CN106477068B - 机器人系统和操作机器人系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在飞行器或航天器的装配或维护期间进行多个操作的机器人系统。系统包括第一机器人，其包括基座部分、具有第一联接部分(19)的可移动机器人臂以及第一控制装置。系统还包括多个第二机器人，其包括移动装置、驱动部分、包括工具的工具部分、第二联接部分以及第二控制装置。第一和第二控制装置适于控制第二机器人其中一个的驱动部分和机器人臂以按预定位置关系联接第一联接部分和各个第二联接部分，随后使机器人臂与由机器人臂保持的第二机器人一起移动工具部分至选定位置，在选定位置要进行各个第二机器人的工具部分适于进行的特定操作，以及随后使第二机器人在选定位置进行特定操作。

Description

机器人系统和操作机器人系统的方法

技术领域

本申请涉及一种在飞行器或航天器的装配或维护期间进行多个操作的机器人系统，其包括机器人，其适于被定位在接近飞行器或航天器的机身处且包括基座部分、连接在基座部分的一端并在相对端具有第一联接部分的可移动机器人臂以及适于控制机器人臂的第一控制装置。

背景技术

包括一个或多个机器人的机器人系统被广泛地用于不同的技术领域中以进行人们无法有效进行的或人们无法进行的工作。对于复杂的任务，如飞行器或航天器的制造来说，必须要进行许多不同的工作操作，从而必须提供具有多个用于进行不同工作操作的不同工具或能够移动通过工作环境以获得特定工作操作所需的各个工具的机器人。然而，特别是在具有有限空间的工作环境中，如在飞行器或航天器的机身内部，可能没有足够的空间以用于具有多个工具或移动通过工作环境的大型机器人。进一步地，关于对不同工作操作的适应性，具有多个工具的大型机器人可能相对没那么灵活，且在有限空间的环境中，在工作环境中移动的大型机器人可能会给在机器人旁边工作的人类技术人员带来危险。

然而，还强烈地需要在这种环境中利用机器人系统，这是因为否则的话在如需要高度熟练的技术人员的飞行器或航天器制造的领域中，这些技术人员还必须进行大量的简单任务，如走出和走入机身以获得或返回所需的工具，搜索和获得适当的材料或制备表面以用于后续的工作步骤，以及很多不符合人体工程学的任务，如使用重型工具进行的高空工作或需要人体工程学不利的身体姿势的其他任务，如俯身或下跪位置，特别是当在难以进入的区域工作时。此外，工作环境本身有时可能由于，例如，极高或极低的温度、高湿度、强噪声和/或振动而是令人不舒服的。一个实例为空间环境，其中人们在与地面非常不同的条件下进行操作且低重力和防护服使人们难以控制和进行身体移动。所有上述内容对技术人员以所需的高精确度进行高质量任务提出了高要求，特别是当必须使用重型工具时。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种灵活且相对廉价的机器人系统，其可有效且安全地用于具有有限空间的环境中。

该目的是通过具有权利要求1的特性的一种机器人系统而实现的。机器人系统的有利实施例是从属权利要求的主题。

根据本发明，提供了一种在飞行器或航天器的装配或维护期间进行多个操作的机器人系统，特别是在飞行器或航天器的机身的内部。飞行器可以是，例如，飞机、无人机或直升机，且航天器可以是，例如，运载火箭、助推器、宇宙飞船、卫星、空间结构或空间站，且装配和维护还包括相关的物流。

机器人系统包括第一机器人，其适于被定位在接近飞行器或航天器的机身处。第一机器人优选为工业机器人或具有相对较大尺寸的另一种类型的机器人。其可以是移动的或优选为固定的，从而使其可被特别布置在飞行器或航天器的机身内部的可变或固定位置上。第一机器人包括可移动或固定的基座部分、被连接在基座部分一端且在相对端具有第一联接部分的可移动机器人臂以及适于控制机器人臂且特别是其移动的第一控制装置。在本说明书的含义内，将第一机器人定位在接近机身处表示机器人臂能够利用被安装至其的第二机器人到达机身，如下面详细解释的。第一控制装置可包括一个或多个控制单元，其可采用，例如一个或多个处理单元的形式，每一个均包括一个或多个处理器。这种处理单元可进一步包括要通过处理器中的一个或多个执行的存储器存储控制指令或可适于经有线或无线数据接口从外部实体接收这种控制指令。

机器人系统还包括多个第二机器人，其是可移动的且小于第一机器人。第二机器人中的每一个包括移动装置，其为或优选包括轮子且允许各个第二机器人被支撑在地面上并允许第二机器人沿地面的平移以及绕垂直于地面的轴线，优选为绕第二机器人的中轴线的旋转运动。各个第二机器人的驱动部分，其可有利地为电动马达，可操作以驱动移动装置以实现各个第二机器人的平移。可选且优选地，驱动部分也可操作以驱动移动装置以实现旋转移动。然而，还有可能的是在第一和第二机器人的联接期间，第二机器人仅可被动地进行旋转移动，即，通过使用外部工具，如第一联接部分移动第二机器人。在后一情况下，第二机器人可有利地包括制动装置，其可操作以选择性地防止平移，从而当使用外部工具改变第二机器人的旋转定向时，可固定其平移位置。

第二机器人中的每一个还包括工具部分，其具有适于进行多个操作中的特定操作的工具。工具可具有相关于第二机器人的固定位置，从而使工具仅可通过移动整个第二机器人被移至不同的位置，但其也可能具有一个移动范围，然而，其优选为小于机器人臂的移动范围。

此外，每个第二机器人包括第二联接部分，其适于选择性和可释放地与第一机器人的第一联接部分按预定位置关系进行联接，即第一和第二联接部分在其联接期间为自定心的。

每个第二机器人还包括适于控制各个第二机器人的第二控制工具。特别地，第二控制工具优选为适于控制各个第二机器人的驱动部分或一起控制驱动部分和工具部分，其中对于每个第二机器人而言，其第二控制工具适于控制驱动部分和工具部分，第二控制工具适于控制工具部分在选定位置进行特定操作。其中工具部分不受第二控制工具的控制的第二机器人的一个实例为具有含纯被动传送工具，如可将技术人员使用的工具或材料置于其中以传送给技术人员的传送容器的工具部分的第二机器人。第二控制装置可再次包括一个或多个控制单元，其可采用，例如一个或多个处理单元的形式，每一个均包括一个或多个处理器。这种处理单元可进一步包括要通过处理器中的一个或多个执行的存储器存储控制指令或可适于经有线或无线数据接口从外部实体接收这种控制指令。

对于多个操作中的每个操作而言，多个第二机器人包括至少一个第二机器人，其工具适于进行各个操作。

第二机器人中的每一个的第一控制装置和第二控制装置适于控制各个第二机器人中的驱动部分和机器人臂以将第一联接部分和各个第二联接部分按预定位置关系联接起来，随后使机器人臂与由机器人臂保持的第二机器人一起移动工具部分至选定位置，在该选定位置要进行适于各个第二机器人的工具部分进行的特定操作，以及随后控制第二机器人在选定位置进行特定操作。这优选为在第二机器人由机器人臂保持时完成，即当第一和第二联接部分按预定位置关系彼此联接时完成。然而，额外地或替代地，还可能的是第二机器人或第二机器人中的至少一些包括固定工具，其适于选择性和可释放地将各个第二机器人固定至飞行器或航天器的选定表面部分，如飞行器或航天器的内表面。在后一个实施例中，其中固定工具可包括，例如吸取工具，各个第二机器人可通过机器人臂被移至选定的表面部分，随后进行操作以通过固定工具将其固定至表面部分，接着通过断开第一和第二联接部分的联接而从机器人臂释放出来，且最终进行操作以进行独立且分离于第一机器人的特定操作，其同时可按上述方式与其他第二机器人中的一个或多个进行配合。在进行特定操作后，第二机器人可通过再次联接第一和第二联接部分而再次被联接至机器人臂，随后可释放固定工具，且接下来可通过机器人臂将第二机器人移至地面或至要进行特定操作的另一个选定表面部分。

