CN109249430B - 带自动移动机器和限界器的设施、限界器和运行方法 - Google Patents

带自动移动机器和限界器的设施、限界器和运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种设施(1)，具有：自动移动机器(2)，包括至少一个可移动元件(3)；用于对自动移动机器(2)的工作区域(7)进行限界的限界器(6)，其中，限界器(6)包括至少一个限界元件(9)，借助该限界元件能够防止至少一个元件(3)越过工作区域(7)的至少一个边界(8)。限界器(6)包括移动装置(10)，该移动装置设计用于根据至少一个可移动元件(3)的至少一个移动(11、12、13)来移动至少一个限界元件(9)，使得至少一个限界元件(9)阻止至少一个可移动元件(3)越过至少一个边界(8)。本发明的其他方面涉及一种用于这种设施(1)的限界器(6)以及一种用于运行这种设施(1)的方法。

Description

带自动移动机器和限界器的设施、限界器和运行方法
技术领域
本发明涉及一种设施，其具有：自动移动机器，该自动移动机器包括至少一个可移动元件；以及，用于对自动移动机器的工作区域进行限界的限界器，其中限界器包括至少一个限界元件，借助该限界元件可以防止至少一个可移动元件越过工作区域的至少一个边界。本发明的其他方面涉及一种用于这种设施的限界器以及用于运行该设施的方法。
背景技术
为了防止自动移动机器在其运行中越过预定的工作区域，已知的是，借助例如像安全围栏或安全栅的固定保护装置来对工作区域进行限界。借助这样的安全围栏或安全栅，可以形成围绕自动移动机器的格室，从而例如能够有效地防止对工作区域附近的人员的伤害。在工作区域部分地向周围环境开放的***中，经常使用保护装置，例如光栅，光网或踏步保护垫(Trittschutzmatten)以防止发生人身伤害。一旦在工作区域内检测到人员，自动移动机器会尽快停止。
发明内容
本发明的目的是提供一种设施，用于这种设施的限界器以及用于运行这种设施的方法，借助它们可以特别提前地防止越过工作区域的边界。
本发明的第一方面涉及一种设施(Anordnung)，具有：自动移动机器，其包括至少一个可移动元件；用于对自动移动机器的工作区域进行限界的限界器，其中，限界器包括至少一个限界元件，借助该限界元件能够防止至少一个元件越过工作区域的至少一个边界。
换句话说，借助于限界元件可以防止例如由于自动移动机器的故障或者由于自动移动机器的手动操作而导致至少一个可移动元件越过工作区域的至少一个区域边界。
至少一个可移动元件可以是可平移的并且附加地或替代地是可旋转移动的。自动移动机器可以设计用于例如根据预定的移动模型自动执行移动。在这种情况下，至少一个可移动元件也可以根据预定的移动模型而移动。这样的移动模型可以被预定，例如在借助于自动移动机器执行的拣选步骤或分拣步骤的范围内(仅用于示例)。
为了特别提前地防止越过工作区域的边界，根据本发明提出，限界器包括移动装置，该移动装置设计用于根据至少一个可移动元件的至少一个移动来移动至少一个限界元件，使得至少一个限界元件阻止至少一个可移动元件越过至少一个边界。通过限界元件的这种移动，在至少一个可移动元件越过工作区域的至少一个边界之前，可以借助限界元件提前停止、即可移动元件被减速(制动)。
优选地，至少一个限界元件和至少一个可移动元件可以在一个相同的移动方向上移动，并且附加地或替代地可以在多个相同的移动方向上移动。此外，移动装置优选可以设计用于与自动移动机器的至少一个可移动元件相比以较低的移动速度以及附加地或替代地以较低的加速度移动至少一个限界元件。此时，可以有利地由以下方式防止越过至少一个边界，即至少一个限界元件由至少一个可移动元件追赶上，直到最终发生至少一个限界元件与至少一个可移动元件之间的接触。在这种接触时，与现有技术中已知的固定保护装置(安全围栏，安全栅等)不同，对于至少一个可移动元件不仅实现了提前制动而且也实现了特别舒缓的制动。
