CN110282049A - 基于制造单元的交通工具制造系统和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了用于各种交通工具的基于制造单元的交通工具制造系统和方法。在一个方面,公开了构造为用于组装交通工具的框架的制造单元。制造单元包括定位器、机械手载体和机械手。定位器构造为接收构造为保持框架的固定台。机械手载体包括竖直升降机。机械手构造为组装框架。定位器构造为在组装过程期间将框架支撑在竖直位置。在本公开的另一方面,公开了用于基于制造单元制造交通工具的系统。在本公开的另一方面,公开了用于基于制造单元制造交通工具的方法。
Description
技术领域
本公开主要涉及用于各种交通工具的制造系统和方法,并且更具体地涉及用于各种交通工具的基于制造单元的制造系统和方法。
背景技术
汽车行业多年来一直在发展。本体在框架上(又称车身车架分离,Body-on-frame)是组装汽车或卡车的原始方法。本体和框架是两个分离的实体。框架是梯子框架,本体和传动系统都安装在其上。然而,本体在框架上的交通工具较重,这导致燃料效率差。此外,刚性会产生明显更严酷的乘坐感。
在整个1930年代和1940年代,一体式方法开始流行起来。目前,大多数交通工具是通过一体式方法设计的,其现在被认为是工业中的标准。一体式方法将框架集成到本体架构中。交通工具的不同零件被焊接、铆接和螺接在一起以形成其本体结构。一体式架构明显减轻交通工具的重量,从而允许更好的燃料经济性。它通常被认为是安全的,因为整个本体能在碰撞中吸收能量力。然而,引入新的一体式型号非常昂贵并且具有非常长的研发(R&D)周期,因为需要改变交通工具的整个设计以及对应的组装线。此外,由于一体式设计将框架结合到乘客外壳中,因此严重事故的修理成本非常高。
空间框架是另一种方法,它是早期梯子框架的改进。在空间框架底盘中,悬架、发动机和本体面板附接至三维骨骼框架,并且本体面板具有很少或没有结构性功能。空间框架底盘架构的优点包括在高性能交通工具中所需的更好扭转刚性。空间框架的模块化设计可进一步允许定制设计和容易的新产品开发。然而,常规的空间框架底盘包括许多零件,其被手动焊接或胶合在一起的。该过程是非常耗时的和劳动力密集的。由于复杂的制造过程,常规的空间框架底盘平台主要用于高性能和专业市场汽车。
需要开发一种在设计上是模块化的且可灵活用于制造各种交通工具的新的制造系统和方法,其具有高机械手利用率和自动组装过程,同时节省重量和空间,并且允许更容易的服务和修理。
发明内容
在下文中将参考本公开的各种例示性方面更全面地描述用于各种交通工具的基于制造单元的制造系统和方法。
在本公开的一个方面,公开了一种构造为用于组装交通工具的框架的制造单元。制造单元包括定位器、机械手载体和机械手。定位器构造为接收固定台,其中固定台构造为保持框架。机械手载体包括竖直升降机,其中竖直升降机包括竖直柱和搁板,其中搁板可移动地附接至竖直柱并且沿着竖直方向可移动。机械手安装在搁板上并且构造为组装框架。定位器构造为在框架的组装过程期间将框架支撑在竖直位置。
在本公开的另一方面,公开了用于基于制造单元制造交通工具的系统。所述系统包括:固定台,其构造为保持交通工具的框架;以及制造单元,其构造为用于组装框架。所述制造单元包括构造为接收固定台的定位器、机械手载体、机械手和控制器。机械手安装在机械手载体上并且构造为组装框架。控制器构造为控制框架的组装过程。定位器构造为在框架的组装过程期间支撑框架。例如,定位器可以构造为在组装过程期间将框架支撑在竖直位置。机械手载体可以包括竖直升降机,并且其中所述竖直升降机包括竖直柱以及可移动地附接至所述竖直柱的搁板,其中所述搁板沿着竖直方向可移动,并且其中所述机械手安装在所述搁板上。机械手载体可以包括底座,其中底座具有底座中心轴,其中底座构造为围绕底座中心轴可旋转。系统可以包括框架,其中所述框架包括多个连接部件和多个接头构件,其中每个接头构件定尺寸和定形状为与所述多个连接部件的至少一个子集配合,以形成三维框架结构。
在本公开的另一方面,公开了用于基于制造单元制造交通工具的方法。用于制造交通工具的方法包括通过定位器接收固定台的步骤。所述方法可包括用定位器支撑固定台。所述方法可以进一步包括将零件引入到固定台。所述方法包括在制造单元内的组装过程中通过机械手使用零件组装交通工具的框架的步骤。所述方法进一步包括通过控制器控制组装过程的步骤。例如,用定位器支撑固定台的步骤包括在组装过程期间用定位器将固定台支撑在竖直位置。
应该明白的是,从以下详细描述中,基于其制造单元制造交通工具的其它方面对于本领域技术人员而言将变得显而易见,其中仅通过说明的方式示出并描述若干实施例。如本领域技术人员将意识到的,所公开的主题能够具有其它和不同的实施例,并且其若干细节能够在各种其它方面进行变型,所有这些都不背离本发明。相应地,附图和详细描述本质上被认为是说明性的而不是限制性的。
附图说明
现在将在附图中通过示例而非限制的方式在详细描述中提供用于其各种交通工具的基于制造单元的制造系统和方法的各个方面,附图中:
图1A示出了根据本公开的一个实施例的构造为用于组装交通工具的框架的制造单元的示意图的示例。
图1B示出了图1A中的框架的示例。
图2A示出了根据本公开的一个实施例的当固定台处于一个位置时联接至固定台的示例定位器的示意图。
图2B示出了当固定台处于另一位置时联接至固定台的示例定位器的示意图。
