Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung eines Hüttenwerks und/oder Walzwerks umfassend einen Roboter mit einer Robotersteuerung mit eine zugeordnete Mensch-Roboter-Schnittstelle beeinflussenden Betriebsarten und Betriebsmodi, die an unterschiedliche Automatisationsgrade des Roboters anpassbar und/oder angepasst ausgebildet sind.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Hüttenwerke oder Walzwerke sowie hütten- und/oder walzwerkstechnische Anlagen mit Manipulatoren oder Robotern, insbesondere Industrierobotern, auszustatten. So existieren beispielsweise seit langem Manipulatoren zum Ankoppeln eines Schattenrohres an eine Gießwanne oder zum Transport schwerer Steine beim Ausmauern eines Konverters. Auch vollautomatische Roboter finden Anwendung, so beispielsweise zum Lackieren von Coils oder zum Ausspritzen eines Elektrolichtbogenofens. Den meisten dieser Anwendungen ist gemeinsam, dass der jeweilige Roboter an die jeweilige spezielle Aufgabe angepasst und auf diese ausgerichtet ist.

Wie beispielsweise aus der WO 2005/118182 A1 ist ferner der Einsatz von MuI- tifunktionsrobotem, die mehr als eine Aufgabe ausführen, bekannt, wobei in diesem Stand der Technik das Robotersystem derart ausgelegt ist, dass von ihm mehrere unterschiedliche Tätigkeiten auf einer Gießbühne wahrgenommen werden können. Ein Robotersystem, das einen Multifunktionsroboter umfasst, der innerhalb eines Pfannenwartungsstandes den Boden einer Pfanne wartet ist aus der WO 2008/025562 A1 bekannt.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Roboter, insbesondere Multifunktionsroboter, können zwar grundsätzlich unterschiedliche Aufgaben wahrneh- men, ihre Funktionalität ist jedoch in der Regel auf den vollautomatischen Einsatz gerichtet.

Allenfalls hilfsweise kann der Mensch in seiner Funktion als Arbeitspersonal oder Werker mittels eines Telemanipulationsbetriebsmodus des Multifunktions- roboters in dessen Arbeitstätigkeit und Funktionalität eingreifen. Während der Tätigkeit und im Betriebszustand des Multifunktionsroboters müssen Arbeitsraum und Bewegungsraum von Roboter und Mensch zu jedem Zeitpunkt getrennt bleiben, damit der Roboter den Menschen nicht gefährdet. Vollautomatische Lösungen benötigen jedoch für die einwandfreie Funktionalität des jeweili- gen Roboters ein bestimmtes Maß an notwendiger Sensorik oder Wahrnehmung, Geschicklichkeit und/oder Entscheidungsfähigkeit, um einen Arbeitspro- zess durchführen zu können. Bei komplexen Arbeitsvorgängen stoßen derartige Systeme daher hinsichtlich der für ihre Realisierung notwendigen Kosten, hinsichtlich der Systemstabilität und hinsichtlich der Prozesssicherheit an ihre Grenzen. Gerade in hütten- und walzwerkstechnischen Anlagen tritt während bestimmter manueller Arbeiten oftmals die Notwendigkeit auf, eine qualifizierte und schnelle Entscheidung über das weitere Vorgehen aufgrund einer Beobachtung durch den Menschen, also den im jeweiligen Arbeitsbereich tätigen Werker oder das Arbeitspersonal, zu treffen. So müssen bei Wartungsarbeiten an einer Gießpfanne Entscheidungen darüber getroffen werden, welche Teile weiterverwendet und welche ausgewechselt werden sollen. Dies bedingt nicht nur das Erkennen des jeweiligen Zustandes sondern erfordert auch ein bestimmtes Maß an Entscheidungsfähigkeit um die jeweils richtige Entscheidung zu treffen. Bei den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen werden in einem solchen Fall dann die Industrieroboter ausgestellt oder festgestellt oder verriegelt und betritt ein Arbeiter den mit Schutzzäunen umgebenen Bewegungsraum und Arbeitsbereich des Roboters, um die notwendige Inspektion und Entscheidung zu treffen. Bei Arbeitsabläufen, die von einem häufigen Wechsel von Arbeitstätigkeiten und Beobachtungs- oder Inspektionstätigkeiten betroffen sind, ist eine solche Lösung unbefriedigend, da der Roboter häufig stillgesetzt werden muss. Auch bestimmte einfache manuelle Aufgaben gestalten sich sowohl für einen vollautomatischen wie auch einen teleoperierten Manipulator als technisch unverhältnismäßig aufwendig oder zeichnen sich durch ein ungünstiges Kosten-Nutzen-Verhältnis aus, weil zur Ablösung der einfachen manuellen menschlichen Tätigkeit das Robotersystem mit einer hochkomplexen Sensorik ausgestattet werden müsste. So ist das simple Entfernen eines kleinen Sicherungselementes wie eines Splintes für den Menschen eine einfache manuelle Tätigkeit, weil er die Lage des Splintes visuell erfassen und von Hand leicht herausziehen kann. Um dieselbe Aufgabe von einem Roboter durchführen zu lassen, muss dieser aber mit einer komplexen Sensorik versehen wer- den, die es ermöglicht, die Position des Elementes, in diesem Falle des Splintes, zu erfassen. Erst danach kann der Roboter den Splint entfernen. Soll dies beispielsweise mit Hilfe eines Telemanipulators geschehen, ist diese Tätigkeit zudem aufwendig, unzuverlässig und langsam.

Eine Möglichkeit dieses Problem zu mindern besteht darin, den jeweiligen Arbeitsplatz und die zugehörigen Arbeitsmittel an die Automatisierung anzupassen. So wird in der WO 2008/025562 A1 eine konkrete Implementierung für einen Schiebermechanismus einer Stahlpfanne vorgeschlagen, der dann mit Hilfe eines Roboters auswechselbar ist. Nachteilig bei diesem System ist es, dass der Aufwand, eine solche Anpassung vorzunehmen, erhebliche Kosten verursacht und damit die Wirtschaftlichkeit einer damit ausgestatteten Anlage aufgrund der damit verbundenen Investitionskosten vermindert. So ist es bei dem in der WO 2008/025562 A1 beschriebenen Beispiel so, dass jede Gießpfanne mit dem entsprechenden Schiebersystem und einer zugehörigen Befestigung ausgestattet werden muss.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil bekannter Systeme besteht darin, dass bei ihrer Anwendung gegebenenfalls die Zugänglichkeit der jeweiligen Anlage verschlechtert ist. Während bei Manipulatoren die Sicherheit durch die verantwor- tungsvolle Bedienung durch den Menschen, d.h. das jeweilige Bedienungsper- sonal, sichergestellt wird, ist es bei konventionellen, vollautomatischen Industrierobotern aufgrund gesetzlicher Bestimmungen (in Europa beispielsweise die Richtlinie 2006/42/EG) notwendig, eine Abtrennung des Arbeits- und Bewegungsbereiches des Roboters vom Aufenthaltsort von Menschen, d.h. vom Bedienungspersonal, vorzusehen.

Schließlich ist es aus der WO 2007/057061 A1 bekannt, den tätigen Arbeitsroboter aus dem eigentlichen Arbeitsbereich herauszuschwenken, so dass dann die Zugänglichkeit des Arbeitsbereiches für Bedienungspersonal möglich ist. Das Wegschwenken des Roboters benötigt aber eine bestimmte Zeitspanne, so dass in Gefahrenmomenten gegebenenfalls wertvolle Zeit vergeht, bis Bedienungspersonal den Gefahrenbereich betreten und dort dem Gefahrenmoment entgegenwirken kann.

Ferner sind Arbeitstätigkeiten in großtechnischen Anlagen, insbesondere in hüt- tenmännischen Anlagen, wie einer Metallhütte oder Stahlwerken, sowie Arbeitstätigkeiten an oder im Umfeld von Hochöfen oder Reduktionsöfen sowie Walzwerken grundsätzlich häufig sowohl mit einer erhöhten Gefährdung für das dort tätige Bedienpersonal, als auch oftmals mit den menschlichen Körper beeinträchtigenden Belastungen verbunden, die insbesondere unter ergonomischen Gesichtspunkten für den Menschen als bedenklich eingestuft werden. Insbesondere gilt dies für Arbeitstätigkeiten, die in Hitze- oder Emissions- belasteten Umgebungen stattfinden oder für Arbeitstätigkeiten, die eine schwere körperliche Betätigung, wie das Heben von Gewichten, umfassen.

Aus diesem Grunde bestehen verstärkt Überlegungen, derartige Arbeitstätigkeiten zu automatisieren. Hierfür eignen sich insbesondere Industrieroboter, vorzugsweise Knickarmrobotern. Diese übernehmen dann für den Menschen gefährliche oder belastende Tätigkeiten und führen die jeweiligen Arbeitsvorgänge vollständig oder in Zusammenarbeit mit dem Menschen teilweise aus. Hier- durch ist das Gefährdungsrisiko für die Werker oder das Bedienpersonal reduziert.

Da von Industrierobotern ihrerseits nun wiederum für menschliche Bedienpersonen Gefahren ausgehen, müssen in großtechnischen Anlagen Menschen vor den Robotern geschützt werden. Das jeweils zu beachtende Regelwerk ist in einschlägigen Industrienormen, beispielsweise der ISO 10218-1 :2006 und der ISO 10218-2:2008 festgehalten. Hierin ist unter anderem festgehalten, dass um den jeweiligen Industrieroboter herum Schutzbereiche definiert sind, die mit permanenten Schutzzäunen oder anderen permanent trennenden Sicherheits- einrichtungen von der außerhalb der Schutzbereiche liegenden Umgebung abgetrennt sind. In großtechnischen Anlagen, wie beispielsweise Metallhütten o- der Stahlwerken, ist aber nicht überall die Möglichkeit gegeben, derartige permanente Sicherheitseinrichtungen, wie Zäune, aufzustellen. Beispielsweise müssen auf einer Gießbühne einer Stranggießanlage im Rahmen der verschie- denen dort ablaufenden Arbeitstätigkeiten auch Bereiche vom Bedienpersonal betreten werden können, die ansonsten bei einer von einem Industrieroboter auszuführenden Arbeitstätigkeit als den Industrieroboter umgebender Schutzbereich ausgebildet sind.

