机器人制造环境中的碰撞防护制造技术

提供了用于机器人制造环境中的碰撞防护的系统和方法。一个实施例是包括机器人的设备。所述机器人包括末端执行器和致动器，所述末端执行器在制造单元内操作，所述致动器定义在所述制造单元内重新取向所述末端执行器的运动链。机器人还包括成像系统和控制器，所述成像系统安装有所述末端执行器，所述控制器识别镜子的位置和取向。所述控制器能够引导所述致动器朝向所述镜子取向所述成像系统，通过操作所述成像系统扫描所述镜子中的图像而采集3D位置的点云，以及通过关于由所述镜子定义的表面折叠所述3D位置而修正所述点云中的所述3D位置。所述机器人还能够基于所述经修正的位置确定由所述机器人在所述制造单元内占据的体积，以及基于所述体积引导所述机器人操作以防止在所述制造单元内的碰撞。

Collision protection in robot manufacturing environment

Systems and methods for collision protection in a robot manufacturing environment are provided. One embodiment is a device comprising a robot. The robot includes an end effector and an actuator that operates within the manufacturing unit defining the movement chain of the end effector in the manufacturing cell. The robot also includes an imaging system and a controller that is fitted with an end effector that identifies the position and orientation of the mirror. The controller can guide the actuator toward the mirror orientation of the imaging system, and point cloud acquisition 3D position through the operation of the image scanning the imaging system in the mirror, and through a surface defined by the folding mirror the 3D position and correcting the position of the 3D point cloud the. The robot can also be based on the revised position determined by the robot in the manufacturing unit in the occupied volume, and based on the volume of guiding the robot to prevent collisions in the manufacturing unit.

