DE102005003827B4

DE102005003827B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Interaktion zwischen einem Menschen und einer Robotereinheit an einem Roboterarbeitsplatz

Info

Publication number: DE102005003827B4
Application number: DE102005003827A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Schaaf; Christian Meyer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: DE102005003827A1

Abstract

Vorrichtung zur Kooperation zwischen einem Menschen und einer Robotereinheit an einem Arbeitsplatz, an dem die Robotereinheit vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Sensoreinheit S₁ vorgesehen ist, die ein Annähern des Menschen an den Arbeitsplatz derart erfasst, dass bei einem Passieren des Menschen eines ersten Abstandes a₁ zu einer im Bereich des Arbeitsplatzes befindlichen Referenzposition R die Sensoreinheit S₁ ein Signal Si₁ erzeugt,
dass eine zweite Sensoreinheit S₂ vorgesehen ist, die ein weiteres Annähern des Menschen an den Arbeitsplatz beim Passieren eines geringeren zweiten Abstandes a₂ zur Referenzposition R erfasst und ein Signal Si₂ erzeugt, und dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, an die die Signale der Sensoreinheiten S₁ und S₂ übertragbar sind und die in Abhängigkeit der Sensorsignale die Robotereinheit in folgender Weise ansteuert:
– bei Vorliegen des Signals Si₁ wird die Robotereinheit in einen vorgebbaren Zustand, in einen so genannten sicheren Betriebshalt überführt,
– ein Signalgeber...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Kooperation zwischen einem Menschen und einer Robotereinheit an einem Arbeitsplatz, an dem die Robotereinheit vorgesehen ist.

Zur Verrichtung von Montage-, Bearbeitungs-, Beschichtungs- oder Formgebungsprozessen haben Roboteranlagen in der industriellen Produktion seit langem Einzug gehalten, vermögen doch derartige Industrieroboter individuelle Prozessschritte mit hoher Zuverlässigkeit und Präzision in periodischer Wiederkehr auszuführen.

Da die meisten in Betrieb befindlichen Industrieroboteranlagen über mehrgliedrige Manipulatorarme verfügen, die räumlich weitgehend uneingeschränkt zur Verrichtung jeweiliger Prozessaufgaben vollautomatisch positionierbar sind, gilt es zur Vermeidung von kollisionsbedingten Verletzungen an Personen entsprechende Schutzvorkehrungen zu treffen, die unbeabsichtigte Kollisionen zwischen Mensch und Maschine auszuschließen helfen. Häufig sind daher derartige Robotersysteme mit räumlich trennenden Schutzeinrichtungen umgeben, beispielsweise in Form von Schutzzäunen oder entsprechend ausgebildeten Abschrankungen. Derartige Schutzeinrichtungen verhindern oder erschweren jedoch grundsätzlich den direkten Zugang des Menschen an den Roboterarbeitsplatz. Sollte ein entsprechender Zugang erwünscht sein, so ermöglichen entsprechend außerhalb der Roboterreichweite vorgesehene Notaus-Schalter die Robotereinheit vollkommen stillzusetzen. Durch Betätigen eines derartigen Notaus-Schalters wird die gesamte Energieversorgung zur Robotereinheit abgeschaltet, so dass die Robotereinheit in einen für die sich annähernde Person sicheren Zustand überführt wird. Nachteilig bei dieser Massnahme ist jedoch, dass es nicht möglich ist, eine Mensch-Roboter-Kooperation zu ermöglichen, d.h. eine Betriebsweise der Robotereinheit zu realisieren, in der eine Person „Hand in Hand" mit der Robotereinheit zu arbeiten vermag. Dies würde voraussetzen, dass sich die Person der Robotereinheit wenigstens im Abstand einer Handreichung der Robotereinheit nähern könnte, wodurch jedoch das Verletzungsrisiko der Person durch unkontrollierte Roboterbewegungen beträchtlich erhöht würde. Zudem führt eine Notaus-Schaltung zu einer vollständigen Inaktivierung der Robotereinheit die zur Wiederinbetriebnahme der Robotereinheit mit einem manuellen Neustart bzw. Hochfahren des Robotersystems verbunden ist, was vergleichbar ist mit einem Startvorgang eines konventionellen PC-Systems.

Auch werden zunehmend mehr Roboteranlagen ohne die vorstehend erwähnten Schutzeinrichtungen eingesetzt, wobei in diesen Fällen optische Sensoren zum Einsatz kommen, durch die eine Annäherung einer Person zu einem Roboterarbeitsplatz detektierbar ist und bei Unterschreiten eines bestimmten Sicherheitsmindestabstandes eine Notabschaltung der Robotereinheit initiiert wird. Auf die mit einer Notausschaltung verbundenen Nachteilen, wie vorstehend beschrieben, wird an dieser Stelle hingewiesen.

Darüber hinaus sind Konzepte vorgeschlagen worden, mit denen eine praktikable Mensch-Roboter-Kooperation an entsprechenden konfigurierten Roboterarbeitsplätzen möglich ist. So geht aus der DE 102 16 023 A1 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur kontrollierten Interaktion zwischen einer eigenbeweglichen Robotereinheit und einem Menschen hervor, bei dem die Bewegungsdynamik der Person optisch erfasst und einer Bewertung unterzogen wird. In Abhängigkeit der dynamisch erfassten und bewerteten Position der Person wird die Robotereinheit entsprechend angesteuert um einerseits eine kontrollierte Interaktion zwischen Mensch und Robotereinheit zu gewährleisten und andererseits unkontrollierte Kollisionen zwischen Mensch und Roboter zu vermeiden.

Aus der DE 103 20 343 A1 ist ein Verfahren zur überwachten Kooperation zwischen einer Robotereinheit und einem Menschen entnehmbar, bei dem der Robotereinheit ein Bewegungsmuster aufgeprägt wird, das unter Maßgabe unterschiedlicher Qualitätsstufen der Kooperationsqualifikation der jeweiligen Person ausgeprägt ist. In diesem Fall wird darauf geachtet, dass sich die Robotereinheit in einer Art gegenüber dem Menschen bewegt, durch die der Mensch ein Gefühl der Sicherheit erfährt.

Beide vorstehenden Verfahren setzen jedoch intelligente Bilderfassungs- und Bildverarbeitungssysteme voraus, die für den derzeitigen Einsatz in der industriellen Produktion aufgrund der strengen Zulassungsrichtlinien gemäß DIN EN 954-1 noch nicht geeignet sind. In dieser Richtlinie sind Sicherheitsstandards und diesem Standard entsprechende Komponenten gemäß der Kategorie 3 und 4 enthalten, die für einen Einsatz zur Absicherung eines Roboterarbeitsplatzes zertifiziert sind.

