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Die Erfindung betrifft eine Maschinenbedieneinheit insbesondere zur Bedienung von Industrierobotern.
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Die Steuerung von Maschinen erfolgt üblicherweise durch Bedieneinheiten, die mit den Maschinen verbunden sind. Diese Bedieneinheiten sind meist so ausgebildet, dass diese vom Benutzer in der Hand gehalten werden können. Dies gibt dem Benutzer einerseits die Freiheit sich in sicherer Entfernung von der Maschine aufzuhalten bzw. die Arbeit der Maschine aus verschiedenen Perspektiven zu betrachten. Jedoch birgt eine solche Bedieneinheit auch die Gefahr, dass der Benutzer die Bedieneinheit ablegt oder ihm diese Bedieneinheit versehendlich aus der Hand fällt. Bei zeitkritischen Ereignissen, bei denen der Benutzer schell eingreifen muss, erhöht eine abgelegte Bedieneinheit die Reaktionszeit beträchtlich. Dabei können zeitkritische Ereignisse nicht nur Ereignisse sein, die aus dem Arbeitsprozess der Maschine erzeugt werden, sondern auch Notfälle, in denen ein Sicherheitsrisiko für den Benutzer oder eine andere Person besteht, so dass ein schnelles Abschalten der Maschine erforderlich ist.
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Bisherige benutzergeführte Notaussysteme basieren auf einer solchen Bedieneinheit, die durch einen Benutzer willentlich durch Drücken eines Schalters ausgelöst werden. Dies bedingt allerdings, dass der Nutzer der Anlage den Fehler erkennt, sich dessen bewusst wird und er mit der menschlichen Reaktionszeit den Schalter auslöst. Zudem muss dieser die Bedieneinheit überhaupt für die Bedienung bereithalten und darf diese nicht nach Freigabe der Steuerung ablegen. Ansonsten verlängert sich die Zeit bis zur Auslösung der Sicherheitsfunktion weiter.
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Aus dem Stand der Technik sind Notaussysteme bekannt, bei denen die Hand des Benutzers auf einen Schalter gehalten werden muss. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass das Bedienen der Bedieneinheit nicht ermüdungsfrei ist und somit die Reaktionszeit auch wieder erhöht wird.
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Ein solcher Notfall stellt eine Stresssituation für den Benutzer dar, die vom Benutzer richtige Entscheidungen in kurzer Zeit verlangen. Hierdurch wird das vorhandene Gefahrenpotential weiter erhöht, da spontan eventuell falsche Entscheidungen unter Zeitdruck getroffen werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine Maschinenbedieneinheit zu schaffen, durch die die Sicherheit beim Bedienen von Maschinen erhöht werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und Anspruch 12 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 14.
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Die erfindungsgemäße Maschinenbedieneinheit, die insbesondere zur Bedienung von Industrierobotern geeignet ist, weist ein Bedienelement auf, welches vom Benutzer in der Hand gehalten werden kann und mit einer Maschinensteuerung der zu steuernden Maschine verbindbar ist. Das Bedienelement weist dabei mindestens ein Schaltelement auf, bei dem es sich beispielsweise um eine Kippschalter, Tastschalter, Drehschalter o.dgl. handelt. Das Bedienelement kann hierbei eine Vielzahl auch unterschiedlicher Schaltelemente aufweisen, die zur Steuerung der Maschine erforderlich sind. Das Bedienelement weist weiterhin mindestens einen Sensor auf zur Erfassung von Sensordaten. Hierbei ist der mindestens eine Sensor mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung verbunden zur Auswertung der erfassten Sensordaten. Bei der Auswertung der erfassten Sensordaten kann unter anderem ein Soll-Ist-Vergleich vorgenommen werden. Es können jedoch auch Schwellwerte berücksichtigt werden, die mit den erfassten Sensordaten des Sensors verglichen werden.
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Insbesondere ist der Sensor als Zustandssensor ausgebildet zur Erfassung der Verfassung des Benutzers und/oder zur Erfassung des Zustands der Maschinenbedieneinheit. Hierbei ist die Verfassung des Benutzers beispielsweise gegeben durch den Stresslevel, den Konzentrationslevel, eventuell vorhandene Zitterbewegungen u.dgl. von Bedeutung. Der Zustand der Maschinenbedieneinheit beinhaltet beispielsweise die Lage des Bedienelements, deren Position, Bewegung und Beschleunigung.
