KR102786033B1 - 모니터링 장치, 산업 설비, 모니터링 방법, 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents
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Abstract
자동화된 생산 설비는 특히 상기 생산 설비가 인간들과 협업할 때 안전 모니터링이 필요하다. 본 발명은 취급 장치(2)의 안전 모니터링을 위한 모니터링 장치에 관한 것이며, 상기 취급 장치(2)는 안전 영역(5)을 갖는다. 취급 장치(2)는 안전한 작동 상태 및 작업 상태를 포함하며, 상기 작업 상태에서 취급 장치(2)는 취급 단계를 수행하도록 설계된다. 모니터링 장치는 제 1 센서 유닛(9), 제 2 센서 유닛(11) 및 평가 모듈(8)을 포함한다. 제 1 센서 유닛(9)은 안전 영역(5) 내로 물체의 진입을 검출하여 상기 진입을 제 1 센서 데이터로서 평가 모듈(8)에 제공하도록 설계된다. 평가 모듈(8)은, 안전 영역(5) 내로의 진입이 검출되었으면 즉시, 안전한 작동 상태를 취하도록 제 1 센서 데이터에 기초하여 취급 장치(2)를 제어하도록 설계된다. 제 2 센서 유닛(11)은 안전 영역(5)을 센서 방식으로 모니터링하고, 물체가 안전 영역(5) 내로 진입하면 물체에 대한 추가 데이터를 결정하여 이를 평가 모듈(8)에 제공하도록 설계된다. 평가 모듈(8)은 상기 추가 데이터에 기초하여 물체를 인간(3) 또는 비인간으로 분류하도록 설계되며, 평가 모듈(8)은 물체가 비인간으로 분류되었으면 작업 상태를 취하도록 추가 데이터에 기초하여 취급 장치(2)를 제어하도록 설계된다.
Description
본 발명은 취급 장치의 안전 모니터링을 위한 모니터링 장치에 관한 것이며, 상기 취급 장치는 안전 영역을 갖고, 상기 취급장치는 안전한 작동 상태 및 작업 상태를 가지며, 상기 취급 장치는 상기 작업 상태에서 취급 단계를 수행하도록 설계된다. 상기 모니터링 장치는 제 1 센서 유닛, 제 2 센서 유닛 및 평가 모듈을 포함하고, 상기 제 1 센서 유닛은 안전 영역 내로 물체의 진입을 검출하여 제 1 센서 데이터로서 평가 모듈에 제공하도록 설계되며, 상기 평가 모듈은 안전 영역 내로의 진입이 검출되었으면 즉시 안전한 작동 상태를 취하게 제 1 센서 데이터에 기초하여 취급 장치를 제어하도록 설계된다.
산업 응용 분야에서 인간과 로봇 시스템 사이의 안전한 협업을 위해서는 로봇 작업 공간에서 인간을 문제없이 그리고 에러없이 검출해야 한다. 인간이 로봇의 안전 관련 영역에 들어가면 즉시 로봇은 안전한 상태로 전환되어야 한다. 이를 위해, 각각의 응용 분야에 적합한 솔루션이 설계되어 안전상의 이유로 채택되는 경우가 많다. 이러한 솔루션은 종종 응용 및 그 환경 또는 그 환경 조건의 변경에 대해 영향을 받기 쉽다. 예를 들어, 이러한 솔루션 중 일부는 수평면에서만 환경을 스캔하는 한편, 다른 솔루션은 라이트 배리어에 의한 액세스 제어를 기반으로 한다. 에러가 발생하면 전문가가 이러한 솔루션을 수동으로 다시 설정하고 다시 스위치-온시켜야 한다.
아마도 가장 가까운 선행 기술을 형성하는 공보 DE 10 2010 063 214 A1은 취급 장치를 위한 안전 장치를 기술한다. 취급 장치는 예를 들어 산업용 로봇으로 설계된다. 안전 장치는 충돌 검출을 위한 제 1 센서 유닛을 포함하고, 상기 제 1 센서 유닛은 제 1 검출 영역을 갖는다. 또한, 안전 장치는 제 2 센서 유닛을 포함하고, 상기 제 2 센서 유닛은 제 2 검출 영역을 갖는다. 제 2 검출 영역은 취급 장치로부터 더 먼 영역을 검출한다. 충돌이 검출되면, 제어 장치가 취급 장치를 스위치-오프시킬 수 있다.
본 발명의 과제는 종래 기술에 비해 개선된 모니터링 장치, 산업 설비, 모니터링 방법 및 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것이다.
본 발명의 범위에서, 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 모니터링 장치, 청구항 제 12 항의 특징들을 갖는 모니터링 장치를 구비한 산업 설비, 청구항 제 13 항의 특징들을 갖는 방법, 및 청구항 제 14 항의 특징들을 갖는 컴퓨터 프로그램이 제안된다. 본 발명의 바람직한 및/또는 유리한 실시예들은 종속 청구항들, 다음 설명 및 첨부된 도면에 제시된다.
본 발명에 따르면, 취급 장치의 안전 모니터링을 위한 모니터링 장치가 제안된다. 모니터링 장치는 바람직하게는 예를 들어 무선 연결 또는 케이블 연결에 의해 취급 장치에 데이터 기술을 사용하여 연결된다.
