CN103889664B - 定位系统的操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及特别用于航空器结构组装的定位系统1的操作方法。定位系统1包括多个定位器2a、2b、2c，每个定位器包括至少一个操纵器M。操纵器M检测部件B并在该部件被操纵器M共同检测的同时以同步方式操纵该部件。

Description

定位系统的操作方法
技术领域
本发明涉及有利地包括多个定位器的定位系统的操作方法，每个定位器优选地具有用于操纵部件的至少一个操纵器。本发明的优选使用领域是航空器的结构组装，其中外壳节段被组装成机身部分，所述机身部分接着可能相对于彼此被定位并被结合成机身，且随后例如将支承结构、尾翼和起落架组装到机身上。
背景技术
在航空器的常规结构组装中（其中以外壳节段的形式的部件被组装成机身部分），已知定位借助于刚硬的重型设备进行。在此，可将部件插入形状限定框架中。可借助于该设备相对于环形模板上的参考系将该部件与框架一起定位。可接着周期性地探测设备的位置。利用这个组装原理，设备且特别是框架可适当地以高程度的刚度被设计。然而，这具有下列缺点：由于作为形状限定框架的设计，部件变体的柔韧度是有限的。
也已知的是使用用于外壳组装的协调定位单元。在此，可借助于所谓的热安装（hot mounting）将外壳节段接纳在规定的接纳点处，并可借助于组装设备在支承点处相对于彼此定位外壳节段。根据待组装的航空器的尺寸，例如可将四到八个热安装应用于外壳节段。利用这个组装原理，外壳节段的位置测量可以是每个组装过程的一部分。然而，这个配置具有下列优点：对于控制技术需要非常大的努力。
因此本发明的目的是提供用于定位系统的改进和/或替代的操作方法。
发明内容
可使用根据如在主要权利要求中公开的本发明的操作方法来实现这个目的。
根据本发明，提供了用于有利地包括多个定位器的定位系统的操作方法，每个定位器具有至少一个、优选地多个操纵器。该定位系统特别适合于航空器结构组装，虽然该系统也可用于机动车组装（例如用于车身部分、窗户等）。
在本发明的上下文中，借助于操纵器抓取部件并优选地在由操纵器有利地共同抓取部件的同时同步地操纵部件。
“同步操纵”应被理解为特别是意指操纵器的运动的同步。
操纵器能够同步地将部件从初始地点（初始位置和/或初始方位）操纵到目标地点（目标位置和/或目标方位）。
在缺乏适当对策的情况下，部件可能例如在初始地点下或通常由于其内在的重量而具有变形。部件因此可以特别是可弯曲地松弛的部件。
部件优选地在初始地点下被操纵器抓取并被操纵器操纵到期望形式和/或保持在期望形式中。
期望形式优选地对应于其中归因部件的内在重量和/或部件的内部张力的变形被补偿的形式。
在本发明的上下文中，由部件的内在重量和/或部件的内部张力引起的变形可实质上完全（虽然不是必须）被补偿。本发明也只涵盖部分补偿。
在本发明的上下文中，到形式的操纵或形式中的保持可借助于所有操纵器的特定操纵和/或借助于仅仅一些操纵器的特定操纵而发生。这意味着不是一定需要所有操纵器来将部件操纵到期望形式和/或将部件保持在期望形式中。
操纵器可以将部件至少分段地转移到处于期望形式中的目标地点。根据初始地点和目标地点并根据部件的几何结构，在这里操纵器可以在初始地点和目标地点之间至少分段地连续操纵部件，使得部件被保持在期望形式中。换句话说，因此操纵器可能不仅操纵部件以便转移部件，而且同时将部件保持在期望形式中。
在从初始地点到目标地点的途中，部件优选地被操纵器不变地保持在期望形式中。在本发明的上下文中部件也可以仅仅一旦在目标地点中就被操纵到期望形式。
例如借助于同步或异步操纵（例如协调操纵），操纵器可将部件带到和/或将部件保持在期望形式中。
如已经提到的，在初始地点中，部件可具有归因于其内在重量的变形。
