本发明涉及一种用于作用到物件上的设备以及方法。
背景技术：
当今的工业机器人适合于在工业生产中实施持续变大的工作份额。在此，以越来越大的程度要求灵活性，在人-机器人-合作方面也要求灵活性。在共同的工作环境中，机器人能够紧密地与人共同工作，且在此承担大量任务。可能的是，将人的灵活性和创造性与机器人的精确度和重复精度相组合。为此，不仅适合的机器人而且相应的安全技术是必要的。保护人免于机器人的可运动部件或移动式机器人的运动的伤害是在人-机器人-合作中最重要的目的。
迄今对人的保护通常通过使人和机器人的工作空间在空间上分隔来进行。为此建立物理上的障碍如保护栅栏，这随之带来在生产车间(produktionsstätte)的空间需求、投资成本和灵活性方面的缺点。
备选地，用于无保护栅栏地进行自动化的概念方案也是已知的，在这些概念方案中，虚拟的保护空间例如以围绕机器人的确定的间距来限定。借助于传感器、例如二维激光扫描器或光栅来探测对保护空间的侵犯、即人或物件侵入到保护空间中。信号被导引到安全控制装置处，并且相应的控制指令被给到机器人处，例如用于使其运动停止。这些解决方案(此外由于较长的信号路径)通过较大的保护空间和与此相应地受限制的机器人运动而出众，因为设置有较大的安全区域。必要时，必须使用专门的轻量化结构机器人和/或限制运动速度，以便在碰撞的情形下减少受伤风险。
文件de10320343a1描述一种用于在共同可接近的工作空间中机器人单元与人之间受监视的合作的方法。在机器人和人之间相对靠近的情形中，机器人如此运动，使得其方向、速度及其相对人的间距使此人获得工作安全和控制的感觉。机器人能够在考虑制动路径和人的运动速度的情况下制动或被带到静止状态。人的运动被感测并且由机器人控制装置来评估；机器人能够在任何时候在其与人的实时位置处被带到静止状态中。
文件de102004041821a1描述一种用于保证带有可运动部件的、在机器方面受控制的操纵器、例如移动式工业机器人的设备，在该工业机器人中，使用无触碰地作用的接近传感器，以便监视工作空间的与安全性相关的部分。从属的安全方法通过以下方式突出，即，共同评估关于可运动部件的位置的信息以及关于人员或物体的出现的信息并且将其转换成用于操纵器的相应控制指令。能够限定多个带有不同安全间距的地带、例如安全地带和危险地带，在这些地带中进行机器人的减速或关掉。
技术实现要素：
本发明的任务是，提供用于作用到物件上的设备和方法供使用，利用所述设备和方案能够以可靠的、简单的、灵活的且成本适宜的方式来保护人免于操纵设备、尤其工业机器人的运动的伤害。
该任务通过根据权利要求1的用于作用到物件上的设备以及通过根据权利要求7的用于作用到物件上的方法来解决。该设备的有利的设计方案在从属权利要求2至6中说明，该方法的有利的设计方案在从属权利要求8至10中描述。
本发明的第一方面是一种用于作用到物件上的设备。该设备包括用于制造和/或装配或用于运输物件的操纵设备、尤其工业机器人，以及至少一个用于探测事件、尤其用于无触碰的探测且用于生成至少一个信号的传感器。此外，该用于作用到物件上的设备包括控制设备，其中，该控制设备设立用于，在关于操纵设备的临界间距a1之内探测到事件的情况下控制操纵设备的至少一个部件的运动并且尤其减小运动速度。此外，该控制设备设立用于，借助于针对操纵设备的工作过程、尤其针对即将到来的运动过程的信息的处理来限定临界间距a1。
事件的探测是事件的出现的识别，例如在关于操纵设备的临界间距a1之内探测到物体的进入或出现或探测到其它参数例如热。在此，物体能够例如是可运动的或不可运动的物件、建筑部分或人。探测尤其借助于传感器并且在操纵设备的工作区域中进行。在关于操纵设备的临界间距a1之内的事件的探测包括在关于操纵设备的部件的临界间距a1之内的探测。
在一种实施方式中，关于操纵设备的临界间距a1被限定为围绕该操纵设备的临界间距a1。备选地，该设备也能够如此设计，使得临界间距a1在投影平面中被限定。例如以该方式能够将物体的外边界与操纵设备的外边界之间的间距到工作区域的通常水平平面中的投影使用在俯视图中。