图3A示出了根据本公开的另一实施例的当固定台将框架保持在竖直位置时联接至固定台的另一示例定位器的示意图。
图3B示出了当固定台处于水平位置时联接至固定台的另一示例定位器的示意图。
图4示出了根据本公开的一个实施例的构造为保持交通工具的框架的示例模块化固定台的示意图。
图5示出了根据本公开的一个实施例的用于基于制造单元制造交通工具的方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图给出的详细描述旨在提供对各种示例性实施例的描述,而并不旨在表示可以实施本发明的仅有实施例。贯穿本公开使用的术语“示例性”意指“用作一个示例、实例或图示”,并且并不一定被解释为优选或优于本公开中提供的其它实施例。详细描述包括目的在于提供向本领域技术人员充分传达本发明的范围的详尽和完整的公开内容的具体细节。然而,可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。在一些情况下,众所周知的结构和部件可以以框图形式示出,或者完全省略,以便避免模糊贯穿本公开给出的各种构思。另外,附图可以不按比例绘制,而是可以以试图最有效地突显与所描述的主题相关的各种特征的方式绘制。
本公开总体上涉及用于制造交通工具的基于制造单元的系统和方法。贯穿本公开内容使用的术语“交通工具”是指用于运输人员或货物的运输结构,包括汽车、卡车、火车、地铁系统、船只、船舶、水运工具、航空器、直升飞机、摩托车、自行车、航天器等。本文公开的基于制造单元的系统和方法可以用于制造各种交通工具,包括但不限于汽车、水上船舶、航空器和人力交通工具等。贯穿本公开使用的术语“框架”是指其它部件所附接至其的交通工具的支撑结构。框架的示例包括但不限于交通工具的底盘、空间框架、三维框架、内部框架、外框架、部分内框架和部分外框架、一个支撑部件/结构或者多个支撑部件/结构。
本公开提出了一种用于基于制造单元制造交通工具的系统。所述系统包括:固定台,其构造为保持交通工具的框架;以及制造单元,其构造为用于组装框架。所述制造单元包括构造为接收固定台的定位器、机械手载体、机械手和控制器。机械手安装在机械手载体上并且构造为组装框架。控制器构造为控制框架的组装过程。定位器构造为在框架的组装过程期间支撑框架。例如,定位器可以构造为在组装过程期间将框架支撑在竖直位置。机械手载体可以包括竖直升降机。竖直升降机包括竖直柱和可移动地附接至竖直柱的搁板。搁板沿着竖直方向可移动,并且其中机械手安装在搁板上。机械手载体可以包括底座,其中底座具有底座中心轴,其中底座构造为围绕底座中心轴可旋转。所述系统可以包括框架。所述系统可用作具有高机械手利用率的灵活的通用构造器。
本公开提出了一种构造为用于组装交通工具的框架的制造单元。制造单元包括定位器、机械手载体和机械手。定位器构造为接收固定台,其中固定台构造为保持框架。机械手载体包括竖直升降机,其中竖直升降机包括竖直柱和搁板,其中搁板可移动地附接至竖直柱并且沿着竖直方向可移动。机械手安装在搁板上并且构造为组装框架。定位器构造为在框架的组装过程期间将框架支撑在竖直位置。
有利地,本文公开的系统和方法在设计上是模块化的,并且可灵活地用于制造各种交通工具。新产品只需要最少的重装工具,从而导致显著降低的新产品开发成本,以及短得多的研发周期。此外,系统和方法提供更小的占地面积以及更高的空间利用率。值得注意的是,基于制造单元的系统和方法具有高机械手利用率和自动组装过程,这使得其自身适用于交通工具的批量生产。因此,基于制造单元的系统和方法能显著降低交通工具的制造成本。
图1A示出了用于制造交通工具的系统的制造单元100的示例。制造单元100构造为用于组装交通工具的框架103(参见图1B)。制造单元100包括定位器112、机械手载体122和机械手132。定位器112构造为接收固定台142,其中固定台142构造为保持框架103。术语“框架”还可以称为交通工具的“空间框架”、“智能框架”、“底盘”、“支撑结构”或“支撑部件”。
如图1A中所示,机械手载体122包括竖直升降机124,其中竖直升降机包括竖直柱124a和搁板124b,其中搁板124b可移动地附接至竖直柱124a,并从竖直柱124a沿径向向外延伸。搁板124b沿竖直方向可移动。机械手132安装在搁板124b上并且构造为组装框架103。定位器112构造为在框架103的组装过程期间将框架103支撑在竖直位置或主要是竖直位置。
机械手载体122可以进一步包括旋转底座126。例如,竖直升降机124附接至旋转底座126。底座126具有底座中心轴128,其中底座126构造为围绕底座中心轴128可旋转。机械手载体122构造为支撑机械手132。在该实施例中,机械手载体122具有2个自由度(竖直移动和旋转)。机械手载体122相对于竖直升降机柱124a具有独立旋转。由于底座126构造为围绕底座中心轴128可旋转,因此安装在底座126上的竖直柱124a同样围绕底座中心轴128可旋转。
机械手132可以具有各种轴构造。例如,机械手132可以具有机械手底座132b和臂132a。机械手底座132b安装在竖直升降机124的搁板124b上。机械手132可以具有六个轴,也称为六个自由度。六轴机械手132允许更大的可操纵性,并且比起具有更少轴的机械手能执行更广泛的操控。然而,在其它构造中,可以使用少于六个轴。在一些实施例中,机械手132具有位于机械手底座132b处的第一轴138,允许机械手从一侧向另一侧旋转。第一轴138是机械手132的中心轴138。机械手132构造为围绕机械手中心轴138旋转。该轴138允许机械手132在任一方向上从中心转动直到或超过全180度范围。
