ES2680576T3 - Método y dispositivo para verificar uno o más volúmenes de seguridad para una unidad mecánica móvil - Google Patents

Abstract

Método para verificar uno o más volúmenes de seguridad (6; 9; 60) para una unidad mecánica móvil (1) con respecto a un entorno de la unidad mecánica, en el que se define un sistema de coordenadas universal (x, y, z) con respecto a la unidad mecánica y con respecto al entorno de la unidad mecánica, caracterizado por que el método comprende: - almacenar una descripción de uno o más volúmenes de seguridad definidos con respecto al sistema de coordenadas universal, y de manera constante: - determinar la posición y la orientación de una unidad de visualización portátil (5) con respecto al sistema de coordenadas universal, - determinar una representación gráfica de los volúmenes de seguridad basándose en la descripción de los volúmenes de seguridad y de la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil, - superponer la representación gráfica de los volúmenes de seguridad sobre una vista del entorno real de la unidad mecánica para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada, y - mostrar la imagen de realidad aumentada en la unidad de visualización portátil.

Description

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DESCRIPCIÓN

Método y dispositivo para verificar uno o más volúmenes de seguridad para una unidad mecánica móvil Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método para verificar uno o más volúmenes de seguridad para una unidad mecánica móvil con respecto a un entorno de la unidad mecánica con el fin de evitar colisiones entre la unidad mecánica y obstáculos en el entorno. La presente invención también se refiere a un dispositivo para verificar los volúmenes de seguridad.

Técnica anterior

La unidad mecánica móvil es, por ejemplo, un robot industrial, un posicionador u otros tipos de manipuladores. Los robots industriales y otros tipos de manipuladores a menudo están programados para moverse en un entorno que incluye una pluralidad de obstáculos, por ejemplo, paredes, cercas, máquinas, posicionadores, estaciones de trabajo de diferentes tipos y otras unidades mecánicas móviles, tales como robots, manipuladores y ejes externos. Para asegurar que el robot no choque con obstáculos en su entorno, se conoce determinar uno o más volúmenes de seguridad para el robot. Los volúmenes de seguridad se definen con referencia a un sistema de coordenadas universal definido con respecto al robot y a su entorno Un tipo de volumen de seguridad tiene un tamaño fijo y una posición fija con respecto al entorno del robot A continuación, este tipo de volumen de seguridad se denomina volúmenes de seguridad fijos. Tales volúmenes de seguridad fijos también se denominan zonas de seguridad. Los volúmenes de seguridad fijos están predefinidos. El volumen de seguridad fijo puede definirse para que el robot no pueda moverse fuera del volumen de seguridad o para que el robot no pueda moverse dentro del volumen de seguridad. Un robot puede tener varios volúmenes de seguridad fijos. Los volúmenes de seguridad fijos se determinan o programan de antemano, por ejemplo, durante la programación del robot. Los volúmenes de seguridad fijos a menudo se determinan numéricamente y se visualizan en una pantalla de PC en 2D. Si el robot se programa fuera de línea en una herramienta de programación y simulación, los volúmenes de seguridad fijos se pueden programar y visualizar en la herramienta de programación y simulación. Durante el funcionamiento del robot, un sistema de seguridad supervisa los movimientos del robot. Si el sistema de seguridad detecta que el robot se mueve fuera de un volumen de seguridad fijo donde tal movimiento no está permitido, el robot se detiene inmediatamente.

Otro tipo de volumen de seguridad conocido tiene un tamaño variable y una posición variable con respecto al entorno del robot y se define con respecto a un componente crítico del robot. El componente crítico es, por ejemplo, el punto central de herramienta (TCP) del robot o un codo del robot. A partir de ahora, este tipo de volumen de seguridad se denomina volumen de seguridad móvil. Un robot puede tener varios volúmenes de seguridad móviles definidos para diferentes partes del robot. Un volumen de seguridad móvil también se denomina zona de movimiento. El volumen de seguridad móvil se define como el volumen máximo que puede ser alcanzado por el componente crítico en un momento determinado si el robot hace una parada de emergencia. El volumen de seguridad móvil depende de la trayectoria de desplazamiento del robot y tiene en cuenta las trayectorias de frenado y la posición máxima que puede alcanzar el robot para esa trayectoria de desplazamiento. El tamaño del volumen de seguridad móvil depende de la velocidad y la carga del componente crítico y de las características de frenado del robot. Cuanto mayor sea la velocidad del componente crítico, mayor será el tamaño del volumen de seguridad móvil. La posición del volumen de seguridad móvil depende de la posición del componente crítico. Los volúmenes de seguridad móviles se pueden utilizar para verificar colisiones entre componentes críticos del robot y obstáculos móviles en el entorno del robot durante la ejecución del robot.

El documento US8326590B2 da a conocer un método y un sistema para diseñar y verificar volúmenes de seguridad fijos de un robot. Los volúmenes de seguridad fijos se establecen con la ayuda de simulaciones fuera de línea, en las que los movimientos del robot son simulados. Las simulaciones fuera de línea se realizan con una herramienta de programación y simulación fuera de línea (Robot Studio en PC). Durante una primera etapa del diseño de los volúmenes de seguridad fijos, los volúmenes de seguridad fijos se visualizan en una pantalla de la herramienta de programación y simulación fuera de línea, y el programador puede modificar los volúmenes de seguridad fijos basándose en la visualización. En una segunda etapa, el diseño de los volúmenes de seguridad fijos tiene en cuenta la trayectoria de frenado del robot cuando el robot se detiene. Esto se hace calculando un volumen de seguridad móvil virtual para el robot basándose en simulaciones fuera de línea de la trayectoria de desplazamiento del robot y verificando colisiones entre los volúmenes de seguridad fijos y el volumen de seguridad móvil virtual. Si se detecta una colisión, los volúmenes de seguridad fijos y/o la trayectoria del robot se modifican. A continuación, se transfieren datos de los volúmenes de seguridad fijos al controlador de robot.

Una vez determinados los volúmenes de seguridad fijos, se despliega una descripción de los volúmenes de seguridad fijos en el sistema de seguridad del robot. La descripción puede contener coordenadas de los volúmenes de seguridad fijos definidas en el sistema de coordenadas universal. Las coordenadas de los volúmenes de seguridad fijos son a menudo introducidas manualmente en el sistema de seguridad, por ejemplo, por el programador del robot. Esto significa que las coordenadas de los volúmenes de seguridad fijos se introducen manualmente en el sistema de seguridad del robot.

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Dado que es difícil para un humano imaginar cómo va a terminar un volumen de seguridad definido en un diseño en 2D en un entorno de robot, es necesario verificar que los volúmenes sean definidos correctamente con respecto al robot y su entorno. Por tanto, cuando se despliegan los volúmenes de seguridad en el sistema de seguridad, las posiciones de los volúmenes de seguridad se verifican con respecto al robot y su entorno. Esto se hace manualmente moviendo de manera constante el robot en diferentes direcciones hasta que el robot alcanza los límites de los volúmenes de seguridad y el robot es detenido por el sistema de seguridad. Los volúmenes de seguridad pueden ser incorrectos por varias razones. Una razón es que algunas de las coordenadas introducidas en el sistema de seguridad son incorrectas. Otra razón es que las posiciones y formas de los volúmenes de seguridad fijos predefinidos no se adaptan correctamente a los obstáculos que hay en el entorno del robot. Un problema es que la verificación manual de los volúmenes de seguridad es propensa a errores y requiere mucho tiempo. Esto, en particular, supone un problema para una línea que incluye varios robots, teniendo cada robot uno o más volúmenes de seguridad para verificar. El proceso de validación de los volúmenes de seguridad puede durar varios días, y si se encuentra un error durante la validación, se tienen que volver a desplegar los volúmenes de seguridad y reiniciarse todo el proceso de validación. Esto significa que el programador/cliente potencialmente pierde mucho tiempo. Por si fuera poco, la persona que define los volúmenes de seguridad no es siempre la misma persona que está realizando la validación.

