WO2019233682A1 - Safety device for a handling apparatus, industrial robot and method for operating a safety device - Google Patents

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WO2019233682A1
WO2019233682A1 PCT/EP2019/061131 EP2019061131W WO2019233682A1 WO 2019233682 A1 WO2019233682 A1 WO 2019233682A1 EP 2019061131 W EP2019061131 W EP 2019061131W WO 2019233682 A1 WO2019233682 A1 WO 2019233682A1
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WO
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gripping
transmitting unit
safety device
gripping device
industrial robot
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Application number
PCT/EP2019/061131
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Inventor
Adam Bonemberg
Javier Stillig
Volker Hartmann
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/086—Proximity sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06—Safety devices
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16P—SAFETY DEVICES IN GENERAL; SAFETY DEVICES FOR PRESSES
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    • F16P3/12—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine
    • F16P3/14—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine the means being photocells or other devices sensitive without mechanical contact
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16P3/14—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine the means being photocells or other devices sensitive without mechanical contact
    • F16P3/141—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine the means being photocells or other devices sensitive without mechanical contact using sound propagation, e.g. sonar

Definitions

  • Security device for a handling device, industrial robot, and method for operating a security device
  • the invention relates to a safety device for a handling device having the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an industrial robot with a safety device according to the invention and to a method for operating a safety device according to the invention.
  • a safety device for a handling device with the features of the preamble of claim 1 is known from DE 10 2010 063 208 A1 of the applicant.
  • the known securing device is provided on the outer shell of an industrial robot and has a multiplicity of capacitively operating sensor elements arranged on a column or on movable arms of the industrial robot.
  • the electric field generated by the sensor elements is changed, so that the approach can be detected. It may then be provided, for example, that the industrial robot is switched to a safe operating state in which, for example, a standstill of the industrial robot takes place.
  • the immediate area of the industrial robot is in which its gripping device is designed to hold or handle at least one object , not protected or detected by the sensor elements.
  • this leads to unsafe operating conditions in the case of objects which may, due to their geometric shape or design, possibly lead to personal injury.
  • the securing device according to the invention for a handling device, in particular for an industrial robot, with the features of claim 1 has the advantage that the area of the handling device which is designed to hold or handle at least one object is monitored or detected by at least one sensor element becomes.
  • the at least one sensor element has a detection area which is designed to surround at least partially the at least one object held by the gripping device.
  • a region-wise surrounding of the at least one object is understood in particular as the area of the object from whose side a contact between the object and an object or a person can take place.
  • the at least one sensor element For the training or technology used of the sensor element a variety of methods or designs come into question.
  • a configuration is preferred in which the at least one sensor element generates an electric field, the sensor element comprising at least one transmitting unit and one receiving unit.
  • an electric field can be generated between the transmitting unit and the receiving unit, which is changed by the presence of a person or an object which has a relative permittivity of more than one.
  • the change in the electric field can be detected by means of the at least one sensor element, so that an approximation of a person or an object to the gripping device can be concluded.
  • the transmitting unit and the receiving unit are arranged in the region of the gripping device. This is enough already relatively low electrical power or small electric fields in order to monitor the relevant area of the gripping device in which the at least one object is held.
  • An arrangement of the device for generating the electric field which is optimized with respect to the space requirement provides that the transmitting unit or the receiving unit is arranged in the region of at least one gripping finger of the gripping device. This ensures in particular that the area of the object in the region of the gripping device is detected by the electric field or is within the electric field.
  • a preferred structural embodiment of the device further provides that the transmitting unit is plate-shaped or ring-shaped, that the transmitting unit is arranged at a transition region of the gripping arm to gripping fingers for the we least one object, and that the transmitting unit to educated to form an electric field concentrically surrounding the longitudinal axis with respect to a longitudinal axis of the transmitting unit.
  • the transmitting unit can be operated as a receiving unit and the receiving unit as a transmitting unit.
  • differently shaped electrical fields can be formed depending on the design of the transmitting unit and the receiving unit, which enable optimized monitoring of the detection area.
  • the at least one sensor element is connected to an evaluation device, and that the evaluation device is designed to influence, at least indirectly, a movement control of the gripping device. It may be provided, for example, that the handling device or a gripping arm, on which the at least one object is held by the handling device, is stopped in its movement or at least moved at a reduced speed. Also, for example, an active evasion of the gripping arm with the object to maintain a securing distance or the like. be provided.
  • the invention further includes an industrial robot with a gripping device for at least one article and a securing device as far as described.
  • the invention comprises a method for operating a safety device designed according to the invention, wherein it is provided that the teaching of the characteristic of the detection range is carried out before the start-up of the handling device with the at least one object.
