EP3066441A2 - Sensing device and sensing method - Google Patents

Sensing device and sensing method

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Publication number
EP3066441A2
EP3066441A2 EP14805197.2A EP14805197A EP3066441A2 EP 3066441 A2 EP3066441 A2 EP 3066441A2 EP 14805197 A EP14805197 A EP 14805197A EP 3066441 A2 EP3066441 A2 EP 3066441A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
robot
industrial robot
measuring
detection device
working
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14805197.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Richard ZUNKE
Andreas Domke
Konrad Wirth
Thomas Rau
Julian STOCKSCHLÄDER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUKA Systems GmbH
Original Assignee
KUKA Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KUKA Systems GmbH filed Critical KUKA Systems GmbH
Publication of EP3066441A2 publication Critical patent/EP3066441A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/085—Force or torque sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0095—Means or methods for testing manipulators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0061—Force sensors associated with industrial machines or actuators
    • G01L5/0076—Force sensors associated with manufacturing machines
    • G01L5/008—Force sensors integrated in an article or a dummy workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1674—Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
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    • B25J9/1676—Avoiding collision or forbidden zones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16P—SAFETY DEVICES IN GENERAL; SAFETY DEVICES FOR PRESSES
    • F16P3/00—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body
    • F16P3/12—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine
    • G—PHYSICS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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    • G05B2219/42288—Limit, stop drive current if axis obstructed, blocked, force against stop
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49162—On collision, obstruction reverse drive, accelerate, cancel inertia

Definitions

  • the invention relates to a detection device and a detection method having the features in the preamble of the method and device main claim.
  • Articulated arm industrial robots are e.g. from DE 10 2007 063 099 AI, DE 10 2007 014 023 AI and DE 10 2007 028 758 B4 known.
  • the invention solves this problem with the features in the method and device main claim.
  • the claimed detection technique in particular the detection device and the detection method, enables a realistic metrological detection of the robot-induced stresses possibly acting on the human body in the process. These are the mechanical loads, especially forces coming from Industrial robot or its process tool in the real process in a collision on the human body exercised or act there. This collision and injury relevant features of the industrial robot or its process tool, eg
  • the claimed detection technique allows a
  • the design can be based on the detected and the actual process conditions corresponding body stresses in case of contact. It is thus more precise than an interpretation based on assumptions.
  • Robot speed (s) can be optimized.
  • Capture technique can also be used to calibrate a MRK-enabled industrial robot associated with or integrated into this sensor. Furthermore, validation and proof of the MRK capability of the work apparatus and the industrial robot are possible.
  • a touch contact with the human body can be distinguished according to two types of stress, namely the impact force and the occurring
  • the impact force is a dynamic force that is transmitted in the first momentum in contact with the human body (peak).
  • the clamping and squeezing force is the static force that remains after a first momentum.
  • the force limit values for the respective types of stress are for individual ones Body regions set in a body model.
  • the measuring device can process and practice-oriented via the positioning
  • the detection technique can also be adapted to the reaction of the body part to be protected in the event of a collision. This concerns in particular the spring behavior and possibly also the damping behavior of the body part in
  • an industrial robot suitable for human-robot cooperation (abbreviated MRK) is preferably used. This one has
  • the robot axis (s) can / can
  • This can be eg an intrinsic compliance, active or passive is trained.
  • the compliance can also be a pure spring function.
  • Industrial robots may alternatively be provided in other ways, e.g. be achieved by an external sensor or work space monitoring.
  • Figure 1 a workstation with a MRK-suitable
  • Figures 4 and 5 a measuring device of
  • Figures 6 and 7 a variant of the measuring device of
  • FIG. 8 shows a MRK-compatible tactile robot.
  • the invention relates to a detection device (2) and a detection method for robot-induced loads, in particular forces, in a working process at
  • the invention further relates to a working device (1) with a
  • the working device (1) has at least one
  • multi-axis and programmable industrial robot (3) which is preferably designed as a tactile robot and a process tool (4) carries and moves.
  • a preferred embodiment of the invention shown in FIG. 1 A preferred embodiment of the invention shown in FIG. 1
  • Industrial robot (3) is explained below.
  • the industrial robot (3) with its tool (4) performs a process on a workpiece, not shown.
  • the process and the process tool (4) can be configured as desired. Im shown
  • Embodiment is a joining process, in particular a mounting process, wherein the
  • Process tool (4) is designed as a gripper. Other alternative processes include other joining processes
  • the process tool (4) can also have one or more own axes of motion and drives.
  • the working device (1) is designed for a human-robot cooperation or collaboration (abbreviated to MRK) with a worker (14) who can get into the work area of the industrial robot (3) with one or more body parts. In this case, touch contacts between the industrial robot (3) or the process tool (4) and the worker (14) are possible, whereby mechanical stress for an affected body part can arise.
  • the performance of the working device (1) and its industrial robot (3) should be as high as possible.
  • Exposure to bodily contact with the operator (14) must be limited to a permissible limit.
  • the relevant limit for the affected body region can be taken from a body model.
  • Body contact simulated, wherein the mechanical stresses occurring, in particular acting forces measured, evaluated and compared with the predetermined limits.
  • the design and programming can be optimized based on the comparison results.
  • the load is recorded under realistic
  • Collision point (13) is e.g. according to FIG. 1 at an edge of the process tool (4).
  • the resulting loads are also dependent on the shape of the collision point (13), with pointed or sharp-edged contact points (13) causing greater loads and a higher risk of injury than blunt collision points (13).
  • the robot programming can be used to determine where the collision point (13) on the
  • the detection device (2) is provided with a
  • Evaluation unit (29) can be a separate
  • the evaluation unit (29) or the controller (12) may be an evaluation of the measurement signals and possibly also a comparison with the predetermined limit values from a possibly in the
  • Variants shown in more detail detection device (2) has a measuring device (16) for detecting the robot-induced loads, in particular the
  • the measuring device (16) can thereby be positioned and aligned at potential danger and collision points, thereby simulating a possible body contact with the worker (14). The positioning and alignment takes place according to the body region possibly located in such a region.
  • the measuring device (16) has a measuring means (17) as well as a collision element (19) movably and elastically deflectable for detection of a contact with a collision point (13).
  • the collision element (19) simulates the
  • the collision element (19) is plate-shaped, for example as circular plate, designed.
  • the avoidance capability of the collision element (19) can take place after one or more avoidance axes (28). In such a dodge can also be
  • Compliance behavior of the simulated body part in particular a spring behavior and / or a
  • the avoidance and guide means (20) has at least one escape axis (28), e.g. is aligned normal to the surface of the collision element (19).
  • the avoidance and guide means (20) preferably has an adapted to the affected body part spring and / or damping behavior.
  • FIGS. 2 to 5 and 6, 7 show two variants for this purpose.
  • a spring (21) is clamped between the collision means (19) and the measuring means (17) and is supported on both elements (17, 19). It is e.g. designed as a helical spring and guided with pins on the elements (17,19).
  • a guide (22) for the collision element (19) is present.
  • This is preferably designed as a straight guide with a plurality of parallel guide sleeves, e.g. in the form of sliding bearing bushes, in which cylindrical
  • Collision means (19) are connected and at the other end an optionally adjustable end stop for limiting the Wear extension length.
  • the collision means (19) can be tilt-and rotationally guided along the escape axis (28). In the embodiment of Figures 2 to 5 are two parallel
  • the guide rods are connected at the rear end by a three-armed coupling element (32), which for stabilization and
  • Synchronization ensures as well as can form an end stop.
  • the spring (21) has a spring stiffness which may correspond to or approximate the compression rate of the affected body part.
  • the compression rate can also be taken from the body model.
  • the spring (21) as
  • Compression spring in particular coil spring formed. It is aligned along the straight guide (22) and the escape axis (28) formed thereby.
  • the guide (22), in particular the straight guide, may have an optionally adjustable damping, which may be e.g. may be formed by an adjustable friction element (not shown). Also a fluidic, in particular hydraulic damping is possible, e.g. with one or more
  • the damping can be the reaction of the
  • the measuring means (17) is designed as a Senoran angel and preferably to the evaluation unit (29) or to the
  • a force sensor is provided, which is arranged on a holder (23) and rearwardly supported, which in turn with the positioning (15) is connected.
  • the holder (23) is also connected to the avoidance and guide means (20), in particular the
  • the force sensor is formed in the embodiment shown as a 3-D force sensor and is loaded on the top of the spring (21).
  • the holder (23) is adjustable on the positioning device (15) and in the desired position and
  • a substructure (33) is present, which consists of a mounting plate attached to the column (25) and three support columns aligned along the axis (28). These are arranged in a triangle offset from the guides (22) and distance the holder (23) from the mounting plate.
  • the coupling element protrudes with its arms in the gaps between the
  • the positioning device (15) allows a spatial adjustment of the measuring device (16) in one or
  • the positioning device (15) has a frame (24), which may be formed in one or more parts and in itself rigid or movable. Furthermore, one or more adjusting means (27) are provided for defined adjustment and fixing. This can e.g.
  • the frame (24) has a base (26) for mounting on a work table or other base in the working area of the work table
  • the measuring means (17) is for example via the holder (23) along the adjusting axis (30) height-adjustable mounted on the column (25) and can be fixed in the desired position.
  • the column (25) may be rigid or rigid with the base (26)
  • the column (25) is e.g. on a one- or multi-part foot plate rigid or
  • Adjusting means (27) are formed, e.g. between column
  • one or more translatory adjusting axes may be present between the column (25) and the base (26).
  • the MRK capability of the working device (1) and possibly of the industrial robot (3) can be produced in different ways.
  • the industrial robot (3) is a tactile robot
  • Industrial robot (3) detects a touch contact as an external load at a robot position
  • the tactile industrial robot (3) can with the Workers (14) work together in an open work area without a fence or other machine boundary. It can also come to painless contacts.
  • the industrial robot (3) can eg according to DE 10 2007
  • the industrial robot (3) is connected to an external or
  • the tactile industrial robot (3) can be the in Figure 8
  • Industrial robots can in particular power or
  • the industrial robot (3) has several, e.g. four,
  • the links (5, 6, 7, 8) are preferably articulated and connected to each other and to a pedestal via rotating robot axes I-VII.
  • the socket may have a terminal for equipment shown in FIG. It is also possible that individual members (6,7) in several parts and in itself, in particular about the longitudinal axis
  • the industrial robot (3) is designed as Gelenkarm- or articulated robot and has seven driven axes or axes of motion I-VII.
  • the axes I-VII are connected to the robot controller and can be controlled and possibly regulated.
  • the output side end member (8) of the robot (3) is eg trained as a robot hand and assigns this to a
  • the axis of rotation (10) constituting the last robot axis VII.
  • the robot (3) preferably has three or more movable members (5, 6, 7, 8). In the exemplary embodiment shown, it has a base member (5) connected to the ground via a base, and the abovementioned end member (8) and two intermediate members (6, 7).
