CN103348258A - 用于确定物体的位置的定位系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定类似动力扳钳的可移动物体（12）在三维空间中的位置的定位系统，并且包括多个固定信号通信模块（15、16和17）和由可移动物体（12）装载的可移动信号通信模块（18），其中，固定信号通信模块（15、16和17）连接至评估和计算单元（24），评估和计算单元（24）布置为响应于由固定信号通信模块（15、16和17）传送的信号并基于在可移动信号通信模块（18）和固定信号通信模块（15、16和17）之间通信的信号确定可移动物体（12）的位置。固定信号通信模块（15、16和17）中的至少一个（16）在两个或多个位置（A、B）之间可移位，以使得可以与通常处于被隔开的位置处的可移动信号通信模块（18）进行信号通信联系。

Description

用于确定物体的位置的定位系统
本发明涉及一种用于通过位于空间中的多个固定信号通信模块和装载在物体上用于与固定信号通信模块通信的可移动信号通信模块确定可移动物体在三维空间中的实际位置的定位系统。在优选实施方案中，本发明涉及一种用于确定在三维空间中可移动的电动工具在工作物体的两个或多个工作位置之间的实际位置的定位系统。
上述类型的定位系统适于确定车体的装配应用中使用的动力扳钳或螺帽扳手的实际位置。该类型的系统基于动力扳钳上的信号通信模块和固定信号通信模块之间的信号交换，即，动力扳钳和设置在动力扳钳周围的空间中定义好的位置的多个固定信号通信模块中的每一个之间的实际个体距离的远程指示。不同的距离相关信号通信至用于确定物体在三维空间中的位置的评估和计算单元。信号通信模块可以是任何合适的类型（例如基于光学、声学或射频），并且来自于信号通信模块中的每一个的对应于动力扳钳和固定信号通信模块之间的个体距离的信号，通信至在其中计算动力扳钳的实际三维位置的评估或分析单元。一个该类型的这样的系统包括信号发射标签，信号发射标签安装在动力扳钳上并且布置为对激活信号进行响应并发射信号至固定信号通信模块。
该类型的系统用于车体装配线站中以确定车体上具体的螺纹接头是否已全部处理以及它们是否已被拧紧到具体想要的拧紧级别。这不仅是用于确保质量的系统，而且记录相对于具体车体和/或车体上的螺纹接头位置的动力扳钳工作位置，并且使得可以检查每个螺纹接头上使用的动力扳钳操作数据，作为保证最终产品（即汽车）安全的方式。
在美国专利7,055,233中，有之前描述的用于沿着装配线行驶的车体上使用的动力扳钳的基于超声波的定位系统。该系统能够确定动力扳钳实际用于装配线上的哪个车体中，并且确定动力扳钳是否已用在车体上的具体位置中的螺纹接头上。例如，可以确定车体上的具体位置中的每个螺纹接头是否已被拧紧，甚至确定每个螺纹接头的拧紧结果是否被认可。该已知的系统基于来自动力工具对由位于装配线附近的固定传感器发射的超声波的反射。
然而，与上述基于超声波的系统相关（也与光学系统相关）的问题在于，难以与处于特定螺纹接头位置（例如在车体内）的动力扳钳通信，在那些位置上车体的部件隔开了声音信号或光信号的通信。这意味着，动力扳钳和固定信号通信模块之间将没有通信或通信很差，并因此没有可靠的距离响应信号将被传送到评估单元。在一些工作位置上，即使操作员本身也可能隔开信号。而且，射频信号可能被车体部件或操作员严重干扰，导致从信号通信模块到评估单元的可靠信号较差或更少。
本发明的一个目的是提供一种定位系统，该系统包括多个固定信号通信模块和装载在可移动物体上的可移动信号通信模块，用于确定可移动物体在三维空间中的实际位置，并且适于与同样处于空间内难以到达的位置处（通常被其他物体或周围结构隔开）的物体获得联系。
本发明的另一个目的是提供一种定位系统，该系统用于通过位于空间中的多个固定信号通信模块和装载在可移动物体上的可移动信号通信模块确定可移动物体在三维空间中的实际位置，其中，固定信号通信模块中的一个或多个在两个或多个位置之间可移位，以与装载在同样处于难以到达的位置处（通常被周围结构或物体隔开）的可移动物体上的可移动信号通信模块获得联系。
通过下面的说明书和权利要求书，将会显示出本发明的其他目的、特征和优点。
以下参考所附附图对本发明的优选实施方案进行描述。
在附图中显示了应用在装配线10处的三维空间的根据本发明的定位系统，装配线10具有一排连续的沿着线行驶的车体。在车体11中的一个中，示出了特别打算用于将螺纹接头拧紧在车体11中的动力扳钳12。动力扳钳定位系统包括位于空间中定义好的位置上的三个固定信号通信模块15、16和17，和一个装载在动力扳钳12上的可移动信号通信模块18。动力扳钳12事实上是可移动物体，其位置有待在特点时间点上确定。固定信号通信模块15、16和17通过配线22连接至固定评估和计算单元24。后者还包含用于供应和接收通过无线通信来自动力扳钳12的操作数据的装置。动力扳钳12和固定单元24之间的该无线操作数据通信不形成本发明的一部分，因此不对其进行更详细的描述。
固定信号通信模块15、16和17可以是发出将被附连到动力扳钳12的信号通信模块18反射的信号的类型。可选地，动力扳钳12上的可移动信号通信模块18可以是信号通信标签或发出将被固定信号通信模块15、16和17接收的信号的任何其他类型的装置。在任何一种情况下，由固定信号通信模块15、16和17接收的信号的方向以及每个固定信号通信模块15、16和17与可移动信号通信模块18之间的距离由评估和计算单元24指示并评估。作为信号评估的结果，动力扳钳12在空间中的三维位置被确定。
固定信号通信模块15、16和17与可移动信号通信模块18都被设计成发射和/或接收响应于模块之间的不同距离和不同方向两者的信号。优选地，动力扳钳12上的信号通信模块18还发射和/或反射响应于动力扳钳12在不同平面中的旋转位置的信号。例如，可以使用能够指示其在多达六个的自由度（DOF）中的旋转位置的信号通信模块。该类型的信号通信模块本身之前是已知的，并且不形成本发明的任何部分。
由于动力扳钳12将要执行在车体11内的拧紧操作，所以存在车体11的某些部件（例如车顶），其将隔开由固定信号通信模块15、16和17或动力扳钳12上的可移动信号通信模块18发射的信号，这将造成固定信号通信模块15、16和17与动力扳钳12上的可移动模块18之间的信号通信较差或被中断，并因此丢失动力扳钳的位置指示。为了解决该问题，固定通信模块16中的一个在两个或多个位置之间是可移位的，以通过车体中窗口或门孔获得与在车体11内的动力扳钳12的适当通信。在附图中示出的实例中，信号通信模块16安装在枢转臂25上，用于在两个定义好的位置A和B之间移动。枢转臂25具有固定枢转点26。当动力扳钳12要将螺纹接头拧紧在车体内的某个位置时，信号通信模块16通过臂25的摆动从位置A移位到位置B，从而通过车体中的后窗口19获得相对于动力扳钳12上的可移动信号通信模块18的自由信号通信方式。两个位置A和B是定义好的，并且它们的坐标存储在评估和计算单元24中。
在示出的实例中，信号通信模块16通过枢转臂是可移位的，但除此之外也可以是可移动的，例如沿着直线轨道。信号通信模块16可以在多于两个的具体位置之间移位。例如，它可以沿着任何特定路径或在空间中自由地连续移动，以找到有利的信号通信位置。尽管不进一步地详细描述，可移位的通信模块16可以配备有信号通信标签，并且其他固定通信模块15和17可适于与该信号通信标签持续通信，由此评估和计算单元24可以计算信号通信模块16的瞬时位置和动力扳钳12的瞬时位置两者。
在描述的实例中，评估和计算单元24显示为单独单元，但是也可以合并在固定通信模块15和17中的一个中。同时指出，该申请全文中使用的术语“信号通信模块”意味着也涉及一些应用中在固定模块位置处使用的镜子，以反射由物体/动力扳钳上的光源发射的光信号。
由于装配线10和车体是连续移动的（参照附图中的指示箭头），所以包括评估和计算单元24的系统必须编程为在确定与待拧紧的螺纹接头相关的动力扳钳12的实际瞬时位置时考虑到该移动。为此，在装配线上的每个车体已配备有识别标签，该识别标签告知装配厂系统和本地站经过装配站的车体的类型、型号等，以及车体在特定时间点在本地空间中所处的准确位置。车体的型号等还告知系统待拧紧的螺纹接头在车体上所处的准确位置，这是准确并安全确定动力扳钳在特定时间点相对于螺纹接头的位置的条件。评估和计算单元24编程为通过将动力扳钳12的瞬时位置与待拧紧的螺纹接头的位置以及与正是该螺纹接头处应用的所存储的螺纹接头拧紧数据进行比较，来评估并确定动力扳钳12是否已在每个螺纹接头上执行可接受的拧紧操作。

