CN109079842A - 自动化设备的范围延伸臂的工具承载端部的稳定化 - Google Patents

自动化设备的范围延伸臂的工具承载端部的稳定化 Download PDF

Info

Publication number
CN109079842A
CN109079842A CN201810605365.5A CN201810605365A CN109079842A CN 109079842 A CN109079842 A CN 109079842A CN 201810605365 A CN201810605365 A CN 201810605365A CN 109079842 A CN109079842 A CN 109079842A
Authority
CN
China
Prior art keywords
end effector
tool
contactor
stabilizer
orientation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810605365.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109079842B (zh
Inventor
J·J·特洛伊
G·E·乔治逊
S·W·莱
D·J·赖特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/623,304 external-priority patent/US10625427B2/en
Application filed by Boeing Co filed Critical Boeing Co
Publication of CN109079842A publication Critical patent/CN109079842A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109079842B publication Critical patent/CN109079842B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/007—Manipulators mounted on wheels or on carriages mounted on wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/1005—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising adjusting means
    • B25J9/1015—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising adjusting means using additional, e.g. microadjustment of the end effector
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00—Arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0019—End effectors other than grippers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0095—Gripping heads and other end effectors with an external support, i.e. a support which does not belong to the manipulator or the object to be gripped, e.g. for maintaining the gripping head in an accurate position, guiding it or preventing vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/109—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements comprising mechanical programming means, e.g. cams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1615—Programme controls characterised by special kind of manipulator, e.g. planar, scara, gantry, cantilever, space, closed chain, passive/active joints and tendon driven manipulators
    • B25J9/162—Mobile manipulator, movable base with manipulator arm mounted on it
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • B25J9/1697—Vision controlled systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/10—Manufacturing or assembling aircraft, e.g. jigs therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41A—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A31/00—Testing arrangements
    • F41A31/02—Testing arrangements for checking gun barrels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H11/00—Defence installations; Defence devices
    • F41H11/12—Means for clearing land minefields; Systems specially adapted for detection of landmines
    • F41H11/16—Self-propelled mine-clearing vehicles; Mine-clearing devices attachable to vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H11/00—Defence installations; Defence devices
    • F41H11/12—Means for clearing land minefields; Systems specially adapted for detection of landmines
    • F41H11/16—Self-propelled mine-clearing vehicles; Mine-clearing devices attachable to vehicles
    • F41H11/32—Decoy or sacrificial vehicles; Decoy or sacrificial devices attachable to vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/40—Maintaining or repairing aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/60—Testing or inspecting aircraft components or systems
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39024—Calibration of manipulator
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40298—Manipulator on vehicle, wheels, mobile
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45066—Inspection robot
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45071—Aircraft, airplane, ship cleaning manipulator, paint stripping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本申请公开了自动化设备的范围延伸臂的工具承载端部的稳定化。提供可以用于稳定配备自动化范围延伸工具的组件的臂的远端(以及与其附接的末端执行器)的设备和方法。由三个或更多个稳定器提供稳定化，每个稳定器包括静止部分和可移动部分。每个静止部分具有相对于末端执行器的固定方位；每个可移动部分可平移地联接到相应静止部分并且包括设置在可移动部分的远端处的接触器。当稳定器被致动时，接触器朝向工件表面平移并接触工件表面，并且然后锁定就位以稳定臂的远端和末端执行器。在工具操作期间，稳定器减少末端执行器(和与其固定联接的所有结构)的振动。