本发明基于如下认识，即特别是在高动态的自动移动机器中，至少一个可移动元件有特别高的移动速度并且附加地或者可替代地有特别高的加速度，其中，在至少一个可移动元件越过工作区域的至少一个边界之前实现至少一个可移动元件的及时停止会非常困难。在传统的固定保护装置(安全围栏，安全栅)的情况下，在自动移动机器发生故障时，可能发生至少一个可移动元件以高速未制动地撞击到固定保护装置上，由此导致明显损坏。通过本设施，可以有效地且提前地防止这种未制动的撞击。
在本发明的有利改进方案中，至少一个限界元件至少在工作区域的延伸方向上延伸经过该工作区域。这特别应理解为限界元件在延伸方向上完全延伸经过工作区域。这是有利的，因为通过限界元件的这种大范围延伸能够特别提前且简单地防止越过工作区域的边界。在此特别有利的是，可以省去限界元件在该延伸方向上的移动以防止越过工作区域的边界。限界元件可以例如设计成条形的并因此特别易于造型。
在本发明的另一有利的改进方案中，至少一个限界元件至少部分地包围至少一个元件。这是有利的，因为由此能够在限界元件的移动量特别小的情况下防止越过工作区域的边界。
优选地，限界元件可以具有闭合横截面。由于该闭合横截面，限界元件可以特别简单地防止自动移动机器的元件至少在闭合横截面的横截平面中越过工作区域的边界。
优选地，限界元件可以具有多边形横截面或圆形横截面，由此可以特别简单地包围元件。
在本发明的另一个有利的改进方案中，自动移动机器与限界器相比具有更大的动态。这是有利的，因为相应地，限界器具有比自动移动机器更大的动态惯性，由此限界器可以比自动移动机器更易于进行闭环和开环控制。在此特别有利的是，限界器能够由此比自动移动机器更简单地通过安全控制***来监控。
相应地，自动移动机器可以具有比限界器更大的最大加速度并且另外或替代地具有更大的最大速度。换句话说，自动移动机器例如可以包括调节装置，该调节装置用于，与移动限界元件的情况相比更快地移动元件并且另外地或替代地能够更强烈地加速元件。
在本发明的另一个有利的改进方案中，自动移动机器被设计为多轴机器人，特别是三角式拾取机器人(delta picker)。这是有利的，因为由此在移动至少一个元件时存在特别多的自由度。术语“多轴机器人”在此特别应理解为配有多个移动轴的机器人。自动移动机器因此可以设计为多连杆机器人，其中至少一个元件可以对应于机器人的连杆或工具。
至少一个元件可以优选地并且通常形成自动移动机器的自由端。如果通过至少一个限界元件防止设计为自动移动机器的自由端的至少一个元件越过工作区域的至少一个边界，则由此也可以借助至少一个限界元件防止自动移动机器的与元件(例如设计为相应关节的)相连的其他可移动元件(例如其他连杆)越过工作区域的边界。
在本发明的另一个有利的改进方案中，限界器设计为多连杆限界机器人，特别是设计为SCARA机器人。这是有利的，因为由于限界机器人的不同连杆，可以在多个移动方向上防止越过工作区域的边界。术语“限界机器人”应理解为，限界器可以设计为机器人，借助它可以对自动移动机器的至少一个元件的至少一个移动进行限界。
优选地，限界器也可以设计为SCARA机器人(SCARA＝选择顺应性装配机器手臂)。有利地，这种机器人在其运行中模仿人手。
在本发明的另一个有利的改进方案中，至少一个限界元件形成限界机器人的自由端。这是有利的，因为限界机器人的所有移动自由度由此都可用于对自动移动机器的至少一个元件的移动进行限界。
在本发明的另一有利改进方案中，限界器设计为线性门架。这是有利的，因为限界器由此可以具有特别简单的结构并且可以通过至少一个限界元件的简单线性移动来防止越过工作区域的至少一个边界。限界元件在此例如可以设计为限界器的可平移的条。
本发明的第二方面涉及一种用于根据本发明第一方面的设施的限界器。通过这种限界器，可以特别提前地防止越过工作区域的边界。
本发明的第三方面涉及一种用于运行根据本发明的第一方面的设施的方法，该方法至少包括以下步骤：a)移动至少一个元件；以及b)根据至少一个元件的移动来移动至少一个限界元件，使得借助至少一个限界元件防止至少一个元件越过至少一个边界。通过根据至少一个元件的移动来移动至少一个限界元件，可以有利地防止至少一个可移动元件越过工作区域的至少一个边界。因此，在运行该设施时，可以实现自动移动机器的可靠监控，并且可以特别提前地防止越过工作区域的至少一个边界。