  • the intermediate links (6,7) are multi-part and rotatable by means of axes (III) and (V) is formed.
  • the number of intermediate links (6,7) may alternatively be smaller or larger.
  • Modification may be single or all intermediate links (6,7) rotatably and without additional axis formed.
  • the links (5, 6, 7, 8) may have a straight shape or angled as shown in FIG. 8.
  • the industrial robot (3) can according to Figure 1 standing or hanging alternatively
  • the robot axes I-VII each have an axle bearing, e.g. Swivel or a joint, and a here associated and integrated controllable, possibly adjustable final drive, e.g. Rotary drive, up.
  • the robot axes I-VII can have a control or shiftable brake and possibly redundant sensors (11).
  • the sensors can
  • These sensors can be the same or different
  • the aforementioned force control or force control of the robot axes refers to the effect on the outside of the output element (9) of the end member (8) and on the reaction forces acting there.
  • Robot-internally, a torque control or torque control takes place on the rotating axes or axle drives.
  • the industrial robot (3) can be one or more resilient axles (I-VII) for the MRK fitness
  • the compliance rule can be a pure
  • Dodge capability of the industrial robot (3) can be used for manual teaching and programming. Over a
  • Load detection with the robot sensors on the axles (I - VII) can also search and find the
  • One or more compliant axes are also advantageous for tracking the process tool (4) according to the feed.
  • the industrial robot (3) can also apply a defined pressing or pulling force as needed. In the different cases can also one Weight compensation done.
  • the illustrated industrial robot (3) can as
  • Process tool (4) also has a low weight.
  • the industrial robot (3) with its process tool (4) is thus lightweight overall and can be transported without much effort and moved from one location to another.
  • Industrial robot (3) and process tool (4) can be less than 50 kg, in particular about 30 kg.
  • the industrial robot (3) is programmable, wherein the robot controller (12) has a computing unit, one or more memories for data or programs as well as input and output units.
  • the process tool (4) may be connected to the robot controller (12) or other common controller and may be e.g. when
  • the robot controller may process relevant data, e.g. Sensor data, save and for a
  • the sensor system (11) can likewise be connected to the evaluation unit (29) of the detection device (2).
  • An important element of the detection technique is time-synchronous evaluation and comparison of the signals of the robot-internal collision detection or sensor system (11) and the measured values of the external detection device (2). In this case, it can be determined whether, in the event of a collision, the sensors (11) of the MRK-capable industrial robot (3) and the
  • Detecting device (2) measure comparable forces. Also the time behavior, e.g. regarding
  • a design of the evaluation unit (29) as a software module in the robot controller (12) is particularly suitable for this purpose.
  • the detection device (2) can be used to validate and prove an MRK capability of the industrial robot (3) and the workstation (1). In particular, compliance with the force and load limits can be demonstrated.
  • Detecting device (2) can be mobile for this purpose and mounted at various relevant points in the work area of the industrial robot (3) for measurements and positioned according to the situation.
  • Evaluation unit (29) can display the measured values of the
  • Detection device (2) evaluated with location reference and stored and the validation results are logged and output.
  • the detection device (2) can also be used for calibrating the MRK-capable industrial robot (3) and in particular its sensor system (11).
  • the calibration may relate in particular to the assignment of robot speeds to physical force or load limits.
  • Embodiments are possible in various ways. On the one hand, the features of the embodiments and their modifications can be arbitrarily combined with each other and also replaced.
  • the avoidance and guide means (20) may have a different structural design and a different kinematics.
  • the escape axis (28) may possibly be bent.
  • the leadership (22) may be designed as scissors or otherwise.
  • As a spring (21) may alternatively be used a compressible body.
  • the industrial robot (3) may optionally have one or more position-controlled robot axes without force control. Alternatively or in addition to the preferred, into one or more members (5,6,7,8)
  • integrated sensor (11) can be used externally on the robot (3) or on the process tool (4) Senorik. This can e.g. non-contact objects in the
  • Robot sensors have sensing sensors. These can be, for example, capacitive or inductive sensors.
  • the MRK fitness may be due to another
  • Robot training e.g. with the aforementioned external
  • the industrial robot (3) may also have a different number and design of its members and robot axes. It can have any number and combination of rotary and / or translatory robot axes with corresponding axis drives.

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Abstract

The invention relates to a sensing device and to a sensing method for robot-induced loads that can act upon the human body in contact with the robot during a working process. The robot-induced loads, in particular forces, are measured by the measuring device (16) of an external sensing device (2). The measuring device (16) is suitably positioned and oriented in this process in the working area of an industrial robot (3) by means of a positioning device (15).

Description

BESCHREIBUNG  DESCRIPTION
Erfassungseinrichtung und Erfassungsverfahren Detection device and detection method
Die Erfindung betrifft eine Erfassungseinrichtung und ein Erfassungsverfahren mit den Merkmalen im Oberbegriff des Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruchs. The invention relates to a detection device and a detection method having the features in the preamble of the method and device main claim.
Bei modernen Arbeitsvorrichtungen können Menschen mit Industrierobotern, insbesondere taktilen Robotern, kooperieren oder kollaborieren. Dies wird als Mensch- Roboter-Kooperation oder -Kollaboration (MRK) bezeichnet. Berührungskontakte zwischen dem menschlichen Körper und dem Industrieroboter bzw. seinem Prozesswerkzeug sind dabei unter Einsatz von berührend wirkende Schutzmaßnahmen in Grenzen zugelassen. Hierfür geeignete taktile In modern work devices, people can cooperate or collaborate with industrial robots, particularly tactile robots. This is called human-robot cooperation or collaboration (MRC). Touch contacts between the human body and the industrial robot or its process tool are admittedly permitted by the use of protective measures which have a touching effect. Suitable tactile for this purpose
Gelenkarm-Industrieroboter sind z.B. aus der DE 10 2007 063 099 AI, DE 10 2007 014 023 AI und DE 10 2007 028 758 B4 bekannt . Articulated arm industrial robots are e.g. from DE 10 2007 063 099 AI, DE 10 2007 014 023 AI and DE 10 2007 028 758 B4 known.
Bei einer MRK und bei Einsatz berührend wirkender In a MRK and when using touch-acting
Schutzmaßnahmen sind bestimmte Grenzwerte einzuhalten, die sich bzgl. der Beanspruchungsart unterscheiden und die auch abhängig von der betroffenen Körperregion des Protective measures must comply with certain limit values which differ with regard to the type of stress and which also depend on the affected body region of the body
Menschen, insbesondere eines Werkers, sind. People, especially a worker, are.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Schutztechnik für MRK zu verbessern . It is an object of the invention to improve the protection of MRK.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruch. The invention solves this problem with the features in the method and device main claim.
Die beanspruchte Erfassungstechnik, insbesondere die Erfassungsvorrichtung und das Erfassungsverfahren, ermöglicht eine realitätsnahe messtechnische Erfassung der im Prozess möglicherweise auf den menschlichen Körper einwirkenden roboterinduzierten Belastungen. Dies sind die mechanischen Belastungen, insbesondere Kräfte, die vom Industrieroboter oder dessen Prozesswerkzeug im realen Prozess bei einer Kollision auf den menschlichen Körper ausgeübt werden bzw. dort einwirken. Hierbei können kollisions- und verletzungsrelevante Besonderheiten des Industrieroboters oder seines Prozesswerkzeugs, z.B. The claimed detection technique, in particular the detection device and the detection method, enables a realistic metrological detection of the robot-induced stresses possibly acting on the human body in the process. These are the mechanical loads, especially forces coming from Industrial robot or its process tool in the real process in a collision on the human body exercised or act there. This collision and injury relevant features of the industrial robot or its process tool, eg
scharfkantige oder spitze Formen des kollidierenden sharp-edged or pointed forms of the colliding
Roboter- oder Werkzeugbereichs, bei der Erfassung Robot or tool area, during capture
Berücksichtigung finden. Die beanspruchte Erfassungstechnik erlaubt eine Consideration. The claimed detection technique allows a
Optimierung der Schutzmaßnahmen bei der Auslegung einer MRK-Arbeit svorrichtung und insbesondere eines MRK- tauglichen Industrieroboters. Die Auslegung kann sich an den erfassten und den tatsächlichen Prozessbedingungen entsprechenden Körperbelastungen im Berührungsfall orientieren. Sie ist damit präzisier als eine Auslegung auf der Basis von Annahmen.  Optimization of the protective measures in the design of a MRK work device and in particular of a MRK-compatible industrial robot. The design can be based on the detected and the actual process conditions corresponding body stresses in case of contact. It is thus more precise than an interpretation based on assumptions.
Andererseits kann diese Auslegung hinsichtlich der On the other hand, this interpretation of the
Leistungsfähigkeit der Arbeitsvorrichtung und des Efficiency of the working device and the
Industrieroboters, insbesondere hinsichtlich der Industrial robots, in particular with regard to
Robotergeschwindigkeit (en) optimiert werden. Die Robot speed (s) can be optimized. The
Erfassungstechnik kann auch zum Kalibrieren einer dem MRK- tauglichen Industrieroboter zugeordneten oder in diesen integrierten Sensorik eingesetzt werden. Ferner sind eine Validierung und ein Nachweis der MRK-Tauglichkeit der Arbeitsvorrichtung und des Industrieroboters möglich. Capture technique can also be used to calibrate a MRK-enabled industrial robot associated with or integrated into this sensor. Furthermore, validation and proof of the MRK capability of the work apparatus and the industrial robot are possible.
Ein Berührungskontakt mit dem menschlichen Körper kann nach zwei Beanspruchungsarte unterschieden werden, nämlich nach der auftretenden Stoßkraft und der auftretenden A touch contact with the human body can be distinguished according to two types of stress, namely the impact force and the occurring
Klemm- und Quetschkraft. Die Stoßkraft ist eine dynamische Kraft, die im ersten Kraftimpuls bei Kontakt mit dem menschlichen Körper übertragen wird (Peak) . Die Klemm- und Quetschkraft ist die statische Kraft, die nach einem ersten Kraftimpuls erhalten bleibt. Die Kraftgrenzwerte für die jeweiligen Beanspruchungsarten sind für einzelne Körperregionen in einem Körpermodell festgelegt. Mit der beanspruchten Erfassungstechnik kann sichergestellt werden, dass bei der Entwicklung von Clamping and squeezing force. The impact force is a dynamic force that is transmitted in the first momentum in contact with the human body (peak). The clamping and squeezing force is the static force that remains after a first momentum. The force limit values for the respective types of stress are for individual ones Body regions set in a body model. With the claimed detection technique can be ensured that in the development of
MRK-Arbeit svorrichtungen und MRK-tauglichen MRK work devices and MRK-ready
Industrierobotern diese spezifischen Kraftgrenzwerte eingehalten werden. Industrial robots, these specific force limits are met.