Description

自动化设备的范围延伸臂的工具承载端部的稳定化
背景技术
本公开涉及用于使用安装在自动化设备的臂的端部上的工具来制造、修理和维护大型结构(诸如飞行器)的系统和方法。
发明内容
本文公开的主题涉及可以用于稳定配备自动化范围延伸工具的组件的臂的远端(以及与其附接的末端执行器)的设备和方法，以实现大型结构(诸如飞行器)的尺寸标测、非破坏性检验(NDI)和/或修理。(如本文所使用的，术语“末端执行器”是指包括臂的自动化设备的最后连杆，在所述臂的端点处附接有维护工具)。末端执行器能够保持和定向探头或传感器((例如，NDI传感器单元、激光扫描器、相机等))或其他工具((例如，钻头、砂磨机、真空装置、“抓取器”、涂料喷洒器等)。本文公开的稳定技术减少了末端执行器(和与其附接的工具)相对于目标对象的振动，同时仍允许可快速部署的地面机器人移动平台。本文公开的稳定化装置还可以用于减少机器人臂电动机上的负荷，这提高了这些电动机的电力使用效率和寿命。
根据各种实施例，由三个或更多个稳定器提供稳定化，每个所述稳定器包括静止部分和可移动部分。每个静止部分具有相对于末端执行器的固定方位；每个可移动部分可平移地联接到相应静止部分并且包括设置在可移动部分的远端处的接触器。当稳定器被致动时，接触器朝向工件表面平移并接触工件表面，并且然后锁定就位以稳定臂的远端和与其附接的末端执行器。在工具操作期间，稳定器抵抗末端执行器(和与其固定联接的所有结构)沿基本上平行于稳定器的轴线(可能相互平行)的方向并朝向工件表面的移动。
根据一些实施例，每个稳定器包括伸缩管和弹簧，所述弹簧促使接触器(例如，接触垫或缓冲器)抵靠工件表面。根据其他实施例，每个稳定器包括气动缸，所述气动缸促使接触器抵靠工件表面。稳定器在基本垂直于稳定器的接触方位处产生力以抵抗相对于表面的运动。用于稳定化的另一种方法是提供通过吸引、粘附或夹持来附接到工件表面的装置。例如，根据各种实施例，稳定化装置可以采用抽吸、静电吸引、可释放粘合剂(如用于将可移除挂钩安装在墙壁上的条带)、或物理抓取工件上的突起的“夹持器”。
本文公开的技术通过在范围延伸(extended-reach)自动化设备的臂的远端处提供稳定化而实现用于飞行器和其他大型结构应用的模块化、快速、低成本的机器人使用。所公开的技术克服了伴随用于将机器人臂延伸到工作方位并同时维持位置精度的一些技术的一个或多个缺点，所述缺点包括重量过大、复杂性和成本及缺乏模块性。
根据一个NDI应用，地面爬行式自动化设备具有末端执行器，所述末端执行器被配置成接受可互换的NDI装置(诸如红外热成像扫描器和超声波换能器阵列扫描器)。根据另一个NDI应用，自动化设备具有末端执行器，所述末端执行器被配置成接受具有与其可移动地联接的超声波换能器阵列扫描器的红外热成像扫描器。可以使用本文公开的设备来稳定任一个扫描器(在第一应用中)和组合的扫描器(在第二应用中)。稳定范围延伸臂的远端的能力使得能够将低成本的范围延伸机器人用于飞行器的制造、修理和维护。
尽管以下将更详细地描述用于稳定联接到自动化设备的范围延伸臂的远端的末端执行器的设备和方法的各种实施例，但是这些实施例中的一个或多个可以由以下方面中的一个或多个来表征。
以下详细公开的主题的一个方面是一种自动化设备，其包括：具有远端的臂；联接到臂的远端的末端执行器；联接到末端执行器的第一工具；以及多个稳定器，每个稳定器包括静止部分和可移动部分，其中：每个静止部分具有相对于末端执行器的固定方位；并且每个可移动部分可平移地联接到相应静止部分并包括设置在可移动部分的远端处的接触器。每个接触器可以包括固定缓冲器或可枢转接触垫。在任一情况下，接触器优选地由弹性体材料制成。
根据前段所述的自动化设备的一个实施例，多个稳定器中的每个稳定器还包括弹簧，并且对于多个稳定器中的每个稳定器：静止部分包括外管；可移动部分还包括可滑动地设置在外管内部的内轴；接触器附接到内轴的远端；并且弹簧促使内轴在一定方向上平移，使得接触器进一步远离末端执行器移动。
根据另一个实施例，对于多个稳定器中的每个稳定器：静止部分包括基部缸；可移动部分还包括在基部缸内可滑动的活塞和连接到活塞的活塞杆；接触器附接到活塞杆的远端；并且静止部分还包括杆锁，所述杆锁附接到基部缸并且被配置用于锁定活塞杆以防止移动。
以下详细公开的主题的另一个方面是一种用于执行维护操作的方法，其包括：(a)将机器人移动平台移动到臂的远端处的工具能够到达目标对象的表面上的第一感兴趣区域的第一方位；(b)配置机器人移动平台，使得末端执行器处于相对于第一感兴趣区域的正确方位处；(c)将多个稳定器的接触器延伸成与目标对象的表面接触，所述稳定器联接到臂；(d)将稳定器的接触器锁定就位以将末端执行器维持在相对于第一感兴趣区域的正确方位处；以及(e)当末端执行器维持在相对于第一感兴趣区域的正确方位处时，使用工具来执行第一维护操作。该方法还可以包括：(f)在完成维护操作之后，解锁稳定器的接触器；(g)缩回稳定器的接触器；(h)将机器人移动平台移动到工具能够到达目标对象的表面上的第二感兴趣区域的第二方位；(i)配置机器人移动平台，使得末端执行器处于相对于第二感兴趣区域的正确方位；(j)将多个稳定器的接触器延伸成与目标对象的表面接触；(k)将稳定器的接触器锁定就位以将末端执行器维持在相对于第二感兴趣区域的正确方位处；以及(l)当末端执行器维持在相对于第二感兴趣区域的正确方位处时，使用工具来执行第二维护操作。
以下详细公开的主题的又一个方面是一种用于执行维护操作的方法，其包括：(a)将工具联接到末端执行器，所述末端执行器进而联接到自动化设备的臂的远端；(b)激活自动化设备以执行对准操作，所述对准操作将工具定位在相对于目标对象的表面上的感兴趣区域的方位处；(c)当工具处于所述方位时，将联接到臂的远端的多个稳定器的接触器延伸成与目标对象的表面接触；以及(d)当接触器与目标对象的表面接触时，激活工具以执行维护操作。该方法还包括在激活工具之前，在稳定器的接触器与目标对象的表面接触的同时将稳定器的接触器锁定就位。
又另一个方面是一种自动化设备，其包括：包括轮的基座平台；可移动地联接到基座平台并具有远端的臂；联接到臂的远端的末端执行器；联接到末端执行器的工具；以及联接到工具或末端执行器的多个稳定器；每个稳定器包括杆和设置在杆的远端处的接触器，其中杆可选择性地延伸或缩回并且接触器由弹性体材料制成。根据一些实施例，每个稳定器包括可操作以延伸或缩回杆的气动缸、以及附接到气动缸并配置用于锁定杆以防止移动的杆锁。
以下公开了用于稳定联接到范围延伸自动化设备的臂的远端的末端执行器的系统和方法的其他方面。
附图说明
先前部分中讨论的特征、功能和优点可以在各种实施例中独立实现，或者可以在另外的其他实施例中组合。出于说明上述和其他方面的目的，下文将参考附图描述各种实施例。本节中简要描述的图表均未按比例绘制。
图1是标识用于机身部分的热图像成像的系统的一些部件的框图。
图2是表示根据一个实施例的基于地面的机器人NDI移动平台的侧视图的图。
图3是表示根据另一个实施例的基于地面的机器人NDI移动平台的侧视图的图。
图4是表示图3中描绘的机器人NDI移动平台的一些部件的分解图的图。
图5是表示在扫描由复合材料制成的弯曲工件的过程中的基于地面的机器人NDI移动平台的透视图的图。(安装到机器人末端执行器的激光测距仪在图5中未示出，但在图6中示出。)
图6是表示图5中描绘的机器人NDI移动平台的一部分的侧视图的图，所述部分包括末端执行器和安装到末端执行器的三个激光测距仪。
图7是表示安装到图5中描绘的机器人NDI移动平台的末端执行器的红外热成像扫描器的透视图的图。
图8是表示图7中描绘的红外热成像扫描器的前视图的图。
图9是标识根据一些实施例的对准系统的一些部件的框图。
图10是表示用于大型工件的红外热成像检验的扫描图案(3×2)的图。
图11是标识根据一个实施例的采用末端执行器对准过程的非破坏性检验方法的一些步骤的流程图。
图11A和图11B(结合)形成标识图11中以高级描绘的方法中采用的对准过程有限状态机所执行的一些步骤的流程图。
图12是表示使用局部定位系统(LPS)的扫描区域边界测量的图。
图13是表示使用LPS的机器人系统的初始方位对准的图。
图14是表示根据一个实施例的执行机器人对零件定位过程的LPS的透视图的图。
图15A至图15C分别表示三个激光测距仪的前视图、侧视图和顶视图，所述三个激光测距仪在公共平面中以三角形图案布置并且指向目标对象表面上的相应点，激光测距仪和点被相应的距离分开。
图16是表示具有四个麦克纳姆轮的完整运动基座平台的顶视图的图，其中各种尺寸由双头箭头指示。
图17是标识根据一些实施例的用于大型复合结构的红外热成像检验的系统的一些部件的框图。
图18是表示根据一个实施例的在使用气动稳定扫描器来扫描弯曲工件的过程中的基于地面的机器人NDI移动平台的透视图的图。
图19是标识用于使用配备有维护工具和多个稳定器的机器人移动平台来执行维护操作的方法的步骤的流程图。
图20是表示根据替代性实施例的安装到末端执行器的稳定混合式工具组件的视图的图。
图20A和图20B是表示在图20中看到的相应虚线矩形20A和20B内的混合式工具组件的相应部分的放大视图的图。
图21和图22是分别表示图20中描绘的混合式工具组件的前视图和侧视图的图。
图23是标识用于使用具有杆锁定机构的气动缸来稳定范围延伸臂的远端的系统的一些部件的图。
图24是标识根据一个实施例的用于将超声波换能器阵列和稳定器联接到自动化设备的臂的远端的机械联接件的框图。
图25是标识控制系统的部件的框图，所述控制系统使用旋转编码器来跟踪图20中描绘的类型的NDI传感器单元的相对方位(例如，相对于使用局部定位系统获取的初始方位)。
图26是标识固定联接到末端执行器的稳定器的一些部件的框图，所述稳定器包括可伸缩管、弹簧和接触器。
图27是表示根据另一个实施例的具有臂的气动稳定远端的基于地面的机器人NDI移动平台的侧视图的图。
以下将参考附图，其中不同附图中的类似元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
包括飞行器的许多大型结构通常要进行例行维护，包括检验和/或修理各种部件。已知在大型结构的制造、修理和维护中使用配备自动化工具的设备(例如，机器人移动平台)。典型地，工具联接到末端执行器，所述末端执行器进而联接到自动化设备的臂的远端。该臂可以由单个刚性连杆或多个刚性连杆组成，所述刚性连杆通过接头按顺序可旋转地联接或可平移地联接以用于延伸/缩回。
如果末端执行器与臂的近端之间的距离超过指定阈值，则自动化维护操作的功效可能减少，这是由于臂的远端处的定位和定向控制丢失造成的。更具体地，正在为了复合材料飞行器结构的自动化制造、修理和检验而开发的机器人必须延伸其范围以超越当前的安装有多轴线支座的机器人。同时，其精确活动(诸如在非破坏性检验期间创建嵌接处修理或进行扫描)需要位置稳定的远侧工作端。
用于稳定自动化设备的臂的至少一些当前解决方案增加了设计的重量、尺寸和成本并限制了设备的有用性、可移植性和可适用性。其他已知的解决方案是使用真空跟踪扫描系统(例如，扫描器安装到桥的扫描系统，所述桥沿着使用真空粘附装置来粘附到工件表面的轨道移动)、或者安装或附接到表面的爬行式机器人(例如，具有多个独立控制的抽吸装置的机器人爬行器)。这些提供了末端执行器的稳定性，但要求直接安装/拆卸活动，所述活动可能具有安全性、人体工程学方面的潜在损害和安装时间缺陷。
以下详细公开的稳定化装置可以安装在具有安装到铰接臂或非铰接臂的远端的末端执行器的任何机器人设备上。在以下描述的示例中，末端执行器可枢转地联接到刚性延伸臂，所述臂不是铰接的。然而，在替代性实施例中，延伸臂可以具有附加致动的平移或旋转自由度。取决于哪种工具最适合于执行预定的维护操作，可以将多种不同类型的可互换维护工具中的任何一种附接到末端执行器并且稍后将其从末端执行器拆卸。
如本文所使用的，术语“工具”是指可以安装到机器人设备的臂的远端处的末端执行器并且在执行自动化制造、修理或维护程序的过程中使用的任何装置。每个维护工具都包含用于执行其预定功能的元件。合适的维护工具的一些示例包括但不限于以下：(a)摄像机和光源，其用于实现对有限访问空间内的损坏的视觉检验；(b)NDI传感器单元(例如，超声波换能器阵列、涡流探头、微波传感器、红外热成像单元等)；(c)激光线扫描器或三维标测头，其用于在某一方位处进行尺寸测量或标测损坏；(d)其他传感器或传感器阵列；(e)小型砂磨机或磨床，其用于在修理期间移除材料；(f)真空装置，其用于拾取外来对象碎片或修理碎片；(g)喷头，其用于喷涂或涂覆修理区域；(h)涂敷器，其用于涂敷涂层；(i)火焰清理机；(j)钻头；以及(k)用于维护或修理的其他工具。
为了说明的目的，现在将详细描述用于对由复合材料(例如，由纤维增强塑料制成的复合层压物)制成的机身部分进行非破坏性检验的系统和方法。更具体地，首先将描述具有附接到末端执行器的红外热成像子组件的机器人设备。该机器人设备可以被修改以便还通过将超声波检验组件安装到红外热成像装置的壳体来执行超声波检验。根据又一个实施例，超声波检验组件可以在没有红外热成像装置的情况下安装到机器人装置的末端执行器。
红外热成像方法和装置使得能够执行材料的非破坏性测试，以便检测缺陷、材料性质的变化、或材料的涂层或层的厚度差异。红外成像可以检测材料表面处或其下方的热扩散率或热导率的局部变化。红外热成像可用于金属(诸如含铁材料，包括钢)或非金属材料(诸如塑料、陶瓷或复合材料)。
主动(active)热成像用于针对子表面缺陷来非破坏性地评估样品。它对揭示内部粘合不连续性、分层、空隙、夹杂物和其他结构缺陷是有效的，这些缺陷通过对样品的视觉检验是不可检测的。通常，主动热成像包括加热或冷却样品以产生样品温度与环境温度之间的差异，并且然后观察样品随着其温度返回环境温度而发出的红外热特征。使用红外相机是因为它能够检测冷却行为中的任何异常，其可能是由于子表面缺陷阻碍热量从样品表面到样品内部的扩散而引起的。更具体地，这些缺陷致使缺陷正上方的表面以不同于周围无缺陷区域的速率冷却。随着样品冷却，红外相机监测并记录指示表面温度的图像时间序列，由此创建随时间推移的表面温度改变的记录。
通常，使用闪光灯来加热材料的表面，并且在固定时间段之后，拍摄已加热材料的表面的热图像。用于热成像加热的系统通常采用氙闪光管和现成照相电源以用于样品激发。红外相机对来自材料表面的红外光谱辐射进行成像，所述红外光谱辐射代表材料表面的温度。材料表面的温度差异指示材料的不同热特性。材料热特性的这些变化指示可能的材料缺陷或包括异物。
通过了解红外相机视场在机身部分表面上的确切方位来获得红外特征处理所需的结构厚度和堆叠几何结构。
