CN106002236B - 可重构的装配工作站 - Google Patents

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Abstract

一种可重构的自主的工作站，其包括多面上层结构，所述多面上层结构包括支撑在多个支柱上的水平布置的框架部分。所述支柱形成布置在相邻的支柱对之间的多个垂直的面，所述面包括第一面和第二面，以及动力分配与位置基准面。可控机器人臂从矩形框架部分悬吊，并且工作台固定联接至所述动力分配与位置基准面。多个传送台固定联接至工作台，所述传送台包括穿过所述第一面的第一传送台和穿过第二面的第二传送台。视觉系统监控工作台和每一个传送台。可编程控制器监控来自所述视觉系统的信号输入，以识别和确定在所述第一传送台上的部件的取向，并且控制所述机器人臂执行装配任务。

Description

可重构的装配工作站
技术领域
本公开涉及用于装配部件的工作站。
背景技术
制造过程可以利用机器人臂将部件装配成已装配产品(assembled product)。例如，可以利用机器人臂装配模块化电池设备。其他可以利用机器人臂装配的元件包括，例如，电子设备及相关部件、家用电器、建筑材料、车辆、家具、医疗设备以及其他元件。机器人装配包括能够对零件执行操作的至少一个可移动的机器人臂。已知的机器人装配过程使用精密的工具、卡具(fixtures)或托板(pallets)，以便在用于装配的精确的位置和取向为机器人臂提供部件。这种工具和卡具可以是零件专用的，因而，将机器人装配的灵活性限制于专用或单一的装置。
发明内容
本发明的任务是提供一种可重构的自主的工作站，用于将部件装配成已装配产品，并且所述工作站包括多面上层结构(multi-faced superstructure)，所述多面上层结构具有支撑在多根支柱上的水平布置的框架部分。支柱形成布置在相邻一对支柱之间的多个垂直的面，所述面包括第一面、第二面，以及动力分配与位置基准面。可控机器人臂从矩形框架部分悬挂，并且工作台固定联接至所述动力分配与位置基准面。多个传送台(conveyor table)固定联接至工作台，所述工作台包括穿过第一面的第一传送台，以及穿过第二面的第二传送台。视觉系统监控工作台和每一个传送台。可编程控制器被构造为：监控来自视觉系统的信号输入，以识别和确定在第一传送台上的部件的取向；控制机器人臂从第一传送台拾取部件，并且在工作台上利用部件执行装配任务，以生产工作产品；确定工作产品是已装配产品；并且控制机器人臂将已装配产品输送到第二传送台上。
工作站可以进一步包括这样的可控机器人臂，该机器人臂可包括多个可互换的末端执行器中一个，每一个末端执行器被构造为执行装配任务。
优选被构造为执行装配任务的可互换的末端执行器包括这样的可互换的末端执行器，该可互换的末端执行器被构造为执行包含拾取、转移、堆叠和紧固第一部件的装配任务。
所述传送台可以包括自主控制的传送台，每一个自主控制的传送台进一步包括安装在可调节支架上的水平定向的连续传送带，其中所述传送带由可操作地连接至近距离传感器的电动机操作。
优选工作站进一步包括多个这样的传送台，该传送台包括穿过第一面固定联接至工作台的第三传送台，并且其中，所述可编程控制器执行控制例程，用于：监控来自所述视觉系统的信号输入，以识别和确定第一传送台上的第一部件的取向，以及第三传送台上的第二部件的取向；控制机器人臂从第一传送台拾取第一部件，并且在该工作台上利用第一部件执行装配任务，以生产工作产品；控制机器人臂从第三传送台拾取第二部件，并且在所述工作台上利用第二部件执行装配任务，以继续生产所述工作产品；确定所述工作产品是否是已装配产品，并且控制机器人臂将所述已装配产品输送至第二传送台上。
工作站可以进一步包括固定联接至所述工作台的第三传送台，其中所述可编程控制器被构造为：监控来自所述视觉系统的信号输入，以识别和确定第一传送台上的第一部件的取向，并且识别和确定第三传送台上的第二部件的取向；控制机器人臂从第一传送台拾取第一部件，并且利用第一部件执行装配任务，而且控制机器人臂从第三传送台拾取第二部件，并且利用所述第一部件和第二部件执行装配任务，以生产工作产品；确定所述工作产品是否是已装配产品，并且控制机器人臂将所述已装配产品转移至第二传送台上。
