CN105171374A - 用于将车辆部件相对于彼此定位的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于将第一车辆部件相对于第二车辆部件定位的方法包括下列步骤：(a)将机器人臂移动至第一位置使得第一车辆部件的形式特征部处于摄像头的视场内；(b)捕捉第一车辆部件的形式特征部的图像；(c)将机器人臂移动至第二位置使得第二车辆部件的形式特征部处于摄像头的视场内；(d)捕捉第二车辆部件的形式特征部的图像；(e)使用机器人臂拾取第二车辆部件；并且(f)将机器人臂连同第二车辆部件一起朝着第一车辆部件移动。

Description

用于将车辆部件相对于彼此定位的系统和方法
相关申请交叉引用
本申请要求于2014年5月30日递交的、申请号为62/005,553的美国临时申请的优先权，所述临时申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种用于将车辆部件相对于彼此定位的系统和方法。
背景技术
车辆本体由大量的结构部件构成，为了正确的功能和美学，所述结构部件必须以足够的精度彼此装配。所述本体包括多个子组件，每个具有多个子部件。典型地，专用夹具被设计用于将每个子部件相对于一个或多个子部件呈现和安置(positioning)给其要被装配的子部件。这些夹具在使用于装配本体部件前，要求延长的交货时间(leadtime)和大量的资本投资以设计和制造。子部件零件中任何改变可要求新的夹具，或如果可行，则要求对现有夹具做实质性改变。附加地，所述夹具占据大量的地板空间。
发明内容
将车辆部件装配到一起而不使用夹具是有用的。为此，本公开描述一种方法，所述方法用于将第一车辆部件相对于第二车辆部件定位而独立于第一车辆部件或第二车辆部件的绝对位置、并且不要求使用夹具中的精度定位硬件元件(例如定位销)。第一车辆部件包括第一部件本体并且限定设置于第一车辆本体上的至少一个形式特征部。在本发明中，术语“形式特征部”是指部件中的物理的、有形的结构(或其代表)，所述部件诸如车辆部件，其具有特定的几何和/或形貌特性。作为非限制性示例，形式特征部可以是孔、突出凸台、三角形结构、角、槽、边缘或它们的组合。因为部件中的形式特征部被用于将两个或多个零件相对于彼此定位，所以所述形式特征部可替代地被称为“定位特征部”。并且，因为所述形式特征部可具有相对于零件剩余部分的独特几何，所以形式特征部可替代地被称为“几何特征部”。第二车辆部件包括第二部件本体并且限定在第二车辆本体上的至少一个形式特征部。在实施例中，所述方法采用机器人臂(roboticarm)和联接至所述机器人臂的摄像头(camera)，并且所述方法包括下列步骤：(a)将机器人臂移动至第一位置使得第一车辆部件的形式特征部处于摄像头的视场内；(b)使用摄像头捕捉第一车辆部件的形式特征部的图像，以便将第一车辆部件的形式特征部相对于第一部件本体定位；(c)将机器人臂移动至第二位置使得第二车辆部件的形式特征部处于摄像头的视场内；(d)使用摄像头捕捉第二车辆部件的形式特征部的图像，以便将第二车辆部件的形式特征部相对于第二部件本体定位；(e)使用机器人臂上的臂端工具(EOAT)拾取第二车辆部件；并且(f)将机器人臂连同第二车辆部件一起朝着第一车辆部件移动，以便将第一车辆部件的形式特征部与第二车辆部件的形式特征部大致对齐，以独立于第一车辆部件的绝对位置将第二车辆部件定位在相对于第一车辆部件的预定位置。通过使用上文描述的方法，第一车辆部件可以被放置于相对于第二车辆部件的预定位置，而不使用定位销以及用于车辆部件的专用夹具。第一车辆部件被放置于由第二机器人保持的EOAT上或零件支撑部上。
本公开还涉及一种用于将第一车辆部件相对于第二车辆部件定位的系统。所述系统包括上文提及的机器人臂和摄像头。此外，所述系统包括控制模块，所述控制模块被编程为命令机器人臂和摄像头来执行上文描述的方法的步骤。本公开还涉及一种包括上文描述的系统、第一车辆部件、以及第二车辆部件的制造布置。
摄像头还可以被联接至机器人臂的夹持部。在该实施例中，摄像头可以同时地捕捉第一车辆部件和第二车辆部件的图像，以便定位第一车辆部件和第二车辆部件二者的定位形式特征部。
