WO2024115658A1 - Sicherheitsvorrichtung zum absichern eines gefahrenbereichs einer automatisiert arbeitenden maschine, insbesondere eines roboters - Google Patents

Abstract

Eine Sicherheitsvorrichtung zum Absichern des Gefahrenbereichs einer automatisiert"arbeitenden Maschine, insbesondere eines Roboters (18) beinhaltet eine Vielzahl von Sensoren, die jeweils dazu eingerichtet sind, einen definierten Raumsektor im Umfeld der Maschine zu überwachen und ein jeweiliges Sensorsignal zu erzeugen, wenn ein Objekt in dem jeweils definierten Raumsektor detektiert wird. Die Maschine weist ein Maschinenkörperteil (24) auf, das eine Außenhülle (56) besitzt und das im Maschinenbetrieb eine Drehbewegung (22) um eine Drehachse (20) ausführt. Die Sicherheitsvorrichtung beinhaltet eine Trägerstruktur, die die Sensoren an der Maschine so fixiert, dass sich die Sensoren im Maschinenbetrieb zusammen mit dem Maschinenkörperteil (24) drehen. Die Trägerstruktur weist eine Trägerbasis (54) auf, die die Außenhülle (56) des Maschinenkörperteils (24) formschlüssig von außen umgreift.

Description

Sicherheitsvorrichtunq zum Absichern eines Gefahrenbereichs einer automatisiert arbeitenden Maschine, insbesondere eines Roboters

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung zum Absichern eines Gefahrenbereichs einer automatisiert arbeitenden Maschine, insbesondere zum Absichern des Gefahrenbereichs eines Roboters, wobei die Maschine ein Maschinenkörperteil aufweist, das eine Außenhülle besitzt und das im Maschinenbetrieb eine Drehbewegung um eine Drehachse ausführt, mit einer Vielzahl von Sensoren, die jeweils dazu eingerichtet sind, einen definierten Raumsektor im Umfeld der Maschine zu überwachen und ein jeweiliges Sensorsignal zu erzeugen, wenn ein Objekt in dem jeweils definierten Raumsektor detektiert wird, mit einer T rägerstruktur, die die Vielzahl von Sensoren an der Maschine so fixiert, dass sich die Vielzahl von Sensoren im Maschinenbetrieb zusammen mit dem Maschinenkörperteil drehen, und mit einer Auswerte- und Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die Drehbewegung des Maschinenkörperteils in Abhängigkeit von den Sensorsignalen der Vielzahl von Sensoren zu steuern.

[0002] Eine solche Sicherheitsvorrichtung ist aus EP 3 909 727 A1 bekannt. [0003] Es gibt seit vielen Jahren den Wunsch und Bestrebungen, den Gefahrenbereich, der aus den schnellen Bewegungen eines Roboters resultiert, möglichst einfach und flexibel abzusichern, um Unfälle und Verletzungen zu vermeiden. Wünschenswert ist insbesondere eine Absicherung, die den Aufenthalt und eventuelle Tätigkeiten einer Person im Umfeld des Roboters zulassen, um etwa eine Zusammenarbeit der Person und des Roboters zu ermöglichen. Bekannt sind solche Bestrebungen unter dem Begriff Mensch-Roboter-Kollaboration. Die zweiteilige Norm EN ISO 10218 definiert Anforderungen für einen kollaborierenden Betrieb eines Roboters. Beispielsweise dürfen bei einem Kontakt zwischen dem Roboter und der Person definierte Kontaktkräfte auf die Person nicht überschritten werden. Infolgedessen ist es bekannt, die Position, die Kraft und/oder Drehmomente und/oder die Geschwindigkeit, mit der sich der Roboter bzw. Körperteile des Roboters bewegen, zu überwachen und ggf. zu begrenzen. Die Überwachung und Begrenzung muss auch in einem Fehlerfall gewährleistet sein, d.h. fehlersicher sein, etwa wenn ein Bauteil ausfällt oder im Fall eines Softwarefehlers.

[0004] Im Folgenden wird der Begriff „fehlersicher“ verwendet, um auszudrücken, dass eine Komponente oder Anordnung die Anforderungen der Kategorie 3 bzw. die Anforderungen für den sogenannten Performance Level PL d gemäß der Norm EN ISO 13849-1 und/oder die Sicherheitsanforderungsstufe SIL 3 gemäß der Norm IEC 61508 sowie der maschinenspezifischen Sektornorm EN 62061 erfüllt.

[0005] EP 3 909 727 A1 offenbart eine Sicherheitsvorrichtung mit insgesamt sechs Anwesenheitssensoren, die alle an einem U-förmigen Halter angeordnet sind. Jeweils drei Anwesenheitssensoren sind vertikal übereinander auf einem der zwei Schenkel des U- förmigen Halters angeordnet. Die jeweils einander gegenüber liegenden Sensoren „schauen“ in entgegengesetzte Richtungen und überwachen jeweils Raumbereiche seitlich von dem Roboter. Der Halter mit den sechs Anwesenheitssensoren ist an einer Hebelmechanik angeordnet, die zwischen zwei Drehgelenken des Roboters befestigt ist. Die Hebelmechanik bewegt sich gegenläufig zu den Bewegungen des Armteile, so dass der Halter mit den Anwesenheitssensoren stets in einer horizontalen Position gehalten ist und die vertikale Ausrichtung der Sensoren erhalten bleibt. [0006] WO 2018/145990 A1 offenbart eine weitere Sicherheitsvorrichtung zum Absichern eines Roboters. Diese bekannte Vorrichtung verwendet einerseits einen fest im Bodenbereich des Roboters installierten Sensor, der beispielsweise eine Trittschaltmatte, ein Lasersensor, eine Kamera oder ein Ultraschallsensor sein kann. Mit dem fest installierten Sensor wird der Bodenbereich um den Roboter herum überwacht. Außerdem beinhaltet die Sicherheitsvorrichtung der WO 2018/145990 A1 einen weiteren Sensor an dem freien Ende des Roboterarms im Bereich des sogenannten Endeffektors. Der weitere Sensor ist vertikal oberhalb des Endeffektors angeordnet und überwacht ein schirmförmiges, nach unten gerichtetes Sensorfeld. Der weitere Sensor kann ein Lasersensor, eine Kamera oder ein Ultraschallsensor sein. Das bodennahe Sensorfeld des fest installierten Sensors kann in mehrere konzentrische Teilkreise unterteilt sein, wobei jedem Teilkreis eine andere Sicherheitsstufe zugeordnet ist. Verschiedenen Sicherheitsstufen können hier verschiedene Bewegungsgeschwindigkeiten des Roboters zugeordnet sein.

