用于在使用阶段期间保护机器人的工作区域的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于在使用阶段期间保护机器人的工作区域的方法。特别地，本发明涉及一种方法以及用于实施根据本发明的方法的设备。

背景技术：

在工业中在全自动化的以及半自动化的制造中使用机器人。在这种情况下，还已知应用领域，其中人类和机器在限定的区域中一起工作。例如，已知混合装配的工作岗位。人类与机器之间的任务分工导致，在狭小的空间中，机器人和人类通过局部的区域。为了保护人类并且为了工作过程的顺利的完成，近年来在无围栏制造和人机协作的技术领域中提出了不同的解决方案和技术成就。

为了防止一般的碰撞，例如在de102006048163中提出了对于移动机器和/或移动机器元件的基于照相机的监视。在此，借助照相机通过将拍摄的图像数据与事先创建的数据库进行比较来监视机器的区域。此外，基于当前采集的图像数据与数据库的相互关系确定机器的当前位置并且估计将来的、在停止时间内达到的位置。然后，根据该估计可以基于估计值生成监视。根据该估计确定了安全区域的尺寸。

在该过程中会被认为不利的是，必须首先产生一个全面的数据库，其中不能保证采集机器使用周围的所有可能的情况。最终，该方法仅仅基于同样可能是不准确的估计。

文献de102006057605公开了一种用于监视三维空间的方法和设备，其中使用传感器单元。传感器单元包括能够拍摄机器周围空间的两个独立的图像的两个照相机。将图像相互比较以识别图像中的相对于彼此不相交的图像区域。在这种情况下，当不相交的图像区域遮盖了事先确定的虚拟保护区域时，产生警报信号。然后基于该信号可以在必要时关闭机器。有利地，由传感器单元虚拟地产生的保护区域可以是三维的。会被认为不利的是，在此没有实现非常细分的划分。

在de102007006708中提出了一种用于保护机械手设备的方法，其中将所述设备的当前的运动方向与参考矢量的方向相比较，并且当在定义的区域中出现偏差时触发安全相关的功能。

文献de102010017857示出了用于保护和操作至少一个机器的3d安全装置以及方法。在此，首先从工作岗位采集三维图像数据。此外，确定操作人员在该工作岗位的运动模式，并且在识别到操作人员出现危险时向机器发出保护命令。并没有明确规定工作岗位的各个区域的差异化对待。

在de202009012589中提出了一种光电传感器。该传感器可以采集平面或者立体形状的保护区域。在此，从保护区域接收接收光线，然后利用光发射器将发射光线发射到对象所在的保护区域中。

按照现有技术，保护区域的尺寸通常必须计算为“最坏情况”。除此之外还要考虑诸如机器人可能的最大速度以及对于人类的极为可能的危险位置。根据现有技术的解决方案的通常的缺点在于，仅存在静态的或固定的保护和警告范围，其通过机器人或sps来激活或者非激活。因此保护范围总是保持得很大，或者必须切换到较小的保护范围。为此，通常需要多个扫描仪，照相机或者传感器单元，因为例如每个扫描仪的保护范围是有限的。因此，尽管机器人不在危险区域中，在区域受到侵犯的情况下可能导致时钟时间损失。不存在动态加权的保护范围中的精细的划分。

技术实现要素：

因此，本发明现在要解决的技术问题是，实现一种能够以有效地方式考虑在保护机器人时的动态过程的方法和设备。

在本发明的优选实施中规定，提供一种用于在使用阶段期间保护机器人的工作区域的方法，其包括以下步骤。将机器人周围360°的工作区域划分为平面单元，该平面单元是机器人的坐标系的组成部分。以机器人的坐标系校准本地固定地安装的扫描设备。对齐扫描设备，以便可以完整地扫描工作区域，其中该方法包括如下另外的步骤。由机器人依据其运动过程和其速度将平面单元划分为至少两个不同加权的平面单元和划分为不加权的平面单元，其中在使用阶段之前和期间动态地且连续地进行加权，并且加权的平面单元表示保护范围。将关于保护范围的信息提供给扫描设备。借助扫描设备监视工作区域是否在保护范围中发生了不期望的事件。将关于在其中发生了不期望事件的保护范围的信息从扫描设备发送到可靠的控制设备或者机器人。由控制设备或者机器人区分在至少两个不同加权的平面单元的哪一个中发生了不期望的事件。依据区分借助控制设备或者机器人在机器人处触发特定的事件，并且依据在机器人处触发的特定的事件由机器人重新划分各个平面单元。

以这种方式能够有效地实现机器人周围360°安全空间的更精细的分辨率，其中同时实现灵活且动态的保护范围。由此不再需要独立的静态的保护范围，而是从大量的平面单元中创建并持久地分析自己的保护范围。扫描仪不需要产生动态的保护范围，而是仅报告平面单元的侵犯。特别地，通过最后步骤中的重新划分，获得了针对非常动态的系统的基础。也就是，一旦执行了平面单元的新的划分，就重新分析信息并且可能已经动态地导致机器人处的另外的特定事件。

从本发明的其余特征中得到本发明的其他优选的实施。

因此，在本发明的实施中规定，依据区分在机器人处的特定触发的事件可以是机器人的停止，或者可以是机器人的速度与mrk速度的匹配，或者可以是降低机器人的速度。因此，可以根据距机器人处多近的平面单元受到侵犯而被报告，来触发相应的特定的事件。因此，例如可以给出仅负责机器人的速度降低的平面单元。相反，其他平面单元与在报告侵犯时触发机器人的停止或者mrk速度相关联。根据加权相应地触发合适的事件，其中在消除干扰之后，基于平面单元的立即重新分析，能够实现无干扰的机器人运行。以这种方式，特别精细的划分保证了在每次区域受到侵犯时不一定要承担时钟时间损失，并且尽管如此仍然保证了对工作区域的适当的保护。

在本发明的另一个优选的实施中规定，至少两个不同加权的平面单元分别表示第一保护范围区域和第二保护范围区域，其中第一保护范围区域紧邻机器人，并且第二保护范围区域至少部分地邻接第一区域外部。因此，综合来说可以在机器人或者控制器中确定将哪个特定的事件与哪个保护范围区域相关联。因此，在该平面上可以实现平面单元的特别快速且动态的分析，这对于快速的机器人运行是特别有利的。

在本发明的另一个优选的实施中规定，不期望的事件是人员移动到机器人的工作区域中。在无防护栅栏的制造中、特别是在人机协作中存在这种不期望的事件。这可以是估算的、即故意造成的对保护空间的侵犯，也可以是例如故障过程中的无意的侵犯。在故意造成的情况下例如可以想到，人类在外部安全区域中提供材料，因此机器人短暂地降低其速度。一旦人类离开该平面单元，基于平面单元的动态的重新划分，机器人的先前的工作程序可以无缝地并且没有时钟时间损失地继续进行。

在本发明的另一个优选的实施中规定，平面单元例如以方格的形式构造，并且具有100×100mm、优选地200×200mm、更优选地300×300mm的最小尺寸。由此保证特别精细的划分。因此，依据机器人的运动过程可以以非常细微的方式确定，例如是否真的有必要停止机器人或者分析速度的减小是否可能是足够的。

替换地，平面单元也可以具有任何其他形状，例如矩形、菱形、梯形、平行四边形等形状。具有不同尺寸和/或不同形状的平面单元的组合也是可以的。

根据本发明的另一个实施规定，依据机器人的运动过程、位置和行进方向增大一个保护范围的最小尺寸以及必要时增加平面单元的最小尺寸。以这种方式，可以根据机器人的工作使用实现个性化。对于任何可想到的运动过程，可以确定在工作过程中不断地动态调整的单独的适合的安全区域。

此外，在本发明的另一个实施中规定，依据机器人的运动过程、位置和行进方向增大多个保护范围的最小尺寸。由此实现，在动态加权期间可以实现对保护空间的单独的调整。

在本发明的另一个优选的实施中规定，依据在机器人处触发的特定的事件以及依据在其中发生不期望的事件的平面单元到机器人的距离，由机器人执行各个平面单元的重新划分。由此，还可以更好地实现对保护空间的单独的调整。

此外，在本发明的另一个优选的实施中规定，扫描设备包括至少一个扫描元件，其中至少一个扫描元件直接放置在机器人上，并且在必要时、特别是当由设备部件或者其他干扰影响形成的阴影遮挡了机器人上的该至少一个扫描元件时，将至少一个另外的扫描元件放置在机器人外部。以这种方式可以保证完整地扫描整个所需的工作区域。因此，根据应用情况可以确定扫描元件的最终的数量。因此，放置在机器人上的扫描元件已经可以被认为足以提供期望的效果。而且，可以在机器人上设置两个扫描元件。如果认为这是不够的，例如当在机器人上的该至少一个扫描元件通过由设备部件或者其他干扰影响形成的阴影遮挡时，可以将至少一个另外的扫描元件放置在机器人外部。换言之，扫描设备可以仅包括布置在机器人上的扫描元件。此外，在另一个实施中，扫描设备还可以包括机器人上的扫描元件和在机器人外部的至少一个另外的扫描元件。根据为了保证安全的生产管理，必须如何详细地采集机器人的现有的应用区域，可以规定扫描元件的最终的数量。在那里设置扫描设备的至少一个另外的扫描元件的、机器人外部的位置或者地点或者地方没有被特别地限制。因此，该位置可以以与机器人相同的高度直接在整个保护范围的外边缘上或者甚至在该保护范围的外部区域的内部。此外，还可以想到在该区域中将至少一个另外的扫描元件定位在天花板上或者位于工作区域上方的结构上，例如横梁或其他建筑物。最重要的是，扫描设备借助于一个扫描元件或者在必要时借助多个扫描元件完整地扫描整个所需的工作区域，从而能够相应地实现在本发明中描述的方法。

特别地是，进入保护区域的人员遮住了扫描元件中的一个。在这种情况下重要的是，针对相应的应用情况例如在机器人基座上存在足够的扫描仪。在此，扫描元件的最终的数量取决于相应的应用情况或者要保护的环境。根据应用情况还需要在机器人的方向上扫描的扫描元件。特别地，如果通过设备或厅柱等，由于扫描元件例如安装在机器人基座上而形成阴影，则这些扫描元件是必要的。换言之，扫描元件的数量由本地的条件和应用情况确定。前提是：安全区域的整个覆盖范围不受由设备部件形成的阴影的影响。

在本发明的另一个实施中规定，提供一种用于根据本发明的方法在使用阶段期间保护机器人的工作区域的设备，其包括机器人，扫描设备和控制单元。因此，该设备可以根据期望的实施方式单独进行调整并且针对所述方法设置该设备以保证机器人的有效且动态的保护。

除非在个别情况下另有说明，否则本发明的在本申请中提及的不同的实施方式可有利地彼此组合。

附图说明

下面根据相关的附图在实施例中阐述本发明。附图中：

图1示出了用于保护机器人的工作区域的设备；

图2示出了用于在侵犯期间保护机器人的工作区域的设备；

图3示出了用于在侵犯期间保护机器人的工作区域的设备。

具体实施方式

图1示出了用于保护机器人12的工作区域的设备10，该设备10适用于执行根据本发明的方法。在此，围绕机器人12的360°确定工作区域。因此，机器人12的运动过程可以发生在该整个工作区域中，其中机器人12例如围绕其旋转轴旋入所有的角度范围，或者例如机器人12的悬臂在该区域中来回运动。也可能是两种过程的组合。最后，可以想到在运行阶段期间可能在机器人12处发生的所有运动过程。在图1中，机器人12在此固定在中心点。然而，也可以想到如下的工作空间：在该工作空间中机器人12本身将所述中心点放置在一定的框架中。除了机器人12之外，还可以看到扫描设备14。在此，扫描设备14包括不同的扫描元件，其中这些扫描元件中的两个直接放置在机器人12上，一个放置在外部。在此，机器人12例如位于坐标系16的中心，坐标系16被划分为各个平面单元18，其例如被设置为正方形，从而呈现方格图案的外观。在此，方格图案尺寸取决于平面单元18的尺寸，该平面单元18能够具有例如200×200mm的最小尺寸。还可以想到，200×200mm的最小尺寸同时表示平面单元18的最大尺寸。在此，坐标系16代表机器人12的系统以及扫描设备14的系统。这特别是在校准机器人12和扫描设备14的相应的系统之后是这种情况。该校准也可以被理解为在坐标系16中比较扫描设备14和机器人12的位置。扫描设备14例如也可以是传感器。扫描设备14适合于扫描机器人12的整个工作区域。在此，该电子采样可以以各种方式进行，并不一定仅以技术规范规定。扫描设备14可以例如从不同的地点利用保护射线等覆盖工作区域，并且由此保证了具有平面单元中的x/y坐标的原始数据的可靠的输出。此外，图1示出了紧邻机器人12的保护范围区域22和保护范围区域20，该保护范围区域20在外部围绕保护范围区域22。两个保护范围区域20、22由多个平面单元18构成。在保护范围区域20、22外部可以看到人员24，其位于标记的平面单元26中。尽管扫描设备14采集到该人员24。但是，由于在该平面单元18中缺少加权不会导致机器人12的反应。

图2示出了用于在侵犯期间保护机器人12的工作区域的设备10。可以看到人员24，其进入第一保护范围区域20，并因此间接地触发机器人12处的特定的事件。标记的平面单元26由扫描设备14记录为侵犯平面单元18。该信息被发送到机器人12或者未示出的控制设备，其中在那里执行进一步的划分。在图2所示的示例中，这是侵犯了具有速度减小加权的平面单元18。因此，速度减小已经是与侵犯相关联的特定的事件。

图3示出了用于在侵犯期间保护机器人12的工作区域的设备10。还可以看到人员24，其进入第二保护范围区域22。在其他方面，图3与图2相同。标记的平面单元26现在非常靠近机器人12。扫描设备14将该侵犯发送到机器人12或者未示出的控制设备，其中再在那里执行进一步的划分。在图3所示的示例中，这是侵犯了具有停止或者mrk模式加权的平面单元18。

附图标记列表

10设备

12机器人

14扫描设备

16坐标系

18平面单元

20第一保护范围区域

22第二保护范围区域

24人员

26标记的平面单元