图1是标识用于机身部分2的热图像成像的系统的一些部件的框图。红外热成像检验系统包括数字红外相机4，所述数字红外相机4具有被引导通过机罩12中的相机镜头孔径5的镜头，所述机罩12被设计为形成与被检验表面相邻的外壳。一对闪光灯6a和6b设置在机罩12的内部并与机罩12形成固定空间关系。响应于来自红外热成像处理控制计算机(在下文中为“红外热成像计算机8”)的触发信号，闪光灯6a和6b产生闪光，所述红外热成像计算机8也控制红外相机4的操作。适用于与本文公开的至少一些实施例一起使用的一种类型的红外相机4的一个示例包括被配置成充当光谱辐射计的焦平面阵列(FPA)装置。例如，在美国专利7,186,981中可以找到关于可以包括在一定类型的闪光灯组件中的其他部件的更多细节，所述类型的闪光灯组件包括红外相机、一对闪光灯和机罩。
根据一种热成像检验方法，首先触发闪光灯6a和6b以便将热量传递到机身部分2的复合材料。优选地，在复合材料的冷却期间，周期性地触发红外相机4以捕获机身部分2的加热部分的变化光谱辐射的连续数字图像。优选地，被检验的复合材料的热激发(加热)区域将在激发源移除之后单调地冷却，直到样品与其周围环境达到热平衡。由红外相机4捕获的数字红外成像数据被红外热成像计算机8接收以用于处理。红外热成像计算机8被编程以处理红外成像数据以检测和定位材料边缘、材料表面下方的异物、或其他材料异常(诸如分层和超出容差的孔隙度)。红外成像数据可以显示在显示监视器(图1中未示出)上，所述显示监视器可以与红外热成像计算机8集成或分离。
根据图1中描绘的实施例，红外热成像计算机8可以具有数字图像获取能力，以便将来自红外相机4的红外成像数据转换为可以由红外热成像计算机8分析和数学操纵的格式。可选的数据获取模块10可以合并在红外热成像计算机8中或与其分离(如图1中描绘的)。如果在复合结构表面太大而无法装配到单个图像帧的情况下，红外相机4捕获多个空间不同的图像以产生复合结构表面的完全拼接图像，则可以使用数据获取模块10。红外热成像计算机8可以被进一步编程以分析由红外相机4捕获的红外成像数据。具体地，可以分析机身部分2随着其返回室温的表面温度响应的时间历史以检测复合材料中的缺陷的存在。
在检验机身部分的具体应用的背景下，非破坏性检验系统可以包括用于从机身部分外部的有利点扫描机身部分蒙皮的装置。在以下公开的实施例中，外部扫描装置包括配备有红外相机的机器人。机器人包括可移动机器人基座和具有联接到机器人基座的近端的机器人臂。机器人基座可以是移动的完整履带式车。红外热成像扫描器联接到机器人臂的远端。红外热成像扫描器包括红外相机和附接在机罩内的两个或更多个闪光灯。机罩的尺寸可以被设计成覆盖机身部分的外表面上的矩形区域。可以基于使用局部定位系统对机器人基座相应方位的测量，将从相邻矩形区域获取的红外成像数据缝接(stitch)在一起。缝接过程可以实时执行或者可以稍后执行。
现在将详细描述被配置成使用本文公开的方位对准反馈概念的NDI系统的各种实施例。根据一些实施例，NDI系统是具有末端执行器的自动化平台，其能够从飞机的任一侧到达机身的顶部和底部的中心线。该NDI系统包括麦克纳姆轮式完整运动基座平台、由基座平台承载的竖直延伸桅杆、枢转末端执行器、接近传感器、以及用于安装在末端执行器上的多种类型的NDI装置的支撑件。具有位于延伸臂上的枢转末端执行器的竖直支撑桅杆允许检验飞机机身部分的整个高度。完整运动基座平台允许机器人沿着机身的长度快速且有效地重新定位NDI扫描器单元。具有距离传感器反馈的运动控制软件使得能够自动捕获重叠的网格图案扫描。还捕获参考位置数据以便将NDI扫描与适当的飞机坐标系对准。系统相对易于在自动或手动控制模式中进行设置和使用。它可以被配置成接受安装到其末端执行器的各种类型的NDI单元，包括：涡流、超声波和红外热成像(IRT)的NDI传感器。
图2是表示根据一个实施例的基于地面的机器人NDI移动平台200的侧视图的图。该平台包括完整运动基座平台204、红外热成像(IRT)扫描器214、以及在机器人控制器(未示出)的控制下的自动化扫描器支撑设备(由完整运动基座平台204承载)。自动化扫描器支撑设备包括竖直可延伸桅杆206，其可以根据需要延伸和缩回以改变IRT扫描器214的高度。竖直可延伸桅杆206包括：第一桅杆部分206a，其具有线性轴线和固定地联接到完整运动基座平台204的一个端部；第二桅杆部分206b，其具有线性轴线并且可滑动地联接到第一桅杆部分206a以用于沿着平行于第一桅杆部分206a的轴线的线滑动；以及第三桅杆部分206c，其具有线性轴线并且可滑动地联接到第二桅杆部分206b以用于沿平行于第二桅杆部分206b的轴线的线滑动。根据一个实施方式，桅杆的竖直延伸由单个电动机和缆索滑轮系统控制。
图2中描绘的基于地面的机器人NDI移动平台200还包括四连杆臂机构208，以控制可枢转地联接到四连杆机构的远端的末端执行器212的位置和取向。四连杆机构208的驱动连杆由电动机驱动式导螺杆或液压缸210驱动以相对于第三桅杆部分206c旋转。IRT扫描器214被安装到末端执行器212并且与末端执行器212一起旋转。IRT护罩216围绕IRT扫描器214，以便将IRT扫描器214与弯曲工件202(例如，机身部分)之间的空间体积与周围环境隔离。
图3是表示根据另一个实施例的基于地面的机器人NDI移动平台220的侧视图的图。该实施例包括竖直可延伸桅杆206、固定地联接到第三桅杆部分206c的刚性延伸臂222、以及可枢转地联接到刚性延伸臂222的两侧的远端的末端执行器224。图4是表示图3中描绘的机器人NDI移动平台220的一些部件的分解图的图。该实施例具有对延伸高度以及末端执行器俯仰的独立可编程控制。末端执行器224的俯仰旋转可以由具有不可反向驱动的齿轮箱(未示出)的位置控制电动机246(参见图4)驱动。
图5是表示在扫描由复合材料制成的弯曲工件202的过程中的基于地面的机器人NDI移动平台230的原型的透视图的图。IRT扫描器214被安装到末端执行器224，所述末端执行器224进而可在机器人控制器80的控制下围绕俯仰轴线枢转。末端执行器224可枢转地联接到刚性延伸臂232，所述刚性延伸臂232进而固定地联接到竖直可延伸桅杆206的最高桅杆部分。IRT扫描器214通过电缆242将获取的数据发送到红外热成像计算机(图5中未示出)。机器人NDI移动平台230还配备有报警灯244，其在启用系统时在开关之间进行切换。
根据一个提出的实施方式，完整运动基座平台204采用被布置成A型对位于一个对角线上并且B型对位于另一个对角线的四个麦克纳姆(Mecanum)轮。A型麦克纳姆轮与B型麦克纳姆轮的不同之处在于，前者的锥形滚子(roller)以不同于后者的锥形滚子的角度进行定向。每个麦克纳姆轮可以由相应的独立控制步进电动机驱动以进行旋转。通过控制每个轮的旋转速度和方向，可以使得麦克纳姆轮式车在任何方向上移动并转弯。例如，使所有四个轮以相同速率沿相同方向旋转会导致向前移动或向后移动；使一侧上的轮以相同速率但是沿与另一侧上的轮相反的旋转方向旋转会导致车辆旋转；并且使A型轮以相同速率但是沿与B型轮相反的旋转方向旋转会导致侧向移动。完整运动基座平台204在机载控制计算机(即机器人控制器)的控制下移动。在美国专利号9,410,659中描述了合适的麦克纳姆轮式完整运动基座平台的结构和功能，所述专利申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。
根据一个实施例，围绕完整运动基座平台204的周边安装多个传感器(图5未示出)以指示车的该特定区域中的障碍物的存在。运动控制器使用该传感器数据来阻止在与该特定传感器相关联的方向上发生附加运动，但是仍然允许在其他方向上的运动。潜在的传感器包括接触传感器、透过光束(thru-beam)传感器和接近传感器。该防撞系统将以类似于美国专利号7,194,358中描述的类似方式操作。
如前所述，本文公开的方位对准反馈过程采用距离传感器以确定IRT扫描器214相对于目标对象(例如，工件202)的位置和取向(即，方位)。可以使用至少三个非共线的距离测量装置来实时计算相对方位。为了减轻刮伤目标对象表面的任何可能性，选择激光测距仪代替接触探头以用作距离传感器。除了近范围的距离和角度引导之外，激光测距仪还向平台运动控制器提供较长范围距离反馈的优势以用于一般导航目的。
根据一个实施方式，三个激光测距仪(图5未示出)被安装到末端执行器224。图6是表示图5中描绘的机器人NDI移动平台的一部分的侧视图的图，所述部分包括末端执行器224和安装到末端执行器224的三个激光测距仪。三个激光测距仪中的仅两个激光测距仪(即，激光测距仪236和238)在图6中可见。第三激光测距仪(即，激光测距仪240)在图7中可见。如图6所示，第一激光测距仪236附接到L形安装板218a，所述L形安装板218a进而附接到末端执行器224。类似地，第二激光测距仪238附接到L形安装板218b(在图6和图7中示出)，所述L形安装板218b进而附接到末端执行器224；并且第三激光测距仪240附接到L形安装板218c(图7中示出)，所述L形安装板218c进而附接到末端执行器224。
图7是表示安装到末端执行器224的IRT扫描器214(移除了护罩216)的透视图的图，所述末端执行器224进而可枢转地联接到刚性延伸臂232。如前所述，激光测距仪236、238和240被安装到末端执行器224。从图8的前视图中可以最佳地看到，激光测距仪236安装在比IRT扫描器214的机罩12的最高点的高度更高的高度处，而激光测距仪238和240安装在比IRT扫描器214的机罩12的最低点的高度更低的高度处，以一定距离分开。优选地，激光测距仪236、238和240设置在等腰三角形的顶点处。图15A示出了一种布置，其中使激光测距仪238和240分开的距离(即，等腰三角形的底边)是a，并且使激光测距仪236与激光测距仪238和240之间的中点分开的距离(即等腰三角形的高)是b。
图5-图7中描绘的系统使用机载对准系统，以便确定末端执行器224对于目标对象的相对方位(位置和取向)偏移。该过程使用来自激光测距仪236、238和240的距离信息以实时计算相对方位。然后，系统将该数据提供给机器人控制器以产生末端执行器224的期望的基于反馈的运动(其还可以包括机器人的其他零件的运动控制)。
该过程所实现的一种形式的控制是半自动化控制，以在对准的某个方面辅助操作员，诸如末端执行器224的取向，以便确保它始终垂直于目标对象的表面或确保它始终与表面相距特定距离。
图9是标识根据一些实施例的对准系统的一些部件的框图。距离传感器14(例如，激光测距仪236、238和240)向计算机16(例如，机器人控制器)提供距离信息。计算机16被配置(例如，被编程)成基于从距离传感器14接收的距离信息来确定将末端执行器224与目标对象表面对准的移动。这些移动可以包括以下中的一个或多个：将完整运动基座平台204移动到新方位；延伸或缩回竖直的可伸展桅杆206；以及围绕俯仰轴线枢转末端执行器224。机器人NDI移动平台包括由相应的电动机控制器18控制的多个电动机20。计算机16将命令信号发送到选定的电动机控制器18，以激活用于将末端执行器224与目标对象表面对准的机器人移动。
该过程所实现的另一种形式的控制是全自动化运动控制，其中操作员指定高级目标(诸如m×n网格图案)，并且然后自动化控制器基于高级目标和来自对准系统的反馈进行运动规划。例如，图10是表示用于大型工件的IRT检验的3×2扫描图案22的图。首先，IRT扫描器获取扫描区域26a的IRT数据。然后，IRT扫描器向上移动并停止在其获取扫描区域26b的IRT数据的方位。优选地，扫描区域26b与扫描区域26a略微重叠以便于将扫描缝接在一起并确保在覆盖范围内没有间隙。接下来，IRT扫描器向右移动并停止在其获取扫描区域26c的IRT数据的方位。然后，IRT扫描器向下移动并停止在其获取扫描区域26d的IRT数据的方位，随后向右移动以获取扫描区域26e的IRT数据，并且然后向上移动以获取扫描区域26f的IRT数据。IRT扫描器在该过程期间的扫描路径28在图10中用箭头指示。
对准过程提供了对机器人的单独运动直接编程的替代方案。它还使得系统能够适应环境中的意外改变，以及为末端执行器提供防撞能力以便在不接触目标表面的情况下实现相对于目标表面的期望位置和取向。
这里使用的自动化过程基于有限状态机控制应用程序，所述应用程序基于外部输入来管理从一个状态到另一个状态的转变。该框架使得系统能够基于多种类型的输入和系统的当前状态产生响应。用于产生自动生成的运动路径规划和扫描器控制信号的系统的各种动作基于满足用于一种操作模式与另一种操作模式之间的转变的准则。根据一个实施例，有限状态机使用传感器反馈来触发离散系统状态组之间的转变。
现在将参考机器人NDI移动平台来描述过程，所述机器人NDI移动平台包括承载机器人臂的基座平台(例如，完整运动基座平台)，所述机器人臂在其远端处具有NDI传感器(例如，IRT扫描器)，基座平台和机器人臂的移动由装置控制器(例如，机器人控制器)控制。图11示出了系统的整体操作的高级过程，并且图11A和图11B示出了与所述过程的对准基础方面相关联的细节。在机器人控制器与NDI传感器控制计算机(例如，图1中标识的红外热成像计算机8)之间发送的数字信号实现了单独的机器人和NDI传感器系统之间的同步。
图11标识根据一个实施例的采用末端执行器对准过程的非破坏性检验方法100的一些步骤。为了开始所述过程，系统操作员识别NDI传感器相对于目标对象的第一方位(步骤102)。可以通过视觉方法(由操作员)完成、或者自动(利用类似LPS的指向系统)完成该步骤。然后，系统操作员可以操作基座平台和机器人臂以将NDI传感器移动到大致第一方位(步骤104)。在步骤106中，系统操作员向装置控制器提供图案中的期望数量的扫描。将该数量与存储在网格方位计数器中的计数进行比较，所述计数器在每次获取图案中的扫描时都会增加。在步骤108中，装置控制器计算初步路径参数并开始自动化扫描获取。系统操作员还启用接近/碰撞检测(步骤110)。然后，系统操作员使用外部跟踪系统(例如，LPS)来捕获第一方位的3D坐标(步骤112)。(外部跟踪系统先前已经被校准，使得其自身相对于目标对象坐标系的3D坐标是已知的，这允许LPS计算机计算第一方位相对于目标对象坐标系的3D坐标。)在此之后，启用用于在对准过程期间和扫描过程期间控制NDI传感器的运动的有限状态机(步骤114)(即，转到图11A中的A)。(将在下一段中参照图11A和图11B描述有限状态机。)在已经对准NDI传感器并且已经完成扫描图案之后，系统操作员使用外部跟踪系统来捕获NDI传感器的结束方位的3D坐标(步骤116)。然后，可以通过将来自邻接扫描的扫描数据缝接(stitching)在一起来组装组合图像(步骤118)。
图11A和图11B(结合)形成标识图11中以高级描绘的方法中采用的有限状态机所执行的一些步骤的流程图。有限状态机是过程的数学模型，其在任何给定时间只能处于有限数量的状态中的一个状态。