因此，第一机器人和各个第二机器人有利地进行协同配合以进行特定操作，这是因为第一机器人的优点，如高精度、强大的力量和大范围的移动与第二机器人的优点，如通过设有专门的工具而特别适于进行特定操作进行了结合。总体来说，将适于特定操作的新的第二机器人添加至系统是特别简单和相对廉价的。

进一步地，可能有利且优选的是与第一机器人相比，将第二机器人构造成具有相对低成本的机器人，然而，第二机器人却构成了特别适于特定操作的专用系统组件。特别地，只要第二机器人在通过机器人臂持有或通过机器人臂被置于特定位置且被固定在该处的同时能够用足够的精确度进行其特定操作，相关于对第二机器人的定位，第二机器人可具有比机器人臂可实现的精确度更低的精确度。换句话说，如果第二机器人是通过机器人臂持有且移动的而不是使用其移动装置、驱动部分和第一控制装置移动第二机器人本身的话，第二机器人的工具则可更精确地进行定位。第二机器人的性能可能受到，例如，传感器的限制，如具有例如，±0.5至5cm分辨率、±0.7至3cm分辨率、±0.8至±2cm分辨率且例如为±1cm分辨率的可用于位置传感器的廉价的超声波传感器的低分辨率或小尺寸，如仅为约0.5m的高度。事实上，甚至可能的是选择这种廉价且简单的构造以用于第二机器人，其不可通过自身使用以进行特定操作。在一个优选实施例中，第二机器人的尺寸为使其能够通过尺寸为0.5m×0.5m的方形开口。

与此相反，第一机器人可以是昂贵且相对不灵活的高性能机器人，如自动化机器人，从而补偿第二机器人的性能不足，且仍保持机器人系统的很低的总成本。例如，第一机器人可具有，例如±0.02至±0.1mm定位重复性，更优选为±0.03至±0.07mm定位重复性，甚至更优选为±0.04至±0.06mm定位重复性且例如为±0.05mm定位重复性的高精度、大移动范围和/或大载荷能力。在一个优选实施例中，机器人系统的移动范围的最大半径为1至2m，优选为2m。进一步地，在有限的工作环境内使用大尺寸的第一机器人是可行的，这是因为第一机器人不需要如此移动，从而可将操作范围仅限于机器人臂的移动范围，其反之可通过，例如，挡光板布置被限于安全范围，从而限制对技术人员造成的危险。与此相反，可选择第二机器人以使其相对较小且具有低功率，从而即使在其通过工作环境的情况下，其也可能不会对技术人员造成危险。

因此，第一和第二机器人的组合允许用最小数量的昂贵且危险的高性能机器人以高精确度和高移动范围灵活地进行多个特定操作，从而允许技术人员仅集中于需要高技能的任务上。由于将特定操作分配给了专门的第二机器人，机器人系统的操作是非常有效的，然而机器人系统仍是精简和简单的。此外，有利的是，在发生故障或要指示另一个第二机器人或技术人员至少暂时地接管发生故障的第二机器人的情况下，以廉价的方式替换第二机器人。因此，该系统能有效地以一种方式与人类技术人员协作并对其进行协助，从而通过将专门的任何分配至“子系统”(包括人类技术人员)或能够以最低的机会成本按最好且最有效的方式进行所分配的任务的类型的“子系统”以精简的方式分配总工作。换句话说，总的系统可包括三种类型的“子系统”，即(1)多个低成本第二机器人，(2)最小数量的高性能第一机器人，以及(3)技艺精湛的技术人员，向其分配不同的任务以实现高度的效率。在这方面，可提供一种总控制系统或单元，其适于且可操作用于保持要进行的任务状态并将任务分配至第二机器人或第一和第二机器人且还优选为技术人员。

此外，由于第二机器人有利的为具有小尺寸和小重量，技术人员能够手动提升第二机器人。这是有利的，这是因为在通过机器人臂持有的第二机器人将由于，例如，在第一机器人和第二机器人之间的同步或通信问题以及在选定位置导致相对的错位或复杂的接入情况的在第一机器人和第二机器人之间的联接误差而不能够以足够的精确度进行或完成第二机器人的工具部分适于进行的特定操作的情况下，持有第二机器人的技术人员可很好地进行或完成操作。这在其中特定操作包括多个子任务且第二机器人仅能够在被机器人臂持有时完成子任务中的一些的情况下也是适用的。持有第二机器人的技术人员随后则可完成未进行的子任务。因此，可能有利的是，暂时或永久地用另一个系统组件或通过技术人员灵活地替换系统组件以实现高效率。

此外，有利的是，本发明的机器人系统适于空间应用，这是因为其避免了与将不同类型的专用重型机器人传送至空间中的轨道中以及使常规机器人系统的使用无法用于空间应用相关联的非常高的成本。在这个方面，一些空间结构，如空间站已具有集成的机械臂，其可被用作第一机器人的机器人臂。小型专用第二机器人的按需输送让总成本和总劳动力大大地降低。

此外，系统还包括一个或多个便携式止动元件，其可被技术人员置于接近第一机器人以在选定位置进行联接和进行特定操作的第二机器人的移动路径中。随后，第二机器人中的每一个适于当其位于远离止动元件的限定范围内时检测这种止动元件。例如，止动元件可传输限定的无线信号，其可通过在每个第二机器人上设有的相应传感器或接收器进行检测，或止动元件可简单地为预定物体，如板形物体，其可通过在第二机器人上设有的距离传感器进行检测。在后一种情况下，第二控制装置适于在检测到预定物体后且优选为在限定的最大距离中检测到预定物体后停止第二机器人的移动。因此，止动元件可以是如在下面详细描述的用于停止第二机器人在限定的位置上相对于机器人臂用以进行联接的移动。以这种方式，技术人员能够手动地覆盖第二机器人的编程或指示的操作以在各个选定位置上进行各个特定操作。这进一步增加了机器人系统所提供的关于其在工作环境中进行操作时的安全性的优点，其中技术人员在该工作环境中同时在机器人系统旁工作。

在一个优选实施例中，第一控制装置还适于控制第一联接部分。替代地或额外地，第二机器人的第二控制装置还适于控制各个第二联接部分。然而，如果第一和第二联接工具尽可能是被动的，则是优选的，这是因为其可通过彼此相关地将第一和第二联接工具简单地移动至特定的接合位置中而进行联接。在这种情况下，其可能会或可能不会使第一和/或第二控制装置可操作以在第一和/或第二联接部分上选择性地操作锁定工具，从而按预定位置关系可释放地锁定第一和第二联接部分。

在一个优选实施例中，机器人系统还包括主控制单元，其可操作以经有线或无线通信连接与第一控制装置和/或第二控制装置进行通信以及分别向第一控制装置和第二控制装置提供控制命令或编程指令。这种主控制单元优选为位于与第一和第二机器人相分离且远离其的地方，且可通过传输控制命令和编程指令以集中的方式控制机器人系统的总的操作。

在一个优选实施例中，第一和第二控制装置进行配置以在将第一联接部分与第二机器人的一个的第二联接部分联接后，使第一控制装置与各个第二控制装置通过接口连接以建立通信连接，例如，通过如上提及的数据接口进行，且第二控制装置将用于控制机器人臂的移动且被存储在第二控制装置中的控制命令或编程指令经通信连接提供至第一控制装置。特别地，控制命令或编程指令的传输可在建立通信连接后自动实现。可与前述实施例相组合的该实施例具有中央控制单元，但如果不存在这样的中央控制单元则是优选的。则，第二机器人实现了机器人系统的分散控制，这是因为每个第二机器人灵活地使第一机器人和机器人臂的控制适于其在与第一机器人协作的时间段中的要求。这还具有的优点是当添加适于进行新的特定操作的新的第二机器人时，其无需修改第一机器人或中央控制单元。