Hinsichtlich der Ausstattung von Robotern mit Schutzbereichen ist es bekannt, einem Roboter unterschiedliche Schutzbereiche zuzuordnen. So ist es aus dem Bereich der Schweißtechnik bekannt, dass ein Roboter mit einem Werker zusammenarbeitet und hierbei der Roboter dem Werker zunächst das vorbereitete Material zum Handschweißen anreicht. Während des Schweißvorganges steht der Roboter an einer fixierten Position. Nach Abschluss des Schweißens tritt der Werker zurück und löst einen Schalter aus, der den Roboter in die nächste Schweißposition fährt. Der Vorgang wird solange fortgesetzt, bis alle Schweißpunkte gesetzt sind. Anschließend legt der Roboter das Endprodukt auf einer Palette ab. Während des gesamten Arbeitsvorgangs ist der Werker komplett geschützt. Denn der Roboter schöpft sein Potential an Geschwindigkeit nur aus, wenn der Werker sich außerhalb der als Gefahrenbereich definierten Schutzzone befindet. Hält sich der Werker dagegen in einer als Warnzone definierten Vorschutzzone auf, veranlasst ein Detektionselement eine reduzierte Geschwindigkeit des Roboters. Betritt der Arbeiter den unmittelbaren Schutzbereich, also die Schweißzone, stoppt der Roboter sofort. Tritt der Werker wieder aus dem Schutzbereich heraus, arbeitet der Roboter weiter. Unabhängig davon können von einem weiteren Werker mit einem Gabelstapler Paletten zu- und abtransportiert werden. Damit jedoch kein Mensch in Gefahr ist, sind dort ebenfalls schwebende Schutzräume eingerichtet. Sollte hier nun doch ein Mensch in den Gefahrenraum eintreten, zum Beispiel aus Unachtsamkeit, so stoppt der Roboter ebenfalls. Aus diesem aus der Praxis bekannten Stand der Technik ist es somit bekannt, einem Roboter Schutzbereiche unterschiedlicher Funktionalität, nämlich eine Warnzone und den unmittelbaren Schutzbereich, zuzuordnen. Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist es allerdings, dass hier das oder die Detektionselement(e) einer als Schutzbereich definierten Fläche zugeordnet sind. Wenn von einem Roboter nun die Ausführung verschiedener Arbeitstätigkeiten an unterschiedliche Arbeitspositionen durchgeführt und damit an den Arbeitspositionen unterschiedliche Arbeitsräume von dem jeweiligen Schutzbereich abgedeckt werden müssen, muss entweder ein entsprechend großer Schutzraum definiert sein oder es müssen mehrere Schutzbereiche definiert sein. Insbesondere bleibt dann die Problematik bestehen, dass es im Zusammenwirken von Industrieroboter und Mensch Arbeitsvorgänge gibt, die es notwendig machen, dass der um den Industrieroboter herum ausgebildete Schutzbereich im Rahmen bestimmter Arbeitstätigkeiten vom Bedienpersonal betreten werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die eine flexiblere Anpassung eines Roboters oder Robotersystems an unterschiedliche Grade einer Mensch-Roboter-Interaktion sowie einen flexibilisierten Einsatz eines Industrieroboters im Rahmen von Arbeitstätigkeiten und Arbeitsabläufen einer großtechnischen Anlage, insbesondere hüttenmännischen Anlage, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung umfassend einen Roboter mit einer Robotersteuerung mit eine zugeordnete Mensch- Roboter-Schnittstelle beeinflussenden Betriebsarten und Betriebsmodi, die an unterschiedliche Automationsgrade des Roboters und/oder an unterschiedliche zeitliche und/oder örtliche Positionierungen der Interaktionspartner Mensch und Roboter in einem Arbeitsraum angepasst und/oder anpassbar ausgebildet sind, wobei dem Roboter, insbesondere Industrieroboter, zumindest ein von mit dem Roboter, insbesondere Industrieroboter, zusammenwirkenden Detektionsele- menten erfasster Schutzbereich zugeordnet ist, der hinsichtlich seiner Ausdehnung und Funktionalität Roboter-tätigkeitsbezogen und/oder Roboter- arbeitspositionsbezogen variierend und/oder variierbar ausgebildet ist und wobei der Roboter, insbesondere Industrieroboter, auf oder an einer auf einer Fahrbahn verfahrbaren Verfahreinrichtung angeordnet ist.

Durch die Erfindung wird eine flexible Lösung für die Gestaltung eines Robotersystems, seines Bewegungs- und Arbeitsbereiches sowie seine Arbeitsweise, einer arbeitsteiligen Aufgabenausführung mit zeitlicher und räumlicher Aufga- benteilung in Interaktion zu menschlichem Bedienungspersonal, geschaffen, so dass mehrere Aufgaben schnell und effizient wahrgenommen werden können, ohne dabei durch eine vollautomatische oder ferngesteuerte Auslegung des Robotersystems eingeschränkt oder beschränkt zu sein. Erfindungsgemäß wird somit erreicht, dass die Möglichkeiten moderner Industrieroboter mit menschli- eher Wahrnehmung und Entscheidungsfähigkeit kombiniert werden können. Dazu wird insbesondere in hütten- oder walzwerkstechnischen Einrichtungen oder Anlagen einem jeweiligen Arbeitsplatz ein Robotersystem zugeordnet, das sich flexibel an mehrere unterschiedliche Tätigkeiten innerhalb der jeweiligen Arbeitsumgebung anpassen lässt. Die Flexibilität des Robotersystems wird da- durch erreicht, dass das System verschiedene Betriebsmodi aufweist, die un- terschiedliche Formen der Zusammenarbeit zwischen einem menschlichen Arbeiter oder dem Bedienpersonal und dem Robotersystem zulässt sowie erweiterte Betriebsarten umfasst. Die Robotersteuerung ist entsprechend um diese Betriebsmodi erweitert. Hierzu werden für das Robotersystem verschiedene Interaktionsformen eingeführt, welche eine zwischen den Interaktionspartnern Roboter und Mensch in Form von Werkern oder Bedienungspersonal eine arbeitsteilige Aufgabenausführung mit verschiedener Ausprägung zeitlicher und räumlicher Aufgabenteilung ermöglichen. Die verschiedenen Interaktionsformen definieren dabei die Ebenen der zeitlichen und örtlichen Trennung zwischen den interagierenden Partnern Roboter und Werker, innerhalb des Bewegungs- oder Arbeitsraums des Robotersystems. Beispielsweise wäre eine direkte Zusammenarbeit von Arbeiter und Roboter, die gemeinsam eine Tätigkeit am gleichen Werkstück ohne ihre zeitliche und räumliche Trennung durchführen, eine solche Interaktionsform, die allgemein als Kollaboration bezeichnet wird. Diese Interaktionsform schließt ebenso den Vorgang des direkten Beobachtens mit ein, bei welcher der Roboter eigenständig eine Arbeit ausführt und vom Menschen, der sich im Bewegungsraum des Roboters aufhält, dabei beobachtet wird. Eine andere Interaktion wäre das alleinige Arbeiten des Roboters, während er von einem Menschen in sicherer Entfernung ferngesteuert wird. Hierbei liegt dann eine örtliche und zeitliche Trennung der Interaktionspartner im Ar- beitsraum vor.

Hierbei bildet die Vorrichtung ein Roboterinteraktionssystem aus, das sich durch mehrere Roboterbetriebsarten auszeichnet, die vorzugsweise neben dem sonst üblichen (voll-) automatisierten Betrieb neue und weitere Betriebsarten dem Roboterinteraktionssystem und der Robotersteuerung hinzufügen, die eine stärkere Interaktion mit dem Bedienungspersonal oder dem Werker zulassen.

Eine solche neue Betriebsart ist der Manipulationsbetrieb, bei welchem sich der

Roboter im sogenannten Handbetrieb befindet. Im Manipulationsbetrieb wird der Roboter über eine Handsteuerung betrieben, die dem Arbeiter/Werker das direkte Steuerung der Achsen und/oder eine kartesische Steuerung des Endeffektors ermöglicht. Im Manipulationsbetrieb wird zwischen drei Modi mit unterschiedlicher Funktionalität unterschieden, die entsprechend dem Abstand zwischen Roboter und menschlichem Bedienungspersonal unterschieden werden.

Bei einem ersten Modus wird der Roboter als handgeführter Roboter betrieben. In diesem Modus kann das menschliche Bedienungspersonal den Roboter direkt mit den Händen führen. Dies wird durch Kraft-Moment Sensoren erreicht, die am Roboter angeordnet sind und den Druck messen, den der jeweilige Werker auf den Roboter, bevorzugt den Endeffektor bzw. ein zu bewegendes Teil des Roboters, ausübt.

Ein anderer Modus besteht in der Führung des Roboters über eine Handsteuerung. In diesem Modus steht der jeweilige Werker neben dem Roboter, insbesondere innerhalb des Bewegungsraumes des Roboters, und betätigt den Ro- boter über eine Steuerung, die als Bedienpult in Form eines Steuerknüppels oder einer Kombination von Steuerknüppeln oder als Spacemouse ausgeführt ist.

Ein weiterer Modus betrifft die teleoperierte Führung des Roboters über eine Handsteuerung, bei der das menschliche Bedienungspersonal/der Werker außerhalb des Bewegungs- und Arbeitsraumes des Roboters steht, beispielsweise in einem Kontrollraum, und den Roboter aus der Feme oder durch Kameras beobachtet, wobei dann die Handsteuerung wie im vorstehenden zweiten Modus ausgeführt sein kann. Im Manipulationsbetrieb stehen dem Bedie- ner/Werker die Möglichkeiten der Steuerung der Achsen und/oder die direkte Steuerung des Greifers/Werkzeugs des jeweiligen Roboters zur Verfügung.

Eine weitere Roboterbetriebsart ist der Halb-Automatikbetrieb, bei welchem der

Roboter Sequenzen eines Roboterprogramms automatisch abfährt. Im HaIb- Automatikbetrieb stellt der Roboter dem Bediener eine Reihe von programmier- ten Sequenzen zur Verfügung, die einzelnen Teilarbeitsschritten der jeweiligen Arbeitsaufgabe, die dem Roboter und dem Roboterinteraktionssystem zugeordnet sind, entsprechen. Der Bediener kann dabei jeweils einzelne Arbeitssequenzen anwählen und diese beliebig stoppen oder starten. In dieser Betriebsart werden Einzelarbeitsschritte im Wesentlichen im Wechsel zwischen Roboter und Mensch/Bediener durchgeführt. So öffnet beispielsweise der Arbeiter eine Klappe, tritt zur Seite und startet dann eine kurze Sequenz der Robotersteuerung, in welcher dieser einen schweren Gegenstand in die Öffnung legt. Nach dem Ende der automatisch durchgeführten Sequenz kann der Mensch die Klappe wieder schließen. Das Starten, Stoppen oder Anwählen von Sequenzen kann über ein leicht zu bedienendes Eingabegerät, eine Sprachsteuerung oder über sensorisch erkannte Gesten des Werkers/Bedieners geschehen. Der HaIb- Automatikbetrieb dient auch dem Eingriff des Bedieners in eine vollautomatische Programmsequenz, wenn diese aus nicht vorhergesehenen Gründen auf Probleme stößt oder Auffälligkeiten während des Arbeitsablaufes im Automatik- betrieb festgestellt werden. Der Bediener kann in diesem Fall den vollautomatischen Betrieb unterbrechen und wechselt in den Halb-Automatikbetrieb, der es ihm gestattet, einzelne Sequenzen zu wiederholen oder zu einem anderen Arbeitsschritt innerhalb des Programms zu springen. Die Funktionen im Halb- Automatikbetrieb sind beispielsweise „Pause", „Ausweichen", „Greifer aus/zu", „Play" (= zurücksetzen im Automatikbetrieb) oder „Arbeitsschritt vor- und zurückspringen"). Ebenso kann im Halb-Automatikbetrieb jederzeit in den Manipulationsbetrieb gewechselt werden.

Femer ist es durch die erfindungsgemäß vorgesehene Variierbarkeit eines Schutzbereichs sowohl hinsichtlich seiner Ausdehnung als auch seiner Funktionalität möglich, jedem Roboter seinen eigenen Schutzbereich oder Sicherheitsbereich zuzuordnen, der je nach Arbeitstätigkeit variieren kann. Es ist nicht mehr notwendig, den von einem Roboter im Rahmen verschiedener Arbeitspositionen insgesamt bestrichenen Arbeitsraum mit einem Schutzbereich abzude- cken. Vielmehr ist es möglich, jeder Arbeitsposition einen Schutzbereich zuzu- ordnen, wobei sich die verschiedenen Schutzbereiche noch nicht einmal überlappen müssen. Auch ist es im Rahmen der Erfindung möglich, einem Schutzbereich unterschiedliche Funktionalitäten zuzuordnen. So kann es möglich sein, dass in dem einen Falle dem Schutzbereich die Funktion sofortiges Abschalten des Roboters zugeordnet ist, wohingegen in einer anderen Arbeitsposition dem Schutzbereich lediglich die Funktion Reduzierung der Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters zugeordnet ist.

Insgesamt lässt sich durch diese flexibilisierte Ausgestaltung des einem Roboter oder Industrieroboter zugeordneten Schutzbereiches und -raumes oder Si- cherheitsbereiches sowie daraus folgend der Schutzräume einer mit mehreren Industrierobotern ausgestatteten großtechnischen Anlage, insbesondere hüttenmännischen Anlage, in gesamtheitlicher Betrachtung der Anlage ein gesamtheitliches, vollständiges Sicherheits- und Schutzkonzept zuordnen.

In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass die Betriebsarten und/oder die Betriebsmodi zu- und abschaltbar sind und der Roboter mittels der Betriebsarten und/oder Betriebsmodi an unterschiedliche Funktionalitäten und/oder Arbeitstätigkeiten anpassbar ist.