【技术实现步骤摘要】
机器人制造环境中的碰撞防护
本公开涉及机器人的领域，并且具体涉及机器人制造环境中的碰撞防护。
技术介绍
机器人在各种制造环境中被使用。例如，机器人可以被放置在装配线上的单元(即，预定的空间体积)内。机器人可以在进来的零件被放置在单元中之后、在该零件被向前移动到下一个单元以接收进一步处理之前执行工作。例如，机器人可以通过操作末端执行器来执行工作，以便钻孔到零件内、将铆钉应用到零件等。虽然机器人在制造环境中有效且高效地操作，但是机器人具有在正常操作期间与单元内的物体意外碰撞的风险。例如，计算机模型可以表明机器人将会占据单元内的某些预定位置。然而，如果机器人和/或正在被执行工作的零件未在单元中被精确地安装在其预期的位置和/或取向处，碰撞则可能发生。此外，机器人可以被包括液压软管、电缆等的线缆包(dressing)覆盖，并且该线缆包不会在单元的计算机模型中被充分考虑。因此，线缆包可能意外碰撞、划到或触到单元内的其他物体。为了解决这些问题，利用坐标测量机(CMM)的形式来测量单元内的各种部件(包括机器人、零件等)的位置和/或取向的技术并不是罕见的。然而，这些物体在CMM的坐标系中被测量，并且这些物体的测量包括残余误差。因此，为了确定机器人的末端执行器的任何点与零件之间的距离，会需要将这些测量(其包括误差)从CMM坐标系转换到机器人的坐标系。因此，取决于CMM测量误差的量值，碰撞仍然可能发生。而且，这些测量需要专用的装备和时间来处理并周期性地验证。
技术实现思路
本文中描述的实施例操作一种被附接到机器人的成像系统，以便通过镜子扫描机器人的图像并且量化由机器人占据的体积。这实现了由机器人(包括例如被附接到机器人的任何线缆包)在制造单元中占据的体积的准确且快速的确定。此外，由于成像系统的位置相对于机器人的末端执行器是已知的且固定的，成像系统测量中固有的误差与末端执行器加工工具共用共同的路径，因此它们将会抵消。相比之下，外部坐标系中固有的误差将会转移到机器人坐标系作为末端执行器和机器人姿态的误差。一个实施例是一种包括机器人的设备。所述机器人包括末端执行器和致动器，所述末端执行器在制造单元内操作，所述致动器定义在所述制造单元内重新取向所述末端执行器的运动链。机器人还包括成像系统和控制器，所述成像系统安装有所述末端执行器，所述控制器被配置为识别镜子的位置和取向。所述控制器能够引导所述致动器朝向所述镜子取向所述成像系统，通过操作所述成像系统扫描所述镜子中的图像而采集3D位置的点云，以及通过关于由所述镜子定义的表面折叠所述3D位置而修正所述点云中的所述3D位置。所述机器人还能够基于所述经修正的位置确定由所述机器人在所述制造单元内占据的体积，以及基于所述体积引导所述机器人操作以防止在所述制造单元内的碰撞。另一实施例是一种扫描机器人的方法。所述方法包括操作被附接到机器人的末端执行器的成像系统以识别镜子在制造单元内的位置和取向，引导所述机器人的致动器朝向所述镜子取向所述成像系统，通过操作所述成像系统扫描所述镜子中的图像而采集3D位置的点云，以及通过关于由所述镜子定义的表面折叠所述3D位置而修正所述点云中的所述3D位置。所述方法还包括基于所述经修正的3D位置确定由所述机器人在所述制造单元内占据的体积，以及基于所述体积引导所述机器人操作以防止在所述制造单元内的碰撞。另一实施例是一种包含被编程的指令的非临时性计算机可读介质，当所述被编程的指令被处理器执行时，所述被编程的指令可操作用于执行一种方法。所述方法包括操作被附接到机器人的末端执行器的成像系统以识别镜子在制造单元内的位置和取向，引导所述机器人的致动器朝向所述镜子取向所述成像系统，通过操作所述成像系统扫描所述镜子中的图像而采集3D位置的点云，以及通过关于由所述镜子定义的表面折叠所述3D位置而修正所述点云中的所述3D位置。所述方法还包括基于所述经修正的3D位置确定由所述机器人在所述制造单元内占据的体积，以及基于所述体积引导所述机器人操作以防止在所述制造单元内的碰撞。其他示例性实施例(例如，与上述实施例有关的方法和计算机可读介质)可以在下面进行描述。已经被讨论的特征、功能和优势能够在各种实施例中独立地实现，或可以在其他实施例中组合，其中参考以下说明和附图能够看出其进一步的细节。附图说明现在以示例的方式并且参照附图描述了本公开的一些实施例。相同参考数字表示所有附图上的相同元件或相同类型的元件。图1是一个示例性实施例中的制造单元的示意图。图2是一个示例性实施例中的机器人在制造单元中初始化的示意图。图3是一个示例性实施例中的图示用于操作机器人的方法的流程图。图4-图6是一个示例性实施例中的图示3D位置的折叠的示意图。图7是一个示例性实施例中的制造单元的方框图。图8是一个示例性实施例中的飞行器生产和保养方法的流程图。图9是一个示例性实施例中的飞行器的方框图。具体实施方式附图和以下描述图示了本公开的具体的示例性实施例。因此应认识到，本领域技术人员能够设计尽管未在本文中明确描述或示出但是体现本公开的原理并且被包括在本公开的范围内的各种装置。此外，本文中所描述的任何示例都意图帮助理解本公开的原理，并且应被理解为不限于这些具体阐述的示例和情况。因此，本公开不限于下面所描述的具体实施例或示例，而是受权利要求和其等同物限定。图1是一个示例性实施例中的制造单元100的方框图。制造单元100包含期望机器人150运转以便于进来的零件的制造、制作和/或组装的空间的任何体积。例如，制造单元100可以包含封闭的空间、或工厂地板上的空间的开放体积。根据图1，制造单元100包括体积102、底座110、被安装在底座110上的机器人150、传送器160和零件170。底座110可以包含占据制造单元100内的固定位置的结构部件，或可以包含能够被驱动跨过工厂地板以便根据需要而将机器人和/或工具布置为各种构造的可移动特征件(例如，推车)。因此，在一些实施例中，底座110、零件170和传送器160可移动和/或可驱动跨过工厂地板。机器人150被安装到底座110，并且包括多个致动器(112、114、116)和一起定义运动链156的刚性主体(120、130)。机器人150还包括能够在零件170上执行工作的末端执行器132。例如，末端执行器132可以包含锯、钻头、铆钉枪、自动纤维铺放(AFP)机器等。控制器152引导机器人150(包括末端执行器132和成像系统134)的操作。控制器152可以被实施为例如定制电路、执行编程的指令的处理器、或其一些组合。零件170可以包含被配置为由末端执行器132进行工作的任何合适的结构。例如，零件170可以包含用于飞行器机翼的固化复合面板、机身的结构部件、支柱等。传送器160将零件170移动到制造单元100内，并且可以包含自动传送带、推车等。为了防止末端执行器132与制造单元100中的其他物体碰撞，成像系统134安装有末端执行器132(例如，被安装到末端执行器134、或被安装到刚性主体130)。成像系统134扫描末端执行器134周围的空间，以便产生3D点云并防止碰撞。此外，成像系统134能够利用镜子(图2，200)来准确地确定由机器人150(包括被附接到机器人150的任何线缆包140(例如，电缆、液压软管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其包含：机器人(150)，其包含：末端执行器(132)，其在制造单元(100)内操作；致动器(114、116)，其定义在所述制造单元内重新取向所述末端执行器的运动链(156)；成像系统(134)，其具有所述末端执行器；以及控制器(152)，其识别镜子(200)的位置和取向，引导所述致动器朝向所述镜子取向所述成像系统，通过操作所述成像系统扫描所述镜子中的图像而采集3D位置的点云(756)，通过关于由所述镜子定义的表面(201)折叠所述3D位置而修正所述点云中的所述3D位置，基于经修正的3D位置确定由所述机器人在所述制造单元内占据的体积(758)，并且基于所述体积引导所述机器人操作以防止在所述制造单元内的碰撞。

