DE102016206480B4

DE102016206480B4 - Checking a security property of a manipulator

Info

Publication number: DE102016206480B4
Application number: DE102016206480.0A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Kailing
Original assignee: KUKA Systems GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 2016-04-18
Filing date: 2016-04-18
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2036-04-19
Also published as: DE102016206480A1

Abstract

Verfahren zum Prüfen der Sicherheitseigenschaften eines Manipulators, insbesondere für den MRK-Betrieb, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
a) Bereitstellen eines vordefinierten Druck-Schwellenwertes für eine vordefinierte Referenzflächengröße,
b) Betreiben eines zu prüfenden Manipulators zum Drücken eines Teils des Manipulators gegen eine Druckmessfläche, um Druckmessdaten einer zweidimensionalen Druckverteilung zu erfassen;
c) Erfassen von Druckmessdaten der zweidimensionalen Druckverteilung die über dem Druck-Schwellenwert liegen;
d) Bestimmen von Flächen, in denen die in Schritt c) erfassten Druckmessdaten über einer vordefinierten Referenz-Dichte sind;
e) Feststellen, ob die in Schritt d) bestimmten Flächen die Referenzflächengröße überschreiten;
f) falls in Schritt e) festgestellt wurde, dass keine Fläche die Referenzflächengröße überschreitet:
Verringern des Druck-Schwellenwertes, und
Wiederholen der Schritte c) bis f).

Method for testing the safety properties of a manipulator, in particular for MRK operation, the method comprising the following steps:
a) providing a predefined pressure threshold for a predefined reference surface size,
b) operating a manipulator to be tested for pressing a part of the manipulator against a pressure measuring surface to detect pressure measurement data of a two-dimensional pressure distribution;
c) acquiring pressure measurement data of the two-dimensional pressure distribution that are above the pressure threshold;
d) determining areas in which the pressure measurement data acquired in step c) is above a predefined reference density;
e) determining whether the areas determined in step d) exceed the reference area size;
(f) if it has been established in step (e) that no area exceeds the reference area size:
Reducing the pressure threshold, and
Repeat steps c) to f).

Description

Technischer BereichTechnical part

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Prüfen der Sicherheitseigenschaften eines Manipulators, insbesondere für den MRK-Betrieb.The present invention relates to a method and a system for testing the safety properties of a manipulator, in particular for MRK operation.

Technischer HintergrundTechnical background

Roboter, und insbesondere Industrieroboter, sind frei-programmierbare und programmgesteuerte Handhabungsvorrichtungen. Sie können für verschiedene Prozesse in der Montage oder Fertigung eingesetzt werden. Die eigentliche Mechanik eines Roboters kann als Manipulator bezeichnet werden, welche in der Regel aus einer Vielzahl an beweglichen, hintereinander angeordneten Gliedern oder Achsen besteht. An einem Flansch des Manipulators kann ein Werkzeug gekoppelt werden, welches von dem Manipulator geführt wird, um beispielsweise ein Werkstück bzw. Bauteil zu bearbeiten.Robots, and in particular industrial robots, are freely programmable and programmable handling devices. They can be used for various processes in assembly or production. The actual mechanics of a robot can be referred to as a manipulator, which usually consists of a plurality of movable, successively arranged members or axes. On a flange of the manipulator, a tool can be coupled, which is guided by the manipulator, for example, to edit a workpiece or component.

Neben rein roboterbasierten Systemen werden für verschiedene Arbeitsprozesse Manipulatoren verwendet, die eine sogenannte Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) ermöglichen. In MRK-Systemen können sich Menschen und Roboter einen Arbeitsplatz teilen, Menschen also mit den Robotern direkt zusammenarbeiten. Hierbei können die Vorteile des Roboters in der schnellen und präzisen Ausführung von einfachen Tätigkeiten mit der flexiblen und intuitiven Arbeitsweise eines Menschen kombiniert werden. Manuell geführte Manipulatoren und Assistenzroboter, welche beispielsweise in der Medizin eingesetzt werden, sind Beispiele für solche MRK-Systeme. Ein manuell geführter Manipulator kann ein Manipulator sein, der einen handgesteuerten Manipulatorarm aufweist, mit welchem Lasten versetzt werden können. Die Handsteuerung kann dabei beispielsweise direkt oder mittels Telemanipulation erfolgen. Ein Assistenzroboter ist ein Manipulator, mit welchem ein Bediener ohne trennende Schutzeinrichtung zusammenarbeiten kann.In addition to purely robot-based systems, manipulators are used for various work processes, enabling a so-called human-robot collaboration (MRK). In MRC systems, people and robots can share a workplace, so people work directly with the robots. Here, the advantages of the robot in the quick and precise execution of simple tasks can be combined with the flexible and intuitive way of working of a human being. Manually guided manipulators and assistant robots, which are used for example in medicine, are examples of such MRK systems. A manually operated manipulator may be a manipulator having a hand-operated manipulator arm with which loads can be displaced. The manual control can be done, for example, directly or by telemanipulation. An assistant robot is a manipulator with which an operator can work together without a guards.

Bei der MRK spielt häufig die Interaktion zwischen Menschen und Roboter eine wesentliche Rolle, so dass besondere Sicherheitsaspekte berücksichtigt werden müssen und spezielle Sicherungseinrichtungen vorgesehen werden müssen, um insbesondere Kollisionen zu vermeiden. Diese denen allerdings nicht vollständig ausgeschlossen werden. Bei MRK-Systemen, bei welchem Roboter nicht durch spezielle Zellen mit Schutzeinrichtungen, wie etwa Schutzzäunen, von Menschen getrennt arbeiten, können mit einem gewissen Restrisiko Kollisionen zwischen Menschen und Roboter stattfinden. In den BG/BGIA-Empfehlungen für die Gefährdungsbeurteilung nach Maschinenrichtlinie, Gestaltung von Arbeitsplätzen mit kollaborierenden Robotern (U 001/2009 Oktober 2009; Fassung Februar 2011) werden Beurteilungen bezüglich Kollisionsrisiken zwischen Mensch und Roboter vorgegeben, damit Verletzungsrisiken innerhalb tolerierbarer Grenzen bleiben. Dabei werden insbesondere Angaben hinsichtlich maximaler Klemm-, Quetsch-, Stoßkräfte, Druck- und Flächenpressung für medizinisch-biomechanische Anforderungen gegeben. Diese Grenzwerte geben dabei die maximal zulässige äußere einwirkende Gesamtkraft in der Kollisionsfläche an. Die Einhaltung dieser Grenzwerte stellt sicher, dass die Schwere einer möglichen Verletzung im tolerierbaren Bereich bleibt.In the MRK the interaction between humans and robots often plays an important role, so that special safety aspects must be considered and special safety devices must be provided in order to avoid collisions in particular. These, however, are not completely excluded. In MRC systems, where robots are not separated from humans by special cells with protective devices, such as protective fences, human-robot collisions can take place with some residual risk. The BG / BGIA recommendations for the risk assessment in accordance with the Machinery Directive, Design of workplaces with collaborating robots (U 001/2009 October 2009, version February 2011) provide assessments of collision risks between humans and robots so that injury risks remain within tolerable limits. In particular, information is given with regard to maximum clamping, crushing, impact forces, pressure and surface pressure for medical-biomechanical requirements. These limit values indicate the maximum permissible external acting total force in the collision surface. Compliance with these limits ensures that the severity of a potential injury remains within the tolerable range.