In allen Betriebsarten ist durch entsprechende Ausgestaltung der Vorrichtung sowie des Roboterinteraktionssystems sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunkt die notwendige Sicherheit des Arbeiters/Werkers gewährleistet ist. Ein Robotersystem sowie der zugehörige und zugeordnete Arbeitsbereich sind derart gestaltet, dass die unterschiedlichen Betriebsmodi, wie beispielsweise Telemanipu- lationsbetrieb, Kollaborationsbetrieb oder vollautomatischer Betrieb, ohne aufwendige Um- bzw. Nachrüstung, insbesondere des Roboters, im beliebigen Wechsel betrieben werden können.

Ebenso ist die Gestaltung derart, dass die Zugänglichkeit der mit einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten hütten- oder walzwerkstechnischen Anlage erhalten bleibt und Fluchtwege im Falle von plötzlichen und gefährlichen Ereignissen nicht durch Gitter versperrt sind. Dies wird vor allem dadurch erreicht, dass das Roboterinteraktionssystem zum großen Teil ohne trennende Schutzeinrichtungen bei Einsatz des erfindungsgemäßen Roboterinteraktionssystems ausgelegt werden kann, so dass keine behindernden und/oder tren- nenden Gitter im Wege sind, falls Bedienpersonal/Werker den Arbeitsraum oder Arbeitsbereich des Roboters betreten muss. Die Maschinensicherheit der mit dem erfindungsgemäßen Roboterinteraktionssystem ausgestatteten hütten- oder walzwerkstechnischen Anlage wird statt durch trennende Schutzeinrichtungen der vorstehend beschriebenen Art durch sensorische Überwachung des Arbeitsbereiches und den Einsatz von sicheren Steuerungen und/oder einem Sicherheitssensorsystem realisiert.

Das vorstehend beschriebene flexible und/oder universelle mittels der Vorrichtung gebildete Roboterinteraktionssystem besteht vorzugsweise wenigstens aus den Komponenten Roboter, Sicherheitssensorsystem, sichere Steuerung und Mensch-Roboter-Schnittstelle, die in Form einer Handsteuerung oder einer Sprachsteuerung ausgebildet sein kann.

Der in diesem Roboterinteraktionssystem zum Einsatz kommende Roboter ist vorzugsweise ein universeller, vorzugsweise frei programmierbarer, Industrieroboter. Natürlich kann das Roboterinteraktionssystem auch mehr als einen Roboter, beispielsweise zwei im Sinne von Arbeitsroboter und Assistenzroboter zusammenwirkende Roboter umfassen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem oder den Roboter(n) um sechs-achsig bewegbare, deren Arbeits- oder Hand- habungsarm mit einem Wechselsystem zur Aufnahme verschiedener Werkzeuge, Greifer oder Messgeräte ausgestattet ist. Vorzugsweise sollte(n) der oder die Roboter für den Einsatz in extremen Arbeitsumgebungen, d.h. im Heiß- und/oder Gefahrenbereich von hüttentechnischen oder walzwerkstechnischen oder hüttenmännischen Anlagen, ausgelegt sein. Eine solche Ausstattung wird heute handelsüblich unter der Bezeichnung „Foundry"-Ausstattung vermarktet. Hierbei sind die Greifer und Werkzeuge natürlich entsprechend auszulegen.

Die Erfindung zeichnet sich daher in Ausgestaltung auch dadurch aus, dass der Roboter insbesondere Industrieroboter, an einer hüttentechnischen oder walz- werkstechnischen Anlage angeordnet und dort einem Arbeitsplatz oder Arbeitsbereich zugeordnet ist.

In weiterer Ausgestaltung sieht die Erfindung schließlich vor, dass dem Roboter insbesondere Industrieroboter ein einen Sensor oder eine Kombination von Sensoren umfassendes Sicherheitssensorsystem zugeordnet ist, das die Anwesenheit eines Menschen in einem dem Roboterarbeitsbereich zugeordneten Sicherheitsbereich und/oder Eingangsbereich und/oder Detektionsbereich de- tektiert.

Das Sicherheitssensorsystem besteht vorzugsweise aus einer Kombination verschiedener Sensoren, die zum Erkennen menschlicher Anwesenheit geeignet sind. Das Sensorsystem ist dabei derart ausgelegt, dass menschliche Anwesenheit, beispielsweise das Betreten des Arbeitsbereiches, mit einem Maß an Sicherheit erkannt wird, so dass das Gesamtsystem den Anforderungen ge- setzlicher Vorschriften und Richtlinien wie beispielsweise der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG genügt.

Um dies zu erreichen umfasst das Sicherheitssensorsystem einzelne Sensoren, in der Regel jedoch eine Kombination von Sensoren, wobei die unterschiedli- chen Sensorentypen auch mehrfach und auch redundant vorhanden sein können. Für den Einsatz als Sensor in dem Sicherheitssensorsystem eignen sich beispielsweise Laserscanner, Lichtvorhänge, Lichtschranken, Kameras mit Tiefenerkennung, Infrarotkameras, Ultraschallsensoren, Trittmatten, RFID (Radio Frequency Identification), Scanner oder Kraft-Moment Sensoren. Auch Türkon- takte oder Schalter, die einem Arbeiter erlauben, dem Roboterinteraktionssys- tem oder dem Sicherheitssensorsystem anzuzeigen, dass der Arbeitsbereich betreten wird, sind für die Verwendung im Sicherheitssensorsystem geeignete Elemente. Die Elemente des Sicherheitssensorsystems, wie beispielsweise die verwendeten Sensoren, sind danach ausgewählt, dass sie den hüttentechnischen oder walzwerkstechnischen Einsatzumgebungsbedingungen entspre- chen und trotz der dort vorhandenen hohen Staub- und Hitzebelastungen sicher arbeitsfähig sind. Hierbei wird bei der Auslegung des Sicherheitssensorsystems die sich aus den Arbeitsumgebungen ergebende geringere Zuverlässigkeit und Lebensdauer, wie sie beispielsweise bei optischen Sensoren im Einsatzbereich mit hohem Staubaufkommen auftreten kann, berücksichtigt. Eine weitere Auf- gäbe des Sicherheitssensorsystems besteht in der Überwachung des zugeordneten Arbeitsplatzes oder Arbeitsbereiches in Bezug auf gefährliche Zustände, insbesondere Anlagenzustände, die nicht unbedingt unmittelbar und primär durch die Bewegungen oder Tätigkeiten des Roboters, sondern aus dem Zustand der Anlage oder den Gegebenheiten am Arbeitsplatz herrühren. So sind beispielsweise temperaturerkennende Sensoren vorgesehen, die nicht nur geeignet sind, menschliche Anwesenheit wahrzunehmen, sondern die ebenso in der Lage sind, heiße Flächen oder flüssigen Stahl zu erkennen, so dass bei Produktionsunfällen oder dem Versagen von anlagentechnischen Einrichtungen Gefahren erkannt werden können. Das System erhöht mit Meldungen über po- tentielle Gefahrenstellen die Sicherheit des Bedienpersonals und der Werker in dem jeweiligen Arbeitsbereich zusätzlich. Außerdem können Sensoren zur Erfassung von giftigen oder schädlichen Prozessgasen, z.B. Kohlenmonoxid, auch im Sinne einer Ergonomie- und/oder Arbeitssicherheitsüberwachung in das Sicherheitssensorsystem integriert sein. Die durch die Sensoren und das Sicherheitssensorsystem ermittelten und/oder verarbeiteten Signale werden dann der Robotersteuerung oder aber auch zugeordneten Sicherheitssystem zugeleitet, die dann im Gefahrenfall ggfs. Alarm auslösen und/oder beispielsweise den Roboter stillsetzen oder im Falle eines verfahrbaren Roboters diesen aus dem Gefahrenbereich herausfahren. Das ganz wesentliche Element des durch die Vorrichtung gebildeten Roboterinteraktionssystems ist die Robotersteuerung, die zum einen die unterschiedlichen Interaktionsformen zwischen Mensch und Roboter ermöglicht und die zum anderen gewährleistet, dass der Mensch nicht durch den Roboter gefährdet oder insbesondere verletzt wird. Die Robotersteuerung ist dabei mit folgenden Funktionsmerkmalen und Funktionalitäten ausgestattet, die sie steuern und/oder beeinflussen: die Robotersteuerung erzeugt und/oder überwacht eine sichere Begrenzung der Robotergeschwindigkeiten (kartesisch und achsbezogen);

eine sichere Begrenzung des Bewegungsbereiches, durch beispielsweise virtuelle Wände, also einen Schutzbereich für den Roboter, der sich arbeitsplatzbezogen und/oder arbeitstätigkeitsbezogen verändern kann;

einen sicheren Betriebshalt des Roboters an beliebiger Position

und eine sichere Bremsrampenüberwachung.

Eine weitere Komponente des Roboterinteraktionssystems ist die Mensch- Roboter-Schnittstelle, die verschiedene Interaktionsformen zwischen Mensch und Maschine/Roboter ermöglicht. Bei einer Interaktionsform in der keine zeitliche und örtliche Trennung der Interaktionspartner vorliegt, sich also beide Interaktionspartner im Arbeits- und/oder Schutzbereich des Roboters befinden, erlaubt die Mensch-Roboter-Schnittstelle dem Arbeiter das Bedienen des Robotersystems, das direkte Beobachten der Anlagenzustände aus nächster Nähe, vorzugsweise innerhalb des Bewegungsraumes des Roboters, und, falls erforderlich, das Eingreifen in den Prozess, wobei das Roboterinteraktionssystem dann insbesondere mit einer vom Bediener, dem Menschen, zu bedienenden Zustimmungseinrichtung oder einem elektromechanischem Zustimmungsschalter ausgestattet ist. Unter einem Zustimmungsschalter wird hierbei eine Schalt- einrichtung verstanden, die ständig betätigt sein muss, damit Steuersignale für gefahrbringende Zustände wirksam werden können. Zustimmungseinrichtungen oder elektromagnetische Zustimmungsschalter können als universelles 6D Eingabegerät, beispielsweise eine sogenannte Spacemouse, ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, diesen als in der Roboterhand oder dem Roboterendeffektor angebrachten Kraft-Moment Sensor auszubilden, welcher eine intuitive Führung des Roboters unter Beibehaltung der geforderten Sicherheit ermöglicht. Es ist aber auch eine Ausführung mit eingebauter Sprachsteuerung möglich. Dies bringt den weiteren Vorteil, dass der jeweilige Arbeiter oder Bediener sich frei im Arbeitsraum des Roboters bewegen kann. Bei allen Ausführungsformen ist die Zustimmungseinrichtung essentieller Teil der Steuerung, ebenso wie eine für den jeweiligen Bediener oder Arbeiter erkennbare und erfassbare Visualisierung oder visualisierte Darstellung des nächsten geplanten Arbeitsschrittes, so dass die zeitlich nächstfolgenden Bewegungen des Roboters für den Arbeiter nicht überraschend erfolgen.

In vorteilhafter Ausgestaltung sieht die Erfindung weiterhin vor, dass der Roboter, insbesondere Industrieroboter, die im Rahmen eines Hüttenwerks oder eines Walzwerks mindestens einer einen Heiß- und/oder Gefahrenbereich aufweisenden Hütten- oder Walzwerksbetriebseinrichtung zugeordneten Arbeitstä- tigkeiten im Heiß- und/oder Gefahrenbereich durchführt. Damit ist das Bedienungspersonal und sind die Werker von Tätigkeiten im Heiß- und/oder Gefahrenbereich entlastet. Insbesondere bildet der jeweilige Roboter eine Schnittstelle zum Heiß- und/oder Gefahrenbereich aus, so dass die Erfindung weiterhin vorsieht, dass der Roboter, insbesondere Industrieroboter, derart angeordnet ist, dass während des Hütten- oder Walzwerkbetriebs von Einsatzkräften/Werkern im Zusammenhang mit den Arbeitstätigkeiten des Roboters, insbesondere Industrieroboters, manuell durchzuführende Tätigkeiten, insbesondere Zuarbeitstätigkeiten, zumindest im Wesentlichen außerhalb des Heiß- und/oder Gefahrenbereiches durchführbar sind. Um den Aktionsradius des Roboters zu vergrößern ist dieser mit seinen Arbeitsraum vergrößernden Mitteln ausgestattet. Diese Mittel umfassen Fahrbahnen und/oder Verfahreinrichtungen und/oder Fahrgestelle, die eine Verfahrbarkeit des Roboters ermöglichen. In Ausgestaltung sieht die erfindung in diesem Zusammenhang vor, dass der Roboter, insbesondere Industrieroboter, auf oder an der verfahrbaren Verfahreinrichtung relativ zu dieser verfahrbar angeordnet ist.