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Insbesondere wird durch die Auswertung der erfassten Sensordaten ein Signal von der Datenverarbeitungsvorrichtung ausgegeben, welches vorzugsweise ein akustischen, optisches und/oder haptisches Warnsignal auslöst, so dass der Benutzer auf das erhöhte Gefahrenpotential aufmerksam gemacht wird und dieser geeignete Gegenmaßnahmen rechtzeitig einleiten kann. Bei der Auswertung kann es sich insbesondere um einen Vergleich der erfassten Sensordaten mit vorgegebenen Werten handeln, um die Änderung der erfassten Sensordaten oder um den Grad der Änderung der erfassten Sensordaten.
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Besonders bevorzugt ist die Datenverarbeitungsvorrichtung mit der Maschinensteuerung verbindbar. In Abhängigkeit der Auswertung der erfassten Sensordaten durch die Datenverarbeitungsvorrichtung wird von der Datenverarbeitungsvorrichtung ein Steuersignal ausgegeben, welches an die Maschinensteuerung weitergeleitet wird. Hierdurch kann in Abhängigkeit von den erfassten Sensordaten die Steuerung der Maschine verändert werden. Sollte demnach der erfasste Zustand der Maschinenbedieneinheit bzw. die erfasste Verfassung des Benutzers ein erhöhtes Gefahrenpotential anzeigen, so wird durch die Datenverarbeitungsvorrichtung ein Steuerungssignal an die Maschinensteuerung übertragen, so dass die Maschine in einen sicheren Modus überführt wird. Der sichere Modus kann dabei beispielsweise eine verlangsamte Bewegung der Maschine und vorzugsweise eine völlig unterbundene Bewegung der Maschine beinhalten. Die Überführung der Maschine in den gesicherten Modus erfolgt dabei vorzugsweise stufenweise, so dass bei einer Erfassung eines erhöhten Gefährdungspotentials bspw. die Bewegung der Maschine zunächst geringfügig verlangsamt wird, jedoch bei einem unveränderten Zustand der Maschinenbedieneinheit und/oder einer unveränderten Verfassung des Benutzers die Bewegung der Maschine weiter verlangsamt wird bis entweder die Maschine vollständig angehalten wird oder der Zustand der Maschinenbedieneinheit bzw. die Verfassung des Benutzers von der Datenverarbeitungsvorrichtung so interpretiert werden, dass ein geringeres Gefährdungspotential vorliegt. Im letztgenannten Fall wird die Maschine aus dem gesicherten Modus wieder in den normalen Betriebsmodus überführt.
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Insbesondere weist das Bedienelement mehrere Sensoren auf, so dass eine Vielzahl von Sensordaten erfasst werden können, um eine möglichst genaue Einschätzung des Gefahrenpotentials durch die Auswertung der erfassten Sensordaten zu erhalten.
