便携式可编程机器、机器人末端执行器和相关方法技术

一种便携式工作模块，其包括用于定位和定向用于在受限空间内执行任务的机器人末端执行器的棱柱型和转动接头。例如，便携式工作模块可以包括与腕部结合的伸缩臂，所述腕部具有相对于伸缩臂的多个自由度。便携式工作模块包括相对于受限空间的进出口固定的插件，所述进出口用作用于计算机器人末端执行器在受限空间内的位置的参考位置。便携式工作模块被配置为具有用于插入到受限空间中的收缩配置，和用于在受限空间内执行任务的延伸配置。在一些示例中，便携式工作模块是模块化的，以使机器人末端执行器或其他部件可以被选择性地移除或替换。

Portable Programmable Machines, Robot End Actuators and Related Methods

A portable working module includes a prism type and a rotating joint for positioning and directing a robot end effector for performing tasks in a restricted space. For example, a portable working module may include a telescopic arm combined with the wrist, which has multiple degrees of freedom relative to the telescopic arm. The portable working module includes a plug-in unit fixed to the entrance and exit relative to the restricted space, which serves as a reference position for the position of the end effector of a computer robot in the restricted space. Portable working modules are configured to have contraction configurations for insertion into a restricted space and extended configurations for performing tasks in a restricted space. In some examples, the portable working module is modular so that the end effector or other components of the robot can be selectively removed or replaced.

