DE10320343B4

DE10320343B4 - Method for supervised cooperation between a robot unit and a human

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Publication number: DE10320343B4
Application number: DE2003120343
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Thiemermann; Raphael Van Uffelen
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2023-05-08
Also published as: DE10320343A1

Abstract

Verfahren zur überwachten Kooperation zwischen einer Robotereinheit und einem Menschen, zur Ausführung von, nach einem vorgebbaren Programmablauf durchzuführenden Handhabungsschritten innerhalb eines sowohl von der Robotereinheit als auch vom Menschen zugänglichen gemeinsamen Arbeitsraumes, wobei die Robotereinheit von einer die Handhabungsschritte definierenden Programmablaufsteuerung gesteuert wird, wobei der Robotereinheit bei relativer Annäherung an den Menschen ein Bewegungsmuster aufgeprägt wird, das sich durch die Bewegungsrichtung, Bewegungsgeschwindigkeit sowie dem Abstand der Robotereinheit relativ zum Menschen auszeichnet,
dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Vielzahl unterschiedlicher abgespeicherter Bewegungsmuster ein für den Menschen individuelles Bewegungsmuster, das dem Menschen ein Gefühl an Arbeitssicherheit und Kontrolle über die Robotereinheit vermittelt, ausgewählt wird, wobei jedes Bewegungsmuster in wenigstens einer ersten und zweiten Qualitätsstufe vorliegen, die sich in folgender Weise voneinander unterscheiden:
die Bewegungsgeschwindigkeit bzw. die innerhalb eines ersten Bewegungsgeschwindigkeitsspektrums liegende Bewegungsgeschwindigkeit v₁ gemäß erster Qualitätsstufe ist kleiner als die Bewegungsgeschwindigkeit bzw. die innerhalb eines zweiten Bewegungsgeschwindigkeitsspektrums liegende Bewegungsgeschwindigkeit v₂...A method for supervised cooperation between a robot unit and a human, for carrying out, according to a predetermined program sequence, handling steps within a joint workspace accessible to both the robot unit and the human, the robot unit being controlled by a program sequence control defining the handling steps in the case of the robot unit, a movement pattern which is characterized by the direction of movement, the speed of movement and the distance of the robot unit relative to the human being is impressed on a relative approach to the human being,
characterized in that from a plurality of different stored movement patterns, an individual human movement pattern, which gives the person a sense of safety and control over the robot unit, is selected, each movement pattern being present in at least a first and second quality level, as follows Way different from each other:
the movement speed or the movement speed v ₁ according to the first quality level lying within a first movement speed spectrum is smaller than the movement speed or the movement speed v ₂ within a second movement speed spectrum.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur überwachten Kooperation zwischen einer Robotereinheit und einem Menschen, zur Ausführung von, nach einem vorgebbaren Programmablauf durchzuführenden Handhabungsschritten innerhalb eines sowohl von der Robotereinheit als auch vom Menschen zugänglichen gemeinsamen Arbeitsraumes, wobei die Robotereinheit von einer die Handhabungsschritte definierenden Programmablaufsteuerung gesteuert wird, wobei der Robotereinheit bei relativer Annäherung an den Menschen ein Bewegungsmuster aufgeprägt wird, das sich durch die Bewegungsrichtung, Bewegungsgeschwindigkeit sowie dem Abstand der Robotereinheit relativ zum Menschen auszeichnet.The The invention relates to a method for supervised cooperation between a robot unit and a human, to execute, after a predetermined program sequence to be performed handling steps within both from the robotic unit and from humans accessible common Arbeitsraumes, wherein the robot unit of a handling steps controlling program control is controlled, wherein the Robot unit at relative approach a pattern of movement is imposed on the human being, which is manifested by the Movement direction, movement speed and the distance of Characterizes robot unit relative to humans.

Stand der TechnikState of the art

Im Bereich der industriellen Produktion wird die Wirtschaftlichkeit heutzutage nicht mehr allein durch die Produktivität, sondern in zunehmenden Maße auch durch die Flexibilität der Produktion bestimmt. Der Markt verlangt nach einer bedarfsorientierten Produktion mit geringen Stückzahlen und einer großen Produktvielfalt. Um noch wirtschaftlich produzieren zu können wird von den eingesetzten Maschinen eine immer einfachere und kürzere Einrichtungs- und Umrüstungsprozedur verlangt. Die Maschinen müssen dazu sehr flexibel und anpassbar aber auch einfach und schnell zu programmieren sein. Um die Spezialisierung und somit die Komplexität der Maschinen in Grenzen zu halten, entsteht der große Trend, den Menschen wieder in den Produktionsprozess zu integrieren und so für die nötige Flexibilität zu sorgen.in the The area of industrial production becomes the profitability These days, productivity is no longer limited to productivity increasingly also because of the flexibility of production. The market demands demand-oriented Low volume production and a big one Product variety. In order to still be able to produce economically of the machines used, an ever simpler and shorter set-up and retrofit procedure required. The machines have to to be very flexible and customizable but also easy and fast too be programming. To the specialization and thus the complexity of the machines to contain in limits, the great trend, the people again to integrate into the production process and thus provide the necessary flexibility.

Das Ziel ist hierbei, die spezifischen Fähigkeiten von Mensch und Roboter zu vereinen, um die jeweiligen Schwächen aufzuheben und die jeweiligen Stärken miteinander zu verbinden. Um die sensorischen Fähigkeiten sowie die Flexibilität und Geschicklichkeit des Menschen mit der Genauigkeit, Geschwindigkeit und Kraft des Roboters zu kombinieren, bedarf es Systeme, welche die noch übliche strikte Trennung von Mensch und Roboter aufheben. Solche OTS-Systeme (Systeme Ohne Trennende Schutzeinrichtung) befinden sich gerade noch auf der Schwelle zwischen Entwicklung und Einsatz, werden aber bald Einzug in den Produktionsalltag finden.The The goal is the specific abilities of humans and robots to unify the respective weaknesses and the respective ones Strengthen to connect with each other. To the sensory abilities as well as the flexibility and dexterity of the human being with the accuracy, speed and power of Combining robots requires systems that are still the usual strict Separate human and robot separation. Such OTS systems (systems Without guards) are just up The threshold between development and deployment, but will soon Find their way into everyday production.

Die europäische Vorschrift DIN EN 775 für Industrieroboter Sicherheit enthält eine Anleitung für Sicherheitsüberlegungen bei der Gestaltung und dem Betrieb von Robotersystemen. Wesentlich hierbei sind die Definitionen für Schutzeinrichtungen, welche in trennende und berührungslos trennende Schutzeinrichtungen unterteilt werden.The European Regulation DIN EN 775 for Industrial robot safety contains a guide for security considerations in the design and operation of robotic systems. Essential Here are the definitions for Guards that divide into separating and non-contact guards become.