Die beanspruchte Erfassungstechnik hat den Vorteil, dass die Messeinrichtung eine realitätsnahe Messung von The claimed detection technique has the advantage that the measuring device is a realistic measurement of
Kollisionskräften bei einer Kollision von Mensch und Collision forces in a collision of humans and
Roboter ermöglicht. Die Messeinrichtung kann über die Positioniereinrichtung prozess- und praxisgerecht Robot allows. The measuring device can process and practice-oriented via the positioning
positioniert und ausgerichtet werden. Sie kann dadurch die betroffene und zu überprüfende Körperregion eines Werkers simulieren. Dies ist eine prozessechte Simulation. be positioned and aligned. It can thereby simulate the affected and to be examined body region of a worker. This is a process-true simulation.
Die Erfassungstechnik kann ferner an die Reaktion des abzusichernden Körperteils im Kollisionsfall angepasst werden. Dies betrifft insbesondere das Federverhalten und ggf. auch das Dämpfungsverhalten des Körperteils im The detection technique can also be adapted to the reaction of the body part to be protected in the event of a collision. This concerns in particular the spring behavior and possibly also the damping behavior of the body part in
Kollisionsfall. Hierdurch kann eine besonders Event of a collision. This can be a special
realitätsnahe Erfassung der im Kollisionsfall auftretenden Belastungen, insbesondere der Kollisionskräfte, erreicht werden. Zudem kann die Messung der Stoßkräfte sowie der Klemm- und Quetschkräfte im tatsächlichen Programmablauf der Arbeitsvorrichtung bzw. des Industrieroboters Realistic detection of the loads occurring in the event of a collision, in particular the collision forces, can be achieved. In addition, the measurement of the impact forces as well as the clamping and squeezing forces in the actual program sequence of the working device or the industrial robot
erfolgen . respectively .
Bei der beanspruchten Arbeitsvorrichtung wird vorzugsweise ein für die Mensch-Roboter-Kooperation (abgekürzt MRK) tauglicher Industrieroboter eingesetzt. Dieser hat In the claimed working device, an industrial robot suitable for human-robot cooperation (abbreviated MRK) is preferably used. This one has
vorzugsweise eine oder mehrere nachgiebige Roboterachsen. Die Roboterachse (n) kann/können eine preferably one or more compliant robot axes. The robot axis (s) can / can
Nachgiebigkeitsregelung haben. Diese kann unterschiedlich ausgelegt sein und ein unterschiedliches  Have compliance. This can be designed differently and a different one
Nachgiebigkeitsverhalten erzeugen. Dies kann z.B. eine intrinsische Nachgiebigkeit sein, die aktiv oder passiv ausgebildet ist. Die Nachgiebigkeit kann auch eine reine Federfunktion sein. Die MRK-Tauglichkeit des Create compliance behavior. This can be eg an intrinsic compliance, active or passive is trained. The compliance can also be a pure spring function. The MRK-fitness of the
Industrieroboters kann alternativ auf andere Weise, z.B. durch eine externe Sensorik oder Arbeitsraumüberwachung erreicht werden. Industrial robots may alternatively be provided in other ways, e.g. be achieved by an external sensor or work space monitoring.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte In the subclaims are further advantageous
Ausgestaltungen der Erfindung angegeben. Embodiments of the invention indicated.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen: The invention is illustrated by way of example and schematically in the drawings. In detail show:
Figur 1: eine Arbeitsstation mit einem MRK-tauglichen Figure 1: a workstation with a MRK-suitable
Industrieroboter, einem Werker und einer Erfassungseinrichtung für Kollisionsbelastungen in einer schematischen Seitenansicht, Figur 2 und 3: verschiedene perspektivische Ansichten der  Industrial robots, a worker and a detection device for collision loads in a schematic side view, Figure 2 and 3: different perspective views of
Erfassungseinrichtung von Figur 1,  Detection device of Figure 1,
Figur 4 und 5: eine Messeinrichtung der Figures 4 and 5: a measuring device of
Erfassungseinrichtung von Figur 1 bis 3 in verschiedenen Ansichten,  Detecting device of Figure 1 to 3 in different views,
Figur 6 und 7: eine Variante der Messeinrichtung von Figures 6 and 7: a variant of the measuring device of
Figur 2 bis 5 in Perspektiv- und  Figure 2 to 5 in perspective and
Seitenansicht und  Side view and
Figur 8: einen MRK-tauglichen taktilen Roboter. FIG. 8 shows a MRK-compatible tactile robot.
Die Erfindung betrifft eine Erfassungseinrichtung (2) und ein Erfassungsverfahren für roboterinduzierte Belastungen, insbesondere Kräfte, die in einem Arbeitsprozess bei The invention relates to a detection device (2) and a detection method for robot-induced loads, in particular forces, in a working process at
Berührungskontakt auf den menschlichen Körper eines Contact with the human body
Werkers (14) einwirken können. Die Erfindung betrifft ferner einen Arbeitsvorrichtung (1) mit einem Worker (14) can act. The invention further relates to a working device (1) with a
Industrieroboter (3) und einer Erfassungseinrichtung (2). Industrial robot (3) and a detection device (2).
Die Arbeitsvorrichtung (1) weist mindestens einen The working device (1) has at least one
mehrachsigen und programmierbaren Industrieroboter (3) auf, der bevorzugt als taktiler Roboter ausgebildet ist und der ein Prozesswerkzeug (4) trägt und bewegt. Eine in Figur 8 gezeigte bevorzugte Ausführungsform des multi-axis and programmable industrial robot (3), which is preferably designed as a tactile robot and a process tool (4) carries and moves. A preferred embodiment of the invention shown in FIG
Industrieroboter (3) wird nachfolgend erläutert. Der Industrieroboter (3) führt mit seinem Werkzeug (4) einen Prozess an einem nicht dargestellten Werkstück durch. Der Prozess und das Prozesswerkzeug (4) können beliebig ausgebildet sein. Im gezeigten Industrial robot (3) is explained below. The industrial robot (3) with its tool (4) performs a process on a workpiece, not shown. The process and the process tool (4) can be configured as desired. Im shown
Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Fügeprozess, insbesondere einen Montageprozess , wobei das  Embodiment is a joining process, in particular a mounting process, wherein the
Prozesswerkzeug (4) als Greifer ausgebildet ist. Andere alternative Prozesse sind andere Fügeprozesse mit Process tool (4) is designed as a gripper. Other alternative processes include other joining processes
Schweißen, Kleben, Löten oder dgl . Fügeoperationen, Welding, gluing, soldering or the like Joining operations,
Auftrageprozesse, Umformprozesse oder dergleichen. Das Prozesswerkzeug (4) kann auch eine oder mehrere eigene Bewegungsachsen und Antriebe aufweisen. Die Arbeitsvorrichtung (1) ist für eine Mensch-Roboter- Kooperation oder -Kollaboration (abgekürzt MRK) mit einem Werker (14) ausgebildet, der mit einem oder mehreren Körperteilen in den Arbeitsbereich des Industrieroboters (3) gelangen kann. Dabei sind Berührungskontakte zwischen dem Industrieroboter (3) bzw. dem Prozesswerkzeug (4) und dem Werker (14) möglich, wobei mechanische Belastungen für ein betroffenes Körperteil entstehen können. Diese  Application processes, forming processes or the like. The process tool (4) can also have one or more own axes of motion and drives. The working device (1) is designed for a human-robot cooperation or collaboration (abbreviated to MRK) with a worker (14) who can get into the work area of the industrial robot (3) with one or more body parts. In this case, touch contacts between the industrial robot (3) or the process tool (4) and the worker (14) are possible, whereby mechanical stress for an affected body part can arise. These
Belastungen, insbesondere die auftretenden Kräfte, sollen einerseits zur Vermeidung oder zur Begrenzung von Strains, in particular the forces occurring, on the one hand to avoid or limit
Verletzungen beeinflusst werden, wobei andererseits die Leistungsfähigkeit der Arbeitsvorrichtung (1) und ihres Industrieroboters (3) möglichst hoch sein soll. On the other hand, the performance of the working device (1) and its industrial robot (3) should be as high as possible.
Bei der Auslegung der Arbeitsvorrichtung bzw. des In the design of the working device or the
Industrieroboters (3) und der durchzuführenden Prozesse bzw. der Roboterprogrammierung werden die Industrial robot (3) and the processes to be performed or the robot programming are the
Roboterbewegungen und insbesondere die dabei auftretenden Robotergeschwindigkeiten einerseits möglichst hoch  Robotic movements and in particular the occurring robot speeds on the one hand as high as possible
gewählt, wobei andererseits die hiervon ausgehenden on the other hand, the starting from this
Belastungen bei Körperkontakt mit dem Werker (14) auf einen zulässigen Grenzwert beschränkt werden. Der für die jeweils betroffene Körperregion maßgebende Grenzwert kann aus einem Körpermodell entnommen werden. Exposure to bodily contact with the operator (14) must be limited to a permissible limit. The relevant limit for the affected body region can be taken from a body model.
Mit der Erfassungseinrichtung (2) wird ein solcher With the detection device (2) is such
Körperkontakt simuliert, wobei die dabei auftretenden mechanischen Belastungen, insbesondere einwirkenden Kräfte gemessen, ausgewertet und mit den vorgegeben Grenzwerten verglichen werden. Die Auslegung und Programmierung kann anhand der Vergleichsergebnisse optimiert werden. Die Belastungserfassung erfolgt unter realistischen Body contact simulated, wherein the mechanical stresses occurring, in particular acting forces measured, evaluated and compared with the predetermined limits. The design and programming can be optimized based on the comparison results. The load is recorded under realistic
Prozessbedingungen, wobei der Industrieroboter (3) sich entlang seiner programmierten Bahn bewegt und mit einer Kollisionsstelle (13) an seinem Prozesswerkzeug (4) oder an einem anderen Roboterteil mit der Erfassungseinrichtung (2) in Berührungskontakt bzw. in Kollision gerät. Die Process conditions, wherein the industrial robot (3) moves along its programmed path and in contact with a collision point (13) on its process tool (4) or on another robot part with the detection device (2) in contact or in collision. The
Kollisionsstelle (13) befindet sich z.B. gemäß Figur 1 an einer Kante des Prozesswerkzeugs (4) . Collision point (13) is e.g. according to FIG. 1 at an edge of the process tool (4).
Die dabei auftretenden Belastungen sind auch von der Form der Kollisionsstelle (13) abhängig, wobei spitze oder scharfkantige Berührungsstellen (13) stärkere Belastungen und eine höhere Verletzungsgefahr hervorrufen als stumpfe Kollisionsstellen (13). Über die Roboterprogrammierung kann erfasst werden, wo die Kollisionsstelle (13) am The resulting loads are also dependent on the shape of the collision point (13), with pointed or sharp-edged contact points (13) causing greater loads and a higher risk of injury than blunt collision points (13). The robot programming can be used to determine where the collision point (13) on the
Industrieroboter (3) bzw. am Prozesswerkzeug (4) Industrial robot (3) or on the process tool (4)
angeordnet ist und welche Form sie hat. Dies kann sich auf den Grenzwertvergleich entsprechend auswirken. is arranged and what shape she has. This may affect the threshold comparison accordingly.