Der EP 0 158 593 A1 ist eine elektronische Warn- und Überwachungseinrichtung für Handhabungsvorrichtungen zu entnehmen, bei der die bewegliche Handhabungsvorrichtung, bspw. in Form eines Roboterschwenkarmes, ein Annäherungssensorsystem vorsieht, das die Bewegungseigenschaften der Handhabungsvorrichtung in Abhängigkeit des Sensorsignals regelt. Das Annäherungssystem beruht auf einem kapazitiven und/oder induktiven Funktionsteil.

Der EP 1 479 964 A2 ist eine Sicherheits-Fernsteuerung zu entnehmen, die ein portables Sendeteil vorsieht, das ein Funktelegramm zur Positionsbestimmung zu einer Basisstation sendet. In Abhängigkeit der auf diese Weise ermittelten Position des Sendeteils relativ zur Basisstation werden Steuerbefehle generiert, um bspw. die Dynamik eines Roboters zu steuern.

In der EP 0 222 113 A2 ist ein System zur Vermeidung der Kollision zwischen zwei in räumlicher Nähe zueinander arbeitender Roboterarme beschrieben.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Kooperation zwischen einem Menschen und einer Robotereinheit an einem Arbeitsplatz, an dem die Robotereinheit vorgesehen ist, derart anzugeben, dass unter Berücksichtigung der derzeit geltenden, strengen Sicherheitsvorschriften gemäss DIN EN 954-1 ausschliesslich Komponenten zur Überwachung der Kooperation zwischen einem Menschen und einer Robotereinheit verwendet werden sollen, die der Kategorie 3 und 4 der vorstehenden DIN-Vorschrift entsprechen. So soll insbesondere eine gefahrlose Kooperation mit einer Robotereinheit für einen Menschen möglich sein, wobei zugleich die Robotereinheit in Bezug auf Rentabilität und Produktivität möglichst keine beträchtliche Beeinträchtigung ihrer Funktionalität durch die unmittelbare Gegenwart eines Menschen erfahren soll. Die zu treffenden Maßnahmen sollen einen skalierbaren Abstand zwischen Mensch und Roboter ermöglichen, der an heutige und zukünftige Normen und Richtlinien anpassbar ist und stets dafür Sorge trägt, dass das Verletzungspotential für den Menschen vernachlässigbar ist.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 11 ist ein Verfahren zur Kooperation zwischen einem Menschen und einer Robotereinheit an einem Arbeitsplatz. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die lösungsgemässe Vorrichtung zur Kooperation zwischen einem Menschen und einer Robotereinheit an einem Arbeitsplatz gestattet den Einsatz heute bereits in sicherer Ausführung erhältlicher Komponenten, die der Kategorie 3 und 4 nach DIN EN 954-1 entsprechen und mit denen die Robotereinheit in unmittelbare Gegenwart einer Person in einen sicheren, überwachten Betriebszustand, den sogenannten sicheren Betriebshalt gebracht werden kann, in dem gewährleistet ist, dass die Robotereinheit keine unkontrollierten Bewegungen ausführen kann und somit die Person nicht gefährdet.

Zur Rücküberführung der sich im Zustand des sicheren Betriebshalts befindlichen Robotereinheit in den Automatik-Betrieb, in dem die Robotereinheit ihre prozessgesteuerte und durch den jeweiligen Prozessschritt definierte Eigenbewegung uneingeschränkt ausführt, sind keinerlei manuell auslösbare und aufwendige Hochlaufprozeduren erforderlich, vielmehr gelangt die Robotereinheit durch einfaches Quittieren, d.h. sensorisches Sicherstellen, dass sich der Mensch nicht mehr im Arbeitsbereich der Robotereinheit befindet, in den Automatikbetrieb zurück. Auf diese Weise können Totzeiten, die bisher bedingt sind durch eine erforderlich gewordene Notaus-Schaltung der Robotereinheit vollständig vermieden werden.

Die lösungsgemässe Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 sieht eine erste Sensoreinheit vor, die ein Annähern des Menschen an den Arbeitsplatz derart erfasst, dass beim Passieren des Menschen einer Raumebene, die in einem ersten Abstand a₁ zu einer vorgebbaren Referenzposition, die vorzugsweise im Bereich des Arbeitsplatzes liegt, ein Signal Si₁ erzeugt. Ferner ist eine zweite Sensoreinheit vorgesehen, die ein weiteres Annähern des Menschen an den Arbeitsplatz erfasst und beim Passieren des Menschen einer Raumebene, die in einem geringeren zweiten Abstand a₂ zur Referenzposition liegt, ein Signal Si₂ erzeugt. Letztlich ist eine Steuereinheit vorgesehen, an die die Signale der Sensoreinheiten übertragbar sind und die in Abhängigkeit der Sensorsignale Si₁ und Si₂ die Robotereinheit in der nachfolgenden Weise ansteuert:
Nähert sich ein Mensch der Robotereinheit und wird dieser von der im Abstand a₁ gegenüber der Referenzposition angeordneten Sensoreinheit erfasst, so gelangt das generierte Signal Si₁ per Funk oder Drahtleitung an die Steuereinheit, die in Folge dessen Steuersignale an die Robotereinheit absetzt, durch die die Robotereinheit aus ihrem Automatikbetriebsmodus, in dem sich die Robotereinheit befindet, sofern sich kein Mensch innerhalb eines vordefinierten Bereiches um die Robotereinheit aufhält und jeweils prozessbedingte Eigenbewegungen ungehindert ausführt, in einen vorgebbaren Zustand, den so genannten sicheren Betriebshalt, überführt wird. Der sichere Betriebshalt zeichnet sich dadurch aus, dass die Robotereinheit in eine Art Standby-Modus überführt wird, aus dem die Robotereinheit ohne aufwendige Start- oder Hochfahrprozedur wieder in den Automatikbetriebmodus selbständig rückgeführt werden kann. Um sicherzustellen, dass die Robotereinheit im Zustand des sicheren Betriebshaltes keine unkontrollierten Bewegungen durchführt und somit eine Gefahr für den Menschen darstellen könnte, ist am Arbeitsplatz ein Signalgeber vorgesehen, der von der Robotereinheit unmittelbar oder mittelbar im Zustand des sicheren Betriebshaltes betätigt wird, wodurch ein Signal Si_safe erzeugt wird, das ebenso wie die vorstehend erläuterten Signale Si₁ und Si₂ an die Steuereinheit übertragen wird.