工作站还可包括穿过第一面固定联接至所述工作台的第三传送台。
工作站可以进一步包括多面上层结构，该多面上层结构包括第一面、第二面和第三面；其中，第三传送台穿过第三面固定联接至工作台。
工作站也可进一步包括支柱，支柱中的每一个具有附接至其底部部分的脚轮。
所述穿过第一面固定联接至工作台的第一传送台进一步包括构造为在机器人臂的运动范围内传送部件的第一传送台，其中穿过第二面固定联接到工作台的第二传送台包括构造为将所述已装配产品转移至第二传送台的机器人臂。
本发明还提供一种构造为将部件装配成已装配产品的自主工作站，该工作站包括多面上层结构，所述多面上层结构具有支撑在多根支柱上的水平布置的框架部分；支柱形成多个垂直面，每个面布置在相邻一对支柱之间，这些面包括第一面、第二面，以及动力分配与位置基准面；固定联接至所述动力分配与位置基准面的工作台；多个传送台，包括穿过第一面固定联接到工作台的第一传送台，以及穿过第二面固定联接到工作台的第二传送台；监控工作台和每一个传送台的视觉系统；可控机器人臂从矩形框架部分悬吊并具有能附接末端执行器到达传送台和工作台的运动范围；可编程控制器，其被构造为：监控来自视觉系统的信号输入；控制机器人臂从传送台之一拾取部件，利用部件执行装配任务并将已装配产品传送到处于第一工作站配置或第二工作站配置的任一个中的一个传送台上。
优选所述工作站配置包括穿过第一面固定联接到工作台以在机器人臂的运动范围内传送部件的第一传送台，以及穿过第二面固定联接到工作台以接收来自工作台的已装配产品的第二传送台。
优选第二工作站配置包括穿过第二面固定联接到工作台以在机器人臂的运动范围内传送部件的第二传送台，以及穿过第一面固定联接到工作台以接收来自工作台的已装配产品的第一传送台。
本发明也提供一种装配系统，该系统包括多面上层结构，该多面上层结构具有支撑在多根支柱上的水平布置的框架部分；支柱形成多个垂直面，每个面布置在相邻一对支柱之间，这些面包括第一面、第二面，以及动力分配与位置基准面；固定联接至所述动力分配与位置基准面的工作台；多个传送台，包括穿过第一面固定联接到工作台的第一传送台，以及穿过第二面固定联接到工作台的第二传送台；监控工作台和每一个传送台的视觉系统；可控机器人臂从矩形框架部分悬吊并具有能附接末端执行器到达传送台和工作台的运动范围；可编程控制器，其被构造为：监控来自视觉系统的信号输入，控制机器人臂从传送台之一拾取部件，利用部件执行装配任务并将已装配产品传送到处于第一工作站配置或第二工作站配置的任一个中的一个传送台上；其中第一可互换工作站利用所述部件执行第一装配任务，以生产第一已装配产品；和其中第二可互换工作站利用第一已装配产品执行第二装配任务，以生产最终已装配产品。
当结合附图时，通过下文针对用于实行如所附权利要求所限定的本发明的一些最佳模式和实施例的详细描述，容易理解本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点。
附图说明
现将参考附图并通过举例的方式描述一个或更多实施例，附图中：
图1根据本发明提供了自主可移动可重构模块化的工作站(工作站)的一个实施例的等轴测图；
图2根据本发明提供了工作站的一部分的等轴测图；
图3根据本发明示意性显示了用于工作站的动力和信号分配方案的平面图；以及
图4根据本发明显示了串行布置的实施例的平面图，所述布置包括共同工作以生产最终已装配产品的三个自主控制的工作站；
图5根据本发明显示了串行-并行混合布置的第一实施例的平面图，所述布置包括共同工作以生产最终装配产品的三个自主可控的工作站；以及
图6根据本发明显示了串行-并行混合布置的第二实施例的平面图，所述布置包括共同工作以生产最终装配产品的三个自主可控的工作站。
具体实施方式