Die Erfassungseinrichtung (2) ist mit einer The detection device (2) is provided with a
Auswerteeinheit (29) ausgerüstet, an die über eine Evaluation unit (29) equipped, to which via a
Signalverbindung (18), z.B. eine elektrische Signal connection (18), e.g. an electrical
Signalleitung, auch die Robotersteuerung (12) des Signal line, also the robot control (12) of the
Industrieroboters (3) angeschlossen sein kann. Die Industrial robot (3) can be connected. The
Auswerteeinheit (29) kann eine separate Evaluation unit (29) can be a separate
Auswerteeinrichtung sein. Sie kann alternativ oder Be evaluation. It can alternatively or
zusätzlich als Softwaremodul ausgebildet und in eine externe Auswerte- oder Steuereinrichtung, insbesondere in die Robotersteuerung (12) implementiert sein. additionally designed as a software module and in an external evaluation or control device, in particular in the robot controller (12) be implemented.
Die Auswerteeinheit (29) bzw. die Steuerung (12) kann eine Auswertung der Messsignale und ggf. auch einen Vergleich mit den vorgegeben Grenzwerten aus einem ggf. in der The evaluation unit (29) or the controller (12) may be an evaluation of the measurement signals and possibly also a comparison with the predetermined limit values from a possibly in the
Auswerteeinheit (29) bzw. in der Steuerung (12)  Evaluation unit (29) or in the controller (12)
gespeicherten Körpermodell durchführen. Die Optimierung der Bewegungsprogrammierung und insbesondere der perform stored body model. The optimization of motion programming and in particular the
programmierten Robotergeschwindigkeiten im Gefahren- und Kollisionsbereich anhand des Grenzwertvergleichs kann manuell durch einen Bediener oder Programmierer erfolgen. Sie kann mit entsprechender Software auch automatisiert werden . Die in Figur 1 schematisch und in Figur 2 bis 7 in zweiProgrammed robot speeds in the danger and collision area based on the limit value comparison can be performed manually by an operator or programmer. It can also be automated with appropriate software. The schematic in Figure 1 and in Figure 2 to 7 in two
Varianten detaillierter dargestellte Erfassungseinrichtung (2) weist eine Messeinrichtung (16) zur Erfassung der roboterinduzierten Belastungen, insbesondere der Variants shown in more detail detection device (2) has a measuring device (16) for detecting the robot-induced loads, in particular the
auftretenden Kräfte, und eine Positioniereinrichtung (15) zur prozessgerechten Positionierung und Ausrichtung der Messeinrichtung (16) im Arbeitsbereich des occurring forces, and a positioning device (15) for process-oriented positioning and alignment of the measuring device (16) in the working range of
Industrieroboters (3) auf. Die Messeinrichtung (16) kann dadurch an potenziellen Gefahren- und Kollisionsstellen positioniert und ausgerichtet werden, um hierdurch einen möglichen Körperkontakt mit dem Werker (14) zu simulieren. Die Positionierung und Ausrichtung erfolgt entsprechend der möglicherweise in einem solchen Bereich befindlichen Körperregion . Die Messeinrichtung (16) weist in beiden Varianten ein Messmittel (17) sowie ein damit beweglich und elastisch ausweichfähig verbundenes Kollisionselement (19) für die Detektion eines Kontakts mit einer Kollisionsstelle (13) auf. Das Kollisionselement (19) simuliert die Industrial robot (3) on. The measuring device (16) can thereby be positioned and aligned at potential danger and collision points, thereby simulating a possible body contact with the worker (14). The positioning and alignment takes place according to the body region possibly located in such a region. In both variants, the measuring device (16) has a measuring means (17) as well as a collision element (19) movably and elastically deflectable for detection of a contact with a collision point (13). The collision element (19) simulates the
Körperoberfläche und kann hierfür entsprechend geeignet ausgebildet sein. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Kollisionselement (19) plattenförmig, z.B. als kreisrunder Teller, gestaltet. Body surface and can be suitably designed for this purpose. In the exemplary embodiments shown, the collision element (19) is plate-shaped, for example as circular plate, designed.
Die Ausweichfähigkeit des Kollisionselements (19) kann nach einer oder mehreren Ausweichachsen (28) erfolgen. Bei einem solchen Ausweichen kann auch ein The avoidance capability of the collision element (19) can take place after one or more avoidance axes (28). In such a dodge can also be
Nachgiebigkeitsverhalten des simulierten Körperteils, insbesondere ein Federverhalten und/oder ein  Compliance behavior of the simulated body part, in particular a spring behavior and / or a
Dämpfungsverhalten, simuliert werden. Zwischen dem Kollisionselement (19) und dem Messmittel (17) ist in beiden Varianten ein Ausweich- und Damping behavior, be simulated. Between the collision element (19) and the measuring means (17) is an alternative and in both variants
Führungsmittel (20) angeordnet und mit beiden Teilen Guiding means (20) arranged and with both parts
(17,19) verbunden. Das Ausweich- und Führungsmittel (20) hat mindestens eine Ausweichachse (28), die z.B. normal zur Oberfläche des Kollisionselements (19) ausgerichtet ist. Das Ausweich- und Führungsmittel (20) weist bevorzugt ein an das betroffene Körperteil angepasstes Feder- und/oder Dämpfungsverhalten auf. Für die konstruktive und funktionale Ausgestaltung des Ausweich- und Führungsmittels (20) gibt es verschiedene Möglichkeiten. Figur 2 bis 5 und 6, 7 zeigen hierzu zwei Varianten . in den gezeigten Ausführungsbeispielen ist zwischen dem Kollisionsmittel (19) und dem Messmittel (17) eine Feder (21) eingespannt, die sich an beiden Elementen (17,19) abstützt. Sie ist z.B. als Schraubenfeder ausgebildet und mit Zapfen an den Elementen (17,19) geführt. (17,19). The avoidance and guide means (20) has at least one escape axis (28), e.g. is aligned normal to the surface of the collision element (19). The avoidance and guide means (20) preferably has an adapted to the affected body part spring and / or damping behavior. For the constructive and functional design of the avoidance and guide means (20) there are various possibilities. FIGS. 2 to 5 and 6, 7 show two variants for this purpose. In the exemplary embodiments shown, a spring (21) is clamped between the collision means (19) and the measuring means (17) and is supported on both elements (17, 19). It is e.g. designed as a helical spring and guided with pins on the elements (17,19).
Ferner ist eine Führung (22) für das Kollisionselement (19) vorhanden. Diese ist bevorzugt als Geradführung mit mehreren parallelen Führungshülsen ausgebildet, z.B. in Form von Gleit lagerbuchsen, in denen zylindrische Furthermore, a guide (22) for the collision element (19) is present. This is preferably designed as a straight guide with a plurality of parallel guide sleeves, e.g. in the form of sliding bearing bushes, in which cylindrical
Führungsstangen gleiten, die an einem Ende mit dem Guide rods slide at one end with the
Kollisionsmittel (19) verbunden sind und am anderen Ende einen ggf. verstellbaren Endanschlag zur Begrenzung der Ausziehlänge tragen. Das Kollisionsmittel (19) kann kipp- und drehfest entlang der Ausweichachse (28) geführt werden . In der Ausführung von Figur 2 bis 5 sind zwei paralleleCollision means (19) are connected and at the other end an optionally adjustable end stop for limiting the Wear extension length. The collision means (19) can be tilt-and rotationally guided along the escape axis (28). In the embodiment of Figures 2 to 5 are two parallel
Führungshülsen (22) vorgesehen. Die Variante von Figur 6 und 7 hat drei parallele Führungshülsen (22), die im Guide sleeves (22) provided. The variant of Figure 6 and 7 has three parallel guide sleeves (22), which in
Dreieck angeordnet sind. Die Führungsstangen sind am rückwärtigen Ende durch ein dreiarmiges Koppelelement (32) verbunden, welches für eine Stabilisierung und Triangle are arranged. The guide rods are connected at the rear end by a three-armed coupling element (32), which for stabilization and
Synchronisation sorgt sowie einen Endanschlag bilden kann.  Synchronization ensures as well as can form an end stop.
Die Feder (21) weist eine Federsteifigkeit auf, die der Kompressionsrate des betroffenen Körperteils entsprechen oder an diese angenähert sein kann. Die Kompressionsrate kann ebenfalls dem Körpermodell entnommen werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Feder (21) als The spring (21) has a spring stiffness which may correspond to or approximate the compression rate of the affected body part. The compression rate can also be taken from the body model. In the embodiment shown, the spring (21) as
Druckfeder, insbesondere Schraubenfeder, ausgebildet. Sie ist entlang der Geradführung (22) und der hierdurch gebildeten Ausweichachse (28) ausgerichtet. Compression spring, in particular coil spring formed. It is aligned along the straight guide (22) and the escape axis (28) formed thereby.
Die Führung (22), insbesondere die Geradführung, kann eine ggf. einstellbare Dämpfung aufweisen, die z.B. durch ein einstellbares Reibelement (nicht dargestellt) gebildet sein kann. Auch eine fluidische, insbesondere hydraulische Dämpfung ist möglich, z.B. mit einem oder mehreren The guide (22), in particular the straight guide, may have an optionally adjustable damping, which may be e.g. may be formed by an adjustable friction element (not shown). Also a fluidic, in particular hydraulic damping is possible, e.g. with one or more
Dämpf Zylindern . Die Dämpfung kann der Reaktion des Damping cylinders. The damping can be the reaction of the
kontaktierten Körperteils entsprechen oder an diese angenähert sein und kann ggf. dem Körpermodell entnommen werden. Correspond to contacted body part or be approximated to this and can optionally be taken from the body model.
Das Messmittel (17) ist als Senoranordnung ausgebildet und vorzugsweise an die Auswerteeinheit (29) bzw. an die The measuring means (17) is designed as a Senoranordnung and preferably to the evaluation unit (29) or to the
Signalverbindung (18) angeschlossen. Im gezeigten Signal connection (18) connected. Im shown
Ausführungsbeispiel ist ein Kraftsensor vorgesehen, der auf einem Halter (23) angeordnet und rückseitig abgestützt ist, welcher seinerseits mit der Positioniereinrichtung (15) verbunden ist. Der Halter (23) ist außerdem mit dem Ausweich- und Führungsmittel (20), insbesondere der Embodiment, a force sensor is provided, which is arranged on a holder (23) and rearwardly supported, which in turn with the positioning (15) is connected. The holder (23) is also connected to the avoidance and guide means (20), in particular the
Geradführung (22), verbunden. Der Kraftsensor ist in der gezeigten Ausführungsform als 3-D-Kraft sensor ausgebildet und wird auf der Oberseite von der Feder (21) belastet. Straight guide (22), connected. The force sensor is formed in the embodiment shown as a 3-D force sensor and is loaded on the top of the spring (21).
