機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)以及使機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及用于機(jī)器人的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，并且涉及使機(jī)器人關(guān)于固定部分或結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人以及機(jī)器人系統(tǒng)通常用在制造工藝中，諸如汽車及航空制造。這樣的機(jī)器人通常執(zhí)行諸如焊接、涂裝、緊固、組裝、移動(dòng)大型負(fù)載、檢查以及測(cè)試的任務(wù)。通常，機(jī)器人用于執(zhí)行困難和/或勞動(dòng)密集的任務(wù)，并且因此不期望由工人或技術(shù)人員手動(dòng)執(zhí)行。一些應(yīng)用要求機(jī)器人操作一工具或其它裝置穿過(guò)孔或出入端口。例如，機(jī)器人可具有固定不動(dòng)的基座，該固定不動(dòng)的基座定位在具有孔或出入端口的部分的外側(cè)，這為所述部分的內(nèi)部空間提供了通道。機(jī)器人可插入工具或裝置穿過(guò)孔或出入端口，然后從所述部分的外側(cè)操作所述部分的內(nèi)部空間內(nèi)側(cè)的工具或裝置。
[0003]由機(jī)器人執(zhí)行的任務(wù)通常需要精確度和/或準(zhǔn)確度，并且機(jī)器人必須能夠使本身和/或工具關(guān)于所述部分和/或出入孔精確地對(duì)準(zhǔn)或定位，以便確保機(jī)器人能夠執(zhí)行其任務(wù)。仍需要一種使機(jī)器人關(guān)于部分和/或其出入端口對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開(kāi)的機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)可允許平臺(tái)關(guān)于部分的出入端口(諸如飛行器的機(jī)翼)對(duì)準(zhǔn)。定位在所述機(jī)翼下面的機(jī)器人可包括由多條腿聯(lián)接到一起的基座以及上平臺(tái)。所述上平臺(tái)能關(guān)于所述基座以六個(gè)自由度移動(dòng)，以便與所述機(jī)翼的所述出入端口對(duì)準(zhǔn)，使得在不損壞所述機(jī)翼的情況下，工具可插入穿過(guò)所述出入端口。所公開(kāi)的機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)可包括校準(zhǔn)板，所述校準(zhǔn)板被插入所述出入端口中。所述機(jī)器人的所述上平臺(tái)上的若干定位裝置可與所述校準(zhǔn)板相互作用，以便使所述上平臺(tái)關(guān)于所述校準(zhǔn)板并由此關(guān)于所述出入端口對(duì)準(zhǔn)。
[0005]還公開(kāi)了使機(jī)器人的平臺(tái)關(guān)于形成在部分中的出入端口對(duì)準(zhǔn)的方法。方法可包括:將一個(gè)或多個(gè)激光線投射到定位在所述出入端口內(nèi)或出入端口的上方的校準(zhǔn)板上，以便確定所述平臺(tái)的當(dāng)前位置。所述當(dāng)前位置可與預(yù)編程的期望位置比較，以計(jì)算出所述當(dāng)前位置和所述預(yù)編程的期望位置之間的尺寸偏移。然后，所述平臺(tái)可通過(guò)消除所計(jì)算的尺寸偏移而(例如，經(jīng)由定位在所述機(jī)器人上的控制器的指令而自動(dòng)地)移向所述預(yù)編程的期望位置。一旦所述平臺(tái)已經(jīng)與所述校準(zhǔn)板(并由此與所述部分的所述出入端口)對(duì)準(zhǔn)，所述校準(zhǔn)板就可被移除，并且所述機(jī)器人可構(gòu)造成移動(dòng)末端執(zhí)行器穿過(guò)所述出入端口并進(jìn)入所述部分內(nèi)的空間中，以便在所述部分內(nèi)執(zhí)行任務(wù)。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是飛行器的例證性非排他性示例的立體圖。
[0007]圖2是從飛行器下側(cè)觀察的飛行器的例證性非排他性示例的立體圖。
[0008]圖3是飛行器的翼盒(wing box)的一區(qū)段的局部剖視立體圖。
