Roboter-Programmierhandgerät

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedienen einer, insbesondere wenigstens einen Industrieroboter umfassenden, technischen Anlage, wobei die Anlage durch ein von einer mobilen Bedienperson mitgeführtes Bediengerät ferngesteuert wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur überwachung der Bedienung einer, insbesondere wenigstens einen Industrieroboter umfassenden, technischen Anlage, wobei die Anlage durch ein von einer mobilen Bedienperson mitgeführtes Bediengerät ferngesteuert wird.

Ferner betrifft die Erfindung ein Bediengerät, sowie eine technische Anlage mit einer Vorrichtung zur überwachung ihrer Bedienung.

Ein Bediengerät zum Bedienen eines oder mehrerer Roboter einer technischen Anlage weist verschiedenartige Bedienele- mente auf, wie z.B. Schalter, Tasten, Verstellräder, PC- Mäuse oder ähnliche Handhabungsgeräte, wie eine beispielsweise aus der DE 103 05 384 Al vorbekannte 6D-Maus, mit deren Hilfe ein bewegungstechnisches und auch prozesstechnisches Manipulieren einzelner Roboter möglich ist. Auf diese Weise ist unter anderem auch ein sogenanntes "Teachen" eines Roboters durchführbar, bei welchem durch manuelle Bedienung von einer Bedienperson eine bestimmte Bewegungsfol-

ge oder ein Prozessablauf programmiert wird. Zur Visualisierung des Programmierfortschritts für die Bedienperson ist dabei üblicherweise ein an dem Bediengerät oder andernorts angeordneter Bildschirm vorgesehen, beispielsweise in Form eines farbigen Displays.

üblicherweise ist während des Programmiervorgangs eine nahezu ständige direkte Beobachtung des jeweiligen zu programmierenden Roboters von der Bedienperson erforderlich, unter gleichzeitiger manueller Bedienung des Bediengeräts, um derart eine gewünschte Bewegung des jeweiligen Roboters auszulösen und zu verifizieren. Ein problemloses und einfaches Programmieren einer Mehrzahl von Robotern ist jedoch nur möglich, wenn die Bedienperson in der Lage ist, den mo- mentan zu programmierenden Roboter leicht zu identifizieren ohne von den übrigen Robotern in der Umgebung beeinflusst oder abgelenkt zu werden, bzw. wenn ein einfaches und eindeutiges Zuordnen der auf dem Bediengerät ausgeübten Manipulation zu dem betreffenden Roboter möglich ist. Dies setzt insbesondere voraus, dass keine oder nur wenige Roboter dicht nebeneinander aufgestellt sind.

Derartige Erkennungsmethoden erfordern jedoch sowohl ein konzentriertes Arbeiten der Bedienperson als auch eine be- grenzte Anzahl vorhandener Roboter. Sind darüber hinaus mehrere Roboter über nur ein einziges Bediengerät zu manipulieren, wie z.B. miteinander kooperierende Roboter, gestaltet sich ein Erkennen und Manipulieren jeweils eines Roboters als noch schwieriger. Bei beengten Platzverhältnis- sen oder komplexen Geometrien oder Anordnungen der Anlage kann außerdem ein Manipulieren und Programmieren in der unmittelbaren Umgebung des jeweiligen Roboters erforderlich sein, was im Falle einer Fehlzuordnung bzw. Fehlerkennung eines zu bedienenden Roboters ein enormes Unfallrisiko in

sich birgt, insbesondere in dem Fall, in welchem die Bedienperson dem manipulierten Roboter den Rücken zuwendet.

Aus der WO 03/036324 ist eine technische Anlage mit einem Industrieroboter bekannt, welcher über ein kabelloses Bediengerät bedient wird. In das kabellose Bediengerät ist ein "Ortungssystem" integriert, welches auf der Basis eines Sendens und Empfangens von Funkwellen von mehreren unterschiedlich positionierten Referenzstationen die Raumpositi- on des Bediengeräts bezüglich des manipulierten Roboters erfasst. Das dabei verfolgte Ziel ist, ein mögliches Fernsteuern des Roboters im Falle eines Verlassens der Bedienperson aus einem definierten Arbeitsraumes zu unterbinden. Jedoch ist auch bei diesem System eine Programmierung des Roboters in von diesem fortgewandter Position möglich, solange sich das Bediengerät in dem definierten Arbeitsraum befindet. Die Schwierigkeit einer leichten Erkennung eines zu bedienenden Roboters, sowie das damit verbundene Unfallrisiko, bleiben also weiterhin bestehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik unter Vermeidung der genannten Nachteile, eine Bedienung einer technischen Anlage bei einer abgewandten Position der Bedienperson bezüg- lieh des zu manipulierenden Teil der Anlage, insbesondere einem Roboter, wirkungsvoll zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches gekennzeich- net ist durch ein Erfassen der Bedienperson bezüglich ihrer räumlichen Orientierung innerhalb oder außerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs, der sich um eine Verbindungsgerade zwischen dem momentanen Standort der Bedienperson und der Anlage erstreckt, wobei bei einer räumlichen Orientie-

rung der Bedienperson innerhalb/außerhalb des Winkelbe ^¬ reichs die Fernsteuerung aktiviert/deaktiviert wird.

Entsprechend wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche eine Sende-/Empfangs- einrichtung zwischen dem Standort der Bedienperson und dem Standort der Anlage aufweist, zum Erfassen der Bedienperson bezüglich ihrer räumlichen Orientierung innerhalb oder außerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs, sowie ein Mittel zur Aktivierung/Deaktivierung der Fernsteuerung in Abhängigkeit der räumlichen Orientierung der Bedienperson innerhalb/außerhalb des Winkelbereichs.

Durch die erfindungsgemäße Lösung kann erreicht werden, dass ein Bedienen eines betreffenden funktionalen Teilbereichs der Anlage, insbesondere eines Industrieroboters, nur dann möglich ist, wenn die räumliche Orientierung der Bedienperson innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs der räumlichen Position des betreffenden Teilbereichs der Anlage entspricht. Auf diese Weise kann eine Fehlerkennung bzw. ein Verwechseln mit einem Teilbereich der Anlage an anderer räumlicher Position minimiert bzw. ausgeschlossen werden. Gefahrenquellen, die von einer Fehlerkennung bzw. irrtümlichen Position der Bedienperson herrühren, können dabei wirkungsvoll vermieden werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das Erfassen der Bedienperson bezüglich einer räumlichen Orientierung inner- halb/außerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs durch Senden und fehlerfreies/fehlerbehaftetes Empfangens eines Signals zwischen Bedienperson und Anlage erfolgt. Dabei wird die Abgrenzung bzw. Trennlinie zwischen fehlerfreiem und fehlerbehaftetem Empfang vorher festgelegt, entsprechend dem festgelegten vorgegebenen Winkelbereich, und kann bei-

spielsweise einem Grenzwert einer Kenngröße, wie z.B. dem Rauschen oder der Energie des empfangenen Signals, entsprechen. Alternativ kann auch anhand erfolgtem oder nicht erfolgtem Empfang beurteilt werden, ob die räumliche Orien- tierung der Bedienperson innerhalb oder außerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs angesiedelt ist.

Dabei ist vorgesehen, dass die Signalübertragung ohne körperliche Verbindung zwischen Bedienperson und Anlage er- folgt. Bevorzugt erfolgt die Signalübertragung über elektromagnetische Wellen, wie Licht- oder Mikro- oder Radiooder Funkwellen. Weiterhin ist auch die Verwendung von Schallwellen denkbar.

Eine konkrete Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht dabei vor, dass die Sendeeinrichtung am Standort der Bedienperson zum Senden eines Signals in einem begrenzten Winkelbereich ausgebildet ist. Die vorstehend genannten übertragungsmittel in Form von Wellen sind hierzu besonders geeignet, da die Abmessung und der Verlauf des geometrischen Bereichs, innerhalb welchem diese sich ausbreiten, leicht den gewünschten Bedingungen angepasst werden kann. So lässt sich beispielsweise bei optischen übertragungsmitteln die Ablenkung/Streuung des Lichts über Spiegel oder Linsen beeinflussen. Ebenso ist beispielsweise die Ausbreitung von Mikrowellen, insbesondere in Form eines Kegels, über die jeweils gewählte Sendeantenne beeinflussbar.

Die Empfangseinrichtung am Standort der Anlage kann erfindungsgemäß zum Empfangen des Signals in einem unbegrenzten Winkelbereich ausgebildet sein, um ein Empfangen eines beliebigen Signals zu ermöglichen, welches von allen möglichen räumlichen Positionen in der Umgebung und in Richtung der Empfangseinrichtung gesendet wurde. Alternativ kann

auch hier nur ein begrenzter Winkelbereich zum Empfang vor ^¬ gesehen sein, beispielsweise um der Bedienperson nur ein Arbeiten in einem beschränkten Arbeitsraum zu gestatten.