[0007] WO 2006/024431 A1 offenbart eine weitere Sicherheitsvorrichtung zum Absichern eines Roboters. Diese Vorrichtung beinhaltet acht im Bodenbereich des Roboters fest installierte Ultraschall-Näherungssensoren, die jeweils einen definierten Sektor überwachen. Die überwachten Sektoren verteilen sich fächerartig über ca. 180° um den Roboter herum. Außerdem beinhaltet die Sicherheitsvorrichtung Zäune oder Lichtschranken, die einen seitlichen Zutritt zu dem Roboter an den überwachten Sektoren vorbei verhindern, sowie einen rückseitig angeordneten Laserscanner, der den umzäunten Bereich auf der Rückseite des Roboters bodennah überwacht. Eine Sicherheitssteuerung sorgt dafür, dass der Roboter in einen verlangsamten Modus übergeht oder sogar angehalten wird, wenn eine Person sich in einen Sektor hineinbewegt, der im Bereich der momentanen Position des Roboterarms liegt.

[0008] Die bekannten Sicherheitsvorrichtungen sind prinzipiell geeignet, um einen sicheren Betrieb eines Roboters zu erreichen. Sie beeinträchtigen jedoch zum Teil die Produktivität des Roboters, weil dessen Bewegungsgeschwindigkeit aus Sicherheitsgründen häufig auf eine langsame Geschwindigkeit begrenzt wird, auch wenn das bei genauerer Betrachtung nicht notwendig wäre. Darüber hinaus benötigen die bekannten Sicherheitsvorrichtungen zum Teil sehr viele Sensoren, die statische Raumbereiche um den Roboter herum überwachen oder sie sind speziell für einen bestimmten Robotertyp entwickelt und nicht ohne teure Adaption an einem anderen Roboter nutzbar.

[0009] Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sicherheitsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die die Absicherung eines Roboters oder einer vergleichbaren Maschine auf effiziente Weise ermöglicht. Es ist insbesondere eine Aufgabe, eine solche Sicherheitsvorrichtung anzugeben, die eine hohe Produktivität des Roboters ermöglicht, ohne dass Personen im Umfeld des Roboters gefährdet werden, und die auf kostengünstige Weise für eine Vielzahl von Robotertypen verwendbar ist.

[0010] Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgaben eine Sicherheitsvorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, wobei die Trägerstruktur eine Trägerbasis aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Außenhülle des Maschinenkörperteils formschlüssig von außen zu umgreifen.

[0011] Die Sensoren der neuen Sicherheitsvorrichtung sind drehfest mit dem drehenden Maschinenkörperteil verbunden und ändern somit ihre jeweils aktuelle „Blickrichtung“ in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Maschinenkörperteils. Die Raumsektoren drehen sich zusammen mit dem Maschinenkörperteil um die Drehachse und sind in Bezug auf das bewegte Maschinenkörperteil damit quasi-stationär. In Bezug auf einen raumfesten Punkt im Umfeld der Maschine bewegen sich die überwachten Raumsektoren jedoch. Damit unterscheidet sich die neue Sicherheitsvorrichtung von Konzepten, die mit feststehenden Sensoren statische Raumbereiche überwachen. Die neue Sicherheitsvorrichtung macht es möglich, mit einer vergleichsweise geringen Anzahl an Sensoren auszukommen, was zu einer effizienten und kostengünstigen Realisierung beiträgt.

[0012] Des Weiteren sind die Sensoren hier über eine neue Trägerstruktur mechanisch mit dem bewegten Maschinenkörperteil verbunden. Die Maschine ist insbesondere ein Roboter mit einer seriellen Kinematik, wie insbesondere ein Knickarmroboter oder ein SCARA-Roboter und das bewegte Maschinenkörperteil ist in den bevorzugten Ausführungsbeispielen eindrehbares Armteil des Roboters. Die serielle Kinematik bein- haltet eine erste Drehachse und weitere Drehachsen bzw. Drehgelenke, über die Armteile dreh- oder schwenkbar (relativ zu einander) verbunden sind. In bevorzugten Verwendungen der neuen Sicherheitsvorrichtung ist das Maschinenkörperteil, dessen Außenhülle die Trägerbasis formschlüssig umgreift, die erste Drehachse des Roboters, d.h. eine Drehachse, die den Roboter mit einem stationären Fundament verbindet. Die Befestigung der Trägerstruktur an bzw. auf der ersten Drehachse besitzt den Vorteil, dass die Payload, d.h. die Last, die der Roboter tragen und handhaben kann, durch die Trägerstruktur und die Sensoren allenfalls geringfügig reduziert wird. In bevorzugten Ausführungsbeispielen umgreift die Trägerbasis die Außenhülle einer vertikalen Drehachse, d.h. eines Maschinenkörperteils, das die Drehung der Maschine um eine vertikale Drehachse ermöglicht.

[0013] Die Außenhülle des Maschinenkörperteils ist die Außenseite eines Gehäuses oder einer Verkleidung, die das Maschinenkörperteil gegenüber der Umgebung abgrenzt. Die Trägerbasis ist vorteilhaft an die Außenhülle des Maschinenkörperteils angepasst und auf die Außenhülle des Maschinenkörperteils aufgesetzt. Die Trägerbasis „reitet“ gewissermaßen auf dem Maschinenkörperteil, während sich das Maschinenkörperteil dreht. In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Trägerbasis mehrteilig, wobei die mehreren Teile die Außenhülle des Maschinenkörperteils klammerartig umgreifen. Vorteil dieser Realisierung ist, dass die Trägerstruktur mit den Sensoren sehr einfach und kostengünstig an eine Vielzahl von verschiedenen Robotertypen von verschiedenen Herstellern und verschiedene Robotergrößen angepasst werden kann. In bevorzugten Ausführungsbeispielen genügt es, 3D-Daten der Außenhülle, beispielsweise CAD-Daten oder 3D-Daten, die mit einem 3D-Scanner erfasst wurden, zu verwenden, um eine an die Außenhülle angepasste Trägerbasis zu konstruieren. Die Trägerstruktur ist in bevorzugten Ausführungsbeispielen ebenfalls mehrteilig und beinhaltet über die Trägerbasis hinaus weitere Elemente, an denen Sensoren befestigt sind oder befestigt werden können. Es genügt in diesem Fall, eine angepasste Trägerbasis zu konstruieren, um die Trägerstruktur an einen anderen Robotertyp oder eine andere Robotergröße anzupassen.

[0014] Vorzugsweise sind die genannten Sensoren jeweils Radarsensoren, weil Radarstrahlung mit elektromagnetischen Wellen aus dem Mikrowellenbereich sehr robust gegenüber Nebel, Staub, Schmutz, Funkenflug oder Regen ist. In bevorzugten Ausführungsbeispielen arbeiten die Radarsensoren mit einer Betriebsfrequenz im Bereich von 10 GHz bis 80 GHz, vorzugsweise mit einer Betriebsfrequenz im Bereich zwischen 20 GHz und 30 GHz oder mit einer Betriebsfrequenz im Bereich zwischen 60 GHz und 70 GHz. Diese Frequenzbereiche ermöglichen eine schnelle und positionsgenaue Detektion von Kollisionsobjekten auch dann, wenn die oben genannten Umweltfaktoren eine „freie Sicht“ beeinträchtigen. Damit eignen sich diese Sensoren hervorragend für raue Industrieumgebungen. Alternativ hierzu könnten die genannten Sensoren prinzipiell aber Lidar-Sensoren sein, die mit Licht aus dem optischen und/oder infraroten Wellenlängenbereich arbeiten, Kameras oder Ultraschallsensoren. Auch eine Kombination von verschiedenen Sensorprinzipien ist für die Vielzahl von Sensoren denkbar.