这使得例如可以在运行该设施时以特别可靠的方式设置自动移动机器，换而言之即执行自动移动机器的设置。在这种设置中，通过手动操作自动移动机器，至少一个可移动元件可以移动到移动模型的各个点，以便例如训练装配过程、拾取步骤或分类步骤(仅用于示例)。
在本发明的有利改进方案中，至少一个限界元件在步骤b)中的移动在减小至少一个限界元件与至少一个元件之间的安全距离的情况下实现。这是有利的，因为通过在限界元件与元件之间的安全距离可以以特别简单的方式和方法实现至少一个元件从静止状态的不受干扰的加速，而不会在元件与限界元件之间形成接触。因此，使用元件的各个工作步骤可以特别快速且不受阻碍地执行。
在本发明的另一个有利的改进方案中，在至少一个元件到达工作区域的至少一个边界时，至少一个限界元件向至少一个元件施加阻挡力，以防止至少一个元件越过至少一个边界。这是有利的，因为通过阻挡力可以实现至少一个元件的特别快速的制动。一旦元件到达工作区域的边界，例如可以通过使限界元件与元件接触来施加阻挡力。
在本发明的另一有利改进方案中，在步骤b)中移动至少一个限界元件时，至少一个限界元件根据至少一个元件的移动方向来取向，使得限界元件的至少一个子区域处于至少一个元件与至少一个边界之间的移动方向上。这是有利的，因为由此能够可靠地借助限界元件阻止元件的移动。因此，例如在自动移动机器发生故障时，可以实现与限界元件的碰撞，该碰撞使元件的移动制动。
在本发明的另一有利改进方案中，至少一个限界元件的移动以比至少一个元件的移动更低的最大速度和/或更低的最大加速度实现。这是有利的，因为限界元件因此以比自动移动机器的元件更大的惯性来移动。由于较低的最大速度以及附加或可替代的较低的最大加速度，限界元件比自动移动机器的元件更易于监控。
在本发明的另一有利改进方案中，通过移动至少一个限界元件来防止位于工作区域中的异物与至少一个元件之间的碰撞。这是有利的，因为因此可以对异物，例如人对工作区域的侵入作出反应。在此特别有利的是，与现有技术中已知的固定保护装置不同，工作区域可以被人们触及并且特别是可以在至少一个边界处相对于周围环境开放。因此，例如，人员可以进入工作区域，而不需要为此例如必须首先打开安全栅或安全围栏的门。
为此，该设施可以包括至少一个传感器，借助传感器可以检测到在工作区域中的异物。根据传感器的相应传感器数据，移动装置可以移动限界元件，使得异物与元件之间的碰撞被限界元件阻止。
附图说明
现在参考附图更详细地解释本发明，其中，
图1示出了具有自动移动机器和限界器的设施的透视图；
图2示出了本设施的另一个实施方式的透视图；以及
图3示出了用于运行本设施的方法的流程图。
以下所详细描述的实施例表示本发明的优选设计方案。应该注意，各个特征不仅能够以所描述的组合实现，而且可以独立或以其他技术上有意义的组合实现。具体而言，也可以实现具有上述现有技术特征的组合。
具体实施方式
图1和图2分别示出一个设施1，其具有自动移动机器2和用于对自动移动机器2的工作区域7进行限界的限界器6。在图1和图2中，工作区域7仅示例性地设计为长方体形状，也可以具有其他轮廓。
在当前情况下，自动移动机器2设计为三角式拾取机器人并且因此被设计为多轴机器人，并且其与限界器6相比具有更大的动态。
限界器6在图1所示的实施方式中形成为线性门架。
在图2所示的实施方式中，限界器6设计为SCARA机器人，即设计为多连杆机器人。
在当前情况下，自动移动机器2包括：可移动元件3；多个连杆5，可移动元件3可以经由连杆在相应不同的移动方向上经历不同的移动11、12、13；以及基体4，自动移动机器2可以经由基体4可移动地支承在例如此处没有示出的天花板处。在当前情况下，可移动元件3设计为工具，例如设计为拾取工具。移动11、12、13目前由相应的双箭头标识出，其中双箭头表示双向移动性。相应的双箭头可以沿着此处未示出的例如与限界器6相关的笛卡尔坐标系的相应坐标轴来定向。
移动11、12、13在图1和图2中以相应的双箭头来表示。在此显然，可移动元件3也可以同时经历移动11、12、13，使得可移动元件3可以例如沿着例如弧形或圆形移动模型的各个点移动。
