(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用ロボット（２）又はその他の多軸制御可能なハンドリング装置の運動又はシーケンスをプログラミング又は設定する方法であって、
空間内の手動操作式運動設定手段（１０）の方向又は位置を検出するために設けられた一体型センサシステム又は外部センサシステム（１１；１２）を備えた、操作員によって手で操作されるようになっている手動操作式運動設定手段（１０）を介して、制御システム（１）によって、該産業用ロボット（２）を運動制御又はシーケンス・プログラミングするためのデータ及び制御命令の少なくとも一部が生成され、
操作員によって設定された運動又はシーケンス変更が、該産業用ロボット（２）の予め定義された技術的制限であって、構造又は周囲に起因する、位置又は方向の達成可能性、又は技術的に達成可能な、又は安全技術的に許容し得る、該産業用ロボット（２）の軸又は調整エレメントの最大速度を含む技術的制限を考えて技術的に実施可能である場合には、該手動操作式運動設定手段（１０）による設定に基づく前記制御命令は、産業用ロボット（２）によって実質的に遅延なしに、対応する運動又はシーケンス変更に変換される、方法において、
該手動操作式運動設定手段（１０）による運動設定から、又は該産業用ロボット（２）によって実施される運動又はシーケンス変更のセンサ検知された測定値から、又は該制御システム（１）によって生成された制御命令から、運動特性値（３０）を検出してこれを上限値（Ｘo）と比較することによって、該空間内で自由に運動可能な手動操作式運動設定手段（１０）による運動設定と、該産業用ロボット（２）による運動又はシーケンス変更の変換との間の相互ドリフトを、該制御システム（１）によって認識できるようにすること、
該上限値（Ｘo）を超えると、該産業用ロボット（２）の運動又はシーケンス変更は即座に、又は定義された程度に制限されたオーバーラン段階後に停止されること、
又は、該運動特性値（３０）が該上限値（Ｘo）に定義された程度に接近すると、又は該上限値（Ｘo）よりも低い下限値（Ｘu）を超えて、下限値（Ｘu）より大きくなると、該上限値（Ｘo）の近くであること又は該上限値（Ｘo）に接近していることを、警告信号（１４）を発することによって、操作員に指摘すること
を特徴とする、方法。
【請求項２】
前記運動特性値（３０）として、前記産業用ロボット（２）の所定の区分と固定的にカップリングされたエレメントの軌道速度又は変位速度が検出され、そして利用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記運動特性値（３０）として、前記産業用ロボット（２）の軸、又は所定の軸を中心とした調整エレメントの角速度が検出され、利用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記運動特性値（３０）として、設定に基づいて実施されることになる運動と、産業用ロボット（２）の技術的に可能な運動又はセンサ検知された運動の実際状態との間の瞬時偏移の規模が検出され、利用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記下限値（Ｘu）又は上限値（Ｘo）を超える程度に応じて、操作員によって認知可能な警告信号（１４）の特性であって、該警告信号の強度、色又は周波数を含む特性が変えられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記下限値（Ｘu）の超過が、音響的、光学的、又は触覚的、特に振動によって信号指摘されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記下限値（Ｘu）又は上限値（Ｘo）の超過が、少なくとも該手動操作式運動設定手段（１０）において信号指摘されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記下限値（Ｘu）又は上限値（Ｘo）は可変に決定され、技術システムの運転状態、操作状態、又は周囲条件に応じて、手動で変更され、又は自動的に適合させられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記上限値（Ｘo）を超えた結果としての該制御システム（１）内の停止指令（１３）に基づいて、制御側で自動的に産業用ロボット（２）の運動又はシーケンス変更が停止された後、定義された操作エレメントの作動後初めて、運動又はシーケンス変更の続行が再び可能になることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
許容し得る又は技術的に実施可能な運動に対する速度制限を維持するために、前記制御システム（１）によって、前記手動操作式運動設定手段（１０）の運動設定が速度制限された状態で追従されるようにすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
許容し得る又は技術的に実施可能な運動に対する速度制限を維持するために、前記制御システム（１）によって、前記手動操作式運動設定手段（１０）の運動設定に対して時間的に最も若い位置又は方向が、速度制限された状態で制御されるようにすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
許容し得る又は技術的に実施可能な運動に対する速度制限を維持するために、前記制御システム（１）によって、前記手動操作式運動設定手段（１０）のその都度の時点において提示された運動設定方向へ、速度制限された運動が引き起こされることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
許容し得る又は技術的に実施可能な運動に対する位置又は座標の制限を維持するために、前記制御システム（１）によって、前記手動操作式運動設定手段（１０）による運動設定に対して幾何学的に最も近くに位置する許容し得る点への接近が引き起こされることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記手動操作式運動設定手段（１０）の並進による位置変化の結果として、前記産業用ロボット（２）の区分又はアームが、所定の空間軸を中心として回転させられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記手動操作式運動設定手段（１０）が、前記手動操作式運動設定手段（１０）のハウジング軸を中心として回転する結果として、前記産業用ロボット（２）のエレメントが、定義された選択可能な空間軸に沿って並進運動させられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記産業用ロボット（２）の運動のための空間軸が、空間内の該手動操作式運動設定手段（１０）のハウジング軸の位置によって決定されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載されているような、産業用ロボット又はその他の多軸制御可能なハンドリング装置の運動又はシーケンスをプログラミング又は設定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、産業用ロボット又はこれに匹敵する多軸制御可能なハンドリング装置のためのガイドシステムが公知である。これらのシステムの原理は、操作員が、手で操作されるようになっている手動操作式運動設定手段を用いて実施する運動を、産業用ロボットに直接に伝達することに基づく。手動操作式運動設定手段の自由な運動は一体型センサ及び／又は外部センサによって検知され、そこから運動設定手段の運動、続いて産業用ロボットの対応運動が算出される。産業用ロボットの運動は、産業用ロボットのハンドリング軸もしくはアームの並進又は回転に制限することができる。同様に、産業用ロボットの自由度を必要に応じて制限もしくは選択すること、又は専ら並進又は回転運動、もしくはこれらの組み合わせを許すことも可能である。同様に、手動操作式運動設定手段の運動を産業用ロボットの運動に変換するための一定又は可変の並進又は回転スケーリングファクタを用意することも知られている。これにより、例えば、産業用ロボットのより大きい運動空間を、運動設定手段の適切な運動空間によって好都合にカバーすることができる。他面において、運動の変換に関連するこのようなスケーリングファクタによって、相応に広範囲にわたる、ひいては操作員にとって良好に認知可能且つ実施可能な運動を、手動操作式運動設定手段を用いて行うこともできるので、産業用ロボットの比較的微細な調整もしくは運動を正確もしくは鋭敏に実施することもできる。操作員による運動設定と産業用ロボットによる運動変換との間の増大方向及び縮小方向のスケーリングが有利であることもある。