根据本发明的一个方面，提供一种使用机器人臂将第一车辆部件相对于第二车辆部件定位的方法，其中所述第一车辆部件包括第一部件本体并且限定所述第一部件本体上的至少一个第一形式特征部，并且所述第二车辆部件包括第二部件本体并且限定所述第二部件本体上的至少一个第二形式特征部，所述方法包括：将联接有摄像头的所述机器人臂移动至第一位置，使得所述至少一个第一形式特征部处于所述摄像头的视场内；使用所述摄像头捕捉所述至少一个第一形式特征部的至少一个图像，以便将所述至少一个第一形式特征部相对于所述第一部件本体定位；将所述机器人臂移动至第二位置，使得所述第二车辆部件的至少一个第二形式特征部处于所述摄像头的视场内；使用所述摄像头捕捉所述至少一个第二形式特征部的至少一个图像，以便将所述至少一个第二形式特征部相对于所述第二部件本体定位；使用所述机器人臂拾取所述第二车辆部件；并且将所述机器人臂连同所述第二车辆部件一起朝着所述第一车辆部件移动，以便将所述至少一个第一形式特征部与所述至少一个第二形式特征部大致对齐，以独立于所述第一车辆部件的绝对位置将所述第二车辆部件定位在相对于所述第一车辆部件的预定位置。
优选地，将所述机器人臂朝着所述第二车辆部件移动包括移动所述机器人臂直到所述第一车辆部件与所述第二车辆部件间隔开一预定相隔距离。
优选地，将所述机器人臂朝着所述第二车辆部件移动包括移动所述机器人臂使得所述至少一个第一形式特征部相对于所述至少一个第二形式特征部偏移一预定偏移距离。
优选地，所述至少一个第一形式特征部包括沿着第一平面设置的多个第一形式特征部，并且使用所述摄像头捕捉所述至少一个第一形式特征部的至少一个图像包括捕捉所述多个第一形式特征部的至少一个图像。
优选地，所述摄像头限定光学轴线，并且将所述机器人臂移动至所述第一位置包括移动所述机器人臂直到所述光学轴线大致垂直于所述第一平面。
优选地，所述至少一个第二形式特征部包括沿着第二平面设置的多个第二形式特征部，并且使用所述摄像头捕捉所述至少一个第二形式特征部的至少一个图像包括捕捉所述多个第二形式特征部的至少一个图像。
优选地，将所述机器人臂移动至所述第二位置包括移动所述机器人臂直到所述光学轴线大致垂直于所述第二平面。
优选地，所述机器人臂限定空间三维坐标系统，并且所述第一车辆部件的绝对位置是相对于所述空间三维坐标系统限定的。
根据本发明另一个方面，提供一种用于将第一车辆部件相对于第二车辆部件定位的系统，其中所述第一车辆部件包括第一部件本体并且限定所述第一部件本体上的至少一个第一形式特征部，并且所述第二车辆部件包括第二部件本体并且限定所述第二部件本体上的至少一个第二形式特征部，所述系统包括：机器人臂，其包括臂端工具，其中所述机器人臂限定空间三维坐标系统；摄像头，其被联接至所述机器人臂，其中所述摄像头具有视场并且被配置为捕捉所述视场内的图像；和控制模块，其与所述摄像头和所述机器人臂通信。其中所述控制模块编程为：命令所述机器人臂移动至第一位置，使得所述至少一个第一形式特征部处于所述摄像头的视场内；命令所述摄像头捕捉所述至少一个第一形式特征部的至少一个图像，以便将所述至少一个第一形式特征部相对于所述第一部件本体定位；命令所述机器人臂移动至第二位置，使得所述第二车辆部件的至少一个第二形式特征部处于所述摄像头的视场内；命令所述摄像头捕捉所述至少一个第二形式特征部的至少一个图像，以便将所述至少一个第二形式特征部相对于所述第二部件本体定位；命令所述机器人臂使用所述臂端工具拾取所述第二车辆部件；并且命令所述机器人臂朝着所述第一车辆部件移动，以便将所述至少一个第一形式特征部与所述至少一个第二形式特征部大致对齐，以独立于所述第一车辆部件的绝对位置将所述第二车辆部件定位在相对于所述第一车辆部件的预定位置，其中所述第一车辆部件的绝对位置相对于所述空间三维坐标系统限定。
优选地，所述控制模块被编程为命令所述机器人臂朝着所述第一位置移动直到所述第一车辆部件与所述第二车辆部件间隔开一预定相隔距离。
优选地，所述控制模块被编程为命令所述机器人臂朝着所述第二车辆部件移动使得所述至少一个第一形式特征部相对于所述至少一个第二形式特征部偏移一预定偏移距离。
