专利名称：用于机器人组装的运动停止工作站的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及让机器人组装站与运动的组装线同步。
背景技术：
在汽车组装中，车辆车身通常被沿运动的组装线载入且行进通过许多(有时数百个)工作站，在工作站处，各种部件被组装在一起和/或组装到车辆车身上。在机器人组装站或工人站中(在该处需要精细灵巧的操作)，车辆车身会通常被移动到工作站，在该工作站处，车辆车身随后在任何组装可以开始之前被停下来并固定就位(即“停止”工作站)。在停止工作站中，机器人组装例如可以用于将螺母紧固到螺栓上、将底盘与框架匹配、将车轮定位和固定到转子轮毂上等。
因为在工作站之前/之后所需要的减速/加速区域，在停止工作站要求很大的地面空间来实施操作。另外，经常需要大的驱动设备使重的车辆车身加速和/或减速。
发明内容
一种运动停止工作站，包括配置为让车辆沿组装线运动的车辆承载器、设置为邻近于组装线的组装平台、以及与车辆承载器和组装平台连通的同步器。同步器配置为在车辆承载器沿组装线的长度运动时让组装平台的运动与车辆承载器的运动同步，且包括传感器、处理器和促动器。传感器配置为感测车辆承载器的位置和产生与感测到的位置相对应的位置信号。处理器配置为接收位置信号和响应地选择性地提供同步信号，且促动器配置为接收同步信号和响应地使得车辆承载器的运动和组装平台的运动同步。同步可以随后导致车辆承载器和组装平台之间基本上没有相对运动。在一个实施例中，同步器可以包括与促动器联接的机械稳定器，其中促动器配置为响应于同步信号而让机械稳定器在车辆承载器和组装平台之间伸出。这样，组装平台可以包括驱动机构和配置为选择性地脱离驱动机构的离合器，其中驱动机构配置为让组装平台沿组装线平移。离合器可以随后配置为响应于机械稳定器从车辆承载器到组装平台的伸出而脱离驱动机构。替换地，车辆承载器可以选择性地与组装线的动力传动系统接合，且车辆承载器可以配置为响应于机械稳定器从组装平台到车辆承载器的伸出而从动力传动系统脱离接合。在一实施例中，促动器可以包括联接到组装平台的驱动机构，其中驱动机构可以配置为让组装平台沿组装线平移。这样，传感器可以是近程传感器或包括目标跟踪摄像头和目标。在任意情况下中，位置信号指示车辆承载器沿组装线的、相对于组装平台沿组装线的位置的位置。运动停止工作站可以包括分别沿组装线设定顺序的第一长度、第二长度和第三长度，其中同步器可以配置为在车辆承载器经过第一长度和第三长度时让组装平台的运动与车辆承载器的运动同步，但是在车辆承载器经过第二长度时组装平台的运动可以不与车辆承载器的运动同步。
在一实施例中，组装平台可以包括一个或多个精确机器人组装装置。本发明的特征和优点以及其他的特征和优点将从结合附图时对用于实施本发明的最佳模式进行的以下详细描述显而易见。
图I是运动停止工作站的示意性俯视图，该工作站包括与沿组装线行进的车辆承载器同步的可动的组装平台。图2是运动停止工作站的示意性俯视图，该工作站包括与沿装线行进的车辆承载器同步的两个可动组装平台。图3是滚动滑行式车辆承载器的示意性侧视图。图4是吊车式车辆承载器的示意性侧视图。图5是自动导向车辆承载器的示意性侧视图。图6是同步的组装平台和车辆承载器的示意性俯视图，其采用机械同步器件。图7是同步的组装平台和车辆承载器的示意性俯视图，其采用包括近程传感的电子同步器件。图8是同步的组装平台和车辆承载器的示意性俯视图，其采用包括光学目标跟踪的电子同步器件。图9是沿组装线设置的多个运动停止工作站的示意性俯视图。图10包括两个代表性视图，其显示了车辆承载器和组装平台在整个运动停止工作站的运动。