Durch diese Systeme wird der Zugang von Personen zum Arbeitsraum des laufenden Roboters verhindert. Eine offene Verriegelung oder eine betätigte berührungslose Schutzeinrichtung bewirken den sofortigen Stop des Roboters und der restlichen Anlage. Eine Interaktion zwischen Mensch und Roboter im Betrieb findet nur in speziell abgesicherten Bereichen statt. Meistens sind dies Einlege- und Ausladestationen zu Zwecken des Materialflusses.By These systems will be the access of people to the workspace of the ongoing Robot prevented. An open lock or an actuated non-contact Protective device cause the immediate stop of the robot and the rest of the plant. An interaction between human and robot in operation only takes place in specially secured areas. Mostly these are loading and unloading stations for purposes of Material flow.

Die spezifischen Fähigkeiten vom Menschen sowie vom Roboter sind in der üblichen Aufteilung von manueller und automatischer Produktion deutlich zu erkennen. Der Roboter hat den Menschen vor allem dort verdrängt, wo seine hohe Produktivität eingesetzt werden kann. Ebenso in Bereichen, in denen eine hohe Positioniergenauigkeit gefragt ist oder schwere oder heiße Teile gehandhabt werden müssen, hat der Roboter sein Einsatzgebiet gefunden. Und dennoch findet man viele Bereiche, in denen, trotz moderner und billiger Robotertechnik, die Produktionsabläufe manuell erfolgen. Gerade bei kleinen Stückzahlen, hoher Produktvielfalt, Variantenreichtum, kleinen Losgrößen und in Fällen in denen im Allgemeinen eine hohe Flexibilität verlangt wird, lohnt sich der Aufwand einer Automatisierung oft nicht. Selbst wenn es gilt komplexe Bauteile handzuhaben oder wenn Fügevorgänge sehr toleranzbehaftet und schwierig durchzuführen sind, ist eine manuelle Produktion gegenüber kostenintensiver Robotertechnik vorzuziehen. So vermag es der Mensch intelligent auf Störungen der Anlage zu reagieren und diese oft selbst und schnell zu beheben. Eine Störung in der automatischen Produktion führt hingegen zumeist zum Stilllegen der gesamten Anlage, was mit langen Ausfallzeiten und hohen Kosten verbunden ist.The specific skills from humans as well as from robots are in the usual division of manual and automatic production. The robot has displaced people especially where its high productivity is used can be. Likewise in areas where a high positioning accuracy or heavy or hot parts are handled have to, the robot has found his field of application. And still finds many areas in which, despite modern and cheap robotics, the production processes done manually. Especially with small quantities, high product diversity, variety, small lot sizes and in cases which generally demands a high level of flexibility is worthwhile the cost of automation often not. Even if it applies handle complex components or if joining operations are very tolerant and difficult to perform is a manual production compared to cost-intensive robotics preferable. Thus, humans are able to intelligently analyze disorders of the To respond to this system often and even quickly. A disturbance In the automatic production, however, usually leads to shutdown the entire plant, resulting in long downtime and high costs connected is.

Stellt man die Vor- und Nachteile von Mensch und Roboter gegenüber lässt sich feststellen, dass für jeden Nachteil des einen ein entsprechender Vorteil beim Kooperationspartner zu finden ist. Mensch Roboter Nachteile Vorteile Unzuverlässige Proyesskontrolle Integrierte Przesskontrolle Ergonomische Einschränkungen Hanhaben schwerer und gefährlicher Bauteile Ungenaues Positionieren Exaktes Abfahren definierter Bahnen Verlangt anspruchsvolle Aufgaben Durchführen monotoner Tätigkeiten Vorteile Nachteile Hohe Verfügbarkeit Störanfällig Handhaben komplexer Bauteile Handhabung von komplexen Bauteilen schwierig Durchführen komplexer Fügevorgänge Toleranzbehaftetes Fügen nicht möglich Einfache Magazinierung der Bauteile Definierte Bereitstellung nötig Aufgabenflexibel Starre Abarbeitung der Aufgaben If one compares the advantages and disadvantages of humans and robots, one can say that for every disadvantage of one, there is a corresponding advantage for the cooperation partner. human robot disadvantage advantages Unreliable Proyesskontrolle Integrated process control Ergonomic restrictions Hanging heavy and dangerous components Inaccurate positioning Exact departure of defined tracks Demands challenging tasks Perform monotonous activities advantages disadvantage High availability susceptible to interference Handling complex components Handling complex components difficult Perform complex joining operations Tolerant joining not possible Easy storage of the components Defined deployment required Flexible task Rigid execution of the tasks

Bei einer optimalen Kooperation zwischen Mensch und Roboter könnten grundsätzlich die jeweiligen Nachteile kompensiert und die jeweiligen Vorteile kombiniert werden. In dem Bereich der OTS-Systeme gibt es verschiedene Entwicklungen, die auf die eine oder andere Art versuchen, die Fähigkeiten von Mensch und Roboter zu vereinen. Einige davon finden Ihre Anwendung auch im Bereich der Montagetechnik.at Optimal cooperation between humans and robots could basically be the Compensates for the respective disadvantages and combines the respective advantages become. There are various developments in the field of OTS systems, who in one way or another try the skills of man and robot to unite. Some of them find their application also in the field of assembly technology.

Eine Kooperation zwischen Mensch und Roboter untersuchen Laengle, Hoeniger und Zhu mit dem KAMRO (Karlsruhe Autonomous Mobile Robot) und einem Multiagentensystem zum dynamischen Schalten zwischen autonomen und kooperierenden Operationen, siehe In Proceedings an MACS'2000, Vol. 2, Seiten 55–58, 2000. Der KAMRO bearbeitet normalerweise vollautomatisch Pick&Place- Aufgaben. Wenn er unter bestimmten Bedingungen seine Aufgabe nicht mehr autonom lösen kann, schaltet er in den semiautomatischen Modus und kann sich so vom Menschen helfen lassen. Der Mensch kann ihn dann über Kraftrückkopplung führen während der KAMRO beispielsweise das Gewicht kompensiert. Bei diesem System handelt es sich um einen mobilen Roboter, der hauptsächlich dazu ausgelegt ist, Aufgaben autonom zu erledigen und erst im Problemfall den Menschen zur Hilfe hinzuzieht.A Laengle, Hoeniger investigate cooperation between humans and robots and Zhu with the KAMRO (Karlsruhe Autonomous Mobile Robot) and a Multiagent system for dynamic switching between autonomous and cooperating operations, see In Proceedings to MACS'2000, Vol. 2, pages 55-58, 2000. The KAMRO normally processes fully automatic Pick & Place tasks. If he under certain conditions can no longer solve its task autonomously, he switches to semi-automatic mode and can be so from the Let people help. Man can then contact him via force feedback to lead while For example, KAMRO compensates for the weight. In this system it is a mobile robot, mainly for that purpose is designed to perform tasks autonomously and only in case of problems to help people.

