本技术涉及一种用于监控机器人的运行的方法，机器人尤其是具有例如六轴的关节臂机器人。
背景技术：
1、此类机器人通常用于工业过程中，例如对工件进行组装、焊接和其他工作。由于机器人的运动，机器人会带来一定的危险，这通常可以通过访问限制或通过传感器监控机器人附近的区域来应对。
2、传感器监测的保护区域通常设置为相对远离机器人，由此避免机器人侵犯保护区域。如果识别出对保护区域的侵犯，例如人或者甚至仅人的身体的一部分进入保护区域，机器人通常会停止，这会导致不希望的生产停机。远离机器人设置的保护区域的缺点在于需要用于保护区域的不必要的空间。
技术实现思路
1、因此，本技术的目的是提供一种用于确保机器人安全的改进方法，通过该方法最终能够实现机器人的运行的改进的监控。
2、该目的通过根据权利要求1的方法来解决。
3、根据本技术的方法用于监控机器人的运行，机器人尤其是具有例如六轴的关节臂机器人，其中机器人(至少最初和/或暂时)在保护区域中运行。保护区域具有外边界。在该方法中，
4、-针对(例如，在机器人的运动期间的)尤其多个不同的机器人位置确定机器人的占据空间，
5、-将机器人在相应的机器人位置中的占据空间从保护区域移除，其中占据空间的移除创建和/或改变(例如增大)保护区域的内边界。
6、本技术基于以下知识：精确地适应机器人的运动的保护区域很难手动定义并输入到适当的软件中。对于具有多轴的、可以做出复杂姿态的关节臂机器人来说尤其如此。
7、根据本技术，在机器人的(真实的和/或模拟的)运动期间，在不同的机器人位置，确定机器人的占据空间。例如，占据空间可以例如通过在相应时间的机器人的现有外轮廓来确定。占据的空间也可以被近似，使得在移除占据空间时不必考虑当前机器人位置中的机器人的每个角和边缘。
8、应当理解，占据空间不应理解为体积，而是应该理解为在相应时间机器人所处的空间范围。然后，将机器人的占据空间(即，空间范围)从保护区域中移除，从而得出保护区域的内边界。从保护区域移除占据空间会在保护区域中得出一区段，该区段位于保护区域的外边界内。这意味着，从保护区域中切出空间范围，在该空间范围中，机器人正位于相应的机器人位置。这对于二维保护区域和三维保护区域都是可能的。
9、还应理解，由机器人移动的末端执行器(例如工具或夹具)和/或由机器人移动或装载的工件也属于机器人，即，尤其是所有的与机器人一起运动的部件都属于机器人。相应地，末端执行器和/或工件的占据空间也可以属于机器人的占据空间。
10、实际监控的保护区域是在移除了占据空间并创建内边界之后的(新的或剩余的)保护区域。因此，保护区域在内边界和外边界之间延伸，尤其是在不同的空间方向上延伸。
11、形象地说，在一个三维保护区域中，保护区域内部可以存在一种气泡，该气泡代表保护区域的移除的区域。
12、然后，如此产生的(新的)保护区域可以在机器人的运行中被使用。
13、通过针对不同机器人位置调整内边界，从而“掏空”机器人的保护区域，创造出为机器人“保留”的空间。内边界内不存在保护区域，因此机器人在正常运行时不会触发保护区域侵犯。
14、更准确地说，确定机器人的占据空间，然后将属于保护区域和属于机器人体积(即，属于机器人的占据空间)的所有范围从保护区域移除。因此，保护区域实际上是从内部切出的，这可以例如通过所谓的“切出形状(cutout-shapes)”来完成，这可以在配置软件中定义。机器人尤其可以是牢固地固定在地面的机器人。保护区域的外边界可以例如通过机器人在其中执行其运动的空间的尺寸和/或形状来预先确定或指定。保护区域的外边界可以是不可改变的。可替换地，外边界可以被调整(例如，调整为与内边界相适应)，如稍后所解释的。
15、尤其地，对于相应的机器人位置，从保护区域移除占据空间仅被执行一次。以此方式，对于预定的运动序列，所有不同的机器人位置可以一次被确定，并且可以从保护区域移除占据空间，从而可以在运行期间使用所产生的保护区域。
16、从保护区域移除占据空间尤其可以在训练阶段进行，在训练阶段，机器人以降低的速度运动和/或在不同的机器人位置停止。在保护区域被最终确定后，机器人可以进入运行阶段，在该运行阶段，机器人以正常速度处理它的工作过程。
17、根据本技术有利的是，由于预先(在训练阶段)确定了保护区域，在机器人的运行阶段期间，不需要或仅需要少量改变保护区域，因此，机器人的运行的监控所需的计算量小，因此，产生的废热少，并且需要的计算能力低。