[0009]圖4是根據(jù)本公開(kāi)的機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的例證性非排他性示例的示意圖。
[0010]圖5是根據(jù)本公開(kāi)的機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的例證性非排他性示例的示意圖。
[0011]圖6是用作根據(jù)本公開(kāi)的機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的部分的機(jī)器人的例證性非排他性示例的頂視立體圖。
[0012]圖7是根據(jù)本公開(kāi)的機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)板的例證性非排他性示例的底視立體圖。
[0013]圖8是圖7的校準(zhǔn)板的頂視立體圖。
[0014]圖9是根據(jù)本公開(kāi)的機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的例證性非排他性示例的立體圖。
[0015]圖10是使用根據(jù)本公開(kāi)的機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的方法的例證性非排他性示例的示意框圖。
[0016]圖11是用于使機(jī)器人平臺(tái)關(guān)于根據(jù)本公開(kāi)的部分對(duì)準(zhǔn)的方法的例證性非排他性示例的示意框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]—般情況下，參考圖1和圖2，飛行器100可具有附接至機(jī)身106的機(jī)翼102。飛行器100可包括發(fā)動(dòng)機(jī)108、110。飛行器100可分別包括水平和/或垂直穩(wěn)定器112、114。機(jī)翼102可各自形成翼盒104，其中翼盒104是包圍內(nèi)部空間116且至少部分地使內(nèi)部空間116封閉的三維結(jié)構(gòu)。翼盒104可由上翼板118、下翼板120、機(jī)翼前緣122和機(jī)翼后緣124限定。每個(gè)機(jī)翼102的下翼板120可包括可以為每個(gè)翼盒104的內(nèi)部空間116提供通道的一個(gè)或多個(gè)孔、開(kāi)口或出入端口 126。例如，出入端口 126的大小可做成允許技術(shù)人員爬過(guò)和/或到達(dá)臂或手，以便出入翼盒104的內(nèi)部空間116并且在翼盒104內(nèi)執(zhí)行各種任務(wù)，諸如鉆孔、安裝緊固件、涂裝和/或檢查翼盒104。
[0018]圖3示出了機(jī)翼102的翼盒104的一區(qū)段的剖開(kāi)截面圖。一般由附圖標(biāo)記116指定的翼盒104的內(nèi)部區(qū)域是限制或界定區(qū)域的示例，在該限制或界定區(qū)域內(nèi)可能需要執(zhí)行某些任務(wù)。翼盒104可包括多個(gè)部件，包括上翼板118、下翼板120、翼梁128、130、一個(gè)或多個(gè)翼肋132以及沿著上翼板118和下翼板120延伸的多個(gè)縱梁134。在翼盒104內(nèi)或周圍可使用多個(gè)緊固件136，以將各種部件和部分固定到翼盒104內(nèi)。例如，可使用緊固件136，以將上翼板118和下翼板120固定到梁128、130和/或肋132。在圖3中雖然只有一個(gè)肋132可見(jiàn)，但翼盒104沿著機(jī)翼102的長(zhǎng)度延伸并且一般包括沿著翼盒104的長(zhǎng)度的多個(gè)肋132?？墒褂萌魏魏线m的緊固件136，包括但不限于螺釘、螺栓、螺母、釘、粘合劑、接頭、銷、夾子、扣、卡扣、掛鉤、環(huán)、U形釘?shù)取?br>[0019]在飛行器100和機(jī)翼102的建造、組裝和/或維修期間，可能需要在翼盒104的內(nèi)部空間116(例如，肋132和梁128、130之間的空間116)內(nèi)執(zhí)行任務(wù)。這樣的內(nèi)部空間116可能較小并受限制，難以在內(nèi)側(cè)操縱，和/或可具有有限的照明和通風(fēng)。翼盒104的內(nèi)部空間116內(nèi)的一些任務(wù)可能需要工人或熟練的技術(shù)人員在使他或她的背躺下的同時(shí)手動(dòng)安裝成千上萬(wàn)的螺釘。一旦翼盒104閉合，內(nèi)部空間116就只可經(jīng)由出入端口 126出入。