[0015] Die neue Sensoranordnung kann recht universell und kostengünstig an verschiedenen Maschinen verwendet werden. Die mitdrehenden Sensoren ermöglichen eine effiziente Absicherung und erlauben eine hohe Produktivität gerade auch bei einer Mensch-Roboter-Kollaboration. Die oben genannten Aufgaben sind daher vollständig gelöst.

[0016] In einer bevorzugten Ausgestaltung bildet die Trägerbasis einen Innenraum, der dazu eingerichtet ist, das Maschinenkörperteil topfartig zu umgeben.

[0017] In dieser Ausgestaltung definiert die Trägerbasis einen Innenraum, der die Außenhülle des Maschinenkörperteils zu einem gewissen Teil aufnimmt, wenn die Trägerstruktur an der Maschine befestigt ist. In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Innenraum weitgehend zylindrisch. Des Weiteren ist es in einigen Ausführungsbeispielen bevorzugt, wenn der Innenraum mehr als 50% der Außenhülle, vorzugsweise mehr als 75% der Außenhülle des bewegten Maschinenkörperteils aufnimmt. Die Ausgestaltung ermöglicht eine sehr stabile Befestigung der Trägerbasis an der Außenhülle des Maschinenkörperteils. Ein weitgehend zylindrischer Innenraum ist für eine Vielzahl von Robotertypen und Robotergrößen verwendbar und ermöglicht daher eine kostengünstige Implementierung und Anpassung. Um Material und Gewicht einzusparen, kann die topfartige Aufnahme Öffnungen bzw. Löcher in den seitlichen Wänden aufweise, d.h. der „Topf“ kann aber muss nicht rundherum vollständig geschlossen sein. Ein nach außen hin vollständig umschlossener Innenraum ist in einigen Ausführungsbeispielen vorteilhaft um zu verhindern, dass sich Späne von einer Werkstückbearbeitung oder andere Verunreinigungen dort sammeln, wo die Trägerbasis an dem Maschinenkörperteil befestigt ist.

[0018] In einer weiteren Ausgestaltung weist die Trägerbasis eine erste Halbschale und eine zweite Halbschale auf, die gemeinsam dazu eingerichtet sind, die Außenhülle klammerartig zu umgreifen.

[0019] In dieser Ausgestaltung ist die Trägerbasis im Wesentlichen zweiteilig. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Halbschalen miteinander verschraubt. Die Ausgestaltung ermöglicht eine sehr einfache und zudem stabile Montage der Trägerbasis an dem Maschinenkörperteil.

[0020] In einer weiteren Ausgestaltung ist die Trägerbasis dazu eingerichtet, die Außenhülle des Maschinenkörperteils in zwei voneinander verschiedenen, nicht-parallelen Ebenen zu umgreifen.

[0021] Insbesondere bei einem Roboter mit einer seriellen Kinematik, wie einem Knickarmroboter, schließt sich an das Maschinenkörperteil, das die Trägerbasis umgibt, häufig ein weiteres Armteil mit einer Ausrichtung an, die quer und häufig orthogonal zu der Hauptrichtung des Maschinenkörperteils bzw. zu dessen Drehachse ist. Die Ausgestaltung macht es möglich, die Trägerbasis besonders stabil an dem Maschinenkörperteil zu fixieren, insbesondere wenn die nicht-parallelen Ebenen jeweils senkrecht zu den Drehachsen des Maschinenkörperteils und des weiteren Armteils liegen.

[0022] In einer weiteren Ausgestaltung weist die Trägerstruktur einen Balken auf, der an der Trägerbasis befestigt ist, wobei zumindest ein Sensor aus der Vielzahl von Sensoren über den Balken mit Abstand zu der Trägerbasis gehalten ist.

[0023] Diese Ausgestaltung macht es auf einfache Weise möglich, einen oder mehrere Sensoren in einer frei wählbaren Höhe bzw. mit einem frei wählbaren Abstand zu dem bewegten Maschinenkörperteil zu platzieren. Daher vereinfacht diese Ausgestaltung eine Optimierung der von den Sensoren überwachten Raumsektoren. Beispielsweise können ein oder mehrere Sensoren in dieser Ausgestaltung sehr einfach so platziert werden, dass ihr Sichtfeld durch weitere Maschinenteil nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt wird.

[0024] In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen weist die Sensoranordnung eine Vielzahl von Sensoren auf, die eine erste Sensorgruppe und eine zweite Sensorgruppe bilden, wobei die Sensoren der ersten Sensorgruppe im Maschinenbetrieb eine erste Sensorebene definieren, wobei die Sensoren der zweiten Sensorgruppe im Maschinenbetrieb eine zweite Sensorebene definieren sind, und wobei die erste Sensorebene von der zweiten Sensorebene entfernt liegt. Beispielsweise kann die erste Sensorebene in vertikaler Richtung unterhalb der zweiten Sensorebene liegen. Eine solche Anordnung von mehreren Sensoren und separaten Ebenen kann mit Hilfe der Ausgestaltung sehr einfach und kostengünstig realisiert werden und ermöglicht eine vorteilhafte Rundum- Absicherung des bewegten Maschinenkörperteils mit einer geringen Anzahl an Sensoren. In bevorzugten Ausführungsbeispielen liegt die erste Ebene bodennah, d.h. die überwachten Raumsektoren der Sensoren aus der ersten Sensorgruppe reichen bis zum Boden. Sie liegen gewissermaßen auf dem Boden auf. Die Sensoren der ersten Sensorgruppe besitzen vorteilhaft eine Hauptblickrichtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse verläuft. Im Gegensatz dazu verläuft die Hauptblickrichtung der Sensoren der zweiten Sensorgruppe in bevorzugten Ausführungsbeispielen schräg zu der Hauptblickrichtung der Sensoren der ersten Sensorgruppe, insbesondere schräg zum Boden. Mit den Sensoren der ersten Sensorgruppe lässt sich der Raumbereich um das bewegten Maschinenkörperteil herum, jedoch unter Aussparung des bewegten Maschinenkörperteils auf effiziente Weise überwachen. Mit den Sensoren der zweiten Sensorgruppe kann hingegen ein Raumbereich radial vor dem bewegten Maschinenkörperteil, gewissermaßen von schräg oben aus überwachten werden, ohne dass das Maschinenkörperteil die Blickrichtung der Sensoren der zweiten Sensorgruppe verdeckt.

[0025] In einer weiteren Ausgestaltung ist zumindest ein Sensor aus der Vielzahl von Sensoren an der Trägerbasis gehalten. [0026] Die Ausgestaltung ermöglicht eine sehr einfache Montage des zumindest einen Sensors in direkter Nähe zu dem bewegten Maschinenkörperteil. Das bewegte Maschinenkörperteil kann daher sehr effizient und abgesichert werden.

