机器人对准系统以及使机器人对准的方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于机器人的对准系统，并且涉及使机器人关于固定部分或结构对准的方法。
【背景技术】
[0002]机器人以及机器人系统通常用在制造工艺中，诸如汽车及航空制造。这样的机器人通常执行诸如焊接、涂装、紧固、组装、移动大型负载、检查以及测试的任务。通常，机器人用于执行困难和/或劳动密集的任务，并且因此不期望由工人或技术人员手动执行。一些应用要求机器人操作一工具或其它装置穿过孔或出入端口。例如，机器人可具有固定不动的基座，该固定不动的基座定位在具有孔或出入端口的部分的外侧，这为所述部分的内部空间提供了通道。机器人可插入工具或装置穿过孔或出入端口，然后从所述部分的外侧操作所述部分的内部空间内侧的工具或装置。
[0003]由机器人执行的任务通常需要精确度和/或准确度，并且机器人必须能够使本身和/或工具关于所述部分和/或出入孔精确地对准或定位，以便确保机器人能够执行其任务。仍需要一种使机器人关于部分和/或其出入端口对准的对准系统和方法。
【发明内容】
[0004]本公开的机器人对准系统可允许平台关于部分的出入端口(诸如飞行器的机翼)对准。定位在所述机翼下面的机器人可包括由多条腿联接到一起的基座以及上平台。所述上平台能关于所述基座以六个自由度移动，以便与所述机翼的所述出入端口对准，使得在不损坏所述机翼的情况下，工具可插入穿过所述出入端口。所公开的机器人对准系统可包括校准板，所述校准板被插入所述出入端口中。所述机器人的所述上平台上的若干定位装置可与所述校准板相互作用，以便使所述上平台关于所述校准板并由此关于所述出入端口对准。
[0005]还公开了使机器人的平台关于形成在部分中的出入端口对准的方法。方法可包括:将一个或多个激光线投射到定位在所述出入端口内或出入端口的上方的校准板上，以便确定所述平台的当前位置。所述当前位置可与预编程的期望位置比较，以计算出所述当前位置和所述预编程的期望位置之间的尺寸偏移。然后，所述平台可通过消除所计算的尺寸偏移而(例如，经由定位在所述机器人上的控制器的指令而自动地)移向所述预编程的期望位置。一旦所述平台已经与所述校准板(并由此与所述部分的所述出入端口)对准，所述校准板就可被移除，并且所述机器人可构造成移动末端执行器穿过所述出入端口并进入所述部分内的空间中，以便在所述部分内执行任务。
【附图说明】
[0006]图1是飞行器的例证性非排他性示例的立体图。
[0007]图2是从飞行器下侧观察的飞行器的例证性非排他性示例的立体图。
[0008]图3是飞行器的翼盒(wing box)的一区段的局部剖视立体图。
[0009]图4是根据本公开的机器人对准系统的例证性非排他性示例的示意图。
[0010]图5是根据本公开的机器人对准系统的例证性非排他性示例的示意图。
[0011]图6是用作根据本公开的机器人对准系统的部分的机器人的例证性非排他性示例的顶视立体图。
[0012]图7是根据本公开的机器人对准系统的校准板的例证性非排他性示例的底视立体图。
[0013]图8是图7的校准板的顶视立体图。
[0014]图9是根据本公开的机器人对准系统的例证性非排他性示例的立体图。
[0015]图10是使用根据本公开的机器人对准系统的方法的例证性非排他性示例的示意框图。
[0016]图11是用于使机器人平台关于根据本公开的部分对准的方法的例证性非排他性示例的示意框图。
【具体实施方式】
[0017]—般情况下，参考图1和图2，飞行器100可具有附接至机身106的机翼102。飞行器100可包括发动机108、110。飞行器100可分别包括水平和/或垂直稳定器112、114。机翼102可各自形成翼盒104，其中翼盒104是包围内部空间116且至少部分地使内部空间116封闭的三维结构。翼盒104可由上翼板118、下翼板120、机翼前缘122和机翼后缘124限定。每个机翼102的下翼板120可包括可以为每个翼盒104的内部空间116提供通道的一个或多个孔、开口或出入端口 126。例如，出入端口 126的大小可做成允许技术人员爬过和/或到达臂或手，以便出入翼盒104的内部空间116并且在翼盒104内执行各种任务，诸如钻孔、安装紧固件、涂装和/或检查翼盒104。
[0018]图3示出了机翼102的翼盒104的一区段的剖开截面图。一般由附图标记116指定的翼盒104的内部区域是限制或界定区域的示例，在该限制或界定区域内可能需要执行某些任务。翼盒104可包括多个部件，包括上翼板118、下翼板120、翼梁128、130、一个或多个翼肋132以及沿着上翼板118和下翼板120延伸的多个纵梁134。在翼盒104内或周围可使用多个紧固件136，以将各种部件和部分固定到翼盒104内。例如，可使用紧固件136，以将上翼板118和下翼板120固定到梁128、130和/或肋132。在图3中虽然只有一个肋132可见，但翼盒104沿着机翼102的长度延伸并且一般包括沿着翼盒104的长度的多个肋132。可使用任何合适的紧固件136，包括但不限于螺钉、螺栓、螺母、钉、粘合剂、接头、销、夹子、扣、卡扣、挂钩、环、U形钉等。