Ein System, welches den gesamten Arbeitsraum eines stationären Roboters überwacht, untersuchen Ebert und Henrich [Dirk Ebert and Dominik Henrich, Safe human-robot-cooperation: Problem analysis, system concept and fast sensor fusion, In IEEE Conference an Multisensor Fusion and Integration for intelligent Systems, 2001]. Der Arbeitsraum des Roboters wird hierbei von Schwarz-Weiß-Kameras erfasst, deren Bilder mittels Rückprojektion und Look-Up-Tabellen verarbeitet werden, wodurch auf eine Roboterkonfigurationen geschlossen werden kann, bei denen Kollisionen auftreten würden. Mit dieser Kenntnis wird eine kollisionsfreie Bahn für den Bewegungsablauf des Roboters generiert. Dieses System soll das sichere Arbeiten von Mensch und Roboter im selben Arbeitsraum ermöglichen, stellt aber keine Ansprüche an die direkte Zusammenarbeit zwischen ihnen.One System that monitors the entire working space of a stationary robot, examine Ebert and Henrich [Dirk Ebert and Dominik Henrich, Safe human-robot-cooperation: Problem analysis, system concept and fast sensor fusion, In IEEE Conference on Multisensor Fusion and Integration for intelligent systems, 2001]. The working space of the robot becomes this from black and white cameras captured, their images by means of rear projection and look-up tables are processed, reducing to a robot configurations can be closed, in which collisions would occur. With This knowledge becomes a collision-free path for the movement sequence of the robot generated. This system aims to ensure the safe working of human and Enable robots in the same workspace, but does not provide any claims to the direct cooperation between them.

Heiligensetzer [Peter Heiligensetzer, Sichere Mensch-Roboter Kooperation für Roboter im niedrigen Traglastbereich, In Dr. Matthias Umbreit, Paul Ross, OTS-Systeme in der Robotik, Roboter Ohne Trennende Schutzeinrichtungen, volume 1. Bayerisches Kompetenznetzwerk für Mechatronik, Herbert Utz Verlag Wissenschaft, 2002] untersucht ein Sicherheitskonzept anhand des Industrieroboters KUKA KR3 für den niedrigen Traglastenbereich. Ein System aus der Kombination eines kapazitiven Näherungsschalters, eines taktilen Flächensensors und der Überwachung der Motorströme kontrolliert die direkte Umgebung des Roboters. Durch dieses Sensorsystem kann die Geschwindigkeit des Roboters vor einem physischen Kontakt mit einem Objekt auf ein Minimalmaß reduziert sowie die maximale Klemmkraft des Roboters auf 400N beschränkt werden, um so eine Verletzungsgefahr vermeiden zu helfen.Heiligensetzer [Peter Heiligensetzer, Safe Human-Robot Cooperation for Robots in the low payload range, in dr. Matthias Umbreit, Paul Ross, OTS systems in the Robotics, robots Without guards, volume 1. Bavarian Competence Network for Mechatronics, Herbert Utz Verlag Science, 2002] examines Safety concept based on the industrial robot KUKA KR3 for the low payload range. A system of the combination of a capacitive proximity switch, a tactile surface sensor and surveillance the motor currents controls the direct environment of the robot. Through this sensor system can reduce the speed of the robot from physical contact with an object reduced to a minimum and the maximum Clamping force of the robot can be limited to 400N, so a risk of injury avoid helping.

Die entwickelte flexible Arbeitszelle der Fa. Reis Robotics [T. Morhard, Realisierung eines OTS- Systems bei einem Zulieferer der Kunststoffindustrie, In OTS- Systeme in der Robotik, München, 25.Juni 2002] erlaubt dem Menschen von einer Seite Zugang zu einem gemeinsamen Arbeitsbereich. Die Anwesenheit eines Menschen am Zugang zum gemeinsamen Arbeitsbereich wird durch eine Anmeldeprozedur überwacht. Ist ein Mensch anwesend verfährt der Roboter innerhalb des gemeinsamen Arbeitsbereiches nur noch mit der vorgeschrieben reduzierten Geschwindigkeit von 250 mm/s, welche von einer sicheren Steuerung garantiert wird. Die sehr geringe Verfahrgeschwindigkeit von 250 mm/s im gemeinsamen Arbeitsbereich schränkt den Nutzen der Zusammenarbeit allerdings hauptsächlich auf das Zuführen und Entnehmen von Bauteilen ein. Der Roboter führt somit seine eigentliche Aufgabe meistens fern vom gemeinsamen Arbeitsbereich unter normaler Betriebsgeschwindigkeit aus.The developed flexible work cell of the company Reis Robotics [T. Morhard, Realization of an OTS system at a supplier of the plastics industry, In OTS systems in robotics, Munich, June 25, 2002] giving people access to a common workspace from one side. The presence of a person at the entrance to the shared workspace is monitored by a login procedure. Is a person present acts the robot within the common workspace only with the prescribed reduced speed of 250 mm / s, which is guaranteed by a safe control. The very low Travel speed of 250 mm / s in the common working area restricts the benefits of cooperation, however, mainly on the feeding and Remove components. The robot thus leads its actual Task mostly away from the common workspace under normal Operating speed off.