在本发明的优选实施例中，从保持和/或转移设备（例如起重机结构）将部件带到初始地点中，在初始地点中它被抓取（例如已经在期望形式中）和/或被操纵器操纵到期望形式。操纵器可以抓取已经在期望形式中的部件。在这种情况下，保持和/或转移设备适当地保持已经在期望形式中的部件。然而，操纵器也可以抓取被其内在重量变形的部件并将部件操纵到期望形式。在这种情况下，保持和/或转移设备适当地保持没有已经在期望形式中的部件。
优选地，部件从保持和/或转移设备到操纵器的转移发生在初始地点中。
在本发明的上下文中，目标地点可包含与初始地点不同的任何期望的地点（位置和/或方位）。目标地点可以，但不是必须涉及最终地点。优选地，目标地点是其中部件可例如安装在航空器零件上的组装地点。类似地，初始地点可以，但不是必须涉及起始地点。
操纵器优选地同步地且独立于操作地点（例如教学、运行和/或紧急停止地点）来操纵部件。
在本发明的优选实施例中，将坐标系（适当地，主坐标系）与部件相关联，且将相应的基本坐标系（适当地，从坐标系）与相应的操纵器相关联。
操作方法还优选地包括下列特征中的至少一个：
-确定或已确定在初始地点中的部件的位置和/或方位，
-确定或已确定在目标地点中的部件的位置和/或方位，
-确定参考运动参数，该参考运动参数涉及与部件相关联的坐标系且例如描述部件从初始地点中的位置和/或方位到目标地点中的位置和/或方位的运动，由此，优选地定义主运动学特性，
-将或已将参考运动参数转换成相应的基本坐标系，
-操纵器基于相应的转换的参考运动参数（现在适当地与操纵器的相应的基本坐标系有关）来操纵部件，由此，相应的操纵器优选地执行从运动学特性。
通过这个手段，相应的基本坐标系因此有利地参考与部件相关联的坐标系，与部件相关联的坐标系优选地对应于6-D坐标系（3个位置坐标和3个方位坐标）。
与部件相关联的坐标系和操纵器的相应基本坐标系都适当地涉及参考点，特别是所谓的“工具中心点”（TCP——“工具中心点”或“工具参考点”）。特别优选地，坐标系因此涉及TCP坐标系。
优选地，操纵器的相应基本坐标系的参考点相对于相应的操纵器是固定的，由此，相应的基本坐标系随着相应的操纵器移动。替代地或此外，与部件相关联的坐标系的参考点可相对于部件是固定的，由此，与部件相关联的坐标系随着部件移动。
操纵器的相应基本坐标系（或其参考点或TCP）可以总是跟随部件的坐标系（或其参考点或TCP），特别是当转换在操纵器和操纵器在部件上的附接点之间是固定的和/或转换在操纵器在部件上的附接点和由参考运动参数定义的部件的主运动学特性之间是固定的时候。参考还适当地涉及操纵器的从运动学特性和部件的主运动学特性。
操纵器优选地链接到可优选地共同特别是同时控制操纵器的一个且同一个控制和/或计算单元。
特别是，例如由操纵器的同步操纵或至少同步操纵的开始可由一个且同一个控制和/或计算单元控制。
此外，参考运动参数（适当地，主运动学特性）和/或相应的转换的参考运动参数（适当地，从运动学特性）可被包含在一个且同一个控制和/或计算单元中（例如在其中被存储、确定和/或处理等）。
操纵器可经由主/从接口被同步地链接。
操纵器可具有相同或不同的设计，并可包括例如线性、串行、笛卡尔和混合操纵器。例如，一个定位器的操纵器可具有相同或不同的设计。类似地，不同定位器的操纵器可具有相同或不同的设计。
部件优选地是外壳节段，例如用于航空器外皮（例如机身）的外壳节段，其在目标地点中安装到例如另一航空器零件上。在这种情况下，目标地点对应于组装地点。
还应注意，可例如单独地或成组地移动操纵器。此外，操纵器可配置成例如单轴或多轴的。此外，可同步地例如级联地移动操纵器。定位器和/或操纵器可例如是常规机器人或其它适当的处理设备。
还应注意，可例如根据操纵器的线性轴的偏转和/或弯曲和/或操纵器在部件上的抓取点处的所测量的负荷来执行操纵器的运动学特性的同步校正，这原则上从DE102011111758.3中知道，使得这个专利申请的内容完全并入本公开内。
本发明还包括特别是用于航空器结构组装的定位系统的控制系统，定位系统包括多个定位器，每个定位器包括至少一个操纵器，其中在操作期间，控制系统执行如在本文描述的操作方法。