在一个优选实施例中，第二机器人中每一个的驱动部分、第二联接部分和工具部分为可选择性且独立地进行更换的模块单元。这不仅由于能够使用共同的基座构造而实现第二机器人的成本降低，而且允许灵活地使第二机器人适于新的或改变的特定操作或以非常简单的方式对第二机器人进行升级。

在可优选为与包括模块单元的前述实施例相组合的一个优选实施例中，每个第二机器人还包括用驱动部分以一个在另一个顶部的方式进行布置的三个高度，第二联接部分和工具部分位于高度中的各个不同高度上。优选地，驱动部分位于三个高度中的最低高度上，第二联接部分位于三个高度中的中间高度且工具部分位于三个高度中的最高高度上。在提供特别简单的构造且便于实现模块性、可升级性和可修改性的这个实施例中，三个高度中的每一个是由上面分别安装有驱动部分、第二联接部分和工具部分的基板进行限定的。

在一个优选实施例中，第二机器人中的至少某一个的工具部分为3D打印机、分析、测量或观察工具、传送工具、检查或修理工具、加热装置、涂装或涂布装置或螺丝拧紧或其他紧固工具。传送工具可包括，例如，抓握工具和/或容器。不依赖于这些不同第二机器人的工具部分的确切性质，如果多个第二机器人包括至少一个第一类的第二机器人，其适于进行涉及对飞行器或航天器进行改动的特定操作；至少一个第二类的第二机器人，其适于进行涉及观测、测量或分析由第一类的第二机器人进行的特定操作的结果的特定操作，这通常是优选的，且更优选为包括至少一个第三类的第二机器人，其适于进行涉及传送特定类型的工具以供技术人员使用以对由第一类的第二机器人进行的且由第二类的第二机器人进行观测、测量或分析的特定操作的结果进行返工或校正的特定操作。特别地，三类第二机器人的工具部分和工具适于进行各个特定操作。例如，第一类的第二机器人的工具部分可以是3D打印机、加热装置、涂装或涂布装置、修理工具或螺丝拧紧或其他紧固工具，第二类的第二机器人的工具部分可以是分析、测量或观测工具，且第三类的第二机器人的工具部分可以是传送工具。由第二类的第二机器人进行的观测、测量或分析的结果可通过第二类的各个第二机器人进行显示或指示，从而使技术人员可请求第三类的第二机器人取回和带来适当的返工或校正工具。作为一个替代方案，由第二类的第二机器人进行的观测、测量或分析的结果可被通信至远程控制单元，例如，无线地或通过移至远程控制单元且与其物理上通过接口连接的第二类的第二机器人进行，其中远程控制单元适于分析结果和自动确定返工或校正的必要性以及要使用的合适的工具并指示第三类的第二机器人取回合适的返工或校正工具并将其带给技术人员。当然，也可能的是，结果仅以这种方式被通信至远程显示单元且在该处进行显示或指示以供人类操作员进行分析，该人类操作员随后决定要采取的可能的步骤。在使用远程控制单元或远程显示单元的情况下，由第二类的第二机器人进行的观测、测量或分析的结果可优选地被存储在数据库中以供文件编制和之后进行评估。

通常，第一和第二联接部分可包括用于实现联接的各种工具，例如，机械、气动和/或电动工具。在使用气动或电动工具的情况下，优选为提供针对电源故障的安全性，这是因为在气动或电力损失后要保持联接。

然而，在一个优选实施例中，第一联接部分包括细长且直的联接元件，其可以是，例如，直杆且可具有，例如，矩形横截面。联接部分具有第一纵轴线且从机器人臂延伸，从而使联接元件可通过机器人臂沿第一纵轴线在可以是水平方向的第一方向上选择性地进行移动且至少移至垂直于第一纵轴线且当第一纵轴线被水平定向时为向上的垂直方向的第二方向中。

联接元件包括沿第一纵轴线延伸的第一邻接面。其可以是，例如联接元件的上直纵边，例如，在联接元件具有矩形横截面的情况下。联接元件还包括背离机器人臂，优选为沿第一纵轴线的至少一个第二邻接面，以及两个间隔的第三邻接面，其面向第二方向，即当第二方向为垂直方向时向上，且相关于第一纵轴线位于联接元件的相对侧上。

第一联接部分还包括第一锁定工具。

第二联接部分包括两个间隔的第一边界面，其如将在下面解释的，允许用于联接元件的引导面。可以是大体为U形表面的部分的第一边界面在第一平面中面向彼此且彼此相对，当各个第二机器人是通过在水平地面上的移动装置支撑时，第一平面是水平定向的。在它们之间限定出第一插入空间，其具有合适的尺寸，从而使联接元件可经沿联接元件的纵轴线在第一平面中移动联接元件而通过在第一边界面的两端之间的开口被至少部分地插入第一插入空间中。第一插入空间包括从开口延伸的第一部分以及与开口通过第一部分进行分离的第二部分。第一部分从开口向第二部分成锥形，即，其是由彼此成角度定向的第一边界面的部分限定的且在其之间进行限定的。

第二联接部分还包括两个，优选为平面的第二边界面，其同样充当用于联接元件的引导面且彼此成角度进行布置，例如，按V形形态进行布置。第二边界面面向第一插入空间的第二部分，从而使其从第一插入空间向上限定出锥形的第二插入空间，在联接元件已被至少部分地插入第一插入空间的第二部分中后，可通过移动联接元件而沿垂直于第一平面的第二方向至少部分地将联接元件插入锥形的第二插入空间。更具体地，第二插入空间向在两个第二邻接面之间的细长且直的过渡区向上成锥形。其具有第二纵轴线以及沿第二纵轴线延伸且沿垂直于第一平面的方向面向第一插入空间的第四邻接面。第四邻接面，其可以是例如，在采用第二边界面的V形布置的情况下为V的顶点，被配置成当第一和第二纵轴线彼此平行且联接元件处于第二插入空间内的最高位置-或沿第二方向距离第一插入空间最远的位置时，沿其整个长度由第一邻接面所接触，且随后支撑联接元件以对抗沿第二方向和沿垂直于第一和第二方向的方向上的移动。

此外，第二联接部分包括至少一个第五邻接面，其被布置和配置成由至少一个第二邻接面接触以限制联接元件沿在远离机器人臂的方向中的第二纵轴线的移动。此外，其包括两个间隔的第六邻接面，其被布置和配置成当第一邻接面接触到第四邻接面时由两个第三邻接面接触且随后防止第二联接部分绕第二纵轴线的旋转移动。

此外，第二联接部分包括第二锁定工具，其适于当第一邻接面接触到第四邻接面，至少一个第二邻接面接触到至少一个第五邻接面且两个第三邻接面接触到两个第六邻接面时，选择性地与第一锁定工具相接合，其中当第一和第二锁定工具相接合时，防止了联接元件沿在朝向机器人臂的方向中的第二纵轴线的移动。这个位置随后对应于预定的位置关系。第三和第六邻接面的邻接防止了绕第一纵轴线在第一和第二联接部分之间的相对旋转。第一或第六邻接面的邻接构成三点承载或支撑。

由于第一和第二联接部分的该构造，第一联接部分和第二联接部分可在不需要或需要最少的电动或气动工具的情况下按特别简单的方式移至和接合成预定的位置关系。其仅需移动机器人臂，而移动装置则允许各个第二机器人进行旋转移动。更具体地，在将第二机器人中的一个粗略地定位在第一机器人前方以使机器人臂可被用于将联接元件导入第一插入部分的锥形第一部分之后，沿平行于第一平面的第一方向将联接元件向第一插入空间的第一部分的开口移动，直到其直接进入第一插入空间的第二部分中，或直到其接触第一边界面中的至少一个且随后在第二机器人进行旋转移动的同时通过其被引导至第二部分中。换句话说，第一边界面提供了引导功能以将联接元件引导至第一插入空间的第二部分中且从而更好地将第一纵轴线与第二纵轴线对齐，即，相关于联接元件的第一纵轴线对第二机器人进行旋转定向。这是第一个自定心步骤，其允许从第一和第二机器人相关于彼此仅为非常粗略的相对定向就开始以进行联接。