In einem Artikel des Erfinders, „Direkte Mensch-Robotor-Kooperation", erschienen in ZWF Montagetechnik, Jahrg. 96(2001) 11–12, S.616–620, der als nächstkommender Stand der Technik angesehen wird, wird eine Kooperationszelle beschrieben, innerhalb der ein für einen Menschen sicheres Zusammenarbeiten mit einem Roboter möglich sein soll. Die räumlich begrenzte Kooperationszelle wird von einem optischen Überwachungssystem erfasst, wobei die Bewegungszustände von Mensch und Roboter registriert werden. In Abhängigkeit von erlaubten Bewegungszuständen zwischen Mensch und Roboter wird der Roboter geeignet angesteuert. Nichtsdestotrotz bedarf es von Seiten des Menschen für den Umgang mit dem Roboter einer ausreichenden Erfahrung sowie einer einschlägigen Bewegungsroutine, um effektiv mit dem Roboter zusammenarbeiten zu können.In an article by the inventor, "Direct Human-Robotor cooperation " published in ZWF Montagestechnik, Jahrg. 96 (2001) 11-12, S.616-620, the as nearest State of the art, a cooperation cell is described, within the one for to enable a person to work together safely with a robot should. The spatially limited cooperation cell is provided by an optical monitoring system captured, with the states of motion be registered by humans and robots. Dependent on of allowed movement conditions The robot is suitably controlled between human and robot. Nonetheless, it requires human interaction with the robot of sufficient experience and a relevant movement routine, to work effectively with the robot.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Ausgehend von den vorstehend bezeichneten bekannten Robotersystemen gilt es, ein Verfahren zur überwachten Kooperation zwischen einer Robotereinheit und einem Menschen zur Ausführung von nach einem vorgebbaren Programmablauf durchzuführenden Handhabungsschritten innerhalb eines sowohl von der Robotereinheit als auch vom Menschen zugänglichen, gemeinsamen Arbeitsraumes, wobei die Robotereinheit von einer die Handhabungsschritte definierenden Programmablauf-Steuerung gesteuert wird, derart anzugeben, dass eine gefahrlose Kooperation zwischen Roboter und Mensch insbesondere für den Menschen gefahrlos möglich sein soll, wobei zugleich das Robotersystem in Bezug auf Rentabilität und Produktivität möglichst keine Herabsetzung durch die Gegenwart des Menschen erfahren soll. Selbst wenn die durchschnittliche Verfahrgeschwindigkeit der Robotereinheit gegenüber vollautomatischen Systemen im Durchschnitt unvermeidbar geringer ist, soll es dennoch möglich sein, durch eine verbesserte Integration von Mensch und Maschine eine erhöhte Produktivität des Gesamtsystems zu erreichen. Ferner soll das Verfahren schnell und kostengünstig auch bei bestehenden Robotersystemen implementierbar sein und überdies eine erhöhte Flexibilität in punkto Produktionsumrüstzeiten bieten. Im Bereich der Inbetriebnahme derartiger Systeme bedeutet dies insbesondere, dass die Robotereinheit nicht aufwendiger zu programmieren sein soll, als es mit Standardwerkzeugen des jeweiligen Herstellers möglich ist, wobei der Gestaltung des Arbeitsablaufes wiederum möglichst viele Freiheiten gelassen werden soll. Insbesondere gilt es für den mit der Robotereinheit in Kooperation tretenden Menschen ein sicheres Arbeitsgefühl zu schaffen. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang daher die Arbeitsergonomie, die das Sicherheitsempfinden des Menschen in entscheidendem Maße positiv beeinflussen soll.outgoing from the known robotic systems described above, a method for supervised Cooperation between a robot unit and a human being execution from to be carried out after a predetermined program sequence Handling steps within one of both the robot unit as well as accessible to humans, common working space, wherein the robot unit of a the Control steps defining program flow control controlled to indicate in such a way that a safe cooperation between Robots and humans in particular for humans to be possible safely should, while at the same time the robot system in terms of profitability and productivity as possible no degradation by the presence of man should learn. Even if the average speed of the robot unit across from fully automatic systems inevitably lower on average is, it is still possible be through an improved integration of man and machine an increased productivity of the overall system. Furthermore, the process should be fast and cost-effective also be implemented in existing robot systems and moreover an increased flexibility in terms of production changeover times Offer. In the field of commissioning of such systems means This particular, that the robot unit is not too expensive should be programmed as it is with standard tools of each Manufacturer possible is, where the design of the workflow turn as many as possible Liberties should be left. In particular, it applies to the with the robot unit in cooperation a safe work feeling to accomplish. Of particular importance in this context therefore the working ergonomics, the sense of security of the people decisively positive to influence.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.The solution the problem underlying the invention is specified in claim 1. The concept of the invention advantageously further-forming features Subject of the dependent claims and the description with reference to the embodiments refer to.

Das erfindungsgemäße Verfahrenskonzept zur überwachten Kooperation zwischen einer Robotereinheit und einem Menschen gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 zeichnet sich dadurch aus, dass aus einer Vielzahl unterschiedlicher abgespeicherter Bewegungsmuster ein für den Menschen individuelles Bewegungsmuster, das dem Menschen ein Gefühl an Arbeitssicherheit und Kontrolle über die Robotereinheit vermittelt, ausgewählt wird, wobei jedes Bewegungsmuster in wenigstens einer ersten und zweiten Qualitätsstufe vorliegen, die sich in folgender Weise voneinander unterscheiden:
die Bewegungsgeschwindigkeit bzw. die innerhalb eines ersten Bewegungsgeschwindigkeitsspektrums liegende Bewegungsgeschwindigkeit v₁ gemäß erster Qualitätsstufe ist kleiner als die Bewegungsgeschwindigkeit bzw. die innerhalb eines zweiten Bewegungsgeschwindigkeitsspektrums liegende Bewegungsgeschwindigkeit v₂ gemäß zweiter Qualitätsstufe,
die Bewegungsrichtung, die durch einen Winkel α zwischen einer Verbindungsgeraden, die den Menschen und die Robotereinheit an jeweils ausgewählten Stellen verbindet, und dem Geschwindigkeitsvektor der Robotereinheit beschrieben wird, weist gemäß erster Qualitätsstufe einen größeren Winkel α₁ auf als im Falle der zweiter Qualitätsstufe mit α₂ und/oder
der Abstand α₁ ist gemäß erster Qualitätsstufe größer als der Abstand α₂ gemäß zweiter Qualitätsstufe.The method according to the invention for supervised cooperation between a robot unit and a person according to the features of the preamble of claim 1 is characterized by the fact that from a variety of different stored patterns of movement an individual human movement pattern that gives people a sense of safety and control over the Robot unit is selected, wherein each movement pattern in at least a first and second quality level are present, which differ in the following manner:
the movement speed or the movement speed v ₁ according to the first quality level lying within a first movement speed spectrum is smaller than the movement speed or the movement speed v ₂ according to the second quality step lying within a second movement speed spectrum
the direction of movement, which is described by an angle α between a connecting straight line connecting the human and the robot unit at respectively selected locations, and the velocity vector of the robot unit, has a larger angle α ₁ according to the first quality level than in the case of the two ter quality level with α ₂ and / or
the distance α ₁ is according to the first quality level greater than the distance α ₂ according to the second quality level.

Das erfindungsgemäße Konzept geht von der Überlegung aus, das Bewegungsverhalten der Robotereinheit dem jeweiligen Menschentypus, der mit der Robotereinheit zusammenarbeitet, anzupassen. Befindet sich beispielsweise eine mit der Robotereinheit ungeübte und vom Naturell her eher vorsichtig und scheu veranlagte Person der Robotereinheit zur Kooperation gegenübergestellt, so gilt es insbesondere das dynamische Annäherungsverhalten der Robotereinheit relativ zur Person mit langsamer Annäherungsgeschwindigkeit, sowie einer nicht unmittelbar, zielgerichtet auf die Person orientierte Bewegungsrichtung und schließlich unter strenger Einhaltung eines vorgebbaren Sicherheitsabstandes vorzunehmen. Handelt es sich hingegen um eine mit der Robotereinheit vertraute, routiniert und geschickt arbeitende Person, so vermag auch eine erhöhte Bewegungsgeschwindigkeit, eine direktere, auf die Person gezielte Annäherungsrichtung sowie ein herabgesetztes Abstandsmaß zwischen Mensch und Roboter eine diesbezügliche Person in ihrem Wohlbefinden während der Kooperation mit der Robotereinheit nicht zu beeinträchtigen.The inventive concept goes from consideration from, the movement behavior of the robot unit the respective human type, which cooperates with the robot unit to adapt. Is located for example, an inexperienced with the robot unit and by nature rather careful and timid person of the robot unit to cooperate faced, in particular, the dynamic approach behavior of the robot unit applies relative to the person with slow approach speed, as well one not directly, purposefully oriented to the person Direction of movement and finally under strict adherence to a predefinable safety distance. If, on the other hand, it is one familiar with the robotic unit, experienced and clever working person, so can one increased Movement speed, a more direct, targeted to the person approach direction and a reduced distance between human and robot a related Person in their well-being during not to interfere with the cooperation with the robot unit.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegen im Wesentlichen vier Ebenen zugrunde, die zugleich auch Hierarchie- oder Prioritätsebenen darstellen. Diese werden im Einzelnen in einer Reihenfolge abnehmender Priorität nachfolgend wie folgt bezeichnet:

1. Programmablauf-Steuerung,
2. Ergonomieüberwachung,
3. Kollisionsüberwachung,
4. Manipulation.

The method according to the invention is essentially based on four levels, which at the same time also represent hierarchy or priority levels. Specifically, these are referred to below in order of decreasing priority as follows:

1. program flow control,
2. ergonomics monitoring,
3. collision monitoring,
4. Manipulation.