本发明还包括特别是用于航空器结构组装的定位系统，定位系统包括多个定位器，每个定位器包括至少一个操纵器。定位系统（特别是操纵器）配置成使得在操作期间，它执行如在本文描述的操作方法。替代地或此外，定位系统可包括上面提到的控制系统。
附图说明
可按需要组合根据本发明的上述特征和实施例。本发明的其它有利的发展在子权利要求中被公开或包含在下面参考附图描述的本发明的示例性实施例中，在附图中：
图1示出根据本发明的实施例的定位系统和待操纵的部件的透视图，
图2示出根据本发明的实施例的定位系统的操作方法的流程图，
图3示出根据本发明的实施例的定位系统的软件流程图，
图4示出根据本发明的实施例的在主运动学特性和从运动学特性之间的转换的原理，
图5示出根据本发明的实施例的定位系统的控制架构，
图6示出根据本发明的实施例的定位系统的另一控制架构，以及
图7示出根据本发明的实施例的定位系统的另一控制架构。
参考附图描述的实施例部分彼此对应，从而类似或相同的零件被提供有相应的附图标记，且对于它们的描述，也参考其它实施例或附图，以便避免重复。
具体实施方式
图1示出包括多个定位器2a、2b、2c的根据本发明的实施例的定位系统1的透视图。每个定位器2a、2b、2c包括三个操纵器，其为了清楚起见都用附图标记M标识。操纵器M可具有相同或不同的设计，并配置成抓取以外壳节段的形式的部件B并在它被操纵器M共同抓取时同步地操纵它。
图1所示的地点可以是部件B的初始地点，其中部件B在它被至少一些操纵器M抓取并被移除之前由起重机结构（未示出）带来。
部件B是可弯曲地松弛的，且在缺乏适当的对策的情况下具有由其内在重量引起的变形。操纵器M被配置为抓取在初始地点中、在期望形式中的部件B或可初始地将部件操纵到期望形式，在期望形式中至少部分地补偿由其内在重量引起的变形和内在张力。操纵器M还配置成将在期望形式中的部件B优选地从初始地点转移到目标地点，在目标地点中部件可例如被安装在另一航空器零件上。
操纵器M连接到一个且同一个控制/计算单元，且因此优选地同时被一个且同一个控制/计算单元控制。
图2示出如参考图1描述的定位系统1的根据本发明的实施例的操作方法的流程图。特别是，该流程图涉及操纵器M的操作方法。
在第一步骤S1中，例如借助于起重机结构将部件带到初始地点中，部件B是可弯曲地松弛的，且在缺乏适当的对策的情况下具有由其内在重量引起的变形。
在步骤S2中，借助于操纵器M抓取部件B并将部件B从起重机结构移除。
在步骤S3中，由操纵器M将部件B操纵到期望形式或保持在期望形式中，在期望形式中，由部件的内在重量引起的变形被补偿。
在步骤S4中，在由多个操纵器M共同抓取部件B并优选地将部件B恒定地保持在期望形式中的同时，借助于操纵器M将部件B从初始地点同步地操纵到目标地点。
在步骤S5中，在目标地点中将部件B安装到另一航空器零件上。
图3示出根据本发明的实施例的定位系统1的软件流程图。该流程图特别是涉及操纵器M且具体地涉及其运动学特性。也可相应地利用其余操纵器M来使用所描述的序列。流程图是自我解释的，使得在这点不需要进一步的描述。
图4示出根据本发明的实施例的涉及操纵器M的在主运动学特性和从运动学特性之间的转换的原理。所述原理也可相应用于其余操纵器M。
主运动学特性和主坐标系与部件B相关联，而从运动学特性和基本坐标系（从坐标系）与操纵器M相关联。主坐标系和从坐标系涉及相应的参考点，特别是所谓的“工具中心点”（TCP——“工具中心点”或“工具参考点”），并因此也可被表示为TCP坐标系。
涉及主坐标系并描述部件B的运动（例如行程曲线、位置、方位、速度、加速度等）的确定的参考运动参数已被转换成操纵器M的从坐标系或被转换成操纵器M的从坐标系。通过这种手段，操纵器M可根据现在涉及操纵器M的从坐标系的经转换的参考运动参数来操纵部件B。显然参考运动参数描述主运动学特性，而操纵器M执行从运动学特性。
操纵器M的从坐标系相对于操纵器M是固定的，使得它随着操纵器M移动。替代地或此外，部件B的主坐标系可相对于部件B是固定的，使得它随着部件B移动。