机械手132可以具有第二轴,该第二轴允许机械手132的下臂132a向前和向后延伸。它是为整个下臂132a的移动提供动力的轴。机械手132可以具有第三轴,该第三轴扩展机械手的触及范围。它允许上臂得到升高和下降。在一些铰接型号上,它允许上臂触及本体后方,从而进一步扩大工作范围。该轴为上臂提供更好的零件可及性。机械手132可以具有第四轴,该第四轴有助于端部执行器的定位以及对待组装的零件的操控。机械手132可以进一步具有第五轴,其允许机械手臂的腕部上下倾斜。机械手132可以进一步具有第六轴,其是机械手臂132a的腕部。
在一些实施例中,机械手中心轴138偏离底座中心轴128,如图1A中所示。机械手底座132b安装在竖直升降机124的搁板124b上。由于搁板124b从底座中心轴128沿径向向外延伸,因此机械手中心轴138与底座中心轴128具有一定距离。当竖直升降机124围绕底座中心轴138可旋转时,搁板124b也围绕底座中心轴138可旋转。因此,除了围绕机械手132的第一轴138可旋转之外,机械手132进一步围绕底座中心轴128绕一弧形移动可旋转。机械手底座132a围绕底座中心轴128的这种扫掠运动扩展机械手132的工作区域,以包括在任一侧和在竖直轴128后方的区域。以这种方式,机械手132能够独立地上下竖直移动、从一侧向另一侧旋转、以及以上述移动的组合方式运动。因此,机械手132并不局限于其自身的自由度。机械手132具有更大的工作范围。机械手载体122和机械手132一起具有八个自由度。更多的自由度允许制造商使用更少的机械手,这可降低成本并提高效率。
在一些实施例中,机械手载体122可以包括控制单元(未示出)。控制单元构造为控制机械手载体122。制造单元100可以进一步包括控制器185,所述控制器185可以构造为控制机械手载体122、机械手132、定位器112以及对系统其余部分进行控制。控制器185可构造为控制框架103的组装过程,例如,自动组装过程。整个组装过程能以高效率和低成本自动化。在其它实施例中,中央控制站可以与机械手载体122通信,以发出用于组装过程的指令。在又一些其它实施例中,机械手载体122可以被授权靠自己执行某些功能以及做出某些决定,而中央站或现场服务器可以对可以以电子方式或以其它方式传达给机械手载体122的其它可能更重要的决定进行控制。简而言之,取决于应用和目的,可以将各种控制自动化构造实现到系统中,并且每个这种构造旨在落入本公开的精神和范围内。
图1B示出了框架103的示例。框架103可包括多个连接部件101a、101b、101c、多个接头构件102或节点102。例如,接头构件或节点可以通过3D打印机制得。每个接头构件可以定尺寸和定形状为与多个连接部件101a、101b、101c的至少一个子集配合,以形成三维框架结构103。多个接头构件102包括安装特征,其提供用于将面板安装在三维框架结构103上的面板支座。例如,安装特征可以通过3D打印机制得。
框架103可以形成交通工具的框架。框架103可以提供用于放置交通工具的本体面板的结构,其中本体面板可以是门面板、顶篷面板、地板面板或形成交通工具封闭体的任何其它面板。此外,框架103可以是轮子、传动系、发动机缸体、电气部件、加热和冷却系统、座椅、存储空间和其它系统的结构支撑。
交通工具可以是能够承载至少约1个或更多个、2个或更多个、3个或更多个、4个或更多个、5个或更多个、6个或更多个、7个或更多个、8个或更多个、10个或更多个、20个或更多个、或者30个或更多个乘客的载客交通工具。交通工具的示例可以包括但不限于轿车、卡车、公共汽车、厢式车、小型厢式车、旅行车、RV、拖车、拖拉机、行走推车、汽车、火车或摩托车、船只、航天器或飞机。框架可以提供与交通工具的类型的形状因子匹配的形状因子。根据交通工具的类型,框架可以具有不同的构造。框架可以具有不同的复杂程度。在一些情况下,三维框架可以为交通工具提供外框架。在一些其它情况下,三维框架可以为交通工具提供内框架。在又一些其它情况下,三维框架可以为交通工具提供部分内框架和部分外框架。框架可以构造为接收本体面板以形成三维封闭体。可选地,可以提供内部支撑件或部件。内部支撑件或部件可通过连接至框架的一个或更多个接头构件而连接至框架。可以提供多端口节点和连接部件的不同布局来适应不同的交通工具框架/底盘构造。在一些情况下,可以布置一组节点以形成单个独特的框架/底盘设计。替代地,该组节点的至少一个子集可用于形成多个框架/底盘设计。在一些情况下,一组节点中的至少一个节点子集可组装成第一框架/底盘设计,然后被拆开并重新使用以形成第二框架/底盘设计。第一框架/底盘设计和第二框架/底盘设计可以相同,或它们也可不同。节点可以能够在二维或三维平面中支撑部件。框架/底盘的细节在美国专利申请No.15/253,826、美国专利No.9,895,747和美国专利No.9,884,663中有描述,它们通过引用整体并入本文,程度达到如同每个单独的出版物或专利申请被具体地和单独地示出而通过引用并入。