根据一个提出的实施方式，机器人控制器首先检查(即，确定)有限状态机(FSM)是否被设置为GRID_MOVE状态(步骤120)。GRID_MOVE是机器人在以高级限定的网格方位之间移动的状态。例如，如果系统操作员希望系统以3×2图案捕获数据，则机器人将沿着图10中所示的扫描路径28移动以形成连续的网格。如果机器人控制器在步骤120中确定FSM未处于GRID_MOVE状态，则机器人控制器然后直接行进到步骤128。如果机器人控制器在步骤120中确定FSM处于GRID_MOVE状态，则机器人控制器然后确定序列中是否存在附加的网格方位(步骤122)。这通过将网格方位计数器中的当前计数与待获取扫描的预设数量进行比较来完成。如果机器人控制器在步骤122中确定序列中不存在附加的网格方位(即，计数等于预设数量)，则过程返回到图11中的步骤116。如果机器人控制器在步骤122中确定在序列中存在附加的网格方位(即，计数小于预设数量)，则机器人移动到未对准的NDI传感器的下一个方位(步骤124)，在此之后将有限状态机器的状态设置为ALIGN(步骤126)。在下一个步骤中，机器人控制器确定有限状态机是否被设置为ALIGN状态(步骤128)。
ALIGN状态是：机器人正使用三个距离传感器以确保末端执行器的俯仰和偏摆使得NDI扫描器的瞄准(aim)轴线垂直于目标对象的表面。如果机器人控制器在步骤128中确定有限状态机未处于ALIGN状态，则机器人控制器直接行进到图11B中的步骤144。如果机器人控制器在步骤128中确定有限状态机处于ALIGN状态，则机器人控制器确定是否需要细化(refined)NDI传感器的方位(步骤130)。如果机器人控制器在步骤130中确定不需要细化NDI传感器的方位(即，NDI扫描器的瞄准轴线垂直于目标对象的表面)，则机器人控制器将有限状态机的状态设置为SCAN(步骤132)并且直接行进到图11B中的步骤144。如果机器人控制器在步骤130中确定确实需要细化NDI传感器的方位(即，NDI扫描器的瞄准轴线不垂直于目标对象的表面)，则机器人控制器按顺序执行以下步骤：(a)从距离传感器获取距离数据(步骤134)；(b)根据期望的对准位置计算取向和平移偏移(步骤136)；(c)将距离与期望偏移对准(步骤138)；(d)对准末端执行器的偏摆角以实现与目标对象表面的垂直性并且调整横向位置(步骤140)；(e)对准末端执行器的俯仰角以实现与目标对象表面的垂直性并且调整高度(步骤142)；以及(f)返回步骤130。
如前所述，如果机器人控制器在步骤130中确定不需要细化NDI传感器的方位，则机器人控制器将有限状态机的状态设置为SCAN(步骤132)并且直接行进到图11B中的步骤144。在步骤144中，机器人控制器确定有限状态机是否被设置为ALIGN状态。如果机器人控制器在步骤144中确定有限状态机未处于SCAN状态，则机器人控制器返回图11A中的步骤120。如果机器人控制器在步骤144确定有限状态机处于SCAN状态，则机器人控制器向NDI扫描器控制计算机(例如，图1中标识的红外热成像计算机8)发送扫描器控制命令(步骤146)。然后，机器人控制器检查扫描器响应(步骤148)并且确定是否已完成扫描图案(步骤150)。如果机器人控制器在步骤150中确定未完成扫描图案，则机器人控制器返回步骤148。如果机器人控制器在步骤150中确定已经完成扫描图案，则机器人控制器按顺序执行以下步骤：(a)使NDI扫描器返回方位(步骤152)；(b)将有限状态机的状态设置为GRID_MOVE；(c)使网格方位计数器增加；以及(d)返回图11中的步骤114。
在完成自动化扫描序列后，可以然后将来自每个IRT扫描的单独图像缝接在一起以产生检验区域的单个表示。
上述系统可以具有用于机器人操纵器或其他装置的通用对准任务的许多潜在用例。这些用例中的一种用例是用于在航空制造和维护环境中的基于网格的NDI扫描获取，例如飞机机身的基于网格的扫描。
在典型操作期间，该系统可以由用户驱动(遥控操作)到大致第一方位，在此之后，所述系统被设置为自动获取沿着飞机机身的任一侧以操作员限定的竖直和水平图案布置的网格扫描，如图10所示。
运动控制算法的自动化网格扫描特征涉及将来自三个激光测距仪236、238和240的距离数据反馈到运动控制算法，这分别设置平台204和末端执行器224的水平和竖直放置以及偏摆和俯仰取向。该方法消除了对系统的单独预定义运动路径的需要，从而简化了使用并减少了安装时间。
还可以在遥控操作模式下完全控制系统以允许操作员手动获取数据。半自动化模式也是可能的，其中系统操作员控制平台方位和桅杆高度，并且系统自动适配末端执行器俯仰取向以保持与其前方表面的垂直对准。
为了在飞机坐标系中正确定位扫描，需要对扫描的边界区域进行3D坐标位置测量。该边界参考允许将组合的扫描图像放置在与目标对象及其相关联的CAD模型相同的坐标系中。这使得所获取的扫描与目标对象的相应3D模型相关联以及提供方位数据以供将来参考。对于该系统，使用局部定位系统(LPS)24(图12中所示)来获取目标对象54的坐标系中的3D坐标位置数据。例如，图12示出了LPS 24将激光束30引导在测量的边界位置60处。假定已经相对于目标对象54的坐标系校准LPS 24，通过LPS 24获取的边界位置数据点可以用于确定每个边界位置在目标对象54的坐标系中的坐标。
根据一个实施例，当IRT扫描器214(参见图5和图8)在捕获特定方位的扫描数据时，可以通过以IRT护罩216的拐角作为目标来完成获取扫描的边界。在第一次扫描之前和最后一次扫描之后、或在网格序列中的任何中间方位处执行这些LPS边界测量。根据一个提出的实施方式，IRT护罩216上的拐角(或一些已知方位)可以具有有源(例如，LED)或无源的光学目标或其他可见特征。无源方法要求系统操作员运行LPS 24以对向(target)点；使用有源LED目标启用了使用LPS相机以检测LED的自动化方法。在理想情况下，最好是获得扫描区域的所有四个拐角，但是IRT罩216有时遮挡光学目标，这使得难以对向它们。该过程部分所需的光学目标的最小数量是两个，因为人们可以例如使用来自目标对象的3D CAD模型的表面法线来做出关于X乘Y扫描区域的形状的假设。
LPS 24的机动平转-倾斜(pan-tilt)控制方面允许它还提供初始方位基准和引导能力以指示期望的第一扫描方位。在将LPS 24初始校准到目标对象上的已知方位之后，操作员可以指导LPS 24将其激光指示器瞄准在目标表面上的指定3D坐标处，在图13中指示所述激光点38。如图13所示，操作员然后驱动机器人以将其激光测距仪236、238和240的激光点32a、32b和32c围绕LPS激光点38分别对准。
为了使用LPS 24来获取目标对象54(例如，飞机)的坐标系中的测量值，系统操作员使用目标对象上的三个已知点。这三个点是校准点，其与IRT护罩216上的针对扫描配准过程而测量的点分开。这意味着，如果人们想要将扫描数据与飞机坐标对准，则LPS测量的最小总数为五个：三个用于初始LPS校准并且两个用于限定其中进行扫描的矩形区域。
图14是根据一个实施例的能够执行机器人对目标定位过程的系统的透视图。使用包括单个相机40和可控制的平转-倾斜单元42上的激光测距仪(未示出)的LPS 24来执行机器人对目标定位过程。在美国专利号7,859,655中公开了LPS操作和校准过程，所述专利的公开内容通过引用以其整体并入本文。
更具体地，图14中描绘的局部定位系统包括可以具有自动(远程控制)变焦能力的摄像机40。摄像机40被支撑在平转-倾斜机构42上。摄像机40和平转-倾斜机构42可以由LPS控制计算机48操作。LPS控制计算机48通过视频/控制电缆46与摄像机40和平转-倾斜机构42通信。可替代地，LPS控制计算机48可以通过无线通信路径(未示出)与摄像机40和平转-倾斜机构42通信。LPS控制计算机48被配置成控制LPS硬件的操作，所述LPS硬件包括激光测距仪(未示出)、摄像机40和平转-倾斜机构42。例如，可以使用计算机48的键盘或其他用户接口硬件36(例如，游戏手柄)来控制平转-倾斜机构42的平转(pan)角度和倾斜角度，并且因此控制摄像机40的取向。如通过摄像机40看到的光学图像场可以显示在LPS控制计算机48的监视器33上。
控制平转-倾斜机构42，以便围绕竖直方位角(平转)轴线和水平仰角(倾斜)轴线旋转地将激光测距仪(未示出)和摄像机40调整到选定角度。根据相机被瞄准在感兴趣点时的平转和倾斜角度来确定方向矢量66(在图14中由虚线指示)，其描述了激光测距仪(未示出)和摄像机40相对于三脚架44(或其上附接有平转-倾斜单元的其他平台)的固定坐标系的取向。在图14中，方向矢量66从激光测距仪(未示出)和摄像机40延伸并且与护罩216的一个拐角上的点94a相交。
激光测距仪可以以使得它沿着方向矢量66传输激光束的方式合并在相机40的外壳内或者安装到相机40的外部。激光测距仪被配置成测量到护罩216上的任何可见特征(例如，拐角94a-94c中的一个拐角)的距离、或到弯曲工件202上的任何校准点(例如，点92a-92c)的距离。(每个校准点可以是弯曲工件202上的可见特征或附接到弯曲工件202的光学目标。)激光测距仪可以具有激光器、以及被配置成基于响应于从冲击点反射的激光束而检测到的激光来计算距离的单元。
图14所示的局部定位系统还包括加载到LPS控制计算机48中的三维定位软件。例如，三维定位软件可以具有使用弯曲工件202上的多个校准点92a-92c来限定摄像机40相对于弯曲工件202的方位(位置和取向)的类型。如根据特征位置的三维数据库(例如，CAD模型)或其他测量技术确定的，校准点92a-92c可以是弯曲工件202的局部坐标系中的已知位置的可见特征。在LPS校准过程期间，从CAD模型中提取至少三个非共线点的X、Y、Z数据。通常，选择对应于可以容易地定位在目标对象上的特征的校准点。三维定位软件利用校准点92a-92c的X、Y、Z数据和来自平转-倾斜机构42的平转和倾斜数据来限定摄像机40相对于弯曲工件202的局部坐标系的相对位置和取向。到校准点92a-92c的测量距离可以与来自平转-倾斜机构42的平转角和倾斜角协作地使用以解决相对于弯曲工件202的相机位置和取向。在美国专利号7,859,655中公开了一种用于产生器械对目标校准变换矩阵(有时称为相机姿态)的方法。使用已知和测量的数据，校准过程计算限定摄像机40相对于弯曲工件202的位置和取向的4×4齐次变换矩阵。
一旦已经确定摄像机40相对于弯曲工件202的位置和取向并且已经产生相机姿态变换矩阵，相机平转数据(摄像机40围绕方位角轴线的旋转角)和倾斜数据(摄像机40围绕仰角轴线的旋转角)可以与已计算的摄像机40的位置和取向结合使用以确定护罩216上的任何感兴趣点在弯曲工件202的坐标系中的X坐标、Y坐标和Z坐标。通过在扫描图案的开始和结束处定位护罩216，可以确定扫描图案在弯曲工件202的坐标系中的方位。
更具体地，可以使用相对定位过程以在扫描图案的开始和结束处确定护罩216的可见特征(例如，图14中描绘的拐角94a-94c中的任何一个)在弯曲工件202的坐标系中的方位。应用于护罩216的基本过程序列如下：(1)局部定位系统通过测量目标对象上的三个已知点92a-92c来校准到被检验的目标对象(例如，弯曲工件202)的坐标系。(2)当机器人位于扫描图案的开始处时(例如，对于图12中看到的扫描区域26a)，局部定位系统测量护罩216上的可见特征(例如，拐角94a)的方位。(3)随后，当机器人处于扫描图案的结束处时(例如，对于图12中看到的扫描区域26f)，局部定位系统用于测量护罩216上的相同可见特征或不同可见特征(例如，拐角94b或94c)的方位。(4)这允许操作员确定组成拼接图案的扫描的边界。
在计算机48中运行的LPS控制软件计算护罩216上的每个可见特征相对于弯曲工件202的坐标系的方位。LPS控制计算机48(参见图14)将方位数据发送给图17中描绘的专家工作站74，专家工作站74被配置成记录方位坐标以供将来参考。该方位数据还可用于将扫描数据与目标对象的CAD模型对准。
计算机48上的LPS控制软件输出点数据作为X值、Y值和Z值，但是为了提供弯曲工件202的位置和取向，控制应用程序不仅使用X、Y和Z数据点。为了解决位置和取向问题，使用来自三个测量点92a-92c的X、Y和Z数据以及这些点的已知尺寸来计算完整的6自由度的位置和取向表示。这就是先前描述的定位软件所作的。定位软件所使用的位置和取向格式是4×4变换矩阵，但是还存在用于表示数据的其他方式。
如果系统操作员希望执行相对LPS扫描(如美国专利申请公布号2015/0268033中描述)，则操作员可以使用目标对象上的任何三个非共线点，但不需要事先知道这些点的3D坐标(如同人们利用标准LPS方法一样)。系统操作员将不利用相对模式获得目标对象坐标中的结果，但对于一些应用程序，这不是需要的。可以使用相对LPS定位过程以确保NDI传感器对准在与先前情况相同的区域中。这对于将若干单独扫描拼合在一起或者如果需要移动LPS来说也很有用。
如先前公开的，系统使用距离测量装置(诸如激光器、弦线(string)编码器、超声波传感器)，其中基本要求是至少三个非共线距离测量装置。一种距离传感器配置(如上所述)使用以三角形形式布置的三个距离测量激光器。在替代实施例中，四个距离测量激光器以矩形形式布置。无论使用哪种传感器配置，都将距离数据连同末端执行器取向数据一起馈送到机器人控制器80。可以使用反馈控制方法以将当前角度与期望角度之间的误差驱使到零。
现在将参考图15A-图15C描述一种用于使用激光测距仪来确定角度的方法。图15A至图15C是分别表示三个激光测距仪236、238和240的前视图、侧视图和顶视图的图，所述三个激光测距仪236、238和240在公共平面中以三角形图案布置并且指向目标对象54的表面上的相应点，激光测距仪和点被相应的距离分开。
除了使用三个激光器来确定到目标的距离外，它们还用于确定偏摆角和俯仰角。图15A使用水平尺寸a和竖直尺寸b连同到目标对象54的表面的测量距离d1、d2和d3来示出激光测距仪236、238和240相对于彼此的位置。方程(1)和(2)可以用于计算俯仰角和偏摆角：
PitchAngle＝atan2(d1-(d2+d3)/2,b) (1)
YawAngle＝atan2(d2-d3,a) (2)
其中PitchAngle和YawAngle是图15A-图15C中所示的对准设备相对于目标对象54的表面的当前计算角度。相对于当前位置处的表面法线测量的这些角度的目标应当等于零；并且以下描述了用于实现目标角度的过程。
在计算出当前偏摆角和俯仰角的情况下，系统运动控制器可以针对受控运动使用速度控制方法：平转、倾斜和距离。可以使用反馈控制器(诸如比例积分微分(PID)控制器)以将当前角度与期望角度之间的误差驱使到零。方程(3)和(4)可以用于计算俯仰和偏摆运动控制：
PitchRate＝Kppitch*(PitchAngle-PitchAnglegoal) (3)
YawRate＝Kpyaw*(YawAngle-YawAnglegoal) (4)