[0027] In einigen Ausführungsbeispielen weist die Sensorvorrichtung drei Sensoren auf, die ca. 270° Rundsicht abdecken. Die Vielzahl von Sensoren können insbesondere einen ersten Sensor beinhalten, der einen ersten definierten Raumsektor überwacht und ein erstes Sensorsignal erzeugt, wenn ein Objekt in dem ersten Raumsektor detek- tiert wird. Des Weiteren können die Vielzahl von Sensoren einen zweiten Sensor beinhalten, der einen zweiten definierten Raumsektor überwacht und ein zweites Sensorsignal erzeugt, wenn ein Objekt in dem zweiten Raumsektor detektiert wird, und die Vielzahl von Sensoren können einen dritten Sensor beinhalten, der einen dritten definierten Raumsektor überwacht und ein drittes Sensorsignal erzeugt, wenn ein Objekt in dem dritten Raumsektor detektiert wird, wobei der erste Raumsektor, der zweite Raumsektor und der dritte Raumsektor verschiedenen voneinander sind, wobei der erste und der zweite Raumsektor im Maschinenbetrieb aneinander angrenzen, und wobei der zweite und der dritte Raumsektor im Maschinenbetrieb aneinander angrenzen. Vorteilhaft sind der erste Raumsektor, der zweite Raumsektor und der dritte Raumsektor im Maschinenbetrieb um die Drehachse herum verteilt, so dass der erste Raumsektor, der zweite Raumsektor und der dritte Raumsektor bei einer Drehung des Maschinenkörperteils einander in der aktuellen Drehrichtung folgen. Die genannten Sensoren können sehr vorteilhaft die erste, bodennahe Sensorgruppe bilden und gemeinsam einen azimutalen Raumbereich überwachen, der das Maschinenkörperteil ausspart, so dass das Sichtfeld dieser Sensoren frei ist.

[0028] Vorteilhaft liegen die jeweils überwachten Raumsektoren in der Drehebene des Maschinenkörperteils nebeneinander und folgen einander bei der Drehung des Maschinenkörperteils. Die Drehebene liegt im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse, insbesondere orthogonal zu der Drehachse. Damit überstreichen die überwachten Raumsektoren nacheinander jeweils gleiche Raumbereiche entlang der aktuellen Drehrichtung. Die einander nach- bzw. vorlaufenden Raumsektoren erlauben eine hohe Produktivität, da eine Schleichfahrt mit langsamer Geschwindigkeit oder ein Sicherheits- stop nur dann ausgelöst werden, wenn ein zu schützendes Objekt, wie insbesondere eine Person oder ein Körperteil einer Person, unmittelbar im Bewegungsbereich des bewegten Maschinenkörperteils ist. Der Bewegungspfad des Maschinenkörperteils kann aufgrund der Anordnung der mitbewegten Raumsektoren auf sehr einfache und kostengünstige Weise in sehr kritische und weniger kritische Raumbereiche unterteilt werden. Die Sicherheitsabstände, bei denen eine Sicherheitsfunktion ausgelöst wird, können im Vergleich zu bekannten Sicherheitsvorrichtungen reduziert sein. Unnötige Schleichfahrten mit langsamer Geschwindigkeit lassen sich auf ein Minimum reduzieren. Zugleich kann aufgrund der mitdrehenden Raumsektoren jederzeit ein Sicherheitsstop oder eine Schleichfahrt ausgelöst werden, wenn sich eine Person in der aktuellen Drehrichtung direkt vor dem Maschinenkörperteil befindet.

[0029] In einer bevorzugten Ausgestaltung überwachen die Sensoren jeweils einen tortenstückartigen Raumsektor, der sich ausgehend von dem jeweiligen Sensor über einen azimutalen Öffnungswinkel erstreckt, der größer ist als der Öffnungswinkel in der Elevation. Dabei liegt der azimutale Öffnungswinkel vorzugsweise in der Drehebene des jeweiligen Sensors. Der Öffnungswinkel in der Elevation ist vorzugsweise parallel zu der Drehachse definiert. In einigen vorteilhaften Ausführungsbeispielen liegt der azimutale Öffnungswinkel in einem Bereich zwischen 20° und 120° und der Öffnungswinkel in der Elevation liegt in einem Bereich zwischen 10° und 30°. Die benachbarten Raumsektoren können sich an ihren jeweiligen Grenzen überlappen. Vorzugsweise ist der Winkelbereich, in dem sich die benachbarten Raumsektoren überlappen, klein gegenüber dem jeweiligen Öffnungswinkel. In bevorzugten Ausführungsbeispielen liegt der azimutale Überlappungswinkel zweier benachbarter Raumsektoren bei maximal 20% des jeweiligen azimutalen Öffnungswinkels, vorzugsweise bei maximal 10%. Dementsprechend überwacht jeder der drei genannten Sensoren mehr als die Hälfte des ihm zugeordneten Raumsektors exklusiv. Vorzugsweise überwacht jeder der drei genannten Sensoren mehr als 75% des ihm zugeordneten Raumsektors exklusiv.

[0030] Die Ausgestaltung trägt vorteilhaft dazu bei, die Produktivität der Maschine zu maximieren, indem unnötige Fehlabschaltungen und Schleichfahrten der Maschine reduziert oder gar vermieden werden und lediglich in notwendigen Fällen eine Sicherheitsfunktion in Form einer Abschaltung oder Schleichfahrt durch die neue Sicherheitsvorrichtung ausgelöst wird. [0031] In einer weiteren Ausgestaltung weist die Trägerstruktur ein reibungserhöhendes Zwischenelement auf, das dazu vorgesehen ist, zwischen der Trägerbasis und der Außenhülle platziert zu werden.

[0032] Das Zwischenelement kann eine Einlage aus einem elastischen Material sein, wie etwa Gummi, Moosgummi, oder ein stoffartiges Material, wie etwa ein Filzmaterial. Das Zwischenelement kann großflächig in dem Innenraum der Trägerbasis angeordnet sein und insbesondere mehr als 50% der Kontaktfläche zwischen der Außenhülle des Maschinenkörperteils und der Trägerbasis bedecken. Alternativ kann das Zwischenelement eine Vielzahl von Zwischenelementen beinhalten, die an mehreren separaten Kontaktstellen angeordnet sind. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Zwischenelement als lose Einlage um das Maschinenkörperteil gelegt sein, bevor die Trägerbasis an dem Maschinenkörperteil montiert wird. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Zwischenelement an den Kontaktflächen der Trägerbasis schon vor der Montage befestigt sein, beispielsweise durch eine Klebeverbindung. Ein reibungserhöhendes Zwischenelement erhöht die Kontaktreibung zwischen der Außenhülle des Maschinenkörperteils und der Trägerbasis im Vergleich zu einer Montage ohne das Zwischenelement. Die Ausgestaltung trägt vorteilhaft dazu bei, eine stabile, drehfeste Verbindung zwischen der Trägerbasis und der Außenhülle des Maschinenkörperteils zu erreichen, indem zusätzlich zu einem Formschluss ein (erhöhter) Reibschluss erreicht wird. In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Außenhülle des Maschinenkörperteils mit Hilfe des Zwischenelements „saugend“ in die Trägerbasis eingepasst.