18、此外，根据本技术可能的是，创建精确匹配的且在其形状上非常复杂的保护区域，这不可能手动实现或需要付出很大的努力才能实现。
19、因为保护区域适应于机器人位置，所以最终还可以识别机器人的运动中的错误，例如，如果机器人不正确地移入保护区域。因此，可以识别机器人从内部侵犯了保护区域。尤其地，在侵犯了保护区域的情况下，安全相关措施可以被执行，例如减慢或停止机器人。通过这样的方式，机器人坐标变得“安全”，从而提高了机器人的运行的安全性。
20、应当理解，保护区域可以是二维保护区域或三维保护区域。
21、机器人“在保护区域中”运行的表述尤其应被理解为：保护区域的外边界至少部分地包围机器人和/或机器人的保护通过保护区域来进行。通过移除机器人占用的空间，在训练阶段，机器人实际上仅在保护区域内运动。在训练阶段之后，机器人不再直接在保护区域内运动，而是至少部分地被保护区域包围。
22、如所描述的，机器人可以是关节臂机器人，例如五轴、六轴或七轴关节臂机器人。scara机器人、delta机器人或六足机器人以及其他类型的机器人也是可能的。
23、本技术的其他实施例可以在说明书、附图和从属权利要求中找到。
24、根据第一实施例，机器人至少部分地在保护区域的外边界内运动。该运动可以实际地发生，也可以是虚拟的，例如在模拟中，如稍后解释的。优选地，机器人完全位于保护区域的外边界内。例如，外边界可以具有例如长方体的形状。
25、根据另一实施例，在经过预定时间之后和/或在机器人位置改变预定量之后，(重新)确定机器人的占据空间。因此，机器人位置，即例如机器人姿态，即机器人的部件的位置和取向的组合，可以相应地周期性地和/或重复地确定。该确定可以例如每秒进行几次，但也可以例如每1、2、3或4秒进行一次。可替代地或附加地，当机器人并且因此特别是机器人的部件中的至少一个已经运动了预定量时，机器人位置的重新确定和/或机器人的占据空间的相关确定总是可以进行。预定量可以是例如运动的距离和/或角度。该距离可以是例如1、2、5或10cm。该角度例如可以是机器人的关节的关节角度。角度的预定量可以是例如1°、2°或5°。例如，在运动学冗余机器人的情况下，末端执行器的空间点(所谓的tcp-工具中心点)可以保持不变，其中，新的关节位置可能导致不同的机器人占据的空间。在新的确定之后，将占据空间从保护区域中移除，即从保护区域中减去。保护区域所占据的空间范围因此而减小。
26、根据另一实施例，两个不同机器人位置之间的机器人的占据空间被外推(extrapolieren)并且也从保护区域移除。因此，可以在从保护区域移除的范围之间进行外推，例如线性或多项式插值。通过这种方式，保护区域的连续的内边界可以被创建。
27、根据另一实施例，保护区域由传感器系统监控，该传感器系统包括至少一个传感器，该传感器优选地单独布置和/或与机器人相隔一定距离地布置。通过传感器系统可以识别对保护区域的侵犯。传感器系统可以包括一个或多个激光扫描仪、3d相机等，以探测在保护区域中的物体的侵入或存在。优选地，传感器系统可以包括多个3d相机，多个3d相机安装在不同位置和/或以不同方向安装，使得保护区域被从多个方向监控。通过这样的方式，保护区域可以被传感器完全捕获，从而使保护区域内不存在盲区。
28、根据另一实施例，机器人的占据空间至少部分地通过传感器系统确定，尤其是通过在同一机器人位置的多次测量来确定。由于传感器系统被设计为识别保护区域的外边界内的物体，因此相应地机器人也可以被传感器系统捕获，并且机器人的当前位置和机器人的占据空间可以使用传感器系统来确定(例如，测量)。通过多次测量，实际的机器人位置以及由此实际占据的空间可以被更精确地确定。为此，多个测量值可以通过求平均值或其他合适的方法计算。
29、根据另一实施例，机器人的占据空间至少部分地通过模拟，例如通过估值，尤其是通过卡尔曼滤波器(kalmanfilter)来确定。通过模拟进行的确定可以作为通过传感器系统捕获的替代或补充来进行。该模拟可以例如基于cad数据和/或路径规划数据，例如来自运动软件的数据，来进行。例如，可以使用来自程序的数据，程序例如是ros(机器人操作系统)，尤其是moveit或robodk等。通过这样的方式，机器人在训练阶段不是必须要执行真实的移动。相反地，保护区域的调整可以完全虚拟地进行。