Dadurch, dass erfindungsgemäß nicht nur die Verfahreinrichtung verfahrbar ist, sondern auf der Verfahreinrichtung oder an der Verfahreinrichtung der Roboter, insbesondere Industrieroboter, verfahrbar angeordnet oder gelagert ist, ist nun eine 2-achsige oder bei Ausführung des Roboters als Portalkranroboter oder Brückenkranroboter eine 3-achsige Bewegung des Roboters mit Hilfe der Verfahreinheit möglich. Dies vergrößert den Aktionsradius des damit verfahrbaren Roboters. Insbesondere ist es möglich, die drei Achsen orthogonal zueinander anzuordnen, was bei einem Portalkranroboter oder Brückenkranroboter reali- siert ist.

Eine besonders zweckmäßige und gut zu realisierende Möglichkeit der Ausgestaltung der Verfahreinrichtung oder -einheit besteht darin, dass diese in Form eines auf einer Fahrschiene als Fahrbahn fahrenden Trägers nach Art eines Kranträgers ausgebildet und mit einem darauf relativ zu diesem Träger verfahrbaren Fahrwerk des Industrieroboters nach Art einer Kranlaufkatze versehen ist. Die Erfindung sieht daher in Ausgestaltung vor, dass die Verfahreinrichtung einen auf der Fahrbahn verfahrbaren kranträgerartigen Träger umfasst, auf der ein den daran angeordneten Roboter, insbesondere Industrieroboter, aufwei- sendes Fahrwerk nach Art einer Kranlaufkatze verfahrbar angeordnet ist.

Mit Hilfe der Erfindung ist es somit ebenfalls möglich, den Roboter oder Industrieroboter oder eine Hantiereinrichtung oder Hantiermaschine an einem vom eigentlichen Einsatzort oder Bereich der Arbeitstätigkeit entfernten Ort während des Nichtgebrauches zu positionieren und dann gezielt in die Arbeitstätigkeits- position zu verfahren. Durch diese Kombination der Verfahreinrichtung mit dem Roboter oder der Hantiereinrichtung oder Maschine sind unzählige Kombinationen derartiger Vorrichtungen oder Einrichtungen möglich. Hierbei kann die Verfahreinrichtung Teil des Roboters oder Teil einer Gießanlage oder Gießbühne oder der hüttenmännischen, hüttenwerkstechnischen oder walzwerkstech ni- sehen Anlage sein, aber auch vollständig getrennt von der eigentlichen Gießmaschine oder Anlage aufgebaut werden. Auch ist es möglich, bestehende Anlagen mit Hilfe einer solchen Kombination aus Fahrbahn und Verfahreinrichtung und Roboter nachzurüsten.

Der Roboter kann in eine außerhalb seines mindestens einen Arbeitsbereiches angeordnete Ruheposition verfahrbar werden. Um den Roboter in Relation zum Fahrwerk flexibel und variabel positionieren zu können, kann die Verfahreinrichtung eine den Industrieroboter tragende oder einen Bestandteil des Industrieroboters ausbildende höhenveränderlich positionierbare Einrichtung oder TeIe- skopiereinrichtung umfassen. Dem Industrieroboter ist eine Steuerung zugeordnet, die es ermöglicht, ihn flexibel einzusetzen. So ist es möglich, die Steuerung durch Programmierung zusätzlicher Aufgaben zu erweitern und den Industrieroboter dadurch weiteren Einsatzmöglichkeiten und Tätigkeitsbereichen zuzuführen bzw. weitere Tätigkeiten von diesem ausführen zu lassen. Hierbei kann die Steuerung auch derart ausgelegt sein, dass von ihr oder mittels ihr variable oder fest vorgegebene Programmabläufe ausgeführt werden. Auch ist es möglich, die vom Industrieroboter durchzuführenden Aufgaben variabel durch insbesondere frei programmierbare oder parametrierbare Verfahrensabläufe zu erstellen. Hierbei kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Verfahrein- richtung und dem Industrieroboter eine gemeinsame oder getrennte Steuereinrichtungen) zugeordnet ist/sind. Hierbei kann es weiterhin von Vorteil sein, wenn der Industrieroboter prozessgesteuert und/oder automatisiert in den Arbeitsablauf der hüttenmännischen, hüttenwerkstechnischen oder walzwerkstechnischen Anlage integriert ist. Die Fahrbahn und damit der vorgesehene Fahrweg des Industrieroboters ist je nach Einsatzort flexibel an die jeweiligen örtlichen Gegebenheiten anpassbar und längs des Fahrweges bzw. der Fahrbahn lassen sich die verschiedensten Funktions- und Tätigkeitsbereiche für einen Industrieroboter ausbilden und anordnen. Dem Industrieroboter können daher längs des Fahrweges entlang der Fahrbahn eine oder mehrere Ruhepositionen und/oder Arbeitstätigkeitspositio- nen und/oder Versorgungs-, Ausstattungs- und/oder Wartungspositionen zugeordnet oder zugewiesen werden. In den Ruhepositionen kann der Industrieroboter verbleiben, während sein Einsatz nicht notwendig ist. Derartige Ruhepositionen befinden sich zweckmäßigerweise so weit außerhalb des sonstigen eigent- liehen Produktions- oder Gefahrenbereiches, dass der Industrieroboter in dieser Ruheposition die weitere Produktion, die in der jeweiligen hüttenmännischen, hüttenwerkstechnischen oder walzwerkstechnischen Anlage abläuft, nicht stört. Neben den Arbeitstätigkeitspositionen des Industrieroboters können längs des Fahrweges dann auch besondere Versorgungs- oder Ausstattungspositionen vorgesehen sein. In diesen Positionen wird der Roboter beispielsweise mit Spezialwerkzeug ausgestattet oder an diesen Positionen werden Werkzeuge gewechselt oder beispielsweise vom Roboter genommene Proben diesem abgenommen. Schließlich können am Fahrweg auch noch Wartungspositionen vorgesehen sein, in welchen der Roboter beispielsweise einer Inspektion unter- zogen oder auch repariert wird. Da erfindungsgemäß die Verfahrrichtung nach Art eines Kranes mit Laufkatze ausgebildet sein kann, ist es schließlich auch möglich, dass mittels der Verfahreinrichtung Hebetätigkeiten durchführbar sind. Es ist also auch möglich, die Verfahreinrichtung des Industrieroboters nach Art eines Hallenkranes für die Durchführung leichterer Hebetätigkeiten einzusetzen.

Ganz besonders vorteilhaft ist der Roboter dann als Portalkranroboter oder Brückenkranroboter ausgebildet, weshalb die Erfindung weiterhin vorsieht, dass der Roboter, insbesondere Industrieroboter als Portalkranroboter oder Brückenkranroboter ausgebildet ist. Längs des Fahrweges können die vorstehend genannten Ruhepositionen und/oder Arbeitstätigkeitspositionen und/oder Versorgungs-, Ausstattungs- und/oder Wartungspositionen an jeder beliebigen Stelle längs des ausgebildeten Fahrweges angeordnet werden.

Die Erfindung umfasst auch den Aspekt der Ausstattung einer großtechnischen Anlage insgesamt sowie der einzelnen darin angeordneten Industrieroboter o- der Roboter derart, dass eine Identifikation und Definition verschiedener Schutzbereiche oder Sicherheitsbereiche innerhalb der Anlage erfolgt, die dynamisch an die jeweilige Arbeitstätigkeit des Roboters, die jeweils verwendeten Automatisierungssysteme und/oder den jeweiligen Zustand der großtechnischen Anlage anpassbar sind oder sich durch Variierung des Schutz- oder Sicherheitsbereiches gewünschtenfalls auch automatisiert selbsttätig anpassen. Eine solche Anpassung kann bedingt durch den Anlagenzustand, ggf. bestimmt durch den jeweiligen Produktions- und/oder Prozesszustand oder auch eine Notfallsituation, beispielsweise in Abhängigkeit von dem Zustand, ob gerade Stahl vergossen wird oder nicht, auch dann erfolgen, wenn sich an der Arbeitstätigkeit des Roboters nichts geändert hat.

Im Rahmen dieser variablen Gestaltungsmöglichkeiten sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, dass der dem Roboter, insbesondere Industrieroboter, zugeordnete Schutzbereich oder Sicherheitsbereich bei einem Verfahren des Roboters, insbesondere Industrieroboters, von diesem mitgeführt wird.

Die besondere Variabilität und Flexibilität der Vorrichtung ergibt sich gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung durch mehrere ihr in ihrer jeweiligen Arbeitsposition zugeordnete Schutzbereiche unterschiedlicher Ausdehnung und Funktionalität. Es ist also vorgesehen, dass sich die Ausdehnung und die Wirkweise (Funktionalität) eines Schutzbereiches oder Sicherheitsbereiches je nach Arbeitsposition des Roboters oder Industrieroboters ändert oder zumindest än- dem kann. Eine zweckmäßige weitere Ausgestaltung besteht dann noch darin, dass ein Schutzbereich einen Hauptschutzbereich, bei dessen Betreten der Roboter sofort still gesetzt wird, und einen Vorschutzbereich, bei dessen Betreten die Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters unmittelbar herabgesetzt wird, umfasst.

Um den besonderen Risiken bei einem Verfahren, insbesondere einem selbstständigen Verfahren auf eigenen Bewegungsachsen, eines Roboters oder Industrieroboters Rechnung zu tragen, kann der Einsatz oder die Verwendung einer manuellen Steuerung zur Durchführung des Verfahrens oder einer ande- ren Bewegung des Industrieroboters im Bereich der industriellen großtechnischen Anlage vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, dass der Roboter automatisch verfahren wird, was beispielsweise bei seiner Anordnung auf einer Fahrbahn oder an einer Kranbahn möglich ist, wobei dann der Schutzbereich mit verfahren wird und er sich dabei hinsichtlich seiner räumlichen Erstreckung ggf. ändert.

Im Rahmen der Ausgestaltung eines Schutz- oder Sicherheitsbereiches ist es auch möglich, dass ein Schutz- oder Sicherheitsbereich durch manuelle Betätigung einer Robotersteuerungsfreigabevorrichtung durch eine Bedienperson unter Beibehaltung der, vorzugsweise verlangsamt durchgeführten, Arbeitstä- tigkeit des Roboters für ein Betreten durch eine Bedienperson freischaltbar ist.

Insgesamt können bei der Ausgestaltung einer industriellen großtechnischen Anlage beispielsweise vier Kategorien von Schutz- oder Sicherheitsbereichen vorgesehen sein. Diese können in folgende Kategorien eingeteilt werden: Bereiche permanenter Gefährdung.

Bereiche mit akut hoher Gefährdung (Hauptschutzbereiche)

Bereiche in direkter Nähe zu den Hauptschutzbereichen (Vorschutzbereiche)

Bereich ohne akute Gefahr. Die Bereiche permanenter Gefährdung sollten für Bedienpersonen möglichst vollständig unzugänglich, beispielsweise komplett umzäunt sein. Bei dem Hauptschutzbereich handelt es sich um den unmittelbaren Arbeitsbereich des Industrieroboters.

