DE102018114156B3 - Method for controlling a robot, in particular an industrial robot, and device for controlling the robot - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Roboters (10), insbesondere eines Industrieroboters, sowie eine Vorrichtung zur Steuerung des Roboters (10).Es ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Steuerung eines Roboters (10), insbesondere eines Industrieroboters, sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Zunächst soll ein Bereich bis zu 360° um den Roboter (10) herum in Flächenbereiche (12) eingeteilt werden. Die Flächenbereiche (12) sind Bestandteile von einem Koordinatensystem von dem Roboter (10), wobei die Flächenbereiche (12) jeweils zumindest ein Flächenelement (14) umfassen und wobei jedes Flächenelement (14) mit zumindest einer Schutzfeldinformation gewichtet ist. Anschließend soll ein Koordinatensystem von einer Scaneinrichtung (16) mit dem Koordinatensystem des Roboters (10) kalibriert werden. Danach wird die Scaneinrichtung (16) ausgerichtet, um die jeweiligen Flächenbereiche (12) vollständig scannen zu können. Es wird die jeweilige zumindest eine Schutzfeldinformation, mit welcher ein jeweiliges Flächenelement (14) gewichtet ist, an die Scaneinrichtung (16) bereitgestellt. Es ist dann vorgesehen, dass die Flächenbereiche (12) mittels der Scaneinrichtung (16) überwacht werden, insbesondere ob ein bestimmtes Ereignis in zumindest einem der Flächenbereiche (12) stattfindet. Es wird zumindest ein spezifisches Sicherheitsereignis beim Roboter (10) mittels einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit des bestimmten Ereignisses und der jeweiligen Schutzfeldinformation ausgelöst, wobei zumindest einem gewichteten Flächenelement (14) parallel zu der zumindest einen Schutzfeldinformation zumindest eine zusätzliche benutzerdefinierte Befehlsinformation zugeordnet wird, so dass mittels der einen zusätzlichen Befehlsinformation zumindest eine Aktion bei dem Roboter (10) ausgelöst werden kann, wenn zumindest ein benutzerdefiniertes Ereignis in dem Flächenelement (14) registriert wird.The invention relates to a method for controlling a robot (10), in particular an industrial robot, and a device for controlling the robot (10). It is provided that a method for controlling a robot (10), in particular an industrial robot, and a device is provided for carrying out this method. The method comprises the following steps: First, an area up to 360 ° around the robot (10) is to be divided into area areas (12). The surface regions (12) are components of a coordinate system of the robot (10), the surface regions (12) each comprising at least one surface element (14) and wherein each surface element (14) is weighted with at least one protective field information. Subsequently, a coordinate system is to be calibrated by a scanning device (16) with the coordinate system of the robot (10). Thereafter, the scanning device (16) is aligned in order to scan the respective surface areas (12) completely. The respective at least one protective field information with which a respective area element (14) is weighted is provided to the scanning device (16). It is then provided that the surface regions (12) are monitored by means of the scanning device (16), in particular whether a specific event takes place in at least one of the surface regions (12). At least one specific safety event is triggered at the robot (10) by means of a control device as a function of the specific event and the respective protective field information, wherein at least one weighted area element (14) is assigned at least one additional user-defined command information parallel to the at least one protective field information, so that by means of the at least one action on the robot (10) can be triggered for additional command information if at least one user-defined event is registered in the area element (14).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Roboters, insbesondere eines Industrieroboters, sowie eine Vorrichtung zur Steuerung des Roboters.The invention relates to a method for controlling a robot, in particular an industrial robot, and a device for controlling the robot.
In einer zunehmend komplexeren und dabei zunehmend automatisierten Industriefertigung steht zum einen der Sicherheitsaspekt der Fertigung selbst als auch ein möglichst effizienter Ablauf im Fokus der Verbesserungen. Insbesondere bei der Fertigung mit Hilfe von Robotern beziehungsweise zumindest teilautomatisierten Maschinen sind aus dem Stand der Technik diverse Lösungen als bekannt zu entnehmen, mit welchen ein sicherer Betrieb gewährleistet werden kann.In an increasingly complex and increasingly automated industrial production, the safety aspect of production itself as well as the most efficient possible process are the focus of the improvements. In particular, in the production by means of robots or at least partially automated machines various solutions are known to be known from the prior art, with which a safe operation can be ensured.
So ist aus der Druckschrift
Aus der
Aus der
Zusätzlich zu den vorgestellten Lösungen umfassen solche Fertigungsmaschinen meist noch weitere Systeme, welche für zusätzliche Arbeitsschritte oder allgemein für Aktionen innerhalb der Benutzungsphase vorgehalten werden. Beispielsweise können dies zusätzliche Taster, Zustimmschalter und Kamerasysteme sein, welche autark und parallel zu den Sicherheitssystemen betrieben werden. Dadurch entstehen zusätzliche Kosten durch Hardware, welche zudem zumindest teilweise nicht direkt am Arbeitsplatz vorhanden sind.In addition to the solutions presented such production machines usually include other systems, which are kept for additional steps or generally for actions within the use phase. For example, these may be additional buttons, consent switches and camera systems, which are operated independently and in parallel to the security systems. This results in additional costs due to hardware, which are also at least partially not available directly at the workplace.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche sowohl eine sichere als auch effiziente Anwendung eines Roboters während einer Benutzungsphase ermöglichen.The object of the invention is to provide a method and a device which enable both a safe and efficient use of a robot during a use phase.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Steuerung eines Roboters, insbesondere eines Industrieroboters, bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Einteilung eines Bereichs bis zu 360° um den Roboter herum in Flächenbereiche, welche Bestandteile von einem Koordinatensystem von dem Roboter sind, wobei die Flächenbereiche jeweils zumindest ein Flächenelement umfassen und wobei jedes Flächenelement mit zumindest einer Schutzfeldinformation gewichtet ist; Kalibrieren eines Koordinatensystems von einer Scaneinrichtung mit dem Koordinatensystem des Roboters; Ausrichten der Scaneinrichtung, um die jeweiligen Flächenbereiche vollständig scannen zu können; Bereitstellen der jeweiligen zumindest einen Schutzfeldinformation, mit welcher ein jeweiliges Flächenelement gewichtet ist, an die Scaneinrichtung; Überwachen der Flächenbereiche mittels der Scaneinrichtung, ob ein bestimmtes Ereignis in zumindest einem der Flächenbereiche stattfindet; Auslösen zumindest eines spezifischen Sicherheitsereignisses beim Roboter mittels einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit des bestimmten Ereignisses und der jeweiligen Schutzfeldinformation, wobei zumindest einem gewichteten Flächenelement parallel zu der zumindest einen Schutzfeldinformation zumindest eine zusätzliche benutzerdefinierte Befehlsinformation zugeordnet wird, so dass mittels der einen zusätzlichen Befehlsinformation zumindest eine Aktion bei dem Roboter ausgelöst werden kann, wenn zumindest ein benutzerdefiniertes Ereignis in dem Flächenelement registriert wird. Der Vorgang beziehungsweise die Schritte der Einteilung und Kalibrierung können auch als Festlegung des Schutzzonen-Layouts beschrieben werden. Mittels des vorgestellten Verfahrens ist nicht nur eine besonders sichere Anwendung des Roboters während einer Benutzungsphase möglich, sondern es kann zugleich eine besonders effiziente Anwendung des Roboters ermöglicht werden. Flächenelemente mit gleicher Gewichtung können somit nebeneinanderliegend als ein jeweiliger zusammenhängender Flächenbereich aufgefasst werden.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that a method for controlling a robot, in particular an industrial robot, is provided. The method comprises the following steps: division of a region up to 360 ° around the robot into surface regions which are components of a coordinate system of the robot, wherein the surface regions each comprise at least one surface element and wherein each surface element is weighted with at least one protective field information ; Calibrating a coordinate system of a scanning device with the coordinate system of the robot; Aligning the scanning device to fully scan the respective surface areas; Providing the respective at least one protective field information with which a respective surface element is weighted to the scanning device; Monitoring the areas by means of the scanning device, whether a specific event takes place in at least one of the surface areas; Triggering at least one specific security event in the robot by means of a control device in dependence on the specific event and the respective protective field information, at least one additional user-defined command information is assigned to at least one weighted area element parallel to the at least one protective field information, so that at least one action by means of the one additional command information the robot can be triggered if at least one custom event is registered in the surface element. The process or the steps of the classification and calibration can also be described as defining the protection zone layout. By means of the presented method not only a particularly safe use of the robot during a use phase is possible, but at the same time a particularly efficient application of the robot can be made possible. Surface elements with the same weighting can thus be considered adjacent to each other as a respective contiguous surface area.
Durch die Möglichkeit mehrerer simultaner Schutzfelder eines Scanners beziehungsweise einer Scaneinrichtung können einzelne Schutzfelder mit Funktionen verwendet werden, ohne beispielsweise zusätzliche externe Taster oder Kameras zu benötigen.Due to the possibility of multiple simultaneous protective fields of a scanner or a scanning device, individual protective fields with functions can be used without requiring, for example, additional external buttons or cameras.
Die Form und Größe der Flächenelemente können dabei benutzerdefiniert je nach Verwendungszweck beliebig eingestellt werden. Auch könnten die Formen und Größen von Flächenelementen, welche jeweils zu einem anderen Flächenbereich zugeordnet sind, variieren. Auch könnten sich die Form und/oder die Größe der Flächenelemente in Abhängigkeit zumindest eines spezifischen Sicherheitsereignisses beim Roboter oder allgemein in Abhängigkeit eines Bewegungsablaufs, einer Position und/oder einer Fahrrichtung des Roboters verändern. Dabei könnte ein Benutzer beispielsweise eine Mindestgröße bezogen auf die jeweilige Form des Flächenelementes festlegen. Zum Beispiel bei der Form eines Rechtecks könnten dies vorgegebene Kantenlängen sein oder bei der Form eines Kreises oder Ovals ein spezifischer Radius. Jeweilige Flächenelemente mit gleicher Gewichtung können auch als Schutzfelder bezeichnet werden, wobei ein Flächenbereich auch nur aus einem Flächenelement selbst bestehen kann. Mit anderen Worten können bei Schutzfeldern beispielsweise im Schachbrettmuster einzelne dieser Schutzfelder mit einer doppelten Funktionsbelegung benutzt werden. Je nach Ablauf können Schutzfelder, welche beispielsweise zur Geschwindigkeitsreduzierung des Roboters benutzt werden, bei einer Tätigkeit am Roboter (MRK = Mensch-Roboter-Kooperation) für andere Aktionen verwendet und ausgewertet werden. Ein solches interaktives Schutzfeld dient somit nicht nur einem sicheren Betriebsablauf, sondern ermöglicht beispielsweise gleichzeitig eine Steuerung des Roboters beziehungsweise des Industrieroboters. Somit übernehmen die einzelnen Flächenelemente eine doppelte Funktion. Zum einen ist dies eine reine Überwachungsfunktion und zum anderen ist dies eine Interaktionsfläche, insbesondere beispielsweise zur Kommunikation mit dem Roboter. Somit kann letztendlich ein Kostenersparnis erreicht werden und es ist keine zusätzliche Hardware erforderlich. Das Verfahren kann dabei zum Beispiel bei Anlagen mit schutzzaunloser Fertigung und MRK-Anwendungen an Industrierobotern verwendet werden. Die Scaneinrichtung kann auch als Sicherheitsscanner bezeichnet werden. Die Anwendungen sind dabei vielfältig und hängen immer von dem Prozess ab. Neben dem Einsatz beispielsweise in der Automobilindustrie könnte so ein Verfahren auch in anderen Industrien oder etwa auf Messen oder in Vergnügungsparks eingesetzt werden.The shape and size of the surface elements can be set user-defined depending on the purpose of use. Also, the shapes and sizes of area elements, each associated with a different area area, could vary. The shape and / or the size of the surface elements could also change as a function of at least one specific safety event in the robot or generally depending on a movement sequence, a position and / or a travel direction of the robot. For example, a user could specify a minimum size based on the particular shape of the surface element. For example, in the shape of a rectangle, these could be given edge lengths, or a specific radius in the shape of a circle or oval. Respective surface elements with the same weighting can also be referred to as protective fields, wherein a surface area can also consist of only one surface element itself. In other words, in protective fields, for example in a checkerboard pattern, one of these protective fields can be used with a double function assignment. Depending on the sequence, protective fields which are used, for example, to reduce the speed of the robot can be used and evaluated for other actions during an activity on the robot (MRC = human-robot cooperation). Such an interactive protective field thus not only serves a safe operation, but also allows, for example, at the same time a control of the robot or the industrial robot. Thus, the individual surface elements take on a double function. On the one hand this is a pure monitoring function and on the other hand this is an interaction surface, in particular for example for communication with the robot. Thus, ultimately, a cost savings can be achieved and no additional hardware is required. The method can be used, for example, in plants with protective fence-less production and MRK applications on industrial robots. The scanning device can also be referred to as a security scanner. The applications are varied and always depend on the process. In addition to the use, for example, in the automotive industry, such a method could also be used in other industries or at fairs or in amusement parks.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zumindest eine Flächenelement die Form eines Planquadrats aufweist. Somit kann eine besonders einfache und überschaubare Einteilung der Flächenbereiche vorgenommen werden, welche auch ohne zusätzliche Markierungen von einem Benutzer einfach und intuitiv in der Benutzungsphase eingeschätzt werden können.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one surface element has the shape of a grid square. Thus, a particularly simple and manageable division of the surface areas can be made, which can also be estimated without additional marks by a user easily and intuitively in the use phase.
Zudem ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Scaneinrichtung zumindest ein Scanelement umfasst. In der einfachsten Ausführungsform reicht ein Scanelement aus, um einen gewünschten Bereich zu scannen, um die zuvor genannten Vorteile zuverlässig umzusetzen. Im Falle, dass ein Scanelement einen gewünschten Bereich nicht zufriedenstellend scannen kann, können zwei oder mehrere Scanelemente vorgesehen werden, welche zusammen dann einen gesamten Bereich scannen können.In addition, it is provided in a further preferred embodiment of the invention that the scanning device comprises at least one scanning element. In the simplest embodiment, a scan element is sufficient to scan a desired area to reliably implement the aforementioned advantages. In the event that a scanning element can not satisfactorily scan a desired area, two or more scanning elements can be provided, which together then scan an entire area.
Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mittels der zumindest einen zusätzlichen benutzerdefinierten Befehlsinformation zumindest eine Aktion und/oder eine berührungslose Interaktion von zumindest einer Person mit dem Roboter ermöglicht wird. Beispielsweise kann auf diese Weise eine Kommunikation der Person beziehungsweise eines Anwenders oder Benutzers mit dem Roboter besonders gut ermöglicht werden.Furthermore, in a further preferred embodiment of the invention, at least one action and / or contactless interaction of at least one person with the robot is made possible by means of the at least one additional user-defined command information. For example, a communication of the person or a user or user with the robot can be made particularly well in this way.
Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zumindest eine Schutzfeldinformation ausgewählt sein kann aus: Stillstand des Roboters, Anpassung einer Geschwindigkeit des Roboters an eine MRK-Geschwindigkeit, Reduzierung einer Geschwindigkeit des Roboters. So kann zum Beispiel ein Flächenbereich derart gestaltet sein, dass dieser Flächenbereich Flächenelemente umfasst, welche mit einem Stillstand des Roboters gewichtet beziehungsweise assoziiert sind. Je nach Anwendungsfall können so auf einfache Weise bewusst Flächenbereiche für einen sicheren Betriebsablauf bereitgestellt werden.It is also provided in a further preferred embodiment of the invention that the at least one protective field information can be selected from: standstill of the robot, adaptation of a speed of the robot to a MRK speed, reduction of a speed of the robot. Thus, for example, a surface region may be designed such that this surface region comprises surface elements which are weighted or associated with a standstill of the robot. Depending on the application, surface areas can thus be provided in a simple manner for safe operation.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das bestimmte Ereignis darin besteht, dass sich eine Person in einen Flächenbereich des Roboters hineinbewegt. Mit anderen Worten, wenn ein bestimmtes Ereignis in diesem Bereich stattfindet, indem eine Person diesen Bereich betritt, kommt es beispielsweise zu einem Stopp des Roboters beziehungsweise zu einem sicheren Betriebshalt. Wenn beispielsweise eine Person in diesen Bereich eintritt, können somit auf sehr einfache Weise Unfälle oder ungewollte Zusammenstöße von Mensch und Maschine vermieden werden.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the specific event is that a person in a Surface area of the robot moved in. In other words, when a particular event takes place in this area by a person entering this area, for example, the robot stops or the plant stops safely. For example, if a person enters this area, accidents or unwanted collisions between man and machine can thus be avoided in a very simple manner.
Außerdem ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das zumindest eine zusätzliche benutzerdefinierte Ereignis zumindest eine Bewegung einer Person in dem Flächenelement ist und/oder zumindest ein benutzerdefinierter Bewegungsablauf von einer Person und/oder eines Teils der Person und/oder von zumindest einem Gegenstand in dem Flächenelement ist. Somit kann zusätzlich eine Steuerung des Roboters ohne kostenaufwendige Zusatzvorrichtungen oder Zusatzsysteme bereitgestellt werden, was einen kostengünstigen Betriebsablauf ermöglicht.In addition, in a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one additional user-defined event is at least one movement of a person in the surface element and / or at least one user-defined movement sequence of a person and / or a part of the person and / or at least one person Subject in the surface element is. Thus, in addition, a control of the robot can be provided without costly additional devices or additional systems, which allows a cost-effective operation.
Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das zumindest eine Scanelement der Scaneinrichtung am Roboter angeordnet wird. Somit kann ein gewünschter Bereich besonders einfach und effizient gescannt werden.Furthermore, in a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one scanning element of the scanning device is arranged on the robot. Thus, a desired area can be scanned particularly easily and efficiently.
Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zumindest eine Aktion eine Veränderung einer Greifposition des Roboters und/oder ein Stoppen des Roboters und/oder ein Zurückfahren eines Roboterprogramms und/oder zumindest die Durchführung einer benutzerdefinierten Befehlszeile in einem Roboterprogramm umfasst. Die Greifposition des Roboters kann beispielsweise in einer Interaktionsfläche mit Roboterbewegung stattfinden, wobei eine Hauptbewegung von dem Roboter bereits gestoppt wurde und lediglich zuvor definierte Restabläufe von Teilen des Roboters eine Interaktion einer Person beziehungsweise eines Benutzers ermöglichen. Auf diese Weise kann ein sicherer Arbeitsraum für eine Interkation bereitgestellt werden.It is also provided in a further preferred embodiment of the invention that the at least one action comprises changing a gripping position of the robot and / or stopping the robot and / or retracting a robot program and / or at least performing a user-defined command line in a robot program. The gripping position of the robot may, for example, take place in an interaction surface with robot movement, whereby a main movement has already been stopped by the robot and only previously defined residual sequences of parts of the robot allow an interaction of a person or a user. In this way, a secure work space for an interaction can be provided.
Schlussendlich ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine Vorrichtung zur Steuerung eines Roboters, insbesondere eines Industrieroboters, während einer Benutzungsphase nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 9 bereitgestellt wird. So eine Vorrichtung umfasst dabei einen Roboter, eine Scaneinrichtung und eine Steuereinheit.Finally, it is provided in a further preferred embodiment of the invention that a device for controlling a robot, in particular an industrial robot, during a use phase according to the method of claims 1 to 9 is provided. Such a device comprises a robot, a scanning device and a control unit.
Die zuvor genannten Vorteile gelten auch für die vorgestellte Vorrichtung.The aforementioned advantages also apply to the presented device.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Draufsicht auf einen Roboter und zugehörige Flächenbereiche; -
2 eine schematische Draufsicht auf einen Roboter und zugehörige Flächenbereiche während einer Benutzungsphase.
-
1 a schematic plan view of a robot and associated surface areas; -
2 a schematic plan view of a robot and associated surface areas during a use phase.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Roboterrobot
- 1212
- Flächenbereicharea
- 1414
- Flächenelementsurface element
- 1616
- Scaneinrichtungscanning device
- 1818
- Scanelementscanning element
- 2020
- Personperson
- 2222
- HintertrittschutzEntry guard
- 2424
- Auslegerboom
- 2626
- Endbereichend
- 2828
- Bauteilcomponent
- 3030
- Abgrenzungdemarcation
Claims (10)
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