随后，在已使一个第二邻接面与至少一个第五邻接面相接触之前或之后，沿第二方向向上移动联接元件，直到第一邻接面被直接移至与第四邻接面相接触为止或直到联接元件接触第二边界面中的至少一个为止，且随后通过其进行引导，同时第二机器人可进行进一步的旋转移动，直到第一纵轴线与第二纵轴线平行且第一邻接面接触到第四邻接面为止。换句话说，第二边界面提供了进一步的引导功能以沿平行于第一平面的方向引导联接元件以及进一步地改善第一纵轴线与第纵轴线的对齐，即，相关于联接元件的第一纵轴线对第二机器人进行旋转定向。这是第二自定心步骤。

在这个步骤序列中，可能的情况是，例如，在已至少部分地插入第一插入空间后，首先沿第二方向按预定距离向上移动联接元件以使至少一个第二邻接面与至少一个第五邻接面相对齐，从而在沿第一方向进一步地移动联接元件后，使至少一个第二邻接面接触到至少一个第五邻接面。在该情况下，仅在这之后进行进一步的向上移动。

在该实施例中，联接元件可优选地包括两个相关于第一纵轴线从联接元件的相对侧延伸的突起。每个这种突起具有限定出第二邻接面中的一个的第一直边，其中两个第一直边可优选为水平延伸且更优选为在共同的水平面中延伸；以及限定出第三邻接面中的一个的第二直边，其中两个第二直边可优选为垂直延伸且更优选为在共同的垂直平面中延伸。

替代地或额外地，第一插入空间的第二部分为在第一边界面的平行部分之间具有恒定宽度的细长通道部分。

进一步替代地或额外地，第二边界面为限定至少一个第五邻接面的至少一个边界元件的表面部分。例如，在边界元件为板形的情况下，至少一个第五邻接面可通过边界元件的端子或侧边缘所提供的。

进一步替代地或额外地，两个第二邻接面为板元件，例如上面安装有工具部分的基板的表面的部分，如在具有上述多个水平的实施例中所述。

在具有第三邻接面的上述实施例中的每一个中，第三邻接面中，例如，第二直边的角定向可进行调整，从而优选地允许进行公差补偿。

在一个优选实施例中，第二控制装置适于接收被寻址至第二机器人中的特定一个的控制命令，其指示各个第二机器人移至在机器人臂的移动范围内的一个位置。为此，第二控制装置控制驱动部分根据控制命令进行操作。一旦达到机器人臂的移动范围内的位置，机器人臂则可通过第一控制装置控制以移动，从而按上述方式联接第一和第二联接部分。

指示各个第二机器人移至在机器人臂的移动范围内的一个位置的控制命令可以是，例如，由上述中央控制单元或技术人员携带的远程控制单元发出的控制命令或从技术人员接收的语音命令。在后一种情况下，第二机器人的第二控制装置可至少设有有限的语音识别能力。语音命令可能是特别有利的，这是因为需要进行特定操作中的一个的技术人员仅需要调出相应的第二机器人，其可能位于远程等待位置上，而无需额外的设备。通常，控制命令可包括指示在机器人臂的移动范围内的特定位置的位置信息，随后在控制期间使用该位置信息以将第二机器人移至各个位置。例如，控制命令可以是IMES(室内消息传递系统)命令。

第一机器人可被配置成检测何时第二机器人已达到在机器人臂的移动范围内的某个位置或特定位置且可基于这种检测控制机器人臂以联接第一和第二联接部分。例如，第一机器人可配备有摄像头、激光测量系统、红外测量系统、距离测量系统或适于识别第二机器人的存在的某种其他类型的传感器布置。当使用摄像头时，检测可基于在第一控制装置中实施的图案识别，其中第二机器人可设有产生可通过图案识别算法很容易地识别的图案的标记物。对于第一机器人来说还可能的是，包括适于检测由设置在第二机器人上的激光器发射的具有不同波长的激光束的接收器。所有上述测量系统和传感器可替代地或优选地被用于在联接程序期间连续或间歇地检测第二机器人相对于机器人臂的位置且优选为定向，且通过第一控制装置进行的机器人臂的相应控制优选为基于所检测的位置。这是有利的，这是因为第二机器人可按不需要允许其精确地达到绝对位置的导航能力的廉价方式进行构造。通常，优选的是在本发明的所有实施例中，第二机器人不设有这种精确的导航能力，而是其仅设有使其粗略地到达指定的绝对位置或优选为相关于工作环境的特定特性的指定相对位置的能力，该特定特性如飞行器或航天器的机身壁或存储于工作环境中的其他壁，如机身位于其中的房间壁或可移动壁，其适于通过技术人员进行合适的定位以沿所需的路径引导第二机器人。例如，第二机器人中的每一个可包括距离传感器布置，包括例如一个或多个超声波传感器，其允许其至少沿粗略限定的路径且至少按粗略限定的定向在距离工作环境的壁的指定距离中进行移动。

替代地或额外地，第一和第二控制装置可适于接收控制命令，其指示机器人臂和各个第二机器人移至通过控制命令所指示的位置。一旦达到位置，机器人臂则可进行预编程序列的联接移动和/或可基于检测的第二机器人的位置按上述方式进行控制。在一个特定的实例中，其中控制命令可以是，例如IMES命令，在已接收控制命令后，机器人臂和所寻址的第二机器人则移至由控制命令所指示的位置。进一步地，机器人系统包括便携式控制基座，其可灵活和选择性地由技术人员置于不同的位置上。控制基座设有位置检测工具，如超声波传感器、IR测量工具、激光测量工具、光学测量工具和/或磁传感器，其允许当其位于源于控制基座的某个范围内时，使控制基座精确地确定第二机器人且还优选为机器人臂的位置。进一步地，控制基座适于将控制命令无线传输至这种第二机器人，且如果适用的话，传输至机器人臂，其中控制命令包括用于从确定的位置导航至相对于控制基座的精确位置的导航指令。第二控制装置和如果适用的话第一控制装置适于分别根据用于达到相对于控制巨大变化的精确位置的控制命令控制第二机器人和机器人臂的移动。以这种方式，技术人员能够通过在不需要精确的绝对导航能力的情况下合适地放置控制基座和第二机器人而灵活地决定在机器人臂和第二机器人之间进行联接的位置。在该实例中，第一和第二控制装置还可适于检测控制基座的预定接近性以及在检测这种接近性后切换控制。

在上述实施例的优选版本中，其中第二控制装置适于接收控制命令，其指示各个第二机器人移至在机器人臂的移动范围内的一个位置，第二机器人中的每一个包括传感器布置，其被联接至各个第二控制装置且可操作用于感测预定物体，其中第二控制装置适于在检测到预定物体且优选为在限定的最大距离内检测到预定物体后停止第二机器人至机器人臂的移动范围内的位置的移动。可以是例如，可通过超声波或其他距离传感器很容易检测的板形物体的预定物体可被安装至机器人臂且特别地至第一联接部分，如上所述的联接元件，从而使机器人臂的位置确定第二机器人的止动位置，从而在机器人臂和第一联接部分和第二机器人之间实现限定的相对定位以进行联接。替代地，预定物体可以是便携式的且与机器人臂相分离，且机器人臂同样可包括传感器布置，其可操作用于感测预定物体，优选为在限定的最大距离内，从而使机器人臂可达到相对于预定物体的预定止动位置，一旦第二机器人已达到其自身相对于预定物体的止动位置则可从该位置对机器人臂进行预编程序列的联接移动。在后一种情况下，技术人员可通过适当地放置预定物体而灵活地进行选择以落实联接位置。