【技术特征摘要】
2016.03.29 US 15/084,1071.一种设备，其包含：机器人(150)，其包含：末端执行器(132)，其在制造单元(100)内操作；致动器(114、116)，其定义在所述制造单元内重新取向所述末端执行器的运动链(156)；成像系统(134)，其具有所述末端执行器；以及控制器(152)，其识别镜子(200)的位置和取向，引导所述致动器朝向所述镜子取向所述成像系统，通过操作所述成像系统扫描所述镜子中的图像而采集3D位置的点云(756)，通过关于由所述镜子定义的表面(201)折叠所述3D位置而修正所述点云中的所述3D位置，基于经修正的3D位置确定由所述机器人在所述制造单元内占据的体积(758)，并且基于所述体积引导所述机器人操作以防止在所述制造单元内的碰撞。2.根据权利要求1所述的设备，其中：所述控制器识别所述机器人的计算机辅助设计模型即CAD模型与所述体积之间的差异，并且传递指示所述差异的报告。3.根据权利要求1所述的设备，其中：所述控制器基于经修正的位置确定由覆盖所述机器人的线缆包(140)在所述制造单元内占据的体积。4.根据权利要求3所述的设备，其中：所述控制器基于由所述线缆包占据的所述体积引导所述机器人操作以防止在所述制造单元内的碰撞。5.根据权利要求1所述的设备，其中：所述控制器操作所述成像系统以检测在所述镜子附近的目标，并且基于所述目标相对于所述镜子的已知位置确定所述镜子相对于所述成像系统的所述位置和取向。6.根据权利要求1所述的设备，其中：所述控制器基于经修正的位置确定由所述末端执行器占据的体积。7.根据权利要求1所述的设备，其中：所述末端执行器更改所述制造单元内的零件(170)。8.一种方法(300)，其包含：操作被附接到机器人的末端执行器的成像系统以识别镜子在制造单元内的位置和取向(302)；引导所述机器人的致动器朝向所述镜子取向所述成像系统(304)；通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·赫尔，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US