취급 장치는 안전 영역을 갖는다. 특히, 취급 장치는 모니터링 영역에 배치되고, 상기 모니터링 영역은 예를 들어 공장 건물, 제조실 또는 생산 설비의 섹션에 의해 형성된다. 취급 장치는 특히 로봇을 포함하고 및/또는 로봇에 의해 형성된다. 취급 장치는 취급 물체의 생산, 가공, 이동 또는 측정을 위해 설계된다. 취급 장치는 안전한 작동 상태 및 작업 상태를 갖는다. 안전한 작동 상태는 바람직하게는 인간들에게 위험하지 않은 상태로 형성되고 및/또는 그러한 상태를 특징으로 한다. 예를 들어, 취급 장치는 안전한 작동 상태에서 정지되거나, 감속되거나 또는 위험하지 않은 상태로 된다. 작업 상태는 바람직하게는 취급 장치가 생산, 작업 또는 측정 단계를 수행하는 상태이다. 취급 장치는 작업 상태에서 취급 단계를 수행하도록 설계된다. 취급 단계는 예를 들어 취급 물체를 처리, 가공, 이동 또는 측정하는 단계이다. 예를 들어, 작업 상태는 움직이는 로봇을 특징으로 한다.
모니터링 장치는 제 1 센서 유닛을 포함한다. 특히, 모니터링 장치는 다수의 제 1 센서 유닛, 예를 들어 5개 초과의 제 1 센서 유닛, 특히 10개 초과의 제 1 센서 유닛을 포함할 수 있다. 제 1 센서 유닛은 특히 안전 영역 및/또는 모니터링 영역을 센서 방식으로 모니터링하도록 설계된다. 특히, 전체 안전 영역이 제 1 센서 유닛에 의해 모니터링된다. 제 1 센서 유닛은 안전 영역을 음향, 광학 또는 다른 센서 방식으로 모니터링하도록 설계될 수 있다.
제 1 센서 유닛은 안전 영역 내로 물체의 진입을 검출하고 이 진입을 센서 데이터로서 평가 모듈에 제공하도록 설계된다. 안전 영역 내로의 물체의 진입은 특히 이전에 거기에 없었고 및/또는 거기에 속하지 않은 물체가 안전 영역에서 나타나고 및/또는 검출되는 것을 의미한다. 예를 들어, 안전 영역은 외부 윤곽에 의해 둘러싸이고 및/또는 제한되고, 제 1 센서 유닛은 물체가 외부 윤곽을 가로질러 안전 영역 내로 진입할 때를 검출하고, 이러한 검출은 물체의 진입으로서 평가된다. 제 1 센서 데이터는 평가 모듈에 연속적으로 제공될 수 있고, 대안으로서 제 1 센서 데이터는 물체의 진입이 검출될 때만 평가 모듈에 제공된다.
모니터링 장치는 제 2 센서 유닛을 포함한다. 제 2 센서 유닛은 안전 영역을 모니터링하도록 설계된다. 특히, 제 2 센서 유닛은 안전 영역의 음향, 광학 및/또는 다른 센서 방식 모니터링을 위해 설계된다. 제 1 센서 유닛과 제 2 센서 유닛은 상이한 측정 원리에 기초하는 것이 바람직하다. 특히, 모니터링 장치는 다수의 제 2 센서 유닛을 포함할 수 있으며, 제 2 센서 유닛들은 동일한 측정 원리에 기초할 수 있거나 상이한 측정 원리에 기초할 수 있다. 제 2 센서 유닛은 특히 제 1 센서 유닛과 함께 공통 하우징 내에 배치될 수 있다. 제 2 센서 유닛은 물체가 안전 영역 내로 진입할 때 진입한 물체에 대한 추가 데이터를 결정하고 이를 평가 모듈에 제공하도록 설계된다. 이 경우, 제 2 센서 유닛은 진입한 물체가 있는 안전 영역의 부분 섹션만을 센서 방식으로 모니터링 및/또는 평가할 수 있다.
평가 모듈은 추가 데이터에 기초하여 물체를 인간 또는 비인간으로 분류하도록 설계된다. 이를 위해, 평가 모듈은 예를 들어 규칙 세트를 가지며, 평가 모듈은 상기 규칙 세트에 기초하여 진입한 물체를 인간 또는 비인간으로 분류할 수 있다. 규칙 세트는 예를 들어 제 2 센서 유닛에 의해 검출될 수 있는 인간의 특징적인 특성을 가질 수 있으며, 이러한 특징적인 특성에 기초하여 인간 또는 비인간으로의 할당이 이루어질 수 있다.
평가 모듈은 또한 추가 데이터에 기초하여 취급 장치를 제어하도록 설계된다. 특히, 물체가 비인간으로 분류되었다면, 취급 장치는 작업 상태를 취하기 위해 평가 모듈에 의해 제어된다. 또한, 평가 모듈은 물체가 인간으로 분류되었다면 안전한 작동 상태를 유지하기 위해 취급 장치를 제어하도록 설계될 수 있다.
취급 장치가 효과적으로 작동될 수 있게 하는 모니터링 장치를 제공하는 것이 본 발명의 고려 사항이다. 특히, 모니터링 장치의 목적은 다운 타임이 거의 없는 및/또는 특히 안전 영역에서 비인간에 의한 이동에 기초하여 다운 타임이 거의 없는 취급 장치의 작동을 가능하게 하는 것이다. 또한, 모니터링 장치는 취급 장치의 시동 및/또는 재시동을 위해 특별한 안전 책임자가 필요하지 않기 때문에 취급 장치의 저렴한 작동을 가능하게 한다.