具体实施例方式参见附图，其中在各附图中相同的附图标记用于表示相同的部件，图I示意性地示出了定位在组装线12上的运动停止工作站10。车辆承载器14配置为沿线12的方向18且以随机可变的速度移动/运载在运动停止工作站10内的车辆16。运动停止工作站10可以具有进入点20和离开点22，所述进入点20和离开点22 —起可以限定出工作站10的长度24。当车辆承载器14沿线12运动时，车辆可以在它越过进入点20时进入工作站10，且可以在它越过离开点22时离开工作站10。运动停止工作站10进一步包括组装平台26，所述组装平台26邻近组装线12且可以沿基本上平行于线12的方向28平移。在一个实施例中，组装平台26可以支撑例如一个或多个机器人组装装置30，所述机器人组装装置30可以对车辆16执行一个或多个机器人组装操作。在另一实施例中，组装平台26可以支撑一个或多个组装工人(未示出)，其方式是工人可以对车辆16执行一个或多个组装操作。可以使用机器人组装装置30执行的组装操作可以包括与汽车组装有关的精确组装任务，例如，将车轮安装到轮毂并使用多个机车螺母将车轮固定、使车身与框架配合并用多个螺母或焊缝使其固定，和/或将仪表盘安装在车辆16内。组装平台26可以适于骑在一个或多个轨道32上，所述轨道32可以基本上平行于组装线12延伸。轨道可以包括一个或多个驱动机构(未示出)，例如链条驱动装备、皮带驱动装备、线缆驱动装备或电磁驱动装备，组装平台26可以选择性地与驱动机构联接，且驱动机构可以使得平台26沿轨道32平移。替换地，轨道32可以具有齿轮齿廓(所述齿轮齿廓可以与设置在平台26上的对应的驱动马达啮合)或可以是完全平滑的。在一实施例中，轨道32可以配置为通过使用设置在轨道32和平台26之间的辊子、轴承和/或润滑剂来减少对抗平台26的运动的任何滚动/平移摩擦。在另一实施例中，组装平台26可以保持在自主运动的车辆上，所述车辆配置为在地面上沿基本上平行于组装线12的方向28平移。如在图I中进一步示出的，运动停止工作站10还包括同步器40，该同步器40可以配置为在车辆承载器14处在运动停止工作站10内时选择性地使组装平台26的运动与车辆承载器14的运动协调/同步。这种同步可以导致在车辆承载器14和组装平台26之间基本上没有相对的运动。这样，同步器40可以检测到车辆承载器14已经进入运动停止工作站10，并可以实体上将承载器14与平台26互锁从而使它们的运动同步，或可以通过使用更先进的控制方案(例如开环或闭环控制)让它们两个同步。如可以想到的，通过让组装平台26的运动与车辆承载器14的运动精确地同步，可以极大地简化操作机器人组装装置30所需的动态控制程序/算法。例如，如果组装平台26 以很小的偏差或没有偏差地跟踪车辆承载器16的运动，则机器人组装装置30可以被控制为仿佛车辆16和机器人组装装置30为静止的，譬如在传统组装“停止工作站”中所发生的。如在图1-2中示意性地示出的，同步器40可以与车辆承载器14和组装平台26两者连通以有助于运动同步。应理解，连通可以包括，例如，机械连通、电连通、射频(RF)通信、光学通信或本领域已知的任何其他形式的连通。如在下文进一步描述的，取决于所选的构造，同步器40可以实体上位于车辆承载器14上、位于组装平台26上、与承载器14和平台26分开或在承载器14、平台26和/或分开的位置的组合上。参见图2，在一实施例中，运动停止工作站10可以包括两个组装平台26，其中，在组装线12的每一侧上设置一个。在这种构造中，组装操作可以从在车辆16的大致相对侧上的每一个组装平台26同时地执行。在该构造中，每一个相应的组装平台26可以与车辆承载器14的运动同步。图3-5示意性地示出了车辆承载器14、114、214的三个一般实施例，其可以用于让车辆16运动。这些实施例是要说明几个承载器类型，不过可以类似地使用其他承载器。如图3所示，车辆承载器14可以包括滚动滑行器50，其可以支撑车辆16和限制车辆16相对于滑行器50的任何运动。滑行器50可以包括例如多个支撑轮52，所述支撑轮可以允许滑行器50沿地面或在轨道54上自由地平移。在地面以下可以布置运动动力传动系统(drive line) 56,所述运动动力传动系统可以沿组装线沿方向18行进。动力传动系统56可以包括运动链条驱动装备、皮带驱动装备、线缆驱动装备和/或其他相似的驱动机构。