尤其，控制设备设立用于，在通过传感器探测到事件的情况下处理传感器的相应信号，并且在处理信号的情况下进行操纵设备的控制。在此，不可排除的是，信号事先已经例如借助于用于处理多个传感器的信号的信号处理设备来处理。也可能的是，用于作用到物件上的设备包括多个操纵设备，这些操纵设备借助于共同的控制设备来控制。在该情况下，控制设备设立用于，给每个操纵设备限定至少一个临界间距a1。
工作过程能够实时执行和/或是即将到来的工作过程。尤其表示即将到来的工作或运动过程。换言之，控制设备设立成借助于关于操纵设备的即将到来的运动的信息来限定描述保护区域的临界间距a1。在此，针对工作过程的信息能够来源于用于操纵设备的控制指令、例如来源于实施这些控制指令的经限定的程序。此外或对此备选地。信息能够来源于任意传感器并且例如是经探测或测量的值。换言之，能够处理理论值和/或实际值，以便限定临界间距a1。
对操纵设备的至少一个部件的运动的控制尤其是运动速度的减小、即运动的减速或停止。这能够例如通过减小起驱动作用的力和/或通过制动来得到。在此，运动的控制能够在处理由传感器输出的信号的情况下进行。
传感器尤其设立用于探测在关于操纵设备的临界间距a1之内的事件。至少一个传感器能够布置在操纵设备处和/或布置在操纵设备的外部。
在一种设计方案中，设立有用于测量事件与操纵设备之间的间距的传感器。在此，同样能够使用间距例如在俯视图中到工作区域的水平平面中的投影。
临界间距a1尤其沿操纵设备的不同方向能够是不同的，关于操纵设备周围在二维或三维中即采纳不同的值。控制设备在该情况下设立用于与方向相关地限定临界间距a1。
在操纵设备的部件的运动的情形中，例如沿运动方向，在操纵设备的可运动部件之前相比在操纵设备的该可运动部件之后需要更大的保护区域。由此，根据本发明的设备实现更大的运动空间和运动速度。该设备在布局变化(layoutänderung)时、例如在构件引入方面变化时是灵活的。
尤其地，不仅临界间距a1的限定而且事件的探测都在定期的时间间隔下、通常在数秒范围内、或连续地或实时地进行。
可能的是，使通过临界间距a1来限定的保护区域以视觉可感知的方式来输出。这例如借助于增强现实解决方案(augmentedreality-lösung)例如数据眼镜来实现，并且能够例如用于质量保证或用于检验保护区域。
换言之，取决于操纵设备、例如机器人的已执行的和/或待执行的工作或运动来进行保护区域的限定。这能够例如是保护区域的提前限定、即保护区域与机器人的即将到来的运动的匹配，其中，在机器人的背侧、即背离运动方向的侧边处相比在其面向运动方向的侧边处需要更小的保护区域。
因为探测基于传感器结果，所以能够无关于机器人为了控制其工作过程是获得事先已限定的、即固定的控制指令还是对此备选地获得可灵活匹配的控制指令来进行探测。
因为物体如人或机器与操纵设备之间的碰撞能够可靠地被阻止，所以不再需要临时的解决方案如使用轻量化结构机器人以减小在碰撞时出现的力。可使用成本适宜的标准机器人。当在临界间距a1之内探测到三维事件时，此外能够相比在使用传统的面式激光扫描器时更可靠地探测保护空间侵犯。
因为不需要保护栅栏、卷门或其它物理上的安全设备，所以能够实现工作区域的更好的充分利用以及投资成本的减少。操纵设备、即例如工业机器人的运动可能性、如可能的速度那样同样被增大。不必维持带有较大的安全性的静态的保护空间。
在本发明的一种设计方案中，控制设备设立用于，借助于用于操纵设备的至少一个控制指令的处理来限定临界间距a1。
这意味着，例如用于操控操纵设备的可运动部件的驱动器(antrieb)的信号得到处理。由此，通过临界间距a1来限定的保护区域能够暂时地并且相应于安全要求地布置该保护区域所需要的地点。因为相应的控制指令通常在控制设备中被生成或处理，所以得出如下优点，即这些控制指令用于限定临界间距a1的使用是简单的且不太容易受干扰的。
在本发明的另一设计方案中，至少一个传感器是雷达仪器。即该雷达仪器是基于雷达的传感器，该传感器在雷达频率范围内发射出电磁波并且接收这些波的反射。这种传感器适用于探测物体。该传感器通常能够由所感测的行进时间(laufzeit)来测量相对物体的距离。
为了探测事件，多个传感器、尤其基于不同探测方法能够如此设立和布置，使得其探测区域至少局部地重叠和/或穿透。