在一些其它实施例中,框架可以包括其它类型的框架或其它特征,其包括节点、用以注入粘合剂的通道、允许机械手拾取或以其它方式操控框架的部分或全部的拾取特征、以及构建到框架中的工具特征。框架可以完全通过机械手组装,或通过自动组装过程组装。
图2A是当固定台242处于一个位置时联接至固定台242的定位器212的图示。图2B示出了当固定台242处于另一位置时联接至固定台242的定位器212。参照图2A和图2B,定位器212构造为支撑固定台242。固定台242构造为保持框架103,并且联接至定位器212。
定位器212构造为执行升降固定台242、倾斜固定台242以及旋转固定台242中的一个或更多个。在一些实施例中,定位器212是3轴定位器,其为制造单元增加3个自由度。定位器212可从地面和向地面上下升降固定台242。定位器212可进一步将固定台242从水平位置倾斜到竖直位置,以及其间的任何位置。在一些实施例中,它可以超出水平位置和竖直位置。另外,定位器212可围绕位置轴118(参见图1A)旋转固定台242。例如,固定台242可以进一步包括背骨(未示出),其与固定台集成在一起。背骨构造为联接至定位器212,并且可以促进这种旋转或其它操控动作。定位器212能够执行相对于所有上述移动的独立移动或非独立移动。
在一些实施例中,定位器212包括3点运动学支座215和定位器底座219。固定台242可以用3点运动学支座215固定至定位器212。例如,定位器212可以通过各种失效防护方法附接至固定台242,包括栓接或零点快速释放机构。例如,定位器212可以包括一个或更多个零点销,以将固定台242固定到定位器212。在一些实施例中,固定台242与定位器212之间的机械锁可用于将固定台242牢固地锁定到定位器212。因此,定位器212可在各种位置支撑固定台242,包括竖直位置、水平位置以及其间的任何位置,如图2A和图2B中所示。
图3A示出了当固定台342将框架103保持在竖直位置时联接至固定台342的定位器312的另一实施例。图3B示出了当固定台342处于水平位置时联接至固定台342的定位器312。例如,定位器312可以进一步包括背骨316。背骨316与定位器312集成在一起。固定台342构造为联接至定位器312的背骨316。如图3A中所示,定位器312可以进一步包括致动器317、定位器底座318和转盘319。
如图3A和图3B中所示,定位器312构造为执行升降固定台342、倾斜固定台342以及旋转固定台342中的一个或更多个。定位器312能够执行相对于所有上述移动的独立移动或非独立移动。定位器312的背骨316构造为在水平位置与竖直位置之间可移动。定位器312可将固定台342从水平位置翻转到竖直位置,反之亦然。另外,定位器212可通过旋转转盘319来旋转固定台342。
在一个实施例中,如图3A和图3B中所示的固定台342是定制的固定台,其构造为匹配不同类型的交通工具的不同框架,或相同类型的交通工具的不同型号。例如,制造单元可通过使用不同的固定台来用于制造不同类型的交通工具。
图4是构造为保持交通工具的框架103的模块化固定台442的图示。模块化固定台442包括多个定位特征444(例如,孔)和固定特征446。模块化固定台442进一步包括多个可移动支撑板448。多个定位特征444和固定特征446以及多个可移动支撑板448提供用以与不同类型的交通工具的不同框架或相同类型的交通工具的不同型号匹配的灵活性。
总体参照图1A-4,制造单元100能以最少的工具更迭(重装工具)组装多个框架。定制或模块化固定台可用于适应多个交通工具的不同框架。当改变交通工具的型号或类型时,工具更迭的必要性是有限的。因此,制造单元100可用作各种交通工具的灵活的通用构造器。能减少更换为新型号的努力,并且还能缩短开发新型号的周期。
另外,制造单元100构造为用于批量生产。制造单元100可以具有高机械手利用率,在需要时用于获得大批量。例如,制造单元100可构造为全自动的。自动组装过程可显著减少框架的制造努力,从而允许具有框架的交通工具被更有效地且经济地制得。
如图1A中所示,定位器112构造为在框架103的组装过程期间将固定台142支撑在竖直位置。与常规的组装或制造技术相比,竖直制造单元100的一些优点包括更好的可及性、增加的自由度、减少的占地面积、更少的零件转移、减少的部件数量以及更低的维护费用。竖直空间利用率可被最大化。机械手能从更多角度触及框架,这能提高框架103的组装过程的效率。
在一些实施例中,制造单元100可以进一步包括第二机械手载体125和第二机械手135。两个机械手132、135一起工作以组装框架103或其零件。例如,第二机械手载体125可以定位在定位器112的与机械手载体122相比的相对侧。又例如,机械手载体122可以相对于定位器112定位在+45度处,并且第二机械手载体125可以相对于定位器112定位在-45度处。制造单元100可以进一步包括一个或更多个机械手载体。机械手载体的数量没有限制。还存在用以放置一个或更多个机械手载体的许多构造。以上讨论的示例仅用于说明目的,并且对一个或更多个机械手载体的相对位置没有限制。
在一些实施例中,制造单元100可以进一步包括一个或更多个固定机械手162。例如,一个或更多个固定机械手162中的每个可以放置在对应的基座164上,所述基座164将固定机械手升高到期望的工作高度,以允许更大的可及性和触及范围。固定机械手162可以执行各种任务,比如组装组件、子组件、辅助等。