其中PitchRate和YawRate分别描述围绕对准设备的俯仰轴线和基座的偏摆轴线的角度旋转速率；Kppitch和Kpyaw分别是与俯仰轴线和偏摆轴线相关联的成比例的反馈增益；PitchAngle和YawAngle分别是根据公式(1)和(2)计算的角度；并且PitchAnglegoal和YawAnglegoal是控制器朝向其驱动系统的期望目标角度(如前所述，针对该示例，这两个角度都为零)。也可以使用积分和微分反馈，但这里没有示出。
基座速度方程如下：
Velx＝Kpx*(MinDistx-offsetx) (5)
Vely＝Kpy*(MinDisty-offsety) (6)
其中Velx和Vely是基座的横向速度；Kpx和Kpy分别是针对基座的X方向和Y方向的成比例的反馈增益；MinDistx和MinDisty分别是激光器在X方向和Y方向上测量的最小值；并且offsetx和offsety是目标偏移距离。针对一些应用，激光器未配置成在X方向和Y方向两者上进行测量；在这些情况下，将不会使用与对准过程相关联的X或Y速度控制方程。
针对包括基座框架62、沿一个对角线的一对A型麦克纳姆轮W1和W3、以及沿另一个对角线的一对B型麦克纳姆轮W2和W4的完整运动基座平台，可以使用运动学来计算四个单独的轮速度。在图16中示出了车辆的尺寸(L和D)和期望的旋转点(通过距离a1、a2、b1、b2描述)。方程(7)至(10)中示出了轮W1至W4的单独轮速度：
VW1＝Vely-Velx+YawRate*(a1+b1) (7)
VW2＝Vely+Velx-YawRate*(a1+b2) (8)
VW3＝Vely-Velx-YawRate*(a2+b2) (9)
VW4＝Vely+Velx+YawRate*(a2+b1) (10)
其中VWi(i＝1,2,3,4)是单独轮速度；Velx和Vely是来自方程(5)和(6)的横向速度；YawRate来自方程(4)的偏摆转速；并且a1、a2、b1、b2是如图16所示的旋转点距离。
末端执行器的主要枢轴配置如下：(a)单轴线枢轴：一个电动机、一个角度传感器；以及(b)双轴线万向支架(gimbal)：两个电动机、两个角度传感器。
上述对准过程解决了离散和连续的传感器更新用例，并且该概念也可以被封装为独立系统或现有系统的一部分。
虽然本文公开的概念具有用于完整运动基座平台的应用，但是变体也适用于其他系统。潜在用例包括：完整平台和非完整平台；铰接式机器人臂；塔架(gantry)臂；混合式运动基座/臂系统；直升机和UAV；相机；灯；以及工具。
本文公开的基于激光的对准过程使得系统能够在不必在线教导机器人或离线对其进行预编程的情况下进行操作，这使得该方法更易于使用。这将末端执行器引导到位，同时适应环境中的意外改变。系统不是通过列表或预先编程的运动步骤运行，而是作为使用来自传感器的反馈的有限状态机进行操作，以便在对准、基于网格的运动和扫描过程中的各种步骤之间转变。
对准传感器还为末端执行器提供防撞能力。系统的配置允许它从基于地面的完整平台到达机身上的区域，一直到拱顶(顶部)。该解决方案提供了一种用于使用外部测量系统(LPS)来收集方位参考数据的可选过程。
收集在目标对象(例如，飞机)的坐标系中限定的方位数据的能力允许为了维护/维修使用的扫描数据与CAD数据的准确配准、以及为了存档目的记录方位信息的方式。
除了对准传感器元件之外，使用具有旋转腕和模块化工具安装件的竖直延伸臂的系统的配置提供了紧凑且相对低成本的平台，其能够以最小的地面占用面积到达机身周围的所需区域。
本文公开的系统可以被配置成接受安装到其末端执行器的各种类型的NDI装置，包括：涡流、超声波和红外热成像(IRT)的传感器。具有位于延伸臂上的枢转末端执行器的竖直支撑桅杆允许对飞机机身部分的全高度检验。完整运动基座允许沿着机身长度对传感器单元的有效重新定位。运动控制软件使得能够自动捕获重叠的网格图案扫描。捕获参考位置数据以用于与飞机坐标进行扫描对准。
在操作期间，该系统可以由操作员驱动(遥控操作)以将其置于开始区域的大致位置，并且然后被配置成自动获取沿着飞机机身的任一侧以操作员限定的竖直和水平图案布置的网格扫描。这里使用的运动控制算法的特征之一是它涉及距离传感器反馈而不是要求用于系统的单独预定义运动路径，这简化了使用并减少了安装时间。为了在飞机坐标系中正确定位扫描，需要对扫描的边界区域进行3D坐标位置测量。使用局部定位系统来获取飞机坐标系中的3D坐标位置数据。然后使用该参考位置数据以将NDI扫描与适当的飞机坐标系对准。
图17是标识根据一个计算机体系结构的用于大型复合结构的红外热成像检验的系统的一些部件的框图。机器人控制器80基于有限状态机和至少来自距离传感器(例如，三个激光测距仪)的反馈来控制机器人64的移动。LPS控制计算机48控制LPS 24的移动和启动(firing)，所述LPS控制计算机48还接收来自LPS 24的激光跟踪数据。红外热成像计算机8控制红外相机4和闪光灯6的激活，所述红外热成像计算机8还接收来自红外相机4的红外成像数据。所有这些计算机可以与专家工作站74处的主计算机进行有线通信或无线通信。专家工作站74处的主计算机可以被编程以使激光跟踪数据与红外成像数据相关。主计算机可以被进一步编程以从3D模型数据库服务器96请求3D模型数据。在热成像孔隙度测量的情况下，专家工作站74处的主计算机也可以被编程以从参考热特征数据库服务器98请求参考热特征数据。
LPS控制计算机48获取复合结构的3D坐标系中的红外相机4的方位数据。在桶形机身部分的情况下，红外成像数据可以被直接映射到机身部分的3D模型上。红外成像数据与3D模型数据的叠加还能够改善数据分析和潜在的自动化数据分析。例如，通过将红外成像数据直接叠加在3D模型上，特征/缺陷指示可以与机身结构直接相关。此外，直接数据到模型上的叠加可以用于确定孔隙度量化所需的局部区域或空间点的厚度。在一个实施例中，过程涉及将红外成像数据带应用为一个或多个计算机图形纹理图，其被投影到专家工作站74处的监视器或计算机屏幕上显示的虚拟环境中的3D模型表面上。
在一些应用中，可以在移除IRT护罩216的情况下使用IRT扫描器214。在不需要护罩的情况下，用于基于接触的NDI的附加设备(例如，超声波换能器阵列或涡流探头)可以附接到IRT扫描器214。可以通过提供用于稳定自动化设备的臂的远端的装置来增强此类实施例。根据各种实施例，由三个或更多个稳定器提供稳定化，每个所述稳定器包括静止部分和可移动部分。每个静止部分具有相对于末端执行器的固定方位；每个可移动部分可平移地联接到相应静止部分并且包括设置在可移动部分的远端处的接触器。当稳定器被致动时，接触器朝向工件表面平移并接触工件表面，并且然后被锁定就位以稳定臂的远端和与其附接的末端执行器。在工具操作期间，稳定器减少末端执行器224(和与其固定联接的所有结构)的振动。
图18是表示根据未采用IRT护罩的另一个实施例的在使用气动稳定IRT扫描器214来扫描弯曲工件的过程中的基于地面的机器人NDI移动平台的透视图的图。在扫描操作期间，通过四个气动稳定器34a-34d来稳定末端执行器224和安装到其的IRT扫描器214，所述稳定器34a-34d在将由IRT扫描器214扫描的区域之外的区域中接触弯曲工件202的表面。然而，稳定器的数量可以是三个而不是四个，或者是大于四个的某个数量。(如果只采用三个稳定器，则它们不应当是共线或接近共线的，而应当位于限制感兴趣区域的三角形的顶点处。)在图18所描绘的实施例中，气动稳定器34a-34d中的每一个包括安装到IRT扫描器214的外壳的静止部分。稍后将参考图20和图23详细描述气动稳定器34a-34d的结构和操作。
图19是标识用于使用配备有维护工具和多个稳定器的机器人移动平台来执行维护操作的方法250的步骤的流程图。方法250包括以下步骤：(a)将机器人移动平台移动到在臂的远端处的工具能够到达目标对象表面上的第一感兴趣区域的第一方位(步骤252)；(b)配置机器人移动平台，使得联接到臂的远端的末端执行器处于相对于第一感兴趣区域的正确方位(步骤254)；(c)将多个稳定器的接触器延伸成与目标对象的表面接触，所述稳定器联接到臂(步骤256)；(d)将稳定器的接触器锁定就位以将末端执行器维持在相对于第一感兴趣区域的正确方位处(步骤258)；(e)当末端执行器被维持在相对于第一感兴趣区域的正确方位处时，使用工具来执行第一维护操作(步骤260)；(f)在完成维护操作之后，解锁稳定器的接触器(步骤262)；以及(g)缩回稳定器的接触器(步骤264)。
虽然在图19中未示出，但是用于执行维护操作的方法还可以包括：(h)将机器人移动平台移动到工具能够到达目标对象表面上的第二感兴趣区域的第二方位；(i)配置机器人移动平台，使得末端执行器在相对于第二感兴趣区域的正确方位处；(j)将多个稳定器的接触器延伸成与目标对象的表面接触；(k)将稳定器的接触器锁定就位以将末端执行器维持在相对于第二感兴趣区域的正确方位处；以及(l)当末端执行器维持在相对于第二感兴趣区域的正确方位处时，使用工具来执行第二维护操作。在完成第二维护操作之后，可以再次解锁和缩回接触器，并且机器人移动平台可以被移动到下一个第二方位。
根据一个提出的实施方式，方法250的配置步骤包括以下操作中的一者或两者：(a)旋转末端执行器，使得末端执行器的轴线在感兴趣区域中垂直于目标对象的表面；以及(b)使末端执行器移位，使得末端执行器与目标对象的表面分开目标偏移距离。如将在稍后详细解释的，计算机系统被配置成根据来自激光测距仪236、238和240的反馈来控制自动化设备上的各种电动机，以实现末端执行器相对于弯曲工件202的相对表面的目标取向以及将末端执行器与弯曲工件202的相对表面分开的目标偏移距离。
图20是表示根据替代实施例的安装到末端执行器224的稳定混合式工具组件的视图的图。图21和图22是分别表示图20中描绘的混合式工具组件的前视图和侧视图的图。在该实施例中，L形安装板218a-218c(其上安装有激光测距仪236、238和240)是末端执行器224的相应连杆。末端执行器还包括一对D形轴安装板170(图20中仅可见其中的一个)，所述D形轴安装板170支撑相应的轴联接件172(图20中仅可见其中一个)，所述轴联接件172将末端执行器224与可旋转地联接到延伸臂232的端部的轴(附图中未示出)联接。
如前所述，IRT扫描器214可以安装到末端执行器224，所述扫描器因此可围绕上述轴的轴线枢转。IRT扫描器214的外壳包括具有附接到其的防溅罩的窗框76，所述窗框76形成窗332，当机器人NDI移动平台200用于执行IRT检验时，红外相机4可以通过窗332查看感兴趣区域。
图22中描绘的混合式工具组件还包括超声波换能器阵列72，所述超声波换能器阵列72通过阵列支撑组件可移动地联接到IRT扫描器214。IRT护罩216(参见图4和图5)是对基本IRT系统的增强以允许其拍摄更长距离的图像，但是IRT扫描器214仍然可以用于在没有护罩的情况下拍摄更短距离的图像。如以下将详细解释的那样，当正在使用IRT扫描器214时，可以将可能阻挡IRT扫描器内的红外相机的视野的阵列支撑组件的元件移动到不妨碍的一侧。
如图20中所见的，阵列支撑组件包括行进桥300，其跨置在附接到窗框76的前面的一对相互平行的水平线性轨道312和314上。行进桥通过嵌入块连接器310和316中的相应滑块来可滑动地联接到水平线性轨道312和314。行进桥300包括垂直于水平线性轨道312和314设置的一对相互平行的竖直线性轨道320和322。竖直线性轨道320和322附接到块连接器310和316。此外，滑架70通过滑块318(在移除滑架下，其在图20中被示为在沿着竖直线性轨道320、322的中间位置处)可滑动地联接到竖直线性轨道320和322。根据一个提出的实施方式，滑块/线性轨道组件是可从日本东京的THK有限公司商购获得的球笼式线性运动引导件。
图20A和图20B是表示在图20中看到的相应虚线矩形20A和20B内的混合式工具组件的相应部分的放大视图的图。如图20A所示的，行进桥300通过嵌入块连接器310中的滑块328可滑动地联接到水平线性轨道312。如图20B所示的，行进桥300通过嵌入块连接器316中的滑块330可滑动地联接到水平线性轨道314。
为了本公开的目的，将采用X-Y-Z坐标系，其中X方向平行于水平线性轨道312和314，Y方向平行于竖直线性轨道320和322；并且Z方向垂直于X方向和Y方向。超声波换能器阵列72可滑动地联接到滑架70以用于沿Z方向平移。滑架70进而可滑动地联接到竖直线性轨道320、322以用于沿Y方向平移。行进桥300进而可滑动地联接到水平线性轨道312、314以用于沿X方向平移。
图20中描绘的阵列支撑组件还包括一对导螺杆302和304。导螺杆302可螺纹联接到合并在块连接器316内部的导螺杆螺母(未示出)(参见图20A)。导螺杆304可螺纹联接到与滑架70固定联接的导螺杆螺母338(参见图20B)。导螺杆302的一端可旋转地安置在轴承308内部，而另一端连接到X轴运动电动机306的输出轴。轴承308和X轴运动电动机306都附接到窗框76。在替代实施例中，水平线性轨道312、314、轴承308和X轴运动电动机306可以附接到直接安装到末端执行器224的框架(在这种情况下，IRT扫描器214被移除)。此外，导螺杆304的一端可旋转地安置在轴承326内部，而另一端连接到Y轴运动电动机324的输出轴。轴承326和Y轴运动电动机324都是行进桥300的部件。每当导螺杆302旋转时，行进桥300都沿着水平线性轨道312、314滑动。每当导螺杆304旋转时，滑架70都沿着竖直线性轨道320、322滑动。平移的方向取决于导螺杆旋转的方向。因此，可以在超声波检验程序期间，跨越弯曲工件202的表面沿X方向和Y方向扫描超声波换能器阵列72。
阵列支撑组件还包括一对牵引链电缆托架174和176。牵引链电缆托架174承载连接到Y轴运动电动机324的电缆(未示出)；电缆托架176承载连接到超声波换能器阵列72的电缆(未示出)。如图20B中最佳所见的，电缆托架176的一端可枢转地联接到滑架70并且与滑架70联合地(in tandem)竖直平移。电缆托架176的另一端可枢转地联接到图20A中未示出的装置并且与行进桥300联合地水平平移。类似地，电缆托架174的一端可枢转地联接到图20A中未示出的相同装置并且与行进桥300联合地水平平移。电缆托架174的另一端不平移。
如图20B中最佳所见的，阵列支撑组件还包括被动双轴万向支架71，其可平移地且可旋转地联接到滑架70。超声波换能器阵列72安装到被动双轴万向支架71，其使得超声波换能器阵列72能够调整其关于X轴和Y轴的角位置。阵列支撑组件还包括平行于Z方向设置的第五线性轨道334和滑块336，其使得被动双轴万向支架71能够在Z方向上平移。滑块336附接到滑架70；线性轨道334与被动双轴万向支架71一起移动。这些特征使得超声波换能器阵列72能够通过调整其沿着Z轴的位置及其绕X轴和Y轴的俯仰角和偏摆角，在与弯曲表面的接触期间自校正其位置。被动双轴万向支架71被弹簧加载以提供Z方向上的顺应性。没有驱动万向支架安装式超声波换能器阵列72的Z轴运动的电动机。