[0033] In einer weiteren Ausgestaltung ist die Trägerbasis dazu eingerichtet ist, zerstörungsfrei lösbar an dem Maschinenkörperteil befestigt zu werden.

[0034] Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, weil sie eine Wartung und ggf. Instandsetzung der Maschine im Bereich der Drehachse erleichtert. Des Weiteren kann die Maschine so sehr einfach umgerüstet werden, wenn eine neue Sicherheitsvorrichtung benötigt wird, beispielsweise für eine neue Verwendung der Maschine. [0035] In einer weiteren Ausgestaltung weist die Auswerte- und Steuereinheit eine fehlersichere erste Auswerte- und Steuereinheit und eine nicht-fehlersichere zweite Steuereinheit auf, wobei die zweite Steuereinheit die Bewegung des Maschinenkörperteils in Abhängigkeit von einem Betriebsprogramm und in Abhängigkeit von einem binären Freigabesignal der ersten Auswerte- und Steuereinheit steuert, und wobei die erste Auswerte- und Steuereinheit das binäre Freigabesignal in Abhängigkeit von der Vielzahl von Sensoren erzeugt.

[0036] Wie oben erwähnt, bezeichnet „fehlersicher“ hier, dass die erste Auswerte- und Steuereinheit die Anforderungen der Kategorie 3 bzw. die Anforderungen für den sogenannten Performance Level PL d gemäß der Norm EN ISO 13849-1 und/oder die Sicherheitsanforderungsstufe SIL 3 gemäß der Norm IEC 61508 bzw. der maschinenspezifischen Sektornorm EN 62061 erfüllt. Im Gegensatz dazu erfüllt die zweite Steuereinheit diese Anforderungen nicht. Es handelt sich hier also um eine sogenannte Standard- Steuereinheit, die im Wesentlichen den gewünschten Betriebsablauf der Maschine entsprechend einem Betriebsprogramm steuert. Die Ausgestaltung ermöglicht auf kostengünstige Weise einen sicheren und produktiven den Betrieb der Maschine. Insbesondere kann mit dieser Ausgestaltung eine bisher auf andere Weise abgesicherte Maschine mit der neuen Sicherheitsvorrichtung nachgerüstet werden und daher ohne umfangreiche Änderungen an dem gewünschten Betriebsablauf eine erhöhte Produktivität erreichen.

[0037] Vorzugsweise erzeugt die erste Auswerte- und Steuereinheit zwei zueinander redundante binäre Freigabesignale, die jeweils einen betragsmäßig hohen Signalpegel (Ein-Zustand) oder einen betragsmäßig niedrigen Signalpegel (Aus-Zustand) annehmen können. Der hohe Signalpegel zeigt an, dass insbesondere der erste in Drehrichtung vorlaufende Raumsektor frei ist. Die zweite Steuereinheit kann das Maschinenkörperteil daraufhin mit einer hohen Drehgeschwindigkeit drehen, wenn dies im gewünschten Betriebsablauf vorgesehen ist. Der hohe Signalpegel ist daher ein fehlersicheres Freigabesignal für die hohe Drehgeschwindigkeit. Der niedrige Signalpegel zeigt demgegenüber den Wegfall des Freigabesignals an, was zur Folge hat, dass die zweite Steuereinheit das Maschinenkörperteil allenfalls mit einer begrenzten langsamen Drehgeschwindigkeit bewegt. Vorzugsweise erzeugt die erste Auswerte- und Steuereinheit die zwei redundanten binären Freigabesignale jeweils mit einem Testtakt, d.h. definierten Pulsen von dem hohen Signalpegel zu dem niedrigen Signalpegel. Die Testpulse machen es möglich, einen Stuck-at-High Fehler im Ausgangskreis der ersten Auswerte- und Steuereinheit zu erkennen. Vorzugsweise sind die Testtakte der zwei zueinander redundanten binären Freigabesignale phasenverschoben zueinander, was eine vorteilhafte Querschlusserkennung ermöglicht. Die Ausgestaltung ermöglicht einen einfachen, hartverdrahteten Handshake zwischen der ersten Auswerte- und Steuereinheit und der nichtfehlersicheren zweiten Steuereinheit.

[0038] In einer weiteren Ausgestaltung ist die Auswerte- und Steuereinheit dazu eingerichtet, eine Drehgeschwindigkeit des Maschinenkörperteils um die Drehachse in Abhängigkeit von Sensorsignalen der Sensoren fehlersicher zu begrenzen.

[0039] In dieser Ausgestaltung wird das Maschinenkörperteil mit einer im Vergleich zum störungsfreien Betrieb reduzierten Drehgeschwindigkeit bewegt. Die sogenannte Schleichfahrt des Maschinenkörperteils bei Detektion eines Objekts im jeweils in Drehrichtung vorlaufenden Raumsektor trägt vorteilhaft dazu bei, die Produktivität der Maschine zu erhalten, wenn auch mit einer langsameren Bewegung auf Grund der Kollisionsgefahr in dem in Drehrichtung vorlaufenden Raumsektor.

[0040] In einer weiteren Ausgestaltung besitzt zumindest ein Sensor aus der Vielzahl von Sensoren einen ersten und einen separaten zweiten Erfassungsbereich innerhalb des zugeordneten Raumsektors, wobei der erste Erfassungsbereich näher an dem genannten Sensor liegt als der zweite Erfassungsbereich, wobei der genannte Sensor für jeden der zwei Erfassungsbereichs ein separates Sensorsignal erzeugt, und wobei die Auswerte- und Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Drehung des Maschinenkörperteils in Abhängigkeit von den separaten Sensorsignalen zu steuern.

[0041] In dieser Ausgestaltung ist der Raumsektor des zumindest einen Sensors in zwei verschiedene Entfernungsbereiche unterteilt. Vorteilhaft besitzen alle Sensoren aus der Vielzahl der Sensoren einen solchen ersten und separaten zweiten Erfassungsbereich innerhalb des jeweils überwachten Raumsektors. Die Ausgestaltung macht es auf einfache Weise möglich, dass die Auswerte- und Steuereinheit in Abhängigkeit von der Entfernung eines Objekts im überwachten Raumsektor unterschiedliche Reaktionen auslöst. Vorteilhaft kann die Auswerte- und Steuereinheit bei einer größeren Entfernung ein optisches und/oder akustisches Warnsignal erzeugen, um eine Person abzuhalten, weiter in den Arbeitsbereich der Maschine einzutreten. Hingegen kann die Auswerte- und Steuereinheit die Bewegungsgeschwindigkeit des Maschinenkörperteils bei einer Objektdetektion in einer geringeren Entfernung sofort reduzieren und/oder die Bewegung des Maschinenkörperteils anhalten. Alternativ kann die Auswerte- und Steuereinheit die Drehgeschwindigkeit des Maschinenkörperteils auch schon mit dem Erzeugen des Warnsignals reduzieren. Die Ausgestaltung trägt dazu bei, eine hohe Produktivität zusammen mit einem sicheren Betrieb der Maschine zu erreichen.