Um einen sicheren Einsatz in einer MRK-Umgebung zu garantieren, kann ein Roboter bzw. Manipulator beispielsweise externe Kräfte erkennen, die aus einer Kollision resultieren können. Hierzu können beispielsweise an einem Gelenkarmroboter Drehmomentsensoren bereitgestellt sein, welche den Achsen bzw. Gelenken des Gelenkarmroboters zugeordnet sind, und die auf den Manipulator wirkenden Kräfte bzw. Drehmomente erfassen können. Wenn der Gelenkarmroboter mit der Umgebung oder sogar einem Menschen kollidiert, werden die hierdurch auftretenden Kräfte mittels dieser Sensoren erfasst und beispielsweise ein Notstoppsignal an die Steuerung des Gelenkarmroboters ausgegeben. Es ist dabei kritisch, dass der Manipulator die Kollision rechtzeitig und zuverlässig erkennt, sodass vorgegebene Grenzwerte, beispielsweise entsprechend der BG/BGIA-Empfehlung, eingehalten werden.For example, to guarantee safe use in an MRK environment, a robot or manipulator may detect external forces that may result from a collision. For this purpose, for example, be provided on an articulated arm robot torque sensors which are associated with the axes or joints of the articulated arm robot, and can detect the force acting on the manipulator forces or torques. When the articulated-arm robot collides with the environment or even a human being, the forces occurring thereby are detected by means of these sensors and, for example, an emergency stop signal is output to the control of the articulated-arm robot. It is critical that the manipulator detects the collision in a timely and reliable manner, so that predetermined limit values, for example in accordance with the BG / BGIA recommendation, are adhered to.

Im Rahmen der erforderlichen Risikobeurteilung bzw. Risikobewertung für den MRK-Einsatz müssen die auftretenden Belastungen für kritische Kollisionsvorgänge gemessen werden. Hierzu können Kraftmessgeräte, biofidele Prüfkörper sowie Druckmessgeräte eingesetzt werden. Dabei werden die auftretenden Belastungen für kritische Kollisionsvorgänge der kollaborierenden Tätigkeiten gemessen und mit den zulässigen Grenzwerten bzw. Normen überprüft. Beispielsweise kann die Flächenpressung mittels einer Druckmessfolie ermittelt werden. Diese Folie kann sich bei Belastung verfärben, wobei die Intensität der Verfärbung kraftabhängig ist. Zur Ermittlung der Normenkonformität anhand solcher Druckmessfolien ist es insbesondere notwendig zu überprüfen, ob innerhalb einer Fläche von beispielsweise 3 mm² eine im Mittel zu große Kraft auftritt. Um dies zu Ermitteln wird üblicherweise durch einen Bediener an einem Computer händisch festgelegt, welcher Bereich des Bildes für diese Mittelwertbildung berücksichtigt wird. Je nach Größe bzw. Form des festgelegten Bereichs schwankt der ermittelte Mittelwert jedoch stark. Somit kann abhängig von der Genauigkeit, mit der der Bediener den entsprechenden Bereich auswählt, die Normkonformität erfüllt oder auch verletzt werden. Dabei sind Grenzwerte der Norm beispielsweise dann nicht eingehalten, wenn ein Bereich von mindestens der Ausdehnung der minimal zu berücksichtigenden Fläche identifiziert werden kann, in dem der Mittelwert der Flächenpressung die zulässige Flächenpressung laut Norm übersteigt.As part of the required risk assessment or risk assessment for MRC deployment, the loads occurring for critical collision processes must be measured. For this purpose, force gauges, biofilm test specimens and pressure gauges can be used. The occurring loads for critical collision processes of the collaborating activities are measured and checked with the permissible limits or norms. For example, the surface pressure can be determined by means of a pressure measuring film. This film can discolor under load, the intensity of the discoloration is force-dependent. In order to determine the conformity of the standard on the basis of such pressure measuring films, it is necessary, in particular, to check whether an average force that is too great occurs within an area of, for example, 3 mm ² . To determine this, it is usually manually determined by an operator on a computer which area of the image is taken into account for this averaging. However, depending on the size or shape of the defined area, the average determined varies greatly. Thus, depending on the accuracy with which the operator selects the appropriate range, the standard conformity can be met or even violated. There are For example, limit values of the standard are not met if a range of at least the extent of the minimum area to be considered can be identified, in which the mean value of the surface pressure exceeds the permissible surface pressure according to the standard.

Es ist ferner bekannt, das aus der Flächenpressung resultierende digitale Bild mittels eines Bildfilters zu filtern, um die auswahlbedingten Schwankungen zu reduzieren. Beispielsweise kann ein Gaußfilter angewendet werden, um das Bild zu glätten. Jedoch ist auch bei diesem Verfahren das Ergebnis von der Form der betroffenen Fläche abhängig. Eine beispielsweise quadratische Fläche bleibt auch nach Glättung erhalten, während eine länglich ausgeprägte Fläche untergehen kann.It is also known to filter the surface pressure resulting digital image by means of an image filter in order to reduce the selection-related fluctuations. For example, a Gaussian filter can be applied to smooth the image. However, even in this method, the result depends on the shape of the affected area. For example, a square area remains even after smoothing, while an elongated area can sink.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Prüfen der Sicherheitseigenschaften und insbesondere MRK-Fähigkeiten eines Manipulators bereitzustellen, bei welchem der Einfluss des Bedieners auf das Messresultat verringert und vorzugsweise minimiert wird. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren bereitzustellen, welches auch mit einer hohen Wiederholgenauigkeit eindeutige Messergebnisse liefert.It is therefore an object of the present invention to provide a method for testing the safety properties and in particular MRK capabilities of a manipulator, in which the influence of the operator on the measurement result is reduced and preferably minimized. In particular, it is the object of the invention to provide such a method which delivers clear measurement results even with a high degree of repeatability.

Diese und weitere Aufgaben, die aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden, werden durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein System gemäß Anspruch 11 gelöst.These and other objects, which will become apparent from the following description, are achieved by a method according to claim 1 and a system according to claim 11.

Inhalt der ErfindungContent of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Sicherheitseigenschaften eines Manipulators. Als solche Sicherheitseigenschaften kann beispielsweise die Normenkonformität der Flächenpressung überprüft werden. Insbesondere können Sicherheitseigenschaften für den MRK-Betrieb geprüft werden. Beispielsweise kann hierbei überprüft werden, ob der Manipulator den BG/BGIA-Empfehlungen entspricht, bei Kollisionen somit bestimmte Grenzwerte nicht überschritten werden. Der Manipulator kann dabei beliebig ausgestaltet sein, und beispielsweise ein Gelenkarmroboter oder auch ein mobiler Roboter sein.The present invention relates to a method for testing the safety properties of a manipulator. As such security properties, for example, the conformity of the surface pressure can be checked. In particular, security properties can be tested for MRK operation. For example, it can be checked here whether the manipulator complies with the BG / BGIA recommendations, so that certain limits are not exceeded in the event of collisions. The manipulator can be designed as desired, and be, for example, a Gelenkarmroboter or a mobile robot.

Das Verfahren umfasst dabei einen Schritt a) mit einem Bereitstellen eines vordefinierten Druck-Schwellenwertes für eine vordefinierte Referenzflächengröße. Diese beiden Werte können beispielsweise manuell durch einen Bediener eingegeben werden. Der Druck-Schwellenwert kann dabei ein erster oder initialer Wert sein, und beispielsweise 1000 N/m² betragen, und im Laufe des Verfahrens iterativ verringert werden. Die Referenzflächengröße kann einem Normenkriterium entsprechen, und beispielsweise 1-4 mm² betragen, bevorzugt 2-3 mm² und besonders bevorzugt 3 mm².The method comprises a step a) with provision of a predefined pressure threshold value for a predefined reference surface size. For example, these two values may be entered manually by an operator. The pressure threshold value may be a first or initial value, for example 1,000 N / m ² , and iteratively reduced during the course of the method. The reference surface size may correspond to a standard criterion, and for example be 1-4 mm ² , preferably 2-3 mm ² and more preferably 3 mm ² .

Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt b) mit einem Betreiben eines zu prüfenden Manipulators zum Drücken eines Teils des Manipulators gegen eine Druckmessfläche, um Druckmessdaten einer zweidimensionalen Druckverteilung zu erfassen. Der Schritt b) kann auch vor dem Schritt a) durchgeführt werden. Beispielsweise kann hier eine Flächenpressung durchgeführt werden. Dabei kann insbesondere ein Flansch oder Werkzeug bzw. Endeffektor des Manipulators im Zuge einer Flächenpressung zur Überprüfung der Sicherheitseigenschaft des Manipulators gegen die Druckmessfläche gedrückt werden. Somit kann unter einem Teil des Manipulators auch jedes an den Manipulator zusätzlich angeschlossene oder angeordnete Element, Werkzeug, usw. verstanden werden. Mittels der Druckmessfläche werden anschließend Druckmessdaten erhalten, welche eine zweidimensionale Druckverteilung beschreiben, welche aus der Flächenpressung bzw. aus dem Drücken resultieren. Dieser Schritt kann dabei in einer Prüf- oder Messstelle durchgeführt werden. Die erhaltenen Druckmessdaten können insbesondere für die folgenden Schritte als digitale Daten und beispielsweise an eine entsprechende Auswertestation bereitgestellt werden. Die Druckmessdaten können beispielsweise ein digitales Bild sein, welches beispielsweise 100×100 Pixel umfasst, wobei jedem Pixel ein entsprechender Druckmesswert zugeordnet ist. Diese können somit einzelne Druckmessdatenpunkte beschreiben.The method further comprises a step b) of operating a manipulator to be tested for pressing a part of the manipulator against a pressure measurement surface to acquire pressure measurement data of a two-dimensional pressure distribution. Step b) can also be carried out before step a). For example, a surface pressure can be carried out here. In particular, a flange or tool or end effector of the manipulator can be pressed in the course of a surface pressure for checking the safety property of the manipulator against the pressure measuring surface. Thus, under a part of the manipulator, any element, tool, etc. additionally connected or arranged to the manipulator can be understood. By means of the pressure measuring surface pressure measurement data are then obtained, which describe a two-dimensional pressure distribution, resulting from the surface pressure or from the pressures. This step can be carried out in a test or measuring point. The obtained pressure measurement data can be provided in particular for the following steps as digital data and, for example, to a corresponding evaluation station. The pressure measurement data may, for example, be a digital image which comprises, for example, 100 × 100 pixels, wherein each pixel is assigned a corresponding pressure measurement value. These can thus describe individual pressure measurement data points.

Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt c) mit einem Erfassen von Druckmessdaten der zweidimensionalen Druckverteilung, die über dem Druck-Schwellenwert liegen. Es werden somit jene Druckmessdaten erkannt bzw. markiert, welche einen Wert aufweisen, welcher über dem momentanen Druck-Schwellenwert liegt. Beispielsweise können jene Punkte oder Pixel erfasst werden bzw. markiert werden, deren Druckmessdaten einen Wert von über 10 N aufweisen. Der Fachmann versteht hierbei, dass insbesondere die Pixelgröße berücksichtigt werden kann, um die einzelnen Druckmessdaten hinsichtlich des Druck-Schwellenwertes flächengetreu zu überprüfen.The method further comprises a step c) of acquiring pressure measurement data of the two-dimensional pressure distribution that are above the pressure threshold. Thus, those pressure measurement data are recognized or marked, which have a value which is above the current pressure threshold. For example, those points or pixels whose pressure measurement data has a value of more than 10 N can be detected or marked. In this case, the person skilled in the art understands that, in particular, the pixel size can be taken into account in order to verify the individual pressure measurement data with respect to the pressure threshold.

Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt d) mit einem Bestimmen von Flächen, in denen die zuvor in Schritt c) erfassten Druckmessdaten über einer vordefinierten Referenz-Dichte sind. Es können somit Flächen bestimmt werden, in welchen eine Häufung von Druckmessdaten mit jeweils einem Wert beispielsweise über 10 N vorliegen. Wenn die Referenz-Dichte auf 100% gesetzt ist, umfasst jede solche Fläche somit nur Druckmessdaten der zweidimensionalen Druckverteilung, die dicht benachbart sind. Dies trifft insbesondere zu wenn die Daten in Pixelform vorliegen. Die resultierende Fläche muss nicht rechteckig sein, sondern kann der Kontur der entsprechenden Druckmessdatenpunkte folgen. Bei einem Dichtewert von 80% muss die Fläche nicht zusammenhängend aus den erfassten Druckmessdaten mit Werten z.B. über 10 N gebildet sein, sondern kann 20% andere Druckmessdaten (mit Werten von z.B. unter 10 N) umfassen. Somit kann die Genauigkeit präzise vorgegeben werden, und insbesondere Fehler die aus dem technischen Aufbau der Druckmessfläche resultieren (z.B. tote Pixel), berücksichtig werden.The method further comprises a step d) of determining areas in which the pressure measurement data previously acquired in step c) are above a predefined reference density. It can thus be determined areas in which an accumulation of pressure measurement data, each with a value, for example, about 10 N are present. Thus, when the reference density is set at 100%, each such area includes only two-dimensional pressure distribution pressure measurement data that is closely adjacent. This is especially true when the data is in Pixel form exist. The resulting surface need not be rectangular, but can follow the contour of the corresponding pressure measurement data points. At a density value of 80%, the area must not be contiguous from the acquired pressure measurement data with values above 10 N, for example, but may comprise 20% other pressure measurement data (with values below 10 N, for example). Thus, the accuracy can be specified precisely, and in particular errors resulting from the technical structure of the pressure measuring surface (eg dead pixels) are taken into account.

Das Verfahren umfasst weiterhin einen Schritt e) mit einem Feststellen, ob die zuvor in Schritt d) bestimmten Flächen die Referenzflächengröße überschreiten. Es kann beispielsweise überprüft werden, ob eine der Flächen größer als 1-4 mm², bevorzugt größer als 2-3 mm² oder besonders bevorzugt größer als 3 mm² ist. Dieses Normkriterium bzw. diese Referenzflächengröße ist abhängig von einem Körperteil (beispielsweise abhängig von einer Dämpfungswirkung der Haut), für welches die Risikobewertung/-beurteilung durchgeführt werden soll. Somit muss der feste Zahlenwert der Referenzflächengröße unabhängig vom Messverfahren entschieden und angepasst werden. Der Fachmann versteht, dass die Referenzflächengröße als absolute Größe angegeben werden kann, und die in Schritt d) bestimmte Fläche (umfassend z.B. 45 Pixel) für diesen Vergleich ggf. skaliert werden muss. Wird die Referenzflächengröße überschritten, kann das Verfahren gegebenenfalls abgebrochen werden und/oder eine entsprechende negative Prüfmeldung generiert werden. Ein Benutzer kann in diesen Fällen individuell entscheiden (indem er z.B. die beanstandete Fläche manuell von der Prüfung ausnimmt), ob das Überschreiten der Referenzflächengröße tatsächlich zu einem Ausschluss des geprüften Manipulators führt, oder ob das Verfahren gegebenenfalls fortgesetzt wird, indem der Druck-Schwellenwert verringert wird und die Verfahrensschritte c) bis f) widerholt werden.The method further comprises a step e) of determining whether the areas previously determined in step d) exceed the reference area size. It can be checked, for example, whether one of the surfaces is greater than 1-4 mm ² , preferably greater than 2-3 mm ² or more preferably greater than 3 mm ² . This standard criterion or reference surface size depends on a body part (for example, depending on a damping effect of the skin) for which the risk assessment / assessment is to be carried out. Thus, the fixed numerical value of the reference surface size must be decided and adapted independently of the measuring method. The person skilled in the art understands that the reference surface size can be given as an absolute value, and the area determined in step d) (comprising, for example, 45 pixels) must, if appropriate, be scaled for this comparison. If the reference surface size is exceeded, the process can be terminated if necessary and / or a corresponding negative test message can be generated. In these cases, a user may decide individually (eg by manually exempting the offending area from the test), whether exceeding the reference surface size will actually result in exclusion of the tested manipulator, or if appropriate, continuing the procedure by decreasing the pressure threshold and the method steps c) to f) are repeated.

Das Verfahren umfasst ferner, wenn in Schritt e) festgestellt wurde, dass keine Fläche die Referenzflächengröße überschreitet (wenn z.B. zwar einzelne Druckwerte über dem Schwellenwert liegen, diese jedoch nicht gehäuft auftreten), einen Schritt f) mit einem Verringern des Druck-Schwellenwertes. Anschließend werden zumindest die Schritte c) bis e), also zumindest die Schritte des Erfassens, Bestimmens und Feststellens erneut durchgeführt, wobei der verringerte Druck-Schwellenwert verwendet wird. Vorzugsweise wird auch der Schritt f) erneut durchgeführt, bis die Iteration abgebrochen wird oder endet. Der Druck-Schwellenwert wird somit iterativ verringert, und die zweidimensionale Druckverteilung iterativ mit sich verringerndem Druck-Schwellenwert überprüft.The method further includes, if it is determined in step e) that no area exceeds the reference area size (for example, if individual pressures are above the threshold, but they are not heaped), then step f) decreases the pressure threshold. Subsequently, at least the steps c) to e), that is, at least the steps of detecting, determining and determining are carried out again using the reduced pressure threshold value. Preferably, step f) is also carried out again until the iteration is terminated or ends. The pressure threshold is thus iteratively reduced and the two-dimensional pressure distribution checked iteratively with decreasing pressure threshold.