Die Bereiche können durch einzelne oder verschiedene, in Kombination miteinander zusammenwirkende Detektionselemente überwacht und gegebenenfalls definiert werden. Als Detektionselemente kommen verschiedenste Sensoren wie Kontaktmatten, Laserscanner, Lichtschranken, RFID-Scanner (RFID = Radio Frequency Identification), Kameras oder ähnliches in Frage. Ergänzend können die Schutzbereiche auch durch Markierungen sowie durch so genannte Augmentage Reality Projektionen in Bildschirmen oder Bedienpaneelen markiert und visualisiert dargestellt werden. In diesem Falle können auf den Bildschirmen oder Bildpaneelen dem Bedienpersonal virtuell(e) Zusatzinformation über den/zu dem gegebenenfalls softwaretechnisch begrenzten Arbeitsraum des Roboters bei seiner aktuellen Tätigkeit in der realen Umgebung angezeigt werden. Hierbei bildet die Kombination und Zusammenfassung der verschiedenen Sensoren ein gegebenenfalls spezielle Visualisierungssysteme umfassendes Gesamtüberwach u ngssystem, was für eine zuverlässige und stabile Wirkung und Ausbildung der dem jeweiligem Industrieroboter variabel zugeordne- ten Schutzbereich sorgt.

Hinsichtlich der Hauptschutzbereiche ist in bekannter Art und Weise vorgesehen, dass in dem Fall, dass ein Mensch in einem durch einen fixierten oder standfest positionierten Industrieroboter definierten Hauptschutzbereich ein- dringt, während sich der Roboter beispielsweise in einem Automatikbetrieb mit voller Geschwindigkeit bewegt, so wird der Roboter sofort still gesetzt oder still gelegt. Dringt hingegen ein Mensch in einen definierten Vorschutzbereich des fixierten Roboters ein, wird die Maximalgeschwindigkeit des Roboters reduziert. Der Hauptschutzbereich selbst kann ohne ein Stilllegen des Industrieroboters nur dann betreten werden, wenn eine manuelle Zustimmungseinrichtung oder eine manuelle Betätigung einer Robotersteuerungsvorrichtung durch eine Be- dienperson erfolgt. Fehlt es an einer solchen manuellen Betätigung, erfolgt wiederum eine sofortige Abschaltung beziehungsweise Stillegung des Industrieroboters.

Auch das Verfahren des Industrieroboters von einer Arbeitsposition oder - Station zu einer anderen kann manuell durch einen Bediener gesteuert und durchgeführt werden, der zu jedem Zeitpunkt den Industrieroboter im Blick hat. Während einer solchen Fahrt sind die Achsen des Industrieroboters selber gesichert, so dass für eine Bedienperson kein Risiko aufgrund unerwarteter Be- wegungen des Industrieroboters besteht.

Mit den beschriebenen Industrierobotern oder Robotersystemen ausgestattete großtechnische Anlagen, insbesondere hüttenmännische Anlagen, umfassen alle Arbeitsplätze in Metallhütten oder Schmelzbetrieben von Stahlwerken, an Hochöfen oder Reduktionsöfen sowie an allen Arten von Walzwerken und deren Adjustage- und Inspektionslinien. Ebenso werden darunter alle Arbeitsplätze, die in Gießereien und im Bereich von Schmiedepressen sowie an Stranggießanlagen betrieben werden, verstanden. Auch alle Arten von Arbeitsplätzen an Stranggießanlagen in einem Stahlwerk zur Herstellung von Metallsträngen beliebigen Querschnitts aus flüssigem Metall, insbesondere aus flüssigem Stahl, sind darunter zu subsumieren. Letzteres sind insbesondere ein- oder mehrsträngige Gießanlagen zur Herstellung von Metallsträngen mit Brammen-, Dünnbrammen-, Vorblock- und Knüppelquerschnitten und von Metallsträngen mit beliebigen Profilquerschnitten.

Ein mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auszustattender Arbeitsbereich ist beispielsweise der einer Gießmaschine zugeordnete Pfannenaufnahmebe- reich. Im Pfannenaufnahmebereich kann mit einem statischen Schutzbereich der Kategorie Bereich permanenter Gefährdung gearbeitet werden, da hier alle anfallenden Arbeiten wir Zylinderwechsel oder das Anschließen voll automati- siert werden können, so dass keine Notwendigkeit für Eingriffe durch Bedienpersonal besteht. Es bietet sich daher an, diesen Schutzbereich mit einer gegebenenfalls beweglichen, aber dauerhaft zu installierenden, trennenden Sicherheitseinrichtung, beispielsweise einem mobilen Zaun, auszustatten. Der in dem umzäunten Schutzbereich befindliche Industrieroboter überlappt bezüglich sei- ner durchzuführenden Arbeitstätigkeiten und der damit verbundenen Arbeitspositionen an keiner Stelle mit einer Zone oder einem Bereich, in der/dem sich Bedienpersonal befinden kann. Die Absicherung dieses Schutzbereiches kann über einen Schließkontakt an der Sicherheitseinrichtung, vorzugsweise dem Zaun, erfolgen.

Im eigentlichen Gießbereich einer Stranggießanlage können verschiedene Bereiche vorgesehen sein.

Im Bereich der Pfanne sind eine Reihe von Tätigkeiten durchzuführen, wie das Ankuppeln des Schattenrohres, das Freibrennen der Pfanne, das Aktivieren des Pfannenschiebers, die Industrieroboter mit einer großen Funktionalität und einem breiten Einsatzfeld bedienen, was es gegebenenfalls zweckdienlich erscheinen lässt, dass einige der Tätigkeiten oder Handreichungen vom Bedienungspersonal durchgeführt werden. Aus diesem Grunde wird ein zweigeteiltes Schutzkonzept vorgesehen. Zum einen wird ein Hauptschutzbereich definiert, der durch sensorische Bereichsüberwachung mittels eines Detektionselemen- tes abgedeckt ist, so dass sich feststellen lässt, ob sich eine Bedienperson innerhalb des Hauptschutzbereiches und damit des von diesem abgedeckten Arbeitsraums des Industrieroboters befindet. Befindet sich keine Person in dem Hauptschutzbereich, arbeitet der Industrieroboter mit voller Geschwindigkeit. Ist die Anwesenheit von Bedienpersonal in dem Hauptschutzbereich festgestellt oder zumindest vermutet, so wird der Roboter nur mit einer Betriebsrat „manuell niedrige Geschwindigkeit" unter Einsatz einer manuell betätigbaren Zustimmungsvorrichtung betrieben. Im Bereich des Verteilers fallen im Gießbereich eine Reihe von Tätigkeiten an, die einen Industrieroboter mit einem kleinen Aktionsradius erfordern. Das Einsatzgebiet beziehungsweise der Arbeitsraum des Roboters ist dabei derart, dass Bedienpersonal sich nicht in diesem Bereich aufhalten kann und darf, beispielsweise aufgrund der dort herrschenden hohen Temperaturen. Eine zusätz- liehe Gefährdung durch die Tätigkeit des Roboters ist für das Bedienpersonal an dieser Stelle daher nicht gegeben.

Im Bereich der Kokille des Gießbereiches sind mehrere Arbeitstätigkeiten zu verrichten, die von einem Industrieroboter mit einem geringen, kleinen Arbeits- räum erledigt werden können. Hier besteht allerdings die Problematik, dass in diesem Bereich zudem vom Bedienpersonal zu verrichtende Arbeitstätigkeiten erforderlich sind, wobei dann der Arbeitsraum des Industrieroboters mit dem vom Bedienpersonal zu betretenden Arbeitsraum überlappt. Hier wird dann wiederum das zweigeteilte Schutzkonzept, bestehend aus einem Hauptschutzbe- reich und einem Vorschutzbereich, wie es vorstehend für den Bereich der Pfanne beschrieben ist, eingesetzt. Die Arbeit des Industrieroboters mit voller Geschwindigkeit ist auch in diesem Falle nur dann möglich, wenn sichergestellt ist, dass sich kein Bedienpersonal im Hauptschutz- und/oder Vorschutzbereich befindet.

Ein anderes Einsatzgebiet für Industrieroboter besteht im Bereich von Stranggießanlagen in dort durchzuführenden Manipulationen und/oder sensorischen Messungen am Strang oder der Bramme. Da in diesem Bereich die Platzproblematik im Unterschied zu den Verhältnissen auf einer Gießbühne der Gießma- schine vernachlässigbar ist, kann in diesen Bereichen mit konventioneller Technik wie Schutzzäunen zur Umgrenzung der Schutzbereiche gearbeitet werden. Schutzzäune können auch im Bereich der Tundishwerkstatt, die dem Bereich einer Stranggießanlage zuzurechnen ist, vorgesehen werden. Dort wird neben Ausmauerungs- und Messtätigkeiten das Aufspritzen von feuerfestem Material zu Ausmauerung durchgeführt, wobei alle Tätigkeiten von Industriero- botern erledigt oder unterstützt werden können. Da diese einzelnen oder die einzelnen Arbeitsschritte im Bereich einer Tundishwerkstatt nicht parallel stattfinden müssen und auch nicht unter Zeitdruck stattfinden müssen, kann auch hier mit konventioneller Arbeitstechnik gearbeitet werden.

Um das vorstehend und nachstehend näher beschriebene, mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gebildete Roboterinteraktionssystem an den jeweiligen Arbeitsplatz oder Arbeitsbereich, dem der das Roboterinteraktionssystem aufweisende Roboter zugeordnet wird, anzupassen und die für die konkrete Aufgabe jeweils notwendigen Betriebsmodi und Betriebsarten zu bestimmen, wird wie folgt vorgegangen: zunächst wird eine detaillierte Analyse der an dem jeweiligen Arbeitsplatz oder dem jeweiligen Arbeitsbereich ablaufenden Arbeitsprozesse und Einzeltätigkeiten vorgenommen. Einzeltätigkeitsschritte, aus denen sich die Einzeltätigkeiten oder Arbeitsprozesse aufbauen und zusammensetzen, werden einzeln danach bewertet, ob sie sich eher für durch einen Roboter durchzuführende Tätigkeit oder für vom Menschen durchzuführende Tätigkeiten eignen. So werden ergonomisch und sicherheitstechnisch unbedenkliche Tätigkeiten dem Menschen zugeordnet, während gefährliche oder schwere Tätigkeiten dem Roboter zufallen. Ferner werden sensorisch aufwendige und ungefährliche Arbeiten dem Menschen zugeordnet. Eine weitere Gruppe stellen Tätigkeiten dar, die sowohl ein hohes Belastungspotenzial oder eine hohe Gefährdung darstellen als auch eine Inspektion und eine darauf aufbauende, menschliche Beurteilung erforderlich machen. In dieser Gruppe arbeiten Roboter und Mensch dann in direkter Interaktion im selben Arbeitsraum des Arbeitsbereiches oder Arbeitsplatzes des Roboters zusammen.

Die jeweiligen Zuordnungen können problemlos in einem jeweiligen Betriebsmodus, so dass mehrere Betriebsmodi oder Betriebsarten, die dann Interaktionsformen und daraus abgeleitete Betriebsarten umfassen, in der Robotersteuerung abgelegt oder an einem mit dieser zusammenwirkenden Speicher abge- legt und abgebildet werden, so dass das Roboterinteraktionssystem darauf Zugriff hat. Die Umsetzung der einzelnen Mensch-Roboter-Interaktionen in einem Betriebsmodus oder einer Betriebsart bildet nun jeweils den Ablauf ab, in dem das Mensch-Roboter-Team die jeweils gestellte Arbeitsaufgabe gemeinsam löst, wobei reine Robotertätigkeiten in Abwesenheit des Menschen durchgeführt werden können, was eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters gestattet, da die Sicherheitssteuerung dann keine Rücksicht auf die Anwesenheit von Bedienungspersonal im Arbeitsbereich und/oder Schutzbereich des Roboters nehmen muss. Ebenso kann der Roboter dann stillgesetzt werden, wenn menschliche, vom Bedienungspersonal oder Werker auszuführende Tätigkeit zu einem gegebenen Zeitpunkt über einen bestimmten Zeitraum durch- zuführen ist.