Dabei entspricht die Ausbreitungsrichtung des in einem begrenzten Winkelbereich gesendeten Signals bevorzugt der momentanen räumlichen Orientierung der Bedienperson. In höchst bevorzugter Ausführung entspricht die geometrische Ausdehnung des gesendeten Signals dem Betrag nach der geo- metrischen Ausdehnung des vorgegebenen Winkelbereichs. Beispielsweise kann das gesendete Signal eine Kegelform aufweisen, so dass auch der vorgegebene Winkelbereich, innerhalb/außerhalb welchem ein Bedienen der Anlage möglich ist, dieser Kegelform entspricht.

Im Normalfall ist der vorgegebene Winkelbereich der Orientierung der Bedienperson bzw. des Bediengeräts um die gedachte Verbindungsgerade zwischen dem momentanen Standort der Bedienperson und der Anlage angeordnet, wobei die Ver- bindungsgerade die Winkelhalbierende des vorgegebenen Winkelbereichs bildet. Der vorgegebene Winkelbereich kann auch im Wesentlichen der Verbindungsgeraden entsprechen, so dass ein Bedienen der Anlage nur dann möglich ist, wenn die Orientierung der Bedienperson exakt in Richtung der Verbin- dungsgeraden ausgerichtet ist. In bevorzugter Ausführung ist ein mögliches Bedienen der Anlage weniger restriktiv gestaltet. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der vorgegebene Winkelbereich im Wesentlichen dem Blickfeld eines Menschen entspricht. Dabei kann beispielsweise ein ma- ximaler Winkelbereich zwischen -30° und +30° um die Verbindungsgeraden vorgesehen sein, was dem maximalen Blickfeld eines durchschnittlichen Menschen entspricht. In bevorzugter Ausführung wird ein Winkelbereich zwischen -10° und +10° um die Verbindungsgerade vorgeschlagen, durch welchen

das optimale Blickfeld eines Durchschnittsmenschen gebildet ist.

Ein Erfassen der momentanen Blickrichtung der Bedienperson ist technisch äußerst schwierig realisierbar. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, dass die Bedienperson bezüglich der räumlichen Orientierung ihres Vorderkörpers erfasst wird. Dadurch wird erreicht, dass ein Bedienen der Anlage nur dann möglich ist, wenn der Vorderkörper dem betreffen- den Anlagenteil zugewandt ist und das Blickfeld der Bedienperson in Richtung des Vorderkörpers gerichtet ist. Dies ist vor allem deshalb vorteilhaft, da ein Mitführen und Manipulieren des Bediengeräts in der Regel am Vorderkörper der Bedienperson erfolgt, so dass die Bedienperson dazu ge- zwungen wird, sowohl ein Bedienen des Bediengeräts als auch ein Beobachten des betreffenden Anlagenteils in dem Bereich ihres Blickfelds durchzuführen.

In höchst bevorzugter Ausführung ist dabei vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in das Bediengerät integriert ist. Die Erfindung umfasst insbesondere auch ein Bediengerät mit einer integrierten Sen- de-/Empfangseinrichtung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Erfassen der Bedienperson bezüglich einer räumlichen Orientierung innerhalb oder außerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs durch ein Empfangen an wenigstens zwei unterschiedlichen Raumpunkten eines zwischen Anlage und Bedienperson gesendeten Signals. Prinzipiell kann bei dieser Ausgestaltung der Erfindung der Signalweg sowohl vom Standort der Bedienperson zu der Anlage als auch in umgekehrter Richtung erfolgen. In bevorzugter Ausgestaltung ist jedoch vorgesehen, dass ein von der AnIa-

ge gesendetes Signal an wenigstens zwei unterschiedlichen Raumpunkten am Standort der Bedienperson empfangen wird. Grundgedanke dabei ist also ein Auswerten an zwei oder mehreren unterschiedlichen Raumpunkten empfangener Signale, um aufgrund unterschiedlicher Empfangseigenschaften bei näherer oder weiterer Entfernung von dem Sender, Rückschlüsse über die räumliche Orientierung der Bedienperson bezüglich der Sendeeinrichtung zu gewinnen. Eine konkrete Ausgestaltung sieht dabei vor, dass die räumliche Orientierung der Bedienperson über die Laufzeit- und/oder Energiedifferenz des an den unterschiedlichen Raumpunkten empfangenen Signals ermittelt wird. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist hierzu eine Empfangseinrichtung mit wenigstens zwei Empfängern an unterschiedlichen Raumpunkten auf. Bevorzugt sind dabei die Sendeeinrichtung am Standort der Anlage und die Empfangseinrichtung am Standort der Bedienperson angeordnet .

In einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt ein Anfragesignal zwischen Bedienperson und Anlage gesendet wird und im Falle eines erfolgreichen Empfangens ein Freigabesignal zurückgesendet wird. In bevorzugter Ausführung entspricht dabei das zurückgesendete Freigabesignal einem nach erfolgtem Empfang, insbesondere mittels aktiver oder passiver Filter oder farbiger Spiegel, verändertem Anfragesignal. Da die räumliche Orientierung der Bedienperson bereits durch Senden und Empfangen des Signals verifiziert worden ist, kann das Rücksenden des Signals in alle Raum- richtungen erfolgen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezug-

nähme auf die Zeichnung im Einzelnen näher erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Industriero- boters, der von einer Bedienperson mittels eines Bediengeräts mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ferngesteuert wird, wobei die räumliche Orientierung der Bedienperson einem aktivierten Modus der Fernsteuerung entspricht;

Fig. 2 den in Fig. 1 (a) gezeigten Industrieroboter und die Bedienperson, wobei die räumliche Orientierung der Bedienperson einem deaktivierten Modus der Fernsteuerung entspricht;

Fig. 3 den in Fig. 1 (a) und 1 (b) gezeigten Industrieroboter und die Bedienperson, wobei der Standort der Bedienperson verändert ist und die räumliche Orientierung der Bedienperson einem aktivierten Modus der Fernsteuerung entspricht.

Die Fig. 1 zeigt einen Industrieroboter 1 in Form eines Gelenkroboters, der von einer Bedienperson 2 mittels eines Bediengeräts 3 ferngesteuert wird. Dabei befindet sich die Bedienperson 2 mit ihrer Körpervorderseite direkt vor der

Frontseite des Industrieroboters 1, d.h. die räumliche Orientierung 4 der Bedienperson 2, welche im Wesentlichen einem orthogonalen Vektor zu der Frontseite des Körpers der Bedienperson 2 entspricht, zeigt in Richtung der Frontseite des Industrieroboters 1.

In das Bediengerät 3 ist eine Sendeeinrichtung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bedienungsüberwachung integriert. Eine entsprechende Empfangseinrichtung 5.2 ist in dem Industrieroboter 1 integriert. Das Bediengerät 3 mit

der Sendeeinrichtung 5.1 wird von der Bedienperson 2 an ihrer Körpervorderseite gehalten. Dementsprechend verläuft der Signalweg des von der Sendeeinrichtung gesendeten Signals 5.3 im Wesentlichen in Richtung entlang der räumlichen Orientierung 4 der Bedienperson 2. Jedoch weist der Signalweg 5.3 des von der Sendeeinrichtung 5.1 gesendeten Signals eine Kegelform auf, und erstreckt sich somit in einem definierten öffnungswinkel in Richtung der räumlichen Orientierung 4 der Bedienperson 2. Demgemäß ist ein vorgegebener Winkelbereich definiert, über welchen sich die räumliche

Orientierung 4 der Bedienperson 2 erstrecken kann, und dennoch ein Empfang des Signals 5.3 an der Empfangseinrichtung 5.2 möglich ist. Nur wenn der kegelförmige Signalweg 5.3 den Standort der Empfangseinrichtung 5.2 schneidet, wird ein von der Sendeeinrichtung 5.1 gesendetes Signal empfangen und die Fernsteuerung des Bediengeräts 5.1 aktiviert. Nur in diesem Fall ist also eine Bedienung bzw. ein Programmieren des Industrieroboters 1 möglich.

In der in Fig. 2 gezeigten Situation verläuft die räumliche Orientierung 4 der Bedienperson 2 seitlich an dem Industrieroboter 1 vorbei. Trotz der kegelförmigen Aufweitung des Signalwegs 5.3 gelangt das von der Sendeeinrichtung 5.1 gesendete Signal 5.3 nicht zur Empfangseinrichtung 5.2, und wird folglich nicht registriert. In diesem Fall wird die

Fernsteuerung des Bediengeräts 3 deaktiviert und ein Bedienen des Industrieroboters 1 unterbunden.

In der in Fig. 3 gezeigten Situation verläuft die räumliche Orientierung 4 der Bedienperson 2 in Richtung einer der

Seite des Industrieroboters 1. Da nun die Position der Empfangseinrichtung 5.2 innerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs des kegelförmigen Signalwegs 5.3 liegt, ist ein Empfangen des gesendeten Signals möglich, und die Fernsteue- rung des Bediengeräts aktiviert.

Bezugszeichenliste

1 Industrieroboter

2 Bedienperson

3 Bediengerät

4 räumliche Orientierung

5.1 Sendeeinrichtung

5.2 Empfangseinrichtung

5.3 Signal