现参考附图，其中各图示的目的仅在于显示某些示例性的实施例，而不是限制这些实施例。图1提供了自主可移动可重构模块化工作站(工作站)100的一个实施例的正等轴测图，图2提供了工作站100的所述实施例的一部分的等轴测图，并且图3示意性显示了用于工作站100的所述实施例的动力与信号分配方案的平面图。工作站100优选地包括支撑机器人臂40的多面上层结构10，所述机器人臂40利用视觉系统70提供的信息对在工作台60上的通过传送台90提供的部件进行操作，部件中的一些或全部与信号地连接至用户界面设备20的控制器110通信。工作站100可以用来将多个部件装配成已装配产品。贯穿各附图，相同的附图标记指示相同或相应的零件。如本文所描述的，工作站100是自主的，这是因为在完成设定步骤之后，所述工作站能够执行并完成装配任务，从而由所提供的部件生产已装配产品，而无需来自外部源的进一步输入或与用户的交互。工作站100是可重构的，这是因为机器人臂40、传送台90和工作台60的操作都可以被构造为执行不同的装配任务，以生产不同的已装配产品。工作站100是可移动的，因而工作站可以被方便地搬运至制造车间的不同位置，而不必使用重型设备或桁架吊车(overhead cranes)。工作站100是模块化的，当集中式系统(centralized systems)提供动力时，工作站包含所有必需元件以完成装配任务。如本文使用的，术语“部件”被限定为用于包括在已装配产品中的、输入至工作站100的任意结构实体。如本文使用的，术语“已装配产品”被限定为在装配之后从工作站100输出的任意结构实体。
多面上层结构10包括优选地支撑在多个等长的承重支柱15上的水平布置的框架部分12。在一非限制性实施例中，框架部分12被构造为方形框，该方框具有长度大约为六英尺(1.9米)的四个侧部13，所述四个侧部由四英寸管型钢材制成。支柱15优选地放置在框架部分12的外围(例如在拐角处)，并且框架部分12装配在支柱15的上端，其中加强撑杆(reinforcing braces)16布置在侧部13和支柱15之间。由支柱15和框架部分12形成的外围限定了三维工作空间11的外边界。每一个支柱15的下端优选地与脚轮(casters)17和系紧件(tie-down)18配合。脚轮17可以用来将工作站100搬运至期望的位置。系紧件18被用来在指定的位置(例如在车间地板上)将工作站100固定附接至地面固定装置(floor anchors)，所述系紧件具有附加功能，即通过从地面固定装置分离系紧件18而将工作站100后续地移动至另一位置。框架部分12使用梁(joists)、构架(trusses)或其他合适的结构构件将基本部分19支撑在框架部分12内部。基本部分19为机器人臂40提供结构支持。
工作站100的上层结构10包括多个垂直面，所述垂直面限定在相邻一对支柱15之间。垂直面被构造成用于输入部件、输出已装配产品，并且支撑动力分配模块、控制模块和位置基准。如图所示并且在一个实施例中，工作站100包括第一面21、第二面22、第三面23和第四面30。第一面21、第二面22和第三面23中的每一个可以相似地或相同地被构造为允许可互换地输入部件或输出已装配产品，这取决于工作站100意图装配的产品。这一布置方便工作站100的构造以将部件结合为意图装配的产品。
第一面21、第二面22和第三面23每一个优选地包括一个或多个上进入面板24(upper access panel)和一个或多个下进入面板25(lower access panel)。当第一面21、第二面22和第三面23中的一个停用时，上进入面板(一个或多个)24和下进入面板(一个或多个)25关闭，并且禁止物理地进入工作空间11，然而允许视觉的可达性以观察工作站100的运行。每一个上进入面板22优选地包括由丙烯酸或类似材料形成的透明面板，所述透明面板支撑在通过铰链附接至支柱15中的一个的框架中，并且优选地朝外打开以允许进入。如图1最佳显示的，优选地，第一面21、第二面22和第三面23中的每一个具有一对相对的上进入面板24，所述面板在中间对接在一起，并且一起横跨支柱15之间的宽度。每一个下进入面板25优选地包括由丙烯酸或类似材料形成的透明面板，所述透明面板支撑在通过铰链或另一合适机构附接至支柱15中的一个的框架中。下进入面板25可以包括一个或多个滑动的、铰接的，或可拆除的门面板26，所述门面板可以适应一个或多个传送台90。如参考图1所示，第一面21未被使用，因此关闭上进入面板24和下进入面板25。如参考图1所示，第二面22包括三个传送台90，因此关闭上进入面板24，并且从下进入面板25上拆除门面板26中的三个以适应三个传送台90。如参考图1所示，第三面23包括一个传送台90，因此关闭上进入面板24，并且从下进入面板25上拆除门面板26中的一个以适应单个传送台90。