El documento US2013/116828A1 da a conocer un método para mostrar visualmente datos de célula de trabajo que incluyen unidades mecánicas móviles y volúmenes de seguridad asociados en una unidad de visualización portátil. El usuario puede girar, ampliar, inclinar y mover una vista particular.

El documento US2002/133264A1 da a conocer un sistema para usar un entorno de realidad virtual para crear un modelo de diseño y generar trayectorias de mecanizado controladas numéricamente para usar en la fabricación del modelo. Un casco de visualización (HMD) se puede usar para proporcionar una pantalla gráfica.

El documento US2013/041368 describe un sistema y un método para usar un control remoto para controlar un instrumento electroquirúrgico, en donde el método consiste en almacenar una imagen preoperatoria de una sección anatómica del paciente, analizar la imagen preoperatoria para determinar una zona de seguridad alrededor de un cuerpo anatómico dentro del paciente, recibir una señal de video de una cámara situada dentro del paciente durante un procedimiento quirúrgico, aumentar la zona de seguridad en la señal de video, mostrar visualmente la señal de video con la zona de seguridad, medir una ubicación del instrumento electroquirúrgico controlado a distancia dentro del paciente, determinar si el instrumento electroquirúrgico controlado a distancia está dentro de la zona de seguridad, y en respuesta a la detección de que el instrumento electroquirúrgico controlado a distancia está dentro de la zona de seguridad, generar una notificación para el usuario o detener un motor de accionamiento.

Objetos y sumario de la invención

El objeto de la presente invención es proporcionar un método para facilitar la verificación de volúmenes de seguridad para una unidad mecánica móvil con respecto al entorno de la unidad mecánica.

De acuerdo con un aspecto de la invención, este objeto se logra mediante un método como se define en la reivindicación 1.

El método se caracteriza por que comprende

- obtener una descripción de uno o más volúmenes de seguridad, definiéndose la descripción con respecto al sistema de coordenadas universal, y de manera constante:

- determinar la posición y la orientación de una unidad de visualización portátil con respecto al sistema de coordenadas universal,

- determinar una representación gráfica de los volúmenes de seguridad basándose en la descripción de los volúmenes de seguridad y la posición y orientación de la unidad de visualización portátil,

- superponer la representación gráfica de los volúmenes de seguridad sobre una vista del entorno real de la unidad mecánica para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada, y

- mostrar visualmente la imagen de realidad aumentada en la unidad de visualización portátil.

Por volumen de seguridad se entiende un volumen definido con respecto a la unidad mecánica o el entorno de la unidad mecánica para evitar colisiones entre la unidad mecánica y obstáculos en el entorno durante el movimiento de la unidad mecánica.

Según la invención, los volúmenes de seguridad se presentan en una vista gráfica sobre el entorno real de la unidad mecánica en una unidad de visualización. El método según la invención permite al usuario moverse por el entorno de la unidad mecánica y ver una representación gráfica de los volúmenes de seguridad superpuestos sobre la unidad mecánica real y su entorno. Al mover la unidad de visualización por el entorno de la unidad mecánica, el usuario puede mirar el entorno y los volúmenes seguros desde diferentes ángulos, lo que aumenta la comprensión de los volúmenes de seguridad y cómo están relacionados con los obstáculos en el entorno. La invención

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proporciona al usuario información valiosa sobre cómo y dónde están definidos los volúmenes dentro del entorno. La invención permite detectar si la forma o la posición del volumen de seguridad debe ser modificada para evitar colisiones con obstáculos en el entorno de la unidad mecánica. Los volúmenes de seguridad incorrectos pueden modificarse y pueden corregirse coordenadas introducidas incorrectamente al ser detectadas. La invención permite detectar si hay que modificar velocidades y/o posiciones de la unidad mecánica en la trayectoria programada para evitar colisiones con obstáculos en el entorno de la unidad mecánica.

De acuerdo con una realización de la invención, al menos uno de dichos volúmenes de seguridad es un volumen de seguridad fijo. Por volumen de seguridad fijo se entiende un volumen que tiene una posición y una orientación fijas en el sistema de coordenadas universal. El volumen de seguridad fijo se presenta en una vista gráfica sobre el entorno real y permite a un usuario moverse por el entorno y ver la representación gráfica del volumen de seguridad fijo con respecto al entorno real desde diferentes ángulos, lo que aumenta la comprensión de cómo y dónde están definidos los volúmenes de seguridad fijos en el entorno. Es fácil de detectar cualquier error debido a una incomprensión de los parámetros numéricos, por ejemplo, una dirección incorrecta de la extensión del volumen. Por tanto, es fácil para el usuario detectar si alguno de los volúmenes de seguridad fijos es incorrecto y necesita ser modificado. Por ejemplo, es posible detectar si alguna de las coordenadas del volumen de seguridad fijo ha sido incorporada de manera incorrecta en el sistema de seguridad. La programación y verificación de los módulos de seguridad fijos será más intuitiva y rápida, ya que la comprensión de los volúmenes de seguridad fijos se ha mejorado drásticamente, y ya que los errores principales de programación se pueden detectar fácilmente. Por tanto, esta realización de la invención facilita la verificación de los volúmenes de seguridad fijos, y por tanto reduce el tiempo necesario para llevar a cabo la verificación de los volúmenes de seguridad fijos. El método de acuerdo con la invención se puede usar para verificar los volúmenes de seguridad durante el diseño y programación de los volúmenes de seguridad, así como durante la última etapa de verificación en el sitio. Además, el método de acuerdo con la invención permite definir y programar volúmenes de seguridad fijos en el sitio.

De acuerdo con una realización de la invención, el método comprende una primera etapa de verificación que incluye verificar los volúmenes de seguridad basándose en la imagen de realidad aumentada mostrada y modificar los volúmenes de seguridad al detectarse un volumen de seguridad incorrecto.

De acuerdo con otra realización de la invención, el método comprende una segunda etapa de verificación que incluye mover de manera constante la unidad mecánica en diferentes direcciones hasta que la unidad mecánica llegue a los límites de los volúmenes de seguridad fijos y modificar los volúmenes de seguridad fijos al detectarse un volumen de seguridad incorrecto. Por razones de seguridad, el método de acuerdo con la invención no puede reemplazar completamente al método descrito anteriormente para verificar volúmenes de seguridad fijos, que incluye mover de manera constante la unidad mecánica en diferentes direcciones hasta que la unidad mecánica llegue a los límites de los volúmenes de seguridad. Sin embargo, al usarse el método de acuerdo con la invención como una etapa de preverificación, es posible reducir significativamente los errores detectados durante la etapa de verificación final y, en consecuencia, es posible reducir significativamente el tiempo total de verificación de los volúmenes de seguridad fijos.

De acuerdo con una realización de la invención, al menos uno de dichos volúmenes de seguridad es un volumen de seguridad móvil que tiene un tamaño y una posición que dependen de la velocidad y la posición de un componente crítico de la unidad mecánica, y el método comprende obtener de manera constante la posición y la velocidad del componente crítico de la unidad mecánica, determinar el volumen de seguridad móvil para el componente crítico de la unidad mecánica basándose en la posición y velocidad del componente crítico, almacenar una descripción del volumen de seguridad móvil definido con respecto al sistema de coordenadas universal, determinar una representación gráfica del volumen de seguridad móvil basándose en la descripción almacenada de los volúmenes de seguridad y de la posición y orientación de la unidad de visualización portátil, superponer la representación gráfica del volumen de seguridad móvil sobre una vista del entorno real de la unidad mecánica para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada y mostrar la imagen de realidad aumentada en la unidad de visualización portátil. De manera preferible, el volumen de seguridad móvil se determina basándose en la posición, velocidad y carga de la parte critica. Esta realización permite visualizar cómo cambia el tamaño y la posición de un volumen de seguridad móvil con respecto al entorno real de la unidad mecánica mientras la unidad mecánica se mueve a lo largo una trayectoria programada. Esta realización permite a un usuario detectar si hay una colisión entre un volumen de seguridad móvil y un obstáculo en el entorno real de la unidad mecánica. Esta realización facilita la verificación de una trayectoria de desplazamiento programada con respecto a colisiones con obstáculos fijos en el entorno de la unidad mecánica.