限界器6设置用于对自动移动机器2的工作区域7进行限界，其中限界器6在当前情况下包括限界元件9，借助该限界元件可以防止元件3越过工作区域7的一个边界8或多个边界8。边界8例如可以对应于图1和图2中所示的长方体工作区域7的侧面。
限界器6也可以设计用于确保工作区域7的所有边界8都不被元件3越过。
限界器6通常包括移动装置10，该移动装置设计用于根据元件3的相应移动11、12、13来移动限界元件9，使得限界元件9防止元件3越过边界8。
限界元件9在图1中设计成条形的并且在工作区域7的延伸方向14上完全经过工作区域7来延伸。
在图2中，限界元件9具有闭合的横截面。限界元件9的闭合横截面在图2中设计为环形横截面并因此设计为圆形横截面。由此，如图2中可见，限界元件9完全包围元件3。
在图2所示的实施方式中，限界元件9形成限界器6的自由端15，该限界器在本实施方式中设计为限界机器人。
在用于运行设施1的方法中，至少执行以下步骤a)，b)，它们在图3中示意性地示出。
在步骤a)中，移动元件3。
在步骤b)中，根据元件3的移动来移动限界元件9，从而借助限界元件9防止元件3越过边界8。
另外，限界元件9在步骤b)中的移动在减小限界元件9与元件3之间的安全距离16的情况下实现。在当前情况下，在图2中通过双箭头表示安全距离16。仅出于清楚起见，安全距离16在图1中未示出。
在元件3到达工作区域7的边界8时，限界元件9向元件3施加阻挡力。在这种情况下，在限界元件9与元件3之间的安全距离16被减小到值“0”，并且限界元件9抵靠在元件3处。由此防止元件3越过边界8。
在步骤b)中移动限界元件时，限界元件9根据元件3的移动方向来取向，使得限界元件9的至少一个子区域处于元件3与边界8之间的移动方向上。
在当前情况下，以与元件3的移动相比更低的最大速度并且另外以更低的最大加速度来移动限界元件9。
通过移动限界元件9，也防止了位于工作区域7中的异物17与元件3之间的碰撞。在当前情况下，异物17仅在图1和图2中示意性地示出。异物17可以例如是处于工作区域7中的人。
尽管三角式拾取机器人具有特别高的加速能力，但本设施1能够可靠地监控三角式拾取机器人2(自动移动机器)。在即将越过工作区域7的至少一个边界8的危险情况下，可以及时地、尤其是提前地停止三角式拾取机器人2的元件3，而不会超出安全相关的极限值。
由此能够例如特别简单地设置自动移动机器2，并在此手动地移到移动模型的各个点，从而由此为自动移动机器2预设移动图案。
特别有利地，通过限界器6可以放弃在与操作人员空间上分开的单元中移动自动移动机器2。
不管限界器6是否设计成与自动移动机器2相比动态更低的笛卡尔线性门架(参见图1)，即线性轴***，或者替代地设计成SCARA机器人(参见图2)，通过使用限界器6都可以确保自动移动机器2的可靠控制和安全运行。
在图1所示的实施方式的情况下，在工作区域7中可以至少布置线性门架6(线性轴***)的例如条状的限界元件9，以防止元件3越过至少一个边界8。
在笛卡尔速度和位置方面，可通过安全控制器来监控线性轴***。由于限界元件9的移动，工作区域7可以如下地适配，即例如，在设置自动移动机器2期间，操作者(异物17)可以靠近自动移动机器2。
对于以下自动运行来说，其中在完成设置之后可以运行自动移动机器2并且其中自动移动机器的防护可以通过现有技术中已知的保护装置来实现，也可以去除限界元件9，从而实现元件3在工作区域7内的特别无阻碍的移动。
限界元件9通常代表对于可移动元件3的并且进而对于自动移动机器2的可移动的机械限界，其防止至少一个元件3从工作区域7中脱出。

Claims (17)