如图1A中所示,制造单元100可以冗余地或以其它方式提供二十五或更多个自由度。机械手132可以提供六个自由度。机械手载体122可以提供两个自由度。定位器112可以提供三个自由度。具有一个机械手和一个机械手载体的制造单元100可以具有十一个自由度。第二机械手载体125和第二机械手135可以提供额外的8个自由度。具有两个机械手和两个机械手载体的制造单元100可以提供总共十九个自由度。当制造单元100包括具有额外六个自由度的固定机械手162时,可以存在总共二十五个自由度。由于大量的自由度,制造单元100可具有比要不然将需要的机械手数量更少的机械手数量。制造单元100提供了用于组装各种交通工具的框架的敏捷性和灵巧性。
制造单元100允许多个机械手策略性地定位在单元内,从而实现汇集的工作范围。制造单元100的紧凑占地面积进一步具有节省空间的优点。制造单元100可以具有各种尺寸。例如,制造单元100可以具有400平方英尺与3600平方英尺之间的面积。制造单元100的空间可显著低于交通工具的常规组装线。
另外,竖直制造单元100允许机械手用作固定件,代替常规的固定式固定件,从而在组装过程期间实现固定件的整体减少或消除。
例如,固定台可以具有带轮子的支腿,其能够在地板上移动,同时将框架保持在所需的公差内。
再次参照图1A,制造单元100可构造为组装、粘合、紧固和测量框架103。例如,制造单元100可构造为组装、施加粘合剂、栓接并测量框架103。机械手132、135可构造为执行多个任务,包括但不限于组装、粘合、紧固和测量框架。例如,机械手132、135的臂132a、135a可以构造为联接至多个端部执行器。多个端部执行器中的每个可构造为执行不同的功能。多个端部执行器可构造为被快速替换。制造单元100进一步包括工具台172。工具台可构造为保持框架103的多个端部执行器或子组件或零件。
在一些实施例中,制造单元100可以包括粘合剂注入子系统。机械手132、135进一步构造为施加粘合剂以粘合框架103。粘合剂注入子系统可以包括粘合剂注入端部执行器132c、135c。框架103包括多个连接部件101a、101b、101c、多个接头构件102或节点102(图1B)。每个接头构件可以定尺寸和定形状为与多个连接部件101a、101b、101c的至少一个子集配合,以形成三维框架结构103。多个接头构件102或节点102可以具有内置粘合剂端口。例如,图1A的机械手132、135可以构造为抓取粘合剂注入端部执行器132c、135c。机械手132、135的臂132a、135a可以构造为联接至粘合剂注入端部执行器132c、135c。
在一些实施例中,制造单元100可以包括一个或更多个紧固件驱动器(未示出)。机械手132、135进一步构造为通过使用紧固件驱动器将紧固件安装到框架103。例如,机械手132、135的臂132a、135a可以构造为联接至用于紧固件驱动器的端部执行器。通过利用制造单元100提供的自由度的所有轴,一个或更多个紧固件驱动器可以附接至机械手132、135的臂132a、135a,以触及所有必要的部位。所需的机械手和紧固件驱动器的数量可以最小化,因为制造单元100的自由度的增加数量提供了更好的触及范围和可及性。
在一些实施例中,制造单元100可以包括一个或更多个计量装置(未示出)。计量装置可以包括例如激光扫描器。机械手132、135进一步构造为测量框架103上的多个点,以执行对框架103的一般测量。例如,机械手132、135的臂132a、135a可以构造为联接至用于计量装置的端部执行器。一个或更多个计量装置可以附接至机械手132、135的臂132a、135a。例如,机械手132、135可以构造为扫描和测量框架103。作为一个示例,机械手132、135可以构造为通过扫描框架103来测量框架103。作为另一示例,机械手132、135可以构造为通过探测框架103来测量框架103。竖直制造单元100可以有利地确保框架103的完全可及性,从而避免需要额外的部件或硬件(例如,头顶塔架导轨系统)。
在一些实施例中,制造单元100可以包括一个或更多个子组件机械手和一个或更多个子组件台。例如,一个或更多个子组件机械手中的每个可以构造为在对应的子组件台上组装框架103的子组件或子部分。子组件机械手可以将组装好的子组件传送到机械手载体122、125上的机械手132、135。机械手132、135可以从子组件组装框架103。一个或更多个子组件机械手可以实现同时组装,因此可以进一步减少组装过程的总体时间。
例如,制造单元100可以包括一个或更多个工具更换器。工具更换器构造为为机械手替换多个端部执行器。例如,工具更换器可以用于从用于组装的专门设计的端部执行器、用于测量的扫描头、用于栓接安装的紧固件驱动器以及用于粘合剂和密封剂施加的粘合剂注入端部执行器进行切换。
如图1A中所示,制造单元100可以被具有安全传感器和互锁件的安全屏障194环绕。例如,安全屏障194允许保持框架103的固定台142进入制造单元100以及离开制造单元100,并且进一步向制造单元100提供安全措施。例如,当安全传感器检测到意外违规时,安全传感器可以向控制器185发送信号以安全地停止组装过程。相应地,如果个人无意地进入制造单元100,则控制器185可以安全地停止组装过程,这进而可以使当前移动的零件静止,否则这些部件可能是危险的并且可能对个人造成重大伤害。总之,使用安全屏障194可以避免伤害。在一些实施例中,安全屏障194包括光电式光存在传感器。