机械互连部58可以从动力传动系统56向上伸出，穿过地面/轨道54，并接合滚动滑行器50。机械互连部58可以例如包括推/拉卡爪或卡持部，其可以匹配或接合滑行器50的对应部分以将动力传动系统56的运动传递到滚动滑行器50。如所理解的，机械互连部58可选择性地接合滑行器50，从而如果被命令或如果垂直地退回时该机械互连部58可以脱离接合。图4示出了了滑车或吊车式的车辆承载器114，其可以让车辆16从高架轨道60悬挂，例如通过使用滑车62。如所示的，滑车62可以支撑悬浮的车辆车身16，且可以限制车辆车身16相对于滑架62的任何运动。滑车62可以使用配置为帮助滑车62平移的多个辊子64或滑行垫来接合轨道60。运动动力传动系统56可以定位为靠近高架轨道60，且可以沿组装线沿方向18连续行进。与滚动滑行器50的情况相似，运动动力传动系统56可以包括运动链条驱动装备、皮带驱动装备、线缆驱动装备和/或其他相似的驱动机构。使用例如机械互连部158，滑车62可以接合动力传动系统56。类似于如上所述的互连部58，机械互连部158可以包括推/拉卡爪、锚定臂(grappling arm)和/或一些其他形式的机械卡持部或互连部。在一实施例中，机械互连部158可以选择性地接合动力传动系统56,从而在接合时,动力传动系统56可以沿组装线拉动滑车62。图5示出了车辆承载器214的实施例，该车辆承载器214包括自动导向车辆(automated guided vehicle (AGV)) 70,用于让车辆16沿组装线沿方向18运动。AGV 70可以支撑车辆16且防止车辆相对于AGV 70作任何运动。类似于滑行器50，AGV 70可以沿地面72 (或对应的轨道)在多个车轮74上平移。车轮74可以例如使用驱动机构76而被智能地驱动，所述驱动机构可以使得AGV 70跟随预定路径。各种路径追随技术可以用于命·令驱动机构76，例如在视觉上跟踪地面上的线、电磁跟踪嵌入在地面中的电缆，或其他相似的路径跟踪技术。图6-8示意性地示出了同步器的三个实施例40、140、240，所述同步器可以用于让组装平台26的运动与车辆承载器14的运动同步。通常，同步器40可以包括传感器、处理器和促动器，它们可以一起工作以实现同步。图6示出了同步器40采用实体/机械同步技术的实施例，图7-8示出了同步器采用电子跟踪技术的实施例。如图6所示的，同步器40可以包括传感器，例如激光传感器80，所述传感器可以配置为感测在车辆承载器14沿组装线12行进时该车辆承载器14的位置。在一实施例中，传感器(例如，激光传感器80)可以指示车辆承载器14在何时越过线12上的特定点，例如车辆承载器14何时进入运动停止工作站10。激光传感器80可以投射光束82，且可以产生位置信号84，例如在光束被承载器14阻断时。这样，位置信号84可以指示在光束82被阻断时车辆承载器14沿组装线12的位置。在其他实施例中，其他视觉或电子传感器件可以类似地用于产生位置信号84。同步器40可以进一步包括处理器90，所述处理器90配置为通过有线或无线通信从传感器接收位置信号84且可以选择性地提供同步信号92到促动器。促动器随后可以在接收到同步信号92时实现承载器14和平台26的运动的同步。在图6示出的实施例中，促动器可以包括例如马达94、螺线管或其他相似的机械促动器件，其可以用于让机械稳定器96伸出。在伸出时，机械稳定器96可以在实体上让承载器14和平台26互连，从而基本上在它们两个之间不存在相对运动。尽管图6示出了从设置在组装平台26上的促动器94伸出的机械稳定器96，但是促动器94和机械稳定器96可以类似地设置在车辆承载器14上，在该情况下稳定器96被配置为伸出到组装平台26且与组装平台26互连。因此，如图6示出的，一旦车辆承载器14被引入运动停止工作站10 (通过例如图3-5示出的驱动器件中的一个)，传感器可以感测车辆承载器14沿组装线的位置且将这样的信息传送到处理器90。处理器90可以随后指令促动器94以让承载器14和组装平台26互连，例如通过使用机械稳定器96，且二者可以在运动停止工作站10的持续时间内始终保持互连。