Der Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt die Programmablaufsteuerung der Robotereinheit dar, in der die einzelnen Bewegungen und Tätigkeiten des Roboters sowie auch die des in Kooperation mit dem Roboter tretenden Menschen starr abgelegt sind. Da sich der Mensch und die Robotereinheit während der Kooperation ständig annähern, werden Regelalgorithmen über ein Überwachungssystem entwickelt, das festlegt, wie der Roboter auf den jeweiligen Menschen reagieren soll. Die Entwicklung von Regelalgorithmen führen zu einem Bewegungsmuster, das der Kinematik der Robotereinheit, insbesondere im Falle einer relativen Annäherung zum Menschen aufgeprägt wird.Of the Core of the method according to the invention represents the program sequence control of the robot unit in which the individual movements and activities of the robot as well as those of the robot in cooperation with the robot People are stowed rigidly. As the human and the robot unit during the Cooperation constantly approach, become control algorithms a surveillance system designed, which determines how the robot on each person should react. The development of control algorithms leads to a movement pattern, the kinematics of the robot unit, in particular in case of relative approximation imprinted on man becomes.

Damit der Mensch während der Kooperation ein Gefühl an Sicherheit und Kontrolle erhält, wird die Bewegung des Roboters nach ergonomischen Gesichtspunkten im Rahmen der Ergonomieüberwachung geregelt.In order to the human being during the cooperation a feeling gaining security and control, The movement of the robot becomes ergonomic in the context of ergonomics monitoring regulated.

Besteht hingegen eine drohende Verletzungsgefahr für den Menschen, so wird dies von der Kollisionsüberwachung erkannt, die den maximalen Bremsweg des Roboters berücksichtigt. Falls der Arbeitsablauf in irgend einer Weise gestört werden sollte, muss der Mensch, als oberste Instanz, jederzeit die Möglichkeit haben, auf die Robotereinheit zu reagieren, d.h. die Bewegungen und den Arbeitsablauf des Roboters zu unterbrechen und bei Bedarf zu manipulieren, was der an letztgenannter Stelle in den Prioritätsebenen, der Manipulation, entspricht.Consists however, an imminent risk of injury to humans, it will from collision monitoring detected, which takes into account the maximum braking distance of the robot. If the work process is disturbed in any way should, human beings, as a supreme authority, at any time the opportunity have to respond to the robot unit, i. the movements and interrupt the robot's workflow and when needed to manipulate what the latter in the priority levels, the manipulation, corresponds.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere unter Erfüllung zweier Aspekte ausgeprägt, um letztlich den hohen Anforderungen an Sicherheit und Ergonomie zu entsprechen.The inventive method is in particular under fulfillment two aspects, ultimately the high demands on safety and ergonomics correspond to.

Zum einen wird die zulässige Bewegungsgeschwindigkeit der Robotereinheit kontinuierlich bestimmt und geregelt, um die größte Gefährdung, die von der Robotereinheit ausgeht, nämlich ihre kinetische Energie, entsprechend zu reduzieren. Es wird dafür Sorge getragen, dass sich die Robotereinheit dem Menschen gegenüber derart verhält, dass sich der Mensch sicher fühlt und das Gefühl der absoluten Kontrolle über den Roboter zu jedem Zeitpunkt der Kooperation empfindet. So schätzt der Mensch seine eigene Sicherheit in Abhängigkeit des Abstandes zum Roboter, der Verfahrgeschwindigkeit sowie von der Verfahrrichtung des Roboters ein. Basierend auf diesen Kriterien wird in erster Linie die Verfahrgeschwindigkeit des Roboters in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung und dem Abstand zum Menschen angepasst.To the one becomes the allowed one Movement speed of the robot unit continuously determined and governed to the greatest danger, emanating from the robot unit, namely their kinetic energy, accordingly to reduce. It will be for that Care is taken that the robot unit faces humans like that behave that man feels safe and the feeling absolute control over the robot at any time of cooperation feels. That's how he estimates Man his own safety depending on the distance to Robot, the travel speed and the travel direction of the robot. Based on these criteria will be in the first Line the traversing speed of the robot depending on adapted to the direction of movement and the distance to humans.

Auch kann die Verfahrrichtung entsprechend geregelt werden, die sich durch den Winkel zwischen einer virtuellen Geraden durch die Koordinaten des Menschen und der Robotereinheit sowie dem aktuellen Geschwindigkeitsvektor des Roboters ergibt. Zudem ist es vorteilhaft den jeweiligen Abstand zwischen Robotereinheit und Mensch in Abhängigkeit des Verhaltens des Menschen zu regeln.Also the direction of travel can be regulated accordingly by the angle between a virtual line through the coordinates of the human and the robot unit as well as the current velocity vector of the robot results. In addition, it is advantageous the respective distance between robot unit and human depending on the behavior of the robot To govern people.

In einer einfachsten Ausführungsform ist es für einen Menschen möglich, das Bewegungsverhalten bzw. das aufzuprägende Bewegungsmuster der Robotereinheit in drei vorgegebenen, unterschiedlichen Qualitätsstufen, "langsam", "mittel" und "schnell" vorzuwählen, je nach dem, ob der Mensch noch keine Erfahrungen mit dem Umgang des Roboters hat, geringfügige oder aber sehr große Erfahrungen. Mit Hilfe eines den unterschiedlichen Bewegungsmustern zugrundeliegenden Regelalgorithmus, das vorzugsweise auf der Basis eines Fuzzy-geregelten Systems arbeitet, werden dem Menschen angepasste Bewegungscharakeristika der Eigenbewegung der Robotereinheit aufgeprägt.In a simplest embodiment, it is possible for a human, the movement behavior or to select the movement pattern of the robot unit to be recorded in three predefined, different quality levels, "slow", "medium" and "fast", depending on whether the person has no experience with the handling of the robot, minor or very large experiences , With the aid of a control algorithm underlying the different movement patterns, which preferably operates on the basis of a fuzzy-controlled system, the human-adapted motion characteristics of the self-movement of the robot unit are impressed.