Un volumen de seguridad móvil representa una distancia de seguridad mínima en cada dirección desde el componente crítico, cuya distancia de seguridad debe mantenerse para evitar colisiones con obstáculos en el entorno de la unidad mecánica. El tamaño y la posición del volumen de seguridad móvil dependen de una trayectoria programada para la unidad mecánica. De acuerdo con esta realización de la invención, el tamaño y la posición del volumen de seguridad móvil a lo largo la trayectoria programada se presentan en una vista gráfica, sobre el entorno real. El programa de robot puede, por ejemplo, ejecutarse en un robot real mientras se determina un volumen de seguridad móvil para un componente crítico del robot basándose en la posición, la velocidad y posiblemente la carga, del robot real. Una presentación gráfica del volumen de seguridad móvil que encierra el componente crítico de la unidad mecánica real se presenta con respecto al entorno real de la unidad mecánica. Esta realización de la

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invención permite a un usuario determinar visualmente si hay cualquier superposición entre el volumen de seguridad móvil y un obstáculo, tal como una cerca o una estación de trabajo, en el entorno de la unidad mecánica. Si hay una superposición entre la zona de seguridad móvil y el obstáculo, hay riesgo de colisión entre la unidad mecánica y el obstáculo. Entonces, la trayectoria de la unidad mecánica tiene que ser reprogramada. Por tanto, esta realización de la invención permite verificar una trayectoria de desplazamiento programada con respecto a colisiones en el entorno real de la unidad mecánica.

En una realización de la invención, solo se presenta el volumen de seguridad móvil actual. Esto significa que el volumen de seguridad móvil se mueve por el entorno real dependiendo de la posición y la velocidad de la unidad mecánica a lo largo de la trayectoria programada. En una realización alternativa de la invención, el volumen de seguridad móvil actual se presenta junto con los volúmenes de seguridad móviles previamente determinados a lo largo de la trayectoria, y posiblemente también junto con futuros volúmenes de seguridad móviles que se ejecutarán más adelante en la trayectoria. Por tanto, todos los volúmenes de seguridad móviles a lo largo de la trayectoria se presentan al mismo tiempo. Esta realización ayuda al programador a verificar una trayectoria de desplazamiento programada con respecto a colisiones en el entorno real de la unidad mecánica.

Según una realización de la invención, el método comprende simular una trayectoria de desplazamiento programada para la unidad mecánica, determinar la posición y la velocidad del componente crítico a lo largo de la trayectoria de desplazamiento basándose en la simulación y determinar el volumen de seguridad móvil basándose en la posición y la velocidad determinadas del componente crítico. De manera preferible, también se tiene en cuenta la carga del componente crítico. En lugar de ejecutar un programa de desplazamiento en la unidad mecánica real, es posible simular la trayectoria de desplazamiento, por ejemplo, en el sistema de seguridad de la unidad mecánica, para determinar la posición, la velocidad y la carga del componente crítico a lo largo de la trayectoria de desplazamiento. El tamaño y la posición del volumen de seguridad móvil se determinan basándose en la posición y la velocidad del componente crítico obtenido a partir de la simulación. Esta realización permite verificar una trayectoria de desplazamiento programada con respecto a colisiones en el entorno real de la unidad mecánica sin mover la unidad mecánica. La presentación gráfica del volumen de seguridad móvil se mueve a lo largo de la trayectoria programada por el entorno real, mientras que la unidad mecánica no tiene que moverse. Debido a que no es necesario mover la unidad mecánica, es seguro para el usuario moverse por el entorno de la unidad mecánica y, por consiguiente, es más fácil para el usuario detectar una superposición entre el volumen de seguridad móvil y obstáculos en el entorno. Por tanto, la verificación de la trayectoria programada se facilita aún más.

De acuerdo con una realización de la invención, el método comprende calcular una distancia de seguridad para dicho componente crítico basándose en la velocidad y la carga del componente crítico y determinar dicho volumen de seguridad móvil basándose en la distancia de seguridad calculada. La distancia de seguridad es la distancia máxima en una dirección determinada que puede alcanzar la unidad mecánica si hace una parada de emergencia en un punto determinado de la trayectoria programada.

De acuerdo con una realización de la invención, al menos uno de dichos volúmenes es un volumen de seguridad fijo y al menos uno es un volumen de seguridad móvil, y el método comprende determinar de manera constante una representación gráfica del volumen de seguridad fijo y el volumen de seguridad móvil basándose en las descripciones de los volúmenes de seguridad y de la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil, superponer la representación gráfica del volumen de seguridad fijo y el volumen de seguridad móvil sobre dicha vista del entorno para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada y mostrar visualmente la imagen de realidad aumentada en la unidad de visualización portátil. Al mostrar visualmente el volumen de seguridad fijo en la misma vista que el volumen de seguridad móvil, es posible verificar visualmente la posición de un volumen de seguridad fijo con respecto a la trayectoria de desplazamiento. Dependiendo de la relación posicional entre los volúmenes de seguridad fijos y móviles, un usuario puede detectar mejoras en los volúmenes de seguridad fijos y realizar modificaciones necesarias del volumen de seguridad fijo. Por tanto, esta realización facilita la verificación de la posición de los volúmenes de seguridad fijos con respecto a una trayectoria de desplazamiento programada.

De acuerdo con una realización de la invención, el método comprende detectar interacciones de usuario con la representación gráfica del volumen de seguridad fijo y modificar la descripción almacenada del volumen de seguridad fijo basándose en dichas interacciones de usuario detectadas. La interacción puede realizarse, por ejemplo, directamente en la pantalla de la unidad de visualización o mediante gestos en el aire frente a un par de gafas interactivas. Esta realización permite que un usuario modifique volúmenes de seguridad fijos en el sitio durante la verificación en línea de los volúmenes de seguridad y reduzca de esta forma el tiempo necesario para la verificación y modificación de los volúmenes de seguridad fijos.

De acuerdo con una realización de la invención, la unidad de visualización puede ser transparente y permitir que un usuario pueda ver el mundo real a través de la unidad de visualización. En esta realización, la unidad de visualización puede integrarse preferiblemente en un par de gafas.

De acuerdo con otra realización de la invención, el método comprende capturar una imagen de la unidad mecánica real y de su entorno y alinear las representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad sobre la imagen de la unidad mecánica real y de su entorno para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada. Esta

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realización permite utilizar una unidad portátil, tal como un ordenador portátil o un teléfono móvil, que incluya una unidad de visualización. Sin embargo, también es posible integrar la unidad de visualización en un par de gafas.

Según otra realización de la invención, se determinan representaciones gráficas en 2D de los volúmenes de seguridad basándose en descripciones en 3D de los volúmenes de seguridad y de la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil, y las representaciones gráficas en 2D de los volúmenes de seguridad se alinean sobre la imagen de la unidad mecánica real y de su entorno para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada. Esta realización permite ver una imagen de realidad aumentada en 2D en la unidad de visualización.

De acuerdo con un aspecto de la invención, el objeto se logra mediante un dispositivo como se define en la reivindicación 9.

El dispositivo se caracteriza por que comprende una unidad de almacenamiento configurada para almacenar descripciones de los volúmenes de seguridad, una unidad de visualización portátil, un detector de posición configurado para determinar de manera continua la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil con respecto al sistema de coordenadas universal, una unidad gráfica configurada para determinar representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad basándose en las descripciones almacenadas de los volúmenes de seguridad y de la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil y una unidad de realidad aumentada configurada para superponer las representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad sobre una vista del mundo real para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada y para mostrar visualmente la imagen de realidad aumentada en la unidad de visualización portátil.