制造单元100在减少了粘合、紧固和测量设备的重复的情况下提供敏捷性和灵巧性。制造单元100的可扩展性可通过向竖直制造单元100增加衍生制造单元或者分离紧固、粘合和/或测量操作来实现。还可通过制造单元的串联式或并联式或两者的组合方式的复制来实现可扩展性。可通过机械手使用几乎无限数量的定制端部执行器和其它工具在交通工具上执行各种专业操作来获得灵活性。
图5示出了用于制造交通工具的方法500的流程图。用于制造交通工具的方法500包括通过定位器接收固定台的步骤502。方法500可包括用定位器504支撑固定台。方法500可以进一步包括将零件引入到固定台506。该方法包括在制造单元内的组装过程中通过机械手使用零件组装交通工具的框架的步骤508。方法500进一步包括通过控制器控制组装过程的步骤510。
例如,用定位器支撑固定台的步骤504包括在组装过程期间用定位器将固定台支撑在竖直位置。
方法500包括通过机械手在制造单元内组装框架的步骤508。方法500可以进一步包括通过将机械手放置在竖直升降机上来沿着竖直方向移动机械手。方法500可以包括通过将竖直升降机放置在围绕中心底座轴可旋转的底座上来沿着弧形移动机械手。方法500可以包括通过定位器执行升降固定台、倾斜固定台以及旋转固定台中的一个或更多个。在一些实施例中,方法500可以包括通过第二机械手组装框架。
方法500进一步包括在制造单元内的组装过程期间通过定位器支撑框架。例如,通过定位器支撑框架的方法500可以包括在组装过程期间通过定位器将框架支撑在竖直位置。在竖直位置组装框架存在许多优点,比如轻松的可及性、大的自由度、紧凑的占地面积、少的移动部件以及方便的维护。可利用头顶空间。机械手能从许多角度触及框架,这能提高框架的组装过程的效率。
方法500进一步包括通过控制器控制组装过程的步骤510。组装框架的整个组装过程可以包括高机械手利用率,并且在一些实施例中可以是完全自动化的。贯穿本公开描述了控制步骤510的进一步的属性和优点。
方法500可以包括在制造单元内的组装过程期间通过机械手施加粘合剂以将框架的部段粘合在一起。此外,方法500可以包括在制造单元内的组装过程期间通过机械手使用紧固件驱动器将紧固件安装到框架。方法500还可以包括在组装过程期间在制造单元内通过计量装置测量框架上的多个点,以实现通过机械手对框架的测量。方法500可以包括使用安全传感器来向制造单元提供安全措施。方法500还可以包括通过制造单元内的一个或更多个子组件台上的一个或更多个子组件机械手来组装框架的一个或更多个子组件。应理解的是,以上仅仅是机械手或其它装置能在组装过程期间进行的各种任务的非穷举示例。
有利地,本文公开的系统和方法在设计上是模块化的,并且可灵活地用于制造各种交通工具。新开发的产品只需要最少的重装工具,从而大大降低了新产品开发努力,并缩短了研发周期。
值得注意的是,基于制造单元的系统和方法涉及高机械手利用率和潜在的全自动制造过程,这导致有成本效益的量产的可能性。因此,基于制造单元的系统和方法显著降低了交通工具的制造努力。
重要的是,框架设计致使重量减轻并允许更容易的修理和服务。制造单元允许在小空间内轻松组装,这显著节省整体制造空间。因此,基于制造单元的系统和方法提供了用于制造交通工具的新平台。
前面的描述被提供来允许本领域中的任何技术人员实施本文描述的各个方面。对贯穿本公开给出的这些示例性实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的,并且本文公开的构思可以应用于用于组装框架的其它技术。因此,权利要求书并不旨在限于贯穿本公开给出的示例性实施例,而是应被赋予与权利要求语言一致的全部范围。
如本说明书和权利要求书中所使用的,包括如在示例中所使用的并且除非另有明确说明的,所有数字可以被解读为通过词语“大约”或“近似”开头,即使该术语没有明确地出现。当描述大小和/或位置时可以使用用语“大约”或“近似”,以指示所描述的值和/或位置处于值和/或位置的合理预期范围内。例如,数值可以具有这样的值,其为所陈述值(或值的范围)的+/-0.1%、所陈述值(或值的范围)的+/-1%、所陈述值(或值的范围)的+/-2%、所陈述值(或值的范围)的+/-5%、所陈述值(或值的范围)的+/-10%等。本文中记载的任何数值范围旨在包括包含于其中的所有子范围。
贯穿本公开所描述的示例性实施例的要素的对于本领域的普通技术人员而言是公知或今后将公知的所有结构和功能等同物均旨在被权利要求书所包含。另外,本文公开的任何内容都不旨在贡献给公众,不管这种公开是否在权利要求书中明确记载。权利要求要素不得根据35U.S.C.§112(f)的规定或可适用司法管辖区中的类似法律来解释,除非元件使用短语“用于...的器件”来明确记载,或者在方法权利要求的情况下,要素使用短语“用于...的步骤”来记载。
通过引用并入