30、还可以想象，在模拟中，未知的机器人姿态会导致护区域的调整。为此，可以例如从已知的起始机器人位置开始，使用卡尔曼滤波器估计未来的机器人位置。使用卡尔曼滤波器的估计既可以在笛卡尔空间中进行，也可以在关节角度空间中进行。
31、根据另一实施例，在确定后，例如通过拉伸，尤其是通过各向同性拉伸，使得机器人占据空间增大。然后，该增大的空间从保护区域中移除，使得增大的空间至少部分地代表保护区域的内边界。通过这种方式，围绕机器人的缓冲区被创建，由此在运行中的测量误差或机器人位置的轻微偏差不会导致侵犯保护区域。例如，在这种情况下的各向同性拉伸可以使机器人占用的空间增大1％、2％、5％或10％。
32、可替换地，增大的空间可以用作保护区域的新的外边界。在这种情况下，机器人的占据空间优选地形成保护区域的内边界和/或增大的空间形成保护区域的外边界。通过这种方式，产生了一种围绕机器人的“软管”，即，适应机器人及其运动的保护区域。如果增大的空间用作为外边界，则占据空间可以增加例如50％、100％、150％或200％。
33、通过这种方式，可以为大量机器人位置设置外边界，例如人只需与机器人位置保持一小段距离。由此，可以得到改进的人机协作。
34、机器人的占据空间的增大也可能不同(对于两种变体)。例如，该增大可以根据机器人速度在特定的机器人位置进行。由此，例如在机器人速度较高的情况下，可以围绕机器人创建更大的缓冲区。
35、根据另一实施例，保护区域的内边界和/或外边界具有不规则的形状。尤其地，保护区域的内边界和/或外边界由挤压多边形(extrudierte polygone)和/或相同形状的三角形和/或其他多边形限定。机器人的占据空间的轮廓可以针对三维保护区域进行近似，尤其地，通过前述的挤压多边形和/或相同形状的三角形和/或其他多边形。不规则尤其是指形状例如不对称或旋转对称，并且不仅仅例如由圆柱体和/或长方体形成。
36、根据另一实施例，通过从不同机器人位置中的保护区域移除机器人的占据空间来创建不同的保护区域，在机器人的运行期间，在保护区域之间进行切换。例如，可以通过从保护区域移除第一机器人位置中的机器人的占据空间来为第一机器人位置创建第一保护区域。对于第二机器人位置，可以以相同的方式生成第二保护区域。可以针对其他保护区域和机器人位置执行相应的方法。还可以的是，为同一保护区域使用多个机器人位置，尤其是彼此相邻的机器人位置，用于同一保护区域。如权利要求1中已经提到的，保护区域的内边界在各个保护区域之间变化。在运行阶段，可以在为相应机器人位置确定的保护区域之间进行切换，以便始终为当前机器人位置使用最佳的保护区域。这样的优点是，可以使用保护区域更精确地检查机器人位置。例如，如果机器人由于在其运动中的延迟而滞后，则会切换到尚不适合延迟的运动的保护区域。然后机器人会侵犯保护区域，由此延迟可以被识别。
37、根据另一实施例，不同保护区域之间的切换基于来自机器人控制器的信息而进行。机器人控制器的信息可以指示机器人实际应该处于哪个机器人位置。结果，该切换尤其根据机器人当前期望的运动速度来进行。然后，在不同的保护区域之间的切换可以根据该数据进行，由此，如上所述，例如机器人的滞后运动或其他错误运动可以被识别。
38、通过在不同的保护区域之间切换还可以创建一种伴随移动的边界，即随机器人移动的“边界框”。该边界框可以设置有缓冲区。
39、根据另一实施例，机器人的占据空间的确定以及将占据空间从保护区域的移除是自动执行的。具体地，所有本文所述的方法步骤都可以自动执行，这意味着不需要用户干预。
40、根据另一实施例，在保护区域被机器人(即，从“内部”)和/或被另一物体(例如，从“外部”)侵犯时，输出信号，优选地，该信号导致安全相关的措施。该信号可以用于指示保护区域被侵犯，于是机器人例如减慢、停止或围绕在保护区域中出现的物体运动。
41、本技术的另一主题是一种机器人系统，该机器人系统具有：机器人，尤其是关节臂机器人，例如六轴机器人；机器人控制器；和监控装置，其中，该监控装置限定保护区域，机器人在该保护区域中运动，该保护区域具有外边界，其中
42、-监控装置设计为，(在机器人的运动期间)针对尤其是多个不同的机器人位置，确定机器人的占据空间，
43、-监控装置还设计为，从保护区域移除机器人在相应机器人位置中的占据空间，其中，占据空间的移除创建和/或改变保护区域的内边界。
44、对根据本技术的方法的解释相应地适用于根据本技术的机器人系统。应当理解，本文所述的方法步骤可以由监控装置和/或机器人控制器来执行和/或配合。所述的传感器系统可以例如经由数据连接耦合到监测装置，使得监测装置的传感器系统的测量数据是可用的。监控装置尤其可以执行对保护区域的所有改变、保护区域之间的切换、使用传感器系统模拟或捕获机器人运动以及与机器人控制器通信。如上所述，机器人控制器可以响应于来自监控装置的信号来执行安全相关的措施。机器人控制器和监控装置还可以通过数据连接彼此耦合。
45、此外，应当理解，除非另外明确说明，否则所有本文所述的所有特征可以彼此组合。
1.一种方法，用于监控机器人(12)在保护区域(22)中的运行，所述机器人(12)尤其是具有例如六轴的关节臂机器人，其中，所述保护区域(22)具有外边界(24)，其中，
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机器人(12)至少部分地在所述保护区域(22)的所述外边界内运动。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在预定时间之后和/或在所述机器人位置(p)改变预定量之后，确定所述机器人(12)的所述占据空间(26)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在两个不同的所述机器人位置(p)之间的所述机器人(12)的所述占据空间(26)被外推，并且也从所述保护区域(22)移除。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述保护区域(22)由传感器系统监控，所述传感器系统包括至少一个传感器(16)，所述传感器(16)优选地单独布置和/或与所述机器人(12)相隔一定距离地布置。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述机器人(12)的所述占据空间(26)至少部分地通过所述传感器系统确定，尤其地，通过在同一所述机器人位置(p)的多次测量来确定。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述机器人(12)的所述占据空间(26)至少部分地通过模拟，例如通过估计，尤其地通过卡尔曼滤波器，来确定。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述机器人(12)的所述占据空间(26)被确定后，例如通过拉伸，尤其地通过各向同性拉伸，使得所述机器人(12)的所述占据空间(26)增大，
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述保护区域(22)的所述内边界(28)和/或所述外边界(24)具有不规则的形状，并且尤其地，由挤压多边形和/或相同形状的三角形和/或其他多边形限定。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过在不同的所述机器人位置(p)将所述机器人(12)的所述占据空间(26)从所述保护区域(22)中移除来创建不同的保护区域(22)，在所述机器人(12)运行中，在所述不同的保护区域(22)之间进行切换。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述切换基于机器人控制器(14)的信息而进行。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述机器人(12)的所述占据空间(26)的确定以及将所述占据空间(26)从所述保护区域(22)中移除是自动执行的。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述保护区域(22)被所述机器人(12)和/或另一物体侵犯时，输出信号，优选地，所述信号导致安全相关的措施。
14.一种机器人系统(10)，所述机器人系统(10)具有：机器人(12)，所述机器人(12)尤其是具有例如六轴的关节臂机器人；机器人控制器(14)；和监控装置(20)，其中，所述监控装置(20)限定保护区域(22)，所述机器人(12)在所述保护区域(22)中运动，其中，所述保护区域(22)具有外边界(24)，其中