在该实施例中，传感器布置为适于感测在距离传感器布置和预定物体之间的距离的距离传感器布置，其中第二控制装置适于在检测到在预定距离处的预定物体后停止第二机器人至在机器人臂的移动范围中的位置的移动。例如，距离传感器布置可包括一个或多个超声波传感器。

上述机器人系统可按上述各种方式进行操作。因此，本发明还提供了用于操作机器人系统的相应方法。在一个实施例中，一种操作机器人系统的方法涉及机器人系统的一个实施例，其中第一机器人被定位在接近工作环境中的飞行器或航天器的机身处，从而使每个第二机器人的工具在被机器人臂保持时能到达机身的一部分，机器人系统还包括至少一个第三机器人，其具有与第一机器人相同的构造且位于远程存储区中，其中多个物品12被存储在存储架的隔间中，且多个第二机器人包括至少一个第一类的第二机器人，其适于进行涉及对飞行器或航天器进行改动的特定操作；至少一个第二类的第二机器人，其适于进行涉及观测、测量或分析由第一类的第二机器人中的一个进行的特定操作的结果的特定操作；以及至少一个第三类的第二机器人，其适于进行涉及传送特定类型的物品以供技术人员使用以对由第一类的第二机器人中的一个进行的且由第二类的第二机器人中的一个进行观测、测量或分析的特定操作的结果进行返工或校正的特定操作。随后，该方法优选为包括操作第一机器人和一个第一类的第二机器人以将第二机器人联接至机器人臂，从而进行涉及对飞行器或航天器进行改动的各个特定操作且随后断开第二机器人与机器人臂的联接。接下来，该方法包括操作第一机器人和一个第二类的第二机器人以将第二机器人联接至机器人臂，从而进行涉及观测、测量或分析在前述步骤中由第一类的第二机器人进行的特定操作的结果的各个特定操作。然后，该方法包括分析在前述步骤中由第二类的第二机器人进行的观测、测量或分析的结果以确定技术人员是否需要物品中的一个以对第一步骤中由第一类的第二机器人进行的特定操作的结果进行返工或校正，以及如果需要物品中的一个，基于对结果的分析，操作第三机器人和一个第三类的第二机器人以将第二机器人联接至第三机器人的机器人臂，用机器人臂将第二机器人提升至确定的物品，操作第二机器人以将物品移至第二机器人的工具上以及脱开第一和第二机器人的联接或用机器人臂将确定的物品移至第二机器人的工具上以及通过所述第二机器人将确定的物品传送至在工作环境中的技术人员。上面已结合包括第一、第二和第三类的第二机器人的机器人系统详细地描述了对该方法的进一步的修改。

附图说明

下面将参照附图更详细地解释了有利的实施例。

图1示出根据本发明的机器人系统的示意性概视图，

图2示出根据本发明的另一个机器人系统的一部分的示意性概视图，

图3示出彼此联接的第一机器人和第二机器人，其中第二机器人适于进行3D打印，

图4示出适于进行测量或观测任务的第二机器人的详细主视图，

图5示出适于进行传送操作的第二机器人的详细主视图，

图6示出适于进行3D打印操作的第二机器人的详细主视图，

图7a至7c示出用于联接第一和第二机器人的可能的联接机构的示意性表示，且

图8示出第二机器人关于第一机器人的移动的示意性表示。

图9a至9e以示意性立体图按分离方式示出图3和4的杆和联接部分并示出将杆联接至联接部分的步骤。

具体实施方式

在图1中所示的机器人系统1包括至少一个固定的第一机器人2，其可能是常规的工业机器人，以及多个较小且可移动的第二机器人3。在飞行器或航天器的装配期间，第一机器人2位于飞行器或航天器的机身4内部。其包括基座5和从基座延伸并可相关于基座5移动的机器人臂6。所示的第二机器人3中的一个被联接至远离基座5的机器人臂6的一端，且机器人臂6被用于移动第二机器人3并将其保持在第二机器人3能够在机身4的内壁部分的特定位置上进行特定操作的位置上。

如下面将参照图3至5更详细解释的，第二机器人3中的每一个包括适于进行多个不同特定操作中的一个的工具部分7，从而在进行特定操作中的选定操作后，相应的第二机器人3可被联接至机器人臂6且由其保持住，其随后被控制用于将第二机器人3移至要进行选定特定操作的位置上。以这种方式，第一机器人2的优点，如高载荷能力、机器人臂6的大移动范围和高移动和定位精确度与第二机器人3的优点，如相对较低的价格、对在机身4内部的第一和第二机器人2、3旁工作的技术人员8所造成的低危险以及对特定操作的专门适用性，协同地组合起来。换句话说，第一机器人2可以是通用机器人，其通过联接至相应的第二机器人3而灵活且选择性地适于特定操作。

第二机器人3中的每一个的工具部分7包括适于进行各个特定操作的工具9。例如，工具9可以是3D打印机10(也见图3和6)，其适于向机身4的一部分(如在文件EP2813432中所述)直接打印三维物体，如支架；传送工具11，其适于保持和运载物品12，如供技术人员8使用的材料或工具(也见图5)；或测量或观测工具14(见图4)，其适于进行特定测量或观测。如在图1中所示，具有传送工具11的第二机器人可被用于从远程存储区15获得所需物品12以及将物品12运载至机身4，其中当前未使用的第二机器人3也位于远程存储区15中。在这个方面，这种第二机器人3可随后被联接至机器人臂3以将物品12提升至技术人员8所需的升高位置。然而，如在图1中所示，还可能的是第二机器人3被用于直接将物品12运载至技术人员8所选的位置，而未被联接至机器人臂6。远程存储区可以是用于例如空间站的例如，工厂或物流室的，例如，物流飞机库。

如上面所解释的，包括3D打印机10的第二机器人3为第一类的第二机器人3、10，其适于进行涉及飞行器或航天器的改动的特定操作；包括测量或观测工具14的第二机器人3、14为第二类的第二机器人，其适于观测、测量或分析由第一类的第二机器人进行的特定操作的结果，且包括传送工具11的第二机器人3、11为第三类第二机器人，其适于进行涉及传送供技术人员使用的特定类型的工具以对第一类的第二机器人3、10进行的且由第二类的第二机器人观测、测量或分析的特定操作的结果进行返工或校正的特定操作。例如，由第二类的第二机器人3、14进行的观测、测量或分析的结果可通过第二类的各个第二机器人3、14进行显示或指示，从而使技术人员可请求第三类的第二机器人3、11取回和带来适当的返工或校正工具。

要注意的是与第一机器人2具有相同的构造且可在第一机器人2发生故障的情况下更换第一机器人2的至少一个机器人2’优选为位于远程存储区15中，从而产生额外的冗余。机器人2’适于且可操作用于从持有多个不同物品12的存储架取回物品12并将所取回的物品12加载至具有传送工具11的第二机器人3上，或按本文所述的方式将其机器人臂联接至具有传送工具11的第二机器人3并将第二机器人3提升至其中存储有所需物品12的存储架隔间，从而使第二机器人3可取回物品12并将其加载至其传送工具11上。在后一种情况下，优选为将传送工具11构造成以使其包括抓握元件，其可向存储架隔间延伸或延伸至其中、抓握物品12并将其缩回至第二机器人3上。机器人2’还可被用于将第二机器人3提升至在远程存储区15内的其他位置，例如充电站的位置。