Según una realización de la invención, el dispositivo comprende un generador de descripción configurado para obtener una posición y una velocidad de un componente crítico de la unidad mecánica, a fin de determinar un volumen de seguridad móvil para el componente crítico de la unidad mecánica basándose en la posición y la velocidad del componente crítico y para almacenar una descripción del volumen de seguridad móvil definido con respecto al sistema de coordenadas universal en dicha unidad de almacenamiento. La posición y la velocidad del componente crítico pueden recibirse o recuperarse, por ejemplo, a partir de una unidad de control de la unidad mecánica o a partir de una unidad de simulación.

Según una realización de la invención, el dispositivo comprende una unidad de simulación configurada para simular una trayectoria de desplazamiento programada para la unidad mecánica y para determinar la posición y la velocidad del componente crítico durante la ejecución de la trayectoria de desplazamiento basándose en la simulación, y dicho generador de descripción está configurado para obtener la posición y la velocidad del componente crítico a partir de la unidad de simulación y para determinar dicho volumen de seguridad móvil basándose en la posición y velocidad obtenidas.

Según una realización de la invención, dicha unidad de almacenamiento está configurada para almacenar descripciones de volúmenes de seguridad fijos que tienen una posición fija con respecto al sistema de coordenadas universal, dicha unidad gráfica está configurada para determinar representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad fijos y los volúmenes de seguridad móviles basándose en las descripciones de los volúmenes de seguridad y de la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil, y la unidad de realidad aumentada está configurada para superponer las representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad fijos y móviles sobre la vista de la unidad mecánica real y de su entorno para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada.

Según una realización de la invención, el dispositivo comprende una unidad de interacción configurada para detectar interacciones de usuario con la representación gráfica de los volúmenes de seguridad fijos, y una unidad de modificación configurada para modificar la descripción almacenada de los volúmenes de seguridad fijos basándose en interacciones de usuario detectadas con la representación geográfica del volumen de seguridad. Por ejemplo, la unidad de visualización puede incluir una pantalla táctil configurada para detectar interacciones de usuario con la representación gráfica del volumen de seguridad.

Según una realización de la invención, el dispositivo comprende una cámara configurada para capturar una imagen de la unidad mecánica real y de su entorno, y la unidad de realidad aumentada está configurada para alinear las representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad sobre la imagen de la unidad mecánica real y de su entorno para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada.

Según una realización de la invención, la unidad gráfica está configurada para determinar representaciones gráficas en 2D de los volúmenes de seguridad basándose en las descripciones en 3D de los volúmenes de seguridad y de la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil, y la unidad de realidad aumentada está configurada para alinear las representaciones gráficas en 2D de los volúmenes de seguridad sobre la imagen de la unidad mecánica real y de su entorno para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada.

El dispositivo de acuerdo con la invención se usa de manera ventajosa para verificar volúmenes de seguridad para un robot industrial.

Breve descripción de los dibujos

La invención se explica a continuación con más detalle mediante la descripción de diferentes realizaciones de la invención y con referencia a las figuras adjuntas.

La figura 1 muestra un ejemplo de una célula de robot que incluye un robot.

La figura 2 muestra un ejemplo de una unidad de visualización que muestra una imagen de realidad aumentada que 5 incluye una representación gráfica de un volumen de seguridad fijo presentado sobre la célula de robot mostrada en la figura 1.

La figura 3 muestra un diagrama de bloques de un dispositivo para verificar volúmenes de seguridad de acuerdo con una primera realización de la invención.

La figura 4 muestra un organigrama de un método para verificar volúmenes de seguridad de acuerdo con una 10 primera realización de la invención.

La figura 5 muestra un ejemplo de presentación gráfica de un volumen de seguridad móvil a lo largo de una trayectoria de desplazamiento.

La figura 6 muestra un diagrama de bloques de un dispositivo para verificar volúmenes de seguridad de acuerdo con una segunda realización de la invención.

15 La figura 7 muestra un organigrama de un método para verificar volúmenes de seguridad móviles de acuerdo con una segunda realización de la invención.

La figura 8 muestra un organigrama de un método para verificar volúmenes de seguridad de acuerdo con una tercera realización de la invención.

La figura 9 muestra un ejemplo de una imagen de realidad aumentada que incluye una representación gráfica de un 20 volumen de seguridad fijo y de un volumen de seguridad móvil presentados sobre una célula de robot real.

Descripción detallada de realizaciones preferidas de la invención

En los ejemplos siguientes, la unidad mecánica es un robot. Sin embargo, la invención no se limita a robots. La unidad mecánica puede ser cualquier tipo de unidad mecánica cuyos movimientos sean programables, tal como un robot, un manipulador, un posicionador y un eje externo.

25 La figura 1 muestra un ejemplo de una célula de robot que incluye una unidad mecánica en forma de robot 1, una máquina 2 atendida por el robot y una cerca 3 que rodea la célula de robot. Un sistema de coordenadas universal (x, y, z) se define con respecto al entorno del robot, en este ejemplo, con respecto a la célula de robot. Las posiciones del robot y la máquina se definen con respecto al sistema de coordenadas universal. El robot 1 está conectado a un controlador de robot 4 que incluye un procesador acoplado a una memoria. Uno o más volúmenes de seguridad fijos 30 se definen con referencia al sistema de coordenadas universal. Los volúmenes de seguridad fijos tienen tamaños fijos y posiciones fijas con respecto al sistema de coordenadas universal. El volumen de seguridad fijo puede definirse para que el robot no pueda moverse fuera de los volúmenes de seguridad, o para que el robot no pueda moverse dentro del volumen de seguridad. Un robot puede tener varios volúmenes de seguridad fijos. Los volúmenes de seguridad fijos se determinan o programan de antemano, por ejemplo, durante la programación del 35 robot.

El robot incluye un sistema de seguridad adaptado para supervisar los movimientos del robot y para detectar si el robot se mueve dentro o fuera de los volúmenes de seguridad fijos. En este ejemplo, el sistema de seguridad se ejecuta en el controlador de robot. También es posible tener el sistema de seguridad ejecutándose en un ordenador de seguridad independiente conectado al controlador de robot. Cuando se han definido y verificado uno o más 40 volúmenes de seguridad fijos para un robot, una descripción de los volúmenes de seguridad fijos se almacena en

una base de datos del sistema de seguridad del robot. La descripción puede contener coordenadas de los

volúmenes de seguridad fijos definidas en el sistema de coordenadas universal. El sistema de seguridad puede obtener las descripciones de los volúmenes de seguridad fijos a partir de una herramienta de programación fuera de línea, o a partir de un usuario que introduce las descripciones del sistema de seguridad. El sistema de seguridad

45 detecta si el robot o uno o más componentes críticos del robot se mueven dentro/fuera de los volúmenes de

seguridad. El sistema de seguridad detiene inmediatamente los movimientos del robot si un componente crítico del robot está dentro/fuera del volumen de seguridad fijo. El componente crítico es, por ejemplo, un punto central de herramienta (TCP) del robot, un codo si el robot es un robot de 7 ejes o todo el volumen del robot.

La figura 2 muestra un ejemplo de una unidad de visualización portátil 5 que muestra una imagen de realidad 50 aumentada que incluye una representación gráfica de un volumen de seguridad fijo 6 presentada sobre la célula de robot mostrada en la figura 1. La unidad de visualización portátil 5 incluye una pantalla 8 para mostrar imágenes de realidad aumentada. La unidad de visualización portátil 5 también puede incluir medios de procesamiento de datos, tales como una CPU o FPGA, y medios de almacenamiento, tales como RAM, ROM, PROM, etc. para almacenar datos y programas. La unidad de visualización portátil 5 es, por ejemplo, una unidad de consola portátil (TPU), una 55 unidad de ordenador portátil, una tableta, un teléfono móvil, unas gafas portátiles o un casco de visualización, unas

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gafas transparentes que incluyen una pantalla transparente o unas gafas que incluyen una pantalla opaca. Un vector de posición 7 está definido ortogonalmente a la superficie de la pantalla 8 de la unidad de visualización 5. El vector de posición 7 depende de la posición y orientación de la pantalla 8 de la unidad de visualización con referencia al sistema de coordenadas universal.