如图4所示，操纵器M的从坐标系总是跟随部件B的主坐标系。特别是，操纵器M的从坐标系参考并跟随与部件B相关联的主坐标系，而在操纵器M和操纵器M在部件B上的附接点之间的转换是固定的，和/或操纵器M在部件B上的附接点和部件B的主运动学特性之间的转换是固定的。
图5示出根据本发明的实施例的定位系统1（特别是其操纵器M）的控制架构。控制系统被配置用于具有相同的结构的操纵器M。图5示出用于例如从单独的外壳节段和地板栅格组装机身部分的定位系统1的控制架构。定位系统1可包括例如12个笛卡儿操纵器M，每个操纵器具有三个驱动轴。控制系统（“运动控制器”）因此包含例如12个相同的转换。用于控制操纵器M的控制/计算单元被标识为RPC（“机器人和过程控制”）。RCMP（“机器人控制模块式面板”）表示模块式控制机柜，而HMI表示“人机接口”。
图6示出根据本发明的另一实施例的定位系统1（特别是其操纵器M）的另一控制架构。这个实施例的特别特征是，个体的操纵器M具有不同的结构。控制架构被配置用于由例如具有18个轴的6个操纵器M组成的定位系统1。操纵器M中的5个具有例如笛卡尔结构，而其余操纵器M具有例如平行的结构。
图7示出根据本发明的实施例的具有多个操纵器M和运动控制器的定位系统1的控制架构。
控制系统负责控制具有单独的运动控制器的多个操纵器M的系统。
每个操纵器M具有其自己的控制系统。替代地或此外，由两个或多个操纵器M组成的操纵器单元可具有其自己的控制系统。
主CPU（中央处理单元）确保个体操纵器M（特别是其操纵器TCP）的运动和/或空间轨迹的规划。
此外，主CPU负责例如循环时间，所计算的数据分组在所述循环时间内被传输，和/或主CPU负责操纵器M的运动的开始的同步（其例如经由I/O（输入/输出）被传递）。
本发明不限于上面描述的优选示例性实施例。更确切地，也利用创造性概念的多个变形和衍生物是可能的并因此落在保护范围内。此外，本发明还与子权利要求所涉及的权利要求独立地要求保护子权利要求的主题和特征。

Claims (28)

1.一种定位系统(1)的操作方法，所述定位系统(1)包括多个定位器(2a、2b、2c)，每个定位器包括至少一个操纵器(M)，其中：
-借助于所述操纵器(M)抓取部件(B)，以及
-在所述部件(B)被所述操纵器(M)共同地抓取的同时借助于所述操纵器(M)同步地操纵所述部件(B)，其中，
-将相应的基本坐标系与每个操纵器(M)相关联，
-确定或已确定所述部件(B)在初始地点中的位置和方位，
-确定或已确定所述部件(B)在目标地点中的位置和方位，
-确定或已确定参考运动参数，所述参考运动参数涉及与所述部件(B)相关联的坐标系，且描述所述部件(B)从所述初始地点中的位置和方位到所述目标地点中的位置和方位的运动，
-将或已将所述参考运动参数转换到所述相应的基本坐标系，以及
-所述操纵器(M)基于相应的转换后的参考运动参数来操纵所述部件(B)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述定位系统(1)用于航空器结构组装。
3.根据权利要求1所述的操作方法，其中，所述操纵器(M)同步地操纵所述部件(B)，以便将它从初始地点转移到目标地点。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的操作方法，其中，所述部件(B)具有由其内在重量引起的变形，且所述操纵器(M)将所述部件(B)操纵到期望形式和/或将它保持在期望形式中。
5.根据权利要求4所述的操作方法，其中，所述期望形式对应于其中由所述部件(B)的内在重量引起的变形和/或所述部件(B)的内在张力被补偿的形式。
6.根据权利要求4所述的操作方法，其中，所述操纵器(M)在所述期望形式中将所述部件(B)至少部分地转移到所述目标地点。
7.根据权利要求4所述的操作方法，其中借助于同步或异步操纵，所述操纵器(M)将所述部件(B)操纵到所述期望形式。
8.根据权利要求7所述的操作方法，其中借助于协调操纵，所述操纵器(M)将所述部件(B)操纵到所述期望形式。