在此，探测区域尤其是在如下空间中通过传感器所覆盖的或可覆盖的、至少二维的区域，在该空间中设立有用于探测事件、如物体的出现的传感器。
换言之，布置有至少局部冗余的传感器，从而能够实现多个独立的传感器或传感器类型的探测。作为探测方法能够使用例如雷达、激光扫描器、光电传感器(lichtschranke)、超声波或图像处理系统例如摄像头或3d摄像头。例如使用两个或三个不同的探测方法，例如雷达系统与图像处理系统组合，例如包括3d摄像头。对此备选地，能够使用探测方法和计算方法。在此，探测方法显然也包括测量方法。
通常，对不同传感器的探测结果和/或测量结果定期或持续地进行比较，并且在偏差过大时能够减小运动的速度或停止运动。由此，可以以特别可靠的方式探测保护区域侵犯。
多个传感器能够如此布置，使得在操纵设备的整个工作区域中能够进行事件的探测。
通常，多个传感器布置在操纵设备的工作区域中的不同位置处，以便在整个工作区域中探测在临界间距之内的事件或者以便监视整个工作区域。工作区域包括操纵设备或操纵设备的部件的运动区域。操纵设备能够是移动式机器人并且其能够感测整个运动区域和/或工作区域。传感器能够借助于信号处理设备相互联接以及与控制设备相连接。该设计方案的优点是，碰撞在整个工作区域中并且同样在移动式机器人的情况下能够被可靠地阻止。
在本发明的另一设计方案中，控制设备设立用于，对关于尤其在关于操纵设备的临界间距a1之内探测的事件的信号进行处理，并且在与关于已限定的事件的信息一致时至少关于事件的位置重新限定临界间距a1。
换言之，运动的速度在识别已限定的事件时不必减小。如下的保护空间得到扩展，该保护空间围绕事件的区域或围绕通过临界间距a1限定的、处于围绕该区域的保护空间。这种例如在操纵设备的工作区域之内限定的事件能够例如是待加工的工件和/或储备的出现，操纵设备至少暂时定位在该工件和/或储备附近。备选地，例如能够是例如由于焊接工艺所引起的放热。关于已限定的事件的信息事先以适合的方式送达控制设备，已探测的事件与该事件进行比较。
即尤其在事件的区域中重新限定临界间距。也就是说，在确定的方向上，从事件的区域出发，其它临界间距适用，这些临界间距由此包括事件的区域。通常存在如下保护空间，该保护空间包围机器人和事件的位置。此外，也能够将处于关于操纵设备的临界间距a1之外的区域集成到保护区域中。
尤其，控制设备设立用于，由传感器接收和处理相应的信号。事件的位置能够除了控制设备所测量的值以外还为以其它方式供使用的位置，例如操纵设备的、用于从储备中取出待装配的构件的已知的典型的位置或待加工的工件或储备、例如附装部件或辅助材料的固定地限定的位置。
通常，临界间距a1的限定暂时地、即例如仅仅在时间间隔内进行，在这些时间间隔内，操纵设备位于相应的事件或相应的设备的位置附近。
本发明的第二方面是用于作用到物件上的方法。该方法包括如下步骤：提供用于制造和/或装配或用于运输物件的操纵设备、尤其工业机器人；以及提供用于控制操纵设备的控制设备。此外，该方法包括通过控制设备且借助于针对操纵设备的工作过程、尤其针对运动过程的信息的处理来限定关于操纵设备的临界间距a1。通过至少一个传感器来在关于操纵设备的临界间距a1之内进行事件的尤其无触碰的探测，并且进行至少一个信号的生成，以及通过控制设备来进行信号的评估和运动的控制以及尤其操纵设备的至少一个部件的运动速度的减小。
根据本发明的方法可尤其利用根据本发明的设备来执行。
通常，控制设备在探测到事件的情况下处理传感器的相应的信号并且与此相应地控制操纵设备。在临界间距a1之内探测到事件的情形下，以控制操纵设备为目的进行临界间距a1的限定。
在此，传感器也能够设立用于，测量事件与操纵设备或操纵设备的部件之间的间距。为了探测事件，在该情况下将在操纵设备与事件之间的所测量的间距与临界间距a1相比较。
为了执行该方法，与现有技术相比不需要外部的安全控制装置，其信号传递通常具有较长的行进时间，且由此随之带来延迟。传感器的信号被直接使用在机器人的控制设备中。因此，必须将安全区域的尺寸设计成不太大，这随之带来较小的保护区域及由此带来在运行过程方面的优化。这种系统的构造也由于较小数量的部件而更简单、更成本适宜且不太昂贵。
在该方法的一种设计方案中，对于在关于操纵设备的至少二维的区域中的不同的方向而言分别限定单独的临界间距a1。事件的探测在这样的方向上实现，在该方向上限定有相应的临界间距a1。