La figura 3 muestra un ejemplo de un dispositivo según la invención para su uso con respecto a la verificación de volúmenes de seguridad fijos para unidades mecánicas móviles. El dispositivo comprende una unidad de visualización portátil 5 que incluye una pantalla para mostrar imágenes de realidad aumentada. La pantalla es, por ejemplo, una pantalla táctil o una pantalla transparente. El dispositivo comprende además una unidad de almacenamiento 10, tal como RAM, ROM, PROM, EEPROM, configurada para almacenar descripciones de los volúmenes de seguridad fijos. Las descripciones se definen con respecto al sistema de coordenadas universal. Por ejemplo, las descripciones incluyen coordenadas de volúmenes de seguridad en el sistema de coordenadas universal. El dispositivo puede obtener descripciones de los volúmenes de seguridad fijos a partir del sistema de seguridad del robot, a partir de una herramienta de programación fuera de línea o a partir de una interfaz de usuario en la que el usuario introduce las descripciones.

El dispositivo comprende además un detector de posición 14 configurado para determinar de manera continua la posición y la orientación de la unidad de visualización 5. Por ejemplo, el detector de posición 14 determina un vector de posición con respecto al sistema de coordenadas universal para la unidad de visualización portátil. El dispositivo comprende además una unidad gráfica 16 configurada para determinar representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad fijos basándose en las descripciones almacenadas de los volúmenes de seguridad fijos y del vector de posición de la unidad de visualización portátil 5. El dispositivo comprende además una unidad de realidad aumentada 18 configurada para superponer la representación gráfica de los volúmenes de seguridad sobre una vista del mundo real para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada, y para mostrar la imagen de realidad aumentada en la unidad de visualización portátil 5. De manera preferible, la unidad de almacenamiento 10, el detector de posición 14, la unidad gráfica 16 y la unidad de realidad aumentada 18 se implementan como parte de la unidad de visualización portátil 5. La unidad gráfica 16 y la unidad de realidad aumentada 18 son módulos de software, que de preferencia se ejecutan en un procesador de la unidad de visualización 5.

En esta realización, la pantalla de la unidad de visualización 5 es opaca, es decir, no de tipo transparente, y el dispositivo incluye además una cámara 20 configurada para capturar una imagen del robot real y de su entorno, y la unidad de realidad aumentada 18 está configurada para alinear las representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad sobre la imagen del robot real y de su entorno para proporcionar la imagen compuesta de realidad aumentada. La unidad de visualización 5 visualiza la vista de la cámara 20 combinada con gráficos generados por ordenador de los volúmenes de seguridad. La cámara 20 está preferiblemente montada o integrada en la unidad de visualización 5. Se pueden usar todos los tipos de cámaras, aunque la demanda de precisión de posición y orientación determina el tipo de cámara. Por ejemplo, se podría usar una cámara web, una cámara de video o una cámara CCD. Sin embargo, la cámara es opcional. La cámara no es necesaria si se usan gafas transparentes y la posición y orientación de la unidad de visualización se determinan usando cualquier otro tipo de sensor.

El detector de posición 14 está configurado para determinar la posición y la orientación de la unidad de visualización 5 con respecto al sistema de coordenadas universal. La posición y la orientación de la unidad de visualización pueden rastrearse de varias maneras diferentes. En esta realización de la invención, el detector de posición 14 está configurado para determinar el vector de posición de la unidad de visualización basándose en las imágenes recibidas de la cámara 20. La posición y la orientación de la unidad de visualización se determinan, por ejemplo, mediante reconocimiento de imágenes. En otra realización, la unidad de visualización puede estar provista de un sensor para determinar la posición y la orientación. Ejemplos de sensores y tecnologías para determinar posiciones y orientaciones son visión asistida por ordenador, detección inercial, detección ultrasónica y detección magnética, acelerómetros, giroscopios, tecnología láser y sistema de posicionamiento global (GPS).

En una realización de la invención, la unidad gráfica 16 está configurada para determinar representaciones gráficas en 2D de los volúmenes de seguridad basándose en las descripciones en 3D de los volúmenes de seguridad y del vector de posición de la unidad de visualización portátil, y la unidad de realidad aumentada está configurada para alinear las representaciones gráficas en 2D de los volúmenes de seguridad sobre la imagen del robot real y de su entorno para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada. En otra realización de la invención, se presentan representaciones gráficas en 3D del volumen de seguridad en la unidad de visualización.

Opcionalmente, el dispositivo puede incluir una unidad de interacción 22 configurada para detectar interacciones de usuario con la representación gráfica de los volúmenes de seguridad fijos, y una unidad de modificación 24 configurada para modificar la descripción almacenada de los volúmenes de seguridad fijos basándose en interacciones de usuario detectadas. La unidad de visualización puede incluir una pantalla táctil y la unidad de interacción detecta interacciones de usuario con la representación gráfica en la pantalla táctil. La interacción puede, por ejemplo, realizarse directamente en la pantalla de la unidad de visualización o mediante gestos en el aire frente a un par de gafas interactivas. Por ejemplo, al usuario se le permite mover un punto sobre el volumen de seguridad arrastrándolo y soltándolo, y agrandar y reducir el tamaño de un volumen de seguridad moviendo uno o más dedos sobre la pantalla. Esta realización permite que un usuario modifique volúmenes de seguridad fijos en el sitio durante

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una verificación en línea de los volúmenes de seguridad y, en consecuencia, reduzca el tiempo necesario para la verificación y modificación de los volúmenes de seguridad fijos.

A continuación, se describen algunos ejemplos de posibles modos de implementar la detección de posición. Cuando se habla de realidad aumentada (RA) móvil hoy en día, y de implementaciones de RA en general, la tecnología más adaptada es el rastreo de marcadores. Esta tecnología funciona haciendo que la cámara detecte y rastree marcadores físicos en el entorno y muestre objetos virtuales en la pantalla alineados con los marcadores. Una ventaja de este método es que es fácil calcular el ángulo de la cámara con respecto al marcador y alinear, en consecuencia, el objeto virtual, y es fácil de implementar. Otra tecnología que se puede usar es RA sin marcadores. La tecnología sin marcadores se basa en el principio de rastreo de características naturales, que significa que el dispositivo crea una comprensión visual de un entorno del que no se tenía conocimiento previo. Esto permite nuevas formas de aplicaciones de RA en las que las imágenes digitales se colocan y alinean directamente en el entorno real sin necesidad de marcadores físicos. Mientras que las tecnologías RA sin marcadores y con marcadores se centran en la cámara como el sensor más importante, la RA basada en geolocalización se centra en sensores de posicionamiento del dispositivo, tal como el GPS, el acelerómetro, la brújula y el giroscopio. Al localizar la posición de la unidad de visualización con respecto al mundo real, la información digital de los volúmenes de seguridad puede superponerse sobre el mundo real para proporcionar información de la posición del volumen de seguridad con respecto al robot y al entorno.

La figura 4 muestra un organigrama de un método según una primera realización de la invención para verificar volúmenes de seguridad fijos (FSV). Un volumen de seguridad fijo tiene un tamaño fijo y una posición fija con respecto al entorno de la unidad mecánica. El método descrito se basa en el uso de una cámara dispuesta para proporcionar imágenes del robot y de su entorno. Sin embargo, se pueden usar otros métodos. Un sistema de coordenadas universal se define con respecto a la unidad mecánica y con respecto al entorno de la unidad mecánica. La verificación se realiza en dos etapas. La segunda etapa de verificación es opcional.

Uno o más volúmenes de seguridad fijos están definidos para la unidad mecánica móvil. La primera etapa incluye obtener una descripción de cada uno de los volúmenes de seguridad fijos, bloque 30. Las descripciones son preferiblemente descripciones en 3D. Las descripciones se definen con respecto al sistema de coordenadas universal. Las descripciones se obtienen, por ejemplo, a partir del sistema de seguridad del robot. Las descripciones se almacenan en la unidad de almacenamiento 10, bloque 32. Durante la primera etapa de verificación, se llevan a cabo de manera constante las siguientes etapas:

- Capturar una imagen del robot real y de su entorno, bloque 34. Las imágenes son capturadas por la cámara 20. Esta etapa es opcional.

