 16 auf, der beispielsweise als Werkzeug, Greifer, Schrauber, Kamera oder Messeinrichtung ausgeführt sein kann. Bei dem Industrieroboter kann es sich um einen Knickarmroboter oder um einen Roboter mit einer anderen Armkinematik handeln. Des Weiteren ist eine Vorrichtung 20 zur Absicherung des Handhabungsgeräts gezeigt, welche eine Sensorik 22 und eine Auswerteinheit 24 umfassen kann. Hierbei kann die Sensorik 22 zunächst einen fest installierten Sensor 26 umfassen, der beispielsweise an einem Rahmenelement 18 des Industrieroboters 10 befestigt ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass um den Umfang des Rahmenelements 18 mehrere Sensoren 26 angeordnet sind, so dass ein das Rahmenelement 18 und damit den Industrieroboter 10 umgebendes Sensorfeld 30 erzeugt werden kann, wie später noch beschrieben wird. Bei dem Sensor 26 kann es sich beispielsweise um einen Lasersensor, eine Fuß- schaltmatte, eine Kamera oder time-of-flight-Kamera oder einen Ultraschallsensor handeln.
Die Sensorik 22 kann weiterhin einen an dem Roboterarm 14 angeordneten Sensor 28 umfassen, der infolge der Beweglichkeit des Roboterarms 14 als beweglicher Sensor 28 bezeichnet werden kann. Der bewegliche Sensor 28 ist bevorzugt an dem freien Ende des Roboterarms 14 benachbart zu dem Effektor 16 befestigt. Zweckmäßig ist es, wenn der bewegliche Sensor 28 in einer Position vertikal oberhalb des Effektors 16 angeordnet ist und ein schirmförmiges gerichtetes, den Effektor 16 einschließendes Sensorfeld 32 erzeugt. Das Sensorfeld kann beispielsweise im Wesentlichen nach unten gerichtet sein, aber auch jede andere Ausrichtung ist bedarfsgerecht möglich. Zweckmäßig ist hierbei, wenn der bewegliche Sensor 16 derart angeordnet ist, dass das erzeugte Sensorfeld 32 keine Abschattung durch den Effektor 16 oder andere bewegli- che Teile des Roboterarms 14 erfährt. Bei dem Sensor 26 kann es sich beispielsweise um einen Lasersensor, eine Kamera oder time-of-flight-Kamera oder einen Ultraschallsensor handeln.
Der Industrieroboter 10 und die Vorrichtung 20 zu dessen Absicherung kann in eine Arbeitsstation integriert sein, die an sich nicht dargestellt ist, und in der beispielsweise ein Montageprozess durchgeführt wird. Auch kann vorgesehen sein, dass die Arbeitsstation über ein Transportsystem mit einer oder mehreren weiteren Arbeitsstationen prozessual verknüpft ist.
Weiterhin ist in die Figur 1 ein Überwachungsraum 34 um den Industrieroboter 10 eingezeichnet. Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Absicherungsvorrichtung 20 ebenfalls innerhalb des Überwachungsraums 34 angeordnet ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, das die Absi- cherungsvorrichtung 20 zumindest teilweise außerhalb des Überwachungsraums 34 angeordnet ist.
Die Figuren 2 bis 4 zeigen den Industrieroboter 10, die Absicherungsvorrichtung 20 und die Bedienperson 12 in jeweiligen Arbeitssituationen. Das Sensorfeld 30 ist als eine horizontal ausgerichtete Ebene eingezeichnet. Hierbei kann vorgesehen sein, dass sich das Sensorfeld 30 in mehrere konzentrisch zu dem Sensor 26 verlaufende Teilkreise 30i bis 30n unterteilt, wobei jedem Teilkreis 30i bis 30n eine unterschiedliche Sicherheitsstufe zugeordnet ist. Hierbei ist unter einer Sicherheitsstufe eine Quantifizierung des von dem Industrieroboter auf die Bedienperson ausgehenden Gefahrenpotentials zu verstehen, wenn sich die Bedienperson in einem der in Teilkreisen verlaufenden Sensorfelder 30i bis 30n aufhält. In praktischer Ausgestaltung kann vorge- sehen sein, dass unterschiedlichen Sicherheitsstufen auch unterschiedliche Verfahrgeschwindig- keiten des Industrieroboters 10 zugeordnet sind. So ist es zweckmäßig die Verfahrgeschwindig- keiten des Industrieroboters 10 schrittweise von einem äußeren Sensorfeldern hin zu einem inneren Sensorfeld zu reduzieren, sofern in einem Sensorfeld eine Bedienperson detektiert wird.