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Insbesondere handelt es sich bei dem mindestens einen Sensor um einen Beschleunigungssensor, einen Bewegungssensor, einen Drehratensensor und/oder einen Magnetfeldsensor. Durch diese Sensoren lässt sich der Zustand der Maschinenbedieneinheit, insbesondere deren Lage, Position und Bewegung und/oder Beschleunigung erfassen. Hält der Benutzer beispielsweise das Bedienelement nicht in der Hand, so wird vom Bewegungssensor das Fehlen einer unwillkürlichen Bewegung des Benutzers erfasst und dementsprechend die Maschine vorzugsweise stufenweise in einen sicheren Modus überführt. Auch falls das Bedienelement über einen zu langen Zeitraum in einer Lage verweilt, wird davon ausgegangen, dass der Benutzer das Bedienelement abgelegt hat und infolgedessen wird die Maschine insbesondere stufenweise in einen sicheren Modus überführt, um ein Gefährdungspotential zu verringern. Fällt dem Benutzer das Bedienelement aus der Hand, so kann dieser bei zeitkritischen Vorgängen, insbesondere in Notfallsituationen, nicht mehr auf das Bedienelement zugreifen. Das Fallen des Bedienelements wird beispielsweise durch einen Beschleunigungssensor erfasst und infolgedessen wird die Maschine insbesondere stufenweise in einen sicheren Modus überführt. Auch kann durch die Sensoren eine intelligente Vorwegnahme der Benutzerintention erfolgen. Hierzu kann beispielsweise ein Muskelzucken des Benutzers durch den Sensor erkannt werden und durch die Datenverarbeitungsvorrichtung als die Beabsichtigung interpretiert werden, ein entsprechendes Notsystem auszulösen. Gleichzeitig oder alternativ kann das Muskelzucken des Benutzers auch Folge eines Erschreckens des Benutzers sein. In beiden Fällen wird die gesteuerte Maschine entweder insbesondere stufenweise in einen sicheren Modus überführt oder angehalten. Auch kann durch einen Bewegungssensor ein Zittern des Benutzers erfasst werden. Hierdurch können der Stresslevel des Benutzers und/oder der Konzentrationslevel des Benutzers erfasst werden und entsprechend die Maschine insbesondere stufenweise in einen sicheren Modus überführt oder angehalten werden.
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Insbesondere handelt es sich bei dem mindestens einen Sensor um einen Leitwertmesser zur Messung des Leitwerts vorzugsweise die Impedanz der Haut eines Benutzers. Befindet sich der Benutzer in einer Stresssituation entweder verursacht durch eine anstehende zeitkritische Entscheidung oder durch eine auftretende Notfallsituation, so erhöht sich der Stresslevel des Benutzers, was unwillkürlich in einem verstärkten Schwitzen der Hände des Benutzers resultiert. Dieses verstärkte Schwitzen als Zeichen für den erhöhten Stresslevel kann durch den Leitwertmesser detektiert werden und davon in Abhängigkeit die gesteuerte Maschine insbesondere stufenweise in einen gesicherten Modus überführt werden oder angehalten werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann es sich bei dem mindestens einen Sensor um einen Feuchtigkeitssensor handeln, der unmittelbar die Feuchtigkeit der Haut bzw. der näheren Umgebung der Hand direkt misst.
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Insbesondere handelt es sich bei dem mindestens einen Sensor um einen Pulssensor zur Erfassung des Pulses des Benutzers. Bei einem erhöhten Stresslevel steigt der Puls des Benutzers. Dies wird vom Pulssensor erfasst und entsprechend wird die gesteuerte Maschine insbesondere stufenweise in einen gesicherten Modus überführt beziehungsweise angehalten.
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Insbesondere handelt es sich bei dem mindestens einen Sensor um einen Abstandssensor, bevorzugt optisch oder kapazitiv. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der mindestens eine Sensor ausgebildet sein als Drucksensor, der den Druck der Hand auf das Eingabegerät erfasst.
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Insbesondere ist die Datenverarbeitungsvorrichtung in das Bedienelement integriert. Vorzugsweise ist mit der Datenverarbeitungsvorrichtung eine Speichereinheit verbunden zur Speicherung der erfassten Sensordaten, welche insbesondere in die Datenverarbeitungsvorrichtung integriert sein kann. Besonders bevorzugt werden durch die Speichereinheit benutzerbezogene Daten gespeichert. So ist es möglich in der Speichereinheit Benutzercharakteristika zu erfassen, wie z.B. die Benutzungsdauer. Auch können bestimmte Verhaltensweisen des Benutzers, die zu Beginn der Benutzung oder während der Laufzeit der Benutzung analysiert werden, in der Speichereinheit gespeichert werden, so dass eine benutzerbezogene Auswertung in der Datenverarbeitungsvorrichtung erfolgen kann. Auch können in der Speichereinheit maschinenbezogene Daten wie z.B. die Verschleißcharakteristik hinterlegt werden, so dass beispielsweise bei einem erhöhten Verschleiß der Maschine früher in einen gesicherten Modus geschaltet wird bzw. die Bewegung der Maschine stärker verlangsamt wird.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem mindestens einen Schaltelement um einen Notausschalter.