如前所述，可以通过提供用于使末端执行器224相对于工件稳定的装置来增强本文公开的机器人NDI移动平台和具有范围延伸臂的其他机器人设备的操作。参考图21的前视图，图20中描绘的实施例中采用的稳定装置包括四个气动稳定器34a-34d。每个稳定器包括接触器154，所述接触器154优选由弹性体材料制成以提供牵引力并且在气动稳定器34a-34d延伸成进行接触时防止弯曲工件202的表面的刮擦。
如图20和图22中部分所示的，每个气动稳定器34a-34d包括气动缸155，所述气动缸155通过相应的电磁阀164和柔性软管(未示出)可操作地联接到压力调节器162。压力调节器162调节(即减小)通过管材166、主空气供给168和脐带缆线(未示出)供应的压缩空气的压力。气动缸155优选为双动型，这意味着它们能够沿相反方向中的任一方向移动活塞以产生延伸冲程或缩回冲程。
更具体地，每个气动缸155包括基部缸158、可在基部缸158内滑动的活塞(在图22中不可见)、以及连接到活塞并延伸到基部缸158外部的活塞杆157。接触器154附接到活塞杆157的远端。电磁阀164的状态由被配置为稳定模式的计算机控制以通过打开电磁阀164来激活活塞杆157的延伸，由此致使接触器154从图22中描绘的缩回位置移动到接触器154全部接触工件表面的延伸位置。
气动稳定器34a-34d在过程开始时是顺应性的，以使得所有四个稳定器以特定量的压力接触表面，并且它们在超声波换能器阵列72在表面上移动时锁定就位以防止组件跳动。因此，每个气动稳定器34a-34d还包括杆锁160，所述杆锁160附接到基部缸158并且被配置用于锁定活塞杆157以防止移动。根据一个提出的实施方式，杆锁160在释放存储的能量之后防止活塞杆移动(即，杆锁160在动力或压力损失期间保持负荷)。杆锁160具有用于在两个方向上夹紧的双动锁定动作。
图23是标识用于使用具有杆锁定机构160的气动缸155来稳定范围延伸臂的远端的系统的一些部件的图。机器人控制计算机80被配置成接收来自激光测距仪236、238和240的距离测量数据，并且然后控制自动化设备的各种电动机以便将末端执行器224定位在相对于工件上的感兴趣区域的期望方位。机器人控制计算机80还被配置成响应于来自系统操作员的稳定命令、或响应于在实现期望方位时的自生稳定控制信号而致使气动稳定器34a-34d一致地延伸。机器人控制计算机80还被配置成响应于来自系统操作员的锁定命令、或响应于在接触器全部接触工件表面时的自生锁定控制信号而致使杆锁160将活塞杆157锁定就位。
尽管机器人控制计算机80控制所有气动稳定器34a-34d的状态，但为了简单起见，图23仅示出了一个气动稳定器的部件。双动式气动缸158具有两个端口以允许压缩空气进入活塞156后方的内部容积186(用于活塞杆157的延伸冲程)或活塞156前方的内部容积188(用于活塞杆157的缩回冲程)。哪个内部容积填充来自主空气供给168的压缩空气取决于缸阀178的状态，所述状态进而由机器人控制计算机80控制。在活塞杆157的延伸和缩回期间，必须使缸阀178通电。它也应当在每个冲程结束时通电直到需要方向改变。气动系统还包括在活塞运动期间必须通电的锁紧阀169。当锁紧阀169未通电时，杆锁160被接合。
与图22中描绘的超声波换能器阵列72可移动地联接到IRT扫描器214的设备相比，超声波换能器阵列72可以在IRT扫描器214已经被移除之后直接联接到末端执行器224。图24是标识用于将超声波换能器阵列72和稳定器50联接到末端执行器224的机械联接件的框图。为了说明起见，将假定末端执行器224通过可枢转联接件36联接到自动化设备的臂的远端234，这意味着末端执行器可相对于远端234枢转。在替代实施例中，末端执行器224可以固定地联接到远端234。在该示例性实施例中，超声波换能器阵列72安装到万向支架71，所述万向支架71安装到滑架70，所述滑架70通过可移位联接件69联接到末端执行器224，这意味着滑架70是可相对于末端执行器移位(例如，在X-Y平面中)的。此外，稳定器50通过固定联接件68联接到末端执行器224。根据这些实施例，稳定器50包括固定地联接到末端执行器224的静止部分52和通过可平移联接件58联接到静止部分52的可移动部分56，这意味着可移动部分56可相对于静止部分52平移。在图20中描绘的示例性实施例中，基部缸158和杆锁160固定地联接以形成稳定器的静止部分52，而活塞杆157是稳定器的可移动部分56。
图25是标识控制系统的部件的框图，所述控制系统使用旋转编码器来跟踪图20B中描绘的超声波换能器阵列72的相对方位(例如，相对于使用局部定位系统获取的初始方位)。控制系统包括利用运动控制应用软件352和NDI扫描应用软件354编程的基于地面的控制计算机350。控制计算机350连接到X轴运动电动机360(其驱动行进桥300沿水平线性轨道312、314的平移)和Y轴运动电动机364(其驱动滑架70沿行进桥300的竖直线性轨道320、322的平移)。根据一个提出的实施方式，X轴运动电动机360和Y轴运动电动机364是不需要来自外部编码器的用于运动控制的反馈的步进电动机。控制计算机350可以包括利用运动控制应用软件352编程的通用计算机，所述运动控制应用软件352包括用于控制电动机的相应软件模块。运动控制应用程序352基于来自相应旋转编码器(即X轴旋转编码器362和Y轴旋转编码器366)的旋转反馈来控制电动机的操作。来自编码器的旋转计数被转换成线性测量值。
控制计算机350通过电子装置盒(图25中未示出)连接到电动机和编码器。电子装置盒包含系统电源并集成所有扫描器控制连接，并且提供控制计算机350与连接到电动机的相应柔性电缆之间的接口。来自X轴旋转编码器362和Y轴旋转编码器366的编码数据被提供给超声波脉冲发生器/接收器356。
脉冲发生器/接收器356将编码器脉冲发送到NDI扫描应用程序354。NDI扫描应用程序354使用编码器值以将扫描数据定位在适当方位。
控制计算机350托管(host)控制超声波脉冲发生器/接收器356的超声波数据获取和显示软件。超声波脉冲发生器/接收器356进而向超声波换能器阵列72发送脉冲并且从其接收返回信号。NDI扫描应用软件354控制扫描数据的全部细节和数据的显示。
图26是标识根据替代实施例的通过固定联接件78联接到末端执行器224的稳定器的一些部件的框图。在该实例中，稳定器包括：固定联接到末端执行器224的外管82、在外管82内伸缩的内轴86、安装到内轴86的远端的接触器88、施加弹簧力的弹簧84，所述弹簧力促使内轴86延伸直到接触器88接触工件的表面。这种类型的弹簧加载式稳定器不需要控制系统的致动。在一些实施例中，具有锁定机构可能是有用的。
图27是表示根据另一实施例的具有可枢转地联接到臂232的远端的气动稳定末端执行器224的基于地面的机器人NDI移动平台的侧视图的图。在该示例中，框架76安装到末端执行器224。超声波换能器阵列72以与先前参考图20B描述的方式相同的方式可移动地联接到滑架70。滑架70以与先前参考图20、图20A和图21所描述的方式相同的方式可移位地联接到框架76(图27中仅示出导螺杆304以避免混乱)。图27所示的实施例与图20所示的实施例之间的一个区别在于，四个气动稳定器(图27中仅可见两个气动稳定器180a和180b)各自包括可枢转地联接到活塞杆157的远端的可枢转接触垫182。每个可枢转接触垫182优选地由弹性体材料制成以提供牵引力，并且在四个气动稳定器(包括气动稳定器180a和180b和在图27中不可见的两个附加气动稳定器)与弯曲工件202的表面接触时防止对弯曲工件202的表面的刮擦。该实施例使用接触摩擦来提供侧向运动阻力，但是可以使用抽吸垫和静电垫来进行代替(或者如果表面是铁磁的，则甚至是磁性的)。
虽然已经参照各种实施例描述了用于稳定安装到范围延伸机器人设备的末端执行器的工具的系统和方法，但本领域技术人员应当理解，在不脱离本文传授内容的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。此外，在不背离本发明的范围的情况下，可以做出许多修改以使本文的传授内容适应特定情况。因此，意图是权利要求不限于本文公开的特定实施例。
如权利要求中所使用的，术语“方位”包括三维坐标系中的位置和相对于该坐标系的取向。如在权利要求中使用的，术语“联接到”应当被广泛地解释为包括两个部件的彼此直接联接以及两个部件的通过介入部件的联接(例如，第一工具可以通过与末端执行器的附接、或通过联接到第二工具或附接到末端执行器的其他介入部件来联接到末端执行器)。如在权利要求中使用的，术语“多个”是指三个或更多个。
本文描述的方法可以被编码为体现在非瞬态有形计算机可读存储介质(包括但不限于存储装置和/或存储器装置)中的可执行指令。此类指令在由处理或计算系统执行时致使系统装置执行本文描述的方法的至少一部分。
此外，本公开包括根据以下条款的实施例：
条款1.一种自动化设备，其包括：
具有远端的臂；
联接到臂的远端的末端执行器；
联接到末端执行器的第一工具；以及
包括静止部分和可移动部分的稳定器，其中静止部分具有相对于末端执行器的固定方位，并且可移动部分可平移地联接到静止部分并包括设置在可移动部分的远端处的接触器。
条款2.如条款1所述的自动化设备，其中稳定器包括弹簧。
条款3.如条款2所述的自动化设备，其中静止部分包括外管，可移动部分还包括可滑动地设置在外管内的内轴，接触器附接到内轴的远端；并且弹簧促使内轴在一定方向上平移，使得接触器进一步远离末端执行器移动。
条款4.如条款1-3中任一项所述的自动化设备，其中静止部分包括基部缸，可移动部分还包括在基部缸内可滑动的活塞和连接到活塞的活塞杆，并且接触器附接到活塞杆的远端。
条款5.如条款4所述的自动化设备，其中静止部分还包括杆锁，所述杆锁附接到基部缸并且被配置用于锁定活塞杆以防止移动。
条款6.如条款1-5中任一项所述的自动化设备，其还包括可移动地联接到第一工具的第二工具，其中第一工具固定地联接到末端执行器，并且稳定器的静止部分固定地联接到第一工具。
条款7.如条款6所述的自动化设备，其中第一工具是红外热成像扫描器并且第二工具是超声波换能器阵列。
条款8.如条款1-7中任一项所述的自动化设备，其中第一工具可移动地联接到末端执行器，并且稳定器的静止部分固定地联接到末端执行器。
条款9.如条款8所述的自动化设备，其中第一工具是超声波换能器阵列。
条款10.如条款9所述的自动化设备，其还包括：
第一轨道和第二轨道，所述第一轨道和第二轨道平行于第一方向设置并且设置在相对于末端执行器的相应固定方位处；
第三轨道和第四轨道，所述第三轨道和第四轨道平行于与第一方向垂直的第二方向设置并且可平移地联接到第一轨道和第二轨道以用于沿第一方向行进；
滑架，其可平移地联接到第三轨道和第四轨道以用于沿第二方向行进；
第五轨道，其安装到滑架并且垂直于第一方向和第二方向设置；以及
万向支架，其可平移地联接到第五轨道以用于沿第三方向行进，
其中超声波换能器阵列安装到万向支架。
条款11.如条款1-10中任一项所述的自动化设备，其中接触器包括可枢转接触垫。
条款12.如条款1-11中任一项所述的自动化设备，其中接触器由弹性体材料制成。
条款13.如条款1-12中任一项所述的自动化设备，其还包括具有如条款1-12中任一项所述的结构的类型的多个稳定器。
条款14.一种用于执行维护操作的方法，其包括：
(a)将机器人移动平台移动到臂的远端处的工具能够到达目标对象的表面上的第一感兴趣区域的第一方位；
(b)配置机器人移动平台，使得末端执行器处于相对于第一感兴趣区域的正确方位；
(c)将多个稳定器的接触器延伸成与目标对象的表面接触，所述稳定器联接到臂；
(d)将稳定器的接触器锁定就位以将末端执行器维持在相对于第一感兴趣区域的正确方位；以及
(e)当末端执行器维持在相对于第一感兴趣区域的正确方位时，使用工具来执行第一维护操作。
条款15.如条款14所述的方法，其还包括：
(f)在完成维护操作之后，解锁稳定器的接触器；
(g)缩回稳定器的接触器；
(h)将机器人移动平台移动到工具能够到达目标对象的表面上的第二感兴趣区域的第二方位；
(i)配置机器人移动平台，使得末端执行器处于相对于第二感兴趣区域的正确方位；
(j)将多个稳定器的接触器延伸成与目标对象的表面接触；
(k)将稳定器的接触器锁定就位以将末端执行器维持在相对于第二感兴趣区域的正确方位处；以及
(l)当末端执行器维持在相对于第二感兴趣区域的正确方位处时，使用工具来执行第二维护操作。
条款16.如条款14-15中任一项所述的方法，其中配置包括旋转末端执行器，使得末端执行器的轴线在感兴趣区域中垂直于目标对象的表面。
条款17.如条款14-16中任一项所述的方法，其中配置包括使末端执行器移位，使得末端执行器与目标对象的表面分开目标偏移距离。
条款18.一种用于执行维护操作的方法，其包括：
(a)将工具联接到末端执行器，所述末端执行器进而联接到自动化设备的臂的远端；
(b)激活自动化设备以执行对准操作，所述对准操作将工具定位在相对于目标对象的表面上的感兴趣区域的方位处；
(c)当工具处于所述方位时，将联接到臂的远端的多个稳定器的接触器延伸成与目标对象的表面接触；以及
(d)当接触器与目标对象的表面接触时，激活工具以执行维护操作。
条款19.如条款18所述的方法，其中维护操作是目标对象的一部分的非破坏性检验。
条款20.如条款18-19中任一项所述的方法，其还包括在激活工具之前，在稳定器的接触器与目标对象的表面接触的同时将稳定器的接触器锁定就位。
条款21.一种自动化设备，其包括：
包括轮的基座平台；
可移动地联接到基座平台并具有远端的臂；
可枢转地联接到臂的远端的末端执行器；
联接到末端执行器的工具；以及
稳定器，其联接到工具或末端执行器并且包括杆和设置在杆的远端处的接触器，其中杆可选择性地延伸或缩回并且接触器由弹性体材料制成。
条款22.如条款21所述的自动化设备，其中稳定器包括可操作以延伸或缩回杆的气动缸。
条款23.如条款22所述的自动化设备，其中稳定器还包括杆锁，所述杆锁附接到气动缸并且被配置用于锁定杆以防止移动。
条款24.如条款8所述的自动化设备，其还包括：
第一轨道和第二轨道，其平行于第一方向设置并且设置在相对于末端执行器的相应固定方位处；
第三轨道和第四轨道，其平行于与第一方向垂直的第二方向设置并且可平移地联接到第一轨道和第二轨道以用于沿第一方向行进；
滑架，其可平移地联接到第三轨道和第四轨道以用于沿第二方向行进；
第五轨道，其安装到滑架并且垂直于第一方向和第二方向设置；以及
万向支架，其可平移地联接到第五轨道以用于沿第三方向行进。
在随附权利要求中阐述的方法权利要求不应当被解释为要求其中列举的步骤按照字母表顺序(权利要求中的任何字母表排序仅用于参考先前所列举的步骤的目的)或按照它们被列举的顺序来执行，除非权利要求语言明确指定或规定指示执行某些或所有步骤的特定顺序的条件。方法权利要求也不应当被解释为排除同时或交替执行的两个或更多个步骤的任何部分，除非权利要求语言明确规定排除这种解释的条件。