  • a state is learned or stored in which no object is held by the gripping device and, furthermore, a state which is maintained during the holding of the Item is available. In the event of a change in the electric field with respect to the taught-in states, it is thus possible to reliably conclude that an individual or an object is approaching.
  • a change in a movement of the gripping device is performed in dependence on the detection of an object or a person. What is meant here, for example, depending on the approach speed of the person or the object to the gripping device different actions to achieve a safe operating state of the handling device such as stopping, dodging oa. can be carried out.
  • FIG. 1 is a simplified representation of a work area having industrial robot with a safety device according to the invention
  • FIG. 2 shows a gripping device of the industrial robot according to FIG. 1 in an enlarged perspective view
  • FIG. 4 shows the representation of an electric field in the region of the gripping device without foreign influences and when approaching a person in a schematic representation.
  • a handling device 10 in the form of an industrial robot 100 is shown greatly simplified.
  • the handling device 10 or the industrial robot 100 has a gripping device 11 for at least one object 1 to be held.
  • the gripping device 1 1 comprises, as can be seen in particular with reference to FIG. 2, two cooperating gripping fingers 12, 14 which are arranged to hold the at least one object 1 in the direction of the double arrow 16 to each other.
  • the gripping device 11 is in turn fastened to a frame of the industrial robot 100 having two arms 18, 20 and a column 22.
  • the arms 18, 20 are pivotally arranged in an axis 23 to each other, as well as the arm 20 to the column 22 in an axis 24.
  • the column 22 is rotatably arranged in a rotation axis 25.
  • the handling device 10 or the industrial robot 100 has a working area 5, within the limits of which the gripping device 1 1 can receive the object 1, for example, from a table 2 and transport it at any other location within the working space 5, which is accomplished by the arrow 27 should be clarified.
  • the control of the movement of the handling device 10 or of the industrial robot 100 is effected by a control device 30.
  • the control device 30 is furthermore arranged in operative connection with a safety device 50.
  • the securing device 50 comprises a contactlessly operating sensor element 51 with an exemplary plate-like or ring-shaped transmitting unit 52, which is arranged or fastened in the transition region between the gripping device 11 and the arm 18 is.
  • the gripping device 11 has a flange 53, with which the gripping device 1 1 on the arm 18 (replaceable) can be attached.
  • two receivers 54, 56 of a receiving unit 58 arranged in the region of the two gripping fingers 12, 14 act together.
  • the transmitting unit 52 together with the receiving unit 58, is designed to form an electric field 60 with a detection area 65, which surrounds the at least one object 1 at least regionally, preferably completely.
  • field lines 61 of the electric field 60 are shown by way of example.
  • the signals of the electric field 60 detected via the receiving unit 58 are supplied to an evaluation unit 62, which in turn is connected to the control device 30 of the handling device 10.
  • the electric field 60 in the illustrated exemplary embodiment is advantageously formed concentrically to a longitudinal axis 63 of the transmitting unit 52.
  • a person 3 is also shown, which is located within the working area 5 of the handling device 10. If this person 3 now approaches, for example, her hand 4 of the gripping device 11 or the electric field 62, the electric field 60 becomes corresponding to the illustration of FIGS. 3 and 4 without the object 1 in such a way due to the approach of the hand 4 deforms or changes that this is detectable by the receiving unit 58.
  • the change in the electric field 60 is detected by the evaluation device 62 via a corresponding algorithm and supplied to the control device 30 as an input variable to the handling device 10.
  • the control device 30 can then transfer the handling device 10 into a safe operation, for example, such that the gripping device 11 or the carriers 18, 20 are no longer moved.
  • the securing device 50 or the handling device 10 described so far can be modified or modified in a variety of ways without deviating from the idea of the invention.
  • sensor elements operating on a different principle of effect, for example acoustic sensors in the form of ultrasonic transducers, which typically have a larger detection range in the region of the gripping device 10 than the at least one transmitting unit 52 or receiving unit 58 Approaching an object or a person 3 even earlier to recognize.

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Abstract

The invention relates to a safety device (50) for a handling apparatus (10), particularly for an industrial robot (100), having a gripping device (11) for at least one object (1), and having at least one contactlessly operating sensor element (51) for detecting the approach of an object or a person (3) to the handling apparatus (10).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Sicherunqseinrichtunq für eine Handhabunqsvorrichtunq, Industrieroboter und Verfahren zum Betreiben einer Sicherunqseinrichtunq  Security device for a handling device, industrial robot, and method for operating a security device
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft eine Sicherungseinrichtung für eine Handhabungsvorrich- tung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Er- findung einen Industrieroboter mit einer erfindungsgemäßen Sicherungseinrich- tung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Sicherungs- einrichtung. The invention relates to a safety device for a handling device having the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an industrial robot with a safety device according to the invention and to a method for operating a safety device according to the invention.