【０００３】
従来技術においてさらに知られているのは、産業用ロボットもしくはそのグリッパ又は工具の運動が、直接、すなわちダイレクトに、そして遅延なしに運動設定手段の運動に追従し、この場合、操作員は種々の座標系に、そして操作アクションの産業用ロボットの所期運動への変換に配慮せずに済むことである。運動設定手段の運動の産業用ロボットへのこのような直接カップリング型の伝達は、産業用ロボットの極めて直感的な案内を可能にし、従ってこのような手段は、産業用ロボットを比較的まれにしか操作しない、あまり熟練していない利用者にとって特に有利である。産業用ロボットのこのような操作はコンピュータ・マウスによるカーソル制御にある程度似ているものの、産業用ロボットのための運動制御はいくつかの付加的な自由度分だけ拡張しなければならない。このような操作アクションもしくは運動設定における重要な役割は、操作員のための、産業用ロボットの運動に関する視覚フィードバックである。特に、操作員へのこのような視角フィードバックによって、運動設定手段の運動又は位置を操作員側で即座に修正することが可能になる、もしくは修正が行われることにより、最終的に産業用ロボットもしくはその工具又はグリッパが所期のように位置決めされる。このために、産業用ロボットの所期運動とこれに必要な運動設定手段の運動との直感的且つ明確な関係が重要である。操作員は従って自動的に一種の「人間レギュレータ(menschlicher Regler)」となる。人間レギュレータは、所期位置すなわち目標位置と運動設定手段の相応の案内による実際値との間の偏移を多かれ少なかれ強力に制御し、もしくは多かれ少なかれ補償する。このことは、操作員による運動設定のできる限り同時の実施、並びに、産業用ロボットによる対応する変換にのみ関連する。
【０００４】
しかし、手動操作式運動設定手段の運動を産業用ロボットの相応運動にできるかぎり直接に伝達したいという希望には、種々の技術的な限界又は安全性に起因した限界が課せられる。このような限界を超えると、産業用ロボットが利用者の運動設定にもはや直接には追従することができなくなる、もしくは許されなくなるため、クリティカルな状態、例えば、直接カップリングの断絶を招くおそれがある。このような制限は例えば技術に起因する限界値によって、又は安全性に起因する限界、特に速度制限によって与えられていることがあり、これにより産業用ロボットは操作員の運動設定に十分に迅速には追従できない。さらにまた、力、モーメント、又は出力の限界が存在することもあり、これらの限界は最大限達成可能な加速度、速度、及び変位に影響を与え得る。さらにまた、絶対的な空間又は位置の制限が存在することもあり、これらの制限によって、例えば、隣接する設備部分又はロボット部分との衝突が回避される。さらにまた運動学的な制限及び限界、例えば産業用ロボットの最大到達範囲又は最大軸角もしくは最大旋回角が存在することもある。
【０００５】
操作員にとって、特に未熟練の操作員にとって、構造又は周囲に起因する限界に達したことをいつも直接に検知できるとは限らない。操作員が所期の運動、すなわち目標運動と、産業用ロボットの実際の運動、すなわち実際運動との間の偏移を視覚的に突き止めると、彼らは運動設定手段の運動の変更によってこれを修正しようとする。操作員はこのとき、産業用ロボットとの直接カップリングを当てにし、ひいては、産業用ロボットを所期位置に即座に再位置決めもしくは後案内することを期待する。しかし限界が存在することによって、運動設定手段による位置設定及び／又は方向設定と、産業用ロボットの実際の運動もしくは位置との間の偏移はみるみるうちに増大もしくは悪化するおそれがある。この場合操作員にとっては驚くべきもしくは理解不能な、視覚的なダイレクト・カップリングの断絶、もしくは操作アクションと産業用ロボットの運動との間のドリフトは、操作員の混乱及び極端な対抗反応を招くおそれがある。操作員の過剰反応は例えば、産業用ロボットの所期の位置もしくは変位運動をもたらそうとする、手動操作式運動設定手段の衝撃状もしくは強引な運動であり得る。最悪の場合には、このような相互ドリフトによって、人や物の重大な危険状態、特に人身損傷、工具損傷、ワークピース損傷が生じる。しかしいずれの場合でも操作員を著しく不安にさせ、結果としてダイレクト・カップリング型の、もしくはできる限り遅延のない産業用ロボット案内を可能にするようになっている運動設定手段を受け入れ難くする。
【０００６】
独国特許出願公開第４３０３２６４号明細書に開示された産業用ロボットのための操作法の特徴において、ポータブル操作装置の運動及び方向を検知し、そしてこのような運動データ及び方向データを、産業用ロボットの対応運動にダイレクトに変換する。さらに、産業用ロボットの自由度の所定の事前選択に関連する運動制限、及び運動のスケーリングが記載されている。しかしながら、場合によっては存在する位置制限もしくは速度制限に関連する問題、もしくは運動設定手段と産業用ロボットとのダイレクトな制御技術的カップリングの損失又は相互ドリフトの問題は認識されておらず、ひいては取り扱われていない。
【０００７】
独国特許出願公開第１０２００４０２００９９号明細書もしくは欧州特許第１５８８８０６号明細書からも、産業用ロボットの運動又はシーケンスをプログラミング又は設定する方法が公知である。このような公知のシステムによれば、手動操作式作用手段が設けられていて、この手段によって、多軸式産業用ロボットに制御技術的な作用を及ぼすことができる。このために、空間内の作用手段の位置及び姿勢もしくは方向が測定され、そしてこれは産業用ロボットに作用を及ぼすために使用される。本願発明によれば、手動操作式作用手段の運動と、産業用ロボットの対応運動とが交互に行われるようになっている。提案のように産業用ロボットの運動を、それぞれ作用手段によって作用を及ぼされる短い部分運動に分解することによって、使用するセンサシステム、特に慣性センサシステムが物理的に不正確であるにもかかわらず、産業用ロボットに対する比較的正確、確実且つ直感的な作用、特に運動プログラミングが達成される。
この文献では基本的には、産業用ロボットの速度の安全技術的な問題、及び／又は、産業用ロボットの運動の空間的又は時間的なスケーリングの問題にも触れてはいる。しかしこの文献は根本的には、操作員が手動操作式作用手段を用いて短い部分運動を示し、そしてこれに続いて初めてこのような部分運動が産業用ロボットによって模倣されるという操作原理から出発している。このようなシーケンスは、完全な軌道もしくは目標経路が辿られもしくはプログラミングされるまで、複数回繰り返される。しかし、運動の提示及び追従を交互に行うことにより、産業用ロボットの直接カップリング型の案内の利点は全く活用されない。従って、操作員の運動設定と産業用ロボットの運動とのダイレクト・カップリングの損失の問題、もしくは操作員の運動設定と産業用ロボットの運動との想定上同期的な、場合によってはスケーリングされたカップリングの相互ドリフトの問題は全く生じない。
【０００８】