因此，第二机器人3根据需要在存储区15和工作环境16，如机身4内部之间来回移动。第一机器人2的操作和移动是由控制单元17(见图3)控制的，且第二机器人3的操作和移动是由在第二机器人3中的每一个中设有的控制单元18(见图4)控制的。这些控制单元17、18可从中央控制单元(未示出)接收控制命令。然而，如果在各个第二机器人3和机器人臂6之间进行联接后第二机器人3的控制单元18独立操作且将控制命令或编程指令提供至第一机器人2的控制单元17，这是优选的，从而使第二机器人2在联接后适于特定第二机器人3的要求。这允许系统1特别高度的灵活性和适用性。

在图1中，在进行其特定操作期间，第二机器人3被联接至机器人臂6且由其所保持。然而，如在图2中所示，替代地或额外地，可通过机器人臂6将第二机器人3置于要进行特定操作的位置上，随后将它们固定该位置，例如，通过吸取工具而进行，从而可在第二机器人3进行特定操作的同时将机器人臂6用于其他目的。在之后，控制机器人臂6以取回第二机器人3并将其放在地面上，从而使其或移回存储区15。多个第二机器人3可通过单个机器人臂6被置于并固定在不同的位置上。

图3示出被联接至机器人臂6的第二机器人3的详细立体图。机器人臂6包括采用具有方形横截面的细长直杆19的形式的联接元件。杆19被固定在至机器人臂6的一个端区并从机器人臂6延伸。第二机器人3按下面参照图4所述的方式被固定至杆19。

图4示出另一个第二机器人3的主视图。第二机器人3包括多个轮子20，其被配置成允许第二机器人3的平移以及第二机器人3绕第二机器人3的垂直中轴线进行的旋转移动。轮子20被联接至电动马达21，从而使其可通过电动马达21驱动以进行平移且优选为还进行旋转移动。电动马达21和轮子20与控制单元18一起被安装在第一安装板22a上。第二机器人3还包括第二安装板22b和第三安装板22c，其彼此间隔地进行设置且在上方与第一安装板22a间隔开并平行于第一安装板22a。工具9被安装至第三安装板22c，其为最高的安装板且联接部分23被安装至第二安装板22b。安装板22a、22b和22c限定三个不同的高度，其中的每一个具有专门的功能性，从而使第二机器人3有利地具有模块化结构，其简化了第二机器人3的构造和配置。

图5示出另一个第二机器人3的主视图，除了工具部分9包括采用抓握和保持工具的形式的传送工具11之外，该第二机器人3与图3和4所示的第二机器人3相同。在图5中，保持物品12的容器是通过传送工具11保持的。

在图4和9a至9e中所示的联接部分23适于按自定心方式联接至杆19。为此，联接部分23包括由金属片材制成的通常为U形的第一引导元件24以及同样由金属片材制成的通常为V形的引导元件25。对第一引导元件24进行配置，从而使通常为U的形状的内表面的两个相对部分24a、24b构成两个第一引导表面24a、24b，其在与第二安装板22b所限定的平面相平行的平面中彼此间隔且面向彼此，从而在其之间限定出平面状的第一插入空间26。第一插入空间26具有在第一引导表面24a、24b的两端27a、27b之间限定的入口。从两端27a、27b开始，其首先相关于彼此成角度延伸以限定插入空间26的锥形部分26a，然后在第一引导表面24a、24b变为平行的相对定向以限定直且窄的通道部分26b。

第二引导元件25以这样一种方式被布置在第一插入空间26的通道部分26b的上方，从而使V形的凹侧面向通道部分26b且V形的顶部直线在通道部分26b纵向的上方中央并平行于纵向延伸。因此，布置第二引导元件25以提供两个平面的第二引导表面25a、25b，其相关于彼此成角度进行布置且在V形的顶部直线上的过渡区25c中相遇。由于该布置，第二引导表面25a、25b限定并限制第二插入空间28，其从通道部分26b向过渡区25c成锥形。

图9a至9e以示意性立体图按分离方式示出图3和4的杆和联接部分，并示出将杆联接至联接部分的步骤。为了将杆19联接至联接部分23，将各个第二机器人3移至在机器人臂6的移动范围内的一个位置，从而可将杆19插入第一插入空间26中(见图9a)。由于锥形部分26a，第二机器人3的旋转定向必须与杆19的纵轴线进行精确地对齐。相反地，当轮子20允许让第二机器人3绕中央垂直轴线的旋转移动时，假设杆19的纵轴线不与通道部分26b的纵轴线相对齐，在杆19沿其纵轴线在第一插入空间26的平面中向第二机器人23移动后，杆19将最终在锥形部分26a的区域中与第一引导表面24a、24b中的一个相接触。在杆19的进一步的移动后，将沿第一引导表面24a、24b向通道部分26b引导杆19并将其引导至其中，而第二机器人3同时进行相应的旋转移动，从而进行杆19的纵轴线与过渡区25c的纵轴线的第一次对齐。由于与杆19的宽度相比通道部分26b具有相对较大的宽度，第一次对齐则是相对粗略的。

一旦已将杆19部分插入通道部分26b(见图9b)中，则可大约在通道部分26b和过渡区25c(见图9c)之间的中途处将其向上移至第二插入空间28中。随后，杆19再次沿其纵轴线进行移动直到从杆19的相对侧横向延伸的两个板形突起60a、60b中的至少一个的前边63a、63b与第二引导元件25的前边中的一个相接触，从而在机器人臂6和第二机器人3之间限定出预定距离(见图9d)。

接下来，杆19被再次向上移动，同时突起60a、60b以其边缘63a、63b沿第二引导元件25的前边进行滑动。除非杆19的直上边29(见图3)与过渡区25c完美对齐，杆19最终将接触到第二引导表面25a、25b中的一个且在进一步的向上移动后，其将被引导至过渡区25c中，直到上边29在V形的顶点处抵住过渡区25c而被支撑为止。与此同时，第二机器人3将进行平移和旋转移动，以实现杆19的纵轴线和过渡区25c的纵轴线之间精确的第二次对齐且还限定第二机器人23相关于机器人臂6的预定高度。

由于在杆19的上边29和过渡区25c之间的接触，支撑住第二机器人3得以抵抗水平方向的平移并抵抗绕垂直轴线的旋转移动。为了支撑住第二机器人3得以还抵抗绕水平轴线的旋转移动，杆19的突起60a、60b的上边61a、61b被配置成在间隔的位置上与第三安装板22c的下表面相接触，从而完成三点支撑(见图9e)。在这种状态中，锁定机构被卡合以防止脱开第二机器人3与杆19的联接。例如，锁定机构可包括锁定突起62，其从接近杆末端的杆19处横向延伸并设置成以使锁定突起62延伸通过第二引导元件25的向后的边缘。锁定突起62沿杆19的轴向与板形突起60a、60b的前边63a、63b间隔开，从而在锁定突起62和前边63a、63b之间轴向保持住引导元件25，如在图9e中所示。

在上述的实例中，联接元件23构成第一联接部分且杆19构成第二联接部分，其适于按自定心方式而彼此联接。在图7a至7c中示意性地示出用于联接布置的一个替代实例，其包括被设置在第一机器人2的机器人臂6上的第一联接部分40以及被设置在第二机器人3中的每一个上的第二联接部分41。第一联接部分40包括多个，例如，三个容座42，其每一个均包括销接收部分43和朝向销接收部分43变细的锥形入口部分44。销接收部分43具有合适的尺寸，从而使具有例如，圆形横截面的细长销45可经垂直于销45的纵轴线的移动(见图7b中的双箭头)而通过入口部分44进入和退出销接收部分43。对于容座42中的每一个而言，设有作为第二联接部分41的一部分的销45。

容座42和销45以这一种方式被布置在各个虚圆(在图7c中以虚线46示出)上，从而当第一和第二联接部分40、41适当地彼此对齐时，通过第一和第二联接部分40、41绕圆46的中轴线彼此相应的相对旋转，销45可同时被移至销接收部分43中如图7a和7b中所示的位置并被移出容座42(见图7c)。