Es ist somit möglich, zum Beispiel elektronisch präzise jene Flächen einer zweidimensionalen Druckverteilung zu bestimmen, in welchen eine bestimmte Anzahl zu hoher Druckmessdaten vorliegen. Ein manuelles Auswählen von zu überprüfenden Flächen durch den Bediener ist nicht mehr notwendig. Somit ist das Verfahren unabhängig vom Bedienpersonal und weist eine hohe Wiederholgenauigkeit auf. Die Analyse der betroffenen Fläche ist dabei unabhängig von der jeweiligen Form der Fläche.It is thus possible, for example, to determine electronically precisely those areas of a two-dimensional pressure distribution in which there are a certain number of high pressure measurement data. Manual selection of areas to be checked by the operator is no longer necessary. Thus, the process is independent of the operator and has a high repeatability. The analysis of the affected area is independent of the respective shape of the area.

Vorzugsweise wird in Schritt a) ferner ein vordefinierter Flächendruck-Grenzwert bereitgestellt. Das Verfahren weist dann ferner vorzugsweise zwischen den Schritten e) und f) den Schritt e1) auf, mit einem Feststellen, falls in Schritt e) festgestellt wurde, dass zumindest eine in Schritt d) bestimmte Fläche die Referenzflächengröße überschreitet, ob ein Mittelwert der Druckmessdaten der Fläche größer als der Flächendruck-Grenzwert ist. Der Flächendruck-Grenzwert kann entsprechend der anzuwendenden Norm vorgegeben werden, und kann beispielsweise 192 N/cm² betragen. Durch Analyse des Mittelwertes der Druckmessdaten in der jeweiligen Fläche kann präzise untersucht werden, ob diese Kollisionsfläche sicherheitsgefährdend ist. Bei iterativ sinkendem Druck-Schwellenwert erlaubt die Betrachtung des Mittelwertes, dass zur Überprüfung der markierten bzw. bestimmten Flächen weiterhin ein sinnvolles Maß verwendet wird. Falls hier festgestellt wird, dass der Mittelwert nicht über dem Flächendruck-Grenzwert liegt wird das Verfahren iterativ fortgeführt indem der Druck-Schwellenwert verringert wird und die Schritte c) bis f) wiederholt werden.Preferably, a predefined surface pressure limit is also provided in step a). The method then preferably further comprises the step e1) between the steps e) and f), with a determination, if it was determined in step e), that at least one area determined in step d) exceeds the reference surface size, if an average of the pressure measurement data the area is greater than the surface pressure limit. The surface pressure limit may be set according to the applicable standard, and may be, for example, 192 N / cm ² . By analyzing the mean value of the pressure measurement data in the respective area, it is possible to precisely investigate whether this collision surface is hazardous to safety. If the pressure threshold decreases iteratively, the consideration of the mean value allows a meaningful measure to be used for checking the marked or determined areas. If it is determined here that the mean value is not above the surface pressure limit, the process is iteratively continued by reducing the pressure threshold and repeating steps c) to f).

Vorzugsweise weist das Verfahren ferner zwischen den Schritten e) und f) und insbesondere vorzugsweise zwischen den Schritten e1) und f) einen Schritt e2) auf, mit einem Ausgeben einer negativen Prüfmeldung, falls in Schritt e) festgestellt wurde, dass zumindest eine in Schritt d) bestimmte Fläche die Referenzflächengröße überschreitet. Beispielsweise kann das Ausmaß bzw. die Größe der Fläche, der jeweilige Druck-Schwellenwert oder weitere Information betreffend diese Fläche einem Benutzer signalisiert und/oder abgespeichert werden, so dass sie in einer entsprechenden Dokumentation hinterlegt werden können und für die Sicherheitsspezifikation des Manipulators dokumentiert sind. Vorzugsweise kann das iterative Verfahren hierdurch beendet oder unterbrochen werden, da vorliegend die gewünschte Norm bzw. Sicherheitseigenschaft des Manipulators nicht erfüllt ist. Insbesondere erfolgt vorzugsweise das Ausgeben der Prüfmeldung dann, wenn auch in Schritt e1) festgestellt wurde, dass der Mittelwert der Datenpunkte der Fläche größer als der Flächendruck-Grenzwert ist.Preferably, the method further comprises between steps e) and f) and in particular preferably between steps e1) and f) a step e2), with outputting a negative test message, if it was determined in step e) that at least one of in step d) certain area exceeds the reference area size. For example, the extent or the size of the area, the respective pressure threshold value or further information relating to this area can be signaled to a user and / or stored, so that they can be stored in a corresponding documentation and documented for the security specification of the manipulator. Preferably, the iterative method can thereby be terminated or interrupted, since in the present case the desired standard or safety property of the manipulator is not met. In particular, the test message is preferably output when it has also been determined in step e1) that the mean value of the data points of the surface is greater than the surface pressure limit value.

Vorzugsweise wird in Schritt a) ferner ein vordefinierter Druck-Schwellenwertschritt bereitgestellt, und der Druck-Schwellenwert wird in Schritt f) vorzugsweise um diesen Druck-Schwellenwertschritt verringert. Der Druck-Schwellenwertschritt kann beispielsweise 10 N/mm² sein, und somit die Genauigkeit der Iteration vorgeben. Bei jedem Durchlauf der Iteration wird beispielsweise der Druck-Schwellenwert um 10 N/mm² reduziert, wenn keine kritischen Flächen erkannt wurden.Preferably, in step a) further a predefined pressure threshold step and the pressure threshold is preferably reduced by this pressure threshold step in step f). The pressure threshold step may, for example, be 10 N / mm ² , and thus specify the accuracy of the iteration. For example, with each iteration run, the pressure threshold is reduced by 10 N / mm ² if no critical areas were detected.

Vorzugsweise ist die Druckmessfläche eine Druckmessfolie. Als eine solche Druckmessfolie kann beispielsweise eine Fujifilm-Druckmessfolie oder eine TEKSCAN-Druckmessfolie eingesetzt werden. Bei der Fujifilm-Druckmessfolie kann eine geometrische Druckauflösung von 200 dpi erreicht werden. Dabei wird nach dem Einsatz der Fujifilm-Druckmessfolie, also nach der Belastung mittels des Manipulators, die belastete Folie mit einer Auflösung von 200 dpi mit einem entsprechenden Scanner eingelesen und die Farbwerte der einzelnen Pixel in entsprechende Druckwerte umgerechnet. Vorzugsweise kann die Druckmessfläche einen Foliensensor und/oder Matrixsensor umfassen. Es kann somit beispielsweise eine elektronische Messdruckfolie eingesetzt werden, bei welchem ein Matrixsensor auf piezorestiver Basis arbeitet. Bei einem Matrixsensor kann punktgenau die Flächenpressung direkt vermessen werden. Die Druckmessfläche kann verschiedene Formen oder Größen haben. Beispielsweise kann eine maximale Größe von 1×1 m² eingesetzt werden. Ebenso können mit der Druckmessfläche verschiedene Druckbereiche überprüft werden, wie beispielsweise von 1 kPa bis 200 MPa.Preferably, the pressure measuring surface is a pressure measuring film. As such a pressure measuring film, for example, a Fujifilm pressure measuring film or a TEKSCAN pressure measuring film can be used. The Fujifilm pressure measuring film can achieve a geometric print resolution of 200 dpi. In this case, after loading the Fujifilm pressure measuring film, ie after loading by means of the manipulator, the loaded film is read in with a resolution of 200 dpi with a corresponding scanner and the color values of the individual pixels are converted into corresponding pressure values. Preferably, the pressure measuring surface may comprise a film sensor and / or matrix sensor. Thus, for example, an electronic measuring printing film can be used in which a matrix sensor operates on a piezorestiver basis. With a matrix sensor, the surface pressure can be measured directly with pinpoint accuracy. The pressure measuring surface can have different shapes or sizes. For example, a maximum size of 1 × 1 m ² can be used. Likewise, different pressure ranges can be checked with the pressure measuring surface, for example from 1 kPa to 200 MPa.

Vorzugsweise wird in Schritt a) ferner ein vordefinierter Druck-Grenzwert bereitgestellt, welcher vorzugsweise nicht überschritten werden darf. Dieser Druck-Grenzwert kann somit normbedingt sein, und einem Maximalwert entsprechen, welcher unabhängig von seiner Flächenausdehnung zu betrachten ist. Das Verfahren weist dann ferner zwischen den Schritten b) und c) einen Schritt co) auf, mit einem Feststellen, ob einer der Druckmessdaten den Druck-Grenzwert überschreitet. Vorzugsweise werden die Schritte c) bis f) durchgeführt, falls in Schritt co) festgestellt wurde, dass keine Druckmessdaten den Druck-Grenzwert überschreiten. Somit können solche Kollisionen erkannt werden, welche aufgrund ihrer Stärke ein Durchdringen der menschlichen Haut direkt hervorrufen könnten. In Folge kann das Verfahren vorzugsweise sofort abgebrochen oder eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben werden. In dem Fall wäre der Manipulator jedenfalls nicht für den MRK-Einsatz geeignet, bzw. der Manipulator müsste mit anderen Einstellungen/Grenzwerten betrieben werden, beispielsweise: rundere Kanten an Geometrie, langsamer fahren/bewegen, geringere Kraftschwelle für Kollisionserkennung, andere Achsstellungen etc. eingerichtet werden. Danach müsste/muss erneut gemessen werden, ob die Grenzwerte eingehalten sind.Preferably, a predefined pressure limit value is also provided in step a), which preferably may not be exceeded. This pressure limit value can thus be standard, and correspond to a maximum value, which is to be considered independent of its surface area. The method then further comprises a step c0) between steps b) and c), with a determination as to whether one of the pressure measurement data exceeds the pressure limit. Preferably, steps c) to f) are carried out if it was determined in step co) that no pressure measurement data exceeds the pressure limit value. Thus, such collisions can be detected, which could cause a penetration of the human skin directly due to their strength. As a result, the method can preferably be aborted immediately or a corresponding error message can be output. In any case, the manipulator would not be suitable for MRK use, or the manipulator would have to be operated with different settings / limit values, for example: rougher edges on geometry, slower drive / move, lower force threshold for collision detection, other axis positions, etc. set up become. Thereafter, it must / must be re-measured whether the limits are respected.

Vorzugsweise wird, während dem Ausgeben einer negativen Prüfmeldung, ein visuelles Darstellen der entsprechenden Fläche an einen Bediener durchgeführt. Der Bediener kann also die betroffene Fläche sofort visuell erkennen, beispielsweise auf einem Bildschirm. Dadurch kann der Bediener beurteilen, ob die Stelle kritisch ist oder nicht, z.B. wenn sie auf einem künstlichen Artefakt beruht (z.B. einer Knickfläche oder Schnittkante der Druckmessfolie).Preferably, while issuing a negative test message, a visual representation of the corresponding area is made to an operator. The operator can therefore immediately visually recognize the affected area, for example on a screen. This allows the operator to judge whether the location is critical or not, e.g. when based on an artificial artifact (e.g., a kinked or cut edge of the pressure measuring film).

Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner, nach dem Ausgeben der negativen Prüfmeldung, einen Schritt e3), mit einem Detektieren einer Benutzereingabe zum Ausnehmen der Fläche. Der Benutzer kann somit wählen, dass die Fläche ausgenommen bzw. nicht (weiter) berücksichtigt werden soll. Beispielsweise kann der Benutzer erkennen, dass die Fläche aufgrund eines Knicks in der Druckmessfolie oder einer Schnittkante hervorgerufen wurde. Diese sind für die Ermittlung der Normenkonformität nicht zu betrachten, so dass der Benutzer diese Flächen vorteilhaft abwählen kann. Anschließend wird vorzugsweise das Verfahren mit Schritt f) fortgeführt und zwar ohne Berücksichtigung dieser auszunehmenden bzw. ausgenommenen Fläche(n). Somit kann auf intuitive Art eine Knickfläche segmentiert und ausgeschlossen werden. Jede ausgenommene Fläche kann dabei in einer entsprechenden Dokumentation hinterlegt werden.Preferably, the method further comprises, after the issuing of the negative check message, a step e3), with detecting a user input for excluding the area. The user can thus choose that the area should be excluded or not (further) taken into account. For example, the user may recognize that the area was caused by a crease in the pressure measuring film or a cut edge. These are not to be considered for the determination of the norm conformity, so that the user can advantageously deselect these areas. Subsequently, the method is preferably continued with step f) and without taking into account this auszunehmenden or recessed area (s). Thus, a kink surface can be segmented and excluded in an intuitive way. Each recessed surface can be deposited in a corresponding documentation.

Vorzugsweise wird eine positive Prüfmeldung ausgegeben, wenn der in Schritt f) verringerte Druck-Schwellenwert geringer ist als der oben erwähnte Druck-Grenzwert und/oder wenn der in Schritt f) verringerte Druck-Schwellenwert nicht größer Null ist. In dem Fall ist das iterative Verfahren abgeschlossen, und der Manipulator entspricht der vorgegebenen Norm, da in diesem Fall auch der Mittelwert der Druckwerte kleiner sein muss als der Druck-Grenzwert. Die Norm wird dabei insbesondere mittels der Referenzflächengröße und ferner insbesondere mittels des Flächendruck-Grenzwertes vorgegeben.Preferably, a positive test message is issued if the pressure threshold reduced in step f) is less than the above-mentioned pressure limit and / or if the pressure threshold reduced in step f) is not greater than zero. In that case, the iterative process is completed and the manipulator complies with the given standard, since in this case also the mean value of the pressure values has to be smaller than the pressure limit value. The standard is specified in particular by means of the reference surface size and furthermore in particular by means of the surface pressure limit value.

Die Erfindung betrifft ferner ein System zum Prüfen der Sicherheitseigenschaften eines Manipulators, insbesondere für den MRK-Betrieb. Das System umfasst dabei Mittel zum Durchführen eines der oben beschriebenen Verfahren. Vorzugsweise weist das System auf: Mittel zum Bereitstellen eines vordefinierten Druck-Schwellenwertes für eine vordefinierte Referenzflächengröße; Mittel zum Betreiben eines zu prüfenden Manipulators zum Drücken eines Teils des Manipulators gegen eine Druckmessfläche, um Druckmessdaten einer zweidimensionalen Druckverteilung zu erfassen; Mittel zum Erfassen von Druckmessdaten der zweidimensionalen Druckverteilung, die über dem Druck-Schwellenwert liegen; Mittel zum Bestimmen von Flächen, in denen erfasste Druckmessdaten über einer vordefinierten Referenz-Dichte sind; Mittel zum Feststellen, ob bestimmte Flächen die Referenzflächengröße überschreiten; und Mittel zum Verringern des Druck-Schwellenwertes, wobei das System insbesondere eingerichtet ist, eines der oben beschriebenen Verfahren durchzuführen.The invention further relates to a system for testing the safety properties of a manipulator, in particular for MRK operation. The system comprises means for carrying out one of the methods described above. Preferably, the system comprises: means for providing a predefined pressure threshold for a predefined reference surface size; Means for operating a manipulator to be tested for pressing a part of the manipulator against a pressure measuring surface to detect pressure measurement data of a two-dimensional pressure distribution; Means for acquiring pressure measurement data of the two-dimensional pressure distribution that are above the pressure threshold; Means to Determining areas where sensed pressure readings are above a predefined reference density; Means for determining whether certain areas exceed the reference area size; and means for reducing the pressure threshold, the system being particularly adapted to perform one of the methods described above.