优选地，所述至少一个第一形式特征部包括沿着第一平面设置的多个第一形式特征部，并且所述控制模块被编程为命令所述摄像头捕捉所述多个第一形式特征部的至少一个图像。
优选地，所述摄像头限定光学轴线，并且所述控制模块被编程为命令所述机器人臂朝着所述第一位置移动直到所述光学轴线大致垂直于所述第一平面。
优选地，所述至少一个第二形式特征部包括沿着第二平面设置的多个第二形式特征部，并且所述控制模块被编程为命令所述摄像头捕捉所述多个第二形式特征部的至少一个图像。
优选地，所述控制模块被编程为命令所述机器人臂朝着所述第二位置移动直到所述光学轴线大致垂直于所述第二平面。
根据本发明另一个方面，提供一种制造布置，包括：第一车辆部件，其包括第一部件本体并且限定延伸穿过所述第一部件本体上的至少一个第一形式特征部；第二车辆部件，其包括第二部件本体并且限定延伸穿过所述第二部件本体上的至少一个第二形式特征部；机器人臂，其包括臂端工具，其中所述机器人臂限定空间三维坐标系统；摄像头，其被联接至所述机器人臂，其中所述摄像头具有视场并且被配置为捕捉所述视场内的图像；以及控制模块，其与所述摄像头和所述机器人臂通信。其中所述控制模块编程为：命令所述机器人臂移动至第一位置，使得所述至少一个第一形式特征部处于所述摄像头的视场内；命令所述摄像头捕捉所述至少一个第一形式特征部的至少一个图像，以便将所述至少一个第一形式特征部相对于所述第一部件本体定位；命令所述机器人臂移动至第二位置，使得所述第二车辆部件的至少一个第二形式特征部处于所述摄像头的视场内；命令所述摄像头捕捉所述至少一个第二形式特征部的至少一个图像，以便将所述至少一个第二形式特征部相对于所述第二部件本体定位；命令所述机器人臂使用所述臂端工具拾取所述第二车辆部件；并且命令所述机器人臂朝着所述第一车辆部件移动，以便将所述至少一个第一形式特征部与所述至少一个第二形式特征部大致对齐，以独立于所述第一车辆部件的绝对位置将所述第二车辆部件定位在相对于所述第一车辆部件的预定位置，其中所述第一车辆部件的绝对位置相对于所述空间三维坐标系统限定。
优选地，所述制造布置还包括具有第二臂端工具的第二机器人臂或零件支撑部中的至少一个，其中所述零件支撑部和所述第二臂端工具中的每个被配置为保持所述第一车辆部件和所述第二车辆部件中的至少一个。
优选地，所述控制模块被编程为命令所述机器人臂朝着所述第一位置移动直到所述第一车辆部件与所述第二车辆部件间隔开一预定相隔距离。
优选地，所述制造布置还包括被配置为检测所述第一车辆部件和所述第二车辆部件之间的接触的力传感器，其中所述控制模块被编程为在所述力传感器检测到所述第一车辆部件和所述第二车辆部件之间的接触后将所述第二车辆部件后退一预定相隔距离。
优选地，所述控制模块被编程为通过比较所述第一车辆部件和所述第二车辆部件中的定位形式特征部的X、Y、和Z位置来确定所述预定相隔距离。
当结合附图时，本教导的上述特征和优势以及其他特征和优势从用于实施本教导的最佳模式的下文描述中是显而易见的。
附图说明
图1A是用于装配车辆部件的系统的示意性侧视图；
图1B是根据本公开的另一实施例的用于装配车辆部件的系统的示意性侧视图；
图2是限定多个形式特征部的第一车辆部件的示意性透视图；
图3是限定多个形式特征部的第二车辆部件的示意性透视图；
图4是用于将车辆部件相对于彼此定位的方法的流程图；
图5是在相对于第一车辆部件的第一位置的机器人臂的示意性透视图；
图6是在相对于第二车辆部件的第二位置的机器人臂的示意性透视图；
图7是第二车辆部件的示意性透视图，其被放置于第一车辆部件上使得第一车辆部件的形式特征部与第二车辆部件的形式特征部大致对齐；
图8是第一车辆部件和第二车辆部件的示意性前视图，其中第一车辆部件与第二车辆部件间隔开一预定相隔(standoff)距离；
图9是第一车辆部件和第二车辆部件的示意性前视图，其中第一车辆部件的形式特征部相对于第二车辆部件的形式特征部偏移；
图10是保持第二车辆部件的机器人臂的夹持部的示意性侧视图，所述第二车辆部件将要被放置于第一车辆部件上；
图11是图10中示出的、保持第二车辆部件的夹持部的示意性透视图；
图12是放置于第一车辆部件上方的第二车辆部件的示意性顶视图，示出了第二车辆部件的定位形式特征部大于第一车辆部件的定位形式特征部；以及