- Determinar la posición y orientación de la unidad de visualización 5 con respecto al sistema de coordenadas universal. De manera adecuada, un vector de posición de la pantalla de la unidad de visualización se determina basándose en la posición y la orientación de la unidad de visualización, bloque 36. En esta realización, la posición y la orientación de la unidad de visualización 5 se determinan basándose en la imagen capturada del robot real y de su entorno, por ejemplo, mediante RA con rastreo de marcadores o sin marcadores.

- Determinar representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad fijos basándose en la descripción almacenada de los volúmenes de seguridad fijos y del vector de posición de la unidad de visualización portátil, bloque 38. Esto significa que se determina una presentación gráfica de los volúmenes de seguridad fijos vistos desde la posición actual y el ángulo de la unidad de visualización. Las representaciones gráficas en 2D o 3D de los volúmenes de seguridad fijos se determinan basándose en las descripciones de los volúmenes de seguridad fijos y del vector de posición de la unidad de visualización portátil.

- Alinear la representación gráfica de los volúmenes de seguridad fijos sobre la imagen del robot real y de su entorno para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada, bloque 40. Esta etapa es opcional y no es necesaria si se usan gafas transparentes.

- La imagen de realidad aumentada se muestra en la unidad de visualización portátil 5, bloque 42.

La primera etapa de verificación incluye además verificar los volúmenes de seguridad fijos basándose en la imagen de realidad aumentada mostrada visualmente, bloque 44. Durante la primera etapa de verificación, el usuario mueve la unidad de visualización por una célula de robot y observa el entorno y los volúmenes de seguridad desde diferentes ángulos. La imagen de realidad aumentada mostrada proporciona al usuario información sobre cómo y dónde están definidos los volúmenes de seguridad fijos dentro del entorno de robot. De este modo, es fácil para el usuario detectar si alguno de los volúmenes de seguridad fijos es incorrecto y necesita ser modificado. Si se detectan errores, los volúmenes de seguridad incorrectos se modifican, bloque 46. Opcionalmente, esta etapa comprende detectar interacciones de usuario con la representación gráfica del volumen de seguridad fijo, y modificar la descripción del volumen de seguridad fijo basándose en dichas interacciones de usuario detectadas. La interacción, por ejemplo, puede realizarse directamente en la pantalla de la unidad de visualización o mediante gestos en el aire frente a un par de gafas interactivas. Resulta ventajoso volver a ejecutar la primera etapa, bloques 34 - 44, después de que se hayan modificado los volúmenes de seguridad fijos para garantizar que los volúmenes

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de seguridad modificados sean correctos. Las etapas 34 - 46 se repiten hasta que el usuario determina que la verificación ha finalizado.

Finalmente, para verificar los volúmenes de seguridad fijos, se puede llevar a cabo una segunda etapa de verificación. Durante la segunda etapa de verificación, el robot se mueve de manera constante en diferentes direcciones hasta que el robot llega a los límites de los volúmenes de seguridad fijos, bloque 48. Por ejemplo, el robot se puede mover automáticamente de acuerdo con el programa de verificación. Los volúmenes de seguridad fijos se modifican para detectar un volumen de seguridad incorrecto, bloque 50. Los módulos de seguridad modificados deben verificarse. De preferencia, los módulos de seguridad modificados se verifican ejecutando de nuevo las etapas de verificación primera y segunda.

Un volumen de seguridad móvil se define con respecto a un componente crítico del robot y tiene un tamaño y una posición variables con respecto al entorno del robot. Se pueden definir uno o más volúmenes de seguridad móviles para una unidad mecánica. El componente crítico es, por ejemplo, el punto central de herramienta (TCP) de un robot o un codo del robot. La posición de un volumen de seguridad móvil depende de la posición del componente crítico, y el tamaño del volumen de seguridad móvil depende de la velocidad y la carga actuales del componente crítico. El volumen de seguridad móvil depende de una trayectoria de desplazamiento del robot. El volumen de seguridad móvil sigue los movimientos del componente crítico a lo largo de la trayectoria de desplazamiento. El tamaño del volumen de seguridad móvil es cero cuando el componente crítico está quieto.

La figura 5 muestra un ejemplo de presentación gráfica de un volumen de seguridad móvil 60 a lo largo de una trayectoria de desplazamiento 62 definida por una pluralidad de puntos objetivo 64. La posición y la velocidad se conocen a lo largo de la trayectoria de desplazamiento 62. Dependiendo de la velocidad, la carga, etc., a lo largo de la trayectoria, hay una distancia de frenado, es decir, una distancia de seguridad. Dependiendo de las dudas sobre la distancia de frenado y la dirección, la distancia de frenado se puede representar como un volumen, por ejemplo, en forma de cono. Este volumen indica un volumen de seguridad móvil. Es posible determinar un volumen de seguridad móvil 60 a lo largo de la trayectoria de desplazamiento 62. Como se ve en la figura, los conos “desaparecerán” y en su lugar serán vistos como un “tubo”. Este tubo se puede visualizar después mediante realidad aumentada.

La guía para establecer una distancia de frenado cuando un operario se acerca a una máquina estacionaria se da en la norma ISO 13855. Sin embargo, el movimiento del robot no se tiene en cuenta. Para el tipo de operación de supervisión de velocidad y separación, la ecuación principal utilizada para determinar la distancia de separación mínima S es, por tanto, una generalización de la ecuación encontrada en la norma ISO13855:

S = KH x (TR + TB) + KR x TR + B + C + Zs + Zr

El primer término describe la distancia recorrida por el operario desde el momento de la detección hasta que el sistema de robot se detiene, el segundo término representa la distancia recorrida por el robot desde el momento de la detección hasta el acoplamiento del medio de detención, el tercer término es la distancia de frenado recorrida por el robot durante el proceso de detención. Se puede encontrar información adicional sobre la distancia de intrusión, C, en la norma ISO 13855.

La Figura 6 muestra un diagrama de bloques de un dispositivo para verificar volúmenes de seguridad de acuerdo con una segunda realización de la invención. Las partes iguales o correspondientes en las figuras 3 y 6 se indican con los mismos números. La unidad de almacenamiento 10 está adaptada para almacenar descripciones de volúmenes de seguridad móviles. Este dispositivo mostrado en la figura 6 difiere del dispositivo mostrado en la figura 3 en que comprende un generador de descripción 66 configurado para obtener posiciones y velocidades de componentes críticos de la unidad mecánica, a fin de determinar volúmenes de seguridad móviles para componentes críticos de la unidad mecánica basándose en las posiciones y velocidades de los componentes críticos, y almacenar descripciones de los volúmenes de movimiento de frenado definidos con respecto al sistema de coordenadas universal en la unidad de almacenamiento 10. La unidad gráfica 16 está configurada para determinar representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad móviles basándose en las descripciones de los volúmenes de seguridad móviles y de la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil. La unidad de realidad aumentada 18 está configurada para superponer las representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad móviles sobre una vista del entorno real de la unidad mecánica para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada. Por tanto, se presenta una presentación gráfica del volumen de seguridad móvil con respecto al entorno real del robot. Esta realización permite al usuario determinar visualmente si existe alguna superposición entre el volumen de seguridad móvil y un obstáculo en el entorno de la unidad mecánica. Si hay una superposición entre el volumen de seguridad móvil y el obstáculo, existe un riesgo de colisión entre la unidad mecánica y el obstáculo y hay que reprogramar la trayectoria de desplazamiento.