对于销45中每一个而言，第二联接部分41还包括细长且，例如圆柱形锁定螺栓47，其可选择性地在图7a中所示的位置和在图7b中所示的位置之间沿其纵轴线的方向移动，在图7a中所示的位置上，其延伸至相关联的容座42的内部中从而防止销45离开销接收部分42，且在图7b中所示的位置上，从容座42的内部移除锁定螺栓47，从而允许销45进入和退出。例如，锁定螺栓47可通过在销接收部分43的壁中设有的开口48a、48b(仅在图7a中所示)进行插入。

锁定螺栓47的上述移动优选为通过各个多个的锁定螺栓移动装置49实现，其在所示的实施例中为气动装置，其包括其中设置有可移动活塞51的气缸50。可移动活塞51是通过压缩弹簧52或另一个偏置工具而被偏置至图7a中所示的位置中，其中锁定螺栓47处于锁定位置上。为了将锁定螺栓47移至图7b所示的未锁定位置，可将气体介质，如加压空气通过端口53导入气缸50中，从而在气缸50的内部向上移动活塞51，且由于在活塞51和锁定螺栓47之间的联接接合，将锁定螺栓47移出销接收部分43的内部。重要的是，由于通过弹簧52将锁定螺栓47预偏置至锁定位置中，在发生电力故障，即气动压力的损失的情况下，第一和第二联接部分40和41保持被固定地彼此联接和锁定。还可能的是，锁定螺栓的移动装置49是电动操作，其中锁定螺栓47同样有利的是被预偏置至锁定位置中。

第二联接部分41可按任何合适的位置和定向被设置在第二机器人3上。例如，第二联接部分41而非联接布置23，可按圆周46以水平或垂直定向被安装在第二安装板22a上或在第一安装板22a之下，从而使圆周46的平面平行于第一安装板22a。第一联接部分40可被直接安装在机器人臂6而非杆19上，或替代地在杆19上。在后一种情况下，图4和图7a至7c的联接布置还可按这种方式进行组合，使得第一和第二联接部分40和41附加设置在图4的杆19和联接部分23上且第一和第二联接部分40和41构成杆19和联接部分23的锁定机构。

应注意的是，还可能是的，将第一和第二联接部分40和41的上述配置颠倒，即，第一联接部分40包括销45和锁定螺栓移动装置29且第二联接部分41包括容座42。

第二机器人还包括三个超声波距离传感器30、31和32，其中超声波距离传感器30在联接期间被设置在图4中可见的一侧上并面向机器人臂，超声波距离传感器31被设置在相对的一侧上并面向相对的方向(见图8)，且超声波距离传感器32被设置成面对垂直于传感器30和31所面对方向的方向，且更特别地，面对第二机器人的移动方向(见图8)。应注意的是，也可使用其他类型的距离传感器以替代超声波距离传感器。如在图8中所示，超声波距离传感器31可操作以检测在第二机器人3和机身4的壁之间的距离，且第二机器人3的控制单元18可操作以控制第二机器人3以沿壁按预定的可选择或可调整的距离移动。传感器30可操作以检测在它和它前面的物体之间的距离或大致检测物体是否位于传感器30前的限定的最大距离内。控制单元18接收传感器30的传感器信号且可操作以基于传感器信号检测被安装在杆19上的板33并控制第二机器人3停止其沿在板33之前的机身4壁的移动。以这种方式，可按简单的方式获得第二机器人3关于杆19的粗略限定的位置和定向，而不要求第二机器人3具有复杂的导航工具。超声波距离传感器32同样可操作以检测在其和在其之前的物体之间的距离或大致检测物体是否位于传感器32前的限定的最大距离内，且控制单元18接收传感器32的传感器信号并可操作以基于传感器信号控制第二机器人3以在检测到在移动路径中的障碍后停止其移动或改变移动路径以绕过障碍，例如，通过调整被保持在壁4和传感器31之间的距离而实现。

Claims (15)

1.一种在飞行器或航天器的装配或维护期间进行多个操作的机器人系统，所述机器人系统(1)包括：

-第一机器人(2)，其适于被定位在接近飞行器或航天器的机身(4)处且包括：

-基座部分(5)，

-一端连接在所述基座部分(5)上的并在相对端具有第一联接部分(19)的可移动机器人臂(6)，以及

-适于控制所述机器人臂(6)的第一控制装置(17)，以及

-多个第二机器人(3)，每一个均小于所述第一机器人(2)且包括：

-移动装置(20)，其允许所述各个第二机器人(3)被支撑在地面上并允许沿所述地面进行所述第二机器人(3)的平移以及绕垂直于所述地面的轴线进行旋转运动，

-驱动部分(21)，其可操作用于驱动所述移动装置(20)以至少实现所述各个第二机器人(3)的所述平移，

-工具部分(7)，其包括适于进行所述多个操作的特定操作的工具(9)，以及

-第二联接部分(23)，其适于选择性和可释放地按预定位置关系与所述第一联接部分(19)联接，以及

-适于控制所述各个第二机器人(3)的第二控制装置(18)，

其中对于所述多个操作中的每个操作而言，所述多个第二机器人(3)包括至少一个第二机器人(3)，其上的所述工具(9)适于进行所述各个操作，且

其中所述第一和第二控制装置(17、18)适于控制

-所述第二机器人(3)中的一个的所述驱动部分(21)和所述机器人臂(6)，以将所述第一联接部分(19)和所述各个第二联接部分(23)按所述预定位置关系联接起来，

-随后控制所述机器人臂(6)使得所述工具部分(7)与由所述机器人臂(6)保持的所述第二机器人(3)一起移动至选定位置，在所述选定位置要进行适于所述各个第二机器人(3)的所述工具部分(7)进行的所述特定操作，以及

-随后控制所述第二机器人(3)在所述选定位置进行所述特定操作。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述第一控制装置(17)还适于控制所述第一联接部分(19)，并且/或者其中所述第二机器人(3)的所述第二控制装置(18)还适于控制所述各个第二联接部分(23)。

3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，还包括主控制单元，经由有线或无线通信连接所述主控制单元可操作与所述第一控制装置(17)和/或所述第二控制装置(18)进行通信，以及分别向所述第一控制装置(17)和所述第二控制装置(18)提供控制命令或编程指令。

4.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其中所述第一和第二控制装置(17、18)配置成，在将所述第一联接部分(19)与所述第二机器人(3)其中一个的所述第二联接部分(23)联接后，使所述第一控制装置(17)与所述各个第二控制装置(18)通过接口连接以建立通信连接，且所述第二控制装置(18)将用于控制所述机器人臂(6)的所述移动且被存储在所述第二控制装置(18)中的控制命令或编程指令经所述通信连接提供至所述第一控制装置(17)。

5.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其中所述第二机器人(3)中的每一个的所述驱动部分(21)、所述第二联接部分(23)和所述工具部分(7)为可选择性且独立地进行替换的模块单元。

6.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其中每个第二机器人(3)还包括三个高度，布置成一个在另一个的顶部，其中所述驱动部分(21)位于所述三个高度中的最低的一个，所述第二联接部分(23)位于所述三个高度中的中间高度，且所述工具部分(7)位于所述三个高度的最高高度。

7.根据权利要求6所述的机器人系统，其中所述三个高度中的每一个是由基板(22a、22b、22c)限定的，在其上面分别安装有所述驱动部分(21)、所述第二联接部分(23)和所述工具部分(7)。

8.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其中所述第二机器人(3)中的至少某些个的所述工具(9)为3D打印机(10)；分析、测量或观察工具(14)；传送工具(11)；检查或修理工具；加热装置、涂装或涂布装置或紧固工具。

9.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其中

-所述第一联接部分包括细长且直的联接元件(19)，其具有第一纵轴线且从所述机器人臂(6)延伸以使所述联接元件(19)可沿所述第一纵轴线按第一方向通过所述机器人臂(6)选择性地移动且至少移至第二方向，该第二方向垂直于所述第一纵轴线且当所述第一纵轴线为水平定向时为竖直向上的方向，其中所述联接元件(19)包括：