Nähert sich der Mensch der Robotereinheit weiter und wird von der Sensoreinheit, die im Abstand a₂ von der Referenzposition beabstandet ist, erfasst, so verharrt die Robotereinheit im Zustand des sicheren Betriebshaltes, sofern sie durch Betätigung des Signalgebers diesen sicheren Zustand bestätigt. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Signalgeber als mechanischer Tastschalter ausgebildet und im Bereich des Roboterarbeitsplatzes derart angebracht, dass die Robotereinheit den Tastschalter mittelbar oder unmittelbar, d.h. direkt mit einem Teil des Roboters oder über ein vom Roboter getragenen Werkzeug oder Werkstück, erreicht.

Durch Betätigen des als Tastschalter ausgebildeten Signalgebers werden jegliche an die jeweiligen Antriebseinheiten der Robotereinheit anliegenden Steuersignale, die zu unkontrollierten Bewegungen des Roboters führen könnten, vollständig unterdrückt. Hierdurch ist gewährleistet, dass unkontrollierte Bewegungen der Robotereinheit beispielsweise durch etwaiges Abrutschen der Robotereinheit von dem Signalgeber sofort detektiert werden können.

Sollte es beispielsweise vorkommen, dass die Robotereinheit im Zustand des sicheren Betriebshaltes vom Tastschalter abrutscht, so dass kein Signal Si_SAFE vorliegt, obwohl sich der Mensch in unmittelbarer Nähe zur Robotereinheit befindet, was zumindest durch Vorliegen des Signals Si₂ bestätigt wird, so wird die Robotereinheit abrupt in den so genannten Not-Aus überführt, in dem die Robotereinheit bewegungslos in ihrer momentanen Stellung verharrt. Dies bedeutet, dass die Robotereinheit stromlos geschaltet wird und eine Wiederüberführung in den Automatik-Modus bedarf eines manuell durchführbaren Neustart-Vorganges. In diesem Fall ist das mögliche Verletzungspotenzial für den Menschen vollständig beseitigt. Ein ähnliches Szenario, das zum Not-Aus führt, sieht ein Annähern eines Menschen an die Robotereinheit vor, das von der ersten Sensoreinheit detektiert wird, wodurch ein Signal Si₁ erzeugt wird. Infolgedessen wird die Robotereinheit in den Zustand des sicheren Betriebshalts überführt, d.h. die Robotereinheit wird in ihrer aktuellen Bewegungsdynamik unterbrochen und abgebremst und auf kürzestem Wege in die Stellung des sicheren Betriebhalts überführt. Dieser Vorgang benötigt jedoch eine gewisse Zeit. Durchschreitet der Mensch die von der zweiten Sensoreinheit überwachte Raumebene in einer kürzeren Zeitspanne als es der Robotereinheit möglich ist den sicheren Betriebshalt einzunehmen, so wird durch die zweite Sensoreinheit das Signal Si₂ generiert bevor das Signal Si_SAFE vorliegt. Auch in diesem Fall gilt es aus Sicherheitsgründen die Robotereinheit vollkommen still zu setzen, in dem sie in den Not-Aus überführt wird.

Die lösungsgemässe Vorrichtung stellt somit einen gefahrlosen Umgang mit einer Robotereinheit an einem Arbeitsplatz sicher und gewährleistet dem mit der Robotereinheit in Kooperation tretenden Menschen einen kontinuierlichen Schutz während der Annäherung zur Robotereinheit sowie der Dauer der Kooperation.

Befindet sich die Robotereinheit im betriebsgerechten sicheren Betriebshalt, während sich der Mensch in unmittelbarer Nähe zur Robotereinheit aufhält, so ist es ihm möglich, beispielsweise an einem von der Robotereinheit getragenen Werkstück Bearbeitungsschritte durchzuführen. Nach Beendigung der manuellen Bearbeitungsschritte wird die Robotereinheit in den Automatik-Betriebsmodus zurückgeführt, indem sich der Mensch von der Robotereinheit entfernt und in einen für ihn sicheren Abstand zur Robotereinheit begibt. Das Entfernen des Menschen von der Robotereinheit wird gleichsam dem Annähern von den jeweiligen Sensoreinheiten registriert, so dass die Robotereinheit über die Steuereinheit entsprechend für einen weiteren Automatik-Betriebsmodus freigegeben werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind im Bereich des Arbeitsplatzes wenigstens ein, vorzugsweise zwei vom Menschen betätigbare Mittel vorgesehen, die in Form von Tastschalten ausgebildet sind und bei deren manueller Betätigung ein Signal Si_M erzeugbar ist, das gleichsam den vorstehend beschriebenen Signalen an die Steuereinheit übertragbar ist. Bei Vorliegen des diesbezüglichen Signals Si_M führt die Robotereinheit trotz unmittelbarer Nähe des Menschen zum Arbeitsplatzes der Robotereinheit prozess-spezifische, vorgebbare Bewegungen oder vorgebbare Bewegungsmuster aus, durch die beispielsweise ein durch die Robotereinheit getragenes Werkstück in eine neue Position überführt wird. Werden die als Zustimmtaster bezeichneten Mittel, die aus Sicherheitsgründen von beiden Händen des Menschen niederzudrücken sind, damit gewährleistet ist, dass die Hände und Arme des Menschen definierte Lagen einnehmen, wieder losgelassen, so nimmt die Robotereinheit erneut den sicheren Zustand des sicheren Betriebshalt ein, dessen Erreichen durch Betätigen des am Arbeitsplatz vorgesehenen Signalgebers durch die Robotereinheit bestätigt wird. Durch entsprechend wiederholtes manuelles Betätigen der Zustimmtaster kann die Kooperation mit der Robotereinheit sicher und prozesstechnisch überwacht durchgeführt werden. Sollte der Fall eintreten, dass die von dem Menschen zu betätigenden Zustimmtaster als auch der durch die Robotereinheit zu betätigende Signalgeber nicht ausgelöst bzw. betätigt sind, so wird die Robotereinheit abrupt in einen Not-Aus überführt.