제 1 센서 유닛은 물체의 위치를 결정하기 위한 센서를 포함하는 것이 특히 바람직하다. 위치는 특히 안전 영역에 진입한 물체의 절대 또는 상대 위치를 특징짓는 3 차원 또는 2 차원 공간에서의 좌표를 의미한다. 또한, 제 1 센서 유닛은 물체의 속도를 결정하도록 설계될 수 있다. 물체의 속도는 특히 예를 들어 물체가 취급 장치를 향해 이동하는지 또는 취급 장치로부터 멀어져서 안전 영역 밖으로 이동하는지에 관한 정보를 가진 물체의 방향 속도를 의미한다. 특히, 제 1 센서 유닛은 물체의 윤곽 및/또는 물체의 구조적 특징을 결정하도록 설계될 수 있다. 특히, 제 1 센서 유닛은 물체로부터 취급 장치까지의 거리를 결정하도록 설계될 수 있다. 이 실시예에서, 특히 제 1 센서 데이터는 물체의 위치, 물체의 속도, 물체의 윤곽 및/또는 물체와 취급 장치 사이의 거리를 포함한다.
선택적으로, 제 1 센서 유닛은 모니터링될 장면의 이미지 및 깊이 정보를 검출하거나 모니터링될 장면을 3차원으로 스캔하기 위해 하나의 3D 카메라 또는 상이한 기능 원리를 갖는 2개의 여분의(redundant) 3D 카메라를 포함한다. 예를 들어, 제 1 센서 유닛은 스테레오 카메라를 포함하고 및/또는 스테레오 카메라로 형성될 수 있다. 스테레오 카메라는 컬러 카메라로서 또는 흑백 카메라로서 설계될 수 있다. 스테레오 카메라는 RGB-D 카메라인 것이 특히 바람직하다. 특히, 스테레오 카메라는 안전 영역 내의 물체를 3 차원으로 스캔한다. 또한, 제 1 센서 유닛은 신속한 타임 오브 플라이트(time of flight) 카메라와 함께 스테레오 카메라에 의해 형성될 수 있고, 따라서 상이한 카메라 작동 원리로 인해 리던던시가 발생한다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 2 센서 유닛은 생체 신호를 결정하기 위한 센서를 포함한다. 이 경우, 제 2 센서 유닛은 예를 들어 인간의 호흡, 심장 박동 및/또는 체온을 검출하도록 설계된다. 이를 위해, 제 2 센서 유닛은 예를 들어 펄스 도플러 레이더 센서를 포함한다. 특히, 제 2 센서 유닛은 비금속 장애물을 통해서도 생체 신호를 검출하도록 설계될 수 있다. 선택적으로, 제 2 센서 유닛은 온도 프로파일 센서를 포함한다. 온도 프로파일 센서(예컨대, 열 화상 카메라)는 특히 물체의 온도 분포를 결정하도록 설계된다. 특히, 온도 프로파일 센서는 진입한 물체를 열 광학적으로 검출 및/또는 시각화하도록 설계된다. 이 실시예는 인간의 진입을 특히 확실하게 검출 및/또는 배제할 수 있는 모니터링 장치를 제공하는 것을 고려한 것이다. 진입한 인간이 고의로 멈춰 있어도, 특히 전형적인 호흡수로 특징지어지는 호홉과 같은 생체 기능은 억제될 수 없다.
제 1 센서 데이터는 제 1 검출 시간에 기초하고 추가 데이터는 제 2 검출 시간에 기초하는 것이 특히 바람직하다. 예를 들어, 제 1 센서 유닛은 센서 데이터를 제공하기 위해 적어도 제 1 검출 시간으로 검출하도록 설계되고, 제 2 센서 유닛은 추가 데이터를 제공하기 위해 제 2 검출 시간으로 검출하도록 설계된다. 제 1 검출 시간은 바람직하게는 제 2 검출 시간보다 짧다. 특히, 제 2 검출 시간은 제 1 검출 시간의 2배 이상, 바람직하게는 제 1 검출 시간의 10배 이상이고, 특히 제 2 검출 시간은 제 1 검출 시간의 100배 이상이다. 이 실시예는 모니터링 영역 및/또는 안전 영역에서 인간을 확실하게 배제할 수 있다는 것을 고려한 것이며, 예를 들어 생체 기능의 검출을 위해 최소 기록 시간 또는 평가 시간이 필요하다. 이러한 최소 평가 시간은 예를 들어 15초 내지 60초이다. 스위치 오프 및/또는 안전한 작동 상태로의 이행은 더 짧은 검출 시간에 기초한다.
본 발명의 일 실시예에서, 안전 영역 내로의 물체의 진입의 검출은 물체의 이동의 검출에 기초한다. 특히, 제 1 센서 유닛은 안전 영역에서 더 이상 이동이 없을 때 및/또는 진입한 물체가 정지 상태에 있을 때를 검출하도록 설계될 수 있다. 평가 장치는 바람직하게는 물체의 이동이 제로이고 및/또는 안전 영역에서 더 이상의 이동이 검출될 수 없을 때 추가 데이터를 제공 및/또는 기록하기 위해 제 2 센서 유닛을 제어 및/또는 시동하도록 설계된다. 이 실시예는 진입한 물체가 정지 상태여서 이 물체가 적절히 특성화될 수 있을 때만 추가 데이터의 평가를 시작하는 것을 고려한 것이다.
제 1 센서 유닛 및 제 2 센서 유닛이 공통 모니터링 센서를 형성하는 것이 특히 바람직하다. 이를 위해, 예를 들어, 제 1 센서 유닛 및 제 2 센서 유닛이 공통 하우징 내에 배치된다. 특히, 제 1 센서 유닛이 제 2 센서 유닛도 형성할 수 있으며, 이 경우 제 1 센서 데이터 및 추가 데이터는 동일하거나 상이하게 형성될 수 있다. 이 실시예는 저렴한 모니터링 장치를 제공하는 것을 고려한 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 1 센서 데이터는 이미지 데이터로서 설계되고 안전 영역의 모니터링 이미지들을 포함한다. 평가 모듈은 모니터링 이미지들을 배경과 전경(foreground)으로 분할하도록 설계된다. 또한, 평가 모듈은 추가 데이터에 기초하여 전경을 인간 및/또는 비인간으로 분류하도록 설계된다. 특히, 배경 및 전경으로의 이미지 분할은 평가 모듈이 추가 데이터에 기초하여 물체를 인간 또는 비인간으로 분류하기 위해 전경의 좌표를 결정하는데 사용될 수 있다.