9.根据权利要求4所述的操作方法，其中在所述初始地点中，所述部件(B)具有由其内在重量引起的变形。
10.根据权利要求4所述的操作方法，其中，由保持和/或转移设备，将所述部件(B)带到所述初始地点，在所述初始地点中，它被所述操纵器(M)抓取和/或被操纵到所述期望形式。
11.根据权利要求10所述的操作方法，其中由起重机结构将所述部件(B)带到所述初始地点。
12.根据权利要求4所述的操作方法，其中在所述目标地点中，所述部件(B)被所述操纵器(M)保持在所述期望形式中并被组装到航空器零件上。
13.根据权利要求1-3中的任一项所述的操作方法，其中，所述操纵器(M)独立于操作地点，同步地操纵所述部件(B)。
14.根据权利要求13所述的操作方法，其中所述操纵器(M)独立于教学、操作或紧急停止地点，同步地操纵所述部件(B)。
15.根据权利要求1所述的操作方法，其中，所述参考运动参数描述下列项中的至少一个：
-所述部件(B)的运动路径，
-所述部件(B)的速度，
-所述部件(B)的加速度，
-所述部件(B)的位置，
-所述部件(B)的方位。
16.根据权利要求15所述的操作方法，其中，所述操纵器(M)的所述相应的基本坐标系相对于相应的操纵器(M)是固定的，以便随着所述相应的操纵器(M)移动，并且与所述部件(B)相关联的坐标系相对于所述部件(B)是固定的，以便随着所述部件(B)移动。
17.根据权利要求15到16中的任一项所述的操作方法，其中，所述操纵器(M)的所述相应的基本坐标系参考与所述部件(B)相关联的所述坐标系并跟随它，而在所述操纵器(M)和所述操纵器(M)在所述部件(B)上的附接点之间的转换是固定的和/或在所述操纵器(M)在所述部件(B)上的所述附接点和由所述参考运动参数定义的所述部件(B)的主运动学特性之间的转换是固定的。
18.根据权利要求1-3中的任一项所述的操作方法，其中，所述操纵器(M)与一个且同一个控制/计算单元(RPC)相关联，且由一个且同一个控制/计算单元(RPC)控制所述操纵器(M)。
19.根据权利要求18所述的操作方法，其中，由一个且同一个控制/计算单元(RPC)同步地控制所述操纵器(M)。
20.根据权利要求18所述的操作方法，其中，由一个且同一个控制/计算单元(RPC)控制所述操纵器(M)的同步操纵或至少借助于所述操纵器(M)的同步操纵的开始。
21.根据权利要求15到16中的任一项所述的操作方法，其中，将所述部件(B)的所述参考运动参数和相应的转换后的参考运动参数包含在一个且同一个控制/计算单元(RPC)上。
22.根据权利要求1-3中的任一项所述的操作方法，其中，经由主/从接口同步地链接所述操纵器(M)。
23.根据权利要求1-3中的任一项所述的操作方法，其中，所述操纵器(M)具有选自包括线性操纵器、串行操纵器、笛卡儿操纵器和混合操纵器组成的组的相同或不同的设计。
24.根据权利要求1-3中的任一项所述的操作方法，其中，所述部件(B)是用于航空器外皮的外壳节段，且所述外壳节段的目标地点对应于所述外壳节段被安装所在的组装地点。
25.一种定位系统(1)的控制系统，其中，所述定位系统(1)包括多个定位器(2a、2b、2c)，每个定位器包括至少一个操纵器(M)，其中在操作期间，所述控制系统执行根据前述权利要求中的任一项所述的操作方法。
26.根据权利要求25所述的控制系统，其中所述定位系统(1)用于航空器结构组装。
27.一种定位系统(1)，其中，所述定位系统(1)包括多个定位器，每个定位器包括至少一个操纵器(M)，
-其中，所述操纵器(M)被配置成使得在操作期间，所述操纵器(M)执行根据权利要求1到24中的任一项所述的操作方法，或
-其中，所述定位系统(1)包括根据权利要求25所述的控制系统。
28.根据权利要求27所述的定位系统，其中所述定位系统(1)用于航空器结构组装。
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