在一种设计方案中，运动的控制能够借助于所感测的关于可运动的事件的运动方向和/或运动速度的信息来进行。例如，人的运动能够借助于传感器来感测并且流入到机器人运动的减小的控制中。由此，除了事件的探测以外为了限定临界间距a1还能够存在另外的控制变量，借助于所述控制变量能够影响机器人的运动的控制。这些信息的感测能够同样利用传感器来进行。由此，能够进行对事件的将来的位置的预测。该设计方案的优点是机器人的进一步提高的运动可能性，因为在在其中机器人相对于事件的相对速度降低的情况下通过将事件的运动包括在内，仅仅需要较小的减速。在该方法的一种有利的设计方案中，对于每个方向而言限定单独的临界间距a1，该临界间距a1限定关于操纵设备的、若有可能不规则成形的虚拟保护区域，在该虚拟保护区域中探测事件。能够从操纵设备的表面的每个点出发或至少从表面的大量点出发限定临界间距a1。尤其地，事件的探测如此进行，即使得临界间距垂直地限定在操纵设备的相应区段上。在不规则成形的表面的情形中，能够采纳理想化的或简化的形状，以便限定临界间距或者以便探测事件。在临界间距的二维限定的情形中，这尤其在俯视图中进行。
因此，临界间距a1沿操纵设备的不同方向能够是不同的，关于操纵设备在3维中，即采纳不同的值。因此，取决于方向地对未超过临界间距a1的情况进行探测或测量。
在该方法的一种设计方案中，通过控制设备借助于针对操纵设备的工作过程、尤其针对运动过程的信息的处理限定第二临界间距a2。认为，第二临界间距a2小于临界间距a1，该临界间距a1也可称为第一临界间距a1。并且在探测事件时、尤其在无触碰地进行探测时，使操纵设备的至少一个部件的运动在关于操纵设备的第二临界间距a2之内停止。
即控制设备能够设立用于，在未超过相对操纵设备的第二临界间距a2的情况下(该第二临界间距a2相比临界间距a1更靠近该操纵设备)，在处理由传感器输出的信号的情况下使操纵设备的至少一个部件的运动停止。换言之，运动的二级变化是可能的，其中，使用较大的临界间距a1用于运动的减速且使用较小的第二临界间距a2用于运动的停止。如此能够借助于第二临界间距a2在内部限定保护区域，并且在外部围绕该保护区域借助于临界间距a1来限定警告区域，在该警告区域之内已经进行运动的减速，以便使通过第二临界间距a2来限定的保护区域保持尽可能小。
利用传感器能够测量事件与操纵设备的间距。在此，操纵设备的至少一个部件的运动的控制及尤其运动速度的减小能够取决于事件相对操纵设备的间距来进行。
由此，操纵设备的运动速度的无级的减小取决于其相对于事件或物体的间距在临界间距a1与第二临界间距a2之间或在临界间距a1与机器人外壳之间尤其是可能的。由此，根据间距能够例如促使速度的较大的或较小的减小，即取决于间距促使无级的速度减小。
借助于第二临界间距a2能够在操纵设备附近限定内部的保护区域，在该保护区域中，运动被停止。在较大的间距下借助于a1限定警告区域，该警告区域构造过渡，在该过渡之内进行运动的取决于间距的减速。在相对于操纵设备的较大的间距的区域中，在临界间距a1之外，对操纵设备没有影响的事件或物体的出现是可能的。
该方法的这种设计方案的优点是操纵设备的最大的可运动性和灵活性，而不会在安全性方面有所丧失。
此外，本发明的对象是一种计算机程序，该计算机程序包含在非临时的计算机可读的媒介中，并且该计算机程序包括用于执行根据本发明的方法步骤的计算机代码。
附图说明
在下面根据在附图中示出的实施例来阐释本发明。
其中：
图1示出利用传统的自动化的手动的装配情况的示意性俯视图，
图2示出利用根据本发明的操纵设备的自动的装配情况的示意性俯视图，
图3示出图2的自动的装配情况的另外的步骤的示意性俯视图，其中，操纵设备实施根据本发明的方法，
图4示出图2和图3的自动的装配情况的另外的步骤的示意性俯视图，其中，操纵设备实施根据本发明的方法，以及
图5示出根据本发明的用于作用到物件上的设备的示意性透视图示。
参考符号列表
10用于作用到物件上的设备
12操纵设备
14事件
20传感器
21控制设备
22间距
24信号
a1临界间距
a2第二临界间距
30运动
40工作区域
42工件
44储备
50引入和引出
52保护栅栏
54卷门
56附装部件或辅助材料
58人员
60保护区域
62警告区域。
具体实施方式
在图1中示出一种装配情况，在该装配情况中，人员58应实施对工件42的工作。可从储备44中取出附装部件或辅助材料56并将其装配到工件42处。构件42的引入和引出50自动地进行。保护栅栏52和卷门54保护人员58免于用于构件42的引入和引出50的设备的运动的伤害，该设备能够是工业机器人。设置成，为了装配，卷门54中的分别一个打开，而另一个保持关闭，并且在该处发生构件42的引入和引出50。
图2示出可对照的装配情况，在该装配情况中，根据本发明的用于作用到物件上的设备的操纵设备12执行来自储备44的附装部件或辅助材料56的装配。操纵设备12、工业机器人位于处在储备44与工件42之间的位置中。围绕该操纵设备12示出保护区域60以及以较大的间距示出警告区域62。此外，示出操纵设备12的工作区域40。操纵设备12是用于作用到物件10(未示出)上的设备的一部分，其包括用于控制操纵设备12的控制设备以及至少一个传感器20(未示出)。控制设备在处理用于操纵设备的控制指令的情况下限定临界间距a1，该临界间距a1此处作为保护区域60来示出。如果通过传感器探测到事件，例如物体进入到临界间距a1之内的区域中、即进入到保护区域中，则进行操纵设备12的运动速度的减小；在当前情况下使其运动停止。
警告区域62借助于第二临界间距a2(未示出)通过控制设备来限定。取决于相对操纵设备的间距，在该区域中事件的探测导致操纵设备12或操纵设备12的相应部件的运动速度的减小，此处导致无级的减速。针对不同的方向在围绕操纵设备的二维区域中分别限定单独的临界间距a1和a2，并且沿如下方向进行事件的探测，沿该方向限定有相应的临界间距。不再需要物质上的保护设备如保护栅栏和卷门，因为通过根据本发明的方法可靠地确保了人员和物体的保护。
装配的另一步骤在图3中示出。操纵设备12已经占据如下位置，该位置允许容纳储备44，即容纳来自适合的临时存储器的附装部件或辅助材料56。临界间距a1和a2(未示出)提前得到限定，也就是说控制设备使用关于实时的和即将到来的运动的信息以用于限定a1或a2：操纵设备12应取出储备；因此使保护区域扩展到相应的临时存储器上。
储备相对操纵设备12的靠近或相对位置是已限定的事件14，该事件14通过控制设备来识别。控制设备关于事件的位置重新限定临界间距a1并且进行保护区域60以及警告区域62的扩张，从而这些保护区域以及警告区域一同包括临时存储器的位置。为了该目的，控制设备事先已经以适合的方式获得对关于工作空间或已限定的事件14的信息的访问。
类似的图像在图4中得出，在该图像中，警告区域62和保护区域60扩张到工件42中的一个上，附装部件或辅助材料56在示出的工作步骤中可装配到其上。
图5示出根据本发明的用于作用到物件上的设备10的示意性透视图示。左边示出操纵设备12，其实施为工业机器人，该工业机器人刚好实施运动30。三个传感器20如此布置，使得它们监视操纵设备12的整个工作区域40，其中，其探测区域至少局部地重叠和穿透，并且在围绕操纵设备12的临界间距a1和/或a2之内探测到事件14时给出相应的信号24。这样的事件14例如是人员或车辆在相应的区域中的出现。
此处示出的传感器20例如是设立用于测量间距的雷达传感器和/或激光扫描器。传感器20的信号24借助于信号处理设备21来捆绑并且转达到控制设备21处，其又将该信号转换成用于操纵设备12的控制指令。所示出的事件14到工作区域的水平平面中的投影(此处分别是物体的出现)与操纵设备12的可运动部件到正好那个(ebenjene)平面中的投影的在俯视图中测量的间距22大于临界间距a1和a2。此外，关于事件14的运动30的方向和/或速度的信息被发送到控制设备处，并且在该处被用于控制机器人。在当前情况下，仅仅在左上方示出的事件14的运动30的方向朝警告或保护空间伸延。因为确实同样地操纵设备12以相同的速度实施在该方向上指向的运动30，所以操纵设备的运动不受控制或不会减速。为了表达清楚，示出在右下方示出的事件或物体14的方向上伸延的临界间距a1和a2，它们在相应的方向上限定警告区域62和保护区域60的扩展。