Claims (10)

1.一种自动化设备，其包括：
具有远端的臂；
联接到所述臂的远端的末端执行器(212)；
联接到所述末端执行器(212)的第一工具(214)；以及
包括静止部分(52)和可移动部分(56)的稳定器(50)，其中所述静止部分(52)具有相对于所述末端执行器(212)的固定方位，并且所述可移动部分(56)可平移地联接到所述静止部分(52)并包括设置在所述可移动部分(56)的远端处的接触器(88)。
2.根据权利要求1所述的自动化设备，其中所述稳定器(50)包括弹簧。
3.根据权利要求2所述的自动化设备，其中所述静止部分(52)包括外管(82)，所述可移动部分(56)还包括可滑动地设置在所述外管内的内轴(86)，所述接触器附接到所述内轴的远端；并且所述弹簧促使所述内轴在一定方向上平移，使得所述接触器(88)进一步远离所述末端执行器(212)移动。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的自动化设备，其中所述静止部分(52)包括基部缸(158)，所述可移动部分还包括在所述基部缸(158)内可滑动的活塞(156)和连接到所述活塞(156)的活塞杆(157)，并且所述接触器(88)附接到所述活塞杆(157)的远端。
5.根据权利要求4所述的自动化设备，其中所述静止部分(52)还包括杆锁(160)，所述杆锁(160)附接到所述基部缸(158)并且被配置用于锁定所述活塞杆(157)以防止移动。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的自动化设备，其还包括可移动地联接到所述第一工具的第二工具，其中所述第一工具固定地联接到所述末端执行器，并且所述稳定器(50)的所述静止部分(52)固定地联接到所述第一工具。
7.一种用于执行维护操作的方法，其包括：
(a)将机器人移动平台移动到臂的远端处的工具(214)能够到达目标对象的表面上的第一感兴趣区域的第一方位；
(b)配置所述机器人移动平台，使得末端执行器(212)处于相对于所述第一感兴趣区域的正确方位；
(c)将多个稳定器的接触器(88)延伸成与所述目标对象的表面接触，所述稳定器联接到所述臂；
(d)将所述稳定器的接触器(88)锁定就位以将所述末端执行器(212)维持在相对于所述第一感兴趣区域的正确方位处；以及
(e)当所述末端执行器(212)维持在相对于所述第一感兴趣区域的正确方位处时，使用所述工具(214)来执行第一维护操作。
8.根据权利要求7所述的方法，其还包括：
(f)在完成所述维护操作之后，解锁所述稳定器的所述接触器(88)；
(g)缩回所述稳定器的所述接触器(88)；
(h)将所述机器人移动平台移动到所述工具(214)能够到达所述目标对象的所述表面上的第二感兴趣区域的第二方位；
(i)配置所述机器人移动平台，使得所述末端执行器(212)在相对于所述第二感兴趣区域的正确方位处；
(j)将多个稳定器的接触器(88)延伸成与所述目标对象的所述表面接触；
(k)将所述稳定器的所述接触器(88)锁定就位以将所述末端执行器(212)维持在相对于所述第二感兴趣区域的所述正确方位处；以及
(l)当所述末端执行器(212)维持在相对于所述第二感兴趣区域的正确方位处时，使用所述工具(214)来执行第二维护操作。
9.一种用于执行维护操作的方法，其包括：
(a)将工具(214)联接到末端执行器(212)，所述末端执行器(212)进而联接到自动化设备的臂的远端；
(b)激活所述自动化设备以执行对准操作，所述对准操作将所述工具(214)定位在相对于目标对象的表面上的感兴趣区域的方位处；
(c)当所述工具(214)处于所述方位时，将联接到所述臂的所述远端的多个稳定器的接触器(88)延伸成与所述目标对象的所述表面接触；以及
(d)当所述接触器(88)与所述目标对象的所述表面接触时，激活所述工具(214)以执行维护操作。
10.一种自动化设备，其包括：
包括轮的基座平台(204)；
可移动地联接到所述基座平台(204)并具有远端的臂；
可枢转地联接到所述臂的所述远端的末端执行器(212)；
联接到所述末端执行器(212)的工具(214)；以及
稳定器(50)，其联接到所述工具(214)或所述末端执行器(212)并且包括杆(157)和设置在所述杆(157)的远端处的接触器(88)，其中所述杆(157)可选择性地延伸或缩回并且所述接触器(88)由弹性体材料制成。
CN201810605365.5A 2017-06-14 2018-06-13 自动化设备的范围延伸臂的工具承载端部的稳定化 Active CN109079842B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/623,304 2017-06-14
US15/623,304 US10625427B2 (en) 2017-06-14 2017-06-14 Method for controlling location of end effector of robot using location alignment feedback
US15/878,642 US10814480B2 (en) 2017-06-14 2018-01-24 Stabilization of tool-carrying end of extended-reach arm of automated apparatus
US15/878,642 2018-01-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109079842A true CN109079842A (zh) 2018-12-25
CN109079842B CN109079842B (zh) 2023-05-30