특히, 전경 및 배경으로의 분할을 위해 훈련된 분류기가 사용될 수 있고, 예를 들어 평가 모듈이 인공 신경망으로서 설계된다. 이를 위해, 인공 신경망은 예를 들어 특징, 특히 인간 특징, 머리/어깨 영역, 신체 윤곽 특징에 의해 훈련될 수 있어서 배경/전경 분할이 수행될 수 있다. 특히, 인공 신경망은 또한 평가 모듈에 의해 인간과 비인간을 구별하기 위해 특징들을 학습하도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 인공 신경망은 제 1 센서 유닛의 제 1 센서 데이터를 사용할 수 있을뿐만 아니라, 필요하다면 제 2 센서 유닛의 추가 데이터를 사용할 수도 있다.
안전 영역이 제외 섹션들을 갖는 것이 특히 바람직하다. 특히, 안전 영역은 적어도 하나의 제외 섹션을 갖는다. 제외 섹션은 안전 영역의 가장자리 영역 또는 내부 영역일 수 있다. 예를 들어 제외 섹션은 로봇 팔이 움직이거나 취급 물체가 자동으로 들어오고 나가는 안전 섹션의 영역이다. 예를 들어, 제외 섹션은 컨베이어 벨트이다. 평가 모듈은 바람직하게는 인간 및 비인간으로 분류에서 제외 섹션을 제외시키도록 설계된다. 또한, 평가 모듈은 물체의 진입의 검출에서 제외 섹션을 제외시키도록 설계될 수 있다. 특히, 제외 섹션 내로 진입한 물체는 평가 모듈에 의해 비인간으로 자동 분류된다. 이 구성은 잘못된 알람이 거의 없는, 에러가 잘 발생하지 않는 모니터링 장치를 제공하는 것을 고려한 것이다.
선택적으로, 취급 장치는 처리 단계가 수행될 때 이동되는 이동 섹션을 갖는다. 예를 들어, 이동 섹션은 로봇 팔이다. 이동 섹션의 이동은 취급 장치에 의해 이동 데이터로서 제공된다. 이동 데이터는 안전 영역에서의 이동 섹션의 경로 및/또는 위치를 포함한다. 이동 데이터는 모니터링 장치에 제공되고, 특히 인터페이스에 의해 데이터 기술적으로 제공된다. 평가 모듈은 바람직하게는 이동 데이터에 기초하여 인간 및 비인간으로 분류할 때 이동 섹션을 제외시키도록 설계된다. 특히, 평가 모듈은 이동 데이터에 기초하여 물체의 진입을 결정할 때 이동 섹션을 제외시키도록 설계될 수 있다. 취급 장치의 이동의 피드백에 의해, 잘못된 알람에 특히 둔감한 모니터링 장치가 제공될 수 있다.
안전 영역은 사전 경고 섹션 및 위험 섹션을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 위험 섹션은 특히 이동 섹션 및/또는 취급 장치에 더 가까운 안전 영역의 부분이다. 사전 경고 섹션은 바람직하게는 위험 섹션을 외부로 둘러싸는 안전 영역의 섹션이다. 안전한 작동 상태는 정지 상태와 느린 상태로 나눠질 수 있다. 정지 상태는 취급 장치의 제어 시스템에 의해 확실하게 모니터링되는 취급 장치의 완전한 정지에 해당한다. 느린 상태는 바람직하게는 이동 섹션의 이동이 크게 감속되는 상태에 해당하며, 따라서 이 상태에서 취급 장치는 인간에게 위험하지 않으므로 인간이 예를 들어 피할 수 있다. 이 느린 상태도 취급 장치의 제어 시스템에 의해 확실하게 모니터링되어야 한다. 평가 모듈은 바람직하게는 물체가 사전 경고 섹션 내로 진입할 때 느린 상태를 취하게 취급 장치를 제어하도록 설계된다. 또한, 평가 모듈은 물체가 위험 섹션 내로 진입할 때 정지 상태를 취하게 취급 장치를 제어한다. 이 실시예는 물체가 외부 영역 내로 진입할 때 취급 장치를 사전 경고 상태로 만들고 물체가 위험 섹션에 도달하고 및/또는 들어간 때만 취급 장치를 완전히 정지시키는 것을 고려한 것이다.
본 발명의 다른 대상은 산업 설비이다. 산업 설비는 전술한 바와 같은 모니터링 장치 및 취급 장치를 포함한다. 모니터링 장치는 취급 장치에 데이터 기술적으로 연결된다. 예를 들어, 모니터링 장치 및 취급 장치는 무선 연결에 의해 연결되거나, 데이터 케이블에 의해 연결된다. 모니터링 장치는 물체가 안전 영역 내로 들어갈 때 취급 장치를 안전한 작동 상태로 만들도록 설계된다.
본 발명의 또 다른 대상은 취급 장치의 안전 모니터링 방법이다. 취급 장치는 물체가 안전 영역에 들어가고 및/또는 안전 영역 내로 진입하는 것이 제 1 센서 유닛에 의해 검출되었을 때 안전한 작동 상태를 취하도록 제어된다. 상기 방법에 따르면, 물체가 비인간으로 분류되었을 때, 취급 장치가 작업 상태로 되도록 제어되고, 특히 물체가 비인간으로 분류되었을 때 취급 장치가 안전한 작동 상태로부터 다시 작업 상태로 되도록 제어되고, 인간 및/또는 비인간으로의 분류는 추가 데이터에 기초한다. 추가 데이터는 특히 제 2 센서 유닛에 의해 기록된다. 작업 상태로의 이행은 반드시 한 단계에서 이루어질 필요는 없다. 선택적으로, 작업 상태에 도달할 때까지, 취급 장치의 속도가 안전한 상태로부터 단계적으로 또는 연속적으로 증가될 수 있다. 이 경우, 안전 영역은 연속적으로 모니터링된다. 이 조치는 추가의 시간적 안전 버퍼를 형성하는 것을 고려한 것이다. 또한, 산업 설비는 선택적으로 경고 장치(예를 들어, 신호등 또는 음향 신호)를 포함할 수 있으며, 상기 경고 장치에 의해, 특히 추가의 안전 특징을 형성하기 위해 작업 상태로의 전술한 이행이 신호화된다(예를 들어, 깜박이는 신호등 또는 경고음).
본 발명의 또 다른 대상은 프로그램이 컴퓨터 및/또는 모니터링 장치에서 실행되면 전술한 방법의 모든 단계를 수행하기 위한 프로그램 수단을 구비한 컴퓨터 프로그램이다.
본 발명의 다른 특징들, 장점들 및 효과들은 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다음 설명 및 첨부한 도면에 제시된다.
도 1은 산업 설비의 개략도.
도 2는 산업 설비의 개략적인 평면 사시도.
도 3은 방법의 흐름도.
도 2는 산업 설비의 개략적인 평면 사시도.
도 3은 방법의 흐름도.
도 1은 본 발명의 실시예로서 모니터링 장치 및 취급 장치(2)를 갖는 산업 설비(1)를 개략적으로 도시한다. 산업 설비(1)는 예를 들어 제조 또는 생산의 부분이다. 특히, 산업 설비(1)는 또한 제조 라인의 부분일 수 있다.
취급 장치(2)는 예를 들어 로봇이다. 취급 장치(2)는 작업 단계를 수행하도록 설계된다. 예를 들어, 로봇은 취급 물체(4; 도 2)를 운반, 처리 또는 측정할 수 있다. 로봇은 팔을 가지고 있으며, 이 팔은 운동 범위 내에서 움직일 수 있으므로 인간에게 잠재적인 위험일 수 있다. 따라서, 취급 장치(2)는 안전 영역(5)을 갖는다. 안전 영역(5)은 취급 장치(2)가 취급 단계를 수행해야 할 때 인간이 있어서는 안되는 3 차원 또는 편평한 영역이다. 인간(3)이 안전 영역(5) 내에 있다면, 취급 장치(2)는 안전한 상태(예를 들어, 안전하게 모니터링되는 정지/정지 상태 또는 안전하게 모니터링되는 느린 상태)로 전환되어야 한다.
취급 장치(2)는 안전한 작동 상태 및 작업 상태를 갖는다. 작업 상태에서, 취급 장치(2)는 취급 단계를 수행하므로 안전 영역(5)에 있는 인간이 위험할 수 있다. 안전한 작동 상태에서는, 취급 장치(2)가 느려지거나 정지되므로, 이는 안전 영역(5)에 있는 인간에게 큰 위험이 되지 않는다.
모니터링 장치는 제 1 센서 유닛(9)을 포함한다. 이 제 1 센서 유닛(9)은 경우에 따라 여분의(redundant), 신속한 타임 오브 플라이트(time of flight) 카메라와 함께 예를 들어 스테레오 카메라의 형태인 3D 카메라로서 설계된다. 제 1 센서 유닛(9)은 모니터링 영역(7a)을 모니터링한다. 이 모니터링 영역(7a)은 안전 영역(5)을 포함한다. 제 1 센서 유닛은 안전 영역(5) 내로 물체의 진입을 검출하도록 설계된다. 제 1 센서 유닛은 검출에 필요한 검출 데이터를 데이터 기술로 평가 모듈(8)에 제공한다. 이를 위해, 제 1 센서 유닛(9)은 인터페이스(6)를 포함하며, 상기 인터페이스(6)는 이 실시예에서 무선 인터페이스로서 설계된다. 평가 모듈(8)은 카운터 인터페이스(10)를 포함하며, 상기 카운터 인터페이스(10)도 여기서 무선 인터페이스이며 인터페이스(6)에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 제 1 센서 데이터가 평가 모듈(8)에 제공된다.
물체가 안전 영역(5)에 들어갔는지 및/또는 안전 영역(5) 내로 들어가는지의 여부를 결정하기 위해, 제 1 센서 유닛(9)은 예를 들어 제 1 센서 유닛(9)으로 기록된 2개 이상의 연속하는 3D 이미지를 비교한다. 평가 모듈(8)은 안전 영역(5)에 들어갔거나 안전 영역에서 이동되는 물체가 검출되었으면 취급 장치(2)가 안전한 작동 상태로 이행 및/또는 변경되게 취급 장치(2)를 제어하도록 설계된다. 따라서, 평가 모듈(8)은 안전 영역(5)에서 움직이는 물체가 검출되는 즉시, 취급 장치(2)를 차단하거나 및/또는 안전한 상태로 만들도록 설계된다.
모니터링 장치는 제 2 센서 유닛(11)을 포함한다. 제 2 센서 유닛(11)은 모니터링 영역(7b)의 센서 방식 모니터링을 위해 설계된다. 모니터링 영역(7a)과 모니터링 영역(7b)은 안전 영역(5)을 포함하는 오버랩을 갖는다. 제 2 센서 유닛(11)은 모니터링 영역(7b) 및/또는 안전 영역(5) 내에 있는 인간의 생체 신호(호흡, 심장 박동)를 검출하기 위한 센서 유닛이다. 예를 들어, 제 2 센서 유닛(11)은 물체, 그 공간적인 크기 및 그 이동의 3차원 검출을 가능하게 하기 위해, 단일 펄스 도플러 레이더 센서 또는 전체 펄스 도플러 레이더 센서 어레이(또는 다수의 송신기 안테나 쌍을 갖는 펄스 도플러 레이더 센서 매트릭스)를 포함한다. 특히, 모니터링 장치는 다수의 제 2 센서 유닛(11) 및 다수의 펄스 도플러 레이더 센서를 포함할 수 있다. 또한, 제 2 센서 유닛(11)은 레이더 센서와 더불어, 모니터링 영역(7b) 및/또는 안전 영역(5)에 있는 인간의 온도 프로파일을 검출하기 위해 온도 프로파일 센서(예를 들어 열 화상 카메라)를 포함할 수 있다.
제 2 센서 유닛(11)은 안전 영역(5)에 들어간 물체에 대한 추가 데이터를 결정하도록 설계된다. 이를 위해, 제 2 센서 유닛(11)은 안전 영역(5)에 들어간 물체를 측정한다. 제 2 센서 유닛(11)은 상기 추가 데이터를 평가 모듈(8)에 제공한다. 이를 위해, 제 2 센서 유닛(11)은 여기서 예를 들어 무선 인터페이스인 인터페이스(6)를 포함하고, 이 인터페이스(6)는 추가 데이터를 제공하기 위해 카운터 인터페이스(10)에 연결될 수 있다.
평가 모듈(8)은 상기 추가 데이터에 기초하여 안전 영역(5) 내로 들어간 물체가 인간인지 비인간인지를 결정하도록 설계된다. 이를 위해, 평가 모듈(8)은 들어간 물체를 인간(3) 또는 비인간으로 분류한다. 또한, 평가 모듈(8)은 비인간으로 분류된 물체의 경우 작업 상태를 다시 취하게 취급 장치(2)를 제어하도록 설계된다. 따라서, 평가 모듈(8)은 들어간 물체가 보호가 필요한지 인간(3)인지의 여부를 검사함으로써, 안전한 작동 상태로의 이행에 의한 취급 장치(2)의 차단이 올바른 결정였는지의 여부를 결정한다.
도 2는 산업 설비(1)를 갖는 영역의 평면 사시도를 개략적으로 도시한다. 산업 설비(1)는 여기서도 안전 영역(5)에 배치된 취급 장치(2)를 포함한다. 안전 영역(5)은 3개의 제 1 센서 유닛(9)에 의해 센서 방식으로 모니터링된다. 이 실시예에서, 안전 영역(5)은 반원을 형성하고, 제 1 센서 유닛(9)의 2개의 모듈은 각각 센서 시야의 특정 중첩으로 1/4 원보다 약간 더 많이 모니터링한다. 이 2개의 제 1 센서 유닛(9)은 예컨대 기둥 또는 천장에, 특히 취급 장치(2)의 상부 중앙에 조립된다. 세번째 제 1 센서 유닛(9)은 반대편 측면으로부터 안전 영역(5)과 함께 취급 장치(2)를 관찰하므로, 한편으로는 (예를 들어, 취급 장치(2) 자체에 의해) 은폐 및 그림자가 피해지고, 다른 한편으로는 센서 시야의 추가 오버랩에 의해 추가 리던던시가 발생한다.
취급 장치(2)는 컨베이어 벨트(12)에 의해 더 큰 생산 플랜트 내로 통합된다. 취급 물체(4)는 컨베이어 벨트(12)로 운반된다. 후면에서, 취급 장치(2) 및/또는 컨베이어 벨트(12)로의 접근은 패시브 차단부에 의해 차단되고, 이 패시브 차단부는 여기서 예를 들어 차단 그리드(13)로서 설계된다. 차단 그리드(13)는 후면으로부터 또는 컨베이어 벨트를 가로 질러 취급 장치(2)로의 접근을 방지한다. 따라서, 취급 장치(2)로의 접근은 제 1 센서 유닛(9)에 의해 모니터링되는 측면으로부터만 또는 안전 영역(5)을 통해서만 가능하다. 따라서, 안전 영역(5)은 평면에서 반원형 영역으로서 또는 3차원 공간에서 반원통형 영역으로서 나타난다. 필요한 경우, 후면으로부터 컨베이어 벨트로 다른 취급 장치에 접근을 가능하게 하기 위해, 후면에서 차단 그리드에 개구부가 제공될 수 있다. 상기 제 2 취급 장치는 후면으로부터 취급 장치(2) 및 안전 영역(5)으로 인간의 접근을 확실하게 방지하기 위해 적절히 안전하게 되어야 한다.
안전 영역(5)은 여기서 사전 경고 섹션(14)과 위험 섹션(15)으로 나눠진다. 사전 경고 섹션(14) 및 위험 섹션(15)은 반원을 형성한다. 위험 섹션(15)은 사전 경고 섹션(14)보다 작은 반경을 갖는다. 사전 경고 섹션(14)은 취급 장치(2)가 느린 상태에 있는 영역이지만 아직 완전히 정지될 필요는 없다. 인간(3)이 위험 섹션(15)에 들어갈 때야 비로소 취급 장치(2)가 정지 상태로 이행되어야 하므로 인간(3)은 위험에 처하지 않고 및/또는 부상을 입지 않는다.
제 1 센서 유닛(9)의 모듈은 여기서 각각 제 2 센서 유닛(11)을 포함한다. 제 1 센서 유닛(9)과 마찬가지로, 제 2 센서 유닛(11)은 또한 상이한 관점에서 전체 안전 영역(5)을 모니터링한다. 제 2 센서 유닛(11)은 들어온 물체의 온도 분포를 결정할 수 있는 온도 프로파일 센서로서 설계된다. 특히, 제 2 센서 유닛(11)은 예를 들어 얼굴과 같은 의복에 의해 덮이지 않은 신체의 노출된 부분을 명확하게 검출하고 추가 데이터로서 평가 모듈(8)에 제공할 수 있다. 제 2 센서 유닛 (11)은 온도 프로파일 센서와 더불어, 펄스 도플러 레이더 센서 어레이를 포함하고, 상기 레이더 센서 어레이에 의해, 안전 영역(5) 내로 들어온 물체가 인간의 특징적 생체 신호(예를 들어, 호흡 및/또는 심장 박동)를 갖는지의 여부가 결정될 수 있다. 레이더 신호도 추가 데이터로서 평가 모듈(8)에 제공된다. 추가 데이터에 포함된 온도 프로파일 및 레이더 신호에 기초하여, 평가 모듈(8)은 들어온 물체가 인간(3)인지 비인간인지의 여부를 결정할 수 있다. 비인간은 예를 들어 취급 단계를 수행하는데 필요한 팔레트들(16)일 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 새로운 팔레트들(16)이 안전 영역(5) 내로 규칙적으로 반입되어 거기에 있어야 한다.
산업 설비는 또한 경고 장치(17)를 포함할 수 있으며, 경고 장치(17)는 예를 들어 신호등 시스템이다. 경고 장치(17)는 인간(3)이 안전 영역(5)에 있는지, 사전 경고 섹션(14)에 있는지 또는 위험 섹션(15)에 있는지를 인간들(3)에게 지시하기 위해 평가 모듈(8)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 경고 장치(17)는 인간(3)이 안전 영역(5)에 없는 경우 녹색을, 인간(3)이 사전 경고 섹션(14)에 있는 경우 황색을, 그리고 인간(3)이 위험 섹션(15)에 있는 경우 적색을 나타낸다. 경고 장치(17)는 또한 모니터링 장치가 안전 영역(5)에 더 이상 인간이 없음을 검출할 때 작업 상태로의 취급 장치(2)의 이행을 (예를 들어, 황색등의 깜박임에 의해) 지시하기 위해 사용될 수 있다.
도 3은 방법의 실시예로서 모니터링 장치를 갖는 취급 장치(2)의 안전 모니터링을 위한 방법의 순서를 개략적으로 도시한다. 이 경우, 개별 센서 유닛에 의해 제 1 센서 데이터 및 추가 데이터가 제공된다. 센서 데이터 결정 단계(100)에서, 안전 영역(5)은 제 1 센서 유닛(9)에 의해 센서 방식으로 모니터링된다. 제 1 센서 유닛(9)은 예를 들어 이미지 데이터 및 깊이 정보를 제공하는 3 색 카메라 또는 RGB-D 카메라를 형성한다.
추가 데이터 결정 단계(200a 및 200b)에서, 안전 영역(5)에 진입한 물체에 대한 추가 데이터가 결정된다. 예를 들어, 추가 데이터 결정 단계(200a)에서, 진입한 물체의 온도 프로파일이 열 화상 카메라에 의해 결정되는 한편, 추가 데이터 결정 단계(200b)에서는, 진입한 물체의 호흡수 및/또는 심박수가 펄스 도플러 레이더 센서 어레이에 의해 결정된다.
평가 단계(300)에서, 제 1 센서 데이터에 의해 물체가 안전 영역(5) 내로 들어오는지의 여부가 결정된다. 물체가 안전 영역(5) 내로 진입하면, 취급 장치(2)는 안전한 작동 상태로 되도록 제어된다. 안전 영역(5) 내로의 물체의 진입이 검출되었고 취급 장치(2)가 안전한 작동 상태로 되었으면, 평가 단계(300)에서 추가 데이터에 기초하여, 진입한 물체가 인간(3)인지 또는 비인간인지의 여부가 결정된다. 진입한 물체가 인간(3)인 것으로 판단되면, 취급 장치(2)는 안전한 작동 상태로 유지되고, 진입한 물체가 비인간인 것으로 판단되면, 취급 장치(2)는 작업 상태로 이행되도록 제어된다. 작업 상태로의 상기 이행은 경고 장치(17)에 의해 보이게 표시될 수 있다.
또한, 이 방법은 인식 단계(400)를 가질 수 있으며, 상기 인식 단계(400)에서 평가 모듈(8)은 인공 지능, 예를 들어 신경망에 의해 인간과 비인간을 구별하도록 훈련된다.
2: 취급 장치
3: 인간
5: 안전 영역
8: 평가 모듈
9: 제 1 센서 유닛
11: 제 2 센서 유닛
14: 사전 경고 섹션
15: 위험 섹션
3: 인간
5: 안전 영역
8: 평가 모듈
9: 제 1 센서 유닛
11: 제 2 센서 유닛
14: 사전 경고 섹션
15: 위험 섹션
Claims (14)
- 취급 장치(2)의 안전 모니터링을 위한 모니터링 장치로서,
상기 취급 장치(2)는 안전 영역(5)을 포함하고,
상기 취급 장치(2)는 안전한 작동 상태 및 작업 상태를 가지며, 상기 취급 장치(2)는 상기 작업 상태에서 취급 단계를 수행하도록 설계되고,
상기 모니터링 장치는 제 1 센서 유닛(9), 제 2 센서 유닛(11) 및 평가 모듈(8)을 포함하며,
상기 제 1 센서 유닛(9)은 상기 안전 영역(5) 내로 물체의 진입을 검출하여 제 1 센서 데이터로서 상기 평가 모듈(8)에 제공하도록 설계되고,
상기 평가 모듈(8)은 상기 안전 영역(5) 내로의 진입이 검출되었으면 상기 안전한 작동 상태를 취하게 상기 제 1 센서 데이터에 기초하여 상기 취급 장치(2)를 제어하도록 설계되는, 상기 모니터링 장치에 있어서,
상기 제 2 센서 유닛(11)은 상기 안전 영역(5)을 센서 방식으로 모니터링하고, 상기 물체가 상기 안전 영역(5) 내로 진입할 때 상기 물체에 대해 추가 데이터를 결정하여 상기 평가 모듈(8)에 제공하도록 설계되고,
상기 평가 모듈(8)은 상기 추가 데이터에 기초하여 상기 물체를 인간(3) 또는 비인간으로 분류하도록 설계되며, 상기 평가 모듈(8)은 상기 물체가 비인간으로 분류되었으면 상기 안전한 작동 상태로부터 다시 상기 작업 상태로 되도록 상기 추가 데이터에 기초하여 상기 취급 장치(2)를 제어하도록 설계되고,
상기 취급 장치(2)는 취급 단계를 수행할 때 이동되는 이동 섹션을 포함하고, 상기 이동 섹션의 이동은 상기 취급 장치(2)에 의해 이동 데이터로서 제공되며, 상기 모니터링 장치는 상기 이동 데이터의 전달을 위한 인터페이스를 포함하고, 상기 평가 모듈(8)은 상기 이동 데이터에 기초하여 상기 이동 섹션을 비인간으로 분류하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 센서 유닛(9)은 상기 물체의 위치, 상기 물체의 속도, 상기 물체의 윤곽 및/또는 상기 물체와 상기 취급 장치(2) 사이의 거리를 결정하기 위한 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 센서 유닛(9)은 모니터링될 안전 영역(5)의 이미지 및 깊이 정보를 검출하기 위해 3D 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 센서 유닛(11)은 상기 물체의 생체 신호를 결정하기 위한 센서 및/또는 온도 프로파일 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 센서 데이터는 제 1 검출 시간에 기초하고, 상기 추가 데이터는 제 2 검출 시간에 기초하며, 상기 제 1 검출 시간은 상기 제 2 검출 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 안전 영역(5) 내로 상기 물체의 진입의 검출은 상기 물체의 이동의 검출에 기초하고, 상기 평가 모듈(8)은 상기 물체의 이동이 제로인 경우 상기 추가 데이터의 제공을 위해 상기 제 2 센서 유닛(11)을 제어하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 센서 유닛(9) 및 상기 제 2 센서 유닛(11)은 공통 모니터링 센서를 형성하는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 센서 데이터는 이미지 데이터로서 형성되며 상기 안전 영역(5)의 모니터링 이미지들을 포함하고, 상기 평가 모듈(5)은 모니터링 이미지들을 배경 및 전경으로 분할하며 상기 전경을 인간(3) 또는 비인간으로 분류하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 안전 영역(5)은 제외 섹션을 포함하고, 상기 평가 모듈(8)은 상기 제외 섹션 내로 들어간 물체를 비인간으로 분류하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 안전 영역(5)은 사전 경고 섹션(14) 및 위험 섹션(15)을 포함하고, 상기 안전한 작동 상태는 정지 상태 및 느린 상태를 포함하며, 상기 평가 모듈(8)은 상기 물체가 상기 사전 경고 섹션(14) 내로 진입할 때 상기 느린 상태를 취하게 상기 취급 장치(2)를 제어하고, 상기 물체가 상기 위험 섹션(15) 내로 진입할 때 상기 정지 상태를 취하게 상기 취급 장치(2)를 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 모니터링 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 모니터링 장치 및 취급 장치(2)를 구비한 산업 설비(1)에 있어서,
상기 모니터링 장치는 물체가 진입할 때 상기 취급 장치(2)를 안전한 작동 상태로 만들도록 설계되는 것을 특징으로 하는 산업 설비. - 제 1 항에 따른 모니터링 장치에 의한 취급 장치(2)의 안전 모니터링 방법에 있어서,
상기 취급 장치는 물체가 안전 영역 내로 진입한 것이 제 1 센서 유닛에 의해 검출되었으면 안전한 작동 상태를 취하도록 제어되고, 상기 취급 장치는 상기 물체가 비인간으로 분류되었으면 상기 안전한 작동 상태로부터 다시 상기 작업 상태로 되도록 제어되며, 인간 및/또는 비인간으로의 분류는 추가 데이터에 기초하는 것을 특징으로 하는 모니터링 방법. - 프로그램이 컴퓨터 및/또는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 모니터링 장치에서 실행될 때, 제 13 항에 따른 방법의 모든 단계들을 수행하기 위한 프로그램 수단을 구비한 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
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| JP2000202790A (ja) * | 1999-01-14 | 2000-07-25 | Sharp Corp | ロボット装置 |
| JP2008033819A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Omron Corp | 物体認識装置、監視システム、物体認識方法、物体認識プログラム、および該プログラムを記録した記録媒体 |
| US20160062345A1 (en) | 2014-08-29 | 2016-03-03 | Amazon Technologies, Inc. | Safety Compliance for Mobile Drive Units |
| JP6123307B2 (ja) | 2013-01-23 | 2017-05-10 | 株式会社デンソーウェーブ | ロボット周辺への物体の侵入を監視する監視システムおよび監視方法 |
Patent Citations (4)
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