Auf diese Weise kann das Bewegungsmuster individuell auf den Menschen vorab eingestellt werden. Eine erweiterte Verfahrensalternative sieht vor, das Verhalten des Menschen während der Kooperation mit der Robotereinheit zu erfassen, dies erfolgt beispielsweise mit einer optischen Kameraeinheit, so dass auf der Grundlage des aktuellen menschlichen Verhaltens unter Verwendung eines Neuro-Fuzzy-Systems ein individuelles Bewegungsmuster für die Robotereinheit generiert wird. Dies erfolgt durch Vergleich der erfassten Bewegungsinformationen des Menschen mit Kennlinienfelder, um letztlich dem aufzuprägenden Bewegungsmuster zugrundeliegende Regelalgorithmen zu generieren.On This way the movement pattern can be personalized to the person be set in advance. An advanced alternative method provides for the behavior of humans during cooperation with the robot unit to capture, this is done for example with an optical camera unit, so based on the current human behavior using a neuro-fuzzy system an individual movement pattern for the Robot unit is generated. This is done by comparing the recorded movement information of humans with characteristic fields, ultimately to be imprinted To generate motion patterns underlying control algorithms.

Der zweite Aspekt nach dem das erfindungsgemäße Verfahren ausgelegt ist, betrifft die zuverlässige Vermeidung von Kollisionen zwischen der Robotereinheit und dem Menschen. Im Rahmen der sogenannten Kollisionsüberwachung werden sich anbahnende Kollisionssituationen erfasst und entsprechend bewertet. Besteht beispielsweise durch die aktuelle Bewegungsdynamik der Robotereinheit sowie der des Menschen eine Gefahr der Kollision zwischen der Robotereinheit mit dem Kopf oder dem Rumpf des Menschen oder besteht überdies die Gefahr des Scherens bzw. Quetschens von jeglichen Körperteilen, insbesondere der Hände und Arme, durch die Robotereinheit, so gilt es, der Robotereinheit eindeutige und scharfe Grenzen zu setzen, die vom maximalen Bremsweg der Robotereinheit sowie der Verzögerungszeit innerhalb des gesamten Systems abhängen, um letztlich die drohenden Kollisionen vollständig zu vermeiden.Of the second aspect according to which the method according to the invention is designed, concerns the reliable avoidance of collisions between the robot unit and the human. in the As part of the so-called collision monitoring are emerging Collision situations recorded and evaluated accordingly. Consists for example, by the current dynamics of the robot unit as well as the human's a risk of collision between the robot unit with the head or the trunk of the person or exists furthermore the risk of shearing or squeezing any part of the body, especially the hands and arms, by the robot unit, so it is, the robot unit to set clear and clear limits, that of the maximum braking distance the robot unit as well as the delay time within the whole Depend on system ultimately to completely avoid the impending collisions.

In diesem Zusammenhang wird die Position des Menschen innerhalb des Arbeitsbereiches, innerhalb dem auch die Robotereinheit Zugang hat, mit Hilfe eines bestimmten Erfassungssystems, beispielsweise mit Hilfe einer Überwachungskamera oder geeigneter Transpondersysteme, durch die Lage der Hände bzw. Arme sowie des Kopfes und des Rumpfes bestimmt. Insbesondere die Hände sind im Unterschied zu Kopf und Rumpf des Menschen sehr schnell beweglich und können im Rahmen eines sogenannten Reaktionsgreifens mit bis zu 2 m/s einerseits in eine durch Scher- oder Quetschgefahr gekennzeichnete Gefahrenzone gelangen, aber ebenso schnell aus diesem Bereich wieder zurückgezogen werden. Mit Ausnahme der vorstehend bezeichneten Gefahrensituationen gestattet das im Rahmen der Kollisionsüberwachung der Robotereinheit zugrunde gelegte Bewegungsmuster durchaus „sanfte" Kollisionen zwischen Händen und Robotereinheit, zumal die Hände den Kollisionsstoß gut abfedern können, sofern sich der Stoßimpuls für den Menschen in einem ergonomisch verträglichen Rahmen bewegt.In In this context, the position of man within the Working area, within which the robotic unit also has access, with the help of a specific detection system, for example with the help of a security camera or suitable transponder systems, by the position of the hands or Poor as well as the head and trunk determined. In particular, the hands are in contrast to the head and torso of the human being very quickly movable and can in the context of a so-called reaction gripping with up to 2 m / s on the one hand in a danger zone marked by a risk of shearing or crushing but just as quickly withdrawn from this area become. With the exception of the hazard situations described above allows this as part of collision monitoring of the robot unit underlying movement patterns quite "gentle" collisions between hands and Robot unit, especially the hands the collision shock well can cushion provided the shock pulse for the Moving people in an ergonomic frame.

Anders ist eine Kollision mit den Händen jedoch im Falle des vorstehend erwähnten Quetschens oder Scherens zu werten, in dem eine entsprechende Ausweichmöglichkeit der Hände nicht mehr gegeben ist, weswegen in diesem Fall auf alle Fälle eine Kollision zu verhindern ist. In einem derartigen Fall, gleichsam der Kollision zwischen Robotereinheit und Kopf bzw. Rumpf des Menschen gilt es, die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters im Rahmen der technisch möglichen Grenzen abrupt auf Null zu reduzieren.Different is a collision with the hands however, in the case of the aforementioned squeezing or shearing to evaluate, in which a corresponding alternative possibility of the hands not more is given, so in this case in any case one To prevent collision. In such a case, so to speak the collision between the robot unit and the head or trunk of the human applies, the speed of movement of the robot in the context of technically possible Limits abruptly to zero.

Während der gesamten Abbremsphase der Robotereinheit wird angenommen, dass sich die Hände, Kopf und Rumpf mit maximaler Geschwindigkeit bewegen könnten. Die Position, in welcher die Robotereinheit letztlich zum Stillstand kommt, sowie die Bremsdauer sind aus der aktuellen Position und Achsgeschwindigkeit der Robotereinheit bestimmbar.During the entire deceleration phase of the robot unit is assumed to be the hands, head and hull at maximum speed. The Position in which the robot unit finally stops comes, as well as the braking time are from the current position and Axial speed of the robot unit determinable.

Die Kollisionsüberwachung übernimmt daher die Aufgabe der Überprüfung, ob zum einen die Hände der Gefahr eines Scherens oder Quetschens oder der Kopf bzw. der Rumpf des Menschen der Gefahr eines Stoßes ausgesetzt sind und ob sich diese Körperteile in der Zeit, welche sich aus der Gesamtsystemverzögerung und der Zeit zum Abbremsen aller Achsen zusammensetzt, in den Aktions- bzw. Wirkungsbereich der Robotereinheit gelangen können. Ist dies der Fall, so wird der Roboter solange abgebremst, im Extremfall auf die Geschwindigkeit Null, bis die Gefahr überwunden ist.The Collision monitoring takes over hence the task of checking whether on the one hand the hands of Risk of shearing or crushing or the head or torso of man are exposed to the danger of a shock and whether these body parts in time, resulting from the overall system delay and time to slow down all the axes, in the Action or range of action of the robot unit can get. is If this is the case, the robot is braked as long as possible, in extreme cases to zero speed until the danger is overcome.