Um den Anforderungen heutiger Sicherheitsvorschriften gemäss DIN EN 954-1 zu entsprechen, gilt es geeignete Sensoreinheiten zu wählen, die wenigstens den Kategorien 3 und 4 der vorstehend genannten DIN Vorschrift genügen. Derartige Sensoreinheiten stellen ein- bzw. zweidimensionale optische Sensorsysteme dar, mit denen die Überwachung zweidimensionaler Raumebenen möglich ist. Vorzugsweise eignen sich hierzu Laserscanner, deren Lichtstrahl über ein Scannerspiegelsystem vorzugsweise fächerförmig längs einer zweidimensionalen Raumebene aufgeweitet wird. Ebenso ist auch der Einsatz eindimensionaler Punktlichtquellen mit geeignetem Detektor denkbar, die auf dem Prinzip einer Punkt-Lichtschranke arbeiten.

Die Positionierung und Anbringung der Sensoreinheiten, die zur Erfassung eines sich dem Roboterarbeitsplatzes annähernden Menschen dienen sind unter Maßgabe einer sicheren und nach jeweils geltenden Normen und Richtlinien zertifizierbaren Mensch-Roboter-Kooperation vorzunehmen. So gilt es insbesondere sicherzustellen, dass bei Annäherung eines Menschen an einen in Betrieb befindlichen Roboterarbeitsplatz, d.h. die Robotereinheit befindet sich im Automatik-Betriebsmodus, die Robotereinheit aus dem Automatik-Betriebsmodus in den sicheren Betriebshalt überführt wird, und dies innerhalb einer Zeitspanne, die der sich auf die Robotereinheit annähernde Mensch beim Durchschreiten durch der von den beiden Sensoreinheiten überwachten Raumebenen, die jeweils im Abstand a₁ bzw. a₂, von einer Referenzposition innerhalb des Roboterarbeitsplatzes entfernt liegen, benötigt Abstände a₁ und a₂ sind somit unter Massgabe der üblichen Fortbewegungsgeschwindigkeit eines Menschen zu wählen. Des Weiteren gilt es, die Bewegungsdynamik und die damit verbundenen Brems- und Rückführzeiten zu berücksichtigen, derer es bedarf, um die Robotereinheit aus dem Automatikbetrieb in den sicheren Betriebshalt überzuführen.

In einer einfachen Ausführungsvariante sind die für die Annäherungsdetektion eines Menschen an den Roboterarbeitsplatz vorzusehenden Sensoreinheiten räumlich fixiert relativ zur Robotereinheit mit jeweils konstanten Abständen zu einer im Arbeitsbereich befindlichen Referenzposition angebracht. Eine weiterführende Ausführungsvariante sieht eine bewegliche Anordnung der Sensoreinheiten vor, deren Eigenbewegungen auf die jeweiligen Bewegungszustände der Robotereinheit abgestimmt sind. Die Abstimmung der Eigenbewegungen der jeweiligen Sensoreinheiten kann im einfachsten Fall durch eine mechanische Verbindung mit der Robotereinheit realisiert sein, die über eine mechanische Kopplung mittels Gestänge oder Seilzüge realisierbar ist. Ebenso ist es möglich, die Sensoreinheiten als autonome eigenbewegliche Einheiten auszubilden, die motorisch angetrieben, beispielsweise längs einer linearen Führungsschiene bewegbar sind und deren räumliche Lage durch die aktuelle Pose und Position der Robotereinheit bestimmt wird. Hierzu gilt es die aktuelle Roboterposition sowie deren Bewegungszustand zu erfassen und auf der Grundlage dieser Informationen Steuersignale zu generieren, die an den Antrieben der jeweiligen Sensoreinheiten anliegen, um die Sensoreinheiten entsprechend zu positionieren.

Durch eine bewegliche Anordnung der Sensoreinheiten und einer damit erzielbaren aktuellen Anpassung der von der Robotereinheit beabstandet angeordneten und von den einzelnen Sensoreinheiten überwachten Raumebenen ist eine unter ergonomischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimierte Kooperation zwischen Mensch und Roboter möglich, und dies mit technischen Komponenten, die den strengen Sicherheitsauflagen gemäß Kategorie 3 und 4 der DIN EN 954-1 entsprechen.

Eine weitere Ausführungsvariante sieht eine Vielzahl weiterer Sensoreinheiten vor, die zwischen den beiden vorstehend beschriebenen Sensoreinheiten angeordnet sind und die weitere zweidimensionale Raumebenen überwachen, die zwischen der ersten Raumebene mit dem Abstand a₁ und der zweiten Raumebene mit dem Abstand a₂ zur Referenzposition liegen. Mit einer derartigen Vielfachsensoranordnung ist es möglich, den sich an die Robotereinheit annähernden Menschen in seiner Bewegungsdynamik mit einer deutlich verbesserten räumlichen Auflösung zu erfassen. In gleicher Weise werden die von den zusätzlichen Sensoreinheiten generierten Sensorsignale der Steuereinheit zur Ansteuerung der Robotereinheit zugeführt, die das Bewegungsverhalten der Robotereinheit bestimmen.

Allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen liegt ein gemeinsames, lösungsgemäßes Verfahrensprinzip zugrunde, dass sich aus folgenden Verfahrensschritten zusammensetzt:
Wenigstens eine erste Raumebene, die in einem ersten Abstand a₁ zu einer im Bereich des Arbeitsplatzes befindlichen Referenzposition beabstandet ist, wird derart sensoriell überwacht, dass ein Durchschreiten der Raumebene durch einen sich dem Arbeitsplatz annähernden Menschen erfasst und ein Signal Si₁ generiert wird. Ferner wird eine zweite Raumebene sensoriell überwacht, die in einem zweiten Abstand a₂ zur Referenzposition beabstandet ist, wobei die zweite Raumebene näher an der Referenzposition liegt als die erste Raumebene und vorzugsweise parallel zur ersten Raumebene ausgerichtet ist. Durchschreitet der sich dem Arbeitsplatz annähernde Mensch auch die zweite Raumebene, so wird ein Signal Si₂ generiert, das gleichsam dem ersten Signal Si₁ in der nachstehenden Weise die Bewegung der Robotereinheit bestimmt.