第四面30是动力分配与位置基准面，用于将动力输入模块、控制模块和位置基准整合到工作站100。如参考图3最佳显示的，第四面30优选地包括一个或多个动力分配面板，用于将以电力、气压动力、液压动力和/或真空动力为形式的动力引导至机器人臂40和传送台90。动力分配面板优选地包括电力分配面板32，并且可以包括一个或多个第二动力分配面板33，用于根据需要分配气压动力、液压动力和/或真空动力。如图所示，第二动力分配面板33可以用来经由流体管道36将真空动力分配至机器人臂40和工作台60。电力、气压动力、液压动力和/或真空动力优选地来源于相应的外部源，并且使用合适的电力缆线或流体管道被引导至工作站100的物理位置，所述流体管道通过具有单个车间多动力联接器的单个导管组件被布置为并行的流动构造。相应的工作站多动力联接器31连接至单个车间多动力联接器，并且所述工作站多动力联接器包括合适的电力缆线和流体管道，所述电力缆线和流体管道根据需要将相应的电力、气压动力、液压动力和/或真空动力传导至相应的动力分配面板，用于将动力分配至机器人臂40、工作台60以及每一个传送台90。单个车间多动力联接器和工作站多动力联接器31包括相应的凸/凹电连接器和流体联接器。在一个实施例中，仅使用了电力分配面板32，并且在工作站100的其他地方不使用气压动力、液压动力和/或真空动力时，气压动力、液压动力和/或真空动力的管道被直接联接至机器人臂40。
电力分配面板32优选地包括电力输出导体，该输出导体包括第一缆线34和多个第二缆线35，所述第一缆线34为机器人臂40提供电力，而所述第二缆线35被构造为单独地为每个传送台90提供电力。在一个实施例中，提供至机器人臂40的电力是额定240伏充电电压下的三相电力，而提供至传送台90的电力是额定120伏充电电压下的单相电力，并且电力分配面板32被构造为从输入电源提供三相电力和单相电力两者。第二缆线35是柔性的电力传导缆线，每一个所述缆线在远端具有连接器，并且，第二缆线延伸与用于传送台90之一的相应电连接器联接。因此，在参考图1所示的构造中，优选地存在数量为九个的第二缆线35，以适应工作站100的一种构造，所述构造下的工作站包括了使用所有潜在的传送台90的装配任务。
第四侧30进一步包括用于工作站100的物理位置基准37，该位置基准提供与工作站100相关联的x-y-z坐标系38的原点。位置基准37优选地位于横跨与第四面30相关联的两个支柱15之间的对接梁39上。对接梁39可以是通过焊接或其他方式固定附接至两个支柱15的钢制的U型或L型梁，或是相对于工作站100将装配台60固定附接至预定位置的另一合适机构。
机器人臂40优选地从基本部分19悬吊进入限定在工作站100的上层结构10内的三维(3D)空间中。优选地，机器人臂40具有运动范围42，所述运动范围使得所附接的末端执行器44(end effectors)能够到达临近的传送台90、工作台60和工具对接台46。在一个实施例中，机器人臂40居中地位于由框架部分12所限定的平面上。机器人臂40可以是具有在运动范围42内多维定位能力的任意合适的可控设备。机器人臂40可以是具有多个柱状节理(prismatic joints)的笛卡尔臂，所述笛卡尔臂在笛卡尔坐标系的情况下定义。替代地，机器人臂40可以是球形臂，所述球形臂具有定义在极坐标系的情况下的轴线。替代地，机器人臂40可以是具有旋转接头的铰接式臂。替代地，机器人臂40可以是并行装置，该装置具有在共同端部接头处一致运行的多个铰接式臂。替代地，机器人臂40可以是具有多个独立可控的多面性手指的拟人装置。
优选地，机器人臂40被构造为接合并利用多个可互换的末端执行器44中任意一个，其中每一个末端执行器44具有用于执行装配任务的某一预定能力。不使用末端执行器44时可将其存放在位于机器人臂40的运动范围42内的工具对接台46上。如本文所使用的，装配任务是那些在不改变部件完整性的情况下对所述部件进行的操作。示例性的装配任务包括拾取、转移、堆叠和紧固，以及其他任务。在装配任务的范围之外，示例性的制造操作包括机械加工、金属成型、铸造和热处理，以及其他操作。因此，机器人臂40可以是可使用单个或多个末端执行器44(用于拾取-放置操作、紧固操作、密封剂应用操作，以及其他装配任务)的任意合适的装置。