1.一种具有自动移动机器(2)和限界器(6)的设施(1)，所述自动移动机器包括至少一个可移动元件(3)，所述限界器用于对所述自动移动机器(2)的工作区域(7)进行限界，其中，所述限界器(6)包括至少一个限界元件(9)，借助所述至少一个限界元件能够阻止所述至少一个可移动元件(3)越过所述工作区域(7)的至少一个边界(8)，其特征在于，所述限界器(6)包括移动装置(10)，所述移动装置设计用于根据所述至少一个可移动元件(3)的至少一个移动(11、12、13)来移动所述至少一个限界元件(9)，使得所述至少一个限界元件(9)阻止所述至少一个可移动元件(3)越过所述至少一个边界(8)，其中通过所述限界元件的移动，在所述至少一个可移动元件越过所述工作区域的所述至少一个边界之前，借助所述限界元件能够提前减速所述可移动元件。
2.根据权利要求1所述的设施(1)，其特征在于，所述至少一个限界元件(9)至少在所述工作区域(7)的延伸方向(14)上延伸经过所述工作区域。
3.根据权利要求1或2所述的设施(1)，其特征在于，所述至少一个限界元件(9)至少部分地围绕所述至少一个可移动元件(3)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设施(1)，其特征在于，所述自动移动机器(2)具有与所述限界器(6)相比更大的动态。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设施(1)，其特征在于，所述自动移动机器(2)设计为多轴机器人。
6.根据权利要求5所述的设施(1)，其特征在于，所述自动移动机器(2)设计为三角式拾取机器人。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设施(1)，其特征在于，所述限界器(6)设计为多连杆限界机器人。
8.根据权利要求7所述的设施(1)，其特征在于，所述限界器(6)设计为SCARA机器人。
9.根据权利要求7所述的设施(1)，其特征在于，所述至少一个限界元件(9)形成所述限界机器人的自由端(15)。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的设施(1)，其特征在于，所述限界器(6)设计为线性门架。
11.一种用于根据权利要求1至10中任一项所述的设施(1)的限界器(6)。
12.一种用于运行根据权利要求1至10中任一项所述的设施(1)的方法，至少包括以下步骤：a)移动所述至少一个可移动元件(3)；和，b)根据所述至少一个可移动元件(3)的移动来移动所述至少一个限界元件(9)，使得借助所述至少一个限界元件(9)阻止所述至少一个可移动元件(3)越过所述至少一个边界(8)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，至少所述至少一个限界元件(9)在步骤b)中的移动在所述至少一个限界元件(9)与所述至少一个可移动元件(3)之间的安全距离(16)减小的情况下实现。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，在所述至少一个可移动元件(3)到达所述工作区域(7)的所述至少一个边界(8)时，所述至少一个限界元件(9)对所述至少一个可移动元件(3)施加阻挡力，从而阻止所述至少一个可移动元件(3)越过所述至少一个边界(8)。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，当在步骤b)中移动所述至少一个限界元件(9)时，所述至少一个限界元件根据所述至少一个可移动元件(3)的移动方向来取向，即所述至少一个限界元件(9)的至少一个子区域处于所述至少一个可移动元件(3)与所述至少一个边界(8)之间的移动方向上。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个限界元件(9)的移动以比所述至少一个可移动元件(3)的移动更低的最大速度和/或更低的最大加速度实现。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其特征在于，通过移动所述至少一个限界元件(9)防止在所述至少一个可移动元件(3)与位于所述工作区域(7)中的异物(17)之间的碰撞。
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