图13是图12中示出的车辆部件的示意性侧视图，示出了第二车辆部件的定位形式特征部大于第一车辆部件的定位形式特征部。
具体实施方式
参照附图，多幅视图中相同的附图标记指代相同的部件，图1A示意性地图示了安装在基部21上的能够关节运动的(articulable)机器人臂10。能够关节运动的机器人臂10包括臂本体13、和联接至比本体13的自由端部17的臂端工具15(EOAT,end-of-arm-tool)。在本公开中，术语“EOAT”指的是设置在机器人臂10的端部处的工具，所述工具能够在工件上执行工作。EOAT15可以直接地被附接至臂本体13的自由端部17。在图示的实施例中，EOAT15可以拾取和放置工件，诸如车辆部件。除了保持工件之外，EOAT15可以执行其他功能，诸如钻孔和焊接。
机器人臂10是用于装配车辆部件的系统12的零件。系统12还包括与机器人臂10通信的控制模块5。术语“控制模块”、“控制”、“控制器”、“控制单元”、“处理器”、以及类似术语是指具体应用集成电路(ASIC，一个或多个)、电子电路(一个或多个)、中央处理单元(一个或多个，优选地是一个或多个微处理器)和运行一个或多个软件或固件程序或例程的相关联的内存和存储器(只读，可编程只读，随机存取，硬盘驱动等)、组合逻辑电路(一个或多个)、时序逻辑电路(一个或多个)和装置、适当的信号调理和缓冲电路、以及提供所描述功能性的其他部件中的一个或多个中的任何一个或各种组合。“软件”、“固件”、“程序”、“指令”、“例程”、“代码”、“算法”以及类似术语是指包括计算和查找表的任何控制器可运行指令组。控制模块5被具体地编程为运行方法300(图4)的步骤。在本公开中，控制模块5包括至少一个处理器和至少一个相关联的内存，并且所述控制模块可以从机器人臂接收数据。控制模块5可以控制机器人臂10以将EOAT15放置于预定定位和配置处。例如，控制模块5可以命令EOAT15在拾取位置和放置位置之间变换。在拾取位置，EOAT15可以拾取工件，并且在放置位置，EOAT15可以放置工件。如上文讨论的，EOAT15可以基于从控制模块5接收到的命令而在拾取位置和放置位置之间变换。
控制模块5还可以控制机器人臂10的运动。机器人臂10可以直线地和旋转地移动，以便改变EOAT15在空间三维坐标系统200内的位置。空间三维坐标系统200具有相对于机器人臂10限定的原点A，并且包括x轴线(Xr)、y轴线(Yr)、以及z轴线(Zr)。控制模块5可以存储关于空间三维坐标系统200的数据，以便控制机器人臂10的运动。
系统12附加地包括与控制模块5通信的2D或3D摄像头14中的至少一个。摄像头14可以捕捉视场F内的2D或3D图像。此外，摄像头14可以是2D或3D摄像头，并且限定沿着视场F延伸的光学轴线O。在图示的实施例中，视场F是沿着光学轴线O对称的。此外，摄像头14与控制模块5通信，并且可以因此将输入信号和数据(例如，图像)发送至控制模块5。控制模块5可以从摄像头14接收输入信号和数据(例如，图像)，以便识别和定位工件的特征部。在图示的实施例中，摄像头14直接地被联接至EOAT15。然而，摄像头14可被联接至机器人臂10的另一零件或系统12的另一零件。还预期的是，系统12可包括多于一个摄像头14。系统12包括用于支撑第一车辆部件16(例如本体面板)的零件支撑部S或如图1B所示的具有用于保持第一零件的EOAT15A的第二机器人10A。系统12还可包括用于摄像头14的照明系统(未示出)。机器人10可包括夹持部36附近的力传感器19，以便监测当沿不同方向将第二车辆部件26放置于第一车辆部件16上时的力Fy、Fx等。第一车辆部件被放置于由第二机器人10A保持的EOAT15A上或零件支撑部S上。
图2示意性地图示了第一车辆部件16。第一车辆部件16可以是本体面板，并且包括第一部件本体18以及设置于第一部件本体18上的至少一个形式特征部20。在图示的实施例中，形式特征部20是延伸穿过第一部件本体18的孔。第一车辆部件16的形式特征部20可被称为第一形式特征部。在图示的实施例中，第一车辆部件16限定第一部件本体18上的多个形式特征部20。
第一部件本体18包括沿着第一平面24延伸的第一大致平面配合表面22。在图示的实施例中，所有形式特征部20是延伸穿过第一大致平面面板22并且沿着第一平面24设置的孔。有用的是，将所有形式特征部20沿着第一平面24放置以帮助摄像头14定位形式特征部20。
图3示意性地图示了第二车辆部件26，其被配置为、并且具有形状和尺寸以被联接至第一车辆部件16。第二车辆部件26可以是支架，并且包括第二部件本体28以及设置于第二部件本体28上的至少一个形式特征部30。在图示的实施例中，形式特征部30是延伸穿过第二部件本体28的孔。第二车辆部件26可限定第二部件本体28上的多个形式特征部30。
第二部件本体28包括沿着第二平面34延伸的第二大致平面配合表面32。在图示的实施例中，所有形式特征部30是延伸穿过第二大致平面面板32并且沿着第二平面34设置的孔。有用的是，将所有形式特征部30沿着第二平面34放置以帮助摄像头14定位形式特征部30。因为形式特征部20、30帮助系统12将第一车辆部件16相对于第二车辆部件26定位，所以形式特征部20、30可被称为定位特征部。还预期的是，形式特征部20、30可被替换或补充为能够由摄像头14识别的其他几何特征部。作为非限制性示例，这些几何特征部可以是具有不同于圆形形状(例如矩形、椭圆形、星形、槽形、线形等)的孔、凹部、或凸起。因此，识别形式特征部20、30的附图标记可附加地或可替代地识别能够由摄像头14检测到的几何特征部。摄像头14、机器人臂10、第一车辆部件16、以及第二车辆部件26共同被称为制造布置11(图5和6)。
图4是方法300的流程图，所述方法用于将第一和第二车辆部件16、26相对于彼此定位二独立于第一车辆部件16和/或第二车辆部件26的绝对位置。第一车辆部件16和/或第二车辆部件26的绝对位置可相对于空间三维坐标系统200限定。方法300开始于步骤302，所述步骤包括将机器人臂10移动至第一位置，如图5所示的，其中第一车辆部件16的形式特征部20处于摄像头14的视场F(图1A)内。这样做时，控制模块5可以命令机器人臂10朝着第一车辆部件16移动直到摄像头14能够捕捉第一车辆部件16的形式特征部20的图像。例如，在步骤302中，机器人臂10可以朝着第一车辆部件16移动，直到控制模块5确定摄像头14被定位在其中其光学轴线O(图1A)大致垂直于第一大致平面配合表面22和第一平面24的位置(即，第一位置)。将光学轴线O(图1A)放置为大致垂直于第一大致平面配合表面22和第一平面24有助于借助摄像头14准确识别形式特征部20。在机器人臂10到达第一位置(图5)时，控制模块5命令机器人臂10停止移动。响应于该命令，机器人臂10停止并且相对于第一车辆部件16保持静止。方法300则继续至步骤304。
步骤304包括使用摄像头14捕获第一车辆部件16的至少一个图像，以便将第一车辆部件16的形式特征部20相对于第一部件本体18定位。在步骤304中，在机器人臂10已经到达第一位置(图5)时，控制模块5可以命令摄像头14捕捉第一车辆部件16的图像。摄像头14响应于来自控制模块5的命令而捕捉第一车辆部件16的图像、并且将第一车辆部件16的图像发送至控制模块5。控制模块5则从摄像头14接收图像并且确定形式特征部20相对于第一部件本体18的定位。方法300则可前进至步骤306。
方法306包括将机器人臂10移动至第二位置，如图6所示的，其中第二车辆部件26的形式特征部30处于摄像头14的视场F(图1A)内。这样做时，控制模块5可以命令机器人臂10朝着第二车辆部件26移动直到摄像头14能够捕捉第二车辆部件26的形式特征部30的图像。例如，在步骤306中，机器人臂10可以朝着第二车辆部件26移动，直到控制模块5确定摄像头14被定位在其中其光学轴线O(图1A)大致垂直于第二大致平面配合表面32的位置(即，第二位置)。将光学轴线O(图1A)放置为大致垂直于第二大致平面配合表面32有助于借助摄像头14准确识别形式特征部30。一旦机器人臂10到达第二位置(图6)，控制模块5命令机器人臂10停止移动。响应于该命令，机器人臂10停止并且相对于第二车辆部件26保持静止。方法300则继续至步骤308。
步骤308包括使用摄像头14捕获第二车辆部件26的至少一个图像，以便将第二车辆部件26的形式特征部30相对于第二部件本体28定位。在步骤308中，一旦机器人臂10已经到达第二位置(图6)，控制模块5可以命令摄像头14捕捉第二车辆部件26的图像。摄像头14响应于来自控制模块5的命令而捕捉第二车辆部件26的图像、并且将第二车辆部件26的图像发送至控制模块5。控制模块5则从摄像头14接收图像并且确定形式特征部30相对于第二部件本体28的定位。步骤306和308可以在执行步骤302和304之前或之后执行。在执行步骤302、304、306、和308之后，方法300前进至步骤310。
步骤310包括使用机器人臂10的EOAT15拾取第二车辆部件26。为此，当EOAT15是空的(没有零件)时，控制模块5可以命令机器人臂10朝着第二车辆部件26移动。一旦EOAT15邻近第二车辆部件26，控制模块5命令机器人臂10的EOAT15拾取第二车辆部件26。可替代地，步骤310可包括使用机器人臂10的EOAT15拾取第一车辆部件16。接下来，方法300继续至步骤312。在本公开中，术语“拾取”部件，诸如车辆部件，是指抓取该部件并且可附加地包括抬起所述部件。
步骤312包括移动由EOAT15保持的第二车辆部件26，以便将第二车辆部件26放置于第一车辆部件16上，使得第二车辆部件26的每个形式特征部30与第一车辆部件16的相应形式特征部20大致对齐，如图7所示。为了移动机器人臂10，控制模块5命令机器人臂10朝着第一车辆部件16移动。此刻，第一车辆部件16相对于机器人臂10静止并且可由任何合适的结构支撑，诸如第二机器人10A的EOAT15A、零件支撑部S，或桌子，所述结构能够阻止第一车辆部件16在装配处理过程中变换。控制模块5还命令机器人臂10继续移动直到第二车辆部件26的每个形式特征部30与第一车辆部件16的相应形式特征部20大致对齐。控制模块5可以至少部分地基于分别捕获的第一和第二车辆部件16、26的形式特征部20、30的图像而可以确定第二车辆部件26的最终目的地(即，预定位置)。换句话说，因为控制模块5已经分别确定了第一和第二车辆部件16、26的形式特征部20、30的定位，所以所述控制模块可以命令机器人臂10将第二车辆部件26移动至其中形式特征部20与形式特征部30大致对齐的位置。一旦第二车辆部件26的每个形式特征部与第一车辆部件16的每个形式特征部20大致对齐，控制模块5命令机器人臂10停止移动。作为响应，机器人臂10停止移动。在步骤312，控制模块5可以实时地、或在启动步骤312之前确定第二车辆部件26的最终目的地。在机器人臂10停止移动之后，控制模块5命令EOAT15防止第二车辆部件26。在将第一车辆部件16关于第二车辆部件26定位在预定位置之后，第一和第二车辆部件16、26可被焊接在一起或使用任何其他合适的处理来连结。
参照图8，为了增强焊接接头的质量，维持第一车辆部件16与第二车辆部件26间隔开预定相隔距离D会是有用的。预定相隔距离D取决于第一车辆部件16和第二车辆部件26的材料。因为第一和第二车辆部件16、26彼此间隔开了预定相隔距离D，所以在第一和第二车辆部件16、26之间限定间隙G。因此，控制模块5可以被编程为命令机器人臂10朝着第二车辆部件26移动直到第一车辆部件16与第二车辆部件26间隔开预定相隔距离D。该位置可以通过比较两个部件零件16、26的每个中的定位形式特征部20、30的X、Y、Z坐标而确定。可替代地，相隔距离D可以通过采用机器人臂10中的力传感器19获得。车辆部件16、26被带至一起直到由力传感器19检测到接触力。继而，机器人10可以将第二车辆部件26后退而远离第一车辆部件16预定相隔距离D。作为响应，机器人臂10连同第二车辆部件26一起朝着第一车辆部件16移动直到第二车辆部件26与第一车辆部件16间隔开预定相隔距离D。
参照图9，控制模块5可以被编程为将第二车辆部件26相对于第一车辆部件16定位，使得第二车辆部件26的形式特征部30中的至少一个沿着第一平面24或第二平面34、相对于第一车辆部件16的形式特征部20中的一个偏移。因而，第一车辆部件16的一个形式特征部20的中央轴线H1可以相对于第二车辆部件26的一个形式特征部30的中央轴线H2偏移一偏移距离F。如果控制模块5被编程为实时地确定第二车辆部件26的最终目的地，则机器人臂10可以被控制，以便放置第二车辆部件26使得第二车辆部件26的形式特征部30与第一车辆部件16的形式特征部30偏移预定偏移距离A。如果第一车辆部件16的形式特征部20没有从第二车辆部件26的形式特征部30偏移，则预定偏移距离A是0。
参照图10和11，机器人臂10的EOAT15可被配置作为穿过安装平面38而安装至臂本体13的夹持部36。臂本体13可以在旋转方向R(或相反的旋转方向)上绕本体轴线B旋转。旋转臂本体13还引起夹持部36旋转。夹持部36包括基部39、以及能够保持第一车辆部件16或第二车辆部件26的一个或多个夹持元件40。夹持元件40可以抓取并且保持第二车辆部件26(或第一车辆部件16)。作为非限制性示例，夹持元件40可以是机械手指、吸盘、磁体、或合适于保持第二车辆部件26(或第一车辆部件16)的其他元件。
在图示的实施例中，夹持部36被示出为保持第二车辆部件26。摄像头14在手指部40之间联接至夹持部36。如图10所示，当第一车辆部件16停靠在不精确的零件支撑部S上、或由具有臂端工具15A的第二机器人10A保持时，第二车辆部件26可以与第一车辆部件16对齐。零件支撑部S不需要精确地定位第一部件16，但是当第二车辆部件26与第一车辆部件16对齐时，所述零件支撑部必须阻止第一车辆部件16移动或变换。
一个或多个2D或3D摄像头14被安装在夹持部36的基部39中，以便具有良好的视线以同时地穿过第二车辆部件26的定位形式特征部30并且进入以及穿过第一车辆部件16的定位形式特征部20进行观察。换句话说，摄像头14可以被安装在夹持部36中，使得从摄像头14分别到第一车辆部件16和第二车辆部件26的定位形式特征部20、30存在不止直接的视线。这将使得摄像头14能够同时地看见第一车辆部件16和第二车辆部件26中定位形式特征部20、30。虽然图10和图11示出了联接至夹持部36的一个或多个摄像头14。然而包括足够的摄像头14，以便确保定位形式特征部20、30处于至少一个摄像头14的视图中，并且定位形式特征部20、30以适合的分辨率(即，像素大小)被观察以确保准确性。可选地，灯光系统(例如，LED照明)可包括在夹持部36中以提供用于改进定位形式特征部20、30视觉(vision)的照明。灯光系统还可包括在第一车辆部件16的后方，以便照明第一车辆部件16的定位形式特征部20用于改进视觉表现。
如图12和13所示，第一车辆部件16中的定位形式特征部20小于第二车辆部件26中的形式特征部30。这使得当第一和第二车辆部件彼此对齐时，第一和第二车辆部件16、26的形式特征部20、30的边缘可以同时被看见。使用这一方法，定位形式特征部20、30的未对齐(misalignment)可容易地确定。此外，预期的是，当使用这一通用方法时，摄像头14不必必须被安装在夹持部36上。这一方法可以借助安装在第一车辆部件16下面的摄像头14实现，首先穿过第一车辆部件16的定位形式特征部20观察，并且继而进入以及穿过第二车辆部件26中的定位形式特征部30观察。在这种情况下，第二车辆部件26中的定位形式特征部30将需要小于第一车辆部件16中的定位形式特征部20。
虽然已经详细描述了实施本教导的最佳模式，但是熟悉本公开涉及的领域的人员将认识到在所附权利要求的范围内、用于实行本教导的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种使用机器人臂将第一车辆部件相对于第二车辆部件定位的方法，其中所述第一车辆部件包括第一部件本体并且限定所述第一部件本体上的至少一个第一形式特征部，并且所述第二车辆部件包括第二部件本体并且限定所述第二部件本体上的至少一个第二形式特征部，所述方法包括：
将联接有摄像头的所述机器人臂移动至第一位置，使得所述至少一个第一形式特征部处于所述摄像头的视场内；
使用所述摄像头捕捉所述至少一个第一形式特征部的至少一个图像，以便将所述至少一个第一形式特征部相对于所述第一部件本体定位；
将所述机器人臂移动至第二位置，使得所述第二车辆部件的至少一个第二形式特征部处于所述摄像头的视场内；
使用所述摄像头捕捉所述至少一个第二形式特征部的至少一个图像，以便将所述至少一个第二形式特征部相对于所述第二部件本体定位；
使用所述机器人臂拾取所述第二车辆部件；并且
将所述机器人臂连同所述第二车辆部件一起朝着所述第一车辆部件移动，以便将所述至少一个第一形式特征部与所述至少一个第二形式特征部大致对齐，以独立于所述第一车辆部件的绝对位置将所述第二车辆部件定位在相对于所述第一车辆部件的预定位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中将所述机器人臂朝着所述第二车辆部件移动包括移动所述机器人臂直到所述第一车辆部件与所述第二车辆部件间隔开一预定相隔距离。
3.如权利要求1所述的方法，其中将所述机器人臂朝着所述第二车辆部件移动包括移动所述机器人臂使得所述至少一个第一形式特征部相对于所述至少一个第二形式特征部偏移一预定偏移距离。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个第一形式特征部包括沿着第一平面设置的多个第一形式特征部，并且使用所述摄像头捕捉所述至少一个第一形式特征部的至少一个图像包括捕捉所述多个第一形式特征部的至少一个图像。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述摄像头限定光学轴线，并且将所述机器人臂移动至所述第一位置包括移动所述机器人臂直到所述光学轴线大致垂直于所述第一平面。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述至少一个第二形式特征部包括沿着第二平面设置的多个第二形式特征部，并且使用所述摄像头捕捉所述至少一个第二形式特征部的至少一个图像包括捕捉所述多个第二形式特征部的至少一个图像。
7.如权利要求6所述的方法，其中将所述机器人臂移动至所述第二位置包括移动所述机器人臂直到所述光学轴线大致垂直于所述第二平面。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述机器人臂限定空间三维坐标系统，并且所述第一车辆部件的绝对位置是相对于所述空间三维坐标系统限定的。
9.一种用于将第一车辆部件相对于第二车辆部件定位的系统，其中所述第一车辆部件包括第一部件本体并且限定所述第一部件本体上的至少一个第一形式特征部，并且所述第二车辆部件包括第二部件本体并且限定所述第二部件本体上的至少一个第二形式特征部，所述系统包括：
机器人臂，其包括臂端工具，其中所述机器人臂限定空间三维坐标系统；
摄像头，其被联接至所述机器人臂，其中所述摄像头具有视场并且被配置为捕捉所述视场内的图像；
控制模块，其与所述摄像头和所述机器人臂通信，其中所述控制模块编程为：
命令所述机器人臂移动至第一位置，使得所述至少一个第一形式特征部处于所述摄像头的视场内；
命令所述摄像头捕捉所述至少一个第一形式特征部的至少一个图像，以便将所述至少一个第一形式特征部相对于所述第一部件本体定位；
命令所述机器人臂移动至第二位置，使得所述第二车辆部件的至少一个第二形式特征部处于所述摄像头的视场内；
命令所述摄像头捕捉所述至少一个第二形式特征部的至少一个图像，以便将所述至少一个第二形式特征部相对于所述第二部件本体定位；
命令所述机器人臂使用所述臂端工具拾取所述第二车辆部件；并且
命令所述机器人臂朝着所述第一车辆部件移动，以便将所述至少一个第一形式特征部与所述至少一个第二形式特征部大致对齐，以独立于所述第一车辆部件的绝对位置将所述第二车辆部件定位在相对于所述第一车辆部件的预定位置，其中所述第一车辆部件的绝对位置相对于所述空间三维坐标系统限定。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述控制模块被编程为命令所述机器人臂朝着所述第一位置移动直到所述第一车辆部件与所述第二车辆部件间隔开一预定相隔距离。
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