Eine Sicherungseinrichtung für eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2010 063 208 A1 der An- melderin bekannt. Die bekannte Sicherungseinrichtung ist an der Außenhülle ei- nes Industrieroboters vorgesehen und weist eine Vielzahl von an einer Säule bzw. an beweglichen Armen des Industrieroboters angeordneten, kapazitiv arbei- tenden Sensorelementen auf. Bei einer Annäherung eines Objekts oder einer Person an den Industrieroboter bzw. an die Sensorelemente wird das von den Sensorelementen erzeugte elektrische Feld verändert, sodass die Annäherung detektiert werden kann. Daraufhin kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der Industrieroboter in einen sicheren Betriebszustand geschaltet wird, bei dem beispielsweise ein Stillstand des Industrieroboters erfolgt. A safety device for a handling device with the features of the preamble of claim 1 is known from DE 10 2010 063 208 A1 of the applicant. The known securing device is provided on the outer shell of an industrial robot and has a multiplicity of capacitively operating sensor elements arranged on a column or on movable arms of the industrial robot. When approaching an object or a person to the industrial robot or to the sensor elements, the electric field generated by the sensor elements is changed, so that the approach can be detected. It may then be provided, for example, that the industrial robot is switched to a safe operating state in which, for example, a standstill of the industrial robot takes place.
Während eine Annäherung an eine Säule bzw. an den Greifarm durch die an dem Industrieroboter vorgesehenen Sensorelemente sicher erfasst werden kann, ist der unmittelbare Bereich des Industrieroboters, in dem dessen Greifeinrich- tung dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Gegenstand zu halten bzw. handzu- haben, von den Sensorelementen nicht geschützt bzw. erfasst. Dies führt insbe- sondere bei Gegenständen, die aufgrund ihrer geometrischen Form bzw. Ausbil- dung gegebenenfalls zu Verletzungen bei Personen führen können, zu unsiche- ren Betriebszuständen. Gemeint sind hierbei beispielsweise spitze bzw. scharfe Gegenstände, die bei einer schnellen Annäherung bzw. bei einer hohen Auftreff- geschwindigkeit mit einer Person ggf. nicht unerhebliche Verletzungen an der Person verursachen können. While an approach to a column or to the gripping arm can be reliably detected by the sensor elements provided on the industrial robot, the immediate area of the industrial robot is in which its gripping device is designed to hold or handle at least one object , not protected or detected by the sensor elements. In particular, this leads to unsafe operating conditions in the case of objects which may, due to their geometric shape or design, possibly lead to personal injury. This refers, for example, to sharp or pointed objects which, in the case of a rapid approach or at a high impact speed may cause significant personal injury to a person.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung für eine Handhabungsvorrichtung, insbesondere für einen Industrieroboter, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Bereich der Handhabungsvorrichtung, der dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Gegenstand zu halten bzw. handzuhaben, von wenigstens einem Sensorelement überwacht bzw. erfasst wird. Damit werden beispielsweise Verletzungen durch den Gegenstand bei einem Kontakt mit einem Objekt bzw. einer Person sicher vermieden. Hierzu schlägt es die Lehre der Erfindung vor, dass das wenigstens eine Sensorelement einen Detektionsbereich aufweist, der dazu ausgebildet ist, den von der Greifeinrichtung gehaltenen wenigstens einen Gegenstand zumindest bereichsweise zu umgeben. Unter einem bereichsweisen Umgeben des wenigstens einen Gegenstands wird insbesondere der Bereich des Gegenstands verstanden, von dessen Seite her ein Kontakt zwischen dem Gegenstand und einem Objekt bzw. einer Person erfolgen kann. The securing device according to the invention for a handling device, in particular for an industrial robot, with the features of claim 1 has the advantage that the area of the handling device which is designed to hold or handle at least one object is monitored or detected by at least one sensor element becomes. Thus, for example, injuries caused by the object in contact with an object or a person are safely avoided. For this purpose, it proposes the teaching of the invention that the at least one sensor element has a detection area which is designed to surround at least partially the at least one object held by the gripping device. A region-wise surrounding of the at least one object is understood in particular as the area of the object from whose side a contact between the object and an object or a person can take place.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung für einen Handhabungsvorrichtung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Advantageous developments of the safety device according to the invention for a handling device are listed in the subclaims.