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Vorzugsweise ist die Datenverarbeitung und/oder die Maschinenbedieneinheit drahtlos insbesondere über Funk, WLAN, GSM, Bluetooth u.dgl. verbindbar mit der Maschinensteuerung. Hierdurch wird einerseits die Bewegungsfreiheit des Benutzers vergrößert und andererseits durch das erfindungsgemäße Vorsehen des mindestens einen Sensors das Gefahrenpotential niedrig gehalten.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Robotersystem mit mindestens einem Roboterarm, welcher mindestens ein Manipulatorelement aufweist. Mit dem mindestens einen Roboterarm ist eine Robotersteuerung verbunden. Weiter ist mit der Robotersteuerung eine Maschinenbedieneinheit verbunden wie vorstehend beschrieben.
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Insbesondere sind die Datenverarbeitungsvorrichtung und bevorzugt auch die Speichereinheit in die Robotersteuerung integriert. Hierdurch wird ein besonders kompaktes Robotersystem geschaffen mit einem kleinen und einfach zu handhabenden Bedienelement.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Maschine insbesondere eines Industrieroboters, bei welchem Daten durch einen Sensor in einer Maschinenbedieneinheit erfasst werden. Die erfassten Daten werden in einer Datenverarbeitungsvorrichtung ausgewertet und durch die Datenverarbeitungsvorrichtung wird ein Signal in Abhängigkeit zu den erfassten Daten ausgegeben. Bei der Auswertung der erfassten Daten handelt es sich beispielsweise um einen Vergleich mit vorgegebenen Werten, um die Änderung der erfassten Daten in einem bestimmten Zeitintervall und/ oder um den Grad der Änderung in einem bestimmten Zeitintervall.
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Insbesondere handelt es sich bei dem ausgegebenen Signal um ein optisches, akustisches und/oder haptisches Warnsignal. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei dem ausgegebenen Signal um ein Maschinensteuerungssignal handeln, so dass durch eine mit Datenverarbeitungsvorrichtung verbundenen Maschinensteuerung in Abhängigkeit zu den erfassten Daten die Steuerung der Maschine verändert wird. Durch den Sensor kann ein erhöhtes Gefährdungspotential für den Benutzer oder eine andere Person erfasst werden. Ein erhöhtes Gefahrenpotential liegt dabei beispielsweise vor, falls der Benutzer das Bedienelement aus der Hand legt oder ihm diese aus der Hand fällt. In beiden Fällen wird die Reaktionszeit in einem plötzlich auftretenden Notfall stark erhöht. Infolgedessen wird durch die Datenverarbeitungsvorrichtung ein Signal ausgegeben, welches ein optisches, akustisches und/oder haptisches Warnsignal ist und/oder ein Maschinensteuerungssignal durch welches die Steuerung der Maschine verändert wird.
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Insbesondere wird bei einem erhöhten Gefahrenpotential die Maschine in einen sichern Modus gesteuert in Abhängigkeit der erfassten Daten, wobei im sicheren Modus beispielsweise die Bewegung der Maschine verlangsamt ist. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass die Maschine stufenweise in einen sichern Modus gesteuert wird und dabei entsprechend insbesondere stufenweise langsamer wird.
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Insbesondere wird vom Sensor die Bewegung des Bedienelements erfasst, um ein eventuelles Gefahrenpotential zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich hierzu werden von einem Sensor Stresssymptome wie beispielsweise erhöhter Plus, verstärktes Zittern und/oder verstärktes Schwitzen des Benutzers erfasst. Auch hierdurch lässt sich ein erhöhtes Gefahrenpotential ableiten.
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Es ist bevorzugt, dass in einer Speichereinheit die erfassten Daten gespeichert werden und besonders bevorzugt werden die erfassten Daten mit den bereits gespeicherten Daten zur Auswertung verglichen.