本说明书中提及的所有出版物和专利申请均通过引用整体并入本文,程度达到如同每个单独的出版物或专利申请被具体地和单独地指出以通过引用并入,包括:2016年8月31日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FOR VEHICLE SUBASSEMBLY AND FABRICATION”的美国专利申请No.15/253,826,其是2015年6月30日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FORFABRICATING JOINT MEMBERS”的美国专利No.9,895,747的部分继续申请;以及2015年5月15日提交的题为“MODULAR FORMED NODES FOR VEHICLE CHASSIS AND THEIR METHODS OFUSE”的美国专利No.9,884,663。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年3月19日提交的题为“MANUFACTURING CELL BASED VEHICLEMANUFACTURING SYSTEMS AND METHOD”的美国专利申请No.15/925,672的权益,其明确地通过引用整体并入本文。
Claims (59)
1.一种构造为用于组装交通工具的框架的制造单元,所述制造单元包括:
定位器,其构造为接收固定台,其中所述固定台构造为保持所述框架;
包括竖直升降机的机械手载体,其中所述竖直升降机包括竖直柱和搁板,其中所述搁板可移动地附接至所述竖直柱并且沿着竖直方向可移动;以及
机械手,其安装在所述搁板上并且构造为组装所述框架;
其中,所述定位器构造为在所述框架的组装过程期间将所述框架支撑在竖直位置。
2.根据权利要求1所述的制造单元,其中,所述机械手载体进一步包括底座,其中所述底座具有底座中心轴,其中所述底座构造为围绕所述底座中心轴可旋转。
3.根据权利要求2所述的制造单元,其中,所述机械手具有六个自由度,并且其中所述机械手载体和所述机械手一起具有八个自由度。
4.根据权利要求1所述的制造单元,其中,所述机械手具有机械手中心轴,其中所述机械手构造为围绕所述机械手中心轴旋转。
5.根据权利要求4所述的制造单元,其中,所述机械手载体进一步包括底座,其中所述底座具有底座中心轴,其中所述底座构造为围绕所述底座中心轴可旋转,并且其中所述机械手中心轴偏离所述底座中心轴。
6.根据权利要求1所述的制造单元,其中,所述机械手载体进一步包括控制单元,并且其中所述控制单元构造为控制所述机械手载体。
7.根据权利要求1所述的制造单元,其中,所述定位器构造为执行升降所述固定台、倾斜所述固定台以及旋转所述固定台中的一个或更多个。
8.根据权利要求1所述的制造单元,其中,所述定位器进一步包括三点运动学支座。
9.根据权利要求1所述的制造单元,进一步包括:机械锁,其中所述机械锁构造为将所述固定台锁定到所述定位器,并且其中所述定位器构造为在竖直位置、水平位置以及所述竖直位置与所述水平位置之间的任何位置处支撑所述固定台。
10.根据权利要求1所述的制造单元,其中,所述定位器进一步包括背骨,并且其中所述背骨构造为能够从水平位置移动到竖直位置。
11.根据权利要求1所述的制造单元,其中,所述固定台进一步包括背骨,并且其中所述背骨构造为联接至所述定位器。
12.根据权利要求1所述的制造单元,进一步包括:第二机械手载体。
13.根据权利要求1所述的制造单元,其中,所述机械手进一步构造为施加粘合剂以粘合所述框架。
14.根据权利要求13所述的制造单元,进一步包括:粘合剂注入子系统,所述粘合剂注入子系统包括多个粘合剂注入端部执行器。
15.根据权利要求1所述的制造单元,进一步包括:紧固件驱动器,其中所述机械手进一步包括臂,并且其中所述紧固件驱动器附接至所述机械手的臂,其中所述机械手进一步构造为通过使用所述紧固件驱动器将紧固件安装到所述框架。
16.根据权利要求1所述的制造单元,进一步包括:计量装置,其中所述机械手进一步包括臂,并且其中所述计量装置附接至所述机械手的臂,其中所述机械手进一步构造为通过使用所述计量装置来测量所述框架上的多个点,以实现对所述框架的测量。
17.根据权利要求1所述的制造单元,进一步包括:工具更换器和多个端部执行器,并且其中所述工具更换器构造为替换用于所述机械手的多个端部执行器。
18.根据权利要求1所述的制造单元,进一步包括:一个或更多个固定机械手。
19.根据权利要求1所述的制造单元,进一步包括:工具台和多个端部执行器,并且其中所述工具台构造为保持所述多个端部执行器。
20.根据权利要求1所述的制造单元,进一步包括:控制器,其构造为控制所述框架的组装过程。
21.根据权利要求1所述的制造单元,进一步包括:安全传感器,其构造为向所述制造单元提供安全措施。
22.根据权利要求1所述的制造单元,进一步包括:一个或更多个子组件机械手和一个或更多个子组件台,其中所述一个或更多个子组件机械手中的每个构造为在所述一个或更多个子组件台中的对应一个上组装所述框架的子组件。
23.根据权利要求1所述的制造单元,其中,所述固定台包括模块化固定台,其包括多个定位和固定特征以及多个可移动支撑板。
24.一种用于制造交通工具的系统,所述系统包括:
固定台,其构造为保持所述交通工具的框架;以及
构造为用于组装所述框架的制造单元,所述制造单元包括:
定位器,其构造为接收所述固定台;
机械手载体;
机械手,其安装在所述机械手载体上并且构造为组装所述框架;以及
控制器,其构造为控制所述框架的组装过程;
其中,所述定位器构造为在所述框架的组装过程期间支撑所述框架。
25.根据权利要求24所述的系统,其中,所述定位器构造为在组装过程期间将所述框架支撑在竖直位置。