操作員による運動設定と産業用ロボットによる運動実施との間のドリフト、もしくは漸次的非同期性の問題は、場合によっては産業用ロボットに対する有効安全基準、例えばDIN EN ISO 10218-1によっても困難になり、もしくは付随してもたらされる。このような有効な安全性基準は例えば種々の運転形式を規定している。中でも、「手動減速」という運転形式が規定されている。手動の運動設定、特にいわゆるティーチング（Teachen)に該当するこのような運転形式では、産業用ロボットの運動は工具受容部もしくは工具受容点（ＴＣＰ）では速度２５０ｍｍ／ｓを超えてはならない。このような速度制限は操作員、つまり状況によっては産業用ロボットのすぐ隣で、もしくは運動中の機械部分のすぐ近くで働く操作員の安全性を確保するのに役立つ。このようにすぐ近傍にいることは、特にティーチングするときに、視覚フィードバックが操作員にとって重要である場合には１つの要件もしくは１つの大きな要求である。いわゆるティーチングの際、すなわちその間は操作員が状況によっては保護柵により隔離されることなしに産業用ロボットのすぐ近くに留まっていることになるティーチングの際の速度制限の規定は、当業者に知られており一般的である。しかしこのような速度制限は、操作員によってダイレクト・カップリング型の運動設定が行われるときに、もしくは産業用ロボットによってほとんど遅延なしに直接に変換されるときに邪魔になり、もしくは前記問題点を引き起こすことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公開第４３０３２６４号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００４０２００９９号明細書
【特許文献３】欧州特許第１５８８８０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の根底を成す課題は、産業用ロボット又はその他の多軸制御可能なハンドリング装置の運動又はシーケンスをプログラミング又は設定する方法であって、操作員が産業用ロボットの複雑な運動、シーケンス、又は機能をできる限り快適にプログラミング又は設定することを可能にし、そして操作員の運動設定と産業用ロボットによる運動実施との相互ドリフトに関連する問題点を全部、又はできる限り完全に取り除く、方法を提供することである。特に、運動設定過程中の操作員の混乱、これに伴って生じる操作員の極端な対抗反応を、産業用ロボットによるダイレクトもしくは同期的にカップリングされた運動実施によって効果的に回避し、或いはできる限り全体的に排除する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記課題は、請求項１の特徴に相当する方法によって解決される。
【発明の効果】
【００１２】
ここで有利なのは、操作員の操作アクションと産業用ロボットによる運動実施との間のクリティカルな非同期性、もしくは過度に大きな時間的ずれを、クリティカルな状態、特に危険状態が生じる前に早期もしくは適時に阻止し、もしくは少なくとも予めこのことを信号指摘もしくは告知することである。特に、本発明による手段によって、遮断限界値に達する前に、産業用ロボットが遅滞なしに停止されることによって、且つ／又は、クリティカルな限界値に達する前に相応の信号もしくは警告が操作員に自動的に発せられることによって、操作員側の運動設定と産業用ロボットによる運動実施との間の極度に大きな非同期性が阻止される。このような自動的な遮断及び／又は信号指摘は、分配して構成された制御システム内部の少なくとも１つの成分によって行われると有利である。産業用ロボットの運動を適時に遮断することによって、もしくは定義された限界値に接近していることを予め信号指摘することによって、一つには、高い安全性レベルが達成される。それというのも、操作員の誤った、もしくは紛らわしい操作アクションによるロボットの潜在的に危険を招く運動を排除、もしくは十分に阻止することができるからである。特に有利なのは、操作員が産業用ロボット又はこれに匹敵する多軸制御可能なハンドリング装置に、所期の運動を手動操作式運動設定手段によって設定している間に、操作員が得る視覚フィードバックである。産業用ロボットの所期の目標位置もしくは目標運動とその都度の実際位置もしくは実際運動との間の偏移は、操作員によって直感的に補償される。特に、操作員はあたかも人間レギュレータユニットのように、運動設定手段と産業用ロボットとをダイレクトに制御技術的カップリングすることによって働く。このような関連において特に重要なのは、操作員の運動設定もしくは操作アクションと産業用ロボットの実際の運動実施もしくは運動位置との間の時間的に過度に大きい非同期性が存在するときに、産業用ロボットが即座に、又は定義された程度に制限された比較的短いオーバーラン段階後に自動停止されるので、運動設定と運動実施とが大幅に相互にドリフトされているという間違えようのない絶対的なフィードバックもしくはインディシアが操作員に提示されることである。産業用ロボットの運動実施の停止はつまり、操作員によって一つには、先行するもしくは過度に速い運動設定に対応する間違えようのない標識もしくはインディシアとして認識することができ、もしくは潜在的に危険を招く状態が発生する前の、適時の安全遮断として理解することができる。操作員によるオンライン運動設定中に産業用ロボットの運動実行を自動遮断することは、クリティカルな状態を適時に防止するのに役立つ。制御システム側で産業用ロボットの運動実施を遮断するのに先立って、対応する指摘もしくは事前警告を操作員に発することにより、厄介もしくは不都合な遮断を低減し、もしくは多くの場合には回避することができると有利である。特にこのような警告によって、もしくはこのような適宜の信号の形の予告によって、操作員は状況によってはなおも適宜に反応して、例えば操作アクションもしくは運動設定を低速にし、又はその他の適宜の形で適合させることにより、遮断を未然に防ぐことができる。さらに、これにより操作過程及び運動経過全体を時間的に最適化することが操作員にとって著しく容易になる。これによりオンライン運動設定中の多大な時間のかかる遮断もしくは他の面で不都合な遮断を効率的に、且つ危険潜在性を高めることなしに回避もしくはコントロールすることができる。これにより、産業用ロボットの運動又はシーケンスをプログラミング又は設定する前記の方法を著しく受け入れ易くすることができる。特にこれにより、運動設定と運動変換とができる限り同期的に行われる、すなわち運動変換ができる限り直接にもしくは遅延なしに行われるという利点が活用されており、しかも操作員の混乱及び極端な対抗反応に基づく安全技術的な問題が生じることはない。
【００１３】
さらに、請求項２から４までのいずれか１項に記載の手段が有利である。それというのも、これにより独立して又は組み合わせて管理可能もしくは評価可能な種々の基準が用意されるからである。これらの基準は、潜在的に危険をもたらす状態を回避するために監視することができる。特に、産業用ロボットもしくはそのＴＣＰの軌道速度及び角度変化速度、並びに運動設定に対するその都度の偏移を監視すること、そしてそれぞれの限界値を超えると運動実施を停止し、もしくはそれぞれの限界値に達する前に、限界値に接近していることを明確且つ明示的に信号指摘することが有利である。これにより、操作員の混乱及び極端な対抗反応を回避する、もしくはほぼ排除することができる。これにより前記方法で達成し得る、人及び物の損傷に対する安全性を高めることができ、それと同時に、前記方法もしくはシステムをより受け入れ易くすることができる。
【００１４】
請求項５に記載の更なる手段も有利である。それというのも、これにより操作員が上限値の超過規模に関する、且つ／又は上限値の近くであることに関する明確な指摘を得るからである。特に警告信号の強度に応じて、もしくは色又は色変化に応じて、或いは周波数に応じて、これらの限界値超過がどのくらい大きかったか、もしくは限界値超過にどのくらい近づいているが、ひいては運動実施遮断にどのくらい近づいているかを操作員が明確に認識することができる。とりわけ、差し迫った運動遮断及び技術的設備の典型的には厄介な停止と関連して、遮断時点もしくは停止時点にその都度近づいていることを信号指摘することは、特に現実的に有利である。
【００１５】
請求項６に記載の更なる手段も有利である。それというのもこれにより、用いられる信号指摘形式に応じて、操作員側の注意をできる限り最適にもしくは信頼性高く喚起することができるからである。特に、その都度の周囲条件に応じた前記信号指摘形式のうちの少なくとも１つによって、それぞれの警告もしくは信号指摘を操作員に常に信頼性高く気づかせることができる。
【００１６】
請求項７に記載の更なる手段も有利である。それというのもこれにより、相応の信号指摘が作業員の比較的近くで、もしくは作業員のすぐ近くで行われ、ひいては相応の警告もしくは情報信号の見逃しをほぼ排除することができるからである。とりわけこれにより、操作員の場所的なフレキシビリティが高いにもかかわらず、手動操作式運動設定手段と関連して情報を信頼性高く伝達し、もしくは操作員側に信頼性高く知らせる。特に現在の周囲条件に応じて、警告信号の適合された十分に高い特異性を達成することができる。
【００１７】
請求項８に記載の更なる手段も有利である。それというのもこれにより、早期もしくは事前の信号指摘又は警告もしくは遮断を回避することができ、これにより、不要の停止時間もしくは時間損失を低減することができるからである。またこれにより、産業用ロボットを案内するための前記方法をさらに一層受け入れ易くすることができる。特に、状況に応じた安全規則もしくは安全リスクを考えると、相応に適合させられた限界値形成、もしくは相応の限界値バリエーションは特に有利であり得る。
【００１８】
請求項９に記載の更なる手段も有利である。それというのもこれにより、運動実施の自動的な遮断後に利用者側の終了もしくは手動再開が強制的に必要になるからである。特にこれによりロボット運動の自動的な再開が排除され、ひいては潜在的な危険が最小化される。特にこれにより、産業用ロボットの運動又はシーケンスを設定又はプログラミングするための前記方法の安全性がさらに高められる。
【００１９】
さらに請求項１０に有利な手段が提供されている。これにより、産業用ロボットもしくはその可動部分の最大限許される変位速度に関する安全技術的に許容し得る上限値が維持される。産業用ロボットによって実施される運動、もしくは、手動操作式運動設定手段による運動設定から導出される、産業用ロボットによって変換されるべき軌道曲線はできる限り正確に追従されるので、産業用ロボットによる正確な運動変換が補償される。
【００２０】
産業用ロボットの調整運動の許容し得る最大速度を維持するための更なる有利な可能性が請求項１１に特徴づけられている。ここでは、産業用ロボットは、その瞬時位置から出発してできる限り急速に、その都度の実際の運動設定に相応して目標位置に動かされる。運動設定における或る特定の曲線軌道は、可能であるならば短縮され、もしくは制御システムによって、できる限り急速に目標位置に到達できるという観点で最適化された運動軌道が検出される。特にこれにより、できる限り急速な目標到達が保証される。
【００２１】
さらに、請求項１２に記載された手段も有利である。ここでは産業用ロボットは、速度限界に達するまで、準固定的にカップリングされ、もしくは直接に運動カップリングされた状態で運動設定に追従する。操作アクションの速度が最大限到達し得る速度もしくは許容速度を超えるやいなや、産業用ロボットは最大限許される速度で、その都度有効な操作運動方向に追従する。つまりもはや固定的もしくはダイレクトに運動カップリングされてはおらず、相応のスリップもしくは遅滞を伴う。次いで操作運動方向が逆転されると、産業用ロボットは瞬時にその運動方向を有利に変える。これにより、操作アクションに対する最大限急速な反応が達成され、もしくは、操作員が現存の操作限界を超えて過度に速くもしくは過度に大きく操作したときには、産業用ロボット側では固定的な追従は行われない。
【００２２】
さらに、請求項１３に記載された手段も有利である。それというのはこれにより運動設定に対する追従が、産業用ロボットの位置偏移を最小限しか伴わずに、位置限界に沿って、もしくは現存の位置限界の近傍で達成されるからである。
【００２３】
請求項１４に記載された手段も有利である。それというのはこれにより手動操作式運動設定手段があたかもスライド・レギュレータのように機能するからである。スライド・レギュレータは、産業用ロボットもしくはその調整アーム、又は産業用ロボットのその他の構成部分を、定義された軸を中心として回転させる。特にこれにより、手動操作式運動設定手段の並進運動が産業用ロボットの回転運動に変換される。これにより鋭敏な運動設定が可能になる。
【００２４】
請求項１５もしくは１６に記載された手段も有利である。それというのはこれにより、手動操作式運動設定手段によって一種の「ねじ回し」機能が果たされるからである。好ましくは細長い、例えばピン状の運動設定手段に基づいて、産業用ロボットもしくはその調整アーム、又は産業用ロボットのその他の構成部分の線運動が実施される。このようなジェスチャによって、とりわけ運動過程もしくは位置決め過程を開始することができる。これらの過程は高い精度を必要とし、もしくは産業用ロボットの運動速度の低減を必要とし、これに相応してこれらを導入する。特にこれらの方法手段によって、もしくは手動操作式運動設定手段を用いたこのようなジェスチャ・シーケンスによって、通常の運動速度での普通の位置決めと、運動速度が低減されて位置決め精度が高められた微細な位置決めとの間で急速且つ容易に切り換えを行うことができる。
【００２５】
本発明をよりよく理解するために、下記図面に基づいて本発明を詳述する。
【００２６】
図面はそれぞれ著しく単純化された概略図である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、産業用ロボットのための制御システムの実施例であって、産業用ロボットのための制御指令を生成するために手動操作式運動設定手段が使用されるものを示す図である。
【図２】図２は、図１に示された制御システムにおけるシーケンス及び条件を示す模範的なシーケンス・ダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
初めに念のため述べておくが、種々異なるものとして記載される実施態様において、同一部分には同一参照符号もしくは同一構成部分符号を付す。説明全体に含まれる開示内容は、同一参照符号もしくは同一構成部分符号を有する同一部分に、意味に即して転用することができる。また、説明において選択された位置の記述、例えば上、下、側方などは、直接に説明され図示された図面に関するものであり、そして位置が変化したときには、新しい位置に意味に即して転用することができる。さらに、図示され説明された種々異なる実施態様の個々の特徴又は特徴の組み合わせも、それ自体独立した、本発明の、又は本発明による解決手段であり得る。
【００２９】
図１には、制御システム１が概略的及び例示的に示されている。この制御システムによって、産業用ロボット２の運動又はシーケンスのプログラミング又は設定が可能になる。このような産業用ロボット２は、従来技術において知られている多軸式マニピュレータ・ユニット、又はその他のハンドリング・ユニットによって形成されていてよい。このユニットによって、技術プロセス、例えばワークピースのための溶接又は塗装プロセスを自動的又は部分自動的に実施することができる。
【００３０】
制御システム１内部の少なくとも１つの産業用ロボット２には、少なくとも１つの一体型及び／又は外部の制御装置３，３’，３’’が対応配置されている。制御システム１は、従来技術において知られている任意の電気工学的な制御装置３，３’，３’’によって形成することができる。技術的な必要に応じて、中央及び／又は分散制御アーキテクチャが使用されていてよい。特に、複数の一体型及び／又は外部の制御装置３，３’，３’’が協働することによって、分配型制御システム１を構成することにより、多軸式産業用ロボット２のためのそれぞれの制御シーケンスを保証することができる。
【００３１】
有利な一例としての実施態様によれば、制御システム１内では、可動の、特にポータブルの制御装置３’が実行されているかもしくは実行可能である。このような移動可能もしくはポータブルな制御装置３’は制御システム１内の制御作業の少なくとも一部を引き受けることができ、もしくは必要な場合には、ポータブルの制御装置３’を制御システム１内に組み込むことにより、産業用ロボット２の制御シーケンスに作用を及ぼし、且つ／又は制御シーケンスを監視することができる。このような可動の制御装置３’は一般に、従来技術において数多くの構成が知られているような、可動の、特にポータブルのハンディターミナル４内に配置されている。制御システム１は永久的に組み込まれた少なくとも１つのハンディターミナル４、及び／又は、必要に応じて組み込むことができ、そして必要時に制御システム１から取り外すことができる少なくとも１つの可動のハンディターミナル４を含むこともできる。