工作台60是可移动、可重构的装置，其使用可拆卸的固定装置(例如夹具、偏心联动装置或其他装置)固定联接至对接梁39。工作台60固定联接至对接梁39，并且因此定向至位置基准37和与工作站100相关联的x-y-z坐标系38。工作台60为一个或多个装配卡具提供平台，在所述平台上机器人臂40可以放置部件以执行装配任务从而生产工作产品。如本文所使用的，术语“工作产品”被定义为位于工作台60上的工件，并且包括一个或多个部件。工作产品可以是机器人臂40正在对其工作的中间工件。当机器人臂40已经完成其装配步骤时，并且当剩余的步骤仅包括从工作台60上移除工作产品，并且将所述工作产品移至传送台90中的一个上时，工作产品转变为已装配产品。工作台60为一个或多个传送机对接卡具64提供具有安装孔的网格图案的平台，所述卡具可重构地用于对接并且因此固定连接至工作台60，并且使每一个传送台90定向至工作台60。
每一个传送台90优选地包括水平定向的连续传送带91，所述传送带91安装在可调节支架94上，所述支架安装在脚轮上用于安装的便利以及其他情况。传送带91具有第一端92和第二端93，其中当传送台90固定连接至工作台60时，第二端93位于机器人臂40的运动范围42内。传送带91的第一端92可以被定位为先于工作站100中的装配而从装载站接收部件，或可以被定位靠近卸载站以将已装配产品从工作站100输送至包装位置，或可以被定位以提供来自工作站100的已装配产品作为输入相邻工作站的部件。这一操作参考图4至图6而示出。每一个传送台90可以具有连接至工作站100的安装在传送台上方(overtop)的半透明通道防护装置。
传送带91优选地由电连接至第二缆线35中一个的可控电动机96操作，所述第二缆线35连接至电力分配面板32。近距离传感器95(proximity sensor)可以合适地定位于靠近传送带91的第二端93或第一端92，并且被布置为监控和检测部件中的一个的存在。近距离传感器95可以使用任意合适的传感技术，所述传感技术能够在指定位置检测部件存在或者不存在，非限制性地举例来说，所述传感技术包括光电传感器或应力/压力/重量探测器。近距离传感器95与用于电动机96的电动机控制器通信，从而实现一控制方案，所述控制方案包括只要部件未被感测到就操作电动机96以移动传送带91，并且在感测到部件时使电动机96停止工作以停止传送带91的移动，优选地伴随将部件放置在机器人臂40的运动范围42内。以此方式，每一个传送台90自主地运行，因为每一个传送台的运行不依赖于工作站100中的其他元件的动作。替代地或另外地，视觉系统70的数码摄像机72可以监控传送带91的第二端93，以检测部件中的一个的存在，并且据此控制传送带91的运行。
在一个实施例中，可调节支架94包括多个弹簧负载的、高度可调节的腿部，其中腿部的高度由用户手动调节。这一构造允许快速调节可调节支架94，所述可调节支架需要适应进入或离开工作站100的部件或工作产品的高度。
视觉系统70包括通信地连接至控制器110的多台数码摄像机72。每台摄像机72被放置在工作站100中以记录和监控视场(FOV)，所述视场包括传送带91的第二端93中一个或工作台60，所述传送带位于机器人臂40的运动范围42内。进一步，数码摄像机72中的一台可以定位至机器人臂40之上。替代地，一台或多台数码摄像机72可以定位至任意合适的位置，只要该位置有提供视野线跟踪操作(vision line tracking operation)的能力。每一台摄像机72优选地是数字图像记录设备，所述设备能够以预定分辨率和预定重复率(repetition rate)捕获FOV的二维(2D)或三维(3D)图像，在一个实施例中，重复率是每秒30帧。通过定义，图像是表示FOV的任何视觉可感知的描述。在一个实施例中，图像可以包含从可见光谱在FOV中的反射光的全部或部分，包括红-绿-蓝(RGB)反射、黑-白反射、灰度反射，或任意其他合适的或期望的光反射。优选地，图像被捕获并记录在非暂时性存储介质中，例如在与控制器110通信的非暂时性数字数据存储介质中。图像可以包括已经进入摄像机72中一个的FOV的部件中的一个。部件是具有某些特征的实体结构，所述特征包括例如空间维度、材料和表明反射率的表面光洁度，以及其他的特征，从而部件连同其位置和取向在图像中可识别。因而，部件在图像中的位置和取向可以被充分看清楚，以便机器人臂40接合所述部件(包括拾取所述部件)。在一个实施例中，由摄像机72捕获的图像是以8位灰度图像为形式的表示FOV的位图图像文件。图像的其他实施例可以包括由FOV的色调-饱和度-强度(HIS三元组)表示的彩色图像，或由FOV的红-绿-蓝(RGB)三原色表示的彩色图像，或由不受限制的其他图像表示方法所表示的彩色图像。图像通过由控制器110执行的例程转换为用于存储和分析的位图图像文件。
控制器110是可编程专用电子设备，所述设备与机器人臂40、视觉系统70、用户界面设备20以及其他工作站100中的设备相通信。控制器110还可以与操作临近其他工作站的控制器相通信，或不受限制地与其他控制器相通信。控制器110能够执行机器可读指令112(包括与监控来自工作站100的信号输入相关的指令)，能够分析信号输入，并且能够生成通信至工作站100的各个元件(例如机器人臂40)的控制命令。这些指令优选地包括与如下过程相关联的步骤：监控来自视觉系统70的信号输入，以识别和确定部件在传送台90中的一个上的取向；控制机器人臂40从传送台90上拾取部件；并且在工作台60上或另一个传送机上利用所拾取的部件执行装配任务以生产工作产品；并且确定工作产品是已装配产品；并且控制机器人臂40将已装配产品输送至传送台90中的另一个，以用于进一步处理或包装。这可以进一步包括反复地堆叠由传送台90中的一个所提供的部件(例如反复地堆叠电池模块)，从而在堆叠了期望数量的部件时，生产最终地变为已装配产品的工作产品。
术语控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器和类似术语指的是下述对象中的任意一个或各种组合：特定用途集成电路(一个或多个)(ASIC)、电子电路(一个或多个)、中央处理单元(一个或多个)(例如一个或多个微处理器)，和以存储器和存储设备为形式的相关联的非暂时性存储器部件(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)。非暂时性存储器部件能够存储以软件或固件程序或例程为形式的一个或多个机器可读指令、组合逻辑电路(一个或多个)、输入/输出电路(一个或多个)和设备、信号调节和缓冲电路，以及可以由一个或多个处理器存取以提供期望功能的其他部件。输入/输出电路(一个或多个)和设备包括模拟/数字转换器，以及监控来自传感器的输入的相关设备，其中这种输入以预设定的采样频率或响应于触发事件而被监控。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语指的是包括了校准和查询表的任意控制器可执行的指令集合。每个控制器执行控制例程(一个或多个)以提供期望的功能，所述功能包括监控来自传感设备或其他联网控制器的输入，以及执行控制和诊断例程以控制致动器的运行。例程可以在运行期间以定期的间隔执行，例如每100微秒。替代地，例程可以响应于触发事件的发生而执行。控制器之间的通信，以及控制器、致动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有线链接、联网通信总线链接、无线链接，或其他另一种合适的通信连接而实现。通信包括以任意合适的形式交换数据信号，包括，例如经由导电介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光波导(opticalwaveguide)的光信号等。数据信号可以包括表示来自传感器的输入的信号、表示致动器命令的信号，以及控制器之间的通信信号。
图4至图6的每一个显示了共同工作以生产最终已装配产品的多个自主可控的工作站的布置的平面图。在图4至图6中描述的每一个工作站是参考图1所描述的工作站100的一个实施例。
图4显示了包括三个工作站410、420和430的串行布置的一个实施例的平面图。如图所示，第一传送机和第二传送机为第一工作站410提供部件411、412，所述第一工作站利用部件411、412执行装配任务，以生产第一已装配产品415。第一已装配产品415连同部件421、422被传送至第二工作站420。第二工作站420利用第一已装配产品415和部件421、422执行装配任务以生产第二已装配产品425，所述第二已装配产品被传送至第三工作站430。第三工作站430对第二已装配产品425执行一个或多个装配任务，以生产第三已装配产品435，该产品经由另一传送机被传送离开第三工作站430。
图5显示了包括三个工作站510、520和530的串行-并行混合布置的第一实施例的平面图。如图所示，传送机为第一工作站510提供部件511、512和513，所述第一工作站利用部件511、512和513执行装配任务，以生产第一已装配产品515。第一已装配产品515被传送至第二工作站520或第三工作站530，其中第二工作站520和第三工作站530并行运行。第二工作站520也提供有部件521、522。第二工作站520利用第一已装配产品515和部件521、522执行装配任务，以生产第二已装配产品525，所述第二已装配产品从第二工作站520传送离开。第三工作站530也提供有部件531、532。在一个实施例中，提供至第三工作站530的部件531、532与提供至第二工作站520的相应部件521、522相同。替代地，提供至第三工作站530的部件531、532不同于提供至第二工作站520的相应部件521、522。第三工作站530对第一已装配产品515和部件531、532执行一个或多个装配任务，以生产第三已装配产品535，所述第三已装配产品经由另一传送机被传送离开第三工作站530。
图6显示了包括三个工作站610、620和630的串行-并行混合布置的第二实施例的平面图。如图所示，传送机向第一工作站610提供部件611和612，所述第一工作站利用部件611和612执行装配任务，以生产第一已装配产品615。第一已装配产品615被传送至第三工作站630。第二工作站620也提供有部件621、622和623。第二工作站620利用部件621、622和623执行装配任务，以产第二已装配产品625，所述第二已装配产品被传送至第三工作站630。第三工作站630对第一已装配产品615和第二已装配产品625执行一个或多个装配任务，以生产第三已装配产品635，所述第三已装配产品经由另一传送机被传送离开第三工作站630。
本文所描述的构思包括在系统水平和机器水平二者的情况下，可重构的机器人装配系统，所述系统可以用于装配各种产品，包括，在一个实施例中装配用于电动车辆电池的电池单元。举例来说，每个工作站可以被构造为处理与电池堆叠有关的一个、多个或全部过程。反过来，装配系统可以与同类的装配机器构造为可扩展的并行、串行或混合的装配生产线。工作站适应装配系列，例如，可堆叠电池装配，该装配使得平坦的棱柱状部件装配为可重复和可堆叠的结构。这包括部件，所述部件包括棱柱袋状电池、棱柱罐状电池，以及圆柱形电池。因为系统中的每一个工作站可以执行任意或所有过程，所以工作站的布置可以容易地调整，以将不同的任务分配至不同的工作站。这可以实现，以便在增加容量的过程中适应新工作站的引入，或者适应工作站的移除以降低容量，或者在停机的情况下变更生产过程。因为相同的机器设计被重复了多次，鉴于规模的经济性，所以整个系统的成本和投资费用可以降低。
使用本文所述的工作站有助于消除在精密的托板上定位和输送零件，因此简化了诸如卡具的其他工具、集装箱化和垫舱(dunnage)的设计和构建，并且消除了对精确的传送标引(conveyance indexing)的需要。通过降低单个位点装配系统故障的影响，且因此降低了产品的废品率(product scrapping)，这一系统还使得系统灵活性、可扩展性和可重构性成为可能。在可重构的装配系统中使用多个可编程操纵器/机器人，还可以显著地降低适应引入在同一产品系列中的新产品的交付周期(lead time)。
虽然详细的描述和附图或示图对于本发明是支持性的和描述性的，但是本发明的范围仅由权利要求书所限定。尽管已经详细描述了用于实现本发明的某些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实施由所附权利要求书所限定的本发明的各种替代性设计和实施例。
政府许可权利
本发明是在由能源部授予的合同编号DE-EE-0002217的政府支持下完成的。政府对本发明具有一定的权利。

Claims (10)

1.一种用于将部件装配成已装配产品的可重构自主工作站，所述工作站包括：
多面上层结构，其包括支撑在多个支柱上的水平布置的框架部分，所述支柱形成多个垂直的面，每一个面布置在相邻一对支柱之间，所述面包括第一面和第二面，以及动力分配与位置基准面；
可控机器人臂，其从水平布置的框架部分悬吊；
工作台，其固定联接至所述动力分配与位置基准面；
多个传送台，其包括第一传送台和第二传送台，所述第一传送台穿过所述第一面固定联接至所述工作台，所述第二传送台穿过所述第二面固定联接至所述工作台；
视觉系统，其监控所述工作台，并且监控每一个所述传送台；
可编程控制器，其执行控制例程，所述控制例程可操作为：
监控来自所述视觉系统的信号输入，以识别和确定在所述第一传送台上的第一部件的取向，
控制所述机器人臂从所述第一传送台拾取所述第一部件，并且在所述工作台上利用所述第一部件执行装配任务，以生产工作产品，
确定所述工作产品是否是已装配产品，并且
控制所述机器人臂将所述已装配产品转移至所述第二传送台上。
2.如权利要求1所述的工作站，其进一步包括所述可控机器人臂，所述机器人臂包括多个可互换的末端执行器中一个，每一个所述末端执行器被构造为执行装配任务。
3.如权利要求2所述的工作站，其中被构造为执行装配任务的所述可互换的末端执行器包括可互换的末端执行器，所述可互换的末端执行器被构造为执行装配任务，所述装配任务包含拾取、转移、堆叠和紧固所述第一部件。
4.如权利要求1所述的工作站，其中所述传送台包括自主控制的传送台。
5.如权利要求4所述的工作站，其中所述自主控制的传送台的每一个进一步包括安装在可调节支架上的水平定向的连续传送带，其中所述传送带由可操作地连接至近距离传感器的电动机操作。
6.如权利要求1所述的工作站，其进一步包括所述多个传送台，所述传送台包括穿过所述第一面固定联接至所述工作台的第三传送台；并且其中，所述可编程控制器执行控制例程，用于：
监控来自所述视觉系统的信号输入，以识别和确定所述第一传送台上的所述第一部件的取向，以及所述第三传送台上的第二部件的取向，
控制所述机器人臂从所述第一传送台拾取所述第一部件，并且在所述工作台上利用所述第一部件执行装配任务，以生产工作产品，
控制所述机器人臂从所述第三传送台拾取所述第二部件，并且在所述工作台上利用所述第二部件执行装配任务，以继续生产所述工作产品，
确定所述工作产品是否是已装配产品，并且
控制所述机器人臂将所述已装配产品输送至所述第二传送台上。
7.如权利要求1所述的工作站，其进一步包括固定联接至所述工作台的第三传送台，其中所述可编程控制器被构造为：
监控来自所述视觉系统的信号输入，以识别和确定所述第一传送台上的所述第一部件的取向，并且识别和确定所述第三传送台上的第二部件的取向，
控制所述机器人臂从所述第一传送台拾取所述第一部件，并且利用所述第一部件执行装配任务，而且控制所述机器人臂从所述第三传送台拾取所述第二部件，并且利用所述第一部件和第二部件执行装配任务，以生产工作产品，
确定所述工作产品是否是已装配产品，并且
控制所述机器人臂将所述已装配产品转移至所述第二传送台上。
8.如权利要求7所述的工作站，其包括穿过所述第一面固定联接至所述工作台的所述第三传送台。
9.如权利要求7所述的工作站，其进一步包括所述多面上层结构，所述多面上层结构包括所述第一面、第二面和第三面；其中，所述第三传送台穿过所述第三面固定联接至所述工作台。
10.如权利要求1所述的工作站，其进一步包括支柱，所述支柱中的每一个具有附接至其底部部分的脚轮。
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