Es posible mostrar visualmente un solo volumen de seguridad móvil, que se mueva a lo largo de la trayectoria de robot. Sin embargo, resulta ventajoso presentar al mismo tiempo varios volúmenes de seguridad móvil, o todos, a lo largo de la trayectoria, por ejemplo, como un tubo alargado, para ayudar al usuario a verificar una trayectoria de desplazamiento programada con respecto a colisiones en el entorno real de la unidad mecánica.

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Las posiciones y las velocidades del componente crítico se obtienen, por ejemplo, a partir del controlador de robot 4. El programa de robot se ejecuta después en el robot real mientras que los volúmenes de seguridad móviles para el componente crítico se determinan basándose en la posición, la velocidad y, opcionalmente, la carga del robot real. El tamaño y la posición del volumen de seguridad móvil se determinan después basándose en la posición y la velocidad actuales del robot real.

Alternativamente, las posiciones y velocidades del componente crítico se obtienen a partir de una unidad de simulación 68 configurada para simular la trayectoria de desplazamiento programada para la unidad mecánica. El tamaño y la posición del volumen de seguridad móvil se determinan basándose en la posición y la velocidad del componente crítico obtenidas a partir de la simulación. Resulta adecuado colocar la unidad de simulación en la unidad de visualización portátil. Sin embargo, la unidad de simulación también puede colocarse en un ordenador remoto, en el controlador de robot o en el sistema de seguridad. Esta realización permite verificar una trayectoria de desplazamiento programada con respecto a colisiones en el entorno real de la unidad mecánica sin tener que mover la unidad mecánica. La presentación gráfica del volumen de seguridad móvil se mueve a lo largo de la trayectoria programada en el entorno real, mientras que la unidad mecánica está quieta. Debido al hecho de que la unidad mecánica no tiene que moverse, es seguro para el usuario moverse por el entorno de la unidad mecánica y detectar una superposición entre el volumen de seguridad móvil y obstáculos en el entorno.

El dispositivo mostrado en la figura 6 comprende además una unidad de simulación 68 configurada para simular la trayectoria de desplazamiento programada para la unidad mecánica y para determinar la posición y la velocidad del componente crítico durante la ejecución de la trayectoria de desplazamiento basándose en la simulación. El generador de descripción 66 está configurado para obtener las posiciones y velocidades del componente crítico a lo largo de la trayectoria de desplazamiento a partir de la unidad de simulación 68 y para determinar los volúmenes de seguridad móviles basándose en las posiciones y velocidades obtenidas. El generador de descripción 66 determina las distancias de frenado a lo largo de la trayectoria, por ejemplo, basándose en la velocidad del robot, el tiempo de reacción del robot y la masa del robot y la carga transportada por el robot.

En otra realización de la invención, la unidad de almacenamiento 10 está adaptada para almacenar descripciones de los volúmenes de seguridad móviles, así como volúmenes de seguridad fijos, y la unidad gráfica 16 está configurada para determinar representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad móviles, así como de volúmenes de seguridad fijos.

La Figura 7 muestra un organigrama de un método para verificar volúmenes de seguridad móviles (MSV) de acuerdo con una segunda realización de la invención. Se entenderá que cada bloque del organigrama puede implementarse mediante instrucciones de programa informático. El método comprende de manera constante:

Obtener la posición y la velocidad del componente crítico de la unidad mecánica, bloque 52. Las posiciones y velocidades pueden ser posiciones y velocidades reales de la unidad mecánica o valores simulados. Determinar un volumen de seguridad móvil para un componente crítico de la unidad mecánica basándose en la posición y la velocidad obtenidas del componente crítico, bloque 54. Esta etapa incluye determinar la distancia de frenado en la trayectoria basándose en la velocidad de la unidad mecánica. Almacenar una descripción del volumen de seguridad móvil definida con respecto al sistema de coordenadas universal, bloque 56. La descripción es, por ejemplo, las coordenadas del volumen de seguridad en el sistema de coordenadas universal. Determinar la posición y la orientación de una unidad de visualización portátil con respecto al sistema de coordenadas universal, bloque 58. Determinar una representación gráfica del volumen de seguridad móvil basándose en la descripción almacenada del volumen de seguridad móvil y de la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil, bloque 60. Esto significa que se determina una presentación gráfica del volumen de seguridad móvil vista desde la posición y el ángulo actuales de la unidad de visualización.

La representación gráfica de los volúmenes de seguridad móviles se superpone sobre una vista del entorno real de la unidad mecánica para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada, bloque 62. La imagen de realidad aumentada se muestra en la unidad de visualización portátil, bloque 64. El método se repite hasta que se muestran volúmenes de seguridad móviles a lo largo de toda la trayectoria, bloque 66. Se pueden seguir mostrando todos los volúmenes de seguridad móviles a lo largo de la trayectoria, siempre que el usuario lo elija.

La figura 8 muestra un organigrama de un método para verificar volúmenes de seguridad fijos de acuerdo con una tercera realización de la invención. Se entenderá que cada bloque del organigrama puede implementarse mediante instrucciones de programa informático. Uno o más volúmenes de seguridad fijos están definidos para la unidad mecánica móvil con respecto al sistema de coordenadas universal. Se almacenan descripciones de los volúmenes de seguridad fijos (FSV) definidas en el sistema de coordenadas universal, bloque 70. Se obtienen posiciones y velocidades de un componente crítico de la unidad mecánica, bloque 72. Se determinan volúmenes de seguridad móviles (MSV) para el componente crítico a lo largo de toda la trayectoria basándose en las posiciones y velocidades obtenidas del componente crítico 4. Las descripciones de los volúmenes de seguridad móviles definidas en el sistema de coordenadas universal se almacenan, bloque 74.

Durante una primera etapa de verificación, se llevan a cabo de manera constante las siguientes subetapas. La posición y la orientación actuales de una unidad de visualización portátil se determinan con respecto al sistema de coordenadas universal, bloque 76. Una representación gráfica de los volúmenes de seguridad fijos y móviles se

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determina basándose en las descripciones almacenadas de los volúmenes de seguridad fijos y móviles y de la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil, bloque 78. Esto significa que se determina una representación gráfica de los volúmenes de seguridad fijos y móviles como se ve desde la posición y el ángulo actuales de la unidad de visualización. La representación gráfica de los volúmenes de seguridad fijos y móviles se superpone sobre una vista del entorno de la unidad mecánica para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada, bloque 80.

La imagen de realidad aumentada se muestra en la unidad de visualización portátil, bloque 82. Los volúmenes de seguridad fijos y móviles se visualizan de ese modo en el entorno real del robot. Al mostrarse uno o más volúmenes de seguridad fijos simultáneamente y en la misma vista que uno o más volúmenes de seguridad móviles, es posible verificar visualmente la posición de un volumen de seguridad fijo con respecto a la trayectoria de desplazamiento. Dependiendo de la relación posicional entre los volúmenes de seguridad fijos y movibles visualizados, un usuario puede detectar mejoras de los volúmenes de seguridad fijos y realizar modificaciones necesarias del volumen de seguridad fijo. Por ejemplo, si el robot solo puede moverse dentro del volumen de seguridad fijo y la distancia entre el volumen de seguridad fijo y el volumen móvil es grande a lo largo de toda la trayectoria, se puede reducir el tamaño del volumen de seguridad fijo y de esa forma se puede conseguir una mejor utilización del espacio en una fábrica. En cambio, si el volumen de seguridad y el volumen de seguridad fijo no están superpuestos entre sí en una parte del robot, es necesario cambiar el tamaño del volumen de seguridad fijo o cambiar la trayectoria de desplazamiento programada para evitar que la unidad mecánica alcance el límite del volumen de seguridad fijo durante la ejecución de la trayectoria programada y por ello que sea detenida de emergencia. Opcionalmente, el método puede incluir las etapas de detectar interacciones de usuario con la representación gráfica del volumen de seguridad fijo, bloque 84, y modificar la descripción del volumen de seguridad fijo basándose en dichas interacciones de usuario detectadas, 86. Por tanto, un usuario puede modificar la forma y la posición del volumen de seguridad fijo durante la verificación de los volúmenes de seguridad, por ejemplo, interactuando con una pantalla táctil en la unidad de visualización. Las etapas en los bloques 76 - 86 se repiten hasta que el usuario haya terminado la verificación, bloque 88. Con el fin de verificar finalmente los volúmenes de seguridad fijos, se puede llevar a cabo la segunda etapa de verificación descrita anteriormente.