Der Halter (23) ist an der Positioniereinrichtung (15) verstellbar und in der gewünschten Position und The holder (23) is adjustable on the positioning device (15) and in the desired position and
Ausrichtung fixierbar angeordnet. In der ersten Ausführung von Figur 2 bis 5 ist der Halter (23) direkt an der Säule (25) befestigt. In der Variante von Figur 6 und 7 ist ein Unterbau (33) vorhanden, der aus einer an der Säule (25) befestigten Anbauplatte und drei längs der Achse (28) ausgerichteten Stützsäulen besteht. Diese sind im Dreieck versetzt zu den Führungen (22) angeordnet und distanzieren den Halter (23) von der Anbauplatte. Das Koppelelement ragt mit seinen Armen in die Lücken zwischen den Orientation arranged fixable. In the first embodiment of Figures 2 to 5, the holder (23) is attached directly to the column (25). In the variant of Figures 6 and 7, a substructure (33) is present, which consists of a mounting plate attached to the column (25) and three support columns aligned along the axis (28). These are arranged in a triangle offset from the guides (22) and distance the holder (23) from the mounting plate. The coupling element protrudes with its arms in the gaps between the
Stüt z säulen . Die Positioniereinrichtung (15) erlaubt eine räumliche Verstellung der Messeinrichtung (16) in einer oder Column pillar. The positioning device (15) allows a spatial adjustment of the measuring device (16) in one or
bevorzugt mehreren translatorischen und/oder rotatorischen Stellachsen (30,31) und hat hierfür eine geeignete preferably a plurality of translatory and / or rotary adjusting axes (30, 31) and has a suitable one for this purpose
Ausbildung. Die Positioniereinrichtung (15) weist ein Gestell (24) auf, das einteilig oder mehrteilig und in sich starr oder beweglich ausgebildet sein kann. Ferner sind ein oder mehrere Stellmittel (27) zum definierten Verstellen und Fixieren vorgesehen. Dies können z.B. Education. The positioning device (15) has a frame (24), which may be formed in one or more parts and in itself rigid or movable. Furthermore, one or more adjusting means (27) are provided for defined adjustment and fixing. This can e.g.
gerade oder gebogene Nuten mit Gleitsteinen und straight or curved grooves with sliding blocks and
Fixiermitteln oder Langlochführungen mit Klemmschrauben oder dgl . sein. Fixing or slot guides with clamping screws or the like. be.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Gestell (24) eine Basis (26) für eine Montage an einem Arbeitstisch oder einer anderen Unterlage im Arbeitsbereich des In the exemplary embodiment shown, the frame (24) has a base (26) for mounting on a work table or other base in the working area of the work table
Industrieroboters (3) auf. Auf der Basis (26) ist eine aufrechte Säule (25) angeordnet. Das Messmittel (17) ist z.B. über den Halter (23) entlang der Stellachse (30) höhenverstellbar an der Säule (25) gelagert und kann in der gewünschten Position fixiert werden. Die Säule (25) kann mit der Basis (26) starr oder Industrial robot (3) on. On the base (26) an upright column (25) is arranged. The measuring means (17) is for example via the holder (23) along the adjusting axis (30) height-adjustable mounted on the column (25) and can be fixed in the desired position. The column (25) may be rigid or rigid with the base (26)
beweglich verbunden sein. Die Säule (25) ist z.B. auf einer ein- oder mehrteiligen Fußplatte starr oder be connected mobile. The column (25) is e.g. on a one- or multi-part foot plate rigid or
beweglich angeordnet. Über eine bewegliche Verbindung kann eine rotatorische Stellachse (31) mit geeigneten movably arranged. About a movable connection, a rotary adjusting axis (31) with suitable
Stellmitteln (27) gebildet werden, z.B. zwischen SäuleAdjusting means (27) are formed, e.g. between column
(25) und der Fußplatte. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere translatorische Stellachsen zwischen der Säule (25) und der Basis (26) vorhanden sein. Anderseits ist es möglich, zwischen zwei beweglichen Gestellteilen, insbesondere zwischen der Säule (25) und der Basis (26), eine weitere Ausweichachse zu bilden. (25) and the foot plate. Alternatively or additionally, one or more translatory adjusting axes may be present between the column (25) and the base (26). On the other hand, it is possible to form between two movable frame parts, in particular between the column (25) and the base (26), a further evasion axis.
Die MRK-Tauglichkeit der Arbeitsvorrichtung (1) und ggf. des Industrieroboters (3) kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Industrieroboter (3) als taktiler Roboter The MRK capability of the working device (1) and possibly of the industrial robot (3) can be produced in different ways. In the embodiments shown, the industrial robot (3) is a tactile robot
ausgebildet und ist selbst MRK-tauglich . trained and is MRK-suitable.
Vorzugsweise handelt es sich um einen taktilen Preferably, it is a tactile
mehrachsigen Industrieroboter (3) mit einer bevorzugt integrierten Sensorik (11), der sensitive Eigenschaften hat und selbst einen Berührungskontakte mit dem multiaxial industrial robot (3) with a preferably integrated sensor (11), which has sensitive properties and even a physical contact with the
menschlichen Körper oder anderen Hindernissen detektieren und hierauf reagieren kann. Er kann dabei z.B. stehen bleiben oder sich ggf. auch von der Kontaktstelle detect and respond to human bodies or other obstacles. He can, for example, stay or even from the contact point if necessary
entfernen, insbesondere zurückbewegen. Der taktile remove, in particular move back. The tactile
Industrieroboter (3) detektiert einen Berührungskontakt als äußere Belastung, die an einer Roboterposition Industrial robot (3) detects a touch contact as an external load at a robot position
auftritt, an der diese Belastung nicht erwartet wird. Für die Reaktion auf einen Berührungskontakt kann es occurs when this burden is not expected. For the reaction to a touch contact it can
unterschiedlich hohe Belastungs- und Reaktionsschwellen geben. Der taktile Industrieroboter (3) kann mit dem Werker (14) in einem offenen Arbeitsbereich ohne Zaun oder andere Maschinengrenze zusammenarbeiten. Es kann dabei auch zu schmerzfreien Kontakten kommen. Der Industrieroboter (3) kann z.B. gemäß der DE 10 2007give different levels of stress and reaction thresholds. The tactile industrial robot (3) can with the Workers (14) work together in an open work area without a fence or other machine boundary. It can also come to painless contacts. The industrial robot (3) can eg according to DE 10 2007
063 099 AI, DE 10 2007 014 023 AI und/oder DE 10 2007 028 758 B4 ausgebildet sein. Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß Figur 8 wird nachstehend erläutert. Der Industrieroboter (3) ist an eine externe oder 063 099 AI, DE 10 2007 014 023 AI and / or DE 10 2007 028 758 B4 be formed. A preferred embodiment according to FIG. 8 will be explained below. The industrial robot (3) is connected to an external or
integrierte Robotersteuerung (12) angeschlossen. Der taktile Industrieroboter (3) kann die in Figur 8 Integrated robot control (12) connected. The tactile industrial robot (3) can be the in Figure 8
angedeutete, bevorzugt integrierte Sensorik (11) für die Erfassung von extern einwirkenden Kräften und/oder indicated, preferably integrated sensor (11) for the detection of externally acting forces and / or
Momenten aufweisen, die mit der Robotersteuerung (12) verbunden ist und zur Steuerung oder Regelung, Have moments that is connected to the robot controller (12) and for control or regulation,
insbesondere Nachgiebigkeitsregelung, der in particular compliance rule, the
Roboterbewegungen verwendet wird. Der taktile Robot movements is used. The tactile
Industrieroboter kann insbesondere kraft- oder Industrial robots can in particular power or
momentengeregelte Achsen haben. have momentum-controlled axes.
Der Industrieroboter (3) weist mehrere, z.B. vier, The industrial robot (3) has several, e.g. four,
bewegliche und miteinander verbundene Glieder (5,6,7,8) auf. Die Glieder (5,6,7,8) sind vorzugsweise gelenkig und über drehende Roboterachsen I-VII miteinander und mit einem Sockel verbunden. Der Sockel kann einen in Figur 8 gezeigten Anschluss für Betriebsmittel haben. Es ist ferner möglich, dass einzelne Glieder (6,7) mehrteilig und in sich beweglich, insbesondere um die Längsachse movable and connected members (5,6,7,8). The links (5, 6, 7, 8) are preferably articulated and connected to each other and to a pedestal via rotating robot axes I-VII. The socket may have a terminal for equipment shown in FIG. It is also possible that individual members (6,7) in several parts and in itself, in particular about the longitudinal axis
verdrehbar, ausgebildet sind. rotatable, are formed.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Industrieroboter (3) als Gelenkarm- oder Knickarmroboter ausgebildet und weist sieben angetriebene Achsen bzw. Bewegungsachsen I- VII auf. Die Achsen I-VII sind mit der Robotersteuerung verbunden und können gesteuert und ggf. geregelt werden. Das abtriebsseit ige Endglied (8) des Roboters (3) ist z.B. als Roboterhand ausgebildet und weist das um eine In the illustrated embodiment, the industrial robot (3) is designed as Gelenkarm- or articulated robot and has seven driven axes or axes of motion I-VII. The axes I-VII are connected to the robot controller and can be controlled and possibly regulated. The output side end member (8) of the robot (3) is eg trained as a robot hand and assigns this to a
Drehachse (10) drehbare Abtriebselement (9), z.B. einen Abtriebsflansch, auf. Die Drehachse (10) bildet die letzte Roboterachse VII. Durch ein ggf. hohles Abtriebselement (9) und ggf. andere Roboterglieder (5,6,7) können eine oder mehrere Leitungen für Betriebsmittel, z.B. Leistungs¬ und Signalströme, Fluide etc. geführt sein und am Flansch (9) nach außen treten. Der Roboter (3) hat vorzugsweise drei oder mehr bewegliche Glieder (5,6,7,8). Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist er ein mit dem Untergrund über einen Sockel verbundenes Basisglied (5) und das vorerwähnte Endglied (8) sowie zwei Zwischenglieder (6,7) auf. Die Zwischenglieder (6,7) sind mehrteilig und in sich verdrehbar mittels Achsen (III) und (V) ausgebildet. Die Zahl der Zwischenglieder (6,7) kann alternativ kleiner oder größer sein. In weiterer Rotary axis (10) rotatable output element (9), eg an output flange on. The axis of rotation (10) constituting the last robot axis VII. An optionally hollow output member (9) and optionally other robot members (5,6,7), one or more lines for equipment, such as power and signal currents ¬, fluids etc. out be and on the flange (9) to the outside. The robot (3) preferably has three or more movable members (5, 6, 7, 8). In the exemplary embodiment shown, it has a base member (5) connected to the ground via a base, and the abovementioned end member (8) and two intermediate members (6, 7). The intermediate links (6,7) are multi-part and rotatable by means of axes (III) and (V) is formed. The number of intermediate links (6,7) may alternatively be smaller or larger. In further
Abwandlung können einzelne oder alle Zwischenglieder (6,7) in sich drehfest und ohne zusätzliche Achse ausgebildet sein. Die Glieder (5,6,7,8) können eine gerade oder gemäß Figur 8 abgewinkelte Form haben. Der Industrieroboter (3) kann gemäß Figur 1 stehend oder alternativ hängend Modification may be single or all intermediate links (6,7) rotatably and without additional axis formed. The links (5, 6, 7, 8) may have a straight shape or angled as shown in FIG. 8. The industrial robot (3) can according to Figure 1 standing or hanging alternatively
angeordnet sein. Die Roboterachsen I-VII weisen jeweils ein Achslager, z.B. Drehlager bzw. ein Gelenk, und einen hier zugeordneten und integrierten steuerbaren, ggf. regelbaren Achsantrieb, z.B. Drehantrieb, auf. Außerdem können die Roboterachsen I-VII eine Steuer- oder schaltbare Bremse und die ggf. redundante Sensorik (11) haben. Die Sensorik kann be arranged. The robot axes I-VII each have an axle bearing, e.g. Swivel or a joint, and a here associated and integrated controllable, possibly adjustable final drive, e.g. Rotary drive, up. In addition, the robot axes I-VII can have a control or shiftable brake and possibly redundant sensors (11). The sensors can
integriert sein und kann z.B. einen oder mehrere Sensoren an einer oder mehreren Roboterachsen I-VII aufweisen. integrated and can e.g. have one or more sensors on one or more robot axes I-VII.
Diese Sensoren können gleiche oder unterschiedliche These sensors can be the same or different
Funktionen haben. Sie können insbesondere zum Erfassen von einwirkenden Belastungen, insbesondere von Momenten, ausgebildet sein. Sie können ferner Drehbewegungen und ggf. Drehpositionen detektieren. In einer anderen Ausführungsform kann ein solche mit der Robotersteuerung verbundene Sensorik am Industrieroboter (3) extern Have functions. They can be designed in particular for detecting acting loads, in particular moments. You can also detect rotational movements and possibly rotational positions. In another Embodiment, such connected to the robot control sensor on the industrial robot (3) externally
angebaut sein, z.B. am Abtriebselement (8) oder am grown, e.g. on the output element (8) or on
Prozesswerkzeug (4) . Process tool (4).
Die vorgenannte Kraftsteuerung oder Kraftregelung der Roboterachsen (I-VII) bezieht sich auf die Wirkung nach außen am Abtriebselement (9) des Endglieds (8) sowie auf die dort einwirkenden Reaktionskräfte. Roboterintern findet an den drehenden Achsen oder Achsantrieben eine Momentensteuerung oder Momentenregelung statt. The aforementioned force control or force control of the robot axes (I-VII) refers to the effect on the outside of the output element (9) of the end member (8) and on the reaction forces acting there. Robot-internally, a torque control or torque control takes place on the rotating axes or axle drives.
Der Industrieroboter (3) kann für die MRK-Tauglichkeit eine oder mehrere nachgiebige Achsen (I - VII) bzw. The industrial robot (3) can be one or more resilient axles (I-VII) for the MRK fitness
nachgiebige Achsantriebe mit einer Nachgiebigkeitsregelung haben. Die Nachgiebigkeitsregelung kann eine reine have compliant axle drives with a compliance control. The compliance rule can be a pure
Kraftregelung oder eine Kombination aus einer Positionsund einer Kraftregelung sein. Eine solche nachgiebige Achse vermeidet Unfälle mit Personen und Crashs mit Force control or a combination of a position and a force control. Such a compliant axle avoids accidents involving people and crashes
Gegenständen im Arbeitsbereich durch Kraftbegrenzung und ggf. Stillstand oder federndes Ausweichen im Fall Objects in the work area by force limitation and possibly standstill or resilient Dodge in the case
unverhergesehener Kollisionen. Sie kann andererseits in verschiedener Hinsicht für den Arbeit sprozess vorteilhaft genutzt werden. Einerseits kann die federnde unforeseen collisions. On the other hand, it can be used advantageously in various ways for the work sprozess. On the one hand, the springy
Ausweichfähigkeit des Industrieroboters (3) zum manuellen Teachen und Programmieren benutzt werden. Über eine Dodge capability of the industrial robot (3) can be used for manual teaching and programming. Over a
Belastungserfassung mit der Robotersensorik an den Achsen (I - VII) kann außerdem das Suchen und Finden der Load detection with the robot sensors on the axles (I - VII) can also search and find the
Arbeitsposition des Prozesswerkzeugs (4) am Werkstück unterstützt und erleichtert werden. Auch Winkelfehler in der Relativstellung der Glieder (5,6,7,8) können Working position of the process tool (4) on the workpiece to be supported and facilitated. Also angular errors in the relative position of the links (5,6,7,8) can
detektiert und bedarfsweise korrigiert werden. Eine oder mehrere nachgiebige Achsen sind außerdem zum Nachführen des Prozesswerkzeugs (4) entsprechend des Vorschubs vorteilhaft. Der Industrieroboter (3) kann außerdem bedarfsweise eine definierte Andrück- oder Zugkraft aufbringen. In den verschiedenen Fällen kann auch eine Gewichtskompensation erfolgen. be detected and corrected as needed. One or more compliant axes are also advantageous for tracking the process tool (4) according to the feed. The industrial robot (3) can also apply a defined pressing or pulling force as needed. In the different cases can also one Weight compensation done.
Der dargestellte Industrieroboter (3) kann als The illustrated industrial robot (3) can as
Leichtbauroboter ausgebildet sein und aus Lightweight robot be trained and off
leichtgewichtigen Materialien, z.B. Leichtmetallen undlightweight materials, e.g. Light metals and
Kunststoff bestehen. Er hat auch eine kleine Baugröße. Das in seiner Konstruktion und Funktion vereinfachte Plastic exist. He also has a small size. That simplified in its construction and function
Prozesswerkzeug (4) hat ebenfalls ein geringes Gewicht. Der Industrieroboter (3) mit seinem Prozesswerkzeug (4) ist dadurch insgesamt leichtgewichtig und kann ohne größeren Aufwand transportiert und von einem Einsatzort zum anderen verlegt werden. Das Gewicht von Process tool (4) also has a low weight. The industrial robot (3) with its process tool (4) is thus lightweight overall and can be transported without much effort and moved from one location to another. The weight of
Industrieroboter (3) und Prozesswerkzeug (4) kann unter 50 kg, insbesondere bei ca. 30 kg, liegen. Durch die  Industrial robot (3) and process tool (4) can be less than 50 kg, in particular about 30 kg. By the
Möglichkeit des manuellen Teachens kann der Possibility of manual teaching, the
Industrieroboter (3) schnell und einfach programmiert, in Betrieb genommen und an unterschiedliche Prozesse  Industrial robots (3) quickly and easily programmed, put into operation and to different processes
angepasst werden. Der Industrieroboter (3) ist programmierbar, wobei die Robotersteuerung (12) eine Recheneinheit, einen oder mehrere Speicher für Daten oder Programme sowie Eingabe- und Ausgabeeinheiten aufweist. Das Prozesswerkzeug (4) kann mit der Robotersteuerung (12) oder einer anderen gemeinsamen Steuerung verbunden und kann z.B. als be adjusted. The industrial robot (3) is programmable, wherein the robot controller (12) has a computing unit, one or more memories for data or programs as well as input and output units. The process tool (4) may be connected to the robot controller (12) or other common controller and may be e.g. when
gesteuerte Achse in der Robotersteuerung implementiert sein. Die Robotersteuerung kann prozessrelevante Daten, z.B. Sensordaten, speichern und für eine controlled axis to be implemented in the robot controller. The robot controller may process relevant data, e.g. Sensor data, save and for a
Qualitätskontrolle und -Sicherung protokollieren. Log quality control and backup.
Die Sensorik (11) kann ebenfalls an die Auswerteeinheit (29) der Erfassungseinrichtung (2) angeschlossen sein. Ein wichtiges Element der Erfassungstechnik sind zeitsynchrone Auswertung und Vergleich der Signale der roboterinternen Kollisionserkennung bzw. Sensorik (11) und der Messwerte der externen Erfassungseinrichtung (2). Hierbei kann ermittelt werden, ob im Kollisionsfall die Sensorik (11) des MRK-tauglichen Industrieroboters (3) und die The sensor system (11) can likewise be connected to the evaluation unit (29) of the detection device (2). An important element of the detection technique is time-synchronous evaluation and comparison of the signals of the robot-internal collision detection or sensor system (11) and the measured values of the external detection device (2). In this case, it can be determined whether, in the event of a collision, the sensors (11) of the MRK-capable industrial robot (3) and the
Erfassungseinrichtung (2) vergleichbare Kräfte messen. Auch das Zeitverhalten, z.B. hinsichtlich Detecting device (2) measure comparable forces. Also the time behavior, e.g. regarding
Ansprechschnelligkeit, Kraftverlauf etc., kann dabei überprüft werden. Eine Ausbildung der Auswerteeinheit (29) als Softwaremodul in der Robotersteuerung (12) ist hierfür besonders geeignet. Quick response, force curve, etc., can be checked. A design of the evaluation unit (29) as a software module in the robot controller (12) is particularly suitable for this purpose.
Die Erfassungseinrichtung (2) kann einerseits benutzt werden, um eine MRK-Tauglichkeit des Industrieroboters (3) und der Arbeitsstation (1) zu validieren und nachzuweisen. Hierbei kann insbesondere die Einhaltung der Kraft- und Belastungsgrenzwerte nachgewiesen werden. Die On the one hand, the detection device (2) can be used to validate and prove an MRK capability of the industrial robot (3) and the workstation (1). In particular, compliance with the force and load limits can be demonstrated. The
Erfassungseinrichtung (2) kann zu diesem Zweck mobil sein und an verschiedenen relevanten Stellen im Arbeitsbereich des Industrieroboters (3) für Messungen montiert und situationsgerecht positioniert werden. In der Detecting device (2) can be mobile for this purpose and mounted at various relevant points in the work area of the industrial robot (3) for measurements and positioned according to the situation. In the
Auswerteeinheit (29) können die Messwerte der Evaluation unit (29) can display the measured values of the
Erfassungseinrichtung (2) mit Ortsbezug ausgewertet und gespeichert sowie die Validierungsergebnisse protokolliert und ausgegeben werden. Detection device (2) evaluated with location reference and stored and the validation results are logged and output.
Die Erfassungseinrichtung (2) kann ferner zur Kalibrierung des MRK-tauglichen Industrieroboters (3) und insbesondere seiner Sensorik (11) benutzt werden. Die Kalibrierung kann insbesondere die Zuordnung von Robotergeschwindigkeiten zu körperlichen Kraft- oder Belastungsgrenzwerten betreffen. The detection device (2) can also be used for calibrating the MRK-capable industrial robot (3) and in particular its sensor system (11). The calibration may relate in particular to the assignment of robot speeds to physical force or load limits.
Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Modifications of the shown and described
Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Zum einen können die Merkmale der Ausführungsbeispiele und Ihrer Abwandlungen beliebig miteinander kombiniert und auch ausgetauscht werden. Das Ausweich- und Führungsmittel (20) kann eine andere konstruktive Gestaltung und eine andere Kinematik haben. Die Ausweichachse (28) kann ggf. gebogen sein. Die Führung (22) kann als Schere oder in anderer Weise ausgebildet sein. Als Feder (21) kann alternativ ein kompressibler Körper eingesetzt werden. Der Industrieroboter (3) kann ggf. eine oder mehrere positionsgesteuerte Roboterachsen ohne Kraftsteuerung bzw. -regelung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich zu der bevorzugten, in ein oder mehrere Glieder (5,6,7,8) Embodiments are possible in various ways. On the one hand, the features of the embodiments and their modifications can be arbitrarily combined with each other and also replaced. The avoidance and guide means (20) may have a different structural design and a different kinematics. The escape axis (28) may possibly be bent. The leadership (22) may be designed as scissors or otherwise. As a spring (21) may alternatively be used a compressible body. The industrial robot (3) may optionally have one or more position-controlled robot axes without force control. Alternatively or in addition to the preferred, into one or more members (5,6,7,8)
integrierten Sensorik (11) kann eine extern am Roboter (3) oder am Prozesswerkzeug (4) angeordnete Senorik eingesetzt werden. Diese kann z.B. berührungslos Gegenstände im integrated sensor (11) can be used externally on the robot (3) or on the process tool (4) Senorik. This can e.g. non-contact objects in the
Roboterarbeitsbereich erfassende Sensoren aufweisen. Dies können beispielsweise kapazitive oder induktive Sensoren sein. Die MRK-Tauglichkeit kann durch eine andere Robot sensors have sensing sensors. These can be, for example, capacitive or inductive sensors. The MRK fitness may be due to another
Roboterausbildung, z.B. mit der vorgenannten externenRobot training, e.g. with the aforementioned external
Sensorik, einer optischen Arbeitsbereichsüberwachung oder auf andere Weise erreicht werden. Sensors, an optical work area monitoring or otherwise achieved.
Der Industrieroboter (3) kann ferner eine andere Zahl und Ausbildung seiner Glieder und Roboterachsen haben. Er kann eine beliebige Zahl und Kombination von rotatorischen und/oder translatorischen Roboterachsen mit entsprechenden Achsantrieben besitzen. The industrial robot (3) may also have a different number and design of its members and robot axes. It can have any number and combination of rotary and / or translatory robot axes with corresponding axis drives.
BEZUGS ZEICHENLISTE REFERENCE SIGN LIST
1 Arbeit sVorrichtung 1 work device
2 Erfassungseinrichtung  2 detection device
3 Industrieroboter, taktiler Roboter, Leichtbauroboter 3 industrial robots, tactile robots, lightweight robots
4 Prozesswerkzeug, Fügewerkzeug, Schrauber 4 process tool, joining tool, screwdriver
5 Glied, Basisglied  5 link, base link
6 Glied, Zwischenglied  6 link, link
7 Glied, Zwischenglied  7 link, pontics
8 Glied, Endglied, Hand  8 member, end member, hand
9 Abtriebselement, Abtriebsflansch, Drehflansch  9 Output element, output flange, rotary flange
10 Drehachse  10 axis of rotation
11 Sensorik  11 sensors
12 Steuerung  12 control
13 Kollisionsstelle  13 collision point
14 Werker  14 workers
15 Positioniereinrichtung  15 positioning device
16 Messeinrichtung  16 measuring device
17 Messmittel, Sensor, Kraftsensor  17 measuring equipment, sensor, force sensor
18 SignalVerbindung  18 signal connection
19 Kollisionselement, Kontaktplatte  19 collision element, contact plate
20 Ausweich- und Führungsmittel  20 alternative and guiding means
21 Feder  21 spring
22 Führung, Geradführung  22 guide, straight guide
23 Halterung für Messmittel  23 Holder for measuring equipment
24 Gestell  24 frame
25 Säule  25 column
26 Basis  26 base
27 Stellmittel  27 adjusting means
28 Achse, Ausweichachse  28 axis, alternative axis
29 Auswerteeinheit, Auswerteeinrichtung, Softwaremodul 29 evaluation unit, evaluation device, software module
30 Achse, Stellachse 30 axis, positioning axis
31 Achse, Stellachse  31 axis, positioning axis
32 Koppelelement, Endanschlag  32 coupling element, end stop
33 Unterbau  33 substructure
I - VII Achse von Roboter  I - VII axis of robot

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Erfassungseinrichtung für roboterinduzierte Detection device for robot-induced
Belastungen, die in einem Arbeitsprozess bei Loads involved in a work process
Berührungskontakt auf den menschlichen Körper einwirken können, dadurch Contact with the human body through it
g e k e n n z e i c h n e t, dass die There is no such thing as the
Erfassungseinrichtung (2) eine Messeinrichtung (16) für die externe Erfassung von roboterinduzierten Belastungen, insbesondere Kräften, und eine Detection device (2) has a measuring device (16) for the external detection of robot-induced loads, in particular forces, and a
Positioniereinrichtung (15) zur prozessgerechten Positionierung und Ausrichtung der Messeinrichtung (16) im Arbeitsbereich eines Industrieroboters (3) aufweist . Positioning device (15) for process-oriented positioning and alignment of the measuring device (16) in the work area of an industrial robot (3).
Erfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Detection device according to claim 1, characterized in that the
Erfassungseinrichtung (2) eine Auswerteeinheit (29) für die Signale der Messeinrichtung (16) aufweist. Detection device (2) has an evaluation unit (29) for the signals of the measuring device (16).
Erfassungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Detection device according to Claim 1 or 2, characterized in that the
Auswerteeinheit (29) eine Signalverbindung zu einer Robotersteuerung (12) des Industrieroboters (3) aufweist . Evaluation unit (29) has a signal connection to a robot controller (12) of the industrial robot (3).
Erfassungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Detection device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the
Auswerteeinheit (29) als Auswerteeinrichtung Evaluation unit (29) as an evaluation device
ausgebildet oder als Softwaremodul in eine externe Steuerung, insbesondere in eine Robotersteuerung (12) des Industrieroboters (3) implementiert ist. is formed or implemented as a software module in an external controller, in particular in a robot controller (12) of the industrial robot (3).
Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Auswerteeinheit (29) im Kontaktfall die von der Messeinrichtung (16) extern erfassten Kräfte mit den von einer internen Sensorik (11) des Detection device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (29) in the case of contact, the externally detected by the measuring device (16) forces with the from an internal sensor system (11) of the
Industrieroboters (3) detektierten Kräften  Industrial robot (3) detected forces
zeitsynchron auszuwertet und vergleicht. 6.) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden time-synchronized evaluates and compares. 6.) detecting device according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Erfassungseinrichtung (2) dazu vorgesehen und ausgebildet ist, eine MRK-Tauglichkeit des Claims, characterized in that the detection device (2) is provided and designed for a MRK capability of the
Industrieroboters (3) und der Arbeitsstation (1) zu validieren und nachzuweisen.  Industrial robot (3) and the workstation (1) to validate and prove.
7. ) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden7.) detecting device according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messeinrichtung (16) ein Messmittel (17), insbesondere einen Sensor, sowie ein damit beweglich und elastisch ausweichfähig verbundenes Claims, characterized in that the measuring device (16) comprises a measuring means (17), in particular a sensor, as well as a movably and elastically evasive connected
Kollisionselement (19) für den Kontakt mit einer Kollisionsstelle (13) an einem Industrieroboter (3) aufweist .  Collision element (19) for contact with a collision point (13) on an industrial robot (3).
8. ) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden8.) detecting device according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass zwischen dem Kollisionselement (19) und dem Claims, characterized in that between the collision element (19) and the
Messmittel (17) ein Ausweich- und Führungsmittel (20) mit mindestens einer Ausweichachse (28) angeordnet ist.  Measuring means (17) an evasion and guide means (20) having at least one escape axis (28) is arranged.
9. ) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden9.) detecting device according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Ausweich- und Führungsmittel (20) ein an das betroffene Körperteil angepasstes Feder- und/oder Dämpfungsverhalten aufweist. Claims, characterized in that the avoidance and guide means (20) has an adapted to the affected body part spring and / or damping behavior.
10. ) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Ausweich- und Führungsmittel (20) eine zwischen dem Kollisionselement (19) und dem Messmittel (17) eingespannte Feder (21) und eine Führung (22), insbesondere eine Geradführung, für das 10.) Detection device according to one of the preceding claims, characterized in that the avoidance and guide means (20) one between the collision element (19) and the measuring means (17). clamped spring (21) and a guide (22), in particular a straight guide, for the
Kollisionselement (19) aufweist. 11.) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Collision element (19). 11.) detecting device according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Feder (21) eine der Kompressionsrate des Claims, characterized in that the spring (21) one of the compression rate of
betroffenen Körperteils entsprechende  affected body part corresponding
Federsteifigkeit aufweist.  Having spring stiffness.
12.) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Führung (22) eine Dämpfung aufweist. 13.) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Kollisionselement (19) plattenförmig ausgebildet ist . 14.) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Messmittel (17) als Kraftmesssensor, 12.) Detection device according to one of the preceding claims, characterized in that it e e n e e c e s e that the guide (22) has an attenuation. 13.) Detection device according to one of the preceding claims, characterized g e k e n n e c i n e t that the collision element (19) is plate-shaped. 14.) Detecting device according to one of the preceding claims, characterized in that it e e n e c e s e s that the measuring means (17) as a force measuring sensor,
insbesondere 3D-Kraftmesssensor , ausgebildet ist. 15.) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messeinrichtung (16) eine Signalverbindung (18) zu dem Industrieroboter (3), insbesondere zu einer Robotersteuerung (12), aufweist.  In particular, 3D force measuring sensor, is formed. 15.) Detection device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (16) has a signal connection (18) to the industrial robot (3), in particular to a robot controller (12).
16.) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messeinrichtung (16) einen Halter (23) für das Messmittel (17) aufweist. 16) detecting device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (16) has a holder (23) for the measuring means (17).
17. ) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden17.) detecting device according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Halter (23) mit dem Ausweich- und Führungsmittel (20) verbunden ist. Claims, characterized in that the holder (23) is connected to the avoidance and guide means (20).
18. ) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden18.) detecting device according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Halter (23) mit der Positioniereinrichtung (15) verstellbar verbunden ist. Claims, characterized in that the holder (23) is adjustably connected to the positioning device (15).
19. ) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden19.) detecting device according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Positioniereinrichtung (15) für eine Verstellung der Messeinrichtung (16) in einer oder mehreren translatorischen und/oder rotatorischen StellachsenClaims, characterized in that the positioning device (15) for an adjustment of the measuring device (16) in one or more translatory and / or rotational adjustment axes
(30,31) vorgesehen und ausgebildet ist. (30,31) is provided and formed.
20. ) Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden20.) detecting device according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Positioniereinrichtung (15) ein Gestell (24) mitClaims, characterized in that the positioning device (15) with a frame (24)
Stellmitteln (27) und mit einer Basis (26) für eine Montage an einer Unterlage im Arbeitsbereich des Industrieroboters (3) aufweist. 21.) Arbeitsvorrichtung mit einem Industrieroboter (3), der ein Prozesswerkzeug (4) trägt und der für eine Mensch-Roboter-Kooperation oder -Kollaboration (MRK) tauglich ausgebildet ist, dadurch Adjusting means (27) and with a base (26) for mounting on a base in the working area of the industrial robot (3). 21) working device with an industrial robot (3), which carries a process tool (4) and which is suitable for human-robot cooperation or collaboration (MRK), characterized
g e k e n n z e i c h n e t, dass im Arbeitsbereich des Industrieroboters (3) eine Erfassungseinrichtung In the working area of the industrial robot (3), there is a detection device
(2) angeordnet ist, welche roboterinduzierte (2) which is robot-induced
Belastungen erfasst, die im Arbeit sprozess bei  Encumbers burdens that contribute to the work process
Berührungskontakt mit dem Industrieroboter (3) und/oder dem Prozesswerkzeug (4) auf den  Contact with the industrial robot (3) and / or the process tool (4) on the
menschlichen Körper einwirken können. human body can act.
22. ) Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch 22) working device according to claim 21, characterized
g e k e n n z e i c h n e t, dass die  There is no such thing as the
Erfassungseinrichtung (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20 ausgebildet ist.  Detection device (2) according to at least one of claims 1 to 20 is formed.
23. ) Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der 23.) A working device according to claim 21 or 22, characterized g e k e n e c i n e t that the
Industrieroboter (3) als taktiler und mehrachsiger Industrieroboter mit mehreren Gliedern (5,6,7,8) ausgebildet ist.  Industrial robot (3) as a tactile and multi-axis industrial robot with multiple links (5,6,7,8) is formed.
24. ) Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 21, 22 oder 23, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der 24.) A working device according to claim 21, 22 or 23, characterized in that it e e n e c e s e that the
Industrieroboter (3) eine oder mehrere  Industrial robots (3) one or more
kraftgesteuerte oder kraftgeregelte Roboterachsen (I force-controlled or force-controlled robot axes (I
- VII) und eine zugeordnete, einwirkende Belastungen erfassende Sensorik (11) aufweist. - VII) and an associated, acting loads acting stress sensing (11).
25. ) Arbeitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der25.) Working device according to one of claims 21 to 24, characterized g e k e n e c i n e t that the
Industrieroboter (3) mindestens eine nachgiebige Roboterachse (I - VII) mit einer Industrial robot (3) at least one compliant robot axis (I - VII) with a
Nachgiebigkeitsregelung, insbesondere einer reinen Kraftregelung oder einer Kombination aus Positions- und Kraftregelung, aufweist.  Compliance control, in particular a pure force control or a combination of position and force control, has.
26. ) Arbeitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis26.) Working device according to one of claims 21 to
25, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Industrieroboter (2) eine integrierte Sensorik (11) mit einem oder mehreren Sensoren, insbesondere 25, characterized in that the industrial robot (2) has an integrated sensor system (11) with one or more sensors, in particular
Kraft- oder Momentensensoren, an einer oder mehreren Roboterachsen (I - VII) aufweist.  Force or torque sensors, on one or more robot axes (I - VII).
27.) Arbeitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die27.) A working device according to any one of claims 21 to 26, characterized g e k e n e c i n e t that the
Sensorik (11) mit der Auswerteeinheit (29) Sensor system (11) with the evaluation unit (29)
signaltechnisch verbunden ist. is technically connected.
28. ) Arbeitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis28.) Working device according to one of claims 21 to
27, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Erfassungseinrichtung (2) als Kalibriereinrichtung für den Industrieroboter (3) und die zugeordnete, insbesondere integrierte Sensorik (11) ausgebildet ist . 27, characterized in that the detection device (2) is designed as a calibration device for the industrial robot (3) and the associated, in particular integrated sensor system (11).
29. ) Arbeitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis29.) Working device according to one of claims 21 to
28, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Erfassungseinrichtung (2) als Validierungs- und Nachweiseinrichtung für die MRK-Tauglichkeit der Arbeitsvorrichtung (1) und/oder des taktilen 28, characterized in that the detection device (2) as a validation and detection device for the MRK fitness of the working device (1) and / or the tactile
Industrieroboters (3) ausgebildet ist.  Industrial robot (3) is formed.
30. ) Verfahren zum Erfassen von roboterinduzierten 30.) Method for detecting robot-induced
Belastungen, die in einem Arbeitsprozess bei  Loads involved in a work process
Berührungskontakt mit einem Industrieroboter (3) oder dessen Prozesswerkzeug (4) auf den menschlichen Körper einwirken können, dadurch  Contact with an industrial robot (3) or its process tool (4) can act on the human body, thereby
g e k e n n z e i c h n e t, dass die  There is no such thing as the
roboterinduzierten Belastungen, insbesondere Kräfte, mit einer Messeinrichtung (16) einer externen  robot-induced loads, in particular forces, with a measuring device (16) of an external
Erfassungseinrichtung (2) messtechnisch erfasst werden, wobei die Messeinrichtung (16) mittels einer Positioniereinrichtung (15) prozessgerecht im  Detection device (2) are metrologically detected, wherein the measuring device (16) by means of a positioning device (15) process in the
Arbeitsbereich eines Industrieroboters (3)  Work area of an industrial robot (3)
positioniert und ausgerichtet wird. 31.) Verfahren nach Anspruch 30, dadurch  is positioned and aligned. 31.) Method according to claim 30, characterized
g e k e n n z e i c h n e t, dass die  There is no such thing as the
Belastungserfassung unter realistischen  Stress detection under realistic
Prozessbedingungen erfolgt, wobei der  Process conditions takes place, the
Industrieroboter (3) sich entlang seiner  Industrial robot (3) along its
programmierten Bahn bewegt und mit einer  programmed track moves and with a
Kollisionsstelle (13) an seinem Prozesswerkzeug (4) oder an einem anderen Roboterteil mit der Erfassungseinrichtung (2) in Berührungskontakt bzw. in Kollision gerät. Collision point (13) on his process tool (4) or on another robot part with the Detecting device (2) in touch contact or in collision device.
32. ) Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch 32.) Method according to claim 30 or 31, characterized
g e k e n n z e i c h n e t, dass im Kontaktfall die von der Messeinrichtung (16) extern erfassten Kräfte mit den von einer internen Sensorik (11) des  In the case of contact, the forces detected externally by the measuring device (16) correspond to those of an internal sensor system (11) of the
Industrieroboters (3) detektierten Kräften  Industrial robot (3) detected forces
zeitsynchron ausgewertet und verglichen werden.  evaluated synchronously and compared.
33. ) Verfahren nach Anspruch 30, 31 oder 32, dadurch 33.) The method of claim 30, 31 or 32, characterized
g e k e n n z e i c h n e t, dass mittels der externen Erfassung der roboterinduzierten  g e n e c i n e s that by means of external acquisition of the robot-induced
Belastungen der Industrieroboter (3) und dessen interne Sensorik (11) kalibriert werden.  Loads of industrial robots (3) and its internal sensors (11) are calibrated.
34.) Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, 34.) Method according to one of claims 30 to 33,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass mit einem Kollisionselement (19) der Messeinrichtung (16) eine Körperoberfläche simuliert wird, wobei das  In this way, a body surface is simulated with a collision element (19) of the measuring device (16), wherein the
Kollisionselement (19) beweglich und elastisch ausweichfähig mit einem Messmittel (17) der  Collision element (19) movable and elastically evasive with a measuring means (17) of
Messeinrichtung (16) verbunden ist. 35.) Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34,  Measuring device (16) is connected. 35.) Method according to one of claims 30 to 34,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass mittels der Erfassung der roboterinduzierten Belastungen eine MRK-Tauglichkeit des Industrieroboters (3) und der Arbeitsvorrichtung (1) validiert und  in this way, by means of the acquisition of the robot-induced loads, an MRK capability of the industrial robot (3) and the working device (1) is validated and
nachgewiesen werden.  be detected.
36.) Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 35, 36.) Method according to one of claims 30 to 35,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass mittels der Erfassung der roboterinduzierten Belastungen die Arbeitsvorrichtung (1), der Industrieroboter (3) und der durchzuführende Prozess ausgelegt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 36, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass bei der Auslegung der Arbeitsvorrichtung (1), des characterized in that by means of the detection of the robot-induced loads, the working device (1), the industrial robot (3) and the process to be carried out are designed. Method according to one of claims 30 to 36, characterized in that in the design of the working device (1), the
Industrieroboters (3) und des durchzuführenden  Industrial robot (3) and the to be performed
Prozesses die Roboterbewegungen und insbesondere die dabei auftretenden Robotergeschwindigkeiten  Process the robot movements and in particular the occurring robot speeds
einerseits möglichst hoch gewählt werden, wobei andererseits die hiervon ausgehenden Belastungen bei einem Körperkontakt auf einen zulässigen Grenzwert beschränkt werden.  On the one hand be selected as high as possible, on the other hand, the resulting outgoing loads are limited in a body contact to an allowable limit.
38.) Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 37, 38.) Method according to one of claims 30 to 37,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass bei der Auslegung der Arbeitsvorrichtung (1), der  By doing so, in the design of the working device (1), the
Industrieroboter (3) und des durchzuführenden  Industrial robot (3) and the to be performed
Prozesses der für die jeweils betroffene  Process for each affected
Körperregion maßgebende Grenzwert aus einem  Body region authoritative limit from a
Körpermodell entnommen wird. 39.) Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 38,  Body model is taken. 39.) Method according to one of claims 30 to 38,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass über die Roboterprogrammierung erfasst wird, wo eine  This is done by detecting, via robot programming, where a
Kollisionsstelle (13) am Industrieroboter (3) oder am Prozesswerkzeug (4) angeordnet ist und welche Form sie hat.  Collision point (13) on the industrial robot (3) or on the process tool (4) is arranged and what shape it has.
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