[0042] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

[0043] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der neuen Sicherheitsvorrichtung an einem Knickarmroboter,

Fig. 2 die Sicherheitsvorrichtung aus Fig. 1 , wobei drei überwachte Raumsektoren schematisch dargestellt sind,

Fig. 3 die Sicherheitsvorrichtung aus Fig. 1, wobei drei weitere überwachte Raumsektoren schematisch dargestellt sind,

Fig. 4 den Knickarmroboter aus Fig. 1 mit einer Halbschale einer Trägerbasis der Sicherheitsvorrichtung aus Fig. 1 , und

Fig. 5 die Trägerbasis der Sicherheitsvorrichtung aus Fig. 1 mit zwei Halbschalen. [0044] In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Sicherheitsvorrichtung in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Sicherheitsvorrichtung 10 beinhaltet in diesem Ausführungsbeispiel 6 Radarsensoren 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5 und 12-6, die nachfolgend gemeinsam mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet werden, und eine fehlersicher ausgebildete Auswerte- und Steuereinheit 14, die in diesem Fall mit den Radarsensoren 12 über eine serielle Bus-Verbindung 16 (hier nur schematisch angedeutet) verbunden ist. In bevorzugten Ausführungsbeispielen basiert die serielle Bus- Verbindung 16 auf einem CAN-Busprotokoll, was eine sehr effiziente Datenübertragung zwischen den in Reihe verbundenen Sensoren und der Auswerte- und Steuereinheit 14 ermöglicht. Die Auswerte- und Steuereinheit 14 beinhaltet in einigen Ausführungsbeispielen eine fehlersichere Kleinsteuerung PNOZmulti 2, die von der Anmelderin Pilz GmbH & Co. KG mit Sitz in 73760 Ostfildern, Deutschland kommerziell angeboten wird.

[0045] Die Sensoren 12 sind hier an einem Knickarmroboter 18 angeordnet und können sich dementsprechend zusammen mit dem Roboter 18 um eine Drehachse 20 des Roboters 18 drehen. Die Drehachse 20 ist in diesem Fall die erste von mehreren Drehachsen des Roboters 18 und sie verläuft hier senkrecht zum Boden bzw. Fundament, auf dem der Roboter 18 mit seinem Standfuß platziert ist. beispielhaft ist eine weitere Drehachse mit der Bezugsziffer 21 dargestellt.

[0046] In einigen Ausführungsbeispielen kann der Roboter 18 Pick-und-Place- Aufgaben ausführen, wobei er sich in wechselnden Richtungen um die Drehachse 20 dreht. Eine jeweils aktuelle Drehrichtung ist bei der Bezugsziffer 22 angedeutet. Wie den Fachleuten auf diesen Gebiet bekannt ist, besitzt der Roboter 18 mehrere Armteile, die über Drehgelenke drehbar miteinander verbunden sind. Einige dieser Armteile sind hier mit den Bezugsziffern 24, 25, 26 bezeichnet (siehe auch Fig. 4). Die Drehungen der Armteile 24, 25, 26 relativ zueinander sowie die Drehung des Roboters 18 um die Drehachse 20 werden hier von einer nicht-fehlersicheren Steuereinheit 28 gesteuert. Die Steuereinheit 28 kann eine konventionelle Robotersteuerung sein, wie sie typischerweise von dem Hersteller des Roboters 18 angeboten und zusammen mit dem Roboter geliefert wird. Die Steuereinheit 28 steuert den gewünschten Betriebsablauf des Roboters 18 in an sich bekannter Weise nach einem Betriebsprogramm, das typischerweise in die Steuereinheit 28 geladen ist. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen können die Auswer- te- und Steuereinheit 14 und die Betriebssteuerung 28 des Roboters über eine bidirektionale Verbindung 29 miteinander kommunizieren. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Verbindung 29 eine fehlersichere Busverbindung beinhalten, beispielsweise auf Basis eines fehlersicheren Ethernet-Protokolls. In bevorzugten Ausführungsbeispielen beinhaltet die Verbindung 29 zwei oder mehr redundante, binäre Freigabesignale 29a, 29b, sogenannte OSSD-Signale, wie sie beispielsweise von der fehlersicheren Kleinsteuerung PNOZmulti 2 der Anmelderin bereitgestellt werden.

[0047] Die beweglichen Armteile bilden - je nach Betriebssituation - eine in der jeweils aktuellen Drehrichtung 22 vorlaufende Kontur 30, die bei einer Kollision mit einer Person oder einem anderen Objekt im Drehbereich des Roboters 18 eine hohe Kontaktkraft auf die Person bzw. das Objekt (hier nicht dargestellt) ausüben kann. Um das zu verhindern überwachen die Sensoren 12 jeweils einen definierten, zugeordneten Raumsektor 32. In Fig. 1 sind ein erster Raumsektor 32-1 , ein zweiter Raumsektor 32-2 und ein dritter Raumsektor 32-3 jeweils mit gestrichelten Linien angedeutet. Beispielsweise überwacht hier also der erste Sensor 12-1 den ersten Raumsektor 32-1 , der zweite Sensor 12-2 überwacht den zweiten Raumsektor 32-2 und der dritte Sensor 12-3 überwacht den dritten Raumsektor 32-3. Die drei Raumsektoren 32-1 , 32-2 und 32-3 liegen benachbart zueinander und die Sensoren 12-1 , 12-2 und 12-3 definieren eine Ebene 34, die in diesem Fall bodennah und weitgehend parallel zum Boden liegt. Fig. 2 zeigt die drei Raumsektoren 32-1 , 32-2 und 32-3 in einer perspektivischen Darstellung.

[0048] Wie man in der Darstellung der Fig. 2 erkennen kann, überlappen die überwachten Raumsektoren 32-1, 32-2 und 32-3 ab einer gewissen Entfernung in den aneinander grenzenden Bereichen, so dass die drei Sensoren 12-1, 12-2 und 12-3 hier gemeinsam einen zusammenhängenden Drehwinkelbereich 36 abdecken, der den Roboter 18 hier an drei Seiten umgibt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel decken die Raumsektoren 32-1 , 32-2 und 32-3 gemeinsam einen Drehwinkelbereich 36 ab, der in etwa 270° beträgt. Jeder der drei Sensoren 12-1 , 12-2 und 12-3 überwacht hier einen ihm zugeordneten Raumsektor 32-1 , 32-2 und 32-3, der etwa ein Drittel des Drehwinkelbereichs 36 abdeckt. Der gemeinsam überwachte Drehwinkelbereich 36 erstreckt sich in azimutaler Richtung und spart den Roboter 18 aus. Dementsprechend erzeugen die Armteile 25, 26, allgemeiner der Roboter 18, in diesem Ausführungsbeispiel keine Radar- reflektionen, die von den Sensoren 12-1, 12-2 und 12-3 erfasst werden könnten.