Die Figur 2 zeigt eine Situation, in der der Industrieroboter 10 an einem nicht näher gezeigten Pufferplatz über seinen Effektor 16 ein Bauteil aufnimmt. Währenddessen kann sich beispielsweise die Bedienperson 10 in dem äußersten Sensorfeld 30i aufhalten, welchem die niedrigste Sicherheitsstufe mit einer hohen Verfahrgeschwindigkeit Vi zugeordnet ist. In der Position der Bedienperson ist es räumlich nicht möglich, dass der Roboterarm 14 in Berührung mit der Bedienperson 12 kommt. Die Verfahrgeschwindigkeit Vi beträgt in dieser Situation beispielsweise 1000 mm/s.
Die Figur 3 zeigt eine Situation, in der der Industrieroboter 10 das Bauteil in den Bereich der Sensorfelder 302 bis 304 bewegt hat und gleichzeitig hat die Bedienperson 12 das nächst innere Sensorfeld 302 betreten. Diesem Sensorfeld 302 kann eine niedrigere Verfahrgeschwindigkeit v2 verglichen mit der Verfahrgeschwindigkeit Vi zugeordnet sein. Erkennt folglich die Auswerteinheit 24 über die Sensorik 22, dass sich eine Bedienperson 12 von dem Sensorfeld 30i in das Sensorfeld 302 bewegt hat, prägt die Auswerteeinheit 24 dem Industrieroboter 10 oder einer nicht näher dargestellten Steuerungseinheit des Industrieroboters 10 die reduzierte Verfahrgeschwindigkeit v2 auf. Die Verfahrgeschwindigkeit v2 beträgt in dieser Situation beispielsweise 500 mm/s. Die Figur 4 zeigt eine Situation, verglichen mit der Figur 3, in der die Bedienperson 12 zunächst das nächst innere Sensorfeld 303 betreten hat. Diesem Sensorfeld 303 kann eine niedrigere Verfahrgeschwindigkeit v3 verglichen mit der Verfahrgeschwindigkeit v2 zugeordnet sein. Erkennt die Auswerteeinheit 24 ein Betreten des Sensorfeldes 303, prägt die Auswerteeinheit 24 dem Industrieroboter 10 oder einer nicht näher dargestellten Steuerungseinheit des Industrieroboters 10 die reduzierte Verfahrgeschwindigkeit v3 auf. Des Weiteren ist in der Figur 4 eine Situation gezeigt, in der die Bedienperson 12 einen Arm in Richtung des Effektors 16 beziehungsweise des hieran gehaltenen Bauteils ausgestreckt hat und hierdurch in das durch den Sensor 28 erzeugte Sensorfeld 32 eingetreten ist. Erkennt die Auswerteeinheit 24 über die Sensorik 22, dass sich die Bedienperson zumindest mit Teilen ihres Körpers - Arme, Hände, Finger oder auch andere Kör- perteile - in dem Sensorfeld 32 befindet, sendet die Auswerteeinheit 24 ein Haltekommando an den Industrieroboter 10 oder einer nicht näher dargestellten Steuerungseinheit des Industrieroboters 10, so dass dieser anhält und in einer Position verharrt, in der die Bedienperson 12 beispielsweise die Montage des Bauteils vornehmen kann.
Die Figur 5 zeigt ein Ablaufschaubild eines möglichen Verfahrens zur Absicherung eines maschi- nell gesteuerten Handhabungsgeräts 10.
Zusammenfassend ist die Absicherungsvorrichtung 20 über die Auswerteinheit 24 mit einer Steuerungsmöglichkeit ausgestattet, mit der die Verfahrgeschwindigkeit des Industrieroboters 10 reduziert werden kann, sobald sich der Abstand zu einer Bedienperson 12 reduziert hat und mit der die Verfahrgeschwindigkeit des Industrieroboters 10 auf Null gesetzt werden kann, sobald ein festgelegter Mindestabstand zwischen Industrieroboter 10 und Bedienperson 12 erreicht beziehungsweise unterschritten wird. Hierbei ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass das Sensorfeld 30 des fest installierten Sensors 26 und das Sensorfeld 32 des sich mitbewegenden Sensors 28 situationsbedingt dynamisch geschaltet sind. Bezugszeichenliste
10 Industrieroboters
12 Bedienperson
14 Roboterarm
16 Effektor
18 Rahmenelement
20 Vorrichtung
22 Sensorik
24 Auswerteinheit
26 Sensor
28 Sensor
30 Sensorfeld
32 Sensorfeld
34 Überwachungsraum

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (20) zur Absicherung eines maschinell gesteuerten Handhabungsgeräts (10), insbesondere eines Roboters, umfassend
eine Sensorik (22) zur Erfassung von in einem dem Handhabungsgerät (10) zugeordneten Überwachungsraum (34) sich befindenden Objekten (10, 12),
eine Auswerteeinheit (24) zur Bestimmung von Positionsdaten und Bewegungsdaten der sich in dem Überwachungsraum (34) befindenden Objekten (10, 12) aus Sensorsignalen der Sensorik (22),
wobei die Sensorik (22) derart ausgebildet ist, dass bezogen auf den Überwachungsraum ein erster, ursprungsstationärer Überwachungsbereich (30) und ein zweiter, ursprungsvariabler Überwachungsbereich (32) erfassbar ist.
2. Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Überwachungsbereich (30) um einen Fernbereich ausgehend von einer Basis des Handhabungsgeräts (10) und bei dem zweiten Überwachungsbereich (32) um einen Nahbereich ausgehend von einem beweglichen Effektor (16) des Handhabungsgeräts (10) handelt.
3. Vorrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Überwachungsbereich (30) bodennah ausgerichtet ist, insbesondere eine zu einem Boden parallele Ebene ausbildet.
4. Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (24) dazu eingerichtet ist, in dem ersten Überwachungsbereich (30) er- fasste Positionsdaten und Bewegungsdaten von in dem zweiten Überwachungsbereich (32) erfassten Positionsdaten und Bewegungsdaten zu unterscheiden und/oder kombiniert auszuwerten.
5. Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (24) dem Überwachungsraum (34) mehrere, unterschiedliche Sicherheitsstufen repräsentierende Sensierungsfelder (30i ... 302, 305) zuordnet.
6. Vorrichtung (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass den unterschiedlichen Sicherheitsstufen unterschiedliche dem Handhabungsgerät (10) von der Auswerteeinheit (24) zumindest mittelbar aufzuprägende Verfahrgeschwindigkeiten (vn) zugeordnet sind, abhängig von einer Erfassung der Objekte (10, 12) in den Sensierungsfeldern (30i ... 302, 305).
7. Verfahren zur Absicherung eines maschinell gesteuerten Handhabungsgeräts (10) mit einer Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den Schritten:
- Erfassen eines durch das Handhabungsgerät (10) in einem ersten Sensierungsfeld (30i) des Überwachungsraums (34) geführten ersten Objekts (10) und Erfassen eines in einem zweiten Sensierungsfeld (302) des Überwachungsraums (34) sich befindenden zweiten Objekts (12);
- Aufprägen einer ersten Verfahrgeschwindigkeit (vi) zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit (24) auf das Handhabungsgerät (10);
- Erfassen des in ein drittes Sensierungsfeld (303) des Überwachungsraums (34) eintretenden zweiten Objekts (12);
- Aufprägen einer gegenüber der ersten Verfahrgeschwindigkeit (vi) reduzierten zweiten Verfahrgeschwindigkeit (v2) zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit (24) auf das Handhabungsgerät (10);
- Erfassen des durch das Handhabungsgerät (10) in das zweite und/oder dritte und/oder vierten Sensierungsfeld (302, 303, 304) des Überwachungsraums (34) geführten ersten Objekts (10) und Erfassen des in das dritte Sensierungsfeld (303) eintretenden zweiten Objekts (12);
- Aufprägen einer gegenüber der zweiten Verfahrgeschwindigkeit (v2) reduzierten dritten Verfahrgeschwindigkeit (v3) zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit (24) auf das Handhabungsgerät (10);
- Erfassen einer Bewegung des zweiten Objekts (12) in einem fünften Sensierungsfeld (32) des Überwachungsraums (24);
- Anhalten des Handhabungsgerätes (10) zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit (24).
8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Erfassen des in dem ersten, zweiten, dritten und vierten Sensierungsfeld (30i ... 304) befindlichen ersten und zweiten Objekts (10, 12) über den ersten, ursprungsstationären Überwachungsbereich.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Erfassen des in dem vierten Sensierungsfeld (304) befindlichen ersten Objekts (10) über den ersten, ursprungsstationären Überwachungsbereich.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch Erfassen des in das fünften Sensierungsfeld (32) eintretenden zweiten Objekts (12) über den zweiten, ursprungsvariablen Überwachungsbereich.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:
- Erfassen des durch das Handhabungsgerät (10) in das erste Sensierungsfeld (30i) geführte erste Objekt (10) und Erfassen einer Bewegung des zweiten Objekts (12) aus dem vierten Sensierungsfeld (304) heraus;
- Aufprägen der gegenüber der dritten Verfahrgeschwindigkeit (v3) erhöhten zweiten Verfahrgeschwindigkeit (v2) zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit (24) auf das Handhabungsgerät (10).
12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Erfassen des in das erste Sensierungsfeld (30i) eintretenden zweiten Objekts (12) und Aufprägen der gegenüber der zweiten Verfahrgeschwindigkeit (v2) erhöhten ersten Verfahrgeschwindigkeit (vi) zumindest mittelbar über die Auswerteeinheit (24) auf das Handhabungsgerät (10).
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