Für die Ausbildung bzw. verwendete Technologie des Sensorelements kommen unterschiedlichste Verfahren bzw. Ausführungen infrage. Bevorzugt ist eine Aus- gestaltung, bei der das wenigstens eine Sensorelement ein elektrisches Feld er- zeugt, wobei das Sensorelement zumindest eine Sendeeinheit und eine Emp- fangseinheit umfasst. Dadurch kann zwischen der Sendeeinheit und der Emp- fangseinheit ein elektrisches Feld erzeugt werden, das durch die Anwesenheit einer Person bzw. eines Objekts, die bzw. das eine Dielektrizitätszahl von mehr als eins aufweist, verändert wird. Die Veränderung des elektrischen Feldes ist mittels des wenigstens einen Sensorelements erfassbar, sodass auf eine Annä- herung einer Person bzw. eines Objekts an die Greifeinrichtung geschlossen werden kann. For the training or technology used of the sensor element a variety of methods or designs come into question. A configuration is preferred in which the at least one sensor element generates an electric field, the sensor element comprising at least one transmitting unit and one receiving unit. As a result, an electric field can be generated between the transmitting unit and the receiving unit, which is changed by the presence of a person or an object which has a relative permittivity of more than one. The change in the electric field can be detected by means of the at least one sensor element, so that an approximation of a person or an object to the gripping device can be concluded.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Sendeeinheit und die Empfangsein- heit im Bereich der Greifeinrichtung angeordnet sind. Dadurch genügen bereits relativ geringe elektrische Leistungen bzw. kleine elektrische Felder, um den re- levanten Bereich der Greifeinrichtung, in dem der wenigstens eine Gegenstand gehalten wird, zu überwachen. It is very particularly preferred if the transmitting unit and the receiving unit are arranged in the region of the gripping device. This is enough already relatively low electrical power or small electric fields in order to monitor the relevant area of the gripping device in which the at least one object is held.
Eine hinsichtlich des Raumbedarfs optimierte Anordnung der Einrichtung zur Er- zeugung des elektrischen Feldes sieht vor, dass die Sendeeinheit oder die Emp- fangseinheit im Bereich wenigstens eines Greiffingers der Greifeinrichtung ange- ordnet ist. Dadurch ist insbesondere sichergestellt, dass der Bereich des Gegen- standes im Bereich der Greifeinrichtung von dem elektrischen Feld erfasst wird bzw. sich innerhalb des elektrischen Feldes befindet. An arrangement of the device for generating the electric field which is optimized with respect to the space requirement provides that the transmitting unit or the receiving unit is arranged in the region of at least one gripping finger of the gripping device. This ensures in particular that the area of the object in the region of the gripping device is detected by the electric field or is within the electric field.
Eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung der Einrichtung sieht weiterhin vor, dass die Sendeeinheit platten- bzw. ringförmig ausgebildet ist, dass die Sende- einheit an einem Übergangsbereich des Greifarms zu Greiffingern für den we nigstens einen Gegenstand angeordnet ist, und dass die Sendeeinheit dazu aus- gebildet, ein in Bezug zu einer Längsachse der Sendeeinheit die Längsachse konzentrisch umgebendes elektrisches Feld auszubilden. A preferred structural embodiment of the device further provides that the transmitting unit is plate-shaped or ring-shaped, that the transmitting unit is arranged at a transition region of the gripping arm to gripping fingers for the we least one object, and that the transmitting unit to educated to form an electric field concentrically surrounding the longitudinal axis with respect to a longitudinal axis of the transmitting unit.
Zur Optimierung des Betriebs der Einrichtung kann es weiterhin vorgesehen sein, dass die Sendeeinheit als Empfangseinheit und die Empfangseinheit als Sende- einheit betreibbar ist. Dadurch lassen sich je nach Ausbildung der Sendeeinheit und der Empfangseinheit unterschiedlich geformte elektrische Felder ausbilden, die eine optimierte Überwachung des Detektionsbereichs ermöglichen. In order to optimize the operation of the device, it can furthermore be provided that the transmitting unit can be operated as a receiving unit and the receiving unit as a transmitting unit. As a result, differently shaped electrical fields can be formed depending on the design of the transmitting unit and the receiving unit, which enable optimized monitoring of the detection area.