Erscheint das Signal Si₁, d.h. durchschreitet ein Mensch die erste überwachte Raumebene, so wird die Robotereinheit derart angesteuert, dass sie in einen vorgebbaren Zustand, in den so genannten sicheren Betriebshalt überführt wird. Im Zustand des sicheren Betriebshaltes betätigt die Robotereinheit einen Signalgeber, durch den ein Signal Si_SAFE generiert wird. Liegen sowohl die Signale Si₁, Si₂ sowie Si_SAFE vor, d.h. befindet sich der Mensch in unmittelbarer Nähe zur Robotereinheit, wobei der Mensch auch die der Robotereinheit nächstliegende überwachte Raumebene passiert hat, so verharrt die Robotereinheit im Zustand des sicheren Betriebshaltes. Sollte jedoch der Fall eintreten, dass die Robotereinheit trotz Vorliegens zumindest des Signals Si₂ den Signalgeber zur Generierung des Signals Si_SAFE nicht betätigt, so wird die Robotereinheit in einen sogenannten Not-Aus überführt, in dem die Robotereinheit bewegungslos in ihrer momentanen Stellung verharrt. Der Betriebszustand des Not-Aus unterscheidet sich von jenem des sicheren Betriebshaltes dadurch, dass für eine Wiederinbetriebnahme der Robotereinheit aus dem Zustand des Not-Aus eine manuelle Aktivierung erforderlich ist, die quasi mit dem Neustart eines Computers vergleichbar ist. Befindet sich die Robotereinheit hingegen im Zustand des sicheren Betriebshaltes und kann sicher davon ausgegangen werden, dass sich der Mensch vom Roboterarbeitsplatz entfernt und sich in einem sicheren Bereich aufhält, so nimmt die Robotereinheit ihren automatischen autonomen Betriebszustand selbstständig ein. Entsprechend der Detektion eines sich an die Robotereinheit annähernden Menschen ist es mit Hilfe der geeignet angebrachten Sensoreinheiten ebenso möglich, ein Entfernen des Menschen von der Robotereinheit festzustellen. Sobald der Mensch die erste überwachte Raumebene, d.h. die von der Robotereinheit im Abstand a₁ angeordnete Raumebene passiert ist sichergestellt, dass sich der Mensch in einem sicheren Bereich relativ zum Roboterarbeitsplatz befindet, so dass die Robotereinheit mit einer uneingeschränkten Bewegungsdynamik betrieben werden kann.

Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
1 Prinzipschema eines durch zwei Sensoreinheiten abgesicherten Roboterarbeitsplatzes,
2a, b 3D-Darstellungen bezüglich der Funktionsweise des in 1 darstellten Roboterarbeitsplatzes,
3 Prinzipskizze eines Roboterarbeitsplatzes mit einer feststehenden und einer räumlich beweglich angeordneten Sensoreinheit,
4a, b 3D-Darstellung zur Funktionsweise des in 3 dargestellten Roboterarbeitsplatzes,
5 Prinzipskizze eines mit zwei beweglich angeordneten Sensoreinheiten ausgestatteten Roboterarbeitsplatzes,
6a, b 3D-Darstellung zur Funktionsweise des in 5 dargestellten Roboterarbeitsplatzes,
7 Prinzipskizze eines Roboterarbeitsplatzes mit Zustimmmittel,
8a, b 3D-Darstellung zur Funktionsweise des in 7 dargestellten Roboterarbeitsplatzes,
9 Prinzipskizze eines Roboterarbeitsplatzes mit vielfach beweglich angeordneten Sensoreinheiten,
10a, b 3D-Darstellung zur Funktionsweise des in 9 abgebildeten Roboterarbeitsplatzes.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
In 1 ist schematisiert ein Roboterarbeitsplatz dargestellt mit einer Robotereinheit 1, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an einem Manipulatorendarm ein Werkzeug 2 zur Bearbeitung eines auf einem Arbeitsplatz 3 aufliegenden Werkstückes 4 vorsieht. Die Robotereinheit 1, die stellvertretend für übliche im Einsatz befindliche Industrieroboter dargestellt ist, führt an dem Werkstück 4 prozess-spezifische Arbeiten, wie beispielsweise Montage-, Bearbeitungs-, Beschichtungs- und/oder Formgebungsarbeiten aus. Dies erfolgt im Falle, in dem sich kein Mensch in unmittelbar Umgebung um den Roboterarbeitsplatz aufhält in einem sogenannten Automatikbetriebmodus, d.h. die Robotereinheit 1 bewegt sich ohne jegliche Einschränkungen, ausschliesslich unter Vorgabe eines prozessspezifischen Bewegungsablaufes.
Für eine sichere Kooperation zwischen einem Menschen M und der Robotereinheit 1 sind zwei Sensoreinheiten S₁ und S₂ vorgesehen, die im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß 1 räumlich fest beabstandet gegenüber der Robotereinheit 1 angeordnet sind. Die Sensoreinheit S₁ ist in einem Abstand a₁ von einer Referenzposition R beabstandet angebracht, wobei die Referenzposition R jene räumliche Begrenzungsebene darstellt, die der maximalen Reichweite der Robotereinheit 1 entspricht und als nächstliegend zum Menschen M orientiert ist (siehe Position P1). Einen geringeren Abstand a₂ sieht die Sensoreinheit S₂ gegenüber der Referenzposition R vor. Die Dimensionierung der jeweiligen Abstände a₁ und a₂ richten sich nach der üblichen Fortbewegungsgeschwindigkeit des Menschen sowie des in Einsatz befindlichen Roboters, der über Roboter-spezifische Abbremseigenschaften sowie Rückführzeiten in einen definiert vorgegebenen bewegungslosen Zustand verfügt. Der definiert vorgegebene bewegungslose Zustand ist in 1 strichliert angedeutet und mit dem Bezugszeichen P2 versehen.
Die Sensoreinheiten S₁ und S₂ sind als optische Sensoren ausgebildet, vorzugsweise in Form von Laserscannern, die fächerförmig einen Lichtvorhang zu erzeugen in der Lage sind und auf diese Weise eine durch den jeweiligen Lichtfächer zuordenbare Raumebene R1, R2 zu überwachen vermögen.
Sobald der Mensch M, die der Sensoreinheit S₁ zuordenbare Raumebene R₁ durchschreitet wird ein Signal Si₁ generiert, das der Steuereinheit 5 zugeführt wird. Die Signalzuführung erfolgt konventionell über Signalleitungen oder drahtlos, bspw. per Funk. Entsprechend wird ein Signal Si₂ generiert, sobald der Mensch M die durch die Sensoreinheit S₂ überwachte Raumebene R₂ durchschreitet. Im Falle des Durchschreitens der Raumebene R₁ durch den Menschen M führt die Signalauslösung Si₁ zu einer Unterbrechung der sich üblicherweise im Automatik-Betrieb befindlichen Robotereinheit 1, die abgebremst und in einen bewegungslosen sicheren Zustand, den sogenannten sicheren Betriebshalt in der Position P₂ überführt wird, in der die Robotereinheit 1 über das am Manipulatorendarm angebrachte Werkzeug 2 einen als Tastschalter Z ausgebildeten Signalgeber betätigt, wodurch ein Signal Si_safe generiert wird, das ebenfalls der Steuereinheit 5 zugeführt wird.
Ist der sichere Betriebshalt der Robotereinheit 1 eingenommen und dieser durch das Niederdrücken des Tastschalters Z bestätigt, so kann sich der Mensch gefahrlos dem Arbeitsplatz 3 weiter nähern. Hierbei durchschreitet der Mensch M die überwachte Raumebene R₂, wodurch das Signal Si₂ generiert wird. Solange sich der Mensch im Bereich des Arbeitsplatzes befindet und der sichere Betriebshalt der Robotereinheit 1 durch das aktive Niederdrücken des Tastschalters Z bestätigt wird, verharrt die Robotereinheit 1 im Zustand des sicheren Betriebshaltes. Die Position, an der der Tastschalter Z innerhalb des von der Robotereinheit 1 erreichbaren Raumbereiches anzubringen ist, sollte unter Massgabe minimaler Verfahrwege und damit verbunden minimaler Verfahrzeiten zum Einnehmen des sicheren überwachten Betriebshaltes gewählt werden. So ist es auch möglich, den Tastschalter Z oberhalb der Robotereinheit 1, beispielsweise an einer Decke zu befestigen oder in einen Bereich, der von einem anderen beweglichen Teil der Robotereinheit 1, als der im Ausführungsbeispiel gemäss 1 dargestellte Manipulatorendarm, erreichbar ist.
Sollte es jedoch der Robotereinheit 1 nicht möglich sein, den sicheren Betriebshalt gemäss der in 1 dargestellten Position P₂ einzunehmen und den Tastschalter Z zu betätigen, noch bevor der Mensch die überwachte Raumebene R₂ durchschritten hat, so ist die Robotereinheit 1 abrupt in einen sogenannten Not-Aus zu überführen, in dem die Robotereinheit bewegungslos in ihrem aktuellen Zustand verharrt und vorzugsweise stromlos geschaltet wird.
In 2 sind in jeweils 3D-Darstellungen die Situationen dargestellt, bei denen der Mensch unmittelbar am Arbeitsplatz 3 steht (siehe Fallbeispiel 2a, wobei die obere Bilddarstellung eine perspektivische Ansicht von schräg hinten und die untere Darstellung jeweils eine Seitendarstellung der Situation entspricht). Deutlich zu erkennen ist, dass der Mensch M im Bereich der Raumebene R₂ steht und manuell das Werkstück 4 bearbeitet. Zugleich befindet sich die Robotereinheit 1 im Zustand des sicheren Betriebshaltes und drückt den Tastschalter Z nieder, wodurch der sichere Betriebshalt bestätigt wird.
In 2b befindet sich der Mensch in einer beabstandeten Position zum Arbeitsplatz 3 ohne dabei mit einem Körperteil die überwachten Raumebenen R₁ und R₂ zu berühren. In diesem Fall befindet sich die Robotereinheit 1 im Automatik-Betrieb und verrichtet am Werkstück 4 entsprechende Bearbeitungsschritte.
Um die Kooperation zwischen Mensch und Roboter zu verbessern, sieht das Ausführungsbeispiel gemäss 3 im Unterschied zu jenem Ausführungsbeispiel gemäss 1 eine beweglich längs einer Führungsschiene 6 angebrachte Sensoreinheit S₂ vor. Die Sensoreinheit S₂ ist mechanisch mit der Robotereinheit 1 gekoppelt und wird längs der Führungsschiene 6 in Abhängigkeit des Verstellweges des Manipulatorarmes der Robotereinheit mitgeführt, wobei der räumliche Abstand a₂ zwischen der von der Sensoreinheit S₂ überwachten Raumebene zur Referenzposition R konstant bleibt. Alle übrigen Komponenten der in 3 schematisiert dargestellten Vorrichtung gleichen jenen der in 1 dargestellten Vorrichtung, auf die, Wiederholungen zu vermeiden, nicht weiter eingegangen wird.