Als letztgeordnete Hierarchiestufe von den insgesamt vier eingangs erwähnten Hierarchie- bzw. Prioritätsebenen, durch die die Kooperation zwischen der Robotereinheit und dem Menschen gesteuert werden, dient die Manipulationsmöglichkeit der Robotereinheit durch den Menschen.When last hierarchical level of the four hierarchies mentioned in the beginning or priority levels, through the cooperation between the robot unit and the human be controlled, the manipulation possibility of the robot unit is used through the human.

Der Mensch stellt grundsätzlich die oberste Überwachungsinstanz dar und hat letztlich die Verantwortung über das Geschehen innerhalb des Arbeitsbereiches. Aus diesem Grunde hat der Mensch jederzeit, d.h. im normalen Programmmodus, die Möglichkeit, in den Arbeitsablauf der Robotereinheit einzugreifen und ihn derart zu manipulieren, dass auf jede mögliche Störung entsprechend reagiert werden kann.In principle, humans represent the highest level of supervision and ultimately have the responsibility about the events within the work area. For this reason, at any time, ie in normal program mode, the human being has the opportunity to intervene in the robot unit's workflow and to manipulate it in such a way that it can respond to any possible disturbance.

So ergeben sich aus einer Analyse sowie Klassifizierung der Fehlverhalten der Robotereinheit, dem Menschen sowie auch der Kooperationsaufgabe selbst unterschiedliche Manipulationsmöglichkeiten. Zum einen kann die Robotereinheit im laufenden Betrieb jederzeit angehalten werden, indem der Mensch die Robotereinheit in den Betriebsmodus „Pause" versetzt. In diesem Betriebs-Mode verharrt die Robotereinheit im sogenannten Standby-Mode in ihrer aktuellen Position und kann durch erneute Aktivierung jederzeit wieder in Gang gesetzt werden.So arise from an analysis as well as classification of misconduct the robot unit, the human as well as the cooperation task even different manipulation possibilities. For one thing the robot unit is stopped at any time during operation, by putting the robot unit into "pause" mode Operating mode remains the robot unit in the so-called standby mode in their current position and can be activated again at any time be started again.

Bleibt die Robotereinheit an einer ungünstigen Stelle stehen, kann die Robotereinheit aus dem Betriebs-Mode „Pause" durch den Betriebs-Mode „Ausweichen" dazu gezwungen werden, von der aktuellen Position auf eine neutrale Position bspw. außerhalb des gemeinsamen Arbeitsraumes auszuweichen. Während des Betriebsmodus „Pause" ist es u.a. möglich, das jeweils im Einsatz befindliche Prozesswerkzeug an der Robotereinheit manuell zu bedienen, beispielsweise Greifer öffnen oder Greifer schließen, um beispielsweise ein defektes Bauteil auszutauschen. Ebenso kann das Prozesswerkzeug ausgetauscht oder gewechselt werden. Hierdurch können Umrüstzeiten erheblich reduziert werden.Remains the robot unit at an unfavorable Position, the robot unit can be forced from the operating mode "Pause" by the operating mode "Dodge" to from the current position to a neutral position eg outside to avoid the common workspace. During the "Pause" mode, it is possible to do the in each case in use process tool on the robot unit To operate manually, for example, open the gripper or close the gripper For example, replace a defective component. Likewise, that can Process tool exchanged or changed. This allows changeover times be significantly reduced.

Wie bereits vorstehend erwähnt, kann die pausierte Bewegung der Robotereinheit jederzeit wieder aufgenommen werden, indem die Robotereinheit durch den Betriebs-Mode „Play" wieder in Aktion versetzt wird. Ist jedoch die Fortsetzung des aktuellen Prozesses unerwünscht, weil beispielsweise das Bauteil anstatt von der Robotereinheit von dem Werker bzw. Menschen schon eingesetzt worden ist oder die Robotereinheit den vorherigen Prozess zu wiederholen hat, kann der Mensch aktuell zwischen einzelnen Prozessen vor- sowie zurückspringen. Falls es jedoch zu einer nicht behebbaren Situation kommen sollte, kann der Arbeitsablauf jederzeit auf den Anfang zurückgesetzt werden, beispielsweise durch den Betriebs-Mode „Reset".As already mentioned above, The paused movement of the robot unit can be resumed at any time be activated by the robot unit through the operating mode "Play" again is offset. However, this is the continuation of the current process undesirable, because, for example, the component instead of the robot unit of the worker or people has already been used or the robot unit the man has to repeat between previous steps Jump forward and backward of individual processes. If it is, however should come to an unrecoverable situation, the workflow can be anytime reset to the beginning be, for example, by the operating mode "Reset".

Zur Information des Menschen über den jeweiligen Zustand der Robotereinheit ist zudem eine Visualisierung der einzelnen Betriebs-Modii sowie die nächsten, geplanten Arbeitsschritte der Robotereinheit sowie auch seine Erwartungen an die Handlungen des Menschen, wie beispielsweise Arbeitsschritt des Menschen zur Behebung einer Störung, notwendig und vorgesehen, beispielsweise im Wege einer entsprechenden Display-Einheit, die zugleich als Kommunikationsmittel in Form eines Touch-Screens dienen kann.to Information about the human being the respective state of the robot unit is also a visualization the individual operating modes as well as the next planned work steps the robot unit as well as its expectations of the actions of man, such as man's step to Rectification of a fault, necessary and foreseen, for example by means of a corresponding Display unit, at the same time as a means of communication in the form of a Can serve touch screens.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber an sich bekannten Verfahren zur Kooperation zwischen einem Menschen und einer Robotereinheit auf, die sich insbesondere in Bezug auf die Kriterien Kosten, Zeit und Qualität der Kooperation auswirken.The inventive method has a number of advantages over known methods for cooperation between a human and a robot unit on, in particular, in terms of criteria cost, time and quality of cooperation.

So ermöglichst das erfindungsgemäße Verfahren bezüglich der Kosten eine Mensch-Roboter-Kooperation, die eine absolut flexible Arbeitsteilung zwischen Mensch und Robotereinheit, die sogenannte angepasste Automatisierung ermöglicht und einen optimalen Kompromiss aus Personal- und Investitionskosten darstellt.. Für die Robotereinheit bedeutet dies, dass die Robotereinheit lediglich Tätigkeiten durchführt, die leicht automatisierbar sind, was wiederum zu vereinfachten Prozesswerkzeugen, einfacher Roboterprogrammierung und Materialbereitstellung führt.So ermöglichst the inventive method in terms of the cost of a human-robot cooperation, the absolutely flexible division of labor between human and robotic unit, the so-called adapted automation allows and optimal Represents compromise of personnel and investment costs .. For the robot unit this means that the robot unit only activities performs, which are easy to automate, which in turn leads to simplified process tools, simple robot programming and material provisioning.

Aus der gefahrlosen Teilung eines Arbeitsplatzes zwischen Mensch und Robotereinheit ergeben sich darüber hinaus kompaktere Montagelinien, die zu einer erhöhten Kapazitätsdichte führen. Insbesondere in der Automobil-Montage führt dies zu verkürzten Montagelinien und vor allem weniger Taktverlusten aufgrund einer sicherheitstechnischen Trennung zwischen Mensch und Roboter, was ein immenses Einsparungspotential darstellt.Out the safe sharing of a job between humans and Robot unit arise about it In addition, more compact assembly lines leading to increased capacity density to lead. Especially in the automotive assembly, this leads to shortened assembly lines and above all less clock losses due to a safety-related Separation between human and robot, which represents an immense saving potential.

Ebenso stellt bei hochautomatisierten Roboterzellen das zeitaufwendige Beheben von Störsituationen ein beträchtliches Problem dar. Erst durch die Mensch-Roboter-Kooperation ist es möglich, die Sicherheitsräume zu betreten, ohne dass der Roboter den Automatikmodus zu verlassen hat. Nach Behebung einer entsprechend auftretenden Störung setzt die Robotereinheit ihre Tätigkeit an der gleichen Programmstelle fort, was insgesamt zu einer deutlich höheren Verfügbarkeit führt. Auch führen höhere Umrüsfflexibilitäten zu einem entscheidenden Zeitvorteil.As well makes the time-consuming in highly automated robot cells Resolving Sturgeon Situations considerable Problem. Only through the human-robot cooperation is it possible to enter the security rooms, without the robot having to leave the automatic mode. To Remedy of a corresponding disorder sets the robot unit their activity continued at the same program point, which resulted in a clear overall higher Availability leads. Also lead higher Umrüsfflexibilitäten to a decisive time advantage.

Bezüglich der Qualitätssicherung ergibt sich die Möglichkeit, jeden Prozess, der eine Qualitätskontrolle verlangt, der Robotereinheit zu übertragen. Ein weiterer Aspekt ist, dass durch die Kooperation und das abwechselnde Bearbeiten eines Produktes eine gegenseitige Kontrolle von Mensch und Roboter stattfindet, aus der eine verbesserte Qualitätskontrolle, vor allem des Menschen, resultiert.With regard to quality assurance, it is possible to transfer any process requiring quality control to the robotic unit. Another aspect is that through the cooperation and the alternating processing of a product a mutual control of humans and robots takes place which results in improved quality control, especially of humans.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bereits an einer Versuchsanlage erfolgreich getestet worden, die eine autonome Einheit zur Montage von Baugruppen und kompletten Produkten umfasst, bei der sich Mensch M und Robotereinheit R gegenüberstehen und sich das Montageobjekt W für den Zeitraum der gemeinsamen Bearbeitung stationär in der Mitte zwischen Mensch M und Robotereinheit R befindet. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass beide Interaktionspartner, d.h. Mensch und Robotereinheit, uneingeschränkten Zugriff auf das Montageobjekt haben und sich dennoch frei bewegen können.The inventive method has already been successfully tested on a pilot plant, which is an autonomous unit for assembling assemblies and complete Products, in which face human M and robot unit R. and the mounting object W for the period of joint processing stationary in the middle between human M and robot unit R is located. This ensures that that both interaction partners, i. Human and robot unit, unrestricted Have access to the mounting object and still move freely can.

Eine derartige Situation ist aus der einzigen Figur in Form einer fotografischen Aufnahme zu entnehmen. Bei der Zusammenarbeit werden die jeweiligen spezifischen Fähigkeiten der Robotereinheit R sowie des Menschen M optimal ausgenutzt. Als Sensorik zur Arbeitsraumüberwachung dient ein Bildverarbeitungssystem, das die Positionsinformationen des Menschen liefert. Über die Robotersteuerung werden die Positions- und Geschwindigkeitsinformationen der Robotereinheit erfasst. Auf Basis dieser Informationen können erfolgreich die Kollisions- und Ergonomieüberwachung durchgeführt werden. Um das Bewegungsverhalten der Robotereinheit zu manipulieren, die Regeleinstellungen durchzuführen und um die Betriebszustände der Robotereinheit erkennen zu können, wird als Mensch-Maschine-Schnittstelle ein Touch-Screen mit entsprechenden Bedienungs- und Meldungsfunktionen in die Anlage integriert, wodurch der Mensch die Funktion der obersten Überwachungsinstanz erhält.A such situation is from the single figure in the form of a photographic Take picture. When working together, the specific ones Skills the robot unit R and the human M optimally utilized. When Sensor technology for workspace monitoring serves an image processing system that provides the position information of man supplies. about the robot controller becomes the position and velocity information the robot unit detected. Based on this information can be successful collision and ergonomics monitoring carried out become. To manipulate the movement behavior of the robot unit, to carry out the control settings and the operating conditions to recognize the robot unit, As a human-machine interface, a touch-screen with appropriate operating and message functions integrated into the system, which man the function of the highest level of supervision receives.

Claims

A method for supervised cooperation between a robot unit and a human, for executing handling steps to be performed according to a predefinable program sequence within a shared workspace accessible to both the robot unit and the human being, wherein the robot unit is controlled by a program sequence control defining the handling steps, wherein the robot unit when a relative approach to the human a movement pattern is impressed, which is characterized by the direction of movement, movement speed and the distance of the robot unit relative to humans, characterized in that from a variety of different stored patterns of movement for a human individual movement pattern that gives people a feeling of occupational safety and control over the robotic unit is selected, each movement pattern being in at least a first and second quality level e are in the following manner different from one another: the movement speed or the movement speed v ₁ according to the first quality level lying within a first movement speed spectrum is smaller than the movement speed or the movement speed v ₂ according to the second quality step, the direction of movement, within a second movement speed spectrum which is described by an angle α between a connecting straight line connecting the human and the robot unit at respectively selected locations and the velocity vector of the robot unit, has a larger angle α ₁ according to the first quality level than in the case of the second quality level α ₂ and / or the distance a ₁ according to the first quality level is greater than the distance a ₂ according to the second quality level.

Method according to claim 1, characterized in that that in the program sequence control by the robot unit and to be carried out by the human Handling steps are stored.

Method according to claim 1 or 2, characterized that at least the human being in terms of his spatial position and his kinematic state of motion with the help of one on the common workspace aligned registration unit is detected.

Method according to claim 3, characterized that with the help of the detection unit, the movement behavior of People is captured, and that on the basis of the People recorded movement behavior using a neural Fuzzy system in-situ the motion pattern is generated.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the movement pattern is selected according to ergonomic considerations.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that to avoid a collision between human and robot unit, the robot unit taking into account a current Abbremsweges the robot unit and a maximum intrinsic movement speed of the human Robot unit is braked or brought to a standstill until a risk of collision is ruled out.

Method according to Claim 6, characterized that avoiding the collision in case of a crushing or shearing hazard for the People or in case of a collision between robotic unit with Head or trunk of the person is performed, and should not be Collision hazard exist in the above sense, so allows the Robot unit a touch with the hands of the human.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized that the robot unit through man via an input device into one Stand-by mode of operation is transferred, in which the robot unit at the place where the robot unit is located during the input means is actuated is being brought to a standstill.

Method according to claim 8, characterized in that that the robot unit over the input means stepwise according to the program sequence in past or in future Movement states is transferred.