Weiterhin sind die Betriebsmodi derart flexibel ausgelegt, dass es für einen Bediener des jeweiligen Roboters oder des Roboterinteraktionssystems jederzeit möglich ist, in den gegebenen, programmierten Arbeitsablauf einzugreifen und manuelle Eingriffe vorzunehmen, wenn je nach Einzelfall aus unvorhergesehenen Gründen die Weiterführung der programmierten voll- oder teilautomatisierten Lösung aus Sicht des Bedieners ungeeignet zu sein scheint.

Weiterhin ist es möglich, das Roboterinteraktionssystem auch an das überge- ordnete Prozessleitsystem anzuschließen, das der jeweiligen hüttentechnischen oder walzwerkstechnischen Anlage zugeordnet ist, so dass der aktuelle Betriebsmodus des jeweiligen Roboters, insbesondere Industrieroboters, der Arbeitsfortschritt der an dem jeweiligen Arbeitsplatz oder Arbeitsbereich des Roboters durchzuführenden Tätigkeit und/oder sensorisch erfasste Detektionser- gebnisse, die am jeweiligen Roboter oder in der Umgebung des Roboters angeordnete Sensoren liefern, an das übergeordnete Prozessleitsystem signalmäßig weitergeleitet und gemeldet werden.

Insgesamt wird mit Hilfe des Roboterinteraktionssystems ein System geschaf- fen, das es ermöglicht, einen Roboter universell einzusetzen, und zwar nicht nur für einen Betrieb in einer Betriebsart oder einem Betriebsmodus „vollautomatischer Betrieb", sondern auch in Betriebsarten oder Betriebsmodi in welchen eine Interaktion von Mensch/Arbeiter/Bediener und Roboter stattfindet, wobei sich der Mensch und der Roboter zeitlich und räumlich gemeinsam im Arbeitsund Bewegungsbereich des Roboters befinden, wobei sich Mensch und Robo- ter zeitlich nacheinander im selben räumlichen Bereich des Bewegungs- oder Arbeitsbereiches des Roboters befinden oder aber wobei Roboter und Mensch räumlich in getrennten Positionen und ggfs. auch zeitlich im Sinne von zu unterschiedlichen Zeiten anwesend oder aktiv tätig sind und dennoch in Interaktion zu Erledigung einer gemeinsamen Aufgabe miteinander zusammenarbeiten. Dies ist unterschiedlich zum bisherigen Stand der Technik, wonach entweder die Roboter für bestimmte Tätigkeiten programmiert werden und sowohl eine zeitliche als auch eine örtliche Trennung von Robotertätigkeiten und menschli- chen Tätigkeiten im Bereich der hüttentechnischen oder walzwerkstechnischen

Anlagen stattfindet. In bekannten hüttenmännischen Anlagen findet nach der- zeitigem Stand der Technik keine gleichzeitige Interaktion von Roboter und Mensch statt. Sobald ein Mensch den Arbeitsbereich des Roboters betritt, wird der Roboter stillgesetzt. Dann kann der Mensch seine Inspektions- oder Wartungstätigkeit ausführen. Anschließend verlässt der Mensch den Arbeits- oder Bewegungsbereich des Roboters wieder, bevor dann der Roboter erneut agiert. Im Unterschied dazu ermöglicht es das erfindungsgemäße Roboterinteraktionssystem, dass Mensch und Roboter ohne zeitliche Trennung und/oder ohne örtliche Trennung in arbeitstechnische Interaktion zueinander treten. Beispielsweise ist es möglich, dass beide, d.h. Mensch und Roboter, im selben Arbeitsbereich, insbesondere im Arbeitsbereich des Roboters, zwar unterschiedliche Handgriffe oder Tätigkeiten, diese aber gleichzeitig ausführen, so dass keine zeitliche Trennung zwischen der Robotertätigkeit und der menschlichen Tätigkeit vorhanden ist. Darüber hinaus ist es möglich in diesem Arbeits- oder Bewegungsbereich des Roboters auch eine Interaktion derart durchzuführen, dass beispielsweise der Mensch eine erste Tätigkeit durchführt und der Roboter an- schließend das Arbeitsergebnis aufnimmt und weiterverarbeitet. In diesem Sin- ne liegt dann keine örtliche Trennung zwischen der menschlichen Tätigkeit und der Robotertätigkeit vor. Die weitere Möglichkeit besteht in der vollständigen Aufhebung einer örtlichen und zeitlichen Trennung, die beispielsweise dann gegeben ist, wenn in einem Bewegungs- oder Arbeitsbereich des Roboters der Mensch und der Roboter quasi Hand in Hand arbeiten, d.h. der Mensch dem Roboter beispielsweise ein Werkstück anreicht, welches dieser ergreift und dann weiterverarbeitet. Mit Hilfe dieses flexibilisierten Roboterinteraktionssystems ist es möglich, die Einsatzmöglichkeiten von Robotern im Bereich hüttenmännischer, hüttentechnischer oder walzwerkstechnischer Anlagen zu vergrößern. Dies führt zu einer Erhöhung der Arbeitssicherheit, einer Verbesserung der Ergonomiesituation für die Werker/Bediener, aber auch zu einer Qualitätsverbesserung. Dies wird mit Hilfe des Roboterinteraktionssystems erreicht, das den damit ausgestatteten Roboter zu einem flexiblen Automatisierungssystem zur Handhabung verschiedenster Interaktionsformen zwischen Mensch und Roboter weiterbildet, und das arbeitsteilige Aufgaben, Ausführungen und Durchführungen mit zeitlicher und räumlicher Aufgabenteilung zwischen Mensch und Roboter ermöglicht. Mit Hilfe des Roboterinteraktionssystems wird der Roboter mit einer Vielzahl möglicher Funktionen, Betriebsarten und Betriebsmodi ausgestattet, so dass er dann vergleichbar mit einem sogenannten Schweizer Messer nicht nur die Grundfunktion eines automatisiert Handha- bungsvorgängen oder Arbeitsvorgänge analog zur Schneidfunktion eines Messers durchführende Funktion besitzt, sondern darüber hinaus analog zum Schweizer Messer weitere Werkzeuge in Form von Betriebsarten oder Betriebsmodi umfasst. Ein solch flexibles oder universelles Roboterinteraktionssystem umfasst zumindest die Komponenten Roboter, Sicherheitssensorsystem mit den Funktionen Erkennen menschlicher Anwesenheit und Überwachung des Arbeitsplatzes auf gefährliche Zustände, Robotersteuerung und Mensch- Roboter-Schnittstelle, beispielsweise in Form einer Handsteuerung oder einer Sprachsteuerung. Die Flexibilität des Roboterinteraktionssystems wird dadurch erreicht, dass das System verschiedene Betriebsarten und/oder Betriebsmodi aufweist, die jeweils unterschiedliche Formen der Zusammenarbeit und Interak- tion zwischen einem menschlichen Arbeiter und dem Roboterbetrieb abbilden und zulassen, sowie erweiterte Betriebsarten umfasst. Die verschiedenen Betriebsarten und/oder Betriebsmodi sind entweder unmittelbar in der Robotersteuerung gespeichert oder in mit der Robotersteuerung zusammenwirkenden Speicherelementen gespeichert.

Um das System besonders flexibel zu gestalten ist es möglich, den Roboter verfahrbar auf Fahrbahnen anzuordnen, wobei diese Fahrbahnen auch in Form von Kranbahnen ausgebildet sein können. Dies ermöglicht es, den Bewegungsraum und die damit verbundenen Einsatzmöglichkeiten des mit einem Roboter- interaktionssystem ausgestatteten Roboters weiter zu vergrößern.

Unterstützt wird dies weiterhin dadurch, dass dem Roboter jeweils sich in Abhängigkeit von seiner Aufgabenstellung dynamisch ändernde Schutzbereiche oder Schutzräume zugeordnet werden, die sich roboterarbeitsplatzbezogen o- der robotertätigkeitsbezogen ausbilden oder ausbilden lassen.

Da im Rahmen der Erfindung das Zusammenarbeiten von Mensch und Roboter, d.h. eine Mensch-Roboter-Interaktion vorgesehen ist, können die jeweiligen Industrieroboter mit einem je nach Einsatzzweck unterschiedlichen, skalierba- ren Automatisierungsgrad ausgestattet sein. Die Skalierbarkeit reicht hierbei von einem Roboter, der nahezu vollständig vom Menschen gesteuert wird, als dem einen Endpunkt der skalierbaren Automatisierung, bis zu einem Roboter, der ohne jegliche menschliche Kontrolle seine Aufgaben wahrnimmt, als dem anderen Ende der Automatisierungsskala. Hierbei steigt der Mechanisierungs- /Automatisierungsgrad eines Roboters mit steigendem Automatisierungsgrad an, während gleichzeitig der menschliche Bedienungsaufwand abnimmt. Stufen der skalierbaren Automatisierung sind beispielsweise am unteren Ende ein Te- leroboter, der als reiner Telemanipulator vom Einsatzpersonal/Werker gesteuert wird. Der nächste Schritt ist die Kombination des Teleroboters, der Teleoperati- onen durchführt, mit manuellen Arbeitsschritten, die ein Werker ohne Handha- bungseinrichtungen durchführt. Eine nächste Stufe ist beispielsweise, dass ein teilautomatisierter Assistenz- oder Arbeitsroboter Teilaufgaben selbstständig durchführt und in Interaktion mit diesem der Werker manuelle Arbeitsschritte durchführt. Die nächste Stufe kann dann aus der Kombination von per Teleope- ration mit einem Teleroboter durchgeführten Arbeitsschritten mit teilautomati- siert durch einen Roboter durchgeführten Arbeitsschritten und mit manuell vom Werker ausgeführten Arbeitsschritten bestehen. Hierbei wird der Roboter zweckmäßigerweise so ausgestaltet, dass er sowohl als (frei)programmierbarer Industrieroboter teilautomatisierte Vorgänge als auch in den reinen Telemanipu- latormodus als Teleroboter geschaltet werden kann. Die höchste Stufe ist dann die vollständige Automatisierung der gesamten an einer Hüttenwerkbetriebseinrichtung oder einer hüttentechnischen oder walzwerktechnischen Anlage anfallenden Arbeitstätigkeiten, die bisher beispielsweise von einem Werker durchgeführt wurden. Hier können dann auch verschiedene Roboter vollautomatisch zusammenarbeiten, so dass ein Assistenz- oder Arbeitsroboter in Kombination mit einem Serviceroboter Arbeitstätigkeiten durchführen kann.

Ebenso ist es möglich, den jeweiligen Industrieroboter skalierbar mit der jeweils benötigten „maschinellen Intelligenz" auszustatten. Die entsprechende „maschinelle Intelligenz" wird durch die sensorischen Fähigkeiten bestimmt, mit welchen der jeweilige Roboter, insbesondere Industrieroboter, ausgestattet ist. Während ein Industrieroboter ohne sensorische Fähigkeiten als „blinder" Roboter auf Aufgaben beschränkt bleibt, die ausschließlich das Kraft- und Hebevermögen des Roboters ausnutzen, kann ein Roboter mit Sensoren und damit einhergehender „maschineller Intelligenz" gegebenenfalls deutlich mehr und kom- plexere Arbeitstätigkeiten bewältigen. Allerdings ist eine Zunahme an „maschineller Intelligenz" auch mit einer zunehmend komplexeren Steuerung verbunden, was aber durch die erhöhte Anzahl an möglichen Arbeitstätigkeiten und damit an Einsatzmöglichkeiten begleitet wird. Stufen der skalierbaren „maschinellen Intelligenz" sind beispielsweise am unteren Ende ein ausschließlich ko- ordinatengesteuerter „blinder" Roboter ohne Sensorik. Die nächste Stufe könnte ein mit einer einfachen Sensorik, wie beispielsweise einer Lichtschranke, ausgebildeter Industrieroboter darstellen, gefolgt von einer Stufe eines Industrieroboters mit einfacher, die Außenumgebung wahrnehmenden Sensorik, der unter zumindest noch partieller menschlicher Kontrolle und Bedienungshandhabung steht. Die nächste Stufe könnte ein Roboter mit einer komplexen Sensorik, bei- spielsweise einem Kamerasystem, sein, der in der Lage ist, die Außenumgebung wahrzunehmen und einzuschätzen und situationsabhängig tätig zu werden. Die oberste Stufe wäre dann ein Roboter mit einer umfassenden, komplexen, dem Menschen überlegenen Sensorik, wie beispielsweise ein Industrieroboter, der mit hochauflösenden Kameras, z.B. Wärmebildkameras, ausgestattet ist und die erhaltenen Signale in einer zugeordneten Auswertungs- und Steuerungseinheit bearbeitet. Insbesondere betrifft dies so genannte autonome Roboter oder kognitive Robotersysteme.