[0049] Die Aufteilung des azimutalen Raumbereichs 36 in drei weitgehend gleichgroße überwachte Raumsektoren 32-1, 32-2, 32-3 hat sich in einigen Ausführungsbeispielen als sehr vorteilhaft erwiesen, um den Drehwinkelbereich des Roboters 18 mit einer geringen Anzahl an Sensoren so zu überwachen, dass der Roboter 18 mit einer hohen Produktivität betrieben werden kann. Vorteilhaft erzeugt die fehlersichere Auswerte- und Steuereinheit 14 die oben genannten Freigabesignale, wenn der jeweils in der aktuellen Drehrichtung unmittelbar vorlaufende Raumsektor „frei“ ist, d.h. der zugeordnete Sensor kein potentielles Kollisionsobjekt in dem von ihm überwachten Raumbereich detektiert. Wenn sich der Roboter 18 also beispielsweise in einer definierten Betriebssituation im Uhrzeigersinn drehen soll, erzeugt die Auswerte- und Steuereinheit 14 die oben genannten Freigabesignale, wenn der Raumsektor 32-1 frei ist, d.h. wenn der erste Sensor 12-1 kein Kollisionsobjekt in dem Raumsektor 32-1 detektiert. Umgekehrt erzeugt die Auswerte- und Steuereinheit 14 die oben genannten Freigabesignale, wenn sich der Roboter 18 in einer anderen Betriebssituation gegen den Uhrzeigersinn drehen soll und der Raumsektor 32-3 frei ist, d.h. wenn der dritte Sensor 12-3 kein Kollisionsobjekt in dem Raumsektor 32-3 detektiert. Unabhängig von diesem Ausführungsbeispiel ist es in weiteren Ausführungsbeispielen, in denen das Maschinenkörperteil im bestimmungsgemäßen Betrieb einen Drehwinkelbereich kleiner oder gleich 300° durchläuft, von Vorteil, wenn die Sicherheitsvorrichtung 10 den genannten Drehwinkelbereich mit drei, vier oder maximal fünf Raumsektoren überwacht, die den gesamten Drehwinkelbereich zusammen abdecken.

[0050] Wie man in Fig. 2 weiterhin erkennen kann, besitzen die überwachten Raumsektoren 32-1 , 32-2, 32-3 hier jeweils eine Form, die einem Tortenstück ähnelt, d.h. in einer Draufsicht einem Kreissektor entspricht, in der Elevation (Höhe) jedoch begrenzt ist. Mit anderen Worten ist der azimutale Öffnungswinkel 38, der in Fig. 1 für den Raumsektor 32-3 bei der Bezugsziffer 38 angedeutet ist, größer ist als der Öffnungswinkel 40 in der Elevation. [0051] In bevorzugten Ausführungsbeispielen besitzen einige oder sogar alle Sensoren aus der Vielzahl von Sensoren 12-1 bis 12-6 einen ersten Erfassungsbereich 42 und einen separaten zweiten Erfassungsbereich 44 innerhalb des jeweils überwachten Raumsektors (angedeutet in Fig. 1 am Beispiel des ersten Sensors 12-1). Der erste Erfassungsbereich 42 liegt näher an dem jeweiligen Sensor liegt als der zweite Erfassungsbereich 44. Der jeweilige Sensor erzeugt für jeden der zwei Erfassungsbereich 42, 44 ein separates Sensorsignal. Die Auswerte- und Steuereinheit 14, 28 ist dazu eingerichtet, die Drehung der Armteile 24, 25, 26 in Abhängigkeit von den separaten Sensorsignalen zu steuern. Die separaten Erfassungsbereiche 42, 44 machen es möglich, eine aktuelle Entfernung des potentiellen Kollisionsobjekts zu dem Roboter 18 bei der Steuerung der Drehbewegung zu berücksichtigen. Beispielsweise kann bei einer Objektdetektion in dem zweiten, weiter entfernten Erfassungsbereich 44 lediglich ein optisches und/oder akustisches Warnsignal von der Auswerte- und Steuereinheit 14, 28 ausgelöst werden und erst eine Objektdetektion in dem ersten Erfassungsbereich 42 löst eine Reduzierung der aktuellen Drehgeschwindigkeit oder gar einen Nothalt aus. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Auswerte- und Steuereinheit 14, 28 dazu eingerichtet sein, die aktuelle Drehgeschwindigkeit des Maschinenkörperteils bei einer Objektdetektion in dem weiter entfernten Erfassungsbereich 44 zu begrenzen bzw. auf eine Schleichfahrt zu reduzieren, während eine Objektdetektion in dem näher gelegenen Erfassungsbereich 42 stets einen Nothalt auslöst. Prinzipiell können die überwachten Raumsektoren auch mehr als zwei separate und in der Entfernung gestaffelte Erfassungsbereiche aufweisen, wobei die Auswerte- und Steuereinheit 14, 28 dazu eingerichtet ist, die Drehbewegung der Armteile in Abhängigkeit von der azimutalen Position des Objekts (erkannt anhand des jeweiligen Raumsektors bzw. Sensorsignals) und anhand der jeweiligen Entfernung (erkannt anhand des jeweiligen Erfassungsbereichs) zu steuern.

[0052] In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 besitzt die Sicherheitsvorrichtung 10 zwei Sensorgruppen mit insgesamt 6 Sensoren. Die Sensoren 12-1 , 12-2 und 12-3 bilden eine erste Sensorgruppe und definieren die bodennahe Ebene 34. Die Sensoren 12-4, 12-5 und 12-6 sind auf einer Plattform 50 oberhalb von den Sensoren 12-1, 12-2 und 12-3 angeordnet und bilden eine zweite Sensorgruppe. Die Plattform 50 ist über einen Balken 52 an einer Trägerbasis 54 gehalten. Die Sensoren 12-4 und 12-5 12-6 definieren hier eine Ebene 46, die vertikal oberhalb der Ebene 34 liegt. Der Sensor 12-6 ist in diesem Ausführungsbeispiel nochmals etwas oberhalb der Ebene 46 angeordnet.

[0053] In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Balken 52 ein Teleskopbalken mit einer Balkenlänge, die variabel einstellbar ist. Dies macht es möglich, den Abstand der Plattform 50 von der Trägerbasis 54 einzustellen. Vorteilhaft kann damit der Abstand zwischen der Sensorebene 34 und der Sensorebene 46 in Abhängigkeit von der Höhe des Roboters 18 so eingestellt werden, dass die Sensoren 12-4, 12-5 und 12-6 ein weitgehend freies Sichtfeld an dem Roboter 18 und seinen Armteilen vorbei haben.

[0054] Wie man anhand der Figuren 1 und 3 erkennen kann, überwachen die Sensoren 12-4, 12-5, 12-6 der zweiten Sensorgruppe gemeinsam einen weiteren azimutalen Raumbereich 48, der aus Sicht der Sensoren 12-4, 12-5, 12-6 hinter den Roboter 18 bzw. dessen Armteile reicht. Die von den Sensoren 12-4, 12-5, 12-6 jeweils überwachten Raumsektoren sichern daher insbesondere die Lücke ab, die der azimutale Raumbereich 36 gemäß Fig. 2 ausspart.