【技术实现步骤摘要】
便携式可编程机器、机器人末端执行器和相关方法
本公开涉及用于在受限空间内执行任务的便携式可编程机器。本公开进一步涉及机器人末端执行器和包括这种便携式工作模块的系统以及在受限空间内执行任务的相关方法。
技术介绍
尽管当今的飞机构造通常变得更加有效和节省成本，但是仍有部分飞机结构的制造过程存在挑战性。这些挑战的其中一种包括技术人员在飞机机翼内完成体力工作。后者通常涉及利用紧固件最后将翼梁和翼肋固定到机翼面板和/或机翼内部的面板。对于轴环的锻造和将螺母拧紧到螺栓所需的这种通路，还可以包括从机翼面板内部清洁切削油，以及将密封剂施加到飞机机翼的内部部分。这项工作使技术人员必须爬入受限空间并在其内操作，这会是困难和/或不舒服的。例如，图1示出了部分位于飞机10的内部空间内的技术人员。在图1中，飞机机翼10的下面板146在其内部部分的最终处理期间被示为竖直取向。下面板146具有多个进出孔12，每个进出孔包括外周边缘13，下文将进一步描述。如图所示，装配架(未示出)的竖直支撑件14经配置用于保持飞机机翼10竖直。在最终处理期间，技术人员进出机翼的内部(未在图1中示出)以完成将要描述的各种最终操作。在图1中，技术人员的腿16和脚18被示为从进出口12延伸出在装配架的人行道20上方并到达位于人行道上的放脚桌子22，而技术人员的头部和躯体(也未示出)位于机翼10的内部。这种布置对于技术人员会很困难，但是在开发用于执行这种任务的自动或半自动系统方面仍存在挑战。现有的机器人解决方法在定位上存在困难，并且对齐可能导致在受限空间内产生异物碎片，具有过大的占用面积而无法在一些空间内工作，和/或不具有在一些应用中可发挥作用的足够移动范围。
技术实现思路
根据本公开的(具有相关联的机器人末端执行器的)便携式可编程机器和便携式工作模块经配置用于在受限空间内执行一个或多个任务。还公开了包括所述机器人末端执行器的可编程工作机器和包括该机器的系统。例如，公开的便携式可编程机器可以包括第一棱柱型接头(例如，平衡伸缩臂)、配置为支撑伸缩臂(和/或支撑伸缩臂的一个或多个结构臂)的底座、被配置为旋转伸缩臂的第一转动接头和被配置为帮助定位工具(例如，机器人末端执行器)和在受限空间内执行一个或多个任务的视觉系统。伸缩臂的远端区域可以不被底座支撑并且可以包括被配置为保持和操纵工具的铰接腕部，并且伸缩臂可以被配置为相对于底座平移。所述腕部可以包括被配置为使工具相对于伸缩臂旋转和平移的多个接头。便携式可编程机器可以被配置用于通过相对于底座选择性地移动伸缩臂和腕部来定位工具并且自主和/或半自主地执行任务。底座可以包括电源和被配置为处理数字数据并且与伸缩臂和腕部通信且控制其运动的可编程计算器。机器人末端执行器可以是任何合适的机器人末端执行器，不过其在一些示例中是被配置为在受限空间内执行任务的机器人末端执行器，其中每次执行任务均产生碎片。机器人末端执行器可以包括被配置为在机器人末端执行器每次执行任务后将碎片保留在机器人末端执行器内的碎片保留结构、被配置为在每次执行任务后接收来自碎片保留结构的碎片的碎片捕集器和被配置为在每次执行任务后选择性地将碎片从碎片保留结构移动到碎片捕集器的致动机构。所公开的在受限空间内执行一个或多个任务的方法可以包括：提供根据本公开的便携式工作模块和/或机器人末端执行器、相对于受限空间的进出口固定便携式工作模块的插件、基于由受限空间的进出口限定的参考位置计算机器人末端执行器相对于受限空间的期望位置、将末端执行器移动到受限空间内的期望位置以及使用末端执行器在受限空间内执行一个或多个任务。所公开的方法可以包括在多个相应期望位置在给定受限空间内多次执行给定的任务，和/或在受限空间内执行多种不同的任务。附图说明图1是现有飞机机翼的局部透视图，其被竖直地支撑在装配架上，示出了从机翼的进出口延伸出的技术人员的腿和脚。图2是根据本公开的系统的非排他性示例的示意图图示。图3是从可编程工作机器的后侧观察的且在缩回配置的、根据本公开的可编程工作机器的非排他性示例的示意透视图图示。图4是从可编程工作机器的前侧观察的、图3所示的可编程工作机器示意透视图图示。图5是在不同位置的图3-4所示的可编程工作机器的示意透视图图示。图6是在延伸位置的图3-5所示的可编程工作机器的便携式工作模块的示例的示意透视图图示。图7是用于根据本公开的可编程工作机器的工具的示例的示意图图示，所述工具被示为附接到便携式工作模块的一部分。图8是用于根据本公开的可编程工作机器的工具的另一个示例的示意图图示，所述工具被示为附接到便携式工作模块的一部分。图9是用于根据本公开的可编程工作机器的工具的另一个示例的示意图图示，所述工具被示为附接到便携式工作模块的一部分。图10是用于根据本公开的可编程工作机器的工具的另一个示例的示意图图示，所述工具被示为附接到便携式工作模块的一部分。图11是水平定向的飞机机翼的剖视图，其示出了在后翼梁和前翼梁之间的内部机翼腔，其中根据本公开的可编程工作机器的便携式工作模块被支撑在机翼的进出口的外周边缘，便携式工作模块位于延伸配置。图12是图11所示的飞机机翼和便携式工作模块，其中便携式工作模块位于缩回位置。图13是根据本公开的便携式工作模块的另一个示例的透视图。图14是根据本公开的便携式工作模块的侧视图。图15是在缩回位置的根据本公开的便携式工作模块的侧视图。图16是在延伸位置的图15所示的便携式工作模块的侧视图。图17是图15-16所示的便携式工作模块的透视图，其示出了便携式工作模块的机器人末端执行器的特定移动方向。图18是图15-17所示的便携式工作模块的末端执行器的一部分的特写侧视图，其示出了末端执行器的再装载位置。图19是图15-18所示的便携式工作模块的末端执行器的一部分的特写侧视图，其示出了末端执行器的捕集机构的移动，其移动到接收碎片的位置。图20是图15-19所示的便携式工作模块的末端执行器的一部分的特写侧视图，其示出了新螺母的放置。图21是图15-20所示的便携式工作模块的一部分的透视图，其示出了视觉系统在受限工作空间内的操作。图22是图15-21所示的便携式工作模块的一部分的透视图，其中末端执行器定位为用于在受限空间内的新螺母的放置。图23是位于缩回配置并且定位在受限空间内的根据本公开的便携式工作模块的俯视图，其中插件定位在到受限空间的进出口内。图24是图23所示的便携式工作模块的俯视图，其中插件相对于进出口固定，便携式工作模块位于延伸配置并且便携式工作模块的机器人末端执行器在受限空间内执行任务。图25是位于缩回配置的根据本公开的便携式工作模块的另一个示例的透视图。图26是图25所示的位于部分延伸配置中的便携式工作模块的透视图。图27是图25-26所示的位于完全延伸配置中的便携式工作模块的透视图。图28是根据本公开的在受限空间内执行任务的方法的示意流程图。图29是根据本公开的通过便携式工作模块在受限空间内固定螺母的方法的示意流程图。具体实施方式为了解决进出诸如飞机机翼(例如，图1中所示的飞机机翼10)内的内部空间或受限空间和在所述空间内开展工作的人体工程学和/或其他困难，在图2中示意性地示出了本公开的可编程工作机器26(本文中也称为“可编程机器人”，或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被配置为在受限空间(17)内执行一个或多个任务的便携式可编程机器(26)，所述便携式可编程机器(26)包括：包括伸缩臂(52)的第一棱柱型接头(47)；被配置为支撑所述伸缩臂(52)的底座(34)，所述伸缩臂(52)的远端区域(39)不被所述底座(34)支撑并且具有被配置为保持和操纵用于在所述受限空间(17)内执行所述一个或多个任务的工具(49)的铰接腕部(70)，其中所述伸缩臂(52)的所述远端区域(39)被配置为相对于所述底座(34)平移，其中所述腕部(70)包括被配置为相对于所述伸缩臂(52)转动和平移所述工具(49)的多个接头(45/47)；被配置为转动所述伸缩臂(52)的第一转动接头(45)；和被配置为帮助定位所述工具(49)和在所述受限空间(17)内执行所述一个或多个任务的视觉系统(43)；其中所述便携式可编程机器(26)被配置为经由相对于所述底座(34)选择性地移动所述伸缩臂(52)和所述腕部(70)来定位所述工具(49)并以自主和半自主中至少一种方式执行所述一个或多个任务；和其中所述底座(34)包括电源(42)和被配置为处理数字数据并与所述伸缩臂(52)和所述腕部(70)通信并控制所述伸缩臂(52)和所述腕部(70)的移动的可编程计算器(44)。...