Der Fachmann versteht, dass einer oder mehrere der Verfahrensschritte auf einem Computer durchgeführt werden können. Hierfür können entsprechende Instruktionen bzw. Code auf einem computerlesbaren Medium bereitgestellt sein, welche bei Ausführung den Computer veranlassen, entsprechende Verfahrensschritte durchzuführen.One skilled in the art will understand that one or more of the method steps may be performed on a computer. For this purpose, appropriate instructions or code can be provided on a computer-readable medium which, when executed, cause the computer to perform corresponding method steps.

Figurenlistelist of figures

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt:

1 die schematische Verteilung einer Flächenpressung; und
2 und 3 den Ablauf eines Verfahrens zum Prüfen der Sicherheitseigenschaften eines Manipulators.

In the following, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 the schematic distribution of a surface pressure; and
2 and 3 the sequence of a method for checking the safety properties of a manipulator.

In der 1 ist schematisch das Ergebnis einer Flächenpressung dargestellt. Dabei wurde ein Flansch eines Manipulators gegen eine Druckmessfolie gedrückt, und die Folie anschließend eingescannt. Die entsprechenden Druckmessdaten 1 weisen eine runde Form auf, welche der Form des Flansches des Manipulators entspricht. Abhängig davon, ob die Druckkraft während der Flächenpressung stärker oder geringer war, ist entsprechend die Intensität der Druckmessdaten 1 höher oder niedriger. Der Punkt 2 beispielsweise weist auf einen Bereich, bei dem eine hohe Druckkraft vorliegt.In the 1 is shown schematically the result of a surface pressure. In this case, a flange of a manipulator was pressed against a pressure measuring film, and then scanned the film. The corresponding pressure measurement data 1 have a round shape, which corresponds to the shape of the flange of the manipulator. Depending on whether the pressure force during the surface pressure was stronger or lower, the intensity of the pressure measurement data is accordingly 1 higher or lower. The point 2 For example, indicates an area where a high pressure force exists.

Ferner ist in der 1 eine Schnittkante 3 dargestellt, die ebenfalls durch erhöhte Druckmessdaten gekennzeichnet ist. Diese Schnittkante 3 steht jedoch nicht im direkten Zusammenhang mit der Flächenpressung, sondern resultiert als Artefakt aus einem Zuschneiden der Druckmessfolie.Furthermore, in the 1 a cutting edge 3 represented, which is also characterized by elevated pressure measurement data. This cutting edge 3 is not directly related to the surface pressure, but results as an artifact from a trimming of the pressure measuring film.

Das in 1 dargestellte Bild mit den Druckmessdaten 1 und der Schnittkante 3 kann gemäß der Erfindung hinsichtlich Normenkonformität ausgewertet werden. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 ein beispielhaftes Verfahren zum Prüfen der Sicherheitseigenschaft des Manipulators anhand des Ergebnisses der Flächenpressung beschrieben.This in 1 displayed image with the pressure measurement data 1 and the cutting edge 3 can be evaluated according to the invention in terms of standard conformity. The following is with reference to 2 and 3 an exemplary method for checking the safety property of the manipulator based on the result of the surface pressure described.

In der 2 ist schematisch der Ablauf eines Verfahrens 10 zum Prüfen der Sicherheitseigenschaften eines Manipulators dargestellt. Insbesondere kann mit diesem Verfahren 10 die Flächenpressung eines Manipulators ausgewertet werden. Das Verfahren beginnt in Schritt 11, in welchem das Ergebnis einer Flächenpressung bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann die in 1 dargestellte zweidimensionale Druckverteilung bereitgestellt werden, etwa durch Einscannen der entsprechenden Druckmessfolie, sodass die Druckverteilung digital in Pixelform vorliegt. Hierzu kann auch eine Normierung berücksichtig werden, um den einzelnen Pixeln die entsprechenden absolute Druckwerte zuzuordnen.In the 2 is schematically the procedure of a method 10 for checking the safety properties of a manipulator. In particular, with this method 10 the surface pressure of a manipulator are evaluated. The procedure begins in step 11 in which the result of a surface pressure is provided. For example, the in 1 shown two-dimensional pressure distribution can be provided, for example by scanning the corresponding pressure measuring film so that the pressure distribution is digitally in pixel form. For this purpose, a normalization can also be taken into account in order to assign the corresponding absolute pressure values to the individual pixels.

Ferner werden in Schritt 11 verschiedene vordefinierte Werte bereitgestellt, unter anderem ein vordefinierter initialer Druck-Schwellenwert von 1000 N/mm², eine vordefinierte Referenzflächengröße von 3 mm², ein vordefinierter Druck-Schwellenwertschritt von 10 N/mm², ein Flächendruck-Grenzwert von 192 N/cm², als auch die Größe bzw. Skalierung der Pixel.Further, in step 11 provided a number of predefined values, including a predefined initial pressure threshold of 1000 N / mm ² , a predefined reference surface area of 3 mm ² , a predefined pressure threshold step of 10 N / mm ² , a surface pressure limit of 192 N / cm ² , as well as the size or scaling of the pixels.

In Schritt 12 werden jene Pixel der Druckverteilung erkannt bzw. digital markiert, welche über dem Druck-Schwellenwert liegen. Es wird somit beispielsweise analysiert, welche der einzelnen Pixel in der Abbildung von 1 einen Wert von über 1000 N/mm² haben. Im Folgenden werden im laufenden Iterationsschritt nur diese Pixel betrachtet.In step 12 those pixels of the pressure distribution are recognized or digitally marked, which are above the pressure threshold value. For example, it analyzes which of the individual pixels in the image of 1 have a value of over 1000 N / mm ² . In the following, only these pixels are considered in the current iteration step.

In Schritt 13 werden diese markierten Pixel zu Regionen zusammengefasst. Hierzu kann die Nachbarschaftsbeziehung zwischen den Pixeln verwendet werden, so dass eine resultierende Fläche als zusammenhängende Fläche aus den markierten Pixeln entsteht, wobei die Werte dieser Pixel über dem Druck-Schwellenwert von 1000 N/mm² liegen.In step 13 these marked pixels are grouped into regions. For this purpose, the neighborhood relationship between the pixels can be used, so that a resulting area arises as a contiguous area from the marked pixels, the values of these pixels being above the pressure threshold of 1000 N / mm ² .

Anschließend wird in Schritt 14 jede einzelne dieser Flächen ausgewertet, um zu bestimmen, ob diese Fläche eine kritische Fläche ist. Als kritische Fläche gilt hier eine Fläche, welche die Referenzflächengröße und den Flächendruck-Grenzwert übersteigt. Eine solche Auswertung wird unter Bezugnahme auf 3 näher beschrieben.Subsequently, in step 14 each of these areas is evaluated to determine if that area is a critical area. The critical area here is an area that exceeds the reference area size and the area pressure limit. Such evaluation will be made with reference to 3 described in more detail.

In Schritt 15 wird anschließend festgestellt, ob die Anzahl der erfassten kritischen Flächen größer als Null ist. Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt 16 eine entsprechende Meldung ausgegeben, und die kritische Region bzw. die kritische Fläche optisch einem Bediener angezeigt, beispielsweise auf einem Display. Somit kann der Bediener direkt erkennen, ob die kritische Fläche aus der Flächenpressung resultiert, oder ggf. ein Artefakt ist. Jedenfalls wird zunächst angenommen, dass die kritische Fläche durch die Flächenpressung direkt bedingt ist, sodass der Manipulator als nicht Normenkonform eingestuft wird. Durch manuelles Abwählen der Fläche kann der Benutzer vorgeben, dass diese kritische Fläche nicht zu berücksichtigen ist. Nach einer solchen Abwahl wird erneut die Entscheidung 15 durchgeführt.In step 15 is then determined whether the number of detected critical areas is greater than zero. If this is the case, in step 16 a corresponding message is output, and the critical region or the critical surface visually displayed to an operator, for example on a display. Thus, the operator can directly recognize whether the critical area results from the surface pressure, or is possibly an artifact. In any case, it is first assumed that the critical area is directly caused by the surface pressure, so that the manipulator is classified as non-compliant. By manually deselecting the surface, the user can pretend that this critical surface is not to be considered. After such a deselection is again the decision 15 carried out.

Andernfalls, wenn in Schritt 15 festgestellt wird, dass in dem aktuellen Iterationstakt keine kritische Fläche vorliegt (bzw. alle Flächen abgewählt wurden), wird in Schritt 17 der Druck-Schwellenwert um den vordefinierten Druck-Schwellenwertschritt reduziert. Nun gilt ein Druck-Schwellenwert von 990 N/mm². Anschließend wird bei der Entscheidung 18 geprüft, ob der Druck-Schwellenwert noch größer Null ist. Wenn dies der Fall ist, wird das Verfahren bei Schritt 12 mit dem neuen Druck-Schwellenwert von 990 N/mm² fortgesetzt. Somit werden die Schritte iterativ durchlaufen.Otherwise, if in step 15 it is determined that there is no critical area in the current iteration cycle (or all areas have been deselected), in step 17 the pressure threshold is reduced by the predefined pressure threshold step. Now, a pressure threshold of 990 N / mm ² applies. Subsequently, in the decision 18 Checked if the pressure threshold is still greater than zero. If so, the procedure at step 12 continued with the new pressure threshold of 990 N / mm ² . Thus, the steps are iterated.

Wenn der Druck-Schwellenwert aufgrund der fortschreitenden Iteration nicht mehr größer Null ist, wird das Verfahren nach der Entscheidung 18 in Schritt 19 beendet, und der Manipulator als normenkonform gekennzeichnet. Eine Bezeichnung als normenkonform setzt natürlich voraus, dass die bestimmten Flächen - die ab einem bestimmten niedrigen Druck-Schwellenwert die Referenzflächengröße überschreiten - keinen Mittelwert der Druckmessdaten aufweisen, der über einem Flächendruck-Grenzwert sind. Gegen Ende des Iterationsverfahrens, wenn der Druck-Schwellenwert nahe bei null ist, werden viele Flächen die Referenzflächengröße überschreiten. Der entsprechende Mittelwert der Druckmessdaten wird jedoch entsprechend klein sein, so dass die Prüfung nicht als negativ angesehen wird. Die Iteration kann auch gestoppt werden, sobald der Schwellenwert unter der durch die Norm zulässigen Grenze liegt. Denn in einem derartigen Fall kann auch der Mittelwert der Druckwerte einer entsprechenden Fläche nicht über der zulässigen Grenze liegen.If the pressure threshold is no longer greater than zero due to the progressive iteration, the procedure will be after the decision 18 in step 19 finished, and the manipulator marked as compliant. Of course, a designation in conformity with the norm presupposes that the determined surfaces-which exceed the reference surface size above a certain low pressure threshold-have no mean value of the pressure measurement data which are above a surface pressure limit value. Towards the end of the iteration process, when the pressure threshold is close to zero, many surfaces will exceed the reference surface size. However, the corresponding mean value of the pressure measurement data will be correspondingly small, so that the test is not considered negative. The iteration can also be stopped as soon as the threshold is below the limit allowed by the standard. Because in such a case, the mean value of the pressure values of a corresponding area can not be above the permissible limit.

In der 3 ist ein Verfahren 20 dargestellt, mit welchem überprüft wird, ob eine Region bzw. Fläche eine kritische Fläche gemäß der vorgegebenen Parameter ist. Beispielsweise kann das Verfahren 20 der 3 während des Durchführens des Schrittes 14 des Verfahrens 10 in 2 durchgeführt werden. Das Verfahren 20 wird dabei für jede Fläche durchgeführt, welche während des Schrittes 13 des Verfahrens 10 in 2 gebildet wurde.In the 3 is a procedure 20 shown with which is checked whether a region or area is a critical area according to the predetermined parameters. For example, the method 20 the 3 while performing the step 14 of the procedure 10 in 2 be performed. The procedure 20 This is done for each surface, which during the step 13 of the procedure 10 in 2 was formed.

Zunächst wird für eine erste solcher Flächen in der Entscheidung 21 bestimmt, ob die Größe dieser Fläche größer ist als die vordefinierte Referenzflächengröße. Falls dies der Fall ist, wird anschließend bei der Entscheidung 22 geprüft, ob ein Mittelwert der Druckmessdaten dieser Fläche größer ist als der Flächendruck-Grenzwert. Wenn dies der Fall ist, wird diese Fläche anschließend in Schritt 23 als kritische Fläche gekennzeichnet. Anschließend, oder falls eine der Entscheidungen 21, 22 negativ ausfällt, wird das Verfahren bei der Entscheidung 21 für die nächste Fläche wiederholt.First, for a first such areas in the decision 21 determines if the size of this area is larger than the predefined reference area size. If this is the case, then in the decision 22 checks whether an average value of the pressure measurement data of this area is greater than the surface pressure limit value. If this is the case, then this area will be in step 23 marked as critical area. Then, or if one of the decisions 21 . 22 Negative, the procedure is in the decision 21 repeated for the next area.

Es wird somit ein Grenzwert für die Flächenpressung festgelegt, dessen Wert in jedem Iterationsschritt gesenkt wird. Alle Pixel, deren Flächenpressung diesen Grenzwert übersteigt, werden markiert und zu Flächen bzw. Regionen zusammengefasst. Dabei gilt die Nachbarschaftsbeziehung aneinandergrenzender Pixel. Anschließend wird für jede dieser Regionen überprüft, ob die kritische Fläche von beispielsweise 3 mm² überstiegen ist. Wenn dies der Fall ist, wird geprüft, ob auch der Mittelwert der Flächenpressung in dieser Region den Wert der Norm übersteigt. Kritische Flächen können dann für die spätere Darstellung gesammelt bzw. gespeichert werden.Thus, a limit value for the surface pressure is set, the value of which is lowered in each iteration step. All pixels whose surface pressure exceeds this limit are marked and grouped into areas or regions. The neighborhood relationship of adjoining pixels applies here. Subsequently, it is checked for each of these regions whether the critical area of, for example, 3 mm ^{2 is} exceeded. If this is the case, it is checked whether the mean surface pressure in this region exceeds the value of the standard. Critical areas can then be collected or saved for later presentation.

Wenn in einem Iterationsschritt keine Region oder Fläche als kritisch markiert wurde, so beginnt der nächste Iterationsschritt, nachdem der Grenzwert für die zu betrachtenden Pixel gesenkt wurde. Folglich werden gefundene oder markierte Flächen größer und überschreiten mit zunehmendem Wachstum an einem bestimmten Punkt den Grenzwert von z.B. 3 mm².If no region or area has been marked as critical in an iteration step, the next iteration step begins after the limit for the pixels to be considered has been lowered. Consequently, found or marked areas become larger and exceed the limit value of, for example, 3 mm ² with increasing growth at a certain point.

Sobald in einem Iterationsschritt eine kritische Fläche detektiert wurde, wird diese vorzugsweise dem Bediener angezeigt. Durch Abwahl kann der Bediener festlegen, dass diese Fläche nicht berücksichtigt werden soll. Wenn alle kritischen Flächen abgewählt sind, so kann die Iteration erneut unter Ausschluss dieser Flächen weiterlaufen. Die ausgeschlossenen Flächen können für die spätere Dokumentation gespeichert werden.As soon as a critical area has been detected in an iteration step, it is preferably displayed to the operator. By deselecting, the operator can specify that this area should not be taken into account. If all critical surfaces are deselected, the iteration can continue to run with these surfaces excluded. The excluded areas can be saved for later documentation.

Ist die Iteration abgeschlossen, ohne dass eine kritische Fläche gefunden wurde bzw. kritische Flächen abgewählt wurden, so ist der Manipulator normenkonform.If the iteration is completed, without a critical area was found or critical areas were deselected, the manipulator is standard compliant.

Das Verfahren hat somit den Vorteil, dass die Flächenpressung unabhängig von der Form der Kontur ausgewertet wird. Es ist ferner eine direkte Sichtprüfung der erkannten Regionen bzw. Flächen möglich, um Artefakte, die etwa durch ein Knicken der Druckmessfolie durch den Benutzer resultieren, ausschließen zu können.The method thus has the advantage that the surface pressure is evaluated independently of the shape of the contour. It is also a direct visual inspection of the detected regions or areas possible to exclude artifacts, resulting for example by a buckling of the pressure measuring film by the user.

Claims

Verfahren zum Prüfen der Sicherheitseigenschaften eines Manipulators, insbesondere für den MRK-Betrieb, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines vordefinierten Druck-Schwellenwertes für eine vordefinierte Referenzflächengröße, b) Betreiben eines zu prüfenden Manipulators zum Drücken eines Teils des Manipulators gegen eine Druckmessfläche, um Druckmessdaten einer zweidimensionalen Druckverteilung zu erfassen; c) Erfassen von Druckmessdaten der zweidimensionalen Druckverteilung die über dem Druck-Schwellenwert liegen; d) Bestimmen von Flächen, in denen die in Schritt c) erfassten Druckmessdaten über einer vordefinierten Referenz-Dichte sind; e) Feststellen, ob die in Schritt d) bestimmten Flächen die Referenzflächengröße überschreiten; f) falls in Schritt e) festgestellt wurde, dass keine Fläche die Referenzflächengröße überschreitet: Verringern des Druck-Schwellenwertes, und Wiederholen der Schritte c) bis f).A method for testing the security properties of a manipulator, in particular for MRK operation, the method comprising the following steps: a) providing a predefined pressure threshold value for a predefined reference surface size, b) operating a manipulator to be tested for pressing a part of the manipulator against a pressure measuring surface to detect pressure measurement data of a two-dimensional pressure distribution; c) acquiring pressure measurement data of the two-dimensional pressure distribution that are above the pressure threshold; d) determining areas in which the pressure measurement data acquired in step c) is above a predefined reference density; e) determining whether the areas determined in step d) exceed the reference area size; f) if it was determined in step e) that no area exceeds the reference area size: decreasing the pressure threshold, and repeating steps c) to f).

Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt a) ferner ein vordefinierter Flächendruck-Grenzwert bereitgestellt wird, und das Verfahren ferner zwischen den Schritten e) und f) aufweist: ei) falls in Schritt e) festgestellt wurde, dass zumindest eine in Schritt d) bestimmte Fläche die Referenzflächengröße überschreitet: Feststellen, ob ein Mittelwert der Druckmessdaten der Fläche größer als der Flächendruck-Grenzwert ist und falls dies nicht der Fall ist: Verringern des Druck-Schwellenwertes, und Wiederholen der Schritte c) bis f). Method according to Claim 1 wherein, in step a), a predefined surface pressure limit value is further provided, and the method further comprises between steps e) and f): ei) if it has been determined in step e) that at least one surface determined in step d) is the reference surface size exceeds: Determines whether an average of the pressure measurement data of the area is greater than the surface pressure limit and if this is not the case: reducing the pressure threshold, and repeating steps c) to f).

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend zwischen den Schritten e) und f): e2) falls in Schritt e) festgestellt wurde, dass zumindest eine in Schritt d) bestimmte Fläche die Referenzflächengröße überschreitet: Ausgeben einer negativen Prüfmeldung.Method according to Claim 1 or 2 further comprising between steps e) and f): e2) if it has been determined in step e) that at least one area determined in step d) exceeds the reference area size: issuing a negative check message.

Verfahren nach Anspruch 3 in Kombination mit Anspruch 2, wobei in Schritt e2) das Ausgeben der Prüfmeldung erfolgt, wenn auch in Schritt ei) festgestellt wurde, dass der Mittelwert der Datenpunkte der Fläche größer als der Flächendruck-Grenzwert ist.Method according to Claim 3 in combination with Claim 2 , wherein in step e2), the output of the test message occurs, although it was determined in step ei) that the average value of the data points of the area is greater than the surface pressure limit.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, wobei in Schritt a) ferner ein vordefinierter Druck-Schwellenwertschritt bereitgestellt wird, und wobei in Schritt f) der Druck-Schwellenwert um den Druck-Schwellenwertschritt verringert wird.Method according to one of Claims 1 - 4 wherein a predefined pressure threshold step is further provided in step a), and wherein in step f) the pressure threshold is reduced by the pressure threshold step.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Druckmessfläche eine Druckmessfolie ist, und/oder wobei die Druckmessfläche Foliensensoren und/oder einen Matrixsensor umfasst.Method according to one of Claims 1 - 5 wherein the pressure measurement surface is a pressure measurement film, and / or wherein the pressure measurement surface comprises film sensors and / or a matrix sensor.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, wobei in Schritt a) ferner ein vordefinierter Druck-Grenzwert bereitgestellt wird, und das Verfahren ferner zwischen den Schritten b) und c) aufweist: co) Feststellen, ob einer der Druckmessdaten den Druck-Grenzwert überschreitet, und wobei die Schritte c) bis f) durchgeführt werden, falls in Schritt co) festgestellt wurde, dass keine der Druckmessdaten den Druck-Grenzwert überschreitet.Method according to one of Claims 1 - 6 wherein, in step a), a predefined pressure limit is further provided, and the method further comprises between steps b) and c): co) determining whether one of the pressure measurement data exceeds the pressure limit, and wherein steps c) to f) if it was determined in step co) that none of the pressure measurement data exceeds the pressure limit.

Verfahren nach einem der Ansprüche 3-7, wobei das Ausgeben der negativen Prüfmeldung ein visuelles Darstellen der Fläche an einen Bediener umfasst.Method according to one of Claims 3 - 7 wherein issuing the negative check message comprises visually presenting the area to an operator.

Verfahren nach einem der Ansprüche 3-8, weiter aufweisend, nach dem Ausgeben der negativen Prüfmeldung: e3) Detektieren einer Benutzereingabe zum Ausnehmen der Fläche, und Fortführen des Verfahrens mit Schritt f) ohne Berücksichtigung der auszunehmenden Fläche.Method according to one of Claims 3 - 8th further comprising, after issuing the negative check message: e3) detecting a user input to clear the area, and continuing the method with step f) without regard to the area to be extracted.

Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine positive Prüfmeldung ausgegeben wird, wenn der in Schritt f) verringerte Druck-Schwellenwert geringer ist als der Druck-Grenzwert und/oder wenn der in Schritt f) verringerte Druck-Schwellenwert nicht größer Null ist.Method according to Claim 7 , wherein a positive test message is issued if the pressure threshold reduced in step f) is less than the pressure limit and / or if the pressure threshold reduced in step f) is not greater than zero.

System zum Prüfen der Sicherheitseigenschaften eines Manipulators, insbesondere für den MRK-Betrieb, aufweisend Mittel zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-10.System for checking the safety properties of a manipulator, in particular for MRK operation, comprising means for performing a method according to one of Claims 1 - 10 ,

System nach Anspruch 11, aufweisend: Mittel zum Bereitstellen eines vordefinierten Druck-Schwellenwertes für eine vordefinierte Referenzflächengröße; Mittel zum Betreiben eines zu prüfenden Manipulators zum Drücken eines Teils des Manipulators gegen eine Druckmessfläche, um Druckmessdaten einer zweidimensionalen Druckverteilung zu erfassen; Mittel zum Erfassen von Druckmessdaten der zweidimensionalen Druckverteilung, die über dem Druck-Schwellenwert liegen; Mittel zum Bestimmen von Flächen, in denen erfasste Druckmessdaten über einer vordefinierten Referenz-Dichte sind; Mittel zum Feststellen, ob bestimmte Flächen die Referenzflächengröße überschreiten; Mittel zum Verringern des Druck-Schwellenwertes, wobei das System eingerichtet ist ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10 durchzuführen.System after Claim 11 comprising: means for providing a predefined pressure threshold for a predefined reference surface size; Means for operating a manipulator to be tested for pressing a part of the manipulator against a pressure measuring surface to detect pressure measurement data of a two-dimensional pressure distribution; Means for acquiring pressure measurement data of the two-dimensional pressure distribution that are above the pressure threshold; Means for determining areas where sensed pressure readings are above a predefined reference density; Means for determining whether certain areas exceed the reference area size; Means for reducing the pressure threshold, wherein the system is set up a method according to one of Claims 1 - 10 perform.