-沿所述第一纵轴线延伸的第一邻接面，

-背离所述机器人臂(6)的至少一个第二邻接面，

-两个间隔的第三邻接面，其面向所述第二方向且相关于所述第一纵轴线位于所述联接元件(19)的相对侧上，以及

-第一锁定工具(62)，且

-所述第二联接部分(23)包括

-两个间隔的第一边界面(24a、24b)，它们在第一平面中面向彼此且彼此相对并且在两者之间限定出第一插入空间(26)，该第一平面在当所述各个第二机器人(3)被支撑在水平地面上时为水平定向，该第一插入空间具有合适的尺寸从而可通过沿所述联接元件(19)的所述纵轴线在所述第一平面中移动所述联接元件(19)而使所述联接元件(19)至少部分地通过在所述第一边界面(24a、24b)的两端(27a、27b)之间的开口插入所述第一插入空间(26)中，其中所述第一插入空间(26)包括从所述开口延伸的第一部分(26a)以及通过所述第一部分(26a)与所述开口相分离的第二部分(26b)，其中所述第一部分(26a)从所述开口向着所述第二部分(26b)成锥形，

-两个第二边界面(25a、25b)，这两个边界面是相关于彼此成角度布置的且至少面向所述第一插入空间(26)的所述第二部分(26b)，从而使其从所述第一插入空间(26)向上限定出成锥形的第二插入空间(28)，所述联接元件(19)在它已至少部分地被插入所述第一插入空间(26)的所述第二部分(26b)后，能够通过移动所述联接元件(19)而沿垂直于所述第一平面的所述第二方向至少部分地进行插入所述第二插入空间之中，其中所述第二插入空间(28)向上地朝向在所述两个第二邻接面之间的细长且直的过渡区(25c)成锥形，所述过渡区(25c)具有第二纵轴线以及第四邻接面(26)，所述第四邻接面沿所述第二纵轴线延伸并沿垂直于所述第一平面的方向面向所述第一插入空间(26)，其中所述第四邻接面被配置成，当所述第一和第二纵轴线彼此平行且所述联接元件(19)处于所述第二插入空间(28)内的最高位置上时，由所述第一邻接面接触且随后支撑所述联接元件(19)以对抗沿所述第二方向和沿垂直于所述第一和第二方向的方向上的移动，

-至少一个第五邻接面，其被布置和配置成由所述至少一个第二邻接面接触以限制所述联接元件(19)沿在远离所述机器人臂(6)的方向中的所述第二纵轴线的移动，

-两个间隔的第六邻接面，其被布置和配置成当所述第一邻接面接触到所述第四邻接面时由所述两个第三邻接面接触且随后防止所述第二联接部分(23)绕所述第二纵轴线的旋转移动，以及

-第二锁定工具(25)，其适于当所述第一邻接面接触到所述第四邻接面，所述至少一个第二邻接面接触到所述至少一个第五邻接面且所述两个第三邻接面接触到所述两个第六邻接面时，选择性地与所述第一锁定工具(62)相接合，其中当所述第一和第二锁定工具(62、25)相接合时，防止了所述联接元件(19)沿在朝向所述机器人臂(6)的方向中的所述第二纵轴线的移动。

10.根据权利要求9所述的机器人系统，其中

-所述联接元件(19)包括两个相关于所述第一纵轴线从所述联接元件(19)的相对侧延伸的两个突起(60a、60b)，其中每个突起(60a、60b)具有限定出所述第二邻接面中的一个的第一直边(63a、63b)和/或限定出所述第三邻接面中的一个的第二直边(61a、61b)和/或

-所述第一插入空间(26)的所述第二部分(26b)为在所述第一边界面(24a、24b)的平行部分之间具有恒定宽度的细长通道部分，和/或

-所述第二边界面(25a、25b)为至少一个边界元件(25)上限定出所述至少第五邻接面的表面部分，和/或

-所述两个第六邻接面为板元件(22c)的表面上的部分。

11.根据权利要求9所述的机器人系统，其中所述第三邻接面的角定向是可调整的。

12.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其中所述第二控制装置(18)适于接收指示所述各个第二机器人(3)移至在所述机器人臂(6)的移动范围中的一个位置的控制命令。

13.根据权利要求12所述的机器人系统，其中所述第二机器人(3)中的每一个包括被联接至所述各个第二控制装置(18)且可操作用于感测预定物体(33)的传感器布置(30、31、32)，其中所述第二控制装置(18)适于在检测到所述预定物体(33)后停止所述第二机器人(3)至在所述机器人臂(6)的所述移动范围中的所述位置的移动。

14.根据权利要求13所述的机器人系统，其中所述传感器布置(30、31、32)为距离传感器布置，其适于感测在所述距离传感器布置和所述预定物体(33)之间距离，其中所述第二控制装置(18)适于在检测到在预定距离处的所述预定物体后停止所述第二机器人(3)至在所述机器人臂(6)的所述移动范围中的所述位置的移动。

15.一种操作根据前述权利要求中任一项所述的机器人系统(1)的方法，其中

所述第一机器人(2)被定位在接近在工作环境(16)中的飞行器或航天器的机身(4)处，从而使每个第二机器人(3)的所述工具(9)能够在被所述机器人臂(6)保持时到达所述机身(4)的一部分，

所述机器人系统还包括至少一个第三机器人(2’)，其具有与所述第一机器人(2)相同的构造且位于远程存储区(15)中，在该远程存储区(15)中多个物品(12)被存储在存储架的隔间中，

所述多个第二机器人(3)包括至少一个第一类的第二机器人(3)，其适于进行涉及对所述飞行器或航天器进行改动的特定操作，至少一个第二类的第二机器人(3)，其适于进行涉及观测、测量或分析由所述第一类的所述第二机器人(3)中的一个进行的所述特定操作的结果的特定操作，以及至少一个第三类的第二机器人(3)，其适于进行涉及传送特定类型的物品(12)以供技术人员(8)使用以对由所述第一类的所述第二机器人(3)中的一个进行的且由所述第二类的所述第二机器人中的一个进行观测、测量或分析的所述特定操作的所述结果进行返工或校正的特定操作，以及

所述方法包括下列步骤：

a)操作所述第一机器人(2)和一个所述第一类的所述第二机器人(3)以将所述第二机器人(3)联接至所述机器人臂(6)，从而进行涉及对所述飞行器或航天器进行改动的所述各个特定操作且随后断开所述第二机器人(3)与所述机器人臂(6)的联接，

b)操作所述第一机器人(2)和一个所述第二类的所述第二机器人(3)以将所述第二机器人(3)联接至所述机器人臂(6)，从而进行涉及观测、测量或分析在步骤a)中由所述第一类的所述第二机器人(3)进行的所述特定操作的结果的所述各个特定操作，

c)分析在步骤b)中由所述第二类的所述第二机器人(3)进行的所述观测、测量或分析的所述结果以确定技术人员(8)是否需要所述物品(12)中的一个以对步骤a)中由所述第一类的所述第二机器人(3)进行的所述特定操作的所述结果进行返工或校正，并且如果需要所述物品(12)中的一个，基于对所述结果的分析，操作所述第三机器人(2’)和一个所述第三类的所述第二机器人(3)以

-将所述第二机器人(3)联接至所述第三机器人(2’)的所述机器人臂(6)，用所述机器人臂(6)将所述第二机器人(3)提升至所述确定的物品(12)，操作所述第二机器人(3)以将所述物品(12)移至所述第二机器人(3)的所述工具(9)上以及脱开所述第一和第二机器人(3)的联接或用所述机器人臂(6)将所述确定的物品(12)移至所述第二机器人(3)的所述工具(9)上，以及

-通过所述第二机器人(3)将所述确定的物品(12)传送至在工作环境(16)中的技术人员(8)。