26.根据权利要求25所述的系统,其中,所述机械手载体进一步包括竖直升降机,并且其中所述竖直升降机包括竖直柱以及可移动地附接至所述竖直柱的搁板,其中所述搁板沿着竖直方向可移动,并且其中所述机械手安装在所述搁板上。
27.根据权利要求26所述的系统,其中,所述机械手载体进一步包括底座,其中所述底座具有底座中心轴,其中所述底座构造为围绕所述底座中心轴可旋转。
28.根据权利要求24所述的系统,其中,所述定位器构造为执行升降所述固定台、倾斜所述固定台以及旋转所述固定台中的一个或更多个。
29.根据权利要求24所述的系统,其中,所述定位器进一步包括三点运动学支座。
30.根据权利要求24所述的系统,其中,所述制造单元进一步包括机械锁,其中所述机械锁构造为将所述固定台锁定到所述定位器,并且其中所述定位器构造为在竖直位置、水平位置以及所述竖直位置与所述水平位置之间的任何位置处支撑所述固定。
31.根据权利要求24所述的系统,其中,所述定位器进一步包括背骨,并且其中所述背骨构造为能够从水平位置移动到竖直位置。
32.根据权利要求24所述的系统,其中,所述固定台进一步包括背骨,并且其中所述背骨构造为联接至所述定位器。
33.根据权利要求24所述的系统,其中,所述制造单元进一步包括第二机械手载体。
34.根据权利要求24所述的系统,其中,所述机械手进一步构造为施加粘合剂以粘合所述框架。
35.根据权利要求28所述的系统,进一步包括:粘合剂注入子系统,所述粘合剂注入子系统包括多个粘合剂注入端部执行器。
36.根据权利要求24所述的系统,其中,所述机械手进一步包括臂,所述制造单元进一步包括附接至所述机械手的臂的紧固件驱动器,并且所述机械手进一步构造为通过使用所述紧固件驱动器将紧固件安装到所述框架。
37.根据权利要求24所述的系统,其中,所述制造单元进一步包括计量装置,所述计量装置构造为测量所述框架上的多个点,以实现对所述框架的测量。
38.根据权利要求24所述的系统,其中,所述制造单元进一步包括工具更换器和多个端部执行器,并且其中所述工具更换器构造为替换用于所述机械手的多个端部执行器。
39.根据权利要求24所述的系统,其中,所述制造单元进一步包括一个或更多个固定机械手。
40.根据权利要求24所述的系统,其中,所述制造单元进一步包括工具台和多个端部执行器,并且其中所述工具台构造为保持所述多个端部执行器。
41.根据权利要求24所述的系统,其中,所述制造单元进一步包括安全传感器,所述安全传感器构造为向所述制造单元提供安全措施。
42.根据权利要求24所述的系统,其中,所述制造单元进一步包括一个或更多个子组件机械手和一个或更多个子组件台,其中所述一个或更多个子组件机械手中的每个构造为在所述一个或更多个子组件台中的对应一个上组装所述框架的子组件。
43.根据权利要求24所述的系统,其中,所述固定台包括模块化固定台,其包括多个定位和固定特征以及多个可移动支撑板。
44.根据权利要求24所述的系统,进一步包括:框架,其中所述框架包括多个连接部件和多个接头构件,并且其中每个接头构件定尺寸和定形状为与所述多个连接部件的至少一个子集配合,以形成三维框架结构。
45.一种用于制造交通工具的方法,所述方法包括:
通过定位器接收固定台;
用所述定位器支撑所述固定台;
将零件引入到所述固定台;
在制造单元内的组装过程中,通过机械手使用所述零件来组装所述交通工具的框架;以及
通过控制器控制所述组装过程。
46.根据权利要求45所述的方法,其中,用所述定位器支撑所述固定台包括在组装过程期间用所述定位器将所述固定台支撑在竖直位置。
47.根据权利要求45所述的方法,进一步包括:在竖直位置与水平位置之间移动所述固定台。
48.根据权利要求45所述的方法,进一步包括:通过将所述机械手放置在竖直升降机上,来沿着竖直方向移动所述机械手。
49.根据权利要求48所述的方法,进一步包括:通过将所述竖直升降机放置在围绕中心底座轴可旋转的底座上来沿着弧形移动所述机械手。
50.根据权利要求45所述的方法,进一步包括:通过所述定位器执行升降固定台、倾斜固定台以及旋转固定台中的一个或更多个。
51.根据权利要求45所述的方法,进一步包括:通过第二机械手组装所述框架。
52.根据权利要求45所述的方法,进一步包括:在所述制造单元内的组装过程期间,通过所述机械手施加粘合剂以粘合所述框架。
53.根据权利要求45所述的方法,进一步包括:在所述制造单元内的组装过程期间,通过所述机械手经由紧固件驱动器将紧固件安装到所述框架。
54.根据权利要求45所述的方法,进一步包括:在组装过程期间在所述制造单元内通过计量装置测量所述框架上的多个点,以实现通过所述机械手对所述框架的测量。
55.根据权利要求45所述的方法,进一步包括:通过工具更换器为所述机械手替换端部执行器。
56.根据权利要求45所述的方法,进一步包括:在所述制造单元内通过使用工具台来保持端部执行器。
57.根据权利要求45所述的方法,进一步包括:使用安全传感器为所述制造单元提供安全措施。
58.根据权利要求45所述的方法,进一步包括:通过所述制造单元内的一个或更多个子组件台上的一个或更多个子组件机械手来组装所述框架的一个或更多个子组件。
59.根据权利要求45所述的方法,其中,接收固定台包括接收模块化固定台。
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