La figura 9 muestra un ejemplo de una imagen de realidad aumentada que incluye una representación gráfica de un volumen de seguridad fijo 6 y un volumen de seguridad móvil 9 presentados sobre una célula de robot real descrita en la figura 1. En este ejemplo, el volumen de seguridad fijo 6 tiene forma de paralelepípedo y el volumen de seguridad móvil 9 tiene forma de tubo. El volumen de seguridad móvil 9 encierra una trayectoria de desplazamiento programada 11.

La presente invención no está limitada a las realizaciones descritas, sino que puede variarse y modificarse dentro del ámbito de aplicación de las siguientes reivindicaciones. Por ejemplo, la unidad gráfica y/o la unidad de realidad aumentada pueden colocarse fuera de la unidad de visualización portátil, por ejemplo, en un servidor externo o como un servicio en la nube. La unidad de simulación también puede colocarse fuera de la unidad de visualización portátil, por ejemplo, en el controlador de robot o en un servidor externo.

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   REIVINDICACIONES

   1. Método para verificar uno o más volúmenes de seguridad (6; 9; 60) para una unidad mecánica móvil (1) con respecto a un entorno de la unidad mecánica, en el que se define un sistema de coordenadas universal (x, y, z) con respecto a la unidad mecánica y con respecto al entorno de la unidad mecánica, caracterizado por que el método comprende:

   - almacenar una descripción de uno o más volúmenes de seguridad definidos con respecto al sistema de coordenadas universal, y de manera constante:

   - determinar la posición y la orientación de una unidad de visualización portátil (5) con respecto al sistema de coordenadas universal,

   - determinar una representación gráfica de los volúmenes de seguridad basándose en la descripción de los volúmenes de seguridad y de la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil,

   - superponer la representación gráfica de los volúmenes de seguridad sobre una vista del entorno real de la unidad mecánica para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada, y

   - mostrar la imagen de realidad aumentada en la unidad de visualización portátil.
2. 2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos uno de dichos volúmenes de seguridad es un volumen de seguridad fijo (6) que tiene una posición fija con respecto al sistema de coordenadas universal.
3. 3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el método comprende verificar el volumen de seguridad fijo (6) basándose en la imagen de realidad aumentada mostrada y modificar el volumen de seguridad fijo al detectarse un volumen de seguridad incorrecto.
4. 4. Método de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, en el que el método comprende detectar interacciones de usuario con la representación gráfica del volumen de seguridad fijo y modificar la descripción del volumen de seguridad fijo basándose en dichas interacciones de usuario detectadas.
5. 5. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos uno de dichos volúmenes de seguridad (60; 9) es un volumen de seguridad móvil que tiene un tamaño y una posición que dependen de la velocidad y la posición de un componente crítico (TCP) de la unidad mecánica, y el método comprende de manera constante:

   - obtener la posición y la velocidad del componente crítico de la unidad mecánica,

   - determinar el volumen de seguridad móvil para el componente crítico de la unidad mecánica basándose en la posición y la velocidad del componente crítico, y

   - almacenar una descripción del volumen de seguridad móvil definido con respecto al sistema de coordenadas universal.
6. 6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el método comprende:

   - simular una trayectoria de desplazamiento programada para la unidad mecánica,

   - determinar la posición y la velocidad del componente crítico a lo largo de la trayectoria de desplazamiento basándose en la simulación, y

   - determinar dicho volumen de seguridad móvil basándose en la posición y la velocidad determinadas del componente crítico.
7. 7. Método de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, en el que el método comprende:

   - calcular una distancia de seguridad para dicho componente crítico basándose en la velocidad y la carga del componente crítico, y

   - determinar dicho volumen de seguridad móvil basándose en la distancia de seguridad calculada.
8. 8. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos uno de dichos volúmenes de seguridad es un volumen de seguridad fijo y al menos uno de dichos volúmenes de seguridad es un volumen de seguridad móvil, y el método comprende de manera constante:

   - determinar una representación gráfica de cada uno del volumen de seguridad fijo (6) y el volumen de seguridad móvil (60; 9) basándose en las descripciones de los volúmenes de seguridad y de la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil,

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   - superponer las representaciones gráficas del volumen de seguridad fijo y el volumen de seguridad móvil sobre dicha vista del entorno real para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada, y

   - mostrar la imagen de realidad aumentada en la unidad de visualización portátil.
9. 9. Dispositivo para verificar uno o más volúmenes de seguridad (6; 9; 60) para al menos una unidad mecánica móvil (1) colocada en un entorno, en el que un sistema de coordenadas universal (x, y, z) se define con respecto a la unidad mecánica y con respecto al entorno de la unidad mecánica, caracterizado por que el dispositivo comprende:

   - una unidad de almacenamiento (10) para almacenar descripciones de los volúmenes de seguridad,

   - una unidad de visualización portátil (5),

   - un detector de posición (14) configurado para determinar de manera continua la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil con respecto al sistema de coordenadas universal,

   - una unidad gráfica (16) configurada para determinar representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad basándose en las descripciones almacenadas de los volúmenes de seguridad y de la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil, y

   - una unidad de realidad aumentada (18) configurada para superponer las representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad sobre una vista del entorno real de la unidad mecánica para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada y para mostrar la imagen de realidad aumentada en la unidad de visualización portátil.
10. 10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el dispositivo comprende un generador de descripción (66) configurado para obtener posiciones y velocidades de un componente crítico de la unidad mecánica, para determinar volúmenes de seguridad móviles para el componente crítico de la unidad mecánica basándose en las posiciones y las velocidades del componente crítico y para almacenar una descripción del volumen de seguridad móvil definido con respecto al sistema de coordenadas universal en dicha unidad de almacenamiento.
11. 11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el dispositivo comprende una unidad de simulación (68) configurada para simular una trayectoria de desplazamiento programada para la unidad mecánica, y para determinar la posición y la velocidad del componente crítico durante la ejecución de la trayectoria de desplazamiento basándose en la simulación, y dicho generador de descripción (66) está configurado para obtener la posición y la velocidad del componente crítico a partir de la unidad de simulación y para determinar dicho volumen de seguridad móvil basándose en la posición y la velocidad obtenidas.
12. 12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, en el que dicha unidad de almacenamiento (10) está configurada para almacenar descripciones de volúmenes de seguridad fijos que tienen una posición fija con respecto al sistema de coordenadas universal, dicha unidad gráfica (16) está configurada para determinar representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad fijos y los volúmenes de seguridad móviles basándose en las descripciones de los volúmenes de seguridad y de la posición y la orientación de la unidad de visualización portátil, y la unidad de realidad aumentada (18) está configurada para superponer las representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad fijos y móviles sobre la vista de la unidad mecánica real y de su entorno para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada.
13. 13. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 - 12, en el que dicha unidad de almacenamiento (10) está configurada para almacenar descripciones de volúmenes de seguridad fijos que tienen una posición fija con respecto al sistema de coordenadas universal, y el dispositivo comprende una unidad de interacción (22) configurada para detectar interacciones de usuario con las representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad fijos, y una unidad de modificación (24) configurada para modificar la descripción almacenada de los volúmenes de seguridad fijos basándose en las interacciones de usuario detectadas.
14. 14. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 - 13, en el que el dispositivo comprende una cámara (20) configurada para capturar una imagen de la unidad mecánica y de su entorno, y la unidad de realidad aumentada (18) está configurada para alinear las representaciones gráficas de los volúmenes de seguridad sobre la imagen de la unidad mecánica real y de su entorno para proporcionar una imagen compuesta de realidad aumentada.
15. 15. Uso del dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 - 14 para verificar volúmenes de seguridad para un robot industrial.