Diese mit einer skalierbaren „maschinellen Intelligenz" und einem skalierbaren Automatisierungsgrad ausgestatteten Industrieroboter werden im Bereich der hüttenmännischen, hüttentechnischen oder walzwerktechnischen Anlage derart und in Kombination zueinander, aber auch in Kombination mit manueller menschlicher Tätigkeit, eingesetzt, dass dem Grundgedanken und Grundkonzept eines ergonomischen und sicheren Arbeitens an der jeweiligen Hütten- werkbetriebseinrichtung genüge getan wird.

Hierbei kann es dann auch vorgesehen sein, dass jedem Roboter ein oder mehrere Schutzbereiche zugeordnet sind, die dynamisch, je nach Roboter- Arbeitstätigkeit oder je nach Roboter-Arbeitsposition unterschiedlich groß und dimensioniert sowie variierend ausgebildet sind. Auch dieser Gedanke unterstützt die Grundkonzeption eines ergonomischen und sicheren Arbeitens im Bereich einer hüttenmännischen Anlage an den einzelnen Hüttenwerkbetriebseinrichtungen. Um im Rahmen der Interaktion Mensch-Roboter die Übergabe von Tätigkeiten oder die Weiterführung von Tätigkeiten durch den Menschen außerhalb des Heiß- und/oder Gefahrenbereiches der jeweiligen Anlage durchführen lassen zu können, kann es auch vorgesehen sein, dass der jeweilige Industrieroboter verfahrbar im Bereich der jeweiligen Hüttenwerkbetriebseinrichtung oder hütten- technischen oder walzwerktechnischen Anlage angeordnet ist, so dass dadurch der Arbeitsbereich des Industrieroboters flexibilisiert und vergrößert werden kann und die sichere Übergabe von Tätigkeiten oder Werkstücken oder Ähnlichem an den Werker außerhalb des Heiß- und/oder Gefahrenbereiches der jeweiligen Hüttenwerkbetriebseinrichtung oder dem jeweiligen Arbeitsplatz oder Arbeitsbereich sichergestellt ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Interaktionsform von Roboter und Bediener,

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine zweite Interaktionsform von

Roboter und Bediener,

Fig. 3 eine dritte Interaktionsform von Roboter und Bediener und in

Fig. 4 in schematischer Darstellung einen Einsatzbereich eines Roboters im Zusammenhang mit einem Brückenkran.

Die Figuren 1-3 zeigen die Wirkungsweisen einer ein Roboterinteraktionssystem ausbildenden erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von im Bereich eines Pfannenstandes 7 einer hüttentechnischen Anlage bei im Rahmen der In- spektion und Pflege eines Pfannenschiebers 8 an einer Stahlpfanne 9 anfallen- den Arbeitstätigkeiten. Hierbei zeigt die Fig. 1 schematisch die Arbeitstätigkeit des Aufbrennens des Gießkanals, die Fig. 2 schematisch die Tätigkeit des Öff- nens des Schieberkastens und die Fig. 3 schematisch die Tätigkeit des Einsetzens einer neuen Schieberplatte.

Der Pfannenstand 7 stellt eine Vorrichtung eines Hüttenwerks oder Walzwerks im Sinne der Erfindung dar, die mit einem Schutzbereich oder Sicherheitsbereich 4, der von Detektionselementen erfasst ist, ausgestattete ist. In nicht dargestellter Weise ist der Schutz- oder Sicherheitsbereich 4 hinsichtlich seiner Ausdehnung und Funktionalität Roboter-tätigkeitsbezogen und/oder Roboter- arbeitspositionsbezogen variierend und/oder variierbar ausgebildet. Außerdem ist der Roboter 1 , insbesondere Industrieroboter, in ebenfalls nicht dargestellter Weise auf oder an einer auf einer Fahrbahn verfahrbaren Verfahreinrichtung angeordnet. Dem Roboter 1 kann eine Fahrbahn in Form einer aus zwei T- Profilen bestehenden Kranbahn zugeordnet sein, wobei auf der Fahrbahn und damit auf der Kranbahn dann eine verfahrbare Fahreinrichtung in Form einer Verfahreinrichtung angeordnet ist. Diese verfahrbare Fahreinrichtung kann in Form eines verfahrbaren kranträgerartigen Trägers ausgebildet sein, der längs der Fahrbahn oder der Kranbahn geführt bewegbar und verfahrbar ist. Auf einem solchen kranträgerartigen Träger kann dann ein Fahrwerk nach Art einer Kranlaufkatze ebenfalls verfahrbar positioniert und angeordnet. Das Fahrwerk ist somit quer und orthogonal zur Laufrichtung des verfahrbaren Trägers angeordnet. An dem Fahrwerk wird ein Industrieroboter oder Roboter 1 oder eine Hantiermaschine befestigt und angeordnet. Der Roboter 1 umfasst dann vorzugsweise eine zwei teleskopierbare und rechtwinklig zueinander angeordnete Armabschnitte aufweisende Teleskopeinrichtung, wobei die Armabschnitte einerseits rotierbar und andererseits ein- und ausfahrbar ausgebildet sind, so dass mittels eines Armabschnitts eine höhenveränderliche Positionierung des an deren Armabschnitts ermöglicht wird. Als Handhabungswerkzeug ist einer der teleskopierbaren Armabschnitte mit einem Greifwerkzeug ausgestattet, so dass der Roboter 1 im die gewünschte Funktionalität aufweist. Durch die An- Ordnung des Roboters 1 an dem relativ zu dem auf der Fahrbahn verfahrbaren kranträgerartigen Träger ebenfalls verfahrbaren Fahrwerk, ist er nicht nur durch die Rotations- und Ein- und Ausfahrbewegungen der seiner Teleskopierarme oder Armabschnitte, sondern auch zweiachsig einmal längs der Fahrbahn und einmal quer zur Fahrbahn bewegbar und verfahrbar. Dies eröffnet eine größere Variabilität hinsichtlich der Bewegungs- und Verfahrmöglichkeiten des Roboters 1. Die Fahrbahn kann als Kreisbahn geführte Krananlage, aber auch als schienengeführte Kreisbahn oder Teilkreisbahn ausgebildet sein. Längs der sich derart erstreckenden Fahrbahn sind mehrere Arbeitstätigkeitspositionen angeordnet und ausgebildet, an welchen der Roboter 1 jeweils definierte Arbeitstä- tigkeiten verrichtet.

Die durchzuführenden Arbeitstätigkeiten finden in einer Interaktion von Mensch/Arbeiter/Bediener 2 und Roboter 1 statt. Der Roboter 1 ist mit einer Robotersteuerung ausgestattet, die eine zugeordnete Mensch-Roboter- Schnittstelle aufweist, welche zusammen Bestandteil eines Roboterinteraktionssystems sind, der die Mensch-Roboter-Schnittstelle beeinflussende Betriebsarten und Betriebsmodi umfasst. Diese unterschiedlichen Betriebsarten und Betriebsmodi sind an unterschiedliche Automationsgrade des Roboters und/oder an unterschiedliche zeitliche und/oder örtliche Positionierungen der Interaktionspartner Mensch 2 und Roboter 1 in einem Arbeitsraum angepasst und/oder anpassbar ausgebildet.

Dem Roboter 1 ist im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 weiterhin ein überwachter Schutz- oder Sicherheitsbereich 4 zugeordnet, der von zwei überwachten Eingangsbereichen 5 und einem Wandabschnitt 6 sowie dem zu bearbeitenden Bereich der Stahlpfanne 9 umgrenzt ist. Sowohl der Sicherheitsbereich 4 als auch die überwachten Eingangsbereiche 5 werden mit Hilfe von Sensoren, die jeweils eine Sicherheitssensorik ausbilden und insbesondere dann reagieren, wenn ein Arbeiter oder Bediener 2 in den Sicherheitsbereich 4 eintritt, über die Robotersteuerung in Abhängigkeit von einem jeweils gewählten Arbeitsmodus und in Abhängigkeit von der aktiven Betriebsart entsprechende Roboteraktionen auslösen. Diese können darin bestehen, dass der Roboter 1 in eine Interaktion mit dem eintretenden Arbeiter oder Bediener 2 eintritt, dass der Roboter 1 seine Arbeitsgeschwindigkeit verlangsamt, dass der Roboter 1 stillgesetzt wird und/oder dass der Roboter 1 in eine Ruheposition zurückgefahren wird. Aber auch andere Aktionen können durch die Sicherheitssensorik ausgelöst werden.

Die Fig. 1 zeigt eine erste Interaktionsform der Mensch-Roboter-Interaktion, bei welcher eine örtliche und zeitliche Trennung der beiden Komponenten Mensch 2 und Roboter 1 vorhanden ist und sich das Roboterinteraktionssystem in einer Betriebsart Vollautomatik oder Telemanipulation befindet, wobei bei letzterer der Bediener 2 den Roboter 1 mit Hilfe einer Bedienerkonsole 3 manuell steuert. Bei der in der Fig. 1 dargestellten Arbeitstätigkeit des Aufbrennens des Gießkanals führt der Roboter 1 diese Tätigkeit des Aufbrennens durch, da diese Tätigkeit aufgrund des damit verbundenen Gefährdungspotentials dem Roboter 1 zugeordnet ist. Der Roboter 1 brennt den Gießkanal vollständig eigenständig, in Abwesenheit des Bedieners 2, d.h. während sich der Bediener 2 außerhalb des überwachten Sicherheitsbereiches 4 befindet, auf. In Ausnahmefällen ist ein Aufbrennen des Gießkanals auch per Telemanipulation denkbar. In diesem Falle steuert dann der weiterhin außerhalb des Sicherheitsbereiches 4 positionierte Bediener 2 den Roboter 1 mittels seiner Bedienerkonsole 3. Da sich bei dieser Interaktionsform der Arbeiter/Bediener 2 außerhalb des Bewegungs- und Arbeitsraumes - und damit des überwachten Sicherheitsbereiches 4 - des Roboters 1 befindet, kann die Steuerung, insbesondere in Form der obenstehend erwähnten sicheren Steuerung oder Sicherheitssteuerung den Roboter 1 mit voller Arbeitsgeschwindigkeit bewegen. Dies geschieht solange, bis das den Sicherheitsbereich 4 und/oder den Eingangsbereich 5 überwachende Sensorsicherheitssystem oder die diesem zugeordnete Sicherheitssensorik die Anwesenheit von Personen feststellt. Betritt ein Mensch, beispielsweise ein Arbeiter 2, den überwachten Sicherheitsbereich 4 oder durchschreitet er den überwach- ten Eingangsbereich 5 so verbleibt dem Roboter 1 genügend Zeit die durch die Robotersteuerung dann bewirkte Einstellung des Brennprozesses durchzuführen und sich bzw. den aktuellen Arbeitsprozess stillzusetzen.

Die Fig. 2 zeigt als zweite Interaktionsform die zeitliche Trennung von Roboter 1 und Arbeiter/Bediener 2, wobei eine örtliche Trennung nicht gegeben ist, da sich sowohl der Roboter 1 als auch der Arbeiter/Bediener 2 im überwachten Sicherheitsbereich 4 befindet. In dieser Stellung wird der Roboter 1 vorzugsweise in der Betriebsart Halbautomatik betrieben. In dieser Positionierung wird der Arbeitsvorgang des Öffnens eines Schieberkastens durchgeführt. Diese Arbeitstätigkeit ist für den Bediener 2 weder ergonomisch belastend noch gefährlich, andererseits wäre der zu betreibende sensorische Aufwand, um einen Roboter 1 derart auszustatten, dass er diese Arbeitstätigkeit vollautomatisch durchführen könnte, hingegen sehr groß. Entsprechend der dem Roboterinteraktionssystem zugrundeliegenden und vorstehend erläuterten Philosophie wird für diese Arbeitstätigkeit daher ein Betriebsmodus gewählt, in welchem der Bediener oder Arbeiter 2 diese Arbeitstätigkeit ausführt, während der Roboter 1 sicher stillgesetzt ist.