為了在內(nèi)部空間116內(nèi)側(cè)執(zhí)行任務(wù)，取決于工作所在的特定區(qū)域，人們可能需要爬過(guò)出入端口 126和/或用一個(gè)或兩個(gè)臂經(jīng)由出入端口 126而到達(dá)，以便在翼盒104內(nèi)側(cè)執(zhí)行任務(wù)。此外，在內(nèi)部空間116內(nèi)工作的同時(shí)，諸如通過(guò)在翼盒104內(nèi)用梯子或下探工具而損壞機(jī)翼102，對(duì)機(jī)翼可能造成嚴(yán)重和/或昂貴的損壞。因此，對(duì)在翼盒104的受限空間內(nèi)執(zhí)行任務(wù)的這些個(gè)人而言，在內(nèi)部空間116內(nèi)執(zhí)行這些任務(wù)可能是勞動(dòng)密集的、困難的和/或不愉快的。
[0020]雖然機(jī)器人已經(jīng)使用于其它行業(yè)中以執(zhí)行對(duì)人而言執(zhí)行起來(lái)勞動(dòng)密集和/或困難的任務(wù)，但由于飛行器制造中需要的緊公差和精確度、機(jī)器人和重型末端執(zhí)行器(例如，由專門設(shè)計(jì)用于執(zhí)行某些任務(wù)的機(jī)器人控制的工具)關(guān)于出入端口的定位復(fù)雜性、和/或操縱末端執(zhí)行器越過(guò)出入端口并進(jìn)入翼盒的受限工作空間的挑戰(zhàn)，機(jī)器人的使用已限于該特定應(yīng)用中。本公開(kāi)的用于機(jī)器人的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)以及使機(jī)器人關(guān)于固定部分或結(jié)構(gòu)(例如，機(jī)翼、翼盒和/或翼盒的出入端口)對(duì)準(zhǔn)的方法可解決這些困難中的一個(gè)或多個(gè)。
[0021]圖4至圖5示出了根據(jù)本公開(kāi)的機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)200的例證性非排他性示例的示意圖。對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)200 —般包括可與部分或結(jié)構(gòu)204對(duì)準(zhǔn)的機(jī)器人202。機(jī)器人202 —般可包括基座206、上平臺(tái)208和一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)裝置，諸如將基座206連接到上平臺(tái)208的腿210。機(jī)器人202可包括聯(lián)接到可動(dòng)臂214的末端執(zhí)行器212，可動(dòng)臂214的一端被固定到上平臺(tái)208。一個(gè)或多個(gè)定位裝置216可定位在或聯(lián)接到機(jī)器人202，諸如定位在或聯(lián)接到上平臺(tái)208。定位裝置216可運(yùn)行以收集關(guān)于部分204和/或形成在部分204中的端口或開(kāi)口 218來(lái)定位上平臺(tái)208、臂214和/或末端執(zhí)行器212所需要的數(shù)據(jù)。以這種方式，臂214可以操縱末端執(zhí)行器212移向部分204并穿過(guò)開(kāi)口 218，進(jìn)入部分204內(nèi)的內(nèi)部空間220。一旦這么對(duì)準(zhǔn)，機(jī)器人202可在部分204上和/或在部分204的內(nèi)部空間220內(nèi)執(zhí)行一種或多種任務(wù)。公開(kāi)的機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)可提供機(jī)器人控制的末端執(zhí)行器212向部分204內(nèi)的內(nèi)部空間220的精確出入，不會(huì)碰撞部分204或出入端口 218。
[0022]在一些示例中，機(jī)器人202可構(gòu)造成執(zhí)行一種或多種任務(wù)，所述任務(wù)可包括組裝任務(wù)、檢查、密封劑施加、粘合劑施加、鎖緊螺栓型鍛、修理、去毛刺、鉆孔、異物的提取、部件的安裝、插入線織機(jī)、激光焊接、泄漏檢測(cè)、非破壞性測(cè)試、螺母運(yùn)行、涂裝、去除雜物(液體、顆粒、切肩)、熱成像、緊固、機(jī)翼組裝、復(fù)合材料鋪放、焊接、修整、布線、涂覆、重復(fù)組裝操作、自動(dòng)箱關(guān)閉(automated box close-out)、鉚接、配合、擴(kuò)孔、制造操作、焊接、移動(dòng)負(fù)載和/或針對(duì)給定應(yīng)用的任何其它必要或期望任務(wù)。