Durch die bewegliche Anordnung der Sensoreinheit S₂, deren mechanische Kopplung mit der Robotereinheit 1 sowohl über ein Gestänge als auch über ein Seilzug erfolgen kann, ist der Abstand zwischen beiden überwachten Raumebenen R₁ und R₂ variabel. Dies führt letztlich dazu, dass die Zeitspanne, innerhalb der die Robotereinheit 1 in den betriebssicheren Betriebshalt P₂ zu überführen ist, nachdem der Mensch die von der Sensoreinheit S₁ überwachte Raumebene durchdrungen hat, etwas vergrössert wird, so dass geringere Anforderungen an die Rückführgeschwindigkeit, mit der die Robotereinheit den sicheren Betriebshalt P₂ einnimmt, zu stellen sind.
In 4a und b sind entsprechende perspektivische Darstellungen der Situation an einem gemäss 3 ausgebildeten Roboterarbeitsplatzes abgebildet, in der Situation gemäss 4a obere und untere Darstellung befindet sich die Robotereinheit 1 in der zurückgezogenen Position P₂, d.h. im sicheren Betriebshalt. Die Sensoreinheit S₂ ist gleichsam zurückgezogen, so dass der Mensch M mit seinen Händen die von der Sensoreinheit S₂ überwachte Raumebene R₂ durchstreift und am Werkstück 4 manuelle Bearbeitungsschritte vornehmen kann. In der Situation gemäss 4b obere und untere Darstellung befindet sich der Mensch ausserhalb beider von den jeweiligen Sensoreinheiten überwachten Raumebenen R₁ und R₂, wobei die Robotereinheit 1 im Automatik-Betrieb nächstliegend gegenüber dem Werkstück 4 positioniert ist.
In 5 ist ein schematisiertes Ausführungsbeispiel mit zwei beweglich angeordneten Sensoreinheiten S₁ und S₂ dargestellt, die in mechanischer Kopplung mit dem Manipulatorarm der Robotereinheit 1 längs einer Führungsschiene 6 linear beweglich angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel bleiben zwar die Abstände a₁ und a₂ konstant, jedoch wird durch die zusätzliche Mitbewegung der Sensoreinheit S₁ eine größere Annäherung des Menschen M an den Roboterarbeitsplatz 3 erlaubt, ohne dabei die Robotereinheit 1 in den sicheren Betriebshalt überzuführen. Die starre mechanische Kopplung zwischen den Sensoreinheiten S₁ und S₂ mit der Robotereinheit 1 führt zu einer direkten Mitbewegung der von den Sensoreinheiten überwachten Raumebenen R₁ und R₂ in Abhängigkeit des Bewegungszustandes der Robotereinheit 1 und kann im einfachsten Fall über ein Gestänge oder Seilzüge realisiert werden. Ebenso ist es möglich, die Sensoreinheiten S₁ und S₂ eigenmotorisch längs der Führungsschiene 6 anzutreiben, wobei ihre Auslenkbewegungen von dem Bewegungszustand der Robotereinheit 1 abhänging zu machen sind. In diesem Fall gilt es zunächst den Bewegungszustand der Robotereinheit 1 festzustellen, beispielsweise durch Auswerten der Robotersignale, die wiederum der Bewegungssteuerung der Sensoreinheiten S₁ und S₂ zu Grunde zu legen sind.
In den 6a und b sind perspektivische 3D-Darstellungen zu der in 5 gezeigten Arbeitssituation gezeigt. In 6a obere und untere Darstellung befindet sich wiederum der Mensch M im Bereich des Arbeitsplatzes während die Robotereinheit 1 im Zustand des sicheren Betriebshaltes verharrt. Die Situation gemäss 6b stellt die Robotereinheit ohne Bewegungseinschränkung dar, die das Werkstück 4 bearbeitet.
7 zeigt einen erweiterten Roboterarbeitsplatz 3, der im Bereich des Arbeitsplatzes vom Menschen M zu betätigende Zustimmtaster 7 in Form von Tastschaltern vorsieht. Es sei angenommen, dass der Mensch M von beiden nicht weiter dargestellten Sensoreinheiten S₁ und S₂ erfasst ist, ferner sei die Robotereinheit 1 im Zustand des sicheren Betriebshaltes, wobei die Robotereinheit 1 den Tastschalter Z niederdrückt. In diesem Fall ist es dem Menschen möglich, beispielsweise ein von der Robotereinheit 1 getragenes Werkstück 4 manuell zu bearbeiten. Für den Fall, dass für eine weitere manuelle Bearbeitung das Werkstück 4 von der Robotereinheit in eine andere Raumposition zu überführen ist, ermöglichen die sogenannten Zustimmtaster 7, die vom Menschen durch Niederdrücken mit beiden Händen aktivierbar sind, eine gezielte Aktivierung der Robotereinheit 1 derart, dass das Werkstück in eine bestimmt vorgegebene Position geschwenkt wird. Durch Loslassen der Zustimmtaster 7 verharrt die Robotereinheit 1 im Weiteren wiederum im Zustand des sicheren Betriebshaltes. Auf diese Weise kann der Mensch M mit der Robotereinheit 1 kooperieren, selbst wenn sich der Mensch M in unmittelbarer Nähe zur Robotereinheit 1 aufhält.
Diese Situation ist in den 8a und b in perspektivischer Darstellung gezeigt. 8a obere und untere Darstellung zeigt den Zustand des sicheren Betriebshaltes, in dem die Robotereinheit 1 den Tastschalter Z niederdrückt. Der Mensch M verrichtet manuelle Arbeiten an dem von der Robotereinheit 1 getragenen Werkstück 4. In der Situation gemäss 8b obere und untere Darstellung drückt der Mensch die am Arbeitsplatz 3 vorgesehenen Zustimmtaster 7 nieder, wodurch die Robotereinheit 1 das zu bearbeitende Werkstück 4 aus einer ersten in eine zweite Position überführt. Wesentlich ist, dass der Bewegungsablauf der Robotereinheit 1 prozess-gesteuert langsam und für den Menschen M in einer sicheren Weise abläuft. Überdies ist gewährleistet, dass beide Hände und Arme des Menschen in einer sicheren Stellung sind, die durch die Bewegung der Robotereinheit ungefährdet ist.
Schließlich sieht das Ausführungsbeispiel gemäss 9 eine Vielzahl kinematisch miteinander gekoppelter Sensoreinheiten S₃ bis S_n vor, die im gezeigten Ausführungsbeispiel mechanisch mit der Robotereinheit 1 gekoppelt und längs einer Führungsschiene 6 linear verfahrbar angelenkt sind. Durch Vorsehen einer Vielzahl in unterschiedlichen Abständen zur Robotereinheit 1 angeordneten Sensoreinheiten ist es möglich, die Eigenbewegung des Menschen räumlich und zeitlich besser aufzulösen und die Reaktionsdynamik der Robotereinheit individueller auf die Eigenbewegung des Menschen abzustimmen. Durch die Kopplung der längs der Führungsschiene 6 beweglich gelagerten Sensoreinheiten S1, S2, S3, S4 und S5 mit der Robotereinheit 1, die im Ausführungsbeispiel in 10 über eine mechanische Koppelstange 8 realisiert ist, werden die Sensoreinheiten S1 bis S5 allesamt synchron mit den Bewegungen der Robotereinheit mitgeführt. Ebenso denkbar ist die Ausstattung der Sensoreinheiten mit eigenen Motorantrieben, durch die alle Sensoreinheiten gesamtheitlich oder jeweils einzeln längs der Führungsschiene 6 in Abhängigkeit der Bewegungen der Robotereinheit und/oder in Abhängigkeit der Bewegungen des Menschen, die von den einzelnen Sensoreinheiten erfasst wird, ausgelenkt werden. Hierzu werden die Motorantriebe vorzugsweise ferngesteuert angesteuert, dies setzt jedoch voraus, dass die Bewegungen der Robotereinheit exakt mittels Bildverarbeitungstechniken und/oder Robotersensoren erfasst werden.
In 10a und b sind wiederum perspektivische Darstellungen gezeigt, die die Situation gemäss 9 verdeutlichen sollen. Im Falle der Situation in 10a obere und untere Darstellung befindet sich der Mensch in unmittelbarer Nähe am Arbeitsplatz, wo hingegen die Robotereinheit 1 den Tastschalter Z niederdrückt und den sicheren Betriebshalt damit bestätigt. Im Falle der 10b befindet sich der Mensch M ausserhalb der von den einzelnen Sensoreinheiten überwachten Raumebenen, so dass die Robotereinheit 1 im Automatik-Betriebsmodus ungehindert und uneingeschränkt das Werkstück 4 bearbeiten kann.