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Besonders bevorzugt ist es zur erfindungsgemäßen Steuerung einer Maschine, die erfindungsgemäße Maschinenbedieneinheit zu verwenden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Robotersystem mit einer Bedieneinheit und einer Datenverarbeitungsvorrichtung,
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2 ein Robotersystem mit einer Bedieneinheit einer Datenverarbeitungsvorrichtung und einer zusätzlichen Speichereinheit,
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3 ein Robotersystem mit einer Bedieneinheit und einer besonderen Anordnung von Datenverarbeitungsvorrichtung und Speichereinheit und
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4 ein Robotersystem mit einer Bedieneinheit, die drahtlos verbunden ist mit einer Robotersteuerung.
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Das erfindungsgemäße Robotersystem weist mindestens einen Roboterarm 10 auf, mit mindestens einem Manipulatorelement 12. Dabei wird der Roboterarm über eine mit dem Roboterarm verbundene Robotersteuerung 14 gesteuert. Mit der Robotersteuerung 14 ist eine Bedieneinheit verbunden, welche ein Bedienelement 16 aufweist. Dieses Bedienelement 16 weist ein Schaltelement 18 auf, welches als Druckschalter ausgebildet ist. Das Schaltelement 18 steuert dabei über die Robotersteuerung 14 die Bewegung des Roboterarms 10. Insbesondere handelt es sich hierbei um einen Notaus-Schalter. In dem Bedienelement 16 ist ein Sensor 20 angeordnet. Bei diesem Sensor kann es sich um einen Beschleunigungssensor, Bewegungssensor, Drehratensensor und/oder Magnetfeldsensor handeln. Alternativ hierzu kann das Bedienelement 16 eine Vielzahl von Sensoren insbesondere unterschiedliche Sensoren aufweisen. Der Sensor 20 kann auch ausgebildet sein als Leitwertmesser zur Messung des Leitwerts der Haut eines Benutzers und/oder als Pulssensor zur Erfassung des Pulses eines Benutzers. Somit kann durch den Sensor 20 die Verfassung des Benutzers wie z.B. dessen Stresslevel oder Konzentrationslevel erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann durch den Sensor 20 der Zustand der Bedieneinheit bestimmt werden, wie z.B. deren Lage, Position, Bewegung und/oder Beschleunigung.
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Mit dem Sensor 20 ist eine Datenverarbeitungsvorrichtung 22 verbunden. Von der Datenverarbeitungsvorrichtung 22 werden die erfassten Daten ausgewertet und in Abhängigkeit von den erfassten Daten ein Signal ausgegeben.
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Wie in 1 dargestellt, kann es sich bei dem ausgegebenen Signal der Datenverarbeitungsvorrichtung 22 um ein optisches Warnsignal ausgegeben von einer Warnlampe 24 handeln. Alternative oder zusätzliche Warnsignale konnten gegeben sein als Warnton oder beispielsweise durch eine Vibration des Bedienelements 16.
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Darüber hinaus kann mit der Datenverarbeitungsvorrichtung eine Speichereinheit 26 verbunden sein, in welcher benutzerbezogene und/oder maschinenbezogene Daten gespeichert werden können und zur Auswertung der erfassten Sensordaten durch die Datenverarbeitungsvorrichtung herangezogen werden können. Bei den in der Speichereinheit 26 gespeicherten benutzerbezogenen Daten kann es sich beispielsweise um die Benutzungsdauer oder um eine benutzerspezifische Stresscharakteristik handeln, welche während der Benutzung des Robotersystems erfasst und analysiert wird.
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Dabei kann sowohl die Datenverarbeitungsvorrichtung 22 als auch die Speichereinheit 26 wie in 2 außerhalb des Bedienelements 16 angeordnet sein.
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Alternativ hierzu kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 22 in das Bedienelement 16 integriert sein, wie in 3 gezeigt.
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In 4 erfolgt die Verbindung von der Bedieneinheit mit der Robotersteuerung 14 drahtlos insbesondere per Funk. Hierbei ist sowohl das Schaltelement 18 über einen Sender 28 mit einem Empfänger 30 der Robotersteuerung verbunden als auch der Sensor 20 über einen Sender 32 mit einem Empfänger 34 mit der Datenverarbeitungsvorrichtung 22. Dabei ist in der gezeigten Ausführungsform die Datenverarbeitungsvorrichtung 22 und auch die Speichereinheit 26 in die Robotersteuerung 14 integriert.