[0023]部分204可以是任何應(yīng)用中的任何部分或結(jié)構(gòu)。例如，在制造或維修應(yīng)用中，可使用本公開(kāi)的機(jī)器人以及機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，以使機(jī)器人和/或末端執(zhí)行器與任何類型的部分或結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)，所述部分或結(jié)構(gòu)諸如汽車部分、航空部分、工業(yè)零件、機(jī)械、商用車輛、運(yùn)輸相關(guān)的部分、建造相關(guān)的部分、風(fēng)輪機(jī)葉片或塔架、和/或具有或沒(méi)有出入端口或開(kāi)口的任何部分或結(jié)構(gòu)，其中期望使機(jī)器人系統(tǒng)與所述部分對(duì)準(zhǔn)，以便在所述部分上或內(nèi)執(zhí)行自動(dòng)化的任務(wù)。本公開(kāi)聚焦于航空部分，諸如翼盒、空氣入口導(dǎo)管和穩(wěn)定器，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開(kāi)的方法和機(jī)器人系統(tǒng)并不限于此。
[0024]臂214可以是任何合適的結(jié)構(gòu)，并且一般構(gòu)造成能關(guān)于機(jī)器人202 (例如，關(guān)于上平臺(tái)208和/或基座206)移動(dòng)。例如，臂214可以是折臂、伸縮臂、可收回式臂、蛇形機(jī)器人結(jié)構(gòu)、鉸接臂和/或可構(gòu)造成關(guān)于部分204和/或開(kāi)口 218來(lái)定位末端執(zhí)行器212的任何結(jié)構(gòu)。與本公開(kāi)的機(jī)器人系統(tǒng)200 —起使用的合適的臂214的例證性示例公開(kāi)于第7，967，549號(hào)美國(guó)專利和第2013/0031764號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)出版物中。
[0025]末端執(zhí)行器212可以是可構(gòu)造成在部分204上和/或在內(nèi)部空間220內(nèi)執(zhí)行任務(wù)的任何裝置，諸如工具或傳感器。例如，末端執(zhí)行器212可以是焊接頭、噴漆槍、手術(shù)刀、切割裝置、緊固裝置、夾緊裝置、卡爪、爪、銷、針、抽吸裝置、照相機(jī)、磨砂裝置、粘合劑涂敷器、刷子、鉆頭、磁體、螺釘驅(qū)動(dòng)器、夾子、去毛刺工具、旋轉(zhuǎn)接頭、和/或設(shè)計(jì)用于執(zhí)行特定任務(wù)的任何定制工具?？墒褂萌魏文┒藞?zhí)行器212，只要其大小足以配合穿過(guò)在其中或其上執(zhí)行任務(wù)的所述部分的出入端口或開(kāi)口。末端執(zhí)行器212可與工作環(huán)境(例如，部分204)相互作用，并且可針對(duì)具體應(yīng)用進(jìn)行定制。針對(duì)部分204內(nèi)的不同任務(wù)，機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)200可使用一個(gè)或多個(gè)不同的末端執(zhí)行器212。
[0026]末端執(zhí)行器212可聯(lián)接到臂214，使得臂214的移動(dòng)導(dǎo)致末端執(zhí)行器212也移動(dòng)。臂214因此可構(gòu)造成關(guān)于開(kāi)口 218和/或部分204來(lái)定位末端執(zhí)行器212，使得可由末端執(zhí)行器212執(zhí)行任務(wù)。末端執(zhí)行器212可從臂214移除并且更換為不同的末端執(zhí)行器，以便根據(jù)期望而執(zhí)行不同的任務(wù)。與本公開(kāi)的機(jī)器人系統(tǒng)200 —起使用的合適的末端執(zhí)行器212的例證性示例公開(kāi)于第8，286，323號(hào)美國(guó)專利中。
[0027]基座206可具有任何合適的大小和形狀，并且一般可構(gòu)造成為機(jī)器人202提供穩(wěn)定的支撐。例如，基座206可構(gòu)造成在腿210、上平臺(tái)208、臂214和/或末端執(zhí)行器212關(guān)于基座206移動(dòng)的同時(shí)保持在平坦表面上是穩(wěn)定且固定不動(dòng)的?；?06可例如是圓形、方形、矩形、多邊形、橢圓形或任何