就在车辆承载器离开工作站之前，促动器94可以退回机械稳定器96，有效地将平台26从承载器14脱开。为了减少任何在车辆承载器14实体上与组装平台26互连时在动力传动系统部件上的任何所施加的应力，承载器14或平台26可以设置有离合器100、102，所述离合器可以允许承载器14或平台26选择性地脱离相应驱动机构。因此，一旦经由稳定器96互连，承载器14或平台26可以主动驱动连结对(joined pair)的运动,而承载器14或平台26中的另一个被被动地拉过工作站10。一旦机械稳定器96脱离接合，则脱离接合的离合器(离合器100或离合器102)可以与其相应的驱动机构重新接合以提供独立的运动控制。图7示出了一实施例，其中同步器140使车辆承载器14的运动和组装平台26的运动在它们两个之间没有物理接触的情况下同步。如所示的，同步器40可以包括传感器，所述传感器配置为通过近程传感(例如近程传感器110)检测车辆承载器14和组装平台26的相对位置。例如，近程传感器110可以是基于激光的传感器，其配置为使用投射的激光束112检测接近度。替换地，可以使用其他近程传感器件，例如但不限于，霍耳效应传感、雷达传感和/或光学传感。 在一实施例中，近程传感器110可以被保持在车辆承载器14路径的前部，例如图7中所示的。在该实施例中，臂112可以支撑近程传感器110，不过该臂112可以能够退回以允许承载器14在其接近运动停止工作站10的终点22时经过。在另一实施例中，近程传感器110可以保持在承载器14的路径之下或邻近承载器14的路径，从而其将不干涉承载器的运动。在车辆承载器14接近传感器时传感器(例如，近程传感器110)可以产生位置信号84，其中位置信号84指示车辆承载器14沿组装线12相对于组装平台26的位置的被感测位置。处理器90可以接收位置信号84，且可以选择性地提供同步信号92到促动器(例如，驱动机构120)。驱动机构120可以随后可控地让组装平台26沿组装线12在引导轨道32上运动，以使平台26的运动与车辆承载器14的运动同步。在其他实施例中，驱动机构120可以包括一个或多个直接驱动马达、伺服马达、齿轮驱动装备、皮带驱动装备、链条驱动装备、或其他相似的让组装平台26平移的器件。图8示意性地示出了同步器240的实施例，该同步器240与图7提供的同步器140在功能上相似，但是，图8中的同步器240采用了使用光学目标跟踪代替近程传感。如所示的，传感器包括一个或多个光学摄像头130，所述光学摄像头130可以对一个或多个光学目标132的位置进行扫描并识别该一个或多个光学目标132的位置。目标跟踪摄像头130可以产生对应的位置信号84，所述位置信号84可以被处理器90解译为车辆承载器14和组装平台26之间沿组装线12的相对位置。在其他实施例中，传感器可以包括线性编码器、线性电位计、位置检测器(position transducer)或其他位置跟踪装置，其可以在车辆承载器14沿组装线12行进时用于感测和/或监测车辆承载器14的位置。应理解，传感器可以与处理器90直接电接触，或可以使用任何可接受的无线数据传输设备无线地联接到处理器90。处理器90可以实施为服务器或主机，即，一个或多个数字计算机或数据处理装置，每一个具有一个或多个微处理器或中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、电可擦可编程只读存储器(EEPR0M)、高速时钟、模拟-数字(A/D)电路、数字-模拟(D/A)电路、和任何所需的输入/输出(I/O)电路和装置，以及信号调制和缓冲电子装置。在一实施例中，处理器90可以包括这样的动力电子部件，其对于产生同步信号92来说是必要的，所述同步信号92能够例如为驱动机构120提供动力，所述驱动机构120例如为伺服马达。尽管出于简单和清楚的目的在图6-8中作为单个装置示出，但是各种元件和处理器90可以按需要分布为许多不同的硬件和软件部件，以使用来自传感器的输入最佳地控制促动器。