DE102016100727A1

DE102016100727A1 - System und Verfahren mit zusammenarbeitenden Robotern

Info

Publication number: DE102016100727A1
Application number: DE102016100727.7A
Authority: DE
Inventors: Donald R. Davis; Chris A. Ihrke; Douglas M. Linn; Jonathan Y. Chen
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2016-01-18
Publication date: 2016-07-28
Anticipated expiration: 2036-01-19
Also published as: CN105818144A; US20160214261A1; DE102016100727B4

Abstract

Es wird ein System zur Zusammenarbeit von Robotern und Menschen bereitgestellt. Das System umfasst einen Roboter mit einem programmierten Pfad zur Bewegung des Roboters und einen Controller in Verbindung mit dem Roboter. Der Controller weist einen Prozessor und einen konkreten, nicht vorübergehenden Speicher auf, in dem Anweisungen für eine Maßnahme aufgezeichnet sind, die ergriffen werden soll, wenn ein nicht erwarteter Kontakt zwischen dem Roboter und einem Objekt detektiert wird. Der Controller ist programmiert, um die Anweisungen aus dem Speicher mithilfe des Prozessors auszuführen, wenn der nicht erwartete Kontakt detektiert wird, was bewirkt, dass der Roboter eine Bewegung auf dem programmierten Pfad stoppt und in einen Wegschiebemodus eintritt. In dem Wegschiebemodus kann der Mensch eine Druckkraft mit einer Druckkraftrichtung aufbringen, um dem Roboter zu befehlen, sich in die Druckkraftrichtung zu bewegen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System und ein Verfahren für die Zusammenarbeit von Robotern und Menschen.
HINTERGRUND
Ein zusammenarbeitender Roboter ist so konstruiert, dass er zur Durchführung einer Vielfalt von Aufgaben mit oder in der Nähe eines Menschen arbeitet. Beispielsweise können ein Roboter und ein Mensch zusammenarbeiten oder sie können nahe beieinander arbeiten, um Aufgaben bei der Fertigung und Montage von Fahrzeugen auszuführen. Der Mensch kann innerhalb oder in der Nähe des Arbeitsraums arbeiten, in welchem sich der Roboter und seine daran angebrachten Greiforgane oder Werkzeuge und ergriffenen Teile, sofern vorhanden, bewegen können. Existierende zusammenarbeitende Roboter stoppen ihre Bewegung, wenn ein nicht erwarteter Kontakt detektiert wird, und sie weisen begrenzte Kraft- und Geschwindigkeitskapazitäten auf. Außerdem können Kapazitäten hinsichtlich der Wiederholbarkeit, der Genauigkeit, der Nutzlast und der Reichweite begrenzt sein. Diese Begrenzungen können existierende zusammenarbeitende Roboter für viele Fertigungs- und Montageoperationen ineffektiv machen.
Es kann vorteilhaft sein, dass zusammenarbeitende Roboter in einen Wegschiebemodus eintreten, wenn ein nicht erwarteter Kontakt detektiert wird. Der Wegschiebemodus ermöglicht, dass ein Mensch den zusammenarbeitenden Roboter leicht wegschieben kann. Es kann auch vorteilhaft sein, dass sich zusammenarbeitende Roboter entlang ihrer programmierten Pfade zurückbewegen, bevor sie in den Wegschiebemodus eintreten, wenn ein nicht erwarteter Kontakt detektiert wird. Die Verwendung der Zurückbewegungsoperation und/oder des Wegschiebemodus, wenn ein nicht erwarteter Kontakt detektiert wird, kann die Verwendung von zusammenarbeitenden Robotern mit höheren Kraft- und Geschwindigkeitskapazitäten ermöglichen und sie kann außerdem die Kapazitäten von zusammenarbeitenden Robotern hinsichtlich der Wiederholbarkeit, der Genauigkeit, der Nutzlast und der Reichweite verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein System zur Zusammenarbeit von Robotern und Menschen wird hier zusammen mit einem zugehörigen Verfahren, um dieses zu verwenden, offenbart. Das System umfasst einen zusammenarbeitenden Roboter mit einem programmierten Pfad zur Bewegung des Roboters und mit einem Controller in Verbindung mit dem Roboter. Der Controller weist einen Prozessor und einen konkreten, nicht vorübergehenden Speicher auf, in dem Anweisungen für eine Aktion aufgezeichnet sind, die ergriffen werden soll, wenn ein nicht erwarteter Kontakt zwischen dem Roboter und einem Objekt detektiert wird. Der Controller ist programmiert, um die Anweisungen aus dem Speicher mithilfe des Prozessors auszuführen, wenn der unerwartete Kontakt detektiert wird, um eine Bewegung des Roboters auf dem programmierten Pfad zu stoppen und um in einen Wegschiebemodus einzutreten. In dem Wegschiebemodus kann der Mensch eine Druckkraft mit einer Druckkraftrichtung aufbringen, um dem Roboter zu befehlen, sich in die Druckkraftrichtung zu bewegen.
Eine weitere Ausführungsform des Systems zur Zusammenarbeit von Robotern und Menschen umfasst einen Roboter mit einem programmierten Pfad zur Bewegung des Roboters und mit einem Controller in Verbindung mit dem Roboter.
Der Controller weist einen Prozessor und einen konkreten, nicht vorübergehenden Speicher auf, in dem Anweisungen für eine Aktion aufgezeichnet sind, die ergriffen werden soll, wenn ein nicht erwarteter Kontakt zwischen dem Roboter und einem Objekt detektiert wird. Der Controller ist programmiert, um die Anweisungen aus dem Speicher mithilfe des Prozessors auszuführen, wenn der nicht erwartete Kontakt detektiert wird, um eine Vorwärtsbewegung des Roboters auf dem programmierten Pfad zu stoppen, um den Roboter auf dem programmierten Pfad um eine vorbestimmte Distanz rückwärts zu bewegen und um in einen Wegschiebemodus einzutreten. In dem Wegschiebemodus kann der Mensch eine Druckkraft mit einer Druckkraftrichtung aufbringen, um dem Roboter zu befehlen, sich in die Druckkraftrichtung zu bewegen.
Das Verfahren zum Betreiben eines zusammenarbeitenden Roboters, wenn ein nicht erwarteter Kontakt zwischen dem Roboter und einem Objekt in der Umgebung detektiert wird, umfasst, dass mithilfe eines Controllers eine Vorwärtsbewegung des Roboters auf einem programmierten Pfad gestoppt wird und dass mithilfe des Controllers in einen Wegschiebemodus eingetreten wird. In dem Wegschiebemodus kann ein Mensch eine Druckkraft mit einer Druckkraftrichtung aufbringen, um dem Roboter zu befehlen, sich in die Druckkraftrichtung zu bewegen. Das Verfahren kann umfassen, dass dem Roboter mithilfe des Controllers befohlen wird, sich auf dem programmierten Pfad um eine vorbestimmte Distanz rückwärts zu bewegen, nachdem die Vorwärtsbewegung des Roboters auf dem programmierten Pfad gestoppt wurde, und bevor er in den Wegschiebemodus eintritt.
Das System und das Verfahren zur Zusammenarbeit von Robotern und Menschen, die hier offenbart sind, können die Interaktion zwischen zusammenarbeitenden Robotern und Menschen verbessern. Sie können die Verwendung von zusammenarbeitenden Robotern mit höheren Kraft- und Geschwindigkeitskapazitäten ermöglichen und sie können außerdem die Kapazitäten hinsichtlich der Wiederholbarkeit, Genauigkeit, der Nutzlast und der Reichweite von zusammenarbeitenden Robotern verbessern. Das System und das Verfahren können bei der Herstellung und Montage von Fahrzeugen verwendet werden. Jedoch trifft diese Offenbarung auf jede Anwendung der Zusammenarbeit zwischen Robotern und Menschen zu. Nicht begrenzende beispielhafte Anwendungen umfassen Anwendungen im Bereich Produktion, Kundendienst, öffentliche Dienste und Verbraucher.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die vorliegenden Lehren auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung eines Systems zur Zusammenarbeit von Robotern und Menschen.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren der Zusammenarbeit von Robotern und Menschen unter Verwendung des in 1 gezeigten Systems darstellt.