Claims (5)

1.一种用于确定可移动物体（12）在三维空间中的实际位置的定位系统，包括位于空间中定义好的个体位置的多个固定信号通信模块（15、16和17）、附连至物体（12）的可移动信号通信模块（18），以及评估单元（24），所述评估单元（24）与所述固定信号通信模块（15、16和17）通信并且布置为基于在所述固定信号通信模块（15、16和17）与所述可移动信号通信模块（18）之间通信，并对应于所述固定信号通信模块（15、16和17）中的每一个与所述可移动信号通信模块（18）之间和/或所述固定信号通信模块（15、16和17）中的每一个与所述可移动信号通信模块（18）的角位置之间的个体距离的信号计算物体（12）的实际位置，
其特征在于，所述固定信号通信模块（15、16和17）中的至少一个（16）在两个或多个位置（A、B）之间可移位，以使得能够与通常处于被隔开的位置处的物体（12）上的所述可移动信号通信模块（18）进行信号通信。
2.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述固定信号通信模块（15、16和17）中的所述至少一个（16）的所述两个或多个位置相对于其他固定信号通信模块（15、17）的位置是定义好的。
3.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述至少一个信号通信模块（16）安装在枢转臂（25）上，用于在两个定义好的位置（A、B）之间移位。
4.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述可移动信号通信模块（18）通过信号通信标签形成，所述信号通信标签布置为响应于激活信号并发射信号到达所述固定信号通信模块（15、16和17）。
5.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述固定信号通信模块（15、16和17）和所述可移动信号通信模块（18）布置为响应于物体在三维空间内的实际多维定向。
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