存在于处理器90中或可被其容易获取的各控制程序/系统可以存储在ROM或其他合适的有形存储单元和/或存储装置中，且被处理器90的相关硬件部件自动地执行以提供相应的控制功能。在图7和8提供的电子控制/跟踪实施例中，组装平台26可以初始地被定位在运动停止工作站10的进入点20附近。一旦处理器90检测到车辆承载器14与组装平台26 大致对准，则处理器90可以指示驱动机构120开始让组装平台26沿组装线12以匹配承载器14的运动的方式平移。处理器90可以控制驱动机构120，以保持承载器14和平台26之间基本上恒定的相对位置和运动，例如被传感器传感的。控制技术可以采用使用闭环控制原理，例如，比例、积分和/或微分控制。在一实施例中，处理器90可以针对运动停止工作站10的全部长度24或该长度的一部分控制组装平台26的运动。图7和8中提供的近程传感和光学目标跟踪实施例可以有广泛的适用性且实施起来相对便宜，因为它们不需要对原有车辆承载器14进行大量的重组或大量的改进。例如，在使用光学目标跟踪的情况下，光学目标132可以是背面粘性的粘贴件，其可以被置于承载器14的受控制位置上。在这方面，用在静止的停止工作站组装线中的之前建造的车辆承载器14可以容易地适应运动停止工作站组装线构造。图9示出了沿组装线12布置的多个运动停止工作站10。在这样的构造中，车辆承载器14可以沿组装线12以大致均匀的方式持续不断地运动。每一个组装平台26可以每一个被配置为在它的相应工作站10内且在相应的进入/离开点140之间穿梭。在每一个工作站10处，可以对被承载器14支撑的车辆16进行组装操作。一旦组装操作完成，组装平台26可以平移回到工作站10的进入点且等待下一个车辆承载器14进入。在一实施例中，同步器(例如，同步器140、240)可以配置为在运动停止工作站10的整个长度24上间歇地让组装平台26的运动与车辆承载器14的运动同步。例如，在轮胎固定工作站，被组装平台26支撑的组装机器人30可以在与车辆承载器14同步的同时将第一轮胎固定到车辆。平台26可以随后返回到机器人30的“原始”位置以拾取第二轮胎，在这之后平台26可以重新开始与承载器14的同步，且第二轮胎可以被固定。该运动大致在图10提供的曲线图中示出。图10的第一图200大致示出了车辆承载器14的在整个运动停止工作站10的运动。承载器在工作站10中的位置202由垂直轴线表示，时间204由水平轴线表示。图10的第二图210则示出了组装平台26在整个如上所述的轮胎固定过程中的运动。这样，平台在运动停止工作站内的位置212被垂直轴线表示，时间204被水平轴线表示。如图200、210所示，车辆承载器可以在初始时间220 (即时间“零”)进入运动停止工作站10且组装操作可以在结束时间222完成。车辆承载器可经过工作站10的三个不同部分或长度230、232、234。在第一长度中，组装平台26的运动可以与车辆承载器14的运动同步。在这段时间内，第一轮胎可以固定到车辆。一旦第一轮胎被固定，则组装平台26可以返回到“原始”位置以获取第二轮胎。在平台正在获取第二轮胎的同时，车辆承载器继续沿工作站行进(即第二长度232)。一旦轮胎被获取，则组装平台26可以快速地加速回到承载器14的预期位置(加速大致在242示出)，在该位置，组装平台26可随后与承载器14的运动“锁定”或再同步。一旦再同步，则第二轮胎可以被固定到车辆，同时承载器14继续经过第三长度234。在两个轮胎均被固定之后，组装平台26可以快速返回到“原始”或初始位置以等待下一个车辆承载器(返回运动大致在244示出)。应注意，轮胎组装操作纯粹是说明性的，且不应该以任何方式限制本发明。可进一步考虑在运动停止工作站10内，可以有多于两个的同步部分。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是熟悉本发明所涉及的领域的技术人员可认识到在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。所有方向参照(例如，上、下、向上、向下、左、右、向左、向右、上方、下方、垂直和水平)仅用于识别目的，以帮助读者理解本发明，且不形成限制，尤其不是对本发明的位置、取向或使用造成限制。目的是上面描述中包含的和在附图中所示的所有内容应被理解为仅是 说明性的而不是限制性的。