【技术特征摘要】
2017.12.05 US 15/832,5431.一种被配置为在受限空间(17)内执行一个或多个任务的便携式可编程机器(26)，所述便携式可编程机器(26)包括：包括伸缩臂(52)的第一棱柱型接头(47)；被配置为支撑所述伸缩臂(52)的底座(34)，所述伸缩臂(52)的远端区域(39)不被所述底座(34)支撑并且具有被配置为保持和操纵用于在所述受限空间(17)内执行所述一个或多个任务的工具(49)的铰接腕部(70)，其中所述伸缩臂(52)的所述远端区域(39)被配置为相对于所述底座(34)平移，其中所述腕部(70)包括被配置为相对于所述伸缩臂(52)转动和平移所述工具(49)的多个接头(45/47)；被配置为转动所述伸缩臂(52)的第一转动接头(45)；和被配置为帮助定位所述工具(49)和在所述受限空间(17)内执行所述一个或多个任务的视觉系统(43)；其中所述便携式可编程机器(26)被配置为经由相对于所述底座(34)选择性地移动所述伸缩臂(52)和所述腕部(70)来定位所述工具(49)并以自主和半自主中至少一种方式执行所述一个或多个任务；和其中所述底座(34)包括电源(42)和被配置为处理数字数据并与所述伸缩臂(52)和所述腕部(70)通信并控制所述伸缩臂(52)和所述腕部(70)的移动的可编程计算器(44)。2.根据权利要求1所述的便携式可编程机器(26)，其中所述转动接头(45)包括第五转动接头(45e)，其中所述腕部(70)的所述多个接头(45/47)包括：被配置为调整所述工具(49)相对于所述伸缩臂(52)的偏转的第一转动接头(45a)；被配置为调整所述工具(49)相对于所述伸缩臂(52)的俯仰的第二转动接头(45b)；被配置为调整所述工具(49)相对于所述伸缩臂(52)的滚动的第三转动接头(45c)；和被配置为相对于所述伸缩臂(52)平移所述工具(49)的第一棱柱型接头(47a)，并且其中所述便携式可编程机器(26)包括被配置为相对于所述腕部(70)转动所述工具(49)的第四转动接头(45d)。3.根据权利要求1所述的便携式可编程机器(26)，其中所述棱柱型接头(47)、所述转动接头(45)和所述腕部(70)的所述多个接头(45/47)的组合被配置成为所述工具(49)在所述受限空间(17)内的铰接和移动提供至少六个自由度。4.根据权利要求1所述的便携式可编程机器(26)，其中所述所述伸缩臂(52)从近端区域(37)延伸到所述远端区域(39)，其中所述近端区域(37)被所述底座(34)支撑，并且其中所述远端区域(39)被配置为接收、铰接和支撑所述工具(49)，其中所述伸缩臂(52)被配置为在具有第一长度的收缩配置和具有第二长度的延伸配置之间延伸，其中所述第二长度大于所述第一长度，其中，在所述收缩配置，所述伸缩臂(52)具有减小的占用面积并且被配置为至少部分地通过进出口(12)被插入到所述受限空间(17)，并且其中，在所述延伸配置，所述伸缩臂(52)被配置为定位所述工具(49)并且使用所述工具(49)在所述受限空间(17)内、远离所述进出口(12)的位置执行所述一个或多个任务。5.根据权利要求4所述的便携式可编程机器(26)，进一步包括被配置为在所述工具(49)在所述受限空间(17)内执行所述一个或多个任务的同时相对于所述进出口(12)被选择性地固定的插件(54)，其中所述插件(54)被配置为在所述插件(54)...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·W·普林格尔四世，C·J·埃里克森，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US