[0019]在飞行器100和机翼102的建造、组装和/或维修期间，可能需要在翼盒104的内部空间116(例如，肋132和梁128、130之间的空间116)内执行任务。这样的内部空间116可能较小并受限制，难以在内侧操纵，和/或可具有有限的照明和通风。翼盒104的内部空间116内的一些任务可能需要工人或熟练的技术人员在使他或她的背躺下的同时手动安装成千上万的螺钉。一旦翼盒104闭合，内部空间116就只可经由出入端口 126出入。为了在内部空间116内侧执行任务，取决于工作所在的特定区域，人们可能需要爬过出入端口 126和/或用一个或两个臂经由出入端口 126而到达，以便在翼盒104内侧执行任务。此外，在内部空间116内工作的同时，诸如通过在翼盒104内用梯子或下探工具而损坏机翼102，对机翼可能造成严重和/或昂贵的损坏。因此，对在翼盒104的受限空间内执行任务的这些个人而言，在内部空间116内执行这些任务可能是劳动密集的、困难的和/或不愉快的。
[0020]虽然机器人已经使用于其它行业中以执行对人而言执行起来劳动密集和/或困难的任务，但由于飞行器制造中需要的紧公差和精确度、机器人和重型末端执行器(例如，由专门设计用于执行某些任务的机器人控制的工具)关于出入端口的定位复杂性、和/或操纵末端执行器越过出入端口并进入翼盒的受限工作空间的挑战，机器人的使用已限于该特定应用中。本公开的用于机器人的对准系统以及使机器人关于固定部分或结构(例如，机翼、翼盒和/或翼盒的出入端口)对准的方法可解决这些困难中的一个或多个。
[0021]图4至图5示出了根据本公开的机器人对准系统200的例证性非排他性示例的示意图。对准系统200 —般包括可与部分或结构204对准的机器人202。机器人202 —般可包括基座206、上平台208和一个或多个运动装置，诸如将基座206连接到上平台208的腿210。机器人202可包括联接到可动臂214的末端执行器212，可动臂214的一端被固定到上平台208。一个或多个定位装置216可定位在或联接到机器人202，诸如定位在或联接到上平台208。定位装置216可运行以收集关于部分204和/或形成在部分204中的端口或开口 218来定位上平台208、臂214和/或末端执行器212所需要的数据。以这种方式，臂214可以操纵末端执行器212移向部分204并穿过开口 218，进入部分204内的内部空间220。一旦这么对准，机器人202可在部分204上和/或在部分204的内部空间220内执行一种或多种任务。公开的机器人对准系统可提供机器人控制的末端执行器212向部分204内的内部空间220的精确出入，不会碰撞部分204或出入端口 218。
[0022]在一些示例中，机器人202可构造成执行一种或多种任务，所述任务可包括组装任务、检查、密封剂施加、粘合剂施加、锁紧螺栓型锻、修理、去毛刺、钻孔、异物的提取、部件的安装、插入线织机、激光焊接、泄漏检测、非破坏性测试、螺母运行、涂装、去除杂物(液体、颗粒、切肩)、热成像、紧固、机翼组装、复合材料铺放、焊接、修整、布线、涂覆、重复组装操作、自动箱关闭(automated box close-out)、铆接、配合、扩孔、制造操作、焊接、移动负载和/或针对给定应用的任何其它必要或期望任务。
[0023]部分204可以是任何应用中的任何部分或结构。例如，在制造或维修应用中，可使用本公开的机器人以及机器人对准系统，以使机器人和/或末端执行器与任何类型的部分或结构对准，所述部分或结构诸如汽车部分、航空部分、工业零件、机械、商用车辆、运输相关的部分、建造相关的部分、风轮机叶片或塔架、和/或具有或没有出入端口或开口的任何部分或结构，其中期望使机器人系统与所述部分对准，以便在所述部分上或内执行自动化的任务。本公开聚焦于航空部分，诸如翼盒、空气入口导管和稳定器，但应当理解的是，本公开的方法和机器人系统并不限于此。
[0024]臂214可以是任何合适的结构，并且一般构造成能关于机器人202 (例如，关于上平台208和/或基座206)移动。例如，臂214可以是折臂、伸缩臂、可收回式臂、蛇形机器人结构、铰接臂和/或可构造成关于部分204和/或开口 218来定位末端执行器212的任何结构。与本公开的机器人系统200 —起使用的合适的臂214的例证性示例公开于第7，967，549号美国专利和第2013/0031764号美国专利申请出版物中。
[0025]末端执行器212可以是可构造成在部分204上和/或在内部空间220内执行任务的任何装置，诸如工具或传感器。例如，末端执行器212可以是焊接头、喷漆枪、手术刀、切割装置、紧固装置、夹紧装置、卡爪、爪、销、针、抽吸装置、照相机、磨砂装置、粘合剂涂敷器、刷子、钻头、磁体、螺钉驱动器、夹子、去毛刺工具、旋转接头、和/或设计用于执行特定任务的任何定制工具。可使用任何末端执行器212，只要其大小足以配合穿过在其中或其上执行任务的所述部分的出入端口或开口。末端执行器212可与工作环境(例如，部分204)相互作用，并且可针对具体应用进行定制。针对部分204内的不同任务，机器人对准系统200可使用一个或多个不同的末端执行器212。
[0026]末端执行器212可联接到臂214，使得臂214的移动导致末端执行器212也移动。臂214因此可构造成关于开口 218和/或部分204来定位末端执行器212，使得可由末端执行器212执行任务。末端执行器212可从臂214移除并且更换为不同的末端执行器，以便根据期望而执行不同的任务。与本公开的机器人系统200 —起使用的合适的末端执行器212的例证性示例公开于第8，286，323号美国专利中。
[0027]基座206可具有任何合适的大小和形状，并且一般可构造成为机器人202提供稳定的支撑。例如，基座206可构造成在腿210、上平台208、臂214和/或末端执行器212关于基座206移动的同时保持在平坦表面上是稳定且固定不动的。基座206可例如是圆形、方形、矩形、多边形、椭圆形或任何