Um bei einer erkannten Annäherung der Greifeinrichtung bzw. des von der Grei- feinrichtung gehaltenen Gegenstands an eine Person oder Objekt ggf. potentielle Gefahrensituationen zu entschärfen, ist es vorgesehen, dass das wenigstens ei- ne Sensorelement mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, und dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, zumindest mittelbar eine Bewegungs- Steuerung der Greifeinrichtung zu beeinflussen. Dabei kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Handhabungsvorrichtung bzw. ein Greifarm, an dem der wenigstens eine Gegenstand von der Handhabungsvorrichtung gehalten ist, in seiner Bewegung gestoppt oder zumindest mit einer reduzierten Geschwindig- keit bewegt wird. Auch kann beispielsweise ein aktives Ausweichen des Greif- arms mit dem Gegenstand zur Einhaltung eines Sicherungsabstands o.ä. vorge- sehen sein. Die Erfindung umfasst darüber hinaus einen Industrieroboter mit einer Greifein- richtung für wenigstens einen Gegenstand sowie einer soweit beschriebenen er- findungsgemäßen Sicherungseinrichtung. In order to alleviate potentially hazardous situations, if the gripping device or the object held by the gripping device is detected, to a person or object, it is provided that the at least one sensor element is connected to an evaluation device, and that the evaluation device is designed to influence, at least indirectly, a movement control of the gripping device. It may be provided, for example, that the handling device or a gripping arm, on which the at least one object is held by the handling device, is stopped in its movement or at least moved at a reduced speed. Also, for example, an active evasion of the gripping arm with the object to maintain a securing distance or the like. be provided. The invention further includes an industrial robot with a gripping device for at least one article and a securing device as far as described.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungs- gemäß ausgebildeten Sicherungseinrichtung, wobei es vorgesehen ist, dass das Einlernen der Charakteristik des Erfassungsbereichs vor der Inbetriebnahme der Handhabungseinrichtung mit dem wenigstens einen Gegenstand durchgeführt wird. Gemeint ist hierbei, dass in einer Steuereinrichtung bzw. einer Auswerteein- richtung für das wenigstens eine Sensorelement zum einen ein Zustand einge- lernt bzw. abgespeichert ist, bei dem durch die Greifeinrichtung kein Gegenstand gehalten ist und weiterhin ein Zustand, der während des Haltens des Gegen- stands vorhanden ist. Dadurch kann bei einer Veränderung des elektrischen Fel- des mit Blick auf die eingelernten Zustände sicher auf eine Annäherung einer Person oder eines Objekts geschlossen werden. Furthermore, the invention comprises a method for operating a safety device designed according to the invention, wherein it is provided that the teaching of the characteristic of the detection range is carried out before the start-up of the handling device with the at least one object. What is meant here is that in a control device or an evaluation device for the at least one sensor element, on the one hand, a state is learned or stored in which no object is held by the gripping device and, furthermore, a state which is maintained during the holding of the Item is available. In the event of a change in the electric field with respect to the taught-in states, it is thus possible to reliably conclude that an individual or an object is approaching.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass eine Veränderung einer Bewegung der Greifeinrichtung in Abhängigkeit der Erfassung eines Objekts oder einer Person durch geführt wird. Gemeint ist hierbei, dass beispielsweise in Abhängigkeit der Annäherungsgeschwindigkeit der Person oder des Objekts an die Greifeinrich- tung unterschiedliche Aktionen zur Erlangung eines sicheren Betriebszustands der Handhabungsvorrichtung wie Abstoppen, Ausweichen o.ä. durchgeführt wer- den können. Furthermore, it can be provided that a change in a movement of the gripping device is performed in dependence on the detection of an object or a person. What is meant here, for example, depending on the approach speed of the person or the object to the gripping device different actions to achieve a safe operating state of the handling device such as stopping, dodging oa. can be carried out.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.
Diese zeigt in: This shows in:
Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines einen Arbeitsbereich aufweisenden Industrieroboters mit einer erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung, 1 is a simplified representation of a work area having industrial robot with a safety device according to the invention,
Fig. 2 eine Greifeinrichtung des Industrieroboters gemäß Fig. 1 in einer ver- größerten, perspektivischen Darstellung und Fig. 3 2 shows a gripping device of the industrial robot according to FIG. 1 in an enlarged perspective view and FIG Fig. 3
und and
Fig. 4 die Darstellung eines elektrischen Felds im Bereich der Greifeinrichtung ohne Fremdeinflüsse sowie bei Annäherung einer Person in schemati- scher Darstellung.  4 shows the representation of an electric field in the region of the gripping device without foreign influences and when approaching a person in a schematic representation.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen. The same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.
In der Fig. 1 ist stark vereinfacht eine Handhabungsvorrichtung 10 in Form eines Industrieroboters 100 dargestellt. Die Handhabungsvorrichtung 10 bzw. der In- dustrieroboter 100 weist eine Greifeinrichtung 1 1 für wenigstens einen zu halten- den Gegenstand 1 auf. Die Greifeinrichtung 1 1 umfasst dabei, wie insbesondere anhand der Fig. 2 erkennbar ist, zwei zusammenwirkende Greiffinger 12, 14, die zum Halten des wenigstens einen Gegenstands 1 in Richtung des Doppelpfeils 16 zueinander beweglich angeordnet sind. Die Greifeinrichtung 1 1 ist wiederum an einem zwei Arme 18, 20 sowie eine Säule 22 aufweisenden Gestell des In- dustrieroboters 100 befestigt. Die Arme 18, 20 sind in einer Achse 23 schwenk- bar zueinander angeordnet, ebenso wie der Arm 20 zur Säule 22 in einer Achse 24. Weiterhin ist die Säule 22 in einer Drehachse 25 drehbeweglich angeordnet. Dadurch weist die Handhabungsvorrichtung 10 bzw. der Industrieroboter 100 ei- nen Arbeitsbereich 5 auf, innerhalb dessen Grenzen mittels der Greifeinrichtung 1 1 der Gegenstand 1 beispielsweise von einem Tisch 2 aufgenommen und an einem beliebigen anderen Ort innerhalb des Arbeitsraums 5 transportiert werden kann, was durch den Pfeil 27 verdeutlicht sein soll. In Fig. 1, a handling device 10 in the form of an industrial robot 100 is shown greatly simplified. The handling device 10 or the industrial robot 100 has a gripping device 11 for at least one object 1 to be held. The gripping device 1 1 comprises, as can be seen in particular with reference to FIG. 2, two cooperating gripping fingers 12, 14 which are arranged to hold the at least one object 1 in the direction of the double arrow 16 to each other. The gripping device 11 is in turn fastened to a frame of the industrial robot 100 having two arms 18, 20 and a column 22. The arms 18, 20 are pivotally arranged in an axis 23 to each other, as well as the arm 20 to the column 22 in an axis 24. Furthermore, the column 22 is rotatably arranged in a rotation axis 25. As a result, the handling device 10 or the industrial robot 100 has a working area 5, within the limits of which the gripping device 1 1 can receive the object 1, for example, from a table 2 and transport it at any other location within the working space 5, which is accomplished by the arrow 27 should be clarified.
Die Steuerung der Bewegung der Handhabungsvorrichtung 10 bzw. des Indust- rieroboters 100 erfolgt durch eine Steuereinrichtung 30. Die Steuereinrichtung 30 ist darüber hinaus in Wirkverbindung mit einer Sicherungseinrichtung 50 ange- ordnet. Entsprechend der Darstellung der Fig. 2 umfasst die Sicherungseinrich- tung 50 ein berührungslos arbeitendes Sensorelement 51 mit einer beispielhaft platten- bzw. ringförmig ausgebildeten Sendeeinheit 52, die im Übergangsbe- reich zwischen der Greifeinrichtung 1 1 und dem Arm 18 angeordnet bzw. befes- tigt ist. Hierzu weist die Greifeinrichtung 11 einen Flansch 53 auf, mit der die Greifeinrichtung 1 1 an dem Arm 18 (austauschbar) befestigt werden kann. Mit der Sendeeinheit 52 wirken zwei im Bereich der beiden Greiffinger 12, 14 ange- ordnete Empfänger 54, 56 einer Empfangseinheit 58 zusammen. Die Sendeein- heit 52 ist zusammen mit der Empfangseinheit 58 dazu ausgebildet, ein elektri- sches Feld 60 mit einem Detektionsbereich 65 auszubilden, das den wenigstens einen Gegenstand 1 zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig umgibt. Hierzu sind beispielhaft Feldlinien 61 des elektrischen Feldes 60 dargestellt. Die Signale des über die Empfangseinheit 58 detektierten elektrischen Feldes 60 werden einer Auswerteeinheit 62 zugeführt, die wiederum mit der Steuereinrich- tung 30 der Handhabungsvorrichtung 10 verbunden ist. Wie weiterhin insbeson- dere anhand der Fig. 2 erkennbar ist, ist das elektrische Feld 60 im dargestellten Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise konzentrisch zu einer Längsachse 63 der Sendeeinheit 52 ausgebildet. The control of the movement of the handling device 10 or of the industrial robot 100 is effected by a control device 30. The control device 30 is furthermore arranged in operative connection with a safety device 50. 2, the securing device 50 comprises a contactlessly operating sensor element 51 with an exemplary plate-like or ring-shaped transmitting unit 52, which is arranged or fastened in the transition region between the gripping device 11 and the arm 18 is. For this purpose, the gripping device 11 has a flange 53, with which the gripping device 1 1 on the arm 18 (replaceable) can be attached. With In the transmitting unit 52, two receivers 54, 56 of a receiving unit 58 arranged in the region of the two gripping fingers 12, 14 act together. The transmitting unit 52, together with the receiving unit 58, is designed to form an electric field 60 with a detection area 65, which surrounds the at least one object 1 at least regionally, preferably completely. For this purpose, field lines 61 of the electric field 60 are shown by way of example. The signals of the electric field 60 detected via the receiving unit 58 are supplied to an evaluation unit 62, which in turn is connected to the control device 30 of the handling device 10. As can furthermore be seen in particular with reference to FIG. 2, the electric field 60 in the illustrated exemplary embodiment is advantageously formed concentrically to a longitudinal axis 63 of the transmitting unit 52.
In der Fig. 1 ist darüber hinaus eine Person 3 dargestellt, die sich innerhalb des Arbeitsbereichs 5 der Handhabungsvorrichtung 10 befindet. Nähert sich diese Person 3 nun beispielsweise mit ihrer Hand 4 der Greifeinrichtung 11 bzw. dem elektrischen Feld 62, so wird entsprechend der Darstellung der Fig. 3 und 4 das elektrische Feld 60 durch die Annäherung der Hand 4 auch ohne den Gegen- stand 1 derart deformiert bzw. verändert, dass dies von der Empfangseinheit 58 detektierbar ist. Die Veränderung des elektrischen Feldes 60 wird von der Aus- werteeinrichtung 62 über einen entsprechenden Algorithmus erfasst und der Steuereinrichtung 30 der Handhabungsvorrichtung 10 als Eingangsgröße zuge- führt. In Abhängigkeit des von der Auswerteeinrichtung 62 der Steuereinrichtung 30 zugeführten Eingangssignals kann daraufhin die Steuereinrichtung 30 die Handhabungsvorrichtung 10 beispielsweise in einen sicheren Betrieb überführen, derart, dass die Greifeinrichtung 1 1 bzw. die Träger 18, 20 nicht mehr bewegt werden. In Fig. 1, a person 3 is also shown, which is located within the working area 5 of the handling device 10. If this person 3 now approaches, for example, her hand 4 of the gripping device 11 or the electric field 62, the electric field 60 becomes corresponding to the illustration of FIGS. 3 and 4 without the object 1 in such a way due to the approach of the hand 4 deforms or changes that this is detectable by the receiving unit 58. The change in the electric field 60 is detected by the evaluation device 62 via a corresponding algorithm and supplied to the control device 30 as an input variable to the handling device 10. As a function of the input signal supplied by the evaluation device 62 to the control device 30, the control device 30 can then transfer the handling device 10 into a safe operation, for example, such that the gripping device 11 or the carriers 18, 20 are no longer moved.
Die soweit beschriebene Sicherungseinrichtung 50 bzw. die Handhabungsvor- richtung 10 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise denkbar, im Bereich der Greifeinrichtung 1 1 mehrere Sendeeinheiten 52 bzw. Empfangseinheiten 58 vorzusehen, die jeweils als Sensorelemente wirken. Auch kann es entsprechend der DE 10 2010 063 208 A1 der Anmelderin vorgesehen sein, nicht nur den Bereich der Greifeinrichtung 10, sondern auch den Bereich der Säule 22 sowie der Arme 18, 20 mit berührungslos arbeitenden Sensorele- menten zu bestücken. Auch können beispielsweise auf einem anderen Wirkprin- zip arbeitende Sensorelemente, beispielsweise akustische Sensoren in Form von Ultraschallwandlern, alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, die gegenüber der wenigstens einen Sendeeinheit 52 bzw. Empfangseinheit 58 typischerweise einen größeren Erfassungsbereich im Bereich der Greifeinrichtung 10 aufweisen, um die Annäherung an ein Objekt bzw. eine Person 3 noch frühzeitiger zu erken- nen. The securing device 50 or the handling device 10 described so far can be modified or modified in a variety of ways without deviating from the idea of the invention. For example, it is conceivable to provide a plurality of transmitting units 52 or receiving units 58 in the area of the gripping device 11, each of which acts as sensor elements. It can also be provided according to DE 10 2010 063 208 A1 of the Applicant, not only the area of the gripping device 10, but also the area of the column 22 and the arms 18, 20 with non-contact sensor elements. equip them. It is also possible to provide, for example or alternatively, sensor elements operating on a different principle of effect, for example acoustic sensors in the form of ultrasonic transducers, which typically have a larger detection range in the region of the gripping device 10 than the at least one transmitting unit 52 or receiving unit 58 Approaching an object or a person 3 even earlier to recognize.

Claims

Ansprüche claims
1. Sicherungseinrichtung (50) für eine Handhabungsvorrichtung (10), insbe- sondere für einen Industrieroboter (100), mit einer Greifeinrichtung (1 1 ) für wenigstens einen Gegenstand (1 ), und mit wenigstens einem berührungslos arbeitenden Sensorelement (51 ) zur Erfassung der Annäherung eines Ob- jekts oder einer Person (3) an die Handhabungsvorrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sensorelement (51 ) einen Detektionsbereich (65) aufweist, der dazu ausgebildet ist, den von der Greifeinrichtung (11 ) gehal- tenen wenigstens einen Gegenstand (1 ) zumindest bereichsweise zu umge- ben. First securing means (50) for a handling device (10), in particular for an industrial robot (100), with a gripping device (1 1) for at least one object (1), and with at least one non-contact sensor element (51) for detecting the approach of an object or a person (3) to the handling device (10), characterized in that the at least one sensor element (51) has a detection area (65) which is designed to be held by the gripping device (11) - At least one object (1) at least partially surround.
2. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1 , 2. Safety device according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass mittels des wenigstens einen Sensorelements (51 ) ein elektrisches Feld (60) erzeugbar ist, und dass das wenigstens eine Sensorelement (51 ) zumindest eine Sendeeinheit (52) und eine Empfangseinheit (58) umfasst.  in that an electric field (60) can be generated by means of the at least one sensor element (51), and that the at least one sensor element (51) comprises at least one transmitting unit (52) and one receiving unit (58).
3. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 2, 3. Safety device according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Sendeeinheit (52) und die Empfangseinheit (58) im Bereich der Greifeinrichtung (1 1 ) angeordnet sind.  in that the transmitting unit (52) and the receiving unit (58) are arranged in the region of the gripping device (11).
4. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, 4. Safety device according to claim 2 or 3,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Sendeeinheit (52) oder die Empfangseinheit (58) im Bereich we nigstens eines Greiffingers (12, 14) der Greifeinrichtung (1 1 ) angeordnet ist.  in that the transmitting unit (52) or the receiving unit (58) is arranged in the region of at least one gripping finger (12, 14) of the gripping device (11).
5. Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, 5. Safety device according to one of claims 2 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (52) platten- bzw. ringförmig ausgebildet ist, dass die Sendeeinheit (52) an einem Übergangsbereich von einem Arm (18) zu Greif- fingern (12, 14) für den wenigstens einen Gegenstand (1 ) angeordnet ist, und dass die Sendeeinheit (52) dazu ausgebildet ist, ein in Bezug zu einer Längsachse (63) der Sendeeinheit (52) die Längsachse (63) konzentrisch umgebendes elektrisches Feld (60) auszubilden. characterized, that the transmitting unit (52) is plate-shaped or ring-shaped in that the transmitting unit (52) is arranged at a transition region from an arm (18) to gripping fingers (12, 14) for the at least one article (1), and in that the transmitting unit (52) is designed to form an electric field (60) concentrically surrounding the longitudinal axis (63) with respect to a longitudinal axis (63) of the transmitting unit (52).
6. Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, 6. Safety device according to one of claims 2 to 5,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Sendeeinheit (52) als Empfangseinheit (58) und die Empfangsein- heit (58) als Sendeeinheit (52) betreibbar ist.  the transmission unit (52) can be operated as a reception unit (58) and the reception unit (58) as a transmission unit (52).
7. Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. Safety device according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das wenigstens eine Sensorelement (51 ) mit einer Auswerteeinrichtung (62) verbunden ist, und dass Auswerteeinrichtung (62) dazu ausgebildet ist, zumindest mittelbar eine Bewegungssteuerung der Greifeinrichtung (11 ) zu beeinflussen.  in that the at least one sensor element (51) is connected to an evaluation device (62), and that evaluation device (62) is designed to influence, at least indirectly, a movement control of the gripping device (11).
8. Industrieroboter (100), mit einer Greifeinrichtung (1 1 ) für wenigstens einen Gegenstand (1 ) und mit einer Sicherungseinrichtung (50), die nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist. 8. industrial robot (100), with a gripping device (1 1) for at least one object (1) and with a securing device (50), which is designed according to one of claims 1 to 7.
9. Verfahren zum Betreiben einer Sicherungseinrichtung (50), die nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist, 9. A method for operating a security device (50), which is designed according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass ein Einlernen der Charakteristik des Detektionsbereichs (65) vor Inbe- triebnahme mit dem wenigstens einen Gegenstand (1 ) an der Greifeinrich- tung (1 1 ) durchgeführt wird.  that a training of the characteristic of the detection area (65) before commissioning with the at least one object (1) on the gripping device (1 1) is performed.
10. Verfahren nach Anspruch 9, 10. The method according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass eine Veränderung einer Bewegung der Greifeinrichtung (1 1 ) in Abhän- gigkeit der Erfassung eines erkannten Objekts oder einer Person (3) durch- geführt wird.  that a change in a movement of the gripping device (11) is carried out as a function of the detection of a detected object or a person (3).
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