1: Robotereinheit
2: Werkzeug
3: Arbeitsplatz
4: Werkstück
5: Steuereinheit
6: Führungsschiene
7: Zustimmtaster
S₁, S₂: Sensoreinheiten
Si₁,: Signale
Si₂
Si_safe: Signal
M: Mensch
R₁,: überwachte Raumebenen
R₂
Z: Tastschalter
R: Referenzposition

Claims

Vorrichtung zur Kooperation zwischen einem Menschen und einer Robotereinheit an einem Arbeitsplatz, an dem die Robotereinheit vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Sensoreinheit S₁ vorgesehen ist, die ein Annähern des Menschen an den Arbeitsplatz derart erfasst, dass bei einem Passieren des Menschen eines ersten Abstandes a₁ zu einer im Bereich des Arbeitsplatzes befindlichen Referenzposition R die Sensoreinheit S₁ ein Signal Si₁ erzeugt, dass eine zweite Sensoreinheit S₂ vorgesehen ist, die ein weiteres Annähern des Menschen an den Arbeitsplatz beim Passieren eines geringeren zweiten Abstandes a₂ zur Referenzposition R erfasst und ein Signal Si₂ erzeugt, und dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, an die die Signale der Sensoreinheiten S₁ und S₂ übertragbar sind und die in Abhängigkeit der Sensorsignale die Robotereinheit in folgender Weise ansteuert: – bei Vorliegen des Signals Si₁ wird die Robotereinheit in einen vorgebbaren Zustand, in einen so genannten sicheren Betriebshalt überführt, – ein Signalgeber generiert ein Signal Si_SAFE bei Erreichen des sicheren Betriebshalts durch die Robotereinheit und überträgt das Signal Si_SAFE an die Steuereinheit, wobei der Signalgeber unmittelbar oder mittelbar durch die Robotereinheit in dem Zustand des sicheren Betriebshaltes betätigbar ist, – bei Vorliegen der Signale Si₁ oder Si₂ verbleibt die Robotereinheit in dem Zustand des sicheren Betriebshaltes, sofern zusätzlich das Signal Si_SAFE vorliegt und – bei Vorliegen des Signals Si₂ wird die Robotereinheit in einen so genannten Not-Aus überführt, in dem die Robotereinheit bewegungslos in ihrer momentanen Stellung verharrt, sofern das Signal Si_SAFE nicht vorliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber als mechanischer Tastschalter ausgebildet und benachbart zur Robotereinheit am Arbeitsplatz derart angebracht ist, dass die Robotereinheit den Tastschalter in dem Zustand des sicheren Betriebshaltes betätigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Sensoreinheit und/oder weitere Sensoreinheiten zur Erfassung des Annäherns des Menschen an den Arbeitsplatz zwischen der ersten und zweiten Sensoreinheit vorgesehen sind, deren Signale Si₃, Si₃₊₁, ..., Si_n an die Steuereinheit übertragbar sind und zu Zwecken einer Bestimmung des Abstandes des Menschen zu der Robotereinheit und/oder der Annäherungsgeschwindigkeit des Menschen an die Robotereinheit dienen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten räumlich fest relativ zur Robotereinheit angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sensoreinheit kinematisch mit der Robotereinheit in Wirkverbindung steht und beweglich relativ zum Arbeitsplatz gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sensoreinheit eigenbeweglich relativ zur Robotereinheit ausgebildet ist und in Abhängigkeit der Bewegungen der Robotereinheit und der Sensorsignale beweg- oder schwenkbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten als 1-dimensionale- oder 2-dimensionale Sensoren ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten Laserscanner zur Erzeugung eines zweidimensionalen Lichtvorhanges sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten als Lichtschrankensensoren ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Arbeitsplatz wenigstens ein, vorzugsweise zwei vom Menschen betätigbare Zustimmmittel vorgesehen sind, die bei Betätigung jeweils ein Signal Si_M erzeugen, das jeweils an die Steuereinheit übertragbar ist, und dass bei Vorliegen des Signals Si_M die Robotereinheit eine vorgebbare Bewegung oder ein vorgebbares Bewegungsmuster ausführt.
Verfahren zur Kooperation zwischen einem Menschen und einer Robotereinheit an einem Arbeitsplatz, an dem die Robotereinheit vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Überwachen wenigstens einer Raumebene, die in einem ersten Abstand a₁ zu einer im Bereich des Arbeitsplatzes befindlichen Referenzposition R beabstandet ist und Generieren eines Signals Si₁ bei Durchschreiten der Raumebene durch einen sich dem Arbeitsplatz annähernden Menschen, – Überwachen wenigstens einer weiteren Raumebene, die in einem zweiten Abstand a₂ zur Referenzposition R beabstandet ist, wobei a₂ < a₁ ist, und Generieren eines Signals Si₂ bei Durchschreiten der Raumebene von einem sich dem Arbeitsplatz annähernden Menschen, – Ansteuern der Robotereinheit derart, dass bei Erscheinen des Signals Si₁ die Robotereinheit in einen vorgebbaren Zustand, in einen so genannten sicheren Betriebshalt überführt wird, – Generieren eines Signals Si_SAFE bei Erreichen des sicheren Betriebshalts durch die Robotereinheit, indem die Robotereinheit einen das Signal Si_SAFE generierenden Signalgeber unmittelbar oder mittelbar betätigt, – Ansteuern der Robotereinheit im Falle eines Vorliegens der Signale Si₁ oder Si₂ derart, dass die Robotereinheit in dem Zustand des sicheren Betriebshaltes verharrt, sofern das Signal und Si_SAFE vorliegt und – Ansteuern der Robotereinheit bei Vorliegen des Signals Si₂ derart, dass die Robotereinheit in einen so genannten Not-Aus überführt wird, in dem die Robotereinheit bewegungslos in ihrer momentanen Stellung verharrt, sofern das Signal Si_SAFE nicht vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Robotereinheit aus dem Zustand des sicheren Betriebshalts selbständig in einen eigenbeweglichen Betriebsmodus überführt wird, sofern der Mensch sich von der Robotereinheit weiter als a₁ beabstandet, d.h. wenn der Mensch die in einem Abstand a₁ von dem Arbeitsplatz beabstandete Raumebene durchschritten hat.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des Not-Aus, die Robotereinheit abrupt stromlos geschaltet wird, und dass die Robotereinheit aus diesem Betriebszustand nicht selbständig in einen eigenbeweglichen Betriebsmodus überführbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der jeweils in einem Abstand zur Referenzposition R überwachten Raumebenen räumlich fest vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der jeweils in einem Abstand zur Referenzposition R überwachten Raumebene in Abhängigkeit der Bewegungsdynamik der Robotereinheit räumlich variabel bewegt wird.