Die Fig. 3 zeigt als dritte Interaktionsform das zeitlich und örtlich gemeinsame Zusammenwirken von Roboter 1 und Bediener 2, so dass weder eine örtliche noch eine zeitliche Trennung zwischen Roboter 1 und Bediener 2 gegeben ist. In dieser Interaktionsform liegt im Ausführungsbeispiel die Betriebsart Halbautomatik oder Handbetrieb vor, mittels welcher die Arbeitstätigkeit des Einsetzens einer neuen Schieberplatte in den Boden einer Stahlpfanne 9 durchgeführt wird. Da eine Schieberplatte ein beträchtliches Gewicht aufweist, würde sich dieser Vorgang des Einsetzens einer neuen Schieberplatte für einen menschlichen Bediener 2 unter ergonomischen Gesichtspunkten als problematisch darstellen. Andererseits verlangt das Einsetzen der Schieberplatte in den Boden der Stahlpfanne 9 jedoch eine präzise Wahrnehmung der örtlichen Gegeben- heiten. Aufgrund dieser Rahmenbedingungen wird in diesem Falle mittels des Roboterinteraktionssystems nun eine Mensch-Roboter-Interaktion derart durchgeführt, dass der Roboter 1 in Anwesenheit des Arbeiters 2 in seinem Bewegungsraum die Schieberplatte in die direkte Nähe der Stahlpfanne 9 transportiert und dann der Bediener 2 per Handsteuerung mittels seiner Bedienerkonsole 3 den Roboter 1 steuert, so dass dieser vom Bediener 2 gesteuert die Schie- berplatte zur Beendigung dieser Arbeitstätigkeit oder dieses Arbeitsvorganges in den Schieberkasten am Boden der Stahlpfanne 9 einsetzt.

Der Roboter 1 kann als stationärer Roboter mit singulärem Arbeitsbereich für laufend wiederkehrende, sich wiederholende Tätigkeiten ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, Ausführungen vorzusehen, bei welchen kombiniert mehrere Roboter zusammenarbeiten und jeweils unterschiedliche Tätigkeiten oder Eingriffe an einer Hüttenwerkbetriebseinrichtung oder einer hüttenwerkstechnischen oder walzwerkstechnischen Anlage oder Einrichtung, wie beispielsweise einer Stranggießanlage in einem Stahlwerk, durchführen, die dann insbesonde- re als mobile Multifunktionsroboter ausgebildet sind.

Insgesamt wird durch die Erfindung demnach insbesondere mittels der Verfahreinheit also eine Arbeitsraum erweiternde Vorrichtung geschaffen, an der Handhabungsgeräte, vorzugsweise Roboter, in unterschiedlicher Bauart, Ach- senzahl, Tragfähigkeit und Steuerungsart angeordnet sein oder werden können. Beispielhaft für die verwendbare Bauart und Ausführungsform der Handhabungsgeräte seien Seilzugroboter, Scara- und Knickarmroboter oder Parallelkinematiken sowie deren Kombinationen benannt.

Die (Roboter-)Arbeitsraum erweiternde Vorrichtung kann beispielsweise in Brückenkran- oder Portalkranbauform sowie deren Kombination ausgeführt sein.

Sonderbauarten, wie Kombinationen aus Industrieroboter mit einem Portal- o- der Brückenkran vereinen die Vorteile eines Arbeitsraum-erweiternden Portal- krans bzw. Brückenkrans mit den enormen Potenzialen moderner Industrieroboter.

In der Ausführung als Brückenkran werden über einem jeweils mehrere Arbeitsplätze umfassenden Bereich aufgeständerte (d. h. Tragkonstruktionen wie Gestelle oder Stützen sind mit Fußboden verbunden) oder flurfreie (d. h. an Decke oder Wand befestigt) Laufschienen errichtet, auf denen mindestens eine mit Fahrwerken ausgerüstete Kranbrücke angeordnet ist, auf der sich wiederum eine ebenfalls mit Fahrwerken ausgerüstete Laufkatze befindet, die wiederum eine Führungssäule mit Antrieben für die vertikale Bewegung aufweist und an deren Ende ein Handhabungsgerät, vorzugsweise ein Knickarmroboter befestigt ist. Das Handhabungsgerät kann sowohl aufrecht stehend, über Kopf, als auch seitlich montiert sein. Je nach Ausführung der Bewegungsachsen und Gelenke des Handhabungsgeräts ergeben sich Arbeitsräume unterschiedlicher Form wie quaderförmig oder zylinderförmig, bis zu räumlich z.B. beim Seilzug- roboter

Bei der Brückenkranbauweise können verschiedene Ausführungsformen eingesetzt werden: Die Anordnung als Linear-Brückenkran, der seinen Arbeitsbereich wie eine Linie überspannt (Linienportal) oder die Anordnung als Aus- leger-Brückenkran ist möglich. Für kurze Strecken ist eine zusätzliche Bewegung orthogonal zur Kranlängsachse realisierbar bei einem Auslegerportal und bei einer Ausführung als Flächen-Brückenkran kann das Handhabungsgerät auch über eine große Fläche beliebig positioniert werden (Flächenportal).

Vorteilhafterweise kann auf derselben Kranbrücke zu dem Handhabungsgerät eine konventionelle Hubwinde angebracht sein.

In der Ausführung als Portalkran werden über einem jeweils mehrere Arbeitsplätze umfassenden Bereich bodengebundene Laufschienen für die Tragkon- struktion / das Gestell angebracht, so dass auf einer auf dem Boden verlaufen- den Schienenlaufbahn / Gleislaufbahn der Portalkran bewegt werden kann. Alternativ ist es im Rahmen einer gleislosen Variante möglich, den Portalkran auf Rädern zu verfahren oder mit einem Raupenfahrwerk auszustatten. Der weitere Aufbau des Portalkrans entspricht dem des Brückenkran-Aufbaus.

Je nach gewählter Ausführung der Arbeitssraum erweiternden Vorrichtung (Linear- Ausleger- und Flächenportal) ergeben sich entsprechend linien- bzw. flä- chenförmig oder räumliche Arbeitsraumerweiterungen.

Bei der (Roboter-)Arbeitssraum erweiternden Vorrichtung in einer Bauform als Kombination von Brücken- und Portalkran sind Laufschienen sowohl auf Tragkonstruktionen befestigt (aufgeständerte Bauweise) als auch zusätzlich auf dem Boden angeordnet, um das Verfahren der Tragkonstruktion / des Gestells zu ermöglichen. Dies kann ebenso in den zwei Varianten, wie vorstehend beschrieben ausgeführt werden

Aufgrund der mehrere Arbeitsplätze überspannenden Gestaltung der Vorrichtung können die Laufschienen bei der schienen- und gleisgebunden Bauweise außerhalb von Bereichen mit Gefährdung durch auslaufenden Flüssigstahl angeordnet werden.

Die Anforderungen an die Konstruktion der vorgeschlagenen Vorrichtung für den Einsatz in hütten- und walzwerkstechnischen Einrichtungen (Heißbereiche, Handhabung und Transport von mehreren hundert Kilogramm bis zu tonnenschweren Teilen im unmittelbaren Umfeld, Einsatz für Groß- und Schwerma- schinen) sind sehr komplex, so dass die jeweils ausgeführte Konstruktion entsprechend stabil und robust ausgebildet ist.

Die vorteilhafterweise so gewählte Ausführung ermöglicht es, jeden Punkt innerhalb des durch die Arbeitsraum erweiternde Vorrichtung gegebenen Arbeits- bereiches zu erreichen und einem Roboter somit eine beliebig große Anzahl von Arbeitsplätzen zuzuordnen.

Wird diese so gewählte Ausführung zusätzlich mit einem dynamischen Sicherheitskonzept, d.h. einem mit dem Roboter mitbewegten Schutzbereich kombi- niert, können alle Vorteile eines automatisierten Systems hinsichtlich Ergonomie, Arbeitssicherheit, Prozessoptimierung sowie Produktionssteigerung voll ausgeschöpft werden.

Die vorteilhafterweise so gewählte Ausführung ermöglicht es, jeden Punkt in- nerhalb des durch das Portal gegebenen Arbeitsbereiches zu erreichen und somit eine beliebig große Anzahl von Arbeitsplätzen anzuordnen, dies insbesondere auch dann, wenn diese auf verschiedenen Höhen gelegen sind. Ebenso vorteilhaft ergibt sich aus dieser Ausführung, dass der Bodenbereich frei bleiben kann, so dass ein Arbeiter auch in direkter Nähe des (temporär stillge- setzten) Roboters barrierefrei arbeiten kann, d.h. ohne dass sein Weg dabei behindert wird (Barrierefreie Hallenböden und Arbeitsbühnen). In einer Ausführung als flexible Automatisierungslösung des Handhabungsgerätes, welche die direkte Zusammenarbeit zwischen Roboter und Arbeiter gestattet, ist die Arbeitsraum erweiternde Vorrichtung von zusätzlichem Vorteil, da das Handha- bungsgerät, insbesondere Roboter, aber auch Manipulator, weitestgehend aus dem Aufenthaltsraum des Menschen heraus gehalten werden kann (Werker auf Hallenbodenniveau, Handhabungsgerät oberhalb).

Optional kann noch eine Anbindung des Systems an das Prozessleitsystem der jeweiligen Anlage erfolgen, so dass aktueller Betriebsmodus, Arbeitsfortschritt wie auch sensorische Beobachtungen weiter gemeldet werden können.

Hierbei ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, ein Verfahren anzuwenden, das ein Verfahren zum Betrieb des jeweiligen Anlagenbereiches unter Ein- bindung von mindestens einem Handhabungsgerät auf der Arbeitsraum erwei- ternden Vorrichtung ausbildet, welches sich dadurch auszeichnet, dass von einem Prozessrechner oder einer zentralen Leiteinrichtung Steuersignale an die Arbeitsraum erweiternde Vorrichtung und / oder das Handhabungsgerät, insbesondere Roboter, gegeben werden.

Eine Arbeitsraum erweiternde Vorrichtung in Brückenkranbauform ist in Figur 4 dargestellt. Hierbei überdeckt der Brückenkran die gesamte Breite der Gießbühne 73. Vorteilhafterweise sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Kranbrücken 86 mit jeweils einer Laufkatze 71 und jeweils einem Universalroboter R7 angeordnet.

Befindet sich die Verteilerrinne 75 in Gießposition, wird ihr die in Figur 4 rechte Kranbrücke 86 mit der Laufkatze 71 und dem Roboter R7 zugeordnet. Diese Kranbrücke mit der Laufkatze und dem Roboter kann dann notwendige Arbeiten an der Verteilerrinne 75 ausführen.

In dem vorliegenden Beispiel liegen die Arbeitsgebiete teilweise sogar außerhalb des von der Arbeitsraum erweiternden Vorrichtung umschlossenen Raumes. Durch die Ausführung als Knickarmroboter kann in diesem Beispiel der Roboter R7 auch außerhalb des durch die Trägerkonstruktion begrenzten Be- reiches Tätigkeiten ausführen.

Beispielhaft können im Bereich der Gießbühne 73 einer hüttentechnischen Anlage die folgenden Arbeiten durchgeführt werden:

Schattenrohrwechsel Tauchrohrwechsel

Temperaturmessung und Probenahme im Verteiler

Zugabe von Abdeckpulver in den Verteiler

Zugabe von Gießpulver in die Kokille

Setzen von Verbundkörben bzw. Trennplatten beim Sequenzguss Entfernen von Anbackungen in der Kokille Ein weiteres Beispiel für die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein mit mehreren Kippstühlen ausgeführter Pfannenplatz, an welchem Wartungsarbeiten an Gießpfannen im Stahlwerk durchgeführt werden.