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten bezeichnen, ist in 1 ein System 10 zur Zusammenarbeit zwischen Robotern und Menschen gezeigt. Das System 10 umfasst einen Roboter 12. Der Roboter 12 kann wie gezeigt ein elektrischer Roboter sein oder er kann ein beliebiger anderer Typ von Roboter sein. Der Roboter 12 kann wie gezeigt sechs Bewegungsfreiheitsgrade aufweisen, oder er kann eine beliebige andere geeignete Zahl von Bewegungsfreiheitsgraden aufweisen, wie der Fachmann versteht. Der Roboter 12 kann eine Basis 13 aufweisen. Die Basis 13 kann wie gezeigt an einem Boden montiert sein oder sie kann an einer (nicht gezeigten) feststehenden Struktur, einem Teil einer (nicht gezeigten) sich bewegenden Ausrüstung oder an einer beliebigen anderen geeigneten Montageoberfläche oder Struktur montiert sein. An dem Roboter 12 kann ein Greiforgan 14 angebracht sein, um zu ermöglichen, dass der Roboter 12 ein ergriffenes Teil 16 ergreift, bewegt und freigibt oder um eine Aufgabe auszuführen, die das Aufladen von Teilen, das Entladen von Teilen, das Montieren, das Justieren, das Schweißen und das Untersuchen umfasst, aber nicht darauf begrenzt ist. Das Greiforgan 14 ist in 1 zwar als Radgreifer gezeigt, jedoch ist das Greiforgan 14, falls vorhanden, nicht auf einen speziellen Greifer, ein spezielles Werkzeug oder eine spezielle Vorrichtung begrenzt. Analog ist das ergriffene Teil 16 in 1 zwar als Rad gezeigt, jedoch ist das ergriffene Teil 16, falls vorhanden, nicht auf ein beliebiges spezielles Teil, eine spezielle Baugruppe oder eine spezielle Komponente begrenzt.
Der Roboter 12 kann einen oder mehrere Servomotoren 18 zum Bewegen des Roboters 12, des daran angebrachten Greiforgans 14, falls vorhanden, und des ergriffenen Teils 16, falls vorhanden, auf einem programmierten Pfad PP enthalten. Je nach Eignung können andere Typen von Motoren verwendet werden. Der programmierte Pfad PP weist eine normale oder Vorwärtsrichtung FD und eine Rückwärtsrichtung RD auf, die zu der Vorwärtsrichtung FD entgegengesetzt ist. In der Vorwärtsrichtung FD beispielsweise kann der programmierte Pfad PP durch einen Punkt A, dann durch einen Punkt B und dann durch einen Punkt C hindurch laufen, wobei die Punkte A, B, C Punkte in einem zweidimensionalen oder dreidimensionalen Raum sind. In der Rückwärtsrichtung RD hingegen kann der programmierte Pfad PP durch den Punkt C, dann durch den Punkt B und dann durch den Punkt A hindurch verlaufen. Analog kann der programmierte Pfad PP Veränderungen bei der Winkelpositionierung des Roboters 12 enthalten, wie der Fachmann versteht, wenn sich der Roboter 12 in die Vorwärtsrichtung FD bewegt und wenn er sich in die Rückwärtsrichtung RD bewegt.
Der Roboter 12 kann einen Kraftsensor 20 enthalten. Der Kraftsensor 20 kann in der Nähe der Basis 13 des Roboters 12 angeordnet sein oder er kann zweckmäßig in anderen Bereichen des Roboters 12 angeordnet sein. Der Roboter 12 kann mehr als einen Kraftsensor 20 enthalten, die in mehr als einem Bereich des Roboters 12 angeordnet sein können. Der Kraftsensor 20 kann ein Kraftaufnehmer mit sechs Freiheitsgraden, ein Kraftsensor, der an einer oder mehreren Außenoberflächen des Roboters montiert ist, ein auf einer Überwachung des Motordrehmoments beruhender Kraftsensor oder ein beliebiger anderer geeigneter Kraftsensor sein.
Ein menschlicher Bediener 40 kann mit oder in der Nähe des Roboters 12 arbeiten. Der menschliche Bediener 40 weist eine Hand 42 und andere Körperteile auf. Insbesondere kann der Mensch 40 in oder in der Nähe eines Arbeitsumfelds oder einer Arbeitsumgebung 17 des Roboters 12 arbeiten. Das Arbeitsumfeld oder die Arbeitsumgebung 17 des Roboters umfasst, wie dem Fachmann bekannt ist, jeden Raumpunkt, den der Roboter 12, das Greiforgan 14, falls vorhanden, und das ergriffene Teil 16, falls vorhanden, kontaktieren oder durchlaufen können. Der Roboter 12, das Greiforgan 14, falls vorhanden, und das ergriffene Teil 16, falls vorhanden, können ein Objekt 19 in dem Arbeitsumfeld oder der Arbeitsumgebung 17 kontaktieren. Das Objekt 19 kann wie gezeigt ein Teil des Menschen 40 sein, oder es kann ein beliebiges anderes Objekt in der Umgebung 17 sein, z. B. Werkstücke, Werkzeuge und Geräte. Ein Kontakt zwischen dem Roboter 12 oder dem Greiforgan 14, falls vorhanden, oder dem ergriffenen Teil 16, falls vorhanden, und dem Objekt 19 kann erwartet oder nicht erwartet sein. Erwartete Kontakte können während eines Normalbetriebs des Roboters 12 auftreten. Nicht erwartete Kontakte können auftreten, wenn das Objekt 19 das Arbeitsumfeld oder die Umgebung 17 in nicht erwarteter Weise betreten hat oder es sich nicht an seiner normalen Position in dem Arbeitsumfeld oder der Umgebung 17 befindet. Der Roboter 12 kann einen Wiederaufnahmeknopf 22 enthalten, den der Mensch 40 drücken kann, um dem Roboter 12 zu befehlen, eine Bewegung in die Vorwärtsrichtung FD auf dem programmierten Pfad PP wieder aufzunehmen. Der Wiederaufnahmeknopf 22 kann an dem oder in der Nähe des Roboters 12 angeordnet sein und er kann wie gezeigt ein mechanischer Druckknopf, ein Bereich auf einem (nicht gezeigten) berührungsempfindlichen Bildschirm oder ein beliebiger anderer geeigneter Knopf, Sensor oder Schalter sein.
Der Roboter 12 kann eine weiche Abdeckung 24 aufweisen. Die weiche Abdeckung 24 kann aus einem Gummi, einem Kunststoff, einem Silikon oder einem beliebigen anderen geeigneten weichen Material bestehen. Die weiche Abdeckung 24 kann alle oder einen Teil der metallischen oder harten Außenoberflächen des Roboters 12 bedecken und sie kann eine Spitzenkraft oder einen Spitzendruck, die bzw. der aus einem nicht erwarteten Kontakt zwischen dem Roboter 12 und dem Objekt 19 in dem Arbeitsumfeld oder der Umgebung 17 resultiert, verringern.
Immer noch mit Bezug auf 1 umfasst das System 10 einen Controller (C) 50 in Verbindung mit dem Roboter 12. Der Controller 50 kann als Computervorrichtung mit einem Prozessor (P) 52 und einem Speicher (M) 54 ausgeführt sein. Anweisungen, die ein Verfahren 100 verkörpern, sind in dem Speicher 54 aufgezeichnet und werden von dem Prozessor 52 selektiv ausgeführt, sodass der Controller 50 programmiert ist, um alle notwendigen Schritte des Verfahrens 100 auszuführen. Das Verfahren 100 zum Betreiben eines zusammenarbeitenden Roboters ist nachstehend mit Bezug auf 2 beschrieben. In einer möglichen Ausführungsform wird der Roboter 12 mithilfe von Servomotorsteuerungssignalen (Pfeil 56) in Ansprechen auf Eingabesignale (Pfeile 58A–C) gesteuert, die an den Controller 50 übertragen oder von diesem anderweitig empfangen werden.
Die Eingabesignale (Pfeile 58A–C), welche die von dem Controller 50 ausgeführten Steuerungsschritte treiben, können durch den Controller 50 intern erzeugt werden, beispielsweise bei der Ausführung des Verfahrens 100 (Pfeil 58A), sie können erfasste Informationen enthalten, beispielsweise in einem Kraftsignal (Pfeil 58B) von dem Kraftsensor 20, und/oder sie können Befehle von dem Menschen 40 enthalten, beispielsweise in einem Signal (Pfeil 58C) von dem Wiederaufnahmeknopf 22.
Der Speicher 54 kann konkrete, nicht vorübergehende computerlesbare Medien enthalten, etwa einen Festwertspeicher (ROM), einen elektrisch programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), optische und/oder magnetische Medien, einen Flash-Speicher usw. Dieser Speicher ist relativ dauerhaft und er kann folglich verwendet werden, um Werte festzuhalten, die für einen späteren Zugriff durch den Prozessor 52 benötigt werden. Der Speicher 54 kann außerdem ausreichende Mengen eines vorübergehenden Speichers in der Form eines Speichers mit wahlfreiem Zugriff (RAM) oder beliebiger anderer nicht vorübergehender Medien enthalten. Außerdem kann der Speicher 54 jegliche benötigte Positionssteuerungslogik enthalten, etwa eine Proportional-Integral (PI) oder eine Proportional-Integral-Derivativ (PID) Steuerungslogik, einen oder mehrere Hochgeschwindigkeits-Taktgeber, Zeitgeber, Analog/Digital-Schaltungen (A/D-Schaltungen), Digital/Analog-Schaltungen (D/A-Schaltungen), einen digitalen Signalprozessor und die notwendigen Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (I/O-Vorrichtungen) und andere Signalaufbereitungs- und/oder Pufferschaltungen.
Im Betrieb können der Roboter 12, das Greiforgan 14, falls vorhanden, und das ergriffene Teil 16, falls vorhanden, in dem Arbeitsumfeld oder der Umgebung 17 einen nicht erwarteten Kontakt mit dem Objekt 19 erfahren. Der nicht erwartete Kontakt kann durch den Kraftsensor 20 oder durch andere Sensoren detektiert werden, welche Berührungssensoren, Sensoren für maschinelles Sehen, Radarsensoren und Schallmess- bzw. Sonarsensoren umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Der Speicher 54 enthält aufgezeichnete Anweisungen für eine zu ergreifende Maßnahme, wenn der nicht erwartete Kontakt detektiert wird. Der Controller 50 ist programmiert, um die Anweisungen aus dem Speicher 54 mithilfe des Prozessors 42 auszuführen, wenn der nicht erwartete Kontakt detektiert wird, um eine Bewegung des Roboters 12 in die Vorwärtsrichtung FD auf dem programmierten Pfad PP zu stoppen und um in einen Wegschiebemodus einzutreten. In dem Wegschiebemodus kann der Mensch 40 eine Druckkraft (Pfeil PF) mit einer Druckkraftrichtung (Pfeil PF) aufbringen, um dem Roboter 12 zu befehlen, sich in die Druckkraftrichtung (Pfeil PF) zu bewegen. Die Druckkraft (Pfeil PF) kann auf den Roboter 12 und/oder das Greiforgan 14, falls vorhanden, und/oder auf das ergriffene Teil 16, falls vorhanden, aufgebracht werden.
Zum Beispiel kann der programmierte Pfad PP im Betrieb durch einen Punkt A, dann durch einen Punkt B und dann durch einen Punkt C hindurch verlaufen. Bei Punkt C kann ein nicht erwarteter Kontakt detektiert werden. Wenn der nicht erwartete Kontakt detektiert wird, veranlasst der Controller 50 den Roboter 12, eine Bewegung in die Vorwärtsrichtung FD auf dem programmierten Pfad PP bei Punkt C zu stoppen oder bei Punkt C zu pausieren. Dann veranlasst der Controller 50 den Roboter 12, in den Wegschiebemodus einzutreten. Wenn der Mensch 40 die Druckkraft (Pfeil PF) mit der Hand 42 oder mit einem beliebigen anderen Körperteil auf den Roboter 12 und/oder das Greiforgan 14, falls vorhanden, und/oder das ergriffene Teil 16, falls vorhanden, aufbringt, veranlasst der Controller 50 den Roboter 12 zu einer Bewegung in die Druckkraftrichtung (Pfeil PF), bis die Druckkraft (Pfeil PF) aufhört. Dies kann veranlassen, dass sich der Roboter 12 zu einem Punkt D oder zu einem beliebigen anderen Punkt bewegt, wohin der Mensch 40 den Roboter 12 schiebt.
In einer anderen Ausführungsform veranlasst der Controller 50 den Roboter 12 zu einer Bewegung in die Rückwärtsrichtung RD auf den programmierten Pfad PP um eine vorbestimmte Distanz, nachdem die Bewegung des Roboters 12 in die Vorwärtsrichtung FD auf dem programmierten Pfad PP gestoppt wurde und bevor der Wegschiebemodus betreten wird. Beispielsweise kann der programmierte Pfad PP im Betrieb durch den Punkt A, dann durch den Punkt B und dann durch den Punkt C hindurch verlaufen. Bei Punkt C kann ein nicht erwarteter Kontakt detektiert werden. Wenn der nicht erwartete Kontakt detektiert wird, veranlasst der Controller 50 den Roboter 12, die Bewegung in die Vorwärtsrichtung FD auf dem programmierten Pfad PP bei Punkt C zu stoppen oder bei Punkt C zu pausieren. Dann veranlasst der Controller 50 den Roboter 12, sich in der Rückwärtsrichtung RD auf dem programmierten Pfad PP um eine vorbestimmte Distanz zu dem Punkt B oder zu einem beliebigen anderen Punkt in der Rückwärtsrichtung RD auf dem programmierten Pfad PP in Abhängigkeit von der vorbestimmten Distanz zu bewegen. Dann veranlasst der Controller 50 den Roboter 12, in den Wegschiebemodus einzutreten. Wenn der Mensch 40 die Druckkraft (Pfeil PF) mit der Hand 42 oder mit einem beliebigen anderen Körperteil auf den Roboter 12 und/oder das Greiforgan 14, falls vorhanden, und/oder das ergriffene Teil 16, falls vorhanden, aufbringt, veranlasst der Controller 50 den Roboter 12, sich in die Druckkraftrichtung (Pfeil PF) zu bewegen, bis die Druckkraft (Pfeil PF) aufhört. Dies kann bewirken, dass sich der Roboter zu einem Punkt E oder zu einem beliebigen anderen Punkt bewegt, wohin der Mensch 40 den Roboter 12 schiebt.
Der Controller 50 kann programmiert sein, um das Kraftsignal 58B von dem Kraftsensor 20 zu empfangen und um den nicht erwarteten Kontakt zu detektieren, wenn das Kraftsignal 58B eine Kontaktkraft (Pfeil CF) anzeigt. Wenn der Roboter 12 beispielsweise betrieben wird und kein nicht erwarteter Kontakt auftritt, kann der Kraftsensor 20 eine erwartete Kraft detektieren. Die erwartete Kraft kann aufgrund von Massen, Positionen, Bewegungen, erwarteten Kontakten und anderen Faktoren des Roboters 12, des Greiforgans 14, falls vorhanden, und des ergriffenen Teils 16, falls vorhanden, vorliegen. Wenn ein nicht erwarteter Kontakt auftritt, kann die Kontaktkraft (Pfeil CF) zu der erwarteten Kraft addiert werden, die von dem Kraftsensor 20 detektiert wird. Der Controller 50 kann programmiert sein, um den nicht erwarteten Kontakt zu detektieren, wenn das Kraftsignal (Pfeil 58B) eine Kraft anzeigt, die sich aufgrund der addierten Kontaktkraft (Pfeil CF) von der erwarteten Kraft unterscheidet. Der nicht erwartete Kontakt kann detektiert werden, wenn die Kontaktkraft (Pfeil CF) größer als eine vorbestimmte Kontaktkraft ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die vorbestimmte Kontaktkraft kleiner als 89 Newton (20 Pfund) sein. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die vorbestimmte Kontaktkraft zwischen 22 Newton (5 Pfund) und 89 Newton (20 Pfund) liegen. Andere vorbestimmte Kontaktkräfte können je nach Eignung verwendet werden.
Der Controller 50 kann programmiert sein, um das Kraftsignal (Pfeil 58B) von dem Kraftsensor 20 zu empfangen, um die Druckkraft (Pfeil PF) zu detektieren. Wenn der Roboter 12 beispielsweise gestoppt wird, kann der Kraftsensor 20 eine erwartete Kraft detektieren. Die erwartete Kraft kann aufgrund von Massen, Positionen und anderen Faktoren des Roboters 12, des Greiforgans 14, falls vorhanden und des ergriffenen Teils 16, falls vorhanden, vorliegen. Der Controller 50 kann programmiert sein, um die Druckkraft (Pfeil PF) zu detektieren, wenn das Kraftsignal (Pfeil 58B) eine Kraft anzeigt, die sich von der erwarteten Kraft unterscheidet, wenn der Roboter 12 gestoppt ist oder pausiert. Die Druckkraft (Pfeil PF) zum Bewegen des Roboters 12 kann größer als eine vorbestimmte Druckkraft sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die vorbestimmte Druckkraft kleiner als 45 Newton (10 Pfund) sein. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die vorbestimmte Druckkraft 34 Newton (8 Pfund) betragen. Andere vorbestimmte Druckkräfte können entsprechend verwendet werden. Die vorbestimmte Druckkraft kann gleich der vorbestimmten Kontaktkraft sein oder sie kann sich je nach Eignung von der vorbestimmten Kontaktkraft unterscheiden.
Mit Bezug nun auf 2 beginnt ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben des zusammenarbeitenden Roboters 12, der vorstehend beschrieben ist, mit Schritt 102. Vor Schritt 102 bewegt sich der Roboter 12 in die normale oder die Vorwärtsrichtung FD auf dem programmierten Pfad PP wie vorstehend beschrieben ist. Bei Schritt 102 wird ein nicht erwarteter Kontakt zwischen dem Roboter 12 und einem Objekt 19 in dem Arbeitsumfeld oder der Umgebung 17 detektiert, während er sich gerade in die Vorwärtsrichtung FD auf dem programmierten Pfad PP voran bewegt. Der nicht erwartete Kontakt kann von dem Kraftsensor 20, der vorstehend beschrieben ist, oder von anderen Sensoren detektiert werden, welche Berührungssensoren, Sensoren zum maschinellen Sehen, Radarsensoren und Sonarsensoren umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind.
Bei Schritt 104 wird eine Bewegung des Roboters 12 in die Vorwärtsrichtung FD auf dem programmierten Pfad PP mithilfe des vorstehend beschriebenen Controllers 50 gestoppt oder sie pausiert. Die Bewegung des Roboters 12 in die Vorwärtsrichtung FD auf dem programmierten Pfad PP kann unmittelbar gestoppt werden, nachdem der nicht erwartete Kontakt detektiert wurde. Bei Schritt 106 kann der Controller 50 dem Roboter 12 befehlen, sich auf dem programmierten Pfad PP in die Rückwärtsrichtung RD um eine vorbestimmte Distanz zu bewegen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann Schritt 106 in dem Verfahren 100 enthalten sein, wenn die Kontaktkraft (Pfeil CF) um mindestens eine erste vorbestimmte Schwellenwertkraft größer als die vorbestimmte Kontaktkraft ist.
Bei Schritt 108 wird mithilfe des Controllers 50 ein Wegschiebemodus betreten. In dem Wegschiebemodus kann der Mensch 40 eine Druckkraft (Pfeil PF) mit einer Druckkraftrichtung (Pfeil PF) auf den Roboter 12, das Greiforgan 14, falls vorhanden, und/oder das ergriffene Teil 16, falls vorhanden, aufbringen, um dem Roboter 12 zu befehlen, sich in die Druckkraftrichtung (Pfeil PF) zu bewegen. Bei Schritt 110 wird die Druckkraft (Pfeil PF) von dem Kraftsensor 20 oder von anderen Sensoren detektiert, welche Berührungssensoren, Sensoren für maschinelles Sehen, Radarsensoren und Sonarsensoren umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Bei Schritt 112 bewegt ein oder bewegen mehrere Servomotoren 18 in dem Roboter 12 den Roboter 12 in die Druckkraftrichtung (Pfeil PF) bis die Druckkraft (Pfeil PF) aufhört.
Bei Schritt 114 kann der Controller 50 ein Drücken des Wiederaufnahmekopfs 22, der vorstehend beschrieben ist, detektieren. Der Wiederaufnahmeknopf 22 kann von dem Menschen 40 gedrückt werden, wenn der Mensch 40 dafür bereit ist, dass der Roboter 12 eine Bewegung in die Vorwärtsrichtung FD auf dem programmierten Pfad PP wieder aufnimmt. In bestimmten Fällen kann der Controller 50 dem Roboter 12 befehlen, eine Bewegung in die Vorwärtsrichtung FD auf dem programmierten Pfad PP wiederaufzunehmen, ohne dass der Mensch 40 den Wiederaufnahmeknopf 22 drückt. Wenn beispielsweise die Kontaktkraft (Pfeil CF) um nicht mehr als eine zweite vorbestimmte Schwellenwertkraft größer als die vorbestimmte Kontaktkraft ist, kann der Controller 50 dem Roboter 12 befehlen, eine Bewegung in die Vorwärtsrichtung FD auf den programmierten Pfad PP wiederaufzunehmen, wenn die Kontaktkraft (Pfeil CF) bei einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem nicht erwarteten Kontakt nicht mehr detektiert wird. Bei Schritt 116 nimmt der Roboter 12 die Bewegung in die Vorwärtsrichtung FD auf dem programmierten Pfad PP wieder auf.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen der vielen Aspekte der vorliegenden Lehren im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Lehren gehören, verschiedene alternative Aspekte zum Umsetzen der vorliegenden Lehren in die Praxis erkennen, die innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims

System zur Zusammenarbeit von Robotern und Menschen, umfassend: einen Roboter, der einen programmierten Pfad für eine Bewegung des Roboters aufweist; und einen Controller, der mit dem Roboter in Verbindung steht und einen Prozessor und einen konkreten, nicht vorübergehenden Speicher enthält, in dem Anweisungen für eine zu ergreifende Maßnahme aufgezeichnet sind, wenn zwischen dem Roboter und einem Objekt ein nicht erwarteter Kontakt detektiert wird; wobei der Controller programmiert ist, um die Anweisungen aus dem Speicher mithilfe des Prozessors auszuführen, wenn der nicht erwartete Kontakt detektiert wird, um: eine Bewegung des Roboters auf dem programmierten Pfad zu stoppen; und in einen Wegschiebemodus einzutreten, bei dem der Mensch eine Druckkraft mit einer Druckkraftrichtung aufbringt, um dem Roboter zu befehlen, sich in die Druckkraftrichtung zu bewegen.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Kraftsensor umfasst; wobei der Controller ferner programmiert ist, um ein Kraftsignal von dem Kraftsensor zu empfangen und um den nicht erwarteten Kontakt zu detektieren, wenn das Kraftsignal eine Kontaktkraft anzeigt.
System nach Anspruch 2, wobei der nicht erwartete Kontakt detektiert wird, wenn die Kontaktkraft größer als eine vorbestimmte Kontaktkraft ist.
System nach Anspruch 3, wobei die vorbestimmte Kontaktkraft zwischen 22 Newton und 89 Newton liegt.
System nach Anspruch 2, wobei der Controller ferner programmiert ist, um das Kraftsignal von dem Kraftsensor zum Detektieren der Druckkraft zu empfangen.
System nach Anspruch 5, wobei die Druckkraft zum Bewegen des Roboters größer als eine vorbestimmte Druckkraft ist.
System nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmte Druckkraft kleiner als 45 Newton ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Controller ferner programmiert ist, um den Roboter auf dem programmierten Pfad um eine vorbestimmte Distanz in eine Rückwärtsrichtung zu bewegen, nachdem eine Bewegung des Roboters auf dem programmierten Pfad gestoppt wurde und bevor in den Wegschiebemodus eingetreten wird.
Verfahren zum Betreiben eines Roboters in einer Umgebung, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein nicht erwarteter Kontakt zwischen dem Roboter und einem Objekt in der Umgebung detektiert wird; mithilfe eines Controllers eine Bewegung des Roboters in eine Vorwärtsrichtung auf einem programmierten Pfad gestoppt wird; und mithilfe des Controllers in einen Wegschiebemodus eingetreten wird, bei dem ein Mensch eine Druckkraft mit einer Druckkraftrichtung aufbringt, um dem Roboter zu befehlen, sich in die Druckkraftrichtung zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst, das mithilfe des Controllers dem Roboter befohlen wird, sich auf dem programmierten Pfad um eine vorbestimmte Distanz in eine Rückwärtsrichtung zu bewegen, nachdem eine Bewegung in die Vorwärtsrichtung auf dem programmierten Pfad gestoppt wurde und bevor der Wegschiebemodus betreten wird.