[0055] Fig. 4 zeigt den Roboter 18 ohne die Sicherheitsvorrichtung 10, allerdings mit einer Halbschale 54a der T rägerbasis 54 auf der Außenhülle 56 des Maschinenkörperteils 24. Im Übrigen bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben Elemente wie zuvor. Fig. 5 zeigt die Halbschale 54a und eine zweite Halbschale 54b, die als separate Teile von außen auf die Außenhülle 56 des Maschinenkörperteils 24 aufgesetzt werden können, um die Trägerbasis 54 an dem Maschinenkörperteil 24 zu montieren. Wie man anhand der Figs. 4 und 5 erkennen kann, bilden die Halbschalen 54a, 54b in diesem Ausführungsbeispiel zusammen einen Innenraum 58, in dem die Außenhülle 56 des Maschinenkörperteils 24 nahezu vollständig aufgenommen werden kann.

[0056] In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann ein reibungserhöhendes, insbesondere gummiartiges Zwischenelement 60 in dem Innenraum 58 der Trägerbasis 54 angeordnet sein und den Innenraum 58 gewissermaßen „auspolstern“. In einigen Ausführungsbeispielen ist der Innenraum 58 im Wesentlichen komplementär zu der Außenhülle 56 des Maschinenkörperteils 24 ausgebildet, so dass die Außenhülle 56 formschlüssig und passgenau in dem Innenraum 58 aufgenommen ist. Das optionale Zwischenelement 60 kann vorteilhaft kleine Abweichungen zwischen der tatsächlichen Form des Innenraums 58 und der tatsächlichen Form der Außenhülle 56 ausgleichen und zu einer besonders drehfesten und stabilen Verbindung beitragen.

[0057] Wie man insbesondere in Fig. 5 erkennen kann, umgreift die Trägerbasis 54 die Außenhülle 56 des Maschinenkörperteils 24 in diesem Ausführungsbeispiel in zwei verschiedenen Ebenen 62, 64. Jede der beiden Halbschalen 54a, 54b besitzt hier einen weitgehend halbkreisförmigen Rand 66, 68. Die halbkreisförmigen Ränder 66 der Halbschalen 54a, 54b liegen in einer Ebene 62, die im Wesentlichen senkrecht zur der Drehachse 20 des Maschinenkörperteils 24 verläuft. Demgegenüber liegen die halbkreisförmigen Ränder 68 der Halbschalen 54a, 54b in einer Ebene 64, die im Wesentlichen parallel zur der Drehachse 20 des Maschinenkörperteils 24 verläuft. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Halbschalen 54a, 54b jeweils flanschartige Vorsprünge 70, die es möglich machen, die beiden Halbschalen 54a, 54b miteinander zu verschrauben, nachdem die Halbschalen 54a, 54b von außen auf die Außenhülle 56 des Maschinenkörperteils 24 aufgesetzt wurden.

[0058] Bei der Bezugsziffer 72 ist in Fig. 5 eine Montagefläche bezeichnet, an der einer der Sensoren 12 direkt an der Trägerbasis 54 befestigt werden kann, um sich im Maschinenbetrieb zusammen mit dem Maschinenkörperteil 24 zu drehen. Bei der Bezugsziffer 74 ist ein weiterer von den Halbschalen 54a, 54b gebildeter Innenraum angedeutet, in den der Balken 52 eingesetzt werden kann.

Claims

Patentansprüche Sicherheitsvorrichtung zum Absichern eines Gefahrenbereichs einer automatisiert arbeitenden Maschine, insbesondere zum Absichern des Gefahrenbereichs eines Roboters (18), wobei die Maschine ein Maschinenkörperteil (24) aufweist, das eine Außenhülle besitzt und das im Maschinenbetrieb eine Drehbewegung (22) um eine Drehachse (20) ausführt, mit einer Vielzahl von Sensoren (12-1 bis 12-6), die jeweils dazu eingerichtet sind, einen definierten Raumsektor (32-1, 32-2, 32-3) im Umfeld der Maschine zu überwachen und ein jeweiliges Sensorsignal zu erzeugen, wenn ein Objekt in dem jeweils definierten Raumsektor (32-1, 32-2, 32-3) de- tektiert wird, mit einer Trägerstruktur (50, 52, 54), die die Vielzahl von Sensoren an der Maschine so fixiert, dass sich die Vielzahl von Sensoren (12-1 bis 12-6) im Maschinenbetrieb zusammen mit dem Maschinenkörperteil (24) drehen, und mit einer Auswerte- und Steuereinheit (14, 28), die dazu eingerichtet ist, die Drehbewegung des Maschinenkörperteils (24) in Abhängigkeit von den Sensorsignalen der Vielzahl von Sensoren (12-1 bis 12-6) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (50, 52, 54) eine Trägerbasis (54) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Außenhülle (56) des Maschinenkörperteils (24) formschlüssig von außen zu umgreifen. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerbasis (54) einen Innenraum (58) bildet, der dazu eingerichtet ist, das Maschinenkörperteil (24) topfartig zu umgeben. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerbasis (54) eine erste Halbschale (54a) und eine zweite Halbschale (54b) aufweist, die gemeinsam dazu eingerichtet sind, die Außenhülle (56) klammerartig zu umgreifen. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerbasis (54) dazu eingerichtet ist, die Außenhülle (56) des Maschinenkörperteils (24) in zwei voneinander verschiedenen, nicht-parallelen Ebenen (62, 64) zu umgreifen. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur einen Balken (52) aufweist, der an der Trägerbasis (54) befestigt ist, wobei zumindest ein Sensor (12-4, 12-5, 12-6) aus der Vielzahl von Sensoren über den Balken (52) mit Abstand zu der Trägerbasis (54) gehalten ist. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (12-1 , 12-2, 12-3) aus der Vielzahl von Sensoren an der Trägerbasis (54) gehalten ist. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur ein reibungserhöhendes Zwischenelement (60) aufweist, das dazu vorgesehen ist, zwischen der Trägerbasis (54) und der Außenhülle (56) platziert zu werden. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerbasis (54) dazu eingerichtet ist, zerstörungsfrei lösbar an dem Maschinenkörperteil (24) befestigt zu werden. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit eine fehlersichere erste Auswerte- und Steuereinheit (14) und eine nicht-fehlersichere zweite Steuereinheit (28) aufweist, wobei die zweite Steuereinheit (28) die Bewegung des Maschinenkörperteils (24) in Abhängigkeit von einem Betriebsprogramm und in Abhängigkeit von einem binären Freigabesignal (29a, 29b) der ersten Auswerte- und Steuereinheit (14) steuert, und wobei die erste Auswerte- und Steuereinheit (14) das binäre Freigabesignal (29a, 29b) in Abhängigkeit von der Vielzahl von Sensoren erzeugt. Automatisiert arbeitende Maschine mit einem Maschinenkörperteil (24), das im Maschinenbetrieb eine Drehbewegung (22) um eine Drehachse (20) ausführt, und mit einer Sicherheitsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Automatisiert arbeitende Maschine nach Anspruch 10, wobei das Maschinenkörperteil (24) ein Roboterarmteil eines Roboters mit einer seriellen Kinematik ist. Automatisiert arbeitende Maschine nach Anspruch 11 , wobei die serielle Kinematik eine erste Drehachse (20) und weitere Drehachsen (21) aufweist, und wobei die erste Drehachse (20) das Roboterarmteil (24) mit einem stationären Fundament verbindet.