【００３２】
このような可動のハンディターミナル４は、数多くの入力エレメント及び出力エレメントを有することにより、制御システム１内の制御シーケンスを観察及び／又は変更することができる。このような入力及び出力エレメントは周知の形で少なくとも１つのディスプレイ５によって、好ましくはタッチスクリーンの形で、そして少なくとも１つの操作エレメント６，６’によって形成されている。少なくとも１つの操作エレメント６，６’を多軸式操作エレメントによって、特にジョイスティック、ジョグ・ホイール及び／又はコンベンショナルなスイッチ及びボタンエレメントによって形成することによって、制御シーケンスに作用を及ぼし、特に制御パラメータを変更することができる。
【００３３】
可動のハンディターミナル４は産業用ロボット２に対してあたかもマン・マシンインターフェイス（ＨＭＩ）のように機能するため、可動のハンディターミナル４に設けられた少なくとも１つの操作エレメント６，６’がソフトウェア・ベースの、メニュー案内される、操作員との相互作用のためにも設けられている。
【００３４】
可動のハンディターミナル４は、産業用ロボット２の潜在的に安全上クリティカルな運動又はシーケンスに操作員側で作用を及ぼし、もしくはこれをコントロールするために、周知の形式で少なくとも１つの安全スイッチ装置７を有している。潜在的に安全上クリティカルな運動又はシーケンスとは、特に、人、装置、又は物体に対して潜在的な危険を及ぼし得る変位運動、状態変化、又はプロセス作動を意味する。特に、安全スイッチ装置７によって、人に危害を加える観点、及び／又は物を損傷する観点における危険潜在性を最小限に抑えようとする。この危険潜在性は、産業用ロボット２自体、周囲の技術的装置、並びに加工しようとするプロセス又はワークピースに関連する。産業用ロボット２とはここでは、所定の自動化潜在能力を有する同等の技術的機械又は機械装置をも意味する。
【００３５】
可動のハンディターミナル４に設けられた安全スイッチ装置７は、図１に概略的に示されているように、少なくとも１つの承諾ボタン８、及び場合によっては緊急遮断スイッチ装置９を有している。相応の作動状態をフェイルセーフに、できる限り信頼性高く評価するための安全技術が、可動のハンディターミナル４内で少なくとも部分的に実行されている。このために、できる限りフェイルセーフの、特に多重回路型の評価装置がハンディターミナル４内に配置されている。好ましくは、安全スイッチ装置７のための、もしくはハンディターミナル４もしくは制御システム１内の少なくとも１つの承諾ボタン８のための安全技術的に試験済みの評価ソフトウェアも実行される。
【００３６】
可動のハンディターミナル４によって、産業用ロボット２の運転状態又はシーケンスを広範囲に変更し且つ／又は観察することが可能になる。このために、ハンディターミナル４のディスプレイ５、及び少なくとも１つの操作エレメント６，６’は、相応の権限を有する操作員によって使用される。可動の、特にポータブルなハンディターミナル４は操作員の一方の手によって、そのディスプレイもしくはその操作エレメント６，６’を観察し得るように保持されると有利である。しかしながら、所定のアクション又は状況において、操作員の身体にハンディターミナル４を装着する、特に差し込むこと、又は操作員の身体もしくは衣服に設けられた保持具を用いて固定することもできるので、ハンディターミナル４を手によって保持しなくてもよくなる。このために、操作員の胴周り域、又は首周りに案内された保持ストラップ又は支持ベルトを使用してもよい。
【００３７】
有利には、ハンディターミナル４のハウジングは、ハウジング区分又はグリップ・エレメントを有するように構成されている。このハウジング区分又はグリップ・エレメントは、片手だけでハンディターミナル４を申し分なく保持すると同時に、同じ手もしくはその手の指で、変位運動又はシーケンス変更に同意する信号指摘を必要に応じて送るために、少なくとも１つの承諾ボタン８を作動させることを可能にする。対応するハウジング区分又はグリップ・エレメントは、操作員の手を下方に垂らしたときに確実に保持すること、そして必要に応じて安全スイッチ装置７を作動させることが可能になるように構成されている。入力エレメント及び出力エレメント、特にディスプレイ５及び操作エレメント６，６’を絶え間なく見ることは、とりわけ前記操作概念と関連して、どうしても必要というわけではない。
【００３８】
つまり安全スイッチ装置７、特に高められた機能安全性もしくはフェイルセーフ性がその根底を成す少なくとも１つの承諾ボタン８は、操作員の片手だけでハンディターミナル４を快適に保持することができ、同じ手又はその手の少なくとも１本の指で、必要に応じて安全スイッチ装置７、特に、少なくとも１つの承諾ボタン８を作動させ得るように、可動のハンディターミナル４に位置決めされていると有利である。
【００３９】
産業用ロボット２の運動又はシーケンスのプログラム又は設定と関連する、特徴づけられたアプローチによれば、このような可動のハンディターミナル４の代わりに又はこれに加えて、手動操作式運動設定手段１０が設けられている。高い機能密度もしくは機能多様性を有する可動のハンディターミナル４は、制御システム１内のそれぞれの制御シーケンスのための第１の、もしくは比較的高度化された操作・観察装置である。これに対して、代わりに使用可能な、またはハンディターミナル４と組み合わせて使用可能な運動設定手段１０は、代わりの独立した操作部分、又は付加モジュールもしくは拡張成分と呼ぶことができる。いずれの場合にも、空間内で自由に運動可能な手動操作式運動設定手段１０によって、産業用ロボット２の運動シーケンスの設定又はプログラミングが著しく容易になる。従って運動設定手段１０は二次的もしくは付加的な操作部分として、又は独立した操作部分として構成されていてよい。このような操作部分は可動のハンディターミナル４とは独立して使用可能である。とりわけ後者の場合、手動操作式運動設定手段１０は少なくとも１つの安全スイッチ装置７’、特に少なくとも１つの承諾ボタン８’を有している。承諾ボタン８’は、潜在的に危険を及ぼす運動又はシーケンス変更を実施することを同意する操作員側の信号指摘のために設けられている。
【００４０】
手動操作式運動設定手段１０をできる限り軽量でコンパクトに構成し、例えばピン状又はピストル状に形成することにより、産業用ロボット２に対する直感的でできる限り好都合な運動設定を達成する。操作員と制御システム１との相互作用のために、運動設定手段１０は、種々の入力エレメント及び出力エレメント、例えばボタン、スイッチ、発光ダイオード、又は小型ディスプレイを有することができる。
【００４１】
重要なのは、操作員によって手で操作されるようになっている運動設定手段１０により、産業用ロボット２を運動制御又はシーケンス・プログラミングするためのデータの少なくとも１つが生成されることである。このために、操作員は運動設定手段１０を用いて、いわば目標運動及び／又は目標位置もしくは目標方向を設定する。目標運動及び／又は目標位置もしくは目標方向は、制御されるべきもしくは操作されるべき産業用ロボット２が設定に基づく運動を行うか又は目標位置を占め、もしくは、設定に基づく変更がそれぞれの技術的シーケンスもしくはプロセスシーケンスにおいて実現されるように、制御システム１によって変換される。手動操作式運動設定手段１０は一体型センサシステム１１を有しており、もしくは手動操作式運動設定手段１０には外部センサシステム１２が対応配置されており、これらのセンサシステムを介して、空間内の手動操作式運動設定手段１０の方向及び／又は位置が検出もしくは評価される。一体型及び／又は外部センサシステム１１，１２の情報もしくはデータはこの場合、産業用ロボット２の運動制御又はシーケンス・プログラミングのために使用されもしくは必要とされるデータもしくは制御命令の少なくとも一部である。
【００４２】
運動設定手段１０は、可能な実施形態に対応して専ら一体型センサシステム１１を含むことができ、ひいてはあたかもアクティブな運動設定手段１０のように機能することができる。或いは、運動設定手段１０は、パッシブに構成されていてもよい。この場合には外部センサシステム１２を介して、相応の方向データ及び／又は位置データが検出され、もしくはその時間的変化が記録される。もちろん、一体型センサシステム１１と外部センサシステム１２とから成る組み合わせも可能であり、これにより、例えば三次元空間に対する運動設定手段１０の方向データもしくは位置データを特に信頼性高くもしくは高精度に検出する。センサシステム１１，１２という概念は、本来のセンサ検知手段の他に、相応の評価手段、特に電子処理・評価装置をも意味する。電子処理・評価装置は、センサ検知された信号もしくは情報を、制御システム１の制御成分によって利用可能もしくはさらに処理可能なデータもしくはインターフェイス・プロトコル内に移す。
【００４３】
それぞれのセンサシステム１１，１２を従来技術において知られている任意の検知・評価手段によって形成することにより、空間内の物体の方向及び／又は位置をデータ技術的もしくは制御技術的に検出し、もしくは突き止めることができる。特にこのためにはいわゆる慣性センサシステムが設けられていてよい。慣性センサは有利には、運動設定手段１０内に一体化されたセンサシステム１１を定義する。慣性検出器と、磁界センサと、加速度測定素子とから成るこれらの慣性センサによって、方向もしくは位置データ及びこれらの変化をコンピュータ支援された状態で検出することができる。しかしセンサシステム１１，１２は、従来技術において知られている、所定のランタイムを有する伝達信号のための三角測量法によって、又はビデオカメラの補助による光学画像データ検知によって、又はその他の位置検知システム、例えばＧＰＳ又は局所的位置検知システムによって形成されていてもよい。重要なのは、それぞれ形成されたセンサシステム１１もしくは１２が、手動操作式運動設定手段１０の方向及び／又は位置を十分に正確且つ信頼性高く検出するのを可能にすることである。
【００４４】
ここで重要なのは、手動操作式運動設定手段１０による設定に基づく制御命令が、産業用ロボット２によって実質的に遅延なしに、対応する運動又はシーケンス変更に変換されることである。操作員側の運動設定を産業用ロボット２によって変換するための前提条件の１つは、操作員によって設定された運動又はシーケンス変更が、産業用ロボット２の予め定義された技術的制限、例えば、構造又は周囲に起因する、位置又は方向の達成可能性、又は技術的に達成可能な、又は安全技術的に許容し得る、産業用ロボット２の軸又は調整エレメントの最大速度を考えて技術的に実施可能であることである。
【００４５】
重要なのはさらに、図２と関連させれば最もよく判るように、設定に基づいて実施されるべき運動又はシーケンス変更から、すなわち手動操作式運動設定手段１０による運動設定から、運動特性値３０を検出してこれを上限値Ｘoと比較することである。このような関連において有意義なのはさらに、上限値Ｘoを超えると、制御システム１によって停止指令１３が出され、もしくはいわば生成されることによって、産業用ロボット２の運動又はシーケンス変更が即座に、又は定義された程度に制限された比較的短いオーバーラン段階後に停止されることである。実際に実施された、もしくは設定に基づいて変換された、産業用ロボット２の運動又はシーケンス変更を、操作員の更なるもしくは継続する運動設定とは無関係に即座に、又は定義された程度に制限された比較的に短いオーバーラン段階後に停止するこのような停止指令の代わりに、又はこれと組み合わせて、図２のシーケンス・ダイヤグラムに概略的に示されているように、運動特性値３０が上限値Ｘoに定義された程度に接近すると、又は上限値Ｘoよりも低い下限値Ｘuを超えると、上限値Ｘoの近くであること又は該上限値Ｘoに接近していることを、警告信号１４を発することによって、操作員に指摘することは特に有利である。
【００４６】
制御システム１によって種々の運動特性値を利用することができる。これらの運動特性値を、対応する上限値Ｘo及び／又は下限値Ｘuと比較することにより、何らかの限界値超過を突き止めることができ、次いで対応するアクションを導入すること、特に運動実施終了を導入することができ、もしくは、産業用ロボット２の運動実施が自動停止される前に事前警告信号１４を発する。安全上クリティカルなもしくは他の面で不都合なシステム状態を回避するために、制御システム１側で利用もしくは評価される当該運動特性値３０は、とりわけ産業用ロボット２の所定区分と固定的にカップリングされた要素、例えば産業用ロボット２に設けられたグリッパ又は工具の軌道速度又は変位速度の設定に基づく目標値もしくは実際値である。上限値Ｘoに関して且つ／又は下限値Ｘuに関して制御システム１の側で有利に監視するべき更なる当該運動特性値は、産業用ロボット２の軸、又は所定の軸に対する産業用ロボット２の調整エレメントの角速度によって定義されていてもよい。しかし、検出するべき、もしくは値に基づいて監視するべき運動特性値３０は、設定に基づいて実施されることになる運動と、産業用ロボット２の技術的に可能な運動及び／又はセンサ検知された運動の実際状態との瞬時偏移の規模によって定義されていてもよい。前記定義された運動特性値３０はその都度単独で、且つ／又は組み合わせで検出し、そして対応する限界値ＸuもしくはＸoと制御技術的に比較することができる。
【００４７】
１つの有利な実施態様によれば、下限値Ｘu及び／又は上限値Ｘoを超える程度に応じて、操作員によって認知可能な警告信号１４の特性が変えられる。特に、例えば音響的、光学的、又は触覚的な信号によって形成されていてよい警告信号１４の強度、色又は周波数を変えることによって、上限値Ｘu、特に遮断限界値に近づいたことを操作員のために明らかにすることができる。特に、下限値（Ｘu）の超過が、音響的、光学的、又は触覚的、特に振動によって信号指摘されると、操作員は、産業用ロボット２のための目標運動に対する注意が高まっているにもかかわらず、制御システム１の応答にも気づき、もしくはこの応答にも相応に気を配ることができる。警告信号１４が少なくとも手動操作式運動設定手段１０で発せられると、下限値Ｘu及び／又は上限値Ｘoの超過に相応の注意を向けさせ、もしくはこれを認識可能にすることができる。このような手動操作式運動設定手段１０は通常、操作員の近傍に位置することができ、ひいては差し迫った又は既存の限界値超過を操作員に適時もしくは早期に指摘することができる。警告信号１４は、産業用ロボット２のグリッパの領域内に配置された光学的信号手段によって、例えば多色光によって信頼性高くもしくは適時に認知することもできる。このような関連においては、差し迫った限界値超過の信号指摘が特に有意義である。それというのも、既存の限界値超過はいずれにしても産業用ロボット２の直接の静止状態によって間違いようもなく明らかに信号指摘されるからである。
【００４８】
１つの有利な実施態様によれば、下限値Ｘu及び／又は上限値Ｘoは可変に決定され、そして技術システムの運転状態、操作状態、又は周囲条件に応じて、手動で変更され、且つ／又は自動的に適合させられる。これにより、要件もしくはシステム状態に応じて、適応的な限界値決定を行うことができる。本発明による方法の利用をさらに受け入れ易くすることによって、早期警告もしくは遮断を効果的に回避することができる。
【００４９】
安全技術的に見て、
上限値（Ｘo）の超過に基づいて制御側で自動的に産業用ロボット２の運動又はシーケンス変更が停止された後、定義された操作エレメントを操作員によって作動させて初めて、運動又はシーケンス変更の続行が再び可能になることが好都合であることも判る。産業用ロボット２の驚くべき、もしくは予期せぬ反応をこれにより阻止することができる。
【００５０】
適切な安全性規定を維持するために、特に運動シーケンスのいわゆるティーチングが行われている間の産業用ロボット２による運動実施中に、速度制限を維持するために、制御システム１によって下記手段のうちの個別又は複数のものを導入することができる。一つには、産業用ロボット２の最大限許容し得る変位速度を維持するために、制御システム１は、手動操作式運動設定手段１０の運動設定が、速度制限された状態で追従されるようにする。速度制限を維持するために、制御システム１によって、手動操作式運動設定手段１０の運動設定に対して時間的に最も若い位置及び／又は方向が、速度制限された状態で制御されるようにすることも可能である。さらに、許容し得る又は技術的に実施可能な運動に対する速度制限を維持するために、制御システム１によって、手動操作式運動設定手段１０のその都度の時点において提示された運動設定方向へ、産業用ロボット２が速度制限された状態で運動させられるようにする。許容し得る又は技術的に実施可能な運動に対する位置又は座標の制限を維持するために、制御システム１によって、手動操作式運動設定手段１０による運動設定に対して幾何学的に最も近くに位置する許容し得る点への接近もしくは点の制御が引き起こされる。
【００５１】
有利なジェスチャもしくは運動設定によれば、手動操作式運動設定手段１０の並進による位置変化の結果として、産業用ロボット２の区分又はアームが、所定の空間軸を中心として回転させられる。すなわち、例えばピン状の運動設定手段１０の並進による変位運動は、対応する空間軸もしくはロボット軸を中心とした産業用ロボット２もしくはそのアームの回転を生じさせる。これに対応して、手動操作式運動設定手段１０が運動設定手段１０のハウジング軸もしくは長手方向軸を中心として回転する結果として、産業用ロボット２のエレメントが、定義された選択可能な空間軸に沿って並進運動させられるようになっていてよい。すなわち、運動設定手段１０が回転すると、これと制御技術的にカップリングされた産業用ロボット２に対して線運動が呼び起こされるのに対して、運動設定手段１０の並進による変位運動は、産業用ロボット２の回転運動を呼び起こす。このような手段によって、事実上のスライド・レギュレータもしくは事実上の回転レギュレータの操作アクションが産業用ロボット２の回転変位運動もしくは並進変位運動に変換される。これにより、例えば大まかな位置決めと微細な位置決めとの間の明確な系統的境界を直感的に論理的に区切ることができる。産業用ロボット２の所期の運動のための空間軸が、空間内のハウジング軸の位置によって、例えば手動操作式運動設定手段１０のハウジング長手方向軸によって決定されると有利である。
【００５２】
図２は、本発明による方法の実施に影響を及ぼすいくつかの関与する成分及び基準を著しく概略的に示している。
【００５３】
図２の左部分には、主として従来技術によるコンベンショナルな状況及び成分が示されている。操作員１５は運動設定手段１０によって所定の操作アクション１６を実施する。この操作アクションは産業用ロボット２の比例運動に変換されるようになっている。このために、産業用ロボット２の対応する軸もしくは調整アームが相応に制御もしくは作動される。いわば手動制御指令１７である運動設定手段１０の位置もしくは方向データが連続してコンピュータ変換１８によって運動設定１９に換算される。この運動設定１９には、産業用ロボット２ができる限り直接に、特にできる限り遅延なしに追従する。しかしながら操作員１５が操作アクション１６においてほとんど制限されず、もしくは手動操作式運動設定手段１０を比較的自由に取り扱うことができ、しかも比較的高い運動速度で作用することができるのに対して、産業用ロボット２によってできる限り直接に変換しようとする対応運動は、数多くの制限を受ける。産業用ロボット２の第１の制限は、いわゆるティーチ・プロセス中の安全技術的に許容し得る最大速度にある。産業用ロボット２の別の制限は、技術的に実現可能な速度、すなわち特定の駆動装置もしくは調整アームの最大変位速度にある。別の制限は、産業用ロボット２が、設定された運動学特性もしくは構造に基づいて、又は出力限界に基づいて到達できる、所定の位置及び軌道への到達可能性によって定義されていてよい。
【００５４】
操作員１５は、手動操作式運動設定手段１０による作業中に、少なくとも産業用ロボット２のほとんどの部分又は区分に対して、特に工具中心点（ツールセンターポイント：ＴＣＰ）に対して、もしくは使用される工具に対して、並びにワークピース、及び産業用ロボット２の作業領域又は周囲領域のほとんどの区分に対して、理想的には自由なもしくは良好な視界を有している。従って操作過程中、操作員１５は常に、実際状態に関する、特に産業用ロボット２の実際運動状態に関する視覚フィードバック２０を得、ひいては突き止められた運動状態と所期運動状態との間の場合によって生じる偏移を、運動設定手段１０を用いた適合された操作アクション１６によって直感的且つ直接に補償することができる。このようなアプローチは、コンピュータ・マウスによるカーソル制御に似ており、通常は複数のステップで行われる。その際には大まかな位置決めを先ず行い、本来の目標点に対する偏移を視覚的に認知し、次いで１ステップ又は複数の反復修正ステップにおいて微細な位置決めを行う。しかしながら、無質量のマウス・ポインタとは異なり、運動設定に直接にカップリングされた、産業用ロボット２の運動には、既述の技術的且つ／又は安全技術的な限界もしくは制限が課せられているので、直接のもしくは固定的なこのような接続、特に操作員１５の操作アクション１６とロボット運動との制御技術的カップリングは断絶する可能性があり、これにより、産業用ロボット２に加えられた操作員１５の直感的な作用は多かれ少なかれ強く損なわれる。しかし、産業用ロボット２の実際運動状態と産業用ロボット２の目標運動状態との偏移とは全く異なり、事実上の固定的カップリングの断絶は直接に視覚的に認知されず、その程度が比較的高くなってから初めて操作員１５によってコントロール損失として認識される。このことは、操作員１５の著しい混乱、及び極端な操作アクションをもたらし得る。例えば、これにより操作員１５は、産業用ロボット２のコントロールを再び獲得しようと試みることがあり、潜在的に危険な運動状態をもたらすおそれがある。いずれの場合、操作員１５の操作アクション１６がある程度先行すること、もしくは産業用ロボット２の運動実施が著しく遅延することは、操作員１５を著しく不安にさせ、ひいては通常の場合、満足できない状態、場合によっては安全上クリティカルな状態を招く。
【００５５】
直接に運動設定手段１０から得られた、もしくは算出された制御指令１７はいわば生データであり、例えば運動設定手段１０の実際の位置及び／又は方向に関するデータであってよい。しかし、これは一体型センサシステム１１、特に一体型慣性センサシステムの直接の加速度データであってもよい。加速度データは、制御装置３，３’，３’’（図１）のうちの１つの装置内で初めて、相応の位置・方向データに換算される。このような生データはいずれの場合にも、産業用ロボット２の制御装置３；３’のための直接的な入力データである。
【００５６】
制御指令１７の運動設定１９への変換１８は、運動設定手段１０の生データを、ロボット運動の目標データもしくは軌道データに変換する。最も単純な事例では、いわゆる「ダイレクト連行」もしくはダイレクト・カップリング型の産業用ロボット２の案内は、運動設定手段１０の位置・方向データに一定のオフセットを加えたものにすぎない。それというのも、産業用ロボット２を運動設定手段１０の位置に接近させようとするではなく、運動設定手段１０の運動に対して平行に、一定のベクトル・オフセットとともに動かそうとするものであるからである。このような変換１８は、付加的にスケーリングを含むこともできる。このスケーリングにより、広範囲のロボット運動を、スペース節約的な操作アクションによって変換することができる。この場合、スケーリングファクタの値は１よりも大きい。逆に、このスケーリングファクタによって、極めて微細な位置決め作業を良好に行うこともできる。この場合、スケーリングファクタの値は１よりも小さい。とりわけ最初の事例では、許容し得る加速度又は許容し得る速度に対する１つ又は２つ以上の限界を超え、その後産業用ロボット２がもはや直接に、もしくはもはや遅延なしに操作アクションにカップリングすることができなくなるようなロボット運動を操作員１５が設定する事態が特に容易に発生し得る。変換１８は、所定の座標及び軸のマスキングを含むことができるので、例えば所定の座標に沿った、又は所定の軸を中心として運動設定手段１０の運動だけが利用され、それぞれの他の運動成分は無視される。
【００５７】
しかしまた、運動設定手段１０の所定の運動を産業用ロボット２のための完全に他の運動形式に変えること、例えば運動設定手段１０のねじ回し運動を、運動設定手段１０の長手方向軸の方向の、むしろ産業用ロボット２の鋭敏なもしくは低速の並進運動に変えることも、変換１８の経過中に行うことができる。このような変換１８の経過中には軌道データを平滑化することによって、例えば操作員１５の振動運動をフィルタリングにより排除し、或いは支持点の数を低減するか、又は逆に追加点を補間することもできる。変換１８から生じた運動設定１９は、操作員１５によって意図されたロボット運動を既述するデータ、例えば一連の位置・方向データである。運動設定１９は、互いに入れ子式に形成された制御成分から成る、図２において制御コア２１と称されるシステムによって、産業用ロボット２のアクチュエータを制御するための相応の電気エネルギー流に変換される。電気エネルギー流は最終的に産業用ロボット２の運動をもたらす。複数のセンサを介して、産業用ロボット２の実際の運動状態は連続して検出され、制御装置もしくは制御コア２１にセンサ・フィードバック２２として供給され、所期運動状態に対する偏移を修正するために利用される。
【００５８】
制御コア２１のいくつかの典型的な成分は、図２において相応のブロック内に挙げられている。しかしこれらの成分は全部が必要というわけではなく、また完全なものでもない。制御コア２１は原則的には、従来技術に基づくそれぞれの任意のロボット制御に対応している。制御コア２１は典型的には軌道計画２３のための成分を含んでいる。この軌道計画は、平滑化及び支持点補間、速度設定及び速度試験の仕事を引き受け、又は所定の軌道最適化を行う。連続的な衝突試験２４のための１つ又は２つ以上の成分を設けることによって、所定の隣接する装置及び構造部分との差し迫った衝突、又はロボット構造自体との差し迫った衝突をも適時に認識して阻止することができる。また例えば軌道データ、特に産業用ロボット２のエンドエフェクタのための位置・方向データを、屈曲アームロボットの複数のヒンジの相応の角度データに換算する。このような角度データは次いでその都度、対応配置された軸レギュレータ２５によってさらに処理され、最終的に駆動装置レギュレータ２６によって相応の出力信号に変換される。制御コア２１の種々の上記成分は構造的に組み合わされていてよく、又は通常はそうであるように個別に分配されていてもよい。
【００５９】
重要なのは、制御コア２１が運動設定１９を、技術的構造、周囲、安全技術的設定、並びに何らかの他の制約によって与えられた所定の制限内もしくは限界内でだけ、産業用ロボット２の実際に許容し得る制御可能な運動２７に変換することができること、もしくは、制御コア２１が相応の限界を維持するのに役立つことである。従って、所定のロボット部分の個々の軸及び駆動装置の加速度及び速度における安全技術的又は出力に起因する制限によって、並びに到達可能な位置に関する限界によって、又は衝突が差し迫った結果として、運動設定１９と実際に変換された制御可能な運動２７との間には、時間的遅延又は軌道偏移が生じることがある。
【００６０】
図２の右部分には、本発明による方法の変換のための種々の成分、作用量、及び依存関係が示されている。このような手段の核は、手動操作式運動設定手段１０の運動設定１９からの運動データを分析もしくは評価する（２８）ことによって、且つ／又は、制御可能な運動もしくは運動設定２７，２７’の運動データ、特に制御コア２１の出発データを評価すること（２８）によって、且つ／又はセンサ検知された運動２９の運動データを分析もしくは評価する（２８）ことによって定義されている。このような少なくとも１つの分析もしくは評価２８から、最終的に運動特性値３０が検出される。運動特性値３０は、事実上の固定的カップリングの断絶に対して存在する限界を瞬時に評価するための尺度、又はこのようなカップリングの断絶が始まるまでの近さの尺度である。
【００６１】
検出された運動特性値３０には第１の限界値試験３１を施し、上限値を超えると、産業用ロボット２を遅滞なく停止させる。特に、この場合には、制御システム１によって、もしくは制御システム１内で実行される制御装置３，３’，３’’（図１）によって、停止信号１３が生成され、相応に変換される。このことは、制御装置３，３’，３’’もしくは制御コア２１に対する承諾信号もしくは解放信号を取り消すことにより行うことができ、或いは、産業用ロボット２の駆動エネルギーを直接に遮断することにより行うこともできる。
【００６２】
このような運動特性値３０は、産業用ロボット２の工具受容部における軌道速度のように、安全技術的に監視されるべき運動特性によって定義されていてもよい。遮断手段は、特定の安全エレメントとして構成されていてよい。図２の右側の破線で取り囲んだブロック内のエレメントは、特に安全な技術で実施される独立した安全制御部３２として形成されていてよい。特に、このような安全制御部３２は多重回路型に、そして技術的に多様に構成されていてよい。
【００６３】
特に有利な別の手段によれば、運動特性値３０には別のもしくは第２の限界値試験３３が施される。制御システム１によるこのような別のもしくは第２の限界値試験３３の経過中、上限値Ｘoよりも低い下限値Ｘuを超えたことが突き止められると、制御システム１によって操作員１５に警告信号１４が発せられる。このような警告信号１４は、視覚フィードバック２０が操作アクション１６と、産業用ロボット２によって変換された運動との間の相応に際立った明らかな不一致が認識可能になる前に、コントロールもしくは同期性の損失が差し迫っていることに関する付加的なフィードバックを操作員１５に早期に供給する。つまりこのような警告信号１４によって、操作員１５は早期もしくはできる限り適時に、その操作アクション１６の速度を低速にすることにより、ダイレクトの、もしくは遅延なしの制御技術的カップリングを得るようになる。
【００６４】
なお念のため述べておくが、より多くの異なる運動特性値３０を検出し、そしてそれぞれ対応する上限値Ｘo及び／又は下限値Ｘuと比較することももちろんできる。それぞれの比較の結果を次いで論理的に結びつけることによって、産業用ロボット２の停止のため、もしくは操作員１５に対する前置された、特に有利な信号指摘のための相応の和信号を得ることができる。
【００６５】
これらの実施態様は、制御システム１もしくは制御システム１を用いて行われる方法の可能な実施変更形を示す。ここでは、本発明は具体的に示された実施変更形に限定されることはなく、むしろ個々の実施変更形の種々の組み合わせが互いに可能であり、そしてこのような変更は、この技術分野で活動する当業者の能力範囲内で、本発明による技術的行為のための教示内容に基づいて可能であることに留意されたい。つまり、上記実施変更形の個々の詳細を組み合わせることにより可能になる、考えられ得る全体的な実施変更形も、権利範囲に含まれる。
【００６６】
規則上最後に述べておくが、例示した制御システム１の構造をより良く理解するために、制御システム１の構成部分は著しく単純化して概略的に示した。
【００６７】
独立した本発明の解決手段の根底を成す課題は、明細書から明らかである。
【００６８】
とりわけ、図１及び図２に示された実施態様における個々のものが、独立した本発明の解決手段の対象を形成することができる。これに関する本発明による課題及び手段は、これらの図面の詳細な説明から明らかである。
【符号の説明】
【００６９】
１    制御システム
２    産業用ロボット
３，３’，３’’    制御装置
４    ハンディターミナル
５    ディスプレイ
６，６’    操作エレメント
７，７’    安全スイッチ装置
８，８’    承諾ボタン
９    緊急遮断スイッチ装置
１０    運動設定手段
１１    センサシステム
１２    センサシステム
１３    停止指令
１４    警告信号
１５    操作員
１６    操作アクション
１７    制御指令
１８    変換
１９    運動設定
２０    視覚フィードバック
２１    制御コア
２２    センサ・フィードバック
２３    軌道計画
２４    衝突試験
２５    軸レギュレータ
２６    駆動装置レギュレータ
２７，２７’    制御可能な運動
２８    評価
２９    センサ検知された運動
３０    運動特性値
３１    限界値試験
３２    安全制御
３３    限界値試験
Ｘo    上限値
Ｘu    下限値
【図１】
0005894150.tif 000002
【図２】
0005894150.tif 000003