Family

ID=62116334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810605365.5A Active CN109079842B (zh) 2017-06-14 2018-06-13 自动化设备的范围延伸臂的工具承载端部的稳定化

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10814480B2 (zh)
EP (1) EP3415285A3 (zh)
JP (1) JP7232581B2 (zh)
CN (1) CN109079842B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220388685A1 (en) * 2021-06-02 2022-12-08 The Boeing Company Pitch-yaw actuation system and method for actuating a device head
CN115485108A (zh) * 2020-03-06 2022-12-16 斯凯普技术有限公司 用于操作拣拾机器人的方法及相关装置

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016069731A1 (en) * 2014-10-28 2016-05-06 Festo Corporation Universal end of arm robot tool
EP3509800A4 (en) 2016-09-06 2019-09-18 Advanced Intelligent Systems Inc. MOBILE WORKSTATION FOR TRANSPORTING A VARIETY OF ARTICLES
US10625427B2 (en) * 2017-06-14 2020-04-21 The Boeing Company Method for controlling location of end effector of robot using location alignment feedback
CN109414814B (zh) * 2017-06-30 2021-09-07 深圳市大疆创新科技有限公司 两轮平衡车
WO2019157587A1 (en) 2018-02-15 2019-08-22 Advanced Intelligent Systems Inc. Apparatus for supporting an article during transport
US11238675B2 (en) 2018-04-04 2022-02-01 The Boeing Company Mobile visual-inspection system
US10634632B2 (en) * 2018-04-25 2020-04-28 The Boeing Company Methods for inspecting structures having non-planar surfaces using location alignment feedback
US11869243B2 (en) * 2018-05-30 2024-01-09 Araani Nv Method and system for detecting heating
US10800550B2 (en) * 2018-06-21 2020-10-13 The Boeing Company Positioning enhancements to localization process for three-dimensional visualization
ES2976466T3 (es) * 2018-07-04 2024-08-01 H3 Dynamics Pte Ltd Sistema de detección de defectos usando un UAV equipado con cámara para fachadas de edificios en geometría de inmuebles complejos con una trayectoria de vuelo óptima y desprovista automáticamente de conflictos con obstáculos
US11002529B2 (en) 2018-08-16 2021-05-11 Mitutoyo Corporation Robot system with supplementary metrology position determination system
US10871366B2 (en) 2018-08-16 2020-12-22 Mitutoyo Corporation Supplementary metrology position coordinates determination system for use with a robot
US10751883B2 (en) * 2018-08-16 2020-08-25 Mitutoyo Corporation Robot system with supplementary metrology position coordinates determination system
US11745354B2 (en) 2018-08-16 2023-09-05 Mitutoyo Corporation Supplementary metrology position coordinates determination system including an alignment sensor for use with a robot
US10913156B2 (en) 2018-09-24 2021-02-09 Mitutoyo Corporation Robot system with end tool metrology position coordinates determination system
US10745219B2 (en) 2018-09-28 2020-08-18 Advanced Intelligent Systems Inc. Manipulator apparatus, methods, and systems with at least one cable
US10751888B2 (en) 2018-10-04 2020-08-25 Advanced Intelligent Systems Inc. Manipulator apparatus for operating on articles
US20230052887A1 (en) * 2018-10-07 2023-02-16 Erin Hong Robotic Platforms and Robots for Nondestructive Testing Applications, Including Their Production and Use
US10645882B1 (en) 2018-10-29 2020-05-12 Advanced Intelligent Systems Inc. Method and apparatus for performing pruning operations using an autonomous vehicle
US10966374B2 (en) 2018-10-29 2021-04-06 Advanced Intelligent Systems Inc. Method and apparatus for performing pruning operations using an autonomous vehicle
US10676279B1 (en) 2018-11-20 2020-06-09 Advanced Intelligent Systems Inc. Systems, methods, and storage units for article transport and storage
JP7156962B2 (ja) * 2019-02-06 2022-10-19 株式会社日立ビルシステム 作業機ユニット及び多関節ロボット
GB2589418A (en) * 2019-08-09 2021-06-02 Quantum Leap Tech Limited Fabric maintenance system and method of use
GB2589419A (en) * 2019-08-09 2021-06-02 Quantum Leap Tech Limited Fabric maintenance sensor system
US11485018B2 (en) 2019-09-16 2022-11-01 The Boeing Company Robotic end effector system with surface tracking and methods for use
US11187527B2 (en) * 2019-10-07 2021-11-30 The Boeing Company Multi-probe non-destructive inspection system
US11891174B2 (en) * 2020-02-05 2024-02-06 The Boeing Company Repair of structures using unmanned aerial vehicles
US11529777B2 (en) 2020-02-05 2022-12-20 The Boeing Company Hot bond repair of structures using unmanned aerial vehicles
US11555693B2 (en) * 2020-05-12 2023-01-17 The Boeing Company Measurement of surface profiles using unmanned aerial vehicles
US11548161B2 (en) 2020-05-14 2023-01-10 The Boeing Company Methods of performing a plurality of operations within a region of a part utilizing an end effector of a robot and robots that perform the methods
US11885671B2 (en) * 2020-06-03 2024-01-30 Labsphere, Inc. Field spectral radiometers including calibration assemblies
US11745872B2 (en) 2020-06-19 2023-09-05 The Boeing Company Methods for marking surfaces using unmanned aerial vehicles
US11303074B2 (en) * 2020-06-22 2022-04-12 Google Llc Enclosures to constrain the location of connectors in automation applications
KR20220015635A (ko) * 2020-07-31 2022-02-08 주식회사 엘지에너지솔루션 이물 검출 장치 및 검출 방법
US11674910B2 (en) * 2020-12-04 2023-06-13 Aroboticscompany Inc. Robotic systems and methods for surface imaging of structure's vertical surface
EP4012333A1 (en) * 2020-12-09 2022-06-15 Faro Technologies, Inc. Stable mobile platform for coordinate measurement
US11639914B2 (en) 2020-12-16 2023-05-02 The Boeing Company Non-destructive test systems with infrared thermography assemblies and ultrasonic test assemblies, and associated methods
CN112882379B (zh) * 2021-01-13 2022-09-30 哈尔滨工业大学 一种飞机纵向重心调配控制方法
JP2022175508A (ja) * 2021-05-13 2022-11-25 オムロン株式会社 領域設定装置、ラック、制御システム、領域設定方法及びプログラム
US12194569B2 (en) * 2021-08-10 2025-01-14 Lockheed Martin Corporation Transparent coating removal through laser ablation
US11502729B1 (en) * 2021-08-10 2022-11-15 The Boeing Company Methods for through-structure power and data transfer between mobile robots and sensor nodes
US12174005B2 (en) 2021-12-27 2024-12-24 Mitutoyo Corporation Metrology system with position and orientation tracking utilizing light beams
US11837986B2 (en) 2022-02-11 2023-12-05 L3Harris Technologies, Inc. Systems and methods for controlling motors using fusions of motor encoder and resolver feedback
WO2024178497A1 (en) * 2023-02-28 2024-09-06 Evident Canada, Inc. Probe alignment and surface following for non-destructive test (ndt)
WO2024196259A2 (en) * 2023-03-22 2024-09-26 Canrig Robotic Technologies As Robot system for ground operations

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6231280B1 (en) * 1999-08-10 2001-05-15 Northrop Grumman Corporation Vibration-absorbing end effector of an automated drill and countersink machine
CN101664931A (zh) * 2009-09-23 2010-03-10 清华大学 可调压力并带有力传感器的机械臂
CN103963071A (zh) * 2014-05-27 2014-08-06 广州大正新材料科技有限公司 一种机械手
WO2016174445A1 (en) * 2015-04-30 2016-11-03 Bae Systems Plc Drilling apparatus for drilling aircraft panels
CN106256507A (zh) * 2015-06-17 2016-12-28 波音公司 顺应式末端执行器、包括顺应式末端执行器的机器人及利用顺应式末端执行器的方法

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS601271B2 (ja) * 1977-11-29 1985-01-12 株式会社東芝 搬送装置
JPS60249519A (ja) * 1984-05-26 1985-12-10 Daikin Ind Ltd ロボツト用工具ホルダ−
JP2508126Y2 (ja) * 1990-08-08 1996-08-21 三機工業株式会社 吸着装置
JPH07291440A (ja) * 1994-04-22 1995-11-07 Toshiba Corp 搬送装置
DE69733941T2 (de) 1996-03-22 2006-06-14 Boeing Co Bestimmter flügelaufbau
US7800758B1 (en) * 1999-07-23 2010-09-21 Faro Laser Trackers, Llc Laser-based coordinate measuring device and laser-based method for measuring coordinates
US6751342B2 (en) 1999-12-02 2004-06-15 Thermal Wave Imaging, Inc. System for generating thermographic images using thermographic signal reconstruction
US6990215B1 (en) 2000-07-31 2006-01-24 Geodetic Services, Inc. Photogrammetric measurement system and method
US6826299B2 (en) 2000-07-31 2004-11-30 Geodetic Services, Inc. Photogrammetric image correlation and measurement system and method
US7110194B2 (en) 2002-11-27 2006-09-19 Hubbs Machine & Manufacturing Inc. Spherical retro-reflector mount negative
US7075084B2 (en) 2002-12-20 2006-07-11 The Boeing Company Ultrasonic thermography inspection method and apparatus
US7186981B2 (en) 2003-07-29 2007-03-06 Thermal Wave Imaging, Inc. Method and apparatus for thermographic imaging using flash pulse truncation
US7384220B2 (en) 2004-01-06 2008-06-10 The Boeing Company Laser-guided coordination hole drilling
US7194358B2 (en) * 2004-02-25 2007-03-20 The Boeing Company Lift collision avoidance system
US7513964B2 (en) * 2005-02-28 2009-04-07 The Boeing Company Real-time infrared thermography inspection and control for automated composite marterial layup
US7287902B2 (en) 2005-06-07 2007-10-30 The Boeing Company Systems and methods for thermographic inspection of composite structures
US7454265B2 (en) 2006-05-10 2008-11-18 The Boeing Company Laser and Photogrammetry merged process
US7783376B2 (en) * 2006-05-10 2010-08-24 The Boeing Company Photogrammetric contrasting light for hole recognition
US7587258B2 (en) 2006-05-10 2009-09-08 The Boeing Company Merged laser and photogrammetry measurement using precise camera placement
US20070269098A1 (en) * 2006-05-19 2007-11-22 Marsh Bobby J Combination laser and photogrammetry target
US7643893B2 (en) 2006-07-24 2010-01-05 The Boeing Company Closed-loop feedback control using motion capture systems
US8051547B2 (en) * 2006-12-29 2011-11-08 The Boeing Company Robot-deployed assembly tool
US7743660B2 (en) 2007-06-15 2010-06-29 The Boeing Company System and method for automated inspection of large-scale part
US7859655B2 (en) 2007-09-28 2010-12-28 The Boeing Company Method involving a pointing instrument and a target object
EP2683156A3 (en) 2008-12-12 2015-02-11 Testo AG Thermal imaging camera
JP2010188465A (ja) 2009-02-18 2010-09-02 Kanto Auto Works Ltd ロボットハンド
US8619265B2 (en) 2011-03-14 2013-12-31 Faro Technologies, Inc. Automatic measurement of dimensional data with a laser tracker
US9149929B2 (en) 2010-05-26 2015-10-06 The Boeing Company Methods and systems for inspection sensor placement
US8713998B2 (en) * 2011-06-14 2014-05-06 The Boeing Company Autonomous non-destructive evaluation system for aircraft structures
US8892252B1 (en) * 2011-08-16 2014-11-18 The Boeing Company Motion capture tracking for nondestructive inspection
US9610693B2 (en) 2012-01-17 2017-04-04 The Boeing Company Robot for clamping onto upright frame members
EP2727843B1 (en) 2012-10-30 2020-07-01 The Boeing Company Apparatus for automated maintenance of aircraft structural elements
US9334066B2 (en) 2013-04-12 2016-05-10 The Boeing Company Apparatus for automated rastering of an end effector over an airfoil-shaped body
US9410659B2 (en) * 2014-02-10 2016-08-09 The Boeing Company Automated mobile boom system for crawling robots
US10310054B2 (en) * 2014-03-21 2019-06-04 The Boeing Company Relative object localization process for local positioning system
US9834323B2 (en) 2014-05-16 2017-12-05 The Boeing Company Automated scanning systems for non-destructive inspection of curved cylinder-like workpieces
US9856037B2 (en) * 2014-06-18 2018-01-02 The Boeing Company Stabilization of an end of an extended-reach apparatus in a limited-access space

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6231280B1 (en) * 1999-08-10 2001-05-15 Northrop Grumman Corporation Vibration-absorbing end effector of an automated drill and countersink machine
CN101664931A (zh) * 2009-09-23 2010-03-10 清华大学 可调压力并带有力传感器的机械臂
CN103963071A (zh) * 2014-05-27 2014-08-06 广州大正新材料科技有限公司 一种机械手
WO2016174445A1 (en) * 2015-04-30 2016-11-03 Bae Systems Plc Drilling apparatus for drilling aircraft panels
CN106256507A (zh) * 2015-06-17 2016-12-28 波音公司 顺应式末端执行器、包括顺应式末端执行器的机器人及利用顺应式末端执行器的方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115485108A (zh) * 2020-03-06 2022-12-16 斯凯普技术有限公司 用于操作拣拾机器人的方法及相关装置
US20220388685A1 (en) * 2021-06-02 2022-12-08 The Boeing Company Pitch-yaw actuation system and method for actuating a device head
US12017801B2 (en) * 2021-06-02 2024-06-25 The Boeing Company Pitch-yaw actuation system and method for actuating a device head

Also Published As

Publication number Publication date
US10814480B2 (en) 2020-10-27
EP3415285A3 (en) 2019-01-02
JP2019048369A (ja) 2019-03-28
CN109079842B (zh) 2023-05-30
JP7232581B2 (ja) 2023-03-03
EP3415285A2 (en) 2018-12-19
US20180361571A1 (en) 2018-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109079842A (zh) 自动化设备的范围延伸臂的工具承载端部的稳定化
CN109079775A (zh) 使用方位对准反馈来控制机器人末端执行器的方位的方法
US11044011B2 (en) Automated scanning systems for non-destructive inspection of curved cylinder-like workpieces
US10585167B2 (en) Relative object localization process for local positioning system
US10634632B2 (en) Methods for inspecting structures having non-planar surfaces using location alignment feedback
US9740191B2 (en) Location calibration for automated production manufacturing
US9645012B2 (en) Rapid automated infrared thermography for inspecting large composite structures
US11485018B2 (en) Robotic end effector system with surface tracking and methods for use
JP6005950B2 (ja) 手術支援装置及びその制御方法
US10401144B2 (en) Coordinate measuring machine having a camera
US7145647B2 (en) Measurement of spatial coordinates
US6636581B2 (en) Inspection system and method
CN109549667A (zh) 超声换能器扫描系统、方法及超声成像设备
JP2003530561A (ja) 測定装置及び方法
US10537986B2 (en) Tracking-enabled extended reach tool system and method
CN105841576A (zh) 坐标测量机
EP2329289A2 (en) Method involving a pointing instrument and a target object
CN112630304A (zh) 用于跟踪扫描仪的位置的方法以及系统
JP2018155695A (ja) 検査システムの検査対象外となる領域を算出する装置、および検査対象外となる領域を算出する方法
JP2007120993A (ja) 物体形状測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant