DE102018208813A1

DE102018208813A1 - Sicherungseinrichtung für eine Handhabungsvorrichtung, Industrieroboter und Verfahren zum Betreiben einer Sicherungseinrichtung

Info

Publication number: DE102018208813A1
Application number: DE102018208813.6A
Authority: DE
Inventors: Adam Bonemberg; Javier Stillig; Volker Hartmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2019-12-05
Also published as: WO2019233682A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherungseinrichtung (50) für eine Handhabungsvorrichtung (10), insbesondere für einen Industrieroboter (100), mit einer Greifeinrichtung (11) für wenigstens einen Gegenstand (1), und mit wenigstens einem berührungslos arbeitenden Sensorelement (51) zur Erfassung der Annäherung eines Objekts oder einer Person (3) an die Handhabungsvorrichtung (10).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Sicherungseinrichtung für eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Industrieroboter mit einer erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung.
Eine Sicherungseinrichtung für eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2010 063 208 A1 der Anmelderin bekannt. Die bekannte Sicherungseinrichtung ist an der Außenhülle eines Industrieroboters vorgesehen und weist eine Vielzahl von an einer Säule bzw. an beweglichen Armen des Industrieroboters angeordneten, kapazitiv arbeitenden Sensorelementen auf. Bei einer Annäherung eines Objekts oder einer Person an den Industrieroboter bzw. an die Sensorelemente wird das von den Sensorelementen erzeugte elektrische Feld verändert, sodass die Annäherung detektiert werden kann. Daraufhin kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der Industrieroboter in einen sicheren Betriebszustand geschaltet wird, bei dem beispielsweise ein Stillstand des Industrieroboters erfolgt.
Während eine Annäherung an eine Säule bzw. an den Greifarm durch die an dem Industrieroboter vorgesehenen Sensorelemente sicher erfasst werden kann, ist der unmittelbare Bereich des Industrieroboters, in dem dessen Greifeinrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Gegenstand zu halten bzw. handzuhaben, von den Sensorelementen nicht geschützt bzw. erfasst. Dies führt insbesondere bei Gegenständen, die aufgrund ihrer geometrischen Form bzw. Ausbildung gegebenenfalls zu Verletzungen bei Personen führen können, zu unsicheren Betriebszuständen. Gemeint sind hierbei beispielsweise spitze bzw. scharfe Gegenstände, die bei einer schnellen Annäherung bzw. bei einer hohen Auftreffgeschwindigkeit mit einer Person ggf. nicht unerhebliche Verletzungen an der Person verursachen können.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung für eine Handhabungsvorrichtung, insbesondere für einen Industrieroboter, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Bereich der Handhabungsvorrichtung, der dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Gegenstand zu halten bzw. handzuhaben, von wenigstens einem Sensorelement überwacht bzw. erfasst wird. Damit werden beispielsweise Verletzungen durch den Gegenstand bei einem Kontakt mit einem Objekt bzw. einer Person sicher vermieden. Hierzu schlägt es die Lehre der Erfindung vor, dass das wenigstens eine Sensorelement einen Detektionsbereich aufweist, der dazu ausgebildet ist, den von der Greifeinrichtung gehaltenen wenigstens einen Gegenstand zumindest bereichsweise zu umgeben. Unter einem bereichsweisen Umgeben des wenigstens einen Gegenstands wird insbesondere der Bereich des Gegenstands verstanden, von dessen Seite her ein Kontakt zwischen dem Gegenstand und einem Objekt bzw. einer Person erfolgen kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung für einen Handhabungsvorrichtung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Für die Ausbildung bzw. verwendete Technologie des Sensorelements kommen unterschiedlichste Verfahren bzw. Ausführungen infrage. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der das wenigstens eine Sensorelement ein elektrisches Feld erzeugt, wobei das Sensorelement zumindest eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit umfasst. Dadurch kann zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit ein elektrisches Feld erzeugt werden, das durch die Anwesenheit einer Person bzw. eines Objekts, die bzw. das eine Dielektrizitätszahl von mehr als eins aufweist, verändert wird. Die Veränderung des elektrischen Feldes ist mittels des wenigstens einen Sensorelements erfassbar, sodass auf eine Annäherung einer Person bzw. eines Objekts an die Greifeinrichtung geschlossen werden kann.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Sendeeinheit und die Empfangseinheit im Bereich der Greifeinrichtung angeordnet sind. Dadurch genügen bereits relativ geringe elektrische Leistungen bzw. kleine elektrische Felder, um den relevanten Bereich der Greifeinrichtung, in dem der wenigstens eine Gegenstand gehalten wird, zu überwachen.
Eine hinsichtlich des Raumbedarfs optimierte Anordnung der Einrichtung zur Erzeugung des elektrischen Feldes sieht vor, dass die Sendeeinheit oder die Empfangseinheit im Bereich wenigstens eines Greiffingers der Greifeinrichtung angeordnet ist. Dadurch ist insbesondere sichergestellt, dass der Bereich des Gegenstandes im Bereich der Greifeinrichtung von dem elektrischen Feld erfasst wird bzw. sich innerhalb des elektrischen Feldes befindet.
Eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung der Einrichtung sieht weiterhin vor, dass die Sendeeinheit platten- bzw. ringförmig ausgebildet ist, dass die Sendeeinheit an einem Übergangsbereich des Greifarms zu Greiffingern für den wenigstens einen Gegenstand angeordnet ist, und dass die Sendeeinheit dazu ausgebildet, ein in Bezug zu einer Längsachse der Sendeeinheit die Längsachse konzentrisch umgebendes elektrisches Feld auszubilden.
Zur Optimierung des Betriebs der Einrichtung kann es weiterhin vorgesehen sein, dass die Sendeeinheit als Empfangseinheit und die Empfangseinheit als Sendeeinheit betreibbar ist. Dadurch lassen sich je nach Ausbildung der Sendeeinheit und der Empfangseinheit unterschiedlich geformte elektrische Felder ausbilden, die eine optimierte Überwachung des Detektionsbereichs ermöglichen.
Um bei einer erkannten Annäherung der Greifeinrichtung bzw. des von der Greifeinrichtung gehaltenen Gegenstands an eine Person oder Objekt ggf. potentielle Gefahrensituationen zu entschärfen, ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine Sensorelement mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, und dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, zumindest mittelbar eine Bewegungssteuerung der Greifeinrichtung zu beeinflussen. Dabei kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Handhabungsvorrichtung bzw. ein Greifarm, an dem der wenigstens eine Gegenstand von der Handhabungsvorrichtung gehalten ist, in seiner Bewegung gestoppt oder zumindest mit einer reduzierten Geschwindigkeit bewegt wird. Auch kann beispielsweise ein aktives Ausweichen des Greifarms mit dem Gegenstand zur Einhaltung eines Sicherungsabstands o.ä. vorgesehen sein.
Die Erfindung umfasst darüber hinaus einen Industrieroboter mit einer Greifeinrichtung für wenigstens einen Gegenstand sowie einer soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäß ausgebildeten Sicherungseinrichtung, wobei es vorgesehen ist, dass das Einlernen der Charakteristik des Erfassungsbereichs vor der Inbetriebnahme der Handhabungseinrichtung mit dem wenigstens einen Gegenstand durchgeführt wird. Gemeint ist hierbei, dass in einer Steuereinrichtung bzw. einer Auswerteeinrichtung für das wenigstens eine Sensorelement zum einen ein Zustand eingelernt bzw. abgespeichert ist, bei dem durch die Greifeinrichtung kein Gegenstand gehalten ist und weiterhin ein Zustand, der während des Haltens des Gegenstands vorhanden ist. Dadurch kann bei einer Veränderung des elektrischen Feldes mit Blick auf die eingelernten Zustände sicher auf eine Annäherung einer Person oder eines Objekts geschlossen werden.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass eine Veränderung einer Bewegung der Greifeinrichtung in Abhängigkeit der Erfassung eines Objekts oder einer Person durchgeführt wird. Gemeint ist hierbei, dass beispielsweise in Abhängigkeit der Annäherungsgeschwindigkeit der Person oder des Objekts an die Greifeinrichtung unterschiedliche Aktionen zur Erlangung eines sicheren Betriebszustands der Handhabungsvorrichtung wie Abstoppen, Ausweichen o.ä. durchgeführt werden können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:

1 eine vereinfachte Darstellung eines einen Arbeitsbereich aufweisenden Industrieroboters mit einer erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung,
2 eine Greifeinrichtung des Industrieroboters gemäß 1 in einer vergrößerten, perspektivischen Darstellung und
3 und 4 die Darstellung eines elektrischen Felds im Bereich der Greifeinrichtung ohne Fremdeinflüsse sowie bei Annäherung einer Person in schematischer Darstellung.

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der 1 ist stark vereinfacht eine Handhabungsvorrichtung 10 in Form eines Industrieroboters 100 dargestellt. Die Handhabungsvorrichtung 10 bzw. der Industrieroboter 100 weist eine Greifeinrichtung 11 für wenigstens einen zu haltenden Gegenstand 1 auf. Die Greifeinrichtung 11 umfasst dabei, wie insbesondere anhand der 2 erkennbar ist, zwei zusammenwirkende Greiffinger 12, 14, die zum Halten des wenigstens einen Gegenstands 1 in Richtung des Doppelpfeils 16 zueinander beweglich angeordnet sind. Die Greifeinrichtung 11 ist wiederum an einem zwei Arme 18, 20 sowie eine Säule 22 aufweisenden Gestell des Industrieroboters 100 befestigt. Die Arme 18, 20 sind in einer Achse 23 schwenkbar zueinander angeordnet, ebenso wie der Arm 20 zur Säule 22 in einer Achse 24. Weiterhin ist die Säule 22 in einer Drehachse 25 drehbeweglich angeordnet. Dadurch weist die Handhabungsvorrichtung 10 bzw. der Industrieroboter 100 einen Arbeitsbereich 5 auf, innerhalb dessen Grenzen mittels der Greifeinrichtung 11 der Gegenstand 1 beispielsweise von einem Tisch 2 aufgenommen und an einem beliebigen anderen Ort innerhalb des Arbeitsraums 5 transportiert werden kann, was durch den Pfeil 27 verdeutlicht sein soll.
Die Steuerung der Bewegung der Handhabungsvorrichtung 10 bzw. des Industrieroboters 100 erfolgt durch eine Steuereinrichtung 30. Die Steuereinrichtung 30 ist darüber hinaus in Wirkverbindung mit einer Sicherungseinrichtung 50 angeordnet. Entsprechend der Darstellung der 2 umfasst die Sicherungseinrichtung 50 ein berührungslos arbeitendes Sensorelement 51 mit einer beispielhaft platten- bzw. ringförmig ausgebildeten Sendeeinheit 52, die im Übergangsbereich zwischen der Greifeinrichtung 11 und dem Arm 18 angeordnet bzw. befestigt ist. Hierzu weist die Greifeinrichtung 11 einen Flansch 53 auf, mit der die Greifeinrichtung 11 an dem Arm 18 (austauschbar) befestigt werden kann. Mit der Sendeeinheit 52 wirken zwei im Bereich der beiden Greiffinger 12, 14 angeordnete Empfänger 54, 56 einer Empfangseinheit 58 zusammen. Die Sendeeinheit 52 ist zusammen mit der Empfangseinheit 58 dazu ausgebildet, ein elektrisches Feld 60 mit einem Detektionsbereich 65 auszubilden, das den wenigstens einen Gegenstand 1 zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig umgibt. Hierzu sind beispielhaft Feldlinien 61 des elektrischen Feldes 60 dargestellt. Die Signale des über die Empfangseinheit 58 detektierten elektrischen Feldes 60 werden einer Auswerteeinheit 62 zugeführt, die wiederum mit der Steuereinrichtung 30 der Handhabungsvorrichtung 10 verbunden ist. Wie weiterhin insbesondere anhand der 2 erkennbar ist, ist das elektrische Feld 60 im dargestellten Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise konzentrisch zu einer Längsachse 63 der Sendeeinheit 52 ausgebildet.
In der 1 ist darüber hinaus eine Person 3 dargestellt, die sich innerhalb des Arbeitsbereichs 5 der Handhabungsvorrichtung 10 befindet. Nähert sich diese Person 3 nun beispielsweise mit ihrer Hand 4 der Greifeinrichtung 11 bzw. dem elektrischen Feld 62, so wird entsprechend der Darstellung der 3 und 4 das elektrische Feld 60 durch die Annäherung der Hand 4 auch ohne den Gegenstand 1 derart deformiert bzw. verändert, dass dies von der Empfangseinheit 58 detektierbar ist. Die Veränderung des elektrischen Feldes 60 wird von der Auswerteeinrichtung 62 über einen entsprechenden Algorithmus erfasst und der Steuereinrichtung 30 der Handhabungsvorrichtung 10 als Eingangsgröße zugeführt. In Abhängigkeit des von der Auswerteeinrichtung 62 der Steuereinrichtung 30 zugeführten Eingangssignals kann daraufhin die Steuereinrichtung 30 die Handhabungsvorrichtung 10 beispielsweise in einen sicheren Betrieb überführen, derart, dass die Greifeinrichtung 11 bzw. die Träger 18, 20 nicht mehr bewegt werden.
Die soweit beschriebene Sicherungseinrichtung 50 bzw. die Handhabungsvorrichtung 10 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise denkbar, im Bereich der Greifeinrichtung 11 mehrere Sendeeinheiten 52 bzw. Empfangseinheiten 58 vorzusehen, die jeweils als Sensorelemente wirken. Auch kann es entsprechend der DE 10 2010 063 208 A1 der Anmelderin vorgesehen sein, nicht nur den Bereich der Greifeinrichtung 10, sondern auch den Bereich der Säule 22 sowie der Arme 18, 20 mit berührungslos arbeitenden Sensorelementen zu bestücken. Auch können beispielsweise auf einem anderen Wirkprinzip arbeitende Sensorelemente, beispielsweise akustische Sensoren in Form von Ultraschallwandlern, alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, die gegenüber der wenigstens einen Sendeeinheit 52 bzw. Empfangseinheit 58 typischerweise einen größeren Erfassungsbereich im Bereich der Greifeinrichtung 10 aufweisen, um die Annäherung an ein Objekt bzw. eine Person 3 noch frühzeitiger zu erkennen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010063208 A1 [0002, 0020]

Claims

Sicherungseinrichtung (50) für eine Handhabungsvorrichtung (10), insbesondere für einen Industrieroboter (100), mit einer Greifeinrichtung (11) für wenigstens einen Gegenstand (1), und mit wenigstens einem berührungslos arbeitenden Sensorelement (51) zur Erfassung der Annäherung eines Objekts oder einer Person (3) an die Handhabungsvorrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sensorelement (51) einen Detektionsbereich (65) aufweist, der dazu ausgebildet ist, den von der Greifeinrichtung (11) gehaltenen wenigstens einen Gegenstand (1) zumindest bereichsweise zu umgeben.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des wenigstens einen Sensorelements (51) ein elektrisches Feld (60) erzeugbar ist, und dass das wenigstens eine Sensorelement (51) zumindest eine Sendeeinheit (52) und eine Empfangseinheit (58) umfasst.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (52) und die Empfangseinheit (58) im Bereich der Greifeinrichtung (11) angeordnet sind.
Sicherungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (52) oder die Empfangseinheit (58) im Bereich wenigstens eines Greiffingers (12, 14) der Greifeinrichtung (11) angeordnet ist.
Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (52) platten- bzw. ringförmig ausgebildet ist, dass die Sendeeinheit (52) an einem Übergangsbereich von einem Arm (18) zu Greiffingern (12, 14) für den wenigstens einen Gegenstand (1) angeordnet ist, und dass die Sendeeinheit (52) dazu ausgebildet ist, ein in Bezug zu einer Längsachse (63) der Sendeeinheit (52) die Längsachse (63) konzentrisch umgebendes elektrisches Feld (60) auszubilden.
Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (52) als Empfangseinheit (58) und die Empfangseinheit (58) als Sendeeinheit (52) betreibbar ist.
Sicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sensorelement (51) mit einer Auswerteeinrichtung (62) verbunden ist, und dass Auswerteeinrichtung (62) dazu ausgebildet ist, zumindest mittelbar eine Bewegungssteuerung der Greifeinrichtung (11) zu beeinflussen.
Industrieroboter (100), mit einer Greifeinrichtung (11) für wenigstens einen Gegenstand (1) und mit einer Sicherungseinrichtung (50), die nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Sicherungseinrichtung (50), die nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlernen der Charakteristik des Detektionsbereichs (65) vor Inbetriebnahme mit dem wenigstens einen Gegenstand (1) an der Greifeinrichtung (11) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Veränderung einer Bewegung der Greifeinrichtung (11) in Abhängigkeit der Erfassung eines erkannten Objekts oder einer Person (3) durchgeführt wird.