权利要求
1.一种运动停止工作站，包括 车辆承载器，配置为让车辆沿组装线沿基本恒定的方向运动； 组装平台，设置为邻近于组装线，该组装平台沿基本上平行于组装线的方向可运动地平移；和 同步器，与车辆承载器且与组装平台连通，所述同步器配置为在车辆承载器沿组装线的长度运动时让组装平台的运动与车辆承载器的运动同步，所述同步器包括 传感器，配置为感测车辆承载器的位置和产生与感测到的位置相对应的位置信号； 处理器，配置为接收位置信号和响应于该位置信号选择性地提供同步信号；和 促动器，配置为接收同步信号和响应于该同步信号而让车辆承载器的运动与组装平台的运动同步，其中，所述同步导致车辆承载器和组装平台之间基本上没有相对运动。
2.如权利要求I所述的运动停止工作站，其中，同步器进一步包括与促动器联接的机械稳定器；且 其中，促动器配置为响应于同步信号而让机械稳定器在车辆承载器和组装平台之间延伸。
3.如权利要求2所述的运动停止工作站，其中，组装平台包括驱动机构和配置为选择性地脱离所述驱动机构的离合器；所述驱动机构配置为让组装平台沿组装线平移； 其中，促动器被设置在车辆承载器上；且 其中，离合器配置为响应于机械稳定器从车辆承载器到组装平台的伸出而脱离所述驱动机构。
4.如权利要求2所述的运动停止工作站，其中，组装线包括运动动力传动系统，车辆承载器可选择性地与动力传动系统接合； 其中，促动器被设置在组装平台上；且 其中，车辆承载器被配置为响应于机械稳定器从组装平台到车辆承载器的伸出而从动力传动系统脱离。
5.如权利要求2所述的运动停止工作站，其中，车辆承载器配置为在进入点处进入运动停止工作站，及配置为在离开点处离开运动停止工作站，进入点和离开点是沿组装线的长度设置的位置；且 其中，促动器配置为在承载器越过离开点之前让机械稳定器退回。
6.如权利要求5所述的运动停止工作站，其中，位置信号指示车辆承载器越过进入点。
7.如权利要求I所述的运动停止工作站，其中，促动器包括联接到组装平台的驱动机构，所述驱动机构配置为让组装平台沿组装线平移。
8.如权利要求7所述的运动停止工作站，其中，传感器是近程传感器；且 其中，位置信号指示车辆承载器沿组装线、相对于组装平台沿组装线的位置的位置。
9.如权利要求7所述的运动停止工作站，其中，传感器包括目标跟踪摄像头和目标；且 其中，位置信号指示车辆承载器沿组装线、相对于组装平台沿组装线的位置的位置。
10.如权利要求7所述的运动停止工作站，进一步包括分别沿组装线设定顺序的第一长度、第二长度和第三长度；和 其中，同步器配置为在车辆承载器经过第一长度和第三长度时让组装平台的运动与车辆承载器的运动同步；且其中，在车辆承载器经 过第二长度时组装平台的运动不与车辆承载器的运动同步。
全文摘要
一种运动停止工作站，包括配置为让车辆沿组装线运动的车辆承载器、设置为邻近组装线的组装平台和与车辆承载器和组装平台通信的同步器。同步器配置为在车辆承载器沿组装线的长度运动时让组装平台的运动与车辆承载器的运动同步，且包括传感器、处理器和促动器。传感器配置为感测车辆承载器的位置且产生与感测的位置相应的位置信号。处理器配置为接收位置信号和选择性地响应地提供同步信号，且促动器配置为接收同步信号和响应地使得车辆承载器的运动和组装平台的运动同步。
文档编号B62D65/18GK102910223SQ20121028313
公开日2013年2月6日 申请日期2012年8月6日 优先权日2011年8月5日
发明者R.J.肖伊尔曼, R.F.鲁尔克, J.史, P.W.塔沃拉, D.格罗尔 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司