EP4298370A1 - Method for determining a minimum distance between an object and an apparatus surface, safety device for a handling apparatus having an apparatus surface, and handling apparatus - Google Patents

Abstract

A method for determining a minimum distance between an object (22) and an apparatus surface (12a, 14a, 16a, 18a), in particular for determining a minimum distance between an object (22) and an apparatus surface (12a, 14a, 16a, 18a) of a handling apparatus (10), is described. In this case, a primary distance of the object (22) is captured as the distance of the object by a distance sensor unit (32) in or on the apparatus surface (12a, 14a, 16a, 18a). A critical point which is at the primary distance from the distance sensor unit (32) and is within a capture range (36) of the distance sensor unit (32) and comes closest to the apparatus surface (12a, 14a, 16a, 18a) taking into account a spatial course of the latter is also determined. Finally, a minimum distance between the critical point and the apparatus surface (12a, 14a, 16a, 18a) is determined. A safety device (30) for a handling apparatus (10) having an apparatus surface (12a, 14a, 16a, 18a) and a handling apparatus (10) equipped with said safety device are also presented.

Description

Verfahren zur Ermittlung eines Minimalabstands eines Objekts von einer Vorrichtungsoberfläche, Sicherheitseinrichtung für eine eine Vorrichtungsoberfläche aufweisende Handhabungsvorrichtung sowie Handhabungsvorrichtung Method for determining a minimum distance of an object from a device surface, safety device for a handling device having a device surface, and handling device

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Minimalabstands eines Objekts von einer Vorrichtungsoberfläche, insbesondere zur Ermittlung eines Minimalabstands eines Objekts von einer Vorrichtungsoberfläche einer Handhabungsvorrichtung. The invention relates to a method for determining a minimum distance of an object from a device surface, in particular for determining a minimum distance of an object from a device surface of a handling device.

Zudem ist die Erfindung auf eine Sicherheitseinrichtung für eine eine Vorrichtungsoberfläche aufweisende Handhabungsvorrichtung gerichtet, insbesondere auf eine Sicherheitseinrichtung für einen eine Vorrichtungsoberfläche aufweisenden Roboter. In addition, the invention is directed to a safety device for a handling device having a device surface, in particular to a safety device for a robot having a device surface.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Handhabungsvorrichtung, insbesondere einen Roboter, mit einer Vorrichtungsoberfläche und einer solchen Sicherheitseinrichtung. The invention also relates to a handling device, in particular a robot, with a device surface and such a safety device.

Derartige Verfahren, Sicherheitseinrichtungen und Handhabungsvorrichtungen sind aus dem Stand der T echnik bekannt. Sie werden in Anwendungen verwendet, in denen sich die Handhabungsvorrichtung ihren Arbeitsraum mit Menschen teilt. Das geschieht beispielsweise im Kontext einer Mensch-Roboter-Kooperation. In diesem Zusammenhang muss sichergestellt werden, dass die innerhalb des Arbeitsraums der Handhabungsvorrichtung anwesenden Menschen unversehrt bleiben. Außerdem müssen Kollisionen der Handhabungsvorrichtung oder ihrer Komponenten mit weiteren, nicht-menschlichen Objekten im Arbeitsraum vermieden werden. Such methods, safety devices and handling devices are known from the prior art. They are used in applications where the handling device shares its working space with humans. This happens, for example, in the context of human-robot cooperation. In this context, it must be ensured that the people present within the working space of the handling device remain unharmed. In addition, collisions between the handling device or its components and other, non-human objects in the workspace must be avoided.

Hierfür werden Sicherheitseinrichtungen verwendet, die dazu ausgebildet sind, Verfahren zum Ermitteln von Abständen zu Menschen und nicht-menschlichen Objekten auszuführen. Eine Bewegung der Handhabungsvorrichtung wird dabei unter Berücksichtigung der gemessenen Abstände verlangsamt, gestoppt oder gänzlich verhindert. Im Sinne einer einfacheren Lesbarkeit werden im Folgenden Menschen und nicht-menschliche Objekte zusammenfassend als Objekte bezeichnet. For this purpose, safety devices are used which are designed to carry out methods for determining distances from people and non-human objects. A movement of the handling device is slowed down, stopped or prevented entirely, taking into account the measured distances. For the sake of easier readability, people and non-human objects are collectively referred to below as objects.

Dabei sind Sicherheitseinrichtungen und von diesen ausführbare Verfahren zur Abstandsermittlung bekannt, die unter hohem Aufwand eine ebenfalls hohe Präzision bei der Abstandsermittlung möglich machen. Auf diese Weise lassen sich zugeordnete Handhabungsvorrichtungen sicher und effizient betreiben. In this context, safety devices and methods for determining the distance which can be carried out by them are known which, with a great deal of effort, also make it possible to determine the distance with great precision. In this way, associated handling devices can be operated safely and efficiently.

Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, Verfahren, Sicherheitseinrichtungen und Handhabungsvorrichtungen der eingangs genannten Art weiter zu verbessern. Es soll insbesondere eine einfache und zuverlässige Möglichkeit geschaffen werden, Abstände zu Objekten zu ermitteln. Ein solches Verfahren soll gleichzeitig mit vergleichsweise geringem Aufwand ausführbar sein. Kompromisse in Bezug auf die Betriebssicherheit sind dabei auszuschließen. This is where the invention comes in, the object of which is to further improve methods, safety devices and handling devices of the type mentioned at the outset. In particular, a simple and reliable possibility is to be created for determining distances to objects. At the same time, such a method should be executable with comparatively little effort. Compromises in terms of operational safety can be ruled out.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst: a) Erfassen eines Primärabstands des Objekts mittels einer an oder in der Vorrichtungsoberfläche positionierten ersten Abstandssensor einheit, wobei der Primärabstand der Abstand des Objekts von der Abstandssensoreinheit ist, b) Ermitteln eines kritischen Punkts, der im Primärabstand von der ersten Abstandssensoreinheit sowie innerhalb eines Erfassungsbe reichs der ersten Abstandssensoreinheit liegt und dabei unter Berück sichtigung eines räumlichen Verlaufs der Vorrichtungsoberfläche der Vorrichtungsoberfläche am nächsten kommt, und c) Ermitteln des Minimalabstands des kritischen Punkts von der Vorrichtungsoberfläche. The object is achieved by a method of the type mentioned at the outset, which comprises the following steps: a) detecting a primary distance of the object using a first distance sensor unit positioned on or in the device surface, the primary distance being the distance of the object from the distance sensor unit, b ) Determining a critical point which is in the primary distance from the first distance sensor unit and within a detection area of the first distance sensor unit and, taking into account a spatial progression of the device surface, comes closest to the device surface, and c) determining the minimum distance of the critical point from the device surface .

Ein solches Verfahren lässt sich einfach und zuverlässig ausführen. In diesem Zusammenhang wird berücksichtigt, dass Abstandssensoreinheiten üblicherweise zwar einen Abstand ermitteln können, jedoch nicht angeben können, wo innerhalb des zugehörigen Erfassungsbereichs der Abstand gemessen wird. Diese Problematik wird durch das Ermitteln des kritischen Punktes und des zugehörigen Minimalabstandes gelöst. Dabei ist ausgeschlossen, dass mittels des Verfahrens ein Minimalabstand ermittelt wird, der beispielsweise aufgrund eines räumlichen Verlaufs der Vorrichtungsoberfläche größer ist als ein realer Abstand. Vielmehr wird im Zweifelsfall ein etwas zu kleiner Abstand ausgegeben. Das Verfahren ist also besonders sicher. Such a method can be carried out easily and reliably. In this context, it is taken into account that distance sensor units can usually determine a distance, but cannot indicate where within the associated detection area the distance is measured. This problem is solved by determining the critical point and the associated minimum distance. It is impossible that by means of the method, a minimum distance is determined, for example, due to a spatial Course of the device surface is greater than a real distance. Rather, in case of doubt, a slightly too small distance is output. The procedure is therefore particularly safe.

Für das Verfahren müssen folgende Informationen bekannt sein: Verlauf der Vorrichtungsoberfläche zumindest im relevanten Bereich, Position des Abstandssensors auf der Vorrichtungsoberfläche, Erfassungsbereich der Abstandssensoreinheit. Diese Informationen lassen sich problemlos auf einer Steuereinheit hinterlegen, die zum Ausführen des Verfahrens ausgebildet ist. The following information must be known for the method: course of the device surface at least in the relevant area, position of the distance sensor on the device surface, detection range of the distance sensor unit. This information can easily be stored on a control unit that is designed to carry out the method.

Es versteht sich zudem, dass ein Erfassungsbereich einer Abstandssensoreinheit stets so gewählt ist, dass die Vorrichtungsoberfläche diesen nicht abschirmt. Andernfalls wäre die Abstandssensoreinheit nicht mit der gewünschten Zuverlässigkeit betreibbar. It is also understood that a detection range of a distance sensor unit is always selected in such a way that the device surface does not shield it. Otherwise the distance sensor unit could not be operated with the desired reliability.

Ferner wird vorliegend davon ausgegangen, dass die Abstandssensoreinheit einen im Wesentlichen kegelförmigen Erfassungsbereich hat. Furthermore, it is assumed here that the distance sensor unit has an essentially conical detection area.

Der kritische Punkt kann auf einem Rand des Erfassungsbereichs liegen, wenn die Vorrichtungsoberfläche eben ist oder wenn die Vorrichtungsoberfläche in Richtung des Objekts konvex gekrümmt ist und ein Krümmungsradius der Vorrichtungsoberfläche größer ist als der Primärabstand oder wenn die Vorrichtungsoberfläche in Richtung des Objekts konkav gekrümmt ist. In diesen Fällen lässt sich also die Lage des kritischen Punktes besonders schnell und einfach ermitteln. Dadurch lässt sich der Minimalabstand ebenso schnell und einfach bestimmen. Informationen zur Krümmung der Vorrichtungsoberfläche können wieder auf einer Steuereinheit hinterlegt werden, die zum Ausführen des Verfahrens ausgebildet ist. The critical point may be on an edge of the detection range when the device surface is flat, or when the device surface is convexly curved toward the object and a radius of curvature of the device surface is larger than the primary distance, or when the device surface is concavely curved toward the object. In these cases, the position of the critical point can be determined particularly quickly and easily. This allows the minimum distance to be determined just as quickly and easily. Information on the curvature of the device surface can again be stored on a control unit that is designed to carry out the method.

Vorzugsweise wird ein Sensorsignal einer zweiten an oder in der Vorrichtungsoberfläche positionierten Abstandssensoreinheit ignoriert, wenn die zweite Abstandssensoreinheit ein Objekt detektiert. Alternativ liegt der kritische Punkt außerhalb eines Erfassungsbereichs einer zweiten an oder in der Vorrichtungsoberfläche positionierten Abstandssensoreinheit, wenn die zweite Abstandssensoreinheit kein Objekt detektiert. Im letztgenannten Fall kann folglich ausgeschlossen werden, dass im Erfassungsbereich der zweiten Abstandssensoreinheit ein Objekt vorhanden ist. Damit kann auch in einem eventuell vorhandenen Überlappungsbereich der Erfassungsbereiche der ersten Abstandssensoreinheit und der zweiten Abstandssensoreinheit kein Objekt vorliegen. Demnach muss der kritische Punkt auch außerhalb des Überlappungsbereich liegen. Im erstgenannten Fall kann nicht ermittelt werden, ob es sich bei dem von der zweiten Abstandssensoreinheit erfassten Objekt um dasselbe Objekt handelt, das von der ersten Abstandssensoreinheit erfasst wird, oder um ein anderes Objekt. Aus Sicherheitsgründen muss von zwei unterschiedlichen Objekten ausgegangen werden. Demnach führt in diesem Fall das Ignorieren des mittels der zweiten Abstandssensoreinheit generierten Sensorsignals zu einer erhöhten Zuverlässigkeit der ersten Abstandssensoreinheit. Es versteht sich, dass in einem nachfolgenden Schritt selbstverständlich auch das Sensorsignal der zweiten Abstandssensoreinheit ausgewertet werden kann. In diesem Zusammenhang kann das Sensorsignal der ersten Abstandssensoreinheit ignoriert werden. A sensor signal from a second distance sensor unit positioned on or in the device surface is preferably ignored if the second distance sensor unit detects an object. Alternatively, the critical point lies outside a detection range of a second distance sensor unit positioned on or in the device surface if the second distance sensor unit does not detect an object. In the latter case, it can consequently be ruled out that an object is present in the detection range of the second distance sensor unit. In this way, even in a possibly existing overlapping area of the detection areas of the first Distance sensor unit and the second distance sensor unit are no object. Accordingly, the critical point must also be outside the overlapping area. In the former case, it cannot be determined whether the object detected by the second distance sensor unit is the same object that is detected by the first distance sensor unit or a different object. For safety reasons, two different objects must be assumed. Accordingly, in this case, ignoring the sensor signal generated by means of the second distance sensor unit leads to increased reliability of the first distance sensor unit. It goes without saying that the sensor signal of the second distance sensor unit can of course also be evaluated in a subsequent step. In this context, the sensor signal from the first distance sensor unit can be ignored.

Für den Fall, dass zwei Abstandssensoreinheiten vorhanden sind, lässt sich zudem eine Position des erfassten Objekts innerhalb der zugehörigen Erfassungsbereiche ermitteln. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass beide Abstandssensoreinheiten eine Phase eines vom Objekt reflektierten Signals erfassen, sodass eine zugeordnete Phasenverschiebung ermittelt werden kann. Aus der Phasenverschiebung lässt sich auf die Position innerhalb der Erfassungsbereiche rückschließen. In the event that two distance sensor units are present, a position of the detected object within the associated detection areas can also be determined. This can be done, for example, by both distance sensor units detecting a phase of a signal reflected by the object, so that an associated phase shift can be determined. The position within the detection areas can be deduced from the phase shift.

Gemäß einer Ausführungsform werden in jeder Abstandssensoreinheit mindestens zwei Rohabstände ermittelt, wobei der Primärabstand der kleinere der Rohabstände ist. Dabei sind vorzugsweise zur Ermittlung der Rohabstände innerhalb der Abstandssensoreinheit zumindest zwei Abstandssensoren angeordnet, die Detektionsbereiche haben, welche sich zumindest abschnittsweise überlappen. Die zur Ermittlung der Rohabstände verwendeten Abstandssensoren sind somit redundant. Dadurch wird eine Zuverlässigkeit der diese umfassenden Abstandssensoreinheit und folglich auch des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht. According to one embodiment, at least two raw distances are determined in each distance sensor unit, with the primary distance being the smaller of the raw distances. In order to determine the raw distances, at least two distance sensors are preferably arranged within the distance sensor unit, which have detection areas which overlap at least in sections. The distance sensors used to determine the raw distances are therefore redundant. This increases the reliability of the distance sensor unit that includes it and consequently also of the method according to the invention.

Bevorzugt überlappen sich die Detektionsbereiche der Abstandssensoren zur Ermittlung der Rohabstände derart, dass ein Detektionsbereich vollständig innerhalb des anderen liegt. Im zugeordneten Überlappungsbereich kann also mittels beider Abstandssensoren ein Rohabstand ermittelt werden. Alternativ sind die Detektionsbereiche im Wesentlichen identisch. Dabei versteht es sich, dass die Angaben zu den Detektionsbereichen möglicherweise erst außerhalb eines gewissen Mindestabstand gelten. Innerhalb des Mindestabstands kann aufgrund der geometrischen Gegebenheiten eine nur unzureichende Überlappung vorliegen. Im Extremfall überlappen sich die Erfassungsbereiche innerhalb des Mindestabstands überhaupt nicht. The detection ranges of the distance sensors for determining the raw distances preferably overlap in such a way that one detection range lies completely within the other. A raw distance can thus be determined in the associated overlapping area using both distance sensors. alternative are the detection areas are essentially identical. It goes without saying that the information on the detection areas may only apply outside of a certain minimum distance. Due to the geometric conditions, there may be an insufficient overlap within the minimum distance. In extreme cases, the detection areas within the minimum distance do not overlap at all.

Die Rohabstände können nach einem Time-of-Flight-Verfahren mittels unterschiedlicher Sensorprinzipien ermittelt werden. Insbesondere ist eines der Sensorprinzipien ein elektromagnetisches, bevorzugt optisches, Sensorprinzip und ein anderes der Sensorprinzipien ein akustisches Sensorprinzip. In diesem Zusammenhang umfasst jeder Time-of-Flight-Sensor eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit sowie eine Auswertungseinheit. Die Auswertungseinheit ermittelt in Abhängigkeit der Laufzeit, die ein von der Sendeeinheit abgegebenes Signal benötigt bis es von der Empfangseinheit detektiert wird, und unter Kenntnis einer Wellenausbreitungsgeschwindigkeit im relevanten Raum ein Sensorsignal in Form eines Abstandswerts. Time-of-Flight-Sensoren arbeiten somit vergleichsweise schnell und präzise. Dadurch sind sie besonders gut geeignet, um im Kontext von Flandhabungsvorrichtungen oder Robotern verwendet zu werden. Durch das Nutzen unterschiedlicher Sensorprinzipien kann die Robustheit und Fehlertoleranz bei der Ermittlung der Rohabstände erhöht werden. The raw distances can be determined according to a time-of-flight method using different sensor principles. In particular, one of the sensor principles is an electromagnetic, preferably optical, sensor principle and another of the sensor principles is an acoustic sensor principle. In this context, each time-of-flight sensor includes a transmitting unit and a receiving unit as well as an evaluation unit. The evaluation unit determines a sensor signal in the form of a distance value as a function of the transit time that a signal emitted by the transmitting unit requires until it is detected by the receiving unit, and with knowledge of a wave propagation speed in the relevant space. Time-of-flight sensors therefore work comparatively quickly and precisely. This makes them particularly well suited to be used in the context of fland handling devices or robots. By using different sensor principles, the robustness and error tolerance when determining the raw distances can be increased.

Ein erster Abstandssensor kann ein Infrarotsensor sein und ein zweiter Abstandssensor ein Ultraschallsensor. Dadurch ist gewährleistet, dass nahezu jedes in einem gewöhnlichen Umfeld einer Flandhabungsvorrichtung verwendete Objekt, d.h. beliebig bekleidete Personen sowie Gegenstände aus beliebigem Material, bei unterschiedlichen Umweltbedingungen (Helligkeit, Nebel, Luftfeuchtigkeit, etc.) erkannt werden können. Das gilt insbesondere im Vergleich zu kapazitiven Sensoren, die insbesondere bei schwankender Feuchtigkeit im Arbeitsraum und beim Auftreten von Staub weniger zuverlässig arbeiten. Zudem sind mit kapazitiven Sensoren einige Kunststoffmaterialien mit einer Dielektrizitätskonstante nahe Luft nur schwer erkennbar. A first distance sensor can be an infrared sensor and a second distance sensor can be an ultrasonic sensor. This ensures that almost every object used in the normal environment of a handling device, i.e. people dressed in any way and objects made of any material, can be recognized under different environmental conditions (brightness, fog, humidity, etc.). This is especially true when compared to capacitive sensors, which work less reliably, especially with fluctuating humidity in the work area and when dust occurs. In addition, some plastic materials with a dielectric constant close to air are difficult to detect with capacitive sensors.

Gemäß einer Variante weist wenigstens eine der Abstandssensoreinheiten einen im Betrieb veränderbaren Erfassungsbereich auf. Insbesondere wird der Erfassungsbereich zeitabhängig oder in Abhängigkeit eines gemessenen Abstandswerts verändert. In diesem Zusammenhang sind engere Erfassungsbereiche, die beispielsweise die Form eines vergleichsweise schmalen Messkegels haben, bei vergleichsweise weit entfernten Objekten sinnvoll, da dann die Richtung, in der diese Objekte liegen, besser abgeschätzt werden kann. Bei vergleichsweise nahen Objekten ist es demgegenüber vorteilhaft, vergleichsweise breite Erfassungsbereiche, z. B. in Form breiter Messkegel, vorzusehen, um Erfassungslöcher zu minimieren oder zu eliminieren. Veränderliche Erfassungsbereiche steigern also insgesamt die Erfassungsgenauigkeit. Bei Ultraschallsensoren lässt sich beispielsweise ein Erfassungsbereich besonders leicht verändern, indem eine Schallfrequenz verändert wird. According to one variant, at least one of the distance sensor units has a detection range that can be changed during operation. In particular, the detection range is time-dependent or dependent on a measured distance value changed. In this context, narrower detection ranges, which have the shape of a comparatively narrow measuring cone, for example, make sense for objects that are comparatively far away, since the direction in which these objects lie can then be better estimated. In the case of comparatively close objects, on the other hand, it is advantageous to use comparatively wide detection areas, e.g. B. in the form of wide measurement cones, to minimize or eliminate detection holes. Variable detection areas thus increase the detection accuracy overall. In the case of ultrasonic sensors, for example, a detection range can be changed particularly easily by changing a sound frequency.

Auch kann der Erfassungsbereich wenigstens einer Abstandssensoreinheit dadurch veränderbar sein, dass die Abstandssensoreinheit beweglich gelagert ist und somit je nach Position innerhalb ihrer Beweglichkeit der Erfassungsbereich einen anderen Abschnitt des die Abstandssensoreinheit umgebenden Raums abdeckt. The detection range of at least one distance sensor unit can also be changed in that the distance sensor unit is movably mounted and the detection range thus covers a different section of the space surrounding the distance sensor unit depending on the position within its mobility.

Die Aufgabe wird ferner durch eine Sicherheitseinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die eine an oder in der Vorrichtungsoberfläche positionierbare erste Abstandssensoreinheit und eine Auswertungseinheit umfasst, die mit der Abstandssensoreinheit signaltechnisch gekoppelt und dazu ausgebildet ist, im montierten Zustand der Abstandssensoreinheit ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Mittels der Sicherheitseinrichtung lassen sich also einfach und zuverlässig Minimalabstände von Vorrichtungsoberflächen ermitteln. Dadurch können mit der Sicherheitseinrichtung ausgestattete Vorrichtungen, insbesondere Handhabungsvorrichtungen, zuverlässig in solchen Arbeitsräumen betrieben werden, in denen potenziell kollisionsgefährdete Objekte und insbesondere auch Menschen anwesend sind. The object is also achieved by a safety device of the type mentioned at the outset, which comprises a first distance sensor unit that can be positioned on or in the device surface and an evaluation unit that is coupled to the distance sensor unit in terms of signals and is designed to carry out a method according to the invention when the distance sensor unit is in the installed state. Minimum distances from device surfaces can therefore be determined simply and reliably by means of the safety device. As a result, devices equipped with the safety device, in particular handling devices, can be operated reliably in work areas in which objects that are potentially at risk of collision and, in particular, people, are present.

Im Übrigen gelten die mit Bezug auf das Verfahren genannten Effekte und Vorteile auch für die Sicherheitseinrichtung und umgekehrt. Otherwise, the effects and advantages mentioned with reference to the method also apply to the safety device and vice versa.

Ferner kann eine an oder in der Vorrichtungsoberfläche positionierbare zweite Abstandssensoreinheit vorgesehen sein, die signaltechnisch mit der Auswertungseinheit gekoppelt ist. Es können also mittels der Sicherheitseinrichtung auch diejenigen Funktionen bereitgestellt werden, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden und auf der Verwendung von zwei Abstandssensoreinheiten beruhen. Furthermore, a second distance sensor unit that can be positioned on or in the device surface can be provided, which is coupled in terms of signals to the evaluation unit. So it can be provided by means of the security device and those functions that have already been explained in connection with the method according to the invention and are based on the use of two distance sensor units.

Bevorzugt weisen die erste Abstandssensoreinheit und die zweite Abstandssensoreinheit jeweils einen Erfassungsbereich auf, wobei sich die Erfassungsbereiche außerhalb eines vordefinierten Sicherheitsabstands von den Abstandssensoreinheiten überlappen. Das bedeutet, dass ein Raum außerhalb des vordefinierten Sicherheitsabstands zuverlässig von den Abstandssensoreinheiten ausgeleuchtet wird. Insbesondere wird der Raum außerhalb des vordefinierten Sicherheitsabstands vollständig durch die Abstandssensoreinheiten ausgeleuchtet, d. h. es liegen keine Ausleuchtungslücken außerhalb des vordefinierten Sicherheitsabstands vor. Es ist jedoch auch möglich, außerhalb des vordefinierten Sicherheitsabstands Ausleuchtungslücken zuzulassen. Die Abstandssensoreinheiten werden dann jedoch so konfiguriert und positioniert, dass die Ausleuchtungslücken eine unkritische Größe haben. Das bedeutet, dass die Ausleuchtungslücken deutlich kleiner sind als die mittels der Abstandssensoreinheiten zu detektierenden Objekte. Dadurch wird erreicht, dass das zu detektierende Objekt auch im ungünstigsten Fall nicht vollständig innerhalb der Ausleuchtungslücke liegen kann und somit stets zuverlässig detektiert wird. Beispielsweise kann sich durch drei teilweise überlappende Ausleuchtungskegel von benachbarten Abstandssensoreinheiten im Raum eine Ausleuchtungslücke mit einem Querschnitt von wenigen Quadratzentimetern ergeben. Das ist jedoch als unkritisch anzusehen, wenn es um die Detektion eines Menschen geht. Als Analogie zu den zugelassenen Ausleuchtungslücken von unkritischer Größe kann ein aus einem Gitter aufgebauter Käfig angesehen werden. Das Gitter weist Öffnungen auf, allerdings sind diese so dimensioniert, dass vordefinierte Objekte nicht hindurchpassen. Im Unterschied dazu werden innerhalb des vordefinierten Sicherheitsabstands auch Ausleuchtungslücken zugelassen, die die unkritische Größe möglicherweise überschreiten. Insgesamt lässt sich der Bereich außerhalb des Sicherheitsabstands mit hoher Zuverlässigkeit und Abdeckung ausleuchten. Hierfür wird jedoch nur eine minimale Anzahl an Abstandssensoreinheiten benötigt. Der Aufbau der Sicherheitseinheit ist also vergleichsweise einfach und kosteneffizient. In einer Ausführungsform umfasst jede der Abstandssensoreinheiten mindestens zwei Abstandssensoren, die nach einem Time-of-Flight-Verfahren arbeiten. In diesem Zusammenhang kann auf die Effekte und Vorteile der Verwendung von Time-of-Flight-Sensoren verwiesen werden, die bereits erläutert wurden. Preferably, the first distance sensor unit and the second distance sensor unit each have a detection area, with the detection areas overlapping outside a predefined safety distance from the distance sensor units. This means that a space outside the predefined safety distance is reliably illuminated by the distance sensor units. In particular, the space outside the predefined safety distance is completely illuminated by the distance sensor units, ie there are no illumination gaps outside the predefined safety distance. However, it is also possible to allow gaps in illumination outside of the predefined safety distance. However, the distance sensor units are then configured and positioned in such a way that the illumination gaps are of an uncritical size. This means that the gaps in illumination are significantly smaller than the objects to be detected using the distance sensor units. This ensures that the object to be detected cannot be completely within the illumination gap, even in the most unfavorable case, and is therefore always reliably detected. For example, three partially overlapping illumination cones from adjacent distance sensor units in space can result in an illumination gap with a cross section of a few square centimeters. However, this is not to be regarded as critical when it comes to detecting a person. A cage made of a grid can be viewed as an analogy to the permitted illumination gaps of uncritical size. The grid has openings, but these are dimensioned in such a way that predefined objects cannot fit through. In contrast to this, gaps in illumination that may exceed the non-critical size are also permitted within the predefined safety distance. Overall, the area outside the safety distance can be illuminated with high reliability and coverage. However, only a minimum number of distance sensor units is required for this. The structure of the security unit is therefore comparatively simple and cost-effective. In one embodiment, each of the distance sensor units includes at least two distance sensors that work according to a time-of-flight method. In this context, reference can be made to the effects and advantages of using time-of-flight sensors, which have already been explained.

Dabei können sich ein Detektionsbereich eines der Abstandssensoren und ein Detektionsbereich des jeweils anderen der Abstandssensoren zumindest abschnittsweise überlappen. Insbesondere sind die Detektionsbereiche im Wesentlichen identisch oder einer der Detektionsbereiche umfasst den jeweils anderen Detektionsbereich vollständig. Es ergibt sich somit eine gewisse Redundanz in der Erfassung der Abstände. Dadurch gewährleistet die Sicherheitseinrichtung eine hohe Zuverlässigkeit sowie ein hohes Sicherheitsniveau. A detection area of one of the distance sensors and a detection area of the respective other of the distance sensors can overlap at least in sections. In particular, the detection areas are essentially identical or one of the detection areas completely encompasses the respective other detection area. This results in a certain redundancy in the detection of the distances. As a result, the safety device ensures high reliability and a high level of safety.

Vorteilhafterweise nutzen die Abstandssensoren unterschiedliche Sensorprinzipien. Insbesondere nutzt einer der Abstandssensoren ein elektromagnetisches, vorzugsweise optisches, Sensorprinzip und ein anderer der Abstandssensoren ein akustisches Sensorprinzip. Es ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Effekte und Vorteile. The distance sensors advantageously use different sensor principles. In particular, one of the distance sensors uses an electromagnetic, preferably optical, sensor principle and another of the distance sensors uses an acoustic sensor principle. The effects and advantages already explained in connection with the method according to the invention result.

Auch im Zusammenhang mit der Sicherheitseinrichtung kann wenigsten einer der in einer der Abstandssensoreinheiten verwendeten Abstandssensoren einen im Betrieb veränderbaren Detektionsbereich aufweisen. Insbesondere wird dabei der Detektionsbereich zeitabhängig oder in Abhängigkeit eines gemessenen Abstandswerts eingestellt. Also in connection with the safety device, at least one of the distance sensors used in one of the distance sensor units can have a detection range that can be changed during operation. In particular, the detection range is set as a function of time or as a function of a measured distance value.

Neben den bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Möglichkeiten, den Detektionsbereich zu verändern, kann die Sicherheitseinrichtung in diesem Zusammenhang auch eine in ihrer Position einstellbare Abschirmeinheit aufweisen. Ein Detektionsbereich wird somit verändert, indem eine Position der Abschirmeinheit verstellt wird. Die Verstellung der Abschirmeinheit kann beispielsweise mittels Piezoelementen erfolgen. Es versteht sich dabei, dass es zur Einstellung eines Detektionsbereichs lediglich auf die Relativposition zwischen Abschirmeinheit und dem zugehörigen Abstandssensor ankommt. In gleicher Weise kann also auch eine feststehende Abschirmeinheit vorgesehen sein, die mit einem beweglich gelagerten Abstandssensor zusammenwirkt. In addition to the possibilities already explained in connection with the method according to the invention for changing the detection area, the safety device can also have a shielding unit whose position can be adjusted in this connection. A detection area is thus changed by adjusting a position of the shielding unit. The shielding unit can be adjusted, for example, by means of piezo elements. It goes without saying that only the relative position between the shielding unit and the associated distance sensor is important for setting a detection area. In the same way, therefore, a fixed Shielding unit can be provided which interacts with a movably mounted distance sensor.

Die Abstandssensoreinheit kann zudem wahlweise deaktivierbar sein. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Abstandssensoreinheiten derart auf einer Vorrichtungsoberfläche positioniert sind, dass in manchen Posen der zugeordneten Vorrichtung, insbesondere Handhabungsvorrichtung, die Abstandssensoreinheit einen Teil der Vorrichtungsoberfläche oder der Handhabungsvorrichtung erfassen würde. The distance sensor unit can also be selectively deactivated. This is particularly advantageous when distance sensor units are positioned on a device surface in such a way that in some poses of the associated device, in particular handling device, the distance sensor unit would detect part of the device surface or the handling device.

Außerdem wird die Aufgabe durch eine Handhabungsvorrichtung, insbesondere einen Roboter, der eingangs genannten Art gelöst, die eine erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung umfasst, wobei wenigstens eine erste Abstandssensoreinheit der Sicherheitseinrichtung in oder an der Vorrichtungsoberfläche positioniert ist. Somit lassen sich in zuverlässiger Weise Abstände von Objekten zur Vorrichtungsoberfläche erfassen. Dadurch kann die Handhabungsvorrichtung sicher und zuverlässig in einem Arbeitsraum betrieben werden, in dem ebenfalls Menschen und/oder potenziell kollisionsgefährdete nicht menschliche Objekte vorhanden sind. The object is also achieved by a handling device, in particular a robot, of the type mentioned at the outset, which includes a safety device according to the invention, with at least a first distance sensor unit of the safety device being positioned in or on the device surface. Thus, distances from objects to the device surface can be detected in a reliable manner. As a result, the handling device can be operated safely and reliably in a work space in which there are also people and/or non-human objects that are potentially at risk of collision.

Die Handhabungsvorrichtung oder der Roboter trägt somit die zur Absicherung notwendigen Abstandssensoreinheiten. Man spricht daher auch von einer vorrichtungszentrierten oder roboterzentrierten Absicherung. The handling device or the robot thus carries the distance sensor units required for protection. One therefore also speaks of device-centric or robot-centric validation.

Im Übrigen gelten die Effekte und Vorteile, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung genannt wurden, auch für die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung und umgekehrt. Otherwise, the effects and advantages that were mentioned in connection with the method according to the invention and/or the safety device according to the invention also apply to the handling device according to the invention and vice versa.

Die Handhabungsvorrichtung kann in einem abstandsgesteuerten Betriebsmodus arbeiten, wenn mittels der Sicherheitseinrichtung lediglich Objekte außerhalb eines vordefinierten Sicherheitsabstands erfasst werden. Alternativ kann die Handhabungsvorrichtung in einem kraftgesteuerten Betriebsmodus arbeiten oder stoppen, wenn Objekte im Sicherheitsabstand erfasst werden. In diesem Zusammenhang geht der kraftgesteuerte Betriebsmoduls mit einer Reduktion der Arbeits- oder Verfahrgeschwindigkeit der Handhabungsvorrichtung einher, sodass bei einem Kontakt der Handhabungsvorrichtung mit einem Menschen die Kontaktkraft so klein ist, dass keine Verletzung entsteht. Alternativ stoppt die Handhabungsvorrichtung. Sie bewegt sich also sich nicht mehr. Erst, wenn im Sicherheitsabstand keine Objekte mehr erfasst werden, kann über eine Wiederaufnahme der Bewegung entschieden werden. Auch auf diese Weise wird eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet. The handling device can work in a distance-controlled operating mode if the safety device only detects objects outside a predefined safety distance. Alternatively, the handling device can operate in a force-controlled mode of operation or stop when objects are detected in the safety distance. In this context, the power-controlled operating module is accompanied by a reduction in the working or travel speed of the handling device, so that when the handling device comes into contact with a people the contact force is so small that no injury occurs. Alternatively, the handling device stops. So she doesn't move anymore. Only when no more objects are detected within the safety distance can a decision be made to resume movement. This also ensures a high level of operational reliability.

Zusätzlich zum vordefinierten Sicherheitsabstand kann auch ein vordefinierter Schwellenabstand vorgesehen sein. Dieser ist größer als der vordefinierte Sicherheitsabstand, liegt also in einem Bereich außerhalb desselben. Dabei kann die Handhabungsvorrichtung so konfiguriert sein, dass für bestimmte Betriebsparameter in Abhängigkeit davon, ob ein Objekt innerhalb des vordefinierten Schwellenabstands oder außerhalb des vordefinierten Schwellenabstands detektiert wird, unterschiedliche Grenzwerte vorgesehen angewendet werden. Beispielsweise wird außerhalb des vordefinierten Schwellenabstands eine erste, vergleichsweise hohe maximale Verfahrgeschwindigkeit zugelassen, wobei innerhalb des vordefinierten Schwellenabstands, jedoch außerhalb des Sicherheitsabstands, eine zweite, reduzierte maximale Verfahrgeschwindigkeit zugelassen wird. Es versteht sich, dass auch mehrere solche Schwellenabstände definiert werden können. Auf diese Weise lässt sich die Handhabungsvorrichtung effizient und zugleich sicher betreiben. In addition to the predefined safety distance, a predefined threshold distance can also be provided. This is greater than the predefined safety distance, i.e. it is in an area outside of it. The handling device can be configured in such a way that different limit values are provided for certain operating parameters depending on whether an object is detected within the predefined threshold distance or outside of the predefined threshold distance. For example, a first, comparatively high maximum travel speed is permitted outside the predefined threshold distance, with a second, reduced maximum travel speed being permitted within the predefined threshold distance, but outside the safety distance. It goes without saying that several such threshold distances can also be defined. In this way, the handling device can be operated efficiently and at the same time safely.

In diesem Zusammenhang ist es zudem vorteilhaft, den Sicherheitsabstand und/oder den Schwellenabstand geschwindigkeitsabhängig einzustellen. Dabei richtet sich eine Größe des Sicherheitsabstands nach dem sogenannten Stoppweg, d.h. nach dem Weg, den die Handhabungsvorrichtung nach dem Betätigen eines Notausschalters noch weiterfährt, bevor sie zum Stillstand kommt. Dieser Stoppweg muss kleiner sein als der Sicherheitsabstand. Ansonsten kann es zu einer unerwünschten Kollision kommen. In this context, it is also advantageous to set the safety distance and/or the threshold distance as a function of the speed. The size of the safety distance depends on the so-called stopping distance, i.e. on the distance that the handling device continues to travel after an emergency stop switch has been activated before it comes to a standstill. This stopping distance must be smaller than the safety distance. Otherwise, an unwanted collision may occur.

Die Handhabungsvorrichtung kann auch mit einer Richtungserkennung ausgestattet sein. Es kann somit erkannt werden, ob sich die Handhabungsvorrichtung auf ein erfasstes Objekt zubewegt oder von diesem Objekt wegbewegt. Zu diesem Zweck können die mittels der Abstandssensoreinheiten erfassten Minimalabstände in Kombination mit Bewegungsdaten der Handhabungsvorrichtung ausgewertet werden. Für den Fall, dass kollisionsgefährdete Objekte stets im Arbeitsraum der Flandhabungsvorrichtung und/oder nahe einer Arbeitsraumgrenze positioniert sind, kann die Flandhabungsvorrichtung darüber hinaus so programmiert werden, dass sie im Bereich dieser Objekte stets im kraftgesteuerten Modus arbeitet. Dies kann durch spezifische Programmierung oder durch eine Einlernfahrt erfolgen. Der Zweck einer solchen Funktionalität besteht darin, dass hinter derartigen Objekten Menschen in den Erfassungsbereich der Abstandssensoreinheiten eintreten können, die zuvor vom Objekt verdeckt waren. Dabei kann es sich beim verdeckenden Objekt auch um Teile der Flandhabungsvorrichtung selbst handeln. The handling device can also be equipped with direction recognition. It can thus be recognized whether the handling device is moving towards a detected object or is moving away from this object. For this purpose, the minimum distances detected by the distance sensor units can be evaluated in combination with movement data from the handling device. In the event that objects at risk of collision are always positioned in the working space of the fland handling device and/or close to a working space boundary, the fland handling device can also be programmed in such a way that it always operates in the force-controlled mode in the area of these objects. This can be done through specific programming or through a teach-in run. The purpose of such a functionality is that behind such objects people can enter the detection range of the distance sensor units who were previously covered by the object. The obscuring object can also be parts of the handling device itself.

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der Flandhabungsvorrichtung insbesondere um einen Roboter. Dieser ist beispielsweise als Gelenkarmroboter, Portalroboter, Delta-Roboter oder Hexapod-Roboter ausgeführt. Dabei kann ein Gelenkarmroboter ein Knickarmroboter, ein Dualarmroboter oder ein sogenannter Scara-Roboter sein. As already mentioned, the handling device is in particular a robot. This is designed, for example, as an articulated arm robot, portal robot, delta robot or hexapod robot. An articulated-arm robot can be an articulated-arm robot, a dual-arm robot or a so-called Scara robot.

Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen: The invention is explained below by means of various exemplary embodiments which are shown in the accompanying drawings. Show it:

- Figur 1 eine erfindungsgemäße Flandhabungsvorrichtung, die mit einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung ausgestattet ist, mittels der ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt werden kann, wobei zusätzlich ein Mensch und zwei nicht-menschliche Objekte dargestellt sind, - Figure 1 shows a handling device according to the invention, which is equipped with a safety device according to the invention, by means of which a method according to the invention can be carried out, with a human being and two non-human objects also being shown,

- Figur 2 ein exemplarisches Teil einer erfindungsgemäßen Flandhabungsvorrichtung sowie die daran positionierten Komponenten einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung, - Figure 2 shows an exemplary part of a handling device according to the invention and the components of a safety device according to the invention positioned thereon,

- Figur 3 in einer Schnittdarstellung ein anderes exemplarisches Teil einer erfindungsgemäßen Flandhabungsvorrichtung sowie die daran positionierten Komponenten einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung, - Figure 3 in a sectional view another exemplary part of a handling device according to the invention and the components of a safety device according to the invention positioned thereon,

- Figur 4 die Flandhabungsvorrichtung aus Figur 1 in einem Schnitt entlang der Ebene IV-IV, - figure 4 shows the handling device of figure 1 in a section along the plane IV-IV,

- Figur 5 eine Illustration zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei eine ebene Vorrichtungsoberfläche einer erfindungsgemäßen Flandhabungsvorrichtung zugrunde gelegt wird, - Figur 6 eine weitere Illustration zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Verfahren mittels einer der Figur 4 entsprechenden Darstellung anhand der Flandhabungsvorrichtung aus Figur 1 erläutert wird,- Figure 5 is an illustration to explain the method according to the invention, wherein a flat device surface of a fland handling device according to the invention is used as a basis, FIG. 6 shows a further illustration for explaining the method according to the invention, the method being explained by means of a representation corresponding to FIG. 4 using the flow handling device from FIG.

- Figur 7 eine Detailansicht eines exemplarischen Abstandssensors der Flandhabungsvorrichtung aus Figur 1 in zwei Betriebszuständen, - Figure 7 is a detailed view of an exemplary distance sensor of the handling device from Figure 1 in two operating states,

- Figur 8 in einer schematischen Darstellung die Flandhabungsvorrichtung aus Figur 1 in einer spezifischen Betriebssituation, und FIG. 8 is a schematic representation of the handling device of FIG. 1 in a specific operating situation, and

- Figur 9 schematisch eine Variante der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung mit beweglicher Abstandssensoreinheit. - Figure 9 schematically shows a variant of the safety device according to the invention with a movable distance sensor unit.

Figur 1 zeigt eine Flandhabungsvorrichtung 10, die in der dargestellten Ausführungsform als Knickarmroboter ausgeführt ist. FIG. 1 shows a material handling device 10 which, in the embodiment shown, is designed as an articulated-arm robot.

Die Flandhabungsvorrichtung 10 umfasst eine Basis 12, einen ersten Arm 14, einen zweiten Arm 16 und einen Greifer 18. Flawless handling apparatus 10 includes a base 12, a first arm 14, a second arm 16, and a gripper 18.

Dabei ist der erste Arm 14 gelenkig mit der Basis 12 und dem zweiten Arm 16 verbunden. Auf seiner dem ersten Arm 14 entgegengesetzten Seite ist der zweite Arm 16 gelenkig mit dem Greifer 18 gekoppelt. The first arm 14 is connected in an articulated manner to the base 12 and the second arm 16 . On its side opposite the first arm 14 , the second arm 16 is coupled in an articulated manner to the gripper 18 .

Darüber hinaus weist die Flandhabungsvorrichtung 10 mehrere Vorrichtungsoberflächen 12a, 14a, 16a, 18a auf. In addition, the fland handling device 10 has a plurality of device surfaces 12a, 14a, 16a, 18a.

Genauer gesagt, ist die Basis 12 durch die Vorrichtungsoberfläche 12a begrenzt. Der erste Arm 14 weist die Vorrichtungsoberfläche 14a auf und der zweite Arm 16 die Vorrichtungsoberfläche 16a. Der Greifer 18 weist weitere Vorrichtungsoberflächen 18a auf, von denen lediglich eine exemplarisch mit einem Bezugszeichen versehen ist. More specifically, the base 12 is bounded by the device surface 12a. The first arm 14 has the device surface 14a and the second arm 16 has the device surface 16a. The gripper 18 has further device surfaces 18a, only one of which is provided with a reference number as an example.

Die Flandhabungsvorrichtung 10 lässt sich in einem Arbeitsraum 20 betreiben, in dem Objekte 22 vorhanden sind, die zudem so positioniert sind, dass die Flandhabungsvorrichtung 10 oder Teile davon mit ihnen kollidieren können. The fluff handling device 10 can be operated in a workspace 20 in which objects 22 are present, which are also positioned in such a way that the fluff handling device 10 or parts thereof can collide with them.

Konkret sind derartige Objekte 22 in der dargestellten Ausführungsform in Form eines Menschen 24, in Form eines vergleichsweise kleinen Blocks 26 und in Form eines vergleichsweise großen Blocks 28 vorhanden. Um die Handhabungsvorrichtung 10 in einem solchen Arbeitsraum 20 sicher, d.h. unter Ausschluss von unerwünschten Kollisionen mit den Objekten 22, betreiben zu können, ist sie mit einer Sicherheitseinrichtung 30 ausgestattet. Specifically, such objects 22 are present in the illustrated embodiment in the form of a human 24, in the form of a comparatively small block 26 and in the form of a comparatively large block 28. In order to be able to operate the handling device 10 safely in such a working space 20 , ie to be able to operate it without undesired collisions with the objects 22 , it is equipped with a safety device 30 .

Die Sicherheitseinrichtung 30 umfasst mehrere, jeweils an einer der Vorrichtungsoberflächen 12a, 14a, 16a, 18a positionierteThe safety device 30 comprises several, each positioned on one of the device surfaces 12a, 14a, 16a, 18a

Abstandssensoreinheiten 32, von denen in Figur 1 lediglich einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Distance sensor units 32, only some of which are provided with a reference number in FIG.

Darüber hinaus weist die Sicherheitseinrichtung 30 eine Auswertungseinheit 34 auf. Alle Abstandssensoreinheiten 32 sind signaltechnisch mit der Auswertungseinheit 34 gekoppelt. In addition, the safety device 30 has an evaluation unit 34 . All distance sensor units 32 are coupled to the evaluation unit 34 in terms of signals.

In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sind insgesamt elf Abstandssensoreinheiten 32 sichtbar. A total of eleven distance sensor units 32 are visible in the embodiment shown in FIG.

Jede der Abstandssensoreinheiten 32 hat dabei einen Erfassungsbereich 36, der in der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen kegelförmig ist. Grenzen der Erfassungsbereiche 36 sind im direkten Umfeld der zugehörigen Abstandssensoreinheit 32 jeweils durch zwei dünne Linien angedeutet. Zur besseren Übersichtlichkeit sind in Figur 1 wieder nur einige der Erfassungsbereiche 36 mit einem Bezugszeichen versehen. Each of the distance sensor units 32 has a detection area 36 which is essentially conical in the illustrated embodiment. Limits of the detection areas 36 are indicated by two thin lines in the immediate vicinity of the associated distance sensor unit 32 . For better clarity, only some of the detection areas 36 are provided with a reference number in FIG.

Die Erfassungsbereiche 36 können sich zumindest abschnittsweise überlappen, wie insbesondere anhand der Figuren 2 und 3 deutlich wird, die jeweils exemplarische Bauteile 38 der Handhabungsvorrichtung 10 mit zugeordneten Abstandssensoreinheiten 32 und ihren zugeordneten Erfassungsbereichen 36 zeigen. The detection areas 36 can overlap at least in sections, as becomes clear in particular from FIGS.

Die Erfassungsbereiche 36 der Abstandssensoreinheiten 32 bilden somit zumindest in ausgewählten Bereichen der Handhabungsvorrichtung 10 eine Art Hülle um die Handhabungsvorrichtung 10 herum, innerhalb der Objekte 22 detektiert und Abstände der Objekte 22 von den Vorrichtungsoberflächen 12a, 14a, 16a, 18a ermittelt werden können. The detection areas 36 of the distance sensor units 32 thus form a kind of shell around the handling device 10, at least in selected areas of the handling device 10, within which objects 22 can be detected and distances of the objects 22 from the device surfaces 12a, 14a, 16a, 18a can be determined.

Wie insbesondere anhand der Figur 4 erkennbar ist, sind die Abstandssensoreinheiten 32 so angeordnet, dass sich die zugeordneten Erfassungsbereiche 36 erst außerhalb eines vordefinierten Sicherheitsabstands S überlappen. As can be seen in particular from FIG. 4, the distance sensor units 32 are arranged in such a way that the associated Coverage areas 36 only overlap outside of a predefined safety distance S.

Somit wird sichergestellt, dass außerhalb des Sicherheitsabstands S Objekte 22 zuverlässig erfasst werden können. This ensures that objects 22 can be reliably detected outside the safety distance S.

Das bedeutet aber auch, dass in Kauf genommen wird, dass sich unterhalb des Sicherheitsabstands S, d.h. in der Figur 4 zwischen der Vorrichtungsoberfläche 16a und dem den Sicherheitsabstand S repräsentierenden Kreis Erfassungslücken auftun. However, this also means that it is accepted that detection gaps appear below the safety distance S, i.e. in FIG. 4 between the device surface 16a and the circle representing the safety distance S.

Mit einer derartigen Anordnung der Abstandssensoreinheiten 32 kann jedoch insgesamt eine zuverlässige sensorische Überwachung des Arbeitsraums 20 mit einer vertretbaren Anzahl an Abstandssensoreinheiten 32 erreicht werden. Mit anderen Worten stellt eine derartige Anordnung einen guten Kompromiss zwischen dem Aufwand, insbesondere finanziellem Aufwand, für die Abstandssensoreinheiten 32 und der Abdeckung des Arbeitsraums 20 durch die Erfassungsbereiche 36 dar. With such an arrangement of the distance sensor units 32, however, reliable sensory monitoring of the working space 20 can be achieved overall with a reasonable number of distance sensor units 32. In other words, such an arrangement represents a good compromise between the outlay, in particular the financial outlay, for the distance sensor units 32 and the coverage of the working space 20 by the detection regions 36.

Die Handhabungsvorrichtung 10 kann in dieser Konfiguration trotz der in Kauf genommenen Erfassungslücken stets sicher und zuverlässig betrieben werden. In this configuration, the handling device 10 can always be operated safely and reliably, despite the gaps in detection that have been accepted.

Das liegt daran, dass die Handhabungsvorrichtung 10 in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi arbeiten kann. This is because the handling device 10 can operate in two different operating modes.

Sie arbeitet in einem abstandsgesteuerten Betriebsmodus, wenn mittels der Sicherheitseinrichtung 30, genauer gesagt mittels der Abstandssensoreinheiten 32 lediglich Objekte 22 außerhalb des vordefinierten Sicherheitsabstands S erfasst werden. It works in a distance-controlled operating mode when only objects 22 outside of the predefined safety distance S are detected by means of the safety device 30, more precisely by means of the distance sensor units 32.

In der Figur 4 ist exemplarisch ein Objekt 22 außerhalb des Sicherheitsabstands S eingezeichnet. In FIG. 4, an object 22 outside the safety distance S is shown as an example.

Sobald ein Objekt im Sicherheitsabstand S erfasst wird, d.h. sobald in Figur 4 das Objekt 22 die den Sicherheitsabstand S repräsentierende Kreislinie berührt, geht die Handhabungsvorrichtung 10 in einen kraftgesteuerten Betriebsmodus über. In einem derartigen Betriebsmodus wird eine Verfahrgeschwindigkeit der Handhabungsvorrichtung 10 so weit reduziert, dass insbesondere eine Kollision mit dem Menschen 24 keine Verletzungen hervorruft. As soon as an object is detected at the safety distance S, ie as soon as the object 22 touches the circular line representing the safety distance S in FIG. 4, the handling device 10 switches to a force-controlled operating mode. In such an operating mode, a travel speed of the handling device 10 is reduced to such an extent that a collision with the person 24 in particular does not cause any injuries.

Alternativ kann die Handhabungsvorrichtung 10 solange stoppen wie im Sicherheitsabstand S das Objekt 22 erfasst wird. Alternatively, the handling device 10 can stop as long as the object 22 is detected at the safety distance S.

Um die Betriebssicherheit der Handhabungsvorrichtung 10 weiter zu erhöhen, ist jede Abstandssensoreinheit 32 darüber hinaus mit zwei Abstandssensoren 32a, 32b ausgestattet (siehe Figur 4 in Zusammenschau mit Figur 1). In order to further increase the operational reliability of the handling device 10, each distance sensor unit 32 is also equipped with two distance sensors 32a, 32b (see FIG. 4 in combination with FIG. 1).

Alle Abstandssensoren 32a, 32b arbeiten nach dem sogenannten Time-of- Flight-Verfahren, d.h. jeder der Abstandssensoren umfasst eine nicht näher dargestellte Sendeeinheit, die ein Sensorsignal aussendet und eine zugehörige Empfangseinheit, die ein möglicherweise von einem Objekt 22 innerhalb des Erfassungsbereichs 36 reflektiertes Signal erfassen kann. Anhand der Zeit, die das Sensorsignal von Zeitpunkt seines Absendens bis zum Zeitpunkt des Erfassens benötigt, und einer Signalausbreitungsgeschwindigkeit innerhalb des im Arbeitsraums 20 vorhandenen Mediums, z. B. Luft, kann somit ein Abstand errechnet werden. All distance sensors 32a, 32b work according to the so-called time-of-flight method, i.e. each of the distance sensors comprises a transmitter unit, not shown in detail, which emits a sensor signal and an associated receiver unit which receives a signal that may be reflected by an object 22 within the detection range 36 can capture. Based on the time that the sensor signal needs from the time it is sent to the time it is detected, and a signal propagation speed within the medium present in the working space 20, e.g. As air, a distance can thus be calculated.

Die Abstandssensoren 32a, 32b einer Abstandssensoreinheit 32 sind dabei so angeordnet, dass die Detektionsbereiche der Abstandssensoren 32a, 32b im Wesentlichen identisch sind. Ein Detektionsbereich des Abstandssensors 32a entspricht dabei im Wesentlichen dem Erfassungsbereich 36. Gleiches gilt für den Detektionsbereich des Abstandssensors 32b. The distance sensors 32a, 32b of a distance sensor unit 32 are arranged in such a way that the detection ranges of the distance sensors 32a, 32b are essentially identical. A detection range of the distance sensor 32a essentially corresponds to the detection range 36. The same applies to the detection range of the distance sensor 32b.

Darüber hinaus werden innerhalb einer Abstandssensoreinheit 32 stets Abstandssensoren 32a, 32b genutzt, die nach unterschiedlichen Sensorprinzipien arbeiten. In den dargestellten Ausführungsformen handelt es sich beim Abstandssensor 32a um einen Infrarotsensor und bei einem Abstandssensor 32b um einen Ultraschallsensor. In addition, within a distance sensor unit 32, distance sensors 32a, 32b are always used, which work according to different sensor principles. In the illustrated embodiments, distance sensor 32a is an infrared sensor and distance sensor 32b is an ultrasonic sensor.

Innerhalb der Sicherheitseinrichtung 30 werden alle von den Abstandssensoren 32a, 32b gemessenen Abstände an die Auswertungseinheit 34 kommuniziert. Die Auswertungseinheit 34 ist dabei dazu ausgebildet, bezüglich jeder der Vorrichtungsoberflächen 12a, 14a, 16a, 18a und jeder der Abstandssensoreinheiten 32 ein Verfahren zur Ermittlung eines Minimalabstands eines detektierten Objekts 22 von der Vorrichtungsoberfläche 12a, 14a, 16a, 18a auszuführen. All distances measured by the distance sensors 32a, 32b are communicated to the evaluation unit 34 within the safety device 30 . The evaluation unit 34 is designed to carry out a method for determining a minimum distance of a detected object 22 from the device surface 12a, 14a, 16a, 18a with respect to each of the device surfaces 12a, 14a, 16a, 18a and each of the distance sensor units 32.

Die von den Abstandssensoren 32a, 32b ermittelten Abstandswerte dienen diesem Verfahren als Eingangsparameter und werden als Rohabstände verarbeitet. The distance values determined by the distance sensors 32a, 32b serve as input parameters for this method and are processed as raw distances.

Anhand der Rohabstände wird zunächst ein Primärabstand P ermittelt. A primary distance P is first determined on the basis of the raw distances.

Der Primärabstand P entspricht dabei dem kleineren der beiden von den Abstandssensoren 32a, 32b ermittelten Rohabstände. The primary distance P corresponds to the smaller of the two raw distances determined by the distance sensors 32a, 32b.

Ein solcher Primärabstand P ist in den Figuren 5 und 6 eingezeichnet. Such a primary distance P is shown in FIGS.

Mit anderen Worten ist nun also bekannt, dass ein zu detektierendes Objekt 22 innerhalb des Erfassungsbereichs 36 der auszuwertenden Abstandssensoreinheit 32 liegt und einen Primärabstand P von der Abstandssensoreinheit 32 aufweist. In other words, it is now known that an object 22 to be detected lies within the detection range 36 of the distance sensor unit 32 to be evaluated and has a primary distance P from the distance sensor unit 32 .

Je nach Verlauf der zugeordneten Vorrichtungsoberfläche 12a, 14a, 16a, 18a im Raum, ist dieser Primärabstand P jedoch nicht zwangsläufig ein minimaler Abstand des Objekts 22 von der Vorrichtungsoberfläche 12a, 14a, 16a, 18a. Depending on the course of the associated device surface 12a, 14a, 16a, 18a in space, this primary distance P is not necessarily a minimum distance of the object 22 from the device surface 12a, 14a, 16a, 18a.

In diesem Zusammenhang zeigt Figur 5 ein Beispiel, in dem die Vorrichtungsoberfläche 12a, 14a, 16a, 18a im Wesentlichen eben ist. In this regard, Figure 5 shows an example in which the device surface 12a, 14a, 16a, 18a is substantially planar.

Ein anderer beispielhafter Verlauf der Vorrichtungsoberfläche 16a ist in Figur 6 gezeigt. In diesem Fall ist die Vorrichtungsoberfläche 16a konvex gekrümmt. Another exemplary course of the device surface 16a is shown in FIG. In this case, the device surface 16a is convexly curved.

Es muss im Folgenden ein kritischer Punkt K ermittelt werden, der im Primärabstand P von der relevanten Abstandssensoreinheit 32 sowie innerhalb des zugehörigen Erfassungsbereichs 36 liegt, dabei jedoch unter Berücksichtigung des räumlichen Verlaufs der relevanten Vorrichtungsoberfläche 12a, 14a, 16a, 18a dieser am nächsten kommt. In the following, a critical point K must be determined, which is at the primary distance P from the relevant distance sensor unit 32 and within the associated detection area 36, but which comes closest to this, taking into account the spatial profile of the relevant device surface 12a, 14a, 16a, 18a.

Nachdem in der Ausführungsform gemäß Figur 5 die Vorrichtungsoberfläche eben ist, liegt dieser kritische Punkt K auf einem Rand des Erfassungsbereichs 36 der Abstandssensoreinheit 32. Zur Illustration ist das Objekt 22 mit gestrichelten Linien in eine zugehörige Position eingezeichnet. Man kann auch sagen, dass das Objekt 22 zur Ermittlung des Minimalabstands gedanklich in den kritischen Punkt K verschoben oder projiziert wird. Since the device surface is flat in the embodiment according to FIG. 5, this critical point K lies on an edge of the detection range 36 of the distance sensor unit 32. For illustration, the object 22 is shown with dashed lines Lines drawn in an associated position. One can also say that the object 22 is mentally shifted or projected to the critical point K to determine the minimum distance.

In der Ausführungsform gemäß Figur 6 liegt der kritische Punkt K nicht auf einem Rand des Erfassungsbereichs 36 der betrachteten Abstandssensoreinheit 32. In the embodiment according to Figure 6, the critical point K is not on an edge of the detection range 36 of the distance sensor unit 32 under consideration.

Das liegt daran, dass die Vorrichtungsoberfläche 16a in Richtung des Objekts 22 konvex gekrümmt ist und ein Krümmungsradius der Vorrichtungsoberfläche 16a kleiner ist als der Abstand P. This is because the device surface 16a is convexly curved toward the object 22, and a radius of curvature of the device surface 16a is smaller than the pitch P.

In einem nachfolgenden Schritt wird der Minimalabstand M des kritischen Punkts K von der Vorrichtungsoberfläche 12a, 14a, 16a, 18a ermittelt. Dieser Minimalabstand M wird für den Betrieb der Handhabungsvorrichtung 10 verwendet, die somit stets mit einem Abstandswert arbeitet, der einen sicheren Betrieb gewährleistet. In a subsequent step, the minimum distance M of the critical point K from the device surface 12a, 14a, 16a, 18a is determined. This minimum distance M is used for the operation of the handling device 10, which thus always works with a distance value that ensures safe operation.

In diesem Zusammenhang können einzelne Abstandssensoreinheiten 32 auch deaktivierbar sein oder die von ihnen erzeugten Signale können ignoriert werden. In this context, individual distance sensor units 32 can also be deactivated or the signals they generate can be ignored.

Dies wird anhand der Figuren 5 und 6 erläutert. This is explained with reference to FIGS. 5 and 6.

In einem Fall, in dem in Figur 5 sowohl die links dargestellte als auch die rechts dargestellte Abstandssensoreinheit 32 aktiv sind, kann anhand der von diesen generierten Sensorwerten nicht unterschieden werden, ob die links dargestellte Abstandssensoreinheit 32 ebenfalls das Objekt 22 erfasst, dessen Minimalabstand ermittelt werden soll, oder ob die links dargestellte Abstandssensoreinheit 32 ein anderes, in Figur 5 mit 22‘ bezeichnetes Objekt erfasst. In a case in which both the distance sensor unit 32 shown on the left and the one shown on the right are active in Figure 5, the sensor values generated by these cannot be used to distinguish whether the distance sensor unit 32 shown on the left also detects the object 22 whose minimum distance is being determined is intended, or whether the distance sensor unit 32 shown on the left detects another object denoted by 22' in FIG.

Im Beispiel der Figur 5 erfasst die links dargestellte Abstandssensoreinheit 32 beide Objekte 22, 22‘. In the example in FIG. 5, the distance sensor unit 32 shown on the left detects both objects 22, 22'.

In einem solchen Fall, d.h. in einem Fall, in dem eine der auszuwertenden Abstandssensoreinheit 32 benachbarte Abstandssensoreinheit 32 ebenfalls ein Objekt erfasst, muss zunächst die benachbarte Abstandssensoreinheit 32, d.h. in Figur 5 die links dargestellte Abstandssensoreinheit 32, deaktiviert werden oder die von ihr generierten Signale müssen ignoriert werden. Nur dann kann das Objekt 22 zuverlässig erkannt und ein zugehöriger Minimalabstand M ermittelt werden. In such a case, i.e. in a case in which a distance sensor unit 32 adjacent to the distance sensor unit 32 to be evaluated also detects an object, the adjacent distance sensor unit 32, i.e. the distance sensor unit 32 shown on the left in Figure 5, must first be deactivated or the signals generated by it must be ignored. Only then can it Object 22 is reliably detected and an associated minimum distance M is determined.

In einem folgenden Schritt wird dann die in Figur 5 rechts dargestellte Abstandssensoreinheit 32 deaktiviert oder es werden die von ihr generierten Signale ignoriert. Auf diese Weise kann unter Nutzung jeder der Abstandssensoreinheiten 32 ein zuverlässiger Mindestabstand M errechnet und für den Betrieb der Handhabungsvorrichtung 10 genutzt werden. In a subsequent step, the distance sensor unit 32 shown on the right in FIG. 5 is then deactivated or the signals generated by it are ignored. In this way, using each of the distance sensor units 32, a reliable minimum distance M can be calculated and used for the operation of the handling device 10.

Im Falle der Figur 5 werden somit die Abstandssensoreinheiten 32 sukzessive ausgewertet. In the case of FIG. 5, the distance sensor units 32 are evaluated successively.

Lediglich im in Figur 6 dargestellten Fall, in dem die im Gegenuhrzeigersinn benachbarte Abstandssensoreinheit 32 überhaupt kein Objekt 22 erfasst, können und sollen die Signale dieser Abstandssensoreinheit 32 im Wesentlichen gleichzeitig ausgewertet werden. The signals of this distance sensor unit 32 can and should be evaluated essentially simultaneously only in the case shown in FIG.

In diesem Fall kann nämlich mit Sicherheit ausgeschlossen werden, dass das Objekt 22, dessen Minimalabstand M ermittelt werden soll, innerhalb des Erfassungsbereichs der benachbarten Abstandssensoreinheit 32 liegt. Somit muss das Objekt 22 auch außerhalb eines Überlappungsbereichs der Erfassungsbereiche 36 der beiden benachbarten Abstandssensoreinheiten 32 liegen. In Figur 6 ist der Überlappungsbereich durch eine Schraffur hervorgehoben. Das Objekt 22 kann somit genauer lokalisiert werden als in einem Fall, in dem lediglich eine einzige Abstandssensoreinheit 32 zur Verfügung steht. In this case it can be ruled out with certainty that the object 22 whose minimum distance M is to be determined is within the detection range of the adjacent distance sensor unit 32 . The object 22 must therefore also lie outside an overlapping area of the detection areas 36 of the two adjacent distance sensor units 32 . In FIG. 6, the overlapping area is highlighted by hatching. The object 22 can thus be localized more precisely than in a case in which only a single distance sensor unit 32 is available.

Zudem muss eine Abstandssensoreinheit 32 selektiv deaktiviert werden können, wenn die Handhabungsvorrichtung 10 eine Pose einnimmt, in der die betreffende Abstandssensoreinheit 32 lediglich Bauteile der Handhabungsvorrichtung 10 erfassen würden. In addition, a distance sensor unit 32 must be able to be selectively deactivated when the handling device 10 assumes a pose in which the relevant distance sensor unit 32 would only detect components of the handling device 10 .

In einer Variante können innerhalb einer Abstandssensoreinheit 32 auch einer oder mehrere Abstandssensoren 32c verwendet werden, die einen einstellbaren Detektionsbereich aufweisen. Dies wird anhand von Figur 7 erläutert. In a variant, one or more distance sensors 32c can also be used within a distance sensor unit 32, which have an adjustable detection range. This is explained with reference to FIG.

Der in Figur 7 gezeigte Abstandssensor 32c umfasst eine Abschirmeinrichtung 40, die verschiebbar gelagert ist. In der Konfiguration gemäß Figur 7 (a) ist die Abschirmeinrichtung 40 in einer zurückgezogenen Position, sodass sich ein kegelförmiger Detektionsbereich mit dem Kegelwinkel Wi ergibt. The distance sensor 32c shown in FIG. 7 comprises a shielding device 40 which is mounted in a displaceable manner. In the configuration according to FIG. 7(a), the shielding device 40 is in a retracted position, resulting in a conical detection area with the cone angle Wi.

In der Konfiguration gemäß Figur 7 (b) ist die Abschirmeinrichtung 40 in einer ausgefahrenen Position. Aufgrund der resultierenden Abschirmung ergibt sich ein kegelförmiger Erfassungsbereich mit einem Kegelwinkel W2, der deutlich kleiner ist als der Kegelwinkel W1. In the configuration according to FIG. 7(b), the shielding device 40 is in an extended position. The resulting shielding results in a cone-shaped detection area with a cone angle W2 that is significantly smaller than cone angle W1.

Derartige Abstandssensoren 32c werden vorteilhafterweise in einer der Figur 7 (b) entsprechenden Konfiguration, d.h. mit einem vergleichsweise schmalen Detektionsbereich betrieben, wenn es lediglich darum geht, Objekte 22 mit vergleichsweise großem Abstand von der Handhabungsvorrichtung 10 zu erfassen. Auf diese Weise wird es erleichtert, die Position des Objekts 22 relativ zur Handhabungsvorrichtung 10 aufzulösen. Such distance sensors 32c are advantageously operated in a configuration corresponding to FIG. In this way, it is made easier to resolve the position of the object 22 relative to the handling device 10 .

Die Konfiguration gemäß Figur 7 (a) hingegen wird bevorzugt dann verwendet, wenn Objekte 22 im Nahbereich detektiert werden sollen. Auf diese Weise ergibt sich insbesondere im Nahbereich eine vollständige Abdeckung der Umgebung des betreffenden Bauteils der Handhabungsvorrichtung 10. Mit anderen Worten kann auf diese Weise ein Sicherheitsabstand S (siehe Figur 4) relativ klein gehalten werden. The configuration according to FIG. 7(a), on the other hand, is preferably used when objects 22 are to be detected in the close range. In this way, the surroundings of the relevant component of the handling device 10 are completely covered, particularly in the close-up range. In other words, a safety distance S (see FIG. 4) can be kept relatively small in this way.

In der Auswertungseinheit 34 werden die zuvor beschriebenen, mittels der Abstandssensoreinheiten 32 detektierten Abstände, insbesondere die ermittelten Minimalabstände M stets in Verbindung mit einer Bewegungsrichtung der Handhabungsvorrichtung 10 verarbeitet. In the evaluation unit 34 , the previously described distances detected by means of the distance sensor units 32 , in particular the determined minimum distances M, are always processed in connection with a direction of movement of the handling device 10 .

Letztgenannte Informationen werden in diesem Zusammenhang von einer nicht näher dargestellten Steuerungseinheit der Handhabungsvorrichtung 10 zur Verfügung gestellt. Diese Steuerungseinheit ist spezifisch dazu ausgebildet, Bewegungen der Handhabungsvorrichtung 10 zu steuern oder zu regeln. The latter information is made available in this context by a control unit of the handling device 10 that is not shown in detail. This control unit is specifically designed to control or regulate movements of the handling device 10 .

Somit können mittels der Auswertungseinheit 34 Abstände mit Bezug auf eine momentane Bewegungsrichtung der Handhabungsvorrichtung 10 erfasst werden. Es kann also festgestellt werden, ob ein detektierter Abstand in einer Bewegungsrichtung der Handhabungsvorrichtung 10 vorne oder hinten liegt. Anders gesagt wird festgestellt, ob sich die Handhabungsvorrichtung 10 auf das detektierte Objekt 22 zu bewegt oder von diesem weg. Thus, using the evaluation unit 34, distances can be detected with reference to a current direction of movement of the handling device 10. It can thus be determined whether a detected distance is in front or behind in a direction of movement of the handling device 10 . In other words, it is determined whether the handling device 10 is moving towards the detected object 22 or away from it.

Es versteht sich, dass in Bewegungsrichtung hinten liegende Abstände für den Betrieb der Handhabungsvorrichtung 10 unter Sicherheitsaspekten deutlich weniger kritisch sind als in Bewegungsrichtung vorne liegende Abstände. It goes without saying that distances at the rear in the direction of movement are significantly less critical for the operation of the handling device 10 from a safety perspective than distances at the front in the direction of movement.

Bewegt sich beispielsweise in der Darstellung gemäß Figur 1 der Greifer 18 der Handhabungsvorrichtung 10 entlang der Richtung R, so ist die Position des Menschen 24 im Wesentlichen als unkritisch anzusehen. Folglich muss aufgrund des Menschen 24 eine Verfahrgeschwindigkeit der Handhabungsvorrichtung 10 nicht eingeschränkt werden. If, for example, in the illustration according to FIG. 1, the gripper 18 of the handling device 10 moves along the direction R, then the position of the person 24 is essentially to be regarded as non-critical. Consequently, a travel speed of the handling device 10 does not have to be restricted because of the human 24 .

In der dargestellten Konfiguration sind somit lediglich die Objekte 26, 28 bei der Einstellung der Verfahrgeschwindigkeit zu berücksichtigen. In the configuration shown, only the objects 26, 28 need to be taken into account when setting the traversing speed.

Die Auswertungseinheit 34 ist darüber hinaus dazu ausgebildet, Informationen zu Objekten 22, die innerhalb des Arbeitsraums 20 vorliegenden, abzuspeichern und diese Objekte 22 zu klassifizieren. The evaluation unit 34 is also designed to store information about objects 22 that are present within the workspace 20 and to classify these objects 22 .

Das ist insbesondere für solche Objekte 22 von Bedeutung, die derart innerhalb des Arbeitsraums 20 angeordnet sind, dass Erfassungsbereiche 36 von Abstandssensoreinheiten 32 verdeckt oder begrenzt werden können (siehe Figur 8). Bei solchen Objekten kann der Fall auftreten, dass ein anderes Objekt, insbesondere ein bewegliches Objekt, sozusagen aus dem Schatten hervortritt und somit direkt in die Nähe der Handhabungsvorrichtung 10 gelangt, ohne dass seine Annäherung mittels der Abstandssensoreinheiten 32 erfassbar wäre. This is of particular importance for objects 22 which are arranged within the working space 20 in such a way that detection areas 36 of distance sensor units 32 can be covered or limited (see FIG. 8). With such objects, the case can arise that another object, in particular a moving object, so to speak emerges from the shadow and thus comes directly close to the handling device 10 without its approach being able to be detected by the distance sensor units 32 .

Von besonderer Bedeutung ist dies, wenn hinter einem solchen, einen Erfassungsbereich 36 zumindest abschnittsweise verdeckenden Objekt ein Mensch 24 hervortreten kann. This is of particular importance if a person 24 can step out from behind such an object that at least partially covers a detection area 36 .

Die Handhabungsvorrichtung muss somit im Umfeld derartiger Objekte stets mit einer derart reduzierten Verfahrgeschwindigkeit betrieben werden, dass sie beim Hervortreten des Objekts 22 oder des Menschen 24 noch rechtzeitig anhalten kann. Alternativ muss sie im Umfeld derartiger Objekte im kraftgesteuerten Modus betrieben werden. Das Abspeichern und Klassifizieren von Informationen zu derartigen, kritischen Objekten 22 auf der Auswertungseinheit 34 kann beispielsweise im Rahmen einer Lernfahrt erfolgen. In the vicinity of such objects, the handling device must therefore always be operated at such a reduced travel speed that it can still stop in good time if the object 22 or the person 24 emerges. Alternatively, it must be operated in the force-controlled mode in the vicinity of such objects. The storage and classification of information on such critical objects 22 on the evaluation unit 34 can take place, for example, as part of a learning trip.

Figur 9 zeigt eine Variante der Sicherheitseinrichtung 30. Dabei ist die Abstandssensoreinheit 32 beweglich auf der Vorrichtungsoberfläche 16a angeordnet. FIG. 9 shows a variant of the safety device 30. The distance sensor unit 32 is movably arranged on the device surface 16a.

Wie mittels der beiden Pfeile angedeutet ist, kann die Abstandssensoreinheit 32 entlang einer Schiene 42 verfahren werden. As indicated by the two arrows, the distance sensor unit 32 can be moved along a rail 42 .

Auf diese Weise können mittels einer einzigen Abstandssensoreinheit 32 Objekte in einem vergleichsweise großen Raum detektiert werden. In this way, 32 objects can be detected in a comparatively large space by means of a single distance sensor unit.

Es versteht sich dabei, dass die Sicherheitseinrichtung 30 auch mehrere solcher beweglicher Abstandssensoreinheiten 32 aufweisen kann. It goes without saying that the safety device 30 can also have a plurality of such movable distance sensor units 32 .

Dabei kann der Bewegungsbereich der Abstandssensoreinheit 32 anwendungsspezifisch gewählt werden. Anders als in Figur 9 dargestellt kann in diesem Zusammenhang auch eine im Wesentlichen ringförmig umlaufende Schiene 42 vorgesehen sein, sodass die Abstandssensoreinheit 32 über den gesamten Umfang des Arms 16 verfahren werden kann. The range of movement of the distance sensor unit 32 can be selected specifically for the application. In contrast to what is shown in FIG. 9, a rail 42 running essentially in the shape of a ring can also be provided in this connection, so that the distance sensor unit 32 can be moved over the entire circumference of the arm 16 .

Claims

Patentansprüche patent claims

1. Verfahren zur Ermittlung eines Minimalabstands (M) eines Objekts (22) von einer Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a), insbesondere zur Ermittlung eines Minimalabstands (M) eines Objekts (22) von einer Vorrichtungs- Oberfläche (12a, 14a, 16a, 18a) einer Handhabungsvorrichtung (10), mit den folgenden Schritten: a) Erfassen eines Primärabstands (P) des Objekts (22) mittels einer an oder in der Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a) positionierten ersten Abstandssensoreinheit (32), wobei der Primärabstand (P) der Abstand des Objekts (22) von der Abstandssensoreinheit (32) ist, b) Ermitteln eines kritischen Punkts (K), der im Primärabstand (P) von der ersten Abstandssensoreinheit (32) sowie innerhalb eines Erfassungsbereichs (36) der ersten Abstandssensoreinheit (32) liegt und dabei unter Berücksichtigung eines räumlichen Verlaufs der Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a) der Vorrichtungsober fläche (12a, 14a, 16a, 18a) am nächsten kommt, und c) Ermitteln des Minimalabstands (M) des kritischen Punkts (K) von der Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a). 1. Method for determining a minimum distance (M) of an object (22) from a device surface (12a, 14a, 16a, 18a), in particular for determining a minimum distance (M) of an object (22) from a device surface (12a, 14a , 16a, 18a) of a handling device (10), with the following steps: a) detecting a primary distance (P) of the object (22) by means of a first distance sensor unit (32 ), wherein the primary distance (P) is the distance of the object (22) from the distance sensor unit (32), b) determining a critical point (K) which is at the primary distance (P) from the first distance sensor unit (32) and within a detection range (36) of the first distance sensor unit (32) and, taking into account a spatial profile of the device surface (12a, 14a, 16a, 18a), comes closest to the device surface (12a, 14a, 16a, 18a), and c) determining the minimum abs tands (M) of the critical point (K) from the device surface (12a, 14a, 16a, 18a).

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der kritische Punkt (K) auf einem Rand des Erfassungsbereichs (36) liegt, wenn die Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a) eben ist oder wenn die Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a) in Richtung des Objekts (22) konvex gekrümmt ist und ein Krümmungsradius der Vorrichtungsoberfläche größer ist als der Primärabstand (P) oder wenn die Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a) in Richtung des Objekts (22) konkav gekrümmt ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the critical point (K) lies on an edge of the detection area (36) when the device surface (12a, 14a, 16a, 18a) is flat or when the device surface (12a, 14a, 16a, 18a) is convexly curved towards the object (22) and a radius of curvature of the device surface is larger than the primary distance (P) or when the device surface (12a, 14a, 16a, 18a) is concavely curved towards the object (22). .

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorsignal einer zweiten an oder in der Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a) positionierten Abstandssensoreinheit (32) ignoriert wird, wenn die zweite Abstandssensoreinheit (32) ein Objekt (22) detektiert oder der kritische Punkt (K) außerhalb eines Erfassungsbereichs (36) einer zweiten an oder in der Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a) positionierten Abstandssensoreinheit (32) liegt, wenn die zweite Abstandssensoreinheit (32) kein Objekt (22) detektiert. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a sensor signal from a second distance sensor unit (32) positioned on or in the device surface (12a, 14a, 16a, 18a) is ignored if the second distance sensor unit (32) detects an object (22 ) detected or the critical point (K) lies outside a detection range (36) of a second distance sensor unit (32) positioned on or in the device surface (12a, 14a, 16a, 18a) if the second distance sensor unit (32) does not detect an object (22).

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Abstandssensoreinheit (32) mindestens zwei Rohabstände ermittelt werden, wobei der Primärabstand (P) der kleinere der Rohabstände ist. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in each distance sensor unit (32) at least two raw distances are determined, the primary distance (P) being the smaller of the raw distances.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die5. The method according to claim 4, characterized in that the

Rohabstände mittels eines Time-of-Flight-Verfahrens mittels unterschiedlicher Sensorprinzipien ermittelt werden, insbesondere wobei eines der Sensorprinzipien ein elektromagnetisches, bevorzugt optisches, Sensorprinzip ist und ein anderes der Sensorprinzipien ein akustisches Sensorprinzip ist. Raw distances are determined by means of a time-of-flight method using different sensor principles, in particular one of the sensor principles being an electromagnetic, preferably optical, sensor principle and another of the sensor principles being an acoustic sensor principle.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Abstandssensoreinheiten (32) einen im Betrieb veränderbaren Erfassungsbereich (36) aufweist, insbesondere wobei der Erfassungsbereich (36) zeitabhängig oder in Abhängigkeit eines gemessenen Abstandswerts verändert wird. 6. The method as claimed in one of the preceding claims, characterized in that at least one of the distance sensor units (32) has a detection range (36) that can be changed during operation, in particular the detection range (36) being changed as a function of time or as a function of a measured distance value.

7. Sicherheitseinrichtung (30) für eine eine Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a) aufweisende Handhabungsvorrichtung (10), insbesondere für einen eine Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a) aufweisenden Roboter, mit einer an oder in der Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a) positionierbaren ersten Abstandssensoreinheit (32) und einer Auswertungseinheit (34), die mit der Abstandssensoreinheit (32) signaltechnisch gekoppelt und dazu ausgebildet ist, im montierten Zustand der Abstandssensoreinheit (32) ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen. 7. Safety device (30) for a handling device (10) having a device surface (12a, 14a, 16a, 18a), in particular for a robot having a device surface (12a, 14a, 16a, 18a), with a on or in the device surface ( 12a, 14a, 16a, 18a) positionable first distance sensor unit (32) and an evaluation unit (34), which is coupled to the distance sensor unit (32) in terms of signaling and is designed to use a method according to one of the preceding claims when the distance sensor unit (32) is in the installed state to execute.

8. Sicherheitseinrichtung (30) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine an oder in der Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a) positionierbare zweite Abstandssensoreinheit (32), die signaltechnisch mit der Auswertungseinheit (34) gekoppelt ist. 8. Safety device (30) according to claim 7, characterized by a second distance sensor unit (32) which can be positioned on or in the device surface (12a, 14a, 16a, 18a) and which is coupled in terms of signals to the evaluation unit (34).

9. Sicherheitseinrichtung (30) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abstandssensoreinheit (32) und die zweite Abstandssensoreinheit (32) jeweils einen Erfassungsbereich (36) aufweisen und sich die Erfassungs bereiche (36) außerhalb eines vordefinierten Sicherheitsabstands (S) von den Abstandssensoreinheiten (32) überlappen. 9. Safety device (30) according to claim 8, characterized in that the first distance sensor unit (32) and the second distance sensor unit (32) each have a detection area (36) and the detection areas (36) overlap outside of a predefined safety distance (S) from the distance sensor units (32).

10. Sicherheitseinrichtung (30) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Abstandssensoreinheiten (32) mindestens zwei Abstandssensoren (32a, 32b, 32c) umfasst, die nach einem Time-of-Flight- Verfahren arbeiten. 10. Safety device (30) according to one of claims 7 to 9, characterized in that each of the distance sensor units (32) comprises at least two distance sensors (32a, 32b, 32c) which work according to a time-of-flight method.

11. Sicherheitseinrichtung (30) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Detektionsbereich eines der Abstandssensoren (32a, 32b, 32c) und ein Detektionsbereich des jeweils anderen der Abstandssensoren (32a, 32b, 32c) zumindest abschnittsweise überlappen, insbesondere wobei die Detektions bereiche im Wesentlichen identisch sind oder einer der Detektionsbereiche den jeweils anderen Detektionsbereich vollständig umfasst. 11. Safety device (30) according to Claim 10, characterized in that a detection area of one of the distance sensors (32a, 32b, 32c) and a detection area of the other of the distance sensors (32a, 32b, 32c) overlap at least in sections, in particular with the detection areas are essentially identical or one of the detection areas completely encompasses the respective other detection area.

12. Sicherheitseinrichtung (30) nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekenn zeichnet, dass die Abstandssensoren (32a, 32b, 32c) unterschiedliche Sensor prinzipien nutzen, insbesondere wobei einer der Abstandssensoren (32a, 32b, 32c) ein elektromagnetisches, vorzugsweise optisches, Sensorprinzip nutzt und ein anderer der Abstandssensoren (32a, 32b, 32c) ein akustisches Sensorprinzip nutzt. 12. Safety device (30) according to claim 10 or 11, characterized in that the distance sensors (32a, 32b, 32c) use different sensor principles, in particular wherein one of the distance sensors (32a, 32b, 32c) uses an electromagnetic, preferably optical, sensor principle uses and another of the distance sensors (32a, 32b, 32c) uses an acoustic sensor principle.

13. Sicherheitseinrichtung (30) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandssensoreinheit (32a, 32b, 32c) wahlweise deaktivierbar ist. 13. Safety device (30) according to one of claims 7 to 12, characterized in that the distance sensor unit (32a, 32b, 32c) can be deactivated as desired.

14. Handhabungsvorrichtung (10), insbesondere Roboter, mit einer Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a) und einer Sicherheitseinrichtung (30) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei wenigstens eine erste Abstandssensor einheit (32) der Sicherheitseinrichtung (30) in oder an der Vorrichtungsoberfläche (12a, 14a, 16a, 18a) positioniert ist. 14. Handling device (10), in particular robot, with a device surface (12a, 14a, 16a, 18a) and a safety device (30) according to one of claims 7 to 13, wherein at least one first distance sensor unit (32) of the safety device (30) positioned in or on the device surface (12a, 14a, 16a, 18a).

15. Handhabungsvorrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, dass die Handhabungsvorrichtung (10) in einem abstandsgesteuerten Betriebs modus arbeitet, wenn mittels der Sicherheitseinrichtung (30) lediglich Objekte (22) außerhalb eines vordefinierten Sicherheitsabstands (S) erfasst werden und die Handhabungsvorrichtung (10) in einem kraftgesteuerten Betriebsmodus arbeitet oder stoppt, wenn Objekte (22) im Sicherheitsabstand (S) erfasst werden. 15. Handling device (10) according to claim 14, characterized in that the handling device (10) works in a distance-controlled operating mode when the safety device (30) only detects objects (22) outside a predefined safety distance (S) and the handling device (10) works in a